KR100527608B1 - 방사선경화성수지조성물및당해조성물로이루어진방사선경화성수지층을함유하는잉크젯프린트헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판에 부착된 방사선 경화된 수지층에 잉크 통과 경로가 형성되어 있는 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것이다. 잉크 통과 경로는 오리피스 판에 의해 제공되는 잉크 배출 출구와, 유체 유동 전달이 이루어지도록, 연결된다. 수지층에 잉크 통과 경로를 형성하기 위해, 수지층의 어떤 영역은 경화시키지만 잉크 통과 경로를 제공하는 다른 영역은 경화시키지 않은 상태로 남겨두도록 미리 설정된 패턴으로 수지 조성물을 방사선 공급원에 노출시킨다. 경화되지 않은 영역을 수지층으로부터 제거하여 목적하는 잉크 통과 경로를 남긴다. 방사선 경화성 층을 형성하기 위해 사용되는 수지 조성물은 제1 다관능성 에폭시 화합물, 제2 다관능성 에폭시 화합물, 광개시제 및 비광반응성 용매(non-photoreactive solvent)를 포함한다.

Description

방사선 경화성 수지 조성물 및 당해 조성물로 이루어진 방사선 경화성 수지층을 함유하는 잉크젯 프린트 헤드
본 발명은 개선된 방사선 경화성 수지 조성물 및 당해 조성물로 이루어진 방사선 경화성 수지층을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것이다.
잉크젯 프린터의 잉크젯 프린트 헤드는 일반적으로, 기판 위에 존재하는 기록용 잉크 배출을 위한 오리피스 또는 분사부를 함유하는 오리피스 판, 오리피스와 잉크 공급부를 연결하는 잉크 통과 경로 및 잉크를 오리피스를 통해 프린트 헤드로부터 방출시키기 위한 에너지 부여 장치로 이루어진다. 기록하는 동안 잉크를 배출하기 위한 에너지는 대부분의 경우 저항 소자 또는 압전 장치에 의해 생성된다.
잉크젯 프린트 헤드에 잉크 통과 경로를 형성하는 방법은, 예를 들어, 절단 또는 에칭에 의해 박층의 유리, 금속 또는 플라스틱에 미세한 홈을 형성한 다음, 이렇게 형성된 홈을 갖는 층 위에 또 다른 박층 물질을 접착시켜 액체 통과 경로를 형성하는 것을 포함한다. 또 다른 방법은 에너지 부여 장치를 포함하는 기판 위에 광 석판인쇄 기술에 의해 피복된 감광성 수지에 홈을 형성하는 것을 포함한다. 일단 감광성 수지에 홈이 형성되면, 또 다른 박층 물질을 홈이 있는 수지에 부착시켜, 예를 들어, 노즐판을 형성한다.
잉크젯 프린트 헤드를 제조하는 이러한 방법들 중에서 잉크 통과층의 적어도 일부분을 제공하기 위해 감광성 수지를 사용하는 것은 액체 잉크 통과 경로가 고도의 정밀성과 고도의 수율로 제조될 수 있고 리퀴드 젯 기록 헤드가 더욱 양호한 품질과 더욱 저렴한 비용으로 제조될 수 있기 때문에 기타의 방법보다 더욱 유리하다. 감광성 수지는 (1) 경화된 필름으로서 기판에의 우수한 접착성; (2) 경화되는 경우, 우수한 기계적 강도 및 내구성; 및 (3) 방사선 공급원을 사용하는 패턴 전사시 우수한 감광도 및 해상도를 보유할 것이 요구된다.
공지된 광경화성 수지 중에서, 미국 특허 제4,623,676호에는 중합성 아크릴 화합물, 중합성 에폭시 관능성 실란, 언급한 아크릴 화합물의 중합을 개시시킬 수 있는 자유 라디칼 방향족 착염 광개시제 및 언급한 에폭시 관능성 실란의 중합을 개시시킬 수 있는 양이온성 방향족 착염 광개시제를 함유하는 사진 소자용 보호 피막으로서 사용하기 위한 방사선 경화성 조성물이 기재되어 있다.
미국 특허 제4,688,053호에는 유리 전이 온도가 50℃ 이상이고 중량평균분자량이 3.0×104 이상인 선형 중합체, 에틸렌계 불포화 결합을 갖는 단량체, 하나 이상의 에폭시 그룹을 갖는 에폭시 수지 및 활성 에너지 공급원으로 조사함으로써 루이스산을 형성할 수 있는 중합 개시제를 함유하는 방사선 경화성 수지 조성물의 층을 갖는 리퀴드 젯 기록 헤드가 기재되어 있다.
미국 특허 제4,090,936호에는 평균 에폭사이드 관능가가 약 1 내지 1.3인 유기 화합물; 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체로부터 유도되는 중합체, 스티렌과 알릴 알콜의 공중합체 및 폴리비닐 부티랄 중합체로부터 선택된 유기 중합체; 및 방향족 착염의 광개시제를 함유하는 광경화성 조성물이 기재되어 있다.
그러나, 공지된 감광성 수지 중 어떤 것도 잉크젯 프린트 헤드에 적용하기 위한 요구되는 모든 특성을 제공하지 못한다. 예를 들어, 프린팅 판, 프린트 와이어 등에서 패턴을 형성하기 위해 사용되는 감광성 수지는 유리, 금속, 세라믹 및 플라스틱에 대한 접착성이 열등하고, 감광도와 해상도가 우수하더라도 경화되는 경우 기계적 강도와 내구성이 불충분하다. 이러한 이유로 인해 감광성 수지를 프린트 헤드에 사용하는 경우, 사용 동안 변형 또는 기판으로부터의 탈적층 또는 감광성 수지층의 변성이 일어나기 쉬워서 잉크 통과 경로에서 잉크의 유동이 방해되거나 잉크 액적 배출이 현저히 불안정해짐으로써 잉크젯 프린트 헤드의 신뢰도가 감소된다.
한편, 유리, 금속, 세라믹 및 플라스틱에 접착되고 경화 후 만족스런 기계적 강도와 내구성을 제공하는 광경화성 수지는 감광도와 해상도에 있어서는 열등하다. 광경화성 수지의 본래의 특성은, 수지가 잉크젯 프린트 헤드에 사용하기 위해 필요한 정교한 패턴으로 경화될 수 없기 때문에, 잉크 통과 경로를 제공하는 데 사용하기에는 적합하지 않다.
본 발명의 목적은 잉크젯 프린트 헤드에 사용하기 위한 개선된 방사선 경화성 수지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 위에서 언급한 바와 같은, 저렴하고 정교하며 신뢰도가 높고 내구성이 탁월하며 필요한 특성 모두를 만족시키는 수지로 제조된 잉크 통과 경로 층을 포함하는 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 정교하게 제조된 잉크 통과 경로를 갖는 잉크젯 프린트 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명은 잉크를 프린트 헤드로부터 방출시키기 위한 에너지 부여 장치를 포함하는 기판에 부착된 방사선 경화성 수지에 잉크 통과 경로가 존재하는 잉크젯 프린트 헤드를 제공한다. 잉크 통과 경로는, 수지 방사선 경화성 수지층을 미리 설정된 방사선 조사 패턴으로 방사선에 노출시켜 경화된 수지 영역을 형성시킴으로써, 수지에 형성된다. 이어서, 경화되지 않은 영역을 제거할 수 있다. 위와 같은 목적 및 기타 목적과 관련하여, 본 발명은 제1 다관능성 에폭시 화합물 약 5 내지 약 50중량%, 바람직하게는 약 10 내지 약 20중량%; 제2 다관능성 에폭시 화합물 약 0.05 내지 약 20중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5.0중량%; 양이온을 형성할 수 있는 방향족 착염 광개시제와 같은 광개시제 약 1.0 내지 약 10중량%, 바람직하게는 약 1.5 내지 약 5중량%; 비광반응성 용매(non photoreactive solvent) 약 20 내지 약 90중량%, 바람직하게는 약 45 내지 약 75중량%를 포함하는 방사선 경화성 수지 조성물(여기서, 중량%는 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 하고, 이에 적용되는 모든 범위가 포함될 수 있다)을 제공한다.
수지 조성물은 환경 친화력이 있는 비광반응성 용매(수성이거나 비수성일 수 있다)를 사용한다. 본 발명의 방사선 경화된 수지층은 더욱 우수한 해상도, 더욱 높은 종횡비 및 금 또는 금/탄탈과 같은 금속 표면에의 증가된 접착성을 나타내므로 현재와 앞으로의 제품 요건들에 대한 적용성이 확장된다. 또한, 경화된 수지는, 잉크 자체에 의한 부식 또는 화학적 공격에 대해 저항하면서 잉크젯 프린트 헤드에서 잉크의 액적 크기를 조절하는 데 기여할 수 있는, 영구적으로 고정적인 고 pH 잉크 저항성을 갖는 차단층을 제공한다.
또한, 방사선 경화된 수지는 노즐판이 알콜 피복된 중합체인 경우, 예를 들면, 페놀성 부티랄로 피복된 폴리이미드 노즐판인 경우, 노즐판과 기판 사이의 예상치 못한 탁월한 접착성을 나타낸다.
본 발명의 위와 같은 특징 및 기타 특징은 첨부하는 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명에서 추가로 기재할 것이다.
본 발명은 기판에 부착시킨 방사선 경화된 수지층에 형성된 잉크 통과 경로를 갖는 잉크젯 프린트 헤드에 관한 것이다. 잉크 통과 경로는 오리피스 판에 의해 제공되는 잉크 배출 출구와, 유체 유동 전달이 이루어지도록, 연결된다. 수지층에 잉크 통과 경로를 형성하기 위해, 수지 조성물을 수지층의 어떤 영역은 경화시키지만 잉크 통과 경로를 제공하는 다른 영역은 경화시키지 않은 상태로 남겨두도록 미리 설정된 패턴으로 방사선 공급원에 노출시킨다. 경화되지 않은 영역을 수지층으로부터 제거하여 목적하는 잉크 통과 경로를 남긴다. 방사선 경화성 층을 형성하기 위해 사용되는 수지 조성물은 제1 다관능성 에폭시 화합물, 제2 다관능성 에폭시 화합물, 양이온을 형성할 수 있는 광개시제 및 비광반응성 용매를 포함한다. 바람직한 양태에 있어서, 수지 조성물은 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체와 같은 필름 보강제 뿐만 아니라, 제1 다관능성 에폭시 화합물, 제2 다관능성 에폭시 화합물 및 광개시제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분과 반응할 수 있는 관능성 그룹을 갖는 실란을 추가로 포함한다. 이러한 실란은 바람직하게는 글리시독시알킬트리알콕시-실란, 예를 들어, 감마-글리시독시프로필트리메톡시-실란과 같은 에폭사이드 관능성 그룹을 갖는 실란이다. 실란은, 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여, 약 0.05 내지 약 10중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 2.0중량%의 양으로 이에 적용되는 모든 범위를 포함하여 존재한다. 본원에서 사용되는 바와 같은 필름 보강제는 수지 조성물의 필름 형성 특성을 보조하는, 수지 조성물에 가용성인 유기물질을 의미하는 것으로 정의된다.
경화성 수지 조성물에 실란을 사용하지 않는 경우, 사용되는 제2 다관능성 에폭시 화합물의 양은 약 4.5% 미만, 바람직하게는 약 4.0% 미만인 것으로 추가로 확인되었다.
수지 조성물의 제1 성분은 개환 반응에 의해 중합될 수 있는, 바람직하게는 2개 이상의 옥시란 환을 갖는 임의의 유기 화합물을 포함하는 제1 다관능성 에폭시 화합물이다. 따라서, 다관능성은 평균 에폭사이드 관능가가 1.0 이상, 바람직하게는 2 이상인 것을 의미한다. 제1 다관능성 에폭시 화합물 및/또는 제2 다관능성 에폭시 화합물은 중합 및/또는 가교결합될 수 있음이 추가로 확인된다. 바람직하게는, 제2 다관능성 에폭시 화합물은 일차 가교제이다. 제1 다관능성 에폭시 화합물은 바람직하게는 골격의 특성 및 치환체 그룹이 다양할 수 있는 단량체성 2관능성 에폭시 화합물 및 중합체성 2관능성 에폭시 중합체 화합물을 포함하는 2관능성 에폭시 화합물이다. 더욱이, 제1 다관능성 에폭시 화합물은 바람직하게는 치환체로서 하이드록시 그룹을 갖는다. 바람직한 하이드록시 그룹 치환체 이외에, 기타 허용될 수 있는 치환체 그룹은, 예를 들어, 할로겐, 에스테르 그룹, 에테르, 설포네이트 그룹, 실록산 그룹, 니트로 그룹 및 포스페이트 그룹을 포함한다. 제1 다관능성 에폭시 화합물의 분자량(MN)은 약 75 내지 약 100,000으로 다양할 수 있다.
2관능성 에폭시 화합물 또는 2관능성 에폭시 화합물들의 혼합물은 바람직하게는 액체이지만, 최종 혼합물이 액체상이라면 하나 이상의 고체의 2관능성 에폭시 화합물이 혼합물에 포함될 수도 있다.
사용될 수 있는 2관능성 에폭시 화합물은 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르[예를 들어, 상표명 "이폰(Epon) 828", "이폰 1004", "이폰 1001F", "이폰 SU-8" 및 "이폰 1010"으로 쉘 케미칼 캄파니(Shell Chemical Co.)가 시판중이고, "DER-331", "DER-332" 및 "DER-334"로 다우 케미칼 캄파니(Dow Chemical Co.)가 시판중인 화합물], 3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥센 카복실레이트[예를 들어 "ERL-4221", 제조사: 유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corp.)], 3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥센 카복실레이트[예를 들어 "ERL-4201", 제조원: 유니온 카바이드 코포레이션], 비스(3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸) 아디페이트[예를 들어 "ERL-4289", 제조원: 유니온 카바이드 코포레이션], 비스(2,3-에폭시사이클로펜틸) 에테르[예를 들어 "ERL-0400", 제조사: 유니온 카바이드 코포레이션)를 포함한다. 2관능성 에폭시 화합물은 조성물에 약 5 내지 약 50중량%, 바람직하게는 약 10 내지 약 20중량%의 양으로 존재한다.
수지 조성물의 제2 성분은 제2 다관능성 에폭시 화합물이다. 제2 다관능성 에폭시 화합물은 바람직하게는 가교결합 밀도가 증가하여 해상도가 증가하고 용매 팽윤에 대한 내성이 향상된다. 제2 다관능성 에폭시 화합물의 형태는 일반적으로 목적하는 수지를 제조할 수 있는 화합물인 한 한정되지 않는다. 이러한 제2 다관능성 에폭시 화합물의 예시적인 목록은, 예를 들어, 페놀의 반응 생성물; DEN-431, DEN-438, DEN 439[시판원: 다우 플라스틱스(Dow Plastics)]와 같은 알데히드 및 에폭사이드를 포함한다.
제2 다관능성 에폭시 화합물은, 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여, 조성물에 약 0.5 내지 약 20중량%, 바람직하게는 약 1 내지 약 10중량%, 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 5중량%의 양으로 존재한다. 본 발명의 제1 다관능성 에폭시 화합물 및 제2 다관능성 에폭시 화합물을 기재하는 경우, 화합물은 단량체 및 중합체를 포함함을 의미하는 것이다.
수지 조성물의 제3 성분은 양이온을 형성할 수 있는 광개시제, 예를 들어 원소 주기율표 VA족 원소의 오늄염, 원소 주기율표 VIA족 원소의 오늄염 및 방향족 할로늄염으로부터 선택될 수 있는 방향족 착염 광개시제이다. 이러한 착염은 자외선 또는 전자 빔 방사선에 노출되는 경우, 에폭사이드와의 반응을 개시할 수 있는 잔기를 형성할 수 있다. 방향족 착염 광개시제는, 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여, 조성물에 약 1.0 내지 약 10중량%, 바람직하게는 약 1.5 내지 약 5중량%의 양으로 존재한다.
바람직한 방향족 착염 광개시제는 방향족 요오도늄 착염 및 방향족 설포늄 착염을 포함한다. 방향족 요오도늄 착염 광개시제의 예는 다음을 포함한다:
디페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트,
디(4-메틸페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트,
페닐-4-메틸페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트,
디(4-헵틸페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트,
디(3-니트로페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디(4-클로로페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디(나프틸)요오도늄 테트라플루오로보레이트,
디(4-트리플루오로메틸페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트,
디페닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디(4-메틸페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디페닐요오도늄 헥사플루오로아르세네이트,
디(4-페녹시페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트,
페닐-2-티에닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
3,5-디메틸피라졸릴-4-페닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디페닐요오도늄 헥사플루오로안티모네이트,
2,2'-디페닐요오도늄 테트라플루오로보레이트,
디(2,4-디클로로페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디(4-브로모페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디(4-메톡시페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디(3-카복시페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디(3-메톡시카보닐페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디(3-메톡시설포닐페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트,
디(4-아세트아미도페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트 및
디(2-벤조에티에닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트.
본 발명의 조성물에 사용하기에 적합한 방향족 요오도늄 착염 중에서 바람직한 염은 디아릴요오도늄 헥사플루오로포스페이트 및 디아릴요오도늄 헥사플루오로안티모네이트이다. 이들 염은 일반적으로 열에 안정하고 더욱 신속한 반응을 촉진하며 기타 착이온의 방향족 요오도늄염보다 불활성 유기 용매에 더욱 가용성이기 때문에 바람직하다.
방향족 설포늄 착염의 방향족 착염 광개시제의 예는 다음을 포함한다:
트리페닐설포늄 테트라플루오로보레이트,
메틸디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트,
디메틸페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트,
트리페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트,
트리페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트,
디페닐나프틸설포늄 헥사플루오로아르세네이트,
트리톨릴설포늄 헥사플루오로포스페이트,
아니실디페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트,
4-부톡시페닐디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트,
4-클로로페닐디페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트,
트리스(4-페녹시페닐)설포늄 헥사플루오로포스페이트,
디(4-에톡시페닐)메틸설포늄 헥사플루오로아르세네이트,
4-아세톡시-페닐디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트,
트리스(4-티오메톡시페닐)설포늄 헥사플루오로포스페이트,
디(메톡시설포닐페닐)메틸설포늄 헥사플루오로안티모네이트,
디(메톡시나프틸)메틸설포늄 테트라플루오로보레이트,
디(카보메톡시페닐)메틸설포늄 헥사플루오로포스페이트,
4-아세트아미도페닐디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트,
디메틸나프틸설포늄 헥사플루오로포스페이트,
트리플루오로메틸디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트,
메틸(n-메틸페노티아지닐)설포늄 헥사플루오로안티모네이트 및
페닐메틸벤질설포늄 헥사플루오로포스페이트.
본 발명의 조성물에 사용하기에 적합한 방향족 설포늄 착염 중에서 바람직한 염은 트리페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트와 같은 트리아릴-치환된 염이다. 트리아릴 치환된 염은 모노아릴 및 디아릴 치환된 염보다 열에 더욱 안정하여 저장 수명이 긴 원-파트 시스템(one-part system)을 제공하기 때문에 바람직하다. 또한, 트리아릴 치환된 착염은 염료에 더욱 민감해질 수 있다. 따라서, 이러한 착염을 사용함으로써, 노출에 근자외선 및 가시광선을 사용하는 용도에 훨씬 더 유용한 조성물을 수득한다. 경우에 따라, 조성물을, 후속적인 희석이 상업적으로 보다 더 실용적으로 되게 하는, 저장시 안정한 농축물 형태(즉, 착염의 농도가 높은 형태)로 제조할 수 있다.
양이온을 형성할 수 있는 가장 바람직한 광개시제는 혼합된 트리아릴설포늄 헥사플루오로안티모네이트 염으로서 시판중이다(UV 1-6974, 제조원: 유니온 카바이드).
수지 조성물의 제4 성분은 비광반응성 용매이다. 당해 용매는 목적하는 성분이 경화 이전에 당해 용매에 용해될 수 있는 정도 만으로 제한된다. 바람직한 비광반응성 용매는 감마-부티로락톤, C1-6 아세테이트, 테트라하이드로푸란 저분자량 케톤, 이들의 혼합물 등을 포함한다.
비광반응성 용매는, 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여, 조성물에 약 20 내지 약 90중량%, 바람직하게는 약 45 내지 약 75중량%의 양으로 존재한다.
바람직하게는, 본 발명의 수지 조성물은 하나 이상의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체로부터 유도된 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체를 약 35중량% 이하, 바람직하게는 약 10 내지 약 20중량% 포함한다. 중합체는 단독중합체, 공중합체 또는 블렌드일 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "중합체"는 올리고머(예를 들어, 수평균분자량이 약 1000 정도로 낮은 물질) 뿐만 아니라 고분자 중합체(수평균분자량이 약 1,000,000 이하인 중합체)를 포함함을 의미한다. 바람직하게는, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체의 수평균분자량의 범위는 약 10,000 내지 약 60,000, 가장 바람직하게는 약 20,000 내지 약 30,000이다.
바람직한 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체는 각종 단량체들 중의 하나 이상이 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체이기만 하면 각종 단량체로부터 유도될 수 있다. 예를 들어, 대표적으로 유용한 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 단량체는 메틸 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트, 하이드록시프로필 메타크릴레이트 및 에틸 아크릴레이트를 포함한다. 바람직하게는, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 단량체는 탄소수 1 내지 4의 지방족 알콜 또는 탄소수 2 내지 4의 지방족 디올을 갖는 아크릴산 또는 메타크릴산의 에스테르이다.
위에서 언급한 단량체로부터 유도된 대표적으로 유용한 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체는 메틸 메타크릴레이트/스티렌/n-부틸 아크릴레이트/하이드록시에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트/n-부틸 메타크릴레이트/하이드록시에틸 메타크릴레이트, 및 메틸 메타크릴레이트/n-부틸 메타크릴레이트를 포함한다. 일반적으로, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체의 골격은 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 성분을 주로(중량으로) 함유하는 반면, 비아크릴레이트 성분은, 존재하는 경우, 골격의 적은 부분을 차지한다.
시판중인 유용한 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체는 메틸 메타크릴레이트(73)/n-부틸[메타크릴레이트(27) 공중합체인 "엘버사이트(Elvacite) 2008", "엘버사이트 2013"[시판원: 아이씨아이 아크릴릭스(ICI Acrylics)]; 아크릴계 중합체인 "B-48N"[시판원: 롬 앤드 하스(Rohm and Haas)]; 메틸 메타크릴레이트(44)/n-부틸 메타크릴레이트(45)/하이드록시에틸 아크릴레이트(11) 공중합체인 "이오낙(Ionac) X-208"[시판원: 이오낙 케미칼 캄파니(Ionac Chemical Company)]; n-부틸 아크릴레이트(80)/하이드록시에틸 아크릴레이트(15)/비닐 아세테이트(5) 공중합체인 "QR-572"[시판원: 롬 앤드 하스]; 및 메틸 메타크릴레이트(30)/n-부틸 아크릴레이트(50)/하이드록시에틸 아크릴레이트(20) 공중합체인 "G-Cure 868"[시판원: 제네랄 밀즈(General Mills)]을 포함한다. 또한 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체의 배합물이 사용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 수지 조성물은 통상적인 충전제(예를 들어, 황산바륨, 탈크, 유리 기포), 점도 개질제(예를 들어, 열분해법 실리카), 안료 등과 같은 각종 부가제를 함유할 수 있다.
본 발명의 한 양태에 있어서, 조성물은 감마-부티로락톤 약 45 내지 약 75중량%, 제1 다관능성 에폭시 화합물 약 10 내지 약 20중량%, 제2 다관능성 에폭시 화합물 약 0.1 내지 약 5.0중량%, 방향족 착염 광개시제 약 1.5 내지 약 5중량% 및 감마-글리시독시프로필트리메톡시-실란 약 0.1 내지 약 2중량%를 함유한다. 또 다른 양태에 있어서, 조성물은 감마-부티로락톤 약 45 내지 약 75중량%, 폴리메틸 메타크릴레이트-코-메타크릴산 약 10 내지 약 20중량%, 제1 다관능성 에폭시 화합물 약 10 내지 약 20중량%, 제2 다관능성 에폭시 화합물 약 0.1 내지 약 5.0중량%, 방향족 착염 광개시제 약 1.5 내지 약 3.0중량% 및 감마-글리시독시프로필트리메톡시-실란 약 0.1 내지 약 2중량%를 함유한다.
조성물을 기판에 도포하는 방법은 내식막 스피너 또는 통상적인 웨이퍼 내식막 증착 트랙의 적합한 크기의 척(chuck)의 중앙에 기판을 위치시키는 것을 포함한다. 조성물을 수동으로 또는 기계적으로 기판의 중앙으로 공급한다. 기판을 지지하고 있는 척을 미리 설정된 분당 회전수로 회전시켜 조성물을 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리까지 균일하게 분산시킨다. 필름의 두께를 변화시키기 위해 기판의 회전속도를 조절할 수 있거나 물질의 점도를 변화시킬 수 있다. 이어서, 생성된 피복 기판을 수동으로 또는 기계적으로 척으로부터 제거하고 물질이 "유연하게" 베이킹될 때까지 온도 제어 핫플레이트 또는 온도 제어 오븐 속에 위치시킨다. 당해 단계는 액체로부터 용매를 일부 제거하여 기판 상에서 부분적으로 건조된 필름을 수득한다. 기판을 열 공급원으로부터 제거하고 실온으로 냉각시킨다.
생성된 필름에 패턴을 형성하기 위해, 필름에 마스크를 얹고, 조준된 자외선 공급원에 노출시키고, 노출 후 베이킹한 다음 현상하여 불필요한 물질을 제거함으로써 최종 패턴을 형성해야 한다. 이러한 과정은 표준 반도체 석판인쇄 공정과 매우 유사하다. 통상적으로 마스크는 피복된 필름으로부터 제거할 패턴을 한정하는 불투명한 영역을 갖는 투명하고 평평한 유리 또는 석영 기판이다(즉, 네거티브 작용성 감광성 내식막용 마스크임). 마스크의 불투명한 영역은 당해 영역 밑에 있는 필름이 자외선에 의해 가교결합되는 것을 방지한다. 필름에서 가교결합되지 않은 물질을 현상제에 의해 용해 제거시켜 미리 설정된 패턴을 기판상에 남긴다.
현상제와 기판과의 접촉은 피복된 기판을 탱크형 장비 속에서 현상제 속에서 침지 및 교반시키거나 피복된 기판에 현상제를 분무함으로써 이루어진다. 피복된 기판에 현상제를 분무하거나 피복된 기판을 현상제 속에 침지시킴으로써 광 마스킹 및 노광에 의해 범위가 정해진 여분의 물질을 적절히 제거할 수 있다. 예시적인 현상제는, 예를 들어, 크실렌과 부틸 셀로솔브 아세테이트의 혼합물, 및 부틸 아세테이트와 같은 C1-6 아세테이트를 포함한다.
본 발명의 수지 조성물의 경화는 조성물을 자외선 내지 가시광 영역의 파장에서 화학선을 방출하는 임의의 적합한 방사선 공급원에 노출시 일어난다. 사용되는 특정 에폭시 물질과 방향족 착염의 양, 방사선 공급원과 방사선 공급원으로부터의 거리 및 경화시킬 내식막 패턴의 두께에 따라 약 1초 내지 10분 동안 방사선 공급원에 노출시킬 수 있다. 또한, 수지 조성물은 전자 빔 방사선에 노출시킴으로써 경화시킬 수도 있다.
에너지 부여 장치를 함유하는 잉크젯 프린트 헤드의 기판은 유리, 금속, 세라믹 또는 실리콘으로 제조된 유전층이다.
경화는 유발 반응(triggered reaction)이다. 즉 방사선 공급원에 노출됨으로써 일단 방향족 착염의 분해가 유발되어 경화반응이 진행되고 방사선 공급원을 제거한 후에도 계속된다. 방사선 공급원에 노출시키는 동안 또는 노출시킨 후 열 에너지를 사용함으로써 일반적으로 경화반응을 촉진시킬 수 있고, 심지어 온도를 온화하게 증가시킴으로써 경화속도를 현저히 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은, 예를 들어, 경화를 촉진시키지 않는 조건하에 제1 다관능성 에폭시 화합물 및 제2 다관능성 에폭시 화합물, 실란, 아크릴레이트 및 비광반응성 용매를 단순히 혼합함으로써 제조된다. 일단 수지 혼합물이 제조되면, 이를, 예를 들어, 스핀 피복, 분무, 롤 피복 등과 같은 당해 기술분야에 공지된 피복기술에 의해 잉크젯 프린트 헤드 기판에 피복한다.
도면에 대해 언급하면, 도 1은 본 발명의 잉크젯 프린트 헤드를 개략적으로 도시한 것이다. 잉크젯 프린트 헤드는 기판(2), 기판 위의 방사선 경화성 수지층(4), 잉크 방출 챔버(10), 오리피스(12) 및 잉크 통과 경로(6)를 포함한다. 잉크 통과 경로(6)는 오리피스(12)에 유체 유동을 전달한다. 오리피스(12)는 노즐판(16)에 존재하며, 노즐판(16)은 수지 층에 결합되어 있다. 프린트 헤드는 오리피스(12)를 통해 잉크를 배출하는 에너지 부여 장치(18)를 함유한다. 잉크를 배출하기 위한 에너지는 기술한 바와 같은 에너지 부여 장치(18)에 전자 시그널을 인가함으로써 발생한다. 이러한 에너지 부여 장치는 기판(2) 위에 설정된 패턴을 따라 배열된 내열성 소자 또는 압전 소자를 포함한다.
다음과 같은 물질을 실시예에서 사용한다.
엘버사이트 2008은 탁월한 필름 형성 성능을 나타낼 뿐만 아니라 열 압축 결합에 필요한 양호한 열 점착 및 접착성을 제공하는, 비광반응성이면서 충격 흡수성인 결합제인 저분자량 폴리메틸 메타크릴레이트(카복실산 관능성 그룹 2 내지 3%를 포함)이다. 엘버사이트 2008은 아이씨아이 아크릴릭스가 시판중이다.
이폰 1001F는 필름상의 스피닝된 물질에 인장강도 및 엘라스토머성 특성을 부여하는 2관능성 에폭시 화합물이다. 이폰 1001F는 쉘 케미칼 캄파니가 시판중이다.
DEN 431은 가교결합 밀도를 증가시킴으로써 해상도를 증가시키고 용매 팽윤에 대한 내성을 개선시키는 다관능성 에폭시 수지이다. DEN 431은 다우 케미칼 캄파니가 시판중이다.
시래쿠어(Cyracure) UVI 6974는 UV 광을 광 마스크를 통해 필름에 조사하는 경우, 필름에 패턴이 형성될 수 있게 하는 방향족 착염 광개시제이다. 생성된 화상은 가교결합되지 않은 필름을 현상하여 제거함으로써 윤곽이 드러나며, 두꺼운 에폭시 필름에 고 해상도의 화상이 남는다.
다음 비제한적인 실시예는 본 발명의 양태를 추가로 설명한다.
실시예 1
감마-부티로락톤 중의 엘버사이트 2008 50g/50g 용액을 제조한다. 혼합물을 16시간 동안 롤러 분쇄기로 회전시킨다. 이폰 1001F 40g을 분말로 분쇄하고 용액에 가한다. 용액을 16시간 동안 롤러 분쇄기로 회전시킨다. DEN 431 10g 및 리모넨 옥사이드(1관능성 저점도 액체 에폭시) 5g을 용액에 가하고, 용액이 균질해질 때까지 혼합한다. UVI 6974 10g을 가하고 충분히 혼합한다.
생성된 용액을, 스피너에서 실리콘 웨이퍼를 사용하여 잉크젯 프린터용 프린트 헤드 제조에 사용되는 기판에 2.5Krpm에서 30초 동안 스피닝하여 30μ의 필름을 제조한 후, 현상한다. 이후, 잉크젯 노즐판을 통상적인 접착 기술에 의해 기판에 부착시켜 잉크젯 프린트 헤드를 제조한다. 잉크젯 프린트 헤드를 통상적인 잉크젯 잉크(60℃) 속에 위치시킨 지 약 1달 후 노즐판이 분리되기 시작한다.
실시예 2
감마-부티로락톤 중의 엘버사이트 2008 50g/50g 용액을 제조한다. 혼합물을 16시간 동안 롤러 분쇄기로 회전시킨다. 이폰 1001F 40g을 분말로 분쇄하고 용액에 가한다. 용액을 16시간 동안 롤러 분쇄기로 회전시킨다. DEN 431 10g을 용액에 가하고, 용액이 균질해질 때까지 혼합한다. UVI 6974 5g을 가하고 완전히 혼합한다. 생성된 용액에 글리시독시프로필트리메톡시-실란 1g을 가한다.
생성된 용액을, 스피너에서 실리콘 웨이퍼를 사용하여, 잉크젯 프린터용 프린트 헤드 제조에 사용되는 기판에 2.5Krpm에서 30초 동안 스피닝하여 30μ 의 필름을 제조한 후, 현상한다. 이후, 페놀성 부티랄 피복된 폴리이미드 잉크젯 노즐판을 통상적인 접착 기술에 의해 기판에 부착시켜 잉크젯 프린트 헤드를 제조한다. 잉크젯 프린트 헤드를 통상적인 잉크젯 잉크(60℃) 속에 위치시킨 지 약 1달이 지난 후에도 노즐판의 분리가 시작되지 않을 뿐만 아니라 시작될 기미도 보이지 않았다.
실시예 3
경화성 수지 및 잉크젯 프린트 헤드를 엘버사이트 2008 : 감마 부티로락톤의 비가 50g/100g이고, 스피너가 60초 동안 3.0rpm으로 설정되며 필름이 2.5μ 임을 제외하고는 실시예 2에서 기재한 바와 유사한 방식으로 제조한다. 생성된 프린트 헤드를 60℃의 통상적인 잉크젯 잉크 속에 위치시킨다. 약 1달 후, 노즐판의 분리가 시작되지 않을 뿐만 아니라 시작될 기미도 보이지 않았다.
본 발명을 이의 특정한 실시양태를 언급하여 기재하였지만, 첨부되는 특허청구범위의 정신과 범주에 속하는 기술 내에서의 변형 및 개질이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명에 따르는 방사선 경화성 수지 조성물은 패턴 전사를 위한 방사선 경화 및 현상시 우수한 해상도를 제공할 뿐만 아니라, 잉크젯 프린트 헤드의 기판과 잉크 배출 노즐판 사이에 존재하는 방사선 경화된 수지층으로서 잉크 통과 경로 제공을 위해 사용되는 경우, 잉크젯 잉크(60℃) 속에서 장기간 경과 후에도 노즐판과 기판 사이의 탁월한 접착성을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따르는 방사선 경화된 수지 조성물을 함유하는 잉크젯 프린트 헤드의 단면도이다.

Claims (9)

  1. 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여,
    제1 다관능성 에폭시 화합물(A)_5 내지_50중량%,
    제2 다관능성 에폭시 화합물(B)_0.5 내지_20중량%,
    양이온을 형성할 수 있는 광개시제(C)_1.0 내지_10중량%,
    성분(A), 성분(B) 및 성분(C)로부터 선택된 하나 이상의 성분과 반응할 수 있는 관능성 그룹을 갖는 실란(D) 및
    비광반응성 용매(non photoreactive solvent)(E)_20 내지_90중량%를 포함하는, 방사선 경화성 수지 조성물.
  2. 잉크 배출 출구와 연결되는 잉크 통과 경로가 기판 위에 제공되어 있는 잉크젯 프린트 헤드로서,
    잉크 통과 경로가 방사선 경화성 수지 조성물(당해 수지 조성물은, 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여, 제1 다관능성 에폭시 화합물(A)_5 내지_50중량%, 제2 다관능성 에폭시 화합물(B)_0.5 내지_20중량%, 양이온을 형성할 수 있는 광개시제(C)_1.0 내지_10중량%, 성분(A), 성분(B) 및 성분(C)로부터 선택된 하나 이상 이상의 성분과 반응할 수 있는 관능성 그룹을 갖는 실란(D)및 비광반응성 용매(E)_20 내지_90중량%를 포함한다)의 층을 미리 설정된 방사선 조사 패턴으로 방사선에 노출시킴으로써 경화된 수지 조성물 영역을 형성시키고, 이어서 경화되지 않은 수지 조성물 영역을 수지층으로부터 제거함으로써 형성되는 잉크젯 프린트 헤드.
  3. 잉크 배출 출구와 연결되는 잉크 통과 경로가 기판 위에 제공되어 있는 잉크젯 프린트 헤드로서,
    잉크 통과 경로가 방사선 경화성 수지 조성물(당해 수지 조성물은, 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여, 제1 다관능성 에폭시 화합물(A) 5 내지 50중량%, 제2 다관능성 에폭시 화합물(B) 0.05중량% 이상 4.5중량% 미만, 양이온을 형성할 수 있는 광개시제(C)_1 내지_10중량% 및 비광반응성 용매(D)_20 내지_90중량%를 포함한다)의 층을 미리 설정된 방사선 조사 패턴으로 방사선에 노출시킴으로써 경화된 수지 조성물 영역을 형성시키고, 이어서 경화되지 않은 수지 조성물 영역을 수지층으로부터 제거함으로써 형성되는 잉크젯 프린트 헤드.
  4. 제2항에 있어서, 제1 다관능성 에폭시 화합물의 분자량이_100 내지_100,000 인 잉크젯 프린트 헤드.
  5. 제2항에 있어서, 제1 다관능성 에폭시 화합물이 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르인 잉크젯 프린트 헤드.
  6. 제2항에 있어서, 광개시제가 주기율표 VA족 원소의 오늄염, 주기율표 VIA족 원소의 오늄염, 방향족 할로늄 염 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 방향족 착염 광개시제인 잉크젯 프린트 헤드.
  7. 제2항에 있어서, 수지 조성물이 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체를_35중량% 이하로 추가로 포함하는 잉크젯 프린트 헤드.
  8. 제7항에 있어서, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체가 메틸 메타크릴레이트/n-부틸 메타크릴레이트 공중합체, 메틸 메타크릴레이트/n-부틸 메타크릴레이트/하이드록시에틸 메타크릴레이트 공중합체, 메틸 메타크릴레이트/스티렌/n-부틸 아크릴레이트/하이드록시에틸 아크릴레이트 공중합체, 스티렌/하이드록시에틸 아크릴레이트 공중합체 및 n-부틸 아크릴레이트/하이드록시에틸 아크릴레이트/비닐 아세테이트 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 잉크젯 프린트 헤드.
  9. 수지 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여,
    제1 다관능성 에폭시 화합물(A)_5 내지_50중량%,
    제2 다관능성 에폭시 화합물(B) 0.05중량% 이상 4.5중량% 미만,
    양이온을 형성할 수 있는 광개시제(C)_1.0 내지_10중량% 및
    비광반응성 용매(D)_20 내지_90중량%를 포함하는, 방사선 경화성 수지 조성물.
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