KR101388558B1 - 기판 상의 층 형성 - Google Patents
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Abstract
기판 상에 고체 층을 생성하도록 화학 반응을 활성화하기 위해 기판 상에 활성제 함유 층을 형성하는 액체 조성물은 활성제, 계면활성제, 용매 및/또는 결합제를 포함한다. 상기 층은 기판 표면 상에 고체 층, 예를 들어 전도성 금속 층을 생성하도록 화학 반응을 활성화하는데 사용된다. 액체 조성물 내의 계면활성제는 임의의 기판에 가해질 때 액체 조성물의 거동에 유리한 효과를 가진다.
Description
본 발명은 기판 상에 층을 형성하는 것에 관한 것이며, 또한 기판 상에 활성제 함유 층을 형성하기 위한 액체 조성물, 및 예를 들어, 무전해 도금(electroless deposition)에 의해 상기 활성제 함유 층을 사용하여 기판 상에 예를 들어, 전도성 층과 같은 고체 층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
WO 2004/068389호에는 특히, 기판 상에 전도성 금속 영역을 형성하기 위해 환원제 용액과 금속 이온 용액의 반응을 활성화시키는 촉매 또는 촉매 전구체(예를 들어, 팔라듐 아세테이트)와 같은 활성제를 예를 들어 잉크젯 프린팅에 의해 기판 상에 증착하는 단계를 포함하는, 기판 상에 전도성 금속 영역을 형성하는 방법이 기술되어 있다. 통상적인 실시예에서, 디아세톤 알콜과 메톡시 프로판올의 혼합물 내에 용해된 팔라듐 아세테이트를 포함하며, 또한 폴리비닐 부티랄과 수산화칼슘을 포함하는 활성제 잉크는 잉크젯 프린팅에 의해 기판 상에 증착된다. 프린팅된 활성제 잉크의 건조 후에, 황화 구리 및 포름알데히드를 포함하는 하나 또는 그 이상의 용액들이 전도성 구리 층을 형성하기 위한 반응을 위해 활성제 함유 층 상에 잉크젯 프린팅된다.
PCT/GB2004/004589(WO 2005/045095)호에는 기판 상에 활성제 함유 층의 사용 을 포함하는, 기판 상에 고체 층, 예를 들어 전도성 층을 형성하는 방법이 기술되어 있다. 상기 층은 상기 층 내에 가해지는 액체 내에서 적어도 부분적으로 불용성인 하나 또는 그 이상의 경화가능한 모노머 및/또는 올리고머의 제 1 화학 작용기(functionality), 예를 들어 폴리머 반응 생성물을 포함한다. 상기 층은 바람직하게, 가해진 액체 내에서 적어도 부분적으로 용해가능한 폴리비닐 피롤리돈(PVP)과 같은 제 2 화학 작용기도 포함한다.
PCT/GB2004/005088(WO2005/056875)호에는 기판 상에 활성제 함유 층의 사용을 포함하는 기판 상에 고체 층, 예를 들어 전도성 금속을 형성하는 방법이 기술되어 있다. 활성제는 예를 들어 UV-경화 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 포함하는 경화가능한 조성물에 가해진다.
WO2005/045095 및 WO2005/056875호 중에서도, 특히 무전해 도금법에 의해 전도성 금속을 패턴화된 방식으로 선택적으로 증착하는 방식이 사용될 수 있다. 선택적인 금속 증착 분야에는 전기 회로, 안테나, 디스플레이에 사용되는 전도체, 히터 소자, 인터콘넥트 및 데코레이션(decoration)이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 그러한 분야의 대부분에 있어서, 패턴화되는 피쳐(features)의 형태와 크기 및 형성되는 금속의 물리적 특성, 예를 들어 특정 금속 피쳐의 저항에 대한 재현성에 대한 고 정밀도로의 제어가 가장 흥미롭다.
중간 액상을 거친 고체 재료의 증착에 있어서의 공통적인 문제점은 소위, "커피 스트레인" 효과(coffee strain effect)이다. 이러한 현상은 고체 층이 용매나 캐리어가 일소(driven off)되게 함으로써 용액으로부터 생성될 때 발생한다. 표면 장력과 열 효과의 조합으로 용매가 증발하고 물방울이 건조하면서 용액의 물방물의 에지에서 용액의 고체 성분이 편석되게 된다. 이는 주변을 에워싸고 있는 두꺼운 고체의 특징적인 링을 갖는 고체 층을 유발하게 된다. 최종 고체 재료가 여러 고체 재료의 혼합물로 구성되는 경우에 있어서, 두꺼운 주변부의 링은 종종 재료의 가장 중심 영역과는 상이한 조성을 가지게 된다. 분명하게, 이는 고체 층의 색체나 색조에 상이함을 나타낼 수 있다. 고체 층이 화학적 반응성, 전기적 또는 반 전도체적 특성과 같은 상이한 물리적 특성을 위해 사용된다면, 이러한 효과는 증착된 재료의 영역 전반에 걸쳐서 성능에 실질적인 편차를 유발할 것이다.
무전해 도금을 개선하기 위한 촉매 성분을 포함하는 용액의 경우에 있어서, 이러한 커피 스트레인 효과는 촉매 재료의 불균일한 분포를 유발함으로써 무전해 증착율의 편차를 유발하게 된다. 대부분의 경우에 촉매 재료는 보다 심한 커피 스트레인 효과에 직면하여 이러한 영역에 있어서 보다 두꺼운 도금율을 초래하여 증착된 피쳐들 전반에 걸쳐서 두께 편차를 심화시킬 것이다. 대부분의 이러한 경우는 바람직하지 못하다.
일면에 있어서, 본 발명은 기판 상에 고체 층을 형성하기 위한 화학 반응을 활성화하도록 기판 상에 활성제 함유 층을 형성하는 액체 조성물을 제공하며, 그 액체 조성물은 활성제, 계면활성제 및 용매 및/또는 결합제를 포함한다.
사용시, 액체 조성물(또는 잉크)는 어떤 적합한 기술, 예를 들어 잉크젯 프린팅에 의해 기판의 표면에 증착된다. 이러한 층은 기판 표면 상에 고체 층, 예를 들어 전도성 금속을 생성하기 위한 화학 반응을 활성화시키는데 사용된다. 통상적으로 이는 하나 또는 그 이상의 다른 액체와 접촉시키는 단계를 포함한다.
다른 일면에 있어서, 본 발명은 기판 상에 고체 층을 형성하는 방법을 제공하는데, 이러한 방법은 활성제 함유 층을 기판 상에 생성하도록 활성제, 표면 활성제 및/또는 결합제를 포함하는, 본 발명에 따른 액체 조성물을 기판 표면에 가하는 단계와, 고체 층을 기판 상에 형성하도록 상기 활성제에 의해 활성화되는, 화학 반응용 하나 또는 그 이상의 액체를 상기 층에 가하는 단계를 포함한다.
계면활성제는 일반적으로, 액체의 표면 장력을 감소시키는데 사용된다. 액체 조성물 내에 계면활성제의 존재는 어떤 기판에 가해질 때 액체 조성물의 거동에 영향을 준다.
기판에 가해질 때의 액체 조성물의 거동은 (특히 용매 및/또는 결합제 함량에 의해 결정되는)액체 조성물과 기판 표면의 상대 극성에 의존하게 된다.
액체 조성이 기판 표면 보다 낮은 극성을 가지는 경우에, 계면활성제의 친수성 부분이 액체 조성물에 대한 친화력 보다 기판 표면에 대해 보다 큰 친화력를 나타낸다. 이는 계면활성제를 재설정함에 있어서 반극성화(polar moieties)를 초래하는데, 이는 기판 표면을 더욱 더 효율적으로 친수성화시키며 기판 표면과 액체 조성물 사이의 표면 장력을 증가시킨다. 이는 액체와 기판 표면 사이의 접촉 각을 증가시키는 결과로써, 액체 에지의 "피닝(pinning)"을 감소시키며 웨이팅(wetting)이 덜 선호적으로 되며, 커피 스트레인 효과에 의해 액체가 건조되는 경향을 제거 또는 감소시킬 것이다. 이러한 경우에는 좁고 명확하게 한정된 활성제 함유 층의 라인이 기판 상에 형성될 것이다.
이러한 상황은 통상적으로, 낮은 극성 또는 무 극성의 용매 및/또는 결합제(특히 비수성 액체)를 포함하는 액체 조성물 및 (반드시 높을 필요가 없는)극성 표면을 갖는 기판을 초래할 것이다.
(예를 들어, 25℃에서 20 내지 50 mN/m 범위의 표면 장력을 갖는)낮은 극성의 용매는 디아세톤 알콜과 메톡시 프로판올과 같은 복잡하거나 긴 사슬을 갖는 알콜을 포함한다.
극성 기판은 아크릴, 스티렌, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 극성 또는 하이드록실 종결(terminated) 표면을 갖는 유리 및 세라믹과 같은 중합체 재료를 포함한다. 또한, 비극성 표면은 예를 들어, 코로나 또는 플라즈마 처리 또는 자체 결합된 단일층의 적용에 의해 극성을 갖도록 처리될 수 있다.
액체 조성물이 기판 표면 보다 더 큰 극성을 갖는 경우에는 반대 결과가 발생한다. 이러한 경우에, 계면활성제의 친수성 부분은 기판 표면에 대한 친화력보다 액체에 대해 큰 친화력을 가진다. 계면활성제는 액체 조성물과 기판 표면 사이의 표면 장력을 감소시키는 작용을 함으로써, 액체 조성물의 웨이팅이 개선된다. 이 경우에 활성제 함유 층의 보다 넓은 라인이 생성될 수 있다. 이러한 효과는 기판 상에 양호한 웨이팅을 달성하는데 사용되는데, 그렇지 않으면 바람직하지 않은 디웨이팅(de-wetting)을 유발하게 된다. 전술한 것과 같이, 액체 조성물의 웨이팅이 개선되는 이러한 상황은 통상적으로, 액체 조성물이 높은 극성을 갖는, 예를 들어 수계 조성물이거나 기판 표면이 고밀도 폴리에틸렌 또는 액정 폴리머의 기판에서와 같이 친수성 또는 높은 비극성을 갖는 경우에 유발된다.
액체 조성물은 용매 혼합물을 포함할 수 있다.
있다면, 상기 용매는 활성제를 용해 또는 분산시키는 기능을 하며 또한, 전술한 바와 같은 거동을 고려한 계면활성제용 용매로서 작용을 하는 액체이다. 상기 조성물의 사용에 있어서, 용매는 증발되고 활성제 함유 층의 성분을 형성하지 않는다.
있다면, 상기 결합제는 유사하게, 활성제를 용해하거나 분산시키는 기능을 하며, 또한 계면활성제용 용매로서 작용을 한다. 결합제는 액체 종일 수 있으며, 또한 용액 내의 용매로, 용해된 상태로 액체 조성물 내에 존재할 수 있다. 조성물의 사용에 있어서, 결합제(또는 그의 생성물)는 예를 들어, 용매를 증발시키기 위한 건조 후에, 또는 예를 들어 중합 반응 또는 교차 결합에 의한 고화 유발 화학 반응 후에, 고체 상태로 활성제 함유 층 내에 존재한다. 활성제 함유 층에 있어서, 고체 결합제(또는 결합제 생성물)는 활성제가 기판에 부착되는 것을 돕는 역할을 한다.
액체 조성물은 통상적으로, 용매와 결합제를 포함하나 단지 결합제나 단지 용매만을 사용할 수도 있다.
결합제는 적합한 조건 하에서 중합 반응 및/또는 교차 결합과 같은 화학 반응에 의해 편리하게 사용시 고화하는 하나 또는 그 이상의 재료를 포함한다. 결합제는 적합한 경화 조건에 응답하여 발생하는 화학 반응에 의해 용이하게 경화될 수 있다. 예를 들어, 결합제는 특정 파장 범위(예를 들어, 자외선, 블루, 마이크로웨이브, 적외선)의 전자기 방사, 전자 비임 또는 열과 같은 자극에 응답하여 경화될 수 있다. 대신에, 결합제는 특히 화학 경화제 또는 촉진제의 존재하에서 적합한 화학 조건에 응답하여 경화될 수 있다. 더욱 큰 가능성으로서, 결합제는 습기 또는 공기와 같은 종의 존재에 응답하여 경화될 수 있다. 자외선 경화가능한 조성물을 사용하는 것이 편리하다.
이와 같이, 결합제는 사용시 중합 반응 및/또는 교차 결합할 수 있는 하나 또는 그 이상의 모노머 및/또는 올리고머를 포함하는 것이 바람직하다. 결합제는 또한 하나 또는 그 이상의 UV 경화가능한 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 포함한다. 이 경우에, 상기 조성물은 또한 본 기술 분야에 공지된 적합한 억제제를 포함하는, 하나 또는 그 이상의 UV 광 억제제를 포함할 수 있다.
적합한 경화가능한 재료에 대한 더욱 상세한 설명은 WO2005/056875호에 기술되어 있다.
계면활성제 없는 액체 조성물은 통상적으로, (25℃에서)약 45 mN/m 이하의 표면 장력을 가진다.
본 발명에 사용하기 위한 적합한 계면활성제의 예들은 (독일의 BYK 케미(Chemie)에 의해 공급되는 BYK-33인 폴리에테르-변성 폴리디메틸 실록산, BYK-33는 상표명임)폴리에테르-변성 폴리-실록산, 및 독일 왁커-케미 게엠베하로부터 공급되는 Addid 300을 포함하는 폴리디메틸 실록산 유도체와 같은 아크릴레이트-변성 폴리-실록산이 포함된다.
계면활성제의 혼합물이 사용될 수 있다.
효과적인 물질을 생성하기 위한 액체 조성물에는 단지 상당히 적은 양의 계면활성제가 필요하다. 계면활성제는 통상적으로, 조성물의 전체 중량을 기준으로 중량비로, 1% 미만, 가능하면 0.5% 미만, 예를 들어 약 0.3%의 양으로 존재한다.
활성제는 액체 조성물 내에 용액 내에, 또는 (용매 및/또는 결합제 내에 용해되거나 분산될)분산물 또는 이들 상태의 혼합물로서 존재한다.
상기 활성제는 적합하게, 전술한 종래 기술 문헌들에 기술된 바와 같은, 촉매 또는 촉매 전구체를 포함한다. 고체 층이 전도성 금속을 포함하는 경우에, 활성제는 적합하게, 전도성 금속의 염 또는 복합물, 바람직하게 전이 금속, 특히 팔라듐, 백금 또는 은의 염이다. 이러한 염은 팔라듐 염화물과 같은 무기질, 또는 예를 들어 팔라듐 아세테이트 또는 팔라듐 프로파노에이트(propanoate)와 같은 무기질일 수 있다.
현재 바람직한 활성제는 팔라듐 아세테이트이다. 팔라듐 아세테이트는 금속화 반응의 촉매 역할을 하는 팔라듐 전구체이다. 팔라듐 아세테이트는 적합한 다른 액체 또는 액체들이 가해질 때 금속 증착의 촉매 역할을 할 수 있는 팔라듐 금속을 형성하도록 디메틸 아민 보란(DMAB)과 같은 예를 들어, 이후에 가해지는 환원제에 의한 환원에 의해 활성 또는 촉매 형성물로 변환될 수 있다.
활성제 혼합물도 사용될 수 있다.
활성제 함유 층은 대부분 또는 모든 전체 기판 표면을 코팅할 수 있다. 이와는 달리, 이러한 층은 패턴에 따라 기판 상에 형성될 수 있다. 이는 여러 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기 액체 조성물은 소정 패턴의 프린팅, 특히 잉크젯 프린팅에 의해, 예를 들어 증착에 의해 가해질 수 있다. 이와는 달리, 활성제 함유 층은 예를 들어, WO2005/056875호에 기술된 바와 같이, 액체 조성물이 가해진 후에 패턴화될 수 있다.
액체 조성물은 바람직하게, 증착 공정, 예를 들어 프린팅 공정에 의해 기판 표면에 가해질 수 있다. 바람직하게, 증착 공정은 바람직하게 디지털, 예를 들어 잉크젯 프린팅인 비-접촉식 공정이다. 잉크젯 프린팅을 사용할 때, 액체 조성물의 특성은 이러한 방식의 증착에 적합한 점성, 표면 장력과 같은 특성을 가져야 한다.
프린팅 공정은 통상적으로, 300 nm보다 더 큰 두께 및 가능하다면 상당히 두꺼운 두께를 갖는 층을 제조하게 한다.
액체 조성물은 바람직하게, PCT/GB2004/004589에 기술된 바와 같은, 제 1 및 제 2 화학 작용기를 포함한다.
다른 선택적이고 바람직한 특징들은 WO2004/068389, WO2005/045095 및 WO2005/056875호에 기술되어 있다.
활성제 함유 층은 통상적으로, 액체나 액체들이 가해지기 이전인 예를 들어 건조 또는 경화 후에는 고체 상태이다. 상기 다른 액체(들)는 전술한 바와 같은 증착 기술 및 침지 기술을 포함하는 다양한 기술들에 의해 가해질 수 있다.
고체 층은 바람직하게, 활성제 함유 층 내에 활성제를 포함하는 다양한 상이한 공정에 의해 형성될 수 있는 전도성 금속 층이다. 적합한 공정은 바람직하게, 금속 이온의 환원 공정, WO2004/068389호에 기술된 공정, 및 예를 들어 WO2005/045095와 WO2005/056875호에 기술된 바와 같은 무전해 도금 공정을 포함한다.
본 발명의 방법은 다양한 상이한 환경 하에서 기판 상에 고체 층을 형성하는, 특히 전도성 금속 층을 선택적으로 형성하는 분야, 및 전기 회로, 안테나, 디스플레이에 사용되는 전도체, 가열 소자, 인터콘넥트 및 데콜레이션을 포함하는 분야에 적용될 수 있다. 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 제조되는 고체 층을 포함하는 물품도 본 발명의 범주내에 포함한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조한 다음의 예시적인 예에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 표준 잉크 및 계면활성제 잉크를 사용하여 프린팅된 3 개의 픽셀 와이드(wide) 라인의 횡단면에 대한 표면 프로파일의 변위량(μ) 대 프로파일 높이(Å)를 나타내는 그래프이며,
도 2는 두 개의 픽셀 와이드 라인에 대한 결과를 도시하는 도 1과 유사한 그래프이며,
도 3은 하나의 픽셀 와이드 라인에 대한 결과를 나타내는 도 1 및 도 2와 유사한 그래프이다.
예 1
WO2005/045095호에 기술된 바와 같은 종래의 액체 조성물 또는 잉크 제형(제형( 劑型)은 아래의 표 1에 나타낸 바와 같은 제형을 가진다. 이는 "표준" 잉크라 지칭한다. 상기 잉크는 특정 성분들을 혼합함으로써 준비되었다.
| 천연 재료 | Qty, %(w/w) | Qty, g |
| DPGDA(결합제) | 30.5 | 152.5 |
| 악틸란505(결합제) | 10 | 50 |
| DPHA(결합제) | 3 | 15 |
| 이가큐어1700(광 억제제) | 3.25 | 16.25 |
| 이카큐어819(광 억제제) | 1.25 | 6.25 |
| DAA(용매) | 37.5 | 187.5 |
| DAA내의 20%PVP K30 용액 | 12.5 | 62.5 |
| 팔라듐(Ⅱ)아세테이트 삼량체(활성제) | 2 | 10 |
DPGDA는 벨기에 드라겐보스 소재의 UCB에 의해 공급되는 디프로필렌 글리콜 디아세테이트이다. 악틸란 505는(악틸란(Actilane) 505는 상표임)영국 맨체스터 소재의 아크조 노벨 수지사에 의해 공급되는 반응성 테트라펑셔널(tetrafunctional) 폴리에스터 아크릴레이트 올리고머이다. DPHA는 벨기에 드라겐보스 소재의 UCB에 의해 공급되는 디펜타에릴쓰리톨(dipentaerythritol) 헥사아크릴레이트, 헥사펑셔널 모노머이다. 악틸란 505 및 DPHA는 모두 UV 경화 모노머이다. 이가큐어 1700 및 이가큐어 819(이가큐어(Irgacure)는 상표임)는 영국 맥클리스필드 소재의 시바 스페셜리티 케미컬에 의해 공급되며 둘다 UV 광 억제제이다. DAA는 UV 경화 모노머용 약한 극성의 용매인 디아세톤 알콜이다. PVP K30은 60,000 내지 70,000 범위의 분자량을 가지는 인터내셔날 스페셜리티 프로덕츠에 의해 공급되는 K30 등급의 폴리비닐 피롤리돈이다. 존슨 매티(Mattey)로부터 공급되는 팔라듐(Ⅱ)아세테이트 삼량체는 촉매 전구체이다. 팔라듐 아세테이트는 용액 내의 잉크에 최초로 존재하며, 팔라듐 아세테이트의 준비시에 안정화된 콜로이달을 형성하도록 잠재적으로 환원된다.
이러한 표준 잉크의 샘플은 180 dpi ×250 dpi의 해상도로 프린팅하는 XAAR XJ500/180/UV 프린트헤드를 사용하여 100 ㎛ 두께의 메리넥스(Melinex는 듀퐁 테이진 필름스의 상표명임) 339 폴리에스터 기판 상에 프린트되었다. 이는 4 ㎑의 발화빈도수(firing frequency)로 프린트헤드를 작동시키고 기판 하부를 0.41 ms-1의 속도로 이동시킴으로써 달성되었다. 그 후 잉크는 100 W/cm의 복사 세기를 갖는 140 mm H 전구를 갖는 퓨젼 시스템에 의해 공급되는 라이트 헤머 6 UV 램프를 사용하여 경화되었다.
표준 잉크 제형은 독일 BYK 케미사에 의해 공급되는 폴리에테르-변성 폴리디메틸 실록산인 계면활성제 BYK-333 의 0.3 % w/w를 포함하도록 변성되었다. 이러한 변성된 제형에 관한 상세한 사항이 표 2에 주어져 있다. 이는 "계면활성제 잉크"로 지칭될 것이다.
| 천연 재료 | Qty, %(w/w) | Qty, g | |
| DPGDA(결합제) | 30.5 | 152.5 | |
| 악틸란505(결합제) | 10 | 50 | |
| DPHA(결합제) | 3 | 15 | |
| 이가큐어1700(광 억제제) | 3.25 | 16.25 | |
| 이카큐어819(광 억제제) | 1.25 | 6.25 | |
| DAA(용매) | 37.2 | 186 | |
| DAA내의 20%PVP K30 용액 | 12.5 | 62.5 | |
| 팔라듐(Ⅱ)아세테이트 삼량체 (활성제) |
2 | 10 | |
| BYK-333(계면활성제) | 0.3 | 1.5 | |
이러한 표면 활성제 잉크는 또한 표준 잉크와 동일한 구성 및 조건을 사용하여 메리넥스 339 상에 프린트되었다.
메리넥스 339 기판은 계면활성제가 약간의 극성을 갖는 아크릴 코팅된 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)이다. 이러한 결과는 BYK-333 계면활성제의 친수성 부분이 잉크 내의 아크릴레이트와 단지 약간의 극성을 갖는 알콜 용매에 대한 것보다 기판에 대해 더 큰 친화력을 갖게 된다. 이는 기판이 훨씬 더 큰 친화력을 갖게 하며 기판과 잉크 사이의 표면 장력을 증가시킨다. 따라서, 잉크 에지의 피닝이 감소되며 웨이팅이 덜 선호되며, 커피-스트레인 효과에 의해 잉크가 건조되는 경향을 제거한다.
도 1은 전술한 조건 하에서 두 개의 잉크를 사용하여 프린팅된 3 픽셀 와이드 라인의 횡단면에 대한 표면 프로파일을 도시한다. 커피 스트레인 효과는 표준 잉크에서 명확하게 볼 수 있으며, 이는 상당히 균일한 대략 1 ㎛의 필름 두께를 제공하나 과도한 고체가 경화 및 건조 중에 격리되는 에지에서는 대략 3.3 ㎛로 증가한다. 대조적으로, 표준 잉크는 중심부가 대략 2.6 ㎛에 도달하는 더욱 불균일한 돔-형상의 프로파일을 제공한다. 이는 스캔의 프로파일을 악화시키는 수평축과 수직 축 사이에서 크기의 차이가 있음을 주목해야 한다.
계면활성제 잉크는 또한 503 ㎛에 비해서, 대략 434 ㎛의 표준 잉크에 비해서 좁다란 선폭을 생성한다.
이러한 효과는 도 2와 도 3에 각각 도시된 2 픽셀 및 단일 픽셀 라인에서 더욱 중요하다. 2 픽셀 라인에 있어서, 계면활성제 잉크는 25% 좁은 라인을 제공한다. 단일 픽셀에 비해서, 계면활성제 잉크는 대략 30% 더 좁다.
계면활성제의 다른 장점은 도금의 균일도에서 나타난다. 전술한 활성제 함유 샘플 층은 상업적인 무전해 구리 도금욕 내에 침지함으로써 구리 금속으로 무전해 도금되었다. 상기 도금욕은 3 : 3 : 1의 비율로 조합되고 75% 탈이온수로 희석되는 인플레이트 827 구리 도금 성분 용액 A, B 및 C(인플레이트(Enplate는 쿡슨 일렉트로닉 머티리얼즈의 상표명임)으로 형성되었다. 인플레이트 827A는 황산 구리를 포함한다. 인플레이트 827B는 시안화복합물(cyanide complexing agent) 및 포름알데히드를 포함한다. 인플레이트 827C는 수산화나트륨을 함유한다. 상기 도금욕은 45℃의 온도로 유지되었다. 도금 전의 예비처리로서, 샘플은 팔라듐 아세테이트를 팔라듐으로 환원시키도록 디메틸 보란(DMAB)의 1.6% 용액 내에서 수세되었다.
20 초 후에, 계면활성제 잉크 샘플은 연속적인 구리 라인을 형성했다. 그러나, 표준 잉크를 사용하여 생성된 샘플은 라인의 에지에 있는 두꺼운 영역 상에 우선적으로 도금되었다. 긴 도금 시간에서, 이러한 효과는 균일했으며 전체 라인은 연속적인 구리 층으로 코팅되었다.
또한, 계면활성제 잉크를 사용하여 프린팅한 라인들은 표준 잉크로 프린팅된 동등한 라인보다도 더 높은 전도성 성분을 생성했다. 표 3은 두 개의 잉크로 프린팅된 동일한 하나 및 두 개의 픽셀 라인 이미지에 대한 저항 측정치의 비교를 나타낸다.
| 표준 잉크 | 계면활성제 잉크 | |
| 1 픽셀 와이드 라인의 평균 저항(Ω) |
162.7 | 103.5 |
| 2 픽셀 와이드 라인의 평균 저항(Ω) |
105.4 | 81.6 |
이미지는 500 dpi의 다운 웹 해상도를 갖는 메리넥스 339 상에 프린트되고 경화된 3 cm 길이의 테스트 바아였다. 상기 샘플은 전술한 바와 같이 무전해 도금 용액 내에서 40 초 동안 도금되었다. 평균 저항값은 각각의 잉크에 있는 24 개의 샘플에 대해 취해졌다. 계면활성제 잉크는 표준 제형 보다 낮은 저항을 일정하게 제공함을 알 수 있다.
대조적으로, 계면활성제 잉크가 친수성 기판, 예를 들어 듀퐁사로부터 공급되는 제나이트(제나이트는 상표명임)와 같은 액정 폴리머 상에 사용되었을 때, 계면활성제는 잉크와 기판 사이의 표면 장력을 감소시키는 역할을 하며, 그 결과로써 잉크의 웨이팅이 개선되며 라인 폭이 표준 잉크로 프린팅 되었을 때 관찰된 것보다 더 컸다. 이러한 결과는 계면활성제 잉크가 표준 잉크가 사용되었을 때 보통 디웨이팅을 초래하는 기판 상에 양호한 웨이팅을 달성하는데 사용될 수 있음을 의미한다.
예 2
상이한 잉크를 사용했을 때의 감소된 라인 폭과 개선된 웨이팅 사이의 경계를 보다 확실히 하기 위해서, 계면활성제 BYK 333이 여러 개의 상이한 액체에 추가되었으며 계면활성제가 있을 때와 없을 때의 접촉 각이 메리넥스 339 폴리에스터 기판 상에서 시험되었다. 용매의 극성이 표면 장력과 관련이 있으므로(더 높은 표면 장력을 갖는 더 많은 극성의 액체를 갖는), 액체들이 아래의 표 4에 도시한 바와 같이 표면 장력의 순서로 분류되었다.
| 이름 | mN/m 단위의 20℃에서의 표면장력 |
| 물 | 72.8 |
| 에틸렌 글리콜 | 47.7 |
| 폴리에틸렌 글리콜 300(PEG) | 43.5 |
| N-메틸-2-피롤리돈(NMP) | 40.79 |
| 디아세톤 알콜(DAA) | 30.9 |
모든 경우에 있어서, 0.3%의 BYK 333이 액체 샘플에 첨가되었으며 계면활성제가 있고 없는 그 액체 방울이 메리넥스 339 폴리에스터 상에 놓였다. 물, 에틸렌 글리콜 및 폴리에틸렌 글리콜 300의 경우에, 웨이팅은 계면활성제의 첨가에 의해 개선되었으며 계면활성제를 갖는 액체 방울에 대한 접촉 각은 계면활성제가 없는 액체 방울에 대한 것 보다 현저히 감소되었다. NMP 및 DAA의 경우에, 결과가 역전되었으며 계면활성제를 함유하는 액체는 기판에 대해 훨씬 높은 접촉 각을 나타냈다.
이러한 예로부터 계면활성제 BYK 333의 첨가에 의해 43.5 mN/m 또는 그 이상의 표면 장력을 갖는 액체에 대한 메리넥스 339와 관련된 웨이팅을 개선함을 유추할 수 있다. 유사하게, 이러한 재료의 추가는 40.79 mN/m 또는 그 이상의 표면 장력을 갖는 액체에 대한 라인의 폭을 좁게할 것이다.
Claims (18)
- 액체 조성물로,극성 표면을 구비하는 기판 상에 고체 층을 생성하도록 화학 반응을 활성화하기 위해, 상기 액체 조성물보다 극성인 표면을 구비하는 기판 상에 활성제 함유 층을 형성하는, 액체 조성물로서,활성제, 계면활성제, 용매 및/또는 결합제를 포함하며,상기 계면활성제는 폴리에테르-변형된 폴리-실록산 및 아크릴레이트-변형된 폴리-실록산으로부터 선택되는,액체 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 계면활성제는 상기 조성물 전체 중량의 중량비로 1 % 미만의 양으로 존재하는,액체 조성물.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 용매는, 25℃에서 20 mN/m 이상 50mN/m 이하의 표면 장력을 가지는 하나 또는 그 이상의 낮은 극성 용매인,액체 조성물.
- 제 3 항에 있어서,상기 용매는 디아세톤 알콜과 메톡시 프로판올로부터 선택되는,액체 조성물.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 활성제는 촉매 또는 촉매 전구체를 포함하는,액체 조성물.
- 제 5 항에 있어서,상기 활성제는 전도성 금속의 염 또는 복합물인,액체 조성물.
- 제 6 항에 있어서,상기 활성제는 팔라듐 아세테이트인,액체 조성물.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 결합제는 고체 재료를 형성하는 경화 조건하에서 중합 반응 및/또는 교차 결합할 수 있는 하나 또는 그 이상의 재료를 포함하는,액체 조성물.
- 제 8 항에 있어서,상기 결합제는 하나 또는 그 이상의 UV 경화 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 포함하는,액체 조성물.
- 극성 표면을 구비하는 기판 상에 고체 층을 형성하는 방법으로서,상기 기판 상에 활성제 함유 층을 생성하도록 액체 조성물을 상기 기판의 표면에 가하는 단계로, 상기 액체 조성물은 활성제, 계면활성제, 용매 및/또는 결합제를 포함하며, 상기 계면활성제는 폴리에테르-변형된 폴리-실록산 및 아크릴레이트-변형된 폴리-실록산으로부터 선택되고, 상기 기판 표면보다 낮은 극성인 상기 액체 조성물을 상기 기판의 표면에 가하는 단계, 및상기 기판 상에 고체 층을 형성하도록 활성제에 의해 활성화되는 하나 또는 그 이상의 다른 액체를 화학 반응을 위한 상기 활성제 함유 층에 가하는 단계를 포함하는,고체 층을 기판 상에 형성하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 액체 조성물은 패턴화 방식으로 기판 표면에 가해지는,고체 층을 기판 상에 형성하는 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,상기 액체 조성물은 도포 공정에 의해 가해지는,고체 층을 기판 상에 형성하는 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 도포 공정은 비 접촉식 디지털 공정인,고체 층을 기판 상에 형성하는 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,상기 활성제 함유 층은 패턴에 따라 기판 상에 형성되는,고체 층을 기판 상에 형성하는 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,상기 고체 층은 전도성 금속 층인,고체 층을 기판 상에 형성하는 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,상기 활성제 함유 층의 에지로부터 중앙 쪽으로 두께가 증가하는 횡단면을 갖는 활성제 함유 층이 생성되는,고체 층을 기판 상에 형성하는 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 따른 방법에 의해 제조되는 고체 층을 포함하는 물품.
- 삭제
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