KR101717796B1 - 잉크젯 프린트 헤드용 봉합재 - Google Patents

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Abstract

디지털 프린트 헤드 상에서의 규소 반도체 다이 및 이의 전기적 본딩을 보호하기 위한 봉합재로서 사용하기에 적합한 UV 경화성 조성물은 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 ((메트)아크릴레이트) 올리고머, 바람직하게는 이관능성 올리고머; 희석제, 바람직하게는 (메트)아크릴레이트; 삼관능성 또는 사관능성 티올; 폴리프로필렌 옥시드/부틸렌 옥시드 블록 중합체; 및 광개시제를 포함한다.

Description

잉크젯 프린트 헤드용 봉합재 {ENCAPSULANT FOR INKJET PRINT HEAD}
본 출원은 2009년 2월 3일에 출원한 미국 가출원 특허 출원 번호 61/149,366 의 우선권을 주장하고 있으며, 그 내용은 본원에 참고로 포함되어 있다.
본 발명은 잉크젯 프린트 헤드에서의 규소 반도체 다이 미세유체 (microfluidic) 장치 상의 탭 및 와이어의 상호연결을 기계 및 유체 손상으로부터 보호하기 위한 봉합재에 관한 것이다.
프린트 헤드는 액적 형태의 유체를 배출시키는 장치이고, 상기 액적은 수용 매체 상에서 원하는 글자 또는 패턴을 작성한다. 프린트 헤드는 인쇄 기구에 설치되어 있고, 프린트 수용 매체가 프린트 헤드에 의해 스캐닝 (scan)되도록 프린트 헤드가 프린트 수용 매체에 따라 이동하거나, 또는 프린트 수용 매체가 프린트 헤드에 따라 이동한다. 프린트 헤드는 전형적으로는 정렬하여 배치되어 있는, 다수의 선택적으로 작동가능한 유체 배출 장치를 포함한다. 특정 구성요소는 규소 반도체 다이, 다이의 표면, 다이 및 기판 사이의 전기적 본딩 (bonding), 및 가소성 기판을 포함한다. 규소 다이 및 본딩을 잉크의 화학적 영향 및 프린트 헤드의 이동의 기계적 응력으로부터 보호하기 위해 재료 내에 봉합시킨다. 현재 사용되는 봉합재는 잉크에 대해 최적의 저항성을 가지지 않아서, 봉합재의 잉크 저항성을 최적화시키는 것은 산업적으로 이득이 될 것이다.
본 발명의 개요
본 발명은 프린트 헤드에서의 규소 반도체 다이 및 이의 전기적 본딩을 보호하기 위한 봉합재로서 사용하기에 적합한 UV 경화성 조성물에 관한 것이다. 봉합재는 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 (이하 "(메트)아크릴레이트") 올리고머, 바람직하게는 이관능성 올리고머; 희석제, 바람직하게는 (메트)아크릴레이트; 삼관능성 또는 사관능성 티올; 폴리(프로필렌)옥시드/폴리(부틸렌)옥시드 블록 공중합체; 및 광개시제를 포함한다. 봉합재는 잉크 저항성의 추가적 증가를 위한 하나 이상의 실란, 및 임의적으로 하나 이상의 안정화제, 억제제, 접착 촉진제, 충전제, 퍼옥시드, 및 탈포제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명
적합한 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 올리고머는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트에 의해 말단 캡핑된 (end-capped) 우레탄, 아크릴레이트, 또는 에폭시 올리고머를 포함한다. 하나의 구현예에서, 올리고머는 방향족 우레탄 메타크릴레이트이다. 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 올리고머는 전체 조성물 중 22 내지 60 중량% 범위의 양으로 존재할 것이다.
적합한 희석제는 일관능성 아크릴레이트 및 이관능성 아크릴레이트로부터 선택되고, 하나의 구현예에서 희석제는 이소보르닐 메타크릴레이트이다. 기타 희석제는 2-페녹시에틸 아크릴레이트 및 트리시클로데칸 디메탄올 디아크릴레이트를 포함한다. 희석제는 전체 조성물 중 30 내지 55 중량% 범위의 양으로 존재할 것이다.
다수 경우에서, 반도체 성분은 가요성 기판 상에 위치해 있고, 이는 봉합재 제형이 충분한 기계적 인성 (toughness)을 가지는 것을 필요로 한다. 적합한 강인화제 (toughener)는 삼관능성 및 사관능성 티올을 포함한다. 하나의 구현예에서, 티올은 트리메틸올프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트)이다. 기타 적합한 티올은 펜타에리트리톨 테트라-3-머캅토프로피오네이트를 포함한다. 티올은 전체 조성물 중 2.5 내지 8.8 중량% 범위의 양으로 존재할 것이다.
기타 적합한 강인화제는 블록 공중합체이다. 하나의 구현예에서, 블록 공중합체는 에틸렌옥시드 대 부틸렌옥시드 몰비 1:1 의 폴리(에틸렌)옥시드 / 폴리(부틸렌)옥시드 블록 공중합체이다. 실제로는, 몰비는 1:1 에서 약간 벗어날 수 있고, 몰비에서의 약간의 차이는 1:1 몰비를 의미하는 것으로 의도된다. 블록 공중합체는 전체 조성물 중 1 내지 25 중량% 범위의 양으로 존재할 것이다.
하나의 구현예에서, 봉합재는 실란을 추가로 포함할 것이다. 적합한 실란은 2-(3,4 에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(아미노에틸) 3-아미노-프로필트리에톡시 실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, (3-글리시독시-프로필)트리메톡시실란, (3-글리시독시프로필)트리에톡시실란, 5,6-에폭시헥실트리에톡시-실란, 3-글리시독시프로필)메틸디에톡시실란, (3-글리시독시프로필)디메틸에톡시-실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-우레이도-프로필트리에톡시실란, 2-(디페닐포스피노)에틸트리에톡시실란, 3-이소시아네이토-프로필트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-[2-(비닐벤질-아미노)-에틸아미노]프로필트리메톡시실란 히드로클로라이드, 3-글리시독시프로필트리메톡시-실란을 포함한다. 실란은 전체 조성물 중 0.5 내지 2.0 중량% 범위의 양으로 존재할 것이다.
적합한 광개시제는 Ciba Specialty Chemicals 에서 상표명 Irgacure 으로 판매되는 것을 포함한다. 기타 적합한 광개시제는 히드록실-시클로헥실-페닐 케톤; 포스핀 옥시드, 페닐 비스 (2,3,6 트리메틸 벤조일); 및 알파, 알파 디메톡시 알파 페닐아세토페논을 포함한다. 광개시제는 전체 조성물 중 0.8 내지 5.0 중량% 범위의 양으로 존재할 것이다.
상기 언급된 성분에 더하여, 봉합재 조성물은 임의적으로 안정화제, 접착 촉진제, 충전제, 탈포제, 및 봉합재 조성물에서 사용되는 것으로 알려진 기타 첨가제를 함유할 수 있다.
실시예
실시예 1. 상기 실시예는 화학적 저항성 및 경화된 봉합재의 저장 탄성율의 수준에 의해 측정되는 각종 강인화 제제를 함유하는 봉합재 조성물의 성능을 나타낸다.
화학적 저항성은 하기와 같이 측정되었다. 하기 표에 나타낸 성분을 함유하도록 제형을 제조하였다. 액체 제형을 균일한 크기의 디스크형 (disk-shaped) 몰드에 붓고, 인치 당 300 와트의 UV 공급원을 사용하여 자외선 (UV) 노출에 의해 경화시켰다. 경화된 봉합재를 몰드에서 꺼내고, 균일한 크기의 디스크를 형성시켰다. 그 디스크를 측량하고, 60℃ 또는 90℃의 수성 시안 잉크에 침지시켰다. 7일, 14일, 및 28일간의 간격으로, 디스크를 유체로부터 꺼내어 종이 타월로 두드려 건조시키고, 재측량하였다. 숙성된 중량을 초기 중량과 비교하여 중량% 변화를 산출하였다. 동적 기계 분석 (dynamic machanical analysis, DMA) 저장 탄성율을 침지 시험되지 않은 경화된 쿠폰 (coupon)에서 측정하였다. 제형의 성분 (중량%), 중량% 변화 및 DMA 는 하기 표에 기록되고, 폴리(프로필렌)옥시드/-폴리(부틸렌)옥시드 블록 공중합체를 함유하는 제형 A 가, 비교용 제형 B, C, 및 D 에 비해서 최저 증가량 및 이에 따른 잉크에 대한 최대 저항성을 가졌음을 나타낸다. 제형 A 는 또한 낮은 동적 기계 분석 (DMA) 저장 탄성율 (높은 가요성을 나타냄)을 가졌다.
Figure 112011065248933-pct00001
실시예 2.
추가 샘플을 제조하고 실시예 1 을 따라 시험하였다. 제형 및 결과는 하기 표에 기록된다.
Figure 112011065248933-pct00002
Figure 112011065248933-pct00003
Figure 112011065248933-pct00004
제형예의 비교:
제형 F 는 폴리(에틸렌)옥시드/폴리(부틸렌)옥시드 블록 공중합체를 함유하고, 낮은 탄성율 및 낮은 Tg 를 가지고, 이는 높은 가요성을 나타낸다. 제형 E 는 폴리(에틸렌)옥시드/폴리(부틸렌)옥시드 블록 공중합체를 함유하지 않고, 높은 탄성율 및 높은 Tg 를 가지고, 이는 낮은 가요성을 나타낸다. 제형 G 는 폴리(에틸렌)옥시드/폴리(부틸렌)옥시드 블록 공중합체를 함유하지 않고, 높은 탄성율 및 높은 Tg 를 가지고, 이는 낮은 가요성 (제형 E 와 유사)을 나타낸다. 제형 H 는 폴리(에틸렌)옥시드/폴리(부틸렌)옥시드 블록 공중합체를 함유하고, 낮은 탄성율 및 낮은 Tg 를 가지고, 이는 높은 가요성 (제형 F 와 유사)을 나타낸다. 이들 결과는 블록 공중합체의 존재가 제형에 가요성을 제공한다는 사실을 지지한다.
제형 E (블록 공중합체 비함유)는 비발연 실리카를 함유하고, 실란을 함유하지 않고, 침지 후 낮은 중량% 변화를 갖고, 이는 양호한 잉크 저항성을 나타낸다. 제형 F (블록 공중합체 함유)는 비발연 실리카를 함유하지 않고, 실란을 함유하지 않고, 침지 후 높은 중량% 변화를 가지고, 이는 낮은 잉크 저항성을 나타낸다. 이들 결과는, 비발연 실리카의 존재가 침지에서 유체에 대한 장벽으로서 작용하고 이에 따라 양호한 잉크 저항성에 기여한다는 사실을 지지한다.
제형 G (블록 공중합체 비함유)는 비발연 실리카 및 실란을 함유하고, 침지 후 낮은 중량% 변화 (이는 양호한 잉크 저항성을 나타냄)를 가지고, 이는 이러한 수준의 실란을 함유하지 않는 제형 E (블록 공중합체 비함유 및 비발연 실리카 함유)보다 더욱 낮다. 이들 결과는 실란의 존재가 잉크 저항성을 개선한다는 사실을 지지한다.
블록 공중합체, 비발연 실리카, 및 실란을 함유한 제형 H 는, 침지 후 중간 정도의 중량 변화를 가지고, 이는 제형 F 보다는 높지만 블록 공중합체 비함유한 G 의 잉크 저항성보다는 낮은 잉크 저항성을 나타낸다.
이들 결과는 블록 공중합체의 존재는 가요성을 위해 요구되고, 비발연 실리카의 존재는 잉크 저항성을 위해 요구됨을 나타낸다. 그 결과는 또한 실란의 존재가 잉크 저항성을 추가로 증가시킴을 나타낸다.
실시예 3.
추가 제형을 제조하여 실시예 1 을 따라 시험하였다. 제형 성분 및 시험 결과는 하기 표에 기록되고, 블록 공중합체 수준이 저장 탄성율을 감소시키는데 큰 영향을 주지만, 침지 중량 변화에는 보다 적은 영향을 주는 것을 나타낸다.
Figure 112011065248933-pct00005

Claims (10)

  1. 하기를 포함하는 잉크젯 프린트 헤드 보호용 봉합재 조성물:
    아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 올리고머;
    일관능성 (메트)아크릴레이트 희석제;
    삼관능성 또는 사관능성 티올;
    폴리에틸렌 옥시드/폴리부틸렌 옥시드 블록 공중합체; 및
    광개시제.
  2. 제 1 항에 있어서, 잉크젯 프린트 헤드에서의 규소 반도체 다이 미세유체 (microfluidic) 장치 상의 탭 및 와이어의 상호연결을 기계 및 유체 손상으로부터 보호하는 것에 사용되는 봉합재 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 올리고머가 방향족 우레탄 중합체인 봉합재 조성물.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 감마 글리시독시프로필-트리메톡시 실란, 베타 (3,4 에폭시시클로헥실)-에틸트리메톡시실란, N-(2 아미노에틸) 3-아미노프로필-트리에톡시 실란, 2-(3,4 에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(아미노에틸) 3-아미노-프로필트리에톡시 실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, (3-글리시독시-프로필)트리메톡시실란, (3-글리시독시프로필)트리에톡시실란, 5,6-에폭시헥실트리에톡시-실란, (3-글리시독시프로필)메틸디에톡시실란, (3-글리시독시프로필)디메틸에톡시-실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-우레이도-프로필트리에톡시실란, 2-(디페닐포스피노)에틸트리에톡시실란, 3-이소시아네이토-프로필트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-[2-(비닐벤질-아미노)-에틸아미노]프로필트리메톡시실란 히드로클로라이드 및 3-글리시독시프로필트리메톡시-실란로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 실란을 추가로 포함하는 봉합재 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서, 실란이 전체 조성물 중 0.5 내지 2.0 중량% 범위의 양으로 존재하는 봉합재 조성물.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 비발연 실리카를 추가로 포함하는 봉합재 조성물.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 올리고머가 전체 조성물 중 22 내지 60 중량% 범위의 양으로 존재하고;
    일관능성 (메트)아크릴레이트 희석제가 전체 조성물 중 30 내지 55 중량% 범위의 양으로 존재하고;
    삼관능성 또는 사관능성 티올이 전체 조성물 중 2.5 내지 8.8 중량% 범위의 양으로 존재하고;
    폴리에틸렌 옥시드/폴리부틸렌 옥시드 블록 공중합체가 전체 조성물 중 1 내지 25 중량% 범위의 양으로 존재하고;
    광개시제가 전체 조성물 중 0.8 내지 5.0 중량% 범위의 양으로 존재하는 봉합재 조성물.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 티올은 머캅토프로피오네이트인 봉합재 조성물.
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