KR102031105B1 - 레이저 직접 구조화 물질 및 이의 제조 방법 - Google Patents

레이저 직접 구조화 물질 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 LDS 첨가제를 포함하는 상기 제1 코팅층 및 기저 기재를 포함하는 LDS 물질에 관한 것으로, 여기서 코팅층은 기저 기재와 접촉된다. 전도성 경로 및 활성화된 경로 상에 침착되는 금속층을 포함하는 LDS 물질로부터 형성되는 물품이 또한 개시되어 있다. LDS 물질의 제조 방법 및 상응하는 물품이 또한 기재되어 있다.

Description

레이저 직접 구조화 물질 및 이의 제조 방법{LASER DIRECT STRUCTURED MATERIALS AND THEIR METHODS OF MAKING}
관련 출원
본 출원은 2014년 12월 12일에 출원된 미국특허출원 제62/091,099호의 우선권을 주장하고, 이의 개시물은 그 전문이 본원에 포함되어 있다.
기술분야
본 개시물은 레이저 직접 구조화 (LDS; laser direct structuring) 첨가제를 포함하는 코팅 물질에 관한 것이다. 이러한 코팅 물질은 기저 기재 상에 침착될 수 있고, 종래의 배합 기술을 이용하는 것보다 이상으로 LDS 첨가제에 대한 적용 부분을 확장할 수 있다. 본 개시물은 예를 들면 자동차, 전자장비, RFID, 통신, 및 의료 장치 산업에서의 용도를 발견한다.
레이저 직접 구조화 (LDS) 물질은 단일 샷 사출 성형 (single shot injection molding)을 통해 성형 사출 장치 (MID)를 제조하는데 확장적으로 사용되고 있다. 통상적인 LDS 공정에서, 컴퓨터-제어된 레이저 빔은 MID 상에서 이동하여 전도성 경로가 놓여 있는 위치에서 기재의 표면을 활성화시킨다. LDS 첨가제는 금속성 핵을 방출하고, 이는 금속을 환원시켜 후속 화학적 도금 공정에서 전도성 경로를 형성할 수 있다. 레이저 직접 구조화의 장점은 이의 유연성이다. 회로의 설계가 변화되는 경우, 레이저를 제어하는 컴퓨터를 재프로그래밍 하는 것은 간단하다. LDS 공정은 150 ㎛ 이하의 전도성 경로들 사이의 이격화 및 전도성 경로 폭을 가능하게 한다. 결과적으로, LDS 처리된 MID는 최종 용도 응용분야에서의 공간 및 중량을 절약한다. 현존 방법 예컨대 금속-시트 스탬핑(metal-sheet stamping) 및 2-샷-성형(2-shot-molding)과 비교하여, LDS는 무엇보다도 짧은 현상 주기, 설계에 있어서의 변형, 비용 감소, 최소화, 다양화, 및 기능화를 용이하게 한다.
그러나, 이러한 기술에 대한 주요 극복과제는 양호한 기계적 특성을 유지하면서도 우수한 도금 성능을 갖는 LDS 물질을 개발하는 것이다. 또한, 레이저 구조화는 단지 사출된 부분의 표면 상에서 일어나고, 이로써 표면 아래의 대부분의 벌크 물질은 LDS 첨가제의 존재를 요구하지 않는다. LDS 첨가제는 고가이며, 예컨대 압출 및 성형 과정에서의 기저 수지 분해 및 충전제 붕괴, 장기 안정성 문제, 및 연성의 결핍과 같이 벌크 물질의 다른 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
또한, 이머징 마켓 경향으로, 장치의 외관은 특히 가전 제품에서 점차 중요하게 되고 있다. LDS 물질은 더 큰 입자 크기를 특징으로 하는 LDS 첨가제 및 이의 캐리어의 존재로 인해 암화되거나 불투명해지는 것으로 알려져 있다. 착색이 가능한 특성 및 양호한 기계적 성능을 갖는 옅은 색상의 LDS 물질이 보고되었지만, 투명한 LDS 물질을 제조하는데 사용되는 기술은 개발되지 않았다. 이는 대부분의 LDS 첨가제가 이의 더 큰 입자 크기 및 충분한 도금 성능에 대해 요구되는 높은 장입량으로 인해 전체 LDS 물질의 광 투과성에 영향을 준다는 사실에 기인한다. 또한, 통상적으로 투명한 물질에 대한 약한 근적외선 (NIR) 흡수가 존재하고, 이는 도금 성능뿐만 아니라 도금층과 기저 기재(base substrate), 예컨대 기저 수지 사이의 박리 강도에 영향을 준다.
일 양태에서, 본 개시물은 투명한 LDS 물질의 제조와 관련된 문제를 다룬다. 본원에 개시된 코팅 물질을 사용함으로써, 더 적은 용량의 LDS 첨가제가 요구되고, 기저 기재는 LDS 첨가제를 함유하지 않는다. 이러한 방식으로, 코팅층 및 기저 기재 모두는 투명성을 유지할 수 있고, 이로써 전체 LDS 물질 (코팅층 및 기저 기재)가 투명하다.
다른 양태에서, 코팅 물질은 고무, 세라믹, 절연 물질, 금속 및 강화 물질을 포함하는 투명성 및 불투명성의 다양한 기저 기재에 적용되다.
본원에 기재된 LDS 코팅 물질은 LDS 적용 면적을 확장하고, 종래의 배합 기술 (즉, LDS 첨가제를 기재, 통상적으로 플라스틱으로 배합하는 것)보다 더 큰 가요성을 제공한다. 요구되는 LDS 첨가제의 더 적은 용량으로 인해, 코팅 물질은 효율적이고 비용적으로 효과적인 해결책을 제공한다.
본 발명의 요약
본 개시물은 제1 LDS 첨가제를 포함하는 상기 제1 코팅층, 및 기저 기재를 포함하는 LDS 물질에 관한 것이고, 여기서 제1 코팅층은 기저 기재와 접촉한다.
또한, 본 개시물은 제1 LDS 첨가제를 포함하는 코팅 액체를 기저 기재 상에 침착시키는 단계, 및 기저 기재 상의 상기 코팅 액체를 경화시켜 제1 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 LDS 물질의 형성 방법에 관한 것이다. 활성화된 경로는 이후 제1 코팅층 상에 형성되고, 금속층은 상기 활성화된 경로 상에 침착될 수 있다.
본 개시물의 다른 양태는 개시된 LDS 물질로부터 형성된 물품에 관한 것이고, 여기서 물품은 활성화된 경로 및 상기 활성화된 경로 상에 침착된 금속층을 가진다.
하기는 본원에 기재된 다양한 구현예를 예시하는 도면의 간단한 설명이다.
도 1은 본 개시물의 일 구현예에 따라 LDS 물질을 제조하기 위한 방법의 개략도이다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 개시물이 속하는 기술분야의 당업자에게 일반적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가진다. 본원에 기재된 것과 유사하거나 또는 동일한 임의의 방법 및 물질이 본 개시물의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있지만, 예시적인 방법 및 물질이 이하에 기술되어 있다.
범위는 본원에 하나의 특정 값으로부터, 및/또는 다른 특정 값까지 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되는 경우, 다른 양태는 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값을 포함한다. 마찬가지로, 선행된 "약"의 사용에 의해 근사값으로서 표현시, 상기 특정 값은 추가의 양태를 형성하는 것으로 이해될 수 있다. 각각의 범위의 종료점은 다른 종료점과 관련하여, 그리고 다른 종료점과 무관하게 유의미한 것으로 이해될 수 있다. 다수의 본원에 개시된 값이 존재하고, 각각의 값은 또한 본원에서 그 값 자체 이외 그 특정 값이 "약"으로서 개시되는 것으로 이해된다. 예를 들면, 값 "10"이 개시되는 경우, 이후 "약 10"이 또한 개시된다. 또한, 2개의 특정 단위 사이의 각각의 단위가 또한 개시되는 것으로 이해된다. 예를 들면, 10 및 15가 개시되는 경우, 이후 11, 12, 13, 및 14가 또한 개시된다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "약" 및 "대략 또는 약"은 논의되는 양 또는 값이 이와 대략적으로 또는 근사한 일부 값을 표시하는 값일 수 있음을 의미한다. 일반적으로, 본원에 사용되는 바와 같이, 이는 달리 나타내거나 암시하지 않는 한, ±10% 변화값을 나타내는 공칭 값인 것으로 이해된다. 상기 용어는 유사한 값이 청구항에서 언급된 동일한 결과 또는 효과를 촉진하는 것을 전달하는 것으로 의도된다. 즉, 양, 크기, 제형, 파라미터, 및 다른 정량 및 특성은 정확하지 않고, 정확할 필요는 없으나, 허용도, 환산 계수, 반올림, 측정값 오차 등, 및 본 기술분야에 알려진 다른 인자를 반영하여 원하는 바와 같은 근사하고 및/또는 더 크거나 작을 수 있다. 일반적으로, 양, 크기, 제형, 파라미터 또는 다른 정량 또는 특성은 이와 같이 표현적으로 언급되는지 여부와 상관없이 "약" 또는 "대략"인 것이다. 정량값 앞에 "약"이 사용되는 경우, 파라미터는 또한, 특별하게 달리 언급되지 않는 한, 특정 정량값 자체를 포함하는 것으로 이해된다.
본원에 사용되는 바와 같이, 달리 특별하게 언급하지 않는 한, 상호교환적으로 사용될 수 있는 성분의 용어 "중량 백분율", "wt.%," 및 "중량%"는 성분이 포함되는 제형 또는 조성물의 총 중량에 기초한다. 예를 들면, 조성물 또는 물품에서의 특정 성분 또는 구성요소가 8 중량%를 가지는 것으로 언급되는 경우, 이러한 백분율은 100 중량%의 총 조성 백분율에 관한 것으로 이해된다.
본원에 개시된 방법 내에서 사용되는 개시물의 조성물뿐만 아니라 조성물을 제조하기 위해 사용되는 성분이 개시되어 있다. 이러한 그리고 기타 물질이 본원에 개시되어 있고, 이러한 물질의 조합, 하위부류, 상호작용, 군 등이 개시되는 경우, 한편 이러한 화합물의 각각의 다양한 개개의 그리고 총괄적인 조합 및 순열의 특정 참조가 명확하게 개시되지 않을 수 있는 한편, 각각은 본원에 특별하게 고려되고, 논의되어 있다는 것으로 이해된다. 예를 들면, 특정 화합물이 개시되고 논의되고, 화합물을 포함하는 다수의 분자에 대해 이루어질 수 있는 다수의 변형이 개시되는 경우, 화합물의 각각의 그리고 모든 조합 및 순열 및 가능한 변형이, 특별하게 달리 나타내지 않는 한, 구체적으로 고려된다. 따라서, 분자 A, B, 및 C의 부류가 개시되고, 분자 D, E, 및 F의 부류 및 조합 분자, A-D의 예가 개시되어 있는 경우, 이후, 심지어 각각이 개별적으로 언급되지 않아도, 각각은 개별적 그리고 총괄적으로 고려되고, 이는 조합들, A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E, 및 C-F가 개시된 것으로 고려됨을 의미한다. 마찬가지로, 이의 임의의 하위부류 또는 조합이 또한 개시되어 있다. 이에 따라, 예를 들면, A-E, B-F, 및 C-E의 하위-그룹은 개시된 것으로 고려될 수 있다. 이러한 개념은 비제한적으로 개시물의 조성물을 사용하는 제조 방법의 단계를 포함하는 본 출원의 모든 양태에 적용된다. 따라서, 다수행될 수 있는 다양한 추가적인 단계가 존재하는 경우, 이러한 추가적인 단계 각각은 본 개시물의 방법의 양태의 임의의 특정 양태 또는 양태의 조합으로 수행될 수 있는 것으로 이해된다.
모든 인용된 특허, 특허출원, 및 다른 참조문헌은 그 전문이 참조로 포함되어 있다.
통상적인 구현예는 예시적인 목적을 위해 기재되어 있는 한편, 하기 설명은 본원의 범위에 대한 제한인 것으로 간주되지 않아야 한다. 따라서, 다양한 변형, 적용, 및 대안은 본원의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 본 기술분야에 당업자에게 구상될 수 있다.
본 개시물은 LDS 첨가제를 포함하는 상기 제1 코팅층, 및 기저 기재를 포함하는 LDS 물질을 기술하고 있고, 여기서 제1 코팅층은 기저 기재와 접촉된다.
기저 기재(base substrate)
본 개시물의 코팅 물질의 가요성이 주어지는 경우, 기저 기재는 다양한 조성물의 형성되고/성형된 기재일 수 있다. 예를 들면, 기저 기재는 폴리머성, 금속, 세라믹, 무기 고형물 (예를 들면, 유리), 유기 고형물 (탄소 또는 흑연 또는 종이 또는 저분자량 올리고머 예컨대 왁스), 복합체, 고무, 목재, 절연 물질, 또는 강화 물질, 또는 이들의 조합일 수 있다. 통상적으로, 기저 기재는 특히 투명한 LDS 물질을 형성하는 구현예에서 임의의 LDS 첨가제를 함유하지 않을 것이다.
특정 구현예에서, 기저 기재는 폴리머이다. 특정 양태에서, 기저 기재는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함한다. 열가소성 수지는 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리이미드, 폴리(아릴렌 에테르), 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리프탈아미드, 폴리페닐렌 산화물, 폴리에테르이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리벤즈이미다졸, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 셀룰로오스-아세테이트 수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리설폰, 폴리페닐렌설파이드, 플루오로폴리머, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지 블렌드, 아크릴로니트릴-에틸렌/프로필렌-스티렌, 메틸 메타크릴레이트-부타디엔-스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-메틸 메타크릴레이트-스티렌, 아크릴로니트릴-n-부틸 아크릴레이트-스티렌, 고무 개질된 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 실리콘, 폴리아미드 엘라스토머, 및 이들의 조합을 포함한다. 또한, 열가소성 수지는 열가소성 엘라스토머 예컨대 폴리아미드 및 폴리에스테르계 엘라스토머를 포함할 수 있다. 또한, 기저 기재는 상기 기재된 수지의 블렌드 및/또는 다른 유형의 조합을 포함할 수 있다.
특정 양태에서, 폴리머성 물질은 투명한 LDS 물질을 제조할 수 있도록 충분하게 낮은 결정도로 형성된 비결정성 폴리머 또는 결정성 폴리머이다.
또한, 열경화성 폴리머는 기저 기재로서 사용될 수 있고, 예를 들면, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 우레아-포름알데히드 라텍스, 자일렌 수지, 디알릴 프탈레이트 수지, 에폭시 수지, 아닐린 수지, 푸란 수지, 폴리우레탄, 또는 이들의 조합을 포함한다.
바람직한 기저 기재는 폴리카보네이트 폴리머를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같은 용어 폴리카보네이트는 단지 특정 폴리카보네이트 또는 폴리카보네이트의 기를 지칭하는 것으로 의도되지 않고, 오히려 카보네이트 기의 반복 사슬을 함유하는 화합물의 부류의 임의의 하나를 지칭하는 것으로 의도된다. 일 양태에서, 폴리카보네이트 물질은 미국특허 제7,786,246호에 개시되고 기재된 폴리카보네이트 물질 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있고, 이는 다양한 폴리카보네이트 조성물 및 이의 제조 방법을 개시하기 위한 특정 목적을 위해 그 전문이 참조로 본원에 포함되어 있다.
일 양태에서, 본원에 개시된 바와 같은 폴리카보네이트 폴리머는 지방족-디올 기반 폴리카보네이트일 수 있다. 다른 양태에서, 폴리카보네이트 폴리머는 디하이드록시 화합물로부터 유도된 카보네이트 단위, 예컨대, 예를 들면, 지방족 디올과 상이한 비스페놀을 포함할 수 있다. 추가의 양태에서, 예시적인 폴리카보네이트 폴리머는 하나 이상의 촉매(들)의 존재 하에 하나 이상의 방향족 디하이드록시 화합물(들) 및 탄산 디에스테르의 에스테르교환 반응을 통해 종래에 제조된 방향족 폴리카보네이트를 포함한다.
일 양태에서, 적합한 비스페놀 화합물의 비제한적인 예는 4,4'-디하이드록시바이페닐, 1,6-디하이드록시나프탈렌, 2,6-디하이드록시나프탈렌, 비스(4-하이드록시페닐)메탄, 비스(4-하이드록시페닐)디페닐메탄, 비스(4-하이드록시페닐)-1-나프틸메탄, 1,2-비스(4-하이드록시페닐)에탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)-1-페닐에탄, 2-(4-하이드록시페닐)-2-(3-하이드록시페닐)프로판, 비스(4-하이드록시페닐)페닐메탄, 2,2-비스(4-하이드록시-3-브로모페닐)프로판, 1,1-비스(하이드록시페닐)사이클로펜탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로헥산, 1,1-비스(4-하이드록시-3 메틸페닐)사이클로헥산 1,1-비스(4-하이드록시페닐)이소부텐, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로도데칸, 트랜스-2,3-비스(4-하이드록시페닐)-2-부텐, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)아다만틴, (알파, 알파'-비스(4-하이드록시페닐)톨루엔, 비스(4-하이드록시페닐)아세토니트릴, 2,2-비스(3-메틸-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-에틸-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-n-프로필-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-이소프로필-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-sec-부틸-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-사이클로헥실-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-알릴-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-메톡시-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)헥사플루오로프로판, 1,1-디클로로-2,2-비스(4-하이드록시페닐)에틸렌, 1,1-디브로모-2,2-비스(4-하이드록시페닐)에틸렌, 1,1-디클로로-2,2-비스(5-페녹시-4-하이드록시페닐)에틸렌, 4,4'-디하이드록시벤조페논, 3,3-비스(4-하이드록시페닐)-2-부타논, 1,6-비스(4-하이드록시페닐)-1,6-헥산디온, 에틸렌 글리콜 비스(4-하이드록시페닐)에테르, 비스(4-하이드록시페닐)에테르, 비스(4-하이드록시페닐) 설파이드, 비스(4-하이드록시페닐)설폭사이드, 비스(4-하이드록시페닐)설폰, 9,9-비스(4-하이드록시페닐)플루오렌, 2,7-디하이드록시피렌, 6,6'-디하이드록시-3,3,3',3'-테트라메틸스피로(비스)인단 ("스피로바이인단 비스페놀"), 3,3-비스(4-하이드록시페닐)프탈라이드, 2,6-디하이드록시디벤조-p-디옥신, 2,6-디하이드록시티안트렌, 2,7-디하이드록시페녹사틴, 2,7-디하이드록시-9,10-디메틸펜아진, 3,6-디하이드록시디벤조푸란, 3,6-디하이드록시디벤조티오펜, 및 2,7-디하이드록시카바졸 등뿐만 아니라 전술한 디하이드록시 방향족 화합물 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함한다.
다른 양태에서, 예시적인 비스페놀 화합물은 1,1-비스(4-하이드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)에탄, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판 (이하에서 "비스페놀 A" 또는 "BPA"), 2,2-비스(4-하이드록시페닐)부탄, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)옥탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)n-부탄, 2,2-비스(4-하이드록시-1-메틸페닐)프로판, 1,1-비스(4-하이드록시-t-부틸페닐)프로판, 3,3-비스(4-하이드록시페닐)프탈이미딘, 2-페닐-3,3-비스(4-하이드록시페닐)프탈이미딘 ("PPPBP"), 및 9,9-비스(4-하이드록시페닐)플루오렌을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 디하이드록시 방향족 화합물을 포함하는 조합이 사용될 수 있다. 다른 양태에서, 다른 양태의 디올은 폴리카보네이트에 존재할 수 있다.
또 다른 양태에서, 분지화 기(branching group)를 갖는 폴리카보네이트가 유용할 수 있고, 단 이러한 분지화는 폴리카보네이트의 원하는 특성에 상당하게 부정적인 영향을 주지 않는다. 분지화된 폴리카보네이트 블록은 중합 과정에서 분지화제를 첨가하여 제조될 수 있다. 이러한 분지화제는 하이드록실, 카복실, 카복실산 무수물, 할로포르밀, 및 상술한 작용기로부터 선택되는 적어도 3개의 작용기를 함유하는 다작용성 유기 화합물을 포함한다. 특정 예는 트리멜리트산, 트리멜리트산 무수물, 트리멜리트산 트리클로라이드, 트리스-p-하이드록시 페닐 에탄, 이사틴-비스-페놀, 트리스-페놀 TC (1,3,5-트리스((p-하이드록시페닐)이소프로필)벤젠), 트리스-페놀 PA (4(4(1,1-비스(p-하이드록시페닐)-에틸) 알파, 알파-디메틸벤질)페놀), 4-클로로포르밀 프탈산 무수물, 트리메스산, 및 벤조페논 테트라카복실산을 포함한다. 일 양태에서, 분지화제는 약 0.05 내지 약 2.0 중량%의 수준으로 부가될 수 있다. 또 다른 양태에서, 선형 폴리카보네이트 및 분지화된 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물이 사용될 수 있다.
폴리카보네이트 폴리머는 카보네이트 단위를 포함하는 코폴리머 및 에스테르 단위를 포함하는 다른 유형의 폴리머 단위, 및 적어도 하나의 호모폴리카보네이트 및 코폴리카보네이트를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 예시적인 폴리카보네이트 코폴리머는 폴리에스테르-폴리카보네이트로서도 알려진 폴리에스테르 카보네이트이다. 이러한 코폴리머는 추가로 올리고모성 에스테르-함유 디하이드록시 화합물 (또한 본원에서 하이드록시 말단-캡핑된 올리고모성 아크릴레이트 에스테르로 지칭됨)로부터 유도된 카보네이트 단위를 함유한다. 다른 양태에서, 폴리카보네이트는 별개의 폴리머 예컨대 폴리에스테르를 포함하지 않는다. 일 양태에서, 지방족계 폴리카보네이트는 지방족 디올로부터 유도된 지방족 카보네이트 단위, 또는 13개 초과의 탄소를 갖는 지방족 이산으로부터 유도된 지방족 에스테르 단위의 조합인 지방족 단위를 포함한다.
일 양태에서, 본 개시물의 LDS 물질은 평면형, 실린더형, 구형, 환형, 관형, 타원형, 규칙적인 3-D 형상, 또는 불규칙적인 3-D 형상인 기저 기재를 포함한다. 기저 기재의 형상 및 구조에 따라, 코팅층은 기재의 하나 이상의 표면 상에 적용될 수 있고, 이는 평면형 기재의 최상면 또는 최하면, 또는 중공을 갖는 기재의 내면, 예컨대 환형 또는 관형을 갖는 것을 포함한다. 예를 들면, 기저 기재는 최상면 또는 최하면을 갖는 폴리머성 시트일 수 있다.
코팅층
코팅층은 통상적으로 LDS 첨가제, 모노머, 임의로 올리고머, 광개시제, 및/또는 희석제를 포함하는 코팅 액체로부터 제조된다.
일 구현예에서, 코팅 액체는 아크릴레이트 모노머 및/또는 아크릴레이트 올리고머 성분을 포함한다. 특정 양태에서, 이러한 성분은 이소보르닐 아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 (400) 디아크릴레이트, 프로폭실화된 2 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 지방족 우레탄 아크릴레이트, 또는 이들의 조합을 포함한다.
예를 들면, 특정 양태에서, 모노머는 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 모이어티를 갖는 모노머를 포함할 수 있다. 이는 경화된 코팅의 가교결합 밀도를 증가시키고, 이에 따라 취성을 야기하지 않고 모듈러스를 증가시키기 위해 2-, 3-, 4-또는 5-작용성, 특히 2작용성일 수 있다. 다작용성 모노머의 예는, 비제한적으로, C6-C12 탄화수소 디올 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트 예컨대 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 및 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트; 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트; 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트; 프로폭실화된 2 네오펜틸 글리콜 프로폭실레이트 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트; 네오펜틸 글리콜 에톡실레이트 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트; 2-페녹실에틸 (메트)아크릴레이트; 알콕실화된 지방족 (메트)아크릴레이트; 폴리에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트; 라우릴 (메트)아크릴레이트, 이소데실 (메트)아크릴레이트, 이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 트리데실 (메트)아크릴레이트; 및 전술한 모노머의 적어도 1종을 포함하는 혼합물을 포함한다. 예를 들면, 모노머는 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 (HDDA) 단독이거나 또는 다른 모노머, 예컨대 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트 (TPGDA), 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트 (TMPTA), 올리고트리아크릴레이트 (OTA 480), 또는 옥틸/데실 아크릴레이트 (ODA)와 조합될 수 있다.
올리고머는 비제한적으로 하기 부류의 일부인 다작용성 지방족 우레탄 아크릴레이트를 포함할 수 있다: IGM Resins, Inc., St. Charles, IL로부터의 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 PHOTOMERTM 시리즈; Sartomer, Exton, PA로부터의 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 Sartomer SR 시리즈; Echo Resins and Laboratory, Versailles, Mo.로부터의 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 Echo Resins 시리즈; Bomar Specialties, Winsted, Conn.로부터의 지방족 우레탄 아크릴레이트의 BR 시리즈; 및 Allnex, Smyrna, GA로부터의 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 EBECRYLTM 시리즈. 예를 들면, 지방족 우레탄 아크릴레이트는 KRM8452 (10 작용성, Allnex), EBECRYL 1290TM (6 작용성, Allnex), EBECRYL 1290NTM (6 작용성, Allnex), EBECRYL 512TM (6 작용성, Allnex), EBECRYL 8702TM (6 작용성, Allnex), EBECRYL 8405TM (3 작용성, Allnex), EBECRYL 8402TM (2 작용성, Allnex), EBECRYL 284TM (3 작용성, Allnex), EBECRYL 8215TM (2 작용성, Allnex), CN9010* (Sartomer), CN9013TM (Sartomer)일 수 있다.
코팅의 UV-경화를 수반하는 양태에서, 코팅 액체는 광개시제, 예컨대 알파 하이드록시 케톤 광개시제 (예를 들면 BASF로부터의 Irgacure® 184)를 포함할 수 있다. 광개시제는 비제한적으로 하기를 포함할 수 있다: 하이드록시사이클로헥실페닐 케톤; 하이드록시메틸페닐프로파논; 디메톡시페닐아세토페논; 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모폴리노프로파논-1; 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온; 1-(4-도데실페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온; 4-(2-하이드록시에톡시) 페닐-(2-하이드록시-2-프로필) 케톤; 디에톡시아세토페논; 2,2-디-sec-부톡시아세토페논; 디에톡시-페닐 아세토페논; 비스 (2,6-디메톡시벤조일)-2,4-, 4-트리메틸펜틸포스핀 산화물; 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀 산화물; 2,4,6-트리메틸벤조일에톡시페닐포스핀 산화물; 및 적어도 전술한 것을 포함하는 조합.
예시적인 광개시제는 포스핀 산화물 광개시제를 포함한다. 이러한 광개시제의 예는 BASF Corp.로부터 이용가능한 포스핀 산화물 광개시제의 IRGACURETM, LUCIRINTM 및 DAROCURETM 시리즈; Cytec Industries로부터의 ADDITOLTM 시리즈; Lamberti, s.p.a로부터의 광개시제의 ESACURETM 시리즈를 포함한다. 다른 유용한 광개시제는 케톤계 광개시제, 예컨대 하이드록시- 및 알콕시알킬 페닐 케톤, 및 티오알킬페닐 모르폴리노알킬 케톤을 포함한다. 또한, 벤조인 에테르 광개시제가 적합하다. 특정 예시적인 광개시제는 BASF에 의해 IRGACURE TM 819로서 공급되는 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 산화물 또는 Cytec Industries에 의해 ADDITOL HDMAPTM으로서 공급되는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판 또는 BASF에 의해 IRGACURETM 184로서 공급되는 1-하이드록시-시클로헥실-페닐-케톤 또는 BASF에 의해 DAROCURETM 1173으로서 공급되는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판이다.
코팅의 열경화를 수반하는 양태에서, 열경화 성분은 비제한적으로 하기의 것을 포함한다: 이소시아네이트-함유 성분, 에폭시-함유 성분, 아민- 또는 하이드록실-함유 성분. 예를 들면, 이소시아네이트-함유 성분은 Bayer로부터의 Desmodur N3390 BA일 수 있고, 하이드록실-함유 성분은 DSM으로부터의 CY472 E-57일 수 있다.
희석제의 예는 용매 예컨대 부틸 아세테이트를 포함한다. 다른 희석제는 비제한적으로 에틸 아세테이트, 이소프로판올, n-부탄올, 1-메톡시 2-프로판올, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
LDS 첨가제
또한, 코팅층은 LDS 첨가제를 포함한다. 본원에 사용되는 바와 같은 레이저 직접 구조화 첨가제는 레이저 직접 구조화 공정에서 사용하기에 적합한 금속 함유첨가제와 관련된다. 이러한 목적을 위해, 본원에 보다 완전하게 논의되는 바와 같이, LDS 첨가제는 레이저로의 활성화 이후 전도성 경로가 후속 표준 금속화 또는 도금 공정에 의해 형성될 수 있도록 선택된다. 이와 같이, LDS 첨가제가 레이저에 노출되는 경우, 금속 원소가 방출되거나 활성화된다. 레이저는 이와 같이 열가소성 부분 상에 회로 패턴을 그리고, 내장된 금속 입자를 함유하는 조면화된 표면 뒤에 남겨진다. 이러한 입자는 후속 금속화 또는 도금 공정, 예컨대 구리 도금 공정 또는 금 도금, 니켈 도금, 은 도금, 아연 도금, 주석 도금 등을 포함하는 다른 도금 공정 과정에서 결정 성장에 대한 핵으로서 작용한다.
개시물의 양태에 따라, 레이저 직접 구조화 첨가제는 예를 들면 크롬, 구리, 또는 이들의 조합의 산화물을 포함하는 하나 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 스피넬 유형 결정 구조를 갖는 이러한 레이저 직접 구조화 첨가제가 또한 제공될 수 있다. 상업적으로 이용가능한 레이저 직접 구조화 첨가제의 예시적인 그리고 비제한적인 예는 Ferro Corp., USA로부터 상업적으로 이용가능한 PK3095 블랙 안료를 포함한다. PK3095는 예를 들면 XPS를 사용하여 결정되는 바와 같은 구리 (CuO)의 산화물 및 크롬 산화물 (Cr2O3, Cr2O4 2 -, Cr2O7 2 -)을 포함하다. 또한, PK3095 블랙 안료는 스피넬 유형 결정 구조를 가진다. 다른 예시적인 상업적으로 이용가능한 레이저 직접 구조화 첨가제는 Shepherd Color company로부터 상업적으로 이용가능한 Black 1G 안료 블랙 28이다. Black 1G 안료 블랙 28은 크롬산구리를 포함하고, 약 7.3의 pH를 가진다. Black 1G 안료는 또한 스피넬 유형 결정 구조를 가진다.
LDS 첨가제는 레이저 민감성 물질 (예를 들면, 1064 nm 파장에서의 것)을 포함할 수 있고, 이는 금속 산화물 또는 Sb, Cu, Pb, Ni, Fe, Sn, Cr, Mn, Ag, Au 및 Co의 염을 포함한다. LDS 첨가제는 구리 크롬 산화물 스피넬, 구리염, 구리 하이드록시 포스페이트, 구리 포스페이트, 구리 설페이트, 제일구리 티오시아네이트, 스피넬계 금속산화물, 구리 크롬 산화물, 유기 금속 착물, 팔라듐/팔라듐-함유 중금속 착물, 금속산화물, 금속산화물-코팅된 충전제, 운모 상에 코팅된 안티몬 도핑된 주석 산화물, 구리 함유 금속산화물, 아연 함유 금속산화물, 주석 함유 금속산화물, 마그네슘 함유 금속산화물, 알루미늄 함유 금속산화물, 금 함유 금속산화물, 은 함유 금속산화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
특정 양태에서, LDS 첨가제는 구리를 함유하는 금속 산화물, 예를 들면, 구리 크롬 산화물 스피넬, 구리 하이드록시 포스페이트, 및/또는 구리 포스페이트를 포함한다.
코팅층에서의 LDS 첨가제 농도는 건조량 기준으로 코팅층의 중량 기준으로 약 2 중량% 내지 약 30 중량%의 범위이다. 다른 구현예에서, LDS 첨가제는 건조량 기준으로 약 2 중량% 내지 약 5 중량%의 범위이다. 예를 들면, LDS 첨가제는 건조량 기준으로 코팅층의 중량 기준으로 약 2 중량%, 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 6 중량%, 7 중량%, 8 중량%, 9 중량%, 10 중량%, 11 중량%, 12 중량%, 13 중량%, 14 중량%, 15 중량%, 16 중량%, 17 중량%, 18 중량%, 19 중량%, 20 중량%, 21 중량%, 22 중량%, 23 중량%, 24 중량%, 25 중량%, 26 중량%, 27 중량%, 28 중량%, 29 중량%, 또는 30 중량% 또는 이러한 값 중 임의의 2개로 정의되는 범위 내의 것일 수 있다.
다른 구현예에서, 코팅층은 코팅층의 중량 기준으로 약 0.1 내지 약 10 중량%의 염료, 안료, 착색제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 성분을 포함한다.
코팅되는 응용분야 및/또는 기재에 따라, 경화 이후의 코팅층의 두께는 약 3 μm 내지 약 50 μm이다. 특정 구현예에서, 경화 이후 두께는 약 5 μm 내지 약 25 μm이다. 예를 들면, 코팅층은 경화 이후 약 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 또는 50 μm 또는 이러한 값의 임의의 두 개로 정의된 범위 내의 두께일 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이 "μm"는 마이크로미터 또는 마이크론을 의미한다.
투명한 LDS 물질
본원에 언급된 바와 같이, 본 개시물의 코팅 물질은 투명한 LDS 물질 및 물품을 제조하는데 특히 유용하다. 본원에 사용되는 바와 같은, LDS 물질은 이것이 60% 이상의 광투과도 및 ASTM D1003-00(B)에 따라 측정되는 바와 같은 40% 이하의 헤이즈를 가지는 경우 투명한 것으로 고려된다 (본원에서 달리 구체화되지 않는 한, 본원에서의 모든 시험 표준은 본 출원의 유효한 출원일에서 유효한 가장 최근의 표준이다). 투명한 LDS 물질과 관련하여, 코팅층 및 기저 기재는 통상적으로 별도로 모두 투명하고, 또한 통상적으로 90% 초과의 광투과도 및 25% 미만의 헤이즈를 갖는 LDS 물질 그 자체 (즉, 코팅층 및 기저 기재와 함께)가 투명할 수 있다.
예를 들면, 본원에 기재된 투명한 LDS 물질은 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 100%, 또는 이러한 값 중 임의의 두개로 정의된 범위 내의 광투과도를 가진다.
마찬가지로, 본원에 기재된 투명한 LDS 물질은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 또는 40%, 또는 이러한 값 중 임의의 두개로 정의된 범위 내의 헤이즈 값을 가진다.
투명한 LDS 구현예에서, LDS 첨가제는 통상적으로 코팅층 내에서만 존재하고, 통상적으로 건조량 기준으로 코팅층의 중량 기준으로, 약 2%, 3%, 4% 또는 5% 포함하여, 약 2 중량% 내지 약 5 중량%의 범위, 또는 이러한 값 중 임의의 두개로 정의된 값 내의 것이다.
LDS 물질 구조
본 개시물의 중요 양태는 본원에 기재된 코팅 물질을 이용하는 것으로 이용가능한 유연성이다. 예를 들면, 코팅층은 기저 기재의 전체 표면 상에 존재하지 않아야 한다. 이러한 방식으로, 코팅층은 도금에 요구하는 면적 및/또는 패턴 내에만 침착될 수 있다. 이는 경제적이고 정밀도 장점을 제공한다. 예를 들면, 코팅층은 기저 기재 표면의 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 또는 100%, 또는 이러한 값의 임의의 2개로 정의되는 범위 내로 피복될 수 있다.
또한, 1개 초과의 별개의 코팅층은 임의의 하나의 기저 기재 상에 사용될 수 있고, 제1 및 제2 코팅층은 화학적 및/또는 물리적 조성에 있어서 상이하고, 이는 상이한 LDS 첨가제, LDS 첨가제의 상이한 농도, LDS 첨가제의 상이한 입자 크기, 및/또는 상이한 두께를 포함한다. 제1 및 제2 코팅층은 나란하거나 또는 다른 것의 상면 상에 하나로 침착될 수 있다. 예를 들면, 폴리머성 시트이거나 또는 최상면 또는 최하면을 갖는 다른 평면형 형상인 기저 기재는 최상면 상의 제1 코팅층 및 최하면 상의 제2 코팅층을 가질 수 있다. 다른 구현에에서, 기저 기재는 LDS 첨가제의 농도가 일 방향으로 및/또는 서로 대향하는 하나의 위치에서 변화되고, 및/또는 코팅층의 두께도 변화된다.
다른 구현예에서, LDS 물질은 적층을 포함하거나 또는 그렇지 않으면 1개 초과의 LDS 물질 (즉, 1개 초과의 코팅층/기저 기재 구조)를 포함할 수 있다. 코팅을 사용하여, 이러한 구현예에서, 기저 기재는 또한 화학적 및/또는 물리적 조성에서 상이할 수 있고, 이는 유형 (폴리머성/세라믹/목재), 두께, 및/또는 형상에서의 차이를 포함한다. 폴리머성 기저 기재와 관련하여, 제1 기저 기재는 다른 기저 기재와 상이한 분자량을 가질 수 있다.
구조의 가요성이 주어지는 경우, LDS 물질은 전체 LDS 물질의 상이한 위치 및/또는 표면에서, 및/또는 복수개의 기저 기재를 갖는 조합되거나 적층된 LDS 물질 구조의 상이한 위치에서 상이한 회로, 색상, 또는 도금 패턴을 갖도록 구조화될 수 있다.
이러한 조합은 본원에 기재된 바와 같이 제조될 수 있다. 예를 들면, 기재된 코팅/경화/도금 사이클은 제1 코팅층이 제2 코팅층 상에 침착되도록 반복될 수 있다.
LDS 물질의 제조 방법
LDS 물질은 일반적으로 기저 기재 상에 제1 LDS 첨가제를 포함하는 코팅 액체를 침착하고, 기저 기재 상에 코팅 액체를 경화시켜 제1 코팅층을 경화하는 것에 의해 제조된다. 요구되는 바와 같이, 코팅층으로부터의 임의의 용매는 경화 이전 또는 그 과정에서 증발될 수 있다. 경화는 열경화 또는 UV 경화일 수 있다. 활성화된 경로는 제1 코팅층, 및 활성화된 경로 상에 침착된 금속층 상에 이후 형성될 수 있다.
침착 기술은 분무 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 유동 코팅, 분말 코팅, 용액 캐스팅, 롤-투-롤 코팅, 스크린 인쇄, 미립화, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특히, 분무 코팅, 바 코팅, 유동 코팅, 분말 코팅 및 용액-캐스팅이 통상적으로 사용된다.
필요한 경우, 희석 용매는 약 1 내지 약 30분 동안 약 25-70℃ (본원에 사용되는 바와 같이 "℃"는 섭씨 온도를 의미함)의 온도에서 코팅층으로부터 증발될 수 있다. 이는 용매가 이의 휘발성으로 인해 간단하게 증발될 수 있는 임의의 단계이다. 진공 건조를 포함하는 표준 건조 기술이 용매를 제거하기 위해 사용될 수 있다.
UV 경화는 통상적으로 속경화 공정을 수반하고, 이어서 고강도 UV (자외선) 램프가 사용되어 즉각적으로 코팅을 경화시키는 광화학 반응을 일으킨다. 통상적인 딥 코팅 공정에서, 예를 들면, 기재는 수초간 코팅 액체 탱크로 침지된다. 기재는 탱크로부터 빼내어지고, 40℃에서 약 20분 동안 건조를 위해 오븐에 배치되어 완전하게 희석제를 제거하고, 1000 mW/ cm2 초과로의 UVA (예를 들면, ISO-21348에 따른 400 - 315 nm) 강도 및 350mJ/ cm2 초과로의 UV 에너지를 사용하는 퓨전 UV(Fusion UV)로 경화된다. 본원에 사용되는 바와 같이 "nm"는 나노미터를 의미하고; "mW/cm2"는 밀리와트/제곱 센티미터를 의미하고; 그리고 "mJ/ cm2"는 밀리줄/제곱 센티미터를 의미한다.
열경화는 통상적으로 고온에서의 경화 공정을 수반하고, 이어서 오븐은 코팅을 경화시키는 열-화학 반응을 발생시키기 위해 사용된다. 통상적인 열경화 공정에서, 기재는 수초간 코팅 액체 탱크에 침지된다. 이후, 기재는 탱크로부터 빼내어지고, 20 내지 150분 동안 40 내지 130℃로 오븐에 배치되어 희석제를 제거하고 열경화를 완료한다.
통상적으로, 레이저는 레이저 구조화 단계 과정에서 활성화된/전도성 경로를 형성하기 위해 사용된다. 일 양태에서, 레이저 직접 구조화는 레이저 에칭을 포함하고, 추가의 양태에서, 레이저 에칭은 활성화된 표면을 제공하기 위해 실시된다. 추가의 양태에서, 적어도 하나의 레이저 빔은 레이저 구조화 단계 과정에서 코팅층의 표면 상에 적어도 하나의 패턴을 그린다. 또 다른 추가의 양태에서, LDS 첨가제는 적어도 하나의 금속 핵을 방출할 수 있다. 또 다른 추가의 양태에서, 방출된 적어도 하나의 금속 핵은 환원성 구리 도금 공정에 대한 촉매로서 작용할 수 있다.
추가의 양태에서, 레이저 에칭은 약 30 kHz 내지 약 110 kHz의 주파수 및 약 1 m/s 내지 약 5 m/s의 속도로 약 1 w 내지 약 10 w 전력으로 실시된다. 레이저 에칭은 약 40 kHz 내지 약 100 kHz의 주파수 및 약 2 m/s 내지 약 4 m/s의 속도로 약 1 w 내지 약 10 w 전력으로 실시된다. 추가의 양태에서, 레이저 에칭은 약 40 kHz의 주파수 및 약 2 m/s의 속도로 약 3.5 w 전력으로 실시된다. 본원에 사용되는 바와 같은 "w"는 와트를 의미하고; "kHz" 또는 "KHz"는 킬로헤르츠를 의미하고; "m/s"는 미터/초를 의미한다.
추가의 양태에서, 거친 표면은 LDS 공정에서 형성될 수 있다. 추가의 양태에서, 거친 표면은 구리 도금 및 코팅층 사이의 접착력을 제공할 수 있는 코팅층 물질을 구리 도금과 결합할 수 있다.
금속화 단계는 다양한 양태에서 종래의 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 일 양태에서, 무전해 구리 도금욕은 LDS 공정에서의 금속화 단계 과정에서 사용된다. 따라서, 다양한 양태에서, 전도성 경로 상에 금속층은 도금하는 것이 금속화이다. 또 다른 추가의 양태에서, 금속화는 a) 에칭된 표면을 세정하는 단계; b) 트랙의 추가적 구성의 단계; 및 c) 도금의 단계를 포함할 수 있다.
LDS 첨가제는 레이저가 조사되지 않은 부분에 코팅 레이저의 표면 상에 잔류될 수 있다. 일 구현예에서, 금속층은 0.7 N/mm (본원에서 사용되는 "N/mm"는 뉴튼/밀리미터를 의미함) 이상의 박리 강도 (ASMT D1876-08)를 가진다. 또 다른 구현예에서, 금속층은 0.8 N/mm 이상의 박리 강도를 가진다. 금속층의 두께는 일 구현예에서 0.8 마이크론 이상이다. 다른 구현예에서, 금속층의 두께는 1.0 마이크론 이상이다. 다른 구현예에서, 금속의 두께는 약 30 마이크론 내지 약 35 마이크론이다.
도 1은 본 개시물의 LDS 물질의 일반적인 제조 방법을 기술하고 있다. 투명한 LDS 물질을 형성하기 위한 일 구현예에 관한 것이지만, 본 공정은 다른 (예를 들면 비투명) 구현예에 적용가능하다. 본 실시예에서, 투명한 폴리카보네이트 (PC) 열가소성수지는 형성되는 투명한 LDS 물질의 기저 기재로서 제공된다. 기저 기재는 기술분야, 예를 들면, 전자 응용분야에서의 물질의 사용에 따라 선택되고, 당업자는 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 또는 폴리메틸 메타크릴레이트 물질을 사용할 수 있다. 물질은 사용 조건의 가혹성(harshness), 예컨대 온도, 화학적 환경, 날씨 조건, 인간 상호작용의 수준, 기계적 마모 및 취급성을 고려하여 선택된다.
도 1에 나타나는 바와 같이, LDS 첨가제, 광개시제, 및/또는 희석 용매를 포함하는 코팅층은 본원에 기재된 코팅 기술 중 임의의 하나를 사용하여 침착된다. 본 구현예에서, UV-계 코팅 액체는 LDS 첨가제에 대한 기저 캐리어로서 사용된다. 대안적으로, 다른 구현예에서, 열경화 첨가제를 포함하는 코팅 액체가 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 코팅 액체는 UV-계뿐만 아니라 열경화 성분 모두를 가지도록 제형화될 수 있다.
도 1 구현예에서, 코팅층 상의 자외선 광은 광개시제를 활성화하고, 이는 기저 기재 상의 경화된 코팅층을 생성하는 경화 반응을 개시하도록 진행되게 한다. UV 광은 10 nm 내지 400 nm (본원에 사용되는 바와 같이 "nm"는 나노미터를 의미함)의 범위의 파장을 갖는 전자기 방사선이다. 다음 단계에서, 레이저 빔은 코팅층의 표면 상에 패턴을 그리는데 사용된다. 일 구현예에서, 레이저 패턴은 조절된 컴퓨터 프로그램일 수 있다. 최종 단계에서, 코팅층은 금속화된다. 금속화는 무전해 구리 도금욕 (화학적 도금)에서 달성되고, 구리는 이전 단계에서 형성되는 레이터 패턴에 의해 정의되는 경로 상에 침착된다.
본 개시물의 LDS 물질로부터 제조될 수 있는 물품은 컴퓨터, 휴대폰, 통신 장비, 의료 장치, RFID 장치와 관련된 부품, 또는 자동차 부품을 포함한다. 예를 들면, 본 개시물에 대한 응용분야는 3차원 인쇄 회로 기판; 자동차 스티어링 휠, 및 휴대폰의 안테나에 대한 기계적 부품을 포함한다.
양태
본 개시물은 적어도 하기 양태를 포함한다:
양태 1. 제1 LDS 첨가제를 포함하는 제1 코팅층, 및 기저 기재를 포함하며, 제1 코팅층은 상기 기저 기재와 접촉되는 레이저 직접 구조화 (LDS) 물질.
양태 2. 제1 양태에서, 상기 LDS 물질이 60% 초과의 광투과도 및 ASTM D1003-00(B)에 의해 측정되는 바와 같은 40% 미만의 헤이즈를 갖는 LDS 물질.
양태 3. 제1 양태에서, 상기 기저 기재는 폴리머, 금속, 세라믹, 유리, 비금속성 고형물, 종이, 왁스, 복합체, 고무, 종이, 목재, 절연 물질, 강화 폴리머성 물질, 또는 이들의 조합을 포함하는 LDS 물질.
양태 4. 양태 1-3 중 어느 하나에 있어서, 상기 기저 기재는 열가소성 또는 열경화성 수지인 LDS 물질.
양태 5. 양태 4에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리이미드, 폴리(아릴렌 에테르), 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리프탈아미드, 폴리페닐렌 산화물, 폴리에테르이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리벤즈이미다졸, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 셀룰로오스-아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리설폰, 폴리페닐렌설파이드, 플루오로폴리머, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지 블렌드, 아크릴로니트릴-에틸렌/프로필렌-스티렌, 메틸 메타크릴레이트-부타디엔-스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-메틸 메타크릴레이트-스티렌, 아크릴로니트릴-n-부틸 아크릴레이트-스티렌, 고무 개질된 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 실리콘, 폴리아미드 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 LDS 물질.
양태 6. 양태 4에 있어서, 상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 우레아-포름알데히드 라텍스, 자일렌 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 에폭시 수지, 아닐린 수지, 푸란 수지, 폴리우레탄, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 LDS 물질.
양태 7. 양태 1-6 중 어느 하나에 있어서, 상기 기저 기재는 폴리카보네이트인 LDS 물질.
양태 8. 양태 1-7 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 LDS 첨가제는 코팅층의 약 2 중량% 내지 약 5 중량%를 포함하는 LDS 물질.
양태 9. 양태 1-8 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 LDS 첨가제는 구리 크롬 산화물 스피넬, 구리 하이드록사이드 포스페이트, 구리 포스페이트, 구리 크롬 산화물 스피넬, 구리 설페이트, 제일구리 티오시아네이트, 유기 금속 착물, 팔라듐/팔라듐-함유 중금속 착물, 금속산화물, 금속산화물-코팅된 충전제, 운모 상에 코팅된 안티몬 도핑된 주석 산화물, 구리 함유 금속산화물, 아연 함유 금속산화물, 주석 함유 금속산화물, 마그네슘 함유 금속산화물, 알루미늄 함유 금속산화물, 금 함유 금속산화물, 은 함유 금속산화물, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 LDS 물질.
양태 10. 양태 1-9 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 LDS 첨가제는 구리 크롬 산화물 스피넬, 구리 하이드록사이드 포스페이트, 구리 포스페이트, 또는 이들의 조합을 포함하는 LDS 물질.
양태 11. 양태 1-10 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 코팅층은 UV 경화, 열경화, 또는 이들의 조합이 가능한 코팅 액체로부터 제조되는 LDS 물질.
양태 12. 양태 11에 있어서, 상기 코팅 액체는 제1 LDS 첨가제, 모노머, 올리고머, 광개시제, 또는 희석제, 또는 이들의 조합을 포함하는 LDS 물질.
양태 13. 양태 1-12 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 코팅층은 약 3 μm 내지 약 50 μm의 두께를 갖는 LDS 물질.
양태 14. 양태 1-13 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 코팅층은 약 5 μm 내지 약 25 μm의 두께를 갖는 LDS 물질.
양태 15. 양태 1-14 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 코팅층은 제1 코팅층의 중량 기준으로 약 0.1 내지 10 중량%의 염료, 안료, 착색제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 성분을 포함하는 LDS 물질.
양태 16. 양태 1-15 중 어느 하나에 있어서, 상기 기저 기재는 최상면 및 최하면을 갖는 폴리머성 시트이고, 여기서 상기 제1 LDS 첨가제를 포함하는 상기 제1 코팅층이 폴리머성 시트의 최상면에 접촉되고, 제2 LDS 첨가제를 포함하는 제2 코팅층은 상기 폴리머성 시트의 최하면에 접촉되는 LDS 물질.
양태 17. 양태 1-16 중 어느 하나에 있어서, 상기 기저 기재는 평면형, 실린더형, 구형, 환형, 관형, 타원형, 규칙적인 3-D 형상, 또는 불규칙적인 3-D 형상인 LDS 물질.
양태 18. 양태 1-17 중 어느 하나의 LDS 물질을 형성하는 방법으로서, 제1 LDS 첨가제를 포함하는 코팅 액체를 기저 기재 상에 침착시키는 단계; 및 기저 기재 상의 상기 코팅 액체를 경화시켜 제1 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
양태 19. 양태 18에 있어서, 코팅 액체는 분무 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 유동 코팅, 분말 코팅, 용액 캐스팅, 롤-투-롤 코팅, 스크린 인쇄, 미립화(atomization), 또는 이들의 조합에 의해 침착되는 방법.
양태 20. 양태 18 또는 19에 있어서, 상기 제1 코팅층 상의 활성화된 경로를 레이저 구조화에 의해 형성하는 단계; 및
활성화된 경로 상에 금속층을 침착시키는 단계
를 더 포함하는 방법.
양태 21. 양태 20에 있어서, 상기 금속층은 무전해 도금에 의해 활성화된 경로 상에 침착되는 방법.
양태 22. 양태 1-17 중 어느 하나의 LDS 물질로부터 형성되는 제조 물품으로서, 활성화된 경로는 레이저 구조화에 의해 상기 제1 코팅층 상에 형성되고, 금속층은 상기 활성화된 경로 상에 침착되는 제조 물품.
양태 23. 양태 22에 있어서, 상기 물품은 컴퓨터, 휴대폰, 통신 장비, 의료 장치, RFID 장치, 또는 자동차 부품으로부터 선택되는 물품.
실시예 1
하기 실시예에서, 코팅을 100% 고형물로 제형화되고, 이후 희석제로서 부틸 아세테이트로 80%로 희석한다. 코팅 조성물은 표 1에 나타나 있다.
UV-계 코팅 액체를 LDS 첨가제에 대한 기저 캐리어로서 사용하였다. UV-계 코팅의 주요 성분은 아크릴레이트 모노머, 아크릴레이트 올리고머, 광개시제, 희석제 및 첨가제를 포함한다. 본 실시예에 대해, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 (HDDA, SR238, Sartomer 사제), 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트 (TMPTA, SR351, Sartomer 사제), 및 지방족 우레탄 아크릴레이트 (CN9010, Sartomer 사제)를 사용하였다. BASF로부터의 Irgacure® 184는 UV 노출 하에 코팅의 경화를 촉진하기 위한 광개시제로서 사용되었다. Merck Chemical Co.로부터 구입한 구리 하이드록시 포스페이트를 LDS 첨가제로서 사용하였다.
각 샘플에 대해 사용되는 기저 기재는 투명한 폴리카보네이트 (Lexan® 141) 컬러칩이었다. 코팅층을 바 코팅 공정에 의해 기재 상에 침착시켰고, 이어서 코팅 액체를 컬러칩의 표면에 적용하였고, 바를 사용하여 코팅 액체를 균일하게 펴 발랐다. 코팅된 컬러칩을 이후 약 10분 동안 40℃에서 오븐에 배치하여 희석제를 제거하였고, 1700 mW/ cm2의 UVA 강도 및 480 mJ/ cm2에서의 UV 에너지를 사용하는 퓨전 UV, H 벌브(bulb)에 의해 경화시켰다.
[표 1]: 코팅 조성물 (조성물의 %Wt )
Figure 112018120026958-pat00001
[표 2]: 광투과도 및 헤이즈
Figure 112018120026958-pat00002
모든 샘플은 90% 초과의 광투과도 및 ASTM D1003-00(B)에 따라 측정된 25% 미만의 헤이즈를 나타내었다.
모든 샘플은 또한 양호한 투명성 이외에 양호한 도금 성능을 나타내었다. 2개의 샘플에 대한 도금 지수 (PI) 값은 0.7 초과이었고, 이는 양호한 도금 성능을 나타낸다. 도금 지수를 ASTM B568 표준으로의 XRF 방법을 사용하여 도금된 구리 두께를 시험하여 결정하였다. 하기는 열거된 전력, 주파수, 및 속도에 기초한 샘플 1 및 2에 대한 PI 시험 결과이다:
Figure 112018120026958-pat00003
실시예 2
본 실시예는 상이한 기저 기재 및 상이한 경화 기술, 즉, UV-경화 및 열 경화를 이용하는 추가의 샘플의 제조를 포함한다.
LDS 첨가제: Merck Chemical Co.로부터의 구리 하이드록시 포스페이트 및 Shepherd Color Company로부터 구입한 구리 크로마이트 블랙 스피넬.
UV계 코팅: UV계 코팅의 주요 성분은 아크릴레이트 모노머, 아크릴레이트 올리고머, 광개시제, 희석제 및 첨가제를 포함한다. Sartomer로부터의 하기 물질을 평가하였다: 이소보르닐 아크릴레이트 (IBOA, SR506), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 (HDDA, SR238), 폴리에틸렌 글리콜 (400) 디아크릴레이트 (SR 344), 프로폭실화된 2 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트 (SR9003), 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 (TPGDA, SR306), 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트 (TMPTA, SR351), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 (SR444), 디펜타에리트리톨테트라아크릴레이트 (SR399), 지방족 우레탄 아크릴레이트 (CN9010, CN9013, Sartomer 사제 및 EB 8215, Cytec 사제). BASF로부터의 Irgacure® 184를 광개시제로서 사용하였고, 부틸 아세테이트를 용매로서 사용하여 코팅 액체를 희석하였다.
열기반 코팅 (샘플 번호 9 및 10): 2성분 열경화 코팅 시스템, 즉 Uracron CY472 E-57 (DSM 사제), 주요 성분으로서 사용된 히드록실 아크릴 수지, 및 Desmodur N 3390 BA (Bayer 사제), 경화제로서 사용된 지방족 폴리이소시아테이트를 평가하였다.
본 실시예에서의 코팅 제형은 표 3에 열거되어 있다. 기저 기재는 플라스틱 및 유리를 포함하였다. 플라스틱 기재는 Lexan®1414 (PC), C1200HF (PC/ABS), Lexan HFD 1034, V0150B (종래의 Noryl®), LTA6020 (종래의 Noryl®), 30% 유리 섬유 강화 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 50% 유리 섬유 강화 폴리프탈아미드 (PPA), 및 아크릴로니트릴/스티렌/아크릴레이트 (ASA)를 포함하였다. 모든 플라스틱을 컬러칩에 도입하였고, 이를 코팅을 위한 기재로서 사용하였다.
UV계 코팅 액체 (샘플 번호 11-16)을 Lexan® 1414 컬러칩 상에 코팅하였고, 이후 레이저 직접 구조화에 가하였고, 이후 화학 도금을 후속하였다. 이러한 샘플은 양호한 도금 성능을 나타내었다. 나머지 샘플은 하기 기재 상에 코팅하였다:
Figure 112018120026958-pat00004
모든 코팅을 부틸 아세테이트에 의해 50% 고형물로 희석하였고, 바 코팅에 의해 기저 기재 상에 도입하였다. 이후, 샘플을 10분 동안 40℃에서 건조시켰고, 이후 부품 (샘플 1-8 및 11-16)을 UV 조사 (퓨전 UV, H 벌브, 1700 mW/ cm2의 UVA 강도 및 480 mJ/ cm2에서의 UV 에너지 사용)에 노출시켰다. 샘플 번호 9 및 10은 30분 동안 60℃에서 열경화시켰다.
[표 3]: 코팅 제형 ( Wt% )
Figure 112018120026958-pat00005

Claims (17)

  1. 레이저 직접 구조화 (LDS) 물질로서, 상기 물질은,
    (a) 제1 LDS 첨가제, 모노머, 올리고머 및 광 개시제를 포함하는 조성물에 UV 조사하여 형성된, 제1 코팅층, 및
    (b) 기저 기재를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 코팅층은 100% 고체 함량을 유기 용매로 희석하여 제조되고,
    상기 제1 LDS 첨가제는 구리 크롬 산화물 스피넬, 구리 하이드록사이드 포스페이트, 구리 포스페이트, 구리 크롬 산화물 스피넬, 구리 설페이트, 제일구리 티오시아네이트, 유기 금속 착물, 팔라듐/팔라듐-함유 중금속 착물, 금속산화물, 금속산화물-코팅된 충전제, 운모 상에 코팅된 안티몬 도핑된 주석 산화물, 구리 함유 금속산화물, 아연 함유 금속산화물, 주석 함유 금속산화물, 마그네슘 함유 금속산화물, 알루미늄 함유 금속산화물, 금 함유 금속산화물, 은 함유 금속산화물, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 제1 코팅층은 상기 기저 기재와 접촉되어 있고,
    상기 LDS 물질은 60% 초과의 광투과도 및 ASTM D1003-00(B)에 따라 측정된 40% 미만의 헤이즈를 갖는, 레이저 직접 구조화 (LDS) 물질.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매는 부틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 이소프로판올, n-부탄올, 1-메톡시 2-프로판올, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 LDS 물질.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기저 기재는 폴리머, 금속, 세라믹, 유리, 비금속성 고형물, 종이, 왁스, 복합체, 고무, 종이, 목재, 절연 물질, 강화 폴리머성 물질, 또는 이들의 조합을 포함하는 LDS 물질.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기저 기재는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지인 LDS 물질.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리이미드, 폴리(아릴렌 에테르), 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리프탈아미드, 폴리페닐렌 산화물, 폴리에테르이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리벤즈이미다졸, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 셀룰로오스-아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리설폰, 폴리페닐렌설파이드, 플루오로폴리머, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지 블렌드, 아크릴로니트릴-에틸렌/프로필렌-스티렌, 메틸 메타크릴레이트-부타디엔-스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-메틸 메타크릴레이트-스티렌, 아크릴로니트릴-n-부틸 아크릴레이트-스티렌, 고무 개질된 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 실리콘, 폴리아미드 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 LDS 물질.
  6. 제4항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 우레아-포름알데히드 라텍스, 자일렌 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 에폭시 수지, 아닐린 수지, 푸란 수지, 폴리우레탄, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 LDS 물질.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기저 기재는 폴리카보네이트인 LDS 물질.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 LDS 첨가제는 코팅층 중 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하는 LDS 물질.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 LDS 첨가제는 구리 크롬 산화물 스피넬, 구리 히드록시 포스페이트, 구리 포스페이트, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 LDS 물질.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅층은 3 μm 내지 50 μm의 두께를 갖는 LDS 물질.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅층은 5 μm 내지 25 μm의 두께를 갖는 LDS 물질.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기저 기재는 최상면 및 최하면을 갖는 폴리머성 시트이고, 여기서 상기 제1 LDS 첨가제를 포함하는 상기 제1 코팅층이 폴리머성 시트의 최상면에 접촉하고, 제2 LDS 첨가제를 포함하는 제2 코팅층은 상기 폴리머성 시트의 최하면에 접촉되는 LDS 물질.
  13. 제1항에 있어서, 상기 기저 기재는 평면형, 실린더형, 구형, 환형, 관형, 타원형, 규칙적인 3-D 형상, 또는 불규칙적인 3-D 형상인 LDS 물질.
  14. 제1항의 LDS 물질의 형성 방법으로서,
    제1 LDS 첨가제를 포함하는 코팅 액체를 기저 기재 상에 침착시키는 단계; 및
    상기 기저 기재 상의 상기 코팅 액체를 경화시켜 제1 코팅층을 형성하는 단계
    를 포함하는 LDS 물질의 형성 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 코팅 액체는 분무 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 유동 코팅, 분말 코팅, 용액 캐스팅, 롤-투-롤 코팅, 스크린 인쇄, 미립화, 또는 이들의 조합에 의해 침착되는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 레이저 구조화에 의해 상기 제1 코팅층 상에 활성 경로를 형성하는 단계; 및
    상기 활성 경로 상에 금속층을 침착시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  17. 제1항의 LDS 물질로부터 형성된 제조 물품으로서, 여기서 활성화된 경로는 레이저 구조화에 의해 제1 코팅층 상에 형성되고, 금속층은 상기 활성화된 경로 상에 침착되는 제조 물품.
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