KR20040024858A - 치수 안정성 복합 물품 및 이것의 제조 방법 - Google Patents

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KR20040024858A
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

본 발명의 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품은, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 보유하는 노출된 표면을 갖는 경화된 중합체 층이 부착되어 있는 금속 호일 백킹을 포함한다. 이 물품은 금속 호일 백킹 위로 방사선 경화성 조성물 층을 침착시키는 단계, 방사선 경화성 조성물 층을 마스터와 접촉시키면서 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 부여할 수 있는 패턴을 갖는 마스터를 방사선 경화성 조성물 층으로 접촉시키는 단계, 경화성 조성물을 방사선에 노출시켜 이 조성물을 경화시키는 단계, 및 금속 호일 백킹 상의 경화된 중합체 층을 마스터의 표면으로부터 분리하는 단계에 의해 제조된다. 금속 호일 백킹 또는 마스터 중 어느 하나는 방사선 투과성일 수 있다.

Description

치수 안정성 복합 물품 및 이것의 제조 방법{DIMENSIONALLY STABLE COMPOSITE ARTICLE AND METHOD OF MAKING THE SAME}
현재, 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 가요성의 시트형 복합 물품에 대한 요구가 있다. 즉, 물품의 중요한 세그먼트는 열, 냉기 및 수분과 같은 극한 조건에 노출되었다가 주변 조건으로 복귀되었을 때 예측이 불가능한 큰 치수 변화를 피할 수 있는 능력을 지녀야 한다. 이러한 제품은 상기한 환경 조건에 노출되었을 때 단지 예측 가능한 미미한 치수 변화만을 겪게 된다. 예측 가능성이란 특정 환경 조건에 노출된 후 주변 조건으로 복귀되었을 때 비가역적으로 수축 또는 팽창할 수 있는 물질의 고유 특성의 이해를 기초로 한 예측 치수 변화를 말한다.
이러한 유형의 제품은 포토리소그래피, 가요성 회로의 제조, 에칭, 도금 및 증착과 같은 분야에 사용될 수 있다. 또한, 미국 특허 제5,815,306호(Sheridon 등)에 개시된 지리콘 회전-입자 디스플레이용 "계란 상자" 기판의 제조에도 사용될 수있다.
이와 같은 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품은 미세 피치 전자 회로에 대한 치수 안정성 요건을 충족시켜야 한다. 미세 피치 전자 회로는 전자칩 패키징, 즉 이른바 "1차 레벨" 패키징 작업에 있어서 실리콘 칩과 다른 외부 회로간의 매개체로서 사용된다. 미세 피치 전자 회로는 또한 미리 패키징한 칩이 부착되어 있는 인쇄된 회로판, 및 기타 전자 인터커넥트 디바이스, 특히 부품 크기 및/또는 중량의 극소화가 중요한 디바이스로서 사용된다.
전자칩의 패키징과 커넥팅에 사용되는, 이른바 빌트-업 멀티레이어(Built-Up Multilayer; BUM) 공정은, 유전층의 양면에 적층된 코어, 통상 금속 호일, 또는 유전체 코어 위에 침착된 금속으로부터 출발한다. BUM 공정은 몇가지의 변형된 형태로 실시되며, 유전체와 금속의 연속 층을 적용하는 데 이용된 기법과 바이어스를 정의하는 데 이용된 기법에 의해 그 차이가 정해진다. 참고 문헌의 예로는, Charles E. Bauer의 ["Using Chip Scale Packages", Advanced Packaging 5(4), July/August 1996, pp. 8-10]; Howard Green and Phillip Garrou의 ["Introduction to Large Area Substrate Processing", Advancing Microelectronics 24(2), March/April 1997, pp. 10-15]; Charles Lassen의 ["Build-Up Multilayers", Printed circuit Fabrication 20(6), June 1997, pp. 22-24]; 및 Darren Hitchcock의 ["Microvias, High Speed, and Flex", Proc. IPC Natl. Conf. on Flexible Circuits, 19-20 May 1997(Phoenix, AZ)]가 있다. 통상적으로 실시되는 바이아 형성 기법으로는 감광 유전체의 직접 포토리소그래피 패턴화, 패턴식 레이저 삭마,및 패턴화된 레지스트 또는 금속화를 통한 화학적 분쇄 또는 플라즈마 삭마가 있다.
공통적인 요소는 다층 구조에서의 여러 층의 재료(유전체 및 금속)의 패턴화가 적층 정렬될 수 있도록 예측 가능한 치수 안정성 기판을 제작할 필요가 있다는 것이다. 칩 규모의 패키징에 요구되는 바와 같이 공칭 25 ㎛ 선 및 25 ㎛ 간격을 달성하기 위해서는, 패턴화된 금속화와 유전체의 바이어스(구멍)의 개별 층들이 절대 기준 지점(기준 마크)에 대하여 ±50% 간격보다 더 우수하게, 즉 ±12.5 ㎛보다 더 우수하게 정렬되어야 할 필요가 있다. 다층이 적재되어질 코어 또는 기초 재료는 최소한 이와 같은 우수한(더 우수하지는 않더라도) 치수 안정성을 가질 필요가 있다. 보다 대규모의 예측 가능한 치수 안정성 복합 물품의 제조는 이러한 물품의 더 작은 세그먼트들로 제조된 제품의 단가를 낮추는 방법을 제공한다.
관련 기술의 표시
하기 참고 문헌은 본 발명과 관련이 있는 것들이다.
미국 특허 제3,689,346호(Rowland);
미국 특허 제4,576,850호(Martens);
미국 특허 제4,414,316호(Conley);
미국 특허 제5,175,030호(Lu 및 Williams);
WO 9015673(Kerr 및 Crouch);
EP-130659(Brown); 및
미국 특허 제4,810,435호(Kamada 등).
발명의 요약
본 발명은 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 보유하는 노출된 전면을 갖는 방사선 경화된 중합체 층이 한 표면에 부착되어 있는 금속 호일 백킹으로 이루어진 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품을 제공한다. 기능적 불연속성은 말단 표면부와 인접한 함몰 표면부를 포함한다. 중합체 층은 백킹의 한 면에 부착된 반대쪽 면을 포함한다. 복합 물품은 치수 안정성이 중요하게 작용하는 다양한 용도 중 임의의 용도에 사용될 수 있는 예측 가능한 치수 안정성 시트형 물품을 제공한다.
패턴화된 중합체 층과 금속 백킹의 기본 단위는 예측 가능하게 치수 안정성을 지니기 때문에, 더 큰 치수 안정성 복합 물품을 제공하여 공정 효율을 높임으로써 부품 단가를 줄일 수 있다. 패턴화된 유전체와 금속 호일의 조합은 예측 가능할 정도로 치수 안정성이 있어서, 다수의 층을 함께 레지스터에 적층시켜서, 인쇄된 회로판과 기능적으로 유사한 다층 회로를 형성할 수 있다. 2 이상의 기판을 제조하여 서로 결합함으로써, 한층만을 사용하는 경우에 가능한 것보다 더 복잡한 전자 회로를 형성할 수 있다.
본 발명의 물품은 상기 특징부를 제공하는 데 요구되는 예측 가능한 치수 안정성을 보유한다. 본 발명에 따른 물품은 150℃ 이하에서 1시간 이하 동안 열에 노출시킨 다음, 약 100 ppm 미만, 바람직하게는 약 60 ppm 미만, 가장 바람직하게는 약 50 ppm 미만의 주변 조건으로 복귀시켰을 때 예측 가능한 치수 변화를 갖는 것을 특징으로 한다. 즉, 100 ppm에서, 본 발명에 따른 물품은 평가되는 시트 상에지정된 최초 기준 지점과 그로부터 100 mm 이격된 임의의 기준 마크 사이의 간격 100 mm당 10 ㎛ 미만의 치수 편차를 갖는다.
한 양태에서, 본 발명은 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품을 제조하는 방법으로서, 하기 a∼d를 포함하는 방법을 제공한다:
a. 방사선 투과성 금속 호일 백킹의 한 표면 위로 방사선 경화성 조성물 층을 침착시켜 노출된 표면을 갖는 층을 제공하는 단계;
b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 부여할 수 있는 패턴을 보유하는 예비성형된 표면을 갖는 마스터를, 상기 패턴을 상기 금속 호일 백킹 상의 방사선 경화성 조성물 층에 전달하기에 충분한 접촉 압력 하에 상기 층의 노출된 표면으로 접촉시키는 단계로서, 바람직하게는 이러한 접촉 후에 중합체 층의 적어도 일부분이 인접 함몰 표면부로부터 0.05 mm 이상 이격된 말단 표면부를 포함하게 되는 것인 단계;
c. 방사선 경화성 조성물 층을 마스터의 패턴화된 표면과 접촉시키면서, 경화성 조성물을 금속 호일 백킹을 통해 이 조성물을 경화시키기에 충분한 정도의 방사선에 노출시켜 금속 호일 백킹에 부착하는 경화된 중합체를 제공하는 단계; 및
d. 금속 호일 백킹 상의 경화된 중합체 층을 마스터의 표면으로부터 분리하는 단계.
또다른 양태에서, 본 발명은 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품을 제조하는 방법으로서, 하기 a∼d를 포함하는 방법을 제공한다:
a. 금속 호일 백킹의 한 표면 위로 방사선 경화성 조성물 층을 침착시켜 노출된 표면을 갖는 층을 제공하는 단계;
b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 부여할 수 있는 패턴을 보유하는 예비성형된 표면을 갖는 방사선 투과성 마스터를, 상기 패턴을 상기 금속 호일 백킹 상의 방사선 경화성 조성물 층으로 전달하기에 충분한 접촉 압력 하에 상기 층의 노출된 표면으로 접촉시키는 단계로서, 바람직하게는 이러한 접촉 후에 중합체 층의 적어도 일부분이 인접 함몰 표면부로부터 0.05 mm 이상 이격된 표면부를 포함하게 되는 것인 단계; 및
c. 방사선 경화성 조성물 층을 마스터의 패턴화된 표면과 접촉시키면서, 상기 조성물을 마스터를 통해 이 조성물을 경화시키기에 충분한 정도의 방사선에 노출시켜 금속 호일 백킹에 부착하는 경화된 중합체를 제공하는 단계; 및
d. 금속 호일 백킹 상의 경화된 중합체 층을 마스터의 표면으로부터 분리하는 단계.
또다른 양태에서, 본 발명은 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품을 제조하는 방법으로서, 하기 a∼d를 포함하는 방법을 제공한다:
a. 방사선 투과성 금속 호일 백킹의 한 표면 위로 방사선 경화성 조성물 층을 침착시켜 노출된 표면을 갖는 층을 제공하는 단계;
b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 상호 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 부여할 수 있는 패턴을 보유하는 예비성형된 표면을 갖는 마스터를, 상기 패턴을 상기 금속 호일 백킹 상의 방사선 경화성조성물 층으로 전달하기에 충분한 접촉 압력 하에 상기 층의 노출된 표면으로 접촉시키는 단계; 및
c. 방사선 경화성 조성물 층을 마스터의 패턴화된 표면과 접촉시키면서, 상기 경화성 조성물을 금속 호일 백킹을 통해 이 조성물을 경화시키기에 충분한 정도의 방사선에 노출시켜 금속 호일 백킹에 부착하는 경화된 중합체를 제공하는 단계; 및
d. 금속 호일 백킹 상의 경화된 중합체 층을 마스터의 표면으로부터 분리하는 단계.
또다른 양태에서, 본 발명은 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품을 제조하는 방법으로서, 하기 a∼d를 포함하는 방법을 제공한다:
a. 금속 호일 백킹의 한 표면 위로 방사선 경화성 조성물 층을 침착시켜 노출된 표면을 갖는 층을 제공하는 단계;
b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 상호 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 부여할 수 있는 패턴을 보유하는 예비성형된 표면을 갖는 방사선 투과성 마스터를, 상기 패턴을 상기 금속 호일 백킹 상의 방사선 경화성 조성물 층으로 전달하기에 충분한 접촉 압력 하에 상기 층의 노출된 표면으로 접촉시키는 단계; 및
c. 방사선 경화성 조성물 층을 마스터의 패턴화된 표면과 접촉시키면서, 상기 조성물을 마스터를 통해 이 조성물을 경화시키기에 충분한 정도의 방사선에 노출시켜 금속 호일 백킹에 부착하는 경화된 중합체를 제공하는 단계; 및
d. 금속 호일 백킹 상의 경화된 중합체 층을 마스터의 표면으로부터 분리하는 단계.
본 발명은 또한
a. 이면과 반대쪽 전면을 갖는 금속 호일 백킹; 및
b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 보유하는 노출된 전면과, 상기 백킹의 전면과 부착 접촉하는 반대쪽 면을 갖는 방사선 경화된 중합체 층으로서, 바람직하게는 중합체 층의 적어도 일부분은 인접 함몰 표면부로부터 0.05 mm 이상 이격된 말단 표면부를 포함하는 것인 층을 포함하는, 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품을 제공한다.
또다른 양태에서 본 발명은,
a. 이면과 반대쪽 전면을 갖는 금속 호일 백킹; 및
b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 상호 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 보유하는 노출된 전면과, 상기 백킹의 전면과 부착 접촉하는 반대쪽 면을 갖는 방사선 경화된 중합체 층을 포함하는, 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품을 제공한다.
본 발명의 복합 물품의 백킹을 형성하는 금속 호일은 전술한 방법에서 기술하였던 공정 조건을 견딜 수 있고 복합 물품내에서 예측 가능한 치수 안정성을 제공하는 임의의 금속으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 금속은 구리, 알루미늄, 아연, 티탄, 주석, 철, 니켈, 금, 은, 이들의 조합물 및 이들의 합금으로 이루어진군 중에서 선택된다. 적합한 금속은 스테인레스강을 비롯하여 황동 및 강철과 같은 합금 역시 포함한다.
바람직한 금속 호일은 상기 단계를 포함하는 임의의 방법에서 금속 호일 백킹을 통해 경화성 조성물의 경화를 가능하도록 투과성인 e-빔 방사선이다.
바람직한 경화성 조성물은 경화성 올리고머 수지아다.
경화성 조성물을 경화하여 경화된 중합체를 형성하는 데 사용되는 방사선원으로는 전자빔(e-빔) 방사선, 화학선(uv 또는 가시광선) 또는 열 방사선이 있다.
함몰부는 지리콘 구와 전도성 회전타원체와 같은 성형 물품을 상보적으로 수용하여 유지하기 위한 형상을 비롯하여 다양한 형태 중 임의의 형상을 취할 수 있다. 또, 미세구조는 에치 마스크로서 유용한 물품을 제공하도록 성형될 수 있다.
정의
하기 정의는 본원에 기술된 본 발명에 적용된다.
"정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성"이란 용어는, 무작위적이지 않은 정교한 기능적 형상으로서 서로에 대해 정교하게 배치된 것인 원형의(original) 형상이 부여된, 마스터 상에 보유된 실질적으로 역의 구조적 형태를 소정의 방식대로 복제하여 제조된 형상을 말하며, 이 용어에는 단순히 장식적이거나 마찰 표면을 제공하기 위해 무작위적으로 직조된 형상은 제외된다.
"정교하게 성형된 상호 기능적 불연속성"이란 용어는 형성한 후에 서로 상보적 형상의 다른 물체와 협력적인 기계적 배열을 형성할 수 있는, 상기 정의된 형태를 말한다.
"대규모의 예측 가능한 치수 안정성(large scale predictable dimensional stability)"이란 용어는 성형된 시트형 기판의 세그먼트를 150℃ 이하의 가열된 환경에 60분 이하 동안 노출시킨 후에 주위 온도로 복귀시켰을 때 예측한 치수를 실질적으로 유지할 수 있는 능력을 말한다. 이러한 기판의 세그먼트에서는 일반적으로, 거의 모든 가열 전과 가열 후 반경 측정값이 약 100 ppm 미만, 바람직하게는 약 60 ppm 미만의 차이로 변화된다.
"금속 호일"이란 용어는 금속의 얇은 연속 시트를 말한다.
"방사선 투과성 금속 호일"이란 용어는 전자빔(때때로 "e-빔"이라고도 함)원, 감마선원 또는 열에너지원과 같은 에너지원으로부터 나오는 방사선 에너지의 투과를 허용할 수 있는 능력을 갖는 금속 호일을 말한다.
중합체와 관련하여 사용되는 "경화된"이란 용어는 자유 라디칼 중합, 양이온 중합, 음이온 중합 등을 비롯하여 다양한 방법에 의해 고체 재료를 제조하기 위해 적절한 에너지원을 가하여, 액체이며 유동성 또는 성형 가능한 단량체 또는 올리고머 전구체를 가교 결합시켜서 제조한 중합체를 말한다.
"경화된 올리고머 수지"란 용어는 본원에서 참고로 인용하는 미국 특허 제4,576,850호(Martens)에 기재된, 기타 단량체 물질과 혼합될 수 있는 2 이상의 반복 단량체 단위를 갖는 예비중합체 물질을 포함하는 특정 경화성 조성물을 경화시켜서 제조한 중합체 물질을 말한다.
본 발명은 일반적으로, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 보유하는 노출된 전면을 갖는 경화된 중합체 층이 부착되어 있는 금속 호일 백킹으로 이루어진 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품 및 이 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 백킹을 통해 방사선에 노출시키는 방식에 의한, 본 발명에 따른 치수안정성 복합 물품을 제조하는 한가지 방법의 개략도이다.
도 2는 엠보싱 툴링을 통해 방사선에 노출시키는 방식에 의한, 본 발명에 따른 치수 안정성 복합 물품의 또다른 제조 방법의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 치수 안정성 복합 물품의 한 세그먼트에 포함된 캐비티 내에 퇴적된 지리콘 입자를 포함하는 예시적인 지리콘 디스플레이의 확대 횡단면도이다.
도 4는 기준 마크 어레이를 보유하는 백킹의 세그먼트를 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된, 코팅하지 않은 구리 호일 백킹의 다양한 기준 마크 사이의 기준 마크간 측정 간격으로부터 도출된 데이터 지점의 함수로서 나타낸, 가열 후의 치수 차(nm)를 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시된, 중합체로 코팅된 구리 호일 백킹의 다양한 기준 마크 사이의 기준 마크간 측정 간격으로부터 도출된 데이터 지점의 함수로서 나타낸, 가열 후의 치수 차(nm)를 보여주는 그래프이다.
도 1은 본 발명 제품의 제조 방법을 예시한 것이다. 도 1에 도시된 방법에서, 금속 호일(10)은 보관 롤(11)로부터 풀어져서 아이들러 롤(12) 위로 안내되어 압출 코팅기(13)를 지나게 되며, 이 코팅기는 호일(10)의 밑면에 경화성 조성물 코팅(14)을 도포한다. 그 후 코팅된 호일은 닙 롤(15) 위로 안내되어 마스터 롤(17)의 패턴화된 표면(16)과 접촉하게 된다. 마스터 롤(17)은 경화성 조성물의 온도를 상온보다 높게, 상온으로, 또는 상온보다 낮게 유지하도록 롤을 통해 순환하는 열교환 유체를 보유할 수 있다. 닙 롤(15)과 패턴화된 표면 롤(17) 사이에 충분한 압력을 가하여 롤(17)의 표면 상에 보유된 패턴(16)에 존재하는 임의의 함몰부를 채운다. 그 후 조합된 어셈블리를 방사선 경화 스테이션(18) 아래로 통과시키며, 여기서 e-빔 방사선은 층(14) 내의 경화성 조성물의 경화가 일어나도록 하기에 충분한 수준으로 금속 호일 백킹(10)을 통해 전달된다. 그 후 경화된 중합체 층을 보유하는 백킹을 아이들러 롤(19) 둘레로 유도하여, 전술한 바와 같은 미세구조 표면을 갖는 중합체 층을 보유하는 복합 물품(20)으로서, 마스터 롤(17)의 패턴화된 표면(16)으로부터 박리시킨다. 그 후 추후에 특정 제품으로 전환시키기 위해 복합 물품(20)을 보관 롤(21) 상에 감는다.
금속 호일 백킹(10)은 전술한 공정을 견딜 수 있고, 경화성 조성물 층(14)의 경화를 촉진하도록 e-빔 방사선의 통과를 허용하며, 또 복합 물품에서 요구되는 예측 가능한 치수 안정성을 제공하는 임의의 금속 호일일 수 있다. 호일 백킹(10)의 재료가 되는 금속은, 예를 들어 구리, 알루미늄, 아연, 티탄, 주석, 철, 니켈, 금, 은, 이들의 조합물 및 이들의 합금을 비롯한 임의의 유용한 금속 중에서 선택할 수 있다. 적합한 합금으로는 황동, 강철 및 스테인레스 강이 있다. 바람직한 금속 호일 백킹은 구리로 만들어진 것이다. 시판되는 바람직한 금속 호일 백킹은, 커네티컷주 워터베리 소재의 올린 호일스 인코포레이티드의 계열사인 소머스 씬 스트립 인코포레이티드에서 상표명 COPPERBONDTM원(1) 온스 호일로 시판되는 것이다. COPPERBONDTM1 온스 구리 호일은 공칭 두께가 37∼38 ㎛이고, 그 제조 공정으로 인하여 거친 표면을 가져서 백킹으로서 사용하기에 아주 적합하다.
금속 호일은 충분한 강도를 제공하도록 두께가 약 10 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 두께가 약 50 ㎛를 초과하지 않아서, 층(14)의 경화를 가능하게 하는 충분한 방사선의 통과를 허용하고, 추후의 사용을 위해 바람직하지 않을 정도로 뻣뻣하지는 않은 것이 바람직하다. 그러나 일부 용도는 강성도가 큰 백킹을 필요로 할 수 있으며, 그러한 경우, 백킹이 경화를 촉진하도록 충분한 방사선을 통과시킬 수 있다면 50 ㎛를 초과하는 두께도 적합할 수 있다.
백킹 폭은 사용된 장치와 제조자가 요구하는 최종 제품 크기에 따라 달라질 수 있다. 백킹의 폭은 2 cm 또는 이보다 좁을 수 있으며, 1 m 이상 정도로 넓을 수도 있다. 본 발명의 제품은 소형 전자 디바이스에서와 같이 비교적 좁은 부품을 필요로 하는 용도를 위해 쪼갤 수 있다.
경화성 조성물 및 금속 호일 백킹은 형성된 경화된 중합체와 이 중합체가 표면에 경화되어 있는 호일 백킹 사이에 적절한 접착력을 얻을 수 있도록 선택한다. 접착력의 적합성은 복합 물품의 목적하는 용도에 좌우된다. 몇몇 용도에서는 단지 약한 정도의 접착력을 요하지만 다른 용도에서는 높은 접착력을 요구할 수 있다. COPPERBOND 구리 호일은 그 제조 공정으로 인하여 거친 표면을 갖기 때문에 바람직하다. 이러한 거친 표면은 경화된 수지와의 기계적 연결을 제공하는 것으로 생각된다. 표면을 당업계에 잘 알려져 있는 대로 프라이머 또는 커플링제로 전처리하거나, 또는 경화된 중합체와 호일 백킹 사이에 고도의 접착력이 요구된다면, 비교적 평활한 표면을 가진 금속 호일 백킹이 사용될 수 있다. 경화성 조성물은 또한 금속표면에 대한 접착을 촉진하는 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 예로는 착화제, 커플링제 등을 들 수 있다. 커플링제의 사용에 대한 문헌으로는, 예를 들어 ["Silane Coulpling Agents, 2nd Ed.", E.P. Plueddemann, Plenum Press, New York, 1991]가 있다. 에폭시 수지는 일반적으로 아크릴레이트 수지보다 금속에 더 잘 부착하기 때문에 일부 용도에서는 바람직하다. 상이한 용도는 온도, 습도, 산화 등의 다양한 환경적 변수에 따라 서로 다른 수준의 접착력을 요할 수 있다. 임의의 특정 용도를 위해 금속 호일, 표면 제조법, 및 경화성 조성물의 특정 조합을 선택하는 것은 당업자의 능력 범위에 속하는 것이다.
임의의 적합한 코팅 기법을 이용하여 경화성 조성물을 도포하여 층(14)을 제공할 수 있다. 적합한 코팅 기법으로는 나이프 코팅, 롤 코팅, 압출 코팅, 커튼 코팅, 분무 등이 있다. 도 1에 도시된 용도에 사용하기 위한 코팅 조성물은, 흐르지 않고 실질적으로 최초 코팅 두께를 유지하도록 충분히 큰 점도를 지녀야 한다. 코팅 조성물 점도는 모델 HAT SYNCHRO-ELECTRIC 점도계(매사추세츠주 스타우턴 소재의 브룩필드 엔지니어링 래보러토리즈에서 시판함)로, 20℃의 온도에서 100 rpm으로 회전하는 6번 스핀들을 사용하여 측정하였을 때 1000 cps∼5000 cps인 것이 바람직하다. 이 경화성 조성물은 점도를 감소시키고 코팅 과정을 보조하기 위해 가열할 수 있다.
마스터 롤은 층(14)의 표면으로 엠보싱되는 표면의 역 형상인 패턴화된 표면을 갖는다. 이러한 마스터 롤은 당업계에 공지되어 있으며, 도구 재료와 원하는 형상에 따라 당업자에게 공지된 잘 알려져 있는 몇가지 기법 중 임의의 기법을 이용하여 제조할 수 있다. 마스터 롤의 패턴화된 표면을 제공하기 위한 대표적인 기법의 예로는 화학적 에칭, 기계적 에칭, 삭마법, 예컨대 레이저 삭마 또는 반응성 이온 에칭, 포토리소그래피, 스테레오리소그래피, 미세기계가공, 널링(예를 들어, 절삭 널링 또는 산 강화 널링), 스코링 또는 절삭 등이 있다. 정밀도 형성 조작에 관해서는 문헌["Nanotechnology", N. Taniguchi, Ed., Oxford University Press, Oxford, 1996] 및 이 문헌에서 언급하는 참고문헌을 참조할 수 있다.
마스터 롤의 패턴화된 표면은 층(14) 내에 함몰된 표면부를 만드는 말단 표면부와 층(14) 내에 말단 표면부로서 재생되는 함몰된 표면부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 말단 표면부는 일반적으로 인접한 함몰 표면부가 되며, 바람직하게는 특정 용도를 위해 0.05 mm 이상 이격된다.
마스터 롤 상의 패턴 내의 다양한 구조적 형상은 정교하게 성형되고 서로 정교하게 이격 배치되는 것을 특징으로 한다. 즉, 이들은 미리 정한 상세한 계획에 따라 성형되고, 마스터 롤의 표면 상에서 상기 계획에 따라 유사하게 배치된다.
방사선원(18)은 바람직하게는 호일 백킹(10) 상에 포함된 경화성 조성물 층(14)을 경화시키기에 충분한 정도로 전자 빔(e-빔) 방사선을 방출하는 디바이스이다. 이 목적에 적합한 디바이스는 매사추세츠주 워번 소재의 에너지 사이언시즈 인코포레이티드에서 상표명 ELECTRO CURTAIN 전자빔 라인으로 시판되는 것이다. e-빔 방사선원을 백킹(10)과 충분히 가까이 이격시켜서 층(14) 조성물의 적절한 경화를 촉진시킨다. 일반적으로 그 간격은 제조업자가 추천하는 바와 같이 5 cm 정도로 한다.
층(14)의 경화성 조성물은 방사선 에너지, 바람직하게는 자외선 또는 가시광선(화학선) 또는 전자빔 방사선으로부터 나오는 방사선에 의해 경화될 수 있는 결합제 전구체로 이루어진다. 다른 에너지원으로는 감마선, 적외선, 열원 또는 마이크로파원이 있다. 에너지원은 경화된 중합체 또는 마스터 도구에 손상을 주지 않고 조성물을 경화시키기에 충분한 에너지원을 제공하도록 선택되어야 한다. 방사선 에너지에 노출됨으로써 중합될 수 있는 결합제 전구체의 예로는 아크릴레이트 작용성 단량체, 아크릴화된 우레탄, 아크릴화된 에폭시, 에틸렌계 불포화 화합물, 측쇄 불포화 카르보닐기를 갖는 아미노플라스트 유도체, 하나 이상의 측쇄 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체, 하나 이상의 측쇄 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트 유도체, 비닐 에테르, 에폭시 수지 및 이들의 조합을 들 수 있다. "아크릴레이트"란 용어에는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트가 포함된다.
다수의 경화성 조성물은, 일단 마스터와 접촉하여 경화되면, 원래 치수를 갖는, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 형성하게 된다. 즉, 한 세트의 분리된 기준 마크가 마스터로부터 금속 호일 백킹 상의 경화된 중합체의 한 세그먼트의 표면으로 도입될 때, 그 마크는 서로 원래의 간격을 유지할 것이다. 금속 호일 백킹 상에 보유된, 표시된 경화 중합체의 세그먼트를 고온, 예컨대 150℃로 지정된 시간 동안, 예를 들어 1시간 동안 가열한 후 주변 조건으로 냉각시키면, 일반적으로 호일 백킹과 경화성 조성물의 특정 세트에서 중합체 코팅의 수축이 관찰된다. 이로 인해 샘플 세그먼트 상의 참고 기준 마크와 지정된 기준 마크 사이의 간격이 감소된다. 이것은 중합체 내의 스트레스 완화 및/또는 경화된 중합체 내에 함유된 휘발성 잔류 물질의 증발로 인해 발생하는 것으로 생각된다. 순수한 결과는 중합체 구조 치수의 알고 있거나 또는 예측 가능한 수축이다. 이러한 수축은 일반적으로 특정 중합체와 그 중합체를 형성하는 경화성 조성물에 포함된 첨가 물질에 따라 달라진다. 본원에서 사용된 "예측 가능한" 치수 안정성이란 용어는, 마스터가 고온 가열 후에 주형 중합체 내에서 예측 가능한 치수를 형성하도록 쉽게 대형화되기 때문에 그러한 수축을 참작한 것으로 보면 된다. 따라서, 주형 중합체 치수에 약간의 수축이 발생한다 할지라도, 형성된 복합 제품은, 마스터의 형태 구조의 치수에 있어서의 적절한 증가에 의해 수축이 쉽게 보상될 수 있기 때문에 예측가능하게 치수 안정성이 있다고 한다. 호일 백킹과 경화성 조성물을 달리 선택하면 예측 가능한 팽창을 관찰할 수 있다. 예측 가능한 변화는 서로 다른 방향에 있어서 서로 같거나 다를 수 있는데, 즉 크로스-웹 및 다운-웹일 수 있다. 본 발명의 범위에는 100 ppm 미만, 바람직하게는 60 ppm 미만, 가장 바람직하게는 50 ppm 미만인 무작위적 변화 역시 포함된다.
바람직한 경화성 조성물은 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 예컨대 펜실베이니아주 앰블러 소재의 코그니스로부터 입수한 상표명 PHOTOMER 6010(분자량 1500) 또는 PHOTOMER 6210(분자량 1400)과 1종 이상의 아크릴레이트 단량체, 예컨대 펜실베이니아주 엑스턴 소재의 사토머 컴퍼니로부터 상표명 S 285로 시판되는 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트 일작용성 단량체 또는 상표명 SR 238로 시판되는 분자량 226의 1,6-헥산디올 아크릴레이트 이작용성 단량체의 혼합물을 포함한다. 바람직한 혼합물은 PHOTOMER 6010 올리고머와 SR 285 단량체의 중량비 80:20의블렌드이다. 그밖의 바람직한 혼합물은 PHOTOMER 6210 올리고머와 SR 238 단량체의 중량비 80:20의 블렌드이다.
이온화 방사선으로서도 알려져 있는 전자빔 방사선은 약 1∼200 kGy의 조사량, 바람직하게는 약 10∼120 kGy의 조사량으로 사용될 수 있다. 화학선은 자외선 또는 가시광선을 말한다. 자외선은 약 200∼400 nm 범위, 바람직하게는 약 250∼400 nm 범위에 속하는 파장을 갖는 비-미립자 방사선을 말한다. 한가지 바람직한 자외선원은 약 100∼300 와트/인치(2.5 cm) 범위의 전구 길이에서 작동하는 자외선 램프에 의해 제공된다. 가시광선은 약 400∼800 nm 범위, 바람직하게는 약 400∼550 nm 범위에 속하는 파장을 갖는 비-미립자 방사선을 말한다. 화학선이 사용되는 경우 통상적으로 경화성 올리고머 조성물 내에 광개시제가 포함된다. 적합한 광개시제 및 선택적 감광제에 대해서는 Martens의 상기 문헌에 개시되어 있으며 방사선 경화 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 제품의 제조 방법의 별법을 도시하는 개략도이다. 도 2는 마스터 롤에 대해 전술한 바와 같이, 패턴화된 표면을 갖는 재료의 스트립 형태로 존재하는 마스터를 이용한다. 마스터 스트립(30)은 패턴화된 측면이 상향으로 전개되어 닙 롤(32) 위로 통과하도록 롤(31)로부터 풀린다. 동시에, 호일(33)은 호일 공급 롤(34)로부터 풀리고, 이 호일은 코팅기(35) 아래를 통과하여, 여기에서 경화성 조성물(36)이 호일 백킹(33)에 도포되고 코팅된 백킹은 아이들러 롤(37) 위로 통과하고, 코팅된 백킹과 마스터 스트립(30)은 둘다 같은 속도로 이동하면서 동시에 닙 롤(32)과 백업 롤(38) 사이의 닙에서 수렴되며, 여기서 충분한 롤 대 롤 접촉 압력이 가해져서 코팅(36)은 마스터 스트립(30) 상에 보유된 패턴에 합치된다. 백업 롤(38)은 경화성 조성물의 온도를 상온 이하, 상온 또는 상온 이상으로 유지하도록 열 교환 유체를 순환시키기 위한 액체 순환 시스템을 포함하는 것이 바람직하다. 경화성 혼합물은 닙 롤(32)과 접촉하기 전에 마스터(30) 위에 코팅할 수 있다. 그러나 코팅 장치와의 우발적 접촉에 의해 마스터(30)에 손상이 가해질 가능성을 최소화하기 위해 기판(33)을 코팅하는 것이 바람직하다. 그 후 결합된 백킹, 코팅 및 마스터 스트립을 층(36) 내의 경화성 조성물을 경화시키도록 마스터 스트립을 통해 충분한 정도의 에너지를 공급하는 방사선원(39)에 의해 방사선, 바람직하게는 자외선에 노출시킨다. 그 후 어셈블리를 아이들로 롤(40) 둘레로 유도하며, 여기서 마스터 스트립(30)이 백킹(33) 상에 보유된 미세구조의 중합체 층으로부터 박리되어 미세구조 중합체 층을 보유하는 금속 호일 백킹을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품(41)이 제공된다. 그 후 복합 제품(41)을 나중에 추후 제품으로 전환시키기 위하여 보관 롤(42) 위에 감는다.
도 2에 도시된 방법에서, 층(36) 형성 경화성 조성물은 e-빔 방사선, 자외선 또는 가시광선에 노출시켜 경화시킬 수 있다. 마스터 도구(제조 도구라고도 함)의 스트립은 적절한 양의 방사선 에너지를 흡수하지 않거나 또는 방사선 에너지에 의해 분해되지 않는 재료로 이루어진다. 예를 들어 전자빔 에너지가 사용된다면 제조 도구는 셀룰로스 재료로 제조되지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 전자는 셀룰로스를 분해하기 때문이다. 자외선 또는 가시광선이 사용된다면 제조 도구는 각각 충분한 자외선 또는 가시광선을 전달하여 원하는 정도의 경화를 유발하여야 한다.
제조 도구는 방사선원에 의한 분해를 피하기에 충분한 속도로 조작되어야 한다. 방사선원에 의한 분해에 비교적 높은 저항성을 갖는 제조 도구는 비교적 낮은 속도에서 작동될 수 있다. 방사선원에 의한 분해에 대해 비교적 저항성이 낮은 제조 도구는 비교적 더 고속에서 작동되어야 한다.
제조 도구는 벨트, 예컨대 무한 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웹, 코팅 롤, 또는 코팅 롤 상에 마운팅된 슬리브의 형태일 수 있다.
경화성 혼합물과 접촉하게 되는 제조 도구의 표면은 전술한 바와 같은 형태 구조 또는 패턴을 갖는다. 중합체 층 내에 정교하게 성형된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조의 형태 구조는 제조 도구의 접촉 표면의 패턴의 역 형상을 갖게 된다. 중합체 층 내의 형성된 패턴은 전술한 바와 같은 함몰부와 말단부를 포함하게 된다. 이것은 중합체 층의 표면의 형상과 협력적인 기계적 배열을 형성할 수 있는 특정한 상보적 형상의 입자 또는 아이템을 수용하도록 성형된 캐비티를 포함할 수 있다. 표면은 직사각형, 원형, 반원형, 삼각형, 사각형, 육각형 등일 수 있는 캐비티를 포함할 수 있다. 캐비티의 벽은 수직이거나 점점 좁아지는 형태일 수 있으며, 캐비티의 기저부는 반구형, 원추형 또는 평평한 형태일 수 있다. 기저부와 벽 부분은 평활하지 않은 다른 형태, 예를 들어 부속물 및/또는 홈을 포함하도록 변형시킬 수 있다. 표면의 말단부는 평평한 표면에 캐비티를 갖는 함몰부가 있는 평평한 형태일 수 있거나, 또는 말단부는 최종 목적 용도에 따라 반구형, 원추형, 절두 원추형, 사다리꼴, 피라미드 절두형, 피라미드 등의 한정된 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 복합 물품의 또다른 용도는 도 3에 도시되어 있다. 도 3은 미국특허 제5,754,332호(Crowley)에 개시된 바와 같은 지리콘 또는 트위스팅-볼 디스플레이를 도시한다. 이 디스플레이는 각각 평평한 윗면(65)을 갖는 중합체 기판(68)에 형성된 캐비티 또는 웰(66)에 배치되고, 금속 호일 백킹(67) 내에 보유된 2색 볼(63)을 포함한다. 2색 볼은 도 3에 도시된 바와 같이 밝은 면과 어두운 면을 갖는다. 기판(68)은 볼이 캐비티(66) 안에서 자유롭게 회전하는 그 안에 포함된 유전성 유체에 의해 팽창된다. 볼은 유체의 존재에 의해 전기적으로 2극성이어서, 백킹(67)에 의해 제공되는 각각 전극 (61) 및 (62)에 의해서와 같이 전기장이 인가되면 회전하게 된다.
본 발명은 볼(63)이 배치된 캐비티 보유 기판(68)을 제공한다. 기판 내에서의 볼의 정교한 배치를 유지하기 위해 치수 안정성이 매우 큰 기판을 얻는 것이 상기 용도에 절실히 요구된다. 이러한 유형의 물품에 대한 추가의 상세한 설명은 전술한 미국 특허 제5,754,332호에서 찾아볼 수 있다.
본 발명을 하기 실시예를 통해 추가로 설명하는데, 실시예에서 사용된 모든 부 및 퍼센트는 다른 언급이 없다면 중량을 기준으로 한 것이다.
성분의 설명
"COPPERBONDTM1 온스" 호일은 커네티컷주 워터베리 소재의 올린 호일스 인코포레이티드의 계열사인 소머스 씬 스트립 인코포레이티드에서 입수한 공칭 두께 37∼38 ㎛의 구리 호일이다.
"COPPERBONDTM2 온스" 호일은 공칭 두께 70∼74 ㎛의 구리 호일이다.
"PHOTOMERTM6010"은 펜실베이니아주 앰블러 소재의 코그니스로부터 입수한 분자량 1500의 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머이다.
"PHOTOMERTM6210"은 펜실베이니아주 앰블러 소재의 코그니스로부터 입수한 분자량 1400의 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머이다.
"SR 285"는 펜실베이니아주 엑스턴 소재의 사토머 컴퍼니로부터 입수한 상표명 SR 285로 시판되는 분자량 156의 일작용성 단량체인 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트이다.
"SR 238"은 펜실베이니아주 엑스턴 소재의 사토머 컴퍼니로부터 입수한 상표명 SR-238로 시판되는 분자량 226의 이작용성 단량체인 1,6-헥산디올 디아크릴레이트이다.
"수지 A"는 PHOTOMER 6010 올리고머와 SR 285 단량체의 중량비 80:20의 혼합물이다.
"수지 B"는 PHOTOMER 6210 올리고머와 SR 238 단량체의 중량비 80:20의 혼합물이다.
백킹의 평가
COPPERBONDTM1 온스 구리 호일이 본 발명에 따른 치수 안정성 물품용 백킹으로서 적합한 지를 판단하기 위해 이를 테스트하였다. 이 테스트는, 125 mm x 200mm 크기의 3개의 상이한 구리 호일 세그먼트 각각에, 5곳에, 즉 세그먼트의 각 코너와 세그먼트의 중심에 위치한 105 mm x 150 mm 직사각형의 중심에, 경도를 테스트하기 위해 사용되는 유형의 500 g 하중을 이용하는 다이아몬드 압자를 사용하여 표시 작업을 하는 것을 포함하였다. 도 4는 중심 마크를 숫자 3으로 표시하고, 코너 마크는 각각 1, 2, 4 및 5로 표시한 마크의 위치를 도시한 것이다. 다이아몬드 압자는 일본 교토 시마즈에서 상표명 MICRO HARDNESS TESTER로 시판되는 것이었다. 그 후 각 호일 세그먼트 상의 각각의 마크의 위치는 1 ㎛의 공칭 수평 해상력으로 정밀도 측정 디바이스를 사용하여 측정하였다. 그 후 각 세그먼트 상의 마크의 각 쌍간의 간격 d를 계산하였다. 각 호일 세그먼트에 대하여 총 10개의 간격을 계산하였다.
그 후 구리 호일의 테스트 세그먼트를 150℃의 오븐에서 1시간 동안 가열한 후, 이들을 꺼내어 주변 실온 조건으로 평형화시켰다. 그 후 가열이 구리 호일 세그먼트의 치수에 임의의 영구적 뒤틀림을 유발하는지를 판단하기 위하여 동일한 측정을 반복하였다.
표 1은 COPPERBONDTM1 온스 구리 호일의 3개의 세그먼트로부터의 데이터의 평균을 기재한 것이다. 컬럼 1은 세그먼트 상의 각 마크 세트 사이의 간격을 나타내는 선을 기재한 것이다. 마크 1과 3 사이의 선의 표시는 표 1에서는 "1-3"으로 나타내었다. 컬럼 2 및 3은 3개 세그먼트의 열 처리 전후에 각각 각 마크 세트 사이의 평균 간격을 기재한 것이다. 간격 수치는 밀리미터로 나타내었다. 컬럼 4는 컬럼 2와 3 사이의 차이를 기재한 것이며, 양의 값은 팽창을 나타내고 음의 값은수축을 나타낸다. 마지막으로, 컬럼 5는 3개 호일 세그먼트의 평균 데이터의 표준 편차를 기재한 것이다.
도 5는 표 1의 데이터를 그래프로 나타낸 것이다. 열 처리에 의한 변화를 마크간의 상응하는 평균 간격에 대하여 작도하였다. 각각 윗쪽의 직선(82)과 아랫쪽의 직선(81)을 작도하였으며, 이는 가정적 양의 100 ppm 변화와 음의 100 ppm 변화 경계를 나타내는 것이다. 모든 실제 데이터 지점들은 이들 100 ppm 변화 경계 내에 속한다. 또한 모든 데이터의 평균은 축약이 단 5 ppm이며, 이는 아마도 실험적 오차가 0 내에 있음(즉, 변화 없음)을 암시한다. 이러한 데이터는 구리 호일이 그 위에 수지를 경화시켜서 우수한 치수 안정성을 갖는 복합 필름을 얻을 수 있게 하는 실용적인 기판이라는 것을 제시한다.
계산된 간격 평균 평균 변화(mm) 표준 편차 변화(mm)
가열 전(mm) 가열 후(mm)
1-2 151.768 151.767 -0.001 0.001
1-3 91.758 91.757 -0.001 0.002
1-4 105.584 105.580 -0.005 0.002
1-5 182.783 182.781 -0.002 0.001
2-3 93.873 93.973 0.000 0.002
2-4 187.078 187.079 0.001 0.001
2-5 107.804 107.802 -0.002 0.001
3-4 93.228 93.229 0.001 0.002
3-5 91.101 91.009 -0.001 0.001
4-5 150.426 150.431 0.005 0.003
실시예 1∼3
실시예 1∼3은 표 2에 표시 작업을 한 경화성 조성물을 사용하여 도 1에 도시된 경화 기법(장치는 도시하지 않음)을 이용하여 제조하였다. 코팅은 공칭 75 ㎛코팅 두께를 제공하도록 갭이 조정된 통상적인 나이프 코팅기를 사용하여 도포하였다. 코팅은 COPPERBOND 1 온스 구리 호일 백킹과 마스터 도구(도 1에 도시된 유형의 엠보싱 롤이 아니라 평평한 판임) 사이의 핸드 스프레드로서 도포하였다. 이 어셈블리를 폴리에스테르 필름에 묶었으며, 이 필름은 구리 호일 백킹을 통해 전자빔원에 노출시키면서 어셈블리를 이동시키기 위한 캐리어로서의 역할을 하였다. 경화는 매사추세츠주 에너지 사이언시즈 인코포레이티드로부터 상표명 ELECTROCURTAINTM으로 시판되는 전자빔 에너지원을 이용하여, 웹 이동 속도 0.1 m/초 및 300 kV, 120 kGy의 노출 조사량으로 질소 대기하에서 수행하였다. 각 마스터 도구에 대한 상세한 설명 역시 표 2에 각 실시예 1∼3에 대하여 기재하였다. 코팅 복제의 충실도는 애리조나주 턱선 소재의 비코 인스트러먼츠로부터 입수한 상표명 WYKO로 시판되는 레이저 표면 조도계를 사용하거나 광학 현미경을 사용하여 측정하였다. 표 2에는 복제 매개변수도 기재하였다.
실시예번호 마스터 도구 수지 마스터 주형 매개변수 복제 매개변수
1 90°V자형그루브50 ㎛ 피치 B 피치(㎛)깊이(㎛) 5024 피치(㎛)깊이(㎛) 5022
2 90°V자형그루브300 ㎛ 피치 B 피치(㎛)깊이(㎛) 353175 피치(㎛)깊이(㎛) 354171
3 둥근 기둥의사각형 어레이 A 피치(㎛)밑면 폭(㎛)윗면 폭(㎛)높이(㎛) 770170136132 피치(㎛)밑면 폭(㎛)윗면 폭(㎛)높이(㎛) 770163146131
실시예 1 및 2는 정확한 기울기와 피치를 갖는 형상이 복제될 수 있음을 보여준다. 실시예 3은 비교적 높은 가로 세로의 비(높이 대 직경)와 넓은 분리점을 갖는 형상이 복제될 수 있음을 보여준다. 경화되는 동안의 수지의 수축과 관련하여 발생하는 임의의 치수 변화는 원형(original) 마스터에서 보상될 수 있다.
실시예 4
마스터 도구를 제공하기 위하여 전술한 백킹의 평가의 설명에서와 같이, 약 200 x 125 mm의 2 온스 COPPERBONDTM구리 호일 스트립의 광택이 있는 면 위에 압흔(기준점)를 표시하였다. 표시 작업은, 스트립 중심에 1개의 압흔을 표시하고, 그 중심 둘레 측면에 약 105 mm 떨어져 사각형으로 정렬된 4개의 압흔 어레이를 표시하기 위해 1000 g의 하중을 이용하여 다이아몬드 압자를 사용하여 수행하였다. 압흔은 기준 지점이었다. 그 후 각각 200 x 125 mm의 1 온스 COPPERBONDTM구리 호일 3 조각을 마스터 상에서 압흔을 복제하기 위한 기판으로서 사용하였다. 이는 각각 1 온스의 COPPERBONDTM구리 호일을 공칭 두께 75 ㎛가 되도록 수지 B로 코팅하고, 마스터에 대해 니핑하고, 구리 호일을 통해 실시예 1∼3에서 수행하였던 것과 동일한 방식으로 코팅에 방사선을 조사함으로써 실시예 1에서와 동일하게 수행하였다. 복제된 기준점(현재는 피라미드)의 위치는 전술한 측정 장치를 사용하여 기록하였다. 그 후 샘플을 150℃에서 1시간 동안 가열하고 상온으로 냉각시키고 재측정하였다. 3개 샘플로부터 얻은 데이터의 평균을 내고, 그 결과를 하기 표 3에 기록하였다. 컬럼 1은 세그먼트 상의 각 마크 세트간의 간격을 나타내는 선을 기재한 것이다. 마크 1과 3 사이의 선의 표시는 표 1에서 "1-3"으로 하였다. 컬럼 2 및 3은 각각 3개 세그먼트의 열 처리 전과 후의 각 마크 세트간의 평균 간격을 기재한 것이다. 간격의 수치는 밀리미터로 나타내었다. 컬럼 4는 컬럼 2와 3간의 차이를 기재한 것으로, 양의 값은 팽창을 나타내고 음의 값은 수축을 나타낸다. 마지막으로, 컬럼 5는 3개의 수지 코팅 구리 호일 세그먼트의 평균 데이터의 표준 편차를 기재한 것이다.
계산된 간격 평균 평균 변화(mm) 표준 편차 변화(mm)
가열 전(mm) 가열 후(mm)
1-2 104.514 104.515 0.001 0.002
1-3 74.237 74.232 -0.005 0.005
1-4 105.389 105.383 -0.006 0.007
1-5 145.552 145.543 -0.009 0.004
2-3 77.928 77.927 -0.001 0.004
2-4 150.135 150.130 -0.005 0.006
2-5 105.238 105.232 -0.006 0.003
3-4 72.216 72.212 -0.004 0.002
3-5 71.393 71.390 -0.004 0.001
4-5 103.068 103.060 -0.008 0.009
도 6은 표 3의 데이타를 그래프로 나타낸 것이다. 열 처리에 의한 변화는 마크 사이의 상응하는 평균 간격에 대하여 작도한다. 또, 각각 가정적 음의 100 ppm 변화 경계(81)와 양의 100 ppm 변화 경계(82)를 나타내는 아랫쪽 직선과 윗쪽 직선을 작도한다. 모든 실제적 데이타 지점은 이들 100 ppm 경계 내에 모두 포함된다.
실시예 5
수지 A를 1 온스 COPPERBONDTM구리 호일 백킹 및 2 온스 COPPERBONDTM구리 호일 백킹에 공칭 75 ㎛ 두께로 코팅하였다. 이 코팅을 호일과 50 ㎛ 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 사이에서 닙핑하고, 이로써 정렬된 코팅을 구리 호일 백킹을통해 300 kV에서 전달된 전자빔 방사선에 노출시켰다. 형성된 경화된 코팅은 점착성이 없었다. 형성된 코팅을 위스콘신주 매디슨 소재의 니콜릿 인스트러먼트 코포레이션에서 상표명 IMPACTTM400으로 시판되는 적외선 분광광도계 ATR-FTIR과 커네티컷주 쉘턴 소재의 스펙트라-테크, 인코포레이티드에서 시판하는 MULTI-BOUNCE HART 부착을 이용하여 미반응 아크릴 결합에 대해 분석하였다. 관찰된 스펙트럼 영역은 800∼820 cm-1였으며, 이 영역은 미반응 아크릴 결합을 측정하기에 가장 민감한 영역이었다. 테스트 결과는 215 kGy 조사량(전자빔원을 사용하여 최고로 얻을 수 있는 조사량)에서도 2 온스 COPPERBONDTM구리 호일을 통한 경화 정도는 1 온스 COPPERBONDTM구리 호일을 통해 단지 100 kGy의 e-빔 조사량을 사용한 경우만큼 높지 않다는 것을 보여주었다. 이는 바람직한 구리 호일 백킹은 300 kV의 전자빔 가속 전압에 대하여 약 50 ㎛ 이하여야 함을 설명한다.
실시예 6
마스터 패턴은 델라웨어주 윌밍턴 소재의 듀폰에서 상표명 KAPTON의 폴리이미드 필름으로 시판하는 75 ㎛ 두께의 폴리이미드 필름에서 레이저 삭마에 의해 제조하였다. 이 패턴은 길이 방향으로 1/2 피치 간격으로 오프셋 배열된 타원형 웰의 열로 이루어졌다. 이 패턴은 WO 20/00563A에 개시된 바와 같이 나중에 z-축 전도성 접착제로 혼입하기 위한 전도성 회전타원체를 수용하는 데 유용하다. 이 마스터는 전기성형에 의해 니켈로 복제하였다. 형성된 금속 마스터는 하기 표 4에 기재된 측정값을 갖는 타원형 기둥을 가졌다. 이러한 측정값은 측정 스테이지가 장착된 광학 현미경을 사용하여 얻었다. 이 금속 마스터는 실시예 1∼3에서와 같이 수지 A를 이용하여 복제하였다. 형성된 수지/구리 복합 물품은 그 표면에 웰 패턴을 가졌으며, 이것의 측정값은 표 4에 기재되어 있다. 표 4에는, 마스터의 "윗면 폭"이 복제물의 "밑면 폭"에 상응한다.
모든 측정값(㎛)
기둥을 갖는 금속마스터 웰을 갖는 전자빔 경화된복제물
윗면 폭 5 13
윗면 길이 14 22
길이 방향으로의 피치 27 27
폭 방향으로의 피치 18 18
깊이 10 11
밑면 폭 13 5
밑면 길이 22 13
실시예 7
실시예 3의 물품의 세그먼트를 단순한 섀도우 마스크(내부에 밀링된 4 x 24 mm 슬롯이 있는 알루미늄판)를 통해 건식 에칭기에서, 웰의 바닥이 약 5 x 30 웰의 스트립으로 기부 구리 호일에 도달할 때까지 처리하였다. 건식 에칭기는 캘리포니아주 플레즌턴 테크닉스에서 상표명 MICRO RIE SERIES 800으로 시판되는 것으로서, 상온에서 300 토르의 산소 대기를 사용하여 300 와트로 14시간 동안 작동시켰다. 구리를 동일한 마스크를 통해 세그먼트 위로 증기 코팅하였다. 구리 증기 코팅기는 1 x 10-6토르 및 9.5 kV에서 작동하는, 캘리포니아주 멘로 파크 소재의 CHA 인더스트리즈에서 상표명 SEC 600 DUAL PHASE CRYO TORR SYSTEM으로 시판되는 것으로서, 먼저 0.02 ㎛ 티탄을 코팅한 후 1.2 ㎛ 구리를 코팅하였다. 에칭하지 않은 실시예 3의 물품의 제2 세그먼트 역시 동일한 마스크를 사용하여 구리를 이용하여 증기 코팅하였다. 에칭이나 증기 코팅 조건 둘다 최적은 아니었다. 에칭 및 증기 코팅 둘다로 처리한 세그먼트의 경우 형성된 증기 코팅된 패드와 구리 백킹 사이의 저항은, 세그먼트의 두 면에 대하여 전기저항계 프로브를 단순히 압착하여 측정하였을 때 약 6 옴이었다. 전기저항계의 프로브를 서로 압착하여 측정한 저항은 약 6 옴이었다. 증기 코팅은 하였으나 에칭은 하지 않은 실시예 3의 물품의 세그먼트의 경우 증기 코팅된 패드와 구리 백킹 사이의 저항은 1012옴보다 컸다. 이는 쓰루 바이어스(through vias)가 본 발명의 물품에 형성될 수 있음을 보여준다. 이는 본 발명의 복합 물품이 공지된 방법을 이용하여 전기 회로를 제작하는 데 이용될 수 있음을 제시한다.
본 발명을 몇가지 구체예를 참조로 하여 상술하였다. 당업자라면 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 전술한 구체예에서 다수의 변화가 이루어질 수 있음을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 구성에만 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위의 언어에 의해 기술되는 구성, 및 그 구성의 등가 구성에 의해 한정되어야 한다.

Claims (21)

  1. a. 방사선 투과성 금속 호일 백킹의 한 표면 위로 방사선 경화성 조성물 층을 침착시켜 노출된 표면을 갖는 층을 제공하는 단계;
    b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 부여할 수 있는 패턴을 보유하는 예비성형된 표면을 갖는 마스터를, 상기 패턴을 상기 방사선 경화성 조성물 층으로 전달하기에 충분한 접촉 압력 하에 상기 금속 호일 백킹 상의 상기 층의 노출된 표면으로 접촉시키는 단계;
    c. 방사선 경화성 조성물 층을 마스터의 패턴화된 표면과 접촉시키면서, 상기 경화성 조성물을 금속 호일 백킹을 통해 이 조성물을 경화시키기에 충분한 정도의 방사선에 노출시켜 금속 호일 백킹에 부착하는 경화된 중합체를 제공하는 단계; 및
    d. 금속 호일 백킹 상의 경화된 중합체 층을 마스터의 표면으로부터 분리하는 단계
    를 포함하는, 대규모의 예측 가능한 치수 안정성(large scale predictable dimensional stability)을 갖는 복합 물품의 제조 방법.
  2. a. 금속 호일 백킹의 한 표면 위로 방사선 경화성 조성물 층을 침착시켜 노출된 표면을 갖는 층을 제공하는 단계;
    b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 부여할 수 있는 패턴을 보유하는 예비성형된 표면을 갖는 방사선 투과성 마스터를, 상기 패턴을 상기 방사선 경화성 조성물 층으로 전달하기에 충분한 접촉 압력 하에 상기 금속 호일 백킹 상의 상기 층의 노출된 표면으로 접촉시키는 단계; 및
    c. 방사선 경화성 조성물 층을 마스터의 패턴화된 표면과 접촉시키면서, 상기 조성물을 마스터를 통해 이 조성물을 경화시키기에 충분한 정도의 방사선에 노출시켜 금속 호일 백킹에 부착하는 경화된 중합체를 제공하는 단계; 및
    d. 금속 호일 백킹 상의 경화된 중합체 층을 마스터의 표면으로부터 분리하는 단계
    를 포함하는, 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방사선 경화성 조성물은 경화성 올리고머 조성물인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접촉 후 중합체 층의 적어도 일부분은 인접 함몰 표면부로부터 적어도 0.05 mm 이격된 말단 표면부를 포함하게 되는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 호일 백킹은 구리, 알루미늄, 아연, 티탄, 주석, 철, 니켈, 금, 은, 이들의 조합물 및 이들의 합금으로 이루어진 군 중에서 선택되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방사선은 전자빔 방사선 및 열 방사선 중에서 선택되는 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 방사선은 화학선, 열 방사선 및 전자빔 방사선 중에서 선택되는 방법.
  8. a. 이면과 반대쪽 전면을 갖는 금속 호일 백킹; 및
    b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 보유하는 노출된 전면과, 상기 백킹의 전면과 부착 접촉하는 반대쪽 면을 갖는 방사선 경화된 중합체 층
    을 포함하는, 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속 호일 백킹은 구리, 알루미늄, 아연, 티탄, 주석, 철, 니켈, 금, 은, 이들의 조합물 또는 이들의 합금으로 이루어진 군 중에서 선택되는 복합 물품.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 방사선 경화된 중합체는 경화된 올리고머수지인 복합 물품.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사선 경화된 중합체는 전자빔 방사선에 의해 경화되며, 상기 금속 호일 백킹은 전자빔 방사선에 투과성인 복합 물품.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사선 경화된 중합체는 화학선에 의해 경화되는 복합 물품.
  13. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사선 경화된 중합체는 열 방사선에 의해 경화되는 복합 물품,
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 함몰부는 상보적 형상의 물품을 수용 및 유지하도록 성형된 캐비티인 복합 물품.
  15. 제14항에 있어서, 캐비티는 지리콘 구를 수용하도록 성형되는 복합 물품.
  16. 제14항에 있어서, 캐비티는 전도성 회전타원체를 수용하도록 성형되는 복합 물품.
  17. a. 방사선 투과성 금속 호일 백킹의 한 표면 위로 방사선 경화성 조성물 층을 침착시켜 노출된 표면을 갖는 층을 제공하는 단계;
    b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 부여할 수 있는 패턴을 보유하는 예비성형된 표면을 갖는 마스터를, 상기 패턴을 상기 방사선 경화성 조성물 층으로 전달하기에 충분한 접촉 압력 하에 상기 금속 호일 백킹 상의 상기 층의 노출된 표면으로 접촉시키는 단계;
    c. 방사선 경화성 조성물 층을 마스터의 패턴화된 표면과 접촉시키면서, 상기 경화성 조성물을 금속 호일 백킹을 통해 이 조성물을 경화시키기에 충분한 정도의 방사선에 노출시켜 금속 호일 백킹에 부착하는 경화된 중합체를 제공하는 단계; 및
    d. 금속 호일 백킹 상의 경화된 중합체 층을 마스터의 표면으로부터 분리하는 단계
    를 포함하는, 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품의 제조 방법.
  18. a. 금속 호일 백킹의 한 표면 위로 방사선 경화성 조성물 층을 침착시켜 노출된 표면을 갖는 층을 제공하는 단계;
    b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 부여할 수 있는 패턴을 보유하는 예비성형된표면을 갖는 방사선 투과성 마스터를, 상기 패턴을 상기 방사선 경화성 조성물 층으로 전달하기에 충분한 접촉 압력 하에 상기 금속 호일 백킹 상의 상기 층의 노출된 표면으로 접촉시키는 단계; 및
    c. 방사선 경화성 조성물 층을 마스터의 패턴화된 표면과 접촉시키면서, 상기 경화성 조성물을 마스터를 통해 이 조성물을 경화시키기에 충분한 정도의 방사선에 노출시켜 금속 호일 백킹에 부착하는 경화된 중합체를 제공하는 단계; 및
    d. 금속 호일 백킹 상의 경화된 중합체 층을 마스터의 표면으로부터 분리하는 단계
    를 포함하는, 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품의 제조 방법.
  19. a. 이면과 반대쪽 전면을 갖는 금속 호일 백킹; 및
    b. 말단 표면부와 인접 함몰 표면부를 포함하며, 정교하게 성형 및 배치된 기능적 불연속성의 3차원 미세구조를 보유하는 노출된 전면과, 상기 백킹의 전면과 부착 접촉하는 반대쪽 면을 갖는 방사선 경화된 중합체 층
    을 포함하는, 대규모의 예측 가능한 치수 안정성을 갖는 복합 물품.
  20. 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 치수 변화가 약 100 ppm 미만인 복합 물품.
  21. 제19항에 있어서, 치수 변화가 약 100 ppm 미만인 복합 물품.
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