KR20110099677A - 탄화수소계 점착제 조성물 및 이를 이용한 기판의 표면처리방법 - Google Patents

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주식회사 두산
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Abstract

본 발명은 기판 표면처리용 비불소, 비실리콘 탄화수소계 점착제 조성물, 상기 조성물로 표면처리된 기판 및 상기 조성물을 이용하여 잉크젯용 나노잉크의 미세라인 형성을 위한 기판의 표면개질 방법을 제공한다.
본 발명에서는 에폭시 수지 또는 에폭시 수지와 아크릴계 점착제 조성물을 사용하여 기판을 소수성으로 개질시킴으로써, 기존 실리콘계, 불소계 점착제와 대등한 잉크 접촉각 증가 및 잉크 퍼짐 억제성, 우수한 배선 접착력 특성을 발휘하면서도, 기존의 실리콘계, 불소계를 사용하지 않아 친환경적인 기판 표면처리로 생산성 및 경제성을 높일 수 있다.

Description

탄화수소계 점착제 조성물 및 이를 이용한 기판의 표면처리방법 {HYDROCARBON­BASED ADHESIVE COMPOSITION, AND METHOD FOR SURFACE TREATMENT OF SUBSTRATE}
본 발명은 잉크젯용 인쇄 배선 형성시 기판과의 접착력을 향상시키고, 잉크의 퍼짐성을 억제할 수 있는 친환경 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물, 및 상기 조성물을 이용하여 기판의 표면개질방법과 미세패턴 형성방법에 관한 것이다.
종래 기판에 배선을 형성하는 방법으로 부식 레지스트법이 있으나, 이 방법으로는 재료손실이 많고, 공정상의 번거로움이 있으며, 환경에 유해한 물질이 다량 배출되는 단점이 있었다.
최근 공정의 간편성과 저비용, 대량생산의 가능성, 환경 친화적이라는 장점 때문에, 전자부품의 회로 형성에 비접촉방식으로 임의의 패턴을 쉽게 인쇄할 수 있는 잉크젯 방식을 적용하고 있다.
이러한 잉크젯 방식에 있어서 미세패턴 (fine pattern) 구현을 위하여 노즐 크기, 토출 잉크의 액적 사이즈 조절과 기판에서의 잉크 퍼짐성이 중요한 인자로 작용된다. 여기서 노즐 크기나 잉크의 액적을 줄이는 것은 어렵다. 일례로, 50 ㎛ 노즐에서 무처리된 기판에 잉크를 분사를 하여 잉크젯 패터닝을 수행하는 경우, 잉크가 노즐에서 토출될 때 액적 (drop)의 지름은 1.5배 정도 증가하게 되며, 무처리 기판에 액적이 떨어질 때 다시 수 배로 퍼지는 현상이 있어 미세패턴 (배선)의 폭은 분사노즐의 수 배 정도로 증가하는 문제가 있다. 따라서 잉크 액적의 퍼짐성을 조절하는 것이 중요하다.
한편 기판의 표면처리를 통해 화학적, 물리적 성질을 개질함으로써, 토출된 액적의 퍼짐성과 젖음성을 조절하는 방법이 있다. 이러한 표면처리는 실리콘계, 불소계 점착제 조성물을 주로 이용한다.
대한민국 등록특허 제10-0783471호는 실리콘 점착제를 사용하여 잉크의 퍼짐성을 억제하였다. 그러나 이러한 점착제로 기판을 표면처리시, 환경적으로 유해한 물질을 사용하여야 하며, 실리콘 자체의 팽윤으로 기판의 신뢰성에 문제될 소지가 크다.
또한 기판을 불소코팅한 후 UV-오존 (O3) 처리를 하여 소수성과 친수성을 조절하기도 하였으나, 마찬가지로 환경적으로 유해물질이 다량 배출될 뿐만 아니라, 소수처리 후 필수적으로 친수처리를 수행해야 하므로 공정수 증가로 인한 생산성 저하가 초래된다.
따라서, 기판의 표면처리 프로세스가 단순하여 생산성 및 경제성 향상이 도모될 뿐만 아니라, 잉크의 퍼짐성을 억제할 수 있으며, 환경친화적인 표면처리법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명자들은 상술한 종래의 기술 및 환경적 문제점을 해결하기 위해, 비불소, 비실리콘 탄화수소계 점착제, 예컨대 에폭시 수지 단독 또는 에폭시 수지와 아크릴계 화합물을 유효성분으로 사용하여 기판을 표면처리한 결과, 잉크의 퍼짐성을 억제하여 미세패턴을 구현할 수 있으며, 기판과의 접착성을 확보할 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
이에, 본 발명은 잉크젯 방식에 의한 패턴 형성시 기판과의 접착력을 향상시키고 기판에서의 잉크의 퍼짐성을 억제시킬 수 있는 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물 및 이를 이용한 기판의 표면처리 방법과 미세패턴의 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 (a) 비불소, 비실리콘 탄화수소계 에폭시 수지 10~50 중량부; (b) 비불소, 비실리콘 탄화수소계 아크릴 화합물 30~60 중량부; (c) 분산제, 계면활성제, 또는 분산제와 계면활성제 0~5 중량부; (d) 수지고형분 100 중량부 대비 5~20 중량부 범위의 경화제; 및 (e) 점착제 조성물의 총량이 100 중량부가 되도록 조절하는 잔량의 용매를 포함하며, 상기 비불소, 비실리콘 탄화수소계 아크릴 화합물은 탄소수가 6~22개 범위이면서 수소결합 가능한 작용기로 비치환된 아크릴계 화합물을 1종 이상 포함하는 것이 특징인 기판 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 기판 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물로 표면처리된 기판을 제공한다.
본 발명에서는 기존 실리콘계, 불소계 점착제에 비해, 보다 우수한 잉크 접촉각 증가 및 잉크 퍼짐 억제성 효과, 배선 접착력 특성을 발휘하면서도, 기존의 실리콘계, 불소계 점착성분을 사용하지 않아 친환경적인 기판 표면처리로 생산성 및 경제성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
잉크젯 방식을 이용한 패턴형성 과정에서 잉크의 퍼짐성에 영향을 미치는 요소는 잉크의 성질, 잉크에 포함되는 금속입자의 크기 및 농도, 노즐크기, 토출되는 액적의 크기 또는 표면장력, 기판의 표면에너지 등이 있다.
본 발명에서는 기판을 소수화처리하여 잉크의 접촉각 (contact angle)을 특정 범위로 조절할 뿐만 아니라, 잉크, 예컨대 수계 잉크와 기판 표면과의 물리, 화학적 결합을 억제시킴으로써 잉크의 퍼짐성을 억제하고, 잉크의 액적과 액적간의 오버랩 (overlap)에 의한 뭉침 현상을 억제할 수 있는 탄화수소계 점착제 조성물을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 잉크의 퍼짐성은 기판 표면에 토출된 액적의 접촉각 및 인쇄된 배선의 배선폭을 측정함으로써 평가될 수 있다.
본 발명에 따른 탄화수소계 점착제 조성물은 하기와 같이 2가지 실시형태로 구성될 수 있다.
본원 탄화수소계 점착제 조성물의 첫번째 실시형태는, 에폭시 수지를 단독으로 사용하는 것이다. 일례로, 상기 탄화수소계 점착제 조성물은 (a) 비불소, 비실리콘 탄화수소계 에폭시 수지, (b) 비불소, 비실리콘계 고무, (c) 경화제, 및 (d) 용매 등을 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지 (a)는 일반적으로 사용되는 에폭시 수지라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물인 것이 바람직하다. 이때 에폭시 수지는 불소나 실리콘을 함유하지 않는 것이 적절하다.
사용 가능한 에폭시수지의 비제한적인 예로는, 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시수지, 페놀 노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 바이페닐(biphenyl)형 에폭시수지, 하기 화학식 1의 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 선형지방족 에폭시수지, 지환식 에폭시수지, 복소환식 에폭시수지, 스피로환을 포함하는 에폭시수지, 자일록형 에폭시수지, 다관능형 에폭시수지, 하기 화학식 2의 노볼락 에폭시수지, 나프톨노블락형 에폭시수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지, 나프탈렌계 에폭시수지, 난연성 에폭시 수지, 환형 에폭시수지, 러버 변성 에폭시수지, 지방족 폴리글리시딜형 에폭시 수지, 글리시딜 아민형 에폭시 수지 등이 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 화학식 1 및 2에서, n의 평균치는 0.1 내지 30 범위이다.
전술한 에폭시수지는 단독 또는 2종 이상 혼용될 수 있으며, 이들의 사용량은 전체 탄화수소계 점착제 조성물 100 중량부 대비 10 내지 80 중량부일 수 있으며, 10 내지 30 중량부가 바람직하다.
이때 상기 에폭시 수지는 당량차가 있는 에폭시 수지를 3종 이상 사용할 수 있다. 이와 같이 당량차가 있으면 고분자 밀도 차이가 발생하여 패턴의 모양이 변하게 되며, 경화도가 서로 달라져 접촉각이 상이하게 된다.
상기 에폭시 수지의 유리전이온도 (Tg)는 높을수록 바람직하다. 일례로 80 내지 250℃ 범위일 수 있으며, 또는 90 내지 200℃일 수 있다.
한편, 에폭시 수지의 n값 (repeating unit number)이 높을수록 카본에 붙어있는 OH량 증가로 잉크에 함유된 유기용제와 화학적 결합을 하여 사용되는 Ether, alcohol류의 잉크 접촉각이 낮아지는 반면, 분자량, Flexibility, Impact Resistance가 우수하다. 또한 n값이 낮아지면 Compressive strength와 Chemical resistance 물성이 향상될 수 있다. 따라서 적정한 n값을 갖는 것이 중요하다. 본원 에폭시수지의 n값은 0.1 ~ 30 범위일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 ~ 15 범위일 수 있다.
사용 가능한 에폭시 수지의 구체예로는, 비스페놀A (n: 1~2, 신화 T&C, 500R), 비스페놀A (n: 0.12 ~ 0.13, 국도화학, YD-128), 비스페놀A (n: 0.15 ~ 0.16, 국도화학, YD-134), (n: 2.1 ~ 2.2, 국도화학, YD-011), 비스페놀A (n: 5.4 ~ 5.5, 국도화학, YD-014), 비스페놀A (n: 11.0 ~ 12.0, 국도화학, YD-017) 등이 있다.
이때 이들의 함량은 비스페놀A (신화 T&C 500R) 10~50 중량부; 비스페놀A (국도화학 YD-128) 50~90 중량부; 비스페놀A (국도화학 YD-014) 0~30 중량부; 비스페놀A (국도화학 YD-017) 0~10 중량부; 비스페놀A (국도화학, YD-134) 20~50 중량부 범위일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 탄화수소계 점착제 조성물은 고무(rubber)를 더 포함할 수 있다. 이때 고무는 천연고무, 합성고무 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. 상기 고무는 기재가 유연성을 가지고 있을 때 프라이머 (primer) 층의 유연성을 주는 역할을 한다.
사용 가능한 고무의 비제한적인 예로는, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 (acrylonitrile butadiene rubber, NBR), 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 부틸 고무, 할로겐화 부틸 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 함유하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무, 클로로프렌 고무, 이소부틸 이소프렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무, 클로로부틸 고무, 브로모부틸 고무 또는 이들의 혼합 형태 등이 있다.
상기 고무의 사용량은 조성물 100 중량부 대비 0 내지 20 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 0 내지 10 중량부 범위이다.
본 발명의 첫번째 실시형태에 따른 탄화수소계 점착제 조성물은 하기 반응식 1과 같은 잉크의 퍼짐성 억제의 메커니즘을 나타낼 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00003
여기서 R은 에폭시의 기본구조로서, 전술한 바와 동일하다.
이때 상기 탄화수소계 점착제 조성물 또는 이를 포함하는 표면처리 조액이 완전 경화된 후에는 기판 표면에 OH기가 다수 형성되어 잉크의 퍼짐성이 심해질 수 있기 때문에, 상기 조액이 반경화 상태에서 잉크젯으로 배선 패턴을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 경화제는 수지 고형분에 따라 조절되며, 고형분 100 중량부 대비 5~20 중량부 범위로 첨가될 수 있다. 이때 사용 가능한 경화제의 비제한적인 예를 들면, 상온용 아민계 및 고온용 유기산무수물계, 지방족 폴리아민 (디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민 등) 등이 있다. 가급적 상온용 경화제가 바람직하다.
그 외 폴리아민으로서는 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐술폰 등이 있으며, 산무수물계 경화제로서는 무수프탈산, 융점이 낮아 취급이 용이한 테트라 및 헥사히드로무수프탈산, 액상에서 물성의 밸런스가 잡히고 비교적 값싼 메틸테트라히드로 무수프탈산, 포트라이프가 긴 액상인 무수메틸나지크산, 고온특성이 좋은 무수피로메리트산, 난연성인 무수 HET산, 유연성을 부여하는 도데세닐 무수호박산 등이 사용 가능하다
상기 용매는 종래 기판 표면처리 용도로 사용되는 당 업계의 통상적인 용매 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 자일렌, 톨루엔, 피리딘, 퀴놀린, 아니솔, 메시틸렌 등의 방향족계 탄화수소 용매, 또는 헥산, 헥탄 등의 지방족 탄화수소 용매를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 용매는 점착제 조성물의 총량이 100 중량부가 되도록 조절하는 범위일 수 있으며, 일례로 점착제 조성물 100 중량부 대비 20 내지 70 중량부, 또는 20 내지 60 중량부일 수 있다.
본 발명의 탄화수소계 점착제 조성물의 두번째 실시형태는 에폭시 수지와 아크릴계 화합물을 혼용(混用)하는 것이다.
일례로, 상기 탄화수소계 점착제 조성물을 (a) 비불소, 비실리콘 탄화수소계 에폭시 수지, (b) 비불소, 비실리콘 탄화수소계 아크릴 화합물, (c) 분산제, 계면활성제, 또는 분산제와 계면활성제, (d) 경화제, (e) 용매를 포함하되, 상기 비불소, 비실리콘 탄화수소계 아크릴 화합물로서 탄소수 6~22개 범위이면서 수소결합 가능한 작용기로 비치환된 아크릴계 화합물을 1종 이상 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지는 당 업계에 알려진 통상적인 에폭시 수지를 제한없이 사용할 수 있으며, 전술한 에폭시 수지와 동일할 수 있다. 일례로 노볼락형 에폭시 수지일 수 있다
상기 에폭시수지의 사용량은 조성물 100 중량부 대비 10 내지 50 중량부일 수 있으며, 또는 10 내지 40 중량부 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 에폭시수지와 혼용되는 아크릴계 화합물은 당 업계에 알려진 통상적인 아크릴계 화합물을 제한없이 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 화합물은 Ether 또는 alcohol류와 수소결합을 할 수 있는 작용기 (예, -OH, -NH, -SH)기가 포함되지 않은 BMA (butylacrylate), SMA (stearyl methacrylate), MMA (methylmethacrylate), AN (Acryl Nitrile) 또는 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 이때 수소결합 가능한 작용기로 비치환된 아크릴계 화합물은 아크릴계 화합물 100 중량부 대비 30 내지 60 중량비로 사용될 수 있나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일례로, 상기 아크릴계 화합물은 MMA를 사용하면서도 30 중량부 이상 사용될 수 있다.
또한 상기 수소결합 가능한 작용기로 비치환된 아크릴계 화합물와 혼용될 수 있는 아크릴계 화합물의 비제한적인 예로는, 글리시딜메타크릴레이트(glycidylmethacrylate, GMA), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트 (HEMA), 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-아밀아크릴레이트, 이소아밀아크릴레이트, n-헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 히드록시에틸아크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, n-아밀메타크릴레이트, 이소아밀메타크릴레이트, n-헥실메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 알릴메타크릴레이트 등이 있다.
이때 수소결합 가능한 작용기로 비치환된 아크릴계 화합물과 그 외 아크릴계 화합물과의 사용 비율은 아크릴계 화합물 100 중량부 대비 40~60 : 60~40 중량부 범위일 수 있으며, 바람직하게는 50 : 50 중량부 범위일 수 있다.
전술한 아크릴계 화합물은 단독 또는 2종 이상 혼용될 수 있다. 이때 이들의 사용량은 전체 탄화수소계 점착제 조성물 100 중량부 대비 30 내지 60 중량부일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 에폭시 수지와 아크릴계 화합물이 중합하여 형성된 공중합체는 하기 화학식 3으로 표기되는 반복단위 (repeating unit)를 포함할 수 있다.
Figure pat00004
상기 화학식에서,
R은 수소결합 가능한 작용기로 비치환된 탄소수 6 내지 22 범위의 선형, 분지형, 환형, 지방족, 환형지방족, 방향족, 아릴기 또는 알릴기이고,
n은 1 내지 30 범위이며, m은 1 내지 20 범위이다.
상기 화학식 3으로 표기되는 공중합체는 카보닐기 다음에 알콕시 기능기가 치환되어 있는데, 이때 R로서 선형 또는 환형의 지방족 또는 방향족 알킬기 등의 전형적인 소수성 부분을 도입하여 소수특성을 부여할 수 있다. 보다 구체적으로, R은 탄소가 6~22개 범위의 지방족, 방향족 치환기일 수 있으며, 일례로 프로필, 부틸, 헥실, 옥틸, 데실, 도데실(라우릴), 세틸, 스테아릴, 베헤닐기 등일 수 있다.
특히, 종래 잉크, 예컨대 수계 잉크에는 유기물인 TGME (Tri-ethylene Glycol Mono-ethyl Ether)와 Terpinel 등의 Ether 또는 alcohol류가 포함되어 있다. 본 발명에서는 이들과 용이하게 수소결합을 할 수 있는 치환기, 예컨대 -OH, -NH, -SH기가 포함되어 있지 않은 아크릴계 화합물을 사용함으로써 (반응식 2 참조), 잉크에 사용된 유기물 흡착 방지 및 친수 물질과의 반발력을 증대할 수 있다. 아울러, 상기 공중합체는 수계잉크, 또는 수계잉크 내 포함된 희석제 (TGME)와의 용해도 차이 (△S)가 ±5.0 ~ 5.5 범위로 조절됨으로써, 적절한 잉크와의 접촉각, 잉크의 퍼짐 특성, 접착력 등을 동시에 발휘할 수 있다. 이때, TGME의 용해도
Figure pat00005
는 9.1 정도이다.
[반응식 2]
Figure pat00006

본 발명의 탄화수소계 점착제 조성물은 분산제, 계면활성제, 또는 기타 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 조성물의 표면장력을 낮추는 역할을 수행할 수 있다. 사용 가능한 계면활성제의 비제한적인 예로는, 알킬벤젠술폰산염, 아민할로겐화물, 제사암모늄염, 알킬피리디늄염, 아미노산 또는 이들의 1종 이상일 수 있다.
또한 분산제로는 당업계에 알려진 통상적인 분산제 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 카르복실산계, 티올계, 페놀계, 아민계 또는 이들의 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 분산제의 사용량은 조성물 100 중량부 대비 0 내지 5 중량부 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 계면활성제와 분산제의 사용량은 특별히 한정되지 아니하며, 당 업계에 알려진 통상적인 범위 내에서 조절 가능하다. 일례로, 계면활성제와 분산제의 사용량은 각각 조성물 100 중량부 대비 0 내지 5 중량부 범위일 수 있으며, 또는 이들의 총량이 조성물 100 중량부 대비 0 내지 5 중량부 범위일 수도 있다.
상기 경화촉진제로는 제3아민 (벤질디메틸아민), 이미다졸류 등을 단독 또는 함께 사용할 수 있으며, 저온 속경화성인 폴리멜카프탄 등도 사용 가능하다. 이때 이들의 함량은 특별히 제한되지 아니하며, 일례로 조성물 100 중량부 대비 0.5∼3.0 중량부일 수 있다.
본 발명의 탄화수소계 점착제 조성물은 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 이형제, 착색제, 커플링제, 응력완화제 등을 필요에 따라 함유할 수 있다.
본 발명에서는 전술한 바와 같이 구성되는 탄화수소계 점착제 조성물을 이용하여 인쇄 배선 형성을 위한 기판에 도포한 후, 건조 및 경화하여 표면처리방법을 제공한다.
이의 바람직한 일 실시예를 들면, (a) 고분자 기판을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 고분자 기판의 적어도 일면 상에 전술한 탄화수소계 점착제 조성물을 포함하는 코팅액을 코팅한 후 열처리하여 표면처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 코팅액은 스핀코팅, 나이프 코팅, 그라비아 롤 코팅 및 캐스팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나의 방법에 의해 코팅될 수 있으나, 이에 특별히 제한되지 않는다.
이때, 상기 탄화수소계 점착제 조성물은 기판 상에 0.1 내지 30 ㎛의 두께로 코팅될 수 있다. 또한 상기 열처리 단계시 온도 및 시간은 특별히 제한되지 않으나, 100 ~ 120℃에서 3 내지 10분 동안 건조 후 150 ~ 170℃에서 1 내지 70분 경화를 수행하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 전술한 2가지 실시형태에 따른 기판 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물로 표면처리된 기판을 제공한다.
나아가, 본 발명은 전술한 바와 같이 표면처리된 기판 상에 잉크젯 방식에 의해 미세패턴을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 미세패턴 형성방법의 일 실시형태를 들면, 표면처리된 기판 상에 전도성 입자를 포함하는 금속 잉크로 사용하여 배선을 형성하는 단계; 및 기 기판을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
이때 상기 에폭시수지 단독성분을 포함하는 탄화수소계 점착제 조성물로 기판을 표면처리하는 경우, 상기 점착제 조성물의 완전 경화가 이루어지면 -OH기가 증가하여 수계잉크에 다 퍼지게 되므로, 접촉각이 20도 이하로 감소하게 된다. 따라서 상기 탄화수소계 점착제 조성물이 반경화된 상태에서 금속 잉크로 잉크젯 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.
반면, 에폭시수지와 아크릴계 화합물을 혼용하는 경우, 점착제 조성물이 완전경화된 이후에 금속잉크로 배선을 형성하는 것이 적절하다.
여기서, 상기 전도성 입자로는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 철(Fe) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 나노 입자로 구성될 수 있다. 이러한 금속 나노 입자의 크기는 미세배선을 형성하기 위하여 점점 작아지는 추세에 있으나, 5 내지 50 nm, 바람직하게는 15 내지 30 nm인 것을 사용할 수 있다.
상기 전도성 입자를 포함하는 금속 잉크는 당해 기술분야에서 통상의 방법에 의하여 제조될 수 있다. 금속 잉크는 용매의 성질에 따라 수계 또는 비수계로 분류된다. 수계 잉크의 용매로는 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들면 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트와 에탄올 수용액, 에틸렌 글리콜 등을 사용할 수 있다. 비수계 잉크의 용매로는 이에 한정되는 것은 아니나, 구체적으로 예를 들면 헥산, 옥탄, 테트라데칸, 헥사데칸, 1-헥사데신, 1-옥타데신, 톨루엔, 크실렌 및 클로로벤조산으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상 선택할 수 있다.
이러한 금속 잉크로 배선을 형성하는 방법은 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 잉크젯 인쇄 등의 방식이 있으며, 이중 미세배선을 형성하기 위하여 잉크젯 인쇄 방식이 바람직하다. 잉크젯 방식에 의하여 상기 금속 잉크를 토출하여 배선을 형성할 경우, 10 내지 80 ㎛ 범위로 배선폭을 갖는 미세 배선을 형성할 수 있다.
배선이 형성된 기판은 금속 입자간에 결합을 형성하기 위하여 다시 열처리 단계를 거치게 되는데, 이러한 열처리는 배선에 우수한 전기 전도도를 부여할 수 있는 조건으로 수행되는 것이 바람직하다. 잉크 배선의 열처리는 150 내지 200℃ 온도범위에서 30 내지 60분 정도 수행되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
종래 배선 형성시, 특히 불소코팅은 잉크와의 반발력이 강하여 잉크가 Drop된 후 기판과의 접착력을 부여할 수 있는 힘이 전혀 없다. 이에 따라 잉크젯팅시 잉크 Dot와 Dot가 overlap될 때, 기판과 잉크의 힘보다 잉크와 잉크의 힘이 커서 잉크끼리 뭉치는 현상이 발생하게 되고 이로 인해 배선의 Edge sharpness가 떨어지게 된다. 상기한 불량을 방지하기 위하여, 종래에는 기판에 온도를 가하여 잉크가 Drop된 후 바로 잉크를 어느 정도 건조시켜 잉크의 뭉치는 현상을 억제하는 방법이 많이 사용되었으나, 이 같은 방법은 생산성 및 대형화에 문제가 있으며, 보통은 노즐과 기판과의 거리가 가까워 노즐 막힘 현상이 초래되게 된다.
이에, 비해, 본 발명에서 비불소, 비실리콘 탄화수소계 점착제가 코팅되어 있으므로, 기판을 가열하지 않아 잉크가 Wet한 상태에서도 접착력이 있어 Edge sharpness 가 우수하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 탄화수소계 점착제 조성물 (1) 제조
경화제로 폴리아마이드 수지고형분 대비 10 중량부를 사용하였으며, 에폭시 수지는 Novolac Type을 30 중량부로 고정하고, 나머지 70 중량부를 100 중량부로 환산하여 하기 표 1과 같은 배합비로 아크릴 모노머 조성물을 제조하였다.
한편, 하기 표 1과 같은 배합비로 비교예 1~3의 접착제 조성물을 제조하였다. 아크릴계 화합물인 SMA, MMA의 함량에 따라 Di-water, Formamide, Ag ink (35 dyne/cm)에 대한 접촉각 특성을 각각 평가한 결과, SMA와 MMA 함량이 높은 실시예 1의 점착제 조성물은 40도 이상의 접촉각과 가장 낮은 표면에너지를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다. 참고로 접촉각은 40 ~ 60도 범위에서 가장 우수한 인쇄패턴이 가능한 것으로 알려져 있다.
Figure pat00007
실시예 2~3. 탄화수소계 점착제 조성물 (2)
에폭시수지로서 신화 T&C社와 국도화학 에폭시수지 YD-128, YD-134, YD-011, YD-014, YD-017을 각각 하기와 같은 배합비로 사용하여 탄화수소계 점착제 조성물을 제조하였다.
한편, 하기 표 2와 같은 배합비로 비교예 1~3의 접착제 조성물을 각각 제조하였다.
상기 배합된 조성물들을 이용하여 경화시간에 따른 Ag 잉크의 접촉각을 각각 평가한 결과, YD-128의 양이 증가하고, YD-017의 양이 감소하면 잉크의 접촉각은 증가하는 결과를 얻을 수 있었다.
이때 더욱 더 중요한 것은, 에폭시 수지를 주원료로 NBR 수지를 혼합한 표면처리 조성물은 반경화 상태로 표면의 친수기가 없는 상태에서 잉크젯 패턴을 형성할 때 미세패턴을 형성할 수 있다.
Figure pat00008
Figure pat00009

Claims (6)

  1. (a) 비불소, 비실리콘 탄화수소계 에폭시 수지 10~50 중량부;
    (b) 비불소, 비실리콘 탄화수소계 아크릴 화합물 30~60 중량부;
    (c) 분산제, 계면활성제, 또는 분산제와 계면활성제 0~5 중량부;
    (d) 수지고형분 100 중량부 대비 5 내지 20 중량부 범위의 경화제; 및
    (e) 점착제 조성물의 총량이 100 중량부가 되도록 조절하는 잔량의 용매를 포함하며,
    상기 비불소, 비실리콘 탄화수소계 아크릴 화합물은 탄소수 6~22개 범위이면서 수소결합 가능한 작용기로 비치환된 아크릴계 화합물을 1종 이상 포함하는 것이 특징인 기판 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수소결합 가능한 작용기로 비치환된 아크릴계 화합물은 부틸아크릴레이트 (BMA), 스테아릴 메타크릴레이트 (SMA), 메틸메타크릴레이트 (MMA) 및 아크릴 니트릴 (AN)로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 특징인 기판 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비불소, 비실리콘 탄화수소계 아크릴 화합물은 글리시딜메타크릴레이트(glycidylmethacrylate, GMA), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트 (HEMA), 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-아밀아크릴레이트, 이소아밀아크릴레이트, n-헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 히드록시에틸아크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, n-아밀메타크릴레이트, 이소아밀메타크릴레이트, n-헥실메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트 및 알릴메타크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 특징인 기판 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지와 아크릴계 화합물이 중합하여 형성된 공중합체는 하기 화학식 1로 표기되는 반복단위를 포함하는 것이 특징인 기판 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00010

    상기 화학식에서,
    R은 수소결합 가능한 작용기로 비치환된 탄소수 6 내지 22 범위의 선형, 분지형, 환형, 지방족, 환형지방족, 방향족, 아릴기 또는 알릴기이고,
    n은 1 내지 30 범위이며, m은 1 내지 20 범위이다.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공중합체는 수계잉크와의 용해도 차이 (△S)가 ±5.0 ~ 5.5 범위로 조절되는 것이 특징인 기판 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 기판 표면처리용 탄화수소계 점착제 조성물로 표면처리된 기판.
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