一種耐高溫高濕光阻劑的合成及絲印UV油墨的制備

李偉　李大紅

【摘 要】本文研究了一種用于觸摸屏用的高透明負(fù)性光阻劑的制備，以及以此為連結(jié)料制備成耐高濕高濕的UV油墨的方法及相關(guān)測試。

【關(guān)鍵詞】光阻劑；UV油墨；制備

0 前言

微電子行業(yè)制造已經(jīng)是精細(xì)、立體式加工成型，在TFT-LCD、 Touch Panel、LED等器件制造當(dāng)中，需要絕緣層，甚至需要絕緣線條阻隔或是倒梯形（reverse taper profile）膠模，尤其在x、y、z方向電極的交叉處，為避免短路都需要絕緣保護，如圖1。同時，在微電子加工工藝過程，不可避免的要遇到高溫高濕、酸堿腐蝕、化學(xué)藥品等。本項研究重在研制一種能夠高精度光刻加工的透明絕緣材料，并對溫度、濕度、化學(xué)等多種物理環(huán)境有較高耐受能力，并以此樹脂為合成UV油墨的連結(jié)料，制備耐高濕高濕的UV油墨。

圖1 觸摸屏“搭橋”結(jié)構(gòu)示意圖

多種功能高分子復(fù)合而成的光阻劑是“搭橋”制作絕緣層的核心材料，而在其中一種關(guān)鍵黃光高分子樹脂對于光阻劑的微米級加工，光反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)、以及綜合性能占主導(dǎo)影響因素。

以單片單面電容式觸摸屏的多點觸控為例：需要在一片玻璃單面制作X/Y感應(yīng)線路基板，其中x方向可以直接導(dǎo)通電路，而y方向電路為避免與x電路連接短路，必需采取類似立交橋的方法連接，故稱“搭橋”。搭在交叉點的橋的絕緣材料即是光阻劑，對其中微米級加工；電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)方面性能指標(biāo)要求，綜合性能達(dá)標(biāo)才能保證TP器件的良率。

而光阻劑上述性能最相關(guān)的為一類丙烯酸高分子。因為該類丙烯酸高分子用于OC光阻劑時的工藝制成主要是在黃光制成時展現(xiàn)效果。

本文除重點介紹該黃光樹脂的合成設(shè)計與OC光阻劑的性能之間的研究；另一內(nèi)容為UV油墨的制備。

1 實驗部分

1.1 高分子設(shè)計

1.1.1 研究內(nèi)容：

丙烯酸類相關(guān)單體的性能及對聚合物的影響——首先，根據(jù)OC光阻劑綜合指標(biāo)復(fù)雜的特點，需要使用多種單體共聚合，將各單體特性集中到一種共聚物。

其次，“絕緣搭橋”是通過UV曝光，之后堿性藥水40-100s時間顯影出圖型，所以該黃光樹脂考慮使用甲基丙烯酸，酸值控制在90-110mgKOH/g。[1]

再次，考慮到“絕緣搭橋”需要耐受最高280℃的高溫時保持不黃變，所以該黃光樹脂考慮使用N-苯基馬來酰亞胺，由于該單體本身有微黃色，所以使用量在5%-10%范圍。

第四，OC光阻劑的電絕緣性要求在85%相對濕度/90℃/480hr，仍需達(dá)到1.0E+16歐姆，所以該黃光樹脂考慮使用甲基丙烯酸異冰片酯，由于該單體的環(huán)氧基對樹脂粘度貢獻高，所以使用量控制在5%-10%范圍。

第五，該黃光樹脂還需要一定的剛性片段，同時調(diào)節(jié)分子量在Mw：20，000-40，000范圍，所以該黃光樹脂考慮使用苯乙烯來替補剩余樹脂份量。

第六，丙烯酸類相關(guān)單體預(yù)聚體的合成及理化性能——N-苯基馬來酰亞胺由于其結(jié)構(gòu)很難在普通反應(yīng)條件下發(fā)生自聚合的特點，可以與苯乙烯先反應(yīng)生成二元預(yù)聚體，提供剛性片段。

第七，合成方法——高分子溶液聚合法；因為OC光阻劑本身是一個有機溶劑體系的配方物質(zhì)，溶液聚合物極性需與OC光阻劑的極性一致。在此條件下，共聚物溶液甚至可以不做前處理直接加入OC光阻劑配方當(dāng)中來先期驗證。

1.1.2 制備過程

搭好攪拌裝置，在設(shè)計反應(yīng)溫度下投料：如果不預(yù)聚，直接將所有物料投入三口燒瓶，之后連接裝置，通入氮氣，打開機械攪拌在設(shè)計轉(zhuǎn)速下反應(yīng)相應(yīng)時間；如果預(yù)聚，首先將St與N-Pm以及引發(fā)劑偶氮二異丁腈投入三口燒瓶之后連接裝置，通入氮氣，打開機械攪拌在設(shè)計轉(zhuǎn)速下預(yù)先反應(yīng)1Hr，之后將其他物料投入三口燒瓶，繼續(xù)反應(yīng)至設(shè)計時間。

反應(yīng)完成后，趁熱將產(chǎn)物轉(zhuǎn)入圓底燒瓶，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至粘稠膠體。接著向圓底燒瓶中加入60g乙醇，55℃加熱磁力攪拌溶解，將該溶液轉(zhuǎn)入500ml燒杯，室溫磁力攪拌下加入400ml純水，有白色膠體析出。使用布氏漏斗加濾紙抽濾，得到乳白色粉末樹脂，轉(zhuǎn)移至干燥箱內(nèi)120℃干燥5Hr。將干燥后的樹脂使用100g環(huán)己烷50℃溶解，加入恒壓滴液漏斗，30min滴完速度滴入盛有400ml純水的500ml燒杯中，同時磁力攪拌2hr。再次使用使用布氏漏斗加濾紙抽濾，得到乳白色粉末樹脂，轉(zhuǎn)移至干燥箱內(nèi)120℃干燥8Hr，稱重計算收率。[2]

制作方法，其工藝包括以下步驟：

1）涂布：在基片上使用Slit+Spin的方法涂布光阻劑，在基片的表面形成1-2μm的圖形，真空-1atm；

2）前烘：涂布后的基片于90-120℃的溫度下，烘110-130s；

3）曝光：曝光能量100-200mj/cm2，Gap值為100-200um；

4）顯影：影液用量為0.45kg/cm2，顯影60-100S；

5）后烘：210-240攝氏度，烘30-60min。

B：保護層：在觸摸屏器件最外層上涂布光阻劑形成的2-3um的保護層，所述保護層的透光率在98%以上，耐熱透光率為97%以上；100℃，85%高濕環(huán)境下耐百格刀和3M膠帶5級以上；鉛筆硬度4H。

1.2 UV油墨制備

以已合成的光阻高分子為連結(jié)料，再選用酞菁綠、消泡劑和分散劑。依次放入燒杯中，攪拌 10min； 再往燒杯中加入適量綠色顏料，繼續(xù)高速攪拌，使顏料分散均勻。在避光的情況下，加入光引發(fā)劑，攪拌10min，得到 UV 絲網(wǎng)印刷油墨樣品，然后進行絲網(wǎng)制（下轉(zhuǎn)第277頁）（上接第232頁）版并在PVC片基上進行印刷涂布并進行檢測。經(jīng)實驗測試來確定各成份最佳比例[3，4]，配方如表1：

經(jīng)檢測該油墨可以在溫度280度，濕度90%的情況下顏色穩(wěn)定。

2 結(jié)論

制備一種丙烯酸類樹脂用于觸摸屏用的光阻劑，該光阻劑在高濕高濕的環(huán)境下像素的電絕緣性的電阻值在5.0E+15～16歐姆范圍，透光率為98%以上，耐熱透光率為97%以上。制備了一種UV光致發(fā)光防偽油墨，并對其性能進行了檢測。結(jié)果表明：油墨粒度較大，為19，黏性為6.7，黏度為92.4泊，耐摩擦次數(shù)超過500次，顏色穩(wěn)定，色彩鮮艷。

【參考文獻】

[1]住友化學(xué)工業(yè)株式會社.感光性樹脂組成物以及其制出的彩色濾光片用透明材料=P].日本.03153537.2.2005：20-21.

[2]許博義.彩色濾光片用感光性樹脂組成物[P].中國.ZL03160135，9.2005：9-10.

[3]張正健，陳蘊智，齊金標(biāo).基于鋼管標(biāo)識用UV油墨的研制[J].包裝工程，2001.

[4]郭婷.絲網(wǎng)印刷油墨配色研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2008.

[責(zé)任編輯：湯靜]