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性光阻劑的制備，以及以此為連結料制備成耐高濕高濕的UV油墨的方法及相關測試。

【關鍵詞】光阻劑；UV油墨；制備

0 前言

微電子行業制造已經是精細、立體式加工成型，在TFT-LCD、 Touch Panel、LED等器件制造當中，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、化學等多種物理環境有較高耐受能力，并以此樹脂為合成UV油墨的連結料，制備耐高濕高濕的UV油墨。

圖1 觸摸屏“搭橋”結構示意圖

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

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感應線路基板，其中x方向可以直接導通電路，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、光學、力學方面性能指標要求，綜合性能達標才能保證TP器件的良率。

而光阻劑上述性能最相關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效果。

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

1 實驗部分

1.1 高分子設計

1.1.1 研究內容：

丙烯酸類相關單體的性能及對聚合物的影響——首先，根據OC光阻劑綜合指標復雜的特點，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，同時調節分子量在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，丙烯酸類相關單體預聚體的合成及理化性能——N-苯基馬來酰亞胺由于其結構很難在普通反應條件下發生自聚合的特點，可以與苯乙烯先反應生成二元預聚體，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，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光阻劑配方當中來先期驗證。

1.1.2 制備過程

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

反應完成后，趁熱將產物轉入圓底燒瓶，旋轉蒸發至粘稠膠體。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，轉移至干燥箱內120℃干燥5Hr。將干燥后的樹脂使用100g環己烷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，轉移至干燥箱內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，繼續高速攪拌，使顏料分散均勻。在避光的情況下，加入光引發劑，攪拌10min，得到 UV 絲網印刷油墨樣品，然后進行絲網制（下轉第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。經實驗測試來確定各成份最佳比例[3，4]，配方如表1：

經檢測該油墨可以在溫度280度，濕度90%的情況下顏色穩定。

2 結論

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光致發光防偽油墨，并對其性能進行了檢測。結果表明：油墨粒度較大，為19，黏性為6.7，黏度為92.4泊，耐摩擦次數超過500次，顏色穩定，色彩鮮艷。

【參考文獻】

[1]住友化學工業株式會社.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.基于鋼管標識用UV油墨的研制[J].包裝工程，2001.

[4]郭婷.絲網印刷油墨配色研究[D].西安：西安理工大學，2008.

[責任編輯：湯靜]