一种耐高温高湿光阻剂的合成及丝印UV油墨的制备

李伟　李大红

【摘 要】本文研究了一种用于触摸屏用的高透明负性光阻剂的制备，以及以此为连结料制备成耐高湿高湿的UV油墨的方法及相关测试。

【关键词】光阻剂；UV油墨；制备

0 前言

微电子行业制造已经是精细、立体式加工成型，在TFT-LCD、 Touch Panel、LED等器件制造当中，需要绝缘层，甚至需要绝缘线条阻隔或是倒梯形（reverse taper profile）胶模，尤其在x、y、z方向电极的交叉处，为避免短路都需要绝缘保护，如图1。同时，在微电子加工工艺过程，不可避免的要遇到高温高湿、酸碱腐蚀、化学药品等。本项研究重在研制一种能够高精度光刻加工的透明绝缘材料，并对温度、湿度、化学等多种物理环境有较高耐受能力，并以此树脂为合成UV油墨的连结料，制备耐高湿高湿的UV油墨。

图1 触摸屏“搭桥”结构示意图

多种功能高分子复合而成的光阻剂是“搭桥”制作绝缘层的核心材料，而在其中一种关键黄光高分子树脂对于光阻剂的微米级加工，光反应、化学反应、以及综合性能占主导影响因素。

以单片单面电容式触摸屏的多点触控为例：需要在一片玻璃单面制作X/Y感应线路基板，其中x方向可以直接导通电路，而y方向电路为避免与x电路连接短路，必需采取类似立交桥的方法连接，故称“搭桥”。搭在交叉点的桥的绝缘材料即是光阻剂，对其中微米级加工；电学、光学、力学方面性能指标要求，综合性能达标才能保证TP器件的良率。

而光阻剂上述性能最相关的为一类丙烯酸高分子。因为该类丙烯酸高分子用于OC光阻剂时的工艺制成主要是在黄光制成时展现效果。

本文除重点介绍该黄光树脂的合成设计与OC光阻剂的性能之间的研究；另一内容为UV油墨的制备。

1 实验部分

1.1 高分子设计

1.1.1 研究内容：

丙烯酸类相关单体的性能及对聚合物的影响——首先，根据OC光阻剂综合指标复杂的特点，需要使用多种单体共聚合，将各单体特性集中到一种共聚物。

其次，“绝缘搭桥”是通过UV曝光，之后碱性药水40-100s时间显影出图型，所以该黄光树脂考虑使用甲基丙烯酸，酸值控制在90-110mgKOH/g。[1]

再次，考虑到“绝缘搭桥”需要耐受最高280℃的高温时保持不黄变，所以该黄光树脂考虑使用N-苯基马来酰亚胺，由于该单体本身有微黄色，所以使用量在5%-10%范围。

第四，OC光阻剂的电绝缘性要求在85%相对湿度/90℃/480hr，仍需达到1.0E+16欧姆，所以该黄光树脂考虑使用甲基丙烯酸异冰片酯，由于该单体的环氧基对树脂粘度贡献高，所以使用量控制在5%-10%范围。

第五，该黄光树脂还需要一定的刚性片段，同时调节分子量在Mw：20，000-40，000范围，所以该黄光树脂考虑使用苯乙烯来替补剩余树脂份量。

第六，丙烯酸类相关单体预聚体的合成及理化性能——N-苯基马来酰亚胺由于其结构很难在普通反应条件下发生自聚合的特点，可以与苯乙烯先反应生成二元预聚体，提供刚性片段。

第七，合成方法——高分子溶液聚合法；因为OC光阻剂本身是一个有机溶剂体系的配方物质，溶液聚合物极性需与OC光阻剂的极性一致。在此条件下，共聚物溶液甚至可以不做前处理直接加入OC光阻剂配方当中来先期验证。

1.1.2 制备过程

搭好搅拌装置，在设计反应温度下投料：如果不预聚，直接将所有物料投入三口烧瓶，之后连接装置，通入氮气，打开机械搅拌在设计转速下反应相应时间；如果预聚，首先将St与N-Pm以及引发剂偶氮二异丁腈投入三口烧瓶之后连接装置，通入氮气，打开机械搅拌在设计转速下预先反应1Hr，之后将其他物料投入三口烧瓶，继续反应至设计时间。

反应完成后，趁热将产物转入圆底烧瓶，旋转蒸发至粘稠胶体。接着向圆底烧瓶中加入60g乙醇，55℃加热磁力搅拌溶解，将该溶液转入500ml烧杯，室温磁力搅拌下加入400ml纯水，有白色胶体析出。使用布氏漏斗加滤纸抽滤，得到乳白色粉末树脂，转移至干燥箱内120℃干燥5Hr。将干燥后的树脂使用100g环己烷50℃溶解，加入恒压滴液漏斗，30min滴完速度滴入盛有400ml纯水的500ml烧杯中，同时磁力搅拌2hr。再次使用使用布氏漏斗加滤纸抽滤，得到乳白色粉末树脂，转移至干燥箱内120℃干燥8Hr，称重计算收率。[2]

制作方法，其工艺包括以下步骤：

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

2）前烘：涂布后的基片于90-120℃的温度下，烘110-130s；

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

4）显影：影液用量为0.45kg/cm2，显影60-100S；

5）后烘：210-240摄氏度，烘30-60min。

B：保护层：在触摸屏器件最外层上涂布光阻剂形成的2-3um的保护层，所述保护层的透光率在98%以上，耐热透光率为97%以上；100℃，85%高湿环境下耐百格刀和3M胶带5级以上；铅笔硬度4H。

1.2 UV油墨制备

以已合成的光阻高分子为连结料，再选用酞菁绿、消泡剂和分散剂。依次放入烧杯中，搅拌 10min； 再往烧杯中加入适量绿色颜料，继续高速搅拌，使颜料分散均匀。在避光的情况下，加入光引发剂，搅拌10min，得到 UV 丝网印刷油墨样品，然后进行丝网制（下转第277页）（上接第232页）版并在PVC片基上进行印刷涂布并进行检测。经实验测试来确定各成份最佳比例[3，4]，配方如表1：

经检测该油墨可以在温度280度，湿度90%的情况下颜色稳定。

2 结论

制备一种丙烯酸类树脂用于触摸屏用的光阻剂，该光阻剂在高湿高湿的环境下像素的电绝缘性的电阻值在5.0E+15～16欧姆范围，透光率为98%以上，耐热透光率为97%以上。制备了一种UV光致发光防伪油墨，并对其性能进行了检测。结果表明：油墨粒度较大，为19，黏性为6.7，黏度为92.4泊，耐摩擦次数超过500次，颜色稳定，色彩鲜艳。

【参考文献】

[1]住友化学工业株式会社.感光性树脂组成物以及其制出的彩色滤光片用透明材料=P].日本.03153537.2.2005：20-21.

[2]许博义.彩色滤光片用感光性树脂组成物[P].中国.ZL03160135，9.2005：9-10.

[3]张正健，陈蕴智，齐金标.基于钢管标识用UV油墨的研制[J].包装工程，2001.

[4]郭婷.丝网印刷油墨配色研究[D].西安：西安理工大学，2008.

[责任编辑：汤静]