JP6325274B2 - ポリイミド樹脂表面改質剤及びポリイミド樹脂表面改質方法 - Google Patents
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Description
一般的な回路パターン形成方法としては、ポリイミド樹脂フィルムの全面に蒸着法やスパッタ法あるいは接着剤による銅箔張り合わせにより金属皮膜を形成した後、フォトリソグラフィーによるパターン露光および現像により不要な金属のエッチング除去を行う方法が知られているが、大部分の金属を除去するために生産性が低いことやエッチング廃液による環境負荷、フォトマスクや露光機、フォトレジストなどによる装置や材料のコスト高といった問題がある。
(1)アルカリ金属の水酸化物及び水酸化第四級アンモニウムからなる群から選択されるアルカリ成分と、水酸基を有する沸点120℃以上の有機溶媒とを含有し、且つ、前記アルカリ成分の配合量がKOH換算値として0.1〜10重量%であり、水の含有量が0〜10重量%であることを特徴とする、ポリイミド樹脂表面改質剤。
(2)さらに水溶性高分子化合物を含有することを特徴とする、(1)記載のポリイミド樹脂表面改質剤。
(5)前記水溶性高分子化合物が、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、及びカルボキシメチルセルロースからなる群から選択されるものである、(2)記載のポリイミド樹脂表面改質剤。
前記ポリイミド樹脂表面改質剤を用いてポリイミド樹脂基材の表面に所定のパターンを印刷する印刷工程、
前記ポリイミド樹脂基材の表面にパターン印刷されたポリイミド樹脂表面改質剤中の有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程、及び
有機溶媒除去後のポリイミド樹脂表面改質剤を水と接触させる水処理工程
を含むことを特徴とする、ポリイミド樹脂表面改質方法。
(9)前記印刷の方法がインクジェット印刷である、(6)又は(7)記載のポリイミド樹脂表面改質方法。
2 ポリイミド樹脂表面改質剤
3 ポリイミド樹脂表面改質剤によってパターン状に改質された改質部
4 水
本発明のポリイミド樹脂表面改質剤は、アルカリ成分と、水酸基を有する沸点120℃以上の有機溶媒とを必須成分として有する。
アルカリ成分とは、水に溶解することによってアルカリ性を呈する化合物である。本発明で用いられるアルカリ成分としては、無機系化合物としてアルカリ金属の水酸化物、有機系化合物として水酸化第四級アンモニウムが挙げられる。
なかでも溶剤への溶解性の理由から、水酸化第四級アンモニウムとしてテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)及びテトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)、アルカリ金属の水酸化物として水酸化ナトリウム(NaOH)及び水酸化カリウム(KOH)が特に好ましい。
(数式)
アルカリ成分配合量のKOH換算値(重量%)=アルカリ成分配合量(重量%)×[(KOH分子量=56.12)/(アルカリ成分分子量)]
本発明で用いられる有機溶媒は、印刷工程の取り扱い性の点で、沸点が120℃以上のものである必要がある。沸点が120℃未満の有機溶媒を用いた場合、印刷工程においてポリイミド樹脂表面改質剤の流動性が低下してしまう虞がある。これにより印刷品位が悪くなり、精密なパターン形成が困難になる。有機溶媒はアルカリ成分を安定に溶解させることができる電気的極性が必要であり、したがって分子中に水酸基が存在することが求められる。更に有機溶媒は前記アルカリ成分を溶解、あるいは分散できるものである必要がある。
また、本発明のポリイミド樹脂表面改質剤は、主溶媒が水酸基を有する沸点120℃以上の有機溶媒であり水の含有量が0〜10重量%、好ましくは0〜5重量%であることが必要である。ポリイミド樹脂表面改質剤中の水の含有量が10重量%を超える場合には、水の作用によるアルカリ成分の解離が進行してポリイミド樹脂表面改質剤自体のアルカリ性が強まり、これが印刷装置へ大きなダメージを与え、パターン印刷の精度を著しく悪化させると同時に印刷装置の寿命をも低下させる虞がある。
本発明においては、前記ポリイミド樹脂表面改質剤に水溶性高分子化合物を配合することもできる。本発明で用いる水溶性高分子化合物は、前記有機溶媒に可溶であり、且つ、水にも可溶な性質をもつものである。
本発明のポリイミド樹脂表面改質剤を用いたポリイミド樹脂表面改質方法は、図1に一態様を示したように、上述したポリイミド樹脂表面改質剤を用いてポリイミド樹脂基材の表面に所定のパターンを印刷する印刷工程(図1中、工程(a))、前記ポリイミド樹脂基材の表面に印刷されたポリイミド樹脂表面改質剤中の有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程(図1中、工程(b))、及び有機溶媒除去後のポリイミド樹脂表面改質剤を水と接触させる水処理工程(水処理工程;図1中、工程(c))を含むものである。
本発明のポリイミド樹脂表面改質方法を、以下に工程ごとに説明する。
最初に印刷工程(図1中、工程(a))を行う。印刷工程においては、前記ポリイミド樹脂表面改質剤をインクとして用い、ポリイミド樹脂基材(ポリイミド樹脂からなる基材)の表面に各種印刷方法によって所定のパターンを印刷する。本発明のポリイミド樹脂表面改質剤は水の含有量が0〜10重量%であるためアルカリ性が非常に弱く、印刷時にはアルカリ性を呈しておらず、室温条件にて行われる印刷工程においては印刷版や印刷装置にダメージを与えない。
有機溶媒除去工程においては、前記印刷工程の後、パターン形状に印刷されたポリイミド樹脂表面改質剤の中に含有される、水酸基を有する沸点120℃以上の有機溶媒を除去する(図1中、工程(b))。
本発明においては、上記有機溶媒除去工程において有機溶媒が除去された後のポリイミド樹脂表面改質剤を水と接触させる水処理を行う(水処理工程;図1中、工程(c))。水と接触させることにより、ポリイミド樹脂基材表面のポリイミド樹脂表面改質剤(その主体は有機溶剤除去後に残存するアルカリ成分)のアルカリ成分が水によって解離し、ポリイミド樹脂のアルカリ加水分解反応(改質反応)が進行する。水と接触させる際の温度や時間を調整することによって、ポリイミド樹脂表面の改質の程度を調整することができる。
本発明における水中浸漬法は、ポリイミド樹脂基材を水中に浸漬させる方法であり、水中に浸漬させる温度や時間を調整することによって、ポリイミド樹脂表面の改質の程度を調整することができる。好ましくは10℃以上の水に5秒以上、より好ましくは20℃以上の水に90秒以上、特に好ましくは21℃の純水中に90秒間浸漬させることで、ポリイミド樹脂基材表面での改質反応が十分に促進される。水中に浸漬させることで、浸漬させない場合と比較してポリイミド樹脂表面の改質率は3倍以上に飛躍的に向上する。
本発明における水蒸気吸収法では、ポリイミド樹脂表面改質剤をポリイミド樹脂に印刷し、該改質剤中の有機溶剤を揮発させたのち、水蒸気を含む空気中に放置して水蒸気を改質剤に吸収させ、その後加熱することで改質を進めることができる。液体の水との直接的な接触がないのが特徴である。空気の温度および湿度、放置時間、加熱温度や時間でポリイミド樹脂表面の改質程度を調整できる。
本発明の水処理工程において水蒸気吸収法を採用する場合、水処理工程時に改質剤の除去は行われないため、水による洗浄工程で改質剤の除去を行う。
本発明の方法においては、上記水処理工程において必要な改質が完了した後に、ポリイミド樹脂基材表面を適当な溶媒で洗浄し、ポリイミド樹脂表面改質剤が改質後のポリイミド樹脂基材表面の改質部に残存しないようにすることができる(洗浄工程;図1中、(d))。ポリイミド樹脂基材の改質部への触媒付与やめっき析出をおこなう際に、ポリイミド樹脂表面改質剤の成分が残存しないようにすることは、めっき密着性や均一なめっき選択性にとって望ましいことである。
金属イオンの具体例としては、パラジウムイオン が挙げられる。金属皮膜の具体例としては、ニッケル、銅 が挙げられる。
表1に示した実施例1、2、および比較例1〜3のポリイミド樹脂表面改質剤を用いて、スクリーン印刷におけるポリイミド樹脂の表面改質効果について評価した。評価はポリイミド樹脂の改質性、スクリーン印刷装置へのダメージ、およびスクリーン印刷のパターン印刷性について行った。
一方、意図的に水を配合した実施例、比較例については、表1に記載した水の含有量中に、原料由来又は大気中からの吸湿によって取り込まれた水分量は含まれていない。
ポリイミド樹脂フィルム(商品名「カプトン100H」、東レ・デュポン製)にポリイミド樹脂表面改質剤を2μL滴下し、150℃・20分で加熱処理を行って有機溶媒を除去した。処理後、フィルム上に残留したポリイミド樹脂表面改質剤を、水を用いてシャワー洗浄の方法で洗浄して除去した。
〇:加熱後のイミド環残率 50%未満
△:加熱後のイミド環残率 50%以上、75%未満
×:加熱後のイミド環残率 75%以上
ステンレスメッシュ上に感光乳剤を幅540μm、スペース200μmとなるように塗布し、線幅200μmのストライプ状スクリーンマスクを成型した。このスクリーンマスク切片をポリイミド樹脂表面改質剤に3時間浸漬した。浸漬直後のスクリーンマスク切片を顕微鏡で観察し、浸漬前後での感光乳剤の外観変化を確認し、同時に感光乳剤間のスペース(乳剤同士の間隔)の変化から、以下の方法で膨潤量を測定した。
(膨潤量の測定方法)
スペース200μmとなるよう塗布した感光乳剤を改質剤に浸漬した後、スペースを再度測定する。浸漬前のスペース(=200μm)と、感光乳剤の膨潤により狭くなった浸漬後のスペースとの差をもって膨潤量とした。
膨潤量(μm)=浸漬前のスペース(200μm)−浸漬後のスペース(μm)
〇:浸漬後に見た目の変化なし
×:浸漬後に変色等の変化あり
〇:膨潤量 4μm未満
△:膨潤量 4μm以上、8μm未満
×:膨潤量 8μm以上
このパターン印刷性評価の場合のみ、ポリイミド樹脂表面改質剤として、増粘成分を配合して適切な粘性を付与したものを用いた。すなわち、使用する有機溶媒に対して増粘可能なポリビニルピロリドン(商品名「K−30」:株式会社日本触媒製)及び使用する有機溶媒に対して分散可能なケイ酸ジルコニウムを、ポリビニルピロリドン:ケイ酸ジルコニウム=35:65(重量比)で配合した増粘成分を、前記改質剤1に対し増粘成分1(重量比)となるように加え、ずり速度10s−1、25℃で20〜150Pa・sとなるように改質剤に粘性を付与した。
印刷後のパターン部での印刷かすれ、または乳剤マスク下への溶剤の滲みを観察し、改質剤のパターン印刷性を以下のように評価した。
〇:連続印刷20回でかすれ、滲みなし
×:連続印刷20回以下でかすれ、滲みが発生
DEGMBE;ジエチレングリコールモノブチルエーテル(沸点:188.3℃)
DEG;ジエチレングリコール(沸点:244.3℃)
MeOH;メタノール(沸点:64.7℃)(ナカライテスク製、試薬特級)
水(沸点;100℃)
KOH;水酸化カリウム
TBAH;テトラブチルアンモニウムヒドロキシド
(*1)配合量におけるTBAHのカッコ内の数値はKOH換算値(重量%)
(*2)No Data;使用したメタノールの水含有量が不明のため算出されず。
表2に示した組成のポリイミド樹脂表面改質剤を用いて、インクジェット印刷におけるポリイミド樹脂の表面改質効果について評価した。評価は実施例1−2と同様の方法でポリイミド樹脂の改質性について行い、それに加えてインクジェット印刷性の評価として下記の印刷装置へのダメージ評価、およびインクジェットヘッドのインク吐出安定性の評価について行った。使用した改質剤は、いずれも水で100倍に希釈してpH測定をしたときpH10以上のアルカリ性を示すことを確認している。
ポリイミド樹脂表面改質剤との接触によるオリフィスプレート表面樹脂の撥液性の変化を調べた。はじめにオリフィスプレート表面樹脂の水接触角を測定し、オリフィスプレート表面樹脂にポリイミド樹脂表面改質剤を常温で24時間接触させた。その後、再度オリフィスプレート表面樹脂の水接触角を測定し、表面樹脂の水接触角の低下率からインクジェットヘッドへのダメージを以下のように評価した。
〇: 接触角低下率 5%未満
△: 接触角低下率 5%以上、20%未満
×: 接触角低下率 20%以上
ポリイミド樹脂表面改質剤を用いてインクジェットヘッドから長さ20mmの直線印刷を行ったのち、印刷された直線中における断線箇所の数をカウントし、その断線数に基づいてインク吐出安定性を評価した。
なお、インク吐出安定性評価の場合のみ、実施例3、4、比較例4、5について、ポリイミド樹脂表面改質剤として、増粘成分を配合して適切な粘性を付与したものを用いた。すなわち、使用する有機溶媒に対して増粘可能なポリビニルピロリドン(商品名「K−30」:株式会社日本触媒製)を、改質剤100に対してポリビニルピロリドン1の割合(重量比;およそ1重量%)で配合し、改質剤の粘度が30℃にて5〜12mPa・sとなるように調整した。実施例5、6、7については、ポリビニルピロリドンを添加しなくても粘度5〜12mPa・sを満たしているため、増粘成分は配合していない。
〇:断線数 0.05個/mm未満
△:断線数 0.05個/mm以上、0.5個/mm未満
×:断線数 0.5個/mm以上
DPGMME;ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(沸点:230.4℃)
DEGMBE;ジエチレングリコールモノブチルエーテル(沸点:188.3℃)
DEG;ジエチレングリコール(沸点:244.3℃)
EGMBE;エチレングリコールモノブチルエーテル(沸点:171℃)
EGMME;エチレングリコールモノメチルエーテル(沸点:124℃)
EG;エチレングリコール(沸点:197.3℃)
MeOH;メタノール(沸点:64.7℃)(ナカライテスク製、試薬特級)
i−PrOH;イソプロパノール(沸点:82.4℃)
水(沸点;100℃)
KOH;水酸化カリウム
TBAH;テトラブチルアンモニウムヒドロキシド
(*1)配合量におけるTBAHのカッコ内の数値はKOH換算値(重量%)
(*2)No Data;使用したメタノールの水含有量が不明のため算出されず。
水溶性高分子化合物を含むポリイミド樹脂表面改質剤組成物(以下、単に「組成物」という)1〜5を、表3に示す組成にて調製した。水溶性高分子化合物としてポリビニルピロリドン(商品名「PVP K−90」;株式会社日本触媒製)を使用した。
なお、意図的に水を配合した組成物については、表3に記載した含水量中に、意図的に配合した水の量に加えて、原料由来又は大気中からの吸湿によって取り込まれた水分量を加算している。
PVP;ポリビニルピロリドン
DPGMME;ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(沸点:230.4℃)
DEG;ジエチレングリコール(沸点:244.3℃)
KOH;水酸化カリウム
TBAH;テトラブチルアンモニウムヒドロキシド
上記表3の組成物1、2、5について、以下の方法でスクリーン印刷装置へのダメージ評価を行った。
(スクリーン印刷装置へのダメージ評価)
ステンレスメッシュ上に感光乳剤を線幅200μmのストライプ状に成型したスクリーンマスク切片を用意した。これに表3の組成物1、2、5を3時間接触させた。接触前後のスクリーンマスク切片を顕微鏡で観察し、感光乳剤の外観変化を確認した。同時に感光乳剤間のスペース(乳剤同士の間隔)の変化から、実施例1−2と同様の方法で膨潤量を測定した。
〇: 接触後の見た目の変化なし
×: 接触後に変色等の変化あり
上記表3の組成物1〜4を用いて、ポリイミド樹脂基材の改質処理を実施し、評価を行った。処理方法としては、ポリイミド樹脂基材(カプトン100H、厚み25μm:東レ・デュポン株式会社製)に対して、各々の組成物をスクリーン印刷法によって直線パターンを印刷した(印刷工程)後、150℃のオーブンの中で30分間乾燥した(有機溶媒除去工程)。乾燥後に水への浸漬(21℃純水中に90秒浸漬)を行い(水処理工程あるいは水との接触による改質工程)、その後、組成物の除去(純水中にて超音波洗浄3分)を行った(洗浄工程)。この有機溶媒除去工程、水との接触による改質工程、及び洗浄工程によってポリイミド樹脂基材表面の改質処理が行われた。
組成物を印刷し改質処理を施したポリイミド樹脂表面のフーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)測定によって得られる吸収スペクトルから、イミド環由来1718.3cm−1の吸収ピーク強度(Absイミド環)および、ベンゼン環由来1502.3cm−1の吸収ピーク強度(Absベンゼン環)を用いて、イミド環のベンゼン環に対する吸収ピーク強度比率(Absイミド環/Absベンゼン環)の値(ここでは[Abs*]と示す)を算出した。
各組成物をポリイミド樹脂基材表面に印刷し改質処理した後、触媒付与、還元、無電解Niめっきを施し、ポリイミド樹脂基材表面にパターンめっきを析出させた。触媒付与工程は、0.15g/Lの塩化パラジウム溶液中に浸漬(40℃、3分)、還元工程では、0.02Mのジメチルアミンボラン溶液中に浸漬(pH5.8クエン酸バッファー、40℃、3分)、めっきは、無電解Niめっき浴(ES−500:荏原ユージライト株式会社製)を用いて40℃、1分の浸漬処理を施した。改質処理後のポリイミド樹脂表面のめっき析出状態を確認し以下の基準にて評価をした。
〇・・・析出性良好
△・・・析出するがムラあり
×・・・析出不良
各組成物をポリイミド樹脂基材表面に印刷し乾燥した後(上記印刷工程及び有機溶媒除去工程後)、ポリイミド樹脂基材を、形成された直線パターン印刷物のパターン方向に対して垂直方向に5回屈曲させたときの印刷物の形状変化を目視評価した。
〇・・・ポリイミド樹脂基材の屈曲時に印刷物変化なし
△・・・ポリイミド樹脂基材の屈曲時に印刷物がひび割れ、あるいは脱落した
×・・・乾燥時にポリイミド樹脂基材上で印刷物がひび割れ、あるいは脱落した
各組成物を、ストライプパターンのスクリーン印刷版を用いてポリイミド樹脂基材(カプトン100H)上に印刷後、120℃のオーブンで30分間乾燥し(有機溶媒除去工程)、21℃純水中に90秒間浸漬させ(水処理工程あるいは水との接触による改質工程)、その後、純水中にて超音波洗浄(40kHz、10分間)処理した。ポリイミド樹脂表面をマイクロスコープ(倍率100倍)にて観察し、残留物の有無を評価した。
〇・・・残留物なし
×・・・残留物あり
組成物1または2を、スクリーン印刷を用いてポリイミド樹脂基材(商品名「カプトン100H」)上に印刷し、150℃のオーブンで30分間乾燥させた後、以下に記す種々の水接触方法(浸漬法、スプレー法、濡れ布接触法、滴下法、ゲル接触法、超音波処理法)を用いて処理を行い、改質促進効果を評価した。改質処理、メッキ処理方法は実施例10の方法に準ずる。各評価方法についても前述の方法を用いた。結果を表6に示す。
印刷物を純水中(21℃または40℃)に浸漬させ、所定の時間経過後に、純水中の超音波洗浄を施した。
・スプレー法
純水をスプレーにて印刷物表面に噴射し、所定の時間経過後、純水中の超音波洗浄を施した。
・濡れ布接触法
純水を含ませたハイドロクロスに、印刷物表面を接触させ、所定の時間経過後、純水中の超音波洗浄を施した。
・滴下法
純水を印刷物上に500μL滴下し、所定の時間経過後、純水中の超音波洗浄を施した。
・ゲル接触法
純水を用いて8%カルボキシメチルセルロース(セロゲンHE−600F:第一工業製薬株式会社製)のゲルを調製した後、印刷物表面をゲルに接触させ、所定の時間経過後、純水中の超音波洗浄を施した。
・超音波処理
25℃の純水中に浸漬した状態で、40kHzの超音波照射を5分間実施した。
Claims (9)
- アルカリ金属の水酸化物及び水酸化第四級アンモニウムからなる群から選択されるアルカリ成分と、水酸基を有する沸点120℃以上の有機溶媒とを含有し、且つ、前記アルカリ成分の配合量がKOH換算値として0.1〜10重量%であり、水の含有量が0〜10重量%であることを特徴とする、ポリイミド樹脂表面改質剤。
- さらに水溶性高分子化合物を含有することを特徴とする、請求項1記載のポリイミド樹脂表面改質剤。
- 前記有機溶媒がアルコール類であることを特徴とする、請求項1又は2記載のポリイミド樹脂表面改質剤。
- 前記アルコール類が炭化水素系アルコール、アルキレングリコール類及びグリコールエーテル類からなる群から選択されるものである、請求項3記載のポリイミド樹脂表面改質剤。
- 前記水溶性高分子化合物が、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、及びカルボキシメチルセルロースからなる群から選択されるものである、請求項2記載のポリイミド樹脂表面改質剤。
- アルカリ金属の水酸化物及び水酸化第四級アンモニウムからなる群から選択されるアルカリ成分と水酸基を有する沸点120℃以上の有機溶媒とを含有し、且つ、前記アルカリ成分の配合量がKOH換算値として0.1〜10重量%であり水の含有量が0〜10重量%であるポリイミド樹脂表面改質剤を用いてポリイミド樹脂基材の表面を改質する方法であって、
前記ポリイミド樹脂表面改質剤を用いてポリイミド樹脂基材の表面に所定のパターンを印刷する印刷工程、
前記ポリイミド樹脂基材の表面にパターン印刷されたポリイミド樹脂表面改質剤中の有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程、及び
有機溶媒除去後のポリイミド樹脂表面改質剤を水と接触させる水処理工程
を含むことを特徴とする、ポリイミド樹脂表面改質方法。 - 前記ポリイミド樹脂表面改質剤が、さらに水溶性高分子化合物を含有することを特徴とする、請求項6記載のポリイミド樹脂表面改質方法。
- 前記印刷の方法がスクリーン印刷である、請求項6又は7記載のポリイミド樹脂表面改質方法。
- 前記印刷の方法がインクジェット印刷である、請求項6又は7記載のポリイミド樹脂表面改質方法。
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