JP7579977B2 - Low dielectric polyimide film with improved dimensional stability and method for producing same - Google Patents
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Description
本発明は、耐熱性(特に、ガラス転移温度特性)と寸法安定性(特に、熱的寸法安定性)が向上した低誘電ポリイミドフィルム、およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a low dielectric polyimide film with improved heat resistance (particularly glass transition temperature characteristics) and dimensional stability (particularly thermal dimensional stability), and a method for producing the same.
ポリイミド(polyimide、PI)は、強固な芳香族主鎖とともに、化学的安定性に非常に優れたイミド環を基にするものであって、有機材料の中でも、最高レベルの耐熱性、耐薬品性、電気絶縁性、耐化学性、耐候性を有する高分子材料である。
特に、優れた絶縁特性、すなわち、低い誘電率といった優れた電気的特性により、電気、電子、光学分野などに至るまで、高機能性の高分子材料として脚光を浴びている。
近年、電子製品の軽量化、小型化に伴い、集積度が高く、かつ柔軟な薄型回路基板が活発に開発されている。
かかる薄型回路基板は、優れた耐熱性、耐低温性、および絶縁特性を有し、かつ屈曲が容易なポリイミドフィルム上に、金属箔を含む回路が形成されている構造が多く活用されている傾向にある。
このような薄型回路基板としては、フレキシブル金属張積層板が主に用いられており、例えば、金属箔として薄い銅板を用いるフレキシブル銅張積層板(Flexible Copper Clad Laminate、FCCL)が挙げられる。他にも、ポリイミドを薄型回路基板の保護フィルム、絶縁フィルムなどに活用することもある。
Polyimide (PI) is based on imide rings, which have excellent chemical stability, along with a strong aromatic main chain, and is a polymer material that has the highest levels of heat resistance, chemical resistance, electrical insulation, chemical resistance, and weather resistance among organic materials.
In particular, due to its excellent electrical properties, such as its excellent insulating properties, i.e., low dielectric constant, it has been attracting attention as a highly functional polymer material in a range of fields, including electrical, electronic and optical fields.
2. Description of the Related Art In recent years, with the trend toward lighter and smaller electronic products, flexible thin circuit boards with a high degree of integration have been actively developed.
Such thin circuit boards tend to have a structure in which a circuit containing metal foil is formed on a polyimide film, which has excellent heat resistance, low temperature resistance, and insulating properties and is easily flexible.
Flexible metal-clad laminates are mainly used for such thin circuit boards, such as flexible copper clad laminates (FCCLs) that use thin copper plates as metal foils. Polyimides are also sometimes used as protective films, insulating films, etc. for thin circuit boards.
一方、近年、電子機器に多様な機能が内在されていることから、前記電子機器には、速い演算速度と通信速度が求められており、これを満たすために、高周波で高速通信が可能な薄型回路基板が開発されている。
高周波高速通信を実現するために、高周波でも電気絶縁性を維持することができる高いインピーダンス(impedance)を有する絶縁体が必要である。インピーダンスは、絶縁体に形成される周波数および誘電定数(dielectric constant;Dk)と反比例の関係を有するため、高周波でも絶縁性を維持するためには、誘電定数ができる限り低い必要がある。
しかしながら、通常のポリイミドは、その誘電特性が、高周波通信で十分な絶縁性を維持できる程度に優れるレベルではないことが現状である。
また、絶縁体が低誘電特性を有するほど、薄型回路基板で望ましくない浮遊容量(stray capacitance)とノイズの発生を減少させることができるため、通信遅延の原因を相当部分解消することができると知られている。
したがって、低誘電特性のポリイミドが、薄型回路基板の性能において何よりも重要な要因と認識されている状況である。
特に、高周波通信においては、ポリイミドによる誘電損失(dielectric dissipation)が必然的に発生するが、誘電損失率(dielectric dissipation factor;Df)は薄型回路基板の電気エネルギーの浪費の程度を意味し、通信速度を決定する信号伝達遅延と密接に関連するため、ポリイミドの誘電損失率ができる限り低く維持することも、薄型回路基板の性能において重要な要因と認識されている。
また、ポリイミドフィルムに湿気が多く含まれるほど、誘電定数が大きくなり、誘電損失率が増加する。ポリイミドフィルムは、優れた固有の特性を有するため薄型回路基板の素材として好適であるのに対し、極性を呈するイミド基により湿気に相対的に弱く、これにより、絶縁特性が低下する恐れがある。
特に、従来の低誘電ポリイミドフィルムは、ガラス転移温度が低くなって耐熱性が低下するという問題があった。かかる耐熱性の低下により、フィルム形態の製造に困難をきた
していた。
これを改善するために、ポリイミドフィルムのガラス転移温度を高める場合、誘電特性が低下する(誘電損失率が増加する)という問題が発生した。また、高いガラス転移温度により熱膨張係数が減少し、フレキシブル銅張積層板(Flexible Copper
Clad Laminate、FCCL)の製造時に銅箔との不整合(mismatching)が発生することもあった。
したがって、ポリイミドの特有の機械的特性、熱的特性などを一定のレベルに維持しながらも、誘電特性、特に、低誘電損失率を有するポリイミドフィルムの開発が必要とされている状況である。
On the other hand, in recent years, as electronic devices have come to incorporate a variety of functions, there is a demand for high calculation speeds and communication speeds in the electronic devices. To meet this demand, thin circuit boards capable of high-speed communication at high frequencies have been developed.
In order to realize high-frequency and high-speed communication, an insulator having high impedance capable of maintaining electrical insulation even at high frequencies is required. Since impedance is inversely proportional to the frequency and dielectric constant (Dk) formed in an insulator, the dielectric constant needs to be as low as possible in order to maintain insulation even at high frequencies.
However, the dielectric properties of ordinary polyimides are not currently excellent enough to maintain sufficient insulation properties for high frequency communications.
In addition, it is known that the lower the dielectric properties of the insulator, the less undesirable stray capacitance and noise can be generated in a thin circuit board, thereby significantly eliminating the causes of communication delays.
Therefore, the low dielectric properties of polyimide are now recognized as the most important factor in the performance of thin circuit boards.
In particular, in high frequency communication, dielectric loss due to polyimide inevitably occurs. The dielectric loss factor (Df) indicates the degree of electrical energy wasted in a thin circuit board and is closely related to the signal transmission delay that determines the communication speed. Therefore, maintaining the dielectric loss factor of polyimide as low as possible is recognized as an important factor in the performance of a thin circuit board.
In addition, the more moisture a polyimide film contains, the larger its dielectric constant becomes, and the higher its dielectric loss factor becomes. Although polyimide film has excellent inherent properties and is suitable as a material for thin circuit boards, it is relatively vulnerable to moisture due to the imide group, which exhibits polarity, and this can cause a deterioration in its insulating properties.
In particular, conventional low dielectric polyimide films have a problem in that their glass transition temperature is low, resulting in poor heat resistance, which makes it difficult to manufacture them in film form.
In order to improve this, if the glass transition temperature of the polyimide film is increased, the dielectric properties are deteriorated (the dielectric loss factor increases). In addition, the high glass transition temperature reduces the thermal expansion coefficient, which makes it difficult to manufacture flexible copper clad laminates.
In some cases, mismatching with the copper foil occurred during the manufacture of the FCC Laminate (FCCL).
Therefore, there is a need to develop a polyimide film that has dielectric properties, particularly a low dielectric loss factor, while maintaining the inherent mechanical and thermal properties of polyimide at a certain level.
そこで、上記のような問題を解決すべく、本発明は、高い寸法安定性と低誘電特性を兼ね備えるポリイミドフィルム、およびその製造方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、その具体的な実施例を提供することを実質的な目的とする。
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a polyimide film having both high dimensional stability and low dielectric properties, and a method for producing the same.
Therefore, a substantial object of the present invention is to provide a specific embodiment thereof.
上記のような目的を達成するための本発明の一実施形態は、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライド(3,3’,4,4’-Biphenyltetracarboxylic dianhydride、BPDA)を含む二無水物酸成分と、パラフェニレンジアミン(p-Phenylenediamine、PPD)を含むジアミン成分とをイミド化反応させて得られた第1ブロックと、
ベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(3,3’,4,4’-Benzophenonetetracarboxylic dianhydride、BTDA)およびピロメリティックジアンハイドライド(Pyromellitic dianhydride、PMDA)を含む二無水物酸成分と、m-トリジン(m-tolidine)を含むジアミン成分とをイミド化反応させて得られた第2ブロックと、を含むブロック共重合体を含む、ポリイミドフィルムを提供する。
In one embodiment of the present invention for achieving the above object, a first block obtained by imidizing a dianhydride component including 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and a diamine component including p-phenylenediamine (PPD) is provided;
Provided is a polyimide film comprising a block copolymer including a second block obtained by imidization reaction of a dianhydride acid component including 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA) and pyromellitic dianhydride (PMDA) with a diamine component including m-tolidine.
前記第1ブロックおよび前記第2ブロックのジアミン成分の総含量100モル%を基準として、m-トリジンの含量が15モル%以上45モル%以下であり、パラフェニレンジアミンの含量が55モル%以上85モル%以下であってもよい。
また、前記第1ブロックおよび前記第2ブロックの二無水物酸成分の総含量100モル%を基準として、ベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が20モル%以上55モル%以下であり、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が25モル%以上55モル%以下であり、ピロメリティックジアンハイドライドの含量が15モル%以上30モル%以下であってもよい。
前記ポリイミドフィルムは、誘電損失率(Df)が0.004以下であり、熱膨張係数(CTE)が19ppm/℃以下であり、ガラス転移温度(Tg)が330℃以上であってもよい。
Based on 100 mol % of the total content of the diamine components of the first block and the second block, the content of m-tolidine may be 15 mol % or more and 45 mol % or less, and the content of paraphenylenediamine may be 55 mol % or more and 85 mol % or less.
In addition, based on 100 mol% of the total content of the dianhydride acid components of the first block and the second block, the content of benzophenone tetracarboxylic dianhydride may be 20 mol% or more and 55 mol% or less, the content of biphenyl tetracarboxylic dianhydride may be 25 mol% or more and 55 mol% or less, and the content of pyromellitic dianhydride may be 15 mol% or more and 30 mol% or less.
The polyimide film may have a dielectric loss factor (Df) of 0.004 or less, a coefficient of thermal expansion (CTE) of 19 ppm/° C. or less, and a glass transition temperature (Tg) of 330° C. or more.
本発明の他の実施形態は、(a)第1二無水物酸成分および第1ジアミン成分を有機溶媒中で重合して第1ポリアミック酸を製造するステップと、
(b)第2二無水物酸成分および第2ジアミン成分を有機溶媒中で重合して第2ポリアミック酸を製造するステップと、
(c)前記第1ポリアミック酸および第2ポリアミック酸を有機溶媒中で共重合して第
3ポリアミック酸を製造するステップと、
(d)前記第3ポリアミック酸を含む前駆体組成物を支持体上に製膜した後、イミド化するステップと、を含み、
前記第1二無水物酸成分はビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライド(BPDA)を含み、
前記第2二無水物酸成分はベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(BTDA)およびピロメリティックジアンハイドライド(PMDA)を含み、
前記第1ジアミン成分はパラフェニレンジアミン(PPD)を含み、
前記第2ジアミン成分はm-トリジン(m-tolidine)を含む、ポリイミドフィルムの製造方法を提供する。
Another embodiment of the present invention is a process for producing a polyamic acid comprising the steps of: (a) polymerizing a first dianhydride acid component and a first diamine component in an organic solvent to produce a first polyamic acid;
(b) polymerizing a second dianhydride acid component and a second diamine component in an organic solvent to produce a second polyamic acid;
(c) copolymerizing the first polyamic acid and the second polyamic acid in an organic solvent to produce a third polyamic acid;
(d) forming a film of the precursor composition containing the third polyamic acid on a support, and then imidizing the film;
the first dianhydride acid component comprises biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA);
the second dianhydride acid component comprises benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA) and pyromellitic dianhydride (PMDA);
the first diamine component comprises paraphenylenediamine (PPD);
The second diamine component includes m-tolidine.
上述のように、本発明は、特定の成分および特定の組成比からなるポリイミドフィルムおよびその製造方法により、熱的寸法安定性および低誘電特性を兼ね備えるポリイミドフィルムを提供することで、このような特性が求められる多様な分野、特に、フレキシブル金属張積層板などの電子部品などに有用に適用可能である。 As described above, the present invention provides a polyimide film that combines thermal dimensional stability and low dielectric properties through a polyimide film composed of specific components and a specific composition ratio and a method for producing the same, and is therefore useful in a variety of fields where such properties are required, particularly electronic components such as flexible metal-clad laminates.
以下で、本発明に係る「ポリイミドフィルム」および「ポリイミドフィルムの製造方法」の順に発明の実施形態をより詳細に説明する。 Below, the embodiments of the invention will be described in more detail in the order of the "polyimide film" and "method of manufacturing a polyimide film" according to the present invention.
その前に、本明細書および請求範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念で解釈されなければならない。
したがって、本明細書に記載の実施例の構成は、本発明のもっとも好ましい一つの実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全部を代弁しているわけではないため、本出願時点においてこれらに代替可能な多様な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。
Before that, the terms and words used in this specification and the claims should not be interpreted limited to their ordinary and dictionary meanings, but should be interpreted in a meaning and concept that is consistent with the technical idea of the present invention, in accordance with the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to best describe his/her invention.
Therefore, it should be understood that the configurations of the embodiments described in this specification are merely one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, and therefore there may be various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of this application.
本明細書において、単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」、「備える」、または「有する」などの用語は、実施された特徴、数字、ステップ、構成要素、またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、構成要素、またはこれらの組み合わせなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除するものではないと理解されるべきである。 In this specification, the singular includes the plural unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprise", "include", "comprise", "have", and the like are intended to specify the presence of implemented features, numbers, steps, components, or combinations thereof, and should be understood not to preclude the presence or additional possibility of one or more other features, numbers, steps, components, or combinations thereof.
本明細書において、量、濃度、または他の値もしくはパラメータが、範囲、好ましい範囲、または好ましい上限値および好ましい下限値として挙げられる場合、範囲が別に開示されているかを問わず、任意の一対の任意の上側範囲の限界値または好ましい値、および任意の下側範囲の限界値または好ましい値からなる全ての範囲を具体的に開示するものとして理解されるべきである。
数値の範囲が本明細書で言及される場合、別に記載しない限り、その範囲は、その終点およびその範囲内の全ての整数と分数を含むことを意図する。本発明の範疇は、範囲を定義する際に言及される特定値に限定されないことを意図する。
Whenever an amount, concentration, or other value or parameter is recited herein as a range, a preferred range, or an upper preferred value and a lower preferred value, this is to be understood as specifically disclosing all ranges consisting of any pair of any upper range limit or preferred value, and any lower range limit or preferred value, whether or not a range is otherwise disclosed.
Where a range of numerical values is recited herein, unless otherwise stated, the range is intended to include the endpoints thereof, and all integers and fractions within the range. It is not intended that the scope of the invention be limited to the specific values recited when defining a range.
本明細書において、「二無水物酸」は、その前駆体または誘導体を含むものを意図するが、これらは、技術的には二無水物酸ではないことがあるが、それにもかかわらず、ジアミンと反応してポリアミック酸を形成するはずであり、このポリアミック酸はさらにポリイミドに変換され得る。 As used herein, "dianhydride acid" is intended to include precursors or derivatives thereof that may not technically be dianhydrides, but which nonetheless would react with a diamine to form a polyamic acid, which may be further converted to a polyimide.
本明細書において、「ジアミン」は、その前駆体または誘導体を含むものを意図するが、これらは、技術的にはジアミンではないことがあるが、それにもかかわらず、ジアンハイドライドと反応してポリアミック酸を形成するはずであり、このポリアミック酸はさらにポリイミドに変換され得る。 As used herein, "diamine" is intended to include precursors or derivatives thereof that may not technically be diamines, but which nonetheless would react with a dianhydride to form a polyamic acid, which may be further converted to a polyimide.
本発明に係るポリイミドフィルムは、
ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライド(BPDA)を含む二無水物酸成分と、パラフェニレンジアミン(PPD)を含むジアミン成分とをイミド化反応させて得られた第1ブロックと、
ベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(BTDA)およびピロメリティックジアンハイドライド(PMDA)を含む二無水物酸成分と、m-トリジン(m-tolidine)を含むジアミン成分とをイミド化反応させて得られた第2ブロックと、を含むブロック共重合体を含むポリイミドフィルムである。
The polyimide film according to the present invention is
a first block obtained by imidization reaction of a dianhydride component containing biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and a diamine component containing paraphenylenediamine (PPD);
The polyimide film includes a block copolymer including a second block obtained by imidization reaction of a dianhydride component including benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA) and pyromellitic dianhydride (PMDA) with a diamine component including m-tolidine.
前記第1ブロックおよび前記第2ブロックのジアミン成分の総含量100モル%を基準として、m-トリジンの含量が15モル%以上45モル%以下であり、パラフェニレンジアミンの含量が55モル%以上85モル%以下であってもよい。
特に、好ましくは、m-トリジンの含量は20モル%以上40モル%以下であり、パラフェニレンジアミンの含量は60モル%以上80モル%以下であってもよい。
m-トリジンは、特に、疎水性を呈するメチル基を有しているため、ポリイミドフィルムの低吸湿特性に寄与する。
Based on 100 mol % of the total content of the diamine components of the first block and the second block, the content of m-tolidine may be 15 mol % or more and 45 mol % or less, and the content of paraphenylenediamine may be 55 mol % or more and 85 mol % or less.
In particular, the content of m-tolidine may preferably be 20 mol % or more and 40 mol % or less, and the content of paraphenylenediamine may preferably be 60 mol % or more and 80 mol % or less.
In particular, m-tolidine has a methyl group that exhibits hydrophobicity, and therefore contributes to the low moisture absorption properties of the polyimide film.
また、前記第1ブロックおよび前記第2ブロックの二無水物酸成分の総含量100モル%を基準として、ベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が20モル%以上55モル%以下であり、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が25モル%以上55モル%以下であり、ピロメリティックジアンハイドライドの含量が15モル%以上30モル%以下であってもよい。
特に、好ましくは、前記ベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が25モル%以上50モル%以下であり、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が30モル%以上50モル%以下であり、ピロメリティックジアンハイドライドの含量が20モル%以上27モル%以下であってもよい。
In addition, based on 100 mol% of the total content of the dianhydride acid components of the first block and the second block, the content of benzophenone tetracarboxylic dianhydride may be 20 mol% or more and 55 mol% or less, the content of biphenyl tetracarboxylic dianhydride may be 25 mol% or more and 55 mol% or less, and the content of pyromellitic dianhydride may be 15 mol% or more and 30 mol% or less.
In particular, it is preferable that the content of the benzophenone tetracarboxylic dianhydride is 25 mol% or more and 50 mol% or less, the content of the biphenyl tetracarboxylic dianhydride is 30 mol% or more and 50 mol% or less, and the content of the pyromellitic dianhydride is 20 mol% or more and 27 mol% or less.
本発明のビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドに由来のポリイミド鎖は、電荷移動錯体(CTC:Charge transfer complex)と命名された構造、すなわち、電子供与体(electron donnor)と電子受容体(electron acceptor)が互いに近接して位置する規則的な直線構造を有することになり、分子間相互作用(intermolecular interaction)が強化される。 The polyimide chain derived from the biphenyltetracarboxylic dianhydride of the present invention has a structure named charge transfer complex (CTC), that is, a regular linear structure in which the electron donor and electron acceptor are located close to each other, and the intermolecular interaction is strengthened.
また、カルボニルグループを有しているベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドも、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドと同様にCTCの発現に寄与することになる。
このような構造は、水分との水素結合を防止する効果があるため、吸湿率を低めるのに影響し、ポリイミドフィルムの吸湿性を低める効果を極大化することができる。
In addition, benzophenone tetracarboxylic dianhydride, which has a carbonyl group, also contributes to the expression of CTC in the same manner as biphenyl tetracarboxylic dianhydride.
Such a structure has the effect of preventing hydrogen bonding with moisture, which has an effect of lowering the moisture absorption rate, and thus can maximize the effect of lowering the moisture absorption of the polyimide film.
一つの具体例において、前記二無水物酸成分は、ピロメリティックジアンハイドライドをさらに含んでもよい。ピロメリティックジアンハイドライドは相対的に強固な構造を有する二無水物酸成分であり、ポリイミドフィルムに適切な弾性を与えることができる点から好ましい。
ポリイミドフィルムが適切な弾性と吸湿率をともに満たすためには、二無水物酸の含量
比が特に重要である。例えば、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量比が減少するほど、前記CTC構造による低い吸湿率を期待しにくくなる。
In one embodiment, the dianhydride acid component may further include pyromellitic dianhydride, which is a dianhydride acid component having a relatively strong structure and is preferred in that it can impart appropriate elasticity to the polyimide film.
In order for the polyimide film to have both appropriate elasticity and moisture absorption, the content ratio of the dianhydride is particularly important. For example, the lower the content ratio of biphenyltetracarboxylic dianhydride, the less likely it is that the low moisture absorption rate due to the CTC structure will be achieved.
また、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドおよびベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドは、芳香族部分に該当するベンゼン環を2個含むのに対し、ピロメリティックジアンハイドライドは、芳香族部分に該当するベンゼン環を1個含む。 In addition, biphenyl tetracarboxylic dianhydride and benzophenone tetracarboxylic dianhydride contain two benzene rings that correspond to the aromatic portion, whereas pyromelitic dianhydride contains one benzene ring that corresponds to the aromatic portion.
二無水物酸成分において、ピロメリティックジアンハイドライドの含量の増加は、同一の分子量を基準としたときに、分子内のイミド基が増加することであると理解すればよく、これは、ポリイミド高分子鎖において、前記ピロメリティックジアンハイドライドに由来のイミド基の割合が、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドおよびベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドに由来のイミド基に比べて相対的に増加することであると理解すればよい。
すなわち、ピロメリティックジアンハイドライドの含量の増加は、ポリイミドフィルムの全体においても、イミド基の相対的な増加とみなされ、これにより、低い吸湿率を期待しにくくなる。
逆に、ピロメリティックジアンハイドライドの含量比が減少すると、強固な構造の成分が相対的に減少することになり、ポリイミドフィルムの弾性が、所望のレベル以下に低下する恐れがある。
In the dianhydride acid component, an increase in the content of pyromellitic dianhydride can be understood as an increase in the imide groups in the molecule when the same molecular weight is used as a standard, and this can be understood as a relative increase in the proportion of imide groups derived from the pyromellitic dianhydride in the polyimide polymer chain compared to the imide groups derived from biphenyltetracarboxylic dianhydride and benzophenonetetracarboxylic dianhydride.
That is, an increase in the content of pyromellitic dianhydride is regarded as a relative increase in imide groups in the entire polyimide film, which makes it difficult to expect a low moisture absorption rate.
Conversely, if the content ratio of the pyromellitic dianhydride is decreased, the components having a strong structure will relatively decrease, and there is a risk that the elasticity of the polyimide film will decrease below a desired level.
このような理由から、前記ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドおよびベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が上記の範囲を上回るか、ピロメリティックジアンハイドライドの含量が上記の範囲を下回る場合、ポリイミドフィルムの機械的物性が低下し、フレキシブル金属張積層板を製造するための適切なレベルの耐熱性を確保することができない。
逆に、前記ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドおよびベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が上記の範囲を下回るか、ピロメリティックジアンハイドライドの含量が上記の範囲を上回る場合、適切なレベルの誘電定数、誘電損失率、および吸湿率の達成が困難であるため、好ましくない。
For this reason, if the content of biphenyltetracarboxylic dianhydride and benzophenonetetracarboxylic dianhydride exceeds the above range or the content of pyromellitic dianhydride is below the above range, the mechanical properties of the polyimide film are deteriorated, and it is not possible to ensure an appropriate level of heat resistance for producing a flexible metal-clad laminate.
Conversely, if the content of the biphenyltetracarboxylic dianhydride and the benzophenonetetracarboxylic dianhydride is below the above range or the content of the pyromellitic dianhydride is above the above range, it is difficult to achieve appropriate levels of dielectric constant, dielectric loss factor, and moisture absorption rate, which is not preferred.
前記ポリイミドフィルムは、誘電損失率(Df)が0.004以下であり、熱膨張係数(CTE)が19ppm/℃以下であり、ガラス転移温度(Tg)が330℃以上であってもよい。
好ましくは、前記ポリイミドフィルムは、誘電損失率(Df)が0.0036以下であり、熱膨張係数(CTE)が13.9ppm/℃以上、18.8ppm/℃以下であり、ガラス転移温度(Tg)が335℃以上、355℃以下であってもよい。
前記ポリイミドフィルムの低い誘電損失率と高いガラス転移温度は、ブロック共重合体の第1ブロックのビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドとパラフェニレンジアミンの含量比を最適化することで確保される。特に、高いガラス転移温度によるポリイミドフィルムの耐熱性の向上により、フィルムの製膜性が確保される。
The polyimide film may have a dielectric loss factor (Df) of 0.004 or less, a coefficient of thermal expansion (CTE) of 19 ppm/° C. or less, and a glass transition temperature (Tg) of 330° C. or more.
Preferably, the polyimide film may have a dielectric loss factor (Df) of 0.0036 or less, a coefficient of thermal expansion (CTE) of 13.9 ppm/°C or more and 18.8 ppm/°C or less, and a glass transition temperature (Tg) of 335°C or more and 355°C or less.
The low dielectric loss factor and high glass transition temperature of the polyimide film are ensured by optimizing the content ratio of biphenyltetracarboxylic dianhydride and paraphenylenediamine in the first block of the block copolymer. In particular, the high glass transition temperature improves the heat resistance of the polyimide film, ensuring the film formability.
また、ブロック共重合体の第2ブロックのベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライド、ピロメリティックジアンハイドライド、およびm-トリジンの含量比の最適化により、ポリイミドフィルムの耐熱性と低誘電特性がさらに強化される。
特に、前記低誘電ポリイミドフィルムの熱膨張係数の範囲は銅箔の熱膨張係数の範囲と一致するため、FCCLの製造時における銅箔との不整合を最小化することができる。
これに関連して、誘電損失率(Df)、ガラス転移温度、および熱膨張係数を何れも満たすポリイミドフィルムは、フレキシブル金属張積層板用の絶縁フィルムとして活用可能であるだけではなく、製造されたフレキシブル金属張積層板が、10GHz以上の高周波
で信号を伝送する電気的信号伝送回路に用いられる際にも、その絶縁安定性が確保されることができ、信号伝達遅延も最小化することができる。
上記の条件を何れも有するポリイミドフィルムは、今まで知られていない新規なポリイミドフィルムであり、以下では、誘電損失率(Df)について詳細に説明する。
In addition, by optimizing the content ratio of benzophenone tetracarboxylic dianhydride, pyromellitic dianhydride, and m-tolidine in the second block of the block copolymer, the heat resistance and low dielectric properties of the polyimide film are further enhanced.
In particular, since the range of the thermal expansion coefficient of the low dielectric polyimide film coincides with the range of the thermal expansion coefficient of the copper foil, mismatch with the copper foil during the manufacture of the FCCL can be minimized.
In this regard, a polyimide film that satisfies the dielectric loss factor (Df), glass transition temperature, and thermal expansion coefficient can be used as an insulating film for flexible metal-clad laminates, and even when the manufactured flexible metal-clad laminates are used in electrical signal transmission circuits that transmit signals at high frequencies of 10 GHz or more, the insulation stability can be ensured and signal transmission delay can be minimized.
A polyimide film satisfying all of the above conditions is a novel polyimide film that has not been known until now, and the dielectric loss factor (Df) will be described in detail below.
<誘電損失率>
「誘電損失率」は、分子の摩擦が、交番電場により引き起こされた分子運動を妨害する時に、誘電体(または絶縁体)により消滅される力を意味する。
誘電損失率の値は、電荷の消失(誘電損失)の容易さを表す指数として通常用いられ、誘電損失率が高いほど電荷が消失されやすくなり、逆に誘電損失率が低いほど電荷が消失されにくくなる。つまり、誘電損失率は電力損失の尺度であって、誘電損失率が低いほど、電力損失による信号伝送遅延が緩和され、通信速度が速く維持されることができる。
これは、絶縁フィルムであるポリイミドフィルムに強く求められることであり、本発明に係るポリイミドフィルムは、10GHzの非常に高い周波数下で、誘電損失率が0.004以下であることができる。
<Dielectric loss factor>
"Dielectric loss factor" refers to the force dissipated by a dielectric (or insulator) when molecular friction impedes molecular motion induced by an alternating electric field.
The dielectric loss factor is usually used as an index that indicates the ease of loss of electric charge (dielectric loss), and the higher the dielectric loss factor, the easier it is for electric charge to be lost, and conversely, the lower the dielectric loss factor, the harder it is for electric charge to be lost. In other words, the dielectric loss factor is a measure of power loss, and the lower the dielectric loss factor, the more the signal transmission delay caused by power loss is alleviated, and the faster the communication speed can be maintained.
This is a strong requirement for a polyimide film, which is an insulating film, and the polyimide film according to the present invention can have a dielectric loss factor of 0.004 or less at a very high frequency of 10 GHz.
本発明において、ポリアミック酸の製造としては、例えば、
(1)ジアミン成分の全量を溶媒中に入れ、その後、二無水物酸成分をジアミン成分と実質的に等モルとなるように添加して重合する方法;
(2)二無水物酸成分の全量を溶媒中に入れ、その後、ジアミン成分を二無水物酸成分と実質的に等モルとなるように添加して重合する方法;
(3)ジアミン成分の一部成分を溶媒中に入れた後、反応成分に対して、二無水物酸成分の一部成分を約95~105モル%の割合で混合した後、残りのジアミン成分を添加し、これに連続して残りの二無水物酸成分を添加して、ジアミン成分および二無水物酸成分が実質的に等モルとなるようにして重合する方法;
(4)二無水物酸成分を溶媒中に入れた後、反応成分に対して、ジアミン化合物の一部成分を95~105モル%の割合で混合した後、他の二無水物酸成分を添加し、引き続き、残りのジアミン成分を添加して、ジアミン成分および二無水物酸成分が実質的に等モルとなるようにして重合する方法;
(5)溶媒中で、一部のジアミン成分と一部の二無水物酸成分を何れか一方が過量となるように反応させて第1組成物を形成し、他の溶媒中で、一部のジアミン成分と一部の二無水物酸成分を何れか一方が過量となるように反応させて第2組成物を形成した後、第1、第2組成物を混合し、重合を完結する方法であって、この際、第1組成物の形成時にジアミン成分が過剰である場合には、第2組成物では二無水物酸成分を過量とし、第1組成物で二無水物酸成分が過剰である場合には、第2組成物ではジアミン成分を過量として第1、第2組成物を混合することで、これらの反応に用いられる全ジアミン成分と二無水物酸成分が実質的に等モルとなるようにして重合する方法などが挙げられる。
但し、前記重合方法が上記の例のみに限定されるものではなく、前記第1~第3ポリアミック酸の製造では、公知の何れの方法を用いてもよいことは言うまでもない。
In the present invention, the polyamic acid can be produced, for example, by
(1) A method in which the entire amount of the diamine component is placed in a solvent, and then a dianhydride component is added in an amount substantially equimolar to the diamine component to polymerize it;
(2) A method in which the entire amount of the dianhydride component is placed in a solvent, and then a diamine component is added in an amount substantially equimolar to the dianhydride component to polymerize the mixture;
(3) A method in which a part of the diamine component is placed in a solvent, a part of the dianhydride component is mixed in a ratio of about 95 to 105 mol % based on the reaction components, the remaining diamine component is added, and the remaining dianhydride component is added continuously thereto, so that the diamine component and the dianhydride component are polymerized in substantially equimolar amounts;
(4) A method in which a dianhydride component is placed in a solvent, a portion of a diamine compound is mixed in a ratio of 95 to 105 mol % based on the reaction components, and then another dianhydride component is added, followed by the remaining diamine component, so that the diamine component and the dianhydride component are substantially equimolar, thereby polymerizing the mixture;
(5) A method of forming a first composition by reacting a part of the diamine component and a part of the dianhydride acid component in a solvent so that one of them is in an excess amount, and forming a second composition by reacting a part of the diamine component and a part of the dianhydride acid component in another solvent so that one of them is in an excess amount, and then mixing the first and second compositions to complete polymerization, in which, if the diamine component is in excess when the first composition is formed, the dianhydride acid component is in an excess amount in the second composition, and if the dianhydride acid component is in excess in the first composition, the first and second compositions are mixed together to polymerize so that the total amount of diamine components and dianhydride acid components used in these reactions are substantially equimolar.
However, the polymerization method is not limited to the above example, and it goes without saying that any known method may be used to produce the first to third polyamic acids.
一つの具体例において、本発明に係るポリイミドフィルムの製造方法は、
(a)第1二無水物酸成分および第1ジアミン成分を有機溶媒中で重合して第1ポリアミック酸を製造するステップと、
(b)第2二無水物酸成分および第2ジアミン成分を有機溶媒中で重合して第2ポリアミック酸を製造するステップと、
(c)前記第1ポリアミック酸および第2ポリアミック酸を有機溶媒中で共重合して第3ポリアミック酸を製造するステップと、
(d)前記第3ポリアミック酸を含む前駆体組成物を支持体上に製膜した後、イミド化するステップと、を含み、
前記第1二無水物酸成分はビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライド(B
PDA)を含み、
前記第2二無水物酸成分はベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(BTDA)およびピロメリティックジアンハイドライド(PMDA)を含み、
前記第1ジアミン成分はパラフェニレンジアミン(PPD)を含み、
前記第2ジアミン成分はm-トリジン(m-tolidine)を含んでもよい。
前記第1ジアミン成分および前記第2ジアミン成分の総含量100モル%を基準として、m-トリジンの含量が15モル%以上45モル%以下であり、パラフェニレンジアミンの含量が55モル%以上85モル%以下であってもよい。
In one embodiment, the method for producing a polyimide film according to the present invention includes the steps of:
(a) polymerizing a first dianhydride acid component and a first diamine component in an organic solvent to produce a first polyamic acid;
(b) polymerizing a second dianhydride acid component and a second diamine component in an organic solvent to produce a second polyamic acid;
(c) copolymerizing the first polyamic acid and the second polyamic acid in an organic solvent to produce a third polyamic acid;
(d) forming a film of the precursor composition containing the third polyamic acid on a support, and then imidizing the film;
The first dianhydride acid component is biphenyltetracarboxylic dianhydride (B
PDAs),
the second dianhydride acid component comprises benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA) and pyromellitic dianhydride (PMDA);
the first diamine component comprises paraphenylenediamine (PPD);
The second diamine component may include m-tolidine.
Based on 100 mol % of the total content of the first diamine component and the second diamine component, the content of m-tolidine may be 15 mol % to 45 mol % and the content of paraphenylenediamine may be 55 mol % to 85 mol %.
また、前記第1二無水物酸および前記第2二無水物酸成分の総含量100モル%を基準として、ベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が20モル%以上55モル%以下であり、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が25モル%以上55モル%以下であり、ピロメリティックジアンハイドライドの含量が15モル%以上30モル%以下であってもよい。 Also, based on a total content of the first dianhydride and the second dianhydride components of 100 mol%, the content of benzophenone tetracarboxylic dianhydride may be 20 mol% or more and 55 mol% or less, the content of biphenyl tetracarboxylic dianhydride may be 25 mol% or more and 55 mol% or less, and the content of pyromellitic dianhydride may be 15 mol% or more and 30 mol% or less.
本発明では、上記のようなポリアミック酸の重合方法を任意(random)重合方式と定義することができ、上記のようなステップにより製造された本発明のポリアミック酸から製造されたポリイミドフィルムは、誘電損失率(Df)および吸湿率を低める本発明の効果を極大化する点から好ましく適用可能である。 In the present invention, the above-mentioned polyamic acid polymerization method can be defined as a random polymerization method, and the polyimide film produced from the polyamic acid of the present invention produced by the above-mentioned steps can be preferably applied in terms of maximizing the effect of the present invention, which is to reduce the dielectric loss factor (Df) and moisture absorption rate.
但し、前記重合方法は、前述の高分子鎖内の繰り返し単位の長さが相対的に短く製造されるため、二無水物酸成分に由来のポリイミド鎖が有するそれぞれの優れた特性を発揮するには限界があり得る。よって、本発明で特に好ましく使用可能なポリアミック酸の重合方法は、ブロック重合方式であってよい。 However, the above-mentioned polymerization method produces a polymer chain with a relatively short repeating unit length, so there may be a limit to the excellent properties of the polyimide chain derived from the dianhydride acid component. Therefore, a method for polymerizing polyamic acid that can be particularly preferably used in the present invention may be a block polymerization method.
一方、ポリアミック酸を合成するための溶媒は特に限定されなく、ポリアミック酸を溶解させる溶媒であれば何れの溶媒も使用可能であるが、アミド系溶媒であることが好ましい。
具体的には、前記溶媒は有機極性溶媒であってもよく、詳細には、非プロトン性極性溶媒(aprotic polar solvent)であってもよい。例えば、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-ピロリドン(NMP)、ガンマブチロラクトン(GBL)、ジグリム(Diglyme)からなる群から選択される1つ以上であってもよいが、これに制限されず、必要に応じて、単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
一つの例において、前記溶媒は、N,N-ジメチルホルムアミドおよびN,N-ジメチルアセトアミドが特に好ましく使用できる。
On the other hand, the solvent for synthesizing the polyamic acid is not particularly limited, and any solvent that dissolves the polyamic acid can be used, but an amide-based solvent is preferable.
Specifically, the solvent may be an organic polar solvent, and more specifically, may be an aprotic polar solvent, for example, one or more selected from the group consisting of N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide, N-methyl-pyrrolidone (NMP), gamma-butyrolactone (GBL), and diglyme, but is not limited thereto, and may be used alone or in combination of two or more kinds as necessary.
In one example, the solvent is preferably N,N-dimethylformamide or N,N-dimethylacetamide.
また、ポリアミック酸の製造工程では、摺動性、熱伝導性、耐コロナ性、ループスティフネスなどのフィルムの諸特性を改善する目的で、充填材を添加してもよい。添加される充填材としては特に限定されないが、好ましい例としては、シリカ、酸化チタン、アルミナ、窒化珪素、窒化ホウ素、リン酸水素カルシウム、リン酸カルシウム、雲母などが挙げられる。 In addition, in the manufacturing process of polyamic acid, a filler may be added to improve various film properties such as sliding properties, thermal conductivity, corona resistance, and loop stiffness. There are no particular limitations on the filler to be added, but preferred examples include silica, titanium oxide, alumina, silicon nitride, boron nitride, calcium hydrogen phosphate, calcium phosphate, and mica.
充填材の粒径は特に限定されず、改質すべきフィルム特性と添加する充填材の種類によって決定すればよい。一般には、平均粒径が0.05~100μm、好ましくは0.1~75μm、さらに好ましくは0.1~50μm、特に好ましくは0.1~25μmである。
粒径がこの範囲を下回ると、改質の効果が現れにくく、この範囲を上回ると、表面性が大きく損なわれるか、機械的特性が大きく低下することがある。
The particle size of the filler is not particularly limited and may be determined depending on the film properties to be modified and the type of filler to be added. In general, the average particle size is 0.05 to 100 μm, preferably 0.1 to 75 μm, more preferably 0.1 to 50 μm, and particularly preferably 0.1 to 25 μm.
If the particle size is below this range, the effect of the modification is unlikely to be apparent, whereas if the particle size exceeds this range, the surface properties may be significantly impaired or the mechanical properties may be significantly reduced.
また、充填材の添加量についても特に限定されず、改質すべきフィルム特性や充填材の粒径などによって決定すればよい。一般に、充填材の添加量は、ポリイミド100重量部に対して0.01~100重量部、好ましくは0.01~90重量部、さらに好ましくは0.02~80重量部である。
充填材の添加量がこの範囲を下回ると、充填材による改質の効果が現れにくく、この範囲を上回ると、フィルムの機械的特性が大きく損なわれる可能性がある。充填材の添加方法は特に限定されず、公知の何れの方法を用いてもよい。
The amount of the filler to be added is not particularly limited, and may be determined depending on the film properties to be modified, the particle size of the filler, etc. In general, the amount of the filler to be added is 0.01 to 100 parts by weight, preferably 0.01 to 90 parts by weight, and more preferably 0.02 to 80 parts by weight, per 100 parts by weight of polyimide.
If the amount of the filler added is less than this range, the effect of the filler modification is unlikely to be observed, and if the amount exceeds this range, the mechanical properties of the film may be significantly impaired. The method of adding the filler is not particularly limited, and any known method may be used.
本発明の製造方法において、ポリイミドフィルムは、熱イミド化法および化学イミド化法により製造されることができる。
また、熱イミド化法および化学イミド化法が併行される複合イミド化法により製造されることもできる。
In the production method of the present invention, the polyimide film can be produced by a thermal imidization method or a chemical imidization method.
It can also be produced by a hybrid imidization method in which thermal imidization and chemical imidization are carried out simultaneously.
前記熱イミド化法とは、化学的触媒を排除し、熱風や赤外線乾燥器などの熱源でイミド化反応を誘導する方法である。
前記熱イミド化法は、前記ゲルフィルムを100~600℃の範囲の可変温度で熱処理することで、ゲルフィルムに存在するアミック酸基をイミド化することができ、詳細には200~500℃、より詳細には300~500℃で熱処理することで、ゲルフィルムに存在するアミック酸基をイミド化することができる。
但し、ゲルフィルムを形成する過程でもアミック酸の一部(約0.1モル%~10モル%)がイミド化することができ、そのために、50℃~200℃の範囲の可変温度でポリアミック酸組成物を乾燥することができ、これも前記熱イミド化法の範疇に含まれ得る。
化学イミド化法は、当業界で公知の方法により脱水剤およびイミド化剤を用いてポリイミドフィルムを製造することができる。
複合イミド化法の一例として、ポリアミック酸溶液に脱水剤およびイミド化剤を投入した後、80~200℃、好ましくは100~180℃で加熱し、部分的に硬化および乾燥した後、200~400℃で5~400秒間加熱することで、ポリイミドフィルムを製造することができる。
The thermal imidization method is a method in which a chemical catalyst is excluded and the imidization reaction is induced by a heat source such as hot air or an infrared drier.
The thermal imidization method can imidize the amic acid groups present in the gel film by heat-treating the gel film at a variable temperature in the range of 100 to 600°C, specifically, by heat-treating the gel film at 200 to 500°C, more specifically, by heat-treating the gel film at 300 to 500°C, the amic acid groups present in the gel film can be imidized.
However, a portion of the amic acid (about 0.1 mol % to 10 mol %) can be imidized during the process of forming the gel film, and therefore the polyamic acid composition can be dried at a variable temperature in the range of 50° C. to 200° C., which can also be included in the category of the thermal imidization method.
The chemical imidization method can produce a polyimide film using a dehydrating agent and an imidization agent by methods known in the art.
As an example of the composite imidization method, a dehydrating agent and an imidization agent are added to a polyamic acid solution, which is then heated at 80 to 200° C., preferably 100 to 180° C., partially cured and dried, and then heated at 200 to 400° C. for 5 to 400 seconds to produce a polyimide film.
以上のような製造方法により製造された本発明のポリイミドフィルムは、誘電損失率(Df)が0.004以下であり、熱膨張係数(CTE)が19ppm/℃以下であり、ガラス転移温度(Tg)が330℃以上であることができる。 The polyimide film of the present invention produced by the above-mentioned production method can have a dielectric loss factor (Df) of 0.004 or less, a coefficient of thermal expansion (CTE) of 19 ppm/°C or less, and a glass transition temperature (Tg) of 330°C or more.
本発明は、上述のポリイミドフィルムと熱可塑性樹脂層を含む多層フィルム、および上述のポリイミドフィルムと電気伝導性の金属箔を含むフレキシブル金属張積層板を提供する。 The present invention provides a multilayer film including the above-mentioned polyimide film and a thermoplastic resin layer, and a flexible metal-clad laminate including the above-mentioned polyimide film and an electrically conductive metal foil.
前記熱可塑性樹脂層としては、例えば、熱可塑性ポリイミド樹脂層などが適用可能である。 The thermoplastic resin layer may be, for example, a thermoplastic polyimide resin layer.
使用する金属箔としては、特に限定されないが、電子機器または電気機器の用途に本発明のフレキシブル金属張積層板を用いる場合には、例えば、銅または銅合金、ステンレス鋼またはその合金、ニッケルまたはニッケル合金(42合金も含む)、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む金属箔であってもよい。
一般的なフレキシブル金属張積層板では、圧延銅箔、電解銅箔といった銅箔が多く用いられており、本発明でも好ましく使用できる。また、これらの金属箔の表面には、防錆層、耐熱層、または接着層が塗布されていてもよい。
本発明において、前記金属箔の厚さについては特に限定されるものではなく、その用途に応じて、十分な機能を発揮できる厚さであればよい。
The metal foil to be used is not particularly limited, but when the flexible metal-clad laminate of the present invention is used for electronic or electrical equipment applications, the metal foil may be, for example, copper or a copper alloy, stainless steel or an alloy thereof, nickel or a nickel alloy (including alloy 42), or aluminum or an aluminum alloy.
In general flexible metal-clad laminates, copper foils such as rolled copper foils and electrolytic copper foils are often used, and can be preferably used in the present invention. In addition, the surface of these metal foils may be coated with an anti-rust layer, a heat-resistant layer, or an adhesive layer.
In the present invention, the thickness of the metal foil is not particularly limited, and may be any thickness that can exhibit sufficient function depending on the application.
本発明に係るフレキシブル金属張積層板は、前記ポリイミドフィルムの一面に金属箔がラミネートされているか、前記ポリイミドフィルムの一面に熱可塑性ポリイミドを含有する接着層が付加されており、前記金属箔が接着層に付着した状態でラミネートされている構造であってもよい。
本発明は、また、前記フレキシブル金属張積層板を電気的信号伝送回路として含む電子部品を提供する。前記電気的信号伝送回路は、少なくとも2GHzの高周波、詳細には、少なくとも5GHzの高周波、さらに詳細には、少なくとも10GHzの高周波で信号を伝送する電子部品であることができる。
前記電子部品は、例えば、携帯端末機用通信回路、コンピュータ用通信回路、または宇宙航空用通信回路であってもよいが、これに限定されるものではない。
The flexible metal-clad laminate according to the present invention may have a structure in which a metal foil is laminated on one side of the polyimide film, or an adhesive layer containing a thermoplastic polyimide is added to one side of the polyimide film, and the metal foil is laminated in a state of adhering to the adhesive layer.
The present invention also provides an electronic component including the flexible metal-clad laminate as an electrical signal transmission circuit, the electrical signal transmission circuit being an electronic component that transmits signals at a high frequency of at least 2 GHz, particularly at a high frequency of at least 5 GHz, and more particularly at a high frequency of at least 10 GHz.
The electronic component may be, for example, but is not limited to, a communication circuit for a mobile terminal, a communication circuit for a computer, or a communication circuit for an aerospace application.
以下、発明の具体的な実施例により、発明の作用および効果をより詳述する。但し、このような実施例は、発明の例示として提示されるものにすぎず、これにより発明の権利範囲が決まるのではない。 Below, the functions and effects of the invention will be described in more detail using specific examples of the invention. However, these examples are presented only as examples of the invention, and do not determine the scope of the invention's rights.
<製造例>
撹拌器および窒素注入・排出管を備えた500mlの反応器に窒素を注入させながらDMFを投入し、反応器の温度を30℃以下に設定した後、ジアミン成分としてパラフェニレンジアミンと、二無水物酸成分としてビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドを投入し、完全に溶解されたことを確認した。窒素雰囲気下で、40℃に温度を上げて加熱しつつ120分間撹拌を続いた後、23℃での粘度が200,000cPを示す第1ポリアミック酸を製造した。
撹拌器および窒素注入・排出管を備えた500mlの反応器に窒素を注入させながらNMPを投入し、反応器の温度を30℃に設定した後、ジアミン成分としてm-トリジン、二無水物酸成分としてベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドおよびピロメリティックジアンハイドライドを投入し、完全に溶解されたことを確認した。窒素雰囲気下で、40℃に温度を上げて加熱しつつ120分間撹拌を続いた後、23℃での粘度が200,000cPを示す第2ポリアミック酸を製造した。
次いで、前記第1ポリアミック酸および第2ポリアミック酸を、窒素雰囲気下で40℃に温度を上げて加熱しつつ120分間撹拌を続いた後、23℃での最終粘度が200,000cPを示し、ジアミン成分および二無水物酸成分を下記表1のように含む第3ポリアミック酸を製造した。
上記で製造された第3ポリアミック酸を、1,500rpm以上の高速回転により気泡を除去した。その後、スピンコータを用いて、ガラス基板に脱泡されたポリイミド前駆体組成物を塗布した。その後、窒素雰囲気下および120℃の温度で30分間乾燥してゲルフィルムを製造し、前記ゲルフィルムを450℃まで2℃/分の速度で昇温し、450℃で60分間熱処理し、30℃まで2℃/分の速度で冷却することで、ポリイミドフィルムを得た。
その後、蒸留水にディッピング(dipping)し、ガラス基板からポリイミドフィルムを剥離させた。製造されたポリイミドフィルムの厚さは15μmであった。製造されたポリイミドフィルムの厚さは、Anritsu社のフィルム厚さ測定器(Electric Film thickness tester)を用いて測定した。
<Production Example>
DMF was added to a 500 ml reactor equipped with a stirrer and nitrogen inlet/outlet tubes while injecting nitrogen, and the temperature of the reactor was set to 30° C. or less, and then paraphenylenediamine as a diamine component and biphenyltetracarboxylic dianhydride as a dianhydride component were added and confirmed to be completely dissolved. After stirring for 120 minutes while heating to 40° C. under a nitrogen atmosphere, a first polyamic acid having a viscosity of 200,000 cP at 23° C. was produced.
NMP was added to a 500 ml reactor equipped with a stirrer and nitrogen inlet/outlet tubes while injecting nitrogen, and the temperature of the reactor was set to 30° C., and then m-tolidine as a diamine component, and benzophenone tetracarboxylic dianhydride and pyromellitic dianhydride as dianhydride components were added and confirmed to be completely dissolved. After stirring for 120 minutes while heating to 40° C. under a nitrogen atmosphere, a second polyamic acid having a viscosity of 200,000 cP at 23° C. was produced.
Next, the first polyamic acid and the second polyamic acid were heated to 40° C. under a nitrogen atmosphere and stirred for 120 minutes to produce a third polyamic acid having a final viscosity of 200,000 cP at 23° C. and containing a diamine component and a dianhydride component as shown in Table 1 below.
The third polyamic acid prepared above was rotated at a high speed of 1,500 rpm or more to remove bubbles. The defoamed polyimide precursor composition was then applied to a glass substrate using a spin coater. The composition was then dried for 30 minutes at 120° C. under a nitrogen atmosphere to prepare a gel film. The gel film was heated to 450° C. at a rate of 2° C./min, heat-treated at 450° C. for 60 minutes, and cooled to 30° C. at a rate of 2° C./min to obtain a polyimide film.
Then, the polyimide film was peeled off from the glass substrate by dipping in distilled water. The thickness of the polyimide film was 15 μm. The thickness of the polyimide film was measured using an Electric Film Thickness Tester manufactured by Anritsu Corporation.
<実施例1~4および比較例1~5>
前述の製造例により製造するに際し、二無水物酸成分およびジアミン成分の組成比を下記表1に示すように調節した。
但し、比較例3は、第1ポリアミック酸および第2ポリアミック酸の製造時に、それぞれ13mol%と15mol%のベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドを使用した。
<Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5>
When the above-mentioned production examples were used, the composition ratios of the dianhydride acid component and the diamine component were adjusted as shown in Table 1 below.
However, in Comparative Example 3, 13 mol % and 15 mol % of benzophenone tetracarboxylic dianhydride were used in producing the first polyamic acid and the second polyamic acid, respectively.
<実験例>誘電損失率、熱膨張係数、およびガラス転移温度の評価
実施例1~実施例4、および比較例1~比較例5でそれぞれ製造したポリイミドフィルムに対して、誘電損失率、熱膨張係数、およびガラス転移温度を測定し、その結果を下記表2に示した。
(1)誘電損失率の測定
誘電損失率(Df)は、抵抗計Agilent4294Aを用いて、フレキシブル金属張積層板を72時間放置して測定した
(2)熱膨張係数の測定
熱膨張係数(CTE)は、TA社の熱機械分析器(thermomechanical
analyzer)Q400モデルを用い、ポリイミドフィルムを幅4mm、長さ20mmに切り出した後、窒素雰囲気下で0.05Nの張力を加えながら、10℃/minの速度で常温から300℃まで昇温後、さらに10℃/minの速度で冷却しつつ、100℃から200℃の区間の勾配を測定した。
(3)ガラス転移温度の測定
ガラス転移温度(Tg)は、DMAを用いて各フィルムの損失弾性率と貯蔵弾性率を求め、これらのタンジェントグラフで変曲点をガラス転移温度として測定した。
<Experimental Example> Evaluation of Dielectric Loss Factor, Thermal Expansion Coefficient, and Glass Transition Temperature The dielectric loss factor, thermal expansion coefficient, and glass transition temperature of the polyimide films produced in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were measured, and the results are shown in Table 2 below.
(1) Measurement of dielectric loss factor
The dielectric loss factor (Df) was measured using an Agilent 4294A resistance meter by leaving the flexible metal-clad laminate for 72 hours.
(2) Measurement of thermal expansion coefficient
The coefficient of thermal expansion (CTE) was measured using a thermomechanical analyzer from TA.
Using a Thermocouple Analyzer Q400 model, the polyimide film was cut into a width of 4 mm and a length of 20 mm, and then the film was heated from room temperature to 300°C at a rate of 10°C/min while applying a tension of 0.05 N under a nitrogen atmosphere, and then cooled at a rate of 10°C/min while measuring the gradient in the range from 100°C to 200°C.
(3) Measurement of glass transition temperature
The glass transition temperature (T g ) was measured by determining the loss modulus and storage modulus of each film using DMA, and taking the inflection point in the tangent graph of these as the glass transition temperature.
前記表2に示したように、本発明の実施例により製造されたポリイミドフィルムは、誘電損失率が0.004以下であって、著しく低い誘電損失率を示すだけでなく、熱膨張係数およびガラス転移温度が所望のレベルであることが確認できる。
つまり、熱膨張係数の範囲が13.9~18.8ppm/℃であって、19ppm/℃以下の範囲に該当し、これは、FCCLに用いられる銅箔の熱膨張係数の範囲(約14~19ppm/℃)にも該当するため、FCCLの製造時におけるポリイミドフィルムと銅箔との不整合を最小化することができる。
また、ガラス転移温度が330℃以上に該当し、本発明のポリイミドフィルムの耐熱性が適切なレベルであることが確認できた。
このような結果は、本願で特定された成分および組成比により達成されることであり、各成分の含量が決定的な役割を果たすことが分かる。
As shown in Table 2, the polyimide film prepared according to the embodiment of the present invention not only exhibits a significantly low dielectric loss factor of 0.004 or less, but also has a desired level of thermal expansion coefficient and glass transition temperature.
That is, the range of the thermal expansion coefficient is 13.9 to 18.8 ppm/° C., which corresponds to a range of 19 ppm/° C. or less, which also corresponds to the range of the thermal expansion coefficient of copper foil used in FCCLs (about 14 to 19 ppm/° C.), so that it is possible to minimize mismatch between the polyimide film and the copper foil during the manufacture of FCCLs.
Moreover, the glass transition temperature was 330° C. or higher, and it was confirmed that the heat resistance of the polyimide film of the present invention was at an appropriate level.
These results are achieved by the components and composition ratios specified herein, and it is understood that the content of each component plays a decisive role.
これに対し、実施例と異なる組成比を有する比較例1~5のポリイミドフィルムは、実施例のポリイミドフィルムと比べて、誘電損失率、熱膨張係数、およびガラス転移温度の何れか一側面以上で、ギガ単位の高周波で信号の伝送が行われる電子部品に用いられるには困難さがあると予想される。 In contrast, the polyimide films of Comparative Examples 1 to 5, which have composition ratios different from those of the Examples, are expected to have difficulty being used in electronic components that transmit signals at high frequencies in the gigahertz range in at least one aspect of the dielectric loss factor, thermal expansion coefficient, and glass transition temperature compared to the polyimide films of the Examples.
以上、本発明の実施例を参照して説明したが、本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、上記の内容に基づき、本発明の範疇内で多様な応用および変形を行うことが可能である。 The present invention has been described above with reference to examples, but anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains can make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above content.
本発明は、特定の成分および特定の組成比からなるポリイミドフィルム、およびその製造方法により、熱的寸法安定性および低誘電特性を兼ね備えるポリイミドフィルムを提供することで、かかる特性が求められる多様な分野、特に、フレキシブル金属張積層板などの電子部品などに有用に適用可能である。
The present invention provides a polyimide film consisting of specific components and in a specific composition ratio, and a method for producing the same, which provides a polyimide film having both thermal dimensional stability and low dielectric properties. The polyimide film can be usefully applied in various fields where such properties are required, particularly to electronic components such as flexible metal-clad laminates.
Claims (5)
ベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(BTDA)およびピロメリティックジアンハイドライド(PMDA)を含む二無水物酸成分と、m-トリジン(m-tolidine)を含むジアミン成分とをイミド化反応させて得られた第2ブロックと、を含むブロック共重合体を含み、
前記第1ブロックおよび前記第2ブロックのジアミン成分の総含量100モル%を基準として、m-トリジンの含量が15モル%以上45モル%以下であり、パラフェニレンジアミンの含量が55モル%以上85モル%以下であり、
前記第1ブロックおよび前記第2ブロックの二無水物酸成分の総含量100モル%を基準として、ベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が20モル%以上55モル%以下であり、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が25モル%以上55モル%以下であり、ピロメリティックジアンハイドライドの含量が15モル%以上30モル%以下であり、かつ
誘電損失率(Df)が0.004以下であり、熱膨張係数(CTE)が19ppm/℃以下であり、ガラス転移温度(Tg)が330℃以上である、
ポリイミドフィルム。 a first block obtained by imidization reaction of a dianhydride component containing biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) and a diamine component containing paraphenylenediamine (PPD);
The block copolymer includes a second block obtained by imidization reaction of a dianhydride component including benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA) and pyromellitic dianhydride (PMDA) with a diamine component including m-tolidine,
The content of m-tolidine is 15 mol% or more and 45 mol% or less, and the content of p-phenylenediamine is 55 mol% or more and 85 mol% or less, based on 100 mol% of the total content of the diamine components of the first block and the second block;
The content of benzophenone tetracarboxylic dianhydride is 20 mol% or more and 55 mol% or less, the content of biphenyl tetracarboxylic dianhydride is 25 mol% or more and 55 mol% or less, and the content of pyromellitic dianhydride is 15 mol% or more and 30 mol% or less, based on 100 mol% of the total content of dianhydride acid components of the first block and the second block;
The dielectric loss factor (Df) is 0.004 or less, the coefficient of thermal expansion (CTE) is 19 ppm/°C or less, and the glass transition temperature (Tg) is 330°C or more.
Polyimide film.
(b)第2二無水物酸成分および第2ジアミン成分を有機溶媒中で重合して第2ポリアミック酸を製造するステップと、
(c)前記第1ポリアミック酸および第2ポリアミック酸を有機溶媒中で共重合して第3ポリアミック酸を製造するステップと、
(d)前記第3ポリアミック酸を含む前駆体組成物を支持体上に製膜した後、イミド化するステップと、を含み、
前記第1二無水物酸成分はビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライド(BPDA)を含み、
前記第2二無水物酸成分はベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(BTDA)およびピロメリティックジアンハイドライド(PMDA)を含み、
前記第1ジアミン成分はパラフェニレンジアミン(PPD)を含み、
前記第2ジアミン成分はm-トリジン(m-tolidine)を含む、ポリイミドフィルムの製造方法であり、
前記第1ジアミンおよび前記第2ジアミン成分の総含量100モル%を基準として、m-トリジンの含量が15モル%以上45モル%以下であり、パラフェニレンジアミンの含量が55モル%以上85モル%以下であり、
前記第1二無水物酸および前記第2二無水物酸成分の総含量100モル%を基準として、ベンゾフェノンテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が20モル%以上55モル%以下であり、ビフェニルテトラカルボキシリックジアンハイドライドの含量が25モル%以上55モル%以下であり、ピロメリティックジアンハイドライドの含量が15モル%以上30モル%以下であり、かつ
前記ポリイミドフィルムの誘電損失率(Df)が0.004以下であり、前記ポリイミドフィルムの熱膨張係数(CTE)が19ppm/℃以下であり、前記ポリイミドフィルムのガラス転移温度(Tg)が330℃以上である、
ポリイミドフィルムの製造方法。 (a) polymerizing a first dianhydride acid component and a first diamine component in an organic solvent to produce a first polyamic acid;
(b) polymerizing a second dianhydride acid component and a second diamine component in an organic solvent to produce a second polyamic acid;
(c) copolymerizing the first polyamic acid and the second polyamic acid in an organic solvent to produce a third polyamic acid;
(d) forming a film of the precursor composition containing the third polyamic acid on a support, and then imidizing the film;
the first dianhydride acid component comprises biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA);
the second dianhydride acid component comprises benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA) and pyromellitic dianhydride (PMDA);
the first diamine component comprises paraphenylenediamine (PPD);
The second diamine component includes m-tolidine,
The content of m-tolidine is 15 mol% to 45 mol% and the content of p-phenylenediamine is 55 mol% to 85 mol% based on 100 mol% of the total content of the first diamine and the second diamine components,
Based on a total content of the first dianhydride and the second dianhydride components (100 mol%), the content of benzophenone tetracarboxylic dianhydride is 20 mol% to 55 mol%, the content of biphenyl tetracarboxylic dianhydride is 25 mol% to 55 mol%, and the content of pyromellitic dianhydride is 15 mol% to 30 mol%,
The polyimide film has a dielectric loss factor (Df) of 0.004 or less, a coefficient of thermal expansion (CTE) of 19 ppm/°C or less, and a glass transition temperature (Tg) of 330°C or more.
A method for producing a polyimide film.
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