DE112019005062T5 - Thermal substrates - Google Patents
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Abstract
Ein thermisches Substrat umfasst einen Mehrschichtfilm, eine erste leitende Schicht, die haftend auf der ersten äußeren Schicht des Mehrschichtfilms aufgebracht ist, und eine zweite leitende Schicht, die haftend auf der zweiten äußeren Schicht des Mehrschichtfilms aufgebracht ist. Der Mehrschichtfilm umfasst eine erste äußere Schicht, die ein erstes thermoplastisches Polyimid umfasst, eine Kernschicht, die ein Polyimid umfasst, und eine zweite äußere Schicht, die ein zweites thermoplastisches Polyimid umfasst. Der Mehrschichtfilm weist eine Gesamtdicke in einem Bereich von 5 bis 150 µm auf, und die erste äußere Schicht, die Kernschicht und die zweite äußere Schicht umfassen jeweils einen wärmeleitfähigen Füllstoff. Die erste leitfähige Schicht und die zweite leitfähige Schicht weisen jeweils eine Dicke in einem Bereich von 250 bis 3000 µm auf.A thermal substrate comprises a multilayer film, a first conductive layer adhered to the first outer layer of the multilayer film, and a second conductive layer adhered to the second outer layer of the multilayer film. The multilayer film includes a first outer layer comprising a first thermoplastic polyimide, a core layer comprising a polyimide, and a second outer layer comprising a second thermoplastic polyimide. The multilayer film has a total thickness in a range from 5 to 150 µm, and the first outer layer, the core layer and the second outer layer each comprise a thermally conductive filler. The first conductive layer and the second conductive layer each have a thickness in a range from 250 to 3000 μm.
Description
GEBIET DER OFFENBARUNGFIELD OF REVELATION
Die vorliegende Offenbarung liegt auf dem Gebiet der thermischen Substrate.The present disclosure is in the field of thermal substrates.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNGBACKGROUND OF THE REVELATION
In der Leistungselektronikindustrie sind elektrisch isolierende Schichten in einem Leistungselektronikmodul für die Trennung von Schaltungen und Wärmemanagementschichten von entscheidender Bedeutung. Thermische Substrate bei der Konfektionierung von Leistungselektronik mit hoher Leistungsdichte sind starre Platten, auf denen Halbleiterchips montiert werden können. Neben mechanischem Rückhalt sorgen diese Substrate auch für die elektrische Isolierung der Schaltung und des Chips und stellen einen thermisch effizienten Weg für die Wärmeabführung bereit. Leistungsmodulvorrichtungen, wie diejenigen, die in Kraftfahrzeugen zu finden sind, manipulieren verschiedene Formen von Strom und Spannungen zur Steuerung von Geräten und erfordern große Ströme, die durch ihre Substrate fließen, und einen hohen Grad an elektrischer Isolierung. Zur Erfüllung der miteinander konkurrierenden Bedürfnisse von sowohl Leitung als auch Isolierung nehmen thermische Substrate die Form von Mehrschichtaufbauten an, die sowohl leitende als auch isolierende Schichten aus unterschiedlichen Materialien, wie Metallen (als Leiter) und Keramiken oder Polymeren (als Isolatoren), umfassen, und verbinden sie auf eine Weise miteinander, die einen Weg zum Abfließen von Wärme aus dem Halbleiterchip ermöglicht.In the power electronics industry, electrically insulating layers in a power electronics module are critical for separating circuits and thermal management layers. Thermal substrates in the assembly of power electronics with high power density are rigid plates on which semiconductor chips can be mounted. In addition to mechanical support, these substrates also provide electrical insulation for the circuit and the chip and provide a thermally efficient path for heat dissipation. Power module devices, such as those found in automobiles, manipulate various forms of currents and voltages to control devices and require large currents to flow through their substrates and a high degree of electrical isolation. To meet the competing needs of both conduction and insulation, thermal substrates take the form of multilayer structures that include both conductive and insulating layers of different materials such as metals (as conductors) and ceramics or polymers (as insulators), and connect them together in a way that allows a path for heat to flow away from the semiconductor chip.
Die gängigsten Strukturen, die für thermische Substrate verwendet werden, sind DBC-Komponenten (DBC = Direct Bond Copper), die durch einen Hochtemperaturbondingprozess zwischen Kupfer und einer Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Al2O3, AIN or Si3N4, gebildet werden. Bei einer typischen DBC-Struktur werden Schichten aus Metall und Keramik in einem Hochtemperaturprozess mit kontrollierter Umgebung miteinander verbunden, was eine wärmeleitende und elektrisch isolierende Keramikschicht zwischen zwei Schichten aus Kupferfolie ergibt. Da diese Metall- und Keramikschichten jedoch große Unterschiede bezüglich des Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion, CTE) aufweisen, ist die Bindung zwischen ihnen großen thermomechanischen Spannungen ausgesetzt, die unter hohen Temperaturgradienten während des Betriebs des Leistungsmoduls zu einer Verschlechterung führen. Außerdem ist bei den zum Verbinden von Kupferschichten mit der Keramik verwendeten Prozessen die Dicke der Kupferschichten auf weniger als 1000 µm beschränkt. Bei typischen DBC-Konstruktionen werden 300-µm-Kupferschichten und eine 380-µm-Keramikschicht verwendet.The most common structures used for thermal substrates are DBC components (DBC = Direct Bond Copper), which are formed by a high-temperature bonding process between copper and a ceramic with high thermal conductivity, such as Al 2 O 3 , AlN or Si 3 N 4 become. In a typical DBC structure, layers of metal and ceramic are bonded together in a high temperature, controlled environment process, resulting in a thermally conductive and electrically insulating ceramic layer between two layers of copper foil. However, since these metal and ceramic layers have large differences in terms of the coefficient of thermal expansion (CTE), the bond between them is exposed to large thermomechanical stresses, which lead to deterioration under high temperature gradients during operation of the power module. In addition, in the processes used to connect copper layers to the ceramic, the thickness of the copper layers is limited to less than 1000 µm. Typical DBC constructions use 300 µm copper layers and a 380 µm ceramic layer.
In den letzten Jahren sind für Vorrichtungen mit relativ geringerer Leistung (d. h. für Betriebstemperaturen unter 150°C) auch Isolierschichten auf organischer Basis, wie Epoxidharze, kommerzialisiert worden. Für derartige thermische Substrate ist die Temperatur der Vorrichtung durch die chemische und mechanische Stabilität der organischen Komponente beschränkt. Organische Materialien müssen außerdem mit wärmeleitfähigen Füllstoffen beladen werden, um eine annehmbare Wärmeleitfähigkeit zu ermöglichen,und werden als dünne Filme hergestellt, um eine mit Keramikmaterialien vergleichbare Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen. Diese Dünnfilm-Epoxidharze beeinträchtigen jedoch die Elektroisolationseigenschaften des thermischen Substrats.In recent years, organic-based insulating layers such as epoxy resins have also been commercialized for relatively inferior powered devices (i.e., for operating temperatures below 150 ° C). For such thermal substrates, the temperature of the device is limited by the chemical and mechanical stability of the organic component. Organic materials must also be loaded with thermally conductive fillers to provide acceptable thermal conductivity and are manufactured as thin films to provide thermal conductivity comparable to ceramic materials. However, these thin film epoxy resins impair the electrical insulation properties of the thermal substrate.
Polyimidfilme werden aufgrund ihrer guten Elektroisolationseigenschaften, mechanischen Festigkeit, Hochtemperaturstabilität und chemischen Beständigkeit bei der Herstellung von flexiblen Leiterplatten verwendet. Polyimidfilme werden haftend auf dünne Metallfolien aufgebracht, um metallbeschichtete Laminate zu bilden, und finden unter anderem breite Verwendung für das Chip-Pad-Bonding von flexiblen Anschlussleiterplatten, Halbleitervorrichtungen oder Konfektionierungsmaterialien für Chip-Scale-Package, Chip-On-Flex, Chip-On-Lead, Lead-On-Chip, Multi-Chip-Modul, Ball-Grid-Array (oder Micro-Ball-Grid-Array) und/oder Tape-Automated-Bonding.Polyimide films are used in the manufacture of flexible printed circuit boards because of their good electrical insulation properties, mechanical strength, high temperature stability and chemical resistance. Polyimide films are adhesively applied to thin metal foils to form metal-coated laminates and are widely used, among other things, for chip-pad bonding of flexible connection circuit boards, semiconductor devices or packaging materials for chip-scale packages, chip-on-flex, chip-on -Lead, lead-on-chip, multi-chip module, ball grid array (or micro ball grid array) and / or tape automated bonding.
Die
Polyimidfilme können durch Zusatz von wärmeleitfähigen Füllstoffen wärmeleitfähig gemacht werden. Die
KURZDARSTELLUNGSHORT REPRESENTATION
Ein thermisches Substrat umfasst einen Mehrschichtfilm, eine erste leitende Schicht, die haftend auf der ersten äußeren Schicht des Mehrschichtfilms aufgebracht ist, und eine zweite leitende Schicht, die haftend auf der zweiten äußeren Schicht des Mehrschichtfilms aufgebracht ist. Der Mehrschichtfilm umfasst eine erste äußere Schicht, die ein erstes thermoplastisches Polyimid umfasst, eine Kernschicht, die ein Polyimid umfasst, und eine zweite äußere Schicht, die ein zweites thermoplastisches Polyimid umfasst. Der Mehrschichtfilm weist eine Gesamtdicke in einem Bereich von 5 bis 150 µm auf, und die erste äußere Schicht, die Kernschicht und die zweite äußere Schicht umfassen jeweils einen wärmeleitfähigen Füllstoff. Die erste leitfähige Schicht und die zweite leitfähige Schicht weisen jeweils eine Dicke in einem Bereich von 250 bis 3000 µm auf.A thermal substrate comprises a multilayer film, a first conductive layer adhered to the first outer layer of the multilayer film, and a second conductive layer adhered to the second outer layer of the multilayer film. The multilayer film includes a first outer layer comprising a first thermoplastic polyimide, a core layer comprising a polyimide, and a second outer layer comprising a second thermoplastic polyimide. The multilayer film has a total thickness in a range from 5 to 150 µm, and the first outer layer, the core layer and the second outer layer each comprise a thermally conductive filler. The first conductive layer and the second conductive layer each have a thickness in a range from 250 to 3000 μm.
Die obige allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung sind lediglich beispielhaft und erläuternd und dienen nicht der Einschränkung der Erfindung, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist.The above general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not intended to limit the invention as defined in the appended claims.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Ein thermisches Substrat umfasst einen Mehrschichtfilm, eine erste leitende Schicht, die haftend auf der ersten äußeren Schicht des Mehrschichtfilms aufgebracht ist, und eine zweite leitende Schicht, die haftend auf der zweiten äußeren Schicht des Mehrschichtfilms aufgebracht ist. Der Mehrschichtfilm umfasst eine erste äußere Schicht, die ein erstes thermoplastisches Polyimid umfasst, eine Kernschicht, die ein Polyimid umfasst, und eine zweite äußere Schicht, die ein zweites thermoplastisches Polyimid umfasst. Der Mehrschichtfilm weist eine Gesamtdicke in einem Bereich von 5 bis 150 µm auf, und die erste äußere Schicht, die Kernschicht und die zweite äußere Schicht umfassen jeweils einen wärmeleitfähigen Füllstoff. Die erste leitfähige Schicht und die zweite leitfähige Schicht weisen jeweils eine Dicke in einem Bereich von 250 bis 3000 µm auf.A thermal substrate comprises a multilayer film, a first conductive layer adhered to the first outer layer of the multilayer film, and a second conductive layer adhered to the second outer layer of the multilayer film. The multilayer film includes a first outer layer comprising a first thermoplastic polyimide, a core layer comprising a polyimide, and a second outer layer comprising a second thermoplastic polyimide. The multilayer film has a total thickness in a range from 5 to 150 µm, and the first outer layer, the core layer and the second outer layer each comprise a thermally conductive filler. The first conductive layer and the second conductive layer each have a thickness in a range from 250 to 3000 μm.
In einer Ausführungsform des thermischen Substrats weist die erste äußere Schicht eine Dicke in einem Bereich von 1,5 bis 20 µm auf, weist die Kernschicht eine Dicke in einem Bereich von 5 bis 125 µm auf und weist die zweite äußere Schicht eine Dicke in einem Bereich von 1,5 bis 20 µm auf.In one embodiment of the thermal substrate, the first outer layer has a thickness in a range from 1.5 to 20 μm, the core layer has a thickness in a range from 5 to 125 μm and the second outer layer has a thickness in a range from 1.5 to 20 µm.
In einer anderen Ausführungsform des thermischen Substrats ist eine Tg der Kernschicht höher als sowohl eine Tg der ersten äußeren Schicht als auch eine Tg der zweiten äußeren Schicht.In another embodiment of the thermal substrate, a T g of the core layer is higher than both a T g of the first outer layer and a T g of the second outer layer.
In noch einer anderen Ausführungsform des thermischen Substrats liegt der wärmeleitfähige Füllstoff der ersten äußeren Schicht in einer Menge von mehr als 0 bis 50 Gew .-%, bezogen auf das Gewicht der trockenen ersten äußeren Schicht, vor, liegt der wärmeleitfähige Füllstoff der Kernschicht in einer Menge von mehr als 0 bis 60 Gew .-%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Kernschicht, vor und liegt der wärmeleitfähige Füllstoff der zweiten äußeren Schicht in einer Menge von mehr als 0 bis 50 Gew .-%, bezogen auf das Gewicht der trockenen zweiten äußeren Schicht, vor.In yet another embodiment of the thermal substrate, the thermally conductive filler of the first outer layer is present in an amount of more than 0 to 50% by weight, based on the weight of the dry first outer layer, the thermally conductive filler of the core layer is in a Amount of more than 0 to 60 wt .-%, based on the weight of the dry core layer, and the thermally conductive filler of the second outer layer is in an amount of more than 0 to 50 wt .-%, based on the weight of the dry second outer layer, before.
In einer weiteren Ausführungsform des thermischen Substrats ist ein Gewichtsprozentanteil von wärmeleitfähigem Füllstoff in der Kernschicht höher als derjenige der ersten äußeren Schicht, der zweiten äußeren Schicht oder sowohl der ersten als auch der zweiten äußeren Schicht, bezogen auf das Trockengewicht jeder Schicht.In another embodiment of the thermal substrate, a weight percentage of thermally conductive filler in the core layer is higher than that of the first outer layer, the second outer layer, or both the first and second outer layers, based on the dry weight of each layer.
In noch einer weiteren Ausführungsform des thermischen Substrats ist der wärmeleitfähige Füllstoff der ersten äußeren Schicht, der Kernschicht und der zweiten äußeren Schicht jeweils individuell aus der Gruppe bestehend aus BN, Al2O3, AlN, SiC, BeO, Diamant, Si3N4 und Mischungen davon ausgewählt.In yet another embodiment of the thermal substrate, the thermally conductive filler of the first outer layer, the core layer and the second outer layer is each individually selected from the group consisting of BN, Al 2 O 3 , AlN, SiC, BeO, diamond, Si 3 N 4 and mixtures thereof.
In einer weiteren Ausführungsform des thermischen Substrats umfasst das erste thermoplastische Polyimid ein aromatisches Dianhydrid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4,4'-Oxydiphthalsäuredianhydrid, Pyromellitsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 3, 3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid und Mischungen davon; und ein aromatisches Diamin, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,3-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 2,2-Bis(4-[4-aminophenoxy]phenyl)propan und Mischungen davon.In a further embodiment of the thermal substrate, the first thermoplastic polyimide comprises an aromatic dianhydride selected from the group consisting of 4,4'-oxydiphthalic dianhydride, pyromellitic dianhydride, 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3, 3', 4, 4'-benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride and mixtures thereof; and an aromatic diamine selected from the group consisting of 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 2,2-bis (4- [4-aminophenoxy] phenyl) propane, and mixtures thereof.
In einer weiteren Ausführungsform des thermischen Substrats umfasst das zweite thermoplastische Polyimid ein aromatisches Dianhydrid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4,4'-Oxydiphthalsäuredianhydrid, Pyromellitsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 3, 3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid und Mischungen davon; und ein aromatisches Diamin, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,3-Bis(4-aminophenoxy)benzol, Hexamethylendiamin und Mischungen davon.In a further embodiment of the thermal substrate, the second thermoplastic polyimide comprises an aromatic dianhydride selected from the group consisting of 4,4'-oxydiphthalic dianhydride, pyromellitic dianhydride, 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3, 3', 4, 4'-benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride and mixtures thereof; and an aromatic diamine selected from the group consisting of 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, hexamethylenediamine, and mixtures thereof.
In noch einer weiteren Ausführungsform des thermischen Substrats sind das erste thermoplastische Polyimid und das zweite thermoplastische Polyimid gleich.In yet another embodiment of the thermal substrate, the first thermoplastic polyimide and the second thermoplastic polyimide are the same.
In noch einer weiteren Ausführungsform des thermischen Substrats umfasst das Polyimid der Kernschicht ein aromatisches Dianhydrid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 4,4'-Oxydiphthalsäuredianhydrid, Pyromellitsäuredianhydrid , 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, Bisphenol-A-dianhydrid, 1,2,5,6-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid und 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid und Mischungen davon; und ein aromatisches Diamin, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus p-Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylether, 3,4'-Diaminodiphenylether, 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin, m-Phenylendiamin und 4,4'-Diaminodiphenylmethan und Mischungen davon.In yet another embodiment of the thermal substrate, the polyimide of the core layer comprises an aromatic dianhydride selected from the group consisting of 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 4,4'-oxydiphthalic dianhydride, pyromellitic dianhydride, 3,3', 4 , 4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, bisphenol A dianhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, and 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, and mixtures thereof; and an aromatic diamine selected from the group consisting of p-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 2,2'-bis (trifluoromethyl) benzidine, m-phenylenediamine and 4,4'-diaminodiphenylmethane and mixtures thereof.
In einer anderen weiteren Ausführungsform des thermischen Substrats weisen das erste thermoplastische Polyimid und das zweite thermoplastische Polyimid jeweils eine Tg im Bereich von 150 bis 320 °C auf.In another further embodiment of the thermal substrate, the first thermoplastic polyimide and the second thermoplastic polyimide each have a T g in the range from 150 to 320.degree.
Oben wurden viele Aspekte und Ausführungsformen beschrieben, die nur beispielhaft und nicht einschränkend sind. Nach dem Lesen dieser Spezifikation erkennt der Fachmann, dass noch andere Aspekte und Ausführungsformen möglich sind, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und aus den Ansprüchen ersichtlich.Many aspects and embodiments have been described above, which are only exemplary and not restrictive. After reading this specification, those skilled in the art will recognize that still other aspects and embodiments are possible without departing from the scope of the invention. Further features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description and from the claims.
In einer Ausführungsform umfasst eine Kernschicht für einen Mehrschichtfilm ein durch eine Polykondensationsreaktion, bei der ein erstes aromatisches Dianhydrid mit einem ersten aromatischen Diamin umgesetzt wird, synthetisiertes Polyimid. In einer Ausführungsform kann das Polyimid ein oder mehrere zusätzliche aromatische Dianhydride, ein oder mehrere zusätzliche aromatische Diamine oder sowohl ein oder mehrere zusätzliche aromatische Dianhydride als auch ein oder mehrere zusätzliche aromatische Diamine umfassen. In einer Ausführungsform kann ein aromatisches Dianhydrid aus der Gruppe bestehend aus 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 4,4'-Oxydiphthalsäuredianhydrid, Pyromellitsäuredianhydrid , 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, Bisphenol-A-dianhydrid, 1,2,5,6-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid und 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid ausgewählt sein. In einer Ausführungsform kann ein aromatisches Diamin aus der Gruppe bestehend aus p-Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylether (ODA), 3,4'-Diaminodiphenylether, 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (TFMB), m-Phenylendiamin (MPD) und 4,4'-Diaminodiphenylmethan (MDA) ausgewählt sein. In einer Ausführungsform kann das Polyimid ein aliphatisches Diamin umfassen. In einer Ausführungsform kann es sich bei der Kernschicht um ein duroplastisches Polyimid handeln. In einer Ausführungsform kann die Kernschicht ein Polyimid mit einigen thermoplastischen Eigenschaften umfassen.In one embodiment, a core layer for a multilayer film comprises a polyimide synthesized by a polycondensation reaction in which a first aromatic dianhydride is reacted with a first aromatic diamine. In one embodiment, the polyimide can be one or more additional aromatic Dianhydrides, one or more additional aromatic diamines, or both one or more additional aromatic dianhydrides and one or more additional aromatic diamines. In one embodiment, an aromatic dianhydride can be selected from the group consisting of 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 4,4'-oxydiphthalic dianhydride, pyromellitic dianhydride, 3,3', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, bisphenol A dianhydride , 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride and 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride. In one embodiment, an aromatic diamine can be selected from the group consisting of p-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenyl ether (ODA), 3,4'-diaminodiphenyl ether, 2,2'-bis (trifluoromethyl) benzidine (TFMB), m-phenylenediamine (MPD) and 4,4'-diaminodiphenylmethane (MDA). In one embodiment, the polyimide can comprise an aliphatic diamine. In one embodiment, the core layer can be a thermoset polyimide. In one embodiment, the core layer can comprise a polyimide with some thermoplastic properties.
In einer Ausführungsform umfasst eine erste äußere Schicht für einen Mehrschichtfilm ein erstes thermoplastisches Polyimid. In einer Ausführungsform kann das erste thermoplastische Polyimid durch eine Polykondensationsreaktion, bei der ein aromatisches Dianhydrid und ein aromatisches Diamin umgesetzt werden, synthetisiert werden. In einer Ausführungsform kann das erste thermoplastische Polyimid ein oder mehrere zusätzliche aromatische Dianhydride, ein oder mehrere zusätzliche aromatische Diamine oder sowohl zusätzliche aromatische Dianhydride als auch zusätzliche aromatische Diamine umfassen. In einer Ausführungsform umfasst eine zweite äußere Schicht für einen Mehrschichtfilm ein zweites thermoplastisches Polyimid. In einer Ausführungsform kann das zweite thermoplastische Polyimid durch eine Polykondensationsreaktion, bei der ein aromatisches Dianhydrid und ein aromatisches Diamin umgesetzt werden, synthetisiert werden. In einer Ausführungsform kann das zweite thermoplastische Polyimid ein oder mehrere zusätzliche aromatische Dianhydride, ein oder mehrere zusätzliche aromatische Diamine oder sowohl zusätzliche aromatische Dianhydride als auch zusätzliche aromatische Diamine umfassen. In einer Ausführungsform können die erste äußere Schicht, die zweite äußere Schicht oder sowohl die erste als auch die zweite äußere Schicht ein oder mehrere aliphatische Diamine, die zur Herabsetzung der Tg der äußeren Schichten nützlich sein können, umfassen, falls gewünscht. In einer Ausführungsform können das erste thermoplastische Polyimid und das zweite thermoplastische Polyimid gleich oder verschieden sein. In einer Ausführungsform weisen das erste thermoplastische Polyimid und das zweite thermoplastische Polyimid jeweils eine Tg im Bereich von etwa 150 bis etwa 320 °C auf.In one embodiment, a first outer layer for a multilayer film comprises a first thermoplastic polyimide. In one embodiment, the first thermoplastic polyimide can be synthesized by a polycondensation reaction in which an aromatic dianhydride and an aromatic diamine are reacted. In one embodiment, the first thermoplastic polyimide can comprise one or more additional aromatic dianhydrides, one or more additional aromatic diamines, or both additional aromatic dianhydrides and additional aromatic diamines. In one embodiment, a second outer layer for a multilayer film comprises a second thermoplastic polyimide. In one embodiment, the second thermoplastic polyimide can be synthesized by a polycondensation reaction in which an aromatic dianhydride and an aromatic diamine are reacted. In one embodiment, the second thermoplastic polyimide can comprise one or more additional aromatic dianhydrides, one or more additional aromatic diamines, or both additional aromatic dianhydrides and additional aromatic diamines. In one embodiment, the first outer layer, the second outer layer, or both the first and second outer layers can comprise one or more aliphatic diamines, which may be useful in lowering the T g of the outer layers, if desired. In one embodiment, the first thermoplastic polyimide and the second thermoplastic polyimide can be the same or different. In one embodiment, the first thermoplastic polyimide and the second thermoplastic polyimide each have a T g in the range of about 150 to about 320 ° C.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem „aromatischen Diamin“ ein Diamin mit mindestens einem aromatischen Ring entweder alleine (d. h. einem substituierten oder unsubstituierten, funktionalisierten oder unfunktionalisierten Benzolring oder ähnlichen aromatischen Ring) oder mit einem anderen (aromatischen oder aliphatischen Ring) verbunden zu verstehen, und ein derartiges Amin wird unabhängig von jeglichen nichtaromatischen Gruppierungen, die ebenfalls eine Komponente des Diamins sein könnten, als aromatisch betrachtet. Somit ist unter einem aromatischen Diamin-Hauptkettensegment mindestens eine aromatische Gruppierung zwischen zwei benachbarten Imidbindungen zu verstehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem „aliphatischen Amin“ jedes organische Diamin zu verstehen, das nicht der Definition eines aromatischen Diamins entspricht.In the context of the present invention, an “aromatic diamine” is a diamine with at least one aromatic ring either alone (ie a substituted or unsubstituted, functionalized or unfunctionalized benzene ring or similar aromatic ring) or linked to another (aromatic or aliphatic ring) , and such amine is considered aromatic regardless of any non-aromatic moieties which might also be a component of the diamine. Thus, an aromatic diamine main chain segment is to be understood as meaning at least one aromatic grouping between two adjacent imide bonds. In the context of the present invention, an “aliphatic amine” is to be understood as any organic diamine that does not correspond to the definition of an aromatic diamine.
Je nach Kontext ist mit „Diamin“ im Sinne des vorliegenden Textes gemeint: (i) die nichtumgesetzte Form (das heißt ein Diaminmonomer); (ii) eine teilweise umgesetzte Form (das heißt der Teil oder die Teile eines Oligomers oder eines anderen Polyimidvorläufers, die von dem Diaminmonomer abgeleitet oder dem Diaminmonomer auf sonstige Weise zuzuschreiben sind), oder (iii) eine vollständig umgesetzte Form (der Teil oder die Teile des Polyimids, die von dem Diaminmonomer abgeleitet oder dem Diaminmonomer auf sonstige Weise zuzuschreiben sind). Das Diamin kann je nach der bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung gewählten konkreten Ausführungsform mit einer oder mehreren Gruppierungen funktionalisiert werden.Depending on the context, "diamine" as used herein means: (i) the unreacted form (i.e. a diamine monomer); (ii) a partially reacted form (i.e. the part or parts of an oligomer or other polyimide precursor derived from the diamine monomer or otherwise ascribable to the diamine monomer), or (iii) a fully reacted form (the part or the Portions of the polyimide derived from or otherwise attributable to the diamine monomer). The diamine can be functionalized with one or more moieties, depending on the particular embodiment chosen in practicing the present invention.
Der Begriff „Diamin“ soll in keiner Weise in Bezug auf die Anzahl der Amingruppierungen in der Diaminkomponente einschränkend sein (oder wörtlich interpretiert werden). Zum Beispiel umfassen (ii) und (iii) oben polymere Materialien, die zwei, eine oder null Amingruppierungen aufweisen können. Alternativ kann das Diamin mit zusätzlichen Amingruppierungen funktionalisiert sein (zusätzlich zu den Amingruppierungen an den Enden des Monomers, die mit Dianhydrid reagieren, um eine polymere Kette zu propagieren). Solche zusätzlichen Amingruppierungen könnten verwendet werden, um das Polymer zu vernetzen oder um dem Polymer eine andere Funktionalität zu verleihen.The term "diamine" is in no way intended to be limiting (or interpreted literally) as to the number of amine moieties in the diamine component. For example, (ii) and (iii) above encompass polymeric materials that can have two, one, or zero amine moieties. Alternatively, the diamine can be functionalized with additional amine moieties (in addition to the amine moieties at the ends of the monomer which react with dianhydride to propagate a polymeric chain). Such additional amine moieties could be used to crosslink the polymer or to impart other functionality to the polymer.
In ähnlicher Weise soll der Begriff „Dianhydrid“ im Sinne des vorliegenden Textes die Komponente bezeichnen, die mit dem Diamin reagiert (komplementär zu dem Diamin ist) und in Kombination in der Lage ist, zu einem Polyamidsäure-Zwischenprodukt zu reagieren (das dann zu einem Polyimid gehärtet werden kann). Je nach Kontext braucht „Anhydrid“ im Sinne des vorliegenden Textes nicht nur eine Anhydridgruppierung an sich zu bezeichnen, sondern kann auch einen Vorläufer einer Anhydridgruppierung bezeichnen, wie zum Beispiel: (i) ein Paar von Carbonsäuregruppen (die durch eine Entwässerungs- oder ähnliche Reaktion in Anhydrid umgewandelt werden können); oder (ii) eine Säurehalogenid-Esterfunktionalität (zum Beispiel Säurechlorid-Esterfunktionalität) (oder irgendeine andere derzeit bekannte oder in der Zukunft noch zu entwickelnde Funktionalität), die in eine Anhydridfunktionalität umgewandelt werden kann.Similarly, the term “dianhydride” in the context of the present text is intended to denote the component that reacts with the diamine (is complementary to the diamine) and, in combination, is capable of reacting to form a polyamic acid intermediate (which then becomes a Polyimide can be cured). Depending on the context, “anhydride” within the meaning of the present text does not only need to denote an anhydride grouping itself, but can also denote a precursor of an anhydride grouping, such as, for example: (i) a pair of carboxylic acid groups (which are produced by a dehydration or similar reaction can be converted into anhydride); or (ii) an acid halide ester functionality (e.g., acid chloride ester functionality) (or any other functionality now known or to be developed in the future) that can be converted to an anhydride functionality.
Je nach Kontext kann „Dianhydrid“ Folgendes bezeichnen: (i) die nichtumgesetzte Form (das heißt ein Dianhydridmonomer, unabhängig davon, ob die Anhydridfunktionalität in einer echten Anhydridform oder in einer Vorläuferanhydridform vorliegt, wie in dem vorangegangenen Absatz besprochen); (ii) eine teilweise umgesetzte Form (das heißt, der Teil oder die Teile eines Oligomers oder einer anderen teilweise umgesetzten oder Vorläuferpolyimidzusammensetzung, die aus einem Dianhydridmonomer umgesetzt wurde oder einem Dianhydridmonomer auf sonstige Weise zuzuschreiben ist), oder (iii) eine vollständig umgesetzte Form (der Teil oder die Teile des Polyimids, die von dem Dianhydridmonomer abgeleitet oder dem Dianhydridmonomer auf sonstige Weise zuzuschreiben sind).Depending on the context, "dianhydride" may mean: (i) the unreacted form (i.e., a dianhydride monomer, whether the anhydride functionality is in a true anhydride form or in a precursor anhydride form, as discussed in the previous paragraph); (ii) a partially reacted form (that is, the part or parts of an oligomer or other partially reacted or precursor polyimide composition that has been reacted from a dianhydride monomer or is otherwise attributable to a dianhydride monomer), or (iii) a fully reacted form (that part or parts of the polyimide derived from the dianhydride monomer or otherwise attributable to the dianhydride monomer).
Das Dianhydrid kann je nach der bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung gewählten konkreten Ausführungsform mit einer oder mehreren Gruppierungen funktionalisiert sein. Der Begriff „Dianhydrid“ soll tatsächlich in keiner Weise in Bezug auf die Anzahl der Anhydridgruppierungen in der Dianhydridkomponente einschränkend sein (oder wörtlich interpretiert werden). Zum Beispiel umfassen (i), (ii) und (iii) (in dem obigen Absatz) organische Substanzen, die je nachdem, ob das Anhydrid in einem Vorläuferzustand oder einem abreagierten Zustand vorliegt, zwei, eine oder null Anhydridgruppierungen aufweisen können. Alternativ kann die Dianhydridkomponente mit zusätzlichen Anhydridgruppierungen (zusätzlich zu den Anhydridanteilen, die mit Diamin zu einem Polyimid reagieren) funktionalisiert sein. Solche zusätzlichen Anhydridgruppierungen könnten verwendet werden, um das Polymer zu vernetzen oder um dem Polymer eine andere Funktionalität zu verleihen.The dianhydride can be functionalized with one or more moieties, depending on the specific embodiment chosen in practicing the present invention. Indeed, the term "dianhydride" is not intended to be limiting (or interpreted literally) in any way with respect to the number of anhydride moieties in the dianhydride component. For example, (i), (ii) and (iii) (in the above paragraph) comprise organic substances which, depending on whether the anhydride is in a precursor state or a reacted state, may have two, one or zero anhydride groupings. Alternatively, the Dianhydride component can be functionalized with additional anhydride groups (in addition to the anhydride components which react with diamine to form a polyimide). Such additional anhydride moieties could be used to crosslink the polymer or to give the polymer some other functionality.
Obgleich Verfahren und Materialien, die den im vorliegenden Text beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind, bei der Ausübung oder bei Tests der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden im vorliegenden Text geeignete Verfahren und Materialien beschrieben.While methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present invention, suitable methods and materials are described herein.
Wenn ein Betrag, eine Konzentration oder ein anderer Wert oder Parameter entweder als ein Bereich, bevorzugter Bereich oder eine Liste von oberen und unteren bevorzugten Werten angegeben wird, ist dies so zu verstehen, dass ausdrücklich alle Bereiche offenbart werden, die aus einem beliebigen Paar einer beliebigen oberen Bereichsgrenze oder einem beliebigen bevorzugten Wert und einer beliebigen unteren Bereichsgrenze oder einem beliebigen bevorzugten Wert gebildet werden, unabhängig davon, ob Bereiche separat offenbart werden. Wenn im vorliegenden Text ein Bereich von Zahlenwerten angegeben wird, so soll dieser Bereich, sofern nicht anders angegeben, dessen Endpunkte sowie alle ganzen Zahlen und Brüche innerhalb des Bereichs umfassen. Es ist nicht beabsichtigt, den Schutzumfang der Erfindung auf die konkreten Werte zu beschränken, die bei der Definition eines Bereichs genannt werden.When an amount, a concentration or other value or parameter is given as either a range, preferred range or a list of upper and lower preferred values, it is to be understood that all ranges are expressly disclosed which arise from any pair of any upper range limit or any preferred value and any lower range limit or any preferred value, regardless of whether ranges are disclosed separately. If a range of numerical values is specified in this text, this range is intended to include its endpoints and all integers and fractions within the range, unless otherwise stated. It is not intended to limit the scope of the invention to the specific values mentioned in defining a range.
Bei der Beschreibung bestimmter Polymere versteht es sich, dass auf die Polymere mitunter anhand der zu ihrer Herstellung verwendeten Monomere oder anhand der Mengen der zu ihrer Herstellung verwendeten Monomere Bezug genommen wird. Eine solche Beschreibung enthält zwar möglicherweise nicht die spezifische Nomenklatur, die zur Beschreibung des fertigen Polymers verwendet wird, oder enthält möglicherweise keine Product-by-Process-Terminologie, aber jede derartige Bezugnahme auf Monomere und Mengen ist so zu verstehen, dass sie bedeutet, dass das Polymer aus jenen Monomeren oder jener Menge der Monomere hergestellt wird, und die entsprechenden Polymere und Zusammensetzungen davon bedeutet.When describing certain polymers, it is understood that the polymers are sometimes referred to on the basis of the monomers used for their production or on the basis of the amounts of the monomers used for their production. While such description may not include the specific nomenclature used to describe the finished polymer or may not include product-by-process terminology, any such reference to monomers and amounts should be understood to mean that the polymer is made from those monomers or that amount of the monomers, and denotes the corresponding polymers and compositions thereof.
Die im vorliegenden Text enthaltenen Materialien, Verfahren und Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sind, sofern nicht ausdrücklich angegeben, nicht als Einschränkung gedacht. Im Sinne des vorliegenden Textes sollen die Begriffe „umfasst“, „umfassen“, „enthält“, „enthalten“, „hat“, „aufweisen“ oder jegliche Variationen davon eine nicht-ausschließliche Inklusion umfassen. Zum Beispiel ist ein Verfahren, ein Prozess, ein Artikel oder eine Vorrichtung, das, der bzw. die eine Liste von Elementen umfasst, nicht unbedingt nur auf jene Elemente beschränkt, sondern kann auch andere Elemente enthalten, die nicht ausdrücklich aufgelistet oder einem solchen Verfahren, einem solchen Prozess, einem solchen Artikel oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind. Des Weiteren bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, auf ein inklusives „oder“ und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eines von Folgenden erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).The materials, methods, and examples contained herein are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting unless expressly stated. For the purposes of the present text, the terms “comprises”, “comprise”, “contains”, “contain”, “has”, “have” or any variation thereof are intended to encompass a non-exclusive inclusion. For example, a method, process, article, or device that includes a list of items is not necessarily limited to only those items, but may include other items not specifically listed or such a method , process, article, or device. Furthermore, unless expressly stated otherwise, “or” refers to an inclusive “or” rather than an exclusive “or”. For example, a condition A or B is met by one of the following: A is true (or present) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or present), and both A and B are true (or present).
Außerdem wird die Verwendung von „ein/eine/einer“ zur Beschreibung von Elementen und Komponenten der Erfindung verwendet. Dies geschieht lediglich der Einfachheit halber, und um eine allgemeine Vorstellung der Erfindung zu vermitteln. Diese Beschreibung ist so zu lesen, dass sie eines oder mindestens eines enthält, und der Singular schließt auch den Plural ein, sofern es nicht offensichtlich ist, dass etwas anderes gemeint ist.In addition, the use of “a” is used to describe elements and components of the invention. This is done for the sake of simplicity and to give a general idea of the invention. This description should be read to include one or at least one, and the singular includes the plural as well, unless it is obvious that something else is meant.
Organische LösemittelOrganic solvents
Brauchbare organische Lösemittel für die Synthese der Polyimide der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt in der Lage, die Polyimid-Vorläufermaterialien zu lösen. Ein solches Lösemittel sollte auch einen relativ niedrigen Siedepunkt aufweisen, wie zum Beispiel unter 225°C, so dass das Polymer bei moderaten (das heißt zweckmäßigeren und kostengünstigeren) Temperaturen getrocknet werden kann. Ein Siedepunkt von weniger als 210, 205, 200, 195, 190 oder 180°C ist bevorzugt.Organic solvents useful for synthesizing the polyimides of the present invention are preferably capable of dissolving the polyimide precursor materials. Such a solvent should also have a relatively low boiling point, such as below 225 ° C, so that the polymer can be dried at moderate (i.e. more convenient and cheaper) temperatures. A boiling point of less than 210, 205, 200, 195, 190 or 180 ° C is preferred.
Lösemittel der vorliegenden Erfindung können allein oder in Kombination mit anderen Lösemitteln (das heißt Co-Lösemitteln) verwendet werden. Zu brauchbaren organischen Lösemitteln gehören: N-Methylpyrrolidon (NMP), Dimethylacetamid (DMAc), N,N'-Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid (DMSO), Tetramethylharnstoff (TMU), Diethylenglykoldiethylether, 1,2-Dimethoxyethan (Monoglyme), Diethylenglykoldimethylether (Diglyme), 1,2-Bis-(2-methoxyethoxy)ethan (Triglyme), Bis-[2-(2-methoxyethoxy)ethyl]ether (Tetraglyme), Gamma-Butyrolacton, Bis-(2-methoxyethyl)ether, und Tetrahydrofuran. In einer Ausführungsform gehören zu den bevorzugten Lösemitteln N-Methylpyrrolidon (NMP) und Dimethylacetamid (DMAc).Solvents of the present invention can be used alone or in combination with other solvents (i.e., co-solvents). Useful organic solvents include: N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylacetamide (DMAc), N, N'-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), tetramethylurea (TMU), diethylene glycol diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane (monoglyme), diethylene glycol (Diglyme), 1,2-bis- (2-methoxyethoxy) ethane (triglyme), bis- [2- (2-methoxyethoxy) ethyl] ether (tetraglyme), gamma-butyrolactone, bis- (2-methoxyethyl) ether, and tetrahydrofuran. In one embodiment, preferred solvents include N-methylpyrrolidone (NMP) and dimethylacetamide (DMAc).
Co-Lösemittel können allgemein mit etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent des Gesamtlösemittels verwendet werden, und zu brauchbaren derartigen Co-Lösemitteln gehören Xylol, Toluol, Benzol, „Cellosolve“ (Glykolethylether) und „Cellosolve Acetat“ (Hydroxyethylacetat-Glykolmonoacetat).Cosolvents can generally be used at about 5 to 50 percent by weight of the total solvent, and useful such cosolvents include xylene, toluene, benzene, "Cellosolve" (glycol ethyl ether), and "Cellosolve Acetate" (hydroxyethyl acetate-glycol monoacetate).
Aromatische DiamineAromatic diamines
In einer Ausführungsform kann eine beliebige Zahl geeigneter aromatischer Diamine in dem Kernschichtpolyimid enthalten sein, einschließlich p-Phenylendiamin (PPD), m-Phenylendiamin (MPD), 2,5-Dimethyl-1,4-diaminobenzol, Trifluormethyl-2,4-diaminobenzol, Trifluormethyl-3,5-diaminobenzol, 2,5-Dimethyl-1,4-phenylendiamin (DPX), 2,2-Bis(4-aminophenyl)propan, 4,4'-Diaminobiphenyl, 4,4'-Diaminobenzophenon, 4,4'-Diaminodiphenylmethan (MDA), 4,4'-Diaminodiphenylsulfid, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 3,3'-Diaminodiphenylsulfon, Bis(4-(4-aminophenoxy)phenylsulfon (BAPS), 4,4'-Bis(aminophenoxy)biphenyl (BAPB), 4,4'-Diaminodiphenylether (ODA), 3,4'-Diaminodiphenylether, 4,4'-Diaminobenzophenon, 4,4'-Isopropylidendianilin, 2,2'-Bis(3-aminophenyl)propan, N,N-Bis(4-aminophenyl)-n-butylamin, N,N-Bis(4-aminophenyl)methylamin, 1,5-Diaminonaphthalin, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, m-Aminobenzoylp-aminoanilid, 4-Aminophenyl-3-aminobenzoat, N,N-Bis(4-aminophenyl)anilin, 2,4-Diaminotoluol, 2,5-Diaminotoluol, 2,6-Diaminotoluol, 2,4-Diamin-5-chlortoluol, 2,4-Diamin-6-chlortoluol, 2,4-Bis(beta-amino-t-butyl)toluol, Bis(p-beta-amino-t-butylphenyl)ether, p-Bis-2-(2-methyl-4-aminopentyl)benzol, m-Xylylendiamin und p-Xylylendiamin.In one embodiment, any number of suitable aromatic diamines can be included in the core layer polyimide, including p-phenylenediamine (PPD), m-phenylenediamine (MPD), 2,5-dimethyl-1,4-diaminobenzene, trifluoromethyl-2,4-diaminobenzene , Trifluoromethyl-3,5-diaminobenzene, 2,5-dimethyl-1,4-phenylenediamine (DPX), 2,2-bis (4-aminophenyl) propane, 4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-diaminobenzophenone, 4,4'-diaminodiphenylmethane (MDA), 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, bis (4- (4-aminophenoxy) phenyl sulfone (BAPS), 4,4'- Bis (aminophenoxy) biphenyl (BAPB), 4,4'-diaminodiphenyl ether (ODA), 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminobenzophenone, 4,4'-isopropylidenedianiline, 2,2'-bis (3-aminophenyl ) propane, N, N-bis (4-aminophenyl) -n-butylamine, N, N-bis (4-aminophenyl) methylamine, 1,5-diaminonaphthalene, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, m-aminobenzoyl-p-aminoanilide, 4-aminophenyl-3-aminobenzoate, N, N-bis (4-aminophenyl) aniline, 2,4-diaminotoluene, 2,5-diaminotolu ol, 2,6-diaminotoluene, 2,4-diamine-5-chlorotoluene, 2,4-diamine-6-chlorotoluene, 2,4-bis (beta-amino-t-butyl) toluene, bis (p-beta- amino-t-butylphenyl) ether, p-bis-2- (2-methyl-4-aminopentyl) benzene, m-xylylenediamine and p-xylylenediamine.
Andere brauchbare aromatische Diamine umfassen 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (TFMB), 1,2-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 1,3-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 1,2-Bis(3-aminophenoxy)benzol, 1,3-Bis(3-aminophenoxy)benzol, 1 -(4-Aminophenoxy) -3-(3-aminophenoxy)benzol, 1,4-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 1,4-Bis(3-aminophenoxy)benzol, 1-(4-Aminophenoxy)-4-(3-aminophenoxy)benzol, 2,2-Bis(4- [4-aminophenoxy]phenyl)propan (BAPP), 2,2'-Bis(4-aminophenyl)hexafluorpropan (6F-Diamin), 2,2'-Bis(4-phenoxyanilin)isopropyliden, 2,4,6-Trimethyl-1,3-diaminobenzol, 4,4'-Diamino-2,2'-trifluormethyldiphenyloxid, 3,3'-Diamino-5,5'-trifluormethyldiphenyloxid, 4,4'-Trifluormethyl-2,2'-diaminobiphenyl, 2,4,6-Trimethyl-1,3-diaminobenzol, 4,4'-Oxybis[2-trifluormethyl)benzolamin] (1,2,4-OBABTF), 4,4'-Oxybis[3-trifluormethyl)benzolamin], 4,4'-Thiobis[(2-trifluormethyl)benzolamin], 4,4'-Thiobis[(3-trifluormethyl)benzolamin], 4,4'-Sulfoxylbis[(2-trifluormethyl)benzolamin, 4,4'-Sulfoxylbis[(3-trifluormethyl)benzolamin] und 4,4'-Ketobis[(2-trifluormethyl)benzolamin].Other useful aromatic diamines include 2,2'-bis (trifluoromethyl) benzidine (TFMB), 1,2-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,2-bis (3 -aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1- (4-aminophenoxy) -3- (3-aminophenoxy) benzene, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,4- Bis (3-aminophenoxy) benzene, 1- (4-aminophenoxy) -4- (3-aminophenoxy) benzene, 2,2-bis (4- [4-aminophenoxy] phenyl) propane (BAPP), 2,2'- Bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane (6F-diamine), 2,2'-bis (4-phenoxyaniline) isopropylidene, 2,4,6-trimethyl-1,3-diaminobenzene, 4,4'-diamino-2,2 '-trifluoromethyldiphenyloxide, 3,3'-diamino-5,5'-trifluoromethyldiphenyloxide, 4,4'-trifluoromethyl-2,2'-diaminobiphenyl, 2,4,6-trimethyl-1,3-diaminobenzene, 4,4' -Oxybis [2-trifluoromethyl) benzenamine] (1,2,4-OBABTF), 4,4'-oxybis [3-trifluoromethyl) benzenamine], 4,4'-thiobis [(2-trifluoromethyl) benzenamine], 4, 4'-thiobis [(3-trifluoromethyl) benzenamine], 4,4'-sulfoxylbis [(2-trifluoromethyl) benzenamine, 4,4'-sulfoxylbis [(3-trifluoromethyl) benzenamine] and 4,4 ' -Ketobis [(2-trifluoromethyl) benzene amine].
In einer Ausführungsform umfassen brauchbare aromatische Diamine die Isomere von Bisaminophenoxybenzolen (APB), Aminophenoxyphenylpropan (BAPP), Dimethylphenylendiamin (DPX), Bisanilin P und Kombinationen davon, und die Verwendung dieser speziellen aromatischen Diamine kann die Laminierungstemperatur des Polyimids herabsetzen und die Schälfestigkeit des Polyimids bei Haftung auf anderen Materialien, insbesondere Metallen, erhöhen.In one embodiment, useful aromatic diamines include the isomers of bisaminophenoxybenzenes (APB), aminophenoxyphenylpropane (BAPP), dimethylphenylenediamine (DPX), bisaniline P and combinations thereof, and the use of these particular aromatic diamines can lower the lamination temperature of the polyimide and the peel strength of the polyimide Increase adhesion to other materials, especially metals.
In einer Ausführungsform kann das thermoplastische Polyimid der äußeren Schichten eines oder mehrere der oben für die Kernschicht aufgeführten aromatischen Diamine umfassen.In one embodiment, the thermoplastic polyimide of the outer layers can comprise one or more of the aromatic diamines listed above for the core layer.
Aromatische DianhydrideAromatic dianhydrides
In einer Ausführungsform kann ein beliebiges aromatisches Dianhydrid oder eine beliebige Kombination von aromatischen Dianhydriden als Dianhydridmonomere bei der Bildung des Kernschichtpolyimids verwendet werden. Die Dianhydride können in ihrer Tetrasäure-Form (oder als Mono-, Di-, Tri- oder Tetraester der Tetrasäure) oder als ihre Diestersäurehalogenide (-chloride) verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann jedoch die Dianhydridform bevorzugt sein, weil sie allgemein reaktiver ist als die Säure oder der Ester.In one embodiment, any aromatic dianhydride or combination of aromatic dianhydrides can be used as the dianhydride monomers in forming the core layer polyimide. The dianhydrides can be used in their tetraacid form (or as mono-, di-, tri- or tetraesters of tetra-acid) or as their diester acid halides (chlorides). In some embodiments, however, the dianhydride form may be preferred because it is generally more reactive than the acid or ester.
Beispiele für geeignete aromatische Dianhydride sind 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid (BPDA), 1,2,5,6-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 2-(3',4'-Dicarboxyphenyl)-5,6-dicarboxybenzimidazoldianhydrid, 2-(3',4'-Dicarboxyphenyl)-5,6-dicarboxybenzoxazoldianhydrid, 2-(3',4'-Dicarboxyphenyl)-5,6-dicarboxybenzothiazoldianhydrid, 2,2',3,3'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,3',4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid (BTDA), 2,2',3,3'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,3',4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, Bicyclo[2,2,2]octen-(7)-2,3,5,6-tetracarbonsäure-2,3,5,6-dianhydrid, 4,4'-Thiodiphthalsäureanhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfondianhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfoxiddianhydrid (DSDA), Bis(3,4-dicarboxyphenyloxadiazol-1,3,4)-p-phenylendianhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)-2,5-oxadiazol-1,3,4-dianhydrid, Bis-2,5-(3',4'-dicarboxydiphenylether)-1,3,4-oxadiazoldianhydrid, 4,4'-Oxydiphthalsäureanhydrid (ODPA), Bis(3,4-dicarboxyphenyl)thioetherdianhydrid, Bisphenol-A-dianhydrid (BPADA), Bisphenol-S-dianhydrid, 2,2-Bis-(3,4-dicarboxyphenyl) 1,1,1,3,3,3,hexafluorpropandianhydrid (6FDA), 5,5-[2,2,2]-Trifluor-1-(trifluormethyl)ethyliden, Bis-1,3-isobenzofurandion, 1,4-Bis-(4,4'-oxyphthalsäureanhydrid)benzol, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)methandianhydrid, Cyclopentadienyltetracarbonsäuredianhydrid, Cyclopentantetracarbonsäu redianhydrid, Ethylentetracarbonsäuredianhydrid, Perylen-3,4,9,10-tetracarbonsäuredianhydrid, Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), Tetrahydrofurantetracarbonsäuredianhydrid, 1,3-Bis(4,4'oxydiphthalsäureanhydrid)benzol, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)propandianhydrid, 2,6-Dichlornaphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid, 2,7-Dichlornaphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,6,7-Tetrachlornaphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid, Phenanthren-1,8,9,10-tetracarbonsäuredianhydrid, Pyrazin-2,3,5,6-tetracarbonsäuredianhydrid, Benzol-1,2,3,4-tetracarbonsäuredianhydrid und Thiophen-2,3,4,5-tetracarbonsäuredianhydrid.Examples of suitable aromatic dianhydrides are 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride , 2- (3 ', 4'-dicarboxyphenyl) -5,6-dicarboxybenzimidazole dianhydride, 2- (3', 4'-dicarboxyphenyl) -5,6-dicarboxybenzoxazole dianhydride, 2- (3 ', 4'-dicarboxyphenyl) -5 , 6-dicarboxybenzothiazole dianhydride, 2,2 ', 3,3'-benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride, 2,3,3', 4'-benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride, 3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride (BTDA), 2,2', 3 , 3'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, bicyclo [2,2,2] octene (7) -2,3,5,6-tetracarboxylic acid-2,3,5,6- dianhydride, 4,4'-thiodiphthalic anhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) sulfone dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) sulfoxide dianhydride (DSDA), bis (3,4-dicarboxyphenyloxadiazole-1,3,4) -p-phenylene dianhydride , Bis (3,4-dicarboxyphenyl) -2,5-oxadiazole-1,3,4-dianhydride, bis-2,5- (3 ', 4'-dicarboxydiphenylether) -1,3,4-oxadiazole dianhydride, 4,4'-oxydiphthalic anhydride (ODPA), bis (3,4-dicarboxyphenyl) thioether dianhydride, bisphenol A dianhydride (BPADA), bisphenol S dianhydride , 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) 1,1,1,3,3,3, hexafluoropropane dianhydride (6FDA), 5,5- [2,2,2] -trifluoro-1- (trifluoromethyl) ethylidene, bis-1,3-isobenzofurandione, 1,4- Bis (4,4'-oxyphthalsäureanhydrid) benzene, bis (3,4-dicarboxyphenyl) methane dianhydride, Cyclopentadienyltetracarbonsäuredianhydrid, Cyclopentantetracarbonsäu dianhydride, ethylenetetracarboxylic, perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride, pyromellitic dianhydride (PMDA), tetrahydrofurantetracarboxylic, 1, 3-bis (4,4'oxydiphthalic anhydride) benzene, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane dianhydride, 2,6-dichloronaphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid dianhydride, 2,7-dichloronaphthalene-1, 4,5,8-tetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-tetrachloronaphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride, phenanthrene-1,8,9,10-tetracarboxylic dianhydride, pyrazine-2,3,5,6- tetracarboxylic dianhydride, benzene-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride and thiophene-2,3,4,5-tetracarboxylic dianhydride.
In einer Ausführungsform kann das thermoplastische Polyimid der äußeren Schichten eines oder mehrere der oben für die Kernschicht aufgeführten aromatischen Dianhydride umfassen.In one embodiment, the thermoplastic polyimide of the outer layers can comprise one or more of the aromatic dianhydrides listed above for the core layer.
Wärmeleitfähiger FüllstoffThermally conductive filler
In einer Ausführungsform müssen wärmeleitfähige Füllstoffe, obwohl sie wärmeleitend sind, auch elektrisch isolierend sein, damit der Mehrschichtfilm elektrisch isolierend bleibt. Beispiele für Füllstoffe, die sowohl wärmeleitend als auch elektrisch isolierend sind, umfassen BN, AlN, Al2O3, Si3N4, ZnO, MgCO3, MgO, BeO, Diamant, SiC, viele andere Oxid-, Nitrid- und Carbidverbindungen und Mischungen davon. In einer Ausführungsform kann ein Füllstoff vom Kern-Schale-Typ einen dieser Füllstoffe, der mit einer Beschichtung aus einem zweiten Füllstoff beschichtet ist, umfassen. Diese wärmeleitfähigen Füllstoffe können jede Form oder Größe haben und eine durchschnittliche Primärteilchengröße (D50) in einem Bereich von etwa 0,001 bis etwa 8 µm aufweisen.In one embodiment, thermally conductive fillers, although thermally conductive, must also be electrically insulating in order for the multilayer film to remain electrically insulating. Examples of fillers that are both thermally conductive and electrically insulating include BN, AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , ZnO, MgCO 3 , MgO, BeO, diamond, SiC, many other oxide, nitride and carbide compounds and mixtures thereof. In one embodiment, a core-shell type filler may comprise one of these fillers coated with a coating of a second filler. These thermally conductive fillers can have any shape or size and have an average primary particle size (D 50 ) in a range from about 0.001 to about 8 μm.
MehrschichtfilmeMultilayer films
Polyimidfilmschichten gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Kombinieren des Diamins und des Dianhydrids (Monomer oder andere Polyimidvorläuferform) zusammen mit einem Lösemittel hergestellt werden, um eine Polyamidsäurelösung zu bilden. Das Dianhydrid und das Diamin können in einem Molverhältnis von etwa 0,90 bis 1,10 kombiniert werden. Das Molekulargewicht der daraus gebildeten Polyamidsäure kann durch Einstellen des Molverhältnisses von Dianhydrid und Diamin eingestellt werden.Polyimide film layers according to the present invention can be made by combining the diamine and dianhydride (monomer or other polyimide precursor form) together with a solvent to form a polyamic acid solution. The dianhydride and diamine can be combined in a molar ratio of about 0.90 to 1.10. The molecular weight of the polyamic acid formed therefrom can be adjusted by adjusting the molar ratio of dianhydride and diamine.
In einer Ausführungsform wird eine Polyamidsäure-Gießlösung aus der Polyamidsäurelösung abgeleitet. Die Polyamidsäure-Gießlösung, die vorzugsweise die Polyamidsäurelösung umfasst, kann gegebenenfalls mit Umwandlungschemikalien kombiniert werden wie: i.) einem oder mehreren Dehydratisierungsmitteln, wie aliphatischen Säureanhydriden (Essigsäureanhydrid usw.) und/oder aromatischen Säureanhydriden, und ii.) einem oder mehreren Katalysatoren, wie aliphatischen tertiären Aminen (Triethylamin usw.), aromatischen tertiären Aminen (Dimethylanilin usw.) und heterocyclischen tertiären Aminen (Pyridin, Picolin, Isochinolin usw.). Das Anhydriddehydratisierungsmaterial wird oft in einem molaren Überschuss im Vergleich zur Menge der Amidsäuregruppen in der Polyamidsäure verwendet. Die verwendete Menge an Essigsäureanhydrid beträgt in der Regel etwa 2,0 bis 4,0 mol pro Äquivalent (Wiederholungseinheit) Polyamidsäure. Im Allgemeinen wird eine vergleichbare Menge an tertiärem Aminkatalysator verwendet.In one embodiment, a polyamic acid casting solution is derived from the polyamic acid solution. The polyamic acid casting solution, which preferably comprises the polyamic acid solution, can optionally be combined with conversion chemicals such as: i.) One or more dehydrating agents such as aliphatic acid anhydrides (acetic acid anhydride etc.) and / or aromatic acid anhydrides, and ii.) One or more catalysts, such as aliphatic tertiary amines (triethylamine, etc.), aromatic tertiary amines (dimethylaniline, etc.), and heterocyclic tertiary amines (pyridine, picoline, isoquinoline, etc.). The anhydride dehydrating material is often used in a molar excess compared to the amount of amic acid groups in the polyamic acid. The amount of acetic anhydride used is usually about 2.0 to 4.0 mol per equivalent (repeating unit) of polyamic acid. Generally a comparable amount of tertiary amine catalyst is used.
In einer Ausführungsform werden die Polyamidsäurelösung und/oder die Polyamidsäure-Gießlösung in einer Konzentration von etwa 5,0 oder 10 Gew.-% bis etwa 15, 20, 25, 30, 35 und 40 Gew.-% in einem organischen Lösemittel gelöst.In one embodiment, the polyamic acid solution and / or the polyamic acid casting solution are dissolved in an organic solvent at a concentration of from about 5.0 or 10% by weight to about 15, 20, 25, 30, 35 and 40% by weight.
In einer Ausführungsform wird ein wärmeleitfähiger Füllstoff in einem polaren, aprotischen Lösemittel, wie DMAC oder einem anderen mit Polyamidsäure verträglichen Lösemittel, dispergiert oder suspendiert. In einer Ausführungsform kann der wärmeleitfähige Füllstoff in einem organischen Lösemittel in einer Konzentration von etwa 5, 10 oder 15 Gew.-% bis etwa 20, 30, 40, 50 und 75 Gew.-% dispergiert werden. In einer Ausführungsform ist das für das Dispergieren oder Suspendieren des wärmeleitfähigen Füllstoffs verwendete Lösemittel mit dem für die Polyamidsäurelösung verwendeten Lösungsmittel identisch oder davon verschieden. Die Dispersion bzw. Suspension von wärmeleitfähigem Füllstoff kann dann zu der Polyamidsäure-Gießlösung gegeben werden, um die gewünschte Füllstoffbeladung des fertigen Films einzustellen. In einer Ausführungsform kann die erste äußere Schicht wärmeleitfähigen Füllstoff in einer Menge von mehr als 0 bis etwa 50 Gew.-% des trockenen Films enthalten. In einer Ausführungsform kann die Kernschicht wärmeleitfähigen Füllstoff in einer Menge von mehr als 0 bis etwa 60 Gew.-% des trockenen Films enthalten. In einer Ausführungsform kann die zweite äußere Schicht wärmeleitfähigen Füllstoff in einer Menge von mehr als 0 bis etwa 50 Gew.-% des trockenen Films enthalten. In einer Ausführungsform können die erste äußere Schicht, die Kernschicht und die zweite äußere Schicht jeweils die gleiche oder eine andere Menge von wärmeleitfähigem Füllstoff, basierend auf dem Gewichtsprozentanteil des trockenen Films, als die anderen Schichten in dem Mehrschichtfilm aufweisen. In einer Ausführungsform kann der Gewichtsprozentanteil von wärmeleitfähigem Füllstoff in der Kernschicht höher sein als derjenige der ersten äußeren Schicht, der zweiten äußeren Schicht oder sowohl der ersten als auch der zweiten äußeren Schicht. In einer anderen Ausführungsform kann der Gewichtsprozentanteil von wärmeleitfähigem Füllstoff in der Kernschicht niedriger sein als derjenige der ersten äußeren Schicht, der zweiten äußeren Schicht oder sowohl der ersten als auch der zweiten äußeren Schicht.In one embodiment, a thermally conductive filler is dispersed or suspended in a polar, aprotic solvent such as DMAC or another solvent compatible with polyamic acid. In one embodiment, the thermally conductive filler can be dispersed in an organic solvent in a concentration of from about 5, 10 or 15% by weight to about 20, 30, 40, 50 and 75% by weight. In one embodiment, the solvent used for dispersing or suspending the thermally conductive filler is identical to or different from the solvent used for the polyamic acid solution. The dispersion or suspension of thermally conductive filler can then be added to the polyamic acid casting solution in order to set the desired filler loading of the finished film. In one embodiment, the first outer layer can contain thermally conductive filler in an amount from greater than 0 to about 50 percent by weight of the dry film. In one embodiment, the core layer can contain thermally conductive filler in an amount from greater than 0 to about 60 percent by weight of the dry film. In one embodiment, the second outer layer can contain thermally conductive filler in an amount from greater than 0 to about 50 percent by weight of the dry film. In one embodiment, the first outer layer, the core layer, and the second outer layer can each have the same or a different amount of thermally conductive Filler than the other layers in the multilayer film, based on the weight percent of the dry film. In one embodiment, the weight percentage of thermally conductive filler in the core layer can be higher than that of the first outer layer, the second outer layer, or both the first and second outer layers. In another embodiment, the weight percentage of thermally conductive filler in the core layer can be less than that of the first outer layer, the second outer layer, or both the first and second outer layers.
Die solvatisierte Mischung (die Polyamidsäure-Gießlösung mit wärmeleitfähigem Füllstoff) kann dann auf einen Träger, wie zum Beispiel ein Endlosband oder eine Drehtrommel, gegossen oder aufgebracht werden, um einen Film zu erhalten. Als Nächstes kann der lösemittelhaltige Film durch Erhitzen bei einer geeigneten Temperatur (thermische Aushärtung) zusammen mit umwandlungschemischen Reaktanten (chemische Aushärtung) in einen selbsttragenden Film umgewandelt werden. Der Film kann dann vom Träger getrennt werden und kann zum Beispiel durch Spannen orientiert werden, wobei die thermische und chemische Aushärtung fortgesetzt wird, um einen Polyimidfilm zu erhalten.The solvated mixture (the polyamic acid casting solution with thermally conductive filler) can then be cast or applied onto a support such as an endless belt or a rotating drum to obtain a film. Next, the solvent-based film can be converted into a self-supporting film by heating at a suitable temperature (thermal curing) together with conversion chemical reactants (chemical curing). The film can then be separated from the carrier and can be oriented, for example by tensioning, with the thermal and chemical curing being continued, in order to obtain a polyimide film.
Brauchbare Verfahren zur Herstellung von Polyimidfilm gemäß der vorliegenden Erfindung finden sich in den
- (a.) Ein Verfahren, bei dem die Diamin- und Dianhydridkomponenten vorab miteinander vermischt werden und das Gemisch anschließend portionsweise unter Rühren zu einem Lösemittel gegeben wird.
- (b.) Ein Verfahren, bei dem ein Lösemittel zu einer gerührten Mischung von Diamin- und Dianhydridkomponenten gegeben wird. (im Gegensatz zu (a) oben)
- (c.) Ein Verfahren, bei dem Diamine ausschließlich in einem Lösemittel gelöst werden und dann Dianhydride in einem solchen Verhältnis zugegeben werden, dass die Reaktionsgeschwindigkeit gesteuert werden kann.
- (d.) Ein Verfahren, bei dem die Dianhydridkomponenten ausschließlich in einem Lösemittel gelöst werden und dann Aminkomponenten in einem solchen Verhältnis zugegeben werden, dass die Reaktionsgeschwindigkeit gesteuert werden kann.
- (e.) Ein Verfahren, bei dem die Diaminkomponenten und die Dianhydridkomponenten getrennt in Lösemitteln gelöst werden und dann diese Lösungen in einem Reaktor gemischt werden.
- (f.) Ein Verfahren, bei dem die Polyamidsäure mit überschüssiger Aminkomponente und eine weitere Polyamidsäure mit überschüssiger Dianhydridkomponente vorab gebildet und dann in einem Reaktor miteinander umgesetzt werden, insbesondere in einer solchen Weise, dass ein nichtstatistisches oder Blockcopolymer entsteht.
- (g.) Ein Verfahren, bei dem zuerst ein bestimmter Teil der Aminkomponenten und der Dianhydridkomponenten umgesetzt wird und dann die restlichen Diaminkomponenten umgesetzt werden oder umgekehrt.
- (h.) Ein Verfahren, bei dem die Umwandlungschemikalien (Katalysatoren) mit der Polyamidsäure vermischt werden, um eine Polyamidsäure-Gießlösung zu bilden, und dann gegossen werden, um einen Gelfilm zu bilden.
- (i.) Ein Verfahren, bei dem die Komponenten teilweise oder ganz in jeder beliebigen Reihenfolge entweder zu einem Teil des Lösemittels oder zu dem gesamten Lösemittel gegeben werden, wobei außerdem ein Teil oder die Gesamtheit einer beliebigen Komponente als Lösung in einem Teil des Lösemittels oder dem gesamten Lösemittel zugegeben werden kann.
- (j.) Ein Verfahren, bei dem zunächst eine der Dianhydridkomponenten mit einer der Diaminkomponenten umgesetzt wird, wodurch eine erste Polyamidsäure entsteht. Dann wird die andere Dianhydridkomponente mit der anderen Aminkomponente umgesetzt, um eine zweite Polyamidsäure zu erhalten. Dann werden die Amidsäuren vor der Filmbildung auf eine von einer Reihe von Arten kombiniert.
- (a.) A process in which the diamine and dianhydride components are mixed with one another beforehand and the mixture is then added in portions to a solvent with stirring.
- (b.) A process in which a solvent is added to a stirred mixture of diamine and dianhydride components. (as opposed to (a) above)
- (c.) A method in which diamines are only dissolved in a solvent and then dianhydrides are added in such a ratio that the reaction rate can be controlled.
- (d.) A method in which the dianhydride components are exclusively dissolved in a solvent and then amine components are added in such a ratio that the reaction rate can be controlled.
- (e.) A method in which the diamine components and the dianhydride components are separately dissolved in solvents, and then these solutions are mixed in a reactor.
- (f.) A process in which the polyamic acid with excess amine component and a further polyamic acid with excess dianhydride component are formed in advance and then reacted with one another in a reactor, in particular in such a way that a non-random or block copolymer is formed.
- (g.) A method in which a certain part of the amine components and the dianhydride components are first reacted and then the remaining diamine components are reacted, or vice versa.
- (h.) A method in which the conversion chemicals (catalysts) are mixed with the polyamic acid to form a polyamic acid casting solution and then cast to form a gel film.
- (i.) A method in which the components are added in part or in whole in any order either to part of the solvent or to all of the solvent, with part or all of any component being added as a solution in part of the solvent or can be added to the entire solvent.
- (j.) A process in which one of the dianhydride components is first reacted with one of the diamine components to form a first polyamic acid. Then the other dianhydride component is reacted with the other amine component to obtain a second polyamic acid. The amic acids are then combined in one of a number of ways prior to film formation.
Die Dicke jeder Polyimidschicht kann je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck des Films oder den Spezifikationen für die Endanwendung eingestellt werden. In einer Ausführungsform weist der Mehrschichtfilm eine Gesamtdicke von etwa 5 bis etwa 150 µm oder von etwa 15 bis etwa 100 µm oder von etwa 25 bis etwa 75 µm auf. In einer Ausführungsform liegt die Dicke der Kernschicht in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 125 µm oder von etwa 10 bis etwa 100 µm oder von etwa 15 bis 75 µm oder von etwa 15 bis etwa 40 µm. In einer Ausführungsform liegt die Dicke der äußeren Schicht in einem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 20 µm für jede der äußeren Schichten oder von etwa 3 bis etwa 15 µm oder von etwa 3 bis etwa 12 µm oder von etwa 3 bis etwa 6 µm für jede der äußeren Schichten. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, ist eine minimale Dicke der äußeren Schichten mit thermoplastischem Polyimid notwendig, um eine ausreichende Haftung auf Metallschichten bereitzustellen, um ein brauchbares thermisches Substrat für Leistungselektronikanwendungen zu bilden. Außerdem ist eine minimale Dicke der Kernschicht notwendig, um die mechanische Integrität des Mehrschichtfilms aufrechtzuerhalten.The thickness of each polyimide layer can be adjusted depending on the intended use of the film or the specifications for the end use application. In one embodiment, the multilayer film has an overall thickness of from about 5 to about 150 μm, or from about 15 to about 100 μm, or from about 25 to about 75 μm. In one embodiment, the thickness of the core layer is in a range from about 5 to about 125 μm or from about 10 to about 100 μm or from about 15 to 75 μm or from about 15 to about 40 μm. In one embodiment, the thickness of the outer layer ranges from about 1.5 to about 20 µm for each of the outer layers, or from about 3 to about 15 µm, or from about 3 to about 12 µm, or from about 3 to about 6 µm for each of the outer layers. As will be apparent to those skilled in the art, a minimum thickness of the thermoplastic polyimide outer layers is necessary to provide sufficient adhesion to metal layers to form a useful thermal substrate for power electronics applications. In addition, a minimum thickness of the core layer is necessary to maintain the mechanical integrity of the multilayer film.
Als thermisches Substrat für Halbleitervorrichtungen mit hoher Leistungsdichte (wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) kann der Mehrschichtfilm schnelle Temperaturänderungen von Raumtemperatur auf eine Temperatur von bis zu 200 °C erfahren. Der tatsächliche Fahrzykluszustand eines Leistungsmoduls in einem Auto könnte diese Temperaturänderungen in einem schnellen und sich wiederholenden Muster ausüben, das schnelle Wärmeabführung und hohe mechanische Integrität erfordert. Unter diesen Bedingungen ist eine organische Schicht mit niedriger Tg, wie ein Epoxidharz, gegenüber Haftungsverlust und Delaminierung anfällig.As a thermal substrate for high power density semiconductor devices (such as insulated gate bipolar transistors), the multilayer film can experience rapid temperature changes from room temperature to a temperature of up to 200 ° C. The actual drive cycle state of a power module in an automobile could exert these temperature changes in a rapid and repetitive pattern that requires rapid heat dissipation and high mechanical integrity. Under these conditions, an organic layer having a low T g, such as an epoxy resin, against loss of adhesion and delamination prone.
In einer Ausführungsform können die Kernschicht und die äußeren Schichten des Mehrschichtfilms gleichzeitig durch Coextrusion lösungsgegossen werden. Zum Zeitpunkt des Gießens können die Polyimide in Form einer Polyamidsäurelösung vorliegen. Die gegossenen Lösungen bilden einen ungehärteten Polyamidsäurefilm, der später zu einem Polyimid gehärtet wird. Die Haftfestigkeit solcher Laminate kann durch Anwendung verschiedener Techniken zur Erhöhung der Haftfestigkeit verbessert werden.In one embodiment, the core layer and the outer layers of the multilayer film can be solution cast simultaneously by coextrusion. At the time of casting, the polyimides can be in the form of a polyamic acid solution. The cast solutions form an uncured polyamic acid film which is later cured to a polyimide. The bond strength of such laminates can be improved by using various techniques to increase the bond strength.
In einigen Ausführungsformen wird eine fertige Polyamidsäurelösung filtriert und zu einer Schlitzdüse gepumpt, wo der Strom so aufgeteilt wird, dass die erste äußere Schicht und die zweite äußere Schicht eines dreischichtigen coextrudierten Films gebildet werden. In einigen Ausführungsformen wird ein zweiter Strom von Polyimid filtriert und dann so zu einer Gießdüse gepumpt, dass die mittlere Polyimidkernschicht eines dreischichtigen coextrudierten Films gebildet wird. Die Strömungsraten der Lösungen können zur Erzielung der gewünschten Schichtdicke eingestellt werden.In some embodiments, a finished polyamic acid solution is filtered and pumped to a slot die where the flow is split to form the first outer layer and the second outer layer of a three-layer coextruded film. In some embodiments, a second stream of polyimide is filtered and then pumped to a casting nozzle such that the central polyimide core layer of a three-layer coextruded film is formed. The flow rates of the solutions can be adjusted to achieve the desired layer thickness.
In einigen Ausführungsformen erfolgt die Herstellung des Mehrschichtfilms durch gleichzeitiges Extrudieren der ersten äußeren Schicht, der Kernschicht und der zweiten äußeren Schicht. In einigen Ausführungsformen werden die Schichten durch eine Extrusionsdüse mit einem einzigen Hohlraum oder mehreren Hohlräumen extrudiert. In einer anderen Ausführungsform wird der Mehrschichtfilm unter Verwendung einer Düse mit einem einzigen Hohlraum hergestellt. Bei Verwendung einer Düse mit einem einzigen Hohlraum sollte die laminare Strömung der Ströme eine ausreichend hohe Viskosität aufweisen, um ein Vermischen der Strömung zu verhindern und eine gleichmäßige Schichtung bereitzustellen. Durch Verwendung eines Coextrusionsverfahrens kann ein Mehrschichtfilm mit guter Zwischenschichthaftung ohne Verwendung von Klebstoffschichten hergestellt werden.In some embodiments, the multilayer film is made by simultaneously extruding the first outer layer, the core layer, and the second outer layer. In some embodiments, the layers are extruded through a single cavity or multiple cavity extrusion die. In another embodiment, the multilayer film is made using a single cavity die. When using a nozzle with a single cavity, the laminar flow of the streams should have a viscosity high enough to prevent the flow from mixing and to provide uniform stratification. By using a coextrusion process, a multilayer film with good interlayer adhesion can be produced without the use of adhesive layers.
In einer Ausführungsform kann der Mehrschichtfilm durch jede herkömmliche Technik gebildet werden, die bei der Bildung von Polyimidfilmen verwendet wird. In einer Ausführungsform können die äußeren Schichten während einer intermediären Herstellungsstufe der Herstellung eines Polyimidfilms auf die Kernschicht aufgebracht werden, beispielsweise auf Gelfilm oder auf Grünfilm.In one embodiment, the multilayer film can be formed by any conventional technique used in the formation of polyimide films. In one embodiment, the outer layers can be applied to the core layer during an intermediate manufacturing step in the manufacture of a polyimide film, for example to gel film or to green film.
Thermische SubstrateThermal substrates
Zur Bildung eines thermischen Substrats mit einem Mehrschichtfilm, der auf einer ersten und einer zweiten leitfähigen Schicht haftet, kann in einer Ausführungsform ein Laminierungsverfahren verwendet werden. In einer Ausführungsform befindet sich eine erste äußere Schicht der Mehrschichtfolie, die ein erstes thermoplastisches Polyimid enthält, zwischen einer ersten leitfähigen Schicht und einer Kernschicht des Mehrschichtfilms und befindet sich eine zweite äußere Schicht, die ein zweites thermoplastisches Polyimid enthält, auf der gegenüberliegenden Seite der Kernschicht. In einer Ausführungsform wird eine zweite leitfähige Schicht in Kontakt mit der zweiten äußeren Schicht auf einer der Kernschicht gegenüberliegenden Seite angeordnet. Ein Vorteil dieser Art von Konstruktion besteht darin, dass die Laminierungstemperatur des Mehrschichtfilms auf die zum Verbinden des thermoplastischen Polyimids der äußeren Schicht mit einer oder mehreren leitfähigen Schichten erforderliche Laminierungstemperatur herabgesetzt wird. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der leitenden Schicht bzw. den leitenden Schichten um eine Metallschicht bzw. Metallschichten. In einer Ausführungsform handelt es sich bei einer Metallschicht um ein Metallblech mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 250 bis etwa 3000 µm oder von etwa 250 bis etwa 2000 µm oder von etwa 300 bis etwa 1000 µm.A lamination process can be used in one embodiment to form a thermal substrate having a multilayer film adhered to first and second conductive layers. In one embodiment, a first outer layer of the multilayer film containing a first thermoplastic polyimide is between a first conductive layer and a core layer of the multilayer film and a second outer layer containing a second thermoplastic polyimide is on the opposite side of the core layer . In one embodiment, a second conductive layer is arranged in contact with the second outer layer on a side opposite the core layer. An advantage of this type of construction is that the lamination temperature of the multilayer film is reduced to the lamination temperature required to bond the thermoplastic polyimide of the outer layer to one or more conductive layers. In one embodiment, the conductive layer or layers are a metal layer or metal layers. In one embodiment, a metal layer is a metal sheet with a thickness in a range from about 250 to about 3000 μm or from about 250 to about 2000 μm or from about 300 to about 1000 μm.
In einer Ausführungsform kann der Polyimidfilm vor dem Schritt des Aufbringens des Mehrschichtfilms der vorliegenden Erfindung auf eine leitfähige Schicht einem Vorbehandlungsschritt unterworfen werden. Vorbehandlungsschritte können Wärmebehandlung, Koronabehandlung, Plasmabehandlung unter Normaldruck, Plasmabehandlung unter vermindertem Druck, Behandlung mit Haftvermittlern wie Silanen und Titanaten, Sandstrahlen, Alkalibehandlung, Säurebehandlungen und Beschichten von Polyamidsäuren einschließen. Zur Verbesserung der Haftfestigkeit ist es im Allgemeinen auch möglich, verschiedene Metallverbindungen zuzusetzen, wie in den
Zusätzlich kann (zur Verbesserung der Haftung) die Oberfläche der leitenden Schicht mit verschiedenen organischen und anorganischen Behandlungen behandelt werden. Diese Behandlungen schließen die Verwendung von Silanen, Imidazolen, Triazolen, Behandlungen mit Oxiden und reduzierten Oxiden, Zinnoxidbehandlung und Oberflächenreinigung/-aufrauung (als Mikroätzen bezeichnet) mit sauren oder alkalischen Reagenzien ein.In addition, various organic and inorganic treatments can be applied to the surface of the conductive layer (to improve adhesion). These treatments include the use of silanes, imidazoles, triazoles, treatments with oxides and reduced oxides, tin oxide treatment, and surface cleaning / roughening (called microetching) with acidic or alkaline reagents.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „leitfähige Schichten“ Metallschichten (Zusammensetzungen mit mindestens 50 % der elektrischen Leitfähigkeit von hochwertigem Kupfer). Metallschichten müssen nicht als Elemente in reiner Form verwendet werden; sie können auch als Metalllegierungen verwendet werden, wie Kupferlegierungen, die Nickel, Chrom, Eisen und andere Metalle enthalten.In the context of the present invention, the term “conductive layers” means metal layers (compositions with at least 50% of the electrical conductivity of high-quality copper). Metal layers do not have to be used as elements in their pure form; they can also be used as metal alloys, such as copper alloys containing nickel, chromium, iron and other metals.
Besonders gut geeignete Metallschichten sind gewalztes, geglühtes Kupfer oder gewalzte, geglühte Kupferlegierung. In vielen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Metallschicht vor dem haftenden Aufbringen des Mehrschichtfilms vorzubehandeln. Diese Vorbehandlung kann eine galvanische Abscheidung oder Tauchabscheidung einer dünnen Schicht aus Kupfer, Zink, Chrom, Zinn, Nickel, Cobalt, anderen Metallen und Legierungen dieser Metalle auf dem Metall einschließen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Vorbehandlung kann aus einer chemischen Behandlung oder einer mechanischen Aufrauungsbehandlung bestehen.Particularly suitable metal layers are rolled, annealed copper or rolled, annealed copper alloys. In many cases it has proven advantageous to pretreat the metal layer before the adhesive application of the multilayer film. This pretreatment can include, but is not limited to, electrodeposition or dip deposition of a thin layer of copper, zinc, chromium, tin, nickel, cobalt, other metals, and alloys of these metals on the metal. The pretreatment may consist of a chemical treatment or a mechanical roughening treatment.
In einer Ausführungsform kann ein organisches DBC-System (ODBC-System) den Mehrschichtfilm und eine auf eine äußere Oberfläche der ersten äußeren Schicht des Mehrschichtfilms haftend aufgebrachte erste Kupferschicht umfassen. In einer Ausführungsform kann ein ODBC-System eine auf eine äußere Oberfläche der zweiten äußeren Schicht des Mehrschichtfilms haftend aufgebrachte zweite Kupferschicht umfassen. In einer Ausführungsform sind die erste Kupferschicht und die zweite Kupferschicht gleich dick. In einer spezifischen Ausführungsform sind die erste Kupferschicht und die zweite Kupferschicht gleich dick und liegen in einem Bereich einer Dicke von etwa 300 µm bis etwa 1000 µm. In einer Ausführungsform ist die erste Kupferschicht dicker als die zweite Kupferschicht. In einer spezifischen Ausführungsform ist die erste Kupferschicht 500 µm dick und die zweite Kupferschicht 2000 µm dick. In einer Ausführungsform umfasst eine äußere Schicht der ersten Kupferschicht Mikrokanäle. Diese Mikrokanäle können eine verbesserte Wärmeabführung für das thermische Substrat bereitstellen.In one embodiment, an organic DBC system (ODBC system) can comprise the multilayer film and a first copper layer adhered to an outer surface of the first outer layer of the multilayer film. In one embodiment, an ODBC system can comprise a second layer of copper adhered to an outer surface of the second outer layer of the multilayer film. In one embodiment, the first copper layer and the second copper layer are of the same thickness. In a specific embodiment, the first copper layer and the second copper layer are of the same thickness and are in a range of a thickness of approximately 300 μm to approximately 1000 μm. In one embodiment, the first copper layer is thicker than the second copper layer. In a specific embodiment, the first copper layer is 500 μm thick and the second copper layer is 2000 μm thick. In one embodiment, an outer layer of the first copper layer comprises microchannels. These microchannels can provide improved heat dissipation for the thermal substrate.
In einer Ausführungsform können die Kupferschichten unter Verwendung einer statischen Presse oder eines Autoklaven auf den Mehrschichtfilm auflaminiert werden, wie dies üblicherweise zur Bildung von metallbeschichteten Laminaten mit Polyimidfilmen für Flexschaltungsanwendungen verwendet wird. Eine ODBC-Struktur unter Verwendung des Mehrschichtfilms und der leitfähigen Schichten der vorliegenden Erfindung behält aufgrund der thermoplastischen Natur der äußeren Schichten des Mehrschichtfilms eine gute Haftfestigkeit, wodurch die Auswirkungen einer CTE-Diskrepanz minimiert werden. Dies steht im Gegensatz zur Keramik-Metall-Bindung in DBC-Strukturen, bei der die Bindungssteifigkeit in Kombination mit dem CTE-Unterschied zwischen der Keramik und dem Metall zu großen thermomechanischen Spannungen während des Betriebs des Leistungsmoduls führt. Infolgedessen können thermische ODBC-Substrate mit dem Mehrschichtfilm und den leitfähigen Schichten der vorliegenden Erfindung zur Konfektionierung von Leistungselektronik mit hoher Leistungsdichte mit einer Betriebstemperatur von bis zu 200 °C verwendet werden.In one embodiment, the copper layers can be laminated to the multilayer film using a static press or an autoclave, such as is commonly used to form metal-clad laminates with polyimide films for flex circuit applications. An ODBC structure using the multilayer film and conductive layers of the present invention maintains good bond strength due to the thermoplastic nature of the outer layers of the multilayer film, thereby minimizing the effects of a CTE discrepancy. This is in contrast to the ceramic-to-metal bond in DBC structures, where the bond stiffness combined with the CTE difference between the ceramic and the metal results in large thermomechanical stresses during operation of the power module. As a result, thermal ODBC substrates with the multilayer film and conductive layers of the present invention can be used to package high power density power electronics with an operating temperature of up to 200 ° C.
Zusätzlich haben die Polyimidfilme der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen auch einen niedrigen Verlusttangentenwert. Die Verlusttangente wird typischerweise bei 10 GHz gemessen und wird zur Messung der Verschlechterung eines nahe gelegenen digitalen Signals, das eine Metallschaltungsspur durchläuft, durch ein dielektrisches Material verwendet. Für unterschiedliche dielektrische Materialien gibt es unterschiedliche Verlusttangentenwerte. Je niedriger der Verlusttangentenwert für ein gegebenes dielektrisches Material, desto (zunehmend) besser ist ein Material für digitale Schaltungsanwendungen. Die Polyimide der vorliegenden Erfindung zeigen ausgezeichnete, niedrige Verlusttangentenwerte. In einer Ausführungsform betrug der Verlusttangentenwert für die Polyimidschichten weniger als 0,010, etwa 0,004, bei 10 GHz. Die Polyimide der vorliegenden Erfindung können auch bei Anwendungen im Bereich von 1 bis 100 GHz verwendet werden, wobei 1 bis 20 GHz am gängigsten sind.In addition, the polyimide films of the present invention also generally have a low loss tangent value. The loss tangent is typically measured at 10 GHz and is used to measure the degradation of a nearby digital signal passing through a metal circuit trace by a dielectric material. There are different loss tangent values for different dielectric materials. The lower the loss tangent value for a given dielectric material, the (increasingly) better a material is for digital circuit applications. The polyimides of the present invention exhibit excellent, low loss tangent values. In one embodiment, the loss tangent value for the polyimide layers was less than 0.010, about 0.004, at 10 GHz. The polyimides of the present invention can also be used in applications in the 1 to 100 GHz range, with 1 to 20 GHz being the most common.
Die Mehrschichtfilme der vorliegenden Erfindung zeigen eine ausgezeichnete Dämpfung. Die Polyimide der vorliegenden Erfindung können häufig einen in Dezibel pro Zoll gemessenen Dämpfungswert von etwa 0,3 bei 10 GHz unter Verwendung eines 50-Ohm-Mikrostreifens aufweisen.The multilayer films of the present invention show excellent attenuation. The polyimides of the present invention can often have an attenuation value measured in decibels per inch of about 0.3 at 10 GHz using a 50 ohm microstrip.
In einer Ausführungsform werden ein Polyimidvorläufer für eine Kernschicht und Polyimidvorläufer für die erste und zweite äußere Schicht gleichzeitig (unter Verwendung einer Düse mit mehreren Öffnungen) gegossen, um einen mehrschichtigen Polyimidfilm (nach Aushärtung der Polyamidsäureschichten) zu bilden. Dieser Mehrschichtfilm wird dann mit einer oder mehreren Metallschichten verbunden, wobei das thermoplastische Polyimid der Außenschicht(en) als Verbindungsschicht mit der Metallschicht bzw. den Metallschichten verwendet wird. Somit umfasst ein gebildetes thermisches Substrat den Mehrschichtfilm und mindestens eine leitfähige Schicht.In one embodiment, a polyimide precursor for a core layer and polyimide precursors for the first and second outer layers are cast simultaneously (using a multi-aperture nozzle) to form a multilayer polyimide film (after the polyamic acid layers have cured). This multilayer film is then connected to one or more metal layers, the thermoplastic polyimide of the outer layer (s) being used as a connecting layer with the metal layer or layers. Thus, a formed thermal substrate includes the multilayer film and at least one conductive layer.
Die vorteilhaften Eigenschaften dieser Erfindung können anhand der folgenden Beispiele beobachtet werden, die die Erfindung veranschaulichen, aber nicht einschränken. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teile- und Prozentangaben auf das Gewicht.The advantageous properties of this invention can be observed from the following examples which illustrate but do not limit the invention. Unless otherwise stated, all parts and percentages are based on weight.
BEISPIELEEXAMPLES
Polyamidsäurelösungen zur Herstellung der Kernschicht und der äußeren Schichten wurden durch eine chemische Reaktion zwischen den geeigneten molaren Äquivalenten der Monomere in Dimethylacetamid (DMAc) als Lösungsmittel getrennt hergestellt. Typischerweise wurde das in DMAc gelöste Diamin unter Stickstoff gerührt und das Dianhydrid über einen Zeitraum von einigen Minuten als Feststoff zugegeben. Es wurde weiter gerührt, um die maximale Viskosität der Polyamidsäure zu erhalten. Die Viskosität wurde durch Steuerung der Dianhydridmenge in der Polyamidsäurezusammensetzung eingestellt.Polyamic acid solutions for making the core and outer layers were separately prepared by a chemical reaction between the appropriate molar equivalents of the monomers in dimethylacetamide (DMAc) solvent. Typically, the diamine dissolved in DMAc was stirred under nitrogen and the dianhydride added as a solid over a period of a few minutes. Stirring was continued to obtain the maximum viscosity of the polyamic acid. The viscosity was adjusted by controlling the amount of dianhydride in the polyamic acid composition.
Für den wärmeleitfähigen Füllstoff wurde eine 25 gew.-%ige Dispersion von BN in DMAc hergestellt und dann zu den Polyamidsäurelösungen gegeben, so dass der Mehrschichtfilm 50 Gew .-% BN in der Kernschicht und 25 Gew .-% BN in den äußeren Schichten des getrockneten Films aufweist.For the thermally conductive filler, a 25% by weight dispersion of BN in DMAc was prepared and then added to the polyamic acid solutions so that the multilayer film had 50% by weight of BN in the core layer and 25% by weight of BN in the outer layers of the having dried film.
Durch Coextrusion wurden Mehrschichtfilme gegossen. Drei getrennte Polyamidsäurepolymerströme wurden gleichzeitig durch eine Extrusionsdüse mit mehreren Hohlräumen auf ein beheiztes bewegtes Band extrudiert, um einen coextrudierten dreischichtigen Polyimidfilm zu bilden. Die Dicken der Polyimidkernschicht und der oberen und unteren thermoplastischen äußeren Polyimidschichten wurden durch Variation der dem Extruder zugeführten Mengen an Polyamidsäuren eingestellt.Multi-layer films were cast by coextrusion. Three separate polyamic acid polymer streams were simultaneously extruded through a multi-cavity extrusion die onto a heated moving belt to form a coextruded three-layer polyimide film. The thicknesses of the polyimide core layer and the upper and lower thermoplastic outer polyimide layers were adjusted by varying the amounts of polyamic acids fed to the extruder.
Der extrudierte Mehrschichtfilm wurde bei einer Ofentemperatur im Bereich von etwa 95 bis etwa 150 °C getrocknet. Der selbsttragende Film wurde von dem Band abgezogen und mit Heizstrahlern in einem Spannofen auf eine Temperatur von etwa 110 bis etwa 805 °C (Oberflächentemperatur des Heizstrahlers) erhitzt, um die Polymere vollständig zu trocknen und zu imidieren.The extruded multilayer film was dried at an oven temperature in the range of about 95 to about 150 ° C. The self-supporting film was peeled off the tape and heated with radiant heaters in a tensioning furnace to a temperature of about 110 to about 805 ° C. (surface temperature of the radiant heater) in order to completely dry and imidize the polymers.
Die zum Aushärten des Films verwendete Heizstrahler-Solltemperatur betrug 805 °C. Die Kernschichtpolymerzusammensetzung enthielt ein Polyimid, das sich von einem Molverhältnis von PMDA zu ODA von ungefähr 1:1 ableitete.The target heater temperature used to cure the film was 805 ° C. The core layer polymer composition contained a polyimide derived from a molar ratio of PMDA to ODA of approximately 1: 1.
Die thermoplastischen Außenschichten enthielten ebenfalls ein Polyimid, das sich von einem Molverhältnis von Dianhydrid zu Diamin von ungefähr 1:1 ableitete. Die Dianhydridzusammensetzung enthielt die Monomere PMDA und ODPA in einem Molverhältnis von 20:80, und die Diaminzusammensetzung bestand zu 100 Mol-% aus RODA-Monomer. Die Fließraten der Polyamidsäurelösungen wurden so eingestellt, dass sich ein dreischichtiger Film ergab, in dem die thermoplastischen Außenschichten ungefähr 3 µm dick waren und die Kernschicht ungefähr 19 µm dick war.The thermoplastic skin layers also contained a polyimide derived from a dianhydride to diamine molar ratio of approximately 1: 1. The dianhydride composition contained the monomers PMDA and ODPA in a molar ratio of 20:80, and the diamine composition was 100 mol% RODA monomer. The flow rates of the polyamic acid solutions were adjusted to result in a three-layer film in which the thermoplastic outer layers were approximately 3 µm thick and the core layer was approximately 19 µm thick.
Zur Bestimmung der Dicken des Mehrschichtfilms und der einzelnen Kern- und Außenschichten wurde ein Querschnitts-Rasterelektronenmikroskop(REM)-Bild des Dreischichtfilms erhalten. Hierzu wurde eine Filmprobe geschnitten, in einem Epoxidharz montiert und über Nacht trocknen gelassen. Dann wurde die Probe unter Verwendung eines Schleifers/Polierers mit variabler Geschwindigkeit von Buehler poliert und etwa zwei Stunden in einen Exsikkator gestellt, um Trockenheit zu gewährleisten. Das Bild wurde unter Verwendung eines Hitachi S-3400 SEM (Hitachi High Technologies America, Inc., Schaumburg, IL) unter variablem Druck aufgenommen. Die Gesamtdicke des Mehrschichtfilms betrug ungefähr 25 µm.A cross-sectional scanning electron microscope (SEM) image of the three-layer film was obtained to determine the thicknesses of the multilayer film and the individual core and outer layers. For this purpose, a film sample was cut, mounted in an epoxy resin and left to dry overnight. The sample was then buffed using a Buehler variable speed grinder / polisher and placed in a desiccator for about two hours to ensure dryness. The image was taken using a Hitachi S-3400 SEM (Hitachi High Technologies America, Inc., Schaumburg, IL) under variable pressure. The total thickness of the multilayer film was approximately 25 µm.
Der Mehrschichtfilm wurde zur Herstellung einer Reihe von thermischen ODBC-Substraten verwendet. 1000-µm-Kupferblech wurden unter Verwendung einer vakuumunterstützten statischen Presse bei Temperaturen mit einer Maximaltemperatur von 330 °C auf beide Seiten des Mehrschichtfilms auflaminiert. Die Substrate wurden hinsichtlich ihrer Wärme- und Zuverlässigkeitsleistung bewertet, indem während beschleunigter Tests regelmäßig Inspektionen durchgeführt wurden.The multilayer film was used to make a number of ODBC thermal substrates. 1000 µm copper sheet was laminated to both sides of the multilayer film using a vacuum assisted static press at temperatures with a maximum temperature of 330 ° C. The substrates were evaluated for their thermal and reliability performance by performing periodic inspections during accelerated testing.
Für Thermoschocktests wurden einige Substrate in eine Thermoschockkammer eingebracht und zwischen Temperaturextrema von -40 °C und 200 °C zyklisiert. Die Substrate wurden alle 1000 Zyklen inspiziert. Nach 5000 Zyklen zeigten die ODBC-Substrate kein Versagen bei hohem Potenzial (Hipot), aber visuell wurde vorläufige Kantenablösung beobachtet.For thermal shock tests, some substrates were placed in a thermal shock chamber and cycled between temperature extremes of -40 ° C and 200 ° C. The substrates were inspected every 1000 cycles. After 5000 cycles, the ODBC substrates showed no high potential (hipot) failure, but tentative edge peeling was visually observed.
Zur thermischen Alterung wurde ein separater Probensatz in eine Wärmekammer eingebracht und einer erhöhten Temperatur von 175 °C ausgesetzt. Nach 1100 Stunden wurden keine Hipot-Versagen beobachtet, aber es wurde erneut Kantenablösung beobachtet.For thermal aging, a separate set of samples was placed in a heating chamber and exposed to an elevated temperature of 175 ° C. No hipot failures were observed after 1100 hours, but edge peeling was observed again.
Ein weiterer Probensatz wurde zur Leistungswechselprüfung mit Kapton®-Klebeband an einer Kühlplatte befestigt. Heizkartuschen wurden mit Kapton®-Klebeband an der Oberseite der Substrate angebracht, und Thermoelemente wurden an einigen Stellen des Package angeordnet. Die Heizkartuschen wurden im Wechsel ein- und ausgeschaltet, damit die Substrate zwischen 40 °C und 200 °C wechseln konnten. Während die Änderung zwischen der maximalen Temperatur und der minimalen Temperatur für den Leistungswechseltest im Vergleich zum Temperaturwechseltest geringer ist, erzeugen die Heizkartusche und die Kühlplatte einen Wärmegradienten innerhalb der Proben, der mit passivem Temperaturwechsel nicht möglich ist. Nach 700 Stunden/1300 Testzyklen wurde weder Hipot-Versagen noch Kantenablösung beobachtet.Another set of samples was attached to a cooling plate with Kapton® adhesive tape to test the performance change. Heating cartridges were attached to the top of the substrates with Kapton® tape, and thermocouples were placed in some locations on the package. The heating cartridges were switched on and off alternately so that the substrates could change between 40 ° C and 200 ° C. While the change between the maximum temperature and the minimum temperature for the power change test is smaller than that for the temperature change test, the heating cartridge and the cooling plate generate a thermal gradient within the samples that is not possible with passive temperature change. After 700 hours / 1300 test cycles, neither hipot failure nor edge delamination was observed.
Jede Änderung der Wärmeleistung des Package wurde mit einem transienten Wärmetester gemessen. Eine Diode in einem TO-247-Package wurde mit Wärmeleitpaste an der Oberseite des zu testenden Substrats angebracht. Mit der Wärmeleitpaste wurde auch das Substrat haftend auf einer Kühlplatte aufgebracht. Dann wurde ein transienter Leistungsimpuls an das Package angelegt und das Abfallen der Temperatur in der Diode über die Zeit überwacht. Dies hilft zusammen mit einer transienten 1D-Leitungsanalyse beim Aufbau des Widerstands-Kapazitäts-Netzwerks für das Package. Die Widerstandsmessungen wurden auf Änderungen zwischen einem neuen Substrat und einem Substrat, das einen beschleunigten Test durchlaufen hatte, überwacht. Aus Wärmewiderstandsmessungen, wie in Tabelle 1 gezeigt, geht hervor, dass die ODBC-Substrate in allen drei der beschleunigten Tests eine gute Stabilität zeigen.
Tabelle 1
Es ist zu beachten, dass nicht alle der oben in der allgemeinen Beschreibung beschriebenen Aktivitäten erforderlich sind, dass ein Teil einer bestimmten Aktivität möglicherweise nicht erforderlich ist, und dass zusätzlich zu den beschriebenen Aktivitäten weitere Aktivitäten durchgeführt werden können. Darüber hinaus entspricht die Reihenfolge, in der die einzelnen Aktivitäten angeführt sind, nicht unbedingt der Reihenfolge, in der sie ausgeführt werden. Nach dem Lesen dieser Beschreibung wird der Fachmann dazu in der Lage sein, zu bestimmen, welche Aktivitäten für seine spezifischen Bedürfnisse oder Wünsche verwendet werden können.It should be noted that not all of the activities described above in the general description are required, that part of a particular activity may not be required, and that other activities may be carried out in addition to the activities described. In addition, the order in which each activity is listed does not necessarily correspond to the order in which it is performed. After reading this description, those skilled in the art will be able to determine which activities can be used for their specific needs or desires.
In der vorstehenden Beschreibung ist die Erfindung anhand spezifischer Ausführungsformen beschrieben worden. Dem Durchschnittsfachmann ist allerdings klar, dass verschiedene Modifizierungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist. Alle in dieser Beschreibung offenbarten Merkmale können durch alternative Merkmale ersetzt werden, die dem gleichen, gleichwertigen oder ähnlichen Zweck dienen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Figuren vielmehr in einem veranschaulichenden und nicht in einem einschränkenden Sinn anzusehen, und alle derartigen Modifizierungen sollen unter den Schutzumfang der Erfindung fallen.In the foregoing description, the invention has been described using specific embodiments. However, it will be apparent to those of ordinary skill in the art that various modifications and changes can be made without departing from the scope of the invention as set forth in the following claims. All of the features disclosed in this description can be replaced by alternative features that serve the same, equivalent, or similar purpose. Accordingly, the specification and figures are to be viewed in an illustrative rather than a restrictive sense, and all such modifications are intended to come within the scope of the invention.
Oben sind Nutzeffekte, weitere Vorteile und Problemlösungen in Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben worden. Die Nutzeffekte, Vorteile, Problemlösungen und jegliche Elemente, die dazu führen können, dass Nutzeffekte, Vorteile oder Lösungen entstehen oder ausgeprägter zutage treten, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Element einiger oder aller Ansprüche zu verstehen.Benefits, further advantages and solutions to problems have been described above in relation to specific embodiments. However, the benefits, advantages, solutions to problems and any elements that may result in benefits, benefits or solutions arising or becoming more pronounced are not to be understood as a critical, required or essential feature or element of any or all of the claims.
Wenn ein Betrag, eine Konzentration oder ein anderer Wert oder Parameter entweder als ein Bereich, bevorzugter Bereich oder eine Liste von oberen Werten und unteren Werten angegeben wird, ist dies so zu verstehen, dass ausdrücklich alle Bereiche offenbart werden, die aus einem beliebigen Paar einer beliebigen oberen Bereichsgrenze oder einem beliebigen bevorzugten Wert und einer beliebigen unteren Bereichsgrenze oder einem beliebigen bevorzugten Wert gebildet werden, unabhängig davon, ob Bereiche separat offenbart werden. Wenn im vorliegenden Text ein Bereich von Zahlenwerten angegeben wird, so soll dieser Bereich, sofern nicht anders angegeben, dessen Endpunkte sowie alle ganzen Zahlen und Brüche innerhalb des Bereichs umfassen. Es ist nicht beabsichtigt, den Schutzumfang der Erfindung auf die konkreten Werte zu beschränken, die bei der Definition eines Bereichs genannt werden.Where an amount, concentration, or other value or parameter is given as either a range, preferred range, or a list of upper and lower values, it is to be understood that expressly all ranges are disclosed that emerge from any pair of any upper range limit or any preferred value and any lower range limit or any preferred value, regardless of whether ranges are disclosed separately. If a range of numerical values is specified in this text, this range is intended to include its endpoints and all integers and fractions within the range, unless otherwise stated. It is not intended to limit the scope of the invention to the specific values mentioned in defining a range.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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