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GEBIET DER ERFINDUNG
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung sind im Allgemeinen mehrschichtige Polyimidsubstrate,
und spezifischer bei der Herstellung elektronischer Schaltungen
nützliche
mehrschichtige Polyimidsubstrate, mit mindestens einer Metallschicht.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Polyimidfolien
wurden verbreitet als Grundfolie für flexible Schaltungssubstrate
verwendet. Oftmals werden diese Folien mit anderen Polyimidfolien
(und Metallfolien) zur Bildung von mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminaten,
die an Metall gebunden sind, verwendet.
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Polyimidfolien
können
jedoch in vielen Fällen
(selbst wenn ein Klebstoff verwendet wird) keine ausreichende Schälfestigkeit
aufweisen und können
sich manchmal von einer Metallfolie abschälen, was in langer Sicht zu
einem Zuverlässigkeitsproblem
führt.
Zur Verbesserung dieses Nachteils wurden zur Verbesserung der Oberfläche des
Polyimids verschiedene elektrische, physikalische oder chemische
Behandlungen versucht. Diese Behandlungen können jedoch auch Probleme mit
sich bringen, wie zum Beispiel durch die Verwendung ätzender
(oder sehr saurer) Reagenzien, für
welche die Verarbeitungszeit und zunehmende Arbeitsanforderungen
hinzukommen.
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Als
ein Verfahren zur Verbesserung der Haftfestigkeit einer Polyimidfolie
wird die Plasmaverarbeitung (der Folienoberfläche) im
Japanischen Kokai-Patent Nr. Hei 8[1996]-41227 offenbart.
In diesem Fall bleibt aber das Problem bestehen, dass ein zusätzlicher
Verarbeitungsschritt erforderlich ist, um das Plasmabehandlungsverfahren
einsetzen zu können.
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Außerdem ist
auch die Beschichtung von Polyimidfolien mit einem Silan-Kopplungsmittel
(wie es im
Japanischen Kokai-Patent
Nr. Hei 6[1994]-336533 offenbart ist) bekannt. In diesem
Fall treten jedoch Probleme auf. Hier kann manchmal die Haftfestigkeit
herabgesetzt sein, weil sich das Silan-Kopplungsmittel während der
sich anschließenden
Wärmebehandlungsschritte,
die zur Umwandlung der Polyamidsäure
in ein Polyimid erforderlich sind, zersetzen kann.
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Überdies
sind auch Polyimidfolien bekannt, die Zinnverbindungen enthalten
und eine ausgezeichnete Hafteigenschaft (wie im
Japanischen Kokai-Patent Nr. Hei 4[1992]-261466 )
aufweisen. Die Schälfestigkeit
dieser Polyimidfolien kann jedoch ca. 10 N/cm oder weniger betragen,
was in vielen Applikationen gegebenenfalls nicht gut genug sein
könnte.
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Letztendlich
sind auch thermoplastische Polyimide bekannt, die gute Hafteigenschaften
(wie im
Japanischen Kokai-Patent
Nr. 2003-27014 ) aufweisen. Es können aber Nachteile insofern
vorliegen, dass diese Polyimide während des Schweißens, aufgrund
der Thermoplastizität
des Polyimids, „einsacken" können.
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Als
solches bleibt ein Bedarf an Polyimidfolien im Allgemeinen (und
Verfahren zu ihrer Herstellung) bestehen, die eine ausreichende
Schalfestigkeit aufweisen, wenn sie an ein Metallsubstrat geklebt
werden. Es bleibt ein Bedarf zur Erzielung desselben bei niedrigen
Kosten, ohne die Notwendigkeit, dass chemische Reagenzien verwendet
und zusätzliche
Zeit und Arbeit aufgewendet werden müssen, bestehen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
einer Ausführungsform
schließt
ein mehrschichtiges Polyimid-Folienlaminat zwei oder mehr Polyimidschichten
ein, worin mindestens eine der zwei oder mehr Polyimidschichten
durch Imidisieren einer Polyamidsäure erhalten wird, erhalten
aus der Reaktion von mindestens einem aromatischen Diamin, enthaltend 1–1000 Mol-%
Carboxy-4,4'-diaminobiphenyl
der Formel 1
(Formel
1) worin m und n ganze Zahlen von 4 oder weniger,
einschließlich
0, darstellen, und (m + n) eine ganze Zahl von 1 oder größer darstellt,
und mindestens einem aromatischen Tetracarbonsäure-dianhydrid oder einem Derivat davon.
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In
einer anderen Ausführungsform
schließt
ein Verfahren zum Erhalt eines mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminats
die folgenden Schritte zur Bereitstellung einer Polyimidfolie ein:
Beschichten mindestens einer Seite einer Polyimidfolie mit einer
Polyamidsäure,
erhalten aus der Reaktion von mindestens einem aromatischen Diamin,
enthaltend 1–100
Mol-% Carboxy-4,4'-diaminobiphenyl
der Formel 1 und mindestens ein aromatisches Tetracarbonsäure-dianhydrid
oder ein Derivat davon; und Imidisieren der Polyamidsäure, die
auf die mindestens eine Seite der Polyimidfolie zur Bildung einer
Polyimidschicht aus dem mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminat aufgebracht
wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
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In
einer Ausführungsform
umfasst ein mehrschichtiges Polyimid-Folienlaminat zwei oder mehr
laminierte Polyimid-Folienschichten, worin mindestens eine der zwei
oder mehr Polyimid-Folienschichten durch Imidisieren einer Polyamidsäure erhalten
wird, erhalten aus der Reaktion von mindestens einem aromatischen Diamin,
enthaltend 1–100
Mol-% Carboxy-4,4'-diaminobiphenyl
der Formel 1
(Formel
1) worin m und n ganze Zahlen von 4 oder weniger,
einschließlich
0, darstellen und (m + n) eine ganze Zahl von 1 oder größer darstellt,
und mindestens einem aromatischen Tetracarbonsäure-dianhydrid oder einem Derivat davon.
Mindestens eine der zwei oder mehr Polyimid-Folienschichten kann
durch die in der Formel 3
(Formel
3) und der Formel 4
(Formel
4) gezeigten strukturellen Einheiten dargestellt werden,
worin R
1 eine Gruppe darstellt, die durch
die folgende allgemeine Formel 5 ausgedrückt ist,
(Formel
5) und worin R
2 eine Gruppe
darstellt, die durch die folgende allgemeine Formel 6 ausgedrückt ist,
(Formel
6) und worin das Molverhältnis von X:Y 1:99 bis ca.
100:0 betragt.
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Mindestens
ein aromatisches Diamin kann auch entweder 2,6'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
oder eine Kombination von den beiden umfassen. Die Polyamidsäure kann
thermisch oder chemisch zur Bildung des Polyimids imidisiert werden.
Das mehrschichtige Polyimid-Folienlaminat kann auch eine geringe
Wasserabsorption von Ca. 3,0 Gew.-% oder weniger aufweisen. Das
mehrschichtige Polyimid-Folienlaminat kann mit einer Kupferfolie
(entweder mit einem Klebstoff oder ohne) zur Bildung eines flexiblen
Schaltungssubstrats mit einer Schälfestigkeit von mindestens
10 N/cm oder größer verklebt
werden. Das flexible Schaltungssubstrat kann auch durch Verkleben
einer Metallfolie unter Druck mit dem mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminat
unter Verwendung eines Klebstoffs erhalten werden.
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Eine
andere erfindungsgemäße Ausführungsform
stellt ein Verfahren zum Erhalt des erfindungsgemäßen mehrschichtigen
Polyimid-Folienlaminats dar, umfassend die Schritte zum Erhalt von
jedweder geeigneten Polyimidfolie und Beschichten mindestens einer
Seite der Polyimidfolie mit einer Polyamidsäure, erhalten aus der Reaktion
von mindestens einem aromatischen Diamin, enthaltend 1–100 Mol-%
Carboxy-4,4'-diaminobiphenyl
der Formel 1
(Formel
1) worin m und n ganze Zahlen von 4 oder weniger,
einschließlich
0, darstellen, und (m + n) eine ganze Zahl von 1 oder größer darstellt,
und mindestens einem aromatischen Tetracarbonsäure-dianhydrid oder einem Derivat davon.
Die Polyamidsäure-Beschichtung
wird dann zur Bildung des mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminats imidisiert.
Die Polyimid-Beschichtungsschicht weist strukturelle Einheiten der
Formel 3
(Formel
3) und der Formel 4
(Formel
4) auf worin R
1 eine Gruppe
darstellt, die durch die folgende allgemeine Formel 5 ausgedrückt ist
(Formel
5) und worin R
2 eine Gruppe
darstellt, die durch die folgende allgemeine Formel 6 ausgedrückt ist,
(Formel
6) und worin das Molverhältnis von X:Y 1:99 bis ca.
100:0 beträgt.
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Das
vorstehende Verfahren kann weiter das Verkleben des mehrschichtigen
Polyimid-Folienlaminats mit einer Kupferfolie entweder mit einem
Klebstoff (oder ohne einen Klebstoff) zur Bildung eines flexiblen Schaltungsmaterials,
das eine Schälfestigkeit
von mindestens 10 N/cm aufweist, umfassen. Das Polyimid-Folienlaminat
weist eine Wasserabsorption von 3,0 Gew.-% oder weniger auf. Ein
flexibles Schaltungssubstrat kann durch Verkleben unter Druck einer
Metallfolie mit dem Polyimid-Folienlaminat unter Verwendung eines Klebstoffs
erhalten werden. Das flexible Schaltungssubstrat weist eine Schälfestigkeit
von mindestens 10 N/cm und eine Wasserabsorption von 3,0 Gew.-%
oder weniger auf.
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Eine
andere erfindungsgemäße Ausführungsform
stellt ein Verfahren zum Erhalt eines mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminats
dar, umfassend die Schritte des Bereitstellens einer Polyamidsäurefolie;
Beschichten mindestens einer Seite der Polyamidsäurefolie mit einer Polyamidsäurelösung, umfassend
mindestens ein aromatisches Diamin, enthaltend 1–100 Mol-% Carboxy-4,4'-diaminobiphenyl
der Formel 1
(Formel
1) worin m und n ganze Zahlen von 4 oder weniger,
einschließlich
0, darstellen, und (m + n) eine ganze Zahl von 1 oder größer darstellt,
und mindestens ein aromatisches Tetracarbonsäure-dianhydrid oder ein Derivat
davon; und Imidisieren der Polyamidsäurelösung und der Polyamidsäurefolie
zur Bildung eines mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminats. Das Verfahren
umfasst weiter das Verkleben des mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminats
mit einer Kupferfolie mit einem Klebstoff Folie eine Schälfestigkeit
von mindestens 10 N/cm aufweist. Das Polyimid-Folienlaminat weist
eine Wasserabsorption von 3,0 Gew.-% oder weniger auf. Ein flexibles
Schaltungssubstrat kann durch Verkleben unter Druck einer Metallfolie
mit dem Folienlaminat unter Verwendung eines Klebstoffs erhalten
werden. Das flexible Schaltungssubstrat kann eine Schalfestigkeit
von mindestens 10 N/cm oder mehr aufweisen und kann eine Wasserabsorptionseigenschaft
von 3,0 Gew.-% oder weniger aufweisen.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist der Erhalt eines mehrschichtigen
Polyimid-Folienlaminats, worin das Laminat eine extrem hohe Schälfestigkeit
(mit einer Metallfolie) aufweisen kann und das niedrige Wasserabsorptionseigenschaften
(selbst, wenn das mehrschichtige Polyimid-Folienlaminat mit der
Metallfolie unter Verwendung eines Klebstoffs verklebt wird) aufrechterhalten
kann. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zur Herstellung eines qualitätsmäßig hochwertigen Polyimidlaminats
mit hoher Schälfestigkeit
(und eines Metallsubstrats) bei niedrigen Kosten, ohne dass schädliche Reagenzien,
eine ausgedehnte Verarbeitungszeit und Arbeit und dergleichen bei
der Behandlung zur Verbesserung der Schalfestigkeit einer Polyimidfolie
erforderlich sind, die alle diese mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminate als
Grundpolyimid für
die Massenproduktion flexibler Schaltungssubstrate geeignet machen.
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In
einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann ein mehrschichtiges Polyimid-Folienlaminat durch Laminieren
von zwei oder mehr bereits existierenden Polyimidfolien erhalten
werden, wobei sich mindestens eine der Polyimidfolien von einer
Polyamidsäure
herleitet, die aus einem aromatischen Diamin synthetisiert wird,
enthaltend 1–100
Mol-% Carboxy-4,4'-diaminobiphenyl,
die durch die nachstehend gezeigte allgemeine Formel (1) ausgedrückt ist
und einem aromatischen Tetracarbonsäure-dianhydrid oder seinem
Derivat.
(Formel
1)
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Hier
kann das Polyimid, enthaltend die vorstehend erwähnte Polyamidsäure, in
die Mitte des Laminats positioniert werden, das zum Verkleben anderer
Polyimidfolien mit ihm verwendet wird, oder es kann auf eine äußere Oberfläche des
Laminats dergestalt positioniert werden, dass das Laminat mit anderen
Substraten, wie zum Beispiel Metallfolien, verklebt werden kann.
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In
einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
umfassen die mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminate eine Polyimidschicht,
die sich von Carboxy-4,4'-diaminobiphenyl
herleitet, worin diese Diamine 2,6'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
(oder eine Kombination der beiden) darstellen und worin diese Diamine
durch die nachstehende allgemeine Formel (2) ausgedrückt werden
können,
(Formel
2)
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In
einer noch anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann das mehrschichtige Polyimidlaminat mit einer Kupferfolie mittels
Wärmekompression
unter Verwendung eines Klebstoffs verklebt werden. Hier kann die
Schälfestigkeit,
gemessen anhand des nachstehend beschriebenen Verfahrens, 10 N/cm
oder größer sein.
Die Schälfestigkeit
stellt im Allgemeinen die Festigkeit dar, die zum Auseinanderziehen
einer Polyimidfolie und einer Kupferfolie (z. B. mit einer Dicke
von ca. 35 μm,
BAC-13-T, Japan Energy Co.) erforderlich ist. Diese beiden Materialien
sind in der Regel unter Verwendung von Wärmekompression bei 180°C und 4,4 × 107 Pa Druck für ca. 60 Minuten, wobei Pyralux® R,
LF-0100 (hergestellt von E. I. du Pont de Nemours & Co.) den Klebstoff
darstellt, miteinander verklebt werden. Dieses Verfahren ist weiter
in JIS C5016-1994 erläutert und
beschrieben.
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In
einer anderen Ausführungsform
schließt
ein Verfahren zum Erhalt eines mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminats
die folgenden Schritte ein: Bereitstellen einer Polyamidsäurefolie;
Beschichten von mindestens einer Seite der Polyamidsäurefolie
mit einer Polyamidsäurelösung, umfassend
mindestens ein aromatisches Diamin, enthaltend 1–100 Mol-% Carboxy-4,4'-diaminobiphenyl
der Formel 1 und mindestens ein aromatisches Tetracarbonsäure-dianhydrid
oder ein Derivat davon; und Imidisieren der Polyamidsäurelösung und der
Polyamidsäurefolie
zur Bildung eines mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminats.
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Die
Wasserabsorption einer Polyimidfolie wird in der Regel anhand des
folgenden Verfahrens gemessen. Die Wasserabsorption stellt den Gewichtsverlust
bei einer Temperatur von 50°C–200°C dar, wenn
eine laminierte Polyimidfolie 48 Stunden in destilliertes Wasser
eingetaucht wird. Das überschüssige Oberflächenwasser
wird von der Folie abgewischt, und sie wird dann von Raumtemperatur
bis auf ca. 200°C
(bei einer Erhitzungsrate von 10°C/min)
erhitzt und schließlich
unter Verwendung einer thermischen Analyse des Gewichtsverlusts
bewertet.
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Die
erfindungsgemäßen mehrschichtigen
Polyimid-Folienlaminate weisen in der Regel eine hohe Schälfestigkeit
von 10 N/cm oder größer auf
und weisen in der Regel einen Wasserabsorptionswert von 3,0 Gew.-%
oder weniger auf, wenn sie mit Metallfolie unter Verwendung eines
Klebstoffs unter Druck verklebt werden. Diese Metalllaminate können auch
ihre Schälfestigkeit,
ohne eine große
Menge dimensionaler Veränderung,
für eine
lange Zeit aufrechterhalten, wenn sie als eine Grundfolie für ein flexibles
Schaltungssubstrat verwendet werden. Als solches ist von diesen
Substraten bekannt, dass sie eine ausgezeichnete langzeitige Zuverlässigkeit
aufweisen.
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Im
Allgemeinen kann die Schälfestigkeit
der erfindungsgemäßen mehrschichtigen
Polyimid-Folienlaminate durch eine Plasmabehandlung, elektrische
Behandlung (wie zum Beispiel eine Koronabehandlung), physikalische
Behandlung und/oder chemische Behandlung (oder Kombinationen des
Vorstehenden) gegebenenfalls weiter verbessert werden. Die Werte
der vorstehend offenbarten Schälfestigkeit
wurden jedoch ohne Durchführen
jedweder der vorstehend erwähnten
Behandlungen gemessen. Als solches spiegeln die hierin offenbarten
Werte akkurat die erfindungsgemäßen Verbesserungen
gegenüber
dem Stand der Technik wider.
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Erfindungsgemäß gilt allgemein
gesprochen, je kleiner die Wasserabsorption desto besser. Wenn die Wasserabsorption
des Polyimidlaminats größer als
3,0 Gew.-% ist, können
die physikalischen Dimensionen des Polyimid-Folienlaminats in der
Regel verändert
werden (d. h. das Laminat kann sich verziehen), wenn es als ein
flexibles Schaltungssubstrat verwendet wird. Niedrige Wasserabsorptionswerte
sind als solches im Allgemeinen bevorzugt.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
können
die zur Bildung der Polyamidsäuren
verwendeten aromatischen Tetracarbonsäuren (d. h. die Präkursoren
der Polyimidfolie und mehrschichtigen Polyimid-Folienlaminate) aus
der Gruppe ausgewählt
werden, umfassend Pyromellithsäure,
3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäure, 2,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäure, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäure, 2,3,6,7-Naphthalendicarbonsäure, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)ether,
Pyridin-2,3,5,6-tetracarbonsäure,
und ihre Amid-bildenden Derivate, können erwähnt werden. Säureanhydride
oder -dianhydride, der vorstehend erwähnten aromatischen Tetracarbonsäuren können auch
zur Herstellung von erfindungsgemäßen Polyamidsäuren verwendet werden.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführugsform
kann das zur Bildung der Polyamidsäuren (d. h. des Präkursors
der erfindungsgemäßen Polyimide)
verwendete Carboxy-4,4'-diamino-biphenyl
in Kombination mit anderen geeigneten Diaminen verwendet werden.
Diese geeigneten Diamine können
aus der Gruppe ausgewählt
werden, umfassend p-Phenylendiamin, m-Phenylendiamin, Penthidin,
p-Xylylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylether,
3,4'-Diaminodiphenylether,
4,4'-Diaminodiphenylmethan,
4,4'-Diaminodiphenylsulfon,
3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethan,
1,5-Diaminonaphthalen, 3,3'-Dimethoxypenthidin,
1,4-Bis(3-methyl-5-aminophenyl)benzen und ihre Amid-bildenden Derivate,
können
erwähnt
werden.
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In
einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
können
die Carboxylgruppen des vorstehend erwähnten Carboxy-4,4'-diaminobiphenyls
mehrfache Substitutionsgruppen aufweisen. Die Substitutionsposition
der Carboxylgruppen kann variieren. Zu Beispielen gehören die
folgenden, sind aber nicht beschränkt auf: 2,6'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl,
3,3'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
und 2,3'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl.
2,6'-Dicarboxy-4,4'-diamino-biphenyl
und/oder 3,3'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl sind in der Regel hinsichtlich
der Einfachheit der Synthese und der Tatsache, dass diese Diamine
ohne weiteres kommerziell erhältlich
sind, nützlich.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann die Menge an Carboxy-4,4'-diaminobiphenyl
auf einen Bereich von ca. 5–100
Mol-% angepasst werden.
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Bei
der Herstellung der erfindungsgemäßen Polyamidsäurelösungen nützliche
organische Lösungsmittel
schließen
die folgenden ein, sind aber nicht beschränkt auf: Sulfoxidlösungsmittel,
wie zum Beispiel Dimethylsulfoxid, Diethylsulfoxid. Außerdem können Formamidlösungsmittel,
wie zum Beispiel N,N-Dimethylformamid und N,N-Diethylformamid verwendet
werden. Andere nützliche
Lösungsmittel
schließen
Acetamidlösungsmittel,
wie zum Beispiel N,N-Dimethylacetamid und N,N-Diethylacetamid ebenso
wie Pyrrolidonlösungsmittel,
wie zum Beispiel N-Methyl-2-pyrrolidon, N-Vinyl-2-pyrrolidon und
Phenollösungsmittel,
wie zum Beispiel Phenol, o-, m-, oder p-Kresol, Xylenol, halogeniertes
Phenol und Catechol ein. Letztlich können auch aprotische polare
Lösungsmittel,
wie zum Beispiel Hexamethylphosphoramid, γ-Butyrolacton und aromatische
Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Xylen und Toluen verwendet
werden. Diese Lösungsmittel
kennen allein oder als Gemische verwendet werden. In einem Beispiel
kann im Fall der Polymerisation von 2,6'-Dicarboxy-4,4'-diaminophenyl, N-Methyl-2-pyrrolidon verwendet
werden, da es im Allgemeinen eine gute Löslichkeit mit diesem Diamin
aufweist.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann der Feststoffgehalt der Polyamidsäure im organischen Lösungsmittel
(d. h. in den Polyamidsäurelösungen)
zwischen 5–40
Gew.-%, manchmal 10–30
Gew.-% liegen. Außerdem
kann die Viskosität
der Polyamidsäurelösung im
Bereich von 10–2000
Pa·s
liegen, wie mithilfe eines Brookfield-Viskosimeters gemessen wurde,
oder sie kann im Bereich von 100–1000 Pa·s liegen. Letztlich können die
erfindungsgemäßen Polyamidsäurelösungen partiell
imidisiert werden.
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Die
Dianhydrid-Komponente und die Diamin-Komponente (als Bestandteile
einer Polyamidsäure)
werden erfindungsgemäß in der
Regel in einer fast äquimolaren
Menge polymerisiert. Eine Komponente kann jedoch gegebenenfalls,
innerhalb von 10 Mol-% in Bezug auf die andere Komponente, in überschüssiger Menge zugefügt werden.
In einer anderen Ausführungsform
können
diese beiden Komponenten in einer Menge im Bereich von 5 Mol-% im Überschuss
(in Bezug zueinander) gemischt werden.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird die Polymerisationsreaktion (d. h. die chemische Reaktion,
die die Polyamidsäure
bildet) ca. 10 Minuten bis ca. 30 Stunden im Temperaturbereich von
ca. 0–80°C unter mechanischem
Rühren
(und/oder Mischen) in Anwesenheit eines organischen Lösungsmittels durchgeführt. Die
Polymerisationsreaktion kann jedoch gegebenenfalls in Inkrementen
durchgeführt
werden, wobei in jedweder einen von vielen verschiedenen Weisen
die Temperatur angehoben oder gesenkt werden kann.
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Im
Allgemeinen gibt es keine spezifischen Einschränkungen für die Reihenfolge des Zufügens von
Dianhydrid- und Diamin-Komponenten, in einer Ausführungsform
wird jedoch die Dianhydrid-Komponente einer Lösung zugefügt, die die Diamin-Komponente
enthält.
Allgemein gesprochen stellt die Entlüftung während der Polymerisationsreaktion
ein wirksames Verfahren für
die Herstellung von qualitätsmäßig hochwertigen
organischen Lösungsmittel-Lösungen,
die Polyamidsäuren
enthalten, dar. Außerdem
kann die Polymerisationsreaktion durch Zufügen einer kleinen Menge eines
terminalen Blockierungsmittels zur Diamin-Komponente vor der Polymerisationsreaktion
kontrolliert werden.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird eine Polyamidsäurelösung mit
einer Viskosität
von ca. 10–500
Pa·s
hergestellt, die mit einem Rotationsviskosimeter bei 25°C gemessen
wurde.
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Die
vorstehend erwähnte
Polyamidsäurelösung wird
auf einen Träger
gegossen, um eine selbsttragende Polyamidsäurefolie (mit optionaler Wärmezufuhr,
um einen Teil des Lösungsmittel
zu trocknen) zu erhalten. Als Nächstes
wird die selbsttragende Polyamidsäurefolie physikalisch (entlang
den Seiten) fixiert und bei ca. 200°C bis 400°C zur Bildung eines Polyimids
wärmebehandelt.
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Wie
hierin definiert, versteht man unter einem „Träger" den, der eine ebene Fläche, wie
zum Beispiel Glas, Metallpolymerfolie und dergleichen aufweist,
und der die gegossene Polyamidsäure
tragen kann, wenn die Polyamidsäure
darauf gegossen wird.
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Wie
hierin definiert, versteht man unter „Gießen", dass eine Polyamidsäure auf
dem Träger
ausgebreitet wird. In einem Beispiel wird eine Polyamidsäurelösung unter
Verwendung eines Barcoaters, Spincoaters oder einer Rohrform-Substanz
(in einer geeigneten Hohlform) extrudiert, wobei die Polyamidsäurelösung auf dem
Träger
ausgebreitet wird.
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Bei
der Herstellung der erfindungsgemäßen Polyimidfolien (und Copolyimidfolien)
wird das auf diese Weise erhaltene Polyimid durch eine Ringschlussreaktion
der Polyamidsäure
durch Imidisierung, ein chemisches Ringschlussverfahren durch Dehydratation
unter Verwendung (optional) eines Dehydratationsmittels und Katalysators
gebildet. Wenn lediglich Wärme
verwendet wird, kann ein thermisches Ringschlussverfahren eingesetzt
werden, wobei die Dehydratation oder eine Ringschlussreaktion unter
Verwendung von lediglich Wärme
beschleunigt wird.
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Im
chemischen Umwandlungsverfahren kann das Dehydratationsmittel ein
aliphatisches Säureanhydrid,
wie zum Beispiel Essigsäureanhydrid
(oder ein Säureanhydrid,
wie zum Beispiel Phthalsäureanhydrid) darstellen.
Zu anderen Katalysatoren gehören
folgende, sind aber nicht beschränkt
auf: heterocyclische tertiäre
Amine, wie zum Beispiel Pyridin, Picolin, Chinolin und dergleichen,
aliphatische tertiäre
Amine, wie zum Beispiel Triethylamin und dergleichen, und tertiäre Amine,
wie zum Beispiel N,N-Dimethylanilin und dergleichen. Diese können allein
oder in Kombination miteinander verwendet werden.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann die Polyimidfolie (und die Copolyimidfolie) eine Dicke von
ca. 3–250 μm aufweisen.
Wenn die Dicke weniger als 3 μm
beträgt,
kann es sich als schwierig erweisen, die Form der Folie aufrechtzuerhalten.
Wenn die Dicke 250 μm überschreitet,
kann es der Folie an Biegsamkeit mangeln und sie könnte in
einigen Fällen
gegebenenfalls nicht zum Gebrauch als ein flexibles Schaltungssubstrat
geeignet sein.
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Sowohl
gestreckte als auch nicht gestreckte Polyimidfolien können erfindungsgemäß verwendet
werden. Überdies
können
die erfindungsgemäßen Folien
Zusatzfüllstoffe
in einer gewichtsprozentigen Beladung von ca. 10 Gew.-% oder weniger
enthalten, worin die Füllstoffe
entweder anorganische oder organische Additive umfassen, die zur
Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Materials verwendet werden.
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BEISPIELE
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Hierin
nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der folgenden
Beispiele konkreter erklärt. Die
Schälfestigkeit
in den Beispielen wurde anhand des folgenden Verfahrens gemessen.
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SCHÄLFESTIGKEIT
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Hierbei
handelt es sich um die erforderliche Festigkeit, wenn eine Polyimidfolie
und Kupferfolie (Dicke 35 μm,
BAC-13-T, Japan Energy Co.) durch Thermokompression bei 180°C und einem
Druck von 4,4 × 107 Pa 60 Minuten unter Verwendung von Pyralux® R
LF-0100 Klebfolie, E. I. du Pont de Nemours & Co., verklebt wird; das sich ergebende
Laminat wird mittels des in JIS C5016-1994 beschriebenen Verfahrens
abgezogen.
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BEISPIEL 1
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Einem
300 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 3,3'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
zu 2,11 g (7,7 mmol), 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 18,01 g (89 mmol) und N,N'-Dimethylacetamid
zu 148,84 g zugefügt
und in einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber hinaus
wurde Pyromellithsäure-dianhydrid
zu 20,52 g (94 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu 1 Stunde mehrmals
zugefügt.
Nach einstündigem
Rühren
wurden ihm 11,19 g einer N,N'-Dimethylacetamid-Lösung (6 Gew.-%)
aus Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
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Die
auf diese Weise, zu 100,00 g, erhaltene Polyamidsäure wurde
5 Minuten unter Verwendung eines Hybridmischers von der Fa. Kiens
Co. entlüftet.
Ein Teil des Polyamidsäuregemischs
wurde auf Kapton R200H (eingetragenes Warenzeichen, E. I. du Pont
de Nemours & Co.)
aufgenommen und unter Verwendung eines Applikators zu einer gleichförmigen Folie
gebildet. Sie wurde 1 Stunde bei 100°C erhitzt, an einem Metallrahmen
befestigt und 30 Minuten bei 200°C,
30 Minuten bei 300°C
und 5 Minuten bei 400°C
zum Erhalt eines Polyimid-Folienlaminats erhitzt. Die Schalfestigkeit
des Polyimid-Folienlaminats wurde gemessen; das Ergebnis ist in
Tabelle 1 ersichtlich.
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BEISPIEL 2
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Einem
300 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 3,3'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
zu 3,91 g (14 mmol), 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 16,45 g (81 mmol) und N,N'-Dimethylacetamid
zu 148,96 g zugefügt
und in einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber hinaus
wurde Pyromellithsäure-dianhydrid
zu 20,25 g (93 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu einer
1 Stunde mehrmals zugefügt.
Nach einstündigem
Rühren
wurden ihm 11,06 g einer N,N'-Dimethylacetamid-Lösung (6
Gew.-%) aus Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
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Ein
Polyimid-Folienlaminat wurde aus der Polyamidsäure erhalten, die folglich
mittels des gleichen Verfahrens wie in der Applikation von Beispiel
1 erhalten wurde. Die Schälfestigkeit
des Polyimid-Folienlaminats wurde gemessen; das Ergebnis ist in
Tabelle 1 ersichtlich.
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BEISPIEL 3
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Einem
300 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 3,3'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
zu 6,41 g (24 mmol), 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 14,28 g (71 mmol) und N,N'-Dimethylacetamid
zu 149,13 g zugefügt
und in einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber hinaus
wurde Pyromellithsäure-dianbydrid
zu 19,92 g (91 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu 1 Stunde mehrmals
zugefügt.
Nach einstündigem
Rühren
wurden 10,88 g einer N,N'-Dimethylacetamid-Lösung (6 Gew.-%)
aus Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
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Ein
Polyimid-Folienlaminat wurde aus der Polyamidsäure erhalten, die folglich
mittels des gleichen Verfahrens wie in der Applikation von Beispiel
1 erhalten wurde. Die Schälfestigkeit
des Polyimid-Folienlaminats wurde gemessen; das Ergebnis ist in
Tabelle 1 ersichtlich.
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BEISPIEL 4
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Einem
300 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 2,6'-Dicarboxy-dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
zu 2,60 g (9,6 mmol), 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 17,19 g (86 mmol) und N-Dimethyl-2-pyrrolidon zu 150,78 g zugefügt und in
einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber
hinaus wurde Pyromellithsäure-dianhydrid
zu 20,19 g (93 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu 1 Stunde
mehrmals zugefügt.
Nach einstündigem
Rühren
wurden 9,65 g einer N-Methyl-2-pyrrolidon-Lösung (5 Gew.-%) aus Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
-
Ein
Polyimid-Folienlaminat wurde aus der Polyamidsäure erhalten, die folglich
mittels des gleichen Verfahrens wie in der Applikation von Beispiel
1 erhalten wurde. Die Schälfestigkeit
des Polyimid-Folienlaminats wurde gemessen; das Ergebnis ist in
Tabelle 1 ersichtlich.
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BEISPIEL 5
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Einem
300 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 2,6'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
zu 5,11 g (19 mmol), 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 15,02 g (75 mmol) und N-Dimethyl-2-pyrolidon zu 149,78 g zugefügt und in
einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber hinaus
wurde Pyromellithsäure-dianhydrid
zu 19,85 g (91 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu 1 Stunde mehrmals
zugefügt.
Nach einstündigem
Rühren
wurden 9,48 g einer N-Methyl-2-pyrrolidon-Lösung (5 Gew.-%)
aus Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
-
Ein
Polyimid-Folienlaminat wurde aus der Polyamidsäure erhalten, die folglich
mittels des gleichen Verfahrens wie in der Applikation von Beispiel
1 erhalten wurde. Die Schälfestigkeit
des Polyimid-Folienlaminats wurde gemessen, das Ergebnis ist in
Tabelle 1 ersichtlich.
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VERGLEICHSBEISPIEL 1
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Einem
500 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 38,48 g (190 mmol) und N,N'-Dimethylacetamid
zu 320,00 g zugefügt
und in einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber
hinaus wurde Pyromellithsäuredianhydrid
zu 40,27 g (185 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu 1 Stunde
mehrmals zugefügt.
Nach einstündigem
Rohren wurden 22,01 g einer N,N'-Dimethylacetamid-Lösung (6
Gew.-%) aus Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
-
Die
auf diese Weise, zu 100,00 g, erhaltene Polyamidsäure wurde
unter Verwendung eines Hybridmischers von der Fa. Kiens Co. 5 Minuten
gerührt.
Ein Teil des Polyamidsäuregemischs
wurde auf einer Polyesterfolie aufgenommen und unter Verwendung
eines Applikators zu einer gleichförmigen Folie gebildet. Diese wurde
1 Stunde bei 100°C
erhitzt und von der Polyesterfolie zum Erhalt einer selbsthaltenden
Polyamidsäurefolie
abgezogen. Diese wurde 30 Minuten bei 200°C, 30 Minuten bei 300°C und 5 Minuten
bei 400°C
zum Erhalt einer Polyimidfolie erhitzt. Die Schälfestigkeit der Polyimidfolie
wurde gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 1 ersichtlich.
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VERGLEICHSBEISPIEL 2
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Einem
300 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 3,3'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
zu 2,11 g (7,7 mmol), 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 18,01 g (89 mmol) und N,N'-Dimethylacetamid
zu 148,84 g zugefügt
und in einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber hinaus
wurde Pyromellithsäure-dianhydrid
zu 20,52 g (94 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu 1 Stunde mehrmals
zugefügt.
Nach einstündigem
Rühren
wurden 11,19 g einer N,N'-Dimethylacetamid-Lösung (6 Gew.-%)
aus Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
-
Eine
Polyimidfolie wurde aus der Polyamidsäure erhalten, die folglich
mittels des gleichen Verfahrens wie im Vergleichsbeispiel 1 erhalten
wurde. Die Schälfestigkeit
der Polyimidfolie wurde gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 1
ersichtlich.
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VERGLEICHSBEISPIEL 3
-
Einem
300 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 3,3-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
zu 3,91 g (14 mmol), 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 16,45 g (81 mmol) und N,N'-Dimethylacetamid
zu 148,96 g zugefügt
und in einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber hinaus
wurde Pyromellithsäure-dianhydrid
zu 20,25 g (93 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu 1 Stunde mehrmals
zugefügt.
Nach einstündigem
Rühren
wurden 11,06 g einer N,N'-Dimethylacetamid-Lösung (6 Gew.-%)
aus Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
-
Eine
Polyimidfolie wurde am der Polyamidsäure erhalten, die folglich
mittels des gleichen Verfahrens wie in Vergleichsbeispiel 1 erhalten
wurde. Die Schälfestigkeit
der Polyimidfolie wurde gemessen, das Ergebnis ist in Tabelle 1
ersichtlich.
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VERGLEICHSBEISPIEL 4
-
Einem
300 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 3,3'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
zu 6,41 g (24 mmol), 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 14,28 g (71 mmol) und N,N'-Dimethylacetamid
zu 149,13 g zugefügt
und in einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber hinaus
wurde Pyromellithsäure-dianhydrid
zu 19,92 g (91 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu 1 Stunde mehrmals
zugefügt.
Nach einstündigem
Rühren
wurden 10,88 g einer N,N'-Dimethylacetamid-Lösung (6 Gew.-%)
von Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
-
Eine
Polyimidfolie wurde aus der Polyamidsäure erhalten, die folglich
mittels des gleichen Verfahrens wie in Vergleichsbeispiel 1 erhalten
wurde. Die Schälfestigkeit
der Polyimidfolie wurde gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 1
ersichtlich.
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VERGLEICHSBEISPIEL 5
-
Einem
300 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 2,6'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
zu 2,60 g (9,6 mmol), 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 17,19 g (86 mmol) und N-Dimethyl-2-pyrrolidon zu 150,78 g zugefügt und in
einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber hinaus
wurde Pyromellithsäure-dianhydrid
zu 20,19 g (93 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu 1 Stunde mehrmals
zugefügt.
Nach einstündigem
Rühren
wurden 9,65 g einer N-Methyl-2-pyrrolidon-Lösung (5 Gew.-%) Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
-
Eine
Polyimidfolie wurde am der Polyamidsäure erhalten, die folglich
mittels des gleichen Verfahrens wie in Vergleichsbeispiel 1 erhalten
wurde. Die Schälfestigkeit
der Polyamidsäurefolie
wurde gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 1 ersichtlich.
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VERGLEICHSBEISPIEL 6
-
Einem
300 ml fassenden, mit einem Gleichstrom-Rührer versehenen Trennkolben
wurden 2,6'-Dicarboxy-4,4'-diaminobiphenyl
zu 5,11 g (19 mmol), 4,4'-Diaminodiphenylether
zu 15,02 g (75 mmol) und N-Dimethyl-2-pyrrolidon zu 149,78 g zugefügt und in
einer Stickstoffatmosphäre
bei Raumtemperatur gerührt.
Darüber hinaus
wurde Pyromellithsäure-dianhydrid
zu 19,85 g (91 mmol) aufgeteilt und über 30 Minuten bis zu 1 Stunde mehrmals
zugefügt.
Nach einstündigem
Rühren
wurden 9,48 g einer N-Methyl-2-pyrolidon-Lösung (5 Gew.-%) aus Pyromellithsäure-dianhydrid über 30 Minuten
tropfenweise zugefügt
und eine weitere Stunde gerührt.
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Eine
Polyimidfolie wurde aus der Polyamidsäure erhalten, die folglich
mittels des gleichen Verfahrens wie in Vergleichsbeispiel 1 erhalten
wurde. Die Schälfestigkeit
der Polyimidfolie wurde gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 1
ersichtlich. TABELLE
| Foliendicke
(μm) | Schalfestigkeit
(N/cm) | Wasserabsorption
(Gew.-%) |
Beispiel
1 | 61 | 10,7 | 2,4 |
Beispiel
2 | 63 | 11,3 | 2,4 |
Beispiel
3 | 64 | 11,7 | 2,5 |
Beispiel
4 | 67 | 12,0 | 2,5 |
Beispiel
5 | 62 | 23,4 | 2,4 |
Vergleichsbeispiel
1 | 65 | 1,9 | 2,7 |
Vergleichsbeispiel
2 | 62 | 10,6 | 3,2 |
Vergleichsbeispiel
3 | 58 | 11,1 | 3,4 |
Vergleichsbeispiel
4 | 57 | 11,8 | 3,6 |
Vergleichsbeispiel
5 | 62 | 12,2 | 3,5 |
Vergleichsbeispiel
6 | 65 | 23,2 | 3,8 |
-
Wie
aus den Ergebnissen in Tabelle 1 deutlich hervorgeht ist in den
erfindungsgemäßen Polyimid-Folienlaminaten
(Beispiele 1–5)
die Klebekraft ohne Zunahme der Wasserabsorption im Vergleich zu
den Polyimidfolien von Vergleichsbeispielen 1–6 merklich verbessert.