JP2006274040A - ポリイミドフィルムおよびそれを用いたフレキシブル回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れ、フレキシブル回路基板のベースフィルムやカバーレイとして有効に利用することができるポリイミドフィルムを提供する。
【解決手段】フィルムの厚み方向の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以上、好ましくはフィルムの平面方向の少なくとも１方向において熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましくはフィルムの厚み方向の熱伝導率と平面方向の平均熱伝導率の比が０．１〜０．９であることを特徴とするポリイミドフィルムおよびこのポリイミドフィルムを用いて作成されたことを特徴とするフレキシブル回路基板。
【選択図】なし

Description

本発明は、放熱性に優れ、フレキシブル回路基板に好適なポリイミドフィルムおよびそれを用いたフレキシブル回路基板に関するものである。

近年、携帯電話に代表される電子機器の小型化、軽量化に対する要求は強くなってきており、それに伴い機器の小型化、軽量化に有利なフレキシブル回路基板は電子技術分野において広く使用されるようになってきている。ポリイミドフィルムはその耐熱性、耐薬品性などからフレキシブル回路基板のベースフィルムやカバーレイなどに広く用いられている。

しかし、小型化によって回路の集積度は上がってきており、情報処理の高速化とも相まって、廃熱の問題は顕著になってきている。そしてそれはフレキシブル回路基板も例外ではない。各種部品から発生した熱を効率的に逃がすにはフィルムの熱伝導率が良いことが必要となる。ポリイミドフィルムの熱伝導率については、これまでにも検討がなされてきている（特許文献１，２参照）。
しかしこれらはいずれも平面方向の熱伝導率に関するものであった。本発明者は検討の結果、厚み方向の熱伝導率が放熱性に大きく影響していることを見いだし本発明に至ったものである。
特開平７−４８４５２号公報 特開２００４−１２３８６７号公報

本発明は、上述した従来技術における問題点の解決を課題として検討した結果達成されたものであり、放熱性に優れ、フレキシブル回路基板に好適なポリイミドフィルムおよびそれを用いた回路基板に関するものである。

上記目的を達成するため本発明のポリイミドフィルムは、フィルムの厚み方向の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とし、フィルムの平面方向の少なくとも１方向において熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以上であること、フィルムの厚み方向の熱伝導率と平面方向の熱伝導率の比が０．１〜０．９であることが好ましい。また、本発明の回路基板は、上記のポリイミドフィルムを用いて作成されたことを特徴とするフレキシブル回路基板である。

本発明によれば、以下に説明するとおり、放熱性に優れ、フレキシブル回路基板に好適なポリイミドフィルムを得ることができ、このポリイミドフィルムは、フレキシブル回路基板のベースフィルムやカバーレイとして有効に利用することができる。

以下に、本発明のポリイミドフィルムについて具体的に説明する。

先ず、本発明のフィルムは、厚み方向の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする。フィルムの厚み方向の熱伝導率は好ましくは０．２Ｗ／ｍＫ以上、更に好ましくは０．２５Ｗ／ｍＫ以上である。フィルムの厚み方向の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ未満であると、フレキシブル回路基板としたときに、放熱がうまくできず熱暴走を起こしたり、放熱のために特別の配慮をしなくてはならない場合があるため好ましくない。

本発明のポリイミドフィルムは、フィルムの平面方向の少なくとも１方向において熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。平面方向の熱伝導率は好ましくは０．７Ｗ／ｍＫ以上であり、さらに好ましくは０．７５Ｗ／ｍＫ以上である。

平面方向の少なくとも１方向において熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ未満となる場合には、フレキシブル回路基板としたときに、放熱がうまくできない可能性がある。この場合、ある1方向において熱伝導率が０．６Ｗ/ｍＫ未満であれば良く、他の平面方向の熱伝導率は０．６Ｗ/ｍＫ未満であってもかまわない。

本発明のポリイミドフィルムはフィルムの厚み方向の熱伝導率と平面方向の平均熱伝導率の比が０．１〜０．９であることが好ましい。熱伝導率の比が０．１未満、あるいは０．９より大きいと、厚み方向、あるいは平面方向の熱伝導率が大きくなりすぎてしまい、熱の分布が不均一になり放熱性が劣る場合がある。この場合の平面方向の平均熱伝導率とは、平面上の、例えば直角に交わる２方向の熱伝導率を単純に平均した値である。測定方向は必要に応じて更に追加してもかまわない。

本発明のフィルムを製造するに際しては、まず芳香族ジアミン成分と酸無水物成分とを有機溶媒中で重合させることにより、ポリアミック酸溶液を得る。

上記芳香族ジアミン類の具体例としては、パラフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ベンチジン、パラキシリレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、１，５−ジアミノナフタレン、３，３’−ジメトキシベンチジン、１，４−ビス（３メチル−５アミノフェニル）ベンゼンおよびこれらのアミド形成性誘導体が挙げられる。

上記酸無水物成分の具体例としては、ピロメリット酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３’，３，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、２，３，６，７−ナフタレンジカルボン酸、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル、ピリジン−２，３，５，６−テトラカルボン酸およびこれらのアミド形成性誘導体などの酸無水物が挙げられる。

また、本発明において、ポリアミック酸溶液の形成に使用される有機溶媒の具体例としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミドなどのホルムアミド系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミドなどのアセトアミド系溶媒、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドンなどのピロリドン系溶媒、フェノール、ｏ−，ｍ−，またはｐ−クレゾール、キシレノール、ハロゲン化フェノール、カテコールなどのフェノール系溶媒、あるいはヘキサメチルホスホルアミド、γ−ブチロラクトンなどの非プロトン性極性溶媒を挙げることができ、これらを単独又は混合物として用いるのが望ましいが、さらにはキシレン、トルエンのような芳香族炭化水素の使用も可能である。

ここで得られるポリアミック酸溶液は、固形分を５〜４０重量％、好ましくは１０〜３０重量％を含有しており、またその粘度はブルックフィールド粘度計による測定値で１０〜２０００Ｐａ・ｓ、好ましくは、１００〜１０００Ｐａ・ｓのものが、安定した送液のために好ましく使用される。また、有機溶媒溶液中のポリアミック酸は部分的にイミド化されていてもよい。

本発明において、ポリアミック酸を構成する酸二無水物類とジアミン類とは、それぞれの合計のモル数が大略等しくなる割合で重合されるが、その一方が１０モル％の範囲内で他方に対して過剰に配合されることが好ましく、５モル％の範囲内で、他方に対して過剰に配合されることもより好ましい。

なお、このポリアミック酸溶液は、本発明の目的を損なわないかぎりにおいて、必要に応じ酸化チタン、シリカ、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウムおよびポリイミドフィラーなどの化学的に不活性な有機フィラーや無機フィラーを、３０重量％未満濃度で含有することができる。

ポリイミドフィルムを製膜する方法としては、ポリアミック酸溶液をフィルム状にキャストし熱的に脱環化脱溶媒させてポリイミドフィルムを得る方法、およびポリアミック酸溶液に環化触媒と脱水剤を混合し化学的に脱環化させてゲルフィルムを作成し、これを加熱脱溶媒することによりポリイミドフィルムを得る方法が挙げられ、これらのいずれの方法を用いてもよく、化学的方法と熱的方法を併用しても良い。

化学的に脱環化させる方法においては、まず上記ポリアミック酸溶液を調製する。

上記ポリアミック酸溶液は、環化触媒（イミド化触媒）、脱水剤およびゲル化遅延剤などを含有することができる。

本発明で使用される環化触媒の具体例としては、トリメチルアミン、トリエチレンジアミンなどの脂肪族第３級アミン、ジメチルアニリンなどの芳香族第３級アミン、およびイソキノリン、ピリジン、ベータピコリンなどの複素環第３級アミンなどが挙げられるが、複素環式第３級アミンから選ばれる少なくとも一種類のアミンを使用するのが好ましい。

本発明で使用される脱水剤の具体例としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸などの脂肪族カルボン酸無水物、および無水安息香酸などの芳香族カルボン酸無水物などが挙げられるが、無水酢酸および／または無水安息香酸が好ましい。

ポリアミック酸溶液からポリイミドフィルムを製造する方法としては、環化触媒および脱水剤を含有させたポリアミック酸溶液を支持体上にキャストしてフィルム状に成形し、支持体上でイミド化を一部進行させて自己支持性を有するゲルフィルムとした後、支持体より剥離し、加熱乾燥／イミド化し、熱処理を行う方法が挙げられる。

上記支持体とは、ガラス、金属、高分子フィルムなど平面を有し、ポリアミック酸をこの上にキャストした場合にキャストされたポリアミック酸を支持することができるものを意味する。例えば金属製の回転ドラムやエンドレスベルトであり、その温度は液体または気体の熱媒によりおよび／または電気ヒーターなどの輻射熱により液体または気体の熱媒によりおよび／または電気ヒーターなどの輻射熱により制御される。

キャストされたポリアミック酸溶液は、支持体からの受熱および／または熱風や電気ヒーターなどの熱源からの受熱により３０〜２００℃、好ましくは４０〜１５０℃に加熱されて閉環反応し、遊離した有機溶媒などの揮発分を乾燥させることにより自己支持性を有するゲルフィルムとなり、支持体から剥離される。

支持体から剥離されたゲルフィルムは、端部を固定され熱処理されてポリイミドフィルムとなるが、このときフィルムは延伸処理をされていてもよい。
ポリイミドフィルムの熱伝導率を上記の規定範囲とするためには、ゲルフィルムの溶媒残存率が４０％以下になるまで両端を把持しないことが望ましい。この間に両端を把持してしまうと、フィルムが平面方向のみに配向してしまうため、本発明の規定する熱伝導率からはずれてしまうことがある。

その後、徐冷炉においてポリイミドフィルムを徐々に冷却したのち、コアに巻き取ってフィルムロールとする。フィルムをロール状に巻き取るにあたってはフィルムの幅方向の厚みムラにより、ロールに太さムラやいわゆるゲージバンドが生じることを軽減するために、フィルムを蛇行させながら巻き取ることが好ましい。また、巻き取りに当たり、フィルムの端部を切り取り、ロールの端面を揃えることも好ましく行われる。

本発明のポリイミドフィルムは、フィルム厚さが３〜２５０μｍ、特に１２〜１００μｍであることが望ましい。すなわち、厚みが３μｍ未満では形状を保持することが困難となり、また２５０μｍを越えると屈曲性に欠けるため、フレキシブル回路基板用途には不向きである。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。但し本発明はこれらの実施例のみによって限定されない。なお、熱伝導率の評価については、下記の方法に準じて行った。

［熱伝導率の測定方法］
熱伝導率λは下記式によって算出される。
λ＝Ｃｐ×ρ×α
ここで、Ｃｐは比熱、ρは密度、αは熱拡散率を示す。

熱拡散率はＪＩＳ Ｒ１６１１に準じて下記条件で測定を行った。
測定法：レーザフラッシュ法（ｔ１／２法）
測定装置：レーザフラッシュ法定数測定装置
理学電機（株）製 ＬＦ／ＴＣＭ ＦＡ８５１０Ｂ
測定温度：常温
試料寸法：直径１０ｍｍ、厚さ：０．１３〜０．１８ｍｍ
照射光：ルビーレーザ光
測定雰囲気：真空中

比熱測定はＪＩＳ Ｋ７１２３に準じて下記条件で測定を行った。
測定法：ＤＳＣ法
測定装置：ＰＥＲＫＩＮ−ＥＬＭＥＲ社製 ＤＳＣ７
測定温度：２０℃
比熱校正：Ｓａｐｈｉｒｅ
測定雰囲気：窒素気流中

密度ρは以下の算式を用い下記方法により測定した。
ρ＝（ｍ×ρｗ）／Ｆ
ここでｍ：重量（ｋｇ）、ρｗ：液体の密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｆ：浮力（ｋｇ）である。
測定方法：アルキメデス法
測定装置：重量 島津製作所製電子分析天秤ＡＥＬ−２００
測定温度：室温（２５℃）
浸漬液：水

平面方向の熱伝導率は少なくとも直角に交わる２方向の熱伝導率を平均して求める。ただし測定方向は必要に応じて更に追加してもかまわない。

［実施例１］
ケミカルスターラーを備えた３００ｍｌセパラブルフラスコ中に、４，４'−ジアミノジフェニルエーテル２０．０ｇ、Ｎ，Ｎ'−ジメチルアセトアミド１６７．３ｇを入れ、窒素雰囲気下、室温で撹拌した。１０分撹拌後、ピロメリット酸二無水物２１．６ｇを数回に分けて投入し、更に１時間撹拌してポリアミック酸溶液を得た。

冷却した上記ポリアミック酸溶液１００ｇに、β−ピコリン１２ｇと無水酢酸１４ｇを添加し、アプリケーターを用いてガラス板上に流延し、自己支持性のゲルフィルムを得た。これをガラス板上で９０℃のオーブンで１０分乾燥させた後取り出した。このときの溶媒残存率は２８％であった。

これを金属枠で把持し、２００℃３０分、３００℃２０分、４００℃５分の条件で熱処理を行うことにより、厚さ２５μｍのポリイミドフィルムを得た。このフィルムの熱伝導率を測定したところ、厚み方向は０．２２Ｗ／ｍＫ、平面方向の平均値は１．２４Ｗ／ｍＫであった。

［実施例２］
ケミカルスターラーを備えた３００ｍｌセパラブルフラスコ中に、パラフェニレンジアミン２．４３ｇ、Ｎ，Ｎ'−ジメチルアセトアミド１９６．４ｇを入れ、窒素雰囲気下、室温で攪拌し溶解させた。そこにピロメリット酸二無水物４．７７ｇを添加し、３０分撹拌した後、４，４'−ジアミノジフェニルエーテル２０．５２ｇを添加し、撹拌溶解させた。そこに３，３'，４，４'―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１２．８７ｇを添加し、３０分撹拌後、ピロメリット酸二無水物１２．１３ｇを添加した。３０分撹拌後、ピロメリット酸二無水物のＮ，Ｎ'−ジメチルアセトアミド溶液（６wt％）１３．６ｇを３０分かけて滴下し、さらに１時間攪拌し、ポリアミック酸溶液を得た。このポリアミック酸溶液を実施例１と同様に製膜して、厚み２５μｍのフィルムを得た。このフィルムの熱伝導率を測定したところ、厚み方向は０．１９Ｗ／ｍＫ、平面方向の平均値は０．７８Ｗ／ｍＫであった。

［実施例３］
ケミカルスターラーを備えた３００ｍｌセパラブルフラスコ中に、パラフェニレンジアミン１３．０ｇ、Ｎ，Ｎ'−ジメチルアセトアミド１８９．６ｇを入れ、窒素雰囲気下、室温で撹拌した。１０分撹拌後、３，３'，４，４'―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物３５．３ｇを数回に分けて投入し、更に１時間撹拌してポリアミック酸溶液を得た。

このポリアミック酸溶液を実施例１と同様に製膜して、厚み２５μｍのフィルムを得た。このフィルムの熱伝導率を測定したところ、厚み方向は０．３６Ｗ／ｍＫ、平面方向の平均値は０．８９Ｗ／ｍＫであった。

［比較例１］
自己支持性のゲルフィルムをガラス板上で乾燥することを行わず、直接ゲルフィルムを金属枠で把持した。このとき把持前の溶媒残存率は８５％であった。２００℃３０分、３００℃２０分、４００℃５分の条件で熱処理を行う以外は実施例１と同様に製膜を行った。このフィルムの熱伝導率を測定したところ、厚み方向は０．０９Ｗ／ｍＫ、平面方向の平均値は０．５５Ｗ／ｍＫであった。

本発明のポリイミドフィルムは、放熱性に優れるため、フレキシブル回路基板のベースフィルムやカバーレイとして有効に利用することができる。

Claims (4)

1. フィルムの厚み方向の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とするポリイミドフィルム。
2. フィルムの平面方向の少なくとも１方向において熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１記載のポリイミドフィルム。
3. フィルムの厚み方向の熱伝導率と平面方向の平均熱伝導率の比が０．１〜０．９であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリイミドフィルム
4. 請求項１〜３に記載のポリイミドフィルムを用いて作成されたことを特徴とするフレキシブル回路基板。