JP2012107121A - 誘電特性に優れた樹脂/金属積層体及び回路用基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(a)主鎖に脂環式構造を有するポリアミド酸と、(b)シラノール基を有する、籠状のシルセスキオキサンの部分開裂構造体と、(c)溶媒と、を含有するポリアミド酸組成物が加熱されて得られる、比誘電率が3以下であるポリイミドフィルムが提供される。このポリイミドフィルムを用いれば、比誘電率が低く、表面平滑性の高い絶縁層を有するポリイミド金属積層体、及び電子回路用基板を作製することができる。
【選択図】なし
Description
本発明のポリイミドフィルムは、(a)主鎖に脂環式構造を有するポリアミド酸と、(b)シラノール基を有する、籠状のシルセスキオキサンの部分開裂構造体と、(c)溶媒と、を含有するポリアミド酸組成物を用いて得られるフィルムである。以下、その詳細について説明する。
ポリアミド酸組成物には、(a)主鎖に脂環式構造を有するポリアミド酸、(b)シラノール基を有する、籠状のシルセスキオキサンの部分開裂構造体、及び(c)溶媒が含有されている。ポリアミド酸は、例えば、下記一般式(I)で表される繰り返し単位を含む。
シルセスキオキサンの部分開裂構造体は、籠状のシルセスキオキサンの一部のケイ素(Si)−酸素(O)結合が開裂してできたケイ素化合物であって、シラノール基を有する化合物である。より具体的には、一般式[XSiO3/2]n(nは6〜14の整数を示す)で表される籠状のシルセスキオキサンの一部のケイ素(Si)−酸素(O)結合が開裂してできた、一般式[XSiO3/2]n−m(O1/2H)2+m(nは6〜14の整数を示し、mは0又は1を示す)で表わされるケイ素化合物である。
溶媒の種類は特に限定されないが、ポリイミド酸やポリアミド酸を調製するために用いられるモノマー等を溶解可能な溶媒が好ましく、非プロトン性極性溶媒が更に好ましく、非プロトン性アミド系溶媒が特に好ましい。非プロトン性アミド系溶媒の具体例としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等を挙げることができる。これらの溶媒は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
ポリアミド酸組成物には、本発明の目的を損なわない範囲で必要に応じて、上記の(a)ポリアミド酸、(b)シルセスキオキサンの部分開裂構造体、及び(c)溶媒以外の「その他の成分」が含有されていてもよい。「その他の成分」としては、フィラー、難燃剤、熱安定剤、酸化安定剤、及び耐光安定剤等の各種添加剤を挙げることができる。
本発明のポリイミドフィルムは、上記のポリアミド酸組成物を加熱し、ポリアミド酸をイミド化することによって得られるフィルムである。このようにして得られる本発明のポリイミドフィルムの比誘電率(εr)は3以下であり、好ましくは2.9以下、更に好ましくは2.8以下である。このように、本発明のポリイミドフィルムは比誘電率が低いため、電気信号の伝送損失の小さい電子回路用基板を提供することができる。なお、ポリイミドフィルムの比誘電率の下限値については特に限定されないが、通常は2.0程度である。また、ポリイミドフィルムの比誘電率は、温度:23℃、相対湿度:50%、測定周波数:12.5GHzの条件で測定及び算出される値である。
本発明のポリイミドフィルムは、例えば、上述のポリイミド組成物をガラス基板等の表面に塗布して薄膜状とした後、加熱して、イミド化(閉環)させるとともに溶媒を除去することによって作製することができる。加熱温度は、イミド化が進行する温度以上とすればよいが、シルセスキオキサンの部分開裂構造体の融点以上に加熱することが好ましく、具体的には250〜400℃とすることが好ましい。シルセスキオキサンの部分開裂構造体の融点以上に加熱することで、ポリイミドフィルムの空隙率を上昇させることができるからである。なお、加熱時間はとくに限定されないが、例えば3分〜12時間程度である。
本発明のポリイミド積層体は、前述のポリイミドフィルムからなる絶縁層と、この絶縁層の少なくとも一方の面上に配置された金属層(導体層)とを備える。なお、金属層は絶縁層の両面上に配置されていてもよく、複数の絶縁層を備えてもよい。本発明のポリイミド金属積層体は、比誘電率が低く、耐熱性の高いポリイミドからなる、表面平滑性の高い絶縁層を備えている。このため、本発明のポリイミド金属積層体は、各種の電子回路用基板、特に高周波回路用基板として好ましく用いられる。
(1)前述のポリイミドフィルムと、金属箔とを熱圧着する方法
(2)前述のポリイミドフィルムの表面上に、金属層をスパッタ、蒸着等により形成する方法
(3)前述のポリアミド酸組成物を金属箔の表面上に塗布した後、加熱してポリアミド酸をイミド化してポリイミドフィルムを形成する方法
(1)ポリアミド酸の構成成分
(1−1)ジアミン
CHDA:トランス1,4−ジアミノシクロヘキサン
mBP :4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル
PDA :p−フェニレンジアミン
ODA :4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
PMDA:ピロメリット酸二無水物
SO1400(ハイブリッドプラスチック社製):一般式(1)で表される化合物(X=シクロヘキシル基)、融点275℃
SO1458(ハイブリッドプラスチック社製):一般式(1)で表される化合物(X=フェニル基)、融点243℃
SO1450(ハイブリッドプラスチック社製):一般式(1)で表される化合物(X=i-ブチル基)、融点268℃
SO1455(ハイブリッドプラスチック社製):一般式(1)で表される化合物(X=i-オクチル基)、融点 常温以下
MS0840(ハイブリッドプラスチック社製):一般式[XSiO3/2]8で表される化合物(X=フェニル基)、融点(分解点)434℃
DMAc:N,N−ジメチルアセトアミド
NMP :N−メチル−2−ピロリドン
(実施例1)
(1)ポリアミド酸Aの調製
撹拌機及び窒素導入管を備えた反応容器中にCHDA(14.84g)を入れ、NMP341gに溶解した後、撹拌しながらBPDAの粉末37.87gを添加して白色の懸濁液を得た。得られた懸濁液をオイルバスにて100℃で12分間激しく撹拌することで、容器中の固形分が溶解し、透明な粘稠液体を得た。反応容器をオイルバスから外した後、NMPを85g添加し、室温で10時間撹拌することにより、ポリアミド酸Aのワニスを得た。得られたワニスのポリアミド酸固形分の含有率は11重量%であり、対数粘度は1.50dl/gであった。
プラスチック製の容器に、ポリアミド酸Aのワニスと、SO1400とを、CHDAとBPDAの合計100重量部に対してSO1400が64重量部となるように投入した。更に、ポリアミド酸組成物の固形分の含有率が11重量%になるように、NMPを518重量部添加した。これらを混練機を用いて混ぜ合わせることにより、ポリアミド酸組成物を調製した。
調製したポリアミド酸組成物を、ガラス板上に、乾燥膜厚が約30μmとなるようにベーカーアプリケーターで塗布した。イナートオーブンで、窒素雰囲気下、300℃まで2時間かけて昇温し、更に300℃で2時間加熱してイミド化させた。塗膜が形成されたガラス板を約40℃の水に浸漬し、塗膜をガラス板から剥離して厚さ約30μmのポリイミドフィルムを得た。得られたポリイミドフィルムの内部には、孔径1μm以上の多数の空隙が存在していた。
イミド化温度を250℃としたこと以外は、実施例1と同様にしてポリイミドフィルムを得た。
SO1400をSO1458に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリイミドフィルムを得た。
(1)ポリアミド酸Bの調製
撹拌機及び窒素導入管を備えた反応容器中にCHDA(10.45g)を入れ、NMP285gに溶解した後、撹拌しながらBPDAの粉末34.95gを添加して白色の懸濁液を得た。得られた懸濁液をオイルバスにて100℃で12分間激しく撹拌することで、容器中の固形分が溶解し、透明な粘稠液体を得た。反応容器をオイルバスからはずして、容器内の温度を室温に戻した後、NMPを28g添加し、次にmBPの粉末10.51gを約30分かけて徐々に添加した。39gのNMPを更に加え、10時間撹拌してポリアミド酸Bのワニスを得た。得られたワニスのポリアミド酸固形分の含有率は13.7重量%であり、対数粘度は1.0dl/gであった。
プラスチック製の容器に、ポリアミド酸Bのワニスと、SO1400とを、CHDAとmBPとBPDAの合計100重量部に対してSO1400が64重量部となるように投入した。更に、ポリアミド酸組成物の固形分の含有率が11重量%になるように、NMPを403重量部添加した。これらを混練機を用いて混ぜ合わせることにより、ポリアミド酸組成物を調製した。
実施例1と同様にしてポリイミドフィルムを得た。
SO1400をSO1450に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリイミドフィルムを得た。
プラスチック製の容器に、ポリアミド酸Aのワニスと、SO1455とを、CHDAとBPDAの合計100重量部に対してSO1455が35重量部となるように投入した。更に、ポリアミド酸組成物の固形分の含有率が11重量%になるように、NMPを283重量部添加した。これらを混練機を用いて混ぜ合わせることにより、ポリアミド酸組成物を調製した。これを、実施例1と同様の方法でイミド化してポリイミドフィルムを得た。
SO1400を添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてポリイミドフィルムを得た。
SO1400をMS0840に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリイミドフィルムを得た。
(1)ポリアミド酸Cの調製
撹拌機及び窒素導入管を備えた容器に、20.55gのPDAと、溶媒としての301gのNMPとを装入し、温度を50℃に昇温してPDAが溶解するまで撹拌した。溶液の温度を室温まで下げた後、55.34gのBPDAを約30分かけて投入し、129gのNMPを更に加えて、20時間撹拌してポリアミド酸Cのワニスを得た。得られたワニスのポリアミド酸固形分の含有率は15重量%であり、対数粘度は1.3dl/gであった。
プラスチック製の容器に、ポリアミド酸Cのワニスと、SO1400とを、PDAとBPDAの合計100重量部に対してSO1400が64重量部となるように投入した。更に、ポリアミド酸組成物の固形分の含有率が11重量%になるように、NMPを363重量部添加した。これらを混練機を用いて混ぜ合わせることにより、ポリアミド酸組成物を調製した。
実施例1と同様にしてポリイミドフィルムを得た。
SO1400をMS0840に変更したこと以外は、比較例3と同様にしてポリイミドフィルムを得た。
(1)ポリアミド酸Dの調製
撹拌機及び窒素導入管を備えた容器に、24.03gのODAと、溶媒として139.5gのDMAcを装入し、ODAが溶解するまで撹拌した。次いで、この溶液に、25.78gのPMDAを約30分かけて投入し、更に、103.7gのDMAcを加えて、20時間撹拌してポリアミド酸Dのワニスを得た。得られたワニスのポリアミド酸固形分の含有率は17重量%であり、対数粘度は1.2dl/gであった。
プラスチック製の容器に、ポリアミド酸Dのワニスと、SO1400とを、ODAとPMDAの合計100重量部に対してSO1400が64重量部となるように投入した。更に、ポリアミド酸組成物の固形分の含有率が11重量%になるように、DMAcを312重量部添加した。これらを混練機を用いて混ぜ合わせることにより、ポリアミド酸組成物を調製した。
実施例1と同様にしてポリイミドフィルムを得た。
SO1400をMS0840に変更したこと以外は、比較例5と同様にしてポリイミドフィルムを得た。
実施例及び比較例で作製したポリイミドフィルムの熱膨張係数、比誘電率、及び表面粗さの測定結果を表1に示す。また、これらの物性値の測定方法を以下に示す。
(1)熱膨張係数
熱分析装置(商品名「TMA50シリーズ」、島津製作所社製)を使用し、乾燥空気雰囲気下、100〜200℃の範囲でポリイミドフィルムの熱膨張係数(ppm/K)を測定した。
分子配向計(商品名「MOA−2012A」、新王子製紙社製)を使用し、温度23℃、相対湿度50%、測定周波数12.5GHzにおけるポリイミドフィルムの比誘電率(εr)を測定及び算出した。
触針式表面形状測定装置(商品名「DEKTAK3」、日本真空技術社製)を使用し、ポリイミドフィルムの表面粗さ(Ra)を計測した。
図1に、実施例1で得たポリイミドフィルムの断面の透過型電子顕微鏡(TEM)写真を示す。図1に示すように、ポリイミドフィルムの内部には、その孔径(幅)が1μm以上の細長い空隙(孔)が多数形成されていることが分かる。
Claims (12)
- (a)主鎖に脂環式構造を有するポリアミド酸と、
(b)シラノール基を有する、籠状のシルセスキオキサンの部分開裂構造体と、
(c)溶媒と、を含有するポリアミド酸組成物が加熱されて得られる、比誘電率が3以下であるポリイミドフィルム。 - 前記ポリアミド酸組成物が、前記シルセスキオキサンの部分開裂構造体の融点以上の温度に加熱されて得られる請求項1に記載のポリイミドフィルム。
- その両表面の算術平均粗さが2.5μm以下である請求項1又は2に記載のポリイミドフィルム。
- 前記(a)ポリアミド酸が、
(A)シクロヘキサンジアミンを含むジアミン成分と、(B)テトラカルボン酸二無水物成分と、に由来する繰り返し単位を有する請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリイミドフィルム。 - 前記(A)ジアミン成分が、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニルを更に含む請求項4に記載のポリイミドフィルム。
- 前記(A)ジアミン成分と前記(B)テトラカルボン酸二無水物成分との合計100重量部に対する、前記(b)シルセスキオキサンの部分開裂構造体の含有量が1〜200重量部である請求項4又は5に記載のポリイミドフィルム。
- 前記(b)シルセスキオキサンの部分開裂構造体が、エチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、フェニル基、イソブチル基、及びイソオクチル基からなる群より選択される少なくとも一種の官能基を有する請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリイミドフィルム。
- 前記(b)シルセスキオキサンの部分開裂構造体が、下記一般式(1)で表される化合物である請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリイミドフィルム。
- 孔径が0.1μm以上の多数の空隙を有する請求項8に記載のポリイミドフィルム。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のポリイミドフィルムからなる絶縁層と、
前記絶縁層の少なくとも一方の面上に配置された金属層と、を備えたポリイミド金属積層体。 - 請求項10に記載のポリイミド金属積層体を備えた電子回路用基板。
- 前記絶縁層の厚みが50μm以下のフレキシブル回路基板である請求項11に記載の電子回路用基板。
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