JP2773382B2 - 芳香族ポリアミドフィルムの熱処理方法 - Google Patents

芳香族ポリアミドフィルムの熱処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は芳香族ポリアミドフィルムの熱処理方法に関
し、更に詳しくは連続的に製造されたフィルムをリフロ
ーあるいはフローはんだ工程に対応できる程度に低熱収
縮率化するための熱処理方法に関するものである。
[従来の技術] 芳香族ポリアミドフィルムは優れた機械特性、耐熱性
を有することから種々の電気絶縁材料への応用が提案さ
れ、特にフレキシブルプリント配線板(FPC)等の回路
基板材料として期待されている。
従来耐熱性が要求される絶縁フィルムとしてはポリイ
ミドフィルムが多用されており、耐はんだ性が必要なFP
C材料には高温下での寸法安定性という面から、ほとん
どがポリイミドフィルムが使用されている。
[発明が解決しようとする課題] 一方、芳香族ポリアミドフィルムはポリイミドフィル
ムより優れた面はあるものの、高温下での寸法安定性に
おいて若干劣るため、ことに回路パターンの細密なFPC
についてはその展開が進展しないでいる。
熱収縮率の小さな芳香族ポリアミドフィルムの製造方
法として製膜工程中での熱処理方法はこれまでにも多く
提案されてはいるが、連続的な製膜工程では装置上の制
約から各種の応力がフィルムに掛ることが避けられない
ために、フィルムの残留歪みを消失させることは実際上
非常に困難であり、また製膜工程を複雑化することによ
るコストアップの要因ともなり現実的ではない場合がほ
とんどである。
一旦芳香族ポリアミドを製造し、後処理として熱処理
を行なうことについては、実験室レベルの小面積のフィ
ルム片を処理するのは容易であっても、工業的には色々
な問題があった。例えば、数百〜数千mの長さの長尺の
フィルムではカットシート程度のフィルムとは同様の熱
処理方法が採れないこと、あるいは熱処理によるフィル
ムの着色、劣化、平面性の悪化などの事柄は大量のフィ
ルムを製造する場合において初めて問題となるものであ
る。
本発明はかかる課題を解決するため、耐はんだ性(熱
収縮率)において優れた芳香族ポリアミドフィルムを工
業的に得るために、一旦製造されたフィルムを後処理と
して熱処理を行なう方法を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明は250℃での熱収縮率が3.0%以下、熱膨張係数
が4.5×10-5(1/℃)以下の連続的に製造された芳香族
ポリアミドフィルムを、式(1)〜(3)の範囲で示さ
れる温度(T℃)および時間(t時間)で、かつ無張力
下または0.5(kg/mm2)以下の張力下で熱処理すること
を特徴とするものである。
−50t+200≦T≦−25t+300 ……式(1) 150≦T ……式(2) 0.01≦t ……式(3) 本発明における芳香族ポリアミドフィルムとは、一般
式、 で示される繰返し構成単位を単独または共重合の形で含
む芳香族ポリアミド重合体から成るフィルムで、上記構
成単位を70モル%以上、好ましくは90モル%以上含むフ
ィルムである。ここでAr1,Ar2,Ar3は少なくとも1個の
芳香環を含み、同一でも異なっていてもよく、代表例と
しては次のものが挙げられる。
これらの芳香環の環上の水素原子の一部が、ハロゲン
基,ニトロ基,C1〜C3のアルキル訪,C1〜C3のアルコキシ
基から選ばれる置換基で置換されているものも含み、ま
たXは、 の中から選ばれる。
上記芳香族ポリアミドの中では、アミド結合がパラ位
で結合されているベンゼン環が全芳香環の50%以上、好
ましくは70%以上であるものが、耐熱性や機械特性が向
上し熱膨張係数が小さくなる点で好ましく、またベンゼ
ン環上の水素原子の一部がハロゲン基、特にクロル基で
置換されているベンゼン環が全芳香環の30%以上、好ま
しくは50%以上であるポリマーが、湿度膨張係数や吸湿
率を小さくする上で好ましく用いられる。
本発明で使用する芳香族ポリアミドフィルムは250℃
での熱収縮率が3.0%以下、好ましくは1.5%以下である
ことが必要である。熱収縮率が3.0%より大きいと熱処
理条件および後述する熱処理の方法によらず、熱処理中
にフィルムに皺や筋が入ったり、ロール形状での熱処理
ではフィルム層が座屈するなどして平面性が著しく損な
われるため、本発明のような後処理での寸法安定化は適
用できなかった。
また熱処理前のフィルムの熱膨張係数は4.5×10-5(1
/℃)以下、更には4.0×10-5(1/℃)以下であることが
好ましく、熱膨張係数が大きいと熱処理中に同時に起こ
る不可逆的な熱収縮と可逆的な熱膨張とのバランスがと
れず、上記と同様のフィルム平面性の悪化(皺、筋、座
屈の発生)が起こりやすい。
フィルム中の残留溶媒はポリマ重量に対して1.0重量
%以下であることが好ましく、特にロール形状あるいは
フィルムを断裁して積重ねた状態で熱処理する場合にフ
ィルムのブロッキング(フィルム同士の接着)を防止す
る意味から好ましい。
フィルム中の残留無機塩については、熱処理中のポリ
マの分解を防止する点から、無機塩重量は200ppm以下が
好ましく、150ppm以下が更に好ましい。
本発明における芳香族ポリアミドフィルムは、公知の
溶液製膜法によって製造されたものを使用する。この溶
液製膜法には、脱溶媒の方法によって乾式、湿式、乾湿
式の各法があるが特に限定されない。また製膜中には通
常、フィルム長手方向、幅方向に1.0〜5.0倍程度の延伸
と、250〜350℃での熱固定が行なわれ、これらの操作条
件は本発明で使用する芳香族ポリアミドフィルムの特性
を決定する上で、ポリマーの組成と同様に重要である。
一般に延伸倍率が大きい程、熱収縮率が大きく、熱膨張
係数は小さくなる傾向にあり、熱固定温度が高い程、熱
収縮率は小さく、熱膨張係数は大きくなる傾向にある。
したがって、本発明では、ポリマー組成と製膜工程条件
の種々の組合せの中から選ばれた所定の物性値を有する
芳香族ポリアミドフィルムを使用することが必要であ
る。
連続的に製造された芳香族ポリアミドフィルムは、本
発明で規定する熱処理条件で後処理することで低熱収縮
率化がなされる。
熱処理温度(T℃)と時間(t時間)の組合せが次式 T>−25t+300 を満たすような高温、長時間の場合は、フィルムの着色
が起こり易く、更にはポリマーの部分分解によるフィル
ムの脆化が生じるため不適であり、またフィルムの平面
性が悪化するという点からも好ましくない。反対に温度
と時間が次式 T<−50t+200 T<150 t<0.01 を満たすような低温、短時間の場合には、リフローソル
ダリング200〜250℃,フローソルダリング240〜280℃と
いうはんだ実装工程における有効な低熱収縮率が成し得
ず、本発明の目的を達成することができない。
熱処理の具体的な方法としては、コーティング装置の
乾燥機のような加熱炉内に長尺のフィルムを連続的に走
行させて加熱する方法、フィルムをロール状に巻取った
ものを直接に熱風オーブン等に入れて加熱する方法、フ
ィルムを断裁して積重ねたものを熱風オーブン等で加熱
する方法などがある。
加熱炉内にフィルムを走行させる場合、幅方向へは無
張力の状態であるが、長手方向へは若干の張力を掛けな
ければフィルムを走行させることはできない。この時の
張力は0.5(kg/mm2)以下、好ましくは0.1(kg/mm2)以
下であることが必要であり、張力が大きいと低熱収縮率
化の効果が十分得られないばかりか、フィルムに長手方
向の折れ筋が生じるなどの問題が起こる。
ロール状に巻取った長尺フィルムを熱処理する場合
も、巻取り時の張力は0.5(kg/mm2)以下、好ましくは
0.2(kg/mm2)以下とすることが、前記と同様な理由か
ら必要である。特にロール状での熱処理では、ロール外
周の一部が内側へ落ち込んだような窪み状の皺を作る座
屈と呼ばれる現象が起こり易く、このためロールの巻き
芯(コア)に熱収縮性の材質のものを使用したり、コア
に予めポリエチレンフィルムのような軟化温度の低いも
のを巻いておく、更には熱処理前にコアを抜取るという
ような方法が有効である。
長尺フィルムを断裁したもの数十〜数千枚積み重ねて
熱処理する方法は、無張力状態ではあるが本発明の条件
以外で処理を行なった場合には、皺などを生じ易く良好
な平面性を維持することはできない。これは大量のフィ
ルムを工業的に処理しようとする時初めて明らかになっ
たことで、実験レベルで1〜2枚のフィルムを熱処理す
るのとは本質的に状況が異なるからである。
加熱方法としては熱風加熱が一般的ではあるが、他に
近赤外線、遠赤外線等による加熱方法を採ってもよく特
に限定されない。また加熱雰囲気については、空気中よ
りも窒素中などの不活性ガス中の方がポリマーの酸化防
止の点では好ましい。
以上のようにして熱処理された芳香族ポリアミドフィ
ルムは、リフローはんだ、フローはんだ等の温度下でも
十分な寸法安定性を有し、電気絶縁材料、特にFPC用材
料として好適に使用される。
[特性の評価方法] 本発明の特性値の評価方法は次のとおりである。
(1) 熱収縮率 幅10mm、試長200mmのフィルムサンプルを無荷重の状
態で熱風オーブンにより所定の温度で10分間熱処理を行
ない次式によって熱収縮率を算出した。
(2) 熱膨張係数 熱機械分析計(TMA)を用いて、熱収縮や吸脱湿の影
響を除くためにフィルムを一旦150℃まで加熱後、徐々
に冷却した時の80℃〜150℃の間の範囲における寸法変
化量から算出した。
[実施例] 本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例1 N−メチルピロリドン(NMP)中に0.8モル比に相当す
る2−クロル−パラフェニレンジアミンと0.2モル比に
相当する4,4′−ジアミノジフェニルエーテルとを溶解
させ、これに0.8モル比に相当する2−クロル−テレフ
タル酸クロリドと0.2モル比に相当するテレフタル酸ク
ロリドとを添加し、30〜50℃の範囲で2時間撹拌して重
合を完了した。これに炭酸カルシウムを発生塩化水素に
当量添加して中和を行ない、ポリマー濃度12重量%、粘
度4100ポイズの芳香族ポリアミド溶液を得た。
このポリマー溶液をステンレス製のエンドレスベルト
上を流延し、170℃の熱風で1.8分間加熱して溶媒乾燥を
行ない自己保持性を得たフィルムを連続的にベルトから
剥離した。剥離したフィルムは続いて50℃の水槽中へ導
入して残存溶媒と中和で生じた無機塩の抽出を行ない、
次にテンターへ導入して水分の乾燥と熱処理をして厚さ
20μmの芳香族ポリアミドフィルムを得た。この工程間
にフィルム長手方向、幅方向各々に1.15倍、1.25倍の延
伸を行ない、熱処理は310℃で1.5分間であった。
得られたフィルムの物性値はフィルム長手方向、幅方
向各々について、250℃の熱収縮率1.4%、1.2%、熱膨
張係数1.6×10-5(1/℃)、1.7×10-5(1/℃)であっ
た。またフィルム中の残存溶媒量は0.02重量%、残存無
機塩(Ca,Naその他)は23ppmであった。
以上のようにして連続的に製造した長尺の芳香族ポリ
アミドフィルムを、一般的な連続コーティング装置の加
熱炉内へ通して熱処理を行なった。加熱炉温度は240
℃、加熱時間は1.1分、フィルムへの引取り張力は0.06
(kg/mm2)であった。熱処理後のフィルム物性値は長手
方向、幅方向各々について、250℃の熱収縮率0.7%、0.
6%、熱膨張係数1.7×10-5(1/℃)、1.7×10-5(1/
℃)であり寸法安定性が良好となった。また熱処理によ
る皺、筋等は生じず平面性も良好に保たれた。
また径6inchの紙製コアに芳香族ポリアミドフィルム
を巻取り張力0.2(kg/mm2)で300m巻取り、これをその
まま熱風オーブン内で室温から230℃まで1時間かけて
昇温し同温度で更に0.5時間、熱処理した。
更にフィルムを500mm角に断裁したものを200枚重ねて
熱風オーブン内に入れ、230℃で2時間の熱処理も試み
た。
熱処理後の250℃の熱収縮率は(長手方向、幅方
向)、ロール状での熱処理品は0.5%、0.4%、断裁品で
は0.3%、0.3%となって寸法安定性が非常に良好とな
り、また両方ともにフィルム平面性は良好であった。
比較例1 実施例1で作成した芳香族ポリアミドフィルムについ
て次の条件で熱処理を行なった。
条件A:コーターの加熱炉内でフィルムを走行させ150
℃、30秒間の熱処理。
張力は0.06(kg/mm2)。
条件B:コーターの加熱炉内でフィルムを走行させ300
℃、2分間の熱処理。
張力は0.06(kg/mm2)。
条件C:ロール状態で熱風オーブンにより270℃、3時間
の熱処理。
条件Aでは熱収縮率は1.4%、1.2%(長手方向、幅方
向)で全く効果がなかった。条件Bでは熱収縮率は0.4
%、0.4%であったが、フィルムはかなり褐色に着色
し、条件Cでは熱収縮率は0.2%、0.1%と非常に小さく
なったが、フィルムは着色がひどく脆化したようであ
り、またロールに座屈が生じて平面性が悪化した。
比較例2 0.6モル比に相当する2−クロル−パラフェニレンジ
アミンと0.4モル比に相当する4,4′−ジアミノジフェニ
ルエーテルをジアミン成分とし、0.8モル比に相当する
2−クロル−テレフタル酸クロリドと0.2モル比に相当
するイソフタル酸クロリドから実施例1と同様の重合、
製膜方法で厚さ16μmのフィルムを製膜した。但し延伸
は1.05倍、1.17倍(長手方向、幅方向)、熱固定は320
℃で1.5分間とした。
得られたフィルムの物性値は長手方向、幅方向各々に
ついて、熱収縮率2.7%、2.4%、熱膨張係数5.1×10-5
(1/℃)、5.1×10-5(1/℃)であった。このフィルム
を実施例1と同様のロール状での熱処理を行なったとこ
ろ、座屈および皺が多く生じ平面性が非常に悪かった。
また同じ原料から延伸倍率1.25倍、1.30倍、熱固定29
0℃で1.5分間の条件で作成したフィルムの物性値は、熱
収縮率3.8%、3.6%、熱膨張係数3.6×10-5(1/℃)、
3.4×10-5(1/℃)であった。このフィルムを実施例1
と同様のロール状での熱処理を行なったところ、やはり
座屈や皺が生じ平面性は非常に損われた状態であった。
[発明の効果] 本発明では特定の熱的特性を有する芳香族ポリアミド
フィルムを、特定の熱処理条件によって後処理すること
により、高温下での寸法安定性に優れた芳香族ポリアミ
ドフィルムを工業的にかつ他の品質を損なうことなく提
供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29C 71/02,55/02 - 55/16 C08J 5/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】250℃での熱収縮率が3.0%以下、熱膨張係
    数が4.5×10-5(1/℃)以下の連続的に製造された芳香
    族ポリアミドフィルムを、式(1)〜(3)の範囲で示
    される温度(T℃)および時間(t時間)で、かつ無張
    力下または0.5(kg/mm2)以下の張力下で熱処理するこ
    とを特徴とする芳香族ポリアミドフィルムの熱処理方
    法。 −50t+200≦T≦−25t+300 ……式(1) 150≦T ……式(2) 0.01≦t ……式(3)
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