JP4474152B2 - ポリイミドフィルム、その製造方法およびそれを用いたベース基板 - Google Patents
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Landscapes
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Description
(1)ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類と、芳香族テトラカルボン酸無水物類とが重縮合してなるポリイミドフィルムであって、さらに熱伝導フィラーを5〜60体積%含み、
上記芳香族ジアミン類がアミノ−2−(アミノフェニル)ベンズオキサゾール(ただし、1つのアミノ基はベンズオキサゾール環の5位または6位に配位し、もう1つのアミノ基はフェニル環においてベンゾオキサゾール環に対してパラ位またはメタ位に配位する。)であり、
上記芳香族テトラカルボン酸無水物類がピロメリット酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸無水物、4,4’−オキシジフタル酸無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸無水物および2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、
上記熱伝導フィラーが、結晶性シリカ、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化珪素および金属フィラーからなる群から選ばれる少なくとも1種からなる、ポリイミドフィルム。
(2)上記芳香族ジアミン類が5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンズオキサゾールであり、前記芳香族テトラカルボン酸無水物類がピロメリット酸無水物であり、前記熱伝導フィラーが、窒化アルミニウム、銅または炭化珪素のいずれかからなる、上記(1)記載のポリイミドフィルム。
(3)ポリイミドフィルムの引張破断強度が260MPa以上であり、熱伝導率が1.9〜3.3W/m・Kである上記(1)記載のポリイミドフィルム。
(4)ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類と、芳香族テトラカルボン酸無水物類とを溶媒中で重合してポリアミド酸溶液を得て、
ポリアミド酸溶液に体積平均粒子径が0.05〜20μmである熱伝導フィラーを分散させて、
熱伝導フィラーが分散したポリアミド酸溶液を支持体上に塗布して乾燥することによりグリーンフィルムを得て、
グリーンフィルムを加熱することによりイミド化反応させる、
ポリイミドフィルムの製造方法であって、
上記芳香族ジアミン類がアミノ−2−(アミノフェニル)ベンズオキサゾール(ただし、1つのアミノ基はベンズオキサゾール環の5位または6位に配位し、もう1つのアミノ基はフェニル環においてベンゾオキサゾール環に対してパラ位またはメタ位に配位する。)であり、
上記芳香族テトラカルボン酸無水物類がピロメリット酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸無水物、4,4’−オキシジフタル酸無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸無水物および2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、
前記熱伝導フィラーが、結晶性シリカ、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化珪素および金属フィラーからなる群から選ばれる少なくとも1種である、前記製造方法。
(5)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のポリイミドフィルムの少なくとも片面に金属層が積層されてなるプリント配線基板用ベース基板。
本発明で用いるポリイミドはベンゾオキサゾール構造を有するジアミン類と芳香族テトラカルボン酸無水物類とを重縮合することにより得られる。前記重縮合は、まず、溶媒中でジアミン類とテトラカルボン酸無水物類とを開環重付加反応に供してポリアミド酸溶液を得て、次いで、このポリアミド酸溶液から必要に応じてグリーンフィルムなどを成形した後に脱水縮合(イミド化)することによりなされる。
本発明で用いるポリイミド樹脂は、フィラーを良好に分散し得るので、熱伝導フィラーとして従来公知のものを特に制限なく用いることができる。熱伝導フィラーの熱伝導率は好ましくは2W/m・K以上、より好ましくは3W/m・K以上であり、熱伝導率の好ましい上限は特に定められるものではないが例えば100W/m・Kである。このようなフィラーの典型例は無機フィラーであり、より具体的には、結晶性シリカ、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化珪素のいずれか1つからなるフィラーまたはこれらのフィラーの混合物を挙げることができる。中でも、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素などといったセラミクス粉末を好ましく用いることができる。
次に、上述したポリイミドフィルムを用いたプリント配線基板用ベース基板を説明する。
ここで、「プリント配線基板用ベース基板」とは、絶縁板の少なくとも片面に金属層を積層してなる構成の略平板状の基板である。積層される金属層は、エッチング等の加工によって回路を形成することが意図される回路用の金属層であってもよいし、特に後加工をせずに絶縁板と一緒になって放熱等の目的に用いられる金属層であってもよい。
本発明では、上記絶縁板として上述の(熱伝導フィラーが分散した)ポリイミドフィルムを用いることが特徴である。
・接着剤を用いて、ポリイミドフィルムに金属板を貼り付ける手段、
・金属板を支持体として、そこにポリアミド酸溶液を塗布して上述のようにイミド化してフィルムを形成させる手段、
・ポリイミドフィルムに蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの真空コーティング技術を用いて金属層を形成する手段、
・無電解めっき、電気めっきなどの湿式メッキ法により金属層をポリイミドフィルムに形成する手段。
これらの手段を単独で、あるいは組み合わせることによってポリイミドフィルムの少なくとも片面に金属層を積層することができる。
ポリマー濃度が0.2g/dlとなるようにN−メチル−2−ピロリドンに溶解した溶液をウベローデ型の粘度管により30℃で測定した。
金属層が積層されている面にフォトレジスト:FR−200(シプレー社製)を塗布・乾燥後にガラスフォトマスクで密着露光し、さらに1.2%KOH水溶液にて現像した。次に、HClと過酸化水素に溶かした塩化第二銅の溶液を、40℃、2kg/cm2のスプレー圧でエッチングし、幅2.00mm、長さ180mmの長矩形テストパターンを作製した。そのパターンが中央になるように、幅20mm、長さ200mmに試験片を切り抜き、JIS C5016方法Aにより、90度剥離試験を行った。
2.で作製したのと同様の記試験片を、150℃のドライオーブン中に100時間放置した後、2.と同じ方法にて、90度剥離試験を行った。
2.で作製したのと同様の記試験片を、平山製作所製PCT試験機にて、121℃、2気圧(飽和)の条件に100時間供した後、2.と同じ方法にて、90度剥離試験を行った。
得られたプリント配線基板用ベース基板から金属をエッチングにより除去し、残ったポリイミドフィルムについてJIS C6481準拠の方法で測定した。
得られたプリント配線基板用ベース基板から金属をエッチングにより除去し、残ったポリイミドフィルムについてJIS C6481準拠の方法で測定した。
2.と同様の方法により金属層をエッチング加工し、40μmピッチの櫛形電極を形成した。得られた40μmピッチの櫛形電極に、電圧(DC60V)を印加した状態で、85℃、85%RHの恒温恒湿槽(FX412Pタイプ、エタック社製)の中に試料を入れ、電圧負荷状態のまま5分毎に絶縁抵抗値を測定記録し、線間の抵抗値が100Mオーム以下に達する時間を測定しマイグレーション評価とした。
得られたプリント配線基板用ベース基板から金属層をエッチングにより除去し、残ったポリイミドフィルムの厚さをマイクロメーター(ファインリューフ社製、ミリトロン1245D)を用いて測定した。
測定対象のポリイミドフィルムを、長手方向(MD方向)に100mm、幅方向(TD方向)に10mmの短冊状に切り出したものを試験片とした。引張試験機(島津製作所製、オートグラフ(R) 機種名AG−5000A)を用い、引張速度50mm/分、チャック間距離40mmの条件で、引張弾性率、引張強度及び破断伸度を測定した。
測定対象のポリイミドフィルムについて、下記条件にて伸縮率を測定し、30℃〜45℃、45℃〜60℃、…と15℃の間隔での伸縮率/温度を測定し、この測定を300℃まで行い、全測定値の平均値をCTEとして算出した。
装置名 ; MACサイエンス社製TMA4000S
試料長さ ; 20mm
試料幅 ; 2mm
昇温開始温度 ; 25℃
昇温終了温度 ; 400℃
昇温速度 ; 5℃/min
雰囲気 ; アルゴン
測定対象のポリイミドフィルムについて、下記条件で示差走査熱量測定(DSC)を行い、融点(融解ピーク温度Tpm)とガラス転移点(Tmg)をJIS K 7121に準拠して求めた。
装置名 ; MACサイエンス社製DSC3100S
パン ; アルミパン(非気密型)
試料重量 ; 4mg
昇温開始温度 ; 30℃
昇温終了温度 ; 600℃
昇温速度 ; 20℃/min
雰囲気 ; アルゴン
測定対象のポリイミドフィルムを充分に乾燥したものを試料として、下記条件で熱天秤測定(TGA)を行い、試料の重量が5%減る温度を熱分解温度とみなした。
装置名 ; MACサイエンス社製TG−DTA2000S
パン ; アルミパン(非気密型)
試料重量 ; 10mg
昇温開始温度 ; 30℃
昇温速度 ; 20℃/min
雰囲気 ; アルゴン
測定対象のポリイミドフィルムを約60mm×130mmの大きさにカットしたものをサンプルとして、京都電子工業(株)製 迅速熱伝導率計QTM−D3を使用して熱伝導率を測定した。
(ポリアミド酸溶液の調製)
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、500重量部の5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンズオキサゾールを入れた。次いで、5000重量部のN−メチル−2−ピロリドンを加えて完全に溶解させところ、淡黄色の溶液が得られた。さらに、485重量部のピロメリット酸二無水物を加えると、反応溶液は一旦赤褐色になったが、25℃にて攪拌するうちに徐々に黄色へと変化した。そのまま15時間攪拌すると、黄色の粘調なポリアミド酸溶液が得られた。この還元粘度(ηsp/C)は2.0であった。
続いて、窒化アルミニウムが分散したポリアミド酸溶液をステンレスベルトに乾燥前の膜厚が250ミクロンとなるようにコーティングし、100℃にて60分間乾燥した。乾燥後に自己支持性となったポリアミド酸フィルムをステンレスベルトから剥離してグリーンフィルムを得た。得られたグリーンフィルムを、窒素置換された連続式の熱処理炉に通し、250℃に5分間保持し、次いで100℃/分の昇温速度で440℃にまで加熱し、5分間保持した。その後、10分間で室温にまで冷却することで、厚み50μmの褐色のポリイミドフィルム(窒化アルミニウムが分散したもの)を得た。なお、窒化アルミニウムの真比重3.3、ポリイミド樹脂の比重1.5として仕込み重量比(ポリイミド樹脂100重量部に対して窒化アルミニウム147重量部)から算出した体積比は、窒化アルミニウム40体積%、ポリイミド樹脂60体積%に相当する。
この窒化アルミニウムが分散したポリイミドフィルムを25cm×25cmの正方形に切り取り、直径24cmの開口部を有するステンレス製の枠に挟んで固定した。次いでフィルム表面のプラズマ処理を行った。プラズマ処理条件はキセノンガス中で、周波数13.56MHz、出力100W、ガス圧0.8Pa、処理温度は25℃、処理時間は5分間であった。
次いで、周波数13.56MHz、出力400W、ガス圧0.8Paの条件で、ニッケル−クロム(3重量%)合金のターゲットを用い、キセノン雰囲気下にてRFスパッタ法により、10Å/秒のレートで、上記ポリイミドフィルムに厚さ50Åのニッケル−クロム合金被膜を形成した。次いで、基板の温度を250℃にあげ、100Å/秒のレートで銅を蒸着し、厚さ0.5μmの銅薄膜を形成させて金属化フィルムを得た。
得られた金属化フィルムをプラスチック製の枠に固定し直し、硫酸銅めっき浴をもちいて、厚さ35μmの銅メッキを施して、片面に銅が貼られたプリント配線基板用ベース基板を得て各測定をおこなった。その結果を表1に示す。
実施例1にて得られた窒化アルミニウムが分散したポリアミド酸溶液を、幅600mm、厚さが18μの銅箔の片面に、乾燥前の厚さが250μmとなるようにコンマコーターを用いてコーティングした。その後、110℃で60分間乾燥した後、塗膜面の両端に幅が9mm、厚さが150μm、片面に粘着層を有するガラス繊維不織布テープを貼りながら銅箔面が外側になるように、直径75mmのアルミニウム管に巻取った。巻取ったロールを真空乾燥機に入れ、真空にしながら、210℃に昇温して10時間熱処理を行い、さらに温度を430℃に上げて30分間保持した後、3時間かけて室温にまで冷却して、銅貼りフィルムを得て各測定をおこなった。その結果を表1に示す。
実施例1により得られた窒化アルミニウムが分散したポリアミド酸溶液を、30cm×30cm、厚さ3mmのアルミニウム板の片面に、乾燥前の厚さが250μmとなるようにコーティングした。その後、110℃で60分間乾燥した後、窒素置換された熱処理炉内で250℃に5分間保持し、次いで100℃/分の昇温速度で440℃にまで加熱して、440℃で5分間保持した後、10分間で室温にまで冷却した結果、アルミ板とそこに接着した厚み50μmの褐色のフィルムからなるベース基板を得た。次いで、実施例1と同様の方法で、このフィルムのアルミニウム板とは反対側の面に、下地となるニッケル−クロム合金被膜を形成した。次いで、基板の温度を250℃にあげ、100Å/秒のレートで銅を蒸着し、厚さ0.5μmの銅薄膜を形成させた。真空チャンバーから出した後、アルミニウム板側にマスキングテープを貼り、実施例1と同様に電気メッキにより、上記銅薄膜の表面に厚さ35μmの銅層を形成し、銅層/ポリイミドフィルム/アルミニウム板の構成の金属ベース銅貼り積層基板を得て各測定をおこなった。その結果を表1に示す。
熱伝導フィラーとして、窒化アルミニウム粉末の代わりに2200重量部の福田金属箔粉株式会社製の銅粉(FCC−SP99)を用い、N−メチル−2−ピロリドンの添加量を3000重量部ではなく1000重量部に代えたことの他は実施例1と同様にして片面に銅が貼られたプリント配線基板用ベース基板を得て各測定をおこなった。その結果を表2に示す。なお用いた銅粉末の遠心沈降法により求めた体積平均粒子径は12.5μmである。また、ポリイミドフィルムに占める銅とポリイミド樹脂の体積比を、両者の仕込み重量比および銅の真比重(8.9)、ポリイミド樹脂の比重(1.5)から算出すると、銅28体積%、ポリイミド樹脂72体積%である。
実施例4にて得られた銅粉が分散したポリアミド酸溶液を用いて、実施例2と同様に操作することによって、銅貼りフィルムを得て各測定をおこなった。その結果を表2に示す。
実施例4にて得られた銅粉が分散したポリアミド酸溶液を用いて、実施例3と同様に操作することによって、銅層/ポリイミドフィルム/アルミニウム板の構成の金属ベース銅貼り積層基板を得て各測定をおこなった。その結果を表2に示す。
熱伝導フィラーとして、窒化アルミニウム粉末の代わりに1294重量部の炭化珪素粉末を用いたことの他は実施例1と同様にして片面に銅が貼られたプリント配線基板用ベース基板を得て各測定をおこなった。その結果を表3に示す。なお炭化珪素粉末は、炭化珪素の焼結体を乳鉢にて粉砕することにより作成した。遠心沈降法にて求めたこのフィラーの体積平均粒子径は15.6μmである。また、ポリイミドフィルムに占める炭化珪素とポリイミド樹脂の体積比を、両者の仕込み重量比および炭化珪素の真比重(3.1)、ポリイミド樹脂の比重(1.5)から算出すると、炭化珪素40体積%、ポリイミド樹脂60体積%である。
実施例7にて得られた銅粉が分散したポリアミド酸溶液を用いて、実施例2と同様に操作することによって、銅貼りフィルムを得て各測定をおこなった。その結果を表3に示す。
実施例7にて得られた銅粉が分散したポリアミド酸溶液を用いて、実施例3と同様に操作することによって、銅層/ポリイミドフィルム/アルミニウム板の構成の金属ベース銅貼り積層基板を得て各測定をおこなった。その結果を表3に示す。
窒化アルミニウム粉末と、N−メチル−2−ピロリドンを加えなかったことの他は実施例1と同様にして、片面に銅が貼られたプリント配線基板用ベース基板を得て各測定をおこなった。その結果を表4に示す。
5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンズオキサゾールの代わりに、ピロメリット酸二無水物と等モルの4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを用いたことの他は実施例4と同様にして片面に銅が貼られたプリント配線基板用ベース基板を得て各測定をおこなった。その結果を表4に示す。なお、ポリアミド酸を合成する際は、20℃以下の反応温度を保った。銅粉末を加える前のポリアミド酸溶液のηsp/Cは2.0であった。得られた銅貼り積層フィルムの特性を表4に示す。また、ポリイミドフィルムに占める銅とポリイミド樹脂の体積比を、両者の仕込み重量比および銅の真比重(8.9)、ポリイミド樹脂の比重(1.5)から算出すると、銅28体積%、ポリイミド樹脂72体積%である。
攪拌機、窒素導入管を備えた反応容器に、5000重量部のN−メチル−2−ピロリドン、352重量部のパラフェニレンジアミン(PPD)および633重量部の3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(s−BPDA)を順次加えた(モノマー濃度が18重量%)。その後、50℃に保ったまま3時間攪拌を続けた。得られたポリアミド酸溶液のηsp/Cは1.8であった。以下、実施例4と同様に操作して、片面に銅が貼られたプリント配線基板用ベース基板を得て各測定をおこなった。その結果を表4に示す。また、ポリイミドフィルムに占める炭化珪素とポリイミド樹脂の体積比を、両者の仕込み重量比および炭化珪素の真比重(3.1)、ポリイミド樹脂の比重(1.5)から算出すると、炭化珪素28体積%、ポリイミド樹脂72体積%である。
Claims (5)
- ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類と、芳香族テトラカルボン酸無水物類とが重縮合してなるポリイミドフィルムであって、さらに体積平均粒子径が0.05〜20μmである熱伝導フィラーを5〜60体積%含み、
上記芳香族ジアミン類がアミノ−2−(アミノフェニル)ベンズオキサゾール(ただし、1つのアミノ基はベンズオキサゾール環の5位または6位に配位し、もう1つのアミノ基はフェニル環においてベンゾオキサゾール環に対してパラ位またはメタ位に配位する。)であり、
上記芳香族テトラカルボン酸無水物類がピロメリット酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸無水物、4,4’−オキシジフタル酸無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸無水物および2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、
上記熱伝導フィラーが、窒化アルミニウム、銅または炭化珪素のいずれかからなる、ポリイミドフィルム。 - 上記芳香族ジアミン類が5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンズオキサゾールであり、前記芳香族テトラカルボン酸無水物類がピロメリット酸無水物である、請求項1記載のポリイミドフィルム。
- ポリイミドフィルムの引張破断強度が260MPa以上であり、熱伝導率が1.9〜3.3W/m・Kである請求項1記載のポリイミドフィルム。
- ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類と、芳香族テトラカルボン酸無水物類とを溶媒中で重合してポリアミド酸溶液を得て、
ポリアミド酸溶液に体積平均粒子径が0.05〜20μmである熱伝導フィラーを、ポリイミド樹脂と熱伝導フィラーとの合計100体積パーセントに対して、5〜60体積%分散させて、
熱伝導フィラーが分散したポリアミド酸溶液を支持体上に塗布して乾燥することによりグリーンフィルムを得て、
グリーンフィルムを加熱することによりイミド化反応させる、
ポリイミドフィルムの製造方法であって、
上記芳香族ジアミン類がアミノ−2−(アミノフェニル)ベンズオキサゾール(ただし、1つのアミノ基はベンズオキサゾール環の5位または6位に配位し、もう1つのアミノ基はフェニル環においてベンゾオキサゾール環に対してパラ位またはメタ位に配位する。)であり、
上記芳香族テトラカルボン酸無水物類がピロメリット酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸無水物、4,4’−オキシジフタル酸無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸無水物および2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、
前記熱伝導フィラーが、窒化アルミニウム、銅または炭化珪素のいずれかである、前記製造方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のポリイミドフィルムの少なくとも片面に金属層が積層されてなるプリント配線基板用ベース基板。
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