JP4692061B2 - ポリイミドフィルムおよび複合フィルム - Google Patents
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そのため、有機材料からなるフィルムを電子部品の基材として用いる検討がなされ、ポリイミドからなるフィルム、ポリテトラフルオロエチレンからなるフィルムが提案されている。ポリイミドからなるフィルムは耐熱性に優れ、また、強靭であるのでフィルムを薄くできるという長所を備える一方、高周波の信号への適用において、信号強度の低下や信号伝達の遅れなどといった問題が懸念される。ポリテトラフルオロエチレンからなるフィルムは、高周波にも対応し得るが、弾性率が低いのでフィルムを薄くできない点、表面への金属導体や抵抗体などとの接着性が悪いという点、線膨張係数が大きく温度変化による寸法変化が著しくて微細な配線をもつ回路の製造に適さない点等が問題となり、使用できる分野が限定される。さらに、これらのフィルムの製造時における表裏の制御されていないことによるポリイミ度ドフィルムの表裏面の物性無制御が、これらが基材として使用された時に、反りや歪みとなってしまう。
耐熱性、高品質、フレキシブル性を兼ね備えた基材用のフィルムは未だ得られていない実情であった。
また、弾性率の高いポリイミドフィルムとして、ベンゾオキサゾール環を主鎖に有するポリイミドからなるポリイミドベンゾオキサゾールフィルムも提案されている(特許文献3参照)。
さらに、ポリイミド長尺フィルム表裏の配向の比を所定値以下にすることで25℃におけるカールの少ないポリイミド長尺フィルムも提案されている(特許文献4参照)。
すなわち本発明は、芳香族ジアミン類と、芳香族テトラカルボン酸類とを反応させて得られるポリイミドフィルムであって、ポリイミドが少なくとも芳香族ジアミン類の残基としてベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン残基を有し、かつフィルムの400℃熱処理後のカール度が5%を超える値であることを特徴とするポリイミドフィルムである。
また、前記のポリイミドフィルムを基材フィルムして使用し、該基材フィルム上に接着剤層が形成された接着剤層複合フィルムであり、また前記のポリイミドフィルムを基材フィルムして使用し、該基材フィルム上に金属薄膜層が形成された金属薄膜層複合フィルムであり、さらにまた前記のポリイミドフィルムを基材フィルムして使用し、該基材フィルム上に非金属薄膜層が形成された非金属薄膜層複合フィルムである。
この様に耐熱性フィルムとしてのポリイミドフィルムは、熱に曝される場合が多く、その熱に対する表裏の挙動差が工業製品の基材などに使用される際に極めて重要な品質となる。
本発明のポリイミドフィルムによって、高温に曝される電子部品など基材として使用されその製造時に該基材の反りや歪みが発生し難く、高品質の電子部品製造や歩留まり向上が実現でき産業上極めて有意義である。
試料片は、ポリイミドフィルムの全長に対して5分の1の長さピッチで幅方向に2点(幅長の1/3と2/3の点)を試験片の中心点として計10点をサンプリングし、測定値は10点の平均値とする。
但し、10点のサンプリングをするに十分なフィルムがない場合は、可能な限り等間隔でサンプリングする。
具体的には、次式によって算出される。
カール量(mm)=(h1+h2+h3+h4)/4
カール度(%)=100×(カール量)/35.36
本発明における400℃熱処理後のカール度は、より好ましくは12%以上、さらに好ましくは15%以上である。
本発明は、ポリイミドフィルムに、所定値以上の400℃におけるカール度を付与しておき、スパッタリングなどで片面に金属層を積層する処理が施された場合の反りやカールを打ち消すようにして、処理後の積層体の平面性を維持せんとするものである。
ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン残基とは、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類との反応によって形成されるポリアミド酸もしくはポリイミド中での結合におけるベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン由来の残基であり、ポリアミド酸もしくはポリイミドの主鎖にベンゾオキサゾール環を含有せしめるものである。
以下本発明においては、他芳香族テトラカルボン酸残基、他芳香族ジアミン残基とも、同様の意味を表すものである。
好ましい製造例として、ポリイミド前駆体フィルム(グリーンフィルム)の一方の側(A面側)のイミド化率IMAと他一方の側(B面側)のイミド化率IMBとを下記式の関係を満たすポリイミド前駆体フィルム(グリーンフィルム)を製造し、次いで該ポリイミド前駆体フィルム(グリーンフィルム)をイミド化することが挙げられる。
式1; |IMA−IMB|>5
<イミド化率の測定方法>
測定対象フィルムを2cm×2cmの大きさに採取し、測定対象面をATR結晶と密着させてIR測定装置にセットして下記特定波長吸光度を測定して下記の式によって、測定フィルム対象面のイミド化率を得る。
イミド特定波長として1778cm-1(付近)を採用しその波長における測定面の吸光度をλ1778とし、基準として芳香族環特定波長1478cm-1付近を採用しその波長における測定面の吸光度をλ1478とする。
装置 ;FT−IR FTS60A/896 (株式会社デジラボジャパン)
測定条件;1回反射ATRアタッチメント(SILVER GATE)
ATR結晶 Ge
入射角 45°
検出器 DTGS
分解能 4cm-1
積算回数 128回
式2 ; IM={Iλ/I(450)}×100
式2において、Iλ=(λ1778/λ1478)であり、I(450)は同一組成のポリイミド前駆体フィルムを450℃で15分間熱閉環イミド化したフィルムを同様にして測定した(λ1778/λ1478)の値である。
A面のイミド化率IMをIMAとしてB面のイミド化率IMをIMBとして式2からこれらの値を測定し得る。IMAとIMBとの差(式1)は、絶対値を持って示すものである。
測定値は、フィルムの任意の箇所における幅方向に2点(幅長の1/3と2/3の点)とし、長さ方向に等間隔で任意のn(n=1〜3)点とし、測定値は(2×n)点の平均値とする。
上述の反応は、まず、溶媒中で芳香族ジアミン類と芳香族テトラカルボン酸類とを開環重付加反応などに供して芳香族ポリアミド酸溶液を得て、次いで、この芳香族ポリアミド酸溶液からグリーンフィルムを成形した後に高温熱処理もしくは脱水縮合(イミド化)することによりなされる。
好ましい溶媒には、N,N−ジメチルホルムアミドおよびN,N−ジメチルアセトアミドがある。この種の溶媒のうちで他の有用な化合物はN,N−ジエチルホルムアミドおよびN,N−ジエチルアセトアミドである。用いることのできる他の溶媒はジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドンなどである。溶媒は単独で、お互いに組み合わせてあるいはベンゼン、ベンゾニトリル、ジオキサンなどのような貧溶媒と組み合わせて用いることができる。
溶媒の使用量は芳香族ポリアミド酸溶液の60〜95%、好ましくは75〜90質量%の範囲である。この濃度が最適の分子量を与えるからである。芳香族テトラカルボン酸と芳香族ジアミン成分は絶対的に等モル量で用いる必要はない。分子量を調整するために、芳香族テトラカルボン酸:芳香族ジアミンのモル比は0.90〜1.10の範囲にある。
上述したようにして製造した芳香族ポリアミド酸溶液は5〜40質量%好ましくは10〜25質量%のポリアミド酸重合体を含有するのが好ましい。
これらのベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類としては、具体的には以下のものが挙げられる。
また、上記以外の芳香族ジアミン類としては、下記の芳香族ジアミン類が本発明において全アミンの30モル%未満、より好ましくは20モル%未満であれば使用できる。
該芳香族ジアミン類は、単独であっても二種以上を用いることも可能である。
本発明においては、全テトラカルボンの30モル%未満であれば下記に例示される非芳香族のテトラカルボン酸二無水物類を一種又は二種以上を併用しても構わない。用いられる非芳香族テトラカルボン酸二無水物類としては、例えば、ブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、ペンタン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサ−1−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、3−エチルシクロヘキサ−1−エン−3−(1,2),5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−メチル−3−エチルシクロヘキサン−3−(1,2),5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−メチル−3−エチルシクロヘキサ−1−エン−3−(1,2),5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−エチルシクロヘキサン−1−(1,2),3,4−テトラカルボン酸二無水物、1−プロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3,4−テトラカルボン酸二無水物、1,3−ジプロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3−(2,3)−テトラカルボン酸二無水物、ジシクロヘキシル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−プロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3,4−テトラカルボン酸二無水物、1,3−ジプロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3−(2,3)−テトラカルボン酸二無水物、ジシクロヘキシル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物等である。これらの非芳香族テトラカルボン酸二無水物類は単独でも二種以上を用いることも可能である。
本発明においては、少なくともベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類を含む芳香族ジアミン類と、芳香族テトラカルボン酸類好ましくはピロメリット酸類とを反応させた芳香族ポリアミド酸溶液からグリーンフィルムを成形した後に高温熱処理もしくは脱水縮合(イミド化)することにより製造される。
グリーンフィルムを自己支持性が出る程度にまで乾燥する際に、溶媒の揮発する方向が空気に接する面に限られるためにグリーンフィルムの空気に接している面のイミド化率が、支持体に接する面のイミド化率より小さくなる傾向にあるが、フィルムの400℃熱処理後のカール度が5%を超える値であるポリイミドフィルムを得るためには、表裏面におけるイミド化率とその差が所定範囲を超える値にあるグリーンフィルムを得ることが重要であり、そのために、例えば、ポリアミド酸溶液を支持体上にコーティングし、乾燥して自己支持性となったグリーンフィルムを得る際の乾燥条件を制御する方法があり、この制御によって、グリーンフィルム表裏面のイミド化率の差が所定範囲を超える値にあるグリーンフィルムを得ることができる。
グリーンフィルム表裏面のイミド化率の差が5以下のときは、その後得られるポリイミドフィルムの400℃におけるフィルムのカール度が5%以下となり、片面被熱処理後の反りの少ないポリイミドフィルムの取得が困難となる。
また、グリーンフィルムを自己支持性が出る程度に乾燥する際に、乾燥後の全質量に対する残留溶媒量を制御することにより表裏面のイミド化率の差が所定の範囲のグリーンフィルムを得ることができる。具体的には、乾燥後の全質量に対する残留溶媒量は、好ましくは25〜50質量%であり、より好ましくは35〜50質量%とするグリーンフィルムの製法である。当該残留溶媒量が25質量%より低い場合は、グリーンフィルム一方の側のイミド化率が相対的に高くなり過ぎ、分子量低下により、グリーンフィルムが脆くなりやすい。また、50質量%を超える場合は、自己支持性が不十分となり、フィルムの搬送が困難になる場合が多い。
このような条件を達成する乾燥装置も従来公知のものを適用でき、熱風、熱窒素、遠赤外線、高周波誘導加熱などを挙げることができる。
熱風乾燥を行う場合は、グリーンフィルムを自己支持性が出る程度に乾燥する際に、グリーンフィルム表裏面のイミド化率の差を所定範囲以上にするために、支持体の上面/下面の温度差を5℃以上、好ましくは10℃以上に制御するのが好ましく、上面/下面の熱風温度を個別にコントロールすることにより、当該温度差を制御すること必要である。
その具体的なイミド化方法としては、従来公知のイミド化反応を適宜用いることが可能である。例えば、閉環触媒や脱水剤を含まないポリアミド酸溶液を用いて、加熱処理に供することでイミド化反応を進行させる方法(所謂、熱閉環法)やポリアミド酸溶液に閉環触媒および脱水剤を含有させておいて、上記閉環触媒および脱水剤の作用によってイミド化反応を行わせる、化学閉環法を挙げることができるが、400℃におけるカール度が5%を超える値のポリイミドフィルムを得るためには、熱閉環法が好ましい。
熱閉環法の加熱最高温度は、100〜500℃が例示され、好ましくは200〜480℃である。加熱最高温度がこの範囲より低いと充分に閉環されづらくなり、またこの範囲より高いと劣化が進行し、フィルムが脆くなりやすくなる。より好ましい態様としては、150〜250℃で3〜20分間処理した後に350〜500℃で3〜20分間処理する2段階熱処理が挙げられる。
化学閉環法では、ポリアミド酸溶液を支持体に塗布した後、イミド化反応を一部進行させて自己支持性を有するフィルムを形成した後に、加熱によってイミド化を完全に行わせることができる。この場合、イミド化反応を一部進行させる条件としては、好ましくは100〜200℃による3〜20分間の熱処理であり、イミド化反応を完全に行わせるための条件は、好ましくは200〜400℃による3〜20分間の熱処理である。
脱水剤をポリアミド酸溶液に加えるタイミングも特に限定はなく、ポリアミド酸を得るための重合反応を行う前に予め加えておいてもよい。脱水剤の具体例としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸などといった脂肪族カルボン酸無水物や、無水安息香酸などといった芳香族カルボン酸無水物などが挙げられ、中でも、無水酢酸、無水安息香酸あるいはそれらの混合物が好ましい。また、ポリアミド酸1モルに対する脱水剤の使用量は特に限定はないが、好ましくは0.1〜4モルである。脱水剤を用いる場合には、アセチルアセトンなどといったゲル化遅延剤を併用してもよい。
熱閉環反応であっても、化学閉環法であっても、支持体に形成されたポリイミドフィルムの前駆体(グリーンフィルム)を完全にイミド化する前に支持体から剥離してもよいし、イミド化後に剥離してもよい。
ポリイミドフィルムの厚さは特に限定されないが、後述するプリント配線基板用ベース基板に用いることを考慮すると、通常1〜150μm、好ましくは3〜50μmである。この厚さはポリアミド酸溶液を支持体に塗布する際の塗布量や、ポリアミド酸溶液の濃度によって容易に制御し得る。
本発明のポリイミドフィルムの厚さは特に限定されないが、電子基板の基材に用いることを考慮すると、通常1〜150μm、好ましくは3〜50μmである。この厚さはポリアミド酸溶液を支持体に塗布する際の塗布量や、ポリアミド酸溶液の濃度によって容易に制御し得る。
本発明のポリイミドフィルムには、滑剤をポリイミド中に添加含有せしめるなどしてフィルム表面に微細な凹凸を付与しフィルムの滑り性を改善することが好ましい。
滑剤としては、無機や有機の0.03μm〜3μm程度の平均粒子径を有する微粒子が使用でき、具体例として、酸化チタン、アルミナ、シリカ、炭酸カルシウム、燐酸カルシウム、燐酸水素カルシウム、ピロ燐酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、粘土鉱物などが挙げられる。
本発明のポリイミドフィルムは、通常は無延伸フィルムであるが、1軸又は2軸に延伸しても構わない。ここで、無延伸フィルムとは、テンター延伸、ロール延伸、インフレーション延伸などによってフィルムの面拡張方向に機械的な外力を意図的に加えずに得られるフィルムをいう。
ここで、「プリント配線基板用ベース基板」とは、基材フィルムとしてのポリイミドフィルム(絶縁板)の少なくとも片面に薄膜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。
「プリント配線基板用ベース基板」の用途としては、FPC、TAB用キャリアテープ、COF用基材、CSP用基材等が、カール度が大きいという本発明のポリイミドフィルムの特徴を活かすことができるため好ましい。
ポリイミドフィルムの少なくとも片面に積層される金属は特に限定はなく、好ましくは銅、アルミニウム、ステンレス鋼などである。積層手段は特に問わず、以下のような手段が例示される。
・熱硬化性の接着剤や熱圧着性(熱可塑性)接着剤などの接着剤を用いて、ポリイミドフィルムに金属薄膜層(金属箔)を貼り付ける手段、
・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乾式めっき手段で金属薄膜層を形成する手段、
・無電解めっき、電気めっきなどの湿式メッキ法により厚膜金属層をさらに薄膜金属層上に形成する手段。
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。
この場合、下地金属としてはCu、Ni、Cr、Mo、Zn、Ti、Ag、Au、Fe等の単体又は合金を用いることができる。また、下地金属の上に薄膜金属層としてCu等の良導体をさらにスパッタリングにて付着させる。
下地層および薄膜金属層の厚みは、好ましくは100〜5000Åである。
厚膜金属層としての電気めっきする金属としては、Cuが好ましい。
厚膜金属層の厚さは特に制限はないが、当該金属層を回路用(導電性)とする場合には、その金属層の厚さは好ましくは1〜175μmであり、より好ましくは3〜105μmである。金属層を貼合わせたポリイミドフィルムを放熱基板として用いる場合には、厚膜金属層の厚さは、好ましくは50〜3000μmである。これらの金属薄膜層や下地金属層のポリイミドフィルムと接着されるフィルム表面の表面粗さについては特に限定されないが、JIS B 0601(表面粗さの定義と表示)における、中心線平均粗さ(以下Raと記載する)および十点平均粗さ(以下Rzと記載する)で表示される値が、Raについては0.1μm以下、Rzについては1.0μm以下であるものがフィルムと金属薄膜層などとの接着性向上の効果が大きく好ましい。
本発明の非金属薄膜(積層)複合ポリイミドフィルムにおいては、基本的にポリイミドが少なくとも芳香族テトラカルボン酸類の残基としてピロメリット酸残基、芳香族ジアミン類の残基としてジアミノジフェニルエーテル残基を有し、かつフィルムの400℃熱処理後のカール度が5%を越える値であるポリイミドフィルム(F)を基材として、乾式めっき法によるところの、非金属の薄膜層(dM)と、その非金属薄膜層上下に適宜形成される層(DM)で構成されている。
本発明においては、この非金属の薄膜層(dM)は単一の層でなく複数の層で構成されてもよくその複数の層のうち少なくとも1の層は非金属の層であり、F/非金属層、F/非金属層/金属層、F/非金属層/非金属層/金属層、F/金属層/非金属層/金属層、F/金属層/非金属層/非金属層/金属層、などの構成をもとり得るものである。
本発明における非金属とは、炭素、珪素、金属の酸化物などの化合物、有機化合物などであり、これらを主成分とするものであればよく、単独でも混合でもよく、添加成分を含んでもよいものであるが、必ず乾式めっき法で形成されるものである。
非金属の具体例として、グラファイト、無定形カーボン、無定形シリコン、多結晶シリコン、In2O3、SnO2、ZnO、Cd2SnO4、ITO(In2O3 にSnを添加したもの)など、さらにロッシェル塩、酒石酸リチウムアンモニウム、酒石酸リチウムタリウム等のロッシェル塩系強誘電体、リン酸二水素カリウム、ヒ酸二水素カリウム、リン酸二水素ルビジウム、ヒ酸二水素ルビジウム、ヒ酸二水素セシウム、リン酸二水素セシウム、等のリン酸(ヒ酸)二水素アルカリ塩系強誘電体、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸ナトリウム、タンタル酸カリウム、ガリウム酸ランタン等のペロブスカイト型強誘電体、・三酸化タングステン等の変形ペロブスカイト型強誘電体、ニオブ酸カドミウム、ピロニオブ酸鉛等のピロクロライト型強誘電体、チタン酸カドミウム、チタン酸コバルト、チタン酸鉄、ニオブ酸リチウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸マンガン、チタン酸ニッケル、チタン酸リチウム等のイルメナイト型強誘電体、グアニジン・アルミニウム・サルフェ−ト六水和物、グアニジン・ガリウム・サルフェ−ト、グアニジン・クロム・サルフェ−ト、グアニジン・ヴァナジウム・サルフェ−ト、グアニジン・クロム・セレン酸塩、グアニジン・アルミニウム・セレン酸塩、グアニジン・ガリウム・セレン酸塩等のグアニジン系強誘電体、トリグリシン・サルフェ−ト、トリグリシン・フルオベリレ−ト、トリグリシン・セレン酸塩、ジグリシン硝酸塩、ジグリシン塩化マンガン二水和物、グリシン硝酸銀等のグリシン系強誘電体、Pb2MgWO3、Pb3Fe2WO6、Pb2FeTaO6、系K3Li2Nb5O15、Ba2NaNb5O15、Pb2KNb5O15系、Pb5Ge3O11、Gd2(MoO4)3系、メチルアンモニウム・アルミニウムサルフェ−ト・十二水和物、尿素クロムサルフェ−ト、硫酸アンモニウム、硫酸アンモニウム・カドミウム、リチウム・ヒドラジン・サルフェ−ト、硫酸水素アンモニウム、リチウム・ハイドロオキサイド・セレン酸、モノクロム酢酸アンモニウム、二カルシウム・ストロンチウム・プロピオン酸、尿素、フッ化ベリリウム酸アンモニウム、等々のその他の化合物系、さらにペロブスカイト系、ピロクロライト系、イルメナイト系等の無機系強誘電体の混合体、固溶体からなるセラミック系強誘電体、具体的には、PZT系{チタン酸鉛/ジルコン酸鉛固溶体:Pb(Zr,Ti)O3}、PLT系{チタン酸鉛/チタン酸ランタン固溶体:(Pb,La)TiO3}、PLZT系{(Pb,La)(Zr,Ti)O3}、ニオブ酸鉛/ニオブ酸バリウム固溶体系、ニオブ酸ストロンチウム/ニオブ酸バリウム固溶体系、PTS系{Pb(Ti,Sn)O3}、PST系{(Pb,Sr)TiO3}、BPT系{(Ba,Pb)TiO3}、BST系{(Ba,Sr)TiO3}、BMT系{(Ba,Mg)TiO3}、BCT系{(Ba,Ca)TiO3}などが挙げられる。
本発明における非金属薄膜層上に適宜形成される層(DM)とは、色材、高分子化合物、および前記した非金属および金属であってもよく、その形成手段も限定されるものではない。
熱硬化性接着剤の引張弾性率が基材フィルムのそれより高いと線膨張係数の離れた基材フィルムと金属箔の応力歪みを接着剤層で緩和吸収することが出来なくなり、結果として半導体と金属箔層との接続信頼性が発現されなくなるので好ましくない。
本発明に用いられる熱硬化性接着剤としてはエポキシ系、ウレタン系、アクリル系、シリコーン系、ポリエステル系、イミド系、ポリアミドイミド系等を用いることができ、またさらに詳しくは、例えば、主としてポリアミド樹脂等のフレキシブルな樹脂とフェノール等の硬質の材料とを主成分として、エポキシ樹脂、イミダゾール類等を含むものが例示される。さらに具体的には、ダイマー酸ベースのポリアミドイミド樹脂、常温固体のフェノール、常温液状のエポキシ等を適度に混合したもの等を例示できる、適度な軟らかさ、硬さ、接着性等を有し、半硬化状態を容易にコントロールできる。また、ポリアミドイミド樹脂としては重量平均分子量が5000〜100000のものが好適である。さらに、ポリアミドイミド樹脂原料のカルボン酸とアミンとによりアミドイミド樹脂の凝集力も変化するため、適宜フェノールやエポキシ樹脂の分子量、軟化点等を選択することが好ましい。また、ポリアミドイミド樹脂の代わりにポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリロニトリルブタジエン樹脂、ポリイミド樹脂、ブチラール樹脂等が使用できる。さらにこれらのシリコーン変性された材料などはフレキシビリティも発現するのでより好ましい。
本発明の熱硬化性接着剤は硬化状態を半硬化状態にコントロールされるが、硬化状態をコントロールする方法としては、例えば、接着剤を基材上に塗布、乾燥させる際の温風による加熱、遠/近赤外線による加熱、電子線の照射などが挙げられる。加熱によるコントロールでは、100〜200℃で、1〜60分加熱することが好ましく、130〜160℃で、5〜10分加熱することがさらに好ましい。また、TAB用テープをロール状に巻回した状態で、例えば40〜90℃程度の比較的低温で数時間〜数百時間熱処理することにより硬化状態をコントロールすることもできる。なお、硬化状態をコントロールする際の条件は、接着剤の組成や硬化機構、硬化速度を考慮して決定することが好ましい。このようにして、硬化状態をコントロールすることにより、半硬化状態の接着剤を得ることが可能となる。 本発明の熱硬化性接着剤は、いったん半硬化状態とされた状態で用いられる。
ここで、半硬化状態とは、加熱することにより軟化又は溶融し、最終的に硬化することが可能な固相状態のことである。本発明の熱硬化性接着剤には、半硬化状態を維持できるように、基本的にはフレキシビリティを与える成分と耐熱性を付与する成分とが含まれている。
熱可塑性接着剤の引張弾性率が基材フィルムのそれより高いと線膨張係数の離れた基材フィルムと金属箔の応力歪みを接着剤層で緩和吸収することが出来なくなり、結果として半導体と金属箔層との接続信頼性が発現されなくなるので好ましくない。
本発明における好ましい熱可塑性接着剤としては、耐熱性およびフィルムとの接着性などの観点から熱可塑性(熱圧着性)ポリイミド系樹脂からの接着剤であり、熱可塑性(熱圧着性)ポリイミド系樹脂としては、230〜400℃程度の温度で熱圧着できる熱可塑性のポリイミド系樹脂であればよい。かかる熱圧着性ポリイミドとしては、好ましくは、ジアミン類として、
APB :1,3−ビス(3−アミノフェノキシベンゼン)、
m−BP :4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、
DABP :3,3’−ジアミノベンゾフェノン、
DANPG:1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)−2,2−ジメチルプロパン、
から選ばれる少なくとも一種のジアミン類と、テトラカルボン酸無水物として、
PMDA :ピロメリット酸二無水物、
ODPS :3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、
BTDA :3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、
BPDA :3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
α−BPDA:2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、
ODPA :4,4’−オキシジフタル酸二無水物、
から選ばれる少なくとも一種のテトラカルボン酸二無水物から得られるポリイミドを用いることができる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて使用できる。さらにジアミン類或いはテトラカルボン酸無水物類の各々50モル%を超えない範囲で、先に例示した、その他のジアミン類あるいはテトラカルボン酸無水物類を併用することができる。
ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物の反応モル比は、通常、ジアミン成分1モルに対し、テトラカルボン酸二無水物成分0.75〜1.25モルの範囲である。好ましくは0.8〜1.2モルの範囲である。
これらのジカルボン酸無水物はアミン又はジカルボン酸無水物と反応性を有しない基で置換されてもよい。ジカルボン酸無水物の添加量は、通常、主原料である前記特定のジアミンとテトラカルボン酸二無水物の合計量100モルに対して、0.001〜0.5モルの範囲である。好ましくは、0.005〜0.25モルの範囲である。
この他、条件を満たす範囲でポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂などを単独で、あるいは適宜組み合わせて使用することができる。
また本発明の利点を損なわない限りにおいて、本発明の熱可塑性接着剤に熱硬化性の接着剤例えばエポキシ系やシアナート系の接着剤を混合使用してもよく、全接着剤層におけるこの熱硬化性接着剤の割合は高々40%である。
前記の熱可塑性ポリイミド系樹脂は、前記各成分と、さらに場合により他のテトラカルボン酸二無水物および他のジアミンとを、有機溶媒中、約100℃以下、特に20〜60℃の温度で反応させてポリアミド酸の溶液とし、このポリアミド酸の溶液をドープ液として使用して製造することができる。
また、前述のようにして製造したポリアミド酸の溶液を150〜250℃に加熱するか、又はイミド化剤を添加して150℃以下、特に15〜50℃の温度で反応させて、イミド環化した後溶媒を蒸発させる、もしくは貧溶媒中に析出させて粉末とした後、該粉末を有機溶液に溶解して熱圧着性ポリイミド系樹脂の有機溶媒溶液を得ることができる。
前記のジアミンおよびジカルボン酸無水物の使用割合が前記の範囲外であると、得られるポリアミド酸、従って熱可塑性のポリイミドの分子量が小さく、フレキシブル金属箔積層体の接着強度の低下をもたらす。また、ポリアミド酸のゲル化を制限する目的でリン系安定剤、例えば亜リン酸トリフェニル、リン酸トリフェニル等をポリアミド酸重合時に固形分(ポリマー)濃度に対して0.01〜1質量%の範囲で添加することができる。また、イミド化促進の目的で、ドープ液中に塩基性有機化合物系触媒を添加することができる。
前記のポリアミド酸製造に使用する有機溶媒は、高耐熱性のポリイミドおよび熱圧着性のポリイミドのいずれに対しても、N−メチル−2−ピロリドン、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、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミド、N−メチルカプロラクタム、クレゾール類などが挙げられる。これらの有機溶媒は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
プラズマ処理に要する時間は特に限定されず、通常1秒〜30分、好ましくは10秒〜10分である。プラズマ処理時のプラズマの周波数と出力、プラズマ発生のためのガス圧、処理温度に関しても格別な制限はなく、プラズマ処理装置で扱える範囲であれば良い。周波数は通常13.56MHz、出力は通常50W〜1000W、ガス圧は通常0.01Pa〜10Pa、温度は、通常20℃〜250℃、好ましくは20℃〜180℃である。出力が高すぎると、基材フィルム表面に亀裂の入るおそれがある。また、ガス圧が高すぎると基材フィルム表面の平滑性が低下するおそれがある。
1.芳香族ジアミン類と、芳香族テトラカルボン酸類とを反応させて得られるポリイミドフィルムであって、ポリイミドが少なくとも芳香族ジアミン類の残基としてベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン残基を有し、かつフィルムの400℃熱処理後のカール度が5%を超える値であることを特徴とするポリイミドフィルム。
2.前記いずれかのポリイミドフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に金属薄膜層が形成された金属薄膜層複合フィルム。
3.前記いずれかのポリイミドフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に非金属薄膜層が形成された非金属薄膜層複合フィルム。
4.前記いずれかのポリイミドフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に熱硬化性接着剤層が形成された接着シート(接着剤複合フィルム)。
5.前記いずれかのポリイミドフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に熱可塑性接着剤層が形成された接着シート(接着剤複合フィルム)。
6.前記いずれかのポリイミドフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に接着剤層が形成された接着シートの接着材層を介して金属箔が積層された金属複合フィルム。
7.前記いずれかのポリイミドフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に接着剤層が形成された接着シートの接着材層を介して金属箔が積層された金属箔層の不要部を除去してなるプリント配線板。
8.前記いずれかのポリイミドフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に接着剤層が形成された接着シートの接着材層を介して金属箔が積層された金属箔層の不要部を除去してなるプリント配線板の複数枚が積層された多層プリント配線板。
9.前記いずれかのポリイミドフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に接着剤層が形成された接着シートの接着材層を介して金属箔が積層された金属箔層の不要部を除去してなるプリント配線板又は多層プリント配線板上に半導体チップが直接実装されてなるプリント配線板。
1.ポリイミドフィルムの厚さ
マイクロメーター(ファインリューフ社製、ミリトロン(登録商標)1245D)を用いて測定した。
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,5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンゾオキサゾール500質量部を仕込んだ。次いで,N−メチル−2−ピロリドン5000質量部を加えて完全に溶解させた後,ピロメリット酸二無水物485質量部を加え,25℃の反応温度で15時間攪拌すると,褐色で粘調なポリアミド酸溶液が得られた。このもののηsp/Cは4.0dl/gであった。
続いてこのポリアミド酸溶液をステンレスベルトにスキージ/ベルト間のギ ャップを
650μmとしてコーティングし、3つの熱風式乾燥ゾーンを備えた乾燥機にて所定条件で乾燥した。
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厚み40μmのグリーンフィルムを得た。
得られたグリーンフィルムのIMA、IMBを測定し、その|IMA−IMB|は5.2であった。
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、第1段が180℃で3分、昇温速度4℃/秒で昇温して第2段として460℃で2分の条件で2段階の加熱を施して、イミド化反応を進行させた。その後、5分間で室温にまで冷却することで、褐色を呈する厚さ25μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの400℃でのカール度を測定したところ5.3%であった。
実施例1のポリアミド酸溶液をステンレスベルトにスキージ/ベルト間のギ ャップを
650μmとしてコーティングし、3つの熱風式乾燥ゾーンを備えた乾燥機にて所定条件で乾燥した。
得られたグリーンフィルムのIMA、IMBを測定し、その|IMA−IMB|は6.2であった。
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、第1段が180℃で3分、昇温速度4℃/秒で昇温して第2段として460℃で2分の条件で2段階の加熱を施して、イミド化反応を進行させた。その後、5分間で室温にまで冷却することで、褐色を呈する厚さ25μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの400℃でのカール度を測定したところ5.8%であった。
実施例1のポリアミド酸溶液をステンレスベルトにスキージ/ベルト間のギ ャップを
650μmとしてコーティングし、3つの熱風式乾燥ゾーンを備えた乾燥機にて所定条件で乾燥した。
得られたグリーンフィルムのIMA、IMBを測定し、その|IMA−IMB|は7.2であった。
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、第1段が180℃で3分、昇温速度4℃/秒で昇温して第2段として460℃で2分の条件で2段階の加熱を施して、イミド化反応を進行させた。その後、5分間で室温にまで冷却することで、褐色を呈する厚さ25μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの400℃でのカール度を測定したところ6.5%であった。
実施例1のポリアミド酸溶液をステンレスベルトにスキージ/ベルト間のギ ャップを
650μmとしてコーティングし、3つの熱風式乾燥ゾーンを備えた乾燥機にて所定条件で乾燥した。
得られたグリーンフィルムのIMA、IMBを測定し、その|IMA−IMB|は2.3であった。
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、第1段が180℃で3分、昇温速度4℃/秒で昇温して第2段として460℃で2分の条件で2段階の加熱を施して、イミド化反応を進行させた。その後、5分間で室温にまで冷却することで、褐色を呈する厚さ25μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの400℃でのカール度を測定したところ1.8%であった。
実施例1のポリアミド酸溶液をステンレスベルトにスキージ/ベルト間のギ ャップを
650μmとしてコーティングし、3つの熱風式乾燥ゾーンを備えた乾燥機にて所定条件で乾燥した。
得られたグリーンフィルムのIMA、IMBを測定し、その|IMA−IMB|は4.8であった。
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、第1段が180℃で3分、昇温速度4℃/秒で昇温して第2段として460℃で2分の条件で2段階の加熱を施して、イミド化反応を進行させた。その後、5分間で室温にまで冷却することで、褐色を呈する厚さ25μmのポリイミドフィルムを得た。
このポリイミドフィルムの400℃でのカール度を測定したところ4.6%であった。
(1)実施例各例のフィルムを使用して同一条件で、周波数13.56MHz、出力400W、ガス圧0.8Paの条件でニッケル−クロム(クロム7%)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、150Åのニッケル−クロム合金被膜を形成、次いで、銅ターゲットを用いてスパッタリングにより厚さ3000オングストロームの銅薄膜を形成させるスパッタリング金属薄膜形成処理して金属薄膜複合フィルムを得た。これらスパッタリング金属薄膜形成処理において、いずれの金属薄膜複合フィルムにおいても、スパッタリング金属薄膜形成処理後のフィルムにおいての反りの殆どない平面性に優れたものが得られ、その条件が比較的幅の広い条件でありかつ容易に見出せた。
それに反して比較例各例のフィルムを使用して、同様処理を行ったが、いずれのフィルムにおいても、スパッタリング金属薄膜形成処理後のフィルムにおいて、反りの殆どない平面性に優れた金属薄膜複合フィルムが得られず、また反りの殆どない平面性に優れたものが得られる条件を容易に見出すことができなかった。
プラズマ処理条件はキセノンガス中で、周波数13.56MHz、出力80W、ガス圧0.9Paの条件であり、処理時の温度は24℃、プラズマ雰囲気での滞留時間約45秒であった。次いで、プラズマ処理後のフィルムを、同じく巻き出し装置装置、巻き取り装置、スパッタリングエリアを有する真空装置内にセットし、周波数13.56MHz、出力400W、ガス圧0.8Paの条件、ニッケル−クロム(クロム7%)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、150Åのニッケル−クロム合金被膜を形成した。次いで、銅ターゲットを用いてスパッタリングにより厚さ3000オングストローム銅薄膜を形成させ、硫酸銅めっき浴をもちいて、厚さ4μmの厚付け銅メッキ層を形成し第一電極層とした。
続いて、基板温度を450℃とし、第一電極層の上に、バリア層として酸化チタン層を50オングストローム、さらに誘電層としてBa0.5Sr0.5TiO3のターゲットを用いて、高周波スパッタリング法によって2000nmの薄膜高誘電体層を形成した。さらに、薄膜高誘電体層上に、スパッタリングにより500nmのニッケル、同じく500nmの銅を形成し、最期に、硫酸銅めっき浴をもちいて、厚さ4μmの厚付け銅メッキ層を形成し第二電極層とし、非金属薄膜複合フィルム(高誘電体積層フィルム)を得た。
各例フィルムから得られた各高誘電体層積層ポリイミドフィルムを、各5枚の反り度の平均値をもって判定した。各フィルムにおける反り度平均値が10%を超えるものを×、反り度が7%を超え〜10%までのものを△、5〜7%を○、5%未満のものを◎とした。
その結果、実施例各例のポリイミドフィルムからのものは、全て◎であったが、比較例各例のポリイミドフィルムからのものは、全て×であった。
また、得られた各高誘電体層積層ポリイミドフィルムの容量密度と耐電圧との評価で、実施例各例のポリイミドフィルムからのものは、それぞれ変動のない安定した容量密度であり、実用性十分な耐電圧(100kV/m以上)を有する物が得られたが、比較例各例のポリイミドフィルムからのものは、それぞれ容量密度に斑が見られ、また耐電圧も10kV/mに満たないものであった。
有機極性溶媒としてのN,N−ジメチルアセトアミド、ジアミン化合物として1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼンと3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニルとをモル比で9:1、エステルテトラカルボン酸として3,3’,4,4’−エチレングリコールベンゾエートテトラカルボン酸二無水物を使用してポリアミド酸重合体の溶液を得た。このポリアミド酸重合体溶液を減圧加熱し、熱可塑性ポリイミドを得た。
この熱可塑性ポリイミドを80質量部、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)としてのエピコート1032H60を100質量部、硬化剤としての4,4’−ジアミノジフェニルエーテル30質量部を、有機溶媒としてのジオキソラン910質量部に添加し、攪拌して溶解させた。これにより、接着剤溶液を得た。
得られた接着剤溶液を、片面に離形層を形成した12.5μm厚さの離形性ポリエチレンテレフタレートフィルムの片面上に流延し、60℃で2分間乾燥し厚さ2.5μmの接着剤層を形成した接着材層形成ポリエチレンテレフタレートフィルムを得た。
この得られた接着材層形成ポリエチレンテレフタレートフィルムの接着剤層と、前記で得られたポリイミドフィルムの片面とを重ね合わせ積層して、各ポリイミドフィルムからの各片面接着シートを得た。得られた接着シートのポリイミドフィルムと接着剤層との総厚みは17.5μmであった。
得られた各接着シートの反り度の平均値をもって判定した。各シートにおける反り度平均値が10%を超えるものを×、反り度が7%を超え〜10%までのものを△、3〜7%を○、3%未満のものを◎とした。
その結果、実施例各例フィルムからの片面接着シートが全て◎、比較例各例からの片面接着シートは全て×であった。
得られた各接着シートの反り度の平均値をもって判定した。各シートにおける反り度平均値が10%を超えるものを×、反り度が7%を超え〜10%までのものを△、3〜7%を○、3%未満のものを◎とした。
その結果、実施例各例フィルムからの片面接着シートが全て◎、比較例各例からの片面接着シートは全て×であった。
得られた各金属箔積層シートの反り度の平均値をもって判定した。各金属箔積層シートにおける反り度平均値が10%を超えるものを×、反り度が7%を超え〜10%までのものを△、3〜7%を○、3%未満のものを◎とした。
その結果、実施例各例からのポリイミドフィルムを使用した各金属箔積層シートが全て◎、比較例各例からのポリイミドフィルムを使用した各金属箔積層シートが全て×であった。
得られた各COF用フィルム基板に半導体チップを搭載し、フリップチップボンディングを用いてボンディング処理を施した後、ポッティング法による樹脂封止を行なって各半導体パッケージ(SCJ実−1〜SCJ実−6、SCJ比−1〜SCJ比−3)をそれぞれ2000ピース製作した。得られた各半導体パッケージのチップ/基板間の接点数は256である。当該パッケージをエタック(登録商標)温度サイクル試験装置(楠本化成(株)製)に装填して加熱冷却試験を実施した。試験は、−50℃の低温と150℃の高温との間を30分ごとに繰り返して加熱冷却させることによって行なった。試験時間は3000時間とした。試験後に導通検査を行い、接続点の不良率を求めた。
接続点の不良率が10ppm未満を◎、10〜30ppmを○、30ppmを超えるものを×として評価した。
その評価結果は、実施例各例からのポリイミドフィルムを使用した各COF用フィルム基板が全て◎、比較例各例からのポリイミドフィルムを使用した各COF用フィルム基板が全て×であった。
2 アルミナ・セラミック板
Claims (4)
- 芳香族ジアミン類と、芳香族テトラカルボン酸類とを反応させて得られるポリイミドフィルムであって、ポリイミドが少なくとも芳香族ジアミン類の残基としてベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン残基を有し、かつフィルムの400℃熱処理後のカール度が5%を超える値であることを特徴とするポリイミドフィルム。
- 請求項1記載のフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に接着剤層が形成された接着剤層複合フィルム。
- 請求項1記載のフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に金属薄膜層が形成された金属薄膜層複合フィルム。
- 請求項1記載のフィルムを基材フィルムとして使用し、該基材フィルム上に非金属薄膜層が形成された非金属薄膜層複合フィルム。
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