JP5871888B2 - フレキシブル基板用組成物及び当該組成物から形成されるフレキシブル基板 - Google Patents
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2203/00—Applications
- C08L2203/20—Applications use in electrical or conductive gadgets
Description
本発明のフレキシブル基板用組成物は、ポリマーと溶剤を含む。
[1]−1:ポリマー
本発明のフレキシブル基板用組成物に含有されるポリマーは、ポリアミック酸、ポリイミド、及びその組み合わせからなる群から選択される。後述するように、いずれも「二環式の脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物及びフッ素含有テトラカルボン酸二無水物化合物を含むテトラカルボン酸二無水物成分」、並びに、ジアミン成分、を含む混合物を反応に付することによって製造される。
ポリアミック酸の製造方法は、以下の工程を含む。
(a)二環式の脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物及びフッ素含有テトラカルボン酸二無水物化合物を含むテトラカルボン酸二無水物成分、並びに、ジアミン成分を溶剤に溶解して混合物とし;
(b)当該混合物を0℃〜100℃の温度で1時間〜24時間重合反応に付して反応溶液を得;そして
(c)当該反応溶液をエバポレーターで減圧留去してポリアミック酸を得る。
ポリイミドの製造方法は、以下の工程を含む。
(a)二環式の脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物及びフッ素含有テトラカルボン酸二無水物化合物を含むテトラカルボン酸二無水物成分、並びに、ジアミン成分を溶剤に溶解して混合物とし;そして
(b)当該混合物を重合反応に付してポリアミック酸を得、次いで、当該ポリアミック酸を脱水/閉環反応―当該反応は、脱水剤及び触媒の存在下で加熱することによって行われる―に付す。ポリアミック酸化合物のアミド酸官能基は、脱水/閉環反応を介してイミド官能基に変換され(すなわち、イミド化)、ポリイミド化合物を得る。
テトラカルボン酸二無水物成分は、二環式の脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物及びフッ素含有テトラカルボン酸二無水物化合物を含む。
ジアミン成分は、好ましくは、フッ素含有ジアミン化合物を含む。フッ素含有ジアミン化合物が、ジアミン成分に含まれる場合、それから形成されるフレキシブル基板は、優れた耐湿性を有している。
R1は、−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、又は−CO−を表し、
R11は、ステロイド含有基、C2〜C30アルキル基、又は、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、ピペリジン及びピペラジンからなる群から生じる一価の窒素含有環状構造を表す)、
R2は、−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、又は−CO−を表し、
R21及びR22は、互いに無関係に、脂環式基、芳香族基、及び複素環基からなる群から選択される二価基を表し、
R23は、C3〜C18アルキル基、C3〜C18アルコキシ基、シアノ基、又は塩素原子を表す)、
R3は、水素、C1〜C5アシル基、C1〜C5アルキル基、C1〜C5アルコキシ基、又は塩素原子を表し、
各繰り返し単位中のR3は、同一であっても異なっていてもよく、
nは、1〜3の整数を表す)、
R4及びR42は、同一でも異なっていてもよく、互いに無関係に、二価の有機基を表し、
R41は、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、ピペリジン及びピペラジンからなる群から生じる二価の窒素含有環状構造を表す)、
R5、R51、R52及びR53は、同一でも異なっていてもよく、互いに無関係に、C1〜C12炭化水素基を表し、
pは、1〜3の整数を表し、
qは、1〜20の整数を表す)、
R6は、−O−又はシクロヘキシレンを表し、
R61は、−CH2−を表し、
R62は、フェニレン又はシクロヘキシレンを表し、
R63は、水素又はペプチル基を表す)、
及び
が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(1)nが1の場合、p−ジアミノベンゼン、m−ジアミノベンゼン、o−ジアミノベンゼン、2,5−ジアミノトルエン、等;
(2)nが2の場合、4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’,5,5’−テトラクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノ−5,5’−ジメトキシビフェニル、等;及び
(3)nが3の場合、1,4−ビス(4’−アミノフェニル)ベンゼン、等
が挙げられるが、これらに限定されるものではない。式(c)のジアミン化合物は、より好ましくは、p−ジアミノベンゼン、2,5−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、1,4−ビス(4’−アミノフェニル)ベンゼン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
本発明のフレキシブル基板用組成物に含有される溶剤は、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクタム、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、エチレングリコールモノメチルエーテル、乳酸ブチル、酢酸ブチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコールn−プロピルエーテル、エチレングリコールイソプロピルエーテル、エチレングリコールn−ブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジグリコールジメチルエーテル、ジグリコールジエチルエーテル、ジグリコールモノメチルエーテル、ジグリコールモノエチルエーテル、ジグリコールモノメチルエーテルアセテート、ジグリコールモノエチルエーテルアセテート、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルエタンアミド、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
本発明のフレキシブル基板用組成物には、フレキシブル基板用組成物の所望の性質が損なわれない質的・量的範囲内で、添加剤を添加することができる。添加剤は、当該技術の一般的な形態に従って用いることができる。当該添加剤としては、例えば、充填剤、可塑剤、耐候剤、粘度調整剤、表面処理剤、酸化防止剤、消泡剤、着色剤、熱安定剤、接着促進剤、離型剤、等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。上記例の添加剤は、単独で使用しても組み合わせて使用してもよい。
本発明のフレキシブル基板は、上記フレキシブル基板用組成物を基にして製造することができる。
[ポリアミック酸の製造]
合成例1
窒素注入口、攪拌器、凝縮器及び温度計を備えた、500mlの四つ口フラスコを窒素でパージし、ここに、p−ジアミノベンゼン(2.70g,0.025モル)、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(4.95g,0.025モル)、及びN−メチル−2−ピロリドン(80g)を含む原料組成物を加えた。上記原料組成物が溶解するまで室温で攪拌を行った。次いで、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物(6.20g,0.025モル)、3,6−ビス(トリフルオロメチル)−1,2,4,5−ピロメリト酸二無水物(8.85g,0.025モル)、及びN−メチル−2−ピロリドン(20g)を加えて室温で2時間反応させた。上記反応後、反応溶液を得て、これを次いで、水(1500ml)に注入してポリマーを沈殿させた。濾過後に得られたポリマーを次いで、3回、メタノールで洗浄し濾過し、その後当該ポリマーを、真空オーブン中で60℃で乾燥させて、ポリアミック酸(A−1−1)を得た。
合成例2〜3のポリアミック酸を、表1に示されるテトラカルボン酸二無水物成分及びジアミン成分とそれらの量を用いて合成例1の方法に従って製造した。
合成例4
窒素注入口、攪拌器、凝縮器及び温度計を備えた、500mlの四つ口フラスコを窒素でパージし、ここに、p−ジアミノベンゼン(2.70g,0.025モル)、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(4.95g,0.025モル)、及びN−メチル−2−ピロリドン(80g)を含む原料組成物を加えた。上記原料組成物が溶解するまで室温で攪拌を行った。次いで、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物(6.20g,0.025モル)、3,6−ビス(トリフルオロメチル)−1,2,4,5−ピロメリト酸二無水物(8.85g,0.025モル)、及びN−メチル−2−ピロリドン(20g)を加えて室温で6時間反応させた。上記反応後、反応溶液を得た。この反応溶液に、N−メチル−2−ピロリドン(97g)、無水酢酸(5.61g) 及びピロリドン(19.75g)を加えた。60℃で2時間攪拌することによって、イミド化を行った。反応溶液を水(1500ml)に注入してポリマーを沈殿させた。濾過後に得られたポリマーを次いで、3回、メタノールで洗浄し濾過し、その後当該ポリマーを、真空オーブン中で60℃で乾燥させて、ポリイミド(A−2−1)を得た。
合成例5〜20のポリイミドを、表1及び表2に示されるテトラカルボン酸二無水物成分及びジアミン成分とそれらの量、並びに、脱水/閉環反応条件を用いて合成例4の方法に従って製造した。
実施例1
合成例1のポリアミック酸100重量部、及びエチレングリコールn−ブチルエーテル800重量部を室温で攪拌して、フレキシブル基板用組成物を得た。このフレキシブル基板用組成物を100mm×100mm×0.7mmのガラス基板上にスピンコーティングにより塗布して、ガラス基板上に塗膜を形成した。この塗膜を110℃で2分間乾燥させ、次いで、250℃で60分間焼成して、ガラス基板上のフレキシブル基板を含む積層体を得た。
参考例4〜8、13、14、実施例2、3、9〜12及び比較例1〜6のフレキシブル基板用組成物とフレキシブル基板を、表3に示されるポリマー、溶剤及び添加剤とそれらの量を用いて実施例1の方法に従って製造した。これらのフレキシブル基板用組成物とフレキシブル基板を、以下の評価方法に従って評価した。結果を表3に示す。
窒素注入口、攪拌器、凝縮器及び温度計を備えた、500mlの四つ口フラスコを窒素でパージし、ここに、エポキシプロパノール(日油株式会社製のEPIOL OHとして市販されているもの、1400g)及びテトラメトキシシランの部分縮合物(多摩化学工業株式会社製のM Silicate 51として市販されているもの、8957.9g)を加え、次いで連続攪拌して90℃に加熱した。次いでジブチル錫ジラウレート触媒(2.0g)を加えた。約630gのメタノールを留去し次いで室温に冷却した。さらに約80gのメタノールを、13kPaの減圧留去により除去して、エポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(S1)を得た。
1.イミド化率
イミド化率は、ポリイミド中のアミック酸官能基の数とイミド環の数の合計に対するイイド環の数の割合を意味し、百分率で表される。合成例1〜20から得られた各ポリマーを、減圧下で乾燥し、次いで、適切な重水素化溶剤、例えば、重水素化ジメチルスルホキシド、に溶解した。1H−NMR測定を、基準物質としてテトラメチルシランを用いて室温(例えば、25℃)で行った。イミド化率(%)は次の式を用いて算出した:
△1は、化学シフト10ppm付近のNH基のプロトン由来のピーク面積であり;
△2は、その他のプロトン由来のピーク面積であり;
αは、当該ポリマー中のNH基のプロトン1個に対するその他のプロトンの個数割合である。)
参考例4〜8、13、14、実施例1〜3、9〜12及び比較例1〜7のそれぞれのフレキシブル基板用組成物を100mm×100mm×0.7mmのガラス基板上にスピンコーティングにより塗布してガラス基板上に塗膜を形成した。この塗膜を110℃で2分間乾燥し、次いで、250℃で60分間焼成して、ガラス基板上のフレキシブル基板を含む積層体を得た。ガラス基板上のフレキシブル基板の表面を、肉眼で観察し、以下の基準により評価した:
○:表面にクラックはないが、いくつかの凹凸がある。
×:表面にクラックと不連続のブロックがある。
3.吸湿試験
評価項目2から得られた各フレキシブル基板を、ガラス基板からスクレーパーを用いて剥離した。各フレキシブル基板の重さを量り、W1として記録し、次いで60℃の水に24時間浸した。フレキシブル基板を水から取り出し、清潔な布で拭いて乾かし、次いで、重さを量り、W2として記録した。吸湿率(%)を、次の式を用いて算出した:
◎:吸湿率<1.5%;
○:1.5%≦吸湿率<5%;
×:吸湿率≧5%;
−:塗膜が形成され得ず、吸湿率を測定することができない。
「--」:無添加
a-1-1: ビシクロ[2.2.2]オクタン-2-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物
a-1-2: 8-チアビシクロ[3.2.2]ノナン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物
a-1-3: 7-オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物
a-2-1: 3,6-ビス(トリフルオロメチル)-1,2,4,5-ピロメリト酸二無水物
a-2-2: 1,4-ジフルオロ-2,3,5,6-ピロメリト酸二無水物
a-2-3: 9,9-ビス(トリフルオロメチル)-9H-キサンテン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物
a-3-1: 3,4-ジカルボキシ-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-1-コハク酸二無水物
a-3-2: ピロメリト酸二無水物
a-3-3: 1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
b-1-1: ビス(2,3,5,6-テトラフルオロ-4-アミノフェニル)エーテル
b-1-2: 2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル
b-2-1: p-ジアミノベンゼン
b-2-2: 4,4’-ジアミノジフェニルメタン
b-2-3: 4,4’-ジアミノジフェニルエーテル
「--」: 無添加
a-1-1: ビシクロ[2.2.2]オクタン-2-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物
a-1-2: 8-チアビシクロ[3.2.2]ノナン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物
a-1-3: 7-オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物
a-2-1: 3,6-ビス(トリフルオロメチル)-1,2,4,5-ピロメリト酸二無水物
a-2-2: 1,4-ジフルオロ-2,3,5,6-ピロメリト酸二無水物
a-2-3: 9,9-ビス(トリフルオロメチル)-9H-キサンテン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物
a-3-1: 3,4-ジカルボキシ-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-1-コハク酸二無水物
a-3-2: ピロメリト酸二無水物
a-3-3: 1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
b-1-1: ビス(2,3,5,6-テトラフルオロ-4-アミノフェニル)エーテル
b-1-2: 2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル
b-2-1: p-ジアミノベンゼン
b-2-2: 4,4’-ジアミノジフェニルメタン
b-2-3: 4,4’-ジアミノジフェニルエーテル
「--」: 無添加
「−」: 測定せず
B-1: エチレングリコール n-ブチルエーテル
B-2: N-メチル-2-ピロリドン
B-3: γ-ブチロラクトン
C-1: シリカ(日産化学工業株式会社製のIPA-STとして市販されているもの, 粒度12 nm)
C-2: 酸化防止剤(TCI株式会社製のBHTとして市販されているもの)
C-3: 消泡剤(東レ・ダウコーニング株式会社製のSH-203として市販されているもの)
Claims (11)
- ポリアミック酸、ポリイミド、及びその組み合わせからなる群から選択されるポリマーであって、テトラカルボン酸二無水物成分及びジアミン成分を含む混合物を反応に付すことによって得られるポリマー;
溶剤;及び
シリカ、酸化アルミウム、タルク、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される充填剤
を含み、
当該テトラカルボン酸二無水物成分は、二環式の脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物及びフッ素含有テトラカルボン酸二無水物化合物を含み、
当該二環式の脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物の使用量は、テトラカルボン酸二無水物成分の全使用量に対して、30モル%〜70モル%であり、フッ素含有テトラカルボン酸二無水物化合物の使用量は、テトラカルボン酸二無水物成分の全使用量に対して、30モル%〜70モル%であり、
前記ポリマー中のポリイミドのイミド化率は70%〜99.5%である、
フレキシブル基板用組成物。 - 二環式の脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物が、総原子数が7〜9であり、かつ、原子数1又は2の架橋を含む、四価の架橋炭化水素基を含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 二環式の脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物が、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、7−アザビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−チアビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、6−(カルボキシメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5−トリ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]オクタン−7−エン−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−5−エン−1,2,7,8−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−アザビシクロ[2.2.2]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−オキサビシクロ[2.2.2]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−チアビシクロ[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[3.2.1]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−アザビシクロ[3.2.1]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−アザビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−オキサビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−チアビシクロ[3.2.1]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、7−チアビシクロ[3.2.1]オクタン−2,4,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[3.2.2]ノナン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[3.2.2]ノナン−2,4,6,7−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[3.2.2]ノナン−8−エン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[3.2.2]ノナン−8−エン−2,4,6,7−テトラカルボン酸二無水物、8−アザビシクロ[3.2.2]ノナン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、8−アザビシクロ[3.2.2]ノナン−2,4,6,7−テトラカルボン酸二無水物、8−オキサビシクロ[3.2.2]ノナン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、8−オキサビシクロ[3.2.2]ノナン−2,4,6,7−テトラカルボン酸二無水物、8−チアビシクロ[3.2.2]ノナン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、8−チアビシクロ[3.2.2]ノナン−2,4,6,7−テトラカルボン酸二無水物、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の組成物。
- フッ素含有テトラカルボン酸二無水物化合物が、9,9−ビス(トリフルオロメチル)−9H−キサンテン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、
及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物。 - 二環式の脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物の使用量が、テトラカルボン酸二無水物成分の全使用量に対して、35モル%〜65モル%であり、フッ素含有テトラカルボン酸二無水物化合物の使用量が、テトラカルボン酸二無水物成分の全使用量に対して、35モル%〜65モル%である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
- 二環式の脂環式テトラカルボン酸二無水物化合物の使用量が、テトラカルボン酸二無水物成分の全使用量に対して、40モル%〜60モル%であり、フッ素含有テトラカルボン酸二無水物化合物の使用量が、テトラカルボン酸二無水物成分の全使用量に対して、40モル%〜60モル%である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。
- ジアミン成分が、フッ素含有ジアミン化合物を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の組成物。
- フッ素含有ジアミン化合物が、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[3−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[3−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、ビス(2,3,5,6−テトラフルオロ−4−アミノフェニル)エーテル、ビス(2,3,5,6−テトラフルオロ−4−アミノフェニル)スルフィド、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル、
及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項7に記載の組成物。 - フッ素含有ジアミン化合物の使用量が、ジアミン成分の全使用量に対して、50モル%〜100モル%である、請求項7又は8に記載の組成物。
- ポリイミドのイミド化率が80%〜99%である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物から形成されるフレキシブル基板。
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