JP6789185B2 - ポリアミド酸、ポリイミド、高周波基板およびカバーレイフィルム - Google Patents
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Description
しかし、近年の電子機器の高速信号伝送に伴う高周波化において、電子基板材料であるポリイミドの低誘電率、低誘電正接化の要求が高まっている。電子回路における信号の伝播速度は基板材料の誘電率の増加に伴って低下し、また信号の伝送損失は誘電率と誘電正接の増加に伴って増大するため、基板材料であるポリイミドの低誘電率化、低誘電正接化は、電子機器の高性能化に不可欠となっており、中でも高周波で利用される通信機器では誘電正接の低減が求められている。
[1] 4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンを含むジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物を含む酸成分とを重合させることによって得られるポリアミド酸。
[2] 4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンを含むジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物を含む酸成分とを重合させることによって得られるポリイミド。
[3] 上記[1]に記載のポリアミド酸をイミド化して得られるポリイミド。
[4] 周波数1GHzにおける比誘電率が3.0以下である、上記[2]または[3]に記載のポリイミド。
[5] 周波数1GHzにおける誘電正接が0.005以下である、上記[2]〜[4]のいずれか1つに記載のポリイミド。
[6] 高周波基板材料用である、上記[2]〜[5]のいずれか1つに記載のポリイミド。
[7] 上記[2]〜[6]のいずれか1つに記載のポリイミドからなるフィルムを有する高周波基板。
[8] 上記[2]〜[6]のいずれか1つに記載のポリイミドからなるポリイミドフィルム上に、上記[3]に記載のポリイミドを含有する接着剤層を有するカバーレイフィルム。
また、本発明のポリアミド酸は、イミド化して硬化することにより、高い耐熱性および機械強度と、誘電率および誘電正接の低減との両立を実現した本発明のポリイミドが得られるため、本発明のポリイミドの前駆体として有用である。
また、本発明の高周波基板は、高い耐熱性および機械強度と、誘電率および誘電正接の低減との両立を実現したものであり、有用である。
さらに、本発明のカバーレイフィルムは、本発明のポリイミドからなるフィルム上に、本発明のポリイミドを含有する接着剤層を有することから、高い耐熱性および機械強度と、誘電率および誘電正接の低減との両立を実現することができ、有用である。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される範囲は、その範囲に「〜」の前後に記載された両端を含む範囲を意味する。例えば、「A〜B」はAおよびBを含む範囲を意味する。また、「以上」または「以下」を用いて表される範囲は、それぞれ、その範囲に「以上」または「以下」記載されたものを含む範囲を意味する。例えば、「C以上」はCおよびCを上回る範囲を意味し、「D以下」はDおよびDを下回る範囲を意味する。
また、本発明において、「〜からなる」の用語は「〜」以外の成分が含まれる場合も包含するものである。例えば「EからなるF」は、E以外の成分を含むFを意味する。
本発明のポリアミド酸は、4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミン(以下、「BPPAN」と略称する場合がある。)を含むジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物(以下、「BPADA」と略称する場合がある。)を含む酸成分とを重合させることによって得られるポリアミド酸である。
本発明のポリイミドは、高周波基板材料用として有用である。そして、本発明のポリアミド酸は、本発明のポリイミドの前駆体として有用である。
上記ジアミン成分は、BPPANを含む。
BPPANは、芳香族環状構造および脂肪族鎖状構造の両方を有する長鎖分子であることから、本発明のポリアミド酸をイミド化して硬化させることによって得られる本発明のポリイミドの高い耐熱性および機械強度を維持しつつ、誘電率および誘電正接を低下させることができる。
上記BPPAN以外のジアミン化合物としては、例えば、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(以下、「ODA」と略称する場合がある。)、1,4−フェニレンジアミン(p−フェニレンジアミン;以下、「PDA」と略称する場合がある。)、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(以下、「BAPP」と略称する場合がある。)等の芳香族ジアミン;1,2−ジアミノエタン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ヘキサンジアミン、1,7−ヘプタンジアミン、1,8−オクタンジアミン、1,9−ノナンジアミン、1,10−デカンジアミン、1,11−ウンデカンジアミン、1,12−ドデカンジアミン等の直鎖型脂肪族ジアミン;1,2−ジアミノプロパン、1,2−ジアミノ−2−メチルプロパン、1,3−ジアミノ−2−メチルプロパン、1,3−ジアミノ−2,2−ジメチルプロパン、1,3−ジアミノペンタン、1,5−ジアミノ−2−メチルペンタン等の分枝型脂肪族ジアミン;5−アミノ−1,3,3−トリメチルシクロヘキサンメチルアミン(イソホロンジアミン)、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,4−シクロヘキサンビス(メチルアミン)、1,3−シクロヘキサンビス(メチルアミン)、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、3(4),8(9)−ビス(アミノメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、2,5(6)−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、1,3−ジアミノアダマンタン、3,3’−ジアミノ−1,1’−ビアダマンチル、1,6−ジアミノアダマンタン等の脂環式ジアミン;などが挙げられる。
BPPAN以外のジアミン化合物は、それぞれ単独で、または2種類以上を組み合わせて、使用することができる。
上記酸成分は、BPADAを含む。
BPADAは、本発明のポリアミド酸をイミド化して硬化させることによって得られる本発明のポリイミドに高い機械強度、耐熱性、耐薬品性および電気絶縁性を付与することができる。
上記BPADA以外のポリカルボン酸無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(sBPDA)、4,4’−オキシジフタル酸無水物(ODPA)、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(DSDA)等の芳香族テトラカルボン酸二酸無水物が挙げられる。
BPADA以外のポリカルボン酸化合物は、それぞれ単独で、または2種類以上を組み合わせて、使用することができる。
上記ジアミン成分と上記酸成分との量は、特に限定されないが、ジアミン成分と酸成分とを重合させて得られる重合物の分子量を十分に高めるために、ジアミン成分が有するアミノ基に対して酸成分が有する酸無水物基を、好ましくは0.9当量以上とする。
本発明のポリアミド酸組成物は、本発明のポリアミド酸を含有する。
本発明のポリアミド酸組成物は、本発明のポリアミド酸を1種類のみ含有してもよいし、2種類以上を含有してもよい。
本発明のポリアミド酸組成物を硬化することにより、本発明のポリイミドが得られる。このようにして得られる本発明のポリイミドは、ポリイミド本来の高い耐熱性および機械強度を保ちながら、誘電率および誘電正接が低減されたポリイミドであり、高周波基板材料用として有用である。本発明のポリアミド酸組成物は、本発明のポリイミドの前駆体として有用である。
上記本発明のポリアミド酸以外の成分としては、例えば、溶媒、その他の添加剤、および反応中間体等が挙げられる。
上記溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、ジメチルスルホン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、トリクロロメタン等が挙げられるが、溶解するものであれば特に制限されない。
上記溶媒は、1種類を単独で、または2種類以上を混合して、使用することができる。
上記添加剤としては、例えば、ポリアミド酸を脱水・環化(イミド化)させてポリイミドに転化するために使用される、脱水剤および触媒等が挙げられる。
上記脱水剤は、1種類を単独で、または2種類以上を組み合わせて、使用することができる。
上記触媒は、1種類を単独で、または2種類以上を組み合わせて、使用することができる。
BPPANを含むジアミン成分とBPADAを含む酸成分とを重合させることによって得られる本発明のポリアミド酸組成物は、ジアミン成分と酸成分との重合反応の際に副生する反応中間体等を含み得る。
本発明のポリアミド酸の製造方法は、BPPANを含むジアミン成分と、BPADAを含む酸成分とを重合させる工程を備える。
本発明のポリアミド酸は、溶媒を含有するポリアミド酸組成物として、高周波基板材料用のワニスとして使用することができる。
本発明のポリアミド酸は、その分子構造について特に制限されない。例えば、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体が挙げられる。
本発明のポリイミドは、BPPANを含むジアミン成分と、BPADAを含む酸成分とを重合させることによって得られるポリイミド(硬化物)である。
上記ジアミン成分および上記酸成分は、本発明のポリアミド酸について説明したものと同様である。
本発明のポリイミドの製造方法は、BPPANを含むジアミン成分と、BPADAを含む酸成分とを重合させる工程を備える。
ジアミン成分と酸成分との重合は、例えば、ジアミン成分と酸成分とを、ジアミン成分の合計と酸成分の合計とがほぼ等モルとなる量で溶媒に添加し、その溶媒中でジアミン成分と酸成分とを重合することによって行われる。溶媒には、ジアミン成分および酸成分に加えて、さらに前述した添加剤を添加してもよい。
ポリアミド酸を脱水・環化させてポリイミドに転化する方法としては、例えば、脱水剤と触媒を用いて脱水する化学閉環法、熱的に脱水する熱閉環法があり、これらのうちの一方によって、またはこれらの両方を併用して行ってもよい。化学閉環法で使用する脱水剤および触媒は、前述したものと同様である。
本発明のポリイミドを溶媒に溶解することで、ポリイミド溶液(ワニス)を得ることができる。また、本発明のポリアミド酸溶液をそのまま加熱または触媒の添加で脱水、イミド化することで、ポリイミド溶液(ワニス)を得ることができる。
また、上記ポリイミド粉末を加熱圧縮することでポリイミドの成型体を形成することができる。
BPPANを含むジアミン成分とBPADAを含む酸成分とを重合させ、イミド化して得られる本発明のポリイミドは、その分子構造について特に制限されない。例えば、ランダム共重合体、交互共重合体、またはブロック共重合体が挙げられる。
本発明のポリイミドの機械強度は、引張弾性率および引張強さによって評価する。
上記引張弾性率は、好ましくは1.8GPa以上であり、より好ましくは1.9GPa以上であり、さらに好ましくは2.0GPa以上である。
上記引張強さは、好ましくは65MPa以上であり、より好ましくは70MPa以上である。
ここで、引張弾性率および引張強さは、JIS K 7127:1999(ISO 527−3:1995)に準拠して測定した値である。
本発明のポリイミドの耐熱性はガラス転移温度によって評価する。
上記ガラス転移温度は、好ましくは200℃以上であり、より好ましくは210℃以上である。
本発明のポリイミドの耐熱性は、好ましくは、ガラス転移温度が200℃以上である。
ここで、ガラス転移温度は、JIS K 7244−1:1998(ISO 6721−1:1994)に準拠して測定した値である。
本発明のポリイミドの誘電特性は周波数1GHzにおける比誘電率および誘電正接によって評価する。
上記周波数1GHzにおける比誘電率は、好ましくは2.9以下である。
上記周波数1GHzにおける誘電正接は、好ましくは0.005以下であり、より好ましくは0.003以下である。
ここで、比誘電率および誘電正接は、JIS C 2565:1992に準拠して測定した値である。
なお、誘電率ε、真空の誘電率ε0および比誘電率εrの間には、ε=εr・ε0の関係があるため、誘電率の高低を論ずる際には、誘電率の代わりに比誘電率を用いてもよい。
本発明のポリアミド酸もしくは本発明のポリアミド酸組成物または本発明のポリイミドを用いて、ポリイミドフィルム(以下、「本発明のポリイミドフィルム」という場合がある。)を製造することができる。
非プロトン性極性溶媒としては、具体的には、例えば、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチルホスホルアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等が挙げられるが、本発明のポリイミドを溶解するものであれば特に制限されない。
上記非プロトン性極性溶媒は、1種類を単独で、または2種類以上を混合して、用いることができる。
また、この場合のポリイミドの含有量は、5〜50質量%の範囲とすることが好ましく、10〜30質量%の範囲とすることがより好ましい。
本発明のカバーレイフィルムは、本発明のポリイミドからなるポリイミドフィルム上に、本発明のポリアミド酸または本発明のポリアミド酸組成物をイミド化して得られるポリイミドを含有する接着剤層を有するカバーレイフィルムである。
本発明のカバーレイフィルムは、フレキシブルプリント回路基板(FPC基板)等に用いることができる
本発明のポリアミド酸または本発明のポリアミド酸組成物を材料として用いてカバーレイフィルムの接着剤層を構成する方法としては、例えば、本発明のポリアミド酸または本発明のポリアミド酸組成物を本発明のポリイミドフィルムの表面に付与し、溶媒を除去、硬化して、フィルムを形成する方法が挙げられる。
BPPAN: 4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミン
PDA: p−フェニレンジアミン
BAPP: 2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン
sBPDA: 3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
BPADA: 2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物
DMAc: N,N−ジメチルアセトアミド
DMAc 400gに、BPPAN 46.4gと、BPADA 53.5gとを添加し、常温、大気圧中で3時間撹拌、反応させ、ポリアミド酸溶液を得た。得られたポリアミド酸溶液 15gを、バーコーターを用いてガラス板に塗布し、100℃で20分間、200℃で20分間、300℃で20分間加熱し、約50μm厚のポリイミドフィルムを作製した。
後述する評価方法に従って、作製したポリイミドフィルムの評価試験を行い、表1にその結果を示した。なお、「各成分モル比」は、全ジアミン成分中および全酸成分中のモル比とする。
表1に示すとおり、ジアミン成分として、BPPANに代えてPDAを使用し、酸成分として、BPADAに代えてsBPDAを使用し、PDAとsBPDAとを、1.0:1.0のモル比で混合した点を除いて、実施例1と同様の手順で、ポリアミド酸溶液を調製し、ポリイミドフィルムを作製した。
後述する評価方法に従って、作製したポリイミドフィルムの評価試験を行い、表1にその結果を示した。
表1に示すとおり、ジアミン成分として、BPPANに代えてBAPPを使用し、BAPPとBPADAとを1.0:1.0のモル比で混合した点を除いて、実施例1と同様の手順で、ポリアミド酸溶液を調製し、ポリイミドフィルムを作製した。
後述する評価方法に従って、作製したポリイミドフィルムの評価試験を行い、表1にその結果を示した。
作製したポリイミドフィルムについて、機械強度(引張弾性率、引張強さ)、耐熱性(ガラス転移温度)および誘電特性(誘電率、誘電正接)を評価した。
JIS K 7127:1999(ISO 527−3:1995)に準拠して、以下の条件で引張弾性率(ヤング率)および引張強さを測定した。
引張速度:102mm/min
チャック間距離:30mm
JIS K 7244−1:1998(ISO 6721−1:1994)に準拠して、以下の条件でガラス転移温度を測定した。
昇温速度: 3℃/min
温度範囲: 50〜450℃
周波数: 1Hz
JIS C 2565:1992に準拠して、以下の条件で比誘電率および誘電正接を測定した。
測定法: 空洞共振器法
測定周波数: 1GHz
これに対し、ジアミン成分としてBPPANの代わりにPDAを用い、酸成分としてBPADAの代わりにsBPDAを用いた比較例1のポリイミドは、特公昭60−42817号公報(特許文献1)に記載された実施例に係る、従来一般的なPDA−sBPDA系ポリイミドであるが、誘電率および誘電正接が高く(比誘電率:3.5,誘電正接:0.010)、誘電特性が劣っていた。すなわち、比較例1のポリイミドは、耐熱性および機械強度と誘電特性との両立がされていなかった。
また、ジアミン成分としてBPPANの代わりにBAPPを用いた比較例2のポリイミドは、特開2007−106891号公報(特許文献2)に記載された実施例に係る、重態一般的なBAPP−BPADA系ポリイミドであるが、誘電率および誘電正接が高く(比誘電率:3.0,誘電正接:0.005)、誘電特性が劣っていた。すなわち、比較例2のポリイミドは、耐熱性および機械強度と誘電特性との両立がされていなかった。
Claims (13)
- 4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンからなるジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物からなる酸成分とを重合させることによって得られるポリアミド酸。
- 4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンからなるジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物からなる酸成分とを重合させることによって得られるポリイミド。
- 請求項1に記載のポリアミド酸をイミド化して得られるポリイミド。
- 周波数1GHzにおける比誘電率が3.0以下である、請求項2または3に記載のポリイミド。
- 周波数1GHzにおける誘電正接が0.005以下である、請求項2〜4のいずれか1項に記載のポリイミド。
- 高周波基板材料用である、請求項2〜5のいずれか1項に記載のポリイミド。
- 請求項2〜6のいずれか1項に記載のポリイミドからなるフィルムを有する高周波基板。
- 請求項2〜6のいずれか1項に記載のポリイミドからなるポリイミドフィルム上に、請求項3に記載のポリイミドを含有する接着剤層を有するカバーレイフィルム。
- 4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンを含むジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物を含む酸成分とを重合させることによって得られるポリアミド酸をイミド化して得られるポリイミド、または
4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンを含むジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物を含む酸成分とを重合させることによって得られるポリイミドである、高周波基板材料用ポリイミド。 - 周波数1GHzにおける比誘電率が3.0以下である、請求項9に記載の高周波基板材料用ポリイミド。
- 周波数1GHzにおける誘電正接が0.005以下である、請求項9または10に記載の高周波基板材料用ポリイミド。
- 4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンを含むジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物を含む酸成分とを重合させることによって得られるポリアミド酸をイミド化して得られるポリイミド、または
4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンを含むジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物を含む酸成分とを重合させることによって得られるポリイミドからなるフィルムを有する高周波基板。 - 4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンを含むジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物を含む酸成分とを重合させることによって得られるポリアミド酸をイミド化して得られるポリイミド、または
4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンを含むジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物を含む酸成分とを重合させることによって得られるポリイミドからなるポリイミドフィルム上に、4,4’−[1,4−フェニレンビス[(1−メチルエチリデン)−4,1−フェニレンオキシ]]ビスベンゼンアミンを含むジアミン成分と、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物を含む酸成分とを重合させることによって得られるポリアミド酸をイミド化して得られるポリイミドを含有する接着剤層を有するカバーレイフィルム。
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