JP7168701B2 - ポリイミド系ポリマー厚膜組成物 - Google Patents

ポリイミド系ポリマー厚膜組成物 Download PDF

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Description

本発明は、電気回路および同様の種類の用途において用いられるポリイミド系ポリマー厚膜組成物に関する。ポリイミド、および、特に非フッ素化ポリイミドが環境にやさしい溶剤に溶解される。
誘電体、抵抗体、キャパシタ、インダクタ、電気伝導体、熱伝導体、および、同様の種類の電子部品または素子は、多くの場合スクリーン印刷技術による厚膜素子の形成に用いられ、「ペースト」とも称される厚膜組成物から形成可能である。
一般に、厚膜組成物は、組成物に適切な電気的機能特性を付与する機能相を含む。機能相は、ポリマーを含有する有機溶剤中において分散された電気的機能性粉末を含む。これらの組成物は、典型的には、例えばガラスフリットといったバインダを含有している。このような組成物は焼成されて、ポリマーおよび溶剤が焼失されることで電気的機能特性が付与される。しかしながら、ポリマー厚膜（ＰＴＦ）組成物の場合には、ポリマーは、乾燥後にも組成物の一体化した部分として残留し溶剤のみが除去される。ポリマー厚膜技術の当業者に公知である硬化などの熱処理が処理要件に含まれる場合がある。
このようなＰＴＦ組成物は、（望ましくない）水の収着が比較的少ない有用な溶剤に対する可溶性が高いポリマーから構成されることがますます要求されている。本明細書において用いられるところ、「収着」は、吸着および／または吸収を意味することが意図されている。組成物は、１５０～２００℃などの比較的低い温度で処理、すなわち、硬化されることが望ましい。
これらの要求を満たすポリイミド系厚膜組成物、特に、このような非フッ素化ポリイミドを含有する組成物に対する要求が存在している。
本発明は：
（ａ）構造Ｉを有するポリイミドポリマー
Figure 0007168701000001
（式中、Ｘは、Ｃ（ＣＨ3）2、Ｏ、Ｓ（Ｏ）2、Ｃ（ＣＦ3）2、Ｏ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－Ｏ、Ｏ－Ｐｈ－Ｏ－またはこれらの混合物であり；
式中、Ｙは：ｍ－フェニレンジアミン（ＭＰＤ）、３，４’－ジアミノジフェニルエーテル（３，４’－ＯＤＡ）、４，４’－ジアミノ－２，２’－ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル（ＴＦＭＢ）、３，３’－ジアミノジフェニルスルホン（３，３’－ＤＤＳ）、４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ビス（２－アミノフェノール）（６Ｆ－ＡＰ）、ビス－（４－（４－アミノフェノキシ）フェニル）スルホン（ＢＡＰＳ）、９，９－ビス（４－アミノフェニル）フルオレン（ＦＤＡ）；２，３，５，６－テトラメチル－１，４－フェニレンジアミン（ＤＡＭ）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］プロパン（ＢＡＰＰ）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＢＡＰＰ）、１，３－ビス（３－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ－１３３）、２，２－ビス（３－アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２－ビス（４アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン（ビス－Ａ－ＡＦ）、４，４’－ビス（４－アミノ－２－トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４’－［１，３－フェニレンビス（１－メチル－エチリデン）］およびビスアニリン（ビスアニリン－Ｍ）からなる群から選択されるジアミン成分の混合物、または、ジアミン成分であるが、ただし：
ｉ）ＸがＯである場合、ＹはＭＰＤ、ＢＡＰＳ、３，４’－ＯＤＡ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３またはビスアニリン－Ｍではなく；
ｉｉ）ＸがＳ（Ｏ）2である場合、Ｙは３，３’－ＤＤＳではなく；
ｉｉｉ）ＸがＯ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－ＯまたはＯ－Ｐｈ－Ｏ－である場合、ＹはＭＰＤ、ＦＤＡ、３，４’－ＯＤＡ、ＤＡＭ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３またはビスアニリン－Ｍではなく；
ｉｖ）ＸがＣ（ＣＦ3）2である場合、ＹはＭＰＤ、ＢＡＰＳ、ＦＤＡまたは３，３’－ＤＤＳではない）；ならびに
（ｂ）構造ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、ＶおよびＶＩの群から選択される１種または複数種の成分を含む有機溶剤
Figure 0007168701000002
（式中、Ｒ１＝ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ3またはＣＨ（ＣＨ3）2；Ｒ２＝ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3、ＯＣＨ3、ＯＣＨ2ＣＨ3、ＯＣＦ3、Ｃ（Ｏ）ＯＣＨ3、ＣＨ2Ｃｌ、ＦまたはＣｌ；Ｒ３＝Ｈ、Ｆ、ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3またはＯＣＨ3；Ｒ４＝Ｆ、ＣＨ3またはＣＨ2ＣＨ3およびＲ５＝ＦまたはＣＨ3）
を含むポリイミド系ポリマー厚膜組成物を提供する。
上記の組成物においては、フッ素化および非フッ素化ポリイミドポリマーの両方が含まれる。
一実施形態において、ポリイミドポリマーは非フッ素化されており、これは；
（ａ）構造Ｉを有する非フッ素化ポリイミドポリマー
Figure 0007168701000003
（式中、Ｘは、Ｃ（ＣＨ3）2、Ｏ、Ｓ（Ｏ）2、Ｏ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－Ｏ、Ｏ－Ｐｈ－Ｏ－、または、これらの混合物であり；
式中、Ｙは：ｍ－フェニレンジアミン（ＭＰＤ）、３，４’－ジアミノジフェニルエーテル（３，４’－ＯＤＡ）、３，３’－ジアミノジフェニルスルホン（３，３’－ＤＤＳ）、ビス－（４－（４－アミノフェノキシ）フェニル）スルホン（ＢＡＰＳ）、２，３，５，６－テトラメチル－１，４－フェニレンジアミン（ＤＡＭ）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］プロパン（ＢＡＰＰ）、１，３－ビス（３－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ－１３３）、４，４’－ビス（４－アミノ－２－トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４’－［１，３－フェニレンビス（１－メチル－エチリデン）］およびビスアニリン（ビスアニリン－Ｍ）からなる群から選択されるジアミン成分の混合物、または、ジアミン成分であるが、ただし：
ｉ）ＸがＯである場合、ＹはＭＰＤ、ＢＡＰＳ、３，４’－ＯＤＡ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３またはビスアニリン－Ｍではなく；
ｉｉ）ＸがＳ（Ｏ）2である場合、Ｙは３，３’－ＤＤＳではなく；
ｉｉｉ）ＸがＯ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－ＯまたはＯ－Ｐｈ－Ｏ－である場合、Ｙは、ＭＰＤ、３，４’－ＯＤＡ、ＤＡＭ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３またはビスアニリン－Ｍではない）；ならびに
ｂ）構造ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、ＶおよびＶＩの群から選択される１種または複数種の成分を含む有機溶剤
Figure 0007168701000004
（式中、Ｒ１＝ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ3またはＣＨ（ＣＨ3）2；Ｒ２＝ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3、ＯＣＨ3、ＯＣＨ2ＣＨ3、Ｃ（Ｏ）ＯＣＨ3またはＣＨ2Ｃｌ；Ｒ３＝Ｈ、ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3またはＯＣＨ3；Ｒ４＝ＣＨ3またはＣＨ2ＣＨ3およびＲ５＝ＣＨ3）
を含むポリイミド系ポリマー厚膜組成物を提供する。
本発明はまた、フッ素化または非フッ素化ポリイミドポリマーを含むポリイミド系ポリマー厚膜組成物を提供し、上記の組成物には機能性成分が添加されている。非フッ素化ポリイミドポリマーが用いられる場合、本発明は：
（ａ）機能性成分；
（ｂ）構造Ｉを有する非フッ素化ポリイミドポリマー
Figure 0007168701000005
（式中、Ｘは、Ｃ（ＣＨ3）2、Ｏ、Ｓ（Ｏ）2、Ｏ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－Ｏ、Ｏ－Ｐｈ－Ｏ－、または、これらの混合物であり；
式中、Ｙは：ｍ－フェニレンジアミン（ＭＰＤ）、３，４’－ジアミノジフェニルエーテル（３，４’－ＯＤＡ）、３，３’－ジアミノジフェニルスルホン（３，３’－ＤＤＳ）、ビス－（４－（４－アミノフェノキシ）フェニル）スルホン（ＢＡＰＳ）、２，３，５，６－テトラメチル－１，４－フェニレンジアミン（ＤＡＭ）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］プロパン（ＢＡＰＰ）、１，３－ビス（３－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ－１３３）、４，４’－ビス（４－アミノ－２－トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４’－［１，３－フェニレンビス（１－メチル－エチリデン）］およびビスアニリン（ビスアニリン－Ｍ）からなる群から選択されるジアミン成分の混合物、または、ジアミン成分であるが、ただし：
ｉ）ＸがＯである場合、Ｙは、ＭＰＤ、ＢＡＰＳ３，４’－ＯＤＡ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３またはビスアニリン－Ｍではなく；
ｉｉ）ＸがＳ（Ｏ）2である場合、Ｙは３，３’－ＤＤＳではなく；
ｉｉｉ）ＸがＯ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－ＯまたはＯ－Ｐｈ－Ｏ－である場合、Ｙは、ＭＰＤ、３，４’－ＯＤＡ、ＤＡＭ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３またはビスアニリン－Ｍではない）；ならびに
（ｃ）構造ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、ＶおよびＶＩの群から選択される１種または複数種の成分を含む有機溶剤
Figure 0007168701000006
（式中、Ｒ１＝ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ3またはＣＨ（ＣＨ3）2；Ｒ２＝ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3、ＯＣＨ3、ＯＣＨ2ＣＨ3、Ｃ（Ｏ）ＯＣＨ3またはＣＨ2Ｃｌ；Ｒ３＝Ｈ、ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3またはＯＣＨ3；Ｒ４＝ＣＨ3またはＣＨ2ＣＨ3およびＲ５＝ＣＨ3）
を含むポリイミド系ポリマー厚膜組成物を提供する。
機能性成分は、電気伝導体ＰＴＦ組成物、封入剤ＰＴＦ組成物、誘電体ＰＴＦ組成物、抵抗体ＰＴＦ組成物、キャパシタＰＴＦ組成物または熱伝導体組成物が提供されるよう、ポリイミド系ＰＴＦ組成物に添加され得る。本明細書において用いられるところ、「電気伝導体ＰＴＦ組成物」は、ＰＴＦ組成物から形成可能である素子の種類、すなわち、この場合においては「電気伝導体」を示すために用いられる。上記に列挙されている他のＰＴＦ組成物についても同様である。本発明はまた、これらのＰＴＦ組成物から形成された素子を含む電気回路を提供する。
本発明のポリイミド系ＰＴＦ組成物は、ポリイミドポリマーと、ポリイミドポリマーが可溶性である溶剤とを含む。これらの組成物において有用であるポリイミドポリマーおよび溶剤は、フッ素化および非フッ素化ポリイミドの両方について発明の概要に明記されている。非フッ素化ポリイミドポリマーは、ＰＴＦ組成物において通例用いられる溶剤に対する溶解度が劣っているために、スクリーン印刷には用いられていなかった。本明細書において用いられる異なる種類の溶剤、アリールアルキルエーテルまたはアリールアルキルエーテルエステルは非フッ素化ポリイミドポリマーを溶解し、ＰＴＦペーストの形成を可能とするが、これは、ＨＦガスが発生する可能性が排除されるため、より環境にやさしい。
ポリイミド系ＰＴＦ組成物に添加可能であるポリイミドポリマー、溶剤および種々の機能性成分、ならびに、これにより得られる素子を以下において考察する。
ポリイミドポリマー
本発明の組成物において有用であるフッ素化および非フッ素化ポリイミドポリマーは、構造Ｉ
Figure 0007168701000007
（式中、Ｘは、Ｃ（ＣＨ3）2、Ｏ、Ｓ（Ｏ）2、Ｃ（ＣＦ3）2、Ｏ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－Ｏ、Ｏ－Ｐｈ－Ｏ－またはこれらの混合物であり；
式中、Ｙは：ｍ－フェニレンジアミン（ＭＰＤ）、３，４’－ジアミノジフェニルエーテル（３，４’－ＯＤＡ）、４，４’－ジアミノ－２，２’－ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル（ＴＦＭＢ）、３，３’－ジアミノジフェニルスルホン（３，３’－ＤＤＳ）、４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ビス（２－アミノフェノール）（６Ｆ－ＡＰ）、ビス－（４－（４－アミノフェノキシ）フェニル）スルホン（ＢＡＰＳ）、９，９－ビス（４－アミノフェニル）フルオレン（ＦＤＡ）；２，３，５，６－テトラメチル－１，４－フェニレンジアミン（ＤＡＭ）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］プロパン（ＢＡＰＰ）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＢＡＰＰ）、１，３－ビス（３－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ－１３３）、２，２－ビス（３－アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２－ビス（４アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン（ビス－Ａ－ＡＦ）、４，４’－ビス（４－アミノ－２－トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４’－［１，３－フェニレンビス（１－メチル－エチリデン）］およびビスアニリン（ビスアニリン－Ｍ）からなる群から選択されるジアミン成分の混合物、または、ジアミン成分であるが、ただし：
ｉ）ＸがＯである場合、ＹはＭＰＤ、ＢＡＰＳ、３，４’－ＯＤＡ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３またはビスアニリン－Ｍではなく；
ｉｉ）ＸがＳ（Ｏ）2である場合、Ｙは３，３’－ＤＤＳではなく；
ｉｉｉ）ＸがＯ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－ＯまたはＯ－Ｐｈ－Ｏ－である場合、ＹはＭＰＤ、ＦＤＡ、３，４’－ＯＤＡ、ＤＡＭ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３またはビスアニリン－Ｍではなく；
ｉｖ）ＸがＣ（ＣＦ3）2である場合、Ｙは、ＭＰＤ、ＢＡＰＳ、ＦＤＡまたは３，３’－ＤＤＳではない）
を有する。
ＸおよびＹのいくつかの組み合わせは本発明の組成物において有用であるポリイミドポリマーをもたらさず、これらは種々の但し書きによって排除される。
本発明の組成物において有用である非フッ素化ポリイミドポリマーは、構造Ｉ
Figure 0007168701000008
（式中、Ｘは、Ｃ（ＣＨ3）2、Ｏ、Ｓ（Ｏ）2、Ｏ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－Ｏ、Ｏ－Ｐｈ－Ｏ－、または、これらの混合物であり；
式中、Ｙは：ｍ－フェニレンジアミン（ＭＰＤ）、３，４’－ジアミノジフェニルエーテル（３，４’－ＯＤＡ）、３，３’－ジアミノジフェニルスルホン（３，３’－ＤＤＳ）、ビス－（４－（４－アミノフェノキシ）フェニル）スルホン（ＢＡＰＳ）、２，３，５，６－テトラメチル－１，４－フェニレンジアミン（ＤＡＭ）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］プロパン（ＢＡＰＰ）、１，３－ビス（３－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ－１３３）、４，４’－ビス（４－アミノ－２－トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４’－［１，３－フェニレンビス（１－メチル－エチリデン）］およびビスアニリン（ビスアニリン－Ｍ）からなる群から選択されるジアミン成分の混合物、または、ジアミン成分であるが、ただし：
ｉ）ＸがＯである場合、Ｙは、ＭＰＤ、ＢＡＰＳ３，４’－ＯＤＡ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３またはビスアニリン－Ｍではなく；
ｉｉ）ＸがＳ（Ｏ）2である場合、Ｙは３，３’－ＤＤＳではなく；
ｉｉｉ）ＸがＯ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－ＯまたはＯ－Ｐｈ－Ｏ－である場合、Ｙは、ＭＰＤ、３，４’－ＯＤＡ、ＤＡＭ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３またはビスアニリン－Ｍではない）
を有する。
ＸおよびＹのいくつかの組み合わせは本発明の組成物において有用であるポリイミドポリマーをもたらさず、これらは種々の但し書きによって排除される。
ポリイミドポリマーは、一般に、二無水物、または、対応する二酸－ジエステル、二酸ハロゲン化物エステル、または、二無水物のテトラ－カルボン酸誘導体、および、ジアミンから調製される。
本発明の目的について、二無水物の特定の群が、耐水性ポリイミドペーストの調製において特に有用であることが発見された。これらの二無水物は、４，４’－オキシジフタル酸無水物（ＯＤＰＡ）、ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）スルホキシド二無水物（ＤＳＤＡ）、２，２－ビス－（３，４－ジカルボキシフェニル）１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロプロパン二無水物（６－ＦＤＡ）および４，４’－（４，４’－イソプロピリデンジフェノキシ）ビス－（フタル酸無水物）（ＢＰＡＤＡ）である。非フッ素化ポリイミドペーストについて、これらの二無水物は、４，４’－オキシジフタル酸無水物（ＯＤＰＡ）、ビス（３，４－ジカルボキシフェニル）スルホキシド二無水物（ＤＳＤＡ）、および４，４’－（４，４’－イソプロピリデンジフェノキシ）ビス－（フタル酸無水物）（ＢＰＡＤＡ）である。
本発明の目的について、ジアミンの特定の群が、耐水性ポリイミド溶液およびペーストの調製において特に有用であることが発見された。これらのジアミンは、ｍ－フェニレンジアミン（ＭＰＤ）、３，４’－ジアミノジフェニルエーテル（３，４’－ＯＤＡ）、４，４’－ジアミノ－２，２’－ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル（ＴＦＭＢ）、３，３’－ジアミノジフェニルスルホン（３，３’－ＤＤＳ）、４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ビス（２－アミノフェノール）（６Ｆ－ＡＰ）、ビス－（４－（４－アミノフェノキシ）フェニル）スルホン（ＢＡＰＳ）、９，９－ビス（４－アミノフェニル）フルオレン（ＦＤＡ）；２，３，５，６－テトラメチル－１，４－フェニレンジアミン（ＤＡＭ）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］プロパン（ＢＡＰＰ）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＢＡＰＰ）、１，３－ビス（３－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ－１３３）、２，２－ビス（３－アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２－ビス（４アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン（ビス－Ａ－ＡＦ）、４，４’－ビス（４－アミノ－２－トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４’－［１，３－フェニレンビス（１－メチル－エチリデン）］およびビスアニリン（ビスアニリン－Ｍ）である。
非フッ素化ポリイミドポリマーペーストについて、これらのジアミンは、ｍ－フェニレンジアミン（ＭＰＤ）、３，４’－ジアミノジフェニルエーテル（３，４’－ＯＤＡ）、３，３’－ジアミノジフェニルスルホン（３，３’－ＤＤＳ）、ビス－（４－（４－アミノフェノキシ）フェニル）スルホン（ＢＡＰＳ）、２，３，５，６－テトラメチル－１，４－フェニレンジアミン（ＤＡＭ）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］プロパン（ＢＡＰＰ）、１，３－ビス（３－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ－１３３）、４，４’－ビス（４－アミノ－２－トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４’－［１，３－フェニレンビス（１－メチル－エチリデン）］およびビスアニリン（ビスアニリン－Ｍ）である。
既述のとおり、これらの二無水物およびジアミンのいくつかの組み合わせは有用なポリイミド溶液ペーストを形成しない。例えば、ＯＤＰＡが二無水物として選択され、ＭＰＤ、ＢＡＰＳ３，４’－ＯＤＡ、ＢＡＰＰ、ＡＰＢ－１３３、またはビスアニリン－Ｍのいずれかがジアミンとして選択されると、有用性の低いポリイミドが形成される。加えて、ＤＳＤＡが二無水物として選択された場合、３，３’－ＤＤＳは有用なジアミンではない。有用ではないこれらの組み合わせおよび他の組み合わせは種々の但し書きによって排除されている。しかしながら、本明細書に開示されているジアミンおよび二無水物のすべての他の組み合わせが、本発明の目的について有用なポリイミドポリマーを形成するであろう。
溶剤
本発明のポリイミド系ＰＴＦ組成物において用いられる溶剤は、アリールアルキルエーテルおよびアリールアルキルエーテルエステルである。本明細書において用いられる溶剤は、構造ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、ＶおよびＶＩを有する。
Figure 0007168701000009
（式中、Ｒ１＝ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ3またはＣＨ（ＣＨ3）2；Ｒ２＝ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3、ＯＣＨ3、ＯＣＨ2ＣＨ3、ＯＣＦ3、Ｃ（Ｏ）ＯＣＨ3、ＣＨ2Ｃｌ、ＦまたはＣｌ；Ｒ３＝Ｈ、Ｆ、ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3またはＯＣＨ3；Ｒ４＝Ｆ、ＣＨ3またはＣＨ2ＣＨ3およびＲ５＝ＦまたはＣＨ3）
本明細書において用いられるポリイミドポリマーは一般に、上記の溶剤に可溶性であるが、すべてのポリイミドポリマーがすべての溶剤に可溶性であるわけではない。これらの用いられる溶剤は、１５０～２８０℃の範囲内の沸点を有する。沸点が１５０～２００℃であることにより、これらの所望される低い温度での硬化が可能とされる。いくつかの事例において、ポリイミドポリマーを可溶性とするために溶剤を温める必要性がある。しかしながら、これらの場合において、周囲温度に冷却された場合にもポリイミドポリマーは溶液中に残留する。
機能性成分
機能性成分がポリイミド系ＰＴＦ組成物に添加され得る。一実施形態においては、機能性成分を添加することで、機能性成分によってもたらされる特性を有する電気回路中における素子の形成に使用可能である組成物が得られる。
機能性成分は、電気伝導体ＰＴＦ組成物、封入剤ＰＴＦ組成物、誘電体ＰＴＦ組成物、抵抗体ＰＴＦ組成物、キャパシタＰＴＦ組成物または熱伝導体組成物が得られるよう、ポリイミド系ＰＴＦ組成物に添加され得る。これらの各々を下記において考察する。
本明細書において用いられるところ、「ポリイミド系電気伝導体ＰＴＦ組成物」は、ＰＴＦ組成物から形成可能である素子の種類、この場合においては「電気伝導体」を示すために用いられる。「ポリイミド系抵抗体ＰＴＦ組成物」は、ＰＴＦ組成物から形成可能である素子の種類、この場合においては「抵抗体」を示すために用いられる。上記に列挙されている他のＰＴＦ組成物についても同様である。本発明はまた、これらのＰＴＦ組成物から形成された素子を含む電気回路を提供するものであり、ここで、ＰＴＦ組成物は乾燥されて、溶剤が除去されて、素子が形成されている。
電気伝導体金属粉末
金属が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ａｌ、ＮｉおよびＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉの合金、および、これらの混合物からなる群から選択される電気伝導体金属粉末が、ポリイミド系電気伝導体ポリマー厚膜組成物における機能性成分である。ポリイミド系電気伝導体ポリマー厚膜組成物の一実施形態において、機能性成分は銀粉末である。
抵抗体粉末
グラファイト、カーボンブラック、グラフェン、金属酸化物およびこれらの混合物からなる粉末の群から選択される粉末が、ポリイミド系抵抗体ポリマー厚膜組成物における機能性成分である。ポリイミド系抵抗体ポリマー厚膜組成物の一実施形態において、機能性成分は、グラファイトとカーボンブラックとの混合物である。
キャパシタ粉末
チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸マグネシウム、二酸化チタンおよびこれらの混合物からなる粉末の群から選択される粉末が、ポリイミド系キャパシタポリマー厚膜組成物における機能性成分である。
誘電体粉末
金属酸化物、金属窒化物およびこれらの混合物からなる粉末の群から選択される粉末が、ポリイミド系誘電体ポリマー厚膜組成物における機能性成分である。
熱伝導体粉末
窒化バリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、グラファイト、グラフェン、酸化ベリリウム、銀、銅、ダイアモンドおよびこれらの混合物からなる粉末の群から選択される粉末が、ポリイミド系熱伝導体ポリマー厚膜組成物における機能性成分である。
封入剤粉末
ヒュームドシリカ、アルミナ、二酸化チタンおよびこれらの混合物からなる粉末の群から選択される粉末が、ポリイミド系封入剤ポリマー厚膜組成物における機能性成分である。
実施例および比較実験
実施例において用いた基板はＫａｐｔｏｎ（登録商標）５００ＨＰＰ－ＳＴおよびＫａｐｔｏｎ（登録商標）２００ＲＳ１００フィルム（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手した）であり、２．５インチ×３．５インチ片に切断した後そのまま用い、アルミナ（ＡＤ－９６）基板（ＣｏｏｒｓＴｅｋ，Ｇｏｌｄｅｎ，ＣＯから得た）はさらにクリーニングすることなく用いた。
実施例１～７、９および１０において用いた非フッ素化ポリイミドポリマー＃１は、ＡＰＢ－１３３およびＢＰＡＤＡを１／１のモル比で反応させることにより調製した。
実施例１～４および８において用いた非フッ素化ポリイミドポリマー＃２は、ＢＡＰＰおよびＢＰＡＤＡを１／１のモル比で反応させることにより調製した。
実施例１～４において用いた非フッ素化ポリイミドポリマー＃３は、ＢＡＰＰおよびＤＳＤＡを１／１のモル比で反応させることにより調製した。
実施例１～４において用いた非フッ素化ポリイミドポリマーポリイミド＃４は、ＡＰＢ－１３３およびＤＳＤＡを１／１のモル比で反応させることにより調製した。
Ｓｎ９６．５％Ａｇ３．０％Ｃｕ０．５％の組成を有するＳＡＣ合金を、はんだ濡れ性テストに用いた。Ａｌｐｈａ ６１１またはＫｅｓｔｅｒ ９５２フラックスのいずれかを用いた。はんだ濡れ性テストにおいては、硬化したサンプルを、おおよそ２２５～２５０℃で維持しておいたＳＡＣ合金ポット中に１～３秒間浸漬した。
グラファイトはＡｓｈｙｌｅｎ（ＨＰＮ－１０）から入手した。カーボンブラック＃１（ＭＯＮＡＲＣＨ １２０）およびカーボンブラック＃２（ＶＵＬＣＡＮ ＸＣ７２Ｒ）の両方をＣａｂｏｔ Ｃｏｒｐ．から入手した。
非フッ素化ポリイミドポリマー＃１を比較実験Ａ～Ｇおよび実施例１～７、９および１０において用い、ＡＰＢ－１３３およびＢＰＡＤＡを１／１のモル比で反応させることにより調製した。
非フッ素化ポリイミドポリマー＃２を比較実験Ａ～Ｇおよび実施例１～４および８において用い、ＢＡＰＰおよびＢＰＡＤＡを１／１のモル比で反応させることにより調製した。
非フッ素化ポリイミドポリマー＃３を比較実験Ａ～Ｇおよび実施例１～４において用い、ＢＡＰＰおよびＤＳＤＡを１／１のモル比で反応させることにより調製した。
非フッ素化ポリイミドポリマーポリイミド＃４を比較実験Ａ～Ｇおよび実施例１～４において用い、上記のとおり、ＡＰＢ－１３３およびＤＳＤＡを１／１のモル比で反応させることにより調製した。
比較実験Ａ～Ｇ
表Ｉは、ポリイミドポリマー＃１、＃２、＃３および＃４を種々の溶剤中において２０％のレベルで用いる溶解度テストの結果を示す。ポリイミドポリマーは、スクリーン印刷技術において通例用いられる溶剤（比較実験Ａ～Ｇ）中には不溶性であった。
Figure 0007168701000010
実施例１～４
表ＩＩは、ポリイミドポリマー＃１、＃２、＃３および＃４を種々の溶剤中において２０％のレベルで用いる溶解度テストの結果を示す。４回の実施例すべてで用いた溶剤は構造ＩＶを有する。
Figure 0007168701000011
（式中、実施例１および２において、Ｒ１＝ＣＨ３、Ｒ２＝ＯＣＨ３、Ｒ３＝Ｈ；
実施例３において、Ｒ１＝ＣＨ３、Ｒ２＝ＯＣＨ３、Ｒ３＝ＣＨ３；および
実施例４において、Ｒ１＝ＣＨ３、Ｒ２＝Ｃ（Ｏ）ＯＣＨ３、Ｒ３＝Ｈ）
ポリイミドポリマー＃１および＃２は、周囲温度で、４種の溶剤すべてに完全に可溶性であった。ポリイミドポリマー＃３は、実施例１および２において用いた溶剤に不溶性であり、実施例３において用いた溶剤に部分的に可溶性であった。ポリイミドポリマー＃３は、実施例４において用いた溶剤に完全に可溶性であった。ポリイミドポリマー＃４は、温めた場合にすべての４種の溶剤に完全に可溶性であり、周囲温度に冷却した際に溶液中に残留した。
Figure 0007168701000012
実施例５
スクリーン印刷可能なポリイミド系電気伝導体ＰＴＦ組成物を、３～４ミクロンの平均粒径を有する銀フレークを用いて調製した。銀電気伝導体ＰＴＦ組成物の成分は以下のとおりであった。
８０重量％ 銀粉末
１０．７重量％ ポリイミド＃１
９．３重量％ １，２－ジメトキシベンゼン
ここで、重量％は組成物の総重量基準である。
これらの成分を組み合わせ、Ｔｈｉｎｋｙ－タイプのミキサで３０～６０秒間混合し、次いで、ロールミルにかけた。組成物を用いて、矩形の蛇行パターンをＫａｐｔｏｎ（登録商標）５００ＨＰＰ－ＳＴフィルム上にスクリーン印刷した。３２５メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて、数パターンを印刷し、銀ペーストを、１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で３０分間乾燥させた。サンプルについて計測した線路抵抗は４．７Ωであった。矩形パターンの長さに対する平均伝導体厚はピロフィルメータを用いて１１．９μｍと測定された。抵抗率は、４．７ｍΩ／□／ｍｉｌであると算出された。サンプルのいくつかを３００℃で１時間さらに硬化させたところ、抵抗率は２．７ｍΩ／□／ｍｉｌであった。
はんだ濡れ性能を、３００℃で硬化させたサンプルを用いて上記のようにテストした。これらのサンプルはほぼ１００％のはんだ濡れ性を示した。
同様に組成物を用いて、同様の矩形の蛇行パターンをＫａｐｔｏｎ（登録商標）２００ＲＳ１００フィルム上にスクリーン印刷した。３２５メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて、数パターンを印刷し、銀ペーストを、１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で３０分間乾燥させた。サンプルについて計測した線路抵抗は６．３Ωであった。蛇行パターンの長さに対する平均伝導体厚はピロフィルメータを用いて１６．２μｍと測定された。抵抗率は、４．２ｍΩ／□／ｍｉｌであると算出された。サンプルのいくつかを３００℃で１時間さらに硬化させたところ、抵抗率は３．０ｍΩ／□／ｍｉｌであった。
実施例６
スクリーン印刷可能なポリイミド系電気伝導体ＰＴＦ組成物を、３～４ミクロンの平均粒径を有する銀フレークを用いて調製した。銀電気伝導体ＰＴＦ組成物の成分は以下のとおりであった。
７７．９重量％ 銀粉末
１３重量％ ポリイミド＃１
９．１重量％ １，２－ジメトキシベンゼン
ここで、重量％は組成物の総重量基準である。
これらの成分を組み合わせ、Ｔｈｉｎｋｙ－タイプのミキサで３０～６０秒間混合し、次いで、ロールミルにかけた。組成物を用いて、矩形の蛇行パターンをＫａｐｔｏｎ（登録商標）５００ＨＰＰ－ＳＴフィルム上にスクリーン印刷した。３２５メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて、数パターンを印刷し、銀ペーストを、１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で３０分間乾燥させた。サンプルについて計測した線路抵抗は６．８Ωであった。蛇行パターンの長さに対する平均伝導体厚はピロフィルメータを用いて１２．２μｍと測定された。抵抗率は、５．５ｍΩ／□／ｍｉｌであると算出された。サンプルのいくつかを３００℃で１時間さらに硬化させたところ、平均抵抗率は３．２ｍΩ／□／ｍｉｌであった。
はんだ濡れ性能を、３００℃で硬化させたサンプルを用いて上記のようにテストした。これらのサンプルはほぼ１００％のはんだ濡れ性を示した。
同様に組成物を用いて、同様の矩形の蛇行パターンをＫａｐｔｏｎ（登録商標）２００ＲＳ１００フィルム上にスクリーン印刷した。３２５メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて、数パターンを印刷し、銀ペーストを、１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で３０分間乾燥させた。サンプルについて計測した線路抵抗は７．２Ωであった。蛇行パターンの長さに対する平均伝導体厚はピロフィルメータを用いて１３．５μｍと測定された。抵抗率は、３．９ｍΩ／□／ｍｉｌであると算出された。サンプルのいくつかを３００℃で１時間さらに硬化させたところ、抵抗率は２．９ｍΩ／□／ｍｉｌであった。
実施例７
スクリーン印刷可能なポリイミド系電気伝導体ＰＴＦ組成物を、３～４ミクロンの平均粒径を有する銀フレークを用いて調製した。銀電気伝導体ＰＴＦ組成物の成分は以下のとおりであった。
８２．７重量％ 銀粉末
１２．３重量％ ポリイミド＃１
５重量％ １，３－ジメトキシベンゼン
ここで、重量％は組成物の総重量基準である。
これらの成分を組み合わせ、Ｔｈｉｎｋｙ－タイプのミキサで３０～６０秒間混合し、次いで、ロールミルにかけた。組成物を用いて、矩形の蛇行パターンをＫａｐｔｏｎ（登録商標）５００ＨＰＰ－ＳＴフィルム上にスクリーン印刷した。３２５メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて、数パターンを印刷し、銀ペーストを、１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で３０分間乾燥させた。サンプルについて計測した線路抵抗は５．１Ωであった。蛇行パターンの長さに対する平均伝導体厚はピロフィルメータを用いて１２．７μｍと測定された。抵抗率は、４．３ｍΩ／□／ｍｉｌであると算出された。サンプルのいくつかを３００℃で１時間さらに硬化させて、２．６ｍΩ／□／ｍｉｌの平均抵抗率を得た。
はんだ濡れ性能を、３００℃で硬化させたサンプルを用いて上記のようにテストした。これらのサンプルはほぼ１００％のはんだ濡れ性を示した。
実施例８
スクリーン印刷可能なポリイミド系電気伝導体ＰＴＦ組成物を、３～４ミクロンの平均粒径を有する銀フレークを用いて調製した。銀電気伝導体ＰＴＦ組成物の成分は以下のとおりであった。
８２．５重量％ 銀粉末
１２．２重量％ ポリイミド＃２中程度（ｍｅｄｉｕｍ）
５．３重量％ １，３－ジメトキシベンゼン
ここで、重量％は組成物の総重量基準である。
これらの成分を組み合わせ、Ｔｈｉｎｋｙ－タイプのミキサで３０～６０秒間混合し、次いで、ロールミルにかけた。組成物を用いて、矩形の蛇行パターンをＫａｐｔｏｎ（登録商標）５００ＨＰＰ－ＳＴフィルム上にスクリーン印刷した。３２５メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて、数パターンを印刷し、銀ペーストを、１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で３０分間乾燥させた。サンプルについて計測した線路抵抗は５．０Ωであった。蛇行パターンの長さに対する平均伝導体厚はピロフィルメータを用いて１２．０μｍと測定された。抵抗率は、４．０ｍΩ／□／ｍｉｌであると算出された。サンプルのいくつかを３００℃で１時間さらに硬化させて、それぞれ、２．３ｍΩ／□／ｍｉｌの平均抵抗率を得た。
はんだ濡れ性能を、３００℃で硬化させたサンプルを用いて上記のようにテストした。これらのサンプルはほぼ１００％のはんだ濡れ性を示した。
同様に組成物を用いて、同様の矩形の蛇行パターンをＫａｐｔｏｎ（登録商標）２００ＲＳ１００フィルム上にスクリーン印刷した。３２５メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて、数パターンを印刷し、銀ペーストを、１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で３０分間乾燥させた。サンプルについて計測した線路抵抗は３．６Ωであった。蛇行パターンの長さに対する平均伝導体厚はピロフィルメータを用いて１４．２μｍと測定された。抵抗率は、３．４ｍΩ／□／ｍｉｌであると算出された。
実施例９
スクリーン印刷可能なポリイミド系抵抗体ＰＴＦ組成物を、グラファイトおよびカーボンブラックを用いて調製した。ＰＴＦ抵抗体組成物の成分は以下のとおりであった。
８．９重量％ グラファイト
１１．８重量％ カーボンブラック＃１
２１．９重量％ ポリイミド＃１
５７．４重量％ １，２－ジメトキシベンゼン
ここで、重量％は組成物の総重量基準である。
これらの成分を組み合わせ、Ｔｈｉｎｋｙ－タイプのミキサで３０～６０秒間混合し、次いで、ロールミルにかけた。組成物を用いて、矩形の蛇行抵抗パターンを、ＰＴＦ Ａｇ伝導体終端を印刷したＫａｐｔｏｎ（登録商標）５００ＨＰＰ－ＳＴ上にスクリーン印刷し、実施例７の銀伝導体ペーストを用いて２００℃で３０分間硬化させた。２００メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて、数パターンを印刷し、抵抗体ペーストを１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で９０分間硬化させて、２３ミクロンの平均厚さで１ＫΩ／□の平均抵抗とした。
実施例１０
４つの正方形のボトム銀電極（各々１７ｍｍ×１７ｍｍ）および４つのトップ電極（各々１６ｍｍ×１６ｍｍの寸法）を、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）５００ＨＰＰ－ＳＴフィルム上に実施例７の銀伝導体ペーストおよび３２５メッシュステンレス鋼スクリーンを用いて形成した。銀ペーストを１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で３０分間乾燥させて、４つの銀電極を形成した。
スクリーン印刷可能なポリイミド系誘電体ＰＴＦ組成物を、窒化ホウ素を用いて調製した。ＰＴＦ誘電体組成物の成分は以下のとおりであった。
２２重量％ 窒化ホウ素粉末
６６重量％ ポリイミド＃１
１２重量％ １，２－ジメトキシベンゼン
ここで、重量％は組成物の総重量基準である。
これらの成分を組み合わせ、Ｔｈｉｎｋｙ－タイプのミキサで３０～６０秒間混合し、次いで、ロールミルにかけた。組成物を用いて、４９ｍｍ×４９ｍｍの正方形をボトムＰＴＦ銀伝導体上に、２００メッシュステンレス鋼スクリーンを用いてスクリーン印刷し、誘電体ペーストを１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で６０分間乾燥させた。窒化ホウ素誘電体層の厚さは、ピロフィルメータを用いた計測で約４０μｍであった。
４つのトップ電極（各々１６ｍｍ×１６ｍｍ）を、４つのボトム電極の直上の誘電体層上に、実施例７における銀伝導体ペーストおよび３２５メッシュステンレス鋼スクリーンを用いてスクリーン印刷した。トップ電極銀ペーストを１３０℃で１０分間、次いで、２００℃で３０分間で乾燥させて、４つのトップ電極を形成した。
サンプルの平均破壊電圧は４．７キロボルトであり、キャパシタンスは１ｋ Ｈｚで１９９ｐＦであった。

Claims (8)

  1. （ａ）構造Ｉを有するポリイミドポリマー
    Figure 0007168701000013
     （式中、Ｘは、Ｏ－Ｐｈ－Ｃ（ＣＨ3）2－Ｐｈ－Ｏであり；
    式中、Ｙは、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシフェニル）］プロパン（ＢＡＰＰ）、及び、１，３－ビス（３－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ－１３３）、からなる群から選択されるジアミン成分；ならびに
    （ｂ）構造ＩＶから選択される１種または複数種の成分を含む有機溶剤
    Figure 0007168701000014
     （式中、Ｒ１＝ＣＨ3、Ｒ２＝ＯＣＨ3、及びＲ３＝Ｈ；Ｒ１＝ＣＨ3、Ｒ２＝ＯＣＨ3、及びＲ３＝ＣＨ3；または、Ｒ１＝ＣＨ3、Ｒ２＝Ｃ（Ｏ）ＯＣＨ3、及びＲ３＝Ｈ）を含むポリイミド系ポリマー厚膜組成物。
  2. ｃ）電気伝導体金属粉末である機能性成分であって、前記金属が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ａｌ、ＮｉおよびＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｎｉの合金、および、これらの混合物からなる群から選択される機能性成分をさらに含み、ならびに、前記ポリイミド系ポリマー厚膜組成物がポリイミド系電気伝導体ポリマー厚膜組成物である、
    請求項１に記載のポリイミド系ポリマー厚膜組成物。
  3. 前記機能性成分が銀粉末である、請求項２に記載のポリイミド系ポリマー厚膜組成物。
  4. ｃ）ヒュームドシリカ、アルミナ、二酸化チタンおよびこれらの混合物からなる粉末の群から選択される機能性成分をさらに含み、ならびに、前記ポリイミド系ポリマー厚膜組成物がポリイミド系封入剤ポリマー厚膜組成物である、
    請求項１に記載のポリイミド系ポリマー厚膜組成物。
  5. ｃ）金属酸化物、金属窒化物およびこれらの混合物からなる粉末の群から選択される機能性成分をさらに含み、ならびに、前記ポリイミド系ポリマー厚膜組成物がポリイミド系誘電体ポリマー厚膜組成物である、
    請求項１に記載のポリイミド系ポリマー厚膜組成物。
  6. ｃ）グラファイト、カーボンブラック、グラフェン、金属酸化物およびこれらの混合物からなる粉末の群から選択される機能性成分をさらに含み、ならびに、前記ポリイミド系ポリマー厚膜組成物がポリイミド系抵抗体ポリマー厚膜組成物である、
    請求項１に記載のポリイミド系ポリマー厚膜組成物。
  7. ｃ）チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸マグネシウム、二酸化チタンおよびこれらの混合物からなる粉末の群から選択される機能性成分をさらに含み、ならびに、前記ポリイミド系ポリマー厚膜組成物がポリイミド系キャパシタポリマー厚膜組成物である、
    請求項１に記載のポリイミド系ポリマー厚膜組成物。
  8. ｃ）窒化バリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、グラファイト、グラフェン、酸化ベリリウム、銀、銅、ダイアモンドおよびこれらの混合物からなる粉末の群から選択される機能性成分をさらに含み、ならびに、前記ポリイミド系ポリマー厚膜組成物がポリイミド系熱伝導体ポリマー厚膜組成物である、
    請求項１に記載のポリイミド系ポリマー厚膜組成物。
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