JP7452135B2 - ポリイミドフィルム積層体の製造方法 - Google Patents
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Landscapes
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Description
そこで、薄い単層ポリイミドフィルムを複数貼り合わせたポリイミドフィルム積層体をスティフナーとして使用することが提案されている。ポリイミドフィルムを貼り合わせる接着層としても耐熱性のある接着剤が求められる。ポリジメチルシロキサン構造を有するシリコーン系の接着剤は耐熱性接着剤の選択肢の一つである。またシランカップリング剤を接着層として用いるとシランカップリング剤の縮合により耐熱性のある有機無機ハイブリッド的な接着層を得ることができる。
[1] 複数のポリイミドフィルムを、接着剤を用いて貼り合わせたポリイミドフィルム積層体の製造方法であって、
(1)第一のポリイミドフィルムの少なくとも一方の表面に接着剤を塗布する工程、
(2)前記接着剤を固体化して接着層とする工程、
(3)第一のポリイミドフィルムの接着層に第二のポリイミドフィルムを重ねてポリイミドフィルム重層体とする工程、
(4)前記ポリイミドフィルム重層体を200℃以上に加熱してポリイミドフィルム積層体を得る工程、
を少なくとも含み、かつ前記接着層の鉛筆硬度がH以下であることを特徴とするポリイミドフィルム積層体の製造方法。
[2] 前記接着層の10%重量減少温度が280℃以上であることを特徴とする[1]に記載のポリイミドフィルム積層体の製造方法。
[3] 前記接着層が、前記第二のポリイミドフィルムを重ねる工程においてタック性を有することを特徴とする[1]または[2]に記載のポリイミドフィルム積層体の製造方法。
[4] 前記接着層が、オリゴマータイプのシランカップリング剤の縮合物であることを特徴とする[1]~[3]のいずれかに記載のポリイミドフィルム積層体の製造方法。
本発明で得られるポリイミドフィルム積層体(以下、単に積層体と記す場合もある)のポリイミドフィルムの枚数は2枚以上、好ましくは3枚以上、さらに好ましくは5枚以上である。
<スティフナーの形状>
本発明で得られるポリイミドフィルム積層体は、任意の形に外形加工してスティフナーとして用いることができる。本発明におけるスティフナーとはFPCなどのフレキシブル性を有する製品の一部を補強する機能を有する補強材であり、特に形状は問わない。たとえば、正方形、長方形、円などでも良い。
本発明における接着層は二枚のポリイミドフィルムの間に介在して両者を接着する機能を有する層である。接着層は、液体状態の接着剤を塗布・乾燥することで得ることができる。液体状態の接着剤は溶剤を含む場合があるが接着層は実質的に無溶剤である。実質的に無溶剤とは、後工程の加熱などにより溶剤蒸気によるブリスター欠点が発生しない程度に乾燥している状態をいう。
本発明におけるポリイミドフィルムを貼り合わせるための接着層としては、シランカップリング剤の縮合物からなる層を用いることができる。シランカップリング剤は分子内に珪素元素を有し、ポリイミドフィルム間を物理的および化学的に介在し、両者間の接着力を高める作用を有する化合物を云う。
なお、ここにORはメトキシ基またはエトキシ基であり、X、Yは少なくともいずれかにアミノ基を有する官能基である。また、aおよびbはそれぞれ1以上の整数である。
液体状態の接着剤の塗工方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、キャピラリーコート法、ディップ法、コーターを用いた塗工、気相を介した方法などが一般的である。接着剤の塗工は、必要に応じてポリイミドフィルムの片面、ないしは両面に行われる。一般に接着剤は溶剤を含むが、無溶剤にて液体状態である接着剤はこの限りではない。
本発明ではポリイミドフィルムに塗布した接着剤を固体化して接着層とする。固体化の手段は単に溶剤分を揮発させる乾燥をすればよい。あるいは、加熱、紫外線照射などの処理により化学反応を生じさせても良い。
・接着層から仮固定された第二のポリイミドフィルムを剥離する際の90度剥離強度が0.1N/cm未満であること。
・仮固定された第二のポリイミドフィルムにクロスカットを行い、裏返した際に自重で自然に剥離落下する第二のポリイミドフィルムのマス目の数が全数の90%以下であること。
本発明のポリイミドフィルムの厚さは3μm以上が好ましく、11μm以上がなお好ましい。ポリイミドフィルムの厚さの上限は特に制限されないが、フレキシブル電子デバイスとしての要求より250μm以下であることが好ましく、さらに150μm以下、なおさらには90μm以下が好ましい。
本発明のポリイミドフィルムの面積は、積層体やフレキシブル電子デバイスの生産効率・コストの観点より、大面積であることが好ましい。1000cm2以上であることが好ましく、1500cm2以上であることがより好ましく、2000cm2以上であることがさらに好ましい。
前記脂環式ジアミン類としては、例えば、1,4-ジアミノシクロヘキサン、4,4’-メチレンビス(2,6-ジメチルシクロヘキシルアミン)等が挙げられる。
芳香族ジアミン類以外のジアミン(脂肪族ジアミン類および脂環式ジアミン類)の合計量は、全ジアミン類の20質量%以下が好ましく、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。換言すれば、芳香族ジアミン類は全ジアミン類の80質量%以上が好ましく、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上である。
脂環式テトラカルボン酸類は、透明性を重視する場合には、例えば、全テトラカルボン酸類の80質量%以上が好ましく、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上である。
芳香族テトラカルボン酸類は、耐熱性を重視する場合には、例えば、全テトラカルボン酸類の80質量%以上が好ましく、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上である。
フィルムの厚さ斑(%)
=100×(最大フィルム厚-最小フィルム厚)÷平均フィルム厚
ポリイミドフィルムのような溶液製膜法を用いて得られるポリイミドフィルムの場合にも同様で、例えば、ポリアミド酸溶液(ポリイミドの前駆体溶液)として、滑材(好ましくは平均粒子径0.05~2.5μm程度)をポリアミド酸溶液中のポリマー固形分に対して0.02質量%~50質量%(好ましくは0.04~3質量%、より好ましくは0.08~1。2質量%)含有したポリアミド酸溶液と、滑材を含有しないか又はその含有量が少量(好ましくはポリアミド酸溶液中のポリマー固形分に対して0.02質量%未満、より好ましくは0.01質量%未満)である2種のポリアミド酸溶液を用いて製造することができる。
ポリイミドフィルムの場合、例えば、i)一方のポリイミドフィルムを作製後、このポリイミドフィルム上に他方のポリアミド酸溶液を連続的に塗布してイミド化する方法、ii)一方のポリアミド酸溶液を流延しポリアミド酸フィルムを作製後このポリアミド酸フィルム上に他方のポリアミド酸溶液を連続的に塗布した後、イミド化する方法、iii)共押し出しによる方法、iv)滑材を含有しないか又はその含有量が少量であるポリアミド酸溶液で形成したフィルムの上に、滑材を多く含有するポリアミド酸溶液をスプレーコート、Tダイ塗工などで塗布してイミド化する方法などを例示できる。本発明では、上記i)ないし上記ii)の方法を用いることが好ましい。
本発明において用いられるポリイミドフィルムには表面活性化処理を行うことが好ましい。該表面活性化処理によって、ポリイミドフィルム表面は官能基が存在する状態(いわゆる活性化した状態)に改質され、接着剤との親和性が向上する。
本発明における表面活性化処理とは、乾式、ないし湿式の表面処理である。本発明の乾式処理としては、紫外線、電子線、X線などの活性エネルギー線を表面に照射する処理、コロナ処理、真空プラズマ処理、常圧プラズマ処理、火炎処理、イトロ処理等を用いることが出来る。湿式処理としては、フィルム表面を酸ないしアルカリ溶液に接触させる処理を例示できる。本発明に置いて好ましく用いられる表面活性化処理は、プラズマ処理であり、プラズマ処理と湿式の酸処理の組み合わせである。
また、Arガスを使ったプラズマでは純粋に物理的な衝突の影響が表面ではおこり、この場合も表面のあれが大きくなる。これら総合的に考えると、マイクロ波プラズマ処理、マイクロ波ECRプラズマ処理、高いエネルギーのイオンを打ち込みやすいイオン源によるプラズマ照射、PBII法なども望ましい。
プラズマ処理においてはポリイミドフィルム表面をエッチングする効果も得ることが出来る。特に滑剤粒子を比較的多く含むポリイミドフィルムにおいては、滑剤による突起が、フィルム同士の接着を阻害する場合がある。この場合、プラズマ処理によってポリイミドフィルム表面を薄くエッチングし、滑剤粒子の一部を露出せしめた上で、フッ酸にて処理を行えば、フィルム表面近傍の滑剤粒子を除去することが可能である。
本発明では、
(1)第一のポリイミドフィルムの少なくとも一方の表面に接着剤を塗布する工程、
(2)前記接着剤を固体化して接着層とする工程、
(3)第一のポリイミドフィルムの接着層に第二のポリイミドフィルムを重ねてポリイミドフィルム重層体とする工程、
(4)前記ポリイミドフィルム重層体を200℃以上に加熱してポリイミドフィルム積層体を得る工程、
を少なくとも含むプロセスでポリイミドフィルム積層体を得る。なお加熱の際に加圧することが好ましい。
加熱、加圧を行う装置としては、大気圧雰囲気下あるいは真空中で、プレス、ラミネート、ロールラミネート等を用いることができる。またフレキシブルなバッグに入れた状態で加圧加熱する方法も応用できる。生産性の向上や、高い生産性によりもたらされる低加工コスト化の観点からは、大気雰囲気下でのプレスまたはロールラミネートが好ましく、特にロールを用いて行う方法(ロールラミネート等)にて、重層と同時に積層化することが好ましい。
この場合、まず、比較的低温(例えば120℃未満、より好ましくは95℃以下の温度)でポリイミドフィルム同士を加圧(好ましくは0.2~50MPa程度)して両者の密着確保し、その後、減圧環境下(好ましくは1kPa以下さらに好ましくは100Pa以下)もしくは大気圧下にて比較的高温(例えば120℃以上、より好ましくは120~250℃、さらに好ましくは150~230℃)で加熱することにより、密着界面の化学反応が促進されてポリイミドフィルムを積層できる。
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。
第一のポリイミドフィルムを20cm×30cmの大きさに切り出し、テープを用いてガラス板の上に固定した。その後、塗工ギャップ500μmのバーコーターを用いて接着剤の塗工を行った。接着剤はDynasylan1146(登録商標)(ジアミノシラン含有シランオリゴマー、エボニック製)を、イソプロピルアルコール(ナカライテスク製)を溶媒として1質量%溶液として調整したものを用いた。
接着剤の塗工後、常圧25℃のクリーン環境下にて自然乾燥させて接着層付きポリイミドフィルムを得た。
第一のポリイミドフィルムを20cm×30cmの大きさに切り出し、テープを用いてガラス板の上に固定した。その後、塗工ギャップ500μmのバーコーターを用いて接着剤の塗工を行った。接着剤はKBM-903(3-アミノプロピルトリメトキシシラン、信越化学製)を、イソプロピルアルコール(ナカライテスク製)を溶媒として1質量%溶液として調整したものを用いた。
接着剤の塗工後、常圧25℃のクリーン環境下にて自然乾燥させて接着層付きポリイミドフィルムを得た。
第一のポリイミドフィルムを20cm×30cmの大きさに切り出し、テープを用いてガラス板の上に固定した。その後、塗工ギャップ500μmのバーコーターを用いて接着剤の塗工を行った。接着剤はKR-3704(溶剤付加型シリコーン系粘着剤組成物、信越化学製)を用いた。
接着剤の塗工後、常圧80℃のクリーン環境下にて乾燥させて接着層付きポリイミドフィルムを得た。
得られた接着層付きポリイミドフィルムに同じ大きさに切り出した第二のポリイミドフィルムを重ね、気泡が残らないように軽く加圧してポリイミドフィルム重層体とした。さらにポリイミドフィルム重層体を二枚の離型シートにて挟み、真空プレスにて100Paの圧力を印加し、仮接着を行った。次いで得られた仮接着積層板をクリーンオーブンに入れ、200℃にて1時間加熱し、本発明のポリイミドフィルム積層体を得た。
得られた接着層付ポリイミドフィルムの接着層について、JIS K5600-5-4 第5部-第4節:引っかき硬度(鉛筆法) 6.1、備考1に記載の手かき法により、Hi-Uni(三菱鉛筆製)を用いて鉛筆硬度を求めた。
得られた接着層付きポリイミドフィルムの接着層に第二のポリイミドを重ねた状態で所定の荷重(8kg/平方m)を10分間加えて第一のポリイミドフィルムと第二ポリイミドフィルムを仮固定し、ポリイミドフィルム重層体とした。このポリイミドフィルム重層体における接着層と第二のポリイミドフィルムとの90度剥離強度を求めた。90度剥離強度は、JIS K6854-1 の90度剥離法に従って求めた使用した機器、条件は以下のとおりである。
装置名 ; 島津製作所社製 オートグラフAG-IS
測定温度 ; 室温
剥離速度 ; 50mm/min
雰囲気 ; 25℃60%RH常圧大気中
測定サンプル幅 ; 1cm
サンプルとしては、ポリイミド重層体の第二のポリイミドフィルム側から接着層に達する切込みを1cm幅となるように入れ、第一のポリイミドフィルム側を基板に両面テープで接着し、第二のポリイミドフィルムの端をつまみ上げて剥離を行った。
次いで、ポリイミドフィルム重層体の第二のポリイミドフィルムに5mm幅の5×5のクロスカットを行い、裏返した際に自重で自然に剥離落下する第二のポリイミドフィルムのマス目の数を計数した。
10cm×10cmに切り出したポリイミドフィルム積層体において、直径200μm以上のブリスターの個数を計数した。なお、ブリスターとは貼り合わせたポリイミドフィルム同士の間に空隙が生じるタイプの欠点であり、ウキ、気泡、バブル等と呼ばれることがある。ブリスターの個数計数は各サンプルにつきn=5となるように測定し、平均値を1平方mあたりの個数に換算した。ブリスターの計数は、貼り合わせ直後および積層体を300℃で30分間加熱した後に実施した。
東レデュポン社製ポリイミドフィルム カプトン100Hに接着剤の塗工を行い、塗工面が上になるようにクリーンオーブンを用いて200℃1時間加熱し、接着層付カプトンを得た。次いで、金属製のへらを用いて接着層を削り取って集め、加熱重量減少測定用のサンプルとした。測定にはTGA-50(島津製作所)を使用し、昇温速度を10℃/分として窒素中にて室温~500℃の範囲で測定を実施した。
得られたポリイミドフィルム積層体のポリイミドフィルム層間の接着強度を、JIS K6854-1 の90度剥離法に従って求めた。
装置名 ; 島津製作所社製 オートグラフAG-IS
測定温度 ; 室温
剥離速度 ; 50mm/min
雰囲気 ; 25℃60%RH常圧大気中
測定サンプル幅 ; 1cm
サンプルは一辺が100mmの正方形のポリイミドフィルム積層体の表面に、最表層のポリイミドフィルム厚さの120%に相当する深さまで切り込みを入れ、積層体の端から最表層のポリイミドフィルムを剥がして測定した。なお本発明の積層体では接着層が薄いために便宜上、ポリイミドフィルム層間の接着強度としているが、実際には接着層とポリイミドフィルム間の接着強度となる。
〔製造例〕
(ポリアミド酸溶液の調製1)
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(DAMBO)223質量部と、N,N-ジメチルアセトアミド4416質量部とを加えて完全に溶解させ、次いで、ピロメリット酸二無水物(PMDA)217質量部とともに、滑剤としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)とをシリカ(滑剤)がポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量にて0.12質量%)になるように加え、25℃の反応温度で24時間攪拌して、褐色で粘調なポリアミド酸溶液V1を得た。
上記で得られたポリアミド酸溶液V1を、スリットダイを用いて幅1050mmの長尺ポリエステルフィルム(東洋紡株式会社製「A-4100」)の平滑面(無滑剤面)上に、最終膜厚(イミド化後の膜厚)が38μmとなるように塗布し、105℃にて20分間乾燥した後、ポリエステルフィルムから剥離して、幅920mmの自己支持性のポリアミド酸フィルムを得た。
上記で得られたポリアミド酸フィルムを得た後、ピンテンターによって、1段目150℃×5分、2段目220℃×5分、3段目495℃×10分間)熱処理を施してイミド化させ、両端のピン把持部分をスリットにて落とし、幅850mmの長尺ポリイミドフィルムF1(1000m巻き)を得た。
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、反応容器に窒素雰囲気下、1,4-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン205.8g(0.480mol)とN,N-ジメチルアセトアミド1200gを仕込んで溶解させた後、反応容器を冷却しながらシクロブタンテトラカルボン酸二無水物93.8g(0.478mol)を固体のまま分割添加し、室温で12時間攪拌した。その後4-メチルシクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸無水物1.0g(5.9mmol)を加え4時間攪拌した後、N,N-ジメチルアセトアミド1000gで希釈し、還元粘度5.28dl/gのポリアミド酸溶液V2を得た。アミン末端量が5eq/tであったポリアミック酸溶液V2に、平均粒径0.08μmのコロイダルシリカ微粒子をN,N-ジメチルアセトアミドに分散してなる溶液を、微粒子がポリアミック酸に対して2.0質量%となるように加え、微粒子含有ポリアミド酸溶液V2’を得た。
微粒子含有ポリアミック酸溶液V2’を最終乾燥厚みが3μmとなるようコンマコーターを用いて厚み188μmのポリエステルフィルム上に塗布した後、その上にポリアミック酸溶液V2を最終乾燥厚みが40μmとなるようTダイのスリットより連続的に押し出し薄膜を形成した。いずれのポリマー溶液も脱泡工程、ろ過精度3μmのポリマーフィルターを通過させるろ過工程を経て供給された。この薄膜を110℃~135℃で15分間加熱後、支持体から剥離して揮発成分が23.7質量%の自己支持性フィルムを得た。
F2:ユーピレックス25S(宇部興産株式会社製ポリイミドフィルム、厚さ25μm)
F3:カプトン100H(東レ・デュポン株式会社製ポリイミドフィルム、厚さ25μm)
ポリイミドフィルムにシランカップリング剤処理を行う前工程として、ポリイミドフィルムに真空プラズマ処理を行った。真空プラズマ処理は長尺フィルム処理用の装置を用い、真空チャンバー内を1×10-3Pa以下になるまで真空排気し、真空チャンバー内にアルゴンガスを導入して、放電電力100W、周波数15kHzの条件で20秒間、アルゴンガスのプラズマ処理を行った。以下、実施例および比較例ではプラズマ処理後のフィルムを適当な幅にスリットして用いた。
を得た。
ポリイミドフィルムF1を第一のポリイミドフィルム、第二のポリイミドフィルムとして用い、接着層の形成1に記載の方法で接着層を形成し、以下記載の通りにポリイミドフィルム重層体、ポリイミドフィルム積層体を得た。得られたポリイミドフィルム積層体および中間段階での評価結果を表1に示す。
ポリイミドフィルムF1を、それぞれポリイミドフィルムF2、F3、F4に代えてポリイミドフィルム積層体を得た。同様に積層体および中間段階での評価結果を表1に示す。
ポリイミドフィルムF1に、接着層の形成2に記載の方法で接着層を形成し、以下同様にポリイミドフィルム重層体、ポリイミドフィルム積層体を得た。同様に評価結果を表1に示す。なお比較例1では接着層のタック性が低いために重層体を積層する際に第二のポリイミドフィルムがややずれて積層されてしまった。
<比較例2>
ポリイミドフィルムF1に、接着層の形成3に記載の方法で接着層を形成し、以下同様にポリイミドフィルム重層体、ポリイミドフィルム積層体を得た。同様に評価結果を表1に示す。比較例2では接着層のタック性が強すぎるために、第二のポリイミドフィルムを平面方向に滑らせて位置調整をすることが難しく、結果的に第二のポリイミドフィルムにシワが入った。
一方の実施例では作業性に特段の問題は無く、また得られた積層体のブリスター数も少なく高品位な積層体を得ることができた。
Claims (3)
- 複数のポリイミドフィルムを、接着剤を用いて貼り合わせたポリイミドフィルム積層体の製造方法であって、
(1)第一のポリイミドフィルムの少なくとも一方の表面に接着剤を塗布する工程、
(2)前記接着剤を固体化して接着層とする工程、
(3)第一のポリイミドフィルムの接着層に第二のポリイミドフィルムを重ねてポリイミドフィルム重層体とする工程、
(4)前記ポリイミドフィルム重層体を200℃以上に加熱してポリイミドフィルム積層体を得る工程、
を少なくとも含み、前記接着層が、オリゴマータイプのシランカップリング剤の縮合物であり、かつ前記接着層の鉛筆硬度がH以下であることを特徴とするポリイミドフィルム積層体の製造方法。 - 前記接着層の10%重量減少温度が280℃以上であることを特徴とする請求項1に記載のポリイミドフィルム積層体の製造方法。
- 前記接着層が、前記第二のポリイミドフィルムを重ねる工程においてタック性を有することを特徴とする請求項1または2に記載のポリイミドフィルム積層体の製造方法。
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