JPWO2006033272A1 - 接着性の改良された新規なポリイミドフィルム - Google Patents

Abstract

本発明は、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを含む芳香族ジアミンと芳香族酸二無水物を特定の重合方法によって反応させポリアミド酸を含む溶液を得、これをイミド化して得られる非熱可塑性ポリイミドフィルムによって、特別な表面処理を施さなくても、熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を介して、金属箔と高い接着性を発現するポリイミドフィルムを提供する。

Description

本発明は、フィルム表面に特別な表面処理を施すことなく、高接着性を発現する、新規なポリイミドフィルムに関する。

近年、エレクトロニクス製品の軽量化、小型化、高密度化にともない、各種プリント配線板の需要が伸びているが、中でもフレキシブルプリント配線板（以下、ＦＰＣとも称する）の需要が特に伸びている。フレキシブルプリント配線板は、絶縁性フィルム上に金属箔からなる回路が形成された構造を有している。

上記フレキシブル配線板の元となるフレキシブル金属張積層板は、一般に、各種絶縁材料により形成され、柔軟性を有する絶縁性フィルムを基板とし、この基板の表面に、各種接着材料を介して金属箔を加熱・圧着することにより貼りあわせる方法により製造される。上記絶縁性フィルムとしては、ポリイミドフィルム等が好ましく用いられている。
ポリイミドフィルムは一般的に、ジアミンと酸二無水物を反応させて得られるポリアミド酸を支持体上に溶液キャストした後、溶媒をある程度揮発して得られるゲルフィルムを熱的、化学的にイミド化して得られる。原料モノマーであるジアミン、酸二無水物の構造やイミド化の条件は種々検討がなされているが、いずれにしても得られるポリイミドフィルムは、プラスチックフィルムの中でも接着性が極めて低い部類に入る。そのため、フィルムを得た後、接着層を設ける前に、コロナ処理、プラズマ処理、火炎処理、ＵＶ処理等の各種表面処理がなされているのが実状である。
ポリイミドフィルムの接着性が低い原因については諸説あるが、製膜の過程において、フィルム表面に表面脆弱層（ＷＢＬ：Ｗｅａｋ Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｌａｙｅｒ）が形成されることが一因であると言われている。即ち、表面脆弱層の部分から界面剥離してしまうため、接着性が低くなるというのである。ＰＣＴ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｏｋｅｒ Ｔｅｓｔ）や長期加熱試験を行うと、この表面脆弱層の分解が促進され、更に接着性が低下する。これに対し、上記表面処理を施すことによってフィルム表面が荒らされ、この表面脆弱層が除去されるため、接着性が向上すると言われている。
一方、ポリイミドフィルムと金属箔を貼り合わせるための接着材料としては、エポキシ系、アクリル系等の熱硬化性接着剤が一般的に用いられている。しかしながら、今後、耐熱性、屈曲性、電気的信頼性といった要求特性が厳しくなるに従い、熱硬化性接着剤では対応が困難になるため、熱可塑性ポリイミドを接着材料に使用することが提案されている。しかし、熱可塑性ポリイミドは熱硬化性樹脂に対して流れ性に劣るため、材料へのかみ込みが悪く、接着性に劣る。そのため、接着性の低いポリイミドフィルムに、接着性に劣る熱可塑性ポリイミド接着層を介して金属箔を貼り合わせても、十分な接着強度が得られないという問題がある。
この問題を解決するため、様々な取り組みがなされている。例えば、上記表面処理を施したフィルムを使用する方法、接着層の熱可塑性ポリイミドのガラス転移温度を下げ、流れ性を向上させる方法、コア層と接着層を同時形成することによって、表面脆弱層が生じないようにする方法（特許文献１参照）等である。

しかしながら、フィルム表面処理は工程数の増加、コストの増加という問題が生じる。熱可塑性ポリイミドのガラス転移温度を下げると、耐熱性の面で問題が生じる。コア層と接着層の同時形成は、コア層と接着層の組み合わせを容易に変更できないという問題が生じる。
特開平３−１８０３４３公報

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、特別な表面処理を施さなくても、金属層との高い接着性を有するポリイミドフィルム、特に、接着層を介して、金属箔と高い接着性を発現するポリイミドフィルムを提供することにある。その中でも、熱可塑性ポリイミドを用いた接着層を用いた場合の、金属箔と高い接着性を発現するポリイミドフィルムを提供することにある。

本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意検討した結果、酸二無水物成分と、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを含むジアミン成分を用いて、特定の製造方法によって得られるポリイミドフィルムの接着性が飛躍的に向上することを独自に見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち本発明は、以下の新規なポリイミドフィルムによって上記課題を解決しうる。
１）芳香族ジアミンと芳香族酸二無水物を反応させて得られるポリアミド酸を含む溶液をイミド化して得られる非熱可塑性ポリイミドフィルムであって、前記芳香族ジアミンは、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを含むとともに、前記ポリアミド酸を含む溶液は、下記の工程（Ａ）および工程（Ｂ）を含む、ポリアミド酸溶液の製造方法により得られることを特徴とする非熱可塑性ポリイミドフィルム。
（Ａ）芳香族酸二無水物成分と、これに対し、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルを含む芳香族ジアミン成分とを、どちらか一方が過剰モル量の状態で有機極性溶媒中で反応させ、両末端にアミノ基または酸二無水物基を有する屈曲性プレポリマーを得る工程、
（Ｂ）（Ａ）工程で得られたプレポリマーと、芳香族酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分を、全工程において実質的に等モルとなるように用いてポリイミド前駆体溶液を合成する工程
２）前記（Ａ）工程で用いるジアミンは、柔構造のジアミンであることを特徴とする１）記載の非熱可塑性ポリイミドフィルム。
３）前記（Ｂ）工程で用いるジアミンは、剛直性のジアミンであることを特徴とする２）記載の非熱可塑性ポリイミドフィルム。
４）前記柔構造のジアミンとして、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび／または２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを含むことを特徴とする２）または３）記載の非熱可塑性ポリイミドフィルム。
５）前記３，４’−ジアミノジフェニルエーテルを、全ジアミン成分の１０モル％以上使用することを特徴とする、４）記載のポリイミドフィルム。
６）前記２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを、全ジアミン成分の１０モル％以上使用することを特徴とする、４）または５）に記載のポリイミドフィルム。
７）前記（Ａ）工程においてベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を用いることを特徴とする１）〜４）のいずれか一項に記載のポリイミドフィルム。
８）前記ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を、全酸二無水物成分の５モル％以上使用することを特徴とする、７）記載のポリイミドフィルム。
９）（Ａ）工程で得られるプレポリマーが、熱可塑性ポリイミド由来のブロック成分であることを特徴とする１乃至８）に記載のポリイミドフィルム。
１０）前記ポリイミドフィルムに表面処理を施さずに、熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を介して、前記ポリイミドフィルムに金属箔を積層した際に、得られる積層体の金属箔引き剥がし強度が、９０度方向剥離で１５Ｎ／ｃｍ以上、かつ１８０度方向剥離で１０Ｎ／ｃｍ以上であることを特徴とする、１）乃至９）記載のポリイミドフィルム。
１１）前記ポリイミドフィルムに表面処理を施さずに、熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を介して、前記ポリイミドフィルムに金属箔を積層して得られる積層体を、１２１℃、１００％Ｒ．Ｈ．の条件下で９６時間処理した後、積層体の金属箔引き剥がし強度を測定した際に、９０度方向剥離、１８０度方向剥離のいずれも、処理前の引き剥がし強度の８５％以上となることを特徴とする、１０）記載のポリイミドフィルム。
１２）前記ポリイミドフィルムに表面処理を施さずに、熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を介して、前記ポリイミドフィルムに金属箔を積層して得られる積層体を、１５０℃で５００時間処理した後、積層体の金属箔引き剥がし強度を測定した際に、９０度方向剥離、１８０度方向剥離のいずれも、処理前の引き剥がし強度の８５％以上となることを特徴とする、１０）または１１）記載のポリイミドフィルム。

本発明のポリイミドフィルムは、従来のポリイミドフィルムでなされていた表面処理をしないでも、例えば、接着剤を介して金属箔と張り合わせた場合の接着性を良好なものにすることができる。特に、熱硬化性樹脂よりも接着性に劣る熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を用いた場合であっても高い接着性を示す。また、高温または高湿の条件下においても、殆ど接着性が低下することは無い。従って、表面処理による工程数、コストの増加という問題を解消できる。

本発明は、ポリイミドフィルムの原料となるジアミン成分として、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを用いるとともに、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸の重合方法を規定することによって、上述のような優れた接着性、特に熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を用いた場合の優れた接着性を発現する。

本発明の実施の形態について、以下に説明する。

（ポリアミド酸の製造）
本発明に用いられるポリイミドの前駆体であるポリアミド酸は、通常、芳香族ジアミンと芳香族酸二無水物とを、実質的に等モル量となるように有機溶媒中に溶解させて、得られたポリアミド酸有機溶媒溶液を、制御された温度条件下で、上記酸二無水物とジアミンの重合が完了するまで攪拌することによって製造される。これらのポリアミド酸溶液は通常５〜３５ｗｔ％、好ましくは１０〜３０ｗｔ％の濃度で得られる。この範囲の濃度である場合に適当な分子量と溶液粘度を得る。

本発明の、特別な表面処理を施すことなく高接着性を示すポリイミドフィルムを得るためには、下記（Ａ）および（Ｂ）工程を経ることによって得られたポリアミド酸溶液をイミド化することが重要である。
（Ａ）芳香族酸二無水物成分と、芳香族ジアミン成分とを、どちらか一方が過剰モル量の状態で有機極性溶媒中で反応させ、両末端にアミノ基または酸二無水物基を有するプレポリマーを得る工程
（Ｂ）（Ａ）工程で得られたプレポリマーと、芳香族酸無水物成分と芳香族ジアミン成分を、全工程において実質的に等モルとなるように用いてポリイミド前駆体溶液を合成する工程
さらに、上記芳香族ジアミン成分として、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを用いることが重要である。

本発明のポリイミドフィルムの原料モノマーとして使用し得る芳香族ジアミンとしては、４，４’−ジアミノジフェニルプロパン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、ベンジジン、３，３’−ジクロロベンジジン、３，３‘−ジメチルベンジジン、２，２’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、２，２’−ジメトキシベンジジン、４，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、１，５−ジアミノナフタレン、４，４’−ジアミノジフェニルジエチルシラン、４，４’−ジアミノジフェニルシラン、４，４’−ジアミノジフェニルエチルホスフィンオキシド、４，４’−ジアミノジフェニルＮ−メチルアミン、４，４’−ジアミノジフェニル Ｎ−フェニルアミン、１，４−ジアミノベンゼン（ｐ−フェニレンジアミン）、１，３−ジアミノベンゼン、１，２−ジアミノベンゼン、ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝スルホン、ビス｛４−（３−アミノフェノキシ）フェニル｝スルホン、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、４，４'−ジアミノベンゾフェノン及びそれらの類似物などが挙げられる。

上記（Ａ）工程において用いるジアミンは、屈曲性を有するジアミンであることが好ましい。これにより、（Ａ）工程で得られるプレポリマーが熱可塑性ポリイミドからなるブロック成分となり、このプレポリマーを用いて（Ｂ）工程の反応ならびに製膜を進めることにより、熱可塑性部位が分子鎖中に点在したポリアミド酸、さらにはポリイミドフィルムが得られる。本発明において屈曲性を有するジアミンとは、エーテル基、スルホン基、ケトン基、スルフィド基などの柔構造を有するジアミン（以下、柔構造のジアミンと言う）のことであり、好ましくは、下記一般式（１）で表されるものである。

（式中のＲ₄は、

で表される２価の有機基または連結基からなる群から選択される基であり、式中のＲ₅は同一または異なって、Ｈ−，ＣＨ₃−、−ＯＨ、−ＣＦ₃、−ＳＯ₄、−ＣＯＯＨ、−ＣＯ-ＮＨ₂、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｆ−、及びＣＨ₃Ｏ−からなる群より選択される１つの基である。）
上記工程を経ることによって得られたポリイミドフィルムが、何故無処理でも高接着性を発現するのか、詳しいことはまだ明らかになっていない。分子鎖中に点在する屈曲部位が表面脆弱層の形成を阻害するか、接着層との接着に何らかの関与をしていると考えられる。

さらに（Ｂ）工程で用いるジアミン成分は剛構造を有するジアミン（以下、剛構造のジアミンと言う）であることが最終的に得るフィルムを非熱可塑性とすることができる点から好ましい。本発明において剛直構造を有するジアミンとは、

（式中のＲ２は

で表される２価の芳香族基からなる群から選択される基であり、式中のＲ₃は同一または異なってＨ−，ＣＨ₃−、−ＯＨ、−ＣＦ₃、−ＳＯ₄、−ＣＯＯＨ、−ＣＯ-ＮＨ₂、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｆ−、及びＣＨ₃Ｏ−からなる群より選択される何れかの１つの基である）
で表されるものをいう。

ここで、剛構造と柔構造のジアミンの使用比率はモル比で８０：２０〜２０：８０、好ましくは７０：３０〜３０：７０、特に好ましくは６０：４０〜４０：６０の範囲となるようにすることが好ましい。剛構造のジアミンの使用比率が上記範囲を上回ると、得られるフィルムの接着性が充分とはならない場合がある。逆にこの範囲を下回ると、熱可塑性の性質が強くなりすぎ、フィルム製膜時に熱で軟化してフィルム破断が起こる場合がある。

上記柔構造、剛構造のジアミンはそれぞれ複数種を組み合わせて使用しても良いが、本発明のポリイミドフィルムにおいては、柔構造のジアミンとして、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルを使用することが重要である。本発明者らは、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルを用いると、接着性を向上させる効果が強いことを見出した。さらに本発明者らは、一般的に柔構造のジアミンを添加すると、得られるポリイミドフィルムの線膨張係数が著しく大きくなる傾向にあるが、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルは、逆に線膨張係数を若干下げる効果があることも見出した。このため、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルを用いると、他の柔構造ジアミンとの併用が行いやすくなる。３，４’−ジアミノジフェニルエーテルの使用量は、全ジアミン成分の１０モル％以上であることが好ましく、１５モル％以上がより好ましい。これよりも少ないと、上記効果を十分に発現しない場合がある。一方、上限については、５０モル％以下が好ましく、４０モル％以下がより好ましい。これよりも多いと、剛構造のジアミンとの相乗効果で、得られるポリイミドフィルムの線膨張係数が小さくなり過ぎる場合がある。

更に、柔構造のジアミンとして、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを使用することも重要である。２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを使用すると、得られるポリイミドフィルムの吸水率や吸湿膨張係数が下がる傾向にあり、耐湿性が向上する。２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンの使用量は、全ジアミン成分の１０モル％以上であることが好ましく、１５モル％以上がより好ましい。これよりも少ないと、上記効果を十分に発現しない場合がある。一方、上限については、４０モル％以下が好ましく、３０モル％以下がより好ましい。これよりも多いと、得られるポリイミドフィルムの線膨張係数が大きくなり過ぎ、金属箔を貼り合わせた際にカールが発生する等の問題が生じる場合がある。

なお、ポリイミドフィルムの線膨張係数は、１００〜２００℃の範囲において、５〜１８ｐｐｍ／℃の範囲内にあることが好ましく、８〜１６ｐｐｍ／℃の範囲内にあることがより好ましい。

一方、剛構造のジアミンとしては、ｐ−フェニレンジアミンが好ましく用いられ得るが、ｐ−フェニレンジアミンを用いる場合、その使用量は全ジアミン成分の６０モル％以下とすることが好ましく、５０モル％以下とすることがより好ましい。ｐ−フェニレンジアミンは分子量が小さいため、同一重量で比較した際のポリイミド中に存在するイミド基の数が多くなり（イミド基の濃度が高くなり）、耐湿性等に問題が生じる場合がある。

本発明のポリイミドフィルムの原料モノマーとして使用し得る酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，２’，３，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，２’，３，３’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、４，４’−オキシフタル酸二無水物、３，４’−オキシフタル酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、１，１−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、オキシジフタル酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、ｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、エチレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、ビスフェノールＡビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）及びそれらの類似物等が挙げられる。これらを単独または、任意の割合の混合物が好ましく用い得る。

ジアミンの場合と同様、酸二無水物についても、柔構造と剛構造とに分類し、前者を（Ａ）工程で、後者を（Ｂ）工程でそれぞれ使用するのが好ましい。本発明において柔構造の酸二無水物とは、エーテル基、スルホン基、ケトン基、スルフィド基など柔構造を有する酸二無水物をいい、ベンゼンまたはナフタレン骨格に酸二無水物基が付いたものを剛構造の酸二無水物という。

（Ａ）工程で使用する酸二無水物としては、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物類、オキシフタル酸二無水物類、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物類が好ましい例として挙げられる。中でも、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を使用することが特に好ましい。ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物は、得られるポリイミドフィルムの接着性を上げる効果が高い。ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物の使用量は、全酸二無水物成分の５モル％以上であることが好ましく、１０モル％以上であることがより好ましい。これよりも少ないと、上記効果を十分に発現しない場合がある。一方、上限については、３０モル％以下が好ましく、２０モル％以下がより好ましい。これよりも多いと、吸水率が非常に大きくなってしまい、耐湿性に問題が生じる場合がある。また、フィルムの熱可塑性が強くなり、製膜時にフィルム破断等の問題が生じる場合がある。

（Ｂ）工程で使用する酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物が好ましい例として挙げられる。また、ピロメリット酸二無水物を用いる場合、好ましい使用量は４０〜９５ｍｏｌ％、更に好ましくは５０〜９０ｍｏｌ％、特に好ましくは６０〜８０ｍｏｌ％である。ピロメリット酸二無水物をこの範囲で用いることにより、得られるポリイミドフィルムの線膨張係数や製膜性を、良好なレベルに保ちやすくなる。
ポリアミド酸を合成するための好ましい溶媒は、ポリアミド酸を溶解する溶媒であればいかなるものも用いることができるが、アミド系溶媒すなわち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−メチル−２−ピロリドンなどがあり、その中でもＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドが特に好ましく用い得る。
また、摺動性、熱伝導性、導電性、耐コロナ性、ループスティフネス等のフィルムの諸特性を改善する目的でフィラーを添加することもできる。フィラーとしてはいかなるものを用いても良いが、好ましい例としてはシリカ、酸化チタン、アルミナ、窒化珪素、窒化ホウ素、リン酸水素カルシウム、リン酸カルシウム、雲母などが挙げられる。

フィラーの粒子径は改質すべきフィルム特性と添加するフィラーの種類によって決定されるため、特に限定されるものではないが、一般的には平均粒径が０．０５〜１００μｍ、好ましくは０．１〜７５μｍ、更に好ましくは０．１〜５０μｍ、特に好ましくは０．１〜２５μｍである。粒子径がこの範囲を下回ると改質効果が現れにくくなり、この範囲を上回ると表面性を大きく損なったり、機械的特性が大きく低下したりすることがある。また、フィラーの添加部数についても改質すべきフィルム特性やフィラー粒子径などにより決定されるため特に限定されるものではない。一般的にフィラーの添加量はポリイミド１００重量部に対して０．０１〜１００重量部、好ましくは０．０１〜９０重量部、更に好ましくは０．０２〜８０重量部である。フィラー添加量がこの範囲を下回るとフィラーによる改質効果が現れにくく、この範囲を上回るとフィルムの機械的特性が大きく損なわれる可能性がある。フィラーの添加は、
１．重合前または途中に重合反応液に添加する方法
２．重合完了後、３本ロールなどを用いてフィラーを混錬する方法
３．フィラーを含む分散液を用意し、これをポリアミド酸有機溶媒溶液に混合する方法
などいかなる方法を用いてもよいが、フィラーを含む分散液をポリアミド酸溶液に混合する方法、特に製膜直前に混合する方法が製造ラインのフィラーによる汚染が最も少なくすむため、好ましい。フィラーを含む分散液を用意する場合、ポリアミド酸の重合溶媒と同じ溶媒を用いるのが好ましい。また、フィラーを良好に分散させ、また分散状態を安定化させるために分散剤、増粘剤等をフィルム物性に影響を及ぼさない範囲内で用いることもできる。

（ポリイミドフィルムの製造）
これらポリアミド酸溶液からポリイミドフィルムを製造する方法については従来公知の方法を用いることができる。この方法には熱イミド化法と化学イミド化法が挙げられる。熱イミド化法は、脱水剤等を作用させずに加熱だけでイミド化反応を進行させる方法であり、化学イミド化法は、ポリアミド酸溶液に、脱水剤及び／又はイミド化触媒とを作用させてイミド化を促進する方法である。

ここで、脱水剤とは、ポリアミド酸に対する脱水閉環作用を奏する化合物を意味し、例えば、脂肪族酸無水物、芳香族酸無水物、Ｎ，Ｎ’− ジアルキルカルボジイミド、ハロゲン化低級脂肪族、ハロゲン化低級脂肪酸無水物、アリールホスホン酸ジハロゲン化物、チオニルハロゲン化物、またはそれら２種以上の混合物が挙げられる。中でも入手の容易性、コストの点から、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水ラク酸等の脂肪族酸無水物、またはそれら２種以上の混合物を好ましく用いることができる。
また、イミド化触媒とはポリアミド酸に対する脱水閉環作用を促進する効果を有する成分を意味し、例えば、脂肪族第三級アミン、芳香族第三級アミン、複素環式第三級アミン等が用いられる。中でも触媒としての反応性の点から、複素環式第三級アミンから選択されるものが特に好ましく用いられる。具体的にはキノリン、イソキノリン、β−ピコリン、ピリジン等が好ましく用いられる。
どちらの方法を用いてフィルムを製造してもかまわないが、化学イミド化法によるイミド化の方が本発明に好適に用いられる諸特性を有したポリイミドフィルムを得やすい傾向にある。
また、本発明において特に好ましいポリイミドフィルムの製造工程は、
ａ) 有機溶剤中で芳香族ジアミンと芳香族テトラカルボン酸二無水物を反応させてポリアミド酸溶液を得る工程、
ｂ）上記ポリアミド酸溶液を含む製膜ドープを支持体上に流延する工程、
ｃ）支持体上で加熱した後、支持体からゲルフィルムを引き剥がす工程、
ｄ）更に加熱して、残ったアミック酸をイミド化し、かつ乾燥させる工程、
を含むことが好ましい。
以下本発明の好ましい一形態、化学イミド化法を一例にとり、ポリイミドフィルムの製造工程を説明する。ただし、本発明は以下の例により限定されるものではない。製膜条件や加熱条件は、ポリアミド酸の種類、フィルムの厚さ等により、変動し得る。
脱水剤及びイミド化触媒を低温でポリアミド酸溶液中に混合して製膜ドープを得る。引き続いてこの製膜ドープをガラス板、アルミ箔、エンドレスステンレスベルト、ステンレスドラムなどの支持体上にフィルム状にキャストし、支持体上で８０℃〜２００℃、好ましくは１００℃〜１８０℃の温度領域で加熱することで脱水剤及びイミド化触媒を活性化することによって部分的に硬化及び／または乾燥した後支持体から剥離してポリアミド酸フィルム（以下、ゲルフィルムという）を得る。
ゲルフィルムは、ポリアミド酸からポリイミドへの硬化の中間段階にあり、自己支持性を有し、式（２）
（Ａ−Ｂ）×１００／Ｂ・・・・（２）
（式（２）中
Ａ，Ｂは以下のものを表す。
Ａ：ゲルフィルムの重量
Ｂ：ゲルフィルムを４５０℃で２０分間加熱した後の重量）
から算出される揮発分含量は５〜５００重量％の範囲、好ましくは５〜２００重量％、より好ましくは５〜１５０重量％の範囲にあることが好ましい。この範囲外では、焼成過程でフィルム破断、乾燥ムラによるフィルムの色調ムラ、特性ばらつき等の不具合が起こることがある。
脱水剤の好ましい量は、ポリアミド酸中のアミド酸ユニット１モルに対して、０．５〜５モル、好ましくは１．０〜４モルである。
また、イミド化触媒の好ましい量はポリアミド酸中のアミド酸ユニット１モルに対して、０．０５〜３モル、好ましくは０．２〜２モルである。
脱水剤及びイミド化触媒が上記範囲を下回ると化学的イミド化が不十分で、焼成途中で破断したり、機械的強度が低下したりすることがある。また、これらの量が上記範囲を上回ると、イミド化の進行が早くなりすぎ、フィルム状にキャストすることが困難となる場合がある。

前記ゲルフィルムの端部を固定して硬化時の収縮を回避して乾燥し、水、残留溶媒、残存脱水剤及びイミド化触媒を除去し、そして残ったアミド酸を完全にイミド化して、本発明のポリイミドフィルムが得られる。
この時、最終的に４００〜６５０℃の温度で５〜４００秒加熱するのが好ましい。この温度より高い及び／または時間が長いと、フィルムの熱劣化が起こり問題が生じることがある。逆にこの温度より低い及び／または時間が短いと所定の効果が発現しないことがある。
また、フィルム中に残留している内部応力を緩和させるためにフィルムを搬送するに必要最低限の張力下において加熱処理をすることもできる。この加熱処理はフィルム製造工程において行ってもよいし、また、別途この工程を設けても良い。加熱条件はフィルムの特性や用いる装置に応じて変動するため一概に決定することはできないが、一般的には２００℃以上５００℃以下、好ましくは２５０℃以上５００℃以下、特に好ましくは３００℃以上４５０℃以下の温度で、１〜３００秒、好ましくは２〜２５０秒、特に好ましくは５〜２００秒程度の熱処理により内部応力を緩和することができる。

このようにして最終的に得られるポリイミドフィルムは、非熱可塑性となっていることが必要である。非熱可塑性であるとは、フィルムを４５０〜５００℃程度に加熱した際に熔融せず、フィルムの形状を保持しているものを指す。従って、上記組成を用い、非熱可塑性となるようにポリイミドフィルムの設計をすればよい。

上記のようにして得られる、本発明にかかるポリイミドフィルムは、フィルム表面に特殊な処理を施さなくても、接着層を介して金属箔を貼り合わせた際に、高い接着性を示す。特に、熱硬化性樹脂に比べて一般的に接着性に劣る熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を介して金属箔を貼り合わせても、高い接着性を示す。接着強度は、金属箔引き剥がし強度が、９０度方向剥離で１５Ｎ／ｃｍ以上、１８０度方向剥離で１０Ｎ／ｃｍ以上とすることが可能である。

（接着層）
接着層に含有される熱可塑性ポリイミドとしては、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミドイミド、熱可塑性ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリエステルイミド等を好適に用いることができ、特に限定されない。いずれの熱可塑性ポリイミドを用いた場合でも、本発明のポリイミドフィルムは高い接着性を示す。また、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃以上の高Ｔｇ型熱可塑性ポリイミドを使用しても、高い接着性を示す。ポリイミドフィルムに接着層を設ける方法、ならびに金属箔と貼り合わせる方法については、従来公知の方法が使用可能であり、特に限定されない。本発明の非熱可塑性ポリイミドフィルムは、本上述のように接着層を介して金属層と張り合わせた場合に、特に顕著な効果を奏するが、もちろん、発明の接着剤を介さないで、スパッタリングなどの方法により直接金属層を形成してもかまわない。

更に、本発明にかかるポリイミドフィルムは、高温高湿条件下においても、接着性が殆ど低下しない。具体的には、１２１℃、１００％Ｒ．Ｈ．の条件下で９６時間処理した後においても、９０度方向剥離、１８０度方向剥離のいずれも、金属箔の引き剥がし強度が処理前の値の８５％以上とすることが可能である。

更に、本発明にかかるポリイミドフィルムは、長時間の加熱条件下においても、接着性が殆ど低下しない。具体的には、１５０℃で５００時間処理した後においても、９０度方向剥離、１８０度方向剥離のいずれも、金属箔の引き剥がし強度が処理前の値の８５％とすることが可能となる。

本発明にかかるポリイミドフィルムは、表面処理を施さなくても高い接着性を示し、更に高温、高湿環境下においても接着性が維持されるため、信頼性の高いフレキシブル配線板を低コストで提供することが可能である。もちろん、本発明のポリイミドフィルムに表面処理を施して用いてもかまわないし、本発明の用途はこれに限定されるものではなく、金属箔を含む積層体であれば、種々の用途に利用できることはいうまでもない。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

なお、合成例、実施例及び比較例における熱可塑性ポリイミドのガラス転移温度、ポリイミドフィルムの線膨張係数、非熱可塑性の判定、フレキシブル金属張積層板の金属箔引き剥し強度の評価法は次の通りである。

（ガラス転移温度）
ガラス転移温度は、ＳＩＩナノテクノロジー社製 ＤＭＳ６１００により測定し、貯蔵弾性率の変曲点をガラス転移温度とした。
サンプル測定範囲；幅９ｍｍ、つかみ具間距離２０ｍｍ
測定温度範囲；０〜４００℃
昇温速度；３℃／分
歪み振幅；１０μｍ
測定周波数；１，５，１０Ｈｚ
最小張力／圧縮力；１００ｍＮ
張力／圧縮ゲイン；１．５
力振幅初期値；１００ｍＮ
（ポリイミドフィルムの線膨張係数）
ポリイミドフィルムの線膨張係数は、ＳＩＩナノテクノロジー社製熱機械的分析装置、商品名：ＴＭＡ／ＳＳ６１００により０℃〜４６０℃まで一旦昇温させた後、１０℃まで冷却し、さらに１０℃/ｍｉｎで昇温させて、２回目の昇温時の、１００〜２００℃の範囲内の平均値を求めた。なお、測定はコアフィルムのＭＤ方向及びＴＤ方向に対して行った。
サンプル形状；幅３ｍｍ、長さ１０ｍｍ
荷重；２９．４ｍＮ
測定温度範囲；０〜４６０℃
昇温速度；１０℃／ｍｉｎ
（可塑性の判定）
可塑性の判定は、得られたフィルム２０×２０ｃｍを正方形のＳＵＳ製枠（外径２０×２０ｃｍ、内径１８×１８ｃｍ）に固定し、４５０℃３分間熱処理して判定し、形態を保持しているものを非熱可塑性、シワが入ったり、のびたりしたものを熱可塑性とした。

（金属箔の引き剥がし強度：初期接着強度）
ＪＩＳ Ｃ６４７１の「６．５ 引きはがし強さ」に従って、サンプルを作製し、５ｍｍ幅の金属箔部分を、１８０度の剥離角度、５０ｍｍ／分の条件で剥離し、その荷重を測定した。同様に、１ｍｍ幅の金属箔部分を、９０度の剥離角度、５０ｍｍ／分の条件で剥離し、その荷重を測定した。

（金属箔の引き剥がし強度：ＰＣＴ後接着強度）
平山製作所製のプレッシャークッカ−試験機、商品名：ＰＣ−４２２ＲIIIの中に、上記
の初期接着強度と同様にして作製したサンプルを投入し、１２１℃、１００％Ｒ．Ｈ．の条件下で９６時間放置した。取り出したサンプルの接着強度を、上記の初期接着強度と同様にして測定した。

（金属箔の引き剥がし強度：加熱処理後接着強度）
１５０℃に設定したオーブン中に、上記の初期接着強度と同様にして作製したサンプルを投入し、５００時間放置した。取り出したサンプルの接着強度を、上記の初期接着強度と同様にして測定した。

（合成例１；熱可塑性ポリイミド前駆体の合成）
容量２０００ｍｌのガラス製フラスコにＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦともいう）を７８０ｇ、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン（以下、ＢＡＰＳともいう。）を１１７．２ｇ加え、窒素雰囲気下で攪拌しながら、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（以下、ＢＰＤＡともいう。）を７１．７ｇ徐々に添加した。続いて、３，３’，４，４’−エチレングリコールジベンゾエートテトラカルボン酸二無水物（以下、ＴＭＥＧともいう。）を５．６ｇ添加し、氷浴下で３０分間撹拌した。５．５ｇのＴＭＥＧを２０ｇのＤＭＦに溶解させた溶液を別途調製し、これを上記反応溶液に、粘度に注意しながら徐々に添加、撹拌を行った。粘度が３０００ｐｏｉｓｅに達したところで添加、撹拌をやめ、ポリアミド酸溶液を得た。
得られたポリアミド酸溶液を２５μｍＰＥＴフィルム（セラピールＨＰ，東洋メタライジング社製）上に最終厚みが２０μｍとなるように流延し、１２０℃で５分間乾燥を行った。乾燥後の自己支持性フィルムをＰＥＴから剥離した後、金属製のピン枠に固定し、１５０℃で５分間、２００℃で５分間、２５０℃で５分間、３５０℃で５分間乾燥を行った。得られた単層シートのガラス転移温度を測定したところ、２７０℃であった。

（実施例１〜６）
反応系内を５℃に保った状態で、ＤＭＦに、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル（以下、３，４’−ＯＤＡともいう）ならびに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ともいう）を表１に示すモル比で添加し、撹拌を行った。溶解したことを目視確認した後、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（以下、ＢＴＤＡともいう）を表１に示すモル比で添加し、３０分間撹拌を行った。
続いて、ピロメリット酸二無水物（以下、ＰＭＤＡともいう）を表１に示すモル比で添加し、３０分間撹拌を行った。続いて、ｐ−フェニレンジアミン（以下、ｐ−ＰＤＡともいう）を表１に示すモル比で添加し、５０分間撹拌を行った。続いて、ＰＭＤＡを再度、表１に示すモル比で添加し、３０分間撹拌を行った。
最後に、３モル％分のＰＭＤＡを固形分濃度７％となるようにＤＭＦに溶解した溶液を調製し、この溶液を粘度上昇に気をつけながら上記反応溶液に徐々に添加し、２０℃での粘度が４０００ポイズに達した時点で重合を終了した。
このポリアミド酸溶液に、無水酢酸／イソキノリン／ＤＭＦ（重量比２．０／０．３／４．０）からなるイミド化促進剤をポリアミド酸溶液に対して重量比４５％で添加し、連続的にミキサーで攪拌しＴダイから押出してダイの下２０ｍｍを走行しているステンレス製のエンドレスベルト上に流延した。この樹脂膜を１３０℃×１００秒で加熱した後エンドレスベルトから自己支持性のゲル膜を引き剥がして（揮発分含量３０重量％）テンタークリップに固定し加熱炉に搬送し、３００℃の熱風乾燥炉で３０秒、４００℃の熱風乾燥炉で３０秒、５００℃のＩＲ炉で３０秒、連続的に乾燥・イミド化させ、厚み１８μｍのポリイミドフィルムを得た。得られたポリイミドフィルムは非熱可塑性であった。得られたポリイミドフィルムの片面に、合成例１で得られたポリアミド酸を、熱可塑性ポリイミド層（接着層）の最終片面厚みが３．５μｍとなるように、コンマコーターで塗布し、１４０℃に設定した乾燥炉内を１分間通して加熱を行った。続いて、雰囲気温度３９０℃の遠赤外線ヒーター炉の中を２０秒間通して加熱イミド化を行って、接着フィルムを得た。
得られた接着フィルムの接着層側に１８μｍ圧延銅箔（ＢＨＹ−２２Ｂ−Ｔ，ジャパンエナジー社製）を配し、それを１２５μｍ厚のポリイミドフィルム（アピカル１２５ＮＰＩ；株式会社カネカ製）で挟んだ状態で、温度３８０℃、圧力１９６Ｎ／ｃｍ（２０ｋｇｆ／ｃｍ）、速度１．５ｍ／分に設定した熱ロールラミネート機を通し、銅箔を貼り合わせた。
（実施例７）
反応系内を５℃に保った状態で、ＤＭＦに、ＢＴＤＡならびにＰＭＤＡを表１に示すモル比で添加し、撹拌を行った。溶解したことを目視確認した後、３，４’−ＯＤＡならびにＢＡＰＰを表１に示すモル比で添加し、３０分間撹拌を行った。
続いて、ＰＭＤＡを表１に示すモル比で添加し、溶解後さらに、ｐ−ＰＤＡを表１に示すモル比で添加し、５０分間撹拌を行った。
最後に、３モル％分のｐ−ＰＤＡを固形分濃度５％となるようにＤＭＦに溶解した溶液を調製し、この溶液を粘度上昇に気をつけながら上記反応溶液に徐々に添加し、２０℃での粘度が４０００ポイズに達した時点で重合を終了した。
得られたポリアミド酸溶液を用いて実施例１と同様の操作を行い、厚み１８μｍのポリイミドフィルム、ならびにそれを用いた接着フィルム、銅張積層板を得た。

（比較例１）
１８μｍ厚の無処理のポリイミドフィルム（アピカル１８ＨＰ ＧＦ，株式会社カネカ製）に実施例と同様にして接着層を設け、銅箔を貼り合わせた。

（比較例２）
２０μｍ厚の無処理のポリイミドフィルム（アピカル２０ＮＰＩ ＧＦ，株式会社カネカ製）に実施例と同様にして接着層を設け、銅箔を貼り合わせた。

（比較例３）
表面をプラズマ処理した１８μｍ厚のポリイミドフィルム（アピカル１８ＨＰＰ，株式会社カネカ製）に実施例と同様にして接着層を設け、銅箔を貼り合わせた。

（比較例４）
表面をプラズマ処理した２０μｍ厚のポリイミドフィルム（アピカル２０ＮＰＰ，株式会社カネカ製）に実施例と同様にして接着層を設け、銅箔を貼り合わせた。

各実施例、比較例で得られたポリイミドフィルムの特性を評価した結果を表２に示す。

比較例１及び２に示すように、無処理のポリイミドフィルムは、初期接着強度が極端に低く、ＰＣＴや加熱処理後には、接着性は皆無となる。これに対し、実施例１〜７では９０度剥離、１８０度剥離の両方において、高い初期接着強度を有し、ＰＣＴや加熱処理後も殆ど低下しない。また、比較例３及び４に示すようなプラズマ処理を行ったポリイミドフィルムと比べても、同等以上の接着性を発現する。

本発明のポリイミドフィルムは、従来のポリイミドフィルムでなされていた表面処理をしないでも、例えば、接着剤を介して金属箔と張り合わせた場合の接着性を良好なものにすることができる。特に、熱硬化性樹脂よりも接着性に劣る熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を用いた場合であっても高い接着性を示す。また、高温または高湿の条件下においても、殆ど接着性が低下することは無い。従って、表面処理による工程数、コストの増加という問題を解消できる。

Claims (12)

1. 芳香族ジアミンと芳香族酸二無水物を反応させて得られるポリアミド酸を含む溶液をイミド化して得られる非熱可塑性ポリイミドフィルムであって、前記芳香族ジアミンは、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを含むとともに、前記ポリアミド酸を含む溶液は、下記の工程（Ａ）および工程（Ｂ）を含む、ポリアミド酸溶液の製造方法により得られることを特徴とする非熱可塑性ポリイミドフィルム。
   （Ａ）芳香族酸二無水物成分と、これに対し、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルを含む芳香族ジアミン成分とを、どちらか一方が過剰モル量の状態で有機極性溶媒中で反応させ、両末端にアミノ基または酸二無水物基を有する屈曲性プレポリマーを得る工程、
   （Ｂ）（Ａ）工程で得られたプレポリマーと、芳香族酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分を、全工程において実質的に等モルとなるように用いてポリイミド前駆体溶液を合成する工程
2. 前記（Ａ）工程で用いるジアミンは、柔構造のジアミンであることを特徴とする請求項１記載の非熱可塑性ポリイミドフィルム。
3. 前記（Ｂ）工程で用いるジアミンは、剛構造のジアミンであることを特徴とする請求項２記載の非熱可塑性ポリイミドフィルム。
4. 前記柔構造のジアミンとして、３，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび／または２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを含むことを特徴とする請求項２または３記載の非熱可塑性ポリイミドフィルム。
5. 前記３，４’−ジアミノジフェニルエーテルを、全ジアミン成分の１０モル％以上使用することを特徴とする、請求項４記載のポリイミドフィルム。
6. 前記２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパンを、全ジアミン成分の１０モル％以上使用することを特徴とする、請求項４または５に記載のポリイミドフィルム。
7. 前記（Ａ）工程においてベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のポリイミドフィルム。
8. 前記ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を、全酸二無水物成分の５モル％以上使用することを特徴とする、請求項７記載のポリイミドフィルム。
9. （Ａ）工程で得られるプレポリマーが、熱可塑性ポリイミド由来のブロック成分であることを特徴とする請求項１乃至８に記載のポリイミドフィルム。
10. 前記ポリイミドフィルムに表面処理を施さずに、熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を介して、前記ポリイミドフィルムに金属箔を積層した際に、得られる積層体の金属箔引き剥がし強度が、９０度方向剥離で１５Ｎ／ｃｍ以上、かつ１８０度方向剥離で１０Ｎ／ｃｍ以上であることを特徴とする、請求項１乃至９記載のポリイミドフィルム。
11. 前記ポリイミドフィルムに表面処理を施さずに、熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を介して、前記ポリイミドフィルムに金属箔を積層して得られる積層体を、１２１℃、１００％Ｒ．Ｈ．の条件下で９６時間処理した後、積層体の金属箔引き剥がし強度を測定した際に、９０度方向剥離、１８０度方向剥離のいずれも、処理前の引き剥がし強度の８５％以上となることを特徴とする、請求項１０記載のポリイミドフィルム。
12. 前記ポリイミドフィルムに表面処理を施さずに、熱可塑性ポリイミドを含有する接着層を介して、前記ポリイミドフィルムに金属箔を積層して得られる積層体を、１５０℃で５００時間処理した後、積層体の金属箔引き剥がし強度を測定した際に、９０度方向剥離、１８０度方向剥離のいずれも、処理前の引き剥がし強度の８５％以上となることを特徴とする、請求項１０または１１記載のポリイミドフィルム。