JPWO2016111130A1 - ポリマーブレンド組成物、フレキシブル金属積層体およびフレキシブルプリント基板 - Google Patents

ポリマーブレンド組成物、フレキシブル金属積層体およびフレキシブルプリント基板 Download PDF

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Abstract

接着性、透明性、および寸法安定性に優れるポリマーブレンド組成物を提供すること。特にCOF用途等で今後更に進められるファインピッチ要求に適応しうる材料を提供することにある。二成分以上のポリアミドイミド樹脂を含有し、下記要件(1)および(2)を満たすことを特徴とするポリマーブレンド組成物。(1)一般式(1)および一般式(2)を構成単位として含むポリアミドイミド樹脂(樹脂α)を必須成分とし、樹脂α中の一般式(1)と一般式(2)のモル比が一般式(1)/一般式(2)=55/45〜90/10とする(2)一般式(3)を構成単位として含む樹脂αとは異なる組成のポリアミドイミド樹脂(樹脂β)を必須成分とする

Description

本発明は、ポリマーブレンド組成物、それを用いたフィルム、フレキシブル金属積層体、およびフレキシブルプリント基板に関するものである。更に詳しくは寸法安定性(低反り、寸法変化)に加え、接着性と透明性を両立した電気、電子機器分野で好適に利用されるポリマーブレンド組成物、それを用いたフィルム、フレキシブル金属積層体、およびフレキシブルプリント基板に関するものである。
本発明において、「フレキシブル金属積層体」とは、金属箔とフィルム層(樹脂層)とから形成された積層体であって、例えば、フレキシブルプリント基板等の製造に有用な積層体である。又、「フレキシブルプリント基板」とは、例えば、フレキシブル金属積層体を用いてサブトラクティブ法等の従来公知の方法により製造でき、必要に応じて、導体回路を部分的、或いは全面的にカバーレイフィルムやスクリーン印刷インキ等を用いて被覆した、いわゆるフレキシブル回路板(FPC)、フラットケーブル、テープオートメーティツドボンディング(TAB)用やチップオンフレキシブル基板(COF)の回路板などを総称している。
ポリイミド樹脂は耐熱性、耐薬品性に加え、絶縁信頼性に優れている点から電子材料の樹脂フィルムとして広く利用されている。しかし、ポリイミド樹脂は不溶不融なため、溶剤可溶なポリイミド前駆体を高温処理することでフィルム化する必要がある。この結果、フィルムが着色し、透明性が低下すること、また手順が煩雑なため加工性が悪いことが課題としてある。一方、ポリアミドイミド樹脂は溶解性に優れ、比較的低温で熱処理し、透明性に優れたフィルムが得られることから、ポリイミド樹脂の代替材料として、電子材料、特にCOF用フレキシブル金属積層体の樹脂フィルムとして使用されている。
COF用フレキシブル金属積層体はドライバICを基板上に実装する際、位置決めを樹脂フィルム側から波長400〜800nmの可視光を照射し、CCDカメラ等で画像認識処理することで行われることが多い。特に樹脂フィルムは二重結合を有する材料から成る場合が多く、その場合500nm以下に大きな吸収をもつため、一般的に600〜700nmの波長範囲が特に重要視される。そのため、フレキシブル金属積層体のエッチング後の樹脂フィルムの光線透過率が低い場合やヘイズが高い場合は位置精度の低下を招き、配線パターンの高密度化、ファインピッチ化に対応できなくなる。
近年のファインピッチ化傾向により、配線と樹脂フィルムの接着面積が小さくなるため、これまで以上に高い樹脂フィルムと金属箔の接着強度(ピール強度)の向上が求められている。また一般的に樹脂フィルムは金属より線膨張係数(CTE)が大きいが、CTEの差が大きく異なると、電子材料として使用する際にかかる熱により、金属積層体として伸縮し、寸法変化を引き起こす。その結果、配線同士が接触し、短絡を起こすおそれがある。また寸法変化することで、ファインパターンの回路形成自体が困難となることがある。そのため、金属箔と樹脂フィルムのCTEは同等に低いことが望ましい。以上のことより、高透明、高接着強度、低CTEを満たすために、種々の試みがなされている。
特許文献1では、高いガラス転移温度(Tg)、低CTEのポリアミドイミド樹脂を銅箔上へ塗布、乾燥することで、耐熱性、接着性等のバランスの取れた金属積層体を製造する方法が記載されている。しかし、特許文献1では、表面粗度の大きい銅箔を用いているため、銅箔をエッチングした後の樹脂フィルム面が粗くなり、光の乱反射により視認性が悪くなるといった問題点があった。また、狭ピッチでのパターニング性も銅箔の表面粗度が粗いために劣り、接着強度も表面粗度の大きい銅箔では高い値を示すが、接着強度とパターニング性を同時に満足することはできていない。
特許文献2では、表面粗度の低い比較的鏡面な銅箔にポリイミド前駆体樹脂溶液を塗布した後、乾燥・硬化することで銅箔上に複数層からなるポリイミド絶縁層を持つフレキシブル金属積層体が記載されている。しかし、この金属積層体は、ベアチップの実装性及び光沢度や反射率の高い銅箔に対する接着強度が不十分であり、さらに、ポリイミド前駆体樹脂溶液の塗布後に高温で乾燥・イミド化を行っているため、加工性に劣る。また、高温で熱処理するため、銅箔自体が再結晶化し、ファインピッチなパターニング性が要求される用途には適していないという問題がある。
特許文献3では、比較的鏡面な銅箔にポリアミドイミド樹脂を2層積層することで接着強度を向上させる技術が開示されている。
特開2008−110612号公報 特開2007−214555号公報 特開2012−11388号公報
しかし、特許文献3では、2層積層することで工程が煩雑となり、生産性に乏しいといった問題がある。また厚みが大きくなるため、小型化が困難といった問題がある。
本発明は上記問題を鑑みて、特定成分のポリアミドイミド樹脂を2種類ブレンドすることで透明性、接着性、寸法安定性に優れたポリマーブレンド組成物を提供することを目的とする。さらに、当該ポリマーブレンド組成物を含有するフィルム、フレキシブル金属積層体、及び、フレキシブルプリント基板を提供することにある。
本課題を解決すべく、様々な検討を重ねた結果、以下の形態にすることにより達成できることを見出した。
すなわち、本発明は、下記構成からなる。
二成分以上のポリアミドイミド樹脂を含有し、下記要件(1)および(2)を満たすことを特徴とするポリマーブレンド組成物。
(1)下記一般式(1)および一般式(2)を構成単位として含むポリアミドイミド樹脂(樹脂α)を必須成分とし、樹脂α中の一般式(1)と一般式(2)のモル比が一般式(1)/(2)=55/45〜90/10とする
Figure 2016111130

Figure 2016111130

(一般式(1)及び一般式(2)中、R、RおよびRは同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ水素、または炭素数1〜4のアルキル基もしくはアルコキシ基を示す。)
(2)下記一般式(3)を構成単位として含む樹脂αとは異なる組成のポリアミドイミド樹脂(樹脂β)を必須成分とする
Figure 2016111130

(一般式(3)中、RおよびRは同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ水素、または炭素数1〜4のアルキル基もしくはアルコキシ基を示す。)
樹脂αと樹脂βの組成比は、樹脂α/樹脂β=20/80〜50/50重量比であることが好ましい。また、樹脂βが酸成分として無水トリメリット酸を含み、かつ3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物及び3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物からなる群より1種以上を含み、アミン成分としてo−トリジンを含むことが好ましい。
前記ポリマーブレンド組成物を含有するフィルム、および金属箔の少なくとも片面に前記フィルムが積層されたフレキシブル金属積層体。
前記フレキシブル金属積層体は、金属箔のRzが1.2μm以下、及び60°光沢度が200以上であり、金属箔とフィルムの接着強度が7.0N/cm以上であることが好ましい。
また、前記フレキシブル金属積層体は、金属箔エッチング後のフィルム部分において、波長600nmでの光線透過率が55%以上であることが好ましく、ヘイズが20%以下であることが好ましく、線膨張係数が10〜25ppm/Kであることが好ましく、TMA法におけるガラス転移温度でのフィルム歪み量が200μm以下であることが好ましい。
前記フレキシブル金属積層体を含有するフレキシブルプリント基板。
本発明は接着性、透明性、および寸法安定性に優れるポリマーブレンド組成物、および該ポリマーブレンド組成物を含有するフィルム、フレキシブル金属積層体、並びにフレキシブルプリント基板を得ることができる。特にCOF用途等で今後更に進められるファインピッチ要求に適応しうる材料が得られる。
以下、本発明を詳細に説明する。
(ポリマーブレンド組成物)
本発明のポリマーブレンド組成物は、二成分以上のポリアミドイミド樹脂を含有し、要件(1)および(2)を満足する組成物である。二成分以上のポリアミドイミド樹脂は均一に混合されていることが好ましく、例えば、有機溶媒に溶解したポリアミドイミド樹脂ワニスの2種類以上を均一に混合し、溶媒を除去することなどにより得られる。
ジフェニルエーテル骨格およびフェニレン骨格を有するポリアミドイミド樹脂(α)は透明性、接着性に寄与する。また、ビフェニル骨格、特にo−トリジン骨格を有するポリアミドイミド樹脂(β)は寸法安定性(低CTE)に寄与する。本発明では、これらポリアミドイミド樹脂をブレンドすることで透明性、接着性、寸法安定性に優れたポリマーブレンド組成物を得ることができる。
通常、二成分以上の樹脂を含有するポリマーブレンド組成物には、これらの組成比に対して、熱分解温度以下の実用的な全領域において相溶する相溶系、全領域で非相溶となる非相溶系、及び、ある領域で相溶する部分相溶系がある。部分相溶系には、その相分離状態の条件によって、核生成型やスピノーダル分解型などの反応を誘発するタイプがある。本発明における、均一なポリマーブレンド組成物とは、可視光での散乱が生じない程度のマクロな相分離のない状態であるものをさす。マクロな相分離が生じると、例えば、フィルムの場合では、著しい透明性の低下等が確認され得る。
[要件(1):第一成分:樹脂α]
要件(1)について説明する。要件(1)は、一般式(1)及び一般式(2)を構成単位として含むポリアミドイミド樹脂(以下、樹脂αともいう)を必須成分とする。好ましくは一般式(1)及び一般式(2)に示す基本構造を繰り返し単位として含んだポリアミドイミド樹脂である。
Figure 2016111130

Figure 2016111130

一般式(1)及び一般式(2)中、R、RおよびRは同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ水素、または炭素数1〜4のアルキル基もしくはアルコキシ基を示す。好ましい炭素数は、1以上3以下であり、より好ましくは2以下である。特に好ましくは、R、R、Rとも水素である。
樹脂αを構成する酸成分としては、無水トリメリット酸が必須である。無水トリメリット酸以外の酸成分としては、ピロメリット酸無水物、フタル酸無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、または3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸無水物が挙げられ、これらを単独、或いは2種以上を併用することができる。なかでも好ましくは、ピロメリット酸無水物、フタル酸無水物である。
また上記以外にも、酸成分として本発明の目的を損なわない範囲で、トリメリット酸、ピロメリット酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ビフェニルジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、4,4’−ジカルボキシジフェニルエーテルテトラカルボン酸、ビスフェノールビス(トリメリテート)、ナフタレン−2,3,6,7−テトラカルボン酸等の一無水物、二無水物、エステル化物が単独、或いは2種以上の混合物として使用することができる。
樹脂αを構成するアミン成分として、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル、p−フェニレンジアミン、もしくは2,4−ジアミノトルエン、またはこられに対応するジイソシアネートなどの単独、或いは2種以上の混合物を用いることが必要である。
同様に、上記以外にもアミン成分として本発明の目的を損なわない範囲で、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、o−トリジン、m−フェニレンジアミン、2,5−ジアミノトルエン、2,6−ジアミノトルエン、3,4−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、2,6−トリレンジアミン、2,4−トリレンジアミン、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フィド、4,4’−ジアミノジフェニルプロパン、3,3’−ジアミノジフェニルプロパン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、p−キシレンジアミン、m−キシレンジアミン、1,4’−ナフタレンジアミン、1,5’−ナフタレンジアミン、2,6’−ナフタレンジアミン、2,7−ナフタレンジアミン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)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、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、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、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、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)ビフェニル等、或いは、こられに対応するジイソシアネートなどの単独、或いは2種以上の混合物を用いることができる。
本発明では一般式(1)及び一般式(2)を有する樹脂αと一般式(3)を有する樹脂βを配合することでフィルムの寸法安定性(低CTE)を維持したまま、接着性や透明性が向上できることを見出した。接着性が向上した要因としては一般式(1)のエーテル結合により柔軟性が付与され、比較的鏡面な金属箔であっても表面の微細な凹凸にポリマーブレンド組成物が入り込みやすくなることによるアンカー効果の発現や金属箔との親和性の向上に寄与している等が考えられる。また透明性の向上には一般式(1)のエーテル結合の熱劣化がしにくいという特性が寄与していると考えられる。
樹脂α中の一般式(1)と一般式(2)のモル比は一般式(1)/一般式(2)=55/45〜90/10であることが好ましい。より好ましくは60/40〜85/15、特に好ましくは65/35〜80/20である。一般式(1)のモル比が55未満だと一般式(1)が有するエーテル結合による接着性や透明性の向上効果が十分でなくなることがある。また一般式(1)のモル比が90を越えると柔軟成分により、製造工程中の熱履歴等により生じる応力を吸収しやすくなるが、樹脂骨格が柔らかくなりすぎるため、逆にフィルムにした際の反りが生じやすくなる。
樹脂αに含まれる一般式(1)の構成単位は、55モル%以上が好ましく、60モル%以上がより好ましく、65モル%以上がさらに好ましく、90モル%以下が好ましく、85モル%以下がより好ましく、80モル%以下がさらに好ましい。また、樹脂αに含まれる一般式(2)の構成単位は、10モル%以上が好ましく、15モル%以上がより好ましく、20モル%以上がさらに好ましく、45モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましく、35モル%以下がさらに好ましい。上記範囲とすることで、接着性や透明性の向上効果およびフィルムにした際の反り防止効果が期待できる。
[要件(2):第二成分:樹脂β]
要件(2)について説明する。要件(2)は、一般式(3)を構成単位として含む樹脂αとは異なる組成のポリアミドイミド樹脂(以下、樹脂βともいう)を必須成分とする。好ましくは一般式(3)に示す基本構造を繰り返し単位として含んだポリアミドイミド樹脂である。
Figure 2016111130

一般式(3)中、RおよびRは同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ水素、または炭素数1〜4のアルキル基またはアルコキシ基を示す。好ましい炭素数は、1以上3以下であり、より好ましくは2以下である。特に好ましくは、R、Rとも炭素数1である。
樹脂βに含まれる一般式(3)の構成単位は、60モル%以上が好ましく、65モル%以上がより好ましく、70モル%以上がさらに好ましい。上限は特に限定されず、100モル%であっても差し支えない。60モル%未満であると、低CTE特性が十分に発現されず、フレキシブルプリント配線板など、電気、電子機器用の絶縁材料としての使用は困難になる傾向がある。
樹脂βを構成する酸成分としては、無水トリメリット酸が必須である。無水トリメリット酸以外の酸成分としては、3,3’,4,4’−ベンゾフェノ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、またはピロメリット酸無水物が挙げられ、これらを単独、或いは2種以上を併用することができる。なかでも好ましくは、3,3’,4,4’−ベンゾフェノ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である。
また酸成分として本発明の目的を損なわない範囲で、トリメリット酸、ピロメリット酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ビフェニルジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、4,4’− ジカルボキシジフェニルエーテルテトラカルボン酸、ビスフェノールビス(トリメリテート)、ナフタレン−2,3,6,7−テトラカルボン酸等の一無水物、二無水物、エステル化物が単独、或いは2種以上の混合物として使用することができる。
樹脂βを構成するアミン成分として、o−トリジン、4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジメチルビフェニル−4,4’−ジアミン、o−ジアニシジン或いは、これらに対応するジイソシアネートなどの単独、或いは2種以上の混合物を用いることができる。
同様に、上記以外にもアミン成分として本発明の目的を損なわない範囲で、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、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メタン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノビフエニル、3,3’−ジアミノビフエニル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジエチル−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、2,2’−ジエチル−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、3,3’−ジエトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンゾフエノン、3,3’−ジアミノベンゾフエノン、3,4’−ジアミノベンゾフエノン、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、3,3’−ジアミノベンズアニリド、4,4’−ジアミノベンズアニリド、2,6−トリレンジアミン、2,4−トリレンジアミン、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フィド、4,4’−ジアミノジフェニルプロパン、3,3’−ジアミノジフェニルプロパン、p−キシレンジアミン、m−キシレンジアミン、1,4−ナフタレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、2,7−ナフタレンジアミン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)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、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、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、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、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)ビフェニル等、或いはこれらに対応するジイソシアネートなどの単独、或いは2種以上の混合物を用いることができる。
上記酸成分、アミン成分の中でも、特に好ましい組み合わせは以下のモノマー成分の中から選択して合成された繰り返し単位を主成分とするポリアミドイミド樹脂である。
〈酸成分〉
無水トリメリット酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノ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である。
〈アミン成分〉
o−トリジン、2,4−トリレンジアミン、或いはこれらに対応するジイソシアネートである。
本発明に用いる樹脂αおよび樹脂βは、通常の方法で合成(重合)することができる。例えば、イソシアネート法、酸クロリド法、低温溶液重合法、室温溶液重合法などがあるが、製造コストなどの観点から、特に、好ましい製造法は脱炭酸反応により、ポリマーワニスが得られるイソシアネート法である。
重合に使用される溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラメチルウレア、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなどのアミド系溶剤、ジメチルスルホオキシド、スルホラン等の硫黄系溶媒、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、ニトロベンゼン、ニトロエタン等のニトロ系溶媒、ジグライム、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル系溶媒、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトンなどのエステル系溶剤などが挙げられ、単独でも混合溶媒としても使用できる。
樹脂αと樹脂βの組成比は、樹脂α/樹脂β=20/80〜50/50(重量比)であることが好ましい。より好ましくは25/75〜40/60(重量比)である。樹脂αが多すぎる(50(重量比)を超える)と樹脂βの有する低CTE特性が十分に発現されず、フレキシブルプリント配線板など、電気、電子機器用の絶縁材料としての使用は困難になる傾向がある。逆に、樹脂αが少なすぎる(20(重量比)未満である)と、樹脂αの有する特性、特に、接着強度、透明性などの特性が発現できない場合がある。
本発明のポリマーブレンド組成物において、樹脂αの含有量は、ポリマーブレンド組成物全体の重量に対して10〜50重量%が好ましく、より好ましくは15〜50重量%、さらに好ましくは20〜50重量%である。樹脂αの含有量が50重量%を超えると、CTEが高くなり、フレキシブルプリント配線板など、電気、電子機器用の絶縁材料としての使用は困難になる傾向がある。樹脂αの含有量が10重量%未満では、一般式(1)で示される構造を含むポリマーの本来有する特性、特に、接着強度、透明性などの特性が維持できない傾向にある。
本発明のポリマーブレンド組成物は、十点平均粗さ(Rz)が1.2μm以下、及び60°光沢度が200以上である金属箔に接着剤を介さずに直接積層し、IPC−FC241(IPC−TM−650,2.4.9(A))に従い、サブトラクティブ法により回路パターンを形成した際の金属箔とポリマーブレンド組成物層(フィルム層)との接着強度が7.0N/cm以上を有するものであることが好ましい。
<ポリアミドイミド樹脂溶液>
ポリアミドイミド樹脂αと樹脂βの分子量は、N−メチル−2−ピロリドン中(ポリマー濃度0.5g/dl)、30℃での対数粘度にして0.1から2.8dl/gに相当する分子量を有するものが好ましく、より好ましくは0.3から2.5dl/gに相当する分子量を有するものである。対数粘度が0.1dl/g未満ではフィルム等の成型物にしたとき、機械的特性が不十分となるおそれがあり、また、2.8dl/gを超えると溶液粘度が高くなる為、成形加工が困難となることがある。適正な溶液粘度としては、25℃でのΒ型粘度が、50〜1000dPa・sの範囲である。該粘度が上記範囲を外れると塗工性が低下することがある。
ポリアミドイミド樹脂αと樹脂β溶液(ポリマーブレンド組成物溶液)の濃度は、広い範囲から選択できるが、一般には5〜40重量%程度が好ましく、より好ましくは8〜30重量%程度とするのが好ましい。該濃度が上記範囲を外れると、乾燥効率が悪化し、平滑面の形成が困難になることや必要な熱量が増加することが懸念される。ポリアミドイミド樹脂溶液の好ましい溶媒としては、塗工性等から、重合後の希釈溶剤としてはN,N−ジメチルホルムアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、テトラメチルウレア、スルホラン、ジメチルスルホオキシド、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノンなどで、特に好ましくは、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンである。また、これらの一部をトルエン、キシレンなどの炭化水素系有機溶剤、ジグライム、トリグライム、テトラヒドロフランなどのエーテル系有機溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系有機溶剤で置き換えることも可能である。又、これらの溶媒は、重合時の溶媒としても適用できる為、重合溶液をそのまま塗工できることから、加工性に優れる樹脂溶液を簡便に得ることができる。
必要ならば、フレキシブル金属積層体、或いは、フレキシブルプリント基板の諸特性、たとえば、機械的特性、電気的特性、滑り性、難燃性などを改良する目的で、本発明の上記ポリマーブレンド組成物に、他の樹脂や有機化合物、及び無機化合物を混合させたり、あるいは、反応させたりして併用してもよい。たとえば、滑剤(シリカ、タルク、シリコーン等)、接着促進剤、難燃剤(リン系やトリアジン系、水酸化アルミ等)、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤、重合禁止剤等)、メッキ活性化剤、有機や無機の充填剤(タルク、酸化チタン、シリカ、フッ素系ポリマー微粒子、顔料、染料、炭化カルシウム等)、その他、シリコーン化合物、フッ素化合物、イソシアネート化合物、ブロックイソシアネート化合物、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂のような樹脂や有機化合物、或いはこれらの硬化剤、酸化珪素、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化鉄などの無機化合物をこの発明の目的を阻害しない範囲で併用することができる。又、必要に応じて、脂肪族第3級アミン、芳香族第3級アミン、複素環式第3級アミン、脂肪族酸無水物、芳香族酸無水物、ヒドロキシ化合物などのポリイミド化の触媒を添加してもよい。例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ジメチルアニリン、ピリジン、ピコリン、イソキノリン、イミダゾール、ウンデセン、ヒドロキシアセトフェノンなどが好ましく、特に好ましくは、ピリジン化合物、イミダゾール化合物、ウンデセン化合物であり、その中でも、ベンズイミダゾール、トリアゾール、4−ピリジンメタノール、2−ヒドロキシピリジン、ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7が好ましく、より好ましくは、2−ヒドロキシピリジン、ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7である。
<フィルム>
本発明のフィルムは、ポリマーブレンド組成物を含有するフィルムであり、上記のポリマーブレンド組成物溶液(ワニス)を用いて製造することが出来る。金属箔、エンドレスベルト、ドラム、キャリアフィルム等の支持体上に、前記ポリマーブレンド組成物溶液(ワニス)を塗布し、塗膜を乾燥、場合により、該支持体よりフィルムを剥離後、熱処理することにより形成される。
(塗工)
ポリマーブレンド組成物を金属箔等の支持体に塗布する方法としては、従来公知の方法を適用することができ、例えば、ロールコーター、ナイフコーター、ドクタ、ブレードコーター、グラビアコーター、ダイコーター、リバースコーターなどにより塗布することができる。
(乾燥)
ポリマーブレンド組成物溶液をキャスティング後の乾燥条件は、特に限定されないが、一般的にはポリマーブレンド組成物溶液に使用する溶媒の沸点(Tb(℃))より70〜130℃低い温度で初期乾燥した後、溶媒の沸点近傍または沸点以上の温度でさらに二次乾燥(熱処理)するのが好ましい。初期乾燥温度が(Tb−70)℃より高いと、塗工面に発泡が生じたり、樹脂層(ポリマーブレンド組成物層)の厚み方向での残溶剤のムラが大きくなるため、フィルムの弛みが発生する場合がある。また、このフィルムが積層されたフレキシブル金属積層体に反り(カール)が発生する場合があり、これを回路加工したフレキシブルプリント基板の反りも大きくなることがある。
また、乾燥温度が(Tb−130)℃より低いと乾燥時間が長くなり、生産性が低下することがある。初期乾燥温度は溶媒の種類によっても異なるが、一般には60〜150℃程度、好ましくは80〜120℃程度である。初期乾燥に要する時間は、一般には上記温度条件下で、塗膜中の溶媒残存率が5〜40重量%程度になるのに有効な時間とすればよいが、一般には1〜30分程度、特に2〜15分程度である。
また、二次乾燥(熱処理)条件は、溶媒の沸点近傍または沸点以上の温度で乾燥すればよいが、一般には150〜500℃、好ましくは200〜400℃である。二次乾燥温度が低いと、乾燥時間が長くなり、生産性が低下することがある。高すぎると、樹脂組成によっては劣化反応が進行し、樹脂フィルムが脆くなる場合があり、またコストも高くなることがある。二次乾燥に要する時間は一般には上記温度条件下で、塗膜中の溶媒残存量が1重量%以下になるのに有効な時間とすればよいが、一般には数分間〜数十分程度である。
本発明において、初期乾燥、二次乾燥は、不活性ガス雰囲気下、或いは、減圧下で行ってもよい。不活性ガスとしては、窒素、二酸化炭素、へリウム、アルゴン等が例示できるが、入手容易な窒素を用いるのが好ましい。又、減圧下で行う場合は、10−5〜10Pa程度、好ましくは10−1〜200Pa程度の圧力下で行うのが好ましい。
本発明において、初期乾燥、熱処理ともに方式に特に限定はないが、ロールサポート方式やフローティング方式など、従来公知の方法で行うことができる。又、テンター式などの加熱炉での連続熱処理も可能である。
こうして得られる本発明のポリマーブレンド組成物を含有するフィルムは、樹脂βの低CTE性を損なうことなく、力学的性質、即ち、高強度、高伸度で強靭なフィルムを得ることができる。
尚、フィルムの厚さは、広い範囲から選択できるが、一般には絶乾後の厚さで5〜100μm程度、好ましくは10〜50μm程度である。厚さが5μmよりも小さいと、フィルム強度等の機械的性質やハンドリング性に劣り、一方、厚さが100μmを超えるとフレキシブル性などの特性や加工性(乾燥性、塗工性)等が低下することがある。
又、必要に応じて、表面処理を施してもよい。例えば、加水分解、コロナ放電、低温プラズマ、物理的粗面化、易接着コーティング処理等の表面処理を施すことができる。
<フレキシブル金属積層体>
本発明のフレキシブル金属積層体は前記フィルムと金属箔とが接着剤を介さずに直接積層した2層金属積層体であることが好ましい。製造方法としては、ラミネート法、キャスティング法が挙げられ、特に限定はないが、加工性、安価に製造可能なキャスティング法で製造することが好ましい。
金属箔は厚みについては特に限定はないが、1〜50μm、好ましくは3〜35μm、より好ましくは、3〜18μmの金属箔を好適に用いることができる。金属箔の厚みが1μm未満では、搬送時の歩留まりが低下し、又、50μmより厚い場合には、長尺物としての巻きだし、巻き取り性に劣り、歩留まりが低下することがある。
金属箔の十点平均粗さRzは1.2μm以下、好ましくは1.0μm以下、より好ましくは0.8μm以下の金属箔を好適に用いることができる。Rzが1.2μmを超えると、樹脂フィルムに銅箔の凹凸が転写し、エッチング後の樹脂フィルムの透明性が低下し、十分な位置決め精度が確保できなくなることがある。
金属箔の光沢度は、200以上、好ましくは300以上、より好ましくは400以上である。光沢度は、JIS−Z8741−1997により測定され、入射角60°で照射し、60°での反射光を測定する。光沢度は高いほど、表面粗さは低く、また、表面粗度には反映されないうねり等も少ないため、表面がより平滑になる。従って、光沢度は高いほど良いが、800程度あれば十分である。
本発明のフレキシブル金属積層体は、金属箔に直接、前記ポリマーブレンド組成物の溶液を塗布し、塗膜を乾燥、場合により熱処理することにより形成されるものであることが好ましい。金属箔としては、銅箔、アルミニウム箔、スチール箔、及びニッケル箔などを使用することができ、これらを複合した複合金属箔や亜鉛やクロム、ニッケル、コバルト、モリブデン化合物、或いはこれらの合金など、他の金属で処理した金属箔についても用いることができる。より好ましい金属箔は銅箔であるが、上述の特性を満足すれば、市販の電解箔、或いは、圧延箔をそのまま使用することができる。例えば、福田金属箔粉工業(株)製の「SV」、「RCF」、日鉱金属(株)製の「GHY」、或いは、三井金属鉱業(株)製の「TQ−M4−VSP」などが挙げられる。
本発明において、歪み量とはフレキシブル金属積層体がガラス転移温度以上の温度に曝された際に、内部応力の解放により生じるフィルムの変化量であり、歪み量は200μm以下であることが好ましい。200μm超であると変化量が大きく、フレキシブル金属積層体の寸法変化が大きく、実装時の位置精度が不十分となることがある。
こうして得られる本発明のフレキシブル金属積層体は、樹脂αの有する高透明性、高接着強度と樹脂βの有する低CTEを損なうことなく、その絶縁樹脂層の力学的性質、即ち、高強度、高伸度で強靭なフィルムを積層したフレキシブル金属積層体を得ることができる。
フレキシブル金属積層体における金属箔とフィルムの接着強度は、7.0N/cm以上が好ましく、より好ましくは7.5N/cm以上、さらに好ましくは8.0N/cm以上である。7.0N/cm未満であると、電子部品として使用する際に生じる熱により収縮、膨張を繰り返すことにより、配線が基板から剥離するおそれがあり、ファインピッチ化への対応が困難となることがある。従って、接着強度が高ければ高いほど良いが、10.0N/cm以上あれば十分である。
本発明において、光線透過率はドライバ実装時の位置決め精度にかかる特性であり、600nmにおける平行光透過率を光線透過率とする。フレキシブル金属積層体の金属箔をエッチングした後のフィルム部分における光線透過率は60%以上が好まく、より好ましくは65%以上、さらに好ましくは70%以上である。60%未満であると、上述した実装時の位置決め精度が低下し、ファインピッチ化への対応が困難となることがある。
本発明において、ヘイズも光線透過率と同様に位置決め精度にかかる特性である。ヘイズは濁度の指標であり、ヘイズが高いほど、対象物の透明性は低く、透過率が低いことに相当する。フレキシブル金属積層体の金属箔をエッチングした後のフィルム部分におけるヘイズは20%以下が好ましく、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは13%以下である。
フレキシブル金属積層体の金属箔をエッチングした後のフィルム部分における線膨張係数(CTE)は、10〜25ppm/Kが好ましく、より好ましくは12〜25ppm/K、さらに好ましくは15〜25ppm/Kである。
本発明のフレキシブル金属積層体は、銅箔の表面特性を特定したことで、透明性に優れている。さらに、樹脂組成を特定した2種のポリアミドイミド樹脂のブレンドにより、接着力に優れ、ブレンド比率を特定することで、寸法安定性、加工性に優れている。従って、電子材料として、FPC、フラットケーブル、TAB用途だけでなく、小型化、高性能化のニーズの高く、配線のファインピッチ化が進む、COFフィルムキャリアテープに好適に利用することができる。
以下、実験例により、この発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は実験例により、特に制限されるものではない。
<対数粘度>
実験例で得られたポリアミドイミド樹脂サンプル(樹脂α、樹脂β)を用い、ポリマー濃度が0.5g/dlとなるようにN−メチル−2−ピロリドンに溶解した。その溶液の溶液粘度、及び、溶媒粘度を30℃で、ウベローデ型の粘度管により測定して、下記の式で計算した。
対数粘度(dl/g)=[ln(V1/V2)]/V3
上記式中、V1はウベローデ型粘度管により測定した溶液粘度を示し、V2はウベローデ型粘度管により測定した溶媒粘度を示すが、V1及びV2はポリマー溶液及び溶媒(N−メチル−2−ピロリドン)が粘度管のキャピラリーを通過する時間から求めた。また、V3は、ポリマー濃度(g/dl)である。
<ポリマー濃度>
実験例で得られたポリアミドイミド樹脂サンプル(樹脂α、樹脂β)を用い、ポリマー樹脂溶液の重量が0.20gとなるように秤量し(W1)、240℃の熱風乾燥機中で1時間乾燥後、再度重量を測定し(W2)、揮発せず残存したポリマー量からポリマー濃度を算出した。
ポリマー濃度(重量%)=(W2/W1)×100
<エッチング>
実験例で得られたポリアミドイミド樹脂サンプル(樹脂α、樹脂β)を金属箔に塗工、乾燥した後、35%の塩化第二鉄水溶液に浸漬させ、金属箔を完全に除去(エッチング)し、単層のエッチングフィルムを得た。
<ガラス転移温度、歪み量>
TMA(熱機械的分析装置/セイコーインスツル(株)社製)引張荷重法により以下の条件で測定した。ガラス転移温度は、昇温での吸熱曲線において、吸熱ピークが出る前のベースラインと、吸熱ピークに向かう接線との交点とした。歪み量はベースラインの変曲点と吸熱ピーク点の変化長より算出した。サンプルは、実験例で得られたフレキシブル金属積層体の金属箔をエッチングした後のフィルム部分を用いた。
荷重:5g
サンプルサイズ:4(幅)×20(長さ)mm
昇温速度:10℃/分
雰囲気:窒素
<線膨張係数(CTE)>
TMA(熱機械的分析装置/セイコーインスツル(株)社製)を用いて引張荷重法により以下の条件で測定した。サンプルは実験例で得られたフレキシブル金属積層体の金属箔をエッチングした後のフィルム部分を用いた。CTEは、100〜200℃における平均値より算出した。CTEが低いほど寸法安定性が高いと判断される。
荷重:5g
サンプルサイズ:4(幅)×20(長さ)mm
昇温速度:10℃/分
雰囲気:窒素
<光沢度>
金属箔の光沢度はJIS Z8741−1997に記載されている鏡面光沢度測定方法に準拠し、入射角60°で光源を照射し、反射角60°で反射した光の強度を測定した。ここでいう入射角は、光の照射面に対する直角方向を0°としている。測定機器は日本電色(株)のVG200グロスメータを用いて測定を行った。測定は金属箔の樹脂塗布面を測定した。
<接着強度>
実験例で得られたフレキシブル金属箔積層体サンプルをIPC−FC241(IPC−TM−650,2.4.9(A))に従い、サブトラクティブ法により回路パターンを作製し、金属箔とフィルム(ポリマーブレンド組成物層)との接着強度を測定した。
<光線透過率>
実験例で得られたフレキシブル金属箔積層体の金属箔をエッチングした後のフィルム部分を用い、測定機器は日本分光(株)の分光光度計V650を用いて、測定した。平行光透過率を測定するため、拡散光を受光してしまう積分球ユニットは使用せず、標準状態で測定した。
測定範囲:300〜800nmとし、600nmでの値を読み取った。
<ヘイズ>
実験例で得られたフレキシブル金属箔積層体の金属箔をエッチングした後のフィルム部分を用い、測定機器は日本電色工業(株)製NDH2000を用い、JIS−K7136に準拠して測定した。散乱光線透過率を全光線透過率で割ったものを百分率で表した。
<ブレンド>
樹脂αおよび/または樹脂βをポリマー濃度が表1記載にした値になるように仕込んだ。希釈溶剤としてはジメチルアセトアミドを用い、100℃のオイルバス中で2時間均一になるまで攪拌し、室温まで冷却し、ポリマーブレンド組成物を得た。ブレンドを実施しない場合はジメチルアセトアミドで表1記載のポリマー濃度に希釈した。
(合成例1(樹脂α))
無水トリメリット酸(86モル%、86.46g)、無水ピロメリット酸(7モル%、10.91g)、4、4'−ジイソシアネートジフェニルエーテル(75モル%、93.64g)、1,4−フェニレンジイソシアネート(25モル%、19.82g)、ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(0.76g)にN−メチル−2−ピロリドン(390.24g)を加え、ポリマー濃度30重量%でセパラブルフラスコに仕込んだ。100℃のオイルバス中で5時間反応させた後、無水フタル酸(7モル%、7.41g)投入し、1時間攪拌後、N−メチル−2−ピロリドン(291.09g)を加え、ポリマー濃度20重量%に希釈し、室温まで冷却した後にポリアミドイミド樹脂(α−1)を得た。
(合成例2)
無水トリメリット酸(100モル%、76.85g)、ジフェニルメタンジイソシアネート(100モル%、99.10g)、ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(0.61g)にN−メチル−2−ピロリドン(564.38g)を加え、ポリマー濃度20重量%でセパラブルフラスコに仕込んだ。100℃のオイルバス中で5時間反応させた後、N−メチル−2−ピロリドン(235.16g)を加え、ポリマー濃度15重量%に希釈し、室温まで冷却し、ポリアミドイミド樹脂を得た。
(合成例3(樹脂β))
無水トリメリット酸(80モル%、41.50g)、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸(12.5モル%、10.88g)、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸(7.5モル%、5.96g)、o−トリジンジイソシアネート(100モル%、71.36)、ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(0.21g)にN−メチル−2−ピロリドン(600.24g)を加え、ポリマー濃度15重量%でセパラブルフラスコに仕込んだ。100℃のオイルバス中で5時間反応させた後、室温まで冷却し、ポリアミドイミド樹脂(β−1)を得た。
(合成例4(樹脂β))
無水トリメリット酸(100モル%)、o−トリジンジイソシアネート(80モル%)、トリレンジイソシアネート(20モル%)を用いて、合成例3と同じ条件で実施し、樹脂β−2を得た。
(実験例1〜6)
表1、2に示すように樹脂αのブレンド比率を変更したポリマーブレンド組成物を用いて、電解銅箔(商品名「CF−T9DA−SV」:福田金属箔粉工業(株)製:Rz=0.75μm、光沢度=500)にナイフコーターを用いて塗布し、90℃で8分間初期乾燥した。次いで、真空下で十分に溶剤が揮発するまで乾燥を行い、金属積層体を得た。
樹脂αのブレンド比率が増加することで、接着強度の向上が確認され、また透過率の向上、ヘイズの低減が確認されたことから、樹脂αの存在が本発明において、必要不可欠であることが分かる。また樹脂αのブレンド比率が増加することで、線膨張係数も増加しており、ブレンド比率が高くすることで、銅との線膨張係数の乖離が大きくなるため、ブレンド比率の制御も重要であることがわかる。
(実験例7)
表1、2に示すように、樹脂αの樹脂組成を変えた以外は実験例1と同様の条件で、金属積層体を得た。
樹脂αの組成を変更することで、金属積層体の特性が大幅に悪化した。このことから、樹脂αの組成が本発明において重要であることがわかる。
(実験例8、9)
表1、2に示すように、樹脂α単独のブレンド比率に変えた以外は実験例1と同様の条件で金属積層体を得た。
樹脂α単独では線膨張係数が十分ではないことが確認された。このことから、樹脂βの存在が本発明において重要であることがわかる。
(実験例10〜13)
表1、2に示すように樹脂βの組成、ブレンド比率を変えた以外は実験例1と同様の条件で金属積層体を得た。
実験例1と同様に樹脂αのブレンドにより接着強度、光線透過率、ヘイズの向上が確認された。このことからも樹脂αの存在が本発明において重要であることがわかる。
(実験例14)
表2に示すように、銅箔(商品名「CF−T4X−SV」:福田金属箔粉工業(株)製:Rz=1.28μm、光沢度=90)を変えた以外は実験例1と同様の条件で、金属積層体を得た。
銅箔の表面粗度Rzを高くし、光沢度を低くすることで、接着強度の向上は確認されたが、透過率、ヘイズが大幅に悪化することが確認された。このことから、銅箔特性が本発明において重要であることがわかる。
Figure 2016111130
Figure 2016111130

Claims (11)

  1. 二成分以上のポリアミドイミド樹脂を含有し、下記要件(1)および(2)を満たすことを特徴とするポリマーブレンド組成物。
    (1)下記一般式(1)および一般式(2)を構成単位として含むポリアミドイミド樹脂(樹脂α)を必須成分とし、樹脂α中の一般式(1)と一般式(2)のモル比が一般式(1)/一般式(2)=55/45〜90/10とする
    Figure 2016111130

    Figure 2016111130

    (一般式(1)及び一般式(2)中、R、RおよびRは同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ水素、または炭素数1〜4のアルキル基もしくはアルコキシ基を示す。)
    (2)下記一般式(3)を構成単位として含む樹脂αとは異なる組成のポリアミドイミド樹脂(樹脂β)を必須成分とする
    Figure 2016111130

    (一般式(3)中、RおよびRは同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ水素、または炭素数1〜4のアルキル基もしくはアルコキシ基を示す。)
  2. 樹脂αと樹脂βの組成比が樹脂α/樹脂β=20/80〜50/50重量比である請求項1記載のポリマーブレンド組成物。
  3. 樹脂βが酸成分として無水トリメリット酸を含み、かつ3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物及び3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物からなる群より1種以上を含み、アミン成分としてo−トリジンを含むことを特徴とする請求項1又は2記載のポリマーブレンド組成物。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のポリマーブレンド組成物を含有するフィルム。
  5. 金属箔の少なくとも片面に直接請求項4記載のフィルムが積層されたフレキシブル金属積層体。
  6. 請求項5に記載の金属箔のRzが1.2μm以下、及び60°光沢度が200以上であり、金属箔とフィルムの接着強度が7.0N/cm以上であるフレキシブル金属積層体。
  7. 金属箔エッチング後のフィルム部分において、波長600nmでの光線透過率が55%以上である請求項5又は6記載のフレキシブル金属積層体。
  8. 金属箔エッチング後のフィルム部分において、ヘイズが20%以下である請求項5〜7のいずれかに記載のフレキシブル金属積層体。
  9. 金属箔エッチング後のフィルム部分において、線膨張係数が10〜25ppm/Kである請求項5〜8のいずれかに記載のフレキシブル金属積層体。
  10. 金属箔エッチング後のフィルム部分において、TMA法におけるガラス転移温度でのフィルム歪み量が200μm以下である請求項5〜9のいずれかに記載のフレキシブル金属積層体。
  11. 請求項5〜10のいずれかに記載のフレキシブル金属積層体を含有するフレキシブルプリント基板。
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