KR100786956B1 - 신규한 폴리이미드 공중합체, 이를 포함하는 플렉시블인쇄회로기판용 커버레이 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 신규한 폴리이미드 공중합체, 이를 포함하는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래 전자기기의 소형화, 다기능화, 특히 휴대용 기기의 경박단소화에 따라 전자 기기에 사용되고 있는 회로기판도 더욱 고밀도화가 요구되고 있으며, 이러한 요구를 충족시키기 위하여 회로기판을 다층화하는 것이 일반적이다. 또한, 좁은 공간에 설치할 수 있도록 유연성을 부여한 플렉시블 인쇄회로기판을 사용하기도 하고, 동일한 공간에서 많은 양의 회로를 얻기 위하여 선폭이 좁은 회로를 사용하기도 한다.
다층화를 위한 방법으로 납땜방법이 사용되어 왔으나, 이는 환경문제를 유발시키기 때문에 납을 사용하지 않으면서 다층화할 수 있는 방법의 필요성이 요구되어 왔다. 따라서, 플렉시블 인쇄회로기판에 사용될 수 있는 고접착력, 고내열성 및 저흡습율을 갖는 접착제의 필요성이 요구되고 있는 실정이다.
또한, 근래에는 환경 문제, 인체에 대한 안전성 등의 문제로 브롬계 난연제를 사용하지 않고 있으며, 오래전부터 할로겐 성분을 포함하지 않는 접착제의 사용에 대해 관심이 집중되고 있다.
한편, 플렉시블 인쇄회로기판(flexible printed circuit boards)은 유연성이 있는 금속박회로의 일측 또는 양측에 필름이 부착되어 있으며, 그 두께가 50~300㎛ 정도로 매우 얇아서 리지드(rigid) 인쇄회로기판이 적용되기 어려운 경박단소, 유연성, 고밀도화가 요구되는 제품에 주로 사용되고 있다. 경박단소화 제품에 적용된 예로는 휴대폰, 카메라, 소형녹음기, 캠코더, 노트북컴퓨터 등이며, 유연성을 요구하는 제품에 적용된 예로는 프린터헤드 등이고, 고밀도화 제품에 적용된 예로는 반도체 리드프레임 대용으로 쓰이는 테이프 오토메이티드 본딩 등이다. 이와 같이, 플렉시블 인쇄회로기판은 기판 자체가 유연하여 제품의 내부구조에 적합하게 접을 수도 있으며, 매우 얇게 되어 있어서 작은 공간에서도 제역할을 수행할 수 있으므로, 플렉시블 인쇄회로기판의 용도는 날로 확장되어 가고 있다.
일반적으로 플렉시블 인쇄회로기판의 기판 재질로는 폴리이미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지 필름 등이 사용되는데, 이것은 이들 필름의 열적, 전기적, 기계적 특성이 매우 우수하기 때문이다. 이러한 기재에 접착제를 도포하고 구리나 알루미늄 등의 금속박을 접착시킨 다음, 스크린(screen) 인쇄 또는 드라이 필름 포토레지스터(dry film photoresister)를 사용하여 회로를 그리고 도전성 금속박을 에칭한 후 절연 및 회로 보호를 위하여 커버레이 필름을 입힘으로써 플렉시블 인쇄회로기판을 제작하게 된다. 그러므로 플 렉시블 인쇄회로기판에 사용되는 접착제는 플렉시블 인쇄회로기판의 요구특성과 제작공정을 고려해볼 때 접착성, 내열성, 내용제성, 내약품성, 전기절연성, 유연성 등이 우수하여야만 한다.
특히, 플렉시블 인쇄회로기판용 접착제가 가져야 하는 요구특성 중 접착성(평가규격 : IPC-FC-240B)은 1.5㎏/㎝ 이상, 납땜 내열성 및 내약품성(평가규격 : JISC-6481)은 외관의 변화없이 양호해야 하며, 유연성은 100회 이상, 절연저항(평가규격 : JISC-6481)은 1013Ω 이상이어야 한다.
종래에는 이러한 요구사항을 만족시키는 접착제로서 아크릴로니트릴-부타디엔 고무계, 부티랄수지계, 가교성아크릴고무계, 나일론/에폭시계, 아크릴로니트릴-부타디엔/페놀수지계, 카르복실기가 함유된 아크릴로니트릴-부타디엔/에폭시수지계, 아크릴고무/에폭시수지계 등 각종의 접착제가 제안된 바 있으나, 이러한 접착제들 가운데서 요구특성 전반에 걸쳐 비교적 양호한 특성을 갖는 접착제로서는 아크릴로니트릴-부타디엔/페놀수지계가 널리 이용되어 왔고, 최근에는 전기절연성, 보존수명이 매우 우수하고 그 밖의 특성도 우수한 아크릴 고무/에폭시계 접착제가 많이 이용되고 있다.
아크릴고무/에폭시계 접착제는 용제형과 에멀젼형으로 구분할 수 있는데 용제형의 경우에는 용매로서 메틸에틸케톤, 톨루엔, 아세톤, 알콜 등의 인화성 유기용매를 사용하기 때문에 플렉시블 인쇄회로기판 제조공정 중에 유기용매를 건조, 제거하는 공정이 수반되어야만 하며, 이때 발생하는 유기용매 가스가 작업자의 건강에 유해하고 작업상의 안전성 측면에서도 많은 위험이 따른다.
이러한 문제점을 보완하기 위하여 에멀젼형 접착제가 개발되었는데 아크릴계 에멀젼형 접착제는 접착강도, 내열성, 유연성 등의 기본적 특성이 우수하고 아크릴수지의 특징인 전기절연성이 우수하고 보존수명이 길기 때문에 많이 사용되어 왔다. 그러나, 상기 에멀젼형 아크릴 접착제는 납땜 내열성이 불량한 경우가 종종 발생하며, 이것은 접착제에 함유된 수분이 완전히 제거되지 않는데 원인이 있는 것이므로 플렉시블 인쇄회로기판 제조공정 중에 수분제거 공정을 추가해야 하는 문제점이 있다.
또한, 최근에는 전자기기의 집적화, 고밀도화가 진행되고 있으며, 그 내부의 평균 온도가 상승하는 경향이 있다. 그러나 에폭시계 접착제는 일반적으로 유리전이온도가 낮고 온도 상승에 의하여 탄성률이 저하되기 쉬운 성질을 가지고 있기 때문에, 고온에서 내굴곡성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 상기와 같은 접착제의 문제점을 개선하기 위하여 내굴곡성, 내열성이 우수한 접착제 또는 접착제를 사용하지 않고 접착제를 대체할 필름의 필요성이 요구되고 있다.
이에, 본 발명자들은 접착제를 대체할 정도로 내굴곡성, 내열성이 우수한 필름에 대해 연구하던 중, 특정구조의 열가소성 폴리이미드계 수지가 유리전이온도가 높고, 고내열성으로서 고온에서도 접착력이나 탄성율이 우수함을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 신규한 폴리이미드 공중합체를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름에 열가소성 폴리이미드 수지층이 적층되어 있는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 폴리이미드 공중합체를 제공한다.
상기 화학식 1에서,
p≥2인 정수이고, m/(m+n) > 0.5, m,n > 0인 정수이며,
X1, X2는 각각 독립적으로 동일하거나 다르며, 디아민 화합물에서 유래하는 2가의 유기기로
Y1, Y2는 각각 독립적으로 또는 동시에 -, -O-, -CO-, -S-, -SO2-, -C(CH3)2-, 또는 -COONH이고,
A는
또한, 본 발명은 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름에 상기 화학식 1의 폴리이미드 공중합체를 포함하는 열가소성 폴리이미드 수지층이 적층되어 있는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이를 제공한다.
상기 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름으로는 폴리이미드 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리(p-벤즈아미드) 필름, 폴리에테르에테르케톤 필름, 폴리페닐렌 술피드 필름, 아라미드 필름 등을 들 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다. 바람직하게는 폴리이미드 필름 또는 폴리에스테르 필름이며, 특히 바람직하게는 폴리이미드 필름이다.
또한, 본 발명은 상기 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이의 제조방법은
1) 디아민 화합물 및 디안하이드라이드 화합물로 이루어진 고형분을 유기용매에 가하여 용액을 제조하는 단계,
2) 상기 1)단계에서 제조된 용액을 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름에 적층 상태로 도포하는 단계, 및
3) 상기 2)단계에서 얻은 도포된 필름을 건조 및 경화시키는 단계를 포함한다.
상기 1)단계에서 디아민 화합물은 p-페닐렌디아민(p-PDA), m-페닐렌디아민(m-PDA), 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-ODA), 3,4'-옥시디아닐린(3,4'-ODA), 2,2-비스(4-[4-아미노페녹시]-페닐)프로판(BAPP), 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠(TPE-R), 2,2-비스(4-[3-아미노페녹시]페닐)설폰(m-BAPS), 3,3'-디하이드록시-4,4'-디아미노 바이페닐(HAB), 4,4'-디아미노벤즈아닐리드(DABA), 1,4-디(4-아미노페닐)부탄(DAPB), 및 4,4'-(1,3-페닐렌디이소프로필리덴)디아닐린(PDPBA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 디안하이드라이드 화합물은 에틸렌디아민테트라아세틱 디안하이드라이드(EDADA), 프로필렌디아민테트라아세틱 디안하드라이드(PDADA), 부틸렌디아민테트라아세틱 디안하드라이드(BDADA)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상과, 피로멜리틱 디안하이드라이드(PMDA), 3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드라이 드(BPDA), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카복실릭 디안하이드라이드(BTDA), 4,4'-옥시다이프탈릭 안하이드라이드(ODPA), 4,4',4,4'-이소프로필바이페녹시비프탈릭 안하이드라이드(BPADA), 2,2'-비스-(3,4-디카복실페닐) 헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(6FDA) 및 에틸렌글리콜 비스(안하이드로-트리멜리테이트)(TMEG)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명은 필요에 따라 상기 화합물 이외에 다른 디아민 화합물이나 디안하이드라이드 화합물 또는 다른 화합물을 소량 첨가하는 것도 가능하다.
상기 유기 용매로는 알콜, 에테르, 케톤, 아미드, 일산화황 등과 같이 극성기를 지닌 용매가 바람직하다. 구체적인 예로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸 아세트아미드(DMAc), N,N-디메틸포름아미드(DMA), 및 디메틸 설폭사이드(DMSO)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 1)단계에서 제조된 용액 중 열가소성 폴리이미드의 전구체인 폴리아믹산은 하기 화학식 2로 표시되는 단위체로 표시되며, 전체 용액 중에 5~30 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 만일 5 중량% 미만이면 불필요한 용매의 사용이 많아지게 되고, 30 중량%를 초과하는 경우에는 용액의 점도가 지나치게 높아져서 균일한 도포를 할 수 없는 문제점이 나타난다.
(상기 화학식 2에서, p, m, n, X1, X2, Y1, Y2, A는 화학식 1에서 정의한 바와 같다.)
상기 2)단계에서는, 상기 1)단계에서 제조된 용액, 즉 열가소성 폴리이미드 전구체인 폴리아믹산을 예컨대, 리버스 롤 코터, 콤마 코터, 다이(die) 코터 등을 사용하여 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름의 일단면에 적층 상태로 도포한다. 본 발명에 사용되는 코팅방법은 상기 코팅방법 이외에도 일반적으로 코팅에 사용되는 다른 기술을 사용해도 무방하다. 또한, 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름은 필요에 따라 저온 플라즈마 처리, 코로나 방전 처리, 샌드블라스트 처리 등을 할 수 있다.
상기 3)단계에서는, 상기 2)단계에서 제조된 도포된 필름을 건조 및 경화시킨다. 건조 및 경화 조건은 오븐의 구조나 조건에 따라 다르나, 보통 100 내지 400 ℃, 보다 바람직하게는 140 내지 350 ℃에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 건조 및 경화는 질소 분위기나 진공하의 오븐에서 서서히 승온하여 경화시키거나, 질소 분위기에서 연속적으로 고온을 통과시켜 경화시킬 수 있다.
본 발명에 사용된 열가소성 폴리이미드 수지층의 유리전이온도는 150~250℃인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 커버레이는, 납땜 내열성이 330℃ 이상으로 양호하며, 난연성이 VTM-0를 통과하여 우수하고, 내굴곡성이 5000회 이상으로 우수하며, 접착제를 사용하지 않고도 플렉시블 인쇄회로기판에 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에서의 물성평가방법은 다음과 같다.
1. 납땜 내열성
납땜 내열성을 알아보기 위하여, JISC-6481에 맞추어 시편이 납조 위에 30초간 떠오를 수 있고 부풀고 벗겨지지 않는 최고의 온도를 측정하였다.
2. 난연성
난연성은 UL-94 규격에 의거하여 시험하였다. 이때 특성은 VTM-0, VTM-1, VTM-2 등으로 구분하였다(VTM-0가 난연성이 가장 우수한 것이고, VTM-1, VTM-2의 순서이다.).
3. 내굴곡성
고온 아래서 굴곡 특성을 확인하기 위하여, 60℃에서 반복하여 굴곡시키면서 정항이 20% 상승하기까지의 횟수를 측정하였다. 구체적으로는 플렉서블 기판용 필름에 JISC-6481의 내굴곡성 시험 시료의 패턴을 제작하고, 이것에 커버레이 필름을 프레스하여 접착하였다. 프레스 조건은 열가소성 폴리이미드 필름 종류에 따라 다르다. 이것을 FPC 고속 굴곡 시험기에 진동수 1500cpm, 스트로크 20㎜, 곡률 2.5㎜R, 커버레이를 바깥쪽을 향하게 하여 측정하는 조건으로 60℃에서의 저항치 변화를 측정하였다. 굴곡에 의하여 동박에 틈 등의 균열이 생긴다면 체적 감소가 생기고 저항이 오르는 것을 이용하여, 굴곡 특성을 확인하였다.
실시예
:
EDADA 60몰부, BPDA 40몰부, 4,4-ODA 60몰부, BAPP 40몰부로 이루어진 고형분을 N-메틸-2-피롤리돈에 가하여 고형 성분의 합계 농도가 15%가 되게 용액을 제조하였다.
폴리이미드 필름(아피칼 NPI 12.5㎛)의 한쪽 면 위에 두께가 25㎛가 되도록 상기 용액을 도포하고 350℃까지 온도를 올려 건조 및 경화시켜 커버레이 필름을 제조하였다.
(p:q=6:4)
상기 커버레이 필름의 납땜 내열성은 시편이 납조 위에 30초간 떠오를 수 있고, 부풀고 벗겨지지 않는 최고의 온도가 330℃ 이상으로 양호하였다.
난연성은 UL-94 규격에 의거하여 VTM-0를 통과하였다.
내굴곡성의 측정치는 5000회 이상이었다.
비교예
1
하기 유기 무기 고형분을 N,N-디메틸 아세트 아미드/메틸에틸케톤(MEK) = 90/10에 가하여 고형 성분의 합계 농도가 35 중량%가 되게 접착제 용액을 제조하였다.
인 함유 에폭시 수지 FX279B (도토카세이, 인 함유율 2.5 중량%, 에폭시 당 량 305) 50 중량부
인 비함유 에폭시 수지 에피코도 828 (제팬 에폭시 수지 비스페놀 A형 에폭시 수지, 당량 190) 50 중량부
디아미노 디아미드 10 중량부
삼불화 붕소 에틸 아민 BF3MEA (와코준야쿠 공업) 1 중량부
카르복실기 함유 아크릴로 나이트릴 PNR-1H (JSR) 35 중량부
수산화 알루미늄 20 중량부
폴리이미드 필름(아피칼 NPI 12.5㎛)의 한쪽 면 위에 두께가 25㎛가 되도록 상기 용액을 도포하고 150℃에서 10분간 건조 및 경화시켜 커버레이 필름을 제조하였다.
상기 커버레이 필름의 납땜 내열성은 시편이 납조 위에 30초간 떠오를 수 있고, 부풀고 벗겨지지 않는 최고의 온도가 260℃ 였다.
난연성은 VTM-0를 통과하지 못하였다.
비교예
2
하기 유기 무기 고형분을 N,N-디메틸 아세트 아미드/메틸에틸케톤 = 90/10에 가하여 고형 성분의 합계 농도가 35 중량%가 되게 접착제 용액을 제조하였다.
비스페놀 A형 에폭시 AER 260 (아키라 치바) 12 중량부
브롬화 비스페놀 A형 에폭시 YDB 500 (도토카세이) 46 중량부
브롬화 비스페놀 A형 에폭시 YDB 400 (도토카세이) 42 중량부
디아미노 디페닐 술폰 7 중량부
삼불화 붕소 에틸 아민 BF3MEA (와코준야쿠 공업) 0.5 중량부
NBR 닛포루 1072 (닛폰 제온) 44 중량부
수산화 알루미늄 38 중량부
폴리이미드 필름(아피칼 NPI 12.5㎛)의 한쪽 면 위에 두께가 25㎛가 되도록 상기 용액을 도포하고 150℃에서 10분간 건조 및 경화시켜 커버레이 필름을 제조하였다.
상기 커버레이 필름의 내굴곡성의 측정치는 10회이었다.
본 발명에 따른 커버레이는, 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름에 내굴곡성 및 내열성이 우수한 열가소성 폴리이미드 수지층이 적층 상태로 도포되어 있으므로, 납땜 내열성, 난연성 및 내굴곡성이 우수하다. 또한, 본 발명에 따른 커버레이는 접착제를 사용하지 않고도 플렉시블 인쇄회로기판에 유용하게 사용할 수 있다.
Claims (9)
- 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름에 제1항의 폴리이미드 공중합체를 포함하는 열가소성 폴리이미드 수지층이 적층되어 있는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이.
- 제2항에 있어서, 상기 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름은 폴리이미드 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리(p-벤즈아미드) 필름, 폴리에테르에테르케톤 필름, 폴리페닐렌 술피드 필름, 아라미드 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이.
- 1) 디아민 화합물 및 디안하이드라이드 화합물로 이루어진 고형분을 유기용매에 가하여 폴리이미드의 전구체인 하기 화학식 2의 단위체를 포함하는 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계,2) 상기 1)단계에서 제조된 용액을 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름에 적층 상태로 도포하는 단계, 및3) 상기 2)단계에서 얻은 도포된 필름을 건조 및 경화시키는 단계를 포함하는, 전기 절연성을 가지는 합성 수지 필름에 제1항의 폴리이미드 공중합체를 포함하는 열가소성 폴리이미드 수지층이 적층되어 있는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이의 제조방법.<화학식 2>(상기 화학식 2에서, p, m, n, X1, X2, Y1, Y2, A는 화학식 1에서 정의한 바와 같다.)
- 제4항에 있어서, 상기 1)단계에서 디아민 화합물은 p-페닐렌디아민(p-PDA), m-페닐렌디아민(m-PDA), 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-ODA), 3,4'-옥시디아닐린(3,4'-ODA), 2,2-비스(4-[4-아미노페녹시]-페닐)프로판(BAPP), 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠(TPE-R), 2,2-비스(4-[3-아미노페녹시]페닐)설폰(m-BAPS), 3,3'-디하이드록시-4,4'-디아미노 바이페닐(HAB), 4,4'-디아미노벤즈아닐리드(DABA), 1,4-디(4-아미노페닐)부탄(DAPB), 및 4,4'-(1,3-페닐렌디이소프로필리덴)디아닐린(PDPBA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 1)단계에서 디안하이드라이드 화합물은 에틸렌디아민테트라아세틱 디안하이드라이드(EDADA), 프로필렌디아민테트라아세틱 디안하드라이드(PDADA), 부틸렌디아민테트라아세틱 디안하드라이드(BDADA)로 이루어진 군으로부 터 선택된 1종 이상과, 피로멜리틱 디안하이드라이드(PMDA), 3,3',4,4'-비페닐테트라카복실릭 디안하이드라이드(BPDA), 3,3',4,4'-벤조페논테트라카복실릭 디안하이드라이드(BTDA), 4,4'-옥시다이프탈릭 안하이드라이드(ODPA), 4,4',4,4'-이소프로필바이페녹시비프탈릭 안하이드라이드(BPADA), 2,2'-비스-(3,4-디카복실페닐) 헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(6FDA) 및 에틸렌글리콜 비스(안하이드로-트리멜리테이트)(TMEG)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 1)단계에서 유기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸 아세트아미드(DMAc), N,N-디메틸포름아미드(DMA), 및 디메틸 설폭사이드(DMSO)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 1)단계에서 제조된 용액 중 폴리아믹산은 전체 용액 중에 5~30 중량%인 것을 특징으로 하는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 3)단계에서 건조 및 경화는 100 내지 400 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 인쇄회로기판용 커버레이의 제조방법.
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