TWI705988B - 軟性金屬箔積層板製造用聚醯亞胺膜及其製備方法、包括此聚醯亞胺膜的軟性金屬箔積層板以及包括此軟性金屬箔積層板的電子零件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種軟性金屬箔積層板製造用聚醯亞胺膜及 其製備方法、包括此聚醯亞胺膜的軟性金屬箔積層板以及包括此軟性金屬箔積層板的電子零件。所述聚醯亞胺膜是將來自包括以下述化學式(1)表示的第1二胺及以下述化學式(2)表示的第2二胺的二胺單體與均苯四甲酸二酐(pyromellitic dianhydride；PMDA)的聚合所獲得的聚醯胺酸醯亞胺化而製備，介電常數(Dk)為3.4以上，介電損失率(Df)為0.005以下。在化學式1及化學式2中，各取代基的定義與實施方式中所定義的相同。
Figure 108112093-A0305-02-0001-12

Description

軟性金屬箔積層板製造用聚醯亞胺膜及其製備 方法、包括此聚醯亞胺膜的軟性金屬箔積層板以及包括此軟性金屬箔積層板的電子零件
本發明是有關於一種軟性金屬箔積層板製造用聚醯亞胺膜及包括其的軟性金屬箔積層板。
聚醯亞胺(polyimide，PI)基於堅固的芳香族主鏈及化學穩定性非常優異的醯亞胺環而為有機材料中的具有最高水準的耐熱性、耐化學品性、電絕緣性、耐化學性、耐候性的聚合物材料。
因此，聚醯亞胺作為強烈要求上述特性的微電子零件的絕緣素材而受到青睞。
作為微電子零件的示例，可列舉為了可應對電子製品的輕量化及小型化而電路積體度較高且柔軟的薄型電路基板，上述聚醯亞胺廣泛地用作薄型電路基板的絕緣膜。
作為參考，薄型電路基板通常呈於聚醯亞胺膜上形成有 包括金屬箔的電路的構造，於廣義上亦將此種薄型電路基板稱為軟性金屬箔積層板(Flexible Metal Foil Clad Laminate)。
另一方面，最近，電子設備內置有各種功能，因此對上述電子設備要求快速的運算速度與通訊速度，為了滿足上述要求，正在開發一種能夠以2GHz以上的高頻實現高速通訊的薄型電路基板。
為了實現高頻高速通訊，需要一種於高頻下亦可保持電絕緣性的具有高阻抗(impedance)的絕緣體。
阻抗與絕緣體中形成的頻率及介電常數(dielectric constant，Dk)成反比關係，為了於高頻下亦保持絕緣性，介電常數需儘可能地低。
然而，通常的聚醯亞胺膜的介電常數為3.4至3.6左右，並非為於高頻通訊中可保持充分的絕緣性的程度的優異水準，例如於進行2GHz以上的高頻通訊的薄型電路基板中，存在局部或整體地喪失絕緣性的可能性。
另外，已知絕緣體的介電常數越低，則越可於薄型電路基板中減少欠佳的雜散電容(stray capacitance)與雜訊的產生而可大幅消除通訊延遲的原因，實情為認為對於薄型電路基板的性能而言，儘可能地降低聚醯亞胺的介電常數為最重要的因素。
亦需注意，2GHz以上的高頻通訊必然產生因聚醯亞胺引起的介電損失(dielectric dissipation)。
介電損失率(dielectric dissipation factor，Df)是指薄型電路基板的電能浪費程度，與決定通訊速度的訊號傳輸的延遲密切相關，因此認為對於薄型電路基板的性能而言，儘可能地降低聚 醯亞胺的介電損失率亦為重要的因素。
因此，實情為需開發一種介電常數與介電損失率均相對較低的聚醯亞胺膜。
本發明的目的在於提供一種介電常數與介電損失率均相對較低的聚醯亞胺膜及包括其的軟性金屬箔積層板。
根據本發明的一觀點，聚合包括非極性脂肪族部分的特定的二胺單體與均苯四甲酸二酐來製備聚醯胺酸並將上述聚醯胺酸醯亞胺化而製備的聚醯亞胺膜可基於在聚醯亞胺聚合物鏈中包括非極性脂肪族部分的特別的結構而抑制對介電常數與介電損失率造成不良影響的水分吸濕。
根據又一觀點，包括上述聚醯亞胺膜的軟性金屬箔積層板具有所期望的玻璃轉移溫度，並且可基於聚醯亞胺膜的相對較低的介電常數與介電損失率而實現為能夠以高頻率實現高速通訊的電路。
因此，本發明的實質性目的在於提供上述聚醯亞胺膜的具體實施例。
為了達成上述目的，本發明提供一種聚醯亞胺膜，其是將來自包括以下述化學式(1)表示的第1二胺及以下述化學式(2)表示的第2二胺的二胺單體與均苯四甲酸二酐(pyromellitic dianhydride，PMDA)的聚合所獲得的聚醯胺酸醯亞胺化而製備， 介電常數(Dk)為3.4以下，介電損失率(Df)為0.005以下。
Figure 108112093-A0305-02-0006-14
Figure 108112093-A0305-02-0006-15
本發明的聚醯亞胺膜具有所期望的玻璃轉移溫度及介電常數，並且介電損失率亦同時得到改善，因此於高頻率下絕緣可靠性亦較高，可將訊號傳輸的延遲最小化。
以下，按照本發明的「聚醯亞胺膜」、「聚醯亞胺膜的製備方法」及「軟性金屬箔積層板」的順序更詳細地對發明的實施方式進行說明。
於此之前，本說明書及發明申請專利範圍中所使用的用 語或詞語不應限定地解釋為通常的含義或詞典中的含義，發明者為了以最佳方法說明其自身的發明，僅應立足於可適當地定義用語的概念的原則而解釋為符合本發明的技術思想的含義與概念。
因此，本說明書中所記載的實施例的構成僅為本發明的最佳的一實施例，並不代表本發明的所有技術思想，因此應理解，於本申請案的視角下，可存在可替代上述實施例的各種等同物與變形例。
於本說明書中，只要未於文中明確地表示其他含義，則單數的表達包括複數的表達。於本說明書中，應理解「包括」、「具備」或「具有」等用語表示存在所實施的特徵、數字、步驟、構成要素或其組合，並非預先排除一個或一個以上的其他特徵、數字、步驟、構成要素或其組合的存在可能性或附加可能性。
聚醯亞胺膜
本發明的聚醯亞胺膜的特徵在於：將來自包括以下述化學式(1)表示的第1二胺及以下述化學式(2)表示的第2二胺的二胺單體與均苯四甲酸二酐(pyromellitic dianhydride，PMDA)的聚合所獲得的聚醯胺酸醯亞胺化而製備，介電常數(Dk)為3.4以下，介電損失率(Df)為0.005以下。
Figure 108112093-A0305-02-0007-16
Figure 108112093-A0305-02-0007-17
此處，於上述化學式(1)中，R1及R2分別獨立地為C1-C6的烷基或C1-C6的烷氧基；於上述化學式(2)中，R3為-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-(CH2)n1-、或-O(CH2)n2O-，上述n1及n2分別獨立地為1至10的整數。
於此種聚醯亞胺膜中，(a)介電常數(Dk)為3.4以下，(b)介電損失率(Df)為0.005以下，(c)吸濕率為2.3重量%以下，(d)玻璃轉移溫度(Tg)為320℃以上。
與此相關，滿足上述4個條件的聚醯亞胺膜不僅可用作軟性金屬箔積層板用絕緣膜，而且即便所製造的軟性金屬箔積層板用作以2GHz以上的高頻傳輸訊號的電氣訊號傳輸電路，亦可確保其絕緣穩定性，亦可將訊號傳輸的延遲最小化。
具有上述4個條件的聚醯亞胺膜為迄今為止未公開過的新穎的聚醯亞胺膜，於以下詳細地對上述4個條件進行說明。
<介電常數>
已知介電常數(Permittivity)是表示介電體(或絕緣體)、即非導體的電特性的重要的特性值，其並不表示直流(Direct Current，DC)電流的電特性，而是與交流(Alternating Current，AC)電流、特別是交流電磁波的特性直接相關。
於絕緣體(例如，聚醯亞胺膜)中，平時分別沿隨機方向分散的+、-力矩(moment)成分與自絕緣體外部施加的電磁場的交流變化對應地排列。即，力矩成分與電磁場的變化方向對應地發生變化，藉此即便為非導體，亦可使電磁波於內部行進。
可將物質內部的力矩對此種外部的電磁場的變化靈敏地進行反應而移動的程度表示為介電常數。
此種介電常數通常可藉由相對介電常數(Relative Permittivity)進行直觀解釋，相對介電常數是指將空氣設為1而與此成正比的介電體的介電常數，其中，於計算相對介電常數時排除虛數而以實數表示介電常數(Dk)。
介電常數較高意味著易於傳輸電能，因此如聚醯亞胺膜的絕緣體的介電常數越低則越佳。
即便如此，已說明通常的聚醯亞胺膜並非為可於高頻通訊中保持充分的絕緣性的程度的水準。
此種情形於與液晶聚合物(liquid crystal polymer)的介電常數進行比較時變明確，液晶聚合物的介電常數已知為大致2.9至3.3，因此可認為與具有上述介電常數以上的介電常數的通常的 聚醯亞胺膜相比，大部分上述液晶聚合物作為絕緣體而更優異。
相反地，本發明的聚醯亞胺膜的介電常數可接近上述液晶聚合物的介電常數，或者低於上述液晶聚合物的介電常數、具體而言為3.4以下、詳細而言為3.0以下，其下限可為至少2.8。
可知於考慮聚醯亞胺膜的工程特性為最高水準時，上述聚醯亞胺膜為作為絕緣體而理想的形態。
具體地對具有此種介電常數的含義進行說明。
即便所有導體彼此隔開，於上述導體之間亦始終存在因電場實現的靜電耦合(capacitive coupling)，因此即便多層基板的層與層之間亦電性隔開，亦可將其視為僅對直流為開放電路(open circuit)，而實際上於上述層之間連接有任意的電容器。
另一方面，電容器具有其兩端的電流或電壓的頻率越高則阻抗越低的性質，可如下述式般表示其值。
-阻抗=1/(2*π*f*C)；此處，f為頻率，C=電容。
-C=e*S/d；此處，e為介電常數，S為導體的面積，d為距離。
通常，於肉眼可見且可赤手操作的程度的規模下，無論使兩個導體多麼靠近，上述導體之間的電容值(法拉，farad)亦難以脫離微微(pico)單位，普通的印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)亦相同地層間的C非常小，因此即便電路以一定程度的高頻率進行動作，亦可良好地保持層間絕緣。
相反地，於以千兆(GIGA)單位的頻率、例如2GHz的超高頻進行動作的通訊設備等特殊的情形時，如上述式所示，因頻率非常較高而阻抗變低，故而會難以保持絕緣。
因此，於選擇絕緣體時，需儘可能地使用介電常數較低的物質將靜電耦合與電容(即，阻抗)最小化。
因此，本發明的聚醯亞胺膜如上所述般具有相對較低的介電常數，藉此具有如下優點：於以千兆(GIGA)單位的頻率、例如10GHz的超高頻進行動作的通訊設備等中亦易於保持絕緣。
<介電損失率>
「介電損失率」是指於分子的摩擦阻礙因交替電場引起的分子運動時因介電體(或絕緣體)而消失的力。
介電損失率的值通常用作表示電荷消失(介電損失)的容易性的指數，介電損失率越高，則電荷會越易於消失，相反地，介電損失率越低，則電荷越難以消失。
即，介電損失率為電損耗的尺度，介電損失率越低，則因電損耗引起的訊號傳輸的延遲越可得到緩和而保持快速的通訊速度。
上述介電損失率是作為絕緣膜的聚醯亞胺膜強烈地要求的特性，本發明的聚醯亞胺膜於約2GHz的非常高的頻率下，介電損失率可為0.005以下、詳細而言為0.004以下、更詳細而言為0.003以下。
<吸濕率>
已知吸濕率是表示材料所吸濕的水分量的比率，通常，於吸濕率較高時，介電常數與介電損失率增加。
通常，已知於水呈固體狀態時，介電常數為100以上，於呈液體狀態時為約80，於為氣體狀態的水蒸氣時為1.0059。
即，於聚醯亞胺膜的外部以水蒸氣狀態存在的水實質上 不對聚醯亞胺膜的介電常數與介電損失率產生影響。
然而，於水蒸氣吸收於聚醯亞胺膜的狀態下以液體狀態存在，於此情形時，聚醯亞胺膜的介電常數與介電損失率會激增。
即，即便僅吸收微量的水分，聚醯亞胺膜的介電常數與介電損失率亦會驟變。
因此，可認為對作為絕緣膜的聚醯亞胺膜而言，保持低吸濕率為非常重要的要素。
本發明的聚醯亞胺膜以聚醯亞胺膜的總重量為基準而吸濕率可為2.3重量%以下、詳細而言為2.0重量%以下、更詳細而言為1.7重量%以下，藉由本發明的聚醯亞胺膜的構成性特徵達成上述吸濕率。
之後更詳細地對此進行說明，但推測其原因在於：於本發明的聚醯亞胺膜的分子結構中包括非極性部分，另外，接近親水性的醯亞胺基佔據相對較低的比率。
<玻璃轉移溫度>
於本發明中，可根據藉由動態黏彈性測定裝置(動態熱機械分析儀(Dynamic Thermomechanical Analyzer，DMA))測定到的儲存模數與損失彈性模數求出玻璃轉移溫度，詳細而言，可將對所算出的損失彈性模數除以儲存模數所得的值即tan δ的波峰(top peak)計算為玻璃轉移溫度。
玻璃轉移溫度與聚醯亞胺膜的耐熱性相關，於考量絕緣膜的用途時，上述玻璃轉移溫度越高則會越佳。
然而，於聚醯亞胺膜中，難以同時實現最高水準的玻璃轉移溫度與介電常數及介電損失率，推測其原因在於：聚醯亞胺膜的 較強的耐熱性是因醯亞胺基的化學穩定性而實現，但醯亞胺基表現出極性，因此對吸濕相對較弱。
相反地，本發明提供一種同時以較佳的水準實現玻璃轉移溫度、介電常數及介電損失率的聚醯亞胺膜，具體而言，本發明的聚醯亞胺膜的玻璃轉移溫度可為約320℃以上，詳細而言可為320℃以上至380℃以下，特佳為可為350℃以上至370℃以下。
於玻璃轉移溫度低於上述範圍的情形時，在執行層壓時聚醯亞胺膜的黏性呈相對較高的狀態，因此會發生較大的尺寸變化。其是阻礙外觀品質的原因，因此欠佳。
相反地，於玻璃轉移溫度高於上述範圍的情形時，為了將核心層軟化至足以緩和熱變形的水準所需的溫度變得過高而無法藉由現有的層壓裝置充分地緩和熱應力，從而存在尺寸變化反而劣化的可能性。
如上所述，本發明的聚醯亞胺膜滿足上述4個條件，因此不僅可用作軟性金屬箔積層板用絕緣膜，而且於高頻下亦可確保絕緣穩定性，亦可將訊號傳輸的延遲最小化。
作為具有上述條件的聚醯亞胺膜的本發明的具體例，藉由以下的非限制性的示例詳細地對二酐單體、二胺單體及其調配比進行說明。
<二胺單體>
於一具體例中，上述二胺單體能夠以其整體莫耳數為基準而使上述第1二胺為50莫耳%以上至80莫耳%以下，使上述第2二胺為20莫耳%以上至50莫耳%以下。
上述第2二胺的分子量可為400g/mol至600g/mol，上 述第1二胺的分子量可為200g/mol至250g/mol。
因此，若第2二胺的含量增加，則上述聚醯胺酸醯亞胺化而形成的聚醯亞胺聚合物鏈的分子量亦會一併增加。
於另一觀點下，在隨第2二胺的含量而增加的一個聚醯亞胺聚合物鏈的總分子量中，第2二胺的芳香族部分佔據來自上述二胺單體的部分中的大部分，與此相反，一個第2二胺分子供給的胺基僅為2個，因此來自上述二胺的醯亞胺基在上述總分子量中佔據的比率會相對減少。
換言之，可理解為一個上述聚醯亞胺聚合物鏈的長度越長，則芳香族部分越佔據大部分，因此於一個上述聚合物鏈重複的整個聚醯亞胺聚合物鏈中，醯亞胺基佔據的相對比率亦相對變少。
於此情形時，整個聚醯亞胺膜的疏水性亦提高，從而可期待更低的吸濕率。
然而，若僅考量吸濕率而增加第2二胺的含量，則因上述原因而醯亞胺基的佔據比率減少，因此有因醯亞胺基的化學穩定性實現的聚醯亞胺膜的耐熱性大幅下降之虞。
根據此種原因，本發明強調如下情形：上述第2二胺以上述二胺單體的整體莫耳數為基準而超過50莫耳%的情形欠佳。
另外，根據相反的原因，於上述第2二胺以上述二胺單體的整體莫耳數為基準而未滿20莫耳%時，吸濕率無法達到所期望的水準，因此欠佳。
上述第1二胺的分子量相對低於上述第2二胺，可將上述二胺單體的整體分子量調節成適當水準，可將其理解為調節芳香族部分於一個聚醯亞胺聚合物鏈中佔據的比率。
為了實現所期望的水準的耐熱性，上述第1二胺亦可作為用以形成醯亞胺基的胺基的又一供給源而發揮作用。
於上述第1二胺的含量大於或小於上述範圍的情形時，會產生與第2二胺相反的弊端。
上述聚醯胺酸醯亞胺化而形成的聚醯亞胺聚合物鏈可包括來自上述第1二胺的R1與R2及上述第2二胺的R3的脂肪族部分。
此種脂肪族部分能夠以具有非極性的方式適當地選擇，作為用以有助於理解的脂肪族部分的非限制性的示例，可列舉-CH3、-CF3等。如上所述，來自R1、R2及R3的脂肪族部分具有非極性，上述聚醯亞胺聚合物鏈的吸濕性會下降。
於另一觀點下，在脂肪族部分包括於聚醯胺酸的情形時，對吸濕性的增加產生非常大的影響的醯胺酸基的比率會於聚醯胺酸整體中相對變低。因此，可對降低包括此種聚醯胺酸的聚醯亞胺膜的吸濕性發揮積極的作用。
已說明與介電常數及介電損失率密切相關，因此彙總而言，來自R1、R2及R3的脂肪族部分可理解為使本發明的聚醯亞胺膜具有低介電常數與低介電損失率的主要要素。
另外，來自上述R1、R2及R3的脂肪族部分可於提高非極性的同時，對聚醯亞胺膜提供較佳的水準的柔軟性而於膜化製程中減少不良率，確保適於製造軟性金屬箔積層板的水準的玻璃轉移溫度及熱膨脹係數。
如上所述，為了達成所期望的吸濕率、介電常數、介電損失率、柔軟性、玻璃轉移溫度及熱膨脹係數，上述脂肪族部分的分 子量能夠以一個上述聚醯亞胺聚合物鏈的整體分子量為基準而為5%至20%，詳細而言，可為6%至17%。
若上述脂肪族部分的分子量大於上述範圍，則聚醯亞胺膜的機械物性下降，難以達成適於製造軟性金屬箔積層板的水準的玻璃轉移溫度及熱膨脹係數，若小於上述範圍，則難以達成所期望的水準的吸濕率、介電常數及介電損失率，因此欠佳。
於一具體例中，上述R1及R2可為脂肪族部分的分子量不佔據過多的比率且具有非極性的烷基，詳細而言，上述R1及R2可分別為甲基。
上述R3亦可為脂肪族部分的分子量不佔據過多的比率且具有非極性的取代基，詳細而言，可為-C(CF3)2-或-C(CH3)2-。
於上述-C(CF3)2-中，氟可有助於降低介電常數，可表現出強烈的非極性，因此可特佳地作為R3。
於一具體例中，上述第1二胺可為4,4'-二胺基-2,2'-二甲基聯苯(4,4'-Diamino-2,2'-dimethylbiphenyl，間聯甲苯胺(m-Tolidine))。
於又一具體例中，上述第2二胺可為2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基苯基)]六氟丙烷(2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy phenyl)]hexafluoropropane，HFBAPP)。
<二酐單體>
以上，已說明二胺單體可具有相對較大的分子量。
上述聚醯胺酸醯亞胺化而形成的一個聚醯亞胺聚合物鏈的分子量過大(例如，一個聚合物鏈為2000以上)且鏈長越長，則越必然於聚醯亞胺聚合物鏈整體中存在相對較少的醯亞胺基。
於此情形時，聚醯亞胺膜的耐熱性、儲存模數及損失彈性模數等其他機械物性嚴重受損，因此欠佳。
於考量到此種情形時，上述二酐單體可使用具有相對較小的分子量的單體。
因此，作為二酐單體，可較佳為分子量相對小至218的均苯四甲酸二酐(PMDA)。
上述均苯四甲酸二酐(PMDA)亦可視為具有相對堅固的結構的二酐單體。
眾所周知，堅固的結構的單體適於實現高彈性模數。
因此，上述均苯四甲酸二酐(PMDA)於可對上述聚醯胺酸醯亞胺化而製成的聚醯亞胺膜賦予適當的彈性的方面較佳。
聚醯亞胺膜的製備方法
自作為聚醯亞胺的前驅物的聚醯胺酸的溶液獲得本發明的聚醯亞胺膜。
藉由如下方式製備聚醯胺酸溶液：將以實質上成為等莫耳量的方式調配芳香族二胺單體與芳香族二酐單體而成的單體混合物溶解至有機溶劑中，於控制好的溫度條件下攪拌所獲得的聚醯胺酸有機溶劑溶液，直至上述芳香族二酐單體與上述芳香族二胺單體的聚合結束為止。
通常，以固體成分含量為5重量%至35重量%、較佳為10重量%至30重量%的濃度獲得聚醯胺酸溶液。
於濃度為上述範圍的情形時，聚醯胺酸溶液獲得適當的分子量與溶液黏度。
用以合成聚醯胺酸溶液的溶劑並無特別限定，只要為使 聚醯胺酸溶解的溶劑，則可使用任一種溶劑，但較佳為醯胺類溶劑。
具體而言，上述溶劑可為有機極性溶劑，詳細而言，可為非質子性極性溶劑(aprotic polar solvent)，例如可為選自由N,N'-二甲基甲醯胺(DMF)、N,N'-二甲基乙醯胺、N-甲基-吡咯啶酮(NMP)、γ-丁內酯(GBL)、二乙二醇二甲醚(Diglyme)所組成的族群中的一種以上，但並不限制於此，可視需要單獨使用或組合兩種以上而使用。
於一例中，上述溶劑可特佳地使用N,N-二甲基甲醯胺及N,N-二甲基乙醯胺。
因此，為了獲得本發明的聚醯亞胺膜，較佳為如下製備方法：製備藉由進行下述(a)步驟至(c)步驟而獲得的聚醯胺酸溶液，將上述聚醯胺酸溶液醯亞胺化。
因此，本發明提供一種聚醯亞胺膜的製備方法。
上述製備方法可包括：(a)將上述二胺單體及上述二酐單體添加至有機極性溶劑的步驟；(b)將上述二胺單體與上述二酐單體於上述有機極性溶劑中彼此聚合而獲得聚醯胺酸的步驟；(c)於將上述聚醯胺酸製膜至支持體上後，以200℃至400℃的溫度進行熱處理而獲得上述聚醯胺酸醯亞胺化而成的聚醯亞胺膜的步驟。
然而，根據單體的種類及所期望的聚醯亞胺膜的物性，可於上述(a)步驟中一次添加所有單體，或者依序添加各單體，於 此情形時，單體間必然會發生局部聚合。
經由上述(a)步驟至(b)步驟而製備的最終聚醯胺酸呈具有不同的物性的支鏈連接的形態的分子結構。
可調節上述支鏈的位置、長度及構成其的單體的種類及含量來更細微地調節將上述聚醯胺酸醯亞胺化而獲得的聚醯亞胺膜的物性、例如介電常數、介電損失率、玻璃轉移溫度、吸濕率等。
另外，於上述「聚醯胺酸溶液的製備製程的步驟」中，亦能夠以改善滑動性、導熱性、導電性、耐電暈性、環硬度等膜的多種特性為目的而添加填充材料。
添加的填充材料並無特別限定，但作為較佳的示例，可列舉氧化矽、氧化鈦、氧化鋁、氮化矽、氮化硼、磷酸氫鈣、磷酸鈣、雲母等。
填充材料的粒徑並無特別限定，可根據需重組的膜特性與添加的填充材料的種類決定。
通常，平均粒徑為0.05μm至100μm、較佳為0.1μm至75μm、更佳為0.1μm至50μm、特佳為0.1μm至25μm。
若粒徑小於上述範圍，則變得難以表現出重組效果，若大於上述範圍，則存在使表面性大幅受損或機械特性大幅下降的情形。
另外，填充材料的添加量亦無特別限定，可根據需重組的膜特性或填充材料的粒徑等決定。
通常，填充材料的添加量可相對於100重量份的聚醯亞胺而為0.01重量份至100重量份、較佳為0.01重量份至90重量份、更佳為0.02重量份至80重量份。
若填充材料的添加量小於上述範圍，則難以表現出藉由填充材料實現的重組效果，若大於上述範圍，則存在膜的機械特性大幅受損的可能性。
填充材料的添加方法並無特別限定，可利用公知的任一種方法。
將如上所述般製備的聚醯胺酸溶液醯亞胺化而製備聚醯亞胺膜的方法可使用先前公知的方法。
具體而言，可列舉熱醯亞胺化法、化學醯亞胺化法或並用熱醯亞胺化法與化學醯亞胺化法的複合醯亞胺化法。
熱醯亞胺化法作為不使用脫水劑等觸媒而僅藉由加熱來將聚醯胺酸溶液醯亞胺化的方法，其於將聚醯胺酸製膜至支持上後，在40℃至400℃、較佳為40℃至300℃的溫度範圍內緩緩地升溫，進行1小時至8小時的熱處理而獲得上述聚醯胺酸醯亞胺化而成的聚醯亞胺膜。
化學醯亞胺化法是使用脫水劑及/或醯亞胺化劑等觸媒促進聚醯胺酸溶液的醯亞胺化的方法。
複合醯亞胺化法可藉由如下方式獲得聚醯亞胺膜：於向聚醯胺酸溶液投入脫水劑及醯亞胺化觸媒而製膜至支持體上後，在80℃至200℃、較佳為100℃至180℃下進行加熱而局部地進行硬化及乾燥，之後於200℃至400℃下加熱5秒至400秒。
另一方面，脫水劑例如可列舉脂肪族酸酐、芳香族酸酐、N,N'-二烷基碳化二亞胺、鹵化低級脂肪族、鹵化低級脂肪酸酐、芳基膦酸二鹵化物及亞硫醯鹵化物或其中兩種以上的混合物。
其中，於獲取的容易性及費用的觀點而言，可較佳地使用 乙酸酐、丙酸酐及乳酸酐等脂肪族酸酐或其中兩種以上的混合物。
另外，醯亞胺化劑例如利用脂肪族三級胺、芳香族三級胺及雜環式三級胺等。
其中，於作為觸媒的反應性的觀點而言，特佳地利用選自雜環式三級胺中的一者。
具體而言，較佳地利用喹啉、異喹啉、β-甲基吡啶、吡啶等。
於在上述醯亞胺化製程中利用化學醯亞胺化法的情形時，上述醯亞胺化製程較佳為包括：將包括上述聚醯胺酸溶液的製膜用組成物塗佈至支持體上，於支持體上以40℃至300℃的溫度範圍進行熱處理而形成凝膠膜，自支持體剝離凝膠膜的製程；及進一步對上述凝膠膜進行加熱而將殘留的醯胺酸(amic acid)醯亞胺化並進行乾燥的製程(以下，亦稱為「煅燒過程」)。
以下，詳細地對上述各製程進行說明。
為了製備凝膠膜，首先將脫水劑及/或醯亞胺化劑以低溫混合至聚醯胺酸溶液中而獲得製膜用組成物。
上述脫水劑及醯亞胺化劑並無特別限定，但可選擇使用所例示的上述化合物。
另外，於上述凝膠膜的製備製程中，亦可利用包括化學轉化劑及醯亞胺化觸媒的硬化劑混合至聚醯胺酸溶液中而獲得製膜用組成物。
脫水劑的添加量較佳為相對於聚醯胺酸中的1莫耳的醯胺酸基而為0.5莫耳至5莫耳的範圍內，更佳為1.0莫耳至4莫耳的範圍內。
另外，醯亞胺化劑的添加量較佳為相對於聚醯胺酸中的1莫耳的醯胺酸基而為0.05莫耳至3莫耳的範圍內，特佳為0.2莫耳至2莫耳的範圍內。
若脫水劑及醯亞胺化劑小於上述範圍，則存在化學醯亞胺化不充分而於煅燒中途斷裂或機械強度下降的情形。
另外，若上述脫水劑及醯亞胺化劑的量大於上述範圍，則存在迅速地推進醯亞胺化而變得難以流延成膜形的情形，故而欠佳。
另一方面，接著將上述製膜用組成物以膜形流延至玻璃板、鋁箔、無端(endless)不鏽鋼帶或不鏽鋼鼓等支持體上。
此後，於支持體上，在80℃至200℃、較佳為100℃至180℃的溫度區域內對製膜用組成物進行加熱。
藉此，脫水劑及醯亞胺化劑活化，局部地發生硬化及/或乾燥，藉此形成凝膠膜。
此後，自支持體剝離而獲得凝膠膜。
上述凝膠膜處於自聚醯胺酸硬化成聚醯亞胺的中間階段，具有自持性。
軟性金屬箔積層板
本發明提供一種包括上述聚醯亞胺膜及導電性金屬箔的軟性金屬箔積層板。
作為使用的金屬箔，並無特別限定，但於將本發明的軟性金屬箔積層板利用於電子設備或電氣設備用途的情形時，例如可為包括銅或銅合金、不鏽鋼或其合金、鎳或鎳合金(亦包括42合金)、鋁或鋁合金的金屬箔。
於通常的軟性金屬箔積層板中，多用稱為軋製銅箔、電解銅箔的銅箔，於本發明中亦可較佳地使用上述銅箔。
另外，亦可於上述金屬箔的表面塗佈有防銹層、耐熱層或接著層。
於本發明中，上述金屬箔的厚度並無特別限定，只要為可根據其用途而發揮充分的功能的厚度即可。
本發明的軟性金屬箔積層板可呈如下構造：於上述聚醯亞胺膜的一面層壓有金屬箔，或者於上述聚醯亞胺膜的一面附加有含有熱塑性聚醯亞胺的接著層，於上述金屬箔附著於接著層的狀態下層壓。
本發明亦提供一種包括上述軟性金屬箔積層板作為電氣訊號傳輸電路的電子零件。
上述電氣訊號傳輸電路可為以至少2GHz的高頻、詳細而言至少5GHz的高頻、更詳細而言至少10GHz的高頻傳輸訊號的電子零件。
上述電子零件例如可為攜帶終端用通訊電路、電腦用通訊電路、或航空航天用通訊電路，但並不限定於此。
如上所述，本發明可提供一種因特定的二酐單體與二胺單體的組合及其特定的調配比而具有所期望的玻璃轉移溫度且具有相對較低的吸濕性，因吸濕引起的介電常數與介電損失率的上升得到抑制的聚醯亞胺膜。
本發明亦可提供一種包括如上所述的聚醯亞胺膜而可用作可實現2GHz以上的高頻通訊的電氣訊號傳輸電路的軟性金屬 箔積層板。
以下，藉由發明的具體實施例而更詳細地對發明的作用及效果進行敍述。然而，這些實施例僅為發明的示例，並不由此界定發明的權利範圍。
<實施例1>
於將反應系統的內部保持為10℃的狀態下，按照下述表1所示的莫耳比於DMF中添加PMDA而攪拌1小時。
於利用肉眼確認到溶解後，按照表1所示的莫耳比添加間聯甲苯胺(m-tolidine)使其溶解，之後按照表1所示的莫耳比添加HFBAPP而攪拌1小時來製備聚醯胺酸溶液。
於以此方式獲得的聚醯胺酸溶液中以100重量份的聚醯胺酸溶液為基準而添加50重量份的包括乙酸酐/異喹啉/DMF(重量比為46%/13%/41%)的醯亞胺化促進劑，將所獲得的混合物塗佈至不鏽鋼板後使用刮刀以400μm的間隙進行流延，之後於120℃的烘箱內利用熱風乾燥4分鐘而製備凝膠膜。
於自不鏽鋼板剝離以此方式製備的凝膠膜而利用框架銷進行固定後，在400℃下對固定有凝膠膜的框架進行7分鐘的熱處理，之後剝離膜而獲得平均厚度為15μm的聚醯亞胺膜。
<實施例2>
如表1般變更間聯甲苯胺(m-tolidine)與HFBAPP的莫耳比，除此之外，藉由與實施例1相同的方法獲得厚度為15μm的聚醯亞胺膜。
<實施例3>
如表1般變更間聯甲苯胺(m-tolidine)與HFBAPP的莫耳比，除此之外，藉由與實施例1相同的方法獲得厚度為15μm的聚醯亞胺膜。
<比較例1>
如表1般變更間聯甲苯胺(m-tolidine)與HFBAPP的莫耳比，除此之外，藉由與實施例1相同的方法獲得厚度為15μm的聚醯亞胺膜。
<比較例2>
如表1般變更間聯甲苯胺(m-tolidine)與HFBAPP的莫耳比，除此之外，藉由與實施例1相同的方法獲得厚度為15μm的聚醯亞胺膜。
<比較例3>
如表1般變更間聯甲苯胺(m-tolidine)與HFBAPP的莫耳比，除此之外，藉由與實施例1相同的方法獲得厚度為15μm的聚醯亞胺膜。
<比較例4>
按照表1所示的莫耳比添加氧基二苯胺(Oxydianiline，ODA)來代替間聯甲苯胺(m-tolidine)與HFBAPP，除此之外，藉由與實施例1相同的方法獲得厚度為15μm的聚醯亞胺膜。
<比較例5>
按照表1所示的莫耳比添加ODA與對苯二胺(p-phenylene diamine，PPD)來代替間聯甲苯胺(m-tolidine)與HFBAPP，除此之外，藉由與實施例1相同的方法獲得厚度為15μm的聚醯亞胺膜。
<比較例6>
按照表1所示的莫耳比添加PMDA與聯苯四羧酸二酐(Biphenyltetracarboxylic Dianhydride，BPDA)來代替單獨投入PMDA，除此之外，藉由與實施例1相同的方法獲得厚度為15μm的聚醯亞胺膜。
<比較例7>
按照表1所示的莫耳比添加BPDA來代替PMDA，除此之外，藉由與實施例1相同的方法獲得厚度為15μm的聚醯亞胺膜。
Figure 108112093-A0305-02-0025-7
<實驗例1>
藉由如下的方式對以上所獲得的聚醯亞胺膜測定玻璃轉 移溫度與吸濕率。
此後，執行輥對輥方式的層壓而將銅箔層壓至聚醯亞胺膜的兩面來製備軟性金屬箔積層板，藉由如下方式測定介電常數與介電損失率。
將以上的結果示於下述表2。
1)玻璃轉移溫度
玻璃轉移溫度是利用DMA求出各膜的損失彈性模數與儲存模數，於其正切曲線圖中將反曲點測定為玻璃轉移溫度。
2)吸濕率
根據美國材料試驗協會(American Society for Testing Materials，ASTM)D570的方法將聚醯亞胺膜切割成尺寸為5cm×5cm的正方形來製備試片，將所切割的試片於50℃的烘箱內乾燥24小時以上後測定重量，將測定出重量的試片於23℃的水中浸漬24小時後再次測定重量，以%表示此處所獲得的重量之差而測定吸濕率。
3)介電常數及介電損失率的測定
將軟性金屬箔積層板靜置72小時而使用電阻計Agilent 4294A測定介電常數及介電損失率。
Figure 108112093-A0305-02-0026-9
Figure 108112093-A0305-02-0027-10
如表2所示，可確認到根據本發明的實施例製備的聚醯亞胺膜不僅吸濕率、介電常數及介電損失率明顯較低，而且玻璃轉移溫度亦為所期望的水準，上述聚醯亞胺膜如上所述般滿足下述條件。
(a)介電常數(Dk)為3.4以下；(b)介電損失率(Df)為0.005以下；(c)吸濕率為2.3重量%以下；(d)玻璃轉移溫度(Tg)為320℃以上。
可知此種結果是藉由組合產生脂肪族部分的特定二胺單體與分子量相對較低的PMDA而達成，各單體的含量發揮決定性作用。
相反地，可確認到二胺單體的含量脫離本發明的範圍的比較例1至比較例3的吸濕率、介電常數、介電損失率及玻璃轉移溫度中的至少一者大幅下降。
另外，確認到與實施例相比，具有與實施例不同的二胺單體的比較例4及比較例5的介電常數、介電損失率及吸濕率均具有明顯的差異。
特別是，比較例4及比較例5表現出明顯高於實施例的介電常數及介電損失率，可推測這些比較例難以使用於以千兆單位的高頻傳輸訊號的電子零件。
另外，比較例4及比較例5的玻璃轉移溫度遠遠大於本發明中所揭示的較佳的範圍，已說明此種情形會非常不利於聚醯 亞胺膜的加工。
另一方面，可確認到包括BPDA與PMDA作為二酐單體的比較例6、及僅包括BPDA作為二酐單體的比較例7的玻璃轉移溫度與實施例相比具有明顯的差異。
以上，參照本發明的實施例進行了說明，但於本發明所屬的技術領域內具有常識者可基於上述內容而於本發明的範疇內進行各種應用及變形。
Figure 108112093-A0305-02-0002-20

Claims (11)

  1. 一種聚醯亞胺膜，其是將來自包括以下述化學式(1)表示的第1二胺及以下述化學式(2)表示的第2二胺的二胺單體與均苯四甲酸二酐的聚合所獲得的聚醯胺酸醯亞胺化而製備，介電常數為3.4以下，介電損失率為0.005以下，玻璃轉移溫度為320℃以上：
    Figure 108112093-A0305-02-0029-18
    Figure 108112093-A0305-02-0029-19
     於所述化學式(1)中，R1及R2分別獨立地為C1-C6的烷基或C1-C6的烷氧基；於所述化學式(2)中，R3為-C(CH3)2-、-C(CF3)2-、-(CH2)n1-、或-O(CH2)n2O-，所述n1及n2分別獨立地為1至10的整數，其中，所述聚醯胺酸醯亞胺化而形成的聚醯亞胺聚合物鏈包括來自所述第1二胺的R1與R2及所述第2二胺的R3的脂肪族部分，所述脂肪族部分的分子量以一個所述聚醯亞胺聚合物鏈的整體分子量為基準而為5%至20%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的聚醯亞胺膜，其熱膨脹係數為10ppm/℃至25ppm/℃。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的聚醯亞胺膜，其中以所述二胺單體的整體莫耳數為基準而所述第1二胺為50莫耳%以上至80莫耳%以下，所述第2二胺為20莫耳%以上至50莫耳%以下。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的聚醯亞胺膜，其中所述R1 及R2分別為甲基，所述R3為-C(CF3)2-或-C(CH3)2-。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的聚醯亞胺膜，其中所述第1二胺為4,4'-二胺基-2,2'-二甲基聯苯(間聯甲苯胺)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的聚醯亞胺膜，其中所述第2二胺為2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基苯基)]六氟丙烷(HFBAPP)。
  7. 一種聚醯亞胺膜的製備方法，其是製備如申請專利範圍第1項所述的聚醯亞胺膜的方法，其包括：將所述二胺單體及所述二酐單體添加至有機極性溶劑的步驟；將所述二胺單體及所述二酐單體於所述有機極性溶劑中彼此聚合而獲得聚醯胺酸的步驟；及於將所述聚醯胺酸製膜至支持體上後，以200℃至450℃的溫度進行熱處理而獲得所述聚醯胺酸醯亞胺化而成的聚醯亞胺膜的步驟。
  8. 一種軟性金屬箔積層板，其包括如申請專利範圍第1項所述的聚醯亞胺膜及導電性金屬箔。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的軟性金屬箔積層板，其中於所述聚醯亞胺膜的一面層壓有金屬箔，或者於所述聚醯亞胺膜的一面附加有含有熱塑性聚醯亞胺的接著層，於所述金屬箔附著於接著層的狀態下層壓。
  10. 一種電子零件，其包括如申請專利範圍第9項所述的軟性金屬箔積層板作為電氣訊號傳輸電路。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電子零件，其中所述電氣訊號傳輸電路以至少2GHz的高頻傳輸訊號。
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