WO2006104228A1 - 芳香族ポリイミドフィルムおよびその製造方法 - Google Patents

芳香族ポリイミドフィルムおよびその製造方法 Download PDF

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cte
mol
aromatic polyimide
thermal expansion
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Toyoaki Ishiwata
Jyuhou Matsuo
Nobuaki Kido
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Teijin Limited
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    • H05K2201/06Thermal details
    • H05K2201/068Thermal details wherein the coefficient of thermal expansion is important

Definitions

  • the present invention relates to an aromatic polyimide film having a specific elastic modulus and thermal expansion coefficient and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to an aromatic polyimide film used as a support for an electric wiring board in which a metal foil or a metal thin film typified by copper foil is laminated, and a method for producing the same. Background art
  • Aromatic polyimide film has excellent heat resistance and mechanical properties, and is used as a substrate material for flexible printed circuit boards (FPC) for electronic devices such as cameras, personal computers, and liquid crystal displays. Widely used.
  • FPC flexible printed circuit boards
  • a method of laminating copper foil using an adhesive such as an epoxy resin is employed.
  • films with thinner thickness and superior dimensional stability are required.
  • it is required to be stable against temperature changes during solder reflow because it is used by being bonded to copper foil.
  • the difference in thermal expansion coefficient from copper has become a problem in reducing the warpage of the substrate during and after the process, and improvement of the aromatic polyimide structure is proposed. Has been. ,
  • an aromatic polyimide film for example, an in-plane anisotropy index is 20 or less, an average in-plane coefficient of thermal expansion (CTE) is at least 10% smaller than an unstretched film, isotropic and An aromatic polyimide film that has been biaxially oriented so that the plane orientation coefficient is 0.11 or more has been proposed (Patent Document 1).
  • Patent ⁇ tribute 1
  • the inventor examined the relationship between the draw ratio and the in-plane thermal expansion coefficient of the aromatic polyimide film. As a result, the inventors have found that an aromatic polyimide film having a low in-plane thermal expansion coefficient and excellent dimensional stability can be obtained by stretching a gel film at an unprecedented high magnification, thereby completing the present invention.
  • the present inventor also examined the stretchability of the gel film.
  • the imidization index of the gel film is set within a predetermined range, the stretch ratio in the running direction and the width direction can be freely set, and even if the elastic modulus is the same as that of the conventional aromatic polyimide film, it is in-plane.
  • the present invention has been completed by finding that a film having a low thermal expansion coefficient can be obtained. It was also found that even better results were obtained when the degree of swelling of the gel film was within a predetermined range.
  • the present invention provides the following formula (I)
  • CTE MD is the in-plane thermal expansion coefficient in the running direction (ppm 'K—
  • CTE TD is the in-plane thermal expansion coefficient in the width direction (p pm' K
  • M i MD is the elastic modulus (GP a) in the running direction
  • M i TD is an aromatic polyimide film satisfying the following, which represents the elastic modulus (GPa) in the width direction.
  • the present invention also provides an aromatic tetracarboxylic acid (component A) containing 70 mol% or more of pyromellitic anhydride and an aromatic diamine (component B) containing 70 mol% or more of 4,4′-diaminodiphenyl ether. Is reacted in an organic solvent in the range of 0.95 ⁇ A component / B component (molar ratio) ⁇ 1.05, and 70 mol of pyromellitic acid and 4,4,1-diaminodiphenyl ether-derived repeating units are added.
  • the aromatic polyimide film of the present invention has the following formula (I)
  • the aromatic polyimide can be produced by reacting an aromatic tetracarboxylic acid component mainly composed of pyromellitic acid and an aromatic diamine component mainly composed of 4,4′-diaminodiphenyl ether.
  • the repeating unit represented by the formula (I) is a repeating unit derived from pyromellitic acid and 4,4′-diaminodiphenyl ether.
  • the repeating unit other than formula (I) is 30 mol% or less, preferably 0 to 10 mol%, more preferably 0 to 5 mol%.
  • aromatic tetracarboxylic acid components constituting the repeating unit other than the formula (I) include 1, 2, 3, 4-benzenetetracarboxylic acid, 2, 3, 5, 6-pyridine carboxylic acid. 2, 3, 4, 5-thiophenetetracarboxylic acid, 2,
  • aromatic tetracarboxylic acid components 3, 3 ′, 4, 4′—benzophenone tetracarboxylic acid and 3, 3 ′, 4, 4′—biphenyl tetracarboxylic acid are preferable.
  • aromatic diamine components constituting the repeating unit other than formula (I) include, for example, 1,3-phenylene diamine, 1,4-diaminonaphthalene, 1,5-diaminonaphthalene, 1, 8 —Diaminonaphthalene, 2, 6-Diaminonaphthalene, 2, 7-Diaminonaphthalene, 2, 6-Diaminoanthracene, 2,7-Diaminoanthracene, 1,8-Diaminoanthracene, 2 , 4-Diaminotoluene, 2,5-Diamino (m-xylene), 2,5-Diaminopyridine, 2,6-Diaminopyridine, 3,5-Diaminopyridine, 2,4-Diaminotoluenebenzine, 3, 3'-diaminobiphenyl, 3, 3'-dichroic benzidine, 3, 3 'monodimethylpentidine, 3, 3'-dimethoxybenzidine, 2, 2',-diaminobenzophenone, 4,
  • Preferred other aromatic diamine components are 1,3_phenylenediamine, 3,4, diaminodiphenyl ether and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene.
  • 3,4′-diaminodiphenyl ether is particularly preferred for realizing low moisture absorption and low elasticity.
  • the film of the present invention satisfies the following formulas (1) and (2).
  • CTE MD is the in-plane thermal expansion coefficient in the running direction (ppm ⁇ K-
  • CTE TD is the in-plane thermal expansion coefficient in the width direction (ppm 'K- 1 )
  • M i MD is the elastic modulus in the running direction.
  • M i TD represents the elastic modulus (GP a) in the width direction.
  • Equations (1) and (2) indicate that the in-plane thermal expansion coefficient of the film is below a specific numerical range defined by the elastic modulus.
  • the film of the present invention is a film having a small in-plane thermal expansion coefficient even when the modulus of elasticity is comparable when compared with a conventional aromatic polyimide film.
  • the film of the present invention preferably satisfies the following formulas (la) and (2 a).
  • the film of the present invention more preferably satisfies the following formulas (l b) and (2 b).
  • the lower limit of CTE the lower one is preferable in order to match the thermal expansion coefficient with various metal materials and realize dimensional stability, but it is the extent shown by the following formulas (1 z) and (2 z) .
  • the elastic modulus M i (GP a) can be measured by a conventionally known film tensile test.
  • the in-plane thermal expansion coefficient (p pm 'K- ⁇ is measured by a conventionally known thermomechanical analysis.
  • the CTE MD and CTE TD of the film of the present invention are preferably about the same as the thermal expansion coefficient of copper (18 p pm ⁇ K- 1 ). That is, the CTE MD and CTE TD of the film of the present invention are both preferably 15 to 25 ppm ⁇ K—, more preferably 16 to 23 ppm ′ K 1 . By setting the range of 0 1 to 15 in this range, there is an advantage that warpage due to a difference in thermal expansion caused by heating is unlikely to occur when bonded to copper.
  • I CTE MD —CTE TD I is preferably 0 to 7 p pm ⁇ K 1 .
  • the M i MD and M i TD of the film of the present invention are preferably both 0.5-7 GPa, more preferably:! ⁇ 5GP a.
  • the relationship between the refractive index (n) and the in-plane thermal expansion coefficient (CTE) preferably satisfies the following formulas (3) and (4).
  • CTE MD is the in-plane thermal expansion coefficient in the running direction (ppm * ⁇ —
  • CTE TD is the width In-plane thermal expansion coefficient (ppm 'K-
  • n MD represents the refractive index in the running direction
  • n TD represents the refractive index in the width direction.
  • Refractive index n can be measured with a conventionally known Abbe refractometer.
  • the film of the present invention more preferably satisfies the following formulas (3 a) and (4 a).
  • both n MD and n TD are preferably 1.700 to 1.800, more preferably 1.720 to 1.780.
  • the film of the present invention has an arithmetic average of in-plane thermal expansion coefficient (CTE) in the running direction and the width direction, that is, (CTE MD + CTE TD ) 2 is preferably 5 to 25 ppm ⁇ K 1 , more preferably 8 ⁇ 23 p pm ⁇ K— More preferably, 12 to 22 ppm ⁇ K— 1 .
  • CTE MD + CTE TD in-plane thermal expansion coefficient
  • the film of the present invention has a plane orientation coefficient of preferably 0.125 to 0.15, more preferably 0.126 to 0.145, and still more preferably 0.1286 to 0.141.
  • the plane orientation coefficient can be obtained from the difference between the average refractive index in the running direction and the width direction of the film and the refractive index in the thickness direction.
  • the difference ( ⁇ ) between the maximum refractive index n Max and the minimum refractive index ⁇ Min in the film plane is preferably 0.05 or less.
  • Maximum refractive index (n Ma x) or minimum refractive index (n Mi n) is normally or running direction of the film corresponds to one of the vertical direction of that, the direction running showing maximum refractive index (n Max) Direction, the direction showing the minimum refractive index (n Min ) is the width direction. Further, if the width direction direction showing a maximum refractive index (n Max), the direction indicated minimum refractive index (n Mi n) is the running Direction. The smaller ⁇ is, the smaller the anisotropy is in the in-plane physical properties of the film.
  • the coefficient of thermal expansion of the film depends on the direction of the film. This is preferable in order to prevent differences in physical properties.
  • An is 0 when there is no anisotropy and is preferably smaller, preferably 0. 03 or less, more preferably 0.02 or less, and still more preferably 0.015 or less.
  • the average thickness of the film of the present invention is preferably 0.5 to 20 m, more preferably 1 to 15 m, still more preferably 1.5 to 12 / xm, and particularly preferably 2 to 8 ⁇ m.
  • the average thickness can be obtained from an average value obtained by cutting the film into 16 cm squares and measuring 9 points evenly.
  • the aromatic polyimide film of the present invention can be produced by steps (1) to (5).
  • Step (1) consists of aromatic tetracarboxylic acid (component A) containing 70 mol% or more of pyromellitic anhydride and aromatic diamine (component B) containing 70 mol% or more of 4,4'-diaminodiphenyl ether.
  • aromatic tetracarboxylic acid component A
  • aromatic diamine component B
  • the organic solvent in a molar ratio of 0.995 ⁇ (A) / (B) ⁇ 1.05, repeating units derived from pyromellitic acid and 4,4'-diaminodiphenyl ether Is a step of obtaining a polyamic acid dope containing 70 mol% or more.
  • the A component aromatic tetracarboxylic acid is as described in the section of the aromatic polyimide film.
  • Component A consists of pyromellitic anhydride alone or a combination of pyromellitic anhydride and other aromatic tetracarboxylic acids.
  • the content of pyromellitic anhydride in the component A is 70 mol% or more, preferably 80 to 100 mol%, more preferably 90 to: L00 mol%.
  • the aromatic diamine of component B is as described in the section of the aromatic polyimide film.
  • the component B consists of 4,4′-diaminodiphenyl ether alone or a combination of 4,4′-diaminodiphenyl ether and other aromatic diamines.
  • the 4,4′-diaminodiphenyl ether content in the component B is 70 mol% or more, preferably 80 to 100 mol%, more preferably 90 to 100 mol%.
  • the molar ratio of component A to component B satisfies 0.995 ⁇ A component ZB component ⁇ 1.05 It is necessary to When the value of component A / component B is less than 0.95 or higher than 1.05, the reactivity of the aromatic polyamic acid polymerization reaction becomes insufficient, and it is long to obtain an aromatic polyamic acid with sufficient viscosity. It may take time, or an aromatic polyamic acid composition solution with sufficient viscosity may not be obtained.
  • the value of component A and component ZB is preferably from 0.97 to L.03, more preferably from 0.99 to L01.
  • the organic solvent used in the reaction is aprotic such as N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as NMP), N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylimidazolidinone, etc.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • a polar solvent is preferred.
  • the order or method of addition of the A and B components there are no particular restrictions on the order or method of addition of the A and B components.
  • the component B is first dissolved in an organic solvent and then polymerized by adding the component A at a desired reaction temperature.
  • the component A may be added in a specified amount in one stage, or may be added in several divided portions. In particular, when it is difficult to control the reaction temperature by reaction heat, it is preferable to divide the reaction temperature into multiple times.
  • the polymerization temperature is preferably ⁇ 20 to 90 ° C., more preferably ⁇ 10 to 80 t: and further preferably 0 to 70 ° C.
  • the reaction time is approximately 1 to 10 hours, depending on the polymerization temperature.
  • the polyamic acid obtained in step (1) comprises 70 mol% or more, preferably 80 to 100 mol%, more preferably 90 to 100 mol% of a repeating unit derived from pyromellitic acid and 4,4′-diaminodiphenyl ether. Including.
  • the concentration of polyamic acid in the resulting dope is preferably 0.1 to 40% by weight, more preferably 0.5 to 30% by weight, and even more preferably 1 to 20% by weight. It is. If the polyamic acid concentration in the dope is too low, a dope with sufficient viscosity cannot be obtained for film formation. If it is too high, on the contrary, the viscosity becomes high and the film is inferior in film forming property. It is also possible to adjust the concentration of the dope that is finally obtained by diluting with organic agglomeration during and after polymerization or after completion of polymerization. Moreover, you may seal the terminal of the polyamic acid in the dope obtained.
  • an agent for example, as an end-capping agent
  • an acid anhydride component for example, anhydrous hydrofuric acid and its substituted product, hexahydrohydrofuranic anhydride and its substituted product, anhydrous
  • succinic acid, substituted products thereof, and amine components include aniline and substituted products thereof.
  • phthalic anhydride and its substitutes, and Z or aniline and its substitutes can be mentioned as particularly preferred examples.
  • the addition timing of the end-capping agent is not particularly limited, and it may be added at the time of charging the raw material, during the polymerization, or at the end of the polymerization in the polymerization step.
  • the addition amount may be an amount necessary for substantially stopping the polymerization and stabilizing the viscosity of the dope, and a suitable addition amount can be determined by a simple experiment.
  • the reduced viscosity of the polyamic acid obtained as described above is preferably 1.5 to 30 d 1 / g, more preferably 2 to 25 dl Z g, and still more preferably 2.5 to 20 d 1 Z. g.
  • the reduced viscosity is less than 1.5 d 1 Zg, the viscosity is insufficient and the moldability is poor.
  • it is higher than 30 d 1 / g the viscosity is too high and the moldability is poor.
  • a specific method for measuring the reduced viscosity will be described in detail in the description of Examples.
  • Step (2) is a step of casting the dope obtained in step (1) on a support to obtain a cast film.
  • the die can be cast on a support such as a casting drum, a metal belt, or a cast film such as polyester or polypropylene, using a die, an appliqué, or a coat.
  • Step (2) is preferably performed in a low-humidity atmosphere. It is preferably carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon or in dry air, and among these, dry air is most preferred from the viewpoint of industrial production costs. .
  • Step (2) consists of adding an imidizing agent to the dope (2-i), casting the dope on a support to obtain a cast film (2-ii), and heating the cast film to prepare It preferably consists of a gelling step (2_iii).
  • dehydrating agents include aliphatic acid anhydrides such as acetic anhydride It is done.
  • ring closure catalyst include organic amine compounds.
  • Organic amine compounds include tertiary aliphatic amines such as trimethylamine, triethylamine pyridine, triptylamamine, diisopropylethylamine, triethylenediamine, N, N-dimethylaniline, 1,8-bis.
  • Pyridine derivatives such as aromatic amines such as naphthalenes, pyridine and 4- (N, N-dimethyl) aminoviridine, picoline and its derivatives.
  • aromatic amines such as naphthalenes
  • pyridine and 4- (N, N-dimethyl) aminoviridine are preferable.
  • Pyridine and triethylenediamine are particularly preferred.
  • the addition amount of the dehydrating agent is 0.1 to 15 mol, preferably 0.5 to 10 mol, and more preferably 1 to 8 mol with respect to 1 mol of the aromatic tetracarboxylic acid as a raw material.
  • the addition amount of the ring-closing catalyst is 0.1 to 20 mol, preferably 0.5 to 15 mol, more preferably 1 to 10 mol, per 1 mol of the aromatic tetracarboxylic acid as a raw material.
  • step (2-i) and step (2-ii) It is preferable to maintain the temperature of the cast film at 0 ° C. or lower.
  • Step (2-i i) is the same as step (2) above.
  • Step (2-i i i) is a step in which the cast film is heated to imidize part of the polyamic acid.
  • the heating temperature may be a temperature at which the imidization reaction proceeds sufficiently.
  • the heating temperature is preferably 30 to 130 ° C, more preferably 40 to 120 ° C. If the heating temperature is too low, the imidization reaction does not proceed sufficiently, and if it is 1 30 or more, side reactions tend to occur.
  • the heating time is about 1 minute to 60 minutes.
  • Step (3) is the step of casting the film containing 20 to 70 ° C containing an imidizing agent. This is a step of immersing in a coagulating liquid and imidizing polyamic acid to obtain a gel film.
  • the imidizing agent As the imidizing agent, the same one as described in the above step (2-i) can be used. That is, the imidizing agent is preferably used in combination with a dehydrating agent and a ring closure catalyst.
  • the dehydrating agent include aliphatic acid anhydrides such as acetic anhydride.
  • the ring-closing catalyst include organic amine compounds such as pyridine and triethylenediamine.
  • the concentration of the dehydrating agent in the coagulation liquid is preferably 1 to 70 V o 1%, more preferably 5 to 50 vol. %, More preferably 10 to 40 V o 1%.
  • the concentration of the ring-closing catalyst is preferably 1 to 70 V o 1%, more preferably 5 to 50 V o 1%, still more preferably 10 to 40 vol%.
  • the concentration of the dehydrating agent in the coagulation liquid is preferably 1 to 70 V o 1%, more preferably 5 to 50 V o 1%, more preferably 10 to 40 V o 1%.
  • the concentration of the ring-closing catalyst is preferably 1 to 70 vol%, more preferably 5 to 50 V o 1%, more preferably 1
  • the total amount of the dehydrating agent used for imidation is preferably 1 to 30 mol, more preferably 1 to 10 mol, relative to 1 mol of the aromatic tetracarboxylic acid as a raw material. More preferably, it is 4-8 mol.
  • the amount of ring closure catalyst used is the same as the dehydrating agent. That is, the ring-closing catalyst is preferably 1 to 30 mol, more preferably 1 to 10 mol, and still more preferably 4 to 8 mol with respect to 1 mol of the starting aromatic tetracarboxylic acid.
  • the coagulation liquid can contain an organic solvent in addition to the ring closure catalyst and the dehydrating agent.
  • Organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, and dimethylimidazolidinone, non-reactive solvents such as xylene and toluene General.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • N N-dimethylacetamide
  • N-dimethylformamide N-dimethylformamide
  • dimethylimidazolidinone non-reactive solvents
  • non-reactive solvents such as xylene and toluene General.
  • the gel swelling ability is different to adjust the coagulation property, swelling degree and drying speed.
  • a solvent may be added. In this case, the amount added is approximately 30 V o 1%.
  • the additive solvent is limited to those that are non-reactive with the dehydrating agent and the ring closure catalyst.
  • the immersion method is not particularly limited, but it is preferable to immerse in a state where the coagulation liquid is circulated.
  • the immersion time is preferably 10 seconds or more, more preferably 1 minute or more, and further preferably 3 minutes or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is about 3 hours.
  • the coagulation liquid temperature is 20 to 70, preferably 30 to 60 ° C.
  • the gel film may be again immersed in an organic solvent solution containing an imidizing agent.
  • the gel film is preferably immersed in a state where it is peeled off from the support.
  • an organic solvent at the time of polymerization or a mixture of an organic solvent at the time of polymerization and another organic solvent is preferable.
  • examples of other organic solvents include hydrocarbon solvents such as toluene and xylene, and halogen solvents such as methylene chloride and dichloroethane.
  • Organic solvents used for cleaning include aprotic organic polar organic solvents such as NMP, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethylimidazolidinone, aromatic hydrocarbons such as toluene, isopropyl alcohol, etc. Aliphatic alcohols, benzyl alcohol, ester organic solvents, ketone organic solvents, and the like.
  • the gel film obtained using a dialkyl carpositimide there are many isoimide groups in the gel film, and in order to obtain a stretch orientation effect efficiently in step (4), it is preferable to wash with toluene or the like. . In addition, it is important to wash the gel film in order to remove the dialkylurea produced by imidization.
  • the gel film in the case of a gel film obtained using an aliphatic acid anhydride and an organic amine, the gel film has a relatively large number of imide groups. Is preferred.
  • the gel film may be washed while the gel film remains on the support, but may be separated from the support, or may be after stretching. In addition, cleaning may be performed several times at each time.
  • the gel film obtained in step (3) is a homogeneous and highly swollen film excellent in stretchability, and can be highly oriented by stretching in step (4).
  • the imidization index represented by the following formula (ii) of the obtained gel film is preferably 0.6 to 1.2, more preferably 0.7 to 1.2. Imidize.
  • Imidized index Ab (1379) ZAb (15 . 2) (ii) where, Ab (1379), the absorption intensity of the infrared spectrometer 1379 cm- 1 imido bond derived peak was measured using a gel film, Ab (1502) is the absorption intensity of the peak derived from the benzene ring at 1502 cm- 1 .
  • the gel film may be immersed again in a coagulation liquid containing a ring closure catalyst and a dehydrating agent as described above.
  • the degree of swelling of the gel film subjected to biaxial stretching is preferably 200 to 1,000,000%, more preferably 250 to 9,000%, and even more preferably 300 to 8,00%. If the degree of swelling is low, sufficient stretchability may not be obtained. On the other hand, if the degree of swelling is too high, sufficient self-supporting property may not be obtained, and it may be difficult to use in the stretching process.
  • the production method of the present invention by setting the imidization index of the gel film to a predetermined value, in the next step (4), the degree of freedom in selecting the stretching magnification in the running direction and the width direction is improved. As a result, a highly oriented film with a low in-plane thermal expansion coefficient can be obtained.
  • the swelling degree of the gel film is set to a predetermined value, so that in the next step (4), the stretching can be smoothly performed.
  • a film having a low in-plane thermal expansion coefficient can be obtained.
  • Step (4) is a step for obtaining a biaxially stretched gel film by stretching the gel film by 1 to 4 times or more in the running direction and the width direction, respectively.
  • the running direction (MD) is the winding direction when the film is stretched and is also called the machine direction.
  • the width direction (TD) is the direction perpendicular to the direction of travel and is also called the transverse direction.
  • the draw ratio in the running direction and the width direction is 1.4 times or more, preferably 1.6 times or more, more preferably 1.9 times or more, and further preferably 2.5 times or more.
  • the stretch ratio in the running direction and the width direction may be the same or different. By stretching by 1.4 times or more, an aromatic polyimide film satisfying the relationship represented by the formulas (1) and (2) can be produced. A higher draw ratio is preferable for obtaining an aromatic polyimide film satisfying the formulas (1) and (2).
  • the upper limit of the draw ratio is preferably 10 times, more preferably 7 times, still more preferably 5 times, and particularly preferably 3 times.
  • the stretching temperature is not particularly limited, but is preferably 10 to 100 ° C, more preferably 1 to 90, more preferably 0 to 80. Stretching may be performed using any of the sequential stretching method and the simultaneous biaxial stretching method, and may be performed in any atmosphere of a solvent, air, or an inert atmosphere. Particularly preferably, it can be mentioned as a preferable example performed in air.
  • Step (5) is a step of drying and heat-treating the biaxially stretched gel film. Drying can be performed by flowing dry air over the film surface with a hot air dryer or the like. The temperature of the dry air is preferably 25 ° C. to 2700 ° C. at which the organic solvent evaporates.
  • the heat treatment can be performed by hot air heating, vacuum heating, infrared heating, microwave heating, heating by contact using a hot plate or a hot roll. In this case, imidization can be advanced by raising the temperature stepwise.
  • the heat treatment is preferably performed on a biaxially stretched gel film under constant length or tension.
  • the heat treatment temperature is preferably 2500 to 5500 ° (:, more preferably 30000 to 500 ° C, and further preferably 3300 to 4800 ° C. Gradually in multiple stages.
  • the aromatic polyimide film can be obtained while suppressing the relaxation of orientation by heat treatment, and the imidation rate is insufficient with heat treatment below 25 Q ° C. Thus, the film is inferior in thermal stability, particularly in dimensional stability. 5 Aromatic polyimide may undergo thermal degradation when processed at temperatures higher than 50 ° C.
  • various additives can be blended as required within a range that does not impair the physical properties of the film.
  • additives include glass fiber, metal fiber, aramid fiber, ceramic fiber, titanic acid power whisker, titanate barium whisker, carbon fiber, fibrous reinforcement such as carbon nanotubes, talc, calcium carbonate, my strength, clay, Titanium oxide, aluminum oxide, glass fine particles, glass flakes, milled fibers, metal flakes, fillers such as metal powders, thermal stabilizers or oxidation stabilizers typified by phosphates and phosphites, light Stabilizers, UV absorbers, lubricants, pigments, flame retardants, plasticizers, crystal nucleating agents, and the like.
  • the addition amount is not particularly limited, but a range that does not deteriorate the physical properties, for example, 20% by weight or less, is preferable.
  • conventionally known surface modification treatment such as sand blast treatment, plasma treatment, corona treatment, silane coupling material treatment, etc. has been performed as necessary. It doesn't matter.
  • the reduced viscosity of polyamic acid was calculated from the results of measurement at a temperature of 0 ° C. with a polyamic acid concentration of 0.05 gZdL using a 1% by weight lithium chloride ZNP solution as a solution.
  • the degree of swelling was calculated from the weight (Ww) in the swollen state and the weight (Wd) in the dry state according to the following formula (i).
  • the imidation index was determined by measuring the film by multiple reflection method using a Fourier transform infrared spectrometer (Nicolet Magna 750), and the absorption intensity (Ab (1379) ) of the peak derived from the imide bond at 1379 cm- 1 (Ab (1379) ) and 1502 cm — It was calculated from the absorption intensity (Ab (1502) ) of the benzene ring-derived peak of 1 by the following formula (ii).
  • the in-plane coefficient of thermal expansion (CTE) is 13 mm (L.) x 4 mm, and the TA instrument TMA2940 Thermomechanical Analyzer is used in the range of 50 to 250 ° C at a heating rate of 10 ° C / min.
  • the sample length was measured between 100 ° C and 200 ° C by raising and lowering the temperature, and calculated from the following formula (iii).
  • the average CTE was calculated from the average value of CT E (p pm-K- 1 ) in the MD and TD directions expressed by the following equation (iv).
  • the refractive index was measured with an ATAGO multiwavelength Abbe refractometer at a wavelength of 589 nm.
  • the plane orientation coefficient of the aromatic polyimide film was calculated by the following formula (V).
  • the film was cut into 16 cm squares, and the average value was obtained by measuring 9 locations evenly.
  • the measuring instrument used was L I TEMAT I C VL-50 (manufactured by Mitutoyo Corporation). ,
  • the obtained film was cast onto a PET film as a support to a thickness of 500 using a doctor blade to obtain a cast film.
  • the cast film was imidized together with PET film by immersion in a 30 ° C dehydration coagulation bath consisting of 1,050 ml of acetic anhydride, 450 ml of pyridine and DMAc 1, 50 Om 1 for 8 minutes. Thereafter, the film was peeled off from the PET film, and immersed in DMAc at room temperature for 20 minutes for washing to obtain a gel film.
  • the resulting gel film had an imidized index of 0.8 and a degree of swelling of 350%.
  • both ends of the gel film were grasped and simultaneously biaxially stretched at a speed of 2.48 times and 1 OmmZ seconds in the running direction (MD) and width direction (TD), respectively, at room temperature.
  • the stretched gel film was fixed to a frame, and dried by flowing hot air at 260 ° C for 20 minutes in a hot air dryer. Then, the temperature was raised in a multistage manner from 300 to 450 ° C. over 10 minutes using a hot air circulating oven to obtain a film.
  • the elastic modulus (M i), tensile strength, elongation at break, in-plane thermal expansion coefficient (CTE), average surface thermal expansion coefficient (average CTE), plane orientation coefficient, refractive index (n) of the obtained film are shown. Shown in 1. Average CTE is 19.4 p pm. K— 1 and the relationship between elastic modulus M i (GP a) and CTE (p pm-K " 1 ) is expressed by the following equations (1) and (2)
  • the dope contained polyamic acid as a solute and DM Ac as an organic solvent, and the concentration of the polyamic acid was 18% by weight.
  • the polyamic acid was composed of repeating units derived from 4,4'-diphenyldiamino ether and pyromellitic acid.
  • a pyridine-added dope is fed through a pipe cooled to a temperature of 10 ° C at a temperature of 23.3 t m 1 Z with a gear pump, and installed in the middle of the pipe between the reaction vessel and the T-die.
  • the reaction vessel side of the 48-stage ⁇ 6.5 mixer mixer was set to 0 stages and the T-die side was set to 48 stages.
  • a dope at a temperature of 1 o ° c via a static mixer was cast on a PET film from a T-die with a lip opening of 400 im and a width of 32 Omm in a casting bath in a nitrogen atmosphere at 50 ° C. To obtain a gel film preliminarily formed by heating.
  • the gel film was introduced into the dehydration coagulation bath together with the PET film in 0.2 minutes for imidization.
  • the coagulation solution was prepared by mixing 1,050 m of acetic anhydride, 450 ml of pyridine, and 1,500 ml of DMAc. The temperature of the coagulation liquid was set to 60 ° C.
  • the imidized gel film was dried with dry nitrogen having a moisture concentration of 40 ppm for 10 minutes. Dry nitrogen was allowed to flow in parallel to the gel film surface from the blow port located 7.5 cm away from the gel film surface toward the exhaust port on the opposite side of the blow port. Dry nitrogen was flowed at an average flow rate of 20 cmZ and the product of average flow rate and blowing distance was 150 cm 2 Zsec. Thereafter, the gel film was washed with a DMAc solution. The imidation index of the gel film was 0.82, and the degree of swelling was 268%.
  • both ends of the gel film were fixed to a chuck and simultaneously biaxially stretched at a speed of 1 Omm / sec, 1.8 times in the running direction and 2.2 times in the width direction.
  • the stretched gel film was fixed to a frame, and dried by flowing hot air at 260 ° C for 20 minutes in a hot air dryer. Next, the temperature was increased in a multistage manner from 300 to 450 ° C. using a forced air circulation oven over 10 minutes to obtain a film.
  • Table 1 shows the elastic modulus (M i), tensile strength, elongation at break, in-plane thermal expansion coefficient (CTE), average in-plane thermal expansion coefficient (average CTE plane orientation coefficient, refractive index (n) of the obtained film. Shown in
  • the average CTE is 20.3 ppm 'K— 1 and is the CTE in both the running direction and the width direction.
  • M i and n are the following formulas (1) to (4)
  • a film was obtained in the same manner as in Example 2 except that the draw ratio was 2.0 times in the running direction and 2.4 times in the width direction.
  • the gel film before stretching had an imidization index of 0.82, and a swelling degree of 268%.
  • the elastic modulus (M i), tensile strength, elongation at break, in-plane thermal expansion coefficient (CTE), average in-plane thermal expansion coefficient (average CTE), plane orientation coefficient, and refractive index (n) of the obtained film are shown. Shown in 1.
  • the average CTE was 20. ⁇ ⁇ ' ⁇ 1 , and it was confirmed that CTE, M i, and n satisfy the equations (1) to (4) in both the running direction and width direction.
  • the PET film conveyance speed was 0.3 m
  • the gelation time was 6.7 minutes (the gel film had an imidization index of 0.71 and a swelling degree of 271%), and the draw ratio was run.
  • a film was obtained in the same manner as in Example 2 except that the direction was 1.7 times and the width direction was 2.1 times.
  • the elastic modulus (M i) tensile strength, elongation at break, in-plane thermal expansion coefficient (CTE), average in-plane thermal expansion coefficient (average CTE), surface orientation coefficient, refractive index (n) of the obtained film Table 1 shows.
  • the average CTE was 13.3 ppm * K 1, and it was confirmed that CTE, Mi, and n satisfy the equations (1) to (4) in both the running direction and width direction.
  • a film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the draw ratio was 1.39 times in the running direction and 1.61 times in the width direction.
  • the gel film before stretching had an imidization index of 0.82 and a swelling degree of 268%.
  • the resulting film's inertia (M i), tensile strength, elongation at break, in-plane thermal expansion coefficient Table 1 shows (CTE), average in-plane thermal expansion coefficient (average CTE), plane orientation coefficient, and refractive index (n).
  • the average CTE was 3 1 p pm ⁇ K– 1 , and CT E, M i and n did not satisfy Eqs. (1) to (4) in both the running and width directions.
  • the film of the present invention is excellent in flexibility, has a small in-plane thermal expansion coefficient, and is excellent in dimensional stability.
  • the film of the present invention is excellent in stability against temperature change.
  • the film of the present invention has a thermal expansion coefficient comparable to that of copper, and has an advantage that warpage due to temperature change is unlikely to occur even when used in combination with copper foil.
  • the film of the present invention is a support for an electrical wiring board in which a copper foil is laminated, for example, a flexible It can be used as a sibling circuit board, TAB (tape automated bonding) tape support, LOC (lead-on-chip) tape support.

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Description

明 細 書 芳香族ポリイミドフィルムおよびその製造方法 技術分野
本発明は、 特定の弾性率および熱膨張係数を有する芳香族ポリイミドフィルム およびその製造方法に関する。 より詳しくは、 銅箔を代表とする金属箔または金 属薄膜が積層された電気配線板の支持体として使用される芳香族ポリイミドフィ ルムおよびその製造方法に関する。 背景技術
芳香族ポリイミドフィルムは、 耐熱性、 機械物性に優れ、 カメラ、 パソコン、 液晶ディスプレイなどの電子機器のフレキシブルプリント板 (F P C ) ゃテ— プ*オートメイティッド ·ボンディング (TA B) などの基板材料として広く使 用されている。 芳香族ポリイミドフィルムを基板材料として使用するためには、 エポキシ樹脂などの接着剤を用いて銅箔を張り合わせる方法が採用されている。 近年電子機器の小型、 高密度化への強い要請から、 より厚さが薄く、 寸法安定 性の優れたフィルムが要求されている。 特にフレキシブルプリン卜基板を作成す る場合には、 銅箔と貼り合わせて使用するために、 半田リフロー時の温度変化に 対する安定性が要求されている。 特に、 基材を薄厚化させる場合には、 工程中や 製造後の基板の反りを低減する上で、 銅との熱膨張係数の乖離が問題にされ、 芳 香族ポリイミド構造についての改善が提案されている。 ,
このような芳香族ポリイミドフィルムとしては、 例えば面内異方性指数が 2 0 以下であり、 平均面内熱膨張係数 (C T E) が未延伸フィルムよりも少なくとも 1 0 %小さい、 等方性でかつ面配向係数が 0 . 1 1以上になるように二軸配向さ れた芳香族ポリイミドフィルムが提案されている (特許文献 1 )。
(特許^:献 1 ) 特開平 5— 2 3 7 9 2 8号公報 発明の開示
本発明の目的は、 銅と貼り合わせて使用する場合、 温度変化による熱膨張が生 じても反りが発生し難い、 芳香族ポリイミドフィルムおよびその製造方法を提供 することにある。 また本発明の他の目的は、 面内熱膨張係数が小さいにもかかわ らず、 柔軟性に富んだ芳香族ポリイミドフィルムおよびその製造方法を提供する ことにある。
本発明者は、 芳香族ポリイミドフィルムにおける延伸倍率と面内熱膨張係数と の関係について検討した。 その結果、 ゲルフィルムを従来にない高倍率で延伸す ることにより、 面内熱膨張係数が小さく、 寸法安定性に優れた芳香族ポリイミド フィルムが得られることを見出し本発明を完成した。
また本発明者は、 ゲルフィルムの延伸性について検討した。 特に、 延伸するゲ ルフィルムのイミド化インデックスおよび膨潤度に着目して検討した。 その結果、 ゲルフィルムのイミド化インデックスを所定の範囲にすると、 走行方向および幅 方向の延伸倍率を自由に設定することができ、 従来の芳香族ポリイミドフィルム に比べ、 弾性率が同程度でも面内熱膨張係数が小さいフィルムが得られることを 見出し本発明を完成した。 また、 ゲルフィルムの膨潤度を所定の範囲にするとさ らに良好な結果が得られることを見出した。
本発明は、 下記式 (I)
Figure imgf000004_0001
で表される繰り返し単位を 70モル%以上含む芳香族ポリイミドからなり, 下記 式 (1) および (2)
CTEMD≤ - 1 1 XM i MD+ 70 (1)
CTETD≤ - 1 1 XM i TD+70 (2)
但し、 CTEMDは走行方向の面内熱膨張係数 (ppm ' K— 、 , CTETDは幅方向の面内熱膨張係数 (p pm' K リ、
M i MDは走行方向の弾性率 (GP a)、 M iTDは、 幅方向の弾性率 (GPa) を表す、 を満足する芳香族ポリイミドフィルムである。
また本発明は、 ピロメリット酸無水物を 70モル%以上含む芳香族テトラカル ボン酸 (A成分) と 4, 4' —ジアミノジフエニルエーテルを 70モル%以上含 む芳香族ジァミン (B成分) とを、 有機溶剤中で、 0. 95≤A成分/ B成分 (モル比) ≤1. 05の範囲で反応せしめて、 ピロメリット酸および 4, 4, 一 ジァミノジフエ二ルエーテル由来の繰り返し単位を 70モル%以上含むポリアミ ック酸のドープを得るステップ (1)、
ドープを支持体上に流延し、 キャストフィルムを得るステップ (2)
キャストフィルムを、 イミド化剤を含有する 20〜 70°Cの凝固液中に浸漬し、 ポリアミック酸をイミド化しゲルフィルムを得るステップ (3)、
ゲルフィルムを走行方向および幅方向にそれぞれ 1. 4倍以上延伸し二軸延伸 ゲルフィルムを得るステップ (4)、 および
二軸延伸ゲルフィルムを乾燥し、 熱処理するステップ (5)、
からなる上記芳香族ポリイミドフィルムの製造方法である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明について詳細を説明する。
<芳香族ポリイミドフィルム〉
本発明の芳香族ポリイミドフィルムは下記式 (I)
Figure imgf000005_0001
で表される繰り返し単位を、 70モル%以上、 好ましくは 90〜100モル%、 より好ましくは 95〜100モル%含む芳香族ポリイミドからなる。 式 (I) の 繰り返し単位が 70モル%以上であることが吸湿性、 柔軟性、 また式 (1) およ び (2) で;示される弾性率と面内熱膨張係数の関係を満たす上で好ましい。 上記 式 (I) で表される繰り返し単位が占める割合が高いほど式 (1) および (2) を満たす上で好ましい。
芳香族ポリイミドは、 主としてピロメリット酸からなる芳香族テトラカルボン 酸成分と、 主として 4, 4' —ジアミノジフエニルエーテルからなる芳香族ジァ ミン成分とを反応させることにより製造することができる。 式 (I) で表される 繰り返し単位は、 ピロメリット酸および 4, 4' —ジアミノジフエニルエーテル 由来の繰り返し単位である。 式 (I) 以外の繰り返し単位は、 30モル%以下、 好ましくは 0〜10モル%、 より好ましくは 0〜5モル%である。
式 (I) 以外の繰り返し単位を構成する他の芳香族テトラカルボン酸成分とし ては、 例えば 1, 2, 3, 4—ベンゼンテトラカルボン酸、 2, 3, 5, 6—ピ リジンテトラカルボン酸、 2, 3, 4, 5—チォフエンテトラカルボン酸、 2,
2 ' , 3, 3, 一ベンゾフエノンテトラカルボン酸、 2, 3, , 3, 4, 一ベン ゾフエノンテトラカルボン酸、 3, 3, , 4, 4, 一ベンゾフエノンテトラカル ボン酸、 3; 3' , 4, 4' —ビフエニルテトラカルボン酸、 2, 2' , 3,
3 ' ービフエニルテトラカルボン酸、 2, 3, 3, , 4' —ビフエニルテトラ力 ルボン酸、 3, 3' , 4, 4, —p—テルフエニルテトラカルボン酸、 2, 2' ,
3, 3 ' 一 p—テルフエニルテトラカルボン酸、 2, 3, 3' , 4' _p—テル フエニルテトラカルボン酸、 1, 2, 4, 5—ナフ夕レンテトラカルボン酸、 1, 2, 5, 6 _ナフタレンテトラカルボン酸、 1, 2, 6, 7—ナフ夕レンテトラ カルボン酸、 1, 4, 5, 8—ナフタレンテトラカルボン酸、 2, 3, 6, 7—
1, 2, 5, 6—アントラセンテトラカルボン酸、 1, 2, 6, 7—フエナンス レンテトラカルボン酸、 1, 2, 7, 8_フエナンスレンテトラカルボン酸、 1,
2, 9, 10—フエナンスレンテトラカルボン酸、 3, 4, 9, 10—ペリレン テトラカルボン酸、 2, 6—ジクロロナフタレン一 1, 4, 5, 8—テトラカル ボン酸、 2, 7—ジクロロナフ夕レン一 1, 4, 5, 8—テトラカルボン酸、 2,
3, 6, 7—テトラクロロナフタレン一 1, 4, 5, 8—テトラカルボン酸、 1, 4, 5, 8,一テトラクロロナフタレン一 2, 3, 6, 7—テトラカルボン酸、 ビ ス (2, 3—ジカルボキシフエニル) エーテル、 ビス (3, 4—ジカルボキシフ ェニル) エーテル、 ビス (2, 3—ジカルボキシフエニル) メタン、 ビス (3, 4—ジカルボキシフエニル) メタン、 ビス (2, 3—ジカルポキシフエニル) ス ルホン、 ビス (3, 4—ジカルボキシフエニル) スルホン、 1, 1—ビス (2, 3—ジカルボキシフエニル) ェタン、 1, 1—ビス (3, 4—ジカルボキシフエ ニル) ェタン、 2, 2—ビス (2, 3—ジカルボキシフエニル) プロパン、 2, 2—ビス (3, 4—ジカルボキシフエニル) プロパン、 2, 6—ビス (3, 4— ジカルボキシフエノキシ) ピリジン、 1, 1, 1, 3, 3, 3 _へキサフルォロ —2, 2—ビス (3, 4—ジカルボキシフエニル) プロパン、 ビス (3, 4—ジ カルボキシフエニル) ジメチルシラン等が挙げられる。 また、 これらの芳香族テ トラカルボン酸成分は二種以上を同時に併用することもできる。
なかでも他の芳香族テトラカルボン酸成分として、 3, 3', 4, 4' —ベン ゾフエノンテトラカルボン酸、 3, 3 ', 4, 4' —ビフエニルテトラカルボン 酸が好ましい。
式 (I) 以外の繰り返し単位を構成する他の芳香族ジァミン成分としては、 例 えば 1, 3—フエ二レンジァミン、 1, 4—ジァミノナフ夕レン、 1, 5—ジァ ミノナフタレン、 1, 8—ジァミノナフ夕レン、 2, 6—ジァミノナフタレン、 2, 7—ジァミノナフタレン、 2, 6—ジァミノアントラセン、 2, 7—ジアミ ノアントラセン、 1, 8—ジァミノアントラセン、 2, 4—ジァミノトルエン、 2, 5—ジァミノ (m—キシレン)、 2, 5—ジァミノピリジン、 2, 6—ジァ ミノピリジン、 3, 5—ジァミノピリジン、 2, 4—ジァミノトルエンベンジジ ン、 3, 3 ' ージアミノビフエニル、 3, 3 ' —ジクロ口べンジジン、 3, 3 ' 一ジメチルペンジジン、 3, 3 ' —ジメトキシベンジジン、 2, 2',—ジァミノ ベンゾフエノン、 4, 4' —ジァミノべンゾフエノン、 3, 3' —ジアミノジフ ェニルエーテル、 3, 4' —ジアミノジフエ二ルェ一テル、 3, 3' ージァミノ ジフエニルメタン、 4, 4' —ジアミノジフエニルメタン、 4, 4' —ジァミノ ジフエニルメタン、 3, 4' ージアミノジフエニルスルホン、 4, 4' —ジアミ ノジフエ ^ルスルホン、 3, 3 ' ージアミノジフエニルスルフイ ド、 3, 4' - ジアミノジフエニルスルフイ ド、 4, 4' —ジアミノジフエニルスルフイ ド、 4, 4 ' —ジアミノジフエ二ルチオエーテル、 4, 4' —ジァミノ一 3, 3', 5,
5 ' ーテトラメチルジフエニルエーテル、 4, 4 ' ージアミノー 3, 3', 5, 5 ' ーテトラエチルジフエニルエーテル、 4, 4 ' —ジァミノ— 3, 3,, 5, 5 ' —テトラメチルジフエニルメタン、 1, 3—ビス (3—アミノフエノキシ) ベンゼン、 1, 3—ビス (4一アミノフエノキシ) ベンゼン、 1, 4一ビス (3 一アミノフエノキシ) ベンゼン、 1, 4一ビス (4一アミノフエノキシ) ベンゼ ン、 2, 6—ビス (3—アミノフエノキシ) ピリジン、 1, 4—ビス (3—アミ ノフエニルスルホニル) ベンゼン、 1, 4一ビス (4—ァミノフエニルスルホニ ル) ベンゼン、 1, 4—ビス (3—ァミノフエ二ルチオエーテル) ベンゼン、 1: 4—ビス (4ーァミノフエ二ルチオエーテル) ベンゼン、 4, 4' 一ビス (3— アミノフエノキシ) ジフエニルスルホン、 4, 4' ビス (4ーァミノフエノキ シ) ジフエニルスルホン、 ビス (4—ァミノフエ二ル) ァミン、 ビス (4—アミ ノフエニル) ' 一N—メチルァミン、 ビス (4—ァミノフエニル) 一 N—フエニル ァミン、 ビス (4—ァミノフエニル) ホスフィンォキシド、 1, 1一ビス (3— ァミノフエ二ル) ェタン、 1, 1_ビス (4—ァミノフエニル) ェタン、 2, 2 —ビス (3—ァミノフエニル) プロパン、 2, 2—ビス (4—ァミノフエ二ル) プロパン、 2, 2—ビス (4—アミノー 3, 5—ジメチルフエニル) プロパン、 4, 4' 一ビス (4一アミノフエノキシ) ビフエニル、 ビス [4一 (3—ァミノ フエノキシ) フエニル] スルホン、 ビス [4— (4一アミノフエノキシ) フエ二 ル] スルホン、 ビス [4一 (4—アミノフエノキシ) フエニル] エーテル、 ビス [4一 (4—アミノフエノキシ) フエニル] メタン、 ビス [3—メチルー 4— (4一アミノフエノキシ) フエニル] メタン、 ビス [3—クロ口一 4— (4ーァ ミノフエノキシ) フエニル] メタン、 ビス [3, 5—ジメチルー 4一 (4—アミ ノフエノキシ) フエニル] メタン、 1, 1一ビス [4一 (4ーァミノフエノキ シ) フエニル] ェタン、 1, 1—ビス [3—メチルー 4一 (4—アミノフエノキ シ) フエニル] ェタン、 1, 1—ビス [3—クロ口一 4一 (4—アミノフエノキ シ) フエ: レ] ェタン、 1, 1—ビス [3, 5—ジメチル一 4一 (4一アミノフ エノキシ) フエニル] ェタン、 2, 2—ビス [4— (4—アミノフエノキシ) フ ェニル] プロパン、 2, 2—ビス [3—メチルー 4一 (4一アミノフエノキシ) フエニル] プロパン、 2, 2—ビス [3—クロロー 4— (4ーァミノフエノキ シ) フエニル] プロパン、 2, 2—ビス [3, 5—ジメチル _4一 (4ーァミノ フエノキシ) フエニル] プロパン、 2, 2—ビス [4— (4ーァミノフエノキ シ) フエニル] ブタン、 2, 2—ビス [3—メチルー 4— (4ーァミノフエノキ シ) フエニル] ブタン、 2, 2—ビス [3, 5—ジメチル一 4一 (4一アミノフ エノキシ) フエニル] ブタン、 2, 2—ビス [3, 5—ジブ口モー 4一 (4—ァ ミノフエノキシ) フエニル] ブタン、 1, 1, 1, 3, 3, 3—へキサフルォロ -2, 2—ビス (4ーァミノフエニル) プロパン、 1, 1, 1, 3, 3, 3—へ キサフルオロー 2, 2_ビス [3—メチルー 4一 (4—アミノフエノキシ) フエ ニル] プロパン等およびそれらのハロゲン原子あるいはアルキル基による芳香核 置換体が挙げられる。 上記の芳香族ジァミン成分は二種以上を同時に併用するこ ともできる。'
好ましい他の芳香族ジァミン成分としては、 1, 3 _フエ二レンジァミン、 3, 4, ージアミノジフエ二ルェ一テルおよび 1, 3—ビス (3—アミノフエノキ シ) ベンゼンが好ましい。 これらの中でも、 低吸湿で、 低弾性を実現する上で、 3, 4' —ジアミノジフエ二ルエーテルが特に好ましい。
本発明のフィルムは、 下記式 (1) および (2) を満足する。
CTEMD≤ - 1 1 XM i MD+ 70 (1)
CTETD≤ - 1 1 XM i TD+ 70 (2)
但し、 CTEMDは走行方向の面内熱膨張係数 (ppm · K— 、 CTETDは幅方 向の面内熱膨張係数 (ppm ' K— 1) M i MDは走行方向の弾性率 .(GP a)、 M iTDは幅方向の弾性率 (GP a) を表す。
式 (1) および (2) は、 フィルムの面内熱膨張係数が、 弾性率で規定される 特定の数値範囲以下であることを示している。 本発明のフィルムは、 従来の芳香 族ポリイミドフィルムと比較した場合に、 弾性率が同程度でも、 面内熱膨張係数 が小さいフ,イルムである。 ,
本発明のフィルムは、 好ましくは、 下記式 (l a) および (2 a) を満足する。 CTEMD≤ - 11 M i MD+ 67 (l a)
CTETD≤ - 11 XM i TD+ 67 (2 a)
本発明のフィルムは、 より好ましくは、 下記式 (l b) および (2 b) を満足 する。
CTEMD≤ - 11 XM iMD+65 (l b)
CTETD≤ - 11 XM i TD+ 65 (2 b)
CTEの下限としては、 低い方がさまざまな金属材料と熱膨張率を一致させ、 寸法安定性を実現する上で好ましいが、 下記式 (1 z) および (2 z) で示され る程度である。
CTEMD≥ - 1 1 M i MD+45 (1 z)
CTETD≥ - 11 XM i TD+45 (2 z)
弾性率 M i (GP a) は、 従来公知のフィルムの引っ張り試験により測定でき る。 面内熱膨張係数 (p pm ' K— υ は、 従来公知の熱機械分析により測定で さる。
本発明のフィルムの CTEMDおよび CTETDは、 共に、 銅の熱膨張係数 (1 8 p pm · K-1) と同程度であることが好ましい。 即ち、 本発明のフィルムの CTEMDおよび CTETDは、 共に好ましくは 15〜25 p pm · K— より好 ましくは 16〜23 ppm' K 1である。 〇丁£1^ぉょび〇丁£丁15をこの範囲 にすることにより、 銅と貼り合わせて用いる場合、 加熱により生じる熱膨張差で の反りが発生し難いという利点がある。
本発明のフィルムは、 I CTEMD— CTETD Iが 0〜7 p pm · K 1である ことが好ましい。 本発明のフィルムの M i MDおよび M i TDは、 共に好ましく は 0. 5〜7GP a、 より好ましくは:!〜 5GP aである。
本発明のフィルムは、 屈折率 (n) と面内熱膨張係数 (CTE) の関係が下記 式 (3) および (4) を満足することが好ましい。
CTEMD≤ - 330 X nMD+ 605 (3)
CTETD≤ - 330 XnTD+ 605 (4) ,
但し、 CTEMDは走行方向の面内熱膨張係数 (ppm* Κ— 、 CTETDは幅方 向の面内熱膨張係数 (ppm' K— 、 nMDは走行方向の屈折率、 nTDは幅方向 の屈折率を表す。 屈折率 nは従来公知のアッベの屈折率計により測定できる。 式
(3) および (4) は得られた芳香族ポリイミドフィルムの面内熱膨張係数が、 屈折率で規定される特定の値であることを示す。
本発明のフィルムは、 より好ましくは下記式 (3 a) および (4 a) を満足す る。
CTEMD≤ - 330 XnMD+ 590 (3 a)
CTETD≤ - 330XnTD+ 590 (4 a)
本発明のフィルムは、 nMDおよび nTDは、 共に、 好ましくは 1. 700〜1. 800、 より好ましくは 1. 720〜1. 780である。
本発明のフィルムは、 走行方向と幅方向における面内熱膨張係数 (CTE) の 算術平均、 即ち、 (CTEMD+CTETD) 2が好ましくは 5〜25 ppm · K 一1、 より好ましくは 8〜23 p pm · K— さらに好ましくは 12〜 22 p p m · K— 1である。
本発明のフィルムは、 面配向係数が、 好ましくは 0. 125〜0. 15、 より 好ましくは 0. 126〜0. 145、 さらに好ましくは 0. 1286〜0. 14 1である。 面配向係数は、 フィルムにおける走行方向と幅方向の屈折率の平均と 厚さ方向の屈折率との差より求めることができる。
また、 本発明のフィルムは、 フィルム面内の最大屈折率 nMaxと最小屈折率 η Minとの差 (Δη) が、 0. 05以下であることが好ましい。 最大屈折率 (nMa x) あるいは最小屈折率 (nMi n) は、 通常、 フィルムの走行方向あるいは、 そ の垂直方向のいずれかに対応し、 最大屈折率 (nMax) を示す方向が走行方向で あれば、 最小屈折率 (nMin) を示す方向は幅方向である。 また最大屈折率 (n Max) を示す方向が幅方向であれば、 最小屈折率 (nMi n) を示す方向は走行方 向である。 Δηは、 小さいほどフィルムの面内の物性に異方性が小さいことを示 しており、 たとえば、 銅箔などと貼り合わせた場合に、 フィルムの方向によって、 フィルムの,熱膨張係数ゃャング率などの物性に差が生じない うする上で好まし い。 Anは、 異方性がない場合は 0であって、 小さい方が好ましく、 好適には 0. 03以下であり、 さらに好ましくは 0. 02以下であり、 さらに好ましくは 0. 015以下である。
本発明のフィルムの平均厚みは、 好ましくは 0. 5〜20 m、 より好ましく は 1〜15 m、 さらに好ましくは 1. 5〜12/xm、 特に好ましくは 2〜8μ mである。 平均厚みは、 フィルムを 16 cm角に切り取り均等に 9箇所を測定し た平均値より求めることができる。
<芳香族ポリイミドフィルムの製造方法 >
本発明の芳香族ポリイミドフィルムは、 ステップ (1) 〜 (5) により製造す ることができる。
〔ステップ (1)〕
ステップ (1) は、 ピロメリット酸無水物を 70モル%以上含む芳香族テトラ カルボン酸 (A成分) と 4, 4' —ジアミノジフエニルエーテルを 70モル%以 上含む芳香族ジァミン (B成分) とを、 有機溶剤中で、 モル比 0. 95≤ (A) / (B) ≤1. 05の範囲で反応せしめて、 ピロメリット酸および 4, 4' —ジ アミノジフエニルエーテル由来の繰り返し単位を 70モル%以上含むポリアミツ ク酸のドープを得るステップである。
A成分の芳香族テトラカルボン酸は、 芳香族ポリイミドフィルムの項で説明し た通りである。 A成分は、 ピロメリット酸無水物単独またはピロメリット酸無水 物とそれ以外の他の芳香族テトラカルボン酸との組み合わせからなる。 A成分中 のピロメリット酸無水物の含有量は、 70モル%以上、 好ましくは 80〜100 モル%、 より好ましくは 90〜: L 00モル%である。
B成分の芳香族ジァミンは、 同様に芳香族ポリイミドフィルムの項で説明した 通りである。 B成分は、 4, 4' —ジアミノジフエニルエーテル単独または 4, 4 ' —ジァミノジフエ二ルエーテルとそれ以外の他の芳香族ジァミンとの組み合 わせからなる。 B成分中の 4, 4' ージアミノジフエニルエーテル含有量は、 7 0モル%以上、 好ましくは 80〜100モル%、 より好ましくは 90〜100モ ル%であ 。
A成分と B成分とのモル比は、 0. 95≤A成分 ZB成分≤ 1. 05を満足す る必要がある。 A成分/ B成分の値が 0. 95未満の場合または 1. 05より高 い場合、 芳香族ポリアミック酸重合反応の反応性が不充分となり、 充分な粘度の 芳香族ポリアミック酸を得るために長時間を要したり、 充分な粘度の芳香族ポリ ァミツク酸組成物溶液が得られなかったりすることがある。 A成分 ZB成分の値 は、 好ましくは 0. 97〜: L. 03、 より好ましくは 0. 99〜: L. 01である。 反応に使用する有機溶剤としては、 N—メチルー 2—ピロリドン (以下 NMP ということがある)、 N, N—ジメチルァセトアミド、 N, N—ジメチルホルム アミド、 ジメチルイミダゾリジノンなどの非プロトン性極性溶剤が好ましい。
A成分および B成分の添加順序や添加方法には特に制限はない。 好ましくは、 先ず B成分を有機溶剤に溶解し、 次いで所望の反応温度にて A成分を添加し重合 させる方法が例示される。 A成分の添加は 1段で規定量添加しても、 複数回に分 割して、 添加してもよい。 特に反応熱による反応温度制御が困難な場合は、 複数 回に分割することが好ましい。
重合温度は、 好ましくは— 20〜90°C、 より好ましくは— 10〜80t:、 さ らに好ましくは 0〜70°Cである。 重合温度が一 20°C未満の場合、 充分な反応 速度が得られない。 また 90でより高いと、.部分的にイミド化が起きたり、 副反 応が発生したりするため、 安定して芳香族ポリアミック酸が得られなくなる場合 がある。 反応時間は、 重合温度にもよるが、 概ね 1〜 10時間である。
ステップ (1) で得られるポリアミック酸は、 ピロメリット酸および 4, 4' —ジアミノジフエニルエーテル由来の繰り返し単位を 70モル%以上、 好ましく は 80〜100モル%、 より好ましくは 90〜100モル%含む。
ステップ (1) においては、 得られるドープ中のポリアミック酸の濃度は、 好 ましくは 0. 1〜40重量%、 より好ましくは 0. 5〜30重量%、 さらに好ま しくは 1〜20重量%である。.ドープ中のポリアミック酸の濃度が低すぎると製 膜するにあたり、 充分な粘度のドープが得られなくなる。 高すぎると、 逆に高粘 度となり製膜性に劣るド一プとなる。 また、 重合途中および Zまたは重合終了後 に有機溶斉で希釈し、 最終的に得られるドープの濃度を調整す,ることも出来る。 また、 得られるドープ中のポリアミック酸の末端は封止しても良い。 末端封止 剤を用いて封止する場合、 その末端封止剤としては、 例えば、 酸無水物成分とし ては、 無水フ夕ル酸およびその置換体、 へキサヒドロ無水フ夕ル酸およびその置 換体、 無水コハク酸およびその置換体、 ァミン成分としてはァニリンおよびその 置換体が好ましい例として挙げられる。 この中でも、 無水フ夕ル酸およびその置 換体および Zまたはァニリンおよびその置換体が特に好ましい例として挙げるこ とが出来る。 また末端封止剤の添加タイミングは特に限定されず、 重合工程にお いて原料の仕込み時、 重合途中、 重合終了時のいずれに添加しても良い。 添加量 は実質的重合が停止し、 かつドープの粘度が安定するために必要な量でよく、 簡 単な実験をすることで、 好適な添加量を判断することができる。
以上のようにして得られるポリアミック酸の還元粘度は、 好ましくは 1 . 5〜 3 0 d 1 / g , より好ましくは 2〜2 5 d l Z g、 さらに好ましくは 2 . 5〜2 0 d 1 Z gである。 還元粘度が 1 . 5 d 1 Zg未満の場合、 粘度が不充分となり 成形性に劣る。 一方、 3 0 d 1 / gより高い場合は、 粘度が高すぎるため成形性 が劣る。 具体的な還元粘度の測定方法は実施例の説明において詳述する。
〔ステップ (2 )〕
ステップ (2 ) は、 ステップ (1 ) で得られたドープを支持体上に流延し、 キ ヤストフイルムを得るステップである。 ド一プは、 ダイ、 アプリケ一夕一、 コー 夕一などを用いて、 キャスティングドラム、 金属ベルト、 ポリエステルやポリプ ロピレンのようなキャストフィルムなどの支持体上に流延することができる。 ステップ (2 ) は、 低湿度雰囲気下で行うことが望ましい。 窒素、 アルゴンと いった不活性ガス雰囲気下や乾燥空気中で行うことが好ましく、 この中でも、 ェ 業的な生産コストなどの観点から乾燥空気が最も好ましい。 .
ステップ (2 ) は、 ドープにイミド化剤を添加するステップ (2— i )、 ドー プを支持体上に流延しキャス卜フィルムを得るステップ (2— i i ) およびキヤ ストフィルムを加熱し予備ゲル化するステップ (2 _ i i i ) からなることが好 ましい。
ステツズ ( 2 - i ) で添加するイミド化剤として、 脱水剤 閉環触媒とを組合 せて用いることが好ましい。 脱水剤として無水酢酸などの脂肪族酸無水物が挙げ られる。 閉環触媒として有機アミン化合物が挙げられる。 有機アミン化合物とし て、 トリメチルァミン、 トリェチルァミンピリジン、 トリプチルァミン、 ジイソ プロピルェチルァミン、 トリエチレンジァミンといった三級脂肪族ァミン、 N, N—ジメチルァニリン、 1 , 8—ビス (N, N—ジメチルァミノ) ナフ夕レンの 如き芳香族ァミン、 ピリジンおよび 4— (N, N—ジメチル) アミノビリジンな どのピリジン誘導体、 ピコリンおよびその誘導体が挙げられる。 これらのうち、 ピリジン、 卜リエチレンジァミン、 ピコリン、 4— (N, N—ジメチル) ァミノ ピリジンが好ましい。 ピリジン、 トリエチレンジァミンが特に好ましい。
脱水剤の添加量は、 原料の芳香族テトラカルボン酸 1モルに対して、 0 . 1〜 1 5モル、 好ましくは 0 . 5〜1 0モル、 より好ましくは 1〜8モルである。 閉 環触媒の添加量は、 原料の芳香族テトラカルボン酸 1モルに対して、 0 . 1〜2 0モル、 好ましくは 0 . 5〜1 5モル、 より好ましくは 1〜1 0モルである。 閉環触媒と脱水剤との添加順序は、 ドープに閉環触媒を添加した後、 脱水剤を 添加することが好ましい。 ドープにイミド化剤を添加し、 支持体上に流延しキヤ ストフィルムを得るまでは、 イミド化反応を起こさせないため、 ステップ (2— i ) およびステップ (2— i i ) において、 ド一プおよびキャストフィルムの温 度を 0 °C以下に維持することが好ましい。
ステップ (2— i i ) は、 前述のステップ (2 ) と同じである。
ステップ (2— i i i ) は、 キャストフィルムを加熱し、 ポリアミック酸の一 部をイミド化するステップである。 加熱温度は、 イミド化反応が十分に進行する 温度であればよい。 加熱温度は、 好ましくは 3 0〜1 3 0 °C、 より好ましくは 4 0 - 1 2 0 °Cである。 加熱温度が低くすぎるとィミド化反応が十分進行せず、 1 3 0で以上では副反応が生じやすい。 また加熱時間は 1分〜 6 0分程度である。 このように、 ゲルフィルムを予備イミド化しておくと、 後述するステップ (3 ) において急激なイミド化を行う必要がなく、 段階的なイミド化が可能となり良好 な表面性を有するフィルムを得ることができる。
〔ステツズ (3 )〕 ,
ステップ (3 ) は、 キャストフィルムを、 イミド化剤を含有する 2 0〜7 0 °C の凝固液中に浸漬し、 ポリアミック酸をイミド化しゲルフィルムを得るステップ である。
イミド化剤は、 前述のステップ (2— i) で説明したものと同じものを用いる ことができる。 即ち、 イミド化剤は、 脱水剤と閉環触媒とを組合せて用いること が好ましい。 脱水剤として無水酢酸などの脂肪族酸無水物が挙げられる。 閉環触 媒として、 ピリジン、 トリエチレンジァミンなどの有機アミン化合物が挙げられ る。
ステップ (2— i) 〜 (2— i i i) の予備イミド化を行わない場合は、 凝固 液中の脱水剤の濃度は、 好ましくは 1~70 V o 1 %、 より好ましくは 5〜 50 vo l %、 さらに好ましくは 10〜40 V o 1 %である。 閉環触媒の濃度は、 好 ましくは 1〜70 V o 1 %、 より好ましくは 5〜50 V o 1 %、 さらに好ましく は 10〜40vo l %である。
ステップ <2— i.) 〜 (2— i i i) の予備イミド化を行う場合は、 凝固液中 の脱水剤の濃度は、 好ましくは 1〜70 V o 1 %、 より好ましくは 5〜 50 V o 1 %、 さらに好ましくは 10〜40 V o 1 %である。 閉環触媒の濃度は、 好まし くは l〜70vo l %、 より好ましくは 5〜50 V o 1 %、 さらに好ましくは 1
0 ~ 40 V o 1 %である。
ステップ (2) 〜 (3) において、 イミド化に使用する脱水剤の総量は、 原料 の芳香族テトラカルボン酸 1モルに対して、 好ましくは 1~30モル、 より好ま しくは 1〜10モル、 さらに好ましくは 4〜8モルである。 閉環触媒の使用量も 脱水剤と同様である。 即ち閉環触媒は、 原料の芳香族テトラカルボン酸 1モルに 対して、 好ましくは 1〜30モル、 より好ましくは 1〜10モル、 さらに好まし くは 4〜 8モルである。
凝固液には、 閉環触媒および脱水剤の他、 有機溶剤を含有することができる。 有機溶剤として、 N—メチルー 2—ピロリドン (NMP)、 N, N—ジメチルァ セトアミド、 N, N—ジメチルホルムアミド、 ジメチルイミダゾリジノンなどの 非プロト 性極性、 キシレン、 トルェンなどの非反応性の有 溶媒全般が挙げら れる。 また、 凝固性、 膨潤度、 乾燥速度を調整するため、 ゲル膨潤能力の異なる 溶剤を添加しても良い。 この場合、 添加量は概ね 3 0 V o 1 %程度までである。 また、 添加溶剤は、 脱水剤、 閉環触媒と非反応性の物に限られる。
浸漬の方法は特に限定されないが、 凝固液が循環されている状態に浸漬するこ とが好ましい。 浸漬時間は 1 0秒以上が好ましく、 より好ましくは 1分以上、 さ らに好ましくは 3分以上である。 上限は特に限定されないが、 3時間程度である。 凝固液温度は、 2 0〜7 0 、 好ましくは 3 0〜6 0 °Cである。
ステップ (3 ) の後に、 ゲルフィルムを再度、 イミド化剤を含有する有機溶剤 溶液中に浸漬する処理を行っても良い。 この場合には、 ゲルフィルムは支持体か ら剥離された状態で浸漬することが好ましい。 浸漬に使用する溶剤としては、 重 合時の有機溶剤、 或いは重合時の有機溶剤と他の有機溶剤との混合物が好ましい。 他の有機溶剤としては、 トルエン、 キシレンなどの炭化水素溶剤、 塩化メチレン、 ジクロロェタンなどのハロゲン系溶剤などを例示することができる。
ステップ (3 ) の後、 ゲルフィルムは必要に応じて有機溶剤に浸漬し洗浄する ことが好ましい。 洗浄に使用する有機溶剤として、 NM P、 N, N—ジメチルァ セトアミド、 N, N—ジメチルホルムアミド、 ジメチルイミダゾリジノンなどの 非プロトン性有機極性有機溶剤、 トルエンなどの芳香族炭化水素、 イソプロピル アルコールなどの脂肪族アルコール類、 ベンジルアルコール、 エステル系有機溶 剤、 ケトン系有機溶剤などが挙げられる。
ジアルキルカルポジイミドを用いて得られたゲルフィルムの場合、 ゲルフィル ム中にイソイミド基が多く、 ステップ (4 ) において効率的に延伸配向効果を得 るためには、 トルエンなどで十分洗浄することが好ましい。 また、 イミド化に伴 い生成するジアルキルウレァを除去するためにもゲルフィルムの洗浄は重要であ る。 一方、 脂肪族酸無水物および有機アミンを用いて得られたゲルフィルムの場 合、 比較的、 ゲルフィルム中にイミド基が多いため、 重合時の溶剤と同じ有機溶 剤を用いて洗浄することが好ましい。 また、 ゲルフィルムの洗浄の時期は、 ゲル フィルムが支持体上にあるままでもよいが、 支持体から分離した後でもよく、 更 には、 延伸 た後でもよい。 また、 それぞれの時期に複数回に けて洗浄を行つ てもよい。 ステップ (3) で、 得られたゲルフィルムは、 均質かつ高度に膨潤した延伸性 に優れたフィルムであり、 ステップ (4) の延伸により、 高度に配向させること ができる。
ステップ (3) では、 得られるゲルフィルムの下記式 (i i) で表されるイミ ド化インデックスが、 好ましくは 0. 6〜1. 2、 より好ましくは 0. 7〜1. 2になるようにイミド化する。
イミド化インデックス =Ab (1379) ZAb (152) (i i) 但し、 Ab (1379)は、 ゲルフィルムの赤外分光計を用いて測定した 1379 cm— 1のイミド結合由来ピークの吸収強度、 Ab (1502)は 1502 cm— 1のべ ンゼン環由来ピークの吸収強度である。 このイミド化インデックスを達成するた めに前述したようにゲルフィルムを再度、 閉環触媒および脱水剤を含有する凝固 液中に浸漬しても良い。
二軸延伸に供するゲルフィルムの膨潤度は、 好ましくは 200〜10, 00 0%、 より好ましくは 250〜9, 000%、 さらに好ましくは 300〜 8, 0 00 %である。 膨潤度が低いと充分な延伸性が得られない場合がある。 一方膨潤 度が高すぎると充分な自己支持性が得られず延伸工程に供することが事実上困難 となる場合がある。
本発明の製造方法によれば、 ゲルフィルムのイミド化インデックスを所定の値 にすることにより、 次のステップ (4) において、 走行方向および幅方向の延伸 倍率の選択の自由度が向上し、 その結果、 高度に配向され、 面内熱膨張係数の小 さいフィルムを得ることができる。
さらに本発明の製造方法によれば、 イミド化インデックスに加え、 ゲルフィル ムの膨潤度を所定の値にすることにより、 次のステップ (4) において、 延伸を 円滑に行うことでき、 その結果、 高度に配向され、 面内熱膨張係数の小さいフィ ルムを得ることができる。
〔ステップ (4)〕
ステツフ; (4) は、 ゲルフィルムを走行方向および幅方向 それぞれ 1 · 4倍 以上延伸し二軸延伸ゲルフィルムを得るステツプである。 走行方向 (MD) とは、 フィルムを延伸する際の巻き取り方向で、 縦方向とも 言う。 幅方向 (T D) とは、 走行方向に直角な方向で横方向とも言う。
走行方向および幅方向の延伸倍率は、 1 . 4倍以上、 好ましくは 1 . 6倍以上、 より好ましくは 1 . 9倍以上、 さらに好ましくは 2 . 5倍以上である。 走行方向 および幅方向の延伸倍率は同一でも異なっていてもよい。 1 . 4倍以上延伸する ことにより、 式 (1 ) および (2 ) で示される関係を満足する芳香族ポリイミド フィルムを作成することが可能となる。 延伸倍率は高い方が、 式 (1 ) および ( 2 ) を満足する芳香族ポリイミドフィルムを得る上で好ましい。
延伸倍率の上限は、 好ましくは 1 0倍、 より好ましくは 7倍、 さらに好ましく は 5倍、 特に好ましくは 3倍である。 延伸温度は特に限定するものではないが、 好ましくは一 1 0〜 1 0 0 °C、 より好ましくは一 5〜9 0 :、 さらに好ましくは 0 〜8 0 ^でぁる。 延伸は逐次延伸方法、 同時二軸延伸方法のいずれの方法を 用いてもよく、 更には、 溶剤中、 空気中、 不活性雰囲気中のいずれの雰囲気にお いて行ってもよい。 特に好ましくは、 空気中で行うことが好ましい例として挙げ ることができる。
〔ステップ (5 )〕
ステップ (5 ) は、 二軸延伸ゲルフィルムを乾燥し、 熱処理するステップであ る。 乾燥は、 熱風乾燥機などでフィルム表面上に乾燥空気を流し行うことができ る。 乾燥空気の温度は、 有機溶剤が蒸発する 2 5 0〜2 7 0 °Cが好ましい。 熱処 理は、 熱風加熱、 真空加熱、 赤外線加熱、 マイクロ波加熱、 熱板やホットロール を用いた接触による加熱などで行うことができる。 この際、 段階的に温度を上げ ることで、 イミド化を進行させることができる。
熱処理は、 二軸延伸ゲルフィルムを、 定長または緊張下において行うことが好 ましい。 熱処理温度は、 好ましくは 2 5 0〜 5 5 0 ° (:、 より好ましくは 3 0 0〜 5 0 0 °C、 さらに好ましくは 3 3 0〜4 8 0 °Cである。 多段階で徐々に昇温若し くは降温せしめながら実施することもできる。 熱処理により配向緩和を抑制した まま、 芳香族ポリイミドフィルムを得ることができる。 2 5 Q °C未満の熱処理で はイミド化率が不充分となり、 熱安定性、 特に寸法安定性に劣るフィルムとなる。 5 50°Cより高温で処理すると、 芳香族ポリイミドが熱劣化を起こす場合がある。 本発明のフィルムは、 フィルム物性を損なわない範囲で必要に応じて各種の添 加剤を配合することが可能である。 こうした添加剤としては、 ガラス繊維、 金属 繊維、 ァラミド繊維、 セラミック繊維、 チタン酸力リウイスカー、 チタン酸バリ ゥムゥイスカー、 炭素繊維、 カーボンナノチューブような繊維状強化材、 タルク、 炭酸カルシウム、 マイ力、 クレイ、 酸化チタン、 酸化アルミニウム、 ガラス微粒 子、 ガラスフレーク、 ミルドファイバー、 金属フレーク、 金属粉末のような充填 材、 リン酸エステル、 亜リン酸エステルに代表されるような熱安定剤或いは酸化 安定剤、 光安定剤、 紫外線吸収剤、 滑材、 顔料、 難燃化剤、 可塑剤、 結晶核剤な どを挙げることができる。 添加量は特に限定されるものではないが、 例えば 2 0 重量%以下といった物性を低下させない範囲が好ましい。 また、 例えば、 表面接 着性改善の目的などにより、 必要に応じて、 サンドブラスト処理、 表面にプラズ マ処理、 コロナ処理、 シランカップリング材処理等、 従来公知の表面改質処理を 施してあっても構わない。 実施例
以下、 実施例により本発明を具体的に説明するが、 本発明の範囲はこれらによ つて何ら限定されるものではない。 本発明における物性の測定、 効果の評価は以 下に示す方法で行った。
(1) 還元粘度
ポリアミツク酸の還元粘度は、 1重量%塩化リチウム ZNM P溶液を溶解液と して用いて、 ポリアミック酸の濃度 0. 0 5 gZdLにて、 温度 0°Cにて測定し た結果から算出した。
(2) 膨潤度
膨潤度は、 膨潤した状態の重量 (Ww) と乾燥した状態の重量 (Wd) とから 下記式 ( i ) により算出した。
膨 (重量%) = (Ww/Wd - 1) X 1 00 Ί )
(3) 弾性率 (ヤング率)、 引張強度、 破断伸度 弾性率、 引張強度、 破断伸度は、 5 Ommx 10mmのサンプルを用い、 引 張り速度 5mm/分にて、 オイエンテック UCT— 1Tにより測定した。
(4) イミド化インデックス
イミド化インデックスは、 フーリエ変換赤外分光計 (Nicolet Magna 750)を用 いて、 多重反射法によりフィルムを測定し、 1379 cm— 1のイミド結合由来 ピークの吸収強度 (Ab (1379)) および 1502 cm— 1のベンゼン環由来ピー クの吸収強度 (Ab (1502)) から下記式 (i i) により算出した。
イミド化インデックス =Ab (1379)/Ab (1502) U Π
(5) 面内熱膨張係数 (CTE)
面内熱膨張係数 (CTE) は、 13mm (L。) x 4mmのサンプルを用いて、 TAインスツルメント TMA2940Thermomechanical Analyzerにより、 昇温速度 10°C/分に て、 50 〜 250°Cの範囲で昇温、 降温させ、 100°Cから 200°Cの間での サンプル長の変化量 を測定し、 下記式 (i i i) より算出した。
CTE (ppm' K- =10, 000 XAL/L。 (i i i) (6) 平均 CTE
平均 CTEは、 以下の式 (i v) で表される MD方向と TD方向における CT E (p pm - K-1) の平均値より求めた。
平均 CTE= (CTEMD+CTETD) Ζ2 ( i v)
(7) 屈折率
屈折率は、 ATAGO多波長アッベ屈折計により、 波長 589 nmで測定した。
(8) 面配向係数
芳香族ポリイミドフィルムの面配向係数は、 下記式 (V) により算出した。
(走行方向屈折率 +幅方向屈折率) 2—厚さ方向屈折率 (V)
(9) 平均厚み .
フィルムを 16 cm角に切り取り均等に 9箇所を測定した平均値より求めた。 測定機器は L I TEMAT I C VL— 50 (株式会社ミツトヨ製) を用い た。 . ,
実施例 1 (ステップ (1))
温度計、 攪拌装置および原料投入口を備えた反応容器に、 窒素雰囲気下、 脱水
N, N—ジメチルァセトアミド (以下、 DMAcという) 1, l O OmLを入れ、 更に 4, 4, —ジフエ二ルジァミノエーテルを 1 19. 8 gを加え溶解させた、 その後、 ジァミン溶液の温度を 20°Cとしてこのジァミン溶液に無水ピロメリッ ト酸 129. 5 gを複数回に分けて段階的に添加し、 20〜40でで1時間反応 させた。 更に 60 で、 2時間 30分反応させ粘調なド一プを得た。 ド一プは溶 質としてポリアミック酸、 有機溶剤として DM Acを含有し、 ポリアミック酸の 濃度は 18重量%であった。 ポリアミック酸は、 4, 4' —ジフエ二ルジァミノ エーテルおよびピロメリット酸に由来する繰り返し単位から構成されていた。 (ステップ (2))
得られたド一プを支持体である PETフィルム上にドクターブレードを用いて 厚み 500 に流延し、 キャストフィルムを得た。
(ステップ (3))
キャストフィルムを PETフィルム共に、 無水酢酸 1, 050ml、 ピリジン 450ml、 DMAc 1, 50 Om 1からなる 30°Cの脱水凝固浴に 8分浸漬し イミド化させた。 その後 PETフィルムから剥がし、 室温の DMAc中に 20分 浸漬して洗浄しゲルフィルムを得た。 得られたゲルフィルムのイミド化インデッ クスは 0. 8、 膨潤度は 350 %であった。
(ステップ (4))
次に、 ゲルフィルムの両端を把持し、 室温下、 走行方向 (MD) および幅方向 (TD) にそれぞれ 2. 48倍、 1 OmmZ秒の速度で同時二軸延伸,した。
(ステップ (5))
延伸後のゲルフィルムを枠固定し、 熱風乾燥機で 260°Cの乾燥空気を、 20 分間流し乾燥させた。 ついで熱風循環式オーブンを用いて 10分かけて、 300 〜450°Cまで多段的に昇温しフィルムを得た。 得られたフィルムの弾性率 (M i)、 引張強度、 破断伸度、 面内熱膨張係数 (CTE)、 平均面 熱膨張係数 (平 均 CTE)、 面配向係数、 屈折率 (n) を表 1に示す。 平均 CTEは 19. 4 p pm . K— 1であり、 弾性率 M i (GP a) と CTE (p pm - K"1) の関係に ついて、 下記式 (1) および (2)
CTEMD≤ - 1 1 XM i D+ 70 (1)
CTETD≤- 11 XM i TD+ 70 (2)
を満たしていることが確認できた。
また屈折率 (一) と CTE (p pm- K"1) の関係について、 下記式 (3) および (4)
CTEMD≤ - 330 XnMD+ 605 (3)
CTETD≤- 330 XnTD+605 (4)
を満たしていることが確認できた。
実施例 2
(ステップ (,1))
温度計、 攪拌装置および原料投入口を備えた反応容器に、 窒素雰囲気下、 脱水 DMAc 23. 5 Lを入れ、 更に 4, 4—ジフエ二ルジァミノエーテルを 2. 3 3 k gを加え溶解させた後、 その後、 ジァミン溶液の温度を 20°Cとしてこのジ ァミン溶液に無水ピロメリット酸 2. 521 kgを複数回に分けて段階的に添加 し、 一時間反応させた。 このときの反応温度は 20〜40でであった。 更に該反 応液を 60°Cとして、 5時間 30分反応させ粘調なドープを得た。
ドープは溶質としてポリアミック酸、 有機溶剤として DM Acを含有し、 ポリ ァミック酸の濃度は 18重量%であった。 ポリアミック酸は、 4, 4' —ジフエ 二ルジァミノエーテルおよびピロメリット酸に由来する繰り返し単位から構成さ れていた。 ,
(ステップ (2))
得られたドープに閉環触媒であるピリジンを 1. 35 L添加した。 これは、 ド —プ中のポリアミック酸繰り返し単位 (モル) /ピリジン (モル) 5 に相当する。
次にピリジンを添加したド一プをギアポンプにより 23. 3tm 1 Z分で温度— 10°Cに冷却された配管内を送液し、 反応容器と Tダイとの間の配管途中に設置 したスタティックミキサーに導入した。 エレメント数 48段の Φ 6. 5のス夕テ イツクミキサーの反応容器側を 0段、 Tダイ側を 48段として、 0段目に無水酢 酸を 1. 8m 1 分で添加混合した。 これは、 ドープ中ポリアミック酸繰り返し 単位 (モル) ピリジン (モル) 無水酢酸 (モル) =1/1. 5/ 2に相当す る。
スタティックミキサーを経由した温度一 1 o°cのドープを、 窒素雰囲気の流延 槽内にて、 リップ開度 400 im、 幅 32 Ommの Tダイより、 PETフィルム 上に流延し、 50°Cで加熱し予備ィミド化したゲルフィルムを得た。
(ステップ (3))
次にゲルフィルムを PETフィルムとともに 0. 2 分で脱水凝固浴に導入 しィミド化させた。 凝固液は、 無水酢酸 1, 050mし ピリジン 450ml、 DMAc 1, 500mlを混合して調製した。 凝固液の温度は 60°Cに設定した。 次にイミド化したゲルフィルムを水分濃度 40 p pmの乾燥窒素で 10分間乾 燥させた。 乾燥窒素は、 ゲルフィルム表面から 7. 5 cm離れた位置にある吹き 込み口から吹き込み口と反対側にある排気口に向かって、 ゲルフィルム面に平行 に流した。 乾燥窒素は、 平均流速 20 c mZ秒で、 平均流速と吹き込み距離の積 は 150 cm2Z秒で流した。 その後、 DMAc溶液でゲルフィルムを洗浄した。 ゲルフィルムのイミド化インデックスは 0. 82、 膨潤度は 268%であった。
(ステップ (4))
次にゲルフィルムの両端をチャック固定し、 1 Omm/秒の速度で、 走行方向 に 1. 8倍、 幅方向に 2. 2倍、 同時二軸延伸した。
(ステップ (5)) ,
延伸後のゲルフィルムを枠固定し、 熱風乾燥機で 260°Cの乾燥空気を、 20 分間流し乾燥させた。 ついで勢風循環式オーブンを用いて 10分かけて、 300 〜450°Cまで多段的に昇温しフィルムを得た。 得られたフィルムの弾性率 (M i)、 引張強度、 破断伸度、 面内熱膨張係数 (CTE)、 平均面内熱膨張係数 (平 均 CTE 面配向係数、 屈折率 (n) を表 1に示す。
平均 CTEは 20. 3 ppm ' K— 1であり、 走行方向、 幅方向とも CTE、 M i、 nは、 下記式 (1) 〜 (4)
CTEMD≤ - 1 1 XM i MD+ 70 (1)
CTETD≤- 1 l XMiTD+70 (2)
CTEMD≤ - 330 XnMD+ 605 (3)
CTETD≤ - 330 XnTD+ 605 (4)
を満たしていることが確認できた。
実施例 3
延伸倍率を走行方向に 2. 0倍、 幅方向に 2. 4倍とした以外は実施例 2と同 じ方法でフィルムを得た。 延伸前のゲルフィルムのイミド化インデックスは 0. 82、 膨潤度は 268%であった。
得られたフィルムの弾性率 (M i)、 引張強度、 破断伸度、 面内熱膨張係数 (CTE)、 平均面内熱膨張係数 (平均 CTE)、 面配向係数、 屈折率 (n) を表 1に示す。 平均 CTEは 20. δ ρρπι ' Κ 1であり、 走行方向、 幅方向とも CTE、 M i、 nは、 式 (1) 〜 (4) を満たしていることが確認できた。
実施例 4
PETフィルムの搬送速度を 0. 3 mノ分としゲル化時間を 6. 7分とし (ゲ ルフィルムの、 イミド化インデックスは 0. 71、 膨潤度は 271 %であった)、 また延伸倍率を走行方向に 1. 7倍、 幅方向に 2. 1倍とした以外は実施例 2と 同様な方法でフィルムを得た。 得られたフィルムの弾性率 (M i)、 引張強度、 破断伸度、 面内熱膨張係数 (CTE)、 平均面内熱膨張係数 (平均 CTE)、 面配 向係数、 屈折率 (n) を表 1に示す。 平均 CTEは 13. 3 ppm * K 1であ り、 走行方向、 幅方向とも CTE、 M i、 nは、 式 (1) 〜 (4) を満たしてい ることが確認できた。
比較例 1 .
延伸倍率を走行方向に 1. 39倍、 幅方向に 1. 61倍とした以外は実施例 1 と同様な方法でフィルムを得た。 延伸前のゲルフィルムのイミド化インデックス は 0. 82 膨潤度は 268%であった。 ,
得られたフィルムの弹性率 (M i )、 引張強度、 破断伸度、 面内熱膨張係数 (CTE), 平均面内熱膨張係数 (平均 CTE)、 面配向係数、 屈折率 (n) を表 1に示す。 平均 CTEは 3 1 p pm · K— 1であり、 走行方向、 幅方向とも CT E、 M i、 nは、 式 (1) 〜 (4) を満たしていなかった。
表 1
Figure imgf000026_0001
発明の効果
本発明のフィルムは、 柔軟性に優れ、 面内熱膨張係数が小さく寸法安定性に優 れる。 本発明のフィルムは、 温度変化に対する安定性に優れる。 本発明のフィル ムは、 銅と同程度の熱膨張係数を有し、 銅箔と貼り合わせて使用しても温度変化 による反りが生じにくいという利点を有する。
本発明のフィルムの製造方法によれば、 ゲルフィルムを従来にない高い倍率で 走行方向および幅方向に延伸するため、 面内熱膨張係数が小さく寸法安定性に優 れたフィルムを得ることができる。 産業上の利用可能性
本発明のフィルムは、 銅箔が積層された電気配線板の支持体、 例えば、 フレキ シブル回路基板、 TAB (テープオートメイテッドボンディング) テープの支持 体、 LOC (リードオンチップ) 用テープの支持体等に用いることができる。

Claims

Figure imgf000028_0001
で表される繰り返し単位を 70モル%以上含む芳香族ポリイミドカ らなり、 下記 式 (1) および (2) 請
CTEMD≤ - 11 XM i MD+ 70 (1)
CTETD≤- 1 l XMiTD+70 (2)
但し、 CTEMDは走行方向の面内熱膨張係数 (ppm* K— 、 CTETD
は幅方向の面内熱膨張係数 (p pm - K-1),
M iMDは走行方向の弾性率 (GP a)、
M iTDは、 幅方向の弾性率 (GPa) を表す、 を満足する芳香族ポリイミドフィルム。
2. 下記式 (3) および (4)
CTEMD≤ - 330 XnMD+ 605 (3)
CTETD≤- 330 XnTD+605 (4)
但し、 nMDは走行方向の屈折率、
nTDは、 幅方向の屈折率を表す、
を満足する請求項 1記載のフィルム。
3. (CTEMD+CTETD) 2力 5〜25 p pm · K一1である請求項 1 記載のフィルム。
4. 面配向係数が、 0. 125〜0. 15である請求項 1記載のフィルム。 フィルム面内の最大屈折率 nMaxと最小屈折率 nMi nとの差が、 0. 05 以下である請求項 1に記載のフィルム。
6. 平均厚みが、 0. 5~ 20 Aimである請求項 1記載のフィルム。 7. ピロメリット酸無水物を 70モル%以上含む芳香族テトラカルボン酸 (A 成分) と 4, 4' ージアミノジフエニルエーテルを 70モル%以上含む芳香族ジ ァミン (B成分) とを、 有機溶剤中で、 0. 95≤A成分 ZB成分 (モル比) ≤ 1. 05の範囲で反応せしめて、 ピロメリット酸および 4, 4' ージアミノジフ ェニルエーテル由来の繰り返し単位を Ί 0モル%以上含むポリアミック酸のドー プを得るステップ (1)、
ド一プを支持体上に流延し、 キャストフィルムを得るステップ (2)
キャストフィルムを、 イミド化剤を含有する 20〜70°Cの凝固液中に浸漬し、 ポリアミック酸をイミド化しゲルフィルムを得るステップ (3)、
ゲルフィルムを走行方向および幅方向にそれぞれ 1. 4倍以上延伸し二軸延伸 ゲルフィルムを得るステップ (4) 、 および
二軸延伸ゲルフィルムを乾燥し、 熱処理するステップ (5)、
からなる請求項 1記載の芳香族ポリイミドフィルムの製造方法。
8. ステップ (3) におけるイミド化剤が、 閉環触媒および脱水剤からなる請 求項 7記載の方法。
9. 閉環触媒が、 有機アミン化合物である請求項 8記載の方法。 , 10. 脱水剤が、 無水酢酸である請求項 8記載の方法。
1 1. ステップ (3) で得られたゲルフィルムのイミド化インデックスが 0. 6〜: 1. 2;である請求項 7記載の方法。 ,
12. ステップ (3) で得られたゲルフィルムの膨潤度が、 200〜10, 0 00 %である請求項 7記載の方法。
13. ステップ (5) の乾燥および熱処理を、 定長または緊張下で行う請求項 7記載の方法。
14. ステップ (2) は、 ド一プにイミド化剤を添加するステップ (2— i )、 ドープを支持体上に流延しキャストフィルムを得るステップ (2_ i i) および キャストフィルムを加熱し予備イミド化するステップ (2— i i i) からなる請 求項 7記載の方法。
15. ステップ (2_ i) におけるイミド化剤が、 閉環触媒および脱水剤から なる請求項 1' 4記載の方法。 16. 閉環触媒が、 有機ァミン化合物である請求項 15記載の方法。
17. 水剤が、 無水酢酸である請求項 15記載の方法。
18. ステップ (2— i) で、 ドープに閉環触媒を添加した後、 脱水剤を添加 する請求項 15記載の方法。
19. ステップ (2— i) および (2— i i ) において、 ド一プおよびキャス トフィルムの温度を 0 °C以下に維持する請求項 14記載の方法。
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