WO2015041190A1 - リジッド複合積層板とその製造方法、積層体および該積層体を用いたデバイスの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the first invention of the present application relates to a method for manufacturing a rigid composite laminate comprising a polyimide layer and two inorganic substrates.
- a laminated plate temporarily or semi-permanently bonded to another inorganic substrate serving as a support plate on the reverse side of the polyimide layer of a flexible laminate formed by bonding a polyimide layer and an inorganic substrate.
- such a laminate is useful when a device made of a thin film and requiring fine processing, such as a semiconductor element, a MEMS element, and a display element, is formed on the surface of an inorganic substrate of a flexible laminate.
- the rigid composite laminate according to the present invention includes a thin polyimide layer excellent in heat resistance and insulation, and an inorganic substance (for example, a glass plate, a ceramic plate, a silicon wafer, A rigid composite laminate with a support made of one type selected from metal plates, which can mount a precise circuit and is excellent in dimensional stability, heat resistance and insulation. Therefore, the first invention of the present application relates to such a laminate and a method for manufacturing the same.
- the second invention of the present application relates to an FPD (flat panel display) typified by a liquid crystal display or a glass used as a substrate of a thin film solar cell, or an inorganic substrate such as a wafer of crystalline silicon or a compound semiconductor used for manufacturing a semiconductor device. It relates to handling technology. More specifically, the present invention relates to a handling technique that is useful when handling an extremely thin inorganic substrate.
- a polymer layer having a low melting point is not suitable from the viewpoint of heat resistance.
- a polymer layer made of polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polyimide, polytetrafluoroethylene, glass fiber reinforced Epoxy or the like is used.
- a polymer layer made of polyimide has an advantage that it can be thinned because it is excellent in heat resistance and strong.
- a temperature of about 200 ° C. to 300 ° C. May join the film.
- the polymer layer needs to have heat resistance, and the bonding surface between the polymer layer and the inorganic substrate (that is, a bonding adhesive or adhesive) is used.
- a bonding adhesive or adhesive is used.
- thermoplastic resin used as the adhesive layer tends to ruin the heat resistance of the folded polyimide film. It was.
- the thermoplastic resin generally has a large linear expansion coefficient, and since there is a limit to making this layer thin, it has a tendency to adversely affect dimensional stability when heated.
- Patent Document 1 a technique for bonding a polyimide layer and an inorganic substrate without providing an adhesive layer has also been developed (Patent Document 1).
- This technique joins a polyimide layer and an inorganic substrate by surface treatment and has very high heat resistance.
- functional elements are processed on the surface of the polymer layer, but the surface of the polymer layer is lower in surface smoothness than inorganic substrates such as glass plates, ceramic plates, silicon wafers, and metal plates.
- inorganic substrates such as glass plates, ceramic plates, silicon wafers, and metal plates.
- Patent Document 2 a method has been proposed in which a film is bonded to the surface opposite to the functional element processed surface of thin glass to compensate for the problem of low strength and ease of cracking.
- Patent Document 2 a method has been proposed in which a film is bonded to the surface opposite to the functional element processed surface of thin glass to compensate for the problem of low strength and ease of cracking.
- Patent Document 2 since an adhesive is used for joining the laminated body in which the thin glass and the film are bonded to the support substrate, the heat resistance against the process temperature has been a problem for the above reason.
- FPD flat panel display
- liquid crystal display a liquid crystal display
- thin film solar cell etc.
- Many semiconductor devices are obtained by processing a wafer such as crystalline silicon or a compound semiconductor.
- Inorganic substrates such as glass plates and silicon wafers exemplified here are hard and rigid, and a processing apparatus for handling them is also designed on the assumption that such inorganic substrates are rigid.
- Polyimide film is known as a material having the highest class of heat resistance among polymer films.
- polyimide films there is a film that can withstand a temperature environment of 300 ° C. or higher and 400 ° C. or higher for a short time. Therefore, if handling can be performed with a polyimide film bonded to an inorganic substrate, it can be expected that devices can be manufactured using considerably high temperature conditions.
- the heat resistance of the adhesive for bonding the inorganic substrate and the polyimide film is actually low, practicality as expected is not obtained.
- Patent Documents 3 to 7 the present inventors have advanced research and development of a technique for bonding a polyimide film and an inorganic substrate without using an adhesive, and have reached the inventions shown in Patent Documents 3 to 7. If this invention is used, it will become possible to use for the processing process including high temperature exposure of 400 degreeC or more with the state which joined inorganic substrates, such as glass, and a polyimide film. If the inorganic substrate is extremely thin and flexible, the inorganic substrate can be handled as if it had been bonded with a heat-resistant anti-scattering film. It can be expected to realize inorganic substrate processing.
- the first invention of the present application was made paying attention to the above-mentioned circumstances, and the purpose thereof was to laminate a first inorganic substrate for laminating various devices and a polyimide layer for reinforcing it.
- a rigid composite laminate in which a second inorganic substrate is laminated on the opposite side of the polyimide layer on the flexible laminate, and the device is not peeled off even in a high-temperature process during device fabrication, and on the first inorganic substrate. It is to provide a rigid composite laminate that can easily peel the flexible laminate from the second inorganic substrate after the fabrication.
- the second invention of the present application is a process that can be applied to an extremely thin and flexible inorganic substrate that can be handled safely, and a processing apparatus and processing process for an existing rigid substrate. It is an object of the present invention to provide a laminated body having both compatibility and a method for manufacturing a device using the laminated body.
- the present inventors have determined that at least one of the surfaces of the first inorganic substrate and the polyimide layer facing each other, and at least the surface of the second inorganic substrate and the polyimide layer facing each other.
- a surface treatment to one side, it is possible to bond each surface, and then inactivate a part of the surface treatment applied to at least one of the surfaces where the second inorganic substrate and the polyimide layer face each other to obtain a predetermined If a good adhesion part and an easy peel part with different peel strengths are made to exist by forming a pattern, sufficient peel strength that does not peel even in a high temperature process at the time of device fabrication is exhibited at the good adhesion part. After manufacturing the device, the flexible laminate with the device can be easily peeled off from the second inorganic substrate by making a cut in the easily peelable part. Headlines, and completed the present first invention.
- the present inventors have made it possible to safely handle an inorganic substrate that is extremely thin and flexible by using the following laminated plate, and for existing rigid substrates. It has been found that it is possible to achieve both the processing apparatus and the process compatibility to which the processing process can be applied.
- the present invention has the following configuration.
- the bonding of the first inorganic substrate and the polyimide layer on the first bonding surface is performed after surface treatment is performed on at least one of the first inorganic substrate surface and the polyimide layer surface.
- the bonding of the second inorganic substrate and the polyimide layer on the second bonding surface is performed after performing surface treatment on at least one of the second inorganic substrate surface and the polyimide layer surface.
- the bonding between the second inorganic substrate and the polyimide layer on the second bonding surface is performed after the surface treatment by further subjecting a part of the surface treatment surface to an inactivation treatment, and a good adhesion portion and an easily peelable portion.
- the surface treatment performed at the time of joining the first inorganic substrate and the polyimide layer on the first joining surface is selected from plasma treatment, corona treatment, active energy ray irradiation treatment, flame treatment, and coupling agent treatment.
- the surface treatment performed at the time of joining the second inorganic substrate and the polyimide layer on the second joining surface is selected from plasma treatment, corona treatment, active energy ray irradiation treatment, flame treatment, and coupling agent treatment.
- As the inactivation treatment at least one kind of inactivation selected from the group consisting of blast treatment, vacuum plasma treatment, atmospheric pressure plasma treatment, corona treatment, actinic radiation irradiation treatment, active gas treatment and chemical treatment.
- a method for producing a rigid composite laminate including a second lamination step of laminating by the step of adjusting the moisture content of the polyimide layer within a range of 0.1 to 1.7% before the second lamination step ( 1) A method for producing a rigid composite laminate according to any one of (10).
- the direct bonding of the polyimide film and the first inorganic substrate and the polyimide film and the second inorganic substrate is to bond the surface-treated polyimide film surface and the surface-treated inorganic substrate surface.
- a process for producing a device comprising a step of peeling a polyimide film and an inorganic substrate at a weakly bonded surface (a bonded surface having an adhesive force of F2).
- the rigid composite laminate obtained by the production method of the first invention of the present application includes a first inorganic substrate (glass plate, ceramic plate, silicon wafer, metal, etc.), a polyimide layer, and a second inorganic substrate (glass plate, ceramic). Plate, silicon wafer, metal, etc.) and polyimide layer bonded together without an adhesive layer, and the adhesive peel strength between the flexible laminate and the second inorganic substrate according to a predetermined pattern Since it is divided into a good adhesion part and an easily peelable part that are different from each other, after making a device on the first inorganic substrate of the flexible laminate, it is easy to cut and peel off the polyimide layer of the easily peelable part. A flexible laminate with a device can be obtained.
- a circuit or the like can be formed on a thin flexible laminate having insulating properties, flexibility, and heat resistance. Furthermore, when manufacturing electronic devices by mounting electronic components, even a thin flexible laminate can be positioned accurately by being laminated and fixed on a second inorganic substrate with excellent dimensional stability. In addition, thin film fabrication and circuit formation can be performed. Moreover, the laminate of the present invention does not peel off even when heat is applied during the process, and when peeled off from the second inorganic substrate as necessary after device fabrication, the flexible laminate and the second inorganic substrate Peeling can be performed smoothly.
- the rigid composite laminate of the present invention is a rigid composite laminate having a peel strength that does not peel in the process passing process
- the conventional electronic device manufacturing process can be used as it is.
- the device when a device is manufactured on a flexible laminate, the device can be stably and accurately manufactured because the surface property of the first inorganic substrate is excellent in adhesion and smoothness.
- the rigid composite laminate of the present invention is extremely useful for producing an electronic device in which a circuit or the like is formed on a thin flexible laminate having insulating properties, flexibility, and heat resistance.
- the surface treatment process can be performed by roll-to-roll, and the treatment can be performed efficiently.
- a polyimide film roll that has been subjected to plasma treatment contains a lubricant
- the handling property as a roll is equivalent to that before the plasma treatment.
- a protective film may be attached in order to prevent damage during the process.
- roll conveyance can be performed without any problem. It is significant in implementation that the process is excellent in productivity.
- the rigid composite laminate of the first invention of the present application is supported by the second inorganic substrate made of a heat-resistant inorganic material, precise positioning is performed at the time of circuit wiring production and semiconductor formation, and a thin film is produced in multiple layers. Circuit formation can be performed, and thin film deposition can be performed without peeling even in a high-temperature process during semiconductor fabrication. Moreover, since this laminated body can be easily peeled off when only the easy peeling portion of the pattern is peeled after the semiconductor is added, the produced semiconductor is not destroyed.
- the circuit-added device-attached flexible laminate and the semiconductor element-formed semiconductor-attached device-attached A flexible laminate can be provided.
- the rigid composite laminate of the present invention is a rigid composite laminate that is significant for circuit formation and the like at high temperatures and for precise circuit formation.
- the second invention of the present application improves handling of a fragile and fragile inorganic substrate by directly bonding a heat-resistant polymer film to a flexible inorganic substrate, and is similar to a conventional inorganic substrate.
- the present invention relates to a reinforced laminate that realizes process compatibility including exposure to a high temperature environment and a device manufacturing method using the laminate. Even in such a reinforced inorganic substrate (laminated body), since flexibility is maintained, as described above, it is difficult to provide a processing process designed and manufactured on the premise of an existing rigid inorganic substrate.
- the reinforced inorganic substrate is temporarily bonded and supported by the second inorganic substrate, it can be handled in the same manner as a conventional rigid inorganic substrate.
- the present invention also has process suitability including exposure to a high temperature environment and the like in order to use the direct bonding method as this temporary bonding method. Since the purpose of producing a device or the like using the composite plate of such a form is to obtain a flexible device, it is necessary to finally peel off from the support substrate. Further, the final peeled layer structure is either in the form of an inorganic substrate reinforced with a polymer film or in an inorganic substrate state without reinforcement. However, when the both surfaces of the polymer film and the inorganic substrate have the same adhesive strength, it is difficult to peel off at any arbitrary adhesive surface. In the second invention of the present application, a difference is provided in the adhesive strength between the two adhesive surfaces, and the ratio between them is 1.5 times or more, so that the desired adhesive surface can be peeled off.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a pattern example of the first invention of the present application.
- FIG. 2 is a schematic view showing one embodiment of a method for producing a rigid composite laminate of the first invention of the present application.
- FIG. 3 is a schematic view showing one embodiment of a method for producing a device structure using the rigid composite laminate of the first invention of the present application. It is a schematic process diagram which illustrated the process of laminating
- 1st invention of this application is the opposite side of the said bonding surface (1st bonding surface) of a polyimide layer of the flexible laminated body which consists of a polyimide layer directly bonded to the 1st inorganic substrate and whose total thickness is 300 micrometers or less
- This is a rigid composite laminate in which a second inorganic substrate having a thickness of 300 ⁇ m or more is directly bonded to this surface (second bonding surface).
- the first inorganic substrate is directly bonded to one surface of the polyimide film, and the second surface is opposite to the polyimide film.
- the inorganic substrate is directly bonded, and the adhesive strength between the first inorganic substrate and the polyimide film and the adhesive strength between the second inorganic substrate and the polyimide film are measured, and the measured value of the two adhesive strengths.
- F1 the large value
- F2 the small value
- the method for producing a rigid composite laminate of the first invention of the present application is a method for producing a rigid composite laminate comprising at least a first inorganic substrate, a polyimide layer, and a second inorganic substrate.
- Rigid is based on the evaluation of this example, when a composite laminate of 370 mm in width and 470 mm in length is placed on a plane such as a desk, and the tip 100 mm is projected from the plane, due to its own weight.
- the first inorganic substrate and the second inorganic substrate in the present invention may be any plate-shaped substrate that is made of an inorganic material and can be used as a substrate, for example, a glass plate, a ceramic plate, a silicon wafer, a metal, etc.
- a glass plate for example, a glass plate, a ceramic plate, a silicon wafer, a metal, etc.
- Examples of such composites and glass plates, ceramic plates, silicon wafers, and metal composites are those obtained by laminating them, those in which they are dispersed, and those containing these fibers.
- the same kind of substrate may be used as the first inorganic substrate and the second inorganic substrate, or different substrates may be used.
- the glass plate used as the first inorganic substrate and / or the second inorganic substrate examples include quartz glass, high silicate glass (96% silica), soda lime glass, lead glass, aluminoborosilicate glass, borosilicate glass ( Pyrex (registered trademark)), borosilicate glass (non-alkali), borosilicate glass (microsheet), aluminosilicate glass, and the like. Among these, those having a linear expansion coefficient of 5 ppm / ° C. or less are desirable.
- the first inorganic substrate in the present invention is preferably 280 ⁇ m or less, more preferably 200 ⁇ m or less, further preferably 100 ⁇ m or less, and preferably 30 ⁇ m or more.
- the second inorganic substrate is preferably 300 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m (2 mm) or less, more preferably 500 ⁇ m or more and 1200 ⁇ m (1.2 mm) or less.
- Commercially available products include Corning 7059, Corning 1737, EAGLE, Asahi Glass's AN100, Nippon Electric Glass's OA10, SCHOTT's LCD glass "AF32" is desirable.
- the ceramic plate used as the first inorganic substrate and / or the second inorganic substrate Al 2 O 3 , Mullite, AlN, SiC, Si 3 N 4 , BN, crystallized glass, Cordierite, Spodumene, PB-BSG Substrates such as + CaZrO 3 + Al 2 O 3 , Crystallized glass + Al 2 O 3 , Crystallized CA-BSG, BSG + Quartz, BSG + Al 2 O 3 , PB + BSG + Al 2 O 3 , Glass-Ceramic, Zerodur use ceramic, TiO 2, strontium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, alumina, MgO, steatite, BaTi 4 O 9, BaTiO 3 , BaTi 4 + CaZrO 3, BaSrCaZrTiO 3, Ba (TiZr) O 3, PMN -Capacitor materials such as PT and PFN-PFW, PbNb 2 O 6 , Pb 0.5 Be 0.5 Nb 2 O 6
- Examples of the silicon wafer used as the first inorganic substrate and / or the second inorganic substrate include all of n-type or p-type doped silicon wafers, intrinsic silicon wafers, etc., and the surface of the silicon wafer.
- silicon wafers germanium, silicon-germanium, gallium-arsenic, aluminum-gallium-indium, nitrogen-phosphorus-arsenic-antimony are often used. Yes.
- general-purpose semiconductor wafers such as InP, InGaAs, GaInNAs, LT, LN, ZnO, CdTe, and ZnSe are also included.
- the thickness when used for the first inorganic substrate and the second inorganic substrate the same thickness as that of the glass plate is preferable.
- the metal used as the first inorganic substrate and / or the second inorganic substrate examples include single element metals such as W, Mo, Pt, Fe, Ni, and Au, Inconel, Monel, Nimonic, carbon copper, and Fe-Ni series. Alloys such as Invar alloy and Super Invar alloy are included.
- a multilayer metal plate formed by adding other metal layers and ceramic layers to these metals is also included. In this case, if the total CTE with the additional layer is low, Cu, Al or the like is also used for the main metal layer.
- the metal used as the additional metal layer is limited as long as it has strong properties such as adhesion to the polyimide layer, no diffusion, and good chemical resistance and heat resistance. However, suitable examples include chromium, nickel, TiN, and Mo-containing Cu. Regarding the thickness when used for the first inorganic substrate and the second inorganic substrate, the same thickness as that of the glass plate is preferable.
- the surfaces of the first inorganic substrate and the second inorganic substrate to be bonded to the polyimide layer are sufficiently flat.
- the PV value of the surface roughness is 50 nm or less, more preferably 20 nm, and even more preferably 5 nm or less. If it is coarser than this, there is a risk that the adhesive strength between the first inorganic substrate and the polyimide layer, and between the polyimide layer and the second inorganic substrate will be insufficient.
- the surface (device manufacturing surface) opposite to the surface bonded to the polyimide layer of the first inorganic substrate is also sufficiently flat and smooth.
- the PV value of the surface roughness is 20 nm or less, more preferably 10 nm, even more preferably 3 nm or less
- the Ra value is 1 nm or less, more preferably 0.6 nm or less, further preferably 0.4 nm or less. It is particularly preferable when producing an elaborate electric circuit or semiconductor device. When R a is large, it does not have the necessary degree of smoothness, and may adversely affect the metal thin film formed thereon in terms of adhesion and smoothness.
- an inorganic substrate having a defect existence density of 1 ⁇ m or more in height on the surface to be bonded to the polyimide layer is 100/100 cm 2 or less.
- This defect existence density is more preferably 40 pieces / 100 cm 2 or less, further preferably 15 pieces / 100 cm 2 or less, and still more preferably 5 pieces / 100 cm 2 or less. If the defect density exceeds this range, the effective contact area between the polyimide layer and the inorganic substrate may be reduced, and the necessary adhesion strength may not be obtained at the good adhesion part. Adhesiveness of easily peelable parts becomes strong, which may cause troubles at the time of peeling.
- the defect density exceeds this range, the degree of light scattering on the surface of the inorganic substrate increases, and the boundary between the good adhesion part and the easy peeling part formed by the patterning process becomes unclear. There may be inconveniences such as making it difficult to cut properly. If the density of defects exceeds this range, when the temperature of the rigid laminate is heated to 175 ° C or higher during device processing, the defects will become the core, causing partial detachment such as blistering, floating, and blistering. May occur. If the defect density exceeds this range, the number of defects with a high probability increases, resulting in an increase in the irregularities on the device-forming surface of the flexible laminate, coupled with the blistering and floating of the device. When forming the device, it may cause blurring of the image in the exposure process for forming the device fine pattern, thereby obstructing device formation.
- the surface of the first inorganic substrate opposite to the surface to be bonded to the polyimide layer (device manufacturing surface) is preferably an inorganic substrate having a defect existence density of 1 ⁇ m or more and 100 defects / 100 cm 2 or less.
- the defect density is more preferably 40 pieces / 100 cm 2 or less, further preferably 15 pieces / 100 cm 2 or less, and still more preferably 5 pieces / 100 cm 2 or less. If the defect density exceeds this range, it will not have the necessary smoothness during device fabrication, and may adversely affect the metal thin film formed on it in terms of adhesion and smoothness. .
- the defect of the inorganic substrate in the present invention is the irregularities formed by foreign matters such as scratches, dents, protrusions, etc., the shape singularity of the surface of the inorganic substrate which should be originally flat, and dust adhering to the surface of the inorganic substrate.
- the height of the defect means the vertical length from the surface of the inorganic substrate to the top or bottom of the irregularities. It is measured by the method described in the defect density examples in the present invention.
- the defect density of the inorganic substrate defined in the present invention refers to the state immediately before bonding, that is, the state after surface treatment when surface treatment is performed before bonding, and the state without surface treatment when surface treatment is not performed. It refers to the defect density at.
- a substrate having a low density of defects In order to keep the defect density on the surface of the inorganic substrate within a predetermined range, it is desirable to use a substrate having a low density of defects and handle it in a clean environment.
- Substrates of 100/100 cm 2 or less, preferably 20/100 cm 2 or less are classified into class 1000 or less, preferably class 100 or less, more preferably class 10 or less according to the Federal Standard 209D (1988). It is desirable to handle in a controlled clean environment.
- it is desirable to clean the substrate so that the original density of defects is 100/100 cm 2 or less, preferably 20/100 cm 2 or less.
- a method using dry cleaning such as a UV / O 3 cleaning device or plasma treatment
- a method using wet cleaning using a surfactant, ultrapure water or the like Any method can be used for dry cleaning as long as it removes other organic substances such as corona treatment.
- wet cleaning is effective only by immersing it in a solution, but a method such as ultrasonic cleaning that can increase the cleaning effect without directly contacting the surface is desirable.
- the cleaning liquid an acid solution or an alkaline solution that does not corrode the inorganic substrate can be used in place of the surfactant or ultrapure water.
- the polyimide layer in the first invention of the present application is a polyimide film solution (also referred to as “polyimide precursor solution”) obtained by reacting at least a diamine and a tetracarboxylic acid in a solvent. It is coated and dried to form a green film (also referred to as “precursor film” or “polyamic acid film”), and then the green film is subjected to high-temperature heat treatment on the polyimide film support or in a state peeled off from the support.
- a polyimide film solution also referred to as “polyimide precursor solution”
- precursor film also referred to as “precursor film” or “polyamic acid film”
- diamine which comprises a polyamic acid there is no restriction
- combination can be used.
- aromatic diamines are preferable, and aromatic diamines having a benzoxazole structure are more preferable.
- aromatic diamine having a benzoxazole structure is used, a high elastic modulus, a low heat shrinkage, and a low linear expansion coefficient can be exhibited along with a high heat resistance.
- required what substituted hydrogen of the hydrocarbon group of alicyclic diamines and diamines with the fluorine is preferable.
- Diamines may be used alone or in combination of two or more.
- the aromatic diamine having a benzoxazole structure is not particularly limited.
- amino (aminophenyl) benzoxazole isomers are preferable, and 5-amino-2- (p-aminophenyl) benzoxazole is more preferable.
- “each isomer” means one in which the bonding positions of two amino groups of amino (aminophenyl) benzoxazole are different.
- 5-amino-2- (p-aminophenyl) benzoxazole, 6-amino-2- (p-aminophenyl) benzoxazole, 5-amino-2- (m-aminophenyl) benzoxazole, , 6-amino-2- (m-aminophenyl) benzoxazole corresponds to the isomer.
- the alicyclic diamine is not particularly limited, and 1,3-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, 1,3-bis (aminomethyl) cyclohexane, 1,1-bis (4-aminophenyl) Cyclohexane, 4,4′-diaminodicyclohexylmethane, 4,4′-methylenebis (2-methylcyclohexylamine), 4,4′-methylenebis (2,6-dimethylcyclohexylamine), 4,4′-diaminodicyclohexylpropane, Bicyclo [2.2.1] heptane-2,3-diamine, bicyclo [2.2.1] heptane-2,5-diamine, bicyclo [2.2.1] heptane-2,6-diamine, bicyclo [2.2.1] heptane- 2,7-diamine, 2,3-bis (aminomethyl) -bic
- diamine other diamines exemplified below can be used in addition to the diamine having the benzoxazole structure and the alicyclic diamine described above.
- examples of other diamines include 2, 2'-dimethyl-4, 4'-diaminobiphenyl, bisaniline, 1, 4-bis (4-amino-2-trifluoromethylphenoxy) benzene, and 2, 2'-ditril.
- aliphatic diamines can also be used.
- the aliphatic diamines include 1, 2-diaminoethane, 1, 4-diaminobutane, 1, 5-diaminopentane, 1, 6-diaminohexane, 1, 8-diaminooctane, and the like.
- the alicyclic diamines include 1, 4-diaminocyclohexane, 4, 4'-methylenebis (2, 6-dimethylcyclohexylamine), diaminodicyclohexylmethane, and the like.
- the total amount of diamines other than aromatic diamines is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and further preferably 5% by mass or less of the total diamines. It is.
- the tetracarboxylic acids constituting the polyamic acid are not particularly limited, and aromatic tetracarboxylic acids, aliphatic tetracarboxylic acids, alicyclic tetracarboxylic acids, or acid anhydrides thereof or the like usually used for polyimide synthesis are used. be able to. Of these, aromatic tetracarboxylic acids and alicyclic tetracarboxylic acids are preferred. In particular, when heat resistance is required, aromatic tetracarboxylic acids are more preferable, and when light transmittance is required, alicyclic tetracarboxylic acids are more preferable.
- the number of anhydride structures in the molecule may be one or two, but those having two anhydride structures are preferable (dianhydrides).
- Tetracarboxylic acids may be used alone or in combination of two or more. Examples of the alicyclic tetracarboxylic acids include cyclobutanetetracarboxylic acid, cyclopentanetetracarboxylic acid, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic acid, 3,3 ′, 4,4′-bicyclohexyltetracarboxylic acid.
- Bicyclo [2, 2, 1] heptane-2, 3, 5, 6-tetracarboxylic acid, Tetracyclod [6, 2, 1, 1, 0 2, 7 ] Deca-4, 5, 9, 10-tetracarboxylic Examples include acids and acid anhydrides thereof.
- Aromatic tetracarboxylic acid anhydrides are not particularly limited, but are preferably those having a pyromellitic acid residue, that is, a structure derived from pyromellitic acid.
- aromatic tetracarboxylic acid include pyromellitic dianhydride, 3, 3 ′, 4, 4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 4, 4′-oxydiphthalic dianhydride, 3 , 3 ', 4, 4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 3, 3', 4, 4'-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 2, 2-bis [4- (3, 4-di Carboxyphenoxy) phenyl] propanoic dianhydride and the like.
- the aromatic tetracarboxylic acids are, for example, preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and still more preferably 95% by mass or more of all tetracarboxylic acids.
- the polyamic acid is preferably composed of the following combinations of diamines and tetracarboxylic acids, particularly when heat resistance is required.
- A A combination of an aromatic tetracarboxylic acid having a pyromellitic acid residue and an aromatic diamine having a benzoxazole structure.
- B A combination of an aromatic tetracarboxylic acid having a biphenyltetracarboxylic acid skeleton and an aromatic diamine having a phenylenediamine skeleton.
- C A combination of an aromatic tetracarboxylic acid having a pyromellitic acid cage and an aromatic diamine having a diaminodiphenyl ether skeleton.
- C is preferably mixed with a silica-based compound from the viewpoint of improving physical properties.
- the polyamic acid may contain tricarboxylic acids such as cyclohexane-1, 2, 4-tricarboxylic acid anhydride in addition to the diamines and tetracarboxylic acids described above.
- the polyamic acid is preferably composed of diamines and tetracarboxylic acids in the following combinations, particularly when light transmittance is required.
- D A combination of an alicyclic tetracarboxylic acid having a cyclobutane skeleton and a mixture of a diamine having a benzidine skeleton in which a hydrocarbon group is fluorinated and a diamine having a phenyl ether skeleton in which a hydrocarbon group is fluorinated.
- the mixing ratio of the diamine having a benzidine skeleton and the diamine having a phenyl ether skeleton may be any of 0: 100 to 100: 0 by weight.
- the ratio of diamines to tetracarboxylic acids is preferably 0.9 to 1.1 mol, more preferably 0.95 to 1.05 mol, and still more preferably 0.98 to 1.02 mol, with respect to 1 mol of diamine.
- the solvent used in the reaction (polymerization) of diamines and tetracarboxylic acids to obtain a polyamic acid is not particularly limited as long as it dissolves both the raw material monomer and the produced polyamic acid.
- Solvents are preferred, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, N-acetyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric Examples include amide, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol dimethyl ether, sulfolane, and halogenated phenols.
- solvents may be used alone or in combination of two or more.
- the amount of these solvents used may be an amount sufficient to dissolve the raw material monomer.
- the amount of all monomers in the reaction solution (solution in which the monomer is dissolved) is usually The amount is 5 to 40% by mass, preferably 10 to 30% by mass.
- the conditions for the polymerization reaction for obtaining the polyamic acid may be conventionally known conditions, for example, in an organic solvent at a temperature range of 0-80 ° C. for 10 minutes. Stirring and / or mixing continuously for ⁇ 30 hours. If necessary, the polymerization reaction may be divided or the reaction temperature may be increased or decreased. Although there is no restriction
- the polymerization may be controlled by adding a small amount of a terminal blocking agent to the diamine before the polymerization reaction.
- the terminal blocking agent include dicarboxylic acid anhydrides, tricarboxylic acid anhydrides, and aniline derivatives.
- phthalic anhydride, maleic anhydride, 4-ethynyl phthalic anhydride, 4-phenylethynyl phthalic anhydride, and ethynyl aniline are preferable, and maleic anhydride is particularly preferable.
- the amount used when the end-capping agent is used is preferably 0.001 to 1.0 mol with respect to 1 mol of the diamine.
- the reduced viscosity of the polyamic acid solution obtained by the soot polymerization reaction is preferably in the range of 1.6 to 7.0 dl / g, more preferably in the range of 1.8 to 5.8 dl / g, and still more preferably in the range of 2.1 to 5.3 dl / g.
- the mass of the polyamic acid in the polyamic acid solution obtained by the polymerization reaction is preferably 5 to 40% by mass, more preferably 10 to 30% by mass.
- the viscosity of the polyamic acid solution is preferably 10 to 2000 Pa ⁇ s, more preferably 100 to 1000 Pa ⁇ s, as measured by a Brookfield viscometer (25 ° C.), from the viewpoint of liquid feeding stability. is there.
- additives such as an antifoaming agent, a leveling agent, and a flame retardant may be added to the polyamic acid solution obtained by the polymerization reaction for the purpose of further improving the performance of the polyimide film. These addition methods and addition times are not particularly limited.
- a filler may be added to the polyamic acid solution for the purpose of improving the performance of the polyimide layer.
- the filler in the present invention is fine particles made of an inorganic substance having an average particle diameter of 0.001 to 10 ⁇ m, and is a metal, metal oxide, metal nitride, metal carbonide, metal acid salt, phosphate, carbonate, talc, Particles made of mica, clay, other clay minerals can be used, preferably metal oxides such as silicon oxide, calcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, calcium dihydrogen phosphate, calcium pyrophosphate, hydroxyapatite, calcium carbonate, glass filler, etc. Products, phosphates and carbonates can be used.
- a green film (self-supporting precursor film) is obtained by applying and drying the polyamic acid solution on a polyimide film production support.
- a method of imidizing the green film by subjecting it to a heat treatment can be employed.
- Application of polyamic acid solution to the support includes, for example, spin coating, doctor blade, applicator, comma coater, screen printing method, slit coating, reverse coating, dip coating, casting from a nozzle with a slit, extruder
- the present invention is not limited thereto, and conventionally known solution coating means can be appropriately used.
- the heating temperature for drying the coated polyamic acid solution is preferably 50 ° C. to 120 ° C., more preferably 80 ° C. to 100 ° C.
- the drying time is preferably 5 minutes to 3 hours, more preferably 15 minutes to 2 hours.
- the amount of residual solvent in the dried green film is preferably 25 to 50% by mass, more preferably 35 to 45% by mass.
- the temperature at which the green film is heat-treated is preferably 150 to 550 ° C., for example, and more preferably 280 to 520 ° C.
- the heat treatment time is preferably 0.05 to 10 hours.
- the polyimide layer and the polyimide film have a glass transition temperature of 250 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher, more preferably 350 ° C. or higher, or no glass transition point in the region of 500 ° C. or lower. Most preferred. From the viewpoint of transparency, the average light transmittance at 380 nm to 700 nm (hereinafter simply referred to as “average light transmittance”) is preferably 85% or more, more preferably 87% or more, and even more preferably 89% or more.
- the haze value (HAZE) is preferably 1.0% or less, more preferably 0.8% or less, further preferably 0.6% or less
- the YI value (yellow index) is preferably 20 or less, more preferably 10 or less, still more preferably Is 5 or less, still more preferably 3 or less.
- the glass transition temperature in the present invention is determined by differential thermal analysis (DSC), and the average light transmittance, haze value, and YI value can be measured by, for example, the methods described later in Examples.
- the tensile elastic modulus of the polyimide layer and the polyimide film in the present invention is preferably 0.3 to 12.0 GPa, more preferably 0.6 to 11.2 GPa, and further preferably 1.2 to 10.0 GPa. If the tensile elastic modulus of the film is lower than the above range, deformation due to the tension applied by the conveying device or the like may increase, and there is a risk that trouble may occur during handling and device formation. If it becomes too much, the tear strength and flexibility may be reduced. In addition, the tensile elasticity modulus of a film can be measured by the method mentioned later in an Example, for example.
- the average coefficient of linear expansion (CTE) between 30 ° C. and 300 ° C. of the polyimide layer and the polyimide film is preferably ⁇ 10 ppm / ° C. to +50 ppm / ° C., more preferably ⁇ 5 ppm / ° C. to +20 ppm / ° C. ° C, more preferably from -5 ppm / ° C to +15 ppm / ° C, and particularly preferably from -3 ppm / ° C to +10 ppm / ° C.
- the CTE does not change in the temperature range in an inorganic substrate such as metal or ceramics, but in the polyimide layer, the CTE may change in the temperature range. Therefore, the measurement lower limit may be replaced with 0 ° C, 30 ° C, 50 ° C, etc., and the measurement upper limit may be replaced with 200 ° C, 300 ° C, 400 ° C.
- the linear expansion coefficient of the polyimide layer uses an average value of 30 ° C to 300 ° C or an average value of 30 ° C to 210 ° C.
- the range may be from 100 ° C to 400 ° C.
- the range from -50 ° C to 280 ° C is 0. In some cases, the range from °C to 280 °C may be emphasized.
- the breaking strength of the polyimide film in the present invention is 60 MPa or more, preferably 120 MP or more, more preferably 240 MPa or more.
- the upper limit of the breaking strength is not limited, but is practically less than about 1000 MPa.
- the breaking strength of the polyimide film means an average value in the vertical direction and the horizontal direction of the polyimide film.
- the thermal shrinkage of the polyimide film of the present invention is preferably 0.5% or less when heated at 400 ° C. for 1 hour.
- pyromellitic acid is used as a tetracarboxylic dianhydride in an amount of 50 mol% or more and at the same time a paraphenylene diamine or a diamine having a benzoxazole structure is used in an amount of 50 mol% or more, or an aromatic ring is used. It can be obtained by using 1 or 2 tetracarboxylic acid anhydride and 85 mol% or more of paraphenylenediamine as a diamine component.
- the thickness unevenness of the polyimide film in the present invention is preferably 20% or less, more preferably 12% or less, still more preferably 7% or less, and particularly preferably 4% or less. When the thickness unevenness exceeds 20%, it tends to be difficult to apply to narrow portions.
- the thickness unevenness of a film can be calculated
- pieces positions from a film to be measured at random with a contact-type film thickness meter, measuring film thickness. Film thickness spots (%) 100 x (maximum film thickness-minimum film thickness) ⁇ average film thickness
- the thickness of the polyimide layer in the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ m to 200 ⁇ m, more preferably 3 ⁇ m to 60 ⁇ m.
- the thickness unevenness of these polyimide layers is also preferably 20% or less, and more preferably 10% or less. If the thickness of the polyimide layer is less than 1 ⁇ m, it may be difficult to control the thickness, and it may be difficult to peel off from the support. Or the flexibility of the flexible laminate may be lost.
- a polyimide film When a polyimide film is used as the polyimide layer, it is preferably obtained in a form wound as a long polyimide film having a width of 300 mm or more and a length of 10 m or more at the time of production, and a roll wound around a winding core More preferably, it is in the form of a polyimide film.
- a sliding material is added to and contained in the polyimide constituting the film in order to ensure handling and productivity, and the surface of the polyimide film is slipped with fine irregularities. It is preferable to ensure the property.
- the lubricant (particle) is a fine particle made of an inorganic substance, and includes metal, metal oxide, metal nitride, metal carbonized product, metal acid salt, phosphate, carbonate, talc, mica, clay, and other clay minerals. , Etc. can be used.
- metal oxides such as silicon oxide, calcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, calcium dihydrogen phosphate, calcium pyrophosphate, hydroxyapatite, calcium carbonate, glass filler, phosphates, and carbonates can be used. Only one type of lubricant may be used, or two or more types may be used.
- the volume average particle diameter of the lubricant (particles) is usually 0.001 to 10 ⁇ m, preferably 0.03 to 2.5 ⁇ m, more preferably 0.05 to 0.7 ⁇ m, and still more preferably 0.05 to 0.3 ⁇ m.
- the volume average particle diameter is based on a measurement value obtained by a light scattering method. If the particle size is smaller than the lower limit, industrial production of the polyimide film becomes difficult, and if the upper limit is exceeded, the unevenness of the surface becomes too large and the pasting strength becomes weaker or the number of bubbles at the time of pasting increases, There is a risk of practical problems.
- the addition amount of the lubricant is 0.02 to 50% by mass as the addition amount with respect to the polymer solid content in the polyamic acid solution, and the upper limit of the addition amount is preferably 5% by mass, more preferably 3% by mass, and still more preferably.
- 1.0 mass%, particularly preferably 0.4 mass%, and the lower limit of the amount added is preferably 0.04 mass%, more preferably 0.08 mass%, still more preferably 0.20 mass%. If the amount of lubricant added is too small, it is difficult to expect the effect of lubricant addition, and there is a case where there is not enough slipperiness to cause trouble when winding the polyimide film roll. Therefore, even if the slipperiness is ensured, the smoothness may be lowered, the breaking strength or breaking elongation of the polyimide film may be lowered, or the CTE may be raised.
- a lubricant When a lubricant (particle) is added to and contained in a polyimide film, it may be a single-layer polyimide film in which the lubricant is uniformly dispersed.
- one surface is composed of a polyimide film containing a lubricant, Even if the other surface does not contain or contains a lubricant, it may be a multilayer polyimide film composed of a polyimide film having a small amount of lubricant.
- fine irregularities are imparted to the surface of one layer (film), and slipperiness can be secured with the layer (film), and good handling properties and productivity can be secured.
- the production of such a multilayer polyimide film will be described.
- the multilayer polyimide film is, for example, a polyamic acid solution (polyimide precursor solution) containing a lubricant (preferably having an average particle size of about 0.05 to 2.5 ⁇ m) of 0.05% by mass to the solid polymer content in the polyamic acid solution. 50% by mass (preferably 0.1 to 3% by mass, more preferably 0.20 to 1.0% by mass) and no lubricant or a small amount thereof (preferably in the solid content of the polymer in the polyamic acid solution) On the other hand, it is preferable to produce using two polyamic acid solutions that are 0.3 mass% or less, more preferably 0.01 mass% or less.
- the method of multilayering (lamination) of the multilayer polyimide film is not particularly limited as long as no problem occurs in the adhesion between the two layers, and any method may be used as long as the adhesion is achieved without using an adhesive layer or the like.
- one polyimide film is prepared, and then the other polyamic acid solution is continuously applied onto the polyimide film to imidize.
- one polyamic acid solution is cast to produce a polyamic acid film.
- the other polyamic acid solution is continuously applied onto the polyamic acid film and then imidized, iii) a coextrusion method, iv) a polyamic acid which does not contain a lubricant or has a small content
- a coextrusion method iv) a polyamic acid which does not contain a lubricant or has a small content
- examples thereof include a method in which a polyamic acid solution containing a large amount of a lubricant is applied onto a film formed from a solution by spray coating, T-die coating, or the like, and imidized.
- the methods i) and ii) are preferable.
- the ratio of the thickness of each layer in the multilayer polyimide film is not particularly limited, but the film (layer) formed with the polyamic acid solution containing a large amount of the lubricant (a) layer, does not contain the lubricant or contains it
- the layer (a) / (b) layer is preferably 0.05 to 0.95. If the (a) layer / (b) layer exceeds 0.95, the smoothness of the (b) layer tends to be lost. On the other hand, if it is less than 0.05, the effect of improving the surface characteristics is insufficient and the slipperiness may be lost. .
- a polyamic acid solution is applied on an inorganic substrate, and after drying, imidized by heating or chemical treatment to form a polyimide layer, or a solvent-soluble polyimide resin is applied and dried to form a polyimide layer, Further, when a polyimide layer is formed by proceeding with drying and partial imidization from a mixed state of a polyamic acid solution and a solvent-soluble polyimide resin that have not been partially imidized, a polyamic acid solution and / or a polyimide resin solution For example, spin coating, doctor blade, applicator, comma coating, screen printing method, fluency from a nozzle with a slit, extrusion with an extruder, slit coating, reverse coating, dip coating, etc.
- the heating temperature for drying the polyamic acid solution is preferably 50 to 120 ° C., more preferably 80 to 100 ° C.
- the treatment time is preferably 5 min to 3 hr, more preferably 15 min to 2 hr.
- the residual solvent amount after drying is preferably 25% to 50%, more preferably 35 to 45%.
- the heating temperature for preparing the polyimide layer by heating the polyamic acid after drying is preferably 150 to 500 ° C, more preferably 300 to 450 ° C.
- the heating time is preferably 3 min to 10 hr.
- the heat treatment is usually performed while raising the temperature stepwise or continuously.
- the rate of temperature rise is preferably 0.2 to 20 ° C./min, more preferably 0.3 to 10 ° C./min or less, and particularly preferably 0.5 to 5 ° C./min or less.
- the temperature is continuously increased from 100 ° C to a maximum temperature of 150 ° C to 500 ° C at a temperature increase rate of 0.5 to 20 ° C / min.
- the condition of holding for 120 minutes is preferable. More preferably, the temperature rising rate is 1 to 10 ° C./min, the maximum temperature reached is 300 to 480 ° C., the holding time at the maximum temperature reached is 1 to 60 min, and most preferably the temperature rising rate is 2 to 5 ° C. / Min, the maximum temperature reached is 400 to 450 ° C, and the holding time at the maximum temperature reached is 5 to 30 min.
- drying process and the imidization process have been described separately, but actually, the drying and imidization proceed simultaneously in parallel.
- the relatively low temperature drying process drying is dominant, and in the relatively high temperature imidization process, the imidization reaction is dominant. It is a preferred embodiment for industrial production that the drying step and the imidization step are not performed separately and are performed continuously as a heat treatment.
- the temperature rise conditions in drying by heating and imidization after drying at 80 ° C for 30 min, then at 100 ° C for 90 min, the temperature is increased to 400 ° C at a rate of 5 ° C / min, and then at 400 ° C for 5 min. It is particularly preferable to hold.
- the drying temperature after applying the resin solution is 150 to 380 ° C.
- the heating time is preferably 3 min to 10 hr.
- the heat treatment is usually performed while raising the temperature stepwise or continuously.
- the rate of temperature rise is preferably 0.2 to 20 ° C./min, more preferably 0.3 to 10 ° C./min or less, and particularly preferably 0.5 to 5 ° C./min or less.
- thermoplastic polyimide resin or the like is used as a polyimide layer in the present invention, and when cured on an inorganic substrate, the resin material is melted at a temperature 35 ° C. or higher than the melting point or softening temperature, and applied on the inorganic substrate in a molten state. It is preferable to cool to room temperature at a rate slower than 20 ° C./min. If the melting temperature does not fall within this range, uneven coating tends to occur. There is no particular upper limit for the melting temperature, but it is preferable not to exceed 300 ° C. or lower or 200 ° C. higher than the melting point or softening temperature. When this temperature is exceeded, deterioration of the resin material becomes remarkable, and the mechanical strength of the finished product may be insufficient.
- ⁇ Surface treatment> It is important to subject the polyimide layer, polyimide film and / or inorganic substrate to surface treatment.
- the surface treatment By performing the surface treatment, the surface of the polyimide layer, the polyimide film and / or the inorganic substrate is modified to a state in which a functional group exists (so-called activated state), and the adhesion between the polyimide layer and the inorganic substrate is improved.
- the surface treatment is a dry or wet surface treatment and is not particularly limited.
- the dry treatment include plasma treatment, corona treatment, irradiation with active energy rays such as ultraviolet rays, electron beams, and X-rays, and flame treatment.
- the wet treatment is preferably a coupling agent treatment or a treatment in which the film surface is brought into contact with an acid or alkali solution.
- plasma treatment and coupling agent treatment are particularly preferred.
- Plasma treatment includes RF plasma treatment in vacuum, microwave plasma treatment, microwave ECR plasma treatment, atmospheric pressure plasma treatment, corona treatment, etc.
- Gas treatment including fluorine, ion implantation using an ion source, PBII This includes processing using the law, frame processing, and nitrogen processing.
- the coupling agent treatment includes a silane coupling agent, a titanate coupling agent, an aluminate coupling agent, a zirconate coupling agent, and the like.
- a silane coupling agent is particularly preferable, and among them, a silane coupling agent having an amine group or an epoxy group is most preferable.
- ⁇ Plasma treatment> Appropriate conditions for the plasma treatment include oxygen plasma, plasma containing fluorine such as CF 4 and C 2 F 6, plasma known to have a high etching effect, or physical energy such as AR plasma with polyimide.
- a treatment with a plasma having a high effect of applying to the layer surface and physically etching is desirable. It is also preferable to add plasma such as CO 2 , H 2 , N 2 , a mixed gas thereof, or water vapor.
- a plasma having a high plasma energy density, a high kinetic energy of ions in the plasma, and a high number density of active species are desirable.
- microwave plasma treatment, microwave ECR plasma treatment, plasma irradiation with an ion source that easily implants high-energy ions, PBII method, and the like are also desirable.
- the effects of plasma treatment include the addition of the above-mentioned surface functional groups and the accompanying change in contact angle, improvement in adhesion, removal of surface contamination, etc.
- polymer and ceramic are completely different in etching ease, only a polymer having a lower binding energy than ceramic is selectively etched. For this reason, under the gas species and discharge conditions that have an etching action, only the polymer is selectively etched to expose the lubricant (also referred to as particles or filler).
- polishing with a pad including the case where a chemical solution is used together, brush polishing, polishing with a sponge soaked with a chemical solution, polishing particles in the polishing pad Examples thereof include polishing by sanding, sand blasting, wet blasting, etc., and these means may be employed together with plasma treatment.
- the plasma treatment may be performed only on one side of the polyimide layer or the polyimide film or on both sides.
- plasma treatment on one side, by placing the polyimide layer or polyimide film in contact with the electrode on one side in the plasma treatment with parallel plate electrodes, only on the side that is not in contact with the electrode of the polyimide layer or polyimide film Plasma treatment can be performed. If a polyimide layer or a polyimide film is placed in a state where it is electrically floated in the space between the two electrodes, plasma treatment can be performed on both sides. Moreover, single-sided processing is attained by performing plasma processing in the state which stuck the protective film on the single side
- the protective film not only a PET film or an olefin film with an adhesive, but also a film obtained by applying an adhesive to a PI base or PEN base having higher heat resistance can be used.
- the step of applying the plasma treatment to the polyimide layer or the polyimide film (raw material) is preferably performed by a roll-to-roll process from the viewpoint of improving the efficiency of the treatment.
- a polyimide film is used as the polyimide layer, since there is a lubricant also in the polyimide film roll subjected to the plasma treatment, the handling properties as a roll are equivalent to those before the plasma treatment.
- both surfaces of R a is 0.1 nm ⁇ 0.95 nm, 0.25 nm More preferably, it is -0.7 nm.
- adhesiveness improves and it has a surface provided with the smoothness degree suitable for joining and lamination
- Ra is 0.1 nm or less, when producing a roll for handling a polyimide layer or a polyimide film in a roll to roll process, defects such as wrinkles and blocking are not likely to occur during roll winding.
- the bonding strength with the inorganic substrate may be insufficient, and air bubbles are likely to be generated at the polyimide layer or polyimide film-inorganic substrate interface on the bonding surface.
- Ra of the surface of the flexible laminate after plasma treatment on the inorganic substrate side is 0.05 nm to 0.7 nm. It is preferably 0.05 nm to 0.5 nm, more preferably 0.05 nm to 0.3 nm. It is particularly preferred in order to produce a precise electrical circuits and semiconductor devices R a inorganic substrate-side surface of the flexible laminate is 0.05 nm ⁇ 0.7nm, for example, when R a is more than 0.7nm is It will not have the necessary smoothness, and may adversely affect the metal foil film or device formed thereon in terms of adhesion and smoothness.
- the coupling agent used for the coupling agent treatment is used as a compound having a function of physically or chemically interposing between the inorganic substrate and the polyimide layer and enhancing the adhesive force between the two.
- the coupling agent is not particularly limited, but a coupling agent having an amino group or an epoxy group is particularly preferable.
- the coupling agent include N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2- (amino Ethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N- (1,3-dimethylbutylidene) propylamine, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane vinyltrichlorosilane, vinyl Trimethoxysilane, vinyltriethoxysilane,
- the coupling agent used in the present invention includes, for example, 1-mercapto-2-propanol, methyl 3-mercaptopropionate, 3-mercapto-2-butanol, butyl 3-mercaptopropionate, 3 -(Dimethoxymethylsilyl) -1-propanethiol, 4- (6-Mercaptohexaloyl) benzyl alcohol, 11-amino-1-undecenethiol, 11-mercaptoundecylphosphonic acid, 11-mercaptoundecyltrifluoroacetic acid , 2, 2 '-(Ethylenedioxy) diethanethiol, 11-mercaptoundecyltri (ethylene glycol), (1-mercaptoundec-11-yl) tetra (ethylene glycol), 1- (methylcarboxy) undec -11-yl) hexa (ethylene glycol), hydroxyundecyl Sulfide, carboxyundecyl Sulfide
- Particularly preferred coupling agents include N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, and N-2- (aminoethyl).
- an inorganic substrate and / or polyimide layer may be immersed in a solution diluted with a solvent, followed by drying and heat treatment, a method of adding at the time of polyimide layer preparation, and a method of treating with a coupling agent at the same time as polyimide layer preparation. It can. What is necessary is just to set suitably the application quantity (adhesion amount or content) of a coupling agent so that the film thickness of the coupling process layer formed may become the thickness mentioned later.
- the conditions for the heat treatment are preferably 50 to 250 ° C., more preferably 75 to 165 ° C., further preferably 95 to 155 ° C., preferably 10 seconds to 5 hours, more preferably 30 seconds to 2 Heat for hours. If the heating temperature is too high or the time is too long, the coupling agent may be decomposed or inactivated. If the heating temperature is too low or the time is too short, fixing is insufficient.
- a coating method in the above liquid phase using a solution obtained by diluting a silane coupling agent with a solvent such as alcohol, spin coating method, curtain coating method, dip coating method, slit die coating method, gravure coating method, bar coating method
- a solvent such as alcohol, spin coating method, curtain coating method, dip coating method, slit die coating method, gravure coating method, bar coating method
- Common liquid application methods such as a comma coating method, an applicator method, a screen printing method, and a spray coating method can be exemplified.
- the coating method in the liquid phase it is preferable to quickly dry after coating and to perform heat treatment under the above heat treatment conditions.
- the heat treatment the coupling agent and the surface of the coated surface are bonded by a chemical reaction.
- the pH during the treatment greatly affects the performance, and aggregation occurs depending on the pH. Therefore, the pH should be adjusted appropriately to reduce aggregation as much as possible. Is desirable.
- a coating method in the gas phase can be used.
- the application by the vapor phase method is by exposing the substrate to the vapor of the silane coupling agent, that is, the silane coupling agent in a substantially gaseous state.
- the vapor of the silane coupling agent can be obtained by heating the silane coupling agent in a liquid state to a temperature from 40 ° C. to about the boiling point of the silane coupling agent.
- the boiling point of the silane coupling agent varies depending on the chemical structure, but is generally in the range of 100 to 250 ° C. However, heating at 200 ° C.
- the environment for heating the silane coupling agent may be under pressure, at about normal pressure, or under reduced pressure, but is preferably at about normal pressure or under reduced pressure in order to promote vaporization of the silane coupling agent. Since many silane coupling agents are flammable liquids, it is preferable to perform the vaporizing operation in an airtight container, preferably after replacing the inside of the container with an inert gas.
- the time for exposing the inorganic substrate to the silane coupling agent is not particularly limited, but is within 20 hours, preferably within 60 minutes, more preferably within 15 minutes, and even more preferably within 1 minute.
- the inorganic substrate temperature during exposure of the inorganic substrate to the silane coupling agent is controlled to an appropriate temperature between ⁇ 50 ° C. and 200 ° C. depending on the type of the silane coupling agent and the desired thickness of the silane coupling agent layer. It is preferable.
- the inorganic substrate exposed to the silane coupling agent is preferably heated to 70 ° C. to 200 ° C., more preferably 75 ° C. to 150 ° C. after the exposure. By such heating, the hydroxyl group on the surface of the inorganic substrate reacts with the alkoxy group or silazane group of the silane coupling agent, and the silane coupling agent treatment is completed.
- the time required for heating is about 10 seconds to 10 minutes.
- the substrate temperature being exposed to the silane coupling agent is already 80 ° C. or higher, the subsequent heating can be omitted.
- the coating surface of the inorganic substrate is inevitably facing upward during and before coating, and therefore it is impossible to deny the possibility that floating foreign substances or the like in the working environment are deposited on the surface of the inorganic substrate.
- the coating method using the gas phase can hold the inorganic substrate downward.
- ⁇ Pattern formation> In the method for manufacturing a rigid composite laminate according to the first invention of the present application, after the surface treatment of the second joint surface, a part of the surface treatment layer of the second joint surface is inactivated and subjected to a predetermined pattern. Form. Thereby, the part with strong peeling strength between a 2nd inorganic substrate and a flexible laminated body (2nd junction surface) and a weak part can be created intentionally.
- the surface treatment layer is inactivated by physically removing the surface treatment layer partially (so-called etching), physically masking the surface treatment layer microscopically, Is chemically modified.
- a portion corresponding to the predetermined pattern is temporarily covered or shielded with a mask, and then the entire surface is etched. Then, the mask may be removed, or if possible, etching or the like may be performed according to a predetermined pattern by a direct drawing method.
- a mask a material generally used as a resist, a photomask, a metal mask or the like may be appropriately selected and used according to an etching method.
- the pattern shape may be appropriately set according to the type of device to be stacked, and is not particularly limited.
- a good adhesion portion 11 is disposed only on the outer peripheral portion of the rigid composite laminate, and an easily peelable portion is provided inside the rigid composite laminate.
- FIGS. 1 (2) and (3) there are a pattern in which the good adhesion portion 1 is linearly arranged inside as well as the outer peripheral portion of the laminate.
- the deactivation treatment is preferably performed by at least one selected from the group consisting of blast treatment, vacuum plasma treatment, atmospheric pressure plasma treatment, corona treatment, actinic radiation irradiation treatment, active gas treatment and chemical treatment.
- the blast treatment refers to a treatment in which particles having an average particle diameter of 0.1 to 1000 ⁇ m are sprayed onto an object together with gas or liquid. In the present invention, it is preferable to use blasting using particles having a small average particle diameter as much as possible.
- the vacuum plasma treatment refers to a treatment in which an object is exposed to plasma generated by discharge in a decompressed gas, or ions generated by the discharge collide with the object.
- the gas neon, argon, nitrogen, oxygen, carbon fluoride, carbon dioxide, hydrogen or the like alone or a mixed gas can be used.
- the atmospheric pressure plasma treatment is a treatment in which an object is exposed to plasma generated by a discharge generated in a gas that is generally in an atmospheric pressure atmosphere, or ions generated by the discharge collide with the object. say.
- As the gas neon, argon, nitrogen, oxygen, carbon dioxide, hydrogen or the like alone or a mixed gas can be used.
- the corona treatment refers to a treatment in which an object is exposed to a corona discharge atmosphere generated in a gas that is generally in an atmospheric pressure atmosphere, or ions generated by the discharge collide with the object.
- the actinic radiation irradiation treatment refers to a treatment for irradiating radiation such as electron beam, alpha ray, X-ray, beta ray, infrared ray, visible ray, ultraviolet ray, laser beam irradiation treatment.
- the active gas treatment is a gas having an activity that causes a chemical or physical change in the surface treatment layer, such as halogen gas, hydrogen halide gas, ozone, high concentration oxygen gas, ammonia, organic alkali, organic acid. This refers to a process of exposing an object to a gas.
- the chemical treatment is a liquid having an activity that causes a chemical or physical change in the surface treatment layer, for example, a liquid such as an alkaline solution, an acid solution, a reducing agent solution, an oxidizing agent solution, or an object in the solution. The treatment to be exposed.
- the inactivation treatment a method combining actinic radiation and a mask, or a method combining an atmospheric pressure plasma treatment and a mask is preferably used.
- the actinic radiation treatment is preferably an ultraviolet irradiation treatment, that is, a UV irradiation treatment, from the viewpoints of economy and safety. If the UV irradiation treatment, the surface of the second inorganic substrate is subjected to a surface treatment by selecting one having UV transparency as the second inorganic substrate, and then the surface opposite to the surface subjected to the treatment. Therefore, UV irradiation can also be performed through direct drawing or a mask. From the above, in the present invention, it is preferable to perform inactivation treatment by UV irradiation, which will be described in detail below.
- the UV irradiation treatment in the present invention is a treatment in which a surface-treated polyimide layer and / or a second inorganic substrate is placed in an apparatus that generates ultraviolet rays (UV light) having a wavelength of 400 nm or less, and UV irradiation is performed.
- UV light ultraviolet rays
- the UV light wavelength is preferably 260 nm or less, and more preferably a short wavelength of 200 nm or less.
- energy of UV light is added to the sample (surface treatment layer), and active oxygen and ozone in an excited state are generated in the vicinity of the sample.
- the inactivation treatment of the present invention can be performed more effectively.
- the irradiation intensity of the UV light is preferably 5 mW / cm 2 or more when measured using an ultraviolet light meter having a sensitivity peak in a wavelength range of at least 150 nm to 400 nm, and 200 mW / cm 2 or less is used for preventing deterioration of the inorganic substrate. This is desirable.
- the irradiation time of the UV light is preferably 5 seconds to 30 minutes, more preferably 10 seconds to 20 minutes, and further preferably 15 seconds to 15 minutes.
- integrated light quantity is preferably 25mJ / cm 2 ⁇ 360000mJ / cm 2, more preferably 50mJ / cm 2 ⁇ 240000mJ / cm 2, more preferably from 75mJ / cm 2 ⁇ 120000mJ / cm 2.
- ⁇ Pattern formation during UV irradiation treatment is performed by intentionally creating a portion that irradiates light and a portion that does not irradiate.
- a method of forming a pattern a method of making a portion that shields UV light and a portion that does not shield UV light, or a method of scanning UV light can be cited.
- it is effective to block the UV light and cover the second inorganic substrate with a mask. It is also effective to scan with a parallel beam of a UV laser.
- the light source that can be used for UV irradiation treatment is not particularly limited.
- excimer lamps, low-pressure mercury lamps, Xe excimer lasers, ArF excimer lasers, KrF excimer lasers, and the like are preferable.
- the surface treatment layer that has been subjected to the inactivation treatment as described above has a good adhesion portion that has a strong peel strength between the second inorganic substrate and the flexible laminate depending on whether or not the surface treatment layer has been inactivated (etched). And the pattern which consists of an easily peelable part which is a part with the weak peeling strength of a 2nd inorganic substrate and a flexible laminated body is formed.
- the amino group and propyl group are broken.
- the surface treatment layer is formed on the second inorganic substrate with a coupling agent having no functional group such as N-propyltrimethoxysilane
- the part that has not been irradiated with UV becomes an easily peelable part.
- a good adhesion portion is formed by irradiating UV light and breaking the propyl group portion.
- the second inorganic substrate it is industrially advantageous to use glass as the substrate. In this case, it is more practical to lower the peel strength by UV irradiation. Depending on the strength, the UV light irradiated part may be considered as a good adhesive part.
- a method of obtaining a laminate of an inorganic substrate and a polyimide layer or a polyimide film a method in which a polyimide varnish (polyamic acid solution described above) is directly applied on an inorganic substrate and imidized to form a film, and a polyimide film A method of laminating on an inorganic substrate after the formation is possible.
- a polyimide varnish polyamic acid solution described above
- the moisture content in the polyimide layer or polyimide film is preferably 0.1 to 1.7 wt%, more preferably 0.3 to 1.5 wt%, and even more preferably 0.7 wt% to 1.3 wt%.
- the moisture content in the polyimide layer is less than 0.1 wt%, the adhesive force between the polyimide layer or polyimide film and the inorganic substrate is not sufficiently exhibited, and the function as a laminate is not achieved.
- the moisture content in the polyimide layer is higher than 1.7 wt%, the amount of water volatilized from the polyimide layer or polyimide film increases during heating, and many bubbles are generated at the polyimide layer or polyimide film-inorganic substrate interface.
- pressurization and heat treatment for example, pressurization by pressing, laminating, roll laminating or the like is performed while applying temperature, or a method of applying temperature after pressurizing and pressing is considered.
- a method of applying pressure and heating in a flexible bag can also be applied.
- a method using rolls (roll lamination or the like) is particularly preferable.
- the pressure at the time of pressurization and heat treatment is preferably 0.05 MPa to 5 MPa, more preferably 0.1 MPa to 3 MPa when performing using a roll, and preferably 0.5 MPa when performing using a press.
- MPa to 50 MPa and more preferably 1 MPa to 20 MPa. If the pressure is too high, the inorganic substrate may be damaged.
- the temperature during the pressure and heat treatment is 50 ° C. to 400 ° C., more preferably 80 ° C. to 300 ° C. If the temperature is too high, the polyimide layer may be damaged or the adhesive force may be weakened. If the temperature is too low, the adhesive force tends to be weakened.
- the pressurization and heat treatment can be performed in the air, but it is preferably performed under vacuum in order to obtain a stable peel strength on the entire surface. At this time, the degree of vacuum by a normal oil rotary pump is sufficient, and about 10 Torr is sufficient.
- US standard 1000 Federal Standard 209D (1988)
- class 1000 more preferably class 100, and even more preferably class 10.
- an apparatus that can be used for pressurization and heat treatment for example, “11FD” manufactured by Imoto Seisakusho can be used to perform pressing in a vacuum, and a roll-type film laminator or a vacuum is used in vacuum.
- MVLP manufactured by Meiki Seisakusho Co., Ltd. can be used for vacuum lamination such as a film laminator that applies pressure to the entire glass surface at once with a thin rubber film.
- the pressurization and heat treatment can be performed separately in a pressurization process and a heating process.
- a relatively low temperature for example, a temperature of less than 150 ° C., more preferably 90 ° C. or less
- a relatively low pressure for example, a temperature of less than 150 ° C., more preferably 90 ° C. or less
- a low pressure preferably 0.2 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or less
- high pressure eg 50 ° C. or more, more preferably 60 to 250 ° C.
- the chemical reaction at the adhesion interface is promoted, and the polyimide layer and the inorganic substrate can be joined.
- first bonding surface bonding The order in which the first inorganic substrate and the polyimide layer are bonded (first bonding surface bonding) and the second inorganic substrate and the polyimide layer are bonded (second bonding surface bonding) is the first order.
- bonding surface is bonded first or the second bonding surface first, and the first bonding surface and the second bonding surface can be bonded simultaneously.
- the flexible laminate is peeled off by cutting into the easy peelable portion of the second inorganic substrate and the polyimide layer, the area of the first joint surface in the flexible laminate is less than the second joint surface. It is preferable that it is smaller than the easily peelable portion. Therefore, it is preferable to first apply the second bonding surface first, and then apply the first bonding surface, and then apply a uniform pressure to the entire bonding surface. This is more preferable because it becomes easier.
- a hole portion penetrating in the film thickness direction of the flexible laminate or the entire rigid composite laminate in the rigid composite laminate is provided.
- a non-polyimide layer portion may be provided.
- the part is not particularly limited, but is preferably filled with a metal whose main component is Cu, Al, Ag, Au, or the like, or formed by a mechanical drill or laser drilling. And the like, and those in which a metal film is formed on the wall surface of the holes by sputtering, electroless plating seed layer formation, or the like.
- a flexible laminate comprising a first inorganic substrate and a polyimide layer bonded via a surface treatment layer is further bonded via a second inorganic substrate and a surface treatment layer.
- the second inorganic substrate and the flexible laminate have a good adhesion portion and an easy peel portion having different peel strengths, and the good adhesion portion and the easy peel portion form a predetermined pattern. It is preferable. As a result, it becomes a rigid composite laminate that can be easily peeled off from the second inorganic substrate after the device is produced on the flexible laminate without peeling off even in a high-temperature process during device production. .
- a rigid composite laminate having a well-bonded portion on the entire surface is manufactured, and the entire surface is easily peeled off by post-processing. Also in this method, as described above, after a device is produced on a flexible laminate, it can be used as a rigid composite laminate that easily peels off the second inorganic substrate flexible laminate.
- the rigid composite laminate of the present invention can be obtained by the production method of the rigid composite laminate of the present invention, and details of the inorganic substrate, polyimide layer, surface treatment, etc. are as described above.
- the device fabrication surface polyimide of the first inorganic substrate in the flexible laminate
- the smoothness and flatness of the surface opposite to the surface facing the layer are lost. Therefore, the number of bubbles bonding surface is preferably 30 or / 100 cm 2 or less, more preferably 15/100 cm 2 or less, more preferably 5 or / 100 cm 2 or less, 0/100 cm 2 is most preferred.
- the moisture content of the film should be controlled before the pressurizing / heating treatment, the film production and packaging, and the inorganic substrate and polyimide layer should be It is preferable to perform the work at the time of joining in a clean environment.
- Preferable conditions for the moisture content of the film before pressurization and heat treatment are as described above.
- the environment for film production, packaging, and bonding is preferably a clean environment managed to class 1000 or less in accordance with the Federal Standard 209D (1988), and a clean environment managed to class 100 or less. The environment is more preferable, and a clean environment managed to be class 10 or lower is further preferable.
- the good adhesion portion in the present invention refers to a portion where the peel strength between the second inorganic substrate and the flexible laminate is strong by changing the surface properties depending on the presence or absence of UV light irradiation.
- the easily peelable portion in the present invention refers to a portion where the peel strength between the second inorganic substrate and the flexible laminate is weak by changing the surface properties depending on the presence or absence of UV light irradiation.
- the 180 ° peel strength between the second inorganic substrate and the flexible laminate may be appropriately set according to the type and process of the device laminated thereon, and is not particularly limited.
- the difference between the 180 ° peel strength of the easily peeled portion and the 180 ° peel strength of the well-bonded portion is preferably 0.1 N / cm or more, and more preferably 0.2 N / cm or more.
- the 180 ° peel strength of the well-bonded portion is preferably 0.1 N / cm or more and 20 N / cm or less, more preferably 0.5 N / cm or more and 10 N / cm or less.
- the 180 ° peel strength of the easy peel portion is preferably 0.01 N / cm or more and less than 0.5 N / cm, more preferably 0.01 N / cm or more and 0.2 N / cm or less.
- the lower limit of the 180 ° peel strength of the easily peelable portion is a value that takes into account the bending energy of the flexible laminate.
- the 180 ° peel strength in the present invention can be measured by the method described later in Examples. Further, the heat-resistant peel strength, acid peel strength, and alkali peel strength described later in the examples are also preferably 0.1 N / cm or more and 20 N / cm or less, respectively. It can be.
- the entire surface is well bonded, and the 180 ° peel strength in that case is preferably 0.1 N / cm or more and 20 N / cm or less, and is 0.3 N / cm or more and 10 N / cm or less Is more preferable.
- the adhesive force of the second bonding surface is reduced by laser treatment or the like, it is preferable to use a rigid composite laminate having the entire surface bonded well.
- the 180 ° peel strength between the first inorganic substrate and the polyimide layer may be appropriately set according to the type and process of the device laminated thereon, and is not particularly limited. It is preferable to adhere.
- the 180 ° peel strength of a good adhesion portion is preferably 0.1 N / cm or more and 20 N / cm or less, more preferably 0.5 N / cm or more and 10 N / cm or less.
- the lower limit of the 180 ° peel strength of the easily peelable portion is a value that takes into account the bending energy of the flexible laminate.
- the 180 ° peel strength in the present invention can be measured by the method described later in Examples.
- the heat-resistant peel strength, acid peel strength, and alkali peel strength described later in the examples are also preferably 0.1 N / cm or more and 20 N / cm or less, respectively. It can be.
- a pattern is formed with a well-bonded portion and an easily peelable portion as between the second inorganic substrate and the flexible laminate.
- the peel strength is the same as the 180 ° peel between the second inorganic substrate and the flexible laminate, and the 180 ° peel strength of the well bonded portion is 0.1 N / cm or more and 20 N / cm or less.
- 0.5N / cm or more and 10N / cm or less, 180 ° peel strength of the easily peelable part is preferably 0.01N / cm or more and less than 0.5N / cm, 0.01N / cm or more More preferably, it is 0.2 N / cm or less.
- the rigid composite laminate of the present invention there is no adhesive layer or pressure-sensitive adhesive layer between the first inorganic substrate and the polyimide layer and between the second inorganic substrate and the flexible laminate.
- the coupling agent treatment which is an example of the surface treatment
- only a material containing 10 mass% or more of Si derived from the coupling agent treatment is contained.
- the surface treatment layer that is the intermediate layer between the first inorganic substrate and the polyimide layer, and the second inorganic substrate and the flexible laminate can be easily made into a very thin layer of 10 nm or less. Therefore, it is difficult to elute even in the wet process, and even if the elution occurs, the effect of staying in a very small amount can be obtained.
- the process includes a step of cleaning the composite laminate using an acid solution or an alkali solution before device fabrication
- the treatment with a coupling agent there are usually many silicon oxide components, and not only heat resistance at about 500 ° C. for 4 hours, but also acid resistance and alkali resistance can be obtained.
- the plasma treatment is the same and does not dramatically deteriorate the heat resistance of the polyimide layer.
- it can be obtained by combining an aromatic tetracarboxylic acid having a pyromellitic acid residue and an aromatic diamine having a benzoxazole structure.
- the resulting polyimide layer has a heat resistance of about 470 ° C. for 3 hours.
- the film thickness of the coupling agent treatment layer is compared with the inorganic substrate, polyimide layer or general adhesive or pressure-sensitive adhesive in the present invention.
- the thickness is negligible from the viewpoint of mechanical design, and in principle, a thickness of the order of a monomolecular layer is sufficient as a minimum.
- it is less than 400 nm (less than 0.4 ⁇ m), preferably 200 nm (0.2 ⁇ m or less), more practically 100 nm or less (0.1 ⁇ m or less), more preferably 50 nm or less, still more preferably 10 nm or less.
- the film thickness of the coupling agent treatment layer can be determined by ellipsometry or calculation from the concentration and application amount of the coupling agent solution at the time of application.
- the manufacturing method of the device structure of the first invention of the present application uses the rigid composite laminate of the present invention having the flexible laminate and the second inorganic substrate, and the first inorganic in the flexible laminate as a base material.
- This is a method of manufacturing a structure in which a device is formed on a substrate surface.
- a slit is made in the polyimide layer of the easily peelable portion of the rigid composite laminate.
- the flexible laminate is peeled from the second inorganic substrate.
- the method of cutting the polyimide layer at the easy peeling part of the rigid composite laminate is to cut the polyimide layer with a blade, or to cut the polyimide layer by relatively scanning the laser and the rigid composite laminate.
- the position where the cut is made includes at least a part of the easily peelable portion, and basically it is cut according to the pattern. is there.
- the position where the cut is made includes at least a part of the easily peelable portion, and basically it is cut according to the pattern. is there.
- you try to cut at the boundary between the good adhesion part and the easy peeling part exactly according to the pattern there is a possibility that only the good adhesion part may be cut due to an error. It is preferable at the point which raises property.
- the width of the good adhesion portion is set narrow, the polyimide layer remaining in the good adhesion portion at the time of peeling can be reduced, the use efficiency of the polyimide layer is improved, and the device area relative to the rigid composite laminate is improved. Increases productivity. Furthermore, an easy peeling portion is provided in a part of the outer peripheral portion of the flexible laminate, and the method of peeling off the outer peripheral portion without actually making a cut is also an extreme form of the present invention. It can be.
- the method of peeling the flexible laminate from the support is not particularly limited, but it is a method of rolling from the end with tweezers, etc., and an adhesive tape is attached to one side of the cut portion of the polyimide layer in the flexible laminate with the device
- a method of squeezing from the tape portion later, a method of squeezing from one side of the cut portion of the polyimide layer in the flexible laminate with a device, and then squeezing from that portion can be employed.
- stress may be applied to the device in that portion and the device may be destroyed.
- It is desirable to peel off with a large curvature For example, it is desirable to roll while winding on a roll having a large curvature, or to roll using a machine having a configuration in which the roll having a large curvature is located at the peeling portion.
- the reinforcing member can be fixed before the final product.
- the reinforcing member may be fixed after peeling off from the second inorganic substrate.
- the flexible laminate is cut off and peeled off from the support, or cut into the flexible laminate. It is preferable that the reinforcing member is fixed to the cut portion after putting in and then peeled off.
- the reinforcing member is fixed before peeling, it is possible to make the device portion less susceptible to stress by considering the elastic modulus and film thickness of the flexible laminate and the reinforcing member.
- a polymer film, ultrathin glass, SUS, or the like is preferably used as the reinforcing member.
- the polymer film has an advantage that the lightness of the device is maintained, and further includes transparency, various workability, and difficulty in cracking.
- Ultra-thin glass has the advantages of providing gas barrier properties, chemical stability, and transparency.
- SUS has the advantage that it can be shielded electrically and is difficult to break.
- Fixing of these reinforcing members can be easily performed by adhesion or adhesion.
- a method for obtaining a laminate having a difference in adhesive strength between F1 and F2 in the second invention of the present application a method using a polyimide film having different surface irregularities on both sides can be exemplified.
- an inorganic filler called a lubricant is blended into a polyimide film.
- the inorganic filler forms fine protrusions on the surface of the film, and a thin air layer is caught between other objects in close proximity to cause friction between them. While having the effect of reducing the coefficient, the adhesive force is also reduced.
- the adhesive force ratio in the present invention can be realized by providing a difference of 1.8 times or more, preferably 4 times or more, in the lubricant compounding ratio in the vicinity of the first surface and the second surface.
- a method of giving a difference in the strength of the surface treatment on both sides of the polyimide film (represented for convenience) .
- a method of changing the input power during the front and back processing, a method of changing the processing time, a method of changing the distance from the plasma to the processing surface, a method of introducing different gases, and a different plasma processing are performed.
- a method etc. can be illustrated.
- one surface of the film surface-treated by plasma treatment is subjected to other surface treatment, for example, ultraviolet irradiation with a short wavelength.
- other surface treatment for example, ultraviolet irradiation with a short wavelength.
- an ultraviolet lamp having a wavelength of 250 nm is used, and an ultraviolet irradiation treatment (UV ozone treatment) that can be used in combination with the effect of ozone exposure generated during irradiation can be preferably used.
- the amount of irradiation necessary to develop the difference in adhesive strength necessary in the present invention is 20 mW / cm 2 or more, preferably 50 mw / cm 2, more preferably 250 mW / cm 2 or more.
- Such second-stage surface treatment may be performed on only one side of the film, or the second-stage surface treatment having different strengths may be performed on both sides of the film.
- a method for changing the thickness or the coating amount of the coupling agent applied to both the first inorganic substrate and the second inorganic substrate can be exemplified.
- either the first inorganic substrate after surface treatment with a coupling agent or the second inorganic substrate after surface treatment with a coupling agent examples of methods for differentiating the surface treatment activity by performing other surface treatment, for example, ultraviolet irradiation treatment.
- the activity of the coupling agent can be changed by subjecting the treated surface of the inorganic substrate treated with the coupling agent to ultraviolet treatment with a short wavelength.
- Such second-stage surface treatment may be performed on only one of the inorganic substrates, or both substrates may be subjected to the second-stage surface treatment having different strengths.
- the laminate of the second invention of the present application device processing is performed on the first inorganic substrate or the second inorganic substrate, and then the bonding surface where the adhesive strength between the polyimide film and the inorganic substrate is weak (adhesive strength is F2)
- the device can be manufactured by peeling the polyimide film and the inorganic substrate at the bonding surface.
- a method for forming a device on the surface of the first inorganic substrate in the flexible laminate as a substrate may be appropriately performed according to a conventionally known method.
- the device in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include only electronic circuit wiring, electrical resistance, passive devices such as coils and capacitors, active devices including semiconductor elements, and electronic circuit systems formed by combining them. is there.
- the semiconductor element include a solar cell, a thin film transistor, a MEMS element, a sensor, and a logic circuit.
- a film-like solar cell using the flexible laminate of the present invention has a laminate X including a photoelectric conversion layer made of a semiconductor formed on the substrate using the flexible laminate of the present invention as a substrate.
- This laminate X has a photoelectric conversion layer that converts sunlight energy into electrical energy as an essential component, and usually further includes an electrode layer for taking out the obtained electrical energy.
- an electrode layer for taking out the obtained electrical energy.
- a structure in which several photoelectric conversion layers are stacked can be said to be a solar cell of the present invention if it is fabricated by PVD (physical vapor deposition) or CVD (scientific vapor deposition).
- PVD physical vapor deposition
- CVD scientific vapor deposition
- the laminated structure of the laminated body X is not limited to the embodiment described below, and the structure of the laminated body included in the solar cell of the prior art may be referred to as appropriate, and a protective layer and known auxiliary means may be added. It ’s good.
- One electrode layer in the pair of electrode layers (hereinafter also referred to as a back electrode layer) is preferably formed on the surface of the first inorganic substrate in the flexible laminate of the base material.
- the back electrode layer is obtained by laminating a conductive inorganic material by a conventionally known method such as a CVD method or a sputtering method.
- a conductive inorganic material metal thin films such as Al, Au, Ag, Cu, Ni, stainless steel, In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, Cd 2 SnO 4 , ITO (In 2 O 3 with Sn added) Oxide semiconductor-based conductive materials and the like.
- the back electrode layer is a metal thin film.
- the thickness of the back electrode layer is not particularly limited, and is usually about 30 to 1000 nm.
- a film forming method that does not use a vacuum such as Ag paste may be adopted for a part of the electrode leads.
- the photoelectric conversion layer that converts solar energy into electrical energy is a layer made of semiconductor
- CuInSe 2 is a compound semiconductor thin film (chalcopyrite structure semiconductor thin film) consisting of Group I elements, Group III elements and Group VI elements.
- a (CIS) film, or a Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) film in which Ga is dissolved in the film (hereinafter, both are collectively referred to as a CIS-based film) and a layer made of a silicon-based semiconductor.
- the silicon-based semiconductor include a thin film silicon layer, an amorphous silicon layer, and a polycrystalline silicon layer.
- the photoelectric conversion layer may be a laminate having a plurality of layers made of different semiconductors. Moreover, the photoelectric converting layer using a pigment
- the thin film silicon layer is a silicon layer obtained by a plasma CVD method, a thermal CVD method, a sputtering method, a cluster ion beam method, a vapor deposition method, or the like.
- the amorphous silicon layer is a layer made of silicon having substantially no crystallinity. The lack of crystallinity can be confirmed by not giving a diffraction peak even when X is irradiated.
- Means for obtaining an amorphous silicon layer are known, and examples of such means include a plasma CVD method and a thermal CVD method.
- the polycrystalline silicon layer is a layer made of an aggregate of microcrystals made of silicon.
- the above amorphous silicon layer is distinguished by giving a diffraction peak by irradiation with X-rays.
- Means for obtaining a polycrystalline silicon layer are known, and such means include means for heat-treating amorphous silicon.
- the photoelectric conversion layer is not limited to a silicon-based semiconductor layer, and may be, for example, a thick film semiconductor layer.
- the thick film semiconductor layer is a semiconductor layer formed from a paste such as titanium oxide, zinc oxide, or copper iodide.
- a known method may be adopted as appropriate. For example, a high-frequency plasma discharge is performed in a gas in which PH 3 is added to SiH 4 at a temperature of 200 to 500 ° C., thereby forming an a-Si (n layer) of about 20 nm, and then using only SiH 4 gas. About 500 NM of a-Si (i layer) can be formed, and then diborane (B 2 H 6 ) can be added to SiH 4 to form about 10 nm of p-Si (p layer).
- the electrode layer (hereinafter also referred to as the current collecting electrode layer) provided on the side opposite to the flexible laminate substrate is made of a conductive paste containing a conductive filler and a binder resin.
- the electrode layer may be a transparent electrode layer.
- oxide semiconductor materials such as In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, Cd 2 SnO 4 , ITO (In 2 O 3 added with Sn) can be preferably used.
- the transparent electrode / p-type a-Si / i-type a-Si / n-type a-Si / metal electrode / polyimide layer / first inorganic substrate which are preferred embodiments of the present invention, are laminated in this order.
- a film-like solar cell is obtained.
- the p layer may be a-Si
- the n layer may be polycrystalline silicon
- a thin undoped a-Si layer may be inserted between them.
- the a-Si / polycrystalline silicon hybrid type improves the sensitivity to the sunlight spectrum.
- an antireflection layer, a surface protective layer, or the like may be added in addition to the above structure.
- the thin film transistor refers to a semiconductor layer that constitutes a transistor and an insulating film, an electrode, a protective insulating film, etc. that constitute an element are formed by depositing a thin film. It is usually distinguished from silicon wafers that use silicon as the semiconductor layer. Usually, a thin film is produced by a method using a vacuum such as PVD such as vacuum deposition or CVD such as plasma CVD. For this reason, what is not a single crystal like a silicon wafer is included. Even if SI is used, it includes microcrystalline silicon TFTs, high-temperature polysilicon TFTs, low-temperature polysilicon TFTs, oxide semiconductor TFTs, and organic semiconductor TFTs.
- the MEMS element means an element manufactured using MEMS technology, and includes an inkjet printer head, a probe for a scanning probe microscope, a contactor for an LSI prober, an optical spatial modulator for maskless exposure, an optical integrated element, an infrared ray Sensors, flow sensors, acceleration sensors, MEMS gyro sensors, RF-MEMS switches, internal and external blood pressure sensors, and video projectors using grating light valves, digital micromirror devices, etc.
- the sensors include strain gauges, load cells, semiconductor pressure sensors, optical sensors, photoelectric elements, photodiodes, magnetic sensors, contact temperature sensors, thermistor temperature sensors, resistance thermometer temperature sensors, thermocouple temperature sensors.
- the logic circuit includes a logic circuit based on NAND and OR and a circuit synchronized by a clock.
- FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of a method for producing a rigid composite laminate according to the first invention of the present application, wherein (1) shows a second inorganic substrate 21 and (2) shows a second inorganic substrate. (3) shows the stage where UV light was irradiated after the UV light blocking mask 23 was installed, (4) shows the stage where the coupling agent 22 was applied and dried on 21. A stage in which the UV light blocking mask 23 is removed after the light irradiation is shown.
- the UV exposure part becomes the UV irradiation part 24, and the remaining part remains the coupling process layer 22.
- (5) shows the stage where the polyimide film 25 is pasted.
- (6) shows the first inorganic substrate 26, and (7) shows the stage where the coupling treatment layer 27 is formed by applying and drying a coupling agent on the first inorganic substrate 26.
- (8) shows the stage where the coupling agent treatment layer 27 formed on the first inorganic substrate 26 is pasted on the opposite side of the second inorganic substrate side of the polyimide film 25, and (9) is on the UV irradiation unit 24 A stage in which the polyimide film 28 is cut and the flexible laminate 210 is peeled off from the glass substrate 21 is shown.
- FIG. 3 is a schematic view showing one embodiment of a method for producing a device using the rigid composite laminate of the first invention of the present application and using a flexible laminate as a substrate, and (1) shows a second inorganic substrate 31. (2) shows the stage where a coupling agent is applied and dried on the second inorganic substrate 31 to form a coupling treatment layer 32. (3) shows the UV light after the UV light blocking mask 33 is installed. The irradiation stage is shown, and (4) shows the stage where the UV light blocking mask 33 is removed after the UV light irradiation.
- the UV exposure part becomes the UV irradiation part 34, and the remaining part remains the coupling process layer 32.
- (5) shows the stage where the polyimide film 35 is pasted.
- the coupling treatment layer 37 is formed by applying and drying a coupling agent on the first inorganic substrate 36.
- the coupling agent treatment layer of the first inorganic substrate shows a stage in which the polyimide film 38 on the UV irradiation unit 34 is cut and the flexible laminate 311 with the device is peeled off from the glass substrate 31.
- ⁇ Reduced viscosity of polyamic acid solution> A solution dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone or N, N-dimethylacetamide so that the polymer concentration was 0.2 g / dl was measured at 30 ° C. using an Ubbelohde type viscosity tube. At this time, if the solvent used for the preparation of the polyamic acid solution is N, N-dimethylacetamide, the polymer is dissolved using N, N-dimethylacetamide; otherwise, N-methyl-2- The polymer was dissolved using pyrrolidone and measured.
- ⁇ Thickness of polyimide layer> The thicknesses of the polyimide layer and the polyimide film, and the layers (a layer and b layer) constituting the polyimide layer were measured using a micrometer ("Millitron 1245D" manufactured by Fine Reef).
- ⁇ Tension modulus, tensile strength and tensile elongation at break of polyimide layer From the polyimide layer to be measured, strip-shaped test pieces each having a flow direction (MD direction) and a width direction (TD direction) of 100 mm ⁇ 10 mm were cut out, and a tensile tester (manufactured by Shimadzu Corporation “Autograph (R); Using model name AG-5000A ”), tensile modulus, tensile strength and tensile elongation at break were measured in each of MD and TD directions under conditions of a tensile speed of 50 mm / min and a distance between chucks of 40 mm.
- MD direction flow direction
- TD direction width direction
- ⁇ Average light transmittance of polyimide layer> Using a spectrophotometer (“U-2001” manufactured by Hitachi, Ltd.), the light transmittance in the wavelength region of 380 nm to 700 nm was measured at a scanning speed of 100 nm / min, and the average value obtained by arithmetically averaging the transmittance values every 10 nm. The value was converted to a thickness of 20 ⁇ m according to the Lambert-Beer law, and the obtained value was taken as the average light transmittance of the polyimide layer.
- ⁇ Haze value of polyimide layer (HAZE)> In accordance with JIS K7105 “Testing methods for optical properties of plastics” haze (cloudiness value), measurement was performed using a haze meter (“NDH-300A turbidimeter” manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.).
- CTE Linear expansion coefficient
- the film test pieces (a) to (c) are left to be concave on the plane, and the distances from the four corner planes (h 1 , h 2 , h 3 , h 4 : unit mm) are measured.
- the average value was taken as the amount of warpage (mm). Dividing this amount of warpage by the distance (70.71mm) from each vertex to the center of the test piece, expressed as a percentage (%) (100 x (warp amount (mm)) / 70.71) is the degree of warpage (%)
- the degree of warpage of the film specimens (a) to (c) was obtained by averaging.
- Ra value of polyimide film surface was measured using a scanning probe microscope with a surface physical property evaluation function (“SPA300 / nanonavi” manufactured by SII Nanotechnology Inc.). Measurement is performed in DFM mode, the cantilever is “DF3” or “DF20” manufactured by SII Nanotechnology, the scanner is “FS-20A” manufactured by SII Nanotechnology, and the scanning range is The measurement resolution was 512 ⁇ 512 pixels. After the secondary inclination correction software included with the apparatus for measuring image, using other flattening process properly if it contains a noise associated with the measurement (e.g., flat processing), R a value by the software included with the apparatus was calculated. Measurements were made at three arbitrary locations to determine Ra values, and the average value was adopted.
- SPA300 / nanonavi manufactured by SII Nanotechnology Inc.
- the thickness (nm) of the coupling layer (SC layer) was determined by ellipsometry using a spectroscopic ellipsometer ("FE-5000" manufactured by Hottal). ) Using the following conditions. In addition, when glass was used as the support, a sample obtained by applying and drying a coupling agent on a separately cleaned Si wafer by the same method as in each example and comparative example was used.
- Reflection angle range 45 ° to 80 ° Wavelength range; 250nm to 800nm Wavelength resolution: 1.25nm Spot diameter: 1mm tan ⁇ ; Measurement accuracy ⁇ 0.01 cos ⁇ ; Measurement accuracy ⁇ 0.01 Measurement; Method Rotating Analyzer Method Deflector Angle; 45 ° Incident angle; 70 ° fixed analyzer; 0 to 360 ° in 11.25 ° increments Wavelength: 250nm to 800nm
- the film thickness was calculated by fitting by a non-linear least square method.
- the wavelength dependence C 1 to C 6 was obtained by the following formula.
- ⁇ Defect existence density of inorganic substrate> First, an inspection area having a side of 5 cm was arbitrarily extracted from the surface of the inorganic substrate facing the polyimide layer, and a reference point from which coordinates were derived was marked. Next, using a differential interference microscope having an XY stage capable of observing the entire inspection area, the inspection area was observed at 200 times, the defect position was detected visually, and the position coordinates were recorded. When the number of defects visually recognized at this time exceeded 500, it was determined that the inorganic substrate had a defect density of 100 ⁇ m / 100 cm 2 or more with a height of 1 ⁇ m or more.
- the peel strength (180 degree peel strength) was measured under the following conditions according to the 180 degree peel method described in JIS C6471.
- the sample used for this measurement is provided with an unadhered portion of the polyimide film on one side by designing the size of the polyimide film to 110 mm ⁇ 2000 mm on a 100 mm ⁇ 1000 mm support (glass).
- peel strength of UV unirradiated parts For the measurement of the peel strength of the UV non-irradiated part, the part not subjected to UV irradiation was used and measured between the first inorganic substrate-polyimide layer and the second inorganic substrate-polyimide layer. The peel strength between the first inorganic substrate and the polyimide layer was almost the same as the peel strength between the second inorganic substrate and the polyimide layer where UV irradiation was not performed. .
- (2) Peel strength of UV irradiated area The peel strength of the UV irradiated part was measured on the second inorganic substrate and the polyimide layer in the UV irradiated part.
- Alkali resistance peel strength was measured by immersing the laminate in a 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution (room temperature (23 ° C)) for 30 min, washing with water 3 times, and then air-drying. The sample obtained in this manner was used only in the first inorganic substrate-polyimide layer and the second inorganic substrate-polyimide layer in the portions not subjected to UV irradiation.
- TMAH tetramethylammonium hydroxide
- ⁇ Degree of warpage of flexible laminate The rigid composite laminate was heated at 300 ° C. for 1 hour, then cut along the outer periphery of the first inorganic substrate, and the flexible laminate was peeled from the second inorganic substrate to obtain a 350 mm ⁇ 450 mm size test piece.
- the test specimens were each placed in a concave shape on a plane, and the distances from the four corner planes (h 1 , h 2 , h 3 , h 4 : unit mm) were measured, and the average value was the amount of warpage (Mm).
- ⁇ Lubricant particle size> The particle size of the lubricant (silica) used in each production example is in the form of a dispersion dispersed in a solvent (dimethylacetamide) using a laser scattering particle size distribution system “LB-500” manufactured by HORIBA, Ltd. The distribution was obtained, and the calculated volume average particle size was taken as the particle size.
- the polyimide layer-inorganic substrate interface of the rigid composite laminate was measured using a digital microscope VHX-2000 manufactured by Keyence Corporation.
- VHX-2000 manufactured by Keyence Corporation.
- the incident light is transmitted from the first inorganic substrate side.
- the incident light is The incident was carried out from the inorganic substrate side. All measurements were performed at a magnification of 1000, and the error for each measurer was eliminated by using 1-click automatic measurement. The measurement uses the image connection function.
- the first 100mm x 100mm range including the top of the second inorganic substrate From the inorganic substrate side, measure the area of 100mm x 100mm including the top of the first inorganic substrate, analyze the obtained image using the attached software, and use the automatic area measurement of the inorganic substrate and the polyimide layer The total number of bubbles having a major axis of 0.5 mm or more existing at the interface was measured for each interface.
- ⁇ Flexibility of laminate Bending a composite laminate with a width of 350 mm and a length of 450 mm and bending it to a radius of curvature of less than 20 mm without causing problems such as cracks or cracks is ⁇ ⁇ '', and if it is 20 mm or more and less than 50 mm, ⁇ ⁇ '', The case of 50 mm or more was evaluated as “ ⁇ ”. What was evaluated as ⁇ was determined to be a composite laminate having flexibility.
- ⁇ Surface composition ratio> The surface composition ratio was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). The measurement was performed under the following conditions using “ESCA5801MC” manufactured by ULVAC-PHI. In the measurement, first, all elements were scanned to confirm the presence or absence of other elements, and then the abundance ratio was measured by performing a narrow scan of the existing elements. Note that the sample to be used for measurement is put into the measurement chamber after sufficient preliminary evacuation, and the operation of scraping the sample surface before measurement by ion irradiation or the like is not performed.
- ESCA5801MC manufactured by ULVAC-PHI
- Excitation X-ray Mg, K ⁇ - ray Photoemission angle: 45 ° Analysis diameter: ⁇ 800 ⁇ m Pass energy: 29.35eV (narrow scan), 187.75eV (all element scan) Step: 0.125eV (narrow scan), 1.6eV (all element scan) Analytical elements: C, O, N, Si, all element vacuum: 1 ⁇ 10 -8 Torr or less
- the adhesive strength (90-degree peel strength) between the film and glass was measured according to the 90-degree peel method described in JIS C6471 under the following apparatus and conditions.
- the test piece is shown in FIG. It was produced by the structure and method shown in FIG. First, as shown in FIG. 5 (A), on the 7 support plate, 1 first inorganic substrate, 2 polyimide film, 3 second inorganic substrate, 5 first dummy inorganic substrate, 6 second dummy inorganic Arrange the substrates as shown in the figure, Next, as shown in FIG.
- the addition amount was as described in 1 (mass% with respect to the total amount of polymer solids in the polyamic acid solution), and the mixture was stirred for 24 hours while maintaining the temperature at 20 ° C. or lower to obtain polyamic acid solutions B1 to B2.
- a dispersion (“Snowtex (registered trademark) DMAC-ST30” manufactured by NISSAN CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.) Made by dispersing colloidal silica having a volume average particle diameter of 80 nm as a lubricant in N, N-dimethylacetamide is added as shown in Table 1. (Polymer acid solution D1) was obtained by diluting with 500 parts by mass of N, N-dimethylacetamide.
- cyclobutanetetracarboxylic dianhydride (CBDA) (corresponding to 0.995 mol with respect to 1 mol of the diamine component) was added in portions while being solid, and stirred at room temperature for 12 hours.
- CBDA cyclobutanetetracarboxylic dianhydride
- a dispersion (“Snowtex (registered trademark) DMAC-ST30” manufactured by NISSAN CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.) Made by dispersing colloidal silica having a volume average particle diameter of 80 nm as a lubricant in N, N-dimethylacetamide is added as shown in Table 1.
- the resultant reaction solution was diluted with 1000 parts by mass of N, N-dimethylacetamide to obtain a polyamic acid solution E1.
- Polyamide acid solution A1 is applied to the non-slip surface of a long polyethylene terephthalate (PET) film (Toyobo Co., Ltd. “A-4100”) with a width of 1500 mm as a membrane-forming support.
- PET polyethylene terephthalate
- A-4100 polyethylene terephthalate
- the coating was applied over the polyamic acid solution A1 and dried at 110 ° C. for 20 minutes to obtain a multilayer polyamic acid film having a two-layer structure on the PET film of the film forming support.
- the obtained multilayer polyamic acid film having a two-layer structure was peeled from the PET film as the film-forming support to obtain a self-supporting polyamic acid film having a width of 1380 mm.
- This self-supporting polyamic acid film is passed through a pin tenter with three heat treatment zones, heat-treated at 150 ° C for 4 min for the first stage, 220 ° C for 4 min for the second stage, and 475 ° C for 8 min for the third stage, and slit to 1300 mm width As a result, a polyimide film 1 having a multilayer structure was obtained.
- a PET film (protective film A) provided with a slightly adhesive layer on one side is laminated on the a layer side (in this example, the polyamic acid solution A2 side) and then wound. I took it.
- Table 2 shows the properties of the obtained polyimide film.
- the protective film A is attached for the purpose of preventing foreign matter adhesion or scratches on the film surface. When transported by a roll-to-roll at a relatively low temperature, it may be handled manually. When performing, operation was performed in the state where protective film A was stuck. However, for example, when pressing or laminating under conditions exceeding 130 ° C., or when performing each treatment on the surface to which the protective film A is adhered, each operation was performed after the protective film A was peeled off. .
- a polyimide film 2 was obtained in the same manner as in the film production example 1 except that the coating amounts of the polyamic acid solutions A1 and A2 were changed to the dry film thicknesses shown in Table 2, respectively.
- Table 2 shows the properties of the obtained polyimide film.
- ⁇ Film production example 3> The order of application of the polyamic acid solutions A1 and A2 is changed (that is, the b layer is formed with the polyamic acid solution A2 and the a layer is formed with the polyamic acid solution A1), and the application amounts of the polyamic acid solutions A1 and A2 are respectively
- a polyimide film 3 was obtained in the same manner as in Film Production Example 1 except that the film thickness was changed to the dry film thickness shown in Table 2.
- Table 2 shows the properties of the obtained polyimide film.
- a polyimide film 4 was obtained in the same manner as in the film production example 1 except that the coating amounts of the polyamic acid solutions A1 and A2 were changed to the dry film thicknesses shown in Table 2, respectively.
- Table 2 shows the properties of the obtained polyimide film.
- ⁇ Film production example 8> The polyamic acid solution A1 is changed to C1, and the polyamic acid solution A2 is not applied (that is, the a layer is not formed), and the applied amount of the polyamic acid solution C1 is changed to the dry film thickness shown in Table 2. Except for the above, a polyimide film 8 was obtained in the same manner as in Film Production Example 1. Table 2 shows the properties of the obtained polyimide film.
- polyimide films 9 to 11 were produced in the following procedure.
- Table 2 shows the film thickness after imidization of each polyamic acid solution on the smooth surface (non-lubricant surface) of a long polyester film (“A-4100” manufactured by Toyobo Co., Ltd.) having a width of 1050 mm using a slit die. The film was applied so as to have the thickness shown, dried at 80 ° C. for 8 minutes, and then peeled from the PET film of the film-forming support to obtain a self-supporting polyamic acid film having a width of 920 mm.
- A-4100 manufactured by Toyobo Co., Ltd.
- the self-supporting polyamic acid film thus obtained was passed through a pin tenter having three heat treatment zones, and in an inert oven under an N2 gas atmosphere, the first stage 150 ° C. ⁇ 2 min, the second stage 220 ° C. ⁇ 2 min, the third stage 475 A heat treatment at 4 ° C. for 4 minutes was imidized to obtain a long polyimide film (1000 m roll) having a width of 840 mm.
- a PET film (protective film A) provided with a slightly adhesive layer on one side is laminated on the a layer side (polyamic acid solution D side or E1, E2 in this example). And then wound up.
- Table 2 shows the properties of the obtained polyimide film.
- the protective film A is attached for the purpose of preventing foreign matter adhesion and scratches on the film surface. When transported by roll to roll at a relatively low temperature, it is handled manually. When performing, operation was performed in the state where protective film A was stuck. However, for example, when pressing or laminating under conditions exceeding 130 ° C., or when performing each treatment on the surface to which the protective film A is adhered, each operation was performed after the protective film A was peeled off. .
- Films 1 to 15 were subjected to vacuum plasma treatment on both sides of each polyimide film.
- As the vacuum plasma treatment RIE mode using parallel plate type electrodes and RF plasma treatment are adopted, N 2 gas and O 2 gas are introduced into the vacuum chamber at a flow ratio of 5:95, and 13.56 MHz High frequency power was introduced, and the processing time was 3 min.
- the characteristic of each polyimide film after the obtained treatment was evaluated, there was no item in which any of the films was significantly different from that before the treatment.
- Film 1 was subjected to atmospheric pressure plasma treatment on both sides of the polyimide film.
- the glass plate was exposed to plasma for about 60 seconds.
- ⁇ Film processing example 3> The film 1 was subjected to vacuum plasma treatment on both sides of each polyimide film.
- As the vacuum plasma treatment RIE mode using parallel plate type electrodes and RF plasma treatment are adopted, N 2 gas and O 2 gas are introduced into the vacuum chamber at a flow ratio of 5:95, and 13.56 MHz High frequency power was introduced, and the processing time was 15 seconds.
- the characteristic of each polyimide film after the obtained treatment was evaluated, there was no item in which any of the films was significantly different from that before the treatment.
- the polyimide film cut out to 360 mm ⁇ 460 mm was placed as a mask on the coupling treatment layer surface of the first inorganic substrate and the second inorganic substrate provided with the coupling agent treatment layer obtained above, and the first UV irradiation treatment was performed within a range of 360 mm ⁇ 460 mm, leaving 5 mm around each of the inorganic substrate and the second inorganic substrate.
- a UV / O 3 cleaning and reforming device (“SKT2005Y-02”) and a UV lamp (“SE-2003W03”) manufactured by Run Technical Service Co., Ltd. were used, and about 1 cm away from the UV lamp. 2 min from the distance.
- UV lamps are put out a bright line of a wavelength of 254nm and 185 nm (short wavelength capable of generating the O 3 to promote deactivation process), the illuminance at this time is 46 mW / cm 2 of about (luminometer ( "SEC SM -254 ”) at a wavelength of 254 nm.
- the treated polyimide films obtained in Film Processing Examples 1 to 16 were cut into a width of 370 mm and a length of 470 mm, and separately washed and dried.
- the surface of the first inorganic substrate after UV irradiation treatment with the coupling agent treatment / UV irradiation treatment and the surface treatment surface of the polyimide film face each other, and each side of the glass is 10 mm inside from each side of the film.
- a roll pressure linear pressure
- room temperature effective pressurization width of 5 mm, effective estimated pressure of about 0.4 MPa
- the polyimide film after film treatment is stored at least at room temperature of 18 ° C. to 27 ° C. and humidity of 38 to 72% for 24 hours or more, and the water content at that time is 0.45% to 1.48. %.
- Example 17 When laminating the second inorganic substrate and the polyimide layer, instead of using a polyimide film with vacuum plasma treatment on both sides, a coating film layer of the polyamic acid solution A2 is formed on the second inorganic substrate under the following conditions
- the rigid composite laminate of the present invention is obtained in the same manner as in Example 1 except that the polyimide layer is heated and cured, and the polyimide layer is further subjected to vacuum plasma treatment and then laminated with the first inorganic substrate. It was.
- the polyamic acid solution A2 was coated with a bar coater to a final film thickness of 4 ⁇ m, then dried at 220 ° C.
- Example 18 A rigid composite laminate of the present invention was obtained in the same manner as in Example 10 except that the polyimide film 10 that was not subjected to surface treatment was used in place of the polyimide film in Film Processing Example 10. Table 3 shows the evaluation results of the obtained rigid composite laminate.
- Example 19 The rigid composite of the present invention was the same as in Example 1 except that the flexible layer and the second inorganic substrate were joined after adjusting the moisture content of the polyimide layer in the flexible layer to 1.53%. A laminate was obtained. Table 3 shows the evaluation results of the obtained rigid composite laminate. The moisture content was adjusted by leaving it to stand for 12 hours in water and then heating and drying in air at 150 ° C. for 1.5 minutes. The moisture content of the polyimide layer was measured by TGA measurement and calculated based on the weight loss at 150 ° C. for 10 minutes. It was separately confirmed by GC-MS analysis that the contribution other than moisture in the calculated weight loss was 1% or less.
- Example 20 The rigid composite of the present invention is the same as in Example 1, except that the moisture content of the polyimide layer in the flexible laminate is adjusted to 0.15% and then the flexible laminate and the second inorganic substrate are joined. A laminate was obtained. Table 3 shows the evaluation results of the obtained rigid composite laminate. Preparation of the moisture content was achieved by leaving it to stand in an atmosphere of 25 ° C. and RH 50% for 2 days and then heating and drying in an atmosphere of 150 ° C. for 4 minutes. The moisture content of the polyimide layer was confirmed in the same manner as in Example 20.
- Example 21 A rigid composite laminate of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that a 0.725 ⁇ m thick silicon wafer (Si wafer) was used as the first inorganic substrate.
- Table 3 shows the evaluation results of the obtained rigid composite laminate.
- a rigid composite laminate was obtained in the same manner except that a Si wafer was used instead of glass as the first inorganic substrate, but the obtained rigid composite laminate was obtained. The evaluation results of the plates were almost the same as when the glass was the first inorganic substrate.
- Example 22> Instead of UV irradiation treatment to the second inorganic substrate, a polyimide film cut out to 360 mm ⁇ 460 mm is placed as a mask, leaving 5 mm each around the surface of the polyimide film facing the second inorganic substrate.
- the rigid composite laminate of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the UV irradiation treatment was performed within the range of 360 mm ⁇ 460 mm.
- Table 3 shows the evaluation results of the obtained rigid composite laminate.
- the UV irradiation treatment was performed under exactly the same conditions as the irradiation treatment for the second inorganic substrate except that the irradiation time was 4 min.
- a rigid composite laminate was obtained in the same manner except that UV irradiation treatment to the polyimide layer was used instead of UV irradiation treatment to the second inorganic substrate.
- the evaluation results of the obtained rigid composite laminate were almost the same as those obtained when the second inorganic substrate was subjected to UV irradiation treatment.
- Example 23 In addition to UV irradiation treatment to the second inorganic substrate, a polyimide film cut out to 360 mm x 460 mm is placed as a mask, leaving 5 mm each around the surface of the polyimide film facing the second inorganic substrate.
- a rigid composite laminate of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the UV irradiation treatment was performed within the range of 360 mm ⁇ 460 mm.
- Table 3 shows the evaluation results of the obtained rigid composite laminate. The UV irradiation treatment was performed under exactly the same conditions as the irradiation treatment for the second inorganic substrate except that the irradiation time was 4 min.
- a rigid composite laminate was obtained in the same manner except that the UV irradiation treatment was performed on the polyimide layer in addition to the UV irradiation treatment on the second inorganic substrate.
- the evaluation results of the obtained rigid composite laminate were almost the same as when the UV irradiation treatment was performed only on the second inorganic substrate, respectively, except that the peel strength of the UV irradiation portion was further weakened. It was.
- Example 24> Instead of joining the first inorganic substrate and the polyimide layer by pressing and heating and then joining the second inorganic substrate and the polyimide layer by pressing and heating, the second inorganic substrate and the polyimide layer are joined by pressing and heating.
- a rigid composite laminate of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the first inorganic substrate and the polyimide layer were bonded by pressing and heating after bonding.
- Table 3 shows the evaluation results of the obtained rigid composite laminate.
- a rigid composite laminate was obtained by bonding the first inorganic substrate and the polyimide layer after bonding the second inorganic substrate and the polyimide layer.
- the evaluation results of the composite laminate were almost the same as those obtained when the second inorganic substrate and the polyimide layer were bonded after the first inorganic substrate and the polyimide layer were bonded.
- Example 25> Instead of joining the first inorganic substrate and the polyimide layer by pressure and heating and then joining the second inorganic substrate and the polyimide layer by pressure and heating, the first inorganic substrate, the polyimide layer, the polyimide layer, and the second A rigid composite laminate of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the inorganic substrate was bonded by pressing and heating simultaneously.
- Table 3 shows the evaluation results of the obtained rigid composite laminate.
- the first inorganic substrate and the polyimide layer and the polyimide layer and the second inorganic substrate were simultaneously bonded to obtain a rigid composite laminate, but the obtained rigid composite laminate was obtained.
- the evaluation results of the plates were almost the same as when the second inorganic substrate and the polyimide layer were bonded after the first inorganic substrate and the polyimide layer were bonded.
- Example 26 Pressurization and heat treatment when laminating the first inorganic substrate and the second inorganic substrate-polyimide film laminate to form a rigid laminate, reduced pressure of about 10 4 Pa at 300 ° C and 8 MPa pressure
- a rigid composite laminate of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pressing was performed for 20 minutes below.
- Table 3 shows the evaluation results of the obtained rigid composite laminate.
- a rigid composite laminate was obtained using a press instead of roll laminate, but the evaluation results of the obtained rigid composite laminate were all using roll laminate. It was almost the same as when the polyimide layer was bonded.
- Example 28 Using the rigid composite laminate obtained in Example 1, thin film transistor array fabrication using low-temperature polysilicon was performed on the first inorganic substrate of the laminate. Using a predetermined test pattern, a silicon oxide layer formed by a reactive sputtering method as a planarizing and gas barrier layer, a tantalum layer formed by a sputtering method as a source and drain electrode layer, a barrier metal layer, and a CVD as a semiconductor layer An amorphous silicon layer formed by the method was laminated. Next, the silicon layer was micropolycrystallized by annealing at 400 ° C. for 75 minutes, and then a SiN layer as a gate insulating layer and aluminum as a gate electrode layer were stacked.
- Each layer was patterned by masking or photolithography according to a predetermined test pattern to form a simulated device: thin film transistor array.
- the device part was formed in the UV irradiation part (mask opening part) during the deactivation process.
- the laminate was exposed to a resist solution, a developing solution, an etching solution, and a stripping solution used in a photolithographic method under a vacuum atmosphere and at a high temperature, but no peeling or the like occurred between the layers of the rigid composite laminate. The process suitability was good.
- Example 1 A comparative composite laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that neither the vacuum plasma treatment on the polyimide layer nor the coupling agent treatment on the second inorganic substrate was performed. Table 4 shows the evaluation results of the obtained composite laminate. Further, the adhesive force between the polyimide layer and the second inorganic substrate was weak, and even if a slight force was applied between the layers, it was easily peeled off.
- Example 2 A comparative composite laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that thick glass (“Corning EAGLE XG” manufactured by Corning; 350 mm ⁇ 450 mm ⁇ 0.7 mm thickness) was used as the first inorganic substrate. Table 4 shows the evaluation results of the obtained composite laminate. When the flexible laminate was peeled from the obtained composite laminate and a force was applied to bend the resulting flexible laminate to a radius of curvature of 50 mm, a crack occurred in the first inorganic substrate at a radius of curvature of 12 mm. Therefore, it was found that the laminate was not flexible.
- Example 3 A comparative composite laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that “Spool” (370 mm ⁇ 470 mm ⁇ 0.1 mm thickness) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. was used as the second inorganic substrate. Table 4 shows the evaluation results of the obtained composite laminate.
- the obtained laminated board had very low rigidity, and when the both ends of the 50 mm portion from the apex in the long side direction were supported with both hands, the first inorganic substrate was cracked by its own weight.
- Example 4 A composite laminate for comparison in the same manner as in Example 1, except that the flexible layer and the second inorganic substrate were joined after adjusting the moisture content of the polyimide layer in the flexible laminate to 0.04% Got.
- Table 4 shows the evaluation results of the obtained composite laminate. The moisture content was adjusted by leaving it to stand in an atmosphere of 25 ° C. and 50% RH for 2 days and then heating and drying in an atmosphere of 150 ° C. for 5 minutes. The moisture content of the polyimide layer was confirmed in the same manner as in Example 20.
- the composite laminate of this comparative example had a weak adhesive force between the polyimide layer and the second inorganic substrate, and was easily peeled off even if a little force was applied between the layers.
- the film could not be peeled off successfully, and the film was torn if it was forcibly removed.
- many bubbles were observed at the interface between the second inorganic substrate and the polyimide layer, and it could not be said that the entire surface was adhered.
- thermoplastic polyimide film is bonded between the second inorganic substrate and the flexible laminate.
- a comparative composite laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composite laminate was used.
- the thermoplastic polyimide film was produced according to the following procedure.
- This polyimide powder was kneaded at 380 to 410 ° C. using a twin screw extruder, melted, extruded and granulated into pellets.
- the obtained pellets were supplied to a single screw extruder (molding temperature 420 ° C) with a diameter of 50 mm, passed through a 10 ⁇ m leaf disk type filter attached to the front of the T die, extruded from a 1100 mm wide T die, and a thickness of 25 ⁇ m.
- a thermoplastic polyimide film was obtained. This thermoplastic polyimide film was allowed to stand in a clean room at 23 ° C.
- ⁇ Measurement examples 1 to 6> After preparing 6 sheets of Si wafer cut into 50mm x 50mm ( ⁇ 50mm) as the support (substrate), and thoroughly washing it, after applying the silane coupling agent in the same way as in Example 1 Heating was performed on a 110 ° C. hot plate to form a coupling treatment layer having a thickness of 23 nm. Subsequently, the surface of this coupling treatment layer was irradiated with UV under the same conditions as in Example 1 except that the UV irradiation time was changed, and the surface composition ratio of each obtained sample was measured. The results are shown in Table 5. Note that the nitrogen surface composition ratio is the value of the atomic percent (%) of nitrogen after UV irradiation, assuming that the nitrogen atomic percent before UV irradiation (Measurement Example 1) is 100%.
- Each of the rigid composite laminates obtained in Examples 1 to 27 and Comparative Examples 1 to 7 was covered with a stainless frame having an opening and fixed to a substrate holder in the sputtering apparatus.
- the temperature of the first inorganic substrate in the rigid composite laminate can be set by fixing the substrate holder and the second inorganic substrate in the rigid composite laminate so that they are in close contact with each other and flowing a coolant through the substrate holder.
- the temperature of the first inorganic substrate was set to 2 ° C.
- plasma treatment was performed on the surface of the first inorganic substrate.
- the plasma treatment conditions were as follows: argon gas, frequency 13.56 MHz, output 200 W, gas pressure 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Torr, treatment temperature 2 ° C., treatment time 2 min.
- a nickel-chromium (chromium 10 mass%) alloy target was used to perform a DC magnetron sputtering in an argon atmosphere at 1 nm /
- a nickel-chromium alloy coating (underlayer) having a thickness of 11 nm was formed at a rate of sec.
- the temperature of the first inorganic substrate is set to 2 ° C.
- the rigid composite laminated board with a base metal thin film formation film was obtained from each film.
- the thicknesses of the copper and NiCr layers were confirmed by the fluorescent X-ray method.
- a rigid composite laminate with a base metal thin film forming film is fixed to a Cu frame, and a copper sulfate plating bath is used. immersed in), by an electrical flow 1.5Adm 2, it was formed thickly copper plating layer having a thickness of 4 ⁇ m (the thickening layer). Subsequently, it was dried by heat treatment at 120 ° C. for 10 minutes to obtain a rigid composite laminate having a metallized surface of the first inorganic substrate.
- the laminate in which the peeling strength between the support and the polyimide film is appropriately adjusted by the manufacturing method of the present invention can withstand each process such as metallization, and the subsequent pattern It was confirmed that a good pattern could be formed in the production.
- the viscous polyamic acid solutions a1 to a3 were obtained. After purging the inside of the reaction vessel equipped with a nitrogen introduction tube, a thermometer, and a stirring rod with nitrogen, 545 parts by mass of pyromellitic anhydride and 500 parts by mass of 4,4′-diaminodiphenyl ether were mixed with 8000 parts by mass of N, Silica (lubricant) represents a dispersion made by adding colloidal silica as a lubricant in dimethylacetamide as a lubricant ("Snowtex (registered trademark) DMAC-ST30" manufactured by Nissan Chemical Industries). The addition amount described in 1 (mass% with respect to the total polymer solid content in the polyamic acid solution) was added, and the mixture was stirred for 24 hours while maintaining the temperature at 20 ° C. or lower to obtain a polyamic acid solution a4.
- Silica lubricant
- PMDA pyromellitic dianhydride
- DAMBO 5-amino-2- (p-aminophenyl) benzoxazole
- ODA 4,4′-diaminodiphenyl ether.
- the polyamic acid solution a3 is placed on the non-slip material surface of a 1500 mm wide polyethylene terephthalate (PET) film (“A-4100” manufactured by Toyobo Co., Ltd.) as a membrane support.
- the polyamic acid solution a1 is applied using a comma coater so as to have a dry film thickness shown as follows, and then the polyamic acid solution a1 is formed using a die coater so as to have a dry film thickness shown as (A layer) in Table 7 Apply on top of a1, and apply Table 7.
- the polyamic acid film was obtained on the PET film of the film-forming support.
- the obtained polyamic acid film was peeled from the PET film of the film-forming support to obtain a self-supporting polyamic acid film having a width of 1380 mm.
- This self-supporting polyamic acid film is passed through a pin tenter having three heat treatment zones, and the first stage 150 ° C. ⁇ 6 min, the second stage 220 ° C. ⁇ 6 min, and the third stage 480 ° C. ⁇ 12 min (maximum heat treatment temperature 480 ° C., Total heat treatment time 24 minutes) was performed and slit to a width of 1300 mm to obtain a polyimide film F1.
- Table 7 shows the properties of the obtained polyimide film.
- the polyamic acid film was heat-treated under the conditions shown in Table 7 to obtain polyimide films shown in Table 7.
- the B layer side of the film is the B surface
- the A layer side of the film is the A surface
- the side that was in contact with the film-forming support at the time of application is the B surface
- the opposite side is referred to as the A side.
- Example 29 ⁇ Plasma treatment of polyimide film VP1 treatment>
- the polyimide film F1 was subjected to vacuum plasma treatment on both sides.
- vacuum plasma treatment RIE mode using parallel plate type electrodes and RF plasma treatment are adopted, N2 gas and O2 gas are introduced into the vacuum chamber at a flow rate ratio of 5:95, and high frequency power of 13.56 MHz
- the processing time was 3 min.
- this processing is referred to as VP1 processing.
- the polyimide film after the plasma treatment was cut to a required size and then left in an air-conditioned room, so that the film moisture content was maintained at 0.3% by mass to 0.8% by mass.
- the thickness of the coupling agent layer was in the range of 35 nm ⁇ 12 nm. This process is SC1 process.
- ⁇ Second inorganic substrate> Separately cleaned and dried glass (Corning “Corning EAGLE XG”; 370 mm x 470 mm x 0.7 mm thick) is placed on the spin coater, and the coupling agent is used in the same procedure as for the first inorganic substrate.
- the SC1 treatment was performed by applying a coating to obtain a second inorganic substrate treated with the coupling agent.
- first, the second inorganic substrate and the second dummy substrate are disposed so that the respective processing surfaces are on top, and then the A surface of the surface-treated polyimide film is the second inorganic substrate.
- the substrate and the second dummy substrate are arranged so as to be set, and then the first inorganic substrate and the first dummy substrate are arranged so that each processing surface side is in contact with the B surface of the polyimide film.
- Adhesive force 1 Adhesive force between first inorganic substrate and polyimide film
- Adhesive force 2 Adhesive force between second inorganic substrate and polyimide film is measured
- Example 30 to 31, Comparative Examples 8 to 11 Thereafter, the same procedure as in Example 29 was performed under the conditions shown in Table 8 with the polyimide film replaced, to obtain a laminate.
- the evaluation results are shown in Table 8.
- Example 32 to 35 ⁇ Polyimide film surface treatment VP1 + UV1 treatment>
- the VP1 treatment was applied to both surfaces of the polyimide film F2 in the same manner as in Example 1.
- UV / O3 cleaning and reforming device (“SKT2005Y-02") and UV lamp ("SE-2003W03") manufactured by Run Technical Service Co., Ltd. on the B side, from a distance of about 1 cm from the UV lamp.
- UV irradiation was performed for 3 minutes. At the time of irradiation, no special gas was put in the UV / O3 cleaning and reforming apparatus, and UV irradiation was performed in an air atmosphere and at room temperature.
- the UV lamp emits an emission line with a wavelength of 185 nm (short wavelength that can generate O3 that promotes deactivation) and a wavelength of 254 nm.
- the illuminance is about 45 mW / cm2 (illuminance meter (“SEC SM-254 )) At a wavelength of 254 nm.
- this processing is referred to as UV1 processing.
- the laminate was obtained by laminating with the inorganic substrate under the conditions shown in Table 9 in the same manner as in Example 29. The results are shown in Table 9. Furthermore, the polyimide film was replaced and the laminated body was obtained on the conditions shown in Table 9. The results are shown in Table 9.
- Example 36 ⁇ Polyimide film surface treatment VP1 + UV1 treatment>
- the VP1 treatment was applied to both surfaces of the polyimide film F2 in the same manner as in Example 1.
- UV irradiation was performed for 3 minutes.
- no special gas was put in the UV / O3 cleaning and reforming apparatus, and UV irradiation was performed in an air atmosphere and at room temperature.
- the UV lamp emits an emission line with a wavelength of 185 nm (short wavelength that can generate O3 that promotes deactivation) and a wavelength of 254 nm. At this time, the illuminance is about 45 mW / cm2 )) At a wavelength of 254 nm.
- this processing is referred to as UV1 processing.
- the laminate was obtained by laminating with the inorganic substrate under the conditions shown in Table 9 in the same manner as in Example 29. The results are shown in Table 9. Furthermore, the polyimide film was replaced and the laminated body was obtained on the conditions shown in Table 9. The results are shown in Table 9.
- Example 39 to 42 The polyimide film F2 was subjected to VP1 treatment on both sides in the same manner as in Example 29.
- ⁇ Surface treatment of second inorganic substrate SC1 + UV1 treatment> The second inorganic substrate used in Example 29 was similarly subjected to SC1 treatment, and the treated surface was subjected to a UV / O3 cleaning and reforming device ("SKT2005Y-02") and a UV lamp manufactured by Lan Technical Service Co., Ltd. ("SE-2003W03”) and UV1 treatment was performed. Thereafter, the laminate was obtained by laminating with the inorganic substrate under the conditions shown in Table 10 in the same manner as in Example 29. The results are shown in Table 5. Furthermore, the polyimide film was replaced and the laminated body was obtained on the conditions shown in Table 10. The results are shown in Table 10.
- Examples 43 to 45 The polyimide film F2 was subjected to VP1 treatment on both sides in the same manner as in Example 29.
- ⁇ Surface treatment of first inorganic substrate SC1 + UV1 treatment> The first inorganic substrate used in Example 29 was similarly subjected to SC1 treatment, and the treated surface was subjected to a UV / O3 cleaning and reforming device ("SKT2005Y-02") and a UV lamp manufactured by Lan Technical Service Co., Ltd. ("SE-2003W03”) and UV1 treatment was performed. Thereafter, the laminate was obtained by laminating with the inorganic substrate under the conditions shown in Table 10 in the same manner as in Example 29. The results are shown in Table 10. Furthermore, the polyimide film was replaced and the laminated body was obtained on the conditions shown in Table 10. The results are shown in Table 10.
- Example 46 The polyimide film F3 was subjected to VP1 treatment on both sides in the same manner as in Example 29.
- the laminate was obtained by laminating with the inorganic substrate under the conditions shown in Table 11 as in Example 29. The results are shown in Table 11. Furthermore, the polyimide film was replaced and the laminated body was obtained on the conditions shown in Table 11. The results are shown in Table 11.
- Example 48 to 49 The polyimide film F3 was subjected to VP1 treatment on both sides in the same manner as in Example 29.
- the surface treatment of the first inorganic substrate was SC1 treatment
- the surface treatment of the second inorganic substrate was SC2 treatment
- the laminate was similarly laminated with the inorganic substrate under the conditions shown in Table 11.
- the results are shown in Table 11.
- the polyimide film was replaced and the laminated body was obtained on the conditions shown in Table 11. The results are shown in Table 11.
- Examples 50 to 59, Comparative Examples 14 to 17 ⁇ Plasma treatment of polyimide film VP2 treatment>
- the polyimide film F1 was subjected to vacuum plasma treatment on both sides.
- vacuum plasma treatment RIE mode using parallel plate type electrodes and RF plasma treatment are adopted, N2 gas and O2 gas are introduced into the vacuum chamber at a flow rate ratio of 5:95, and high frequency power of 13.56 MHz
- the processing time was 45 seconds.
- this processing is referred to as VP2 processing.
- the polyimide film after the plasma treatment was cut to a required size and then left in an air-conditioned room, so that the film moisture content was maintained at 0.3% by mass to 0.8% by mass.
- the laminate was obtained by laminating with the inorganic substrate under the conditions shown in Table 12 in the same manner as in Example 29. The results are shown in Table 12. Furthermore, the polyimide film was replaced and the laminated body was obtained on the conditions shown in Table 12 and Table 13. The results are shown in Tables 12 and 13.
- the adhesive strength between the first inorganic substrate and the polyimide film, and the second When the adhesive strength between the inorganic substrate and the polyimide film is measured, and the larger value of the two measured adhesive strength values is F1, and the smaller value is F2, F1 / F2 ⁇ 1.5
- F1 the larger value of the two measured adhesive strength values
- F2 the smaller value
- F1 / F2 ⁇ 1.5 The laminated body satisfying the above relational expression, the conditions for realizing it, and the like are illustrated.
- the effect of each of the realizing means is confirmed as an example.
- the first or second order indicating the front and back of the inorganic substrate and the polyimide film in the present invention is a matter of convenience, and the present invention is established even when the two are interchanged. There is no particular limitation on which side to use in terms of application.
- the rigid laminate obtained by the production method of the first invention of the present application can be easily peeled off from the second inorganic substrate by cutting out the flexible laminate at the easily peelable portion when the devices are laminated. Moreover, these rigid laminates can withstand processes such as metallization, and a good pattern can be obtained in subsequent pattern fabrication. Therefore, the rigid laminate of the present invention can be effectively used in the manufacturing process of a device structure on an ultra-thin flexible laminate, and has an ultra-thin insulation, heat resistance and dimensional stability on glass and film. In addition, it is possible to form circuits and devices with high accuracy.
- sensors, display devices, probes, integrated circuits, and their composite devices, amorphous Si thin film solar cells, Se and CIGS compound semiconductor thin film solar cell substrates, and device structures such as solar cells and flexible displays using them It is useful for manufacturing and has a great contribution to the industry.
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Abstract
発明が解決しようとする課題は、各種デバイスを積層するための第一の無機基板とそれを補強するためのポリイミド層を積層したフレキシブル積層体に、さらにポリイミド層の反対面に第二の無機基板を積層させたリジッド複合積層板であって、デバイス作成時の高温プロセスにおいても剥がれることなく、しかも第一の無機基板上にデバイスを作成した後には容易に第二の無機基板からフレキシブル積層体を剥離することができるリジッド複合積層板を提供することである。そして、上記課題を解決するための手段は、第一の無機基板に直接接合されたポリイミド層からなる、総厚さが300μm以下のフレキシブル積層体の、ポリイミド層の第一の接合面の反対側の第2の接合面に厚さ300μm以上の第二の無機基板を直接接合してなるリジッド複合積層板を提供することである。
Description
本願第一の発明は、ポリイミド層と2つの無機基板から構成されてなるリジッド複合積層板の製造方法に関するものである。詳しくは、本発明は、ポリイミド層と無機基板を接合してなるフレキシブル積層体のポリイミド層の逆面に、支持板となるもう一つの無機基板に一時的ないし半永久的に貼り合わせた積層板を製造する方法に関し、かかる積層板は、半導体素子、MEMS素子、ディスプレイ素子など、薄膜からなり且つ微細な加工が必要となるデバイスをフレキシブル積層体の無機基板表面に形成する際に有用である。さらに詳しくは、本発明にかかるリジッド複合積層板は、耐熱性と絶縁性に優れた薄いポリイミド層と、それとほぼ同程度の線膨張係数を有する無機物(例えば、ガラス板、セラミック板、シリコンウエハ、金属板から選ばれた1種)からなる支持体とのリジッド複合積層板であって、精緻な回路をマウントできる、寸法安定性と耐熱性と絶縁性に優れたリジッド複合積層体である。よって、本願第一の発明は、このような積層体、及びその製造方法に関するものである。
本願第二の発明は、液晶ディスプレイに代表されるFPD(フラットパネルディスプレイ)や薄膜系太陽電池の基板となるガラス、あるいは半導体デバイス製造に用いられる結晶シリコンや化合物半導体などのウエハ等の無機基板のハンドリング技術に関する。さらに詳しくは、極薄い無機基板を取り扱う場合に有用となるハンドリング技術に関する。
本願第二の発明は、液晶ディスプレイに代表されるFPD(フラットパネルディスプレイ)や薄膜系太陽電池の基板となるガラス、あるいは半導体デバイス製造に用いられる結晶シリコンや化合物半導体などのウエハ等の無機基板のハンドリング技術に関する。さらに詳しくは、極薄い無機基板を取り扱う場合に有用となるハンドリング技術に関する。
近年、半導体素子、MEMS素子、ディスプレイ素子など機能素子の軽量化、小型・薄型化、フレキシビリティ化を目的として、高分子フィルム上にこれらの素子を形成する技術開発が活発に行われている。例えば、情報通信機器(放送機器、移動体無線、携帯通信機器等)、レーダーや高速情報処理装置などといった電子部品の基材の材料としては、従来、耐熱性を有し且つ情報通信機器の信号帯域の高周波数化(GHz帯に達する)にも対応し得るセラミックが用いられていたが、セラミックはフレキシブルではなく薄型化もしにくいので、適用可能な分野が限定されるという欠点があった。
半導体素子、MEMS素子、ディスプレイ素子などの機能素子を高分子フィルム表面に形成するにあたっては、高分子層の特性であるフレキシビリティを利用した、いわゆるroll to rollプロセスにて加工することが理想とされている。半導体産業、MEMS産業、ディスプレイ産業界で構築されてきたリジッドな平面基板を対象としたプロセス技術に対応するために、現実的な選択として、高分子層を、例えばガラス板、セラミック板、シリコンウエハ、金属板などの無機物からなるリジッドな無機基板に接合し、所望の素子を形成した後に無機基板から剥離することが考えられてきた。
無機基板へ接合させる高分子層としては、耐熱性の観点から融点の低い高分子層は適さず、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレンからなる高分子層、ガラス繊維強化エポキシ等が用いられる。特にポリイミドからなる高分子層は、耐熱性に優れ、しかも強靭であるので薄膜化が可能になるという長所を備えている。
従来、無機基板への高分子層の接合は、粘着剤や接着剤を用いて広く行われてきた。しかしながら、高分子層と無機基板を接合させてなる積層板に所望の機能素子を形成する場合、機能素子の形成を行う上で支障ないレベルの表面平滑性、寸法安定性、クリーン性、プロセス温度への耐性、微細加工に用いられる薬液への耐性等が当該積層板に求められる。特にポリシリコンや酸化物半導体などの機能素子の形成においては200~500℃程度の温度域でのプロセスが必要となる。例えば低温ポリシリコン薄膜トランジスターの作製においては、脱水素化のために450℃、2hr程度の加熱処理が必要な場合があり、水素化アモルファスシリコン薄膜の作製においては、200℃から300℃程度の温度がフィルムに加わる可能性がある。このように機能素子の形成温度が高い場合には、高分子層に耐熱性が必要であることは勿論、高分子層と無機基板との接合面(すなわち接合用の接着剤や粘着剤)がその加工温度に耐えなければならない。しかしながら、従来の接合用の接着剤や粘着剤は十分な耐熱性を有していなかったため、機能素子の形成温度が高い場合には適用できないのが現状であった。
また、半導体薄膜のなかでも、線膨張係数が3ppm/℃程度と非常に小さいSiの薄膜を高分子層上に形成する場合、高分子層と薄膜との間の線膨張係数の差が大きいと、薄膜中に応力が溜まり、性能の劣化や反りないし剥がれを招く原因になるという問題もある。特に薄膜形成プロセス中に高温が加わると、温度変化の間に高分子層と薄膜の間の線膨張係数の差に起因する応力が大きくなる。
また、これらのポリイミドフィルム上に熱可塑性樹脂などの接着剤層を設けて他の構造補強物を設ける試みもなされている。しかし、これによれば剛性改良の点では満足し得ても、接着剤層とする熱可塑性樹脂などの耐熱性の低さが、折角のポリイミドフィルムの耐熱性を台無しにする傾向を有していた。しかも熱可塑性樹脂は、一般に線膨張係数が大きく、かつこの層を薄くすることには限界があることから、加熱を施した際の寸法安定性にも悪影響を与える傾向を有していた。
積層体としての耐熱性を解決するため、接着剤層を設けずにポリイミド層と無機基板を接合させる技術も開発されている(特許文献1)。この技術はポリイミド層と無機基板を表面処理により接合させるものであり、非常に高い耐熱性を持つ。この手法では高分子層表面に対し機能素子を加工することとなるが、高分子層表面はガラス板やセラミック板、シリコンウエハ、金属板といった無機基板と比較すると表面平滑性が低く、異物やキズといった問題が付きまとう。この表面平滑性問題解決のため、roll to rollプロセスが可能なフレキシブル性を持つ薄ガラスの開発も進められている。この薄ガラスの問題点は、それ単体では非常に強度が低く、割れやすいという点である。そこで、薄ガラスの機能素子加工面の反対面にフィルムを貼り合わせることで、問題点である強度の低さや割れやすさを補う方法が提案されている(特許文献2)。しかしこの技術では薄ガラスとフィルムを貼り合わせた積層体と支持基板との接合に接着剤が用いられているため、上記理由から、プロセス温度に対する耐熱性が問題となっていた。
また、液晶ディスプレイに代表されるFPD(フラットパネルディスプレイ)や薄膜系太陽電池などは、一般的にはガラス板を基板材料として製造されている。また多くの半導体デバイスは、結晶シリコンや化合物半導体などのウエハを加工することにより得られる。ここに例示したガラス板やシリコンウエハなどの無機基板は、硬くリジッドであり、これらを取り扱う加工装置もまた、かかる無機基板がリジッドであることを前提に設計されている。
近年、これら無機基板を薄くすることにより、無機基板にフレキシブル性を付与する試みが広くなされている。かかる試みはFPD、太陽電池、あるいは各種半導体デバイスを、薄型化、軽量化、フレキシブル化することを目標としている。例えば数10μm程度にまで薄膜化したガラス板は、数cm程度の曲率半径まで曲げる事が可能であることが知られている。
かかる薄型化した無機基板は、一般の高分子フィルムに比較すると脆く、曲率の限界を越えると割れてしまう。この点が、折り目が付くまで曲げても割れることはなく搬送中に多少無理な外力が加わり変形したとしても破断しにくい高分子フィルムとの大きな差となっている。また、薄い無機基板はハサミ等の刃物で切断することも難しく、無理に切断しようとすれば割れた場合と同様に破片が飛び散る可能性があり、安全面からも問題がある。このような問題の解決策の一つは柔軟性を有する他の素材、例えば高分子フィルムを無機基板と貼り合わせた状態でハンドリングすることである。
かかる薄型化した無機基板は、一般の高分子フィルムに比較すると脆く、曲率の限界を越えると割れてしまう。この点が、折り目が付くまで曲げても割れることはなく搬送中に多少無理な外力が加わり変形したとしても破断しにくい高分子フィルムとの大きな差となっている。また、薄い無機基板はハサミ等の刃物で切断することも難しく、無理に切断しようとすれば割れた場合と同様に破片が飛び散る可能性があり、安全面からも問題がある。このような問題の解決策の一つは柔軟性を有する他の素材、例えば高分子フィルムを無機基板と貼り合わせた状態でハンドリングすることである。
薄い無機基板に高分子フィルムを貼り合わせることにより、ハンドリング性が改善され、搬送時に破損する確率は低下し、万一、無機基板が割れた場合でも、周囲への破片の飛散を最低限度に抑えることができる。
しかしながら、一般に無機基板を用いてFPD、太陽電池、各種半導体デバイスを製作する場合には、数百℃程度の高温に暴露される事が少なくない。もちろん高分子フィルムを貼り合わせた状態においても、同様の高温環境に耐えることが要求されるため、一般に保護フィルム、飛散防止フィルム等の名称で販売されている高分子フィルムを用いることは出来ない。これらに用いられている高分子フィルム素材のほとんどは熱可塑性であり、200℃程度以上の温度環境に耐えることができない。
しかしながら、一般に無機基板を用いてFPD、太陽電池、各種半導体デバイスを製作する場合には、数百℃程度の高温に暴露される事が少なくない。もちろん高分子フィルムを貼り合わせた状態においても、同様の高温環境に耐えることが要求されるため、一般に保護フィルム、飛散防止フィルム等の名称で販売されている高分子フィルムを用いることは出来ない。これらに用いられている高分子フィルム素材のほとんどは熱可塑性であり、200℃程度以上の温度環境に耐えることができない。
ポリイミドフィルムは高分子フィルム中で最高クラスの耐熱性を有する素材として知られている。ポリイミドフィルムの中には、300℃以上、短時間であれば400℃以上の温度環境に耐えるフィルムが存在する。したがって無機基板にポリイミドフィルムを貼り合わせた状態でハンドリングすることができれば、かなりの高温度条件を用いてデバイス類の製作が可能となることが期待できる。しかしながら、現実には無機基板とポリイミドフィルムを貼り合わせるための接着剤の耐熱性が低いため、期待するほどの実用性は得られていない。
本発明者らは、かかる状況を解決すべく、ポリイミドフィルムと無機基板を接着剤を用いずに接合する技術の研究開発を進め、特許文献3~7に示す発明に到達した。
該発明を用いれば、ガラスなどの無機基板とポリイミドフィルムを接合した状態のままで、400℃以上の高温暴露を含む加工プロセスに供することが可能となる。無機基板の厚さが極々薄く、フレキシブル性を有する場合には、いわば耐熱性の飛散防止フィルムを貼り合わせたかの様な状態にて無機基板を取り扱うことが可能となり、将来的にはロールトゥロール方式による無機基板加工の実現が期待できる。
該発明を用いれば、ガラスなどの無機基板とポリイミドフィルムを接合した状態のままで、400℃以上の高温暴露を含む加工プロセスに供することが可能となる。無機基板の厚さが極々薄く、フレキシブル性を有する場合には、いわば耐熱性の飛散防止フィルムを貼り合わせたかの様な状態にて無機基板を取り扱うことが可能となり、将来的にはロールトゥロール方式による無機基板加工の実現が期待できる。
しかしながら先に述べたように、FPD、太陽電池、半導体デバイス等の製造装置のほとんどはリジッドな基板を用いることを前提に設計されている。したがって前述したような、極々薄くフレキシブルな無機基板が、高分子フィルムと貼り合わせることによりフレキシブルな状態でのハンドリング性が改善されたとしても、現実にデバイスなどの加工を行う場合には、何らかの形で見かけリジッドな基板と同様に取り扱えることが要求される。
本願第一の発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、各種デバイスを積層するための第一の無機基板とそれを補強するためのポリイミド層を積層したフレキシブル積層体に、さらにポリイミド層の反対面に第二の無機基板を積層させたリジッド複合積層板であって、デバイス作製時の高温プロセスにおいても剥がれることなく、しかも第一の無機基板上にデバイスを作製した後には容易に第二の無機基板からフレキシブル積層体を剥離することができるリジッド複合積層板を提供することである。
本願第二の発明は、かかる状況において、極薄くフレキシブル性を有する無機基板に、安全に取り扱うことができるハンドリング性と、既存のリジッドな基板用の加工装置、加工プロセスを適用することができるプロセス適合性とを両立する積層体及び該積層体を使用したデバイスの製造方法を提供することを課題とする。
本願第二の発明は、かかる状況において、極薄くフレキシブル性を有する無機基板に、安全に取り扱うことができるハンドリング性と、既存のリジッドな基板用の加工装置、加工プロセスを適用することができるプロセス適合性とを両立する積層体及び該積層体を使用したデバイスの製造方法を提供することを課題とする。
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討した結果、第一の無機基板とポイリミド層とが対向する面の少なくとも一方、そして第二の無機基板とポリイミド層とが対向する面の少なくとも一方に表面処理を施すことにより各面の接合を可能にするとともに、その後第二の無機基板とポリイミド層とが対向する面の少なくとも一方に施した表面処理の一部を不活性化して所定のパターンを形成することにより、剥離強度が異なる良好接着部分と易剥離部分とを存在させるようにすれば、良好接着部分にてデバイス作製時の高温プロセスにおいても剥がれることない十分な剥離強度を発現させ、デバイス作製後には易剥離部分に切り込みを入れることで、デバイス付きフレキシブル積層体を第二の無機基板から容易に剥がすことができることを見出し、本願第一の発明を完成した。
さらに、本発明者らは、鋭意研究を行った結果、以下の積層板を用いることにより、極薄くフレキシブル性を有する無機基板に、安全に取り扱うことができるハンドリング性と、既存のリジッドな基板用の加工装置、加工プロセスを適用することができるプロセス適合性とを両立可能であることを見出し、本願第二の発明に到達した。
すなわち本発明は以下の構成からなる。
(1)第一の無機基板に直接接合されたポリイミド層からなる、総厚さが300μm以下のフレキシブル積層体の、ポリイミド層の前記接合面(第一の接合面)の反対側の面(第2の接合面)に厚さ300μm以上の第二の無機基板を直接接合してなるリジッド複合積層板。
(2)前記ポリイミド層の線膨張係数(CTE)と第一の無機基板とのCTEの差の絶対値が30ppm/℃以下であることを特徴とする(1)に記載のリジッド複合積層板。
(3)前記第一の接合面における第一の無機基板とポリイミド層の接合が、第一の無機基板表面とポリイミド層表面の少なくとも一方に表面処理を施した後に行われていることを特徴とする(1)~(2)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(4)前記第二の接合面における第二の無機基板とポリイミド層の接合が、第二の無機基板表面とポリイミド層表面との少なくとも一方に表面処理を施した後に行われていることを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(5)前記第二の接合面における第二の無機基板とポリイミド層の接合が、前記表面処理の後にさらに表面処理面の一部に不活性化処理を施して、良好接着部分と易剥離部分とを有する所定のパターンを形成していることを特徴とする(4)に記載のリジッド複合積層板。
(6)前記第一の接合面における第一の無機基板とポリイミド層の接合の際に行われる表面処理がプラズマ処理、コロナ処理、活性エネルギー線照射処理、フレーム処理、及びカップリング剤処理から選択される群より選択される少なくとも一種以上であることを特徴とする(1)~(5)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(7)前記第二の接合面における第二の無機基板とポリイミド層の接合の際に行われる表面処理がプラズマ処理、コロナ処理、活性エネルギー線照射処理、フレーム処理、及びカップリング剤処理から選択される群より選択される少なくとも一種以上であることを特徴とする(1)~(6)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(8)前記不活性化処理として、ブラスト処理、真空プラズマ処理、大気圧プラズマ処理、コロナ処理、活性放射線照射処理、活性ガス処理及び薬液処理からなる群より選択される少なくとも一種以上の不活性化処理を行う(5)に記載のリジッド複合積層板。
(9)前記第二の接合面内の良好接着部分と易剥離部分の接着力差が0.1N/cm以上であることを特徴とする(5)又は(8)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(10)前記第一の接合面内の最大剥離力が0.1N/cm以上であることを特徴とする(1)~(9)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(11)前記ポリイミド層の片面に第一の無機基板を加圧及び加熱することにより積層する第一の積層工程と、該ポリイミド層の反対面側に第二の無機基板を加熱・加圧することにより積層する第二の積層工程を含むリジッド複合積層板の製造方法であって、第二の積層工程の前に該ポリイミド層の水分率を0.1~1.7%の範囲内に調整する工程を含む(1)~(10)のいずれかに記載のリジッド複合積層板の製造方法。
(12)前記(5)~(9)のいずれかに記載のリジッド複合積層板を用い、フレキシブル積層体中の第一の無機基板表面上にデバイスが形成されてなる構造体を製造する方法であって、フレキシブル積層体中の第一の無機基板上にデバイスを形成した後、前記リジッド複合積層板の易剥離部分のポリイミド層に切り込みを入れてフレキシブル積層体を前記第二の無機基板から剥離することによるデバイス構造体の製造方法。
(1)第一の無機基板に直接接合されたポリイミド層からなる、総厚さが300μm以下のフレキシブル積層体の、ポリイミド層の前記接合面(第一の接合面)の反対側の面(第2の接合面)に厚さ300μm以上の第二の無機基板を直接接合してなるリジッド複合積層板。
(2)前記ポリイミド層の線膨張係数(CTE)と第一の無機基板とのCTEの差の絶対値が30ppm/℃以下であることを特徴とする(1)に記載のリジッド複合積層板。
(3)前記第一の接合面における第一の無機基板とポリイミド層の接合が、第一の無機基板表面とポリイミド層表面の少なくとも一方に表面処理を施した後に行われていることを特徴とする(1)~(2)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(4)前記第二の接合面における第二の無機基板とポリイミド層の接合が、第二の無機基板表面とポリイミド層表面との少なくとも一方に表面処理を施した後に行われていることを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(5)前記第二の接合面における第二の無機基板とポリイミド層の接合が、前記表面処理の後にさらに表面処理面の一部に不活性化処理を施して、良好接着部分と易剥離部分とを有する所定のパターンを形成していることを特徴とする(4)に記載のリジッド複合積層板。
(6)前記第一の接合面における第一の無機基板とポリイミド層の接合の際に行われる表面処理がプラズマ処理、コロナ処理、活性エネルギー線照射処理、フレーム処理、及びカップリング剤処理から選択される群より選択される少なくとも一種以上であることを特徴とする(1)~(5)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(7)前記第二の接合面における第二の無機基板とポリイミド層の接合の際に行われる表面処理がプラズマ処理、コロナ処理、活性エネルギー線照射処理、フレーム処理、及びカップリング剤処理から選択される群より選択される少なくとも一種以上であることを特徴とする(1)~(6)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(8)前記不活性化処理として、ブラスト処理、真空プラズマ処理、大気圧プラズマ処理、コロナ処理、活性放射線照射処理、活性ガス処理及び薬液処理からなる群より選択される少なくとも一種以上の不活性化処理を行う(5)に記載のリジッド複合積層板。
(9)前記第二の接合面内の良好接着部分と易剥離部分の接着力差が0.1N/cm以上であることを特徴とする(5)又は(8)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(10)前記第一の接合面内の最大剥離力が0.1N/cm以上であることを特徴とする(1)~(9)のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
(11)前記ポリイミド層の片面に第一の無機基板を加圧及び加熱することにより積層する第一の積層工程と、該ポリイミド層の反対面側に第二の無機基板を加熱・加圧することにより積層する第二の積層工程を含むリジッド複合積層板の製造方法であって、第二の積層工程の前に該ポリイミド層の水分率を0.1~1.7%の範囲内に調整する工程を含む(1)~(10)のいずれかに記載のリジッド複合積層板の製造方法。
(12)前記(5)~(9)のいずれかに記載のリジッド複合積層板を用い、フレキシブル積層体中の第一の無機基板表面上にデバイスが形成されてなる構造体を製造する方法であって、フレキシブル積層体中の第一の無機基板上にデバイスを形成した後、前記リジッド複合積層板の易剥離部分のポリイミド層に切り込みを入れてフレキシブル積層体を前記第二の無機基板から剥離することによるデバイス構造体の製造方法。
(13)ポリイミドフィルムと無機基板が直接接合されてなる積層体において、ポリイミドフィルムの片面に、第一の無機基板が直接接合され、該ポリイミドフィルムの反対側の面に第二の無機基板が直接接合されてなり、第一の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力と、第二の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力をそれぞれ測定し、測定した2つの接着力の値のうち大きい値をF1、小さい値をF2とした際に、
F1/F2≧1.5
の関係式を満たすことを特徴とする積層体。
(14)前記、第一の無機基板又は第二の無機基板の少なくともいずれかが、厚さ3~1500μmの無機基板であることを特徴とする(13)に記載の積層体。
(15)前記ポリイミドフィルムと第一の無機基板および前記ポリイミドフィルムと第二の無機基板との直接接合が、いずれも表面処理されたポリイミドフィルム面と表面処理された無機基板面とを接合させることによってなされていることを特徴とする、(13)又は(14)のいずれかに記載の積層体。
(16)前記無機基板の表面処理がカップリング剤処理であることを特徴とする、(15)に記載の積層体。
(17)前記ポリイミドフィルムの表面処理がプラズマ処理であることを特徴とする(15)又は(16)のいずれかに記載の積層体。
(18)前記(13)~(17)のいずれかに記載の積層体を用い、第一の無機基板上又は第二の無機基板上にデバイス加工を行い、次いでポリイミドフィルムと無機基板の接着力が弱い接合面(接着力がF2となる接合面)にてポリイミドフィルムと無機基板を剥離する工程を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
F1/F2≧1.5
の関係式を満たすことを特徴とする積層体。
(14)前記、第一の無機基板又は第二の無機基板の少なくともいずれかが、厚さ3~1500μmの無機基板であることを特徴とする(13)に記載の積層体。
(15)前記ポリイミドフィルムと第一の無機基板および前記ポリイミドフィルムと第二の無機基板との直接接合が、いずれも表面処理されたポリイミドフィルム面と表面処理された無機基板面とを接合させることによってなされていることを特徴とする、(13)又は(14)のいずれかに記載の積層体。
(16)前記無機基板の表面処理がカップリング剤処理であることを特徴とする、(15)に記載の積層体。
(17)前記ポリイミドフィルムの表面処理がプラズマ処理であることを特徴とする(15)又は(16)のいずれかに記載の積層体。
(18)前記(13)~(17)のいずれかに記載の積層体を用い、第一の無機基板上又は第二の無機基板上にデバイス加工を行い、次いでポリイミドフィルムと無機基板の接着力が弱い接合面(接着力がF2となる接合面)にてポリイミドフィルムと無機基板を剥離する工程を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
本願第一の発明の製造方法で得られるリジッド複合積層板は、第一の無機基板(ガラス板、セラミック板、シリコンウエハ、金属等)とポリイミド層、及び第二の無機基板(ガラス板、セラミック板、シリコンウエハ、金属等)とポリイミド層とが、接着剤層を介することなく貼り合わされたリジッド複合積層板であって、あらかじめ決めたパターンによってフレキシブル積層体と第二の無機基板の接着剥離強度が異なる良好接着部分と易剥離部分とに分かれているので、フレキシブル積層体の第一の無機基板上にデバイスを作製した後、易剥離部分のポリイミド層に切り込みを入れて剥離することによって、容易にデバイス付きのフレキシブル積層体を得ることができる。
本願第一の発明によれば、絶縁性で可撓性、耐熱性を兼ね備えた薄いフレキシブル積層体に回路などを形成できる。さらに電子部品を搭載して電子デバイスを作製する時に、薄いフレキシブル積層体であっても、寸法安定性に優れた第二の無機基板に積層され固定されていることで精密な位置決めができ、多層に薄膜作製、回路形成など行なうことができる。しかも本発明の積層体は、プロセス中には熱が加わっても剥がれず、デバイス作製後に必要に応じてこの第二の無機基板から剥がす際にも、フレキシブル積層体と第二の無機基板との剥離がスムースに実施できる。さらに本発明のリジッド複合積層板は、プロセス通過過程において剥離することのない剥離強度を有するリジッド複合積層板であるため、従来の電子デバイス作製プロセスをそのまま使うことが可能である。特に、フレキシブル積層体上にデバイスを作製するに際しては、第一の無機基板の表面特性から、密着性に優れ、平滑性にも優れるので、安定的に精度よくデバイス作製を実施することができる。このように、本発明のリジッド複合積層板は、絶縁性で可撓性、耐熱性を兼ね備えた、薄いフレキシブル積層体に回路などを形成した電子デバイス作製などに極めて有意義である。
本願第一の発明によれば、ポリイミド層としてポリイミドフィルムを用いることで、表面処理工程をroll to rollで行うことが可能であり、効率的に処理が可能である。特にプラズマ処理まで行ったポリイミドフィルムロールは、滑材を含ませれば、ロールとしてのハンドリング性はプラズマ処理前と同等である。工程中の傷つきなどを防ぐため保護フィルムを付けることもあるが、この保護フィルムに滑材があることで、ロール搬送も全く問題なく行うことが可能である。生産性に優れた処理であることは、実施において有意義である。
本願第一の発明のリジッド複合積層板は、耐熱性の無機物からなる第二の無機基板に支持されているので、回路配線作製及び半導体形成時に、精密な位置決めをして、多層に薄膜作製、回路形成など行なうことができ、半導体作製時に高温のプロセスでも剥がれる事無く、薄膜堆積などが行なえる。またこの積層体は、半導体付加後にパターンの易剥離部分のみを剥離する場合は容易に剥離できるため、作製した半導体を破壊することがない。そして、この回路付加積層体及び半導体素子が形成された半導体付加積層体に使用されるフレキシブル積層体を剥がす事により、回路付加したデバイス付きフレキシブル積層体及び半導体素子が形成された半導体付加したデバイス付きフレキシブル積層体を提供することができる。
回路配線作製時に、精密な位置決めをして、多層に薄膜作製、回路形成など行なう際、寸法安定性に劣り形状変化の大きいフレキシブル積層体を単独で基板とすると、デバイス作製のための位置決めが困難になる。それに対して、寸法安定性に優れた固い支持体に固定し、デバイス作製後にフレキシブル積層体を固い支持体から剥がす本願第一の発明の方法においては、デバイス作製のための位置決めが容易であり、従来の電子デバイス作製プロセスをそのまま使い、フレキシブル積層体上のデバイス作製を安定的に精度よく実施することができる。特に、本発明のリジッド複合積層板は、回路形成などが高温でなされる場合や精緻な回路形成に有意なリジッド複合積層板である。
また、単結晶及び多結晶Siによる太陽電池などは、薄型化が進むなか、割れ易く、プロセス中のハンドリング、そして、出来上がった後の耐久性に問題があったが、基板とするフレキシブル積層体を本願第一の発明のように第二の無機基板との積層体とすることにより、これら問題も解消できる。またこのときに容易に剥がせる部分があるため、電極引き出しも可能な補強基板を作製しうる。
本願第二の発明は、フレキシブル性を有する無機基板に耐熱性の高分子フィルムを直接的に張り合わせることにより、脆くて割れやすい無機基板の取り扱い性を改善し、なおかつ、従来の無機基板と同様に、高温環境下への暴露などを含むプロセス適合性を実現した補強された積層体及び該積層体を使用したデバイスの製造方法に関する。
かかる補強された無機基板(積層体)においても、フレキシブル性が保たれているため、先に述べたように既存のリジッドな無機基板を前提に設計製作された加工プロセスに供することは難しい。しかしながら本発明に示すように、さらに第二の無機基板により、補強された無機基板を仮接着してサポートすれば、従来のリジッドな無機基板と同様にハンドリングすることが可能となる。本発明は、この仮接着手法としても、直接的な張り合わせ手法を用いるために、同様に高温環境下への暴露などを含むプロセス適合性を有している。
このような形態の複合板を用いてデバイス等を作成する目的は、フレキシブルなデバイスを得るためであるから、最終的には支持基板から剥離する必要がある。さらに剥離された最終的な層構成としては、高分子フィルムで補強された無機基板の形態であるか、ないしは、補強を伴わない無機基板の状態であるかの二通りである。しかしながら、高分子フィルムの両面と無機基板の接着力が同程度で有った場合、どちらかの任意の接着面で剥離することは困難である。
本願第二の発明では、両接着面の接着強度に差を設け、それらの比を1.5倍以上とすることにより、望む接着面での剥離を可能ならしめるものである。
かかる補強された無機基板(積層体)においても、フレキシブル性が保たれているため、先に述べたように既存のリジッドな無機基板を前提に設計製作された加工プロセスに供することは難しい。しかしながら本発明に示すように、さらに第二の無機基板により、補強された無機基板を仮接着してサポートすれば、従来のリジッドな無機基板と同様にハンドリングすることが可能となる。本発明は、この仮接着手法としても、直接的な張り合わせ手法を用いるために、同様に高温環境下への暴露などを含むプロセス適合性を有している。
このような形態の複合板を用いてデバイス等を作成する目的は、フレキシブルなデバイスを得るためであるから、最終的には支持基板から剥離する必要がある。さらに剥離された最終的な層構成としては、高分子フィルムで補強された無機基板の形態であるか、ないしは、補強を伴わない無機基板の状態であるかの二通りである。しかしながら、高分子フィルムの両面と無機基板の接着力が同程度で有った場合、どちらかの任意の接着面で剥離することは困難である。
本願第二の発明では、両接着面の接着強度に差を設け、それらの比を1.5倍以上とすることにより、望む接着面での剥離を可能ならしめるものである。
以下、本発明を詳述する。本願第一の発明は、第一の無機基板に直接接合されたポリイミド層からなる、総厚さが300μm以下のフレキシブル積層体の、ポリイミド層の前記接合面(第一の接合面)の反対側の面(第2の接合面)に厚さ300μm以上の第二の無機基板を直接接合してなるリジッド複合積層板である。
本願第二の発明は、ポリイミドフィルムと無機基板が直接接合されてなる積層体において、ポリイミドフィルムの片面に、第一の無機基板が直接接合され、該ポリイミドフィルムの反対側の面に第二の無機基板が直接接合されてなり、第一の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力と、第二の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力をそれぞれ測定し、測定した2つの接着力の値のうち大きい値をF1、小さい値をF2とした際に、
F1/F2≧1.5
の関係式を満たすことを特徴とする積層体である。
以下、特に説明記載のない場合は本願第一の発明と本願第二の発明に共通する事項を示す。
本願第二の発明は、ポリイミドフィルムと無機基板が直接接合されてなる積層体において、ポリイミドフィルムの片面に、第一の無機基板が直接接合され、該ポリイミドフィルムの反対側の面に第二の無機基板が直接接合されてなり、第一の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力と、第二の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力をそれぞれ測定し、測定した2つの接着力の値のうち大きい値をF1、小さい値をF2とした際に、
F1/F2≧1.5
の関係式を満たすことを特徴とする積層体である。
以下、特に説明記載のない場合は本願第一の発明と本願第二の発明に共通する事項を示す。
<リジッド複合積層板の製造方法>
本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法は、少なくとも第一の無機基板、ポリイミド層、第二の無機基板を用いて、これらから構成されるリジッド複合積層板を製造する方法である。なお、リジッドとは、本実施例の評価を元に、幅370mm、長さ470mmの複合積層板を机等の平面上に配置し、先端100mmを平面からせり出すように配置した際に、自重によるたわみが3mm未満となる剛性を持つ場合をいい、フレキシブルとは、幅350mm、長さ450mmの積層体を曲げていき、割れやクラック等の問題を生じることなく曲率半径20mm未満まで曲げられる場合をいう。
本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法は、少なくとも第一の無機基板、ポリイミド層、第二の無機基板を用いて、これらから構成されるリジッド複合積層板を製造する方法である。なお、リジッドとは、本実施例の評価を元に、幅370mm、長さ470mmの複合積層板を机等の平面上に配置し、先端100mmを平面からせり出すように配置した際に、自重によるたわみが3mm未満となる剛性を持つ場合をいい、フレキシブルとは、幅350mm、長さ450mmの積層体を曲げていき、割れやクラック等の問題を生じることなく曲率半径20mm未満まで曲げられる場合をいう。
<無機基板>
本発明における第一の無機基板及び第二の無機基板は、無機物からなり基板として用いることのできる板状のものであればよく、例えば、ガラス板、セラミック板、シリコンウエハ、金属等を主体としているもの、及び、これらガラス板、セラミック板、シリコンウエハ、金属の複合体として、これらを積層したもの、これらが分散されているもの、これらの繊維が含有されているものなどが挙げられる。第一の無機基板と第二の無機基板には同じ種類の基板を用いても良いし、異なる基板を用いても良い。
本発明における第一の無機基板及び第二の無機基板は、無機物からなり基板として用いることのできる板状のものであればよく、例えば、ガラス板、セラミック板、シリコンウエハ、金属等を主体としているもの、及び、これらガラス板、セラミック板、シリコンウエハ、金属の複合体として、これらを積層したもの、これらが分散されているもの、これらの繊維が含有されているものなどが挙げられる。第一の無機基板と第二の無機基板には同じ種類の基板を用いても良いし、異なる基板を用いても良い。
第一の無機基板及び/または第二の無機基板として用いる前記ガラス板としては、石英ガラス、高ケイ酸ガラス(96%シリカ)、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス(パイレックス(登録商標))、ホウケイ酸ガラス(無アルカリ)、ホウケイ酸ガラス(マイクロシート)、アルミノケイ酸塩ガラス等が含まれる。これらの中でも、線膨張係数が5ppm/℃以下のものが望ましい。
本発明における第一の無機基板としては280μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましく、100μm以下がさらに好ましく、また、30μm以上が好ましい。280μm以上では十分なフレキシブル性が得られず、また30μm以下では剛性がなさすぎて扱いが非常に難しくなる。例えば日本電気硝子社製の厚さ50μm~100μmの「OA10-G」、旭硝子社の「Spool」、コーニング社の「Willow glass」等を用いることが望ましい。また、第二の無機基板としては、300μm以上2000μm(2mm)以下が好ましく、500μm以上1200μm(1.2mm)以下がより好ましい。市販品としては、液晶用ガラスであるコーニング社製の「コーニング7059」や「コーニング1737」、「EAGLE」、旭硝子社製の「AN100」、日本電気硝子社製の「OA10」、SCHOTT社製の「AF32」等が望ましい。
本発明における第一の無機基板としては280μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましく、100μm以下がさらに好ましく、また、30μm以上が好ましい。280μm以上では十分なフレキシブル性が得られず、また30μm以下では剛性がなさすぎて扱いが非常に難しくなる。例えば日本電気硝子社製の厚さ50μm~100μmの「OA10-G」、旭硝子社の「Spool」、コーニング社の「Willow glass」等を用いることが望ましい。また、第二の無機基板としては、300μm以上2000μm(2mm)以下が好ましく、500μm以上1200μm(1.2mm)以下がより好ましい。市販品としては、液晶用ガラスであるコーニング社製の「コーニング7059」や「コーニング1737」、「EAGLE」、旭硝子社製の「AN100」、日本電気硝子社製の「OA10」、SCHOTT社製の「AF32」等が望ましい。
第一の無機基板及び/または第二の無機基板として用いる前記セラミック板としては、Al2O3、Mullite、AlN、SiC、Si3N4、BN、結晶化ガラス、Cordierite、Spodumene、PB-BSG+CaZrO3+Al2O3、Crystallized glass+ Al2O3、Crystallized CA-BSG、BSG+Quartz、BSG+Al2O3、PB+BSG+Al2O3、Glass-Ceramic、ゼロデュア材などの基板用セラミックス、TiO2、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、アルミナ、MgO、ステアタイト、BaTi4O9、BaTiO3、BaTi4+CaZrO3、BaSrCaZrTiO3、Ba(TiZr)O3、PMN-PTやPFN-PFWなどのキャパシター材料、PbNb2O6、Pb0.5Be0.5Nb2O6、PbTiO3、BaTiO3、PZT、0.855PZT-95PT-0.5BT、0.873PZT-0.97PT-0.3BT、PLZTなどの圧電材料が含まれる。第一の無機基板及び第二の無機基板に用いる際の厚みに関しては、前記ガラス板と同様の厚みが好ましい。
第一の無機基板及び/または第二の無機基板として用いる前記シリコンウエハとしては、n型あるいはp型にドーピングされたシリコンウエハ、イントリンシックシリコンウエハ等の全てが含まれ、また、シリコンウエハの表面に酸化シリコン層や各種薄膜が堆積されたシリコンウエハも含まれ、シリコンウエハのほか、ゲルマニウム、シリコン-ゲルマニウム、ガリウム-ヒ素、アルミニウム-ガリウム-インジウム、窒素-リン-ヒ素-アンチモンがよく用いられている。さらに、InP、InGaAs、GaInNAs、LT、LN、ZnOやCdTe、ZnSeなどの汎用の半導体ウエハも含まれる。第一の無機基板及び第二の無機基板に用いる際の厚みに関しては、前記ガラス板と同様の厚みが好ましい。
第一の無機基板及び/または第二の無機基板として用いる前記金属としては、W、Mo、Pt、Fe、Ni、Auといった単一元素金属、インコネル、モネル、ニモニック、炭素銅、Fe-Ni系インバー合金、スーパーインバー合金、といった合金等が含まれる。また、これら金属に、他の金属層、セラミック層を付加してなる多層金属板も含まれる。この場合、付加層との全体のCTEが低ければ、主金属層にCu、Alなども用いられる。付加金属層として使用される金属としては、ポリイミド層との密着性を強固にするもの、拡散がないこと、耐薬品性や耐熱性が良いこと等の特性を有するものであれば限定されるものではないが、クロム、ニッケル、TiN、Mo含有Cuが好適な例として挙げられる。第一の無機基板及び第二の無機基板に用いる際の厚みに関しては、前記ガラス板と同様の厚みが好ましい。
前記第一の無機基板及び第二の無機基板のポリイミド層と接合する面は、充分に平坦である事が望ましい。具体的には、表面粗さのP-V値が50nm以下、より好ましくは20nm、さらに好ましくは5nm以下である。これより粗いと、第一の無機基板とポリイミド層、及びポリイミド層と第二の無機基板の接着力が不充分となる恐れがある。
前記第一の無機基板のポリイミド層と接合する面と反対面(デバイス作製用面)も、充分に平坦で平滑である事が望ましい。具体的には、表面粗さのP-V値が20nm以下、より好ましくは10nm、さらに好ましくは3nm以下であり、Ra値が1nm以下、より好ましくは0.6nm以下、さらに好ましくは0.4nm以下であることが、精緻な電気回路や半導体デバイスを作製するうえで特に好ましい。Raが大きい場合には、必要な平滑度合いを有さないことになり、その上に形成された金属薄膜などに接着性、平滑性などの点で悪影響を及ぼすことがある。
本発明においては、前記第一の無機基板及び第二の無機基板として、前記ポリイミド層と接合する面における高さ1μm以上の欠点存在密度が100個/100cm2以下である無機基板を用いることが好ましい。この欠点存在密度は40個/100cm2以下であることがより好ましく、15個/100cm2以下あることがさらに好ましく、5個/100cm2以下であることがなおさらに好ましい。欠点存在密度がこの範囲を超えると、ポリイミド層と無機基板との実行的な接触面積が減少することにより、良好接着部分において必要な接着強度が得られないことがあり、また逆にアンカー効果により易剥離部分の接着性が強くなり、剥離時に支障をきたす場合がある。また欠点存在密度がこの範囲を超えると、無機基板表面での光の散乱度合いが大きくなり、パターン化処理によって形成される良好接着部分と易剥離部分との境界が不明瞭となり、剥離の際に適切に切り込みを入れることが難しくなるなどの不都合が起こる場合がある。また欠点存在密度がこの範囲を超えると、デバイス加工の際にリジッド積層板の温度が175℃以上に加熱された場合、欠点部分が核となって、膨れや浮き、ブリスターなどの部分的な剥離が生じる場合がある。さらに欠点存在密度がこの範囲を超えると、確率的に高さが高い欠点が増えることになり、その結果、フレキシブル積層体のデバイス形成面の凹凸が大きくなり、先の膨れや浮きと相まって、デバイスを形成する際にデバイス微細パターン形成のための露光工程において画像のぼやけ等の原因となり、デバイス形成が阻害されることがある。
前記第一の無機基板のポリイミド層と接合する面と反対面(デバイス作製用面)も、高さ1μm以上の欠点存在密度が100個/100cm2以下である無機基板を用いることが好ましい。この欠点存在密度は40個/100cm2以下であることがより好ましく、15個/100cm2以下であることがさらに好ましく、5個/100cm2以下であることがなおさらに好ましい。欠点存在密度がこの範囲を超えると、デバイス作製時に必要な平滑度合いを有さないことになり、その上に形成された金属薄膜などに接着性、平滑性などの点で悪影響を及ぼすことがある。
本発明における無機基板の欠点とは、キズ、窪み、突起等の、本来平面であるべき無機基板表面の形状的な特異点、及び、無機基板表面に付着したゴミ等の異物により形成された凹凸を言う。また欠点の高さとは、無機基板表面から、前記凹凸の頂点または底部までの垂直長さを意味する。本発明における欠点密度実施例に記載の方法によって測定される。なお、本発明で規定される無機基板の欠点密度は、接合直前の状態を指し、すなわち、接合前に表面処理を行う場合は表面処理後の、表面処理を行わない場合は表面処理なしの状態での欠点密度を指す。
無機基板表面の欠点存在密度を所定範囲内に収めるためには、元々欠点の存在密度が低い基板を用い、さらにクリーン環境下で取り扱うことが望ましく、具体的には、元々の欠点の存在密度が100個/100cm2以下、好ましくは20個/100cm2以下の基板を用い、米国連邦規格(Federal Standard 209D(1988年))でクラス1000以下、好ましくはクラス100以下、さらに好ましくはクラス10以下に管理されたクリーン環境下で取り扱うことが望ましい。また、元々の欠点の存在密度が100個/100cm2以下、好ましくは20個/100cm2以下の基板とするために、基板を洗浄することが望ましい。基板の洗浄にはUV/O3洗浄装置やプラズマ処理等のドライ洗浄を用いる方法と、界面活性剤や超純水等を用いるウェット洗浄を用いる方法とが挙げられる。ドライ洗浄にはコロナ処理等、その他有機物を除去するような方法であれば、どのような方法でも用いることが可能である。また、ウェット洗浄には溶液に漬けるだけでも効果があるが、超音波洗浄等、表面に直接接触することなく洗浄効果を上げられる手法が望ましい。洗浄液には界面活性剤や超純水の代わりに、無機基板を腐食しない酸溶液やアルカリ溶液を用いることも可能である。
<ポリイミド層、ポリイミドフィルム>
本願第一の発明におけるポリイミド層とは、溶媒中でジアミン類とテトラカルボン酸類とを少なくとも反応させて得られるポリアミド酸溶液(「ポリイミド前駆体溶液」ともいう)を、ポリイミドフィルム作製用支持体に塗布、乾燥してグリーンフィルム(「前駆体フィルム」または「ポリアミド酸フィルム」ともいう)となし、さらにポリイミドフィルム作製用支持体上で、あるいは該支持体から剥がした状態でグリーンフィルムを高温熱処理して脱水閉環反応を行わせることによって得られたポリイミドフィルムからなるポリイミド層、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸溶液を基板上に塗布した後に加熱により化学的に反応させてイミド化させて得られたポリイミド層、ポリイミドを溶媒に溶解させたものを基板上に塗布した後に乾燥させて得られたポリイミド層、のいずれかを指し示す。取り扱い性や生産性の点から、ポリイミド層としてはポリイミドフィルムを用いることがより好ましい。本願第二の発明においては、上記のポリイミドフィルムが用いられる。
本願第一の発明におけるポリイミド層とは、溶媒中でジアミン類とテトラカルボン酸類とを少なくとも反応させて得られるポリアミド酸溶液(「ポリイミド前駆体溶液」ともいう)を、ポリイミドフィルム作製用支持体に塗布、乾燥してグリーンフィルム(「前駆体フィルム」または「ポリアミド酸フィルム」ともいう)となし、さらにポリイミドフィルム作製用支持体上で、あるいは該支持体から剥がした状態でグリーンフィルムを高温熱処理して脱水閉環反応を行わせることによって得られたポリイミドフィルムからなるポリイミド層、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸溶液を基板上に塗布した後に加熱により化学的に反応させてイミド化させて得られたポリイミド層、ポリイミドを溶媒に溶解させたものを基板上に塗布した後に乾燥させて得られたポリイミド層、のいずれかを指し示す。取り扱い性や生産性の点から、ポリイミド層としてはポリイミドフィルムを用いることがより好ましい。本願第二の発明においては、上記のポリイミドフィルムが用いられる。
ポリアミド酸を構成するジアミン類としては、特に制限はなく、ポリイミド合成に通常用いられる芳香族ジアミン類、脂肪族ジアミン類、脂環式ジアミン類等を用いることができる。耐熱性の観点からは、芳香族ジアミン類が好ましく、さらにはベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンがより好ましい。ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンを用いると、高い耐熱性とともに、高弾性率、低熱収縮性、低線膨張係数を発現させることが可能になる。また、光透過性が要求される場合は脂環族ジアミン類及びジアミン類の炭化水素基の水素をフッ素で置換したものが好ましい。脂環族ジアミン類や前記ジアミン類の炭化水素基の水素をフッ素で置換した構造を有するジアミン類を用いると、高い透明性、低いイエローインデックス、及び低いヘイズを発現させることが可能になる。ジアミン類は、単独で用いてもよいし二種以上を併用してもよい。
ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンは、特に限定されるものではなく、例えば、5-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンゾオキサゾール、6-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンゾオキサゾール、5-アミノ-2-(m-アミノフェニル)ベンゾオキサゾール、6-アミノ-2-(m-アミノフェニル)ベンゾオキサゾール、2, 2’-p-フェニレンビス(5-アミノベンゾオキサゾール)、2, 2’-p-フェニレンビス(6-アミノベンゾオキサゾール)、1-(5-アミノベンゾオキサゾロ)-4-(6-アミノベンゾオキサゾロ)ベンゼン、2, 6-(4, 4’-ジアミノジフェニル)ベンゾ[1, 2-d:5, 4-d’]ビスオキサゾール、2, 6-(4, 4’-ジアミノジフェニル)ベンゾ[1, 2-d:4, 5-d’]ビスオキサゾール、2, 6-(3, 4’-ジアミノジフェニル)ベンゾ[1, 2-d:5, 4-d’]ビスオキサゾール、2, 6-(3, 4’-ジアミノジフェニル)ベンゾ[1, 2-d:4, 5-d’]ビスオキサゾール、2, 6-(3, 3’-ジアミノジフェニル)ベンゾ[1, 2-d:5, 4-d’]ビスオキサゾール、2, 6-(3, 3’-ジアミノジフェニル)ベンゾ[1, 2-d:4, 5-d’]ビスオキサゾール等が挙げられる。これらの中でも、アミノ(アミノフェニル)ベンゾオキサゾールの各異性体が好ましく、5-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンゾオキサゾールがより好ましい。ここで、「各異性体」とは、アミノ(アミノフェニル)ベンゾオキサゾールが有する2つのアミノ基の結合位置が異なるものを意味する。例えば、上記5-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンゾオキサゾールと、6-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンゾオキサゾールと、5-アミノ-2-(m-アミノフェニル)ベンゾオキサゾールと、6-アミノ-2-(m-アミノフェニル)ベンゾオキサゾールとが異性体に相当する。
脂環族ジアミンは、特に限定されるものではなく、1,3-ジアミノシクロヘキサン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,1-ビス(4-アミノフェニル)シクロヘキサン、4,4’-ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4'-メチレンビス(2-メチルシクロヘキシルアミン)、4,4'-メチレンビス(2,6-ジメチルシクロヘキシルアミン)、4,4’-ジアミノジシクロヘキシルプロパン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3-ジアミン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,5-ジアミン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,6-ジアミン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,7-ジアミン、2,3-ビス(アミノメチル)-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,5-ビス(アミノメチル)-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,6-ビス(アミノメチル)-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、3(4),8(9)-ビス(アミノメチル)トリシクロ[5.2.1.0(2,6)]デカン、及びこれらの炭化水素中の水素をフッ素で置換したものが挙げられる。
ジアミン類としては、上述したベンゾオキサゾール構造を有するジアミンや脂環族ジアミンの他に、下記に例示されるその他のジアミンを用いることもできる。その他のジアミンとしては、例えば、2, 2’-ジメチル-4, 4’-ジアミノビフェニル、ビスアニリン、1, 4-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、2, 2’-ジトリフルオロメチル-4, 4’-ジアミノビフェニル、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、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、2, 2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2, 2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]-1, 1, 1, 3, 3, 3-ヘキサフルオロプロパン、m-フェニレンジアミン、o-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、m-アミノベンジルアミン、p-アミノベンジルアミン、3, 3’-ジアミノジフェニルエーテル、3, 4’-ジアミノジフェニルエーテル、4, 4’-ジアミノジフェニルエーテル、3, 3’-ジアミノジフェニルスルフィド、3, 3’-ジアミノジフェニルスルホキシド、3, 4’-ジアミノジフェニルスルホキシド、4, 4’-ジアミノジフェニルスルホキシド、3, 3’-ジアミノジフェニルスルホン、3, 4’-ジアミノジフェニルスルホン、4, 4’-ジアミノジフェニルスルホン、3, 3’-ジアミノベンゾフェノン、3, 4’-ジアミノベンゾフェノン、4, 4’-ジアミノベンゾフェノン、3, 3’-ジアミノジフェニルメタン、3, 4’-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、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]メタン、1, 1-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1, 2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1, 1-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1, 2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1, 3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2, 2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1, 1-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、1, 3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、1, 4-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、2, 2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、2, 3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、2-[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]-2-[4-(4-アミノフェノキシ)-3-メチルフェニル]プロパン、2, 2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3-メチルフェニル]プロパン、2-[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]-2-[4-(4-アミノフェノキシ)-3, 5-ジメチルフェニル]プロパン、2, 2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3, 5-ジメチルフェニル]プロパン、2, 2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]-1, 1, 1, 3, 3, 3-ヘキサフルオロプロパン、1, 4-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1, 3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1, 4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、4, 4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホキシド、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]エーテル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、1, 3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1, 3-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1, 4-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、4, 4’-ビス[(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1, 1-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1, 3-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、3, 4’-ジアミノジフェニルスルフィド、2, 2-ビス[3-(3-アミノフェノキシ)フェニル]-1, 1, 1, 3, 3, 3-ヘキサフルオロプロパン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]メタン、1, 1-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1, 2-ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]エタン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホキシド、4, 4’-ビス[3-(4-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4, 4’-ビス[3-(3-アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4, 4’-ビス[4-(4-アミノ-α, α-ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、4, 4’-ビス[4-(4-アミノ-α, α-ジメチルベンル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、ビス[4-{4-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ}フェニル]スルホン、1, 4-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ-α, α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1, 3-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェノキシ-α, α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1, 3-ビス[4-(4-アミノ-6-トリフルオロメチルフェノキシ)-α, α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1, 3-ビス[4-(4-アミノ-6-フルオロフェノキシ)-α, α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1, 3-ビス[4-(4-アミノ-6-メチルフェノキシ)-α, α-ジメチルベンジル]ベンゼン、1, 3-ビス[4-(4-アミノ-6-シアノフェノキシ)-α, α-ジメチルベンジル]ベンゼン、3, 3’-ジアミノ-4, 4’-ジフェノキシベンゾフェノン4, 4’-ジアミノ-5, 5’-ジフェノキシベンゾフェノン、3, 4’-ジアミノ-4, 5’-ジフェノキシベンゾフェノン、3, 3’-ジアミノ-4-フェノキシベンゾフェノン、4, 4’-ジアミノ-5-フェノキシベンゾフェノン、3, 4’-ジアミノ-4-フェノキシベンゾフェノン、3, 4’-ジアミノ-5’-フェノキシベンゾフェノン、3, 3’-ジアミノ-4, 4’-ジビフェノキシベンゾフェノン、4, 4’-ジアミノ-5, 5’-ジビフェノキシベンゾフェノン、3, 4’-ジアミノ-4, 5’-ジビフェノキシベンゾフェノン、3, 3’-ジアミノ-4-ビフェノキシベンゾフェノン、4, 4’-ジアミノ-5-ビフェノキシベンゾフェノン、3, 4’-ジアミノ-4-ビフェノキシベンゾフェノン、3, 4’-ジアミノ-5’-ビフェノキシベンゾフェノン、1, 3-ビス(3-アミノ-4-フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1, 4-ビス(3-アミノ-4-フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1, 3-ビス(4-アミノ-5-フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1, 4-ビス(4-アミノ-5-フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1, 3-ビス(3-アミノ-4-ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、1, 4-ビス(3-アミノ-4-ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、1, 3-ビス(4-アミノ-5-ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、1, 4-ビス(4-アミノ-5-ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、2, 6-ビス[4-(4-アミノ-α, α-ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾニトリル、及び上記芳香族ジアミンの芳香環上の水素原子の一部もしくは全てが、ハロゲン原子、炭素数1~3のアルキル基またはアルコキシル基、シアノ基、またはアルキル基またはアルコキシル基の水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子で置換された炭素数1~3のハロゲン化アルキル基またはアルコキシル基で置換された芳香族ジアミン等が挙げられる。
さらに以下の脂肪族ジアミン類を用いることもできる。脂肪族ジアミン類としては、例えば、1, 2-ジアミノエタン、1, 4-ジアミノブタン、1, 5-ジアミノペンタン、1, 6-ジアミノヘキサン、1, 8-ジアミノオクタン等が挙げられる。前記脂環式ジアミン類としては、たとえば、1, 4-ジアミノシクロヘキサン、4, 4’-メチレンビス(2, 6-ジメチルシクロヘキシルアミン)、ジアミノジシクロヘキシルメタン等が挙げられる。芳香族ジアミン類以外のジアミン(脂肪族ジアミン類及び脂環式ジアミン類)の合計量は、全ジアミン類の20質量%以下が好ましく、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。
ポリアミド酸を構成するテトラカルボン酸類としては、特に制限はなく、ポリイミド合成に通常用いられる芳香族テトラカルボン酸類、脂肪族テトラカルボン酸類、脂環族テトラカルボン酸類、またはこれらの酸無水物等を用いることができる。中でも、芳香族テトラカルボン酸類、脂環族テトラカルボン酸類が好ましい。特に耐熱性が要求される場合は芳香族テトラカルボン酸類がより好ましく、光透過性が要求される場合には脂環族テトラカルボン酸類がより好ましい。これらが酸無水物である場合、分子内に無水物構造は1個であってもよいし2個であってもよいが、好ましくは2個の無水物構造を有するもの(二無水物)がよい。テトラカルボン酸類は単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。脂環族テトラカルボン酸類としては、例えば、シクロブタンテトラカルボン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、1, 2, 4, 5-シクロヘキサンテトラカルボン酸、3, 3’, 4, 4’-ビシクロヘキシルテトラカルボン酸、ビシクロ[2, 2, 1]ヘプタン-2, 3, 5, 6-テトラカルボン酸、テトラシクロド[6, 2, 1, 1, 02, 7]デカ-4, 5, 9, 10-テトラカルボン酸、及びこれらの酸無水物が挙げられる。
芳香族テトラカルボン酸無水物類としては、特に限定されないが、ピロメリット酸残基、すなわちピロメリット酸由来の構造を有するものであることが好ましい。このような芳香族テトラカルボン酸としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、3, 3’, 4, 4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4, 4’-オキシジフタル酸二無水物、3, 3’, 4, 4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3, 3’, 4, 4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2, 2-ビス[4-(3, 4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン酸二無水物等が挙げられる。
芳香族テトラカルボン酸類は、耐熱性を重視する場合には、例えば、全テトラカルボン酸類の80質量%以上が好ましく、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上である。
芳香族テトラカルボン酸類は、耐熱性を重視する場合には、例えば、全テトラカルボン酸類の80質量%以上が好ましく、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上である。
ポリアミド酸は、耐熱性を必要とする場合には特に、下記の組み合わせのジアミン類とテトラカルボン酸類とから構成されることが好ましい。
A. ピロメリット酸残基を有する芳香族テトラカルボン酸と、ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンとの組み合わせ。
B. ビフェニルテトラカルボン酸骨格を有する芳香族テトラカルボン酸と、フェニレンジアミン骨格を有する芳香族ジアミンとの組み合わせ。
C. ピロメリット酸慚愧を有する芳香族テトラカルボン酸と、ジアミノジフェニルエーテル骨格を有する芳香族ジアミンとの組み合わせ。
特にCについては更にシリカ系の化合物を混ぜることも物性を向上させる点で好ましい。またポリアミド酸は、上述したジアミン類及びテトラカルボン酸類のほかに、例えばシクロヘキサン-1, 2, 4-トリカルボン酸無水物等のトリカルボン酸類を含んで構成されていてもよい。
A. ピロメリット酸残基を有する芳香族テトラカルボン酸と、ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンとの組み合わせ。
B. ビフェニルテトラカルボン酸骨格を有する芳香族テトラカルボン酸と、フェニレンジアミン骨格を有する芳香族ジアミンとの組み合わせ。
C. ピロメリット酸慚愧を有する芳香族テトラカルボン酸と、ジアミノジフェニルエーテル骨格を有する芳香族ジアミンとの組み合わせ。
特にCについては更にシリカ系の化合物を混ぜることも物性を向上させる点で好ましい。またポリアミド酸は、上述したジアミン類及びテトラカルボン酸類のほかに、例えばシクロヘキサン-1, 2, 4-トリカルボン酸無水物等のトリカルボン酸類を含んで構成されていてもよい。
ポリアミド酸は、光透過性を必要とする場合には特に、下記の組み合わせのジアミン類とテトラカルボン酸類とから構成されることが好ましい。
D. シクロブタン骨格を有する脂環族テトラカルボン酸と、炭化水素基がフルオロ化されたベンジジン骨格を持つジアミン及び炭化水素基がフルオロ化されたフェニルエーテル骨格を持つジアミンの混合物との組み合わせ。
なお、ベンジジン骨格を持つジアミンとフェニルエーテル骨格を持つジアミンの配合比率は、重量比で0:100~100:0のいずれでも良い。
D. シクロブタン骨格を有する脂環族テトラカルボン酸と、炭化水素基がフルオロ化されたベンジジン骨格を持つジアミン及び炭化水素基がフルオロ化されたフェニルエーテル骨格を持つジアミンの混合物との組み合わせ。
なお、ベンジジン骨格を持つジアミンとフェニルエーテル骨格を持つジアミンの配合比率は、重量比で0:100~100:0のいずれでも良い。
ジアミン類とテトラカルボン酸類との割合は、ジアミン類1モルに対して、テトラカルボン酸類が、好ましくは0.9~1.1モル、より好ましくは0.95~1.05モル、さらに好ましくは0.98~1.02モルである。
ジアミン類とテトラカルボン酸類とを反応(重合)させてポリアミド酸を得る際に用いる溶媒は、原料となるモノマー及び生成するポリアミド酸のいずれをも溶解するものであれば特に限定されないが、極性有機溶媒が好ましく、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N-アセチル-2-ピロリドン、N, N-ジメチルホルムアミド、N, N-ジエチルホルムアミド、N, N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホリックアミド、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、スルホラン、ハロゲン化フェノール類等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよいし二種以上を併用して用いてもよい。これら溶媒の使用量は、原料となるモノマーを溶解するのに十分な量であればよく、具体的な使用量としては、反応液(モノマーを溶解した溶液)に占める全モノマーの量が、通常5~40質量%、好ましくは10~30質量%となるような量が挙げられる。
ポリアミド酸を得るための重合反応(以下、単に「重合反応」ともいう)の条件は、従来公知の条件を適用すればよく、例えば、有機溶媒中、0~80℃の温度範囲で、10分~30時間連続して撹拌及び/または混合することが挙げられる。必要により重合反応を分割して行ったり、反応温度を上下させたりしてもかまわない。モノマーの添加順序には特に制限はないが、ジアミン類の溶液中にテトラカルボン酸類を添加するのが好ましい。
また重合反応中に真空脱泡することも、良質なポリアミド酸溶液を製造するのに有効である。さらに重合反応の前にジアミン類に少量の末端封止剤を添加して重合を制御してもよい。末端封止剤としては、ジカルボン酸無水物、トリカルボン酸無水物、アニリン誘導体などが挙げられる。これらの中でも具体的には、無水フタル酸、無水マレイン酸、4-エチニル無水フタル酸、4-フェニルエチニル無水フタル酸、エチニルアニリンが好ましく、特に好ましくは無水マレイン酸がよい。末端封止剤を使用する場合の使用量は、ジアミン類1モルに対して、好ましくは0.001~1.0モルである。
重合反応によって得られるポリアミド酸溶液の還元粘度は1.6~7.0dl/gの範囲が好ましく、1.8~5.8dl/gの範囲がさらに好ましく、2.1~5.3dl/gの範囲がなお好ましい。重合反応によって得られるポリアミド酸溶液に占めるポリアミド酸の質量は、好ましくは5~40質量%、より好ましくは10~30質量%である。前記ポリアミド酸溶液の粘度は、送液の安定性の点から、ブルックフィールド粘度計による測定(25℃)において、10~2000Pa・sであることが好ましく、より好ましくは100~1000 Pa・sである。
重合反応によって得られるポリアミド酸溶液には、さらにポリイミドフィルムの性能向上を目的として、消泡剤、レベリング剤、難燃剤などの各種添加物を加えてもよい。これらの添加方法、添加時期は特に限定されるものではない。
本発明ではポリイミド層の性能向上を目的として、ポリアミド酸溶液にフィラーを加えても良い。本発明におけるフィラーとは、堆積平均粒子径が0.001~10μmの無機物からなる微粒子であり、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭素化物、金属酸塩、リン酸塩、炭酸塩、タルク、マイカ、クレイ、その他粘土鉱物等からなる粒子を用いることができ、好ましくは酸化ケイ素、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム、ピロリン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト、炭酸カルシウム、ガラスフィラー等の金属酸化物、リン酸塩、炭酸塩を用いることができる。
重合反応により得られるポリアミド酸溶液からポリイミドフィルムを形成するには、ポリアミド酸溶液をポリイミドフィルム作製用支持体上に塗布して乾燥することによりグリーンフィルム(自己支持性の前駆体フィルム)を得、次いでグリーンフィルムを熱処理に供することでイミド化反応させる方法が採用できる。支持体へのポリアミド酸溶液の塗布は、例えば、スピンコート、ドクターブレード、アプリケーター、コンマコーター、スクリーン印刷法、スリットコート、リバースコート、ディップコート等のほか、スリット付き口金からの流延、押出機による押出し等を含むが、これらに限られず、従来公知の溶液の塗布手段を適宜用いることができる。ポリアミド酸溶液の塗布量は、所望するポリイミドフィルムの膜厚に応じて適宜設定すればよい。塗布したポリアミド酸溶液を乾燥する際の加熱温度は、50℃~120℃が好ましく、80℃~100℃がさらに好ましい。乾燥時間は5分~3時間が好ましく、15分~2時間がさらに好ましい。乾燥後のグリーンフィルム中の残溶媒量は25~50質量%が好ましく、35~45質量%がさらに好ましい。グリーンフィルムを熱処理する際の温度は、例えば150~550℃が好ましく、より好ましくは280~520℃である。熱処理時間は、0.05~10時間が望ましい。
ポリイミド層及びポリイミドフィルムは、耐熱性の観点からは、ガラス転移温度が250℃以上、好ましくは300℃以上、さらに好ましくは350℃以上であり、あるいは500℃以下の領域においてガラス転移点が観測されないことが最も好ましい。透明性の観点からは、380nm~700nmにおける平均光線透過率(以下、単に「平均光線透過率」と称する)が好ましくは85%以上、より好ましくは87%以上、さらに好ましくは89%以上であり、ヘイズ値(HAZE)が好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.8%以下、さらに好ましくは0.6%以下であり、さらにYI値(イエローインデックス)が好ましくは20以下、より好ましくは10以下、さらに好ましくは5以下、なおさらに好ましくは3以下である。本発明におけるガラス転移温度は、示差熱分析(DSC)により求めるものであり、平均光線透過率、ヘイズ値、及びYI値は、例えば実施例で後述する方法により測定することができる。
本発明におけるポリイミド層及びポリイミドフィルムの引張弾性率は0.3~12.0GPaであることが好ましく、0.6~11.2GPaであることがより好ましく、1.2~10.0GPaであることがさらに好ましい。フィルムの引張弾性率が前記範囲より低いと、搬送機器等で加わる張力による変形が大きくなり、ハンドリング性やデバイシ形成時に支障が出る恐れがあり、一方、前記範囲より高いと、フィルムの剛性が強くなり過ぎ、引き裂き強度やフレキシビリティが低下する恐れがある。なお、フィルムの引張弾性率は、例えば実施例で後述する方法により測定することができる。
ポリイミド層及びポリイミドフィルムの30℃から300℃の間の平均の線膨張係数(CTE)は、好ましくは、-10ppm/℃~+50ppm/℃であり、より好ましくは-5ppm/℃~+20ppm/℃であり、さらに好ましくは-5ppm/℃~+15ppm/℃であり、特に好ましくは-3ppm/℃~+10ppm/℃である。この範囲から外れると、無機基板との線膨張係数の差が大きくなるため、熱を加えるプロセス中にポリイミド層と無機基板が剥がれ易くなる恐れがある。なお、金属やセラミックス等の無機基板ではこのCTEは温度範囲で変化がない事が多いが、ポリイミド層では温度範囲でCTEが変化する事がある。したがって、測定下限を0℃、30℃、50℃といったものに置き換えてもよく、測定上限を200℃、300℃、400℃に置き換えることも可能である。例えば、本発明においてはポリイミド層の線膨張係数は30℃~300℃の平均値もしくは30℃~210℃の平均値を用いているが、用途によって注目する温度範囲は変わり、高温でのプロセスを考慮して、30℃から400℃の範囲を調べる場合、100℃から400℃の範囲の場合もあり、リフロープロセスを念頭において、-50℃から280℃の範囲を調べる場合、使用温度範囲として0℃から280℃の範囲を重視する場合もありえる。
本発明におけるポリイミドフィルムの破断強度は、60MPa以上、好ましくは120MP以上、さらに好ましくは240MPa以上である。破断強度の上限に制限は無いが、事実上1000MPa程度未満である。なお、ここで前記ポリイミドフィルムの破断強度とは、ポリイミドフィルムのタテ方向とヨコ方向の平均値をさす。
本発明のポリイミドフィルムの熱収縮率は、400℃1時間加熱時において0.5%以下であることが好ましい。かかる特性は、ポリイミドフィルムの原料の内、テトラカルボン酸二無水物としてピロメリット酸を50mol%以上用い、同時にパラフェニレンジアミンないしベンゾオキサゾール構造を有するジアミンを50mol%以上用いるか、あるいは、芳香環を1ないし2有するテトラカルボン酸無水物と、ジアミン成分としてパラフェニレンジアミンを85mol%以上使用することにより得ることができる。
本発明におけるポリイミドフィルムの厚さ斑は、20%以下であることが好ましく、より好ましくは12%以下、さらに好ましくは7%以下、特に好ましくは4%以下である。厚さ斑が20%を超えると、狭小部へ適用し難くなる傾向がある。なお、フィルムの厚さ斑は、例えば接触式の膜厚計にて被測定フィルムから無作為に10点程度の位置を抽出してフィルム厚を測定し、下記式に基づき求めることができる。
フィルムの厚さ斑(%)
=100×(最大フィルム厚-最小フィルム厚)÷平均フィルム厚
フィルムの厚さ斑(%)
=100×(最大フィルム厚-最小フィルム厚)÷平均フィルム厚
本発明におけるポリイミド層の厚さは、特に限定されるものではないが、1μm~200μmが好ましく、さらに好ましくは3μm~60μmである。これらのポリイミド層の厚さ斑も20%以下であることが好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。ポリイミド層の厚さが1μm未満では、厚さの制御が困難であり、また支持体から剥離しにくくなる恐れがあり、200μmを超えると、第二の無機基板から剥がす際に、ポリイミド層の折れ曲がりなどが起こる恐れやフレキシブル積層体のフレキシビリティがなくなる恐れがある。前記範囲の厚さを持ったポリイミド層を使用することで、センサーなどの素子の高性能化や電子部品の軽小短薄化に大きく貢献できる。
ポリイミド層としてポリイミドフィルムを用いる場合、その製造時において幅が300mm以上、長さが10m以上の長尺ポリイミドフィルムとして巻き取られた形態で得られるものが好ましく、巻取りコアに巻き取られたロール状ポリイミドフィルムの形態のものがより好ましい。
ポリイミド層としてポリイミドフィルムを用いる場合、ハンドリング性及び生産性を確保する為、フィルムを構成するポリイミド中に滑材(粒子)を添加・含有させて、ポリイミドフィルム表面に微細な凹凸を付与して滑り性を確保することが好ましい。前記滑材(粒子)とは、無機物からなる微粒子であり、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭素化物、金属酸塩、リン酸塩、炭酸塩、タルク、マイカ、クレイ、その他粘土鉱物、等からなる粒子を用いることができる。好ましくは、酸化珪素、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸二水素カルシウム、ピロリン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト、炭酸カルシウム、ガラスフィラーなどの金属酸化物、リン酸塩、炭酸塩を用いることができる。滑材は1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
前記滑材(粒子)の体積平均粒子径は、通常0.001~10μmであり、好ましくは0.03~2.5μm、より好ましくは0.05~0.7μm、さらに好ましくは0.05~0.3μmである。かかる体積平均粒子径は光散乱法で得られる測定値を基準とする。粒子径が下限より小さいとポリイミドフィルムの工業的生産が困難となり、また上限を超えると表面の凹凸が大きくなりすぎて貼り付け強度が弱くなることや貼り付け時の気泡の数が増えること等、実用上の支障が出る恐れがある。
前記滑材の添加量は、ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分に対する添加量として、0.02~50質量%であり、添加量の上限は好ましくは5質量%、より好ましくは3質量%、さらに好ましくは1.0質量%、特に好ましくは0.4質量%であり、添加量の下限は好ましくは0.04質量%、より好ましくは0.08質量%、さらに好ましくは0.20質量%である。滑材の添加量が少なすぎると滑材添加の効果が期待し難く、滑り性の確保がそれほどなくポリイミドフィルムロールの巻き取り時に支障をきたす場合があり、多すぎると、フィルムの表面凹凸が大きくなり過ぎて、滑り性の確保が見られても平滑性の低下を招いたり、ポリイミドフィルムの破断強度や破断伸度の低下を招いたり、CTEの上昇を招くなどの課題を招く恐れがある。
ポリイミドフィルムに滑材(粒子)を添加・含有させる場合、滑材が均一に分散した単層のポリイミドフィルムとしてもよいが、例えば、一方の面が滑材を含有させたポリイミドフィルムで構成され、他方の面が滑材を含有しないか含有していても滑材含有量が少量であるポリイミドフィルムで構成された多層のポリイミドフィルムとしてもよい。このような多層ポリイミドのフィルムにおいては、一方の層(フィルム)表面に微細な凹凸が付与されて該層(フィルム)で滑り性を確保することができ、良好なハンドリング性や生産性を確保できる。以下、かかる多層のポリイミドフィルムの製造について説明する。
多層のポリイミドフィルムは、例えば、ポリアミド酸溶液(ポリイミドの前駆体溶液)として、滑材(好ましくは平均粒子径0.05~2.5μm程度)をポリアミド酸溶液中のポリマー固形分に対して0.05質量%~50質量%(好ましくは0.1~3質量%、より好ましくは0.20~1.0質量%)含有したものと、滑材を含有しないか又はその含有量が少量(好ましくはポリアミド酸溶液中のポリマー固形分に対して0.3質量%以下、より好ましくは0.01質量%以下)である2つのポリアミド酸溶液を用いて製造することが好ましい。多層ポリイミドフィルムの多層化(積層)方法は、両層の密着に問題が生じなければ、特に限定されるものではなく、かつ接着剤層などを介することなく密着するものであればよい。例えば、i)一方のポリイミドフィルムを作製後、このポリイミドフィルム上に他方のポリアミド酸溶液を連続的に塗布してイミド化する方法、ii)一方のポリアミド酸溶液を流延しポリアミド酸フィルムを作製後このポリアミド酸フィルム上に他方のポリアミド酸溶液を連続的に塗布した後、イミド化する方法、iii)共押し出しによる方法、iv)滑材を含有しないか又はその含有量が少量であるポリアミド酸溶液で形成したフィルムの上に、滑材を多く含有するポリアミド酸溶液をスプレーコート、Tダイ塗工などで塗布してイミド化する方法などが挙げられる。好ましくは、上記i)や上記ii)の方法がよい。
多層のポリイミドフィルムにおける各層の厚さの比率は、特に限定されないが、滑材を多く含有するポリアミド酸溶液で形成されたフィルム(層)を(a)層、滑材を含有しないか又はその含有量が少量であるポリアミド酸溶液で形成されたフィルム(層)を(b)層とすると、(a)層/(b)層は0.05~0.95が好ましい。(a)層/(b)層が0.95を超えると(b)層の平滑性が失われがちとなり、一方0.05未満の場合、表面特性の改良効果が不足し易滑性が失われることがある。
ポリイミド層として、無機基板上にポリアミド酸溶液を塗布し、乾燥後に加熱ないし化学処理によりイミド化してポリイミド層とする場合や、溶剤可溶性ポリイミド樹脂を塗布し、乾燥させてポリイミド層とする場合や、さらには部分的にはイミド化が完了していないポリアミド酸溶液と溶剤可溶性ポリイミド樹脂の混合状態から乾燥と一部のイミド化を進めてポリイミド層とする場合、ポリアミド酸溶液及び/またはポリイミド樹脂溶液の塗布は、例えばスピンコート、ドクターブレード、アプリケーター、コンマコート、スクリーン印刷法、スリット付き口金からの流涎、押し出し機による押し出し、スリットコート、リバースコート、ディップコート等の手段により行うが、これらに限られず従来公知の溶液の塗布手段を適宜用いることができる。以下、この無機基板上にポリアミド酸溶液を塗布し、乾燥後に加熱ないし化学処理によりイミド化してポリイミド層とする場合や、溶剤可溶性ポリイミド樹脂を塗布し、乾燥させてポリイミド層とする場合や、さらには部分的にはイミド化が完了していないポリアミド酸溶液と溶剤可溶性ポリイミド樹脂の混合状態から乾燥と一部のイミド化を進めてポリイミド層とする場合をまとめて、「溶液を無機基板上でポリイミド層化させる場合」と称する。
ポリイミド層として、溶液を無機基板上でポリイミド層化させたポリイミド層を用いる場合、ポリアミド酸溶液を乾燥する際の加熱温度は、50~120℃が好ましく、80℃~100℃がさらに好ましい。処理時間は5min~3hrが好ましく、15min~2hrがさらに好ましい。乾燥後の残溶媒量は25%~50%であることが好ましく、35~45%であることがさらに好ましい。
乾燥後のポリアミド酸を加熱してポリイミド層を作製する際の加熱温度は、150~500℃が好ましく、300~450℃がさらに好ましい。加熱時間は3min~10hrが好ましい。加熱処理は通常、段階的または連続的に昇温しながら行う。昇温速度は好ましくは0.2~20℃/minであり、さらに好ましくは0.3~10℃/min以下であり、特に好ましくは0.5~5℃/min以下である。
加熱によるイミド化を連続的に昇温しながら行う場合、100℃から昇温速度0.5~20℃/minで最高到達温度150℃~500℃まで連続的に昇温させ、最高到達温度で0.1~120min保持する条件が好ましい。より好ましくは、昇温速度が1~10℃/min、最高到達温度が300~480℃、最高到達温度での保持時間が1~60minであり、最も好ましくは、昇温速度が2~5℃/min、最高到達温度が400~450℃、最高到達温度での保持時間が5~30minである。なお、ここでは便宜上、乾燥工程とイミド化工程を分けて説明したが、実際には乾燥とイミド化は同時並行的に進行する。比較的低温の乾燥工程では乾燥が支配的に、比較的高温のイミド化工程ではイミド化反応が支配的に進行する。乾燥工程とイミド化工程を分けず、連続して熱処理として行うことは工業生産的に好ましい態様である。
加熱による乾燥、及びイミド化における昇温条件に付いては、80℃で30min、ついで100℃で90minの乾燥の後、400℃まで5℃/minの昇温速度で上昇させ、400℃で5min保持することが特に好ましい。
本発明においてポリイミド層として、溶液可溶性のあるポリイミド樹脂等を用い、無機基板上にてポリイミド層化させたポリイミド層を用いる場合、樹脂溶液を塗布した後の乾燥温度としては、150~380℃が好ましく、185~330℃がさらに好ましい。加熱時間は3min~10hrが好ましい。加熱処理は通常、段階的または連続的に昇温しながら行う。昇温速度は好ましくは0.2~20℃/minであり、さらに好ましくは0.3~10℃/min以下であり、特に好ましくは0.5~5℃/min以下である。
本発明においてポリイミド層として、熱可塑性のポリイミド樹脂等を用い、無機基板上にて硬化させる場合、樹脂材料を融点ないし軟化温度より35℃以上高い温度で溶融し、溶融状態で無機基板上に塗布し、室温まで20℃/minより遅い速度で冷却することが好ましい。溶融時の温度がこの範囲に入らないと、塗布ムラが生じやすい。溶融温度の上限は特に設けられないが、300℃以下、または融点ないし軟化温度より200℃高い温度を超えないことが好ましい。この温度を超えると樹脂材料の劣化が顕著になり、出来上がった製品の機械的強度が不十分となる場合がある。
<表面処理>
前記ポリイミド層、ポリイミドフィルム及び/または無機基板に表面処理を施しておくことが重要である。表面処理を施すことにより、ポリイミド層、ポリイミドフィルム及び/または無機基板の表面は官能基が存在する状態(いわゆる活性化した状態)に改質され、ポリイミド層と無機基板の接着が良好になる。
前記ポリイミド層、ポリイミドフィルム及び/または無機基板に表面処理を施しておくことが重要である。表面処理を施すことにより、ポリイミド層、ポリイミドフィルム及び/または無機基板の表面は官能基が存在する状態(いわゆる活性化した状態)に改質され、ポリイミド層と無機基板の接着が良好になる。
表面処理は、乾式、ないし湿式の表面処理であり、特に限定されるものではないが、乾式処理としてはプラズマ処理、コロナ処理、紫外線・電子線・X線などの活性エネルギー線照射処理、フレーム処理が好ましく、湿式処理としてはカップリング剤処理、フィルム表面を酸ないしアルカリ溶液に接触させる処理が好ましい。この中でもプラズマ処理及びカップリング剤処理が特に好ましい。プラズマ処理には真空中でのRFプラズマ処理、マイクロ波プラズマ処理、マイクロ波ECRプラズマ処理、大気圧プラズマ処理、コロナ処理などがあり、フッ素を含むガス処理、イオン源を使ったイオン打ち込み処理、PBII法を使った処理、フレーム処理、ナイトロ処理等も含める。これらの中でも真空中でのRFプラズマ処理、マイロ波プラズマ処理、大気圧プラズマ処理が特に好ましい。カップリング剤処理にはシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤、ジルコネート系カップリング剤等が含まれる。これらの中でもシラン系カップリング剤が特に好ましく、さらにその中でもアミン基やエポキシ基を持つシラン系カップリング剤が最も好ましい。
<プラズマ処理>
プラズマ処理の適当な条件としては、酸素プラズマ、CF4、C2F6などフッ素を含むプラズマなど化学的にエッチング効果が高いことが知られるプラズマ、あるいはARプラズマのように物理的なエネルギーをポリイミド層表面に与えて物理的にエッチングする効果の高いプラズマによる処理が望ましい。またCO2、H2、N2などプラズマ、及びこれらの混合気体や、さらに水蒸気を付加することも好ましい。短時間での処理を目指す場合、プラズマのエネルギー密度が高く、プラズマ中のイオンの持つ運動エネルギーが高いもの、活性種の数密度が高いプラズマが望ましい。この観点からは、マイクロ波プラズマ処理、マイクロ波ECRプラズマ処理、高いエネルギーのイオンを打ち込みやすいイオン源によるプラズマ照射、PBII法なども望ましい。
プラズマ処理の適当な条件としては、酸素プラズマ、CF4、C2F6などフッ素を含むプラズマなど化学的にエッチング効果が高いことが知られるプラズマ、あるいはARプラズマのように物理的なエネルギーをポリイミド層表面に与えて物理的にエッチングする効果の高いプラズマによる処理が望ましい。またCO2、H2、N2などプラズマ、及びこれらの混合気体や、さらに水蒸気を付加することも好ましい。短時間での処理を目指す場合、プラズマのエネルギー密度が高く、プラズマ中のイオンの持つ運動エネルギーが高いもの、活性種の数密度が高いプラズマが望ましい。この観点からは、マイクロ波プラズマ処理、マイクロ波ECRプラズマ処理、高いエネルギーのイオンを打ち込みやすいイオン源によるプラズマ照射、PBII法なども望ましい。
プラズマ処理の持つ効果としては、上述した表面官能基の付加、及びこれに伴う接触角の変化、接着性の向上、表面汚染の除去などのほか、デスミアと呼ばれる、加工に伴う不規則形状物の除去などの表面のエッチング効果がある。特に高分子とセラミックではエッチングされやすさが全く異なる為、セラミックに比べて結合エネルギーの低い高分子のみが選択的にエッチングされることになる。このため、エッチング作用のあるガス種や放電条件では、選択的に高分子のみがエッチングされて滑材(粒子、フィラーともいう)を露出させるという作用も生じる。
なお、前記プラズマ処理以外にポリイミド層表面のエッチング作用を得られる手段として、薬液を併用した場合も含めたパッドによる研磨、ブラシ研磨、薬液をしみこませたスポンジによる研磨、研磨パッド中に研磨粒子を入れたものによる研磨、サンドブラスト、ウェットブラストなどが挙げられ、これら手段をプラズマ処理とともに採用してもよい。
前記プラズマ処理は、ポリイミド層又はポリイミドフィルムの片面のみに施してもよいし、両面に施してもよい。片面にプラズマ処理を行う場合、並行平板型電極でのプラズマ処理で片側の電極上にポリイミド層又はポリイミドフィルムを接して置くことにより、ポリイミド層又はポリイミドフィルムの電極と接していない側の面のみにプラズマ処理を施すことができる。また2枚の電極間の空間に電気的に浮かせる状態でポリイミド層又はポリイミドフィルムを置くようにすれば、両面にプラズマ処理が行える。また、ポリイミド層又はポリイミドフィルムの片面に保護フィルムを貼った状態でプラズマ処理を行うことで片面処理が可能となる。なお保護フィルムとしては粘着剤付のPETフィルムやオレフィンフィルムだけでなく、より耐熱性の高いPI基材やPEN基材に粘着剤を塗布したものも使用できる。
ポリイミド層又はポリイミドフィルム(原反)にプラズマ処理を加える工程は、処理の効率化の点からはroll to rollプロセスで行うことが好ましい。ポリイミド層としてポリイミドフィルムを用いる際、プラズマ処理を行なったポリイミドフィルムロールにも滑材が存在するので、ロールとしてのハンドリング性はプラズマ処理前と同等である。
以上のようにプラズマ処理を施したポリイミド層又はポリイミドフィルムの表面形態は、その一面を後述するAFM法で観察したときに、両面のRaは0.1nm~0.95nmであることが好ましく、0.25nm~0.7nmであることがより好ましい。これにより、接着性が向上し、無機基板との接着剤なしでの接合・積層により適した平滑度合いが付与された面を有するものとなる。Raが0.1nm以下ではポリイミド層又はポリイミドフィルムをroll to rollプロセスで扱うためのロールを作製する際に、ロール巻き取り時に滑らずシワやブロッキングといった不具合が発生しやすくなる。また、Raが0.95nm以上では、無機基板との接合強度が不十分になることがあり、また接合面のポリイミド層又はポリイミドフィルム-無機基板界面に気泡を発生しやすくなる。
無機基板側にプラズマ処理を施すことも可能であり、プラズマ処理後のフレキシブル積層体の無機基板側の表面(ポリイミド層又はポリイミドフィルムとの接合面の反対面)のRaは0.05nm~0.7nmであることが好ましく、0.05nm~0.5nmであることがより好ましく、さらには0.05nm~0.3nmであることがより好ましい。フレキシブル積層体の無機基板側の表面のRaが0.05nm~0.7nmであることは、精緻な電気回路や半導体デバイスを作製するうえで特に好ましく、例えばRaが0.7nmを超える場合には、必要な平滑度合いを有さないことになり、その上に形成された金属箔膜やデバイスなどに接着性、平滑性などの点で悪影響を及ぼすことがある。
<カップリング剤処理>
カップリング剤処理に用いられるカップリング剤は、無機基板とポリイミド層との間に物理的ないし化学的に介在し、両者間の接着力を高める作用を有する化合物として用いられる。カップリング剤は、特に限定されるものではないが、特に、アミノ基あるいはエポキシ基を持ったカップリング剤が好ましい。カップリング剤の好ましい具体例としては、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1, 3-ジメチルーブチリデン)プロピルアミン、2-(3, 4-エポキシシクロへキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2-(3, 4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(ビニルベンジル)-2-アミノエチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、トリス-(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、クロロメチルフェネチルトリメトキシシラン、クロロメチルトリメトキシシラン、トリス-(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、及びこれらのオリゴマー体、さらにはオリゴマー体とモノマー体の混合物、などが挙げられる。
カップリング剤処理に用いられるカップリング剤は、無機基板とポリイミド層との間に物理的ないし化学的に介在し、両者間の接着力を高める作用を有する化合物として用いられる。カップリング剤は、特に限定されるものではないが、特に、アミノ基あるいはエポキシ基を持ったカップリング剤が好ましい。カップリング剤の好ましい具体例としては、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1, 3-ジメチルーブチリデン)プロピルアミン、2-(3, 4-エポキシシクロへキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシランビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2-(3, 4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(ビニルベンジル)-2-アミノエチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、トリス-(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、クロロメチルフェネチルトリメトキシシラン、クロロメチルトリメトキシシラン、トリス-(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、及びこれらのオリゴマー体、さらにはオリゴマー体とモノマー体の混合物、などが挙げられる。
本発明で用いられるカップリング剤としては、上記のほかにも、例えば、1-メルカプト-2-プロパノール、3-メルカプトプロピオン酸メチル、3-メルカプト-2-ブタノール、3-メルカプトプロピオン酸ブチル、3-(ジメトキシメチルシリル)-1-プロパンチオール、4-(6-メルカプトヘキサロイル)ベンジルアルコール、11-アミノ-1-ウンデセンチオール、11-メルカプトウンデシルホスホン酸、11-メルカプトウンデシルトリフルオロ酢酸、2, 2’-(エチレンジオキシ)ジエタンチオール、11-メルカプトウンデシルトリ(エチレングリコール)、(1-メルカプトウンデイック-11-イル)テトラ(エチレングリコール)、1-(メチルカルボキシ)ウンデック-11-イル)ヘキサ(エチレングリコール)、ヒドロキシウンデシルジスルフィド、カルボキシウンデシルジスルフィド、ヒドロキシヘキサドデシルジスルフィド、カルボキシヘキサデシルジスルフィド、テトラキス(2-エチルヘキシルオキシ)チタン、チタンジオクチロキシビス(オクチレングリコレート)、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトネート、ジルコニウムモノブトキシアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムトリブトキシモノステアレート、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、テトライソプロピルチタネート、テトラノルマルブチルチタネート、ブチルチタネートダイマー、テトラオクチルチタネート、チタンアセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンエチルアセトアセテート、チタンオクチレングリコレート、チタンラクテート、チタンラクテートアンモニウム塩、チタントリエタノールアミネート、ターシャリーアミルチタネート、テトラターシャリーブチルチタネート、テトラステアリルチタネート、チタン-1, 3-プロパンジオキシビス(エチルアセトアセテート)、チタンイソステアレート、チタンジエタノールアミネート、チタンアミノエチルアミノエタノレート、ノルマルプロピルジルコネート、ノルマルブチルジルコネート、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムモノアセチルアセトネート、ステアリン酸ジルコニウム、ジルコニウムラクテートアンモニウム塩、及びこれらのオリゴマー体、さらにはオリゴマー体とモノマー体の混合物等を使用することもできる。
特に好ましいカップリング剤としては、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1, 3-ジメチルーブチリデン)プロピルアミン、2-(3, 4-エポキシシクロへキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、アミノフェニルトリメトキシシラン、アミノフェネチルトリメトキシシラン、アミノフェニルアミノメチルフェネチルトリメトキシシラン、トリス-(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、及びこれらのオリゴマー体、さらにはオリゴマー体とモノマー体の混合物、などが挙げられる。プロセスで特に高い耐熱性が要求される場合、Siとアミノ基の間を芳香族でつないだものが望ましい。
カップリング剤処理を施してカップリング処理層を形成する方法としては、カップリング剤を直接もしくは溶剤などで希釈して、無機基板及び/またはポリイミド層に塗布乾燥し熱処理する方法、カップリング剤そのものもしくは溶剤などで希釈した溶液中に無機基板及び/またはポリイミド層を浸漬した後に乾燥し熱処理する方法、ポリイミド層作製時に添加し、ポリイミド層作製と同時にカップリング剤処理する方法等を採用することができる。カップリング剤の塗布量(付着量または含有量)は、形成されるカップリング処理層の膜厚が後述する厚さになるよう適宜設定すればよい。熱処理の際の条件は、好ましくは50~250℃で、より好ましくは75~165℃で、さらに好ましくは95~155℃の温度で、好ましくは10秒~5時間、より好ましくは30秒~2時間加熱すればよい。加熱温度が高すぎたり時間が長すぎたりすると、カップリング剤の分解ないし不活性化が生じる場合があり、加熱温度が低すぎたり時間が短すぎたりすると、定着が不十分となる。上記液相での塗布方法としては、シランカップリング剤をアルコールなどの溶媒で希釈した溶液を用いて、スピンコート法、カーテンコート法、ディップコート法、スリットダイコート法、グラビアコート法、バーコート法、コンマコート法、アプリケーター法、スクリーン印刷法、スプレーコート法等の一般的な液体塗布方法を例示することが出来る。液相での塗布方法を用いた場合、塗布後に速やかに乾燥し、さらに上記熱処理条件での熱処理を行うことが好ましい。熱処理により、カップリング剤と被塗布面の表面とが化学反応により結合される。なお、カップリング剤処理を行う際には、処理中のpHが性能に大きく影響する事が知られており、pHによっては凝集が発生するので、適宜pHを調整し、できるだけ凝集が少なくすることが望ましい。
本発明におけるシランカップリング剤の塗布方法としては、上記の液相での塗布方法の他に、気相での塗布方法を用いることが出来る。
気相法による塗布は、基板をシランカップリング剤の蒸気、すなわち実質的に気体状態のシランカップリング剤に暴露することによる。シランカップリング剤の蒸気は、液体状態のシランカップリング剤を40℃~シランカップリング剤の沸点程度までの温度に加温することによって得ることが出来る。シランカップリング剤の沸点は、化学構造によって異なるが、概ね100~250℃の範囲である。ただし200℃以上の加熱は、シランカップリング剤の有機基がわの副反応を招く恐れがあるため好ましくない。
シランカップリング剤を加温する環境は、加圧下、略常圧下、減圧下のいずれでも構わないが、シランカップリング剤の気化を促進する場合には略常圧下ないし減圧下が好ましい。多くのシランカップリング剤は可燃性液体であるため、密閉容器内にて、好ましくは容器内を不活性ガスで置換した後に気化作業を行うことが好ましい。
無機基板をシランカップリング剤に暴露する時間は特に制限されないが、20時間以内、好ましくは60分以内、さらに好ましくは15分以内、なおさらに好ましくは1分以内である。
無機基板をシランカップリング剤に暴露する間の無機基板温度は、シランカップリング剤の種類と、求めるシランカップリング剤層の厚さにより-50℃から200℃の間の適正な温度に制御することが好ましい。
シランカップリング剤に暴露された無機基板は、好ましくは、暴露後に、70℃~200℃、さらに好ましくは75℃~150℃に加熱される。かかる加熱によって、無機基板表面の水酸基などと、シランカップリング剤のアルコキシ基やシラザン基が反応し、シランカップリング剤処理が完了する。加熱に要する時間は10秒以上10分程度以内である。温度が高すぎたり、時間が長すぎる場合にはカップリング剤の劣化が生じる場合がある。また短すぎると処理効果が得られない。なお、シランカップリング剤に暴露中の基板温度が既に80℃以上である場合には、事後の加熱を省略することも出来る。
本発明では、無機基板のシランカップリング剤塗布面を下向きに保持してシランカップリング剤蒸気に暴露することが好ましい。液相の塗布方法では、必然的に塗布中および塗布前後に無機基板の塗布面が上を向くため、作業環境下の浮遊異物などが無機基板表面に沈着する可能性を否定できない。しかしながら気相による塗布方法では無機基板を下向きに保持することが出来るため。環境中の異物付着を大幅に減ずることが可能となる。
なおシランカップリング剤処理前の無機基板表面を短波長UV/オゾン照射などの手段により清浄化すること、ないしは液体洗浄剤で清浄化すること等は、有意義な好ましい操作である。
気相法による塗布は、基板をシランカップリング剤の蒸気、すなわち実質的に気体状態のシランカップリング剤に暴露することによる。シランカップリング剤の蒸気は、液体状態のシランカップリング剤を40℃~シランカップリング剤の沸点程度までの温度に加温することによって得ることが出来る。シランカップリング剤の沸点は、化学構造によって異なるが、概ね100~250℃の範囲である。ただし200℃以上の加熱は、シランカップリング剤の有機基がわの副反応を招く恐れがあるため好ましくない。
シランカップリング剤を加温する環境は、加圧下、略常圧下、減圧下のいずれでも構わないが、シランカップリング剤の気化を促進する場合には略常圧下ないし減圧下が好ましい。多くのシランカップリング剤は可燃性液体であるため、密閉容器内にて、好ましくは容器内を不活性ガスで置換した後に気化作業を行うことが好ましい。
無機基板をシランカップリング剤に暴露する時間は特に制限されないが、20時間以内、好ましくは60分以内、さらに好ましくは15分以内、なおさらに好ましくは1分以内である。
無機基板をシランカップリング剤に暴露する間の無機基板温度は、シランカップリング剤の種類と、求めるシランカップリング剤層の厚さにより-50℃から200℃の間の適正な温度に制御することが好ましい。
シランカップリング剤に暴露された無機基板は、好ましくは、暴露後に、70℃~200℃、さらに好ましくは75℃~150℃に加熱される。かかる加熱によって、無機基板表面の水酸基などと、シランカップリング剤のアルコキシ基やシラザン基が反応し、シランカップリング剤処理が完了する。加熱に要する時間は10秒以上10分程度以内である。温度が高すぎたり、時間が長すぎる場合にはカップリング剤の劣化が生じる場合がある。また短すぎると処理効果が得られない。なお、シランカップリング剤に暴露中の基板温度が既に80℃以上である場合には、事後の加熱を省略することも出来る。
本発明では、無機基板のシランカップリング剤塗布面を下向きに保持してシランカップリング剤蒸気に暴露することが好ましい。液相の塗布方法では、必然的に塗布中および塗布前後に無機基板の塗布面が上を向くため、作業環境下の浮遊異物などが無機基板表面に沈着する可能性を否定できない。しかしながら気相による塗布方法では無機基板を下向きに保持することが出来るため。環境中の異物付着を大幅に減ずることが可能となる。
なおシランカップリング剤処理前の無機基板表面を短波長UV/オゾン照射などの手段により清浄化すること、ないしは液体洗浄剤で清浄化すること等は、有意義な好ましい操作である。
<パターン形成>
本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法においては、前記第二の接合面の表面処理に次いで、第二の接合面の表面処理層の一部を不活性化処理して所定のパターンを形成する。これにより、第二の無機基板とフレキシブル積層体の間(第二の接合面)の剥離強度が強い部分と弱い部分を意図的に作り出すことができる。なお、表面処理層を不活性化処理するとは、物理的に表面処理層を部分的に除去する(いわゆるエッチングする)こと、物理的に表面処理層を微視的にマスキングすること、表面処理層を化学的に変性することを包含する。
表面処理層の一部を選択的に不活性化処理して所定のパターンを形成する手段としては、所定のパターンに応じた部分をマスクで一時的に被覆ないし遮蔽したうえで全面にエッチング等を施し、その後マスクを取り去るようにしてもよいし、可能であれば直描方式で所定のパターンに応じてエッチング等を行うようにしてもよい。マスクとしては、一般的にレジスト、フォトマスク、メタルマスクなどとして使われている物をエッチング方法に応じて適宜選択して用いればよい。
本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法においては、前記第二の接合面の表面処理に次いで、第二の接合面の表面処理層の一部を不活性化処理して所定のパターンを形成する。これにより、第二の無機基板とフレキシブル積層体の間(第二の接合面)の剥離強度が強い部分と弱い部分を意図的に作り出すことができる。なお、表面処理層を不活性化処理するとは、物理的に表面処理層を部分的に除去する(いわゆるエッチングする)こと、物理的に表面処理層を微視的にマスキングすること、表面処理層を化学的に変性することを包含する。
表面処理層の一部を選択的に不活性化処理して所定のパターンを形成する手段としては、所定のパターンに応じた部分をマスクで一時的に被覆ないし遮蔽したうえで全面にエッチング等を施し、その後マスクを取り去るようにしてもよいし、可能であれば直描方式で所定のパターンに応じてエッチング等を行うようにしてもよい。マスクとしては、一般的にレジスト、フォトマスク、メタルマスクなどとして使われている物をエッチング方法に応じて適宜選択して用いればよい。
パターン形状は、積層するデバイスの種類等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。一例を挙げると図1に示す通りであり、図1の(1)に示すように、リジッド複合積層板の外周部のみに良好接着部分11が配置され、リジッド複合積層板の内部に易剥離部分12が配置されているパターンや、図1の(2)や(3)に示すように、積層体の外周部とともに内部にも線状に良好接着部分1が配置されたパターンが挙げられる。
前記不活性化処理としては、ブラスト処理、真空プラズマ処理、大気圧プラズマ処理、コロナ処理、活性放射線照射処理、活性ガス処理及び薬液処理からなる群より選択される少なくとも1種を行うことが好ましい。
前記ブラスト処理とは、平均粒子径が0.1~1000μmの粒子を、気体ないし液体と共に対象物に吹き付ける処理を云う。本発明では、可能な範囲で平均粒子径が小さい粒子を用いたブラスト処理を使用することが好ましい。
前記真空プラズマ処理とは、減圧されたガス中での放電によって生じるプラズマ中に対象物を曝露するか、ないしは、同放電によって生じたイオンを対象物に衝突させる処理を云う。ガスとしては、ネオン、アルゴン、窒素、酸素、フッ化炭素、二酸化炭素、水素等の単独、ないし混合ガスを用いることができる。
前記大気圧プラズマ処理とは、概ね大気圧雰囲気下におかれた気体中で生じる放電によって生じるプラズマ中に対象物を曝露するか、ないしは、同放電によって生じたイオンを対象物に衝突させる処理を云う。気体としてはネオン、アルゴン、窒素、酸素、二酸化炭素、水素等の単独ないし混合ガスを用いることができる。
前記真空プラズマ処理とは、減圧されたガス中での放電によって生じるプラズマ中に対象物を曝露するか、ないしは、同放電によって生じたイオンを対象物に衝突させる処理を云う。ガスとしては、ネオン、アルゴン、窒素、酸素、フッ化炭素、二酸化炭素、水素等の単独、ないし混合ガスを用いることができる。
前記大気圧プラズマ処理とは、概ね大気圧雰囲気下におかれた気体中で生じる放電によって生じるプラズマ中に対象物を曝露するか、ないしは、同放電によって生じたイオンを対象物に衝突させる処理を云う。気体としてはネオン、アルゴン、窒素、酸素、二酸化炭素、水素等の単独ないし混合ガスを用いることができる。
前記コロナ処理とは概ね大気圧雰囲気下におかれた気体中で生じるコロナ放電雰囲気に対象物を曝露するか、ないしは、同放電によって生じたイオンを対象物に衝突させる処理を云う。
前記活性放射線照射処理とは、電子線、アルファ線、X線、ベータ線、赤外線、可視光線、紫外線、レーザー光照射処理などの放射線を照射する処理を云う。なお、レーザー光照射処理を行う場合には、特に直描方式で処理を行うことが容易になる。なおこの場合、可視光レーザーであっても、一般の可視光線と比較して遙かに大きなエネルギーを有するため、 本発明では活性放射線の一種として扱うことができる。
前記活性ガス処理とは、前記表面処理層に化学的ないし物理的変化を生じせしめる活性を有する気体、例えばハロゲンガス、ハロゲン化水素ガス、オゾン、高濃度の酸素ガス、アンモニア、有機アルカリ、有機酸などのガスに対象物を曝露する処理を云う。
前記薬液処理とは、前記表面処理層に化学的ないし物理的変化を生じせしめる活性を有する液体、例えばアルカリ溶液、酸溶液、還元剤溶液、酸化剤溶液、などの液体、ないし溶液に対象物を曝露する処理を云う。
前記活性放射線照射処理とは、電子線、アルファ線、X線、ベータ線、赤外線、可視光線、紫外線、レーザー光照射処理などの放射線を照射する処理を云う。なお、レーザー光照射処理を行う場合には、特に直描方式で処理を行うことが容易になる。なおこの場合、可視光レーザーであっても、一般の可視光線と比較して遙かに大きなエネルギーを有するため、 本発明では活性放射線の一種として扱うことができる。
前記活性ガス処理とは、前記表面処理層に化学的ないし物理的変化を生じせしめる活性を有する気体、例えばハロゲンガス、ハロゲン化水素ガス、オゾン、高濃度の酸素ガス、アンモニア、有機アルカリ、有機酸などのガスに対象物を曝露する処理を云う。
前記薬液処理とは、前記表面処理層に化学的ないし物理的変化を生じせしめる活性を有する液体、例えばアルカリ溶液、酸溶液、還元剤溶液、酸化剤溶液、などの液体、ないし溶液に対象物を曝露する処理を云う。
特に、生産性の観点からは、前記不活性化処理としては、活性放射線とマスクを組み合わせた方法を、または大気圧プラズマ処理とマスクを組み合わせた方法が好ましく用いられる。活性放射線処理としては経済性、安全性の観点から、紫外線照射処理、すなわちUV照射処理が好ましい。またUV照射処理であれば、第二の無機基板としてUV透過性を有するものを選択することにより、第二の無機基板に表面処理を行った後、該処理を行った面とは逆の面から、直接描画ないしマスクを介してUV照射を行うこともできる。以上のことから、本発明においては、UV照射により不活性化処理を行うことが好ましく、以下詳細に説明する。
本発明におけるUV照射処理とは、400nm以下の波長の紫外線(UV光)を発生する装置中に、表面処理を施したポリイミド層及び/または第二の無機基板を入れて、UV照射する処理であり、UV光波長は、好ましくは260nm以下であり、さらに好ましくは200nm以下の短波長であるのがよい。かかる短波長のUV光を酸素が存在する環境下で照射すると、試料(表面処理層)にUV光のエネルギーが加わるとともに、試料近傍に励起状態にある活性な酸素やオゾンが発生することとなり、本発明の不活性化処理をより効果的に行うことができる。ただし170nm以下の波長では、酸素によるUV光の吸収が著しいため、表面処理層にUV光を到達させるための考慮が必要となる。完全な無酸素雰囲気下での照射では、活性酸素やオゾンによる表面改質(不活性化)の効果が現れないため、UV光が通過しつつ、活性酸素やオゾンも到達するような工夫を要する。例えば、窒素雰囲気中にUV光源を置き、石英ガラスを透過させてUV光を当てるといった装置上の工夫により、石英ガラスから表面処理層までの距離を短くして、UV光の吸収を抑えるといった工夫のほか、雰囲気を通常の大気ではなく酸素量をコントロールしたものとしてUV光の酸素吸収をコントロールする方法、UV光源、カップリング処理層間の気体の流れを制御することなども、UV光の透過とオゾンの発生量を制御する方法として有効である。
UV光の照射強度は、少なくとも150nm~400nmの波長範囲に感度のピークを持つ紫外線光量計を用いて測定した際に5mW/cm2以上が好ましく、200mW/cm2以下が無機基板の変質防止のため望ましい。UV光の照射時間は、5秒~30分間が好ましく、より好ましくは10秒~20分間、さらに好ましくは15秒~15分間である。積算光量に換算すると、25mJ/cm2~360000mJ/cm2が好ましく、より好ましくは50mJ/cm2~240000mJ/cm2であり、さらに好ましくは75mJ/cm2~120000mJ/cm2である。
UV照射処理時のパターン形成は、光を照射する部分と、照射しない部分を意図的に作ることによって行う。パターンを形成する方法としてはUV光を遮蔽する部分と遮蔽しない部分を作るか、UV光をスキャンさせる方法などが挙げられる。パターンの端部を明確にするためには、UV光を遮断するとともにマスクで第二の無機基板を覆うことが有効である。また、UVレーザーの平行光線によってスキャンすることも有効である。
UV照射処理に使える光源としては、特に制限はないが、例えば、エキシマランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、Xeエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、Xeランプ、XeClエキシマレーザー、XeFエキシマレーザー、Arレーザー、D2ランプなどが挙げられる。中でも、エキシマランプ、低圧水銀ランプ、Xeエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザーなどが好ましい。
以上のように不活性化処理された表面処理層には、不活性化(エッチング)されているか否かによって、第二の無機基板とフレキシブル積層体との剥離強度が強い部分である良好接着部分と、第二の無機基板とフレキシブル積層体との剥離強度が弱い部分である易剥離部分とからなるパターンが形成される。例えば、後述の実施例1~27に例示するように、3-アミノプロピルトリメトキシシランをガラスに塗布した場合や、プラズマ処理を行ったポリイミド層にUV照射を行う場合は、UV未照射部が剥離強度の強い良好接着部分となり、UV照射によってアミノ基等の官能基を壊してしまうことで剥離強度が弱まり、UV照射部が易剥離部分となる。特に3-アミノプロピルトリメトキシシランの場合については、後述の測定例1~6に示すように、UV照射によって窒素(N)元素のAtomic percentは下がり、続いて炭素(C)も減ることから、アミノ基、プロピル基が壊れていることが示唆されることから推察できる。他方、例えばN-プロピルトリメトキシシランのように官能基のないカップリング剤により第二の無機基板に表面処理層を形成した場合には、逆に、UV照射していない部分が易剥離部分となり、UV光を照射してプロピル基部分を壊してしまうことによって良好接着部分が形成される。第二の無機基板としてはガラスを基板とすることが工業的に有利であり、この場合、UV照射によって剥離強度を低下させることがより実用的であるが、用途、使用基板、必要とする剥離強度によっては、UV光照射部分を良好接着部分とすることも考えられる。
<加圧及び加熱処理>
本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法及び本願第二の発明の積層体の製造方法においては、無機基板及び/またはポリイミド層、ポリイミドフィルムの表面処理の後、前記無機基板と前記ポリイミド層又はポリイミドフィルムとを重ね合わせて加圧及び加熱処理する。これにより、無機基板とポリイミド層又はポリイミドフィルムとを接着させることができる。一般に無機基板とポリイミド層又はポリイミドフィルムとの積層体を得る方法としては、無機基板の上にポリイミドワニス(上述したポリアミド酸溶液)を直接塗布しイミド化させて製膜する方法と、ポリイミドをフィルム化した後に無機基板に積層する方法が考えられる。
本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法及び本願第二の発明の積層体の製造方法においては、無機基板及び/またはポリイミド層、ポリイミドフィルムの表面処理の後、前記無機基板と前記ポリイミド層又はポリイミドフィルムとを重ね合わせて加圧及び加熱処理する。これにより、無機基板とポリイミド層又はポリイミドフィルムとを接着させることができる。一般に無機基板とポリイミド層又はポリイミドフィルムとの積層体を得る方法としては、無機基板の上にポリイミドワニス(上述したポリアミド酸溶液)を直接塗布しイミド化させて製膜する方法と、ポリイミドをフィルム化した後に無機基板に積層する方法が考えられる。
加圧及び加熱時の際、ポリイミド層中又はポリイミドフィルム中の水分率としては0.1~1.7wt%が好ましく、0.3~1.5wt%がより好ましく、0.7wt%~1.3wt%がさらに好ましい。ポリイミド層中の水分率が0.1wt%より少ない場合はポリイミド層又はポリイミドフィルムと無機基板との接着力が十分に発現せず、積層体としての機能を果たさなくなる。また、ポリイミド層中の水分率が1.7wt%より多い場合は、加熱時にポリイミド層又はポリイミドフィルムからの水分揮発量が多くなるため、ポリイミド層又はポリイミドフィルム-無機基板界面に多くの気泡が発生し、表面の平滑性や平面性が失われる。この平滑性や平面性はデバイス作製時の品質に大きく影響するため、ポリイミド層又はポリイミドフィルムの水分率を上記水分率内に制御することが重要である。例えばピロメリット酸残基を有する芳香族テトラカルボン酸と、ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンとの組み合わせから成るポリイミド層では、一般的なクリーンルーム環境(23℃RH50%)に長くとも6時間保管することで、上記水分率の範囲に制御することが可能である。加圧・加熱前に特別な水分率制御のための処理を必要としないことは、生産上大きな利点となる。
加圧及び加熱処理の方法としては、例えば、プレス、ラミネート、ロールラミネート等による加圧を、温度を加えながら行うか、もしくは加圧し圧着させた後に温度を加える方法が考えられる。またフレキシブルなバッグに入れた状態で加圧及び加熱する方法も応用できる。生産性を考えた場合、特にロールを用いて行う方法(ロールラミネート等)が好ましい。加圧及び加熱処理の際の圧力としては、ロールを用いて行う際には好ましくは0.05MPa~5MPaであり、さらに好ましくは0.1MPa~3MPaであり、プレスを用いて行う際には好ましくは0.5MPa~50MPaであり、さらに好ましくは1MPa~20MPaである。圧力が高すぎると、無機基板を破損する恐れがあり、圧力が低すぎると、密着しない部分が生じ、接着が不充分になる場合がある。加圧及び加熱処理の際の温度としては、50℃~400℃、さらに好ましくは80℃~300℃である。温度が高すぎると、ポリイミド層にダメージを与えたり密着力が弱くなったりする恐れがあり、温度が低すぎると、密着力が弱くなる傾向がある。
また加圧及び加熱処理は、大気中で行うこともできるが、全面の安定した剥離強度を得る為には、真空下で行うことが好ましい。このとき真空度は、通常の油回転ポンプによる真空度で充分であり、10Torr下程度あれば充分である。また、接合面に異物が混入しないよう、米国連邦規格(Federal Standard 209D(1988年))で好ましくはクラス1000、より好ましくはクラス100、さらに好ましくはクラス10のクリーン環境下で行うことが望ましい。
加圧及び加熱処理に使用することができる装置としては、真空中でのプレスを行うには、例えば井元製作所製の「11FD」等を使用でき、真空中でのロール式のフィルムラミネーターあるいは真空にした後に薄いゴム膜によりガラス全面に一度に圧力を加えるフィルムラミネーター等の真空ラミネートを行うには、例えば名機製作所製の「MVLP」を用いることができる。
また加圧及び加熱処理は、大気中で行うこともできるが、全面の安定した剥離強度を得る為には、真空下で行うことが好ましい。このとき真空度は、通常の油回転ポンプによる真空度で充分であり、10Torr下程度あれば充分である。また、接合面に異物が混入しないよう、米国連邦規格(Federal Standard 209D(1988年))で好ましくはクラス1000、より好ましくはクラス100、さらに好ましくはクラス10のクリーン環境下で行うことが望ましい。
加圧及び加熱処理に使用することができる装置としては、真空中でのプレスを行うには、例えば井元製作所製の「11FD」等を使用でき、真空中でのロール式のフィルムラミネーターあるいは真空にした後に薄いゴム膜によりガラス全面に一度に圧力を加えるフィルムラミネーター等の真空ラミネートを行うには、例えば名機製作所製の「MVLP」を用いることができる。
前記加圧及び加熱処理は加圧プロセスと加熱プロセスとに分離して行うことが可能である。この場合、まず、比較的低温(例えば150℃未満、より好ましくは90℃以下の温度)でポリイミド層と無機基板とを加圧(好ましくはロールラミネートであれば0.05~5MPa程度、プレスであれば0.5~50MPa程度)して両者の密着確保し、その後、低圧(好ましくは0.2MPa以下、より好ましくは0.1MPa以下)もしくは常圧にて高温(例えば50℃以上、より好ましくは60~250℃、さらに好ましくは80~200℃)で加熱することにより、密着界面の化学反応が促進されてポリイミド層と無機基板とを接合できる。
前記第一の無機基板とポリイミド層の接合(第一の接合面の接合)、及び第二の無機基板とポリイミド層の接合(第二の接合面の接合)を形成する順番は、第一の接合面の接合が先でも、第二の接合面の結合が先でも問題がなく、また第一の接合面と第二の接合面を同時に接合させることも可能である。但し、第二の無機基板とポリイミド層の易剥離部に切り込みを入れてフレキシブル積層体を剥離することを想定すると、フレキシブル積層体中の第一の接合面の面積は第二の接合面よりの易剥離部よりも小さいことが好ましく、それゆえ、まずは第二の接合面の接合を先に実施し、その後第一の接合面をさせる方が、各接合面の接合時に全面均一な圧力をかけることが容易となるため、より好ましい。
<応用>
本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法においては、応用例として、必要に応じて、リジッド複合積層板中のフレキシブル積層体またはリジッド複合積層板全体の膜厚方向に貫通する孔部分を設けることにより、非ポリイミド層部分を設けてもよい。該部分としては、特に限定はされるものではないが、好ましくは、Cu、Al、Ag、Auなどの金属を主たる成分としている金属で充填されているもの、機械式のドリルやレーザー穴あけによって形成された空孔、及び、空孔の壁面に金属膜がスパッタリングや無電解めっきシード層形成などにより形成されているもの等が挙げられる。
本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法においては、応用例として、必要に応じて、リジッド複合積層板中のフレキシブル積層体またはリジッド複合積層板全体の膜厚方向に貫通する孔部分を設けることにより、非ポリイミド層部分を設けてもよい。該部分としては、特に限定はされるものではないが、好ましくは、Cu、Al、Ag、Auなどの金属を主たる成分としている金属で充填されているもの、機械式のドリルやレーザー穴あけによって形成された空孔、及び、空孔の壁面に金属膜がスパッタリングや無電解めっきシード層形成などにより形成されているもの等が挙げられる。
<リジッド複合積層板>
本発明のリジッド複合積層板は、第一の無機基板とポリイミド層とが表面処理層を介して接合されてなるフレキシブル積層体が、さらに第二の無機基板と表面処理層を介して接合されてなる複合積層板である。前記第二の無機基板と前記フレキシブル積層体との間に剥離強度が異なる良好接着部分と易剥離部分とを有しており、該良好接着部分と該易剥離部分とが所定のパターンを形成していることが好ましい。これにより、デバイス作製時の高温プロセスにおいても剥がれることなく、しかもフレキシブル積層体上にデバイスを作製した後には容易に第二の無機基板からフレキシブル積層体を剥離することができるリジッド複合積層板となる。また、全面が良好接着部分のリジッド複合積層板を作製し、後処理にて全面を易剥離化して剥離することも好ましい方法の一つである。この方法でも、前記と同様、フレキシブル積層体上にデバイスを作製した後、容易に第二の無機基板フレキシブル積層体を剥離するリジッド複合積層板として使用することができる。本発明のリジッド複合積層板は、本発明のリジッド複合積層板の製造方法により得ることができ、無機基板、ポリイミド層、表面処理等の詳細については、上述した通りである。
本発明のリジッド複合積層板は、第一の無機基板とポリイミド層とが表面処理層を介して接合されてなるフレキシブル積層体が、さらに第二の無機基板と表面処理層を介して接合されてなる複合積層板である。前記第二の無機基板と前記フレキシブル積層体との間に剥離強度が異なる良好接着部分と易剥離部分とを有しており、該良好接着部分と該易剥離部分とが所定のパターンを形成していることが好ましい。これにより、デバイス作製時の高温プロセスにおいても剥がれることなく、しかもフレキシブル積層体上にデバイスを作製した後には容易に第二の無機基板からフレキシブル積層体を剥離することができるリジッド複合積層板となる。また、全面が良好接着部分のリジッド複合積層板を作製し、後処理にて全面を易剥離化して剥離することも好ましい方法の一つである。この方法でも、前記と同様、フレキシブル積層体上にデバイスを作製した後、容易に第二の無機基板フレキシブル積層体を剥離するリジッド複合積層板として使用することができる。本発明のリジッド複合積層板は、本発明のリジッド複合積層板の製造方法により得ることができ、無機基板、ポリイミド層、表面処理等の詳細については、上述した通りである。
本願第一の発明のリジッド複合積層板は、接合面に気泡や異物等が入り込み平滑性・平面性が失われると、そのままデバイス作製用面(フレキシブル積層体中の第一の無機基板の、ポリイミド層と対向する面と反対側の面)の平滑性・平面性が失われることになる。従って、接合面の気泡数は30個/100cm2以下であることが好ましく、15個/100cm2以下であることがより好ましく、5個/100cm2以下であることがさらに好ましく、0個/100cm2であることが最も好ましい。接合面に気泡や異物等が混入しないようにするためには、前記の通り加圧・加熱処理の前にフィルム含水率を制御すること、フィルムの製造及び梱包、更には無機基板とポリイミド層を接合させる際の作業をクリーン環境下にて行うことが好ましい。加圧・加熱処理の前のフィルムの水分率についての好ましい条件は、前記の通りである。また、フィルムの製造及び梱包、接合作業の際の環境としては、米国連邦規格(Federal Standard 209D(1988年))でクラス1000以下に管理されたクリーン環境が好ましく、クラス100以下に管理されたクリーン環境がより好ましく、クラス10以下に管理されたクリーン環境がさらに好ましい。
本発明における良好接着部分とは、UV光照射の有無により表面の性質を変えることによって、第二の無機基板とフレキシブル積層体の剥離強度が強い部分を指す。本発明における易剥離部分とは、UV光照射の有無により表面の性質を変えることによって、第二の無機基板とフレキシブル積層体の剥離強度が弱い部分を指す。
本発明において、第二の無機基板とフレキシブル積層体との間の180°剥離強度は、この上に積層するデバイスの種類やプロセスに応じて適宜設定すればよく、特に制限されないが、少なくとも、前記易剥離部分の180°剥離強度と良好接着部分の180°剥離強度との差が0.1N/cm以上であることが好ましく、0.2N/cm以上であることがより好ましい。一般論としては、良好接着部分の180°剥離強度は、0.1N/cm以上、20N/cm以下であることが好ましく、より好ましくは0.5N/cm以上、10N/cm以下である。前記易剥離部分の180°剥離強度は、0.01N/cm以上、0.5N/cm未満であることが好ましく、より好ましくは0.01N/cm以上、0.2N/cm以下である。ここで易剥離部分の180°剥離強度の下限は、フレキシブル積層体の曲げエネルギーなども加味された値となっている。本発明における180°剥離強度は、実施例で後述する方法で測定することができる。また、実施例で後述する耐熱剥離強度、耐酸剥離強度及び耐アルカリ剥離強度についても、それぞれ0.1N/cm以上、20N/cm以下であることが望ましいが、プロセスによってこの要請の数字は変わることがありえる。特に、リジッド複合積層板を作製した後、後処理にて全面もしくは部分的に易剥離部分を形成し、剥離する場合や、フレキシブル積層体を第二の無機基板から剥離することなく用いる場合においては、全面が良好に接着していることが望ましく、その場合の180°剥離強度は0.1N/cm以上、20N/cm以下であることが好ましく、0.3N/cm以上、10N/cm以下であることがより好ましい。特にレーザー処理等にて第二の接合面の接着力を低減させる場合には、全面が良好に接着しているリジッド複合積層板を用いることが好ましい。
本発明において、第一の無機基板とポリイミド層との間の180°剥離強度は、この上に積層するデバイスの種類やプロセスに応じて適宜設定すればよく、特に制限されないが、全面が良好に接着していることが好ましい。一般的に良好接着部分の180°剥離強度は、0.1N/cm以上、20N/cm以下であることが好ましく、より好ましくは0.5N/cm以上、10N/cm以下である。ここで易剥離部分の180°剥離強度の下限は、フレキシブル積層体の曲げエネルギーなども加味された値となっている。本発明における180°剥離強度は、実施例で後述する方法で測定することができる。また、実施例で後述する耐熱剥離強度、耐酸剥離強度及び耐アルカリ剥離強度についても、それぞれ0.1N/cm以上、20N/cm以下であることが望ましいが、プロセスによってこの要請の数字は変わることがありえる。特に第一の無機基板とポリイミド層間にて剥離を行うことを考えるのならば、第二の無機基板-フレキシブル積層体間のように、良好接着部分と易剥離部分とでパターンを形成していることが望ましく、その剥離強度は前記第二の無機基板-フレキシブル積層体間の180°剥離と同様に、良好接着部分の180°剥離強度は、0.1N/cm以上、20N/cm以下であることが好ましく、0.5N/cm以上、10N/cm以下がより好ましく、前記易剥離部分の180°剥離強度は、0.01N/cm以上、0.5N/cm未満であることが好ましく、0.01N/cm以上、0.2N/cm以下であることがより好ましい。
本発明のリジッド複合積層板においては、第一の無機基板とポリイミド層の間、及び第二の無機基板とフレキシブル積層体との間に、接着剤層や粘着剤層等は介在せず、介在するのは、例えば表面処理の一例であるカップリング剤処理の場合は、カップリング剤処理に由来するSiを10質量%以上多く含むもののみである。そして第一の無機基板とポリイミド層、及び第二の無機基板とフレキシブル積層体との中間層である表面処理層は10nm以下という非常に薄い層にすることも容易なので、加熱中の脱ガス成分が少なく、ウェットプロセスにおいても溶出しにくく、仮に溶出が起きても微量にとどまるという効果が得られる。例えばデバイス作製前に複合積層板を酸溶液やアルカリ溶液を用いて洗浄する工程を含む場合は、剥離強度が酸やアルカリの処理によって変わらないことが望ましい。特にカップリング剤処理では通常、酸化ケイ素成分が多く、500℃4hr程度の耐熱性だけでなく、耐酸性や耐アルカリ性も得られる。プラズマ処理も同様で、ポリイミド層の耐熱性を劇的に悪化させるものではないため、例えばピロメリット酸残基を有する芳香族テトラカルボン酸と、ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンとの組み合わせで得られるポリイミド層では、470℃3hr程度の耐熱性が得られる。
本発明のリジッド複合積層板において表面処理にカップリング剤処理を用いる場合、カップリング剤処理層の膜厚は、本発明における無機基板、ポリイミド層もしくは一般的な接着剤や粘着剤と比較しても極めて薄く、機械設計的な観点からは無視される程度の厚さであり、原理的には最低限、単分子層オーダーの厚さがあれば十分である。一般には400nm未満(0.4μm未満)であり、200nm(0.2μm以下)が好ましく、さらに実用上は100nm以下(0.1μm以下)が好ましく、より好ましくは50nm以下、さらに好ましくは10nm以下である。ただし、1nm未満では、剥離強度が低下するか、部分的に付かない部分が出る恐れがあるため、1nm以上が好ましい。なお、表面処理層の膜厚の測定の例として、カップリング剤処理層の膜厚は、エリプソメトリー法、もしくは塗布時のカップリング剤溶液の濃度と塗布量から計算して求めることができる。
(デバイス構造体の製造方法)
本願第一の発明のデバイス構造体の製造方法は、フレキシブル積層体と第二の無機基板とを有する本発明のリジッド複合積層板を用いて、基材であるフレキシブル積層体中の第一の無機基板表面上にデバイスが形成されてなる構造体を製造する方法である。本発明のデバイス構造体の製造方法においては、本発明のフレキシブル積層体中の第一の無機基板上にデバイスを形成した後、前記リジッド複合積層板の易剥離部分のポリイミド層に切り込みを入れてフレキシブル積層体を前記第二の無機基板から剥離する。
本願第一の発明のデバイス構造体の製造方法は、フレキシブル積層体と第二の無機基板とを有する本発明のリジッド複合積層板を用いて、基材であるフレキシブル積層体中の第一の無機基板表面上にデバイスが形成されてなる構造体を製造する方法である。本発明のデバイス構造体の製造方法においては、本発明のフレキシブル積層体中の第一の無機基板上にデバイスを形成した後、前記リジッド複合積層板の易剥離部分のポリイミド層に切り込みを入れてフレキシブル積層体を前記第二の無機基板から剥離する。
前記のリジッド複合積層板の易剥離部分のポリイミド層に切り込みを入れる方法としては、刃物によってポリイミド層を切断する方法や、レーザーと該リジッド複合積層板を相対的にスキャンさせることによりポリイミド層を切断する方法、ウェータージェットと該リジッド複合積層板を相対的にスキャンさせることによりポリイミド層を切断する方法、半導体チップのダイシング装置により若干無機基板層まで切り込みつつポリイミド層を切断する方法などがあるが、特に方法は限定されるものではない。
前記リジッド複合積層板の易剥離部分のポリイミド層に切り込みを入れるにあたり、切り込みを入れる位置は、少なくとも易剥離部分の一部を含んでいればよく、基本的にはパターンに従って切断するのが通常である。ただし、正確にパターンに従い良好接着部分と易剥離部分の境で切断しようとすると誤差により良好接着部分のみを切断してしまう可能性が生じることから、パターンより若干易剥離部分側に切り込むことが生産性を上げる点で好ましい。また、意図せず勝手に剥離してしまうことを防ぐうえでは、該パターンより若干良好接着部分に切り込む生産方式もありえる。更には、良好接着部分の幅を狭く設定するようにすれば、剥離時に良好接着部分に残存するポリイミド層を減らすことができ、ポリイミド層の利用効率が向上し、該リジッド複合積層板に対するデバイス面積が多くなり、生産性が向上する。更には、フレキシブル積層体の外周部の一部に易剥離部分を設けるようにしておき、該外周部を切断位置として、実際には切り込みを入れずに剥がす方式も、本発明の極端な一形式となりえる。
フレキシブル積層体を支持体から剥離する方法としては、特に制限されないが、ピンセットなどで端から捲る方法、デバイス付きのフレキシブル積層体中のポリイミド層の切り込み部分の1辺に粘着テープを貼着させた後にそのテープ部分から捲る方法、デバイス付きのフレキシブル積層体中のポリイミド層の切り込み部分の1辺を真空吸着した後にその部分から捲る方法等が採用できる。なお、剥離の際に、デバイス付きのフレキシブル積層体中のポリイミド層の切り込み部分に曲率が小さい曲がりが生じると、その部分のデバイスに応力が加わることになりデバイスを破壊する恐れがあるため、極力曲率の大きな状態で剥がすことが望ましい。例えば、曲率の大きなロールに巻き取りながら捲るか、あるいは曲率の大きなロールが剥離部分に位置するような構成の機械を使って捲ることが望ましい。
なお、本願第一の発明のデバイス構造体(デバイス付きのフレキシブル積層体)は、最終製品とするまでに補強部材を固定しておくことができる。この場合、第二の無機基板から剥離した後に補強部材を固定してもよいが、補強部材を固定させた後にフレキシブル積層体に切り込みを入れて支持体から剥離するか、もしくはフレキシブル積層体に切り込みを入れた後に該切り込み部分に補強部材を固定させ、その後剥離することが好ましい。剥離する前に補強部材を固定させる場合には、フレキシブル積層体及び補強部材の弾性率や膜厚を考慮することにより、デバイス部分に極力応力が加わりにくい構成とすることが可能となる。
剥離する前に補強部材を固定させる場合には、補強部材としては、高分子フィルム、極薄ガラス、SUSなどが好ましく用いられる。高分子フィルムには、デバイスの軽量性が保たれる利点があり、さらに透明性、各種加工性、割れ難さも利点として挙げられる。極薄ガラスには、ガスバリア性、対薬品安定性、透明性が得られるという利点がある。SUSには、電気的にシールドできる点、割れ難さといった利点がある。なお、高分子フィルムとしては、既に高温を必要とするプロセスを通過した後であるため、耐熱性の制約は少なく、さまざまな高分子フィルムを選択しうる。これら補強部材の固定は、接着あるいは粘着により簡便に行うことができる。
本願第二の発明でF1とF2の接着力差を有する積層体を得る方法として、両面で異なる表面凹凸を有するポリイミドフィルムを用いる方法を例示出来る。一般にポリイミドフィルムには滑剤と呼ばれる無機フィラーが配合される、かかる無機フィラーはフィルム表面に微細な突起を形成し、近接した他の物体との間に薄い空気層を巻き込むことによりに両者間の摩擦係数を低減する効果を有すると共に、接着力も低減される。本発明における接着力比を実現するには、第一面と第二面のそれぞれの表面近傍における滑剤配合量比に1.8倍以上、好ましくは4倍以上の差を設けることにより実現出来る。
本願第二の発明でF1とF2の接着力差を有する積層体を得る方法として、ポリイミドフィルムの双方の面(便宜上表裏と表現するが)の表面処理の強度に差を持たせる方法を例示出来る。例えばプラズマ処理においては、表裏の処理時にそれぞれ投入電力を変えて処理を行う方法、処理時間を変える方法、プラズマから処理面までの距離を変える方法、異なるガスを導入する方法、異なるプラズマ処理を行う方法などを例示することができる。
本願第二の発明でF1とF2の接着力差を有する積層体を得る方法として、例えばプラズマ処理で両面を表面処理したフィルムのいずれかの面に他の表面処理、例えば短波長の紫外線照射を行うことによって、表面処理効果に差を付けることにより接着力差をつけることができる。本発明では波長250nmの紫外線ランプを用い、照射時に発生するオゾン暴露による効果を併用出来る紫外線照射処理(UVオゾン処理)を好ましく用いることが出来る。本発明で必要な接着力差を発現するために必要な照射量は20mW/cm2以上であり、好ましくは50mw/cm2であり、さらに好ましくは250mW/cm2以上である。かかる第二段階目の表面処理はフィルムの片面だけに行っても良いし、あるいはフィルムの両面に、強度の異なる第二段目の表面処理を行っても良い。
本願第二の発明で接着力差を有する積層体を得る方法として、第一の無機基板、第二の無機基板の双方に塗布するカップリング剤の厚さ、ないし塗布量を変える方法を例示出来る。
本願第二の発明で接着力差を有する積層体を得る方法として、カップリング剤で表面処理後の第一の無機基板、ないしカップリング剤で表面処理後の第二の無機基板のいずれかに、他の表面処理、例えば紫外線照射処理を行い、表面処理の活性度に差を付ける方法を例示出来る。効果的な実例としては、カップリング剤処理を行った無機基板の処理面に短波長の紫外線処理を行うことにより、カップリング剤の活性度を変化させることが出来る。かかる第二段階目の表面処理は無機基板の片方だけに行っても良いし、あるいは双方の基板に、強度の異なる第二段目の表面処理を行っても良い。
本願第二の発明で接着力差を有する積層体を得る方法として、ポリイミドフィルムと第一の無機基板、第二の無機基板とを同時に貼り付けずに、逐次に異なる方法や異なる条件下での貼り付け処理を行うことにより接着力差を設けることも可能である。かかる方法の応用として、例えば第一の無機基板とポリイミドフィルムをプレスによって積層し、次いで第二の無機基板とロールラミネーターにて積層する、あるいは、その逆の順序で積層するという方法を例示することができる。
本願第二の発明の積層体を用い、第一の無機基板上又は第二の無機基板上にデバイス加工を行い、次いでポリイミドフィルムと無機基板の接着力が弱い接合面(接着力がF2となる接合面)にてポリイミドフィルムと無機基板を剥離することによりデバイスを製造することができる。
本発明において、基材であるフレキシブル積層体中の第一の無機基板表面上にデバイスを形成する方法は、従来公知の方法に従い適宜行えばよい。本発明におけるデバイスとしては、特に制限はなく、例えば、電子回路用配線のみ、電気抵抗のほか、コイル、コンデンサーといった受動デバイス、半導体素子などを含む能動デバイス、及びそれらを組み合わせてなる電子回路システムがある。半導体素子としては、太陽電池、薄膜トランジスター、MEMS素子、センサー、論理回路等が挙げられる。
例えば、本発明のフレキシブル積層体を使用したフィルム状太陽電池は、本発明のフレキシブル積層体を基材とし、該基材上に半導体からなる光電変換層を含む積層体Xが形成されてなる。この積層体Xは、太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換層を必須の構成として有し、通常、得られた電気エネルギーを取出すための電極層などをさらに有するものである。以下、フィルム状太陽電池を構成するよう形成される上記積層体Xの典型例として、光電変換層を一対の電極層で挟んでなる積層構造を説明する。しかし、光電変換層を何層か積み重ねた構成なども、PVD(物理的蒸着)やCVD(科学的蒸着)での作製ならば、本発明の太陽電池といえる。勿論、積層体Xの積層構造は、以下に記載される態様に限定されず、従来技術の太陽電池が有する積層体の構成を適宜参照してよく、保護層や公知補助手段を付加してもよいものである。
前記一対の電極層における一方の電極層(以下、裏面電極層とも記載する)は、好ましくは、基材のフレキシブル積層体中の第一の無機基板表面上に形成される。裏面電極層は従来公知の方法、例えばCVD法やスパッタ法によって導電性無機材料を積層することによって得られる。導電性無機材料としては、Al、Au、Ag、Cu、Ni、ステンレス鋼などの金属薄膜や、In2O3、SnO2、ZnO、Cd2SnO4、ITO(In2O3にSnを添加したもの)などの酸化物半導体系の導電材料などが挙げられる。好ましくは、裏面電極層は金属薄膜であるのがよい。裏面電極層の厚さは特に限定はなく、通常、30~1000nm程度である。また、一部の電極引き出しで、Agペーストといった真空を利用しない膜形成法を採用してもよい。
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換層は、半導体からなる層であり、I族元素とIII族元素とVI族元素とからなる化合物半導体薄膜(カルコパイライト構造半導体薄膜)であるCuInSe2(CIS)膜、またはこれにGaを固溶したCu(In, Ga)Se2(CIGS)膜(以下、両者をまとめてCIS系膜ともいう)、シリコン系半導体からなる層である。シリコン系半導体には、薄膜シリコン層、無定形シリコン層、多結晶シリコン層などが挙げられる。光電変換層は、異なる半導体からなる複数の層を有する積層体であってもよい。また、色素を用いた光電変換層であってもよい。さらに導電性ポリマーやフラーレンなどの有機化合物よる有機薄膜半導体を用いるものでもよい。
薄膜シリコン層は、プラズマCVD法、熱CVD法、スパッタリング法、クラスタイオンビーム法、蒸着法などによって得られるシリコン層である。無定形シリコン層は、実質的に結晶性をもたないシリコンからなる層である。実質的に結晶性をもたないことは、Xを照射しても回折ピークを与えないことによって確かめることができる。無定形シリコン層を得る手段は公知であり、そのような手段には、例えば、プラズマCVD法や熱CVD法などが含まれる。多結晶シリコン層は、シリコンからなる微小結晶の集合体からなる層である。上述の無定形シリコン層とは、X線の照射により回折ピークを与えることによって区別される。多結晶シリコン層を得る手段は公知であり、そのような手段には、無定形シリコンを熱処理する手段などが含まれる。光電変換層は、シリコン系半導体層に限られず、例えば、厚膜半導体層であってもよい。厚膜半導体層とは、酸化チタン、酸化亜鉛、ヨウ化銅などのペーストから形成される半導体層である。
半導体材料を光電変換層として構成する手段としては、公知の方法を適宜採用すればよい。例えば、200~500℃の温度下で、SiH4にPH3を添加したガス中で高周波プラズマ放電を行うことにより約20nmのa-Si(n層)を形成し、続いてSiH4ガスのみで約500NM のa-Si(i層)を形成し、続いてSiH4にジボラン(B2H6)を添加して約10nmのp-Si(p層)を形成することができる。
光電変換層を挟む一対の電極層のうち、フレキシブル積層体基材とは反対側に設けられる電極層(以下、集電電極層ともいう)は、導電フィラーとバインダー樹脂を含む導電性ペーストを固めてなる電極層であってもよいし、透明電極層であってもよい。透明電極層としては、In2O3、SnO2、ZnO、Cd2SnO4、ITO(In2O3にSnを添加したもの)などの酸化物半導体系の材料を好ましく用いることができる。かくして、本発明の好適な態様例である、透明電極/p型a-Si/i型a-Si/n型a-Si/金属電極/ポリイミド層/第一の無機基板の順で積層されてなるフィルム状太陽電池が得られる。また、p層をa-Si、n層を多結晶シリコンとして、両者の間に薄いアンドープa-Si層を挿入した構造にしてもよい。特に、a-Si/多結晶シリコン系のハイブリッド型にすると、太陽光スペクトルに対する感度が改善される。太陽電池の作製においては、上記構成に加えて、反射防止層、表面保護層などを付加せしめてもよい。
前記薄膜トランジスター(TFT)は、トランジスターを構成する半導体層及び素子を構成する絶縁膜、電極、保護絶縁膜などが、薄膜を堆積させて作製されているものをいう。通常シリコンウエハのシリコンを半導体層として使用するものとは区別する。通常薄膜を真空蒸着などのPVD、プラズマCVDなどのCVDといった真空を利用する手法によって作製する。このため、シリコンウエハのように単結晶ではないものを含む。SIを使っても、微結晶シリコンTFT、高温ポリシリコンTFT、低温ポリシリコンTFT、そして酸化物半導体TFT、有機半導体TFTなどを含む。
前記MEMS素子とは、MEMS技術を利用して作製した物を意味し、インクジェットプリンターヘッド、走査型プローブ顕微鏡用プローブ、LSIプローバー用コンタクタ、マスクレス露光用光空間変調器、光集積化素子、赤外線センサー、流量センサー、加速度センサー、MEMSジャイロセンサー、RF MEMS スイッチ、体内・体外血圧センサーそして、グレーティングライトバルブ、デジタルマイクロミラーデバイスなどを使ったビデオプロジェクターなどを含む。
前記センサーとしては、ストレインゲージ(ひずみゲージ)、ロードセル、半導体圧力センサー、光センサー、光電素子、フォトダイオード、磁気センサー、接触式温度センサー、サーミスタ温度センサー、抵抗測温体温度センサー、熱電対温度センサー、非接触式温度センサー、放射温度計、マイクロフォン、イオン濃度センサー、ガス濃度センサー、変位センサー、ポテンショメータ、差動トランス変位センサー、回転角センサー、リニアエンコーダ、タコジェネレータ、ロータリエンコーダ、光位置センサー(PSD)、超音波距離計、静電容量変位計、レーザードップラー振動速度計、レーザードップラー流速計、ジャイロセンサー、加速度センサー、地震センサー、一次元画像・リニアイメージセンサー、二次元画像・CCDイメージセンサー、CMOSイメージセンサー、液・漏液センサー(リークセンサー)、液検知センサー(レベルセンサー)、硬度センサー、電場センサー、電流センサー、電圧センサー、電力センサー、赤外線センサー、放射線センサー、湿度センサー、においセンサー、流量センサー、傾斜センサー、振動センサー、時間センサー、及びこれらのセンサーを複合した複合センサーや、これらのセンサーで検出した値から何らかの計算式に基づき別の物理量や感性値などを出力するセンサーなどを含む。
前記論理回路としては、NAND、ORを基本とした論理回路及び、クロックにより、同期が取られたものも含む。
以上に詳述した本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法及び本発明のデバイス構造体の製造方法について、図面を用いて各々の一実施態様を説明すると、図2及び図3に示す通りである。
図2は、本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法の一実施態様を示す模式図であり、(1)は第二の無機基板21を示し、(2)は第二の無機基板21上にカップリング剤を塗布乾燥してカップリング処理層22を形成した段階を示し、(3)はUV光遮断マスク23を設置した後にUV光を照射した段階を示し、(4)はUV光を照射後に、UV光遮断マスク23を除去した段階を示している。ここでカップリング処理層2のうちUV露光部はUV照射部24となり、残りの部分はカップリング処理層22のままとなっている。(5)はポリイミドフィルム25を貼り付けた段階を示す。(6)は第一の無機基板26を示し、(7)は第一の無機基板26上にカップリング剤を塗布乾燥してカップリング処理層27を形成した段階を示す。(8)はポリイミドフィルム25の第二の無機基板側は反対側に第一の無機基板26に形成したカップリング剤処理層27を貼り付けた段階を示し、(9)はUV照射部24上のポリイミドフィルム28に切り込みを入れフレキシブル積層体210をガラス基板21から剥離した段階を示す。
図2は、本願第一の発明のリジッド複合積層板の製造方法の一実施態様を示す模式図であり、(1)は第二の無機基板21を示し、(2)は第二の無機基板21上にカップリング剤を塗布乾燥してカップリング処理層22を形成した段階を示し、(3)はUV光遮断マスク23を設置した後にUV光を照射した段階を示し、(4)はUV光を照射後に、UV光遮断マスク23を除去した段階を示している。ここでカップリング処理層2のうちUV露光部はUV照射部24となり、残りの部分はカップリング処理層22のままとなっている。(5)はポリイミドフィルム25を貼り付けた段階を示す。(6)は第一の無機基板26を示し、(7)は第一の無機基板26上にカップリング剤を塗布乾燥してカップリング処理層27を形成した段階を示す。(8)はポリイミドフィルム25の第二の無機基板側は反対側に第一の無機基板26に形成したカップリング剤処理層27を貼り付けた段階を示し、(9)はUV照射部24上のポリイミドフィルム28に切り込みを入れフレキシブル積層体210をガラス基板21から剥離した段階を示す。
図3は、本願第一の発明のリジッド複合積層板を用いフレキシブル積層体を基板としたデバイスを作製する方法の一実施態様を示す模式図であり、(1)は第二の無機基板31を示し、(2)は第二の無機基板31上にカップリング剤を塗布乾燥してカップリング処理層32を形成した段階を示し、(3)はUV光遮断マスク33を設置した後にUV光を照射した段階を示し、(4)はUV光を照射後に、UV光遮断マスク33を除去した段階を示している。ここでカップリング処理層32のうちUV露光部はUV照射部34となり、残りの部分はカップリング処理層32のままとなっている。(5)はポリイミドフィルム35を貼り付けた段階を示す。(6)は第一の無機基板36を示し、(7)は第一の無機基板36上にカップリング剤を塗布乾燥してカップリング処理層37を形成した段階を示す。(8)はポリイミドフィルム35の第二の無機基板側は反対側に第一の無機基板36に形成したカップリング剤処理層37を貼り付けた後、第一の無機基板のカップリング剤処理層とは反対面にデバイス38を作製した段階を示し、(9)はUV照射部34上のポリイミドフィルム38に切り込みを入れデバイス付きフレキシブル積層体311をガラス基板31から剥離した段階を示す。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。なお、以下の実施例における物性の評価方法は下記の通りである。
<ポリアミド酸等の溶液の還元粘度>
ポリマー濃度が0.2g/dlとなるようにN-メチル-2-ピロリドンまたはN, N-ジメチルアセトアミドに溶解した溶液について、ウベローデ型の粘度管を用いて30℃で測定した。このとき、ポリアミド酸溶液の調製に使用した溶媒がN, N-ジメチルアセトアミドの場合は、N, N-ジメチルアセトアミドを使用してポリマーを溶解し、それ以外の場合は、N-メチル-2-ピロリドンを使用してポリマーを溶解し、測定した。
ポリマー濃度が0.2g/dlとなるようにN-メチル-2-ピロリドンまたはN, N-ジメチルアセトアミドに溶解した溶液について、ウベローデ型の粘度管を用いて30℃で測定した。このとき、ポリアミド酸溶液の調製に使用した溶媒がN, N-ジメチルアセトアミドの場合は、N, N-ジメチルアセトアミドを使用してポリマーを溶解し、それ以外の場合は、N-メチル-2-ピロリドンを使用してポリマーを溶解し、測定した。
<ポリイミド層などの厚さ>
ポリイミド層およびポリイミドフィルム、さらにこれを構成する各層(a層、b層)の厚さは、マイクロメーター(ファインリューフ社製「ミリトロン1245D」)を用いて測定した。
ポリイミド層およびポリイミドフィルム、さらにこれを構成する各層(a層、b層)の厚さは、マイクロメーター(ファインリューフ社製「ミリトロン1245D」)を用いて測定した。
<ポリイミド層の厚さ斑>
ポリイミド層及びポリイミドフィルムの厚さ斑は、マイクロメーター(ファインリューフ社製「ミリトロン1245D」)を用いて、被測定フィルムから無作為に10点を抽出してフィルム厚を測定し、得られた10個の値の最大値を「最大フィルム厚」とし、最小値を「最小フィルム厚」とし、平均値を「平均フィルム厚」として、それらから下記式に基づき算出した。
フィルム厚さ斑(%)=100×(最大フィルム厚-最小フィルム厚)÷平均フィルム厚
ポリイミド層及びポリイミドフィルムの厚さ斑は、マイクロメーター(ファインリューフ社製「ミリトロン1245D」)を用いて、被測定フィルムから無作為に10点を抽出してフィルム厚を測定し、得られた10個の値の最大値を「最大フィルム厚」とし、最小値を「最小フィルム厚」とし、平均値を「平均フィルム厚」として、それらから下記式に基づき算出した。
フィルム厚さ斑(%)=100×(最大フィルム厚-最小フィルム厚)÷平均フィルム厚
<ポリイミド層の引張弾性率、引張強度および引張破断伸度>
測定対象とするポリイミド層から、流れ方向(MD方向)及び幅方向(TD方向)がそれぞれ100mm×10mmである短冊状の試験片を切り出し、引張試験機(島津製作所製「オートグラフ(R);機種名AG-5000A」)を用い、引張速度50mm/min、チャック間距離40mmの条件で、MD方向、TD方向それぞれについて、引張弾性率、引張強度および引張破断伸度を測定した。
測定対象とするポリイミド層から、流れ方向(MD方向)及び幅方向(TD方向)がそれぞれ100mm×10mmである短冊状の試験片を切り出し、引張試験機(島津製作所製「オートグラフ(R);機種名AG-5000A」)を用い、引張速度50mm/min、チャック間距離40mmの条件で、MD方向、TD方向それぞれについて、引張弾性率、引張強度および引張破断伸度を測定した。
<ポリイミド層の平均光線透過率>
分光光度計(日立製作所製「U-2001」)を用いて波長領域380nm~700nmにおける光線透過率をスキャン速度100nm/minで測定し、10nm毎の透過率値を算術平均し、得られた平均値をランベルト・ベールの法則に従うものとして20μmの厚みに換算し、得られた値をポリイミド層の平均光線透過率とした。
分光光度計(日立製作所製「U-2001」)を用いて波長領域380nm~700nmにおける光線透過率をスキャン速度100nm/minで測定し、10nm毎の透過率値を算術平均し、得られた平均値をランベルト・ベールの法則に従うものとして20μmの厚みに換算し、得られた値をポリイミド層の平均光線透過率とした。
<ポリイミド層のヘイズ値(HAZE)>
JIS K7105「プラスチックの光学的特性試験方法」ヘーズ(曇価)に準拠し、ヘーズメーター(日本電色工業社製「NDH-300A型濁度計」)を用いて測定した。
JIS K7105「プラスチックの光学的特性試験方法」ヘーズ(曇価)に準拠し、ヘーズメーター(日本電色工業社製「NDH-300A型濁度計」)を用いて測定した。
<ポリイミド層のYI値(黄色度指数、イエローインデックス)>
色差計(東京電色工業社製「TC1500MC-88型」)及びC光源を使用して、ASTM D1925に準じてポリイミド層の三刺激値XYZ値を測定し、下記式により黄色度指数(YI)を算出した。
YI=100×(1.28X-1.06Z)÷Y
色差計(東京電色工業社製「TC1500MC-88型」)及びC光源を使用して、ASTM D1925に準じてポリイミド層の三刺激値XYZ値を測定し、下記式により黄色度指数(YI)を算出した。
YI=100×(1.28X-1.06Z)÷Y
<ポリイミド層の線膨張係数(CTE)>
測定対象とするポリイミド層の流れ方向(MD方向)および幅方向(TD方向)について、下記条件にて伸縮率を測定し、15℃の間隔(30℃~45℃、45℃~60℃、…)での伸縮率/温度を測定し、この測定を210℃まで行って全測定値を平均した値をCTE210とし、この測定を300℃まで行って全測定値を平均した値をCTE300として算出した。
機器名;MACサイエンス社製「TMA4000S」
試料長さ; 20mm
試料幅; 2mm
昇温開始温度; 25℃
昇温終了温度; 400℃
昇温速度; 5℃/min
雰囲気; アルゴン
初荷重; 34.5g/mm2
測定対象とするポリイミド層の流れ方向(MD方向)および幅方向(TD方向)について、下記条件にて伸縮率を測定し、15℃の間隔(30℃~45℃、45℃~60℃、…)での伸縮率/温度を測定し、この測定を210℃まで行って全測定値を平均した値をCTE210とし、この測定を300℃まで行って全測定値を平均した値をCTE300として算出した。
機器名;MACサイエンス社製「TMA4000S」
試料長さ; 20mm
試料幅; 2mm
昇温開始温度; 25℃
昇温終了温度; 400℃
昇温速度; 5℃/min
雰囲気; アルゴン
初荷重; 34.5g/mm2
<ポリイミドフィルムの評価:滑り性>
ポリイミドフィルム2枚を、異なる面同士で重ね合わせ(すなわち、同じ面同士ではなく、フィルムロールとして巻いた場合の巻き外面と巻き内面とを重ね合わせ)、重ねたポリイミドフィルムを親指と人差し指で挟み、軽く摺り合わせたときに、ポリイミドフィルムとポリイミドフィルムが滑る場合を「○」、滑らない場合を「×」と評価した。なお、巻き外面同士あるいは巻き内面同士では滑らない場合もあるが、これは評価項目とはしない。また滑り性を評価する際には、ポリイミドフィルムの片面の保護フィルムは取り除くこととした。
ポリイミドフィルム2枚を、異なる面同士で重ね合わせ(すなわち、同じ面同士ではなく、フィルムロールとして巻いた場合の巻き外面と巻き内面とを重ね合わせ)、重ねたポリイミドフィルムを親指と人差し指で挟み、軽く摺り合わせたときに、ポリイミドフィルムとポリイミドフィルムが滑る場合を「○」、滑らない場合を「×」と評価した。なお、巻き外面同士あるいは巻き内面同士では滑らない場合もあるが、これは評価項目とはしない。また滑り性を評価する際には、ポリイミドフィルムの片面の保護フィルムは取り除くこととした。
<ポリイミドフィルムの評価:ロール巻取り性>
長尺状のポリイミドフィルムを巻取りロ-ル(心棒の外径:15cm)に2m/minの速度で巻取る際に、皺が生じず円滑に巻取りが可能である場合を「○」、部分的に皺が発生する場合を「△」、皺が発生したり、ロ-ルに巻き付いたりして円滑に巻取りができない場合を「×」と評価した。
長尺状のポリイミドフィルムを巻取りロ-ル(心棒の外径:15cm)に2m/minの速度で巻取る際に、皺が生じず円滑に巻取りが可能である場合を「○」、部分的に皺が発生する場合を「△」、皺が発生したり、ロ-ルに巻き付いたりして円滑に巻取りができない場合を「×」と評価した。
<ポリイミドフィルムの評価:反り度>
­ 得られたポリイミドフィルムから、100mm×100mmの正方形を切り出し、フィルム試験片とした。フィルム試験片を切り出すに際しては、正方形の各辺がフィルムの長手方向および幅方向と一致するようにし、かつ正方形の中心がフィルムの幅方向において(a)中央、(b)左端から全幅長の1/3に当たる点、(c)右端から全幅長の1/3に当たる点、に位置するように、3箇所から切り出した。上記フィルム試験片(a)~(c)をそれぞれ平面上に凹状となるように静置し、四隅の平面からの距離(h1、h2、h3、h4:単位mm)を測定して、その平均値を反り量(mm)とした。この反り量を試験片の各頂点から中心までの距離(70.71mm)で除して百分率(%)で表わしたもの(100×(反り量(mm))/70.71)を反り度(%)とし、フィルム試験片(a)~(c)の反り度を平均して求めた。
­ 得られたポリイミドフィルムから、100mm×100mmの正方形を切り出し、フィルム試験片とした。フィルム試験片を切り出すに際しては、正方形の各辺がフィルムの長手方向および幅方向と一致するようにし、かつ正方形の中心がフィルムの幅方向において(a)中央、(b)左端から全幅長の1/3に当たる点、(c)右端から全幅長の1/3に当たる点、に位置するように、3箇所から切り出した。上記フィルム試験片(a)~(c)をそれぞれ平面上に凹状となるように静置し、四隅の平面からの距離(h1、h2、h3、h4:単位mm)を測定して、その平均値を反り量(mm)とした。この反り量を試験片の各頂点から中心までの距離(70.71mm)で除して百分率(%)で表わしたもの(100×(反り量(mm))/70.71)を反り度(%)とし、フィルム試験片(a)~(c)の反り度を平均して求めた。
<ポリイミドフィルムの評価:カール度>
ポリイミドフィルムの反り度の測定に用いたのと同様のフィルム試験片(a)~(c)に250℃のドライオーブンにて30min熱処理を施し、その後、熱処理後のフィルムについて上記と同様に反り度を測定し、熱処理後のフィルムの反り度(%)をカール度とした。
ポリイミドフィルムの反り度の測定に用いたのと同様のフィルム試験片(a)~(c)に250℃のドライオーブンにて30min熱処理を施し、その後、熱処理後のフィルムについて上記と同様に反り度を測定し、熱処理後のフィルムの反り度(%)をカール度とした。
<ポリイミドフィルム表面のRa値>
ポリイミドフィルム表面のRa値(表面形態)の計測は、表面物性評価機能付走査型プローブ顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製「SPA300/nanonavi」)を用いて行った。計測はDFMモードで行い、カンチレバーはエスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製「DF3」又は「DF20」を使用し、スキャナーはエスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製「FS-20A」を使用し、走査範囲は10μm四方とし、測定分解能は512×512ピクセルとした。計測像について装置付属のソフトウェアで二次傾き補正を行った後、測定に伴うノイズが含まれる場合には適宜その他の平坦化処理(例えばフラット処理)を使用し、装置付属のソフトウェアでRa値を算出した。任意の3箇所について計測を行ってRa値を求め、それらの平均値を採用した。
ポリイミドフィルム表面のRa値(表面形態)の計測は、表面物性評価機能付走査型プローブ顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製「SPA300/nanonavi」)を用いて行った。計測はDFMモードで行い、カンチレバーはエスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製「DF3」又は「DF20」を使用し、スキャナーはエスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製「FS-20A」を使用し、走査範囲は10μm四方とし、測定分解能は512×512ピクセルとした。計測像について装置付属のソフトウェアで二次傾き補正を行った後、測定に伴うノイズが含まれる場合には適宜その他の平坦化処理(例えばフラット処理)を使用し、装置付属のソフトウェアでRa値を算出した。任意の3箇所について計測を行ってRa値を求め、それらの平均値を採用した。
<カップリング処理層の厚さ>
カップリング処理層(SC層)の厚さ(nm)は、洗浄したSiウエハ上に形成したカップリング処理層の膜厚について、エリプソメトリー法にて、分光エリプソメータ(Photal社製「FE-5000」)を用いて下記の条件で測定した。なお、支持体としてガラスを用いた場合には、別途、洗浄したSiウエハ上に各実施例、比較例と同様の方法でカップリング剤を塗布乾燥させて得たサンプルを用いた。
反射角度範囲; 45°から80°
波長範囲; 250nmから800nm
波長分解能; 1.25nm
スポット径; 1mm
tanΨ ; 測定精度±0.01
cosΔ ; 測定精度±0.01
測定; 方式回転検光子法
偏向子角度; 45°
入射角度; 70°固定
検光子; 11.25°刻みで0~360°
波長; 250nm~800nm
非線形最小二乗法によるフィッティングで膜厚を算出した。このとき、モデルとしては、Air/薄膜/Siのモデルで、
n=C3/λ4+C2/λ2+C1
k=C6/λ4+C5/λ2+C4
の式で波長依存C1~C6を求めた。
カップリング処理層(SC層)の厚さ(nm)は、洗浄したSiウエハ上に形成したカップリング処理層の膜厚について、エリプソメトリー法にて、分光エリプソメータ(Photal社製「FE-5000」)を用いて下記の条件で測定した。なお、支持体としてガラスを用いた場合には、別途、洗浄したSiウエハ上に各実施例、比較例と同様の方法でカップリング剤を塗布乾燥させて得たサンプルを用いた。
反射角度範囲; 45°から80°
波長範囲; 250nmから800nm
波長分解能; 1.25nm
スポット径; 1mm
tanΨ ; 測定精度±0.01
cosΔ ; 測定精度±0.01
測定; 方式回転検光子法
偏向子角度; 45°
入射角度; 70°固定
検光子; 11.25°刻みで0~360°
波長; 250nm~800nm
非線形最小二乗法によるフィッティングで膜厚を算出した。このとき、モデルとしては、Air/薄膜/Siのモデルで、
n=C3/λ4+C2/λ2+C1
k=C6/λ4+C5/λ2+C4
の式で波長依存C1~C6を求めた。
<無機基板の欠点存在密度>
まず、無機基板のポリイミド層と対向する側の面から任意に一辺5cmの検査エリアを抽出し、座標の元となる基準点をマーキングした。次いで、検査エリア全面が観察可能なXYステージを有する微分干渉顕微鏡を用い、検査エリアを200倍にて観察し、欠点位置を目視にて検出して位置座標を記録した。この時点で目視認識された欠点個数が500個を超える場合には、その無機基板は実質的に、高さが1μm以上の欠点存在密度が100個/100cm2以上であると判別した。欠点個数が500個以下であった無機基板については、さらに検査エリアに記録された欠点位置座標の近傍をレーザー顕微鏡(キーエンス社製「VK-9700」)にて再観察し、各欠点の平面方向の大きさと高さを求め、高さが1μm以上の欠点数をカウウントし、得られた欠点数を4倍して100cm2あたりの欠点数とした。
まず、無機基板のポリイミド層と対向する側の面から任意に一辺5cmの検査エリアを抽出し、座標の元となる基準点をマーキングした。次いで、検査エリア全面が観察可能なXYステージを有する微分干渉顕微鏡を用い、検査エリアを200倍にて観察し、欠点位置を目視にて検出して位置座標を記録した。この時点で目視認識された欠点個数が500個を超える場合には、その無機基板は実質的に、高さが1μm以上の欠点存在密度が100個/100cm2以上であると判別した。欠点個数が500個以下であった無機基板については、さらに検査エリアに記録された欠点位置座標の近傍をレーザー顕微鏡(キーエンス社製「VK-9700」)にて再観察し、各欠点の平面方向の大きさと高さを求め、高さが1μm以上の欠点数をカウウントし、得られた欠点数を4倍して100cm2あたりの欠点数とした。
<剥離強度>
剥離強度(180度剥離強度)は、JIS C6471に記載の180度剥離法に従い、下記条件で測定した。なお、この測定に供するサンプルには、100mm×1000mmの支持体(ガラス)に対してポリイミドフィルムのサイズを110mm×2000mmに設計することにより片側にポリイミドフィルムの未接着部分を設け、この部分を“つかみしろ”とした。
装置名; 島津製作所社製「オートグラフAG-IS」
測定温度; 室温
剥離速度; 50mm/min
雰囲気; 大気
測定サンプル幅; 10mm
剥離強度(180度剥離強度)は、JIS C6471に記載の180度剥離法に従い、下記条件で測定した。なお、この測定に供するサンプルには、100mm×1000mmの支持体(ガラス)に対してポリイミドフィルムのサイズを110mm×2000mmに設計することにより片側にポリイミドフィルムの未接着部分を設け、この部分を“つかみしろ”とした。
装置名; 島津製作所社製「オートグラフAG-IS」
測定温度; 室温
剥離速度; 50mm/min
雰囲気; 大気
測定サンプル幅; 10mm
(1)UV未照射部の剥離強度
UV未照射部の剥離強度の測定には、UV照射を行っていない部分を用い、第一の無機基板-ポリイミド層間及び第二の無機基板-ポリイミド層間それぞれで測定を行った。第一の無機基板とポリイミド層間の剥離強度と、UV照射を行っていない部分の第二の無機基板とポリイミド層間の剥離強度はほぼ同一であったため、平均値として下記表には記載している。
(2)UV照射部の剥離強度
UV照射部の剥離強度の測定は、UV照射を行った部分の第二の無機基板とポリイミド層間について行った。
(3)UV未照射部の弱耐熱剥離強度
UV未照射部の弱耐熱剥離強度の測定は、積層板を窒素雰囲気としたマッフル炉に入れ、これを昇温速度10℃/minで300℃まで加熱し、そのまま300℃で2時間保持した後、マッフル炉の扉を開放して大気中で放冷することにより得たサンプルを用い、UV照射を行っていない部分の第一の無機基板-ポリイミド層間及び第二の無機基板-ポリイミド層間それぞれで行った。
(4)UV照射部の弱耐熱剥離強度
UV照射部の弱耐熱剥離強度の測定は、積層板を窒素雰囲気としたマッフル炉に入れ、これを昇温速度10℃/minで300℃まで加熱し、そのまま300℃で2時間保持した後、マッフル炉の扉を開放して大気中で放冷することにより得たサンプルを用い、UV照射を行った部分の第二の無機基板-ポリイミド層間で行った。
(5)UV未照射部の強耐熱剥離強度
UV未照射部の強耐熱剥離強度の測定は、積層板を窒素雰囲気としたマッフル炉に入れ、これを昇温速度10℃/minで450℃まで加熱し、そのまま450℃で2時間保持した後、マッフル炉の扉を開放して大気中で放冷することにより得たサンプルを用い、UV照射を行っていない部分の第一の無機基板-ポリイミド層間及び第二の無機基板-ポリイミド層間それぞれで行った。
UV未照射部の剥離強度の測定には、UV照射を行っていない部分を用い、第一の無機基板-ポリイミド層間及び第二の無機基板-ポリイミド層間それぞれで測定を行った。第一の無機基板とポリイミド層間の剥離強度と、UV照射を行っていない部分の第二の無機基板とポリイミド層間の剥離強度はほぼ同一であったため、平均値として下記表には記載している。
(2)UV照射部の剥離強度
UV照射部の剥離強度の測定は、UV照射を行った部分の第二の無機基板とポリイミド層間について行った。
(3)UV未照射部の弱耐熱剥離強度
UV未照射部の弱耐熱剥離強度の測定は、積層板を窒素雰囲気としたマッフル炉に入れ、これを昇温速度10℃/minで300℃まで加熱し、そのまま300℃で2時間保持した後、マッフル炉の扉を開放して大気中で放冷することにより得たサンプルを用い、UV照射を行っていない部分の第一の無機基板-ポリイミド層間及び第二の無機基板-ポリイミド層間それぞれで行った。
(4)UV照射部の弱耐熱剥離強度
UV照射部の弱耐熱剥離強度の測定は、積層板を窒素雰囲気としたマッフル炉に入れ、これを昇温速度10℃/minで300℃まで加熱し、そのまま300℃で2時間保持した後、マッフル炉の扉を開放して大気中で放冷することにより得たサンプルを用い、UV照射を行った部分の第二の無機基板-ポリイミド層間で行った。
(5)UV未照射部の強耐熱剥離強度
UV未照射部の強耐熱剥離強度の測定は、積層板を窒素雰囲気としたマッフル炉に入れ、これを昇温速度10℃/minで450℃まで加熱し、そのまま450℃で2時間保持した後、マッフル炉の扉を開放して大気中で放冷することにより得たサンプルを用い、UV照射を行っていない部分の第一の無機基板-ポリイミド層間及び第二の無機基板-ポリイミド層間それぞれで行った。
(6)UV照射部の強耐熱剥離強度
UV照射部の強耐熱剥離強度の測定は、積層板を窒素雰囲気としたマッフル炉に入れ、これを昇温速度10℃/minで450℃まで加熱し、そのまま450℃で2時間保持した後、マッフル炉の扉を開放して大気中で放冷することにより得たサンプルを用い、UV照射を行った部分の第二の無機基板-ポリイミド層間で行った。
(7)耐酸性剥離強度
耐酸性剥離強度の測定は、積層板を18質量%の塩酸溶液中に室温(23℃)にて30min浸漬し、3回水洗した後に風乾することにより得たサンプルを用い、UV照射を行っていない部分の第一の無機基板-ポリイミド層間及び第二の無機基板-ポリイミド層間のみで行った。
(8)耐アルカリ性剥離強度
耐アルカリ性剥離強度の測定は、積層体を2.38質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液(室温(23℃))中に30min浸漬し、3回水洗した後に風乾することにより得たサンプルを用い、UV照射を行っていない部分の第一の無機基板-ポリイミド層間及び第二の無機基板-ポリイミド層間のみで行った。
いずれの測定においても、リジッド複合積層板からフレキシブル積層体を剥離する際、つまり第二の接合面にて剥離する際に、第一の接合面が剥離することはなかった。
(9)フィルム水分率(質量法)
各フィルムから一辺約150mm正方形に切り取り、所定の温湿度環境に24時間放置した後にフィルム質量Mwを測定し、次いでドライ窒素置換したイナートオーブンにて150℃にて1時間加熱乾燥し、1時間にて室温付近まで冷却後、オーブンから取り出して3分以内にフィルム質量Mdを測定し、以下の式にてフィルム含水率とした。
フィルム水分率[%]=100×(Mw-Md)/Md
所定温湿度として18℃38%RHの場合の水分率を水分率A、25℃50%RHの場合を水分率B、28℃65%RHの場合を水分率Cとした。
(10)フィルム含水率(TGA法)
特にフィルムの含水率が高い場合、ないし低い場合において、TGAを用いた方法によりフィルム含水率を求めた。含水率の調整法含めて個別の実施例、比較例にて説明する。
UV照射部の強耐熱剥離強度の測定は、積層板を窒素雰囲気としたマッフル炉に入れ、これを昇温速度10℃/minで450℃まで加熱し、そのまま450℃で2時間保持した後、マッフル炉の扉を開放して大気中で放冷することにより得たサンプルを用い、UV照射を行った部分の第二の無機基板-ポリイミド層間で行った。
(7)耐酸性剥離強度
耐酸性剥離強度の測定は、積層板を18質量%の塩酸溶液中に室温(23℃)にて30min浸漬し、3回水洗した後に風乾することにより得たサンプルを用い、UV照射を行っていない部分の第一の無機基板-ポリイミド層間及び第二の無機基板-ポリイミド層間のみで行った。
(8)耐アルカリ性剥離強度
耐アルカリ性剥離強度の測定は、積層体を2.38質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液(室温(23℃))中に30min浸漬し、3回水洗した後に風乾することにより得たサンプルを用い、UV照射を行っていない部分の第一の無機基板-ポリイミド層間及び第二の無機基板-ポリイミド層間のみで行った。
いずれの測定においても、リジッド複合積層板からフレキシブル積層体を剥離する際、つまり第二の接合面にて剥離する際に、第一の接合面が剥離することはなかった。
(9)フィルム水分率(質量法)
各フィルムから一辺約150mm正方形に切り取り、所定の温湿度環境に24時間放置した後にフィルム質量Mwを測定し、次いでドライ窒素置換したイナートオーブンにて150℃にて1時間加熱乾燥し、1時間にて室温付近まで冷却後、オーブンから取り出して3分以内にフィルム質量Mdを測定し、以下の式にてフィルム含水率とした。
フィルム水分率[%]=100×(Mw-Md)/Md
所定温湿度として18℃38%RHの場合の水分率を水分率A、25℃50%RHの場合を水分率B、28℃65%RHの場合を水分率Cとした。
(10)フィルム含水率(TGA法)
特にフィルムの含水率が高い場合、ないし低い場合において、TGAを用いた方法によりフィルム含水率を求めた。含水率の調整法含めて個別の実施例、比較例にて説明する。
<フレキシブル積層体の反り度>
リジッド複合積層板を300℃で1hr加熱した後、第一の無機基板の外周に沿って切り込みを入れてフレキシブル積層体を第二の無機基板から剥離して350mm×450mmサイズの試験片とした。該試験片をそれぞれ平面上に凹状となるように静置し、四隅の平面からの距離(h1、h2、h3、h4:単位mm)を測定して、その平均値を反り量(mm)とした。この反り量を試験片の各頂点から中心までの距離(285.0mm)で除して百分率(%)で表わしたもの(100×(反り量(mm))/285.0)を剥離後のフレキシブル積層体反り度(%)とした。
リジッド複合積層板を300℃で1hr加熱した後、第一の無機基板の外周に沿って切り込みを入れてフレキシブル積層体を第二の無機基板から剥離して350mm×450mmサイズの試験片とした。該試験片をそれぞれ平面上に凹状となるように静置し、四隅の平面からの距離(h1、h2、h3、h4:単位mm)を測定して、その平均値を反り量(mm)とした。この反り量を試験片の各頂点から中心までの距離(285.0mm)で除して百分率(%)で表わしたもの(100×(反り量(mm))/285.0)を剥離後のフレキシブル積層体反り度(%)とした。
<滑剤粒子径>
各製造例で用いた滑剤(シリカ)の粒子径は、溶媒(ジメチルアセトアミド)に分散させた分散体の状態で、堀場製作所社製レーザー散乱式粒度分布系「LB-500」を用いて粒子径分布を求め、算出した体積平均粒子径を粒子径とした。
各製造例で用いた滑剤(シリカ)の粒子径は、溶媒(ジメチルアセトアミド)に分散させた分散体の状態で、堀場製作所社製レーザー散乱式粒度分布系「LB-500」を用いて粒子径分布を求め、算出した体積平均粒子径を粒子径とした。
<リジッド複合積層板の気泡数>
リジッド複合積層板を300℃で1hr加熱した後、該リジッド複合積層板のポリイミド層-無機基板界面を、キーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX-2000を用いて測定した。測定は第一の無機基板とポリイミド層の界面を測定する場合には入射光を第一の無機基板側から、第二の無機基板とポリイミド層の界面を測定する場合には入射光を第二の無機基板側から、それぞれ入射させて行った。測定は全て倍率1000倍にて行い、1クリック自動計測を用いたことで測定者毎の誤差をなくすようにした。測定は画像連結機能を用い、第二の無機基板側からは逆側にポリイミド層が存在する370mm×470mmの範囲のうち、第二の無機基板の頂点を含む100mm×100mmの範囲を、第一の無機基板側からは第一の無機基板の頂点を含む100mm×100mmの範囲を測定し、得られた画像を付属のソフトウェアを用いて解析し、自動面積計測を用いて無機基板とポリイミド層の界面に存在する長径0.5mm以上の気泡の数の合計を各界面について計測した。
リジッド複合積層板を300℃で1hr加熱した後、該リジッド複合積層板のポリイミド層-無機基板界面を、キーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX-2000を用いて測定した。測定は第一の無機基板とポリイミド層の界面を測定する場合には入射光を第一の無機基板側から、第二の無機基板とポリイミド層の界面を測定する場合には入射光を第二の無機基板側から、それぞれ入射させて行った。測定は全て倍率1000倍にて行い、1クリック自動計測を用いたことで測定者毎の誤差をなくすようにした。測定は画像連結機能を用い、第二の無機基板側からは逆側にポリイミド層が存在する370mm×470mmの範囲のうち、第二の無機基板の頂点を含む100mm×100mmの範囲を、第一の無機基板側からは第一の無機基板の頂点を含む100mm×100mmの範囲を測定し、得られた画像を付属のソフトウェアを用いて解析し、自動面積計測を用いて無機基板とポリイミド層の界面に存在する長径0.5mm以上の気泡の数の合計を各界面について計測した。
<複合積層板のリジッド性>
幅370mm、長さ470mmの複合積層板を机等の平面上に配置し、先端100mmを平面からせり出すように配置した際に、自重によるたわみが3mm未満となる剛性を持つ場合を「○」、3mm以上10mm未満となる剛性を持つ場合を「△」、10mm以上となる剛性を持つ場合を「×」として評価した。評価が○であるものをリジッド性がある複合積層板であると判定した。
幅370mm、長さ470mmの複合積層板を机等の平面上に配置し、先端100mmを平面からせり出すように配置した際に、自重によるたわみが3mm未満となる剛性を持つ場合を「○」、3mm以上10mm未満となる剛性を持つ場合を「△」、10mm以上となる剛性を持つ場合を「×」として評価した。評価が○であるものをリジッド性がある複合積層板であると判定した。
<積層体のフレキシブル性>
幅350mm、長さ450mmの複合積層板を曲げていき、割れやクラック等の問題を生じることなく曲率半径20mm未満まで曲げられる場合を「○」、20mm以上50mm未満となる場合を「△」、50mm以上となる場合を「×」として評価した。評価が○であるものをフレキシブル性がある複合積層板であると判定した。
幅350mm、長さ450mmの複合積層板を曲げていき、割れやクラック等の問題を生じることなく曲率半径20mm未満まで曲げられる場合を「○」、20mm以上50mm未満となる場合を「△」、50mm以上となる場合を「×」として評価した。評価が○であるものをフレキシブル性がある複合積層板であると判定した。
<表面組成比>
表面組成比は、X線光電子分光分析(ESCA)にて測定した。測定は、アルバック・ファイ社製「ESCA5801MC」を用いて下記の条件で行った。測定に際しては、まず全元素スキャンを行って他の元素の有無を確認した後に、存在する元素のナロースキャンを行って存在比率を測定した。なお、測定に供する試料は、予備排気を十分に行った後に測定室に投入するようにしており、イオン照射等により測定前にサンプル表面を削り取るといった操作は行っていない。
励起X線:Mg、Kα線
光電子脱出角度:45°
分析径:φ800μm
パスエネルギー:29.35eV(ナロースキャン)、187.75eV(全元素スキャン)
ステップ:0.125eV(ナロースキャン)、1.6eV(全元素スキャン)
分析元素:C, O, N, Si, 全元素
真空度:1×10-8Torr以下
表面組成比は、X線光電子分光分析(ESCA)にて測定した。測定は、アルバック・ファイ社製「ESCA5801MC」を用いて下記の条件で行った。測定に際しては、まず全元素スキャンを行って他の元素の有無を確認した後に、存在する元素のナロースキャンを行って存在比率を測定した。なお、測定に供する試料は、予備排気を十分に行った後に測定室に投入するようにしており、イオン照射等により測定前にサンプル表面を削り取るといった操作は行っていない。
励起X線:Mg、Kα線
光電子脱出角度:45°
分析径:φ800μm
パスエネルギー:29.35eV(ナロースキャン)、187.75eV(全元素スキャン)
ステップ:0.125eV(ナロースキャン)、1.6eV(全元素スキャン)
分析元素:C, O, N, Si, 全元素
真空度:1×10-8Torr以下
<接着力>
フィルムとガラスとの接着力(90度剥離強度)は、JIS C6471に記載の90度剥離法に従い、以下の装置、条件において測定した。
装置名; 島津製作所社製「オートグラフAG-IS」
測定温度; 室温
剥離速度; 50mm/min
雰囲気; 大気
測定サンプル幅; 10mm
なお、試験片は図5.に示す構成と方法にて作製した。
まず、図5(A)に示すように、7支持板上に、1第一の無機基板、2ポリイミドフィルム、3第二の無機基板、5第一のダミー無機基板、6第二のダミー無機基板、を図のように配置して並べ、
次いで図5(B)に示すようにロールラミネータにより貼り合わせを行い、
次いで図5(C)に示すようにダミー基板を取り去り、必要に応じて熱処理などを行い、
次いで図5(D)に示すようにポリイミドフィルムと第一の無機基板とを90度剥離して接着強度を測定する。
次いで図5(E)に示すようにポリイミドフィルムと第二の無機基板とを90度剥離して接着強度をする。
なお、この図ではロールラミネートにより第一の無機基板、ポリイミドフィルム、第二の無機基板を同時に張り合わせる例としたが、同様のフィルム、ガラスの配置にて、逐次に二段階で張り合わせる方法、プレスを用いての同時、ないし逐次の張り合わせ、あるいは、ロールラミネーター、プレス、ないし他の張り合わせ手段を逐次組み合わせての張り合わせも可能である。試験片は、それぞれの実施例、比較例に記述された張り合わせ方法にて作製した。
フィルムとガラスとの接着力(90度剥離強度)は、JIS C6471に記載の90度剥離法に従い、以下の装置、条件において測定した。
装置名; 島津製作所社製「オートグラフAG-IS」
測定温度; 室温
剥離速度; 50mm/min
雰囲気; 大気
測定サンプル幅; 10mm
なお、試験片は図5.に示す構成と方法にて作製した。
まず、図5(A)に示すように、7支持板上に、1第一の無機基板、2ポリイミドフィルム、3第二の無機基板、5第一のダミー無機基板、6第二のダミー無機基板、を図のように配置して並べ、
次いで図5(B)に示すようにロールラミネータにより貼り合わせを行い、
次いで図5(C)に示すようにダミー基板を取り去り、必要に応じて熱処理などを行い、
次いで図5(D)に示すようにポリイミドフィルムと第一の無機基板とを90度剥離して接着強度を測定する。
次いで図5(E)に示すようにポリイミドフィルムと第二の無機基板とを90度剥離して接着強度をする。
なお、この図ではロールラミネートにより第一の無機基板、ポリイミドフィルム、第二の無機基板を同時に張り合わせる例としたが、同様のフィルム、ガラスの配置にて、逐次に二段階で張り合わせる方法、プレスを用いての同時、ないし逐次の張り合わせ、あるいは、ロールラミネーター、プレス、ないし他の張り合わせ手段を逐次組み合わせての張り合わせも可能である。試験片は、それぞれの実施例、比較例に記述された張り合わせ方法にて作製した。
〔製造例1~2〕
(ポリアミド酸溶液A1~A2の調製)
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、5-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンゾオキサゾール223質量部と、N,N-ジメチルアセトアミド4416質量部とを加えて完全に溶解させ、次いで、ピロメリット酸二無水物217質量部とともに、滑材としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)とをシリカ(滑材)が表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)になるように加え、25℃の反応温度で24時間攪拌して、褐色で粘調なポリアミド酸溶液A1~A2を得た。
(ポリアミド酸溶液A1~A2の調製)
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、5-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンゾオキサゾール223質量部と、N,N-ジメチルアセトアミド4416質量部とを加えて完全に溶解させ、次いで、ピロメリット酸二無水物217質量部とともに、滑材としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)とをシリカ(滑材)が表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)になるように加え、25℃の反応温度で24時間攪拌して、褐色で粘調なポリアミド酸溶液A1~A2を得た。
〔製造例3~4〕
(ポリアミド酸溶液B1~B2の調製)
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、ピロメリット酸無水物545質量部と、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル500質量部とを、8000質量部のN, N-ジメチルアセトアミドに溶解させて加え、滑材としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)をシリカ(滑材)が表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)になるように加え、温度を20℃以下に保ちながら24時間攪拌して、ポリアミド酸溶液B1~B2を得た。
(ポリアミド酸溶液B1~B2の調製)
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、ピロメリット酸無水物545質量部と、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル500質量部とを、8000質量部のN, N-ジメチルアセトアミドに溶解させて加え、滑材としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)をシリカ(滑材)が表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)になるように加え、温度を20℃以下に保ちながら24時間攪拌して、ポリアミド酸溶液B1~B2を得た。
〔製造例5~6〕
(ポリアミド酸溶液C1~C2の調製)
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、3, 3', 4, 4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物398質量部と、パラフェニレンジアミン147質量部とを、4600質量部のN, N-ジメチルアセトアミドに溶解させて加え、滑材としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)をシリカが表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)になるように加え、25℃の反応温度で24時間攪拌して、褐色で粘調なポリアミド酸溶液C1~C2を得た。
(ポリアミド酸溶液C1~C2の調製)
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、3, 3', 4, 4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物398質量部と、パラフェニレンジアミン147質量部とを、4600質量部のN, N-ジメチルアセトアミドに溶解させて加え、滑材としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)をシリカが表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)になるように加え、25℃の反応温度で24時間攪拌して、褐色で粘調なポリアミド酸溶液C1~C2を得た。
〔製造例7〕
(ポリアミド酸溶液D1の調製)
窒素導入管、温度計、撹拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、ジアミン成分として2, 2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)176.5質量部とN, N-ジメチルアセトアミド1200重量部とを仕込んで溶解させた後、反応容器を冷却しながら、テトラカルボン酸成分として1, 2, 4, 5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(PMDA-H)122.9質量部(ジアミン成分1モルに対して0.995モルに相当)を固体のまま分割添加し、室温で18時間撹拌した。次いで、滑剤として体積平均粒子径80nmのコロイダルシリカをN, N-ジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)を表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)となるように加え、その後N, N-ジメチルアセトアミド500質量部で希釈して、ポリアミド酸溶液D1を得た。
(ポリアミド酸溶液D1の調製)
窒素導入管、温度計、撹拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、ジアミン成分として2, 2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)176.5質量部とN, N-ジメチルアセトアミド1200重量部とを仕込んで溶解させた後、反応容器を冷却しながら、テトラカルボン酸成分として1, 2, 4, 5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物(PMDA-H)122.9質量部(ジアミン成分1モルに対して0.995モルに相当)を固体のまま分割添加し、室温で18時間撹拌した。次いで、滑剤として体積平均粒子径80nmのコロイダルシリカをN, N-ジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)を表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)となるように加え、その後N, N-ジメチルアセトアミド500質量部で希釈して、ポリアミド酸溶液D1を得た。
〔製造例8〕
(ポリアミド酸溶液E1の調製)
窒素導入管、温度計、撹拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、ジアミン成分として2, 2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)143.1質量部と1, 4-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン(p-6FAPB)47.8質量部とN, N-ジメチルアセトアミド1200重量部とを仕込んで溶解させた後、反応容器を冷却しながら、テトラカルボン酸成分としてシクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)109.1質量部(ジアミン成分1モルに対して0.995モルに相当)を固体のまま分割添加し、室温で12時間撹拌した。次いで、滑剤として体積平均粒子径80nmのコロイダルシリカをN, N-ジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)を表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)となるように加え、得られた反応溶液をN, N-ジメチルアセトアミド1000質量部で希釈して、ポリアミド酸溶液E1を得た。
(ポリアミド酸溶液E1の調製)
窒素導入管、温度計、撹拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、ジアミン成分として2, 2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)143.1質量部と1, 4-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン(p-6FAPB)47.8質量部とN, N-ジメチルアセトアミド1200重量部とを仕込んで溶解させた後、反応容器を冷却しながら、テトラカルボン酸成分としてシクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)109.1質量部(ジアミン成分1モルに対して0.995モルに相当)を固体のまま分割添加し、室温で12時間撹拌した。次いで、滑剤として体積平均粒子径80nmのコロイダルシリカをN, N-ジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)を表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)となるように加え、得られた反応溶液をN, N-ジメチルアセトアミド1000質量部で希釈して、ポリアミド酸溶液E1を得た。
〔製造例9〕
(ポリアミド酸溶液E2の調製)
窒素導入管、温度計、撹拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、ジアミン成分として2, 2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)122.7質量部と1, 4-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン(p-6FAPB)70.3質量部とN, N-ジメチルアセトアミド1200重量部とを仕込んで溶解させた後、反応容器を冷却しながら、テトラカルボン酸成分としてシクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)107.0質量部(ジアミン成分1モルに対して0.995モルに相当)を固体のまま分割添加し、室温で12時間撹拌した。次いで、滑剤として体積平均粒子径80nmのコロイダルシリカをN, N-ジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)を表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)となるように加え、得られた反応溶液をN, N-ジメチルアセトアミド1000質量部で希釈して、ポリアミド酸溶液E2を得た。
(ポリアミド酸溶液E2の調製)
窒素導入管、温度計、撹拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、ジアミン成分として2, 2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)122.7質量部と1, 4-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン(p-6FAPB)70.3質量部とN, N-ジメチルアセトアミド1200重量部とを仕込んで溶解させた後、反応容器を冷却しながら、テトラカルボン酸成分としてシクロブタンテトラカルボン酸二無水物(CBDA)107.0質量部(ジアミン成分1モルに対して0.995モルに相当)を固体のまま分割添加し、室温で12時間撹拌した。次いで、滑剤として体積平均粒子径80nmのコロイダルシリカをN, N-ジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)を表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)となるように加え、得られた反応溶液をN, N-ジメチルアセトアミド1000質量部で希釈して、ポリアミド酸溶液E2を得た。
<フィルム作製例1>
ポリアミド酸溶液A1を、製膜支持体としての幅1500mmの長尺ポリエチレンテレフタレート(PET)製フィルム(東洋紡株式会社製「A-4100」)の無滑材面上に、表2中「(b層)厚さ」として示す乾燥膜厚となるようにコンマコーターを用いてコーティングし、次いで、ダイコーターを用いてポリアミド酸溶液A2を、表2中「(a層)厚さ」として示す乾燥膜厚となるように、ポリアミド酸溶液A1の上に重ねてコーティングし、110℃にて20min乾燥して、製膜支持体のPET製フィルム上に2層構成の多層ポリアミド酸フィルムを得た。
ポリアミド酸溶液A1を、製膜支持体としての幅1500mmの長尺ポリエチレンテレフタレート(PET)製フィルム(東洋紡株式会社製「A-4100」)の無滑材面上に、表2中「(b層)厚さ」として示す乾燥膜厚となるようにコンマコーターを用いてコーティングし、次いで、ダイコーターを用いてポリアミド酸溶液A2を、表2中「(a層)厚さ」として示す乾燥膜厚となるように、ポリアミド酸溶液A1の上に重ねてコーティングし、110℃にて20min乾燥して、製膜支持体のPET製フィルム上に2層構成の多層ポリアミド酸フィルムを得た。
次に、得られた2層構成の多層ポリアミド酸フィルムを製膜支持体のPET製フィルムから剥離し、幅1380mmの自己支持性ポリアミド酸フィルムを得た。この自己支持性ポリアミド酸フィルムを3つの熱処理ゾーンを有するピンテンターに通し、1段目150℃×4min、2段目220℃×4min、3段目475℃×8minの熱処理を行い、1300mm幅にスリットして、多層構造のポリイミドフィルム1を得た。なお、熱処理後、剥離可能な非ポリイミド保護フィルムとして、片面に微粘着層を備えたPETフィルム(保護フィルムA)をa層側(本実施例ではポリアミド酸溶液A2側)にラミネートしてから巻き取った。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。なお、前記保護フィルムAは、フィルム表面への異物付着や傷付き等を防止する目的で貼着しているものであり、比較的低温でroll to rollにて搬送する際や、人手によるハンドリングを行う際には、保護フィルムAは貼着した状態で操作を行った。しかしながら、例えば130℃を超える条件下でプレスやラミネートなどを行う際、または、保護フィルムAを貼着した面に各処理を施す際には、かかる保護フィルムAを剥がした後に各操作を行った。
<フィルム作製例2>
ポリアミド酸溶液A1、A2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム2を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
ポリアミド酸溶液A1、A2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム2を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
<フィルム作製例3>
ポリアミド酸溶液A1とA2の塗布順番を入れ替える(すなわち、b層をポリアミド酸溶液A2で形成し、a層をポリアミド酸溶液A1で形成する)とともに、ポリアミド酸溶液A1、A2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム3を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
ポリアミド酸溶液A1とA2の塗布順番を入れ替える(すなわち、b層をポリアミド酸溶液A2で形成し、a層をポリアミド酸溶液A1で形成する)とともに、ポリアミド酸溶液A1、A2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム3を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
<フィルム作製例4>
ポリアミド酸溶液A1、A2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム4を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
ポリアミド酸溶液A1、A2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム4を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
<フィルム作製例5>
ポリアミド酸溶液A2を塗布しない(すなわち、a層を形成しない)ようにし、ポリアミド酸溶液A1の塗布量を、表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム5を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
ポリアミド酸溶液A2を塗布しない(すなわち、a層を形成しない)ようにし、ポリアミド酸溶液A1の塗布量を、表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム5を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
<フィルム作製例6>
ポリアミド酸溶液A1をB1に変更し、ポリアミド酸溶液A2をB2に変更するとともに、ポリアミド酸溶液B1、B2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム6を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
ポリアミド酸溶液A1をB1に変更し、ポリアミド酸溶液A2をB2に変更するとともに、ポリアミド酸溶液B1、B2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム6を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
<フィルム作製例7>
ポリアミド酸溶液A1をC1に変更し、ポリアミド酸溶液A2をC2に変更するとともに、ポリアミド酸溶液C1、C2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム7を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
ポリアミド酸溶液A1をC1に変更し、ポリアミド酸溶液A2をC2に変更するとともに、ポリアミド酸溶液C1、C2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム7を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
<フィルム作製例8>
ポリアミド酸溶液A1をC1に変更するとともに、ポリアミド酸溶液A2を塗布しない(すなわち、a層を形成しない)ようにし、ポリアミド酸溶液C1の塗布量を表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム8を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
ポリアミド酸溶液A1をC1に変更するとともに、ポリアミド酸溶液A2を塗布しない(すなわち、a層を形成しない)ようにし、ポリアミド酸溶液C1の塗布量を表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例1と同様にして、ポリイミドフィルム8を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
<フィルム作製例9>
ポリアミド酸溶液D1を用い、以下の手順でそれぞれポリイミドフィルム9~11を作製した。各ポリアミド酸溶液を、スリットダイを用いて幅1050mmの長尺ポリエステルフィルム(東洋紡株式会社製「A-4100」)の平滑面(無滑剤面)上に、イミド化後の膜厚が表2に示す厚さとなるように塗布し、80℃にて8分間乾燥した後、製膜支持体のPET製フィルムから剥離し、幅920mmの自己支持性のポリアミド酸フィルムを得た。得られた自己支持性のポリアミド酸フィルムを3つの熱処理ゾーンを有するピンテンターに通し、イナートオーブンにてN2ガス雰囲気下、1段目150℃×2min、2段目220℃×2min、3段目475℃×4minの熱処理を施してイミド化させ、幅840mmの長尺ポリイミドフィルム(1000m巻き)を得た。
なお、熱処理後、剥離可能な非ポリイミド保護フィルムとして、片面に微粘着層を備えたPETフィルム(保護フィルムA)をa層側(本実施例ではポリアミド酸溶液D側もしくはE1, E2)にラミネートしてから巻き取った。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。なお、前記保護フィルムAは、フィルム表面への異物付着や傷付き等を防止する目的で貼着しているものであり、比較的低温でroll to rollにて搬送する際や、人手によるハンドリングを行う際には、保護フィルムAは貼着した状態で操作を行った。しかしながら、例えば130℃を超える条件下でプレスやラミネートなどを行う際、または、保護フィルムAを貼着した面に各処理を施す際には、かかる保護フィルムAを剥がした後に各操作を行った。
ポリアミド酸溶液D1を用い、以下の手順でそれぞれポリイミドフィルム9~11を作製した。各ポリアミド酸溶液を、スリットダイを用いて幅1050mmの長尺ポリエステルフィルム(東洋紡株式会社製「A-4100」)の平滑面(無滑剤面)上に、イミド化後の膜厚が表2に示す厚さとなるように塗布し、80℃にて8分間乾燥した後、製膜支持体のPET製フィルムから剥離し、幅920mmの自己支持性のポリアミド酸フィルムを得た。得られた自己支持性のポリアミド酸フィルムを3つの熱処理ゾーンを有するピンテンターに通し、イナートオーブンにてN2ガス雰囲気下、1段目150℃×2min、2段目220℃×2min、3段目475℃×4minの熱処理を施してイミド化させ、幅840mmの長尺ポリイミドフィルム(1000m巻き)を得た。
なお、熱処理後、剥離可能な非ポリイミド保護フィルムとして、片面に微粘着層を備えたPETフィルム(保護フィルムA)をa層側(本実施例ではポリアミド酸溶液D側もしくはE1, E2)にラミネートしてから巻き取った。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。なお、前記保護フィルムAは、フィルム表面への異物付着や傷付き等を防止する目的で貼着しているものであり、比較的低温でroll to rollにて搬送する際や、人手によるハンドリングを行う際には、保護フィルムAは貼着した状態で操作を行った。しかしながら、例えば130℃を超える条件下でプレスやラミネートなどを行う際、または、保護フィルムAを貼着した面に各処理を施す際には、かかる保護フィルムAを剥がした後に各操作を行った。
<フィルム作製例10~12>
ポリアミド酸溶液DをE1、E2に変更するとともに、ポリアミド酸溶液E1、E2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例9と同様にして、ポリイミドフィルム10~12を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
ポリアミド酸溶液DをE1、E2に変更するとともに、ポリアミド酸溶液E1、E2の塗布量を、それぞれ表2に示す乾燥膜厚となるように変更したこと以外は、フィルム作製例9と同様にして、ポリイミドフィルム10~12を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表2に示す。
<フィルム作製例13~15>
市販の東レデュポン製「カプトン(登録商標)100H」をフィルム13、市販の宇部興産製「ユーピレックス(登録商標)25S」をフィルム14、市販の荒川化学工業製「ポミランT25」をフィルム15、とした。
市販の東レデュポン製「カプトン(登録商標)100H」をフィルム13、市販の宇部興産製「ユーピレックス(登録商標)25S」をフィルム14、市販の荒川化学工業製「ポミランT25」をフィルム15、とした。
<フィルム処理例1>
フィルム1~15に対し、各ポリイミドフィルムの両面に真空プラズマ処理を施した。真空プラズマ処理としては、平行平板型の電極を使ったRIEモード、RFプラズマによる処理を採用し、真空チャンバー内にN2ガス及びO2ガスを流量比5:95にて導入し、13.56MHzの高周波電力を導入するようにし、処理時間は3minとした。得られた処理後の各ポリイミドフィルムの特性を評価したが、いずれのフィルムも処理前と大きく変化する項目はなかった。
フィルム1~15に対し、各ポリイミドフィルムの両面に真空プラズマ処理を施した。真空プラズマ処理としては、平行平板型の電極を使ったRIEモード、RFプラズマによる処理を採用し、真空チャンバー内にN2ガス及びO2ガスを流量比5:95にて導入し、13.56MHzの高周波電力を導入するようにし、処理時間は3minとした。得られた処理後の各ポリイミドフィルムの特性を評価したが、いずれのフィルムも処理前と大きく変化する項目はなかった。
<フィルム処理例2>
フィルム1に対し、ポリイミドフィルムの両面に大気圧プラズマ処理を施した。大気圧プラズマ処理は、ダイレクト型でスリット状の横に長いヘッドが自動式にワーク上を移動するタイプの機構を持つ大気圧プラズマ処理装置を用い、流量比が窒素/酸素=95/5(常圧体積比)の混合ガスを処理ガスとし、放電出力を2kWとして行った。ガラス板がプラズマに曝露されている時間は概ね60sec程度であった。得られた処理後の各ポリイミドフィルムの特性を評価したが、いずれのフィルムも処理前と大きく変化する項目はなかった。
フィルム1に対し、ポリイミドフィルムの両面に大気圧プラズマ処理を施した。大気圧プラズマ処理は、ダイレクト型でスリット状の横に長いヘッドが自動式にワーク上を移動するタイプの機構を持つ大気圧プラズマ処理装置を用い、流量比が窒素/酸素=95/5(常圧体積比)の混合ガスを処理ガスとし、放電出力を2kWとして行った。ガラス板がプラズマに曝露されている時間は概ね60sec程度であった。得られた処理後の各ポリイミドフィルムの特性を評価したが、いずれのフィルムも処理前と大きく変化する項目はなかった。
<フィルム処理例3>
フィルム1に対し、各ポリイミドフィルムの両面に真空プラズマ処理を施した。真空プラズマ処理としては、平行平板型の電極を使ったRIEモード、RFプラズマによる処理を採用し、真空チャンバー内にN2ガス及びO2ガスを流量比5:95にて導入し、13.56MHzの高周波電力を導入するようにし、処理時間は15secとした。得られた処理後の各ポリイミドフィルムの特性を評価したが、いずれのフィルムも処理前と大きく変化する項目はなかった。
フィルム1に対し、各ポリイミドフィルムの両面に真空プラズマ処理を施した。真空プラズマ処理としては、平行平板型の電極を使ったRIEモード、RFプラズマによる処理を採用し、真空チャンバー内にN2ガス及びO2ガスを流量比5:95にて導入し、13.56MHzの高周波電力を導入するようにし、処理時間は15secとした。得られた処理後の各ポリイミドフィルムの特性を評価したが、いずれのフィルムも処理前と大きく変化する項目はなかった。
<実施例1~16>
窒素置換したグローブボックス内でN2ガスを流しながら、シランカップリング剤である3-アミノプロピルトリメトキシシランをイソプロピルアルコールによって0.5質量%に希釈した後、第一の無機基板として予め別途洗浄、乾燥しておいたガラス(旭硝子社製「Spool」;350mm×450mm×0.1mm厚)をスピンコーターに設置して、シランカップリング剤を回転中央部に滴下させて500rpmにて回転させ、次いで1500rpmにて回転させることにより無機基板全面を濡らした状態として塗布した後に、乾燥状態とした。これをクリーンベンチ内に載置した110℃に加熱したホットプレート上で1min加熱して、それぞれ表3に示す厚さのカップリング処理層を備えたカップリング剤処理済の第一の無機基板を得た。
窒素置換したグローブボックス内でN2ガスを流しながら、シランカップリング剤である3-アミノプロピルトリメトキシシランをイソプロピルアルコールによって0.5質量%に希釈した後、第一の無機基板として予め別途洗浄、乾燥しておいたガラス(旭硝子社製「Spool」;350mm×450mm×0.1mm厚)をスピンコーターに設置して、シランカップリング剤を回転中央部に滴下させて500rpmにて回転させ、次いで1500rpmにて回転させることにより無機基板全面を濡らした状態として塗布した後に、乾燥状態とした。これをクリーンベンチ内に載置した110℃に加熱したホットプレート上で1min加熱して、それぞれ表3に示す厚さのカップリング処理層を備えたカップリング剤処理済の第一の無機基板を得た。
次に、第二の無機基板として予め別途洗浄、乾燥しておいたガラス(コーニング社製「コーニングEAGLE XG」;370mm×470mm×0.7mm厚)をスピンコーターに設置し、第一の無機基板の場合と同様の手順でカップリング剤を塗布することにより、それぞれ表3に示す厚さのカップリング剤処理層を備えたカップリング剤処理済の第二の無機基板を得た。
次に、上記で得たカップリング剤処理層を備えた第一の無機基板と第二の無機基板のカップリング処理層面に、360mm×460mmに切り抜いたポリイミドフィルムをマスクとして載置し、第一の無機基板と第二の無機基板のそれぞれ周囲5mmずつを残して360mm×460mmの範囲内にUV照射処理を行った。なお、UV照射は、ランテクニカルサービス株式会社製のUV/O3洗浄改質装置(「SKT2005Y-02」)とUVランプ(「SE-2003W03」)とを用い、該UVランプから1cm程度離れた距離から2min行った。照射時にはUV/O3洗浄改質装置内には特別な気体は入れず、UV照射は、大気雰囲気、室温で行った。なお、UVランプは185nm(不活性化処理を促進するO3を発生させうる短波長)と254nmの波長の輝線を出しており、このとき照度は46mW/cm2程度(照度計(「SEC SM-254」)にて254nmの波長で測定)であった。
次に、フィルム処理例1~16で得られた処理後のポリイミドフィルムを幅370mm×長さ470mmにカットし、別途洗浄、乾燥を行った。UV照射処理後の第一の無機基板のカップリング剤処理・UV照射処理面と、ポリイミドフィルムの表面処理面とが対向するようにし、ガラスの各辺がフィルムの各辺から10mmずつ内側に来るように重ね合わせ、室温にてロール圧(線圧)20N/cm(加圧実効幅5mmとして、実効推定圧0.4MPa程度)でロールラミネートにより加圧した後に、100℃のドライオーブン中、常圧にて30min加熱することにより、フレキシブル積層体を得た。
なお表裏で異なるポリアミド酸溶液を用いて作製した、フィルムNo1.2.3.4.6.7.を用いた場合には、フィルム作製例におけるa層側を第一の無機基板側となるように組み合わせた。
また、フィルム処理後のポリイミドフィルムは、少なくとも室温が18℃~27℃、湿度が38~72%の範囲に24時間以上保管されており、その際の含水率は0.45%~1.48%である。
なお表裏で異なるポリアミド酸溶液を用いて作製した、フィルムNo1.2.3.4.6.7.を用いた場合には、フィルム作製例におけるa層側を第一の無機基板側となるように組み合わせた。
また、フィルム処理後のポリイミドフィルムは、少なくとも室温が18℃~27℃、湿度が38~72%の範囲に24時間以上保管されており、その際の含水率は0.45%~1.48%である。
次に、第二の無機基板のカップリング剤処理・UV照射処理面と、フレキシブル積層体のポリイミドフィルム面とが対向し、ポリイミドフィルムと第二の無機基板にずれが生じないように重ね合わせ、室温にてロール圧(線圧)20N/cm(加圧実効幅5mmとして、実効推定圧0.4MPa程度)でロールラミネートにより加圧した後に、100℃のドライオーブン中、常圧にて30min加熱することにより、リジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。
<実施例17>
第二の無機基板とポリイミド層を積層させる際、両面を真空プラズマ処理したポリイミドフィルムを用いることに代えて、以下の条件にて第二の無機基板上にポリアミド酸溶液A2のコーティング膜層を形成し、加熱・硬化させてポリイミド層とし、さらにポリイミド層に真空プラズマ処理を行ってから第一の無機基板と積層させること以外は、実施例1と同様にして本発明のリジッド複合積層板を得た。ポリイミド層積層の際には、ポリアミド酸溶液A2をバーコーターにより最終膜厚が4μmとなるようにコーティングし、次いで防爆型の乾燥機を用いて220℃にて10min乾燥し、さらに窒素置換したマッフル炉にて450℃10min熱処理を行い、第二の無機基板にポリイミド層を形成した。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。
第二の無機基板とポリイミド層を積層させる際、両面を真空プラズマ処理したポリイミドフィルムを用いることに代えて、以下の条件にて第二の無機基板上にポリアミド酸溶液A2のコーティング膜層を形成し、加熱・硬化させてポリイミド層とし、さらにポリイミド層に真空プラズマ処理を行ってから第一の無機基板と積層させること以外は、実施例1と同様にして本発明のリジッド複合積層板を得た。ポリイミド層積層の際には、ポリアミド酸溶液A2をバーコーターにより最終膜厚が4μmとなるようにコーティングし、次いで防爆型の乾燥機を用いて220℃にて10min乾燥し、さらに窒素置換したマッフル炉にて450℃10min熱処理を行い、第二の無機基板にポリイミド層を形成した。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。
<実施例18>
フィルム処理例10のポリイミドフィルムに代えて、表面処理を行っていないポリイミドフィルム10を用いる以外は、実施例10と同様にして本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。
フィルム処理例10のポリイミドフィルムに代えて、表面処理を行っていないポリイミドフィルム10を用いる以外は、実施例10と同様にして本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。
<実施例19>
フレキシブル積層体中のポリイミド層の含有水分率を1.53%に調整してからフレキシブル積層体と第二の無機基板の接合を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。含有水分率の調製は水中に12hr放置した後、150℃大気中で1.5min加熱乾燥することにより達成した。ポリイミド層の含有水分率はTGA測定により行い150℃10minでの重量減少度を元に算出した。算出した重量減少度中の水分以外の寄与が1%以下であることはGC-MS分析により別途確認した。
フレキシブル積層体中のポリイミド層の含有水分率を1.53%に調整してからフレキシブル積層体と第二の無機基板の接合を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。含有水分率の調製は水中に12hr放置した後、150℃大気中で1.5min加熱乾燥することにより達成した。ポリイミド層の含有水分率はTGA測定により行い150℃10minでの重量減少度を元に算出した。算出した重量減少度中の水分以外の寄与が1%以下であることはGC-MS分析により別途確認した。
<実施例20>
フレキシブル積層体中のポリイミド層の含有水分率を0.15%に調整してからフレキシブル積層体と第二の無機基板の接合を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。含有水分率の調製は25℃RH50%の大気中に2日間放置した後、150℃大気中で4min加熱乾燥することにより達成した。ポリイミド層の含有水分率は実施例20と同様にして確認した。
フレキシブル積層体中のポリイミド層の含有水分率を0.15%に調整してからフレキシブル積層体と第二の無機基板の接合を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。含有水分率の調製は25℃RH50%の大気中に2日間放置した後、150℃大気中で4min加熱乾燥することにより達成した。ポリイミド層の含有水分率は実施例20と同様にして確認した。
<実施例21>
第一の無機基板として、厚さ0.725μmのシリコンウエハ(Siウエハ)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。なお、この実施例23以外の各実施例についても、第一の無機基板としてガラスの代わりにSiウエハを使用する以外は同様に行ってリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果はいずれも、それぞれガラスを第一の無機基板とした時とほぼ同一であった。
第一の無機基板として、厚さ0.725μmのシリコンウエハ(Siウエハ)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。なお、この実施例23以外の各実施例についても、第一の無機基板としてガラスの代わりにSiウエハを使用する以外は同様に行ってリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果はいずれも、それぞれガラスを第一の無機基板とした時とほぼ同一であった。
<実施例22>
第二の無機基板へのUV照射処理の代わりに、360mm×460mmに切り抜いたポリイミドフィルムをマスクとして載置し、ポリイミドフィルムの面のうち第二の無機基板と対向する面の周囲5mmずつを残して360mm×460mmの範囲内にUV照射処理を行う以外は実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。UV照射処理は、照射時間が4minである以外は第二の無機基板への照射処理と全く同一の条件で行った。
なお、この実施例22以外の各実施例についても、第二の無機基板へのUV照射処理の代わりにポリイミド層へのUV照射処理を用いること以外は同様に行ってリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果はいずれも、それぞれ第二の無機基板へUV照射処理を行った時とほぼ同一であった。
第二の無機基板へのUV照射処理の代わりに、360mm×460mmに切り抜いたポリイミドフィルムをマスクとして載置し、ポリイミドフィルムの面のうち第二の無機基板と対向する面の周囲5mmずつを残して360mm×460mmの範囲内にUV照射処理を行う以外は実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。UV照射処理は、照射時間が4minである以外は第二の無機基板への照射処理と全く同一の条件で行った。
なお、この実施例22以外の各実施例についても、第二の無機基板へのUV照射処理の代わりにポリイミド層へのUV照射処理を用いること以外は同様に行ってリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果はいずれも、それぞれ第二の無機基板へUV照射処理を行った時とほぼ同一であった。
<実施例23>
第二の無機基板へのUV照射処理に加え、360mm×460mmに切り抜いたポリイミドフィルムをマスクとして載置し、ポリイミドフィルムの面のうち第二の無機基板と対向する面の周囲5mmずつを残して360mm×460mmの範囲内にUV照射処理を行う以外は、実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。UV照射処理は、照射時間が4minである以外は第二の無機基板への照射処理と全く同一の条件で行った。
なお、この実施例23以外の各実施例についても、第二の無機基板へのUV照射処理に加えてポリイミド層へもUV照射処理を行う以外は同様に行ってリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果については、UV照射部の剥離強度がさらに弱まることを除き、いずれについてもそれぞれ第二の無機基板のみへUV照射処理を行った時とほぼ同一であった。
第二の無機基板へのUV照射処理に加え、360mm×460mmに切り抜いたポリイミドフィルムをマスクとして載置し、ポリイミドフィルムの面のうち第二の無機基板と対向する面の周囲5mmずつを残して360mm×460mmの範囲内にUV照射処理を行う以外は、実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。UV照射処理は、照射時間が4minである以外は第二の無機基板への照射処理と全く同一の条件で行った。
なお、この実施例23以外の各実施例についても、第二の無機基板へのUV照射処理に加えてポリイミド層へもUV照射処理を行う以外は同様に行ってリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果については、UV照射部の剥離強度がさらに弱まることを除き、いずれについてもそれぞれ第二の無機基板のみへUV照射処理を行った時とほぼ同一であった。
<実施例24>
第一の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合した後に第二の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合する代わりに、第二の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合した後に第一の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合する以外は実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。なお、この実施例26以外の各実施例についても第二の無機基板とポリイミド層を接合した後に第一の無機基板とポリイミド層を接合してリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果はいずれも、第一の無機基板とポリイミド層を接合した後に第二の無機基板とポリイミド層を接合した時とほぼ同一であった。
第一の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合した後に第二の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合する代わりに、第二の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合した後に第一の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合する以外は実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。なお、この実施例26以外の各実施例についても第二の無機基板とポリイミド層を接合した後に第一の無機基板とポリイミド層を接合してリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果はいずれも、第一の無機基板とポリイミド層を接合した後に第二の無機基板とポリイミド層を接合した時とほぼ同一であった。
<実施例25>
第一の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合した後に第二の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合する代わりに、第一の無機基板とポリイミド層及びポリイミド層と第二の無機基板の加圧・加熱による接合を同時に行う以外は実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。なお、この実施例25以外の各実施例についても第一の無機基板とポリイミド層及びポリイミド層と第二の無機基板を同時に接合してリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果はいずれも、第一の無機基板とポリイミド層を接合した後に第二の無機基板とポリイミド層を接合した時とほぼ同一であった。
第一の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合した後に第二の無機基板とポリイミド層を加圧・加熱により接合する代わりに、第一の無機基板とポリイミド層及びポリイミド層と第二の無機基板の加圧・加熱による接合を同時に行う以外は実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。なお、この実施例25以外の各実施例についても第一の無機基板とポリイミド層及びポリイミド層と第二の無機基板を同時に接合してリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果はいずれも、第一の無機基板とポリイミド層を接合した後に第二の無機基板とポリイミド層を接合した時とほぼ同一であった。
<実施例26>
第一の無機基板と第二の無機基板-ポリイミドフィルム積層体を積層しリジッド積層板とする際の加圧・加熱処理を、大気中、300℃で8MPaの圧力にて104Pa程度の減圧下にて20minプレスすることにより行ったこと以外は、実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。なお、この実施例26以外の各実施例についても、ロールラミネートの代わりにプレスを用いてリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果はいずれもロールラミネートを用いてポリイミド層を接合した時とほぼ同一であった。
第一の無機基板と第二の無機基板-ポリイミドフィルム積層体を積層しリジッド積層板とする際の加圧・加熱処理を、大気中、300℃で8MPaの圧力にて104Pa程度の減圧下にて20minプレスすることにより行ったこと以外は、実施例1と同様にして、本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。なお、この実施例26以外の各実施例についても、ロールラミネートの代わりにプレスを用いてリジッド複合積層板を得たが、得られたリジッド複合積層板の評価結果はいずれもロールラミネートを用いてポリイミド層を接合した時とほぼ同一であった。
<実施例27>
フィルム処理例1のポリイミドフィルムに代えて、フィルム処理例3のポリイミドフィルム1を用いたことと、第二の無機基板へのUV処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。
フィルム処理例1のポリイミドフィルムに代えて、フィルム処理例3のポリイミドフィルム1を用いたことと、第二の無機基板へのUV処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして本発明のリジッド複合積層板を得た。得られたリジッド複合積層板の評価結果を表3に示す。
<実施例28>
実施例1にて得られたリジッド複合積層板を用い、積層板の第一の無機基板上に低温ポリシリコンを用いた薄膜トランジスタアレイ製作を模擬的に行った。所定のテストパターンを用いて、平坦化層兼ガスバリア層として反応性スパッタリング法にて形成した酸化珪素層、ソース、ドレイン電極層としてスパッタリング法にて形成したタンタル層、バリアメタル層、半導体層としてCVD法にて形成したアモルファスシリコン層を積層した。次いで、400℃にて75minアニール処理することによりシリコン層を微多結晶化させた後、ゲート絶縁層としてSiN層、ゲート電極層としてアルミニウムを重ねた。なお、各々の層は所定のテストパターンに応じて、マスキングないしフォトリソ法にてパターニングし、模擬的なデバイス:薄膜トランジスタアレイとした。デバイス部分は不活性化処理時のUV照射部(マスクの開口部分)に形成した。以上のプロセス中、積層体は、真空雰囲気、高温下、フォトリソグラフ法に用いられるレジスト液、現像液、エッチング液、剥離液に曝露されたが、リジッド複合積層板の層間で剥離等は生じず、プロセス適性は良好であった。
実施例1にて得られたリジッド複合積層板を用い、積層板の第一の無機基板上に低温ポリシリコンを用いた薄膜トランジスタアレイ製作を模擬的に行った。所定のテストパターンを用いて、平坦化層兼ガスバリア層として反応性スパッタリング法にて形成した酸化珪素層、ソース、ドレイン電極層としてスパッタリング法にて形成したタンタル層、バリアメタル層、半導体層としてCVD法にて形成したアモルファスシリコン層を積層した。次いで、400℃にて75minアニール処理することによりシリコン層を微多結晶化させた後、ゲート絶縁層としてSiN層、ゲート電極層としてアルミニウムを重ねた。なお、各々の層は所定のテストパターンに応じて、マスキングないしフォトリソ法にてパターニングし、模擬的なデバイス:薄膜トランジスタアレイとした。デバイス部分は不活性化処理時のUV照射部(マスクの開口部分)に形成した。以上のプロセス中、積層体は、真空雰囲気、高温下、フォトリソグラフ法に用いられるレジスト液、現像液、エッチング液、剥離液に曝露されたが、リジッド複合積層板の層間で剥離等は生じず、プロセス適性は良好であった。
<比較例1>
ポリイミド層への真空プラズマ処理及び第二の無機基板へのカップリング剤処理をどちらも行わないこと以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。また、ポリイミド層と第二の無機基板間の接着力が弱く、層間に少し力がかかってしまっただけでも簡単に剥がれてしまった。
ポリイミド層への真空プラズマ処理及び第二の無機基板へのカップリング剤処理をどちらも行わないこと以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。また、ポリイミド層と第二の無機基板間の接着力が弱く、層間に少し力がかかってしまっただけでも簡単に剥がれてしまった。
<比較例2>
第一の無機基板として厚いガラス(コーニング社製「コーニングEAGLE XG」;350mm×450mm×0.7mm厚)を用いる以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。得られた複合積層板からフレキシブル積層体部分を剥離し、得られたフレキシブル積層体を曲率半径50mmまで曲げるために力を加えたところ、曲率半径12mmのところで第一の無機基板に割れが生じてしまい、フレキシブルとは言えない積層体となっていることが判明した。
第一の無機基板として厚いガラス(コーニング社製「コーニングEAGLE XG」;350mm×450mm×0.7mm厚)を用いる以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。得られた複合積層板からフレキシブル積層体部分を剥離し、得られたフレキシブル積層体を曲率半径50mmまで曲げるために力を加えたところ、曲率半径12mmのところで第一の無機基板に割れが生じてしまい、フレキシブルとは言えない積層体となっていることが判明した。
<比較例3>
第二の無機基板として旭硝子社製「Spool」(370mm×470mm×0.1mm厚)を用いる以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。得られた積層板は剛性が非常に低く、頂点から長辺方向に50mmの部分の両端を両手で支えた際に、自重により第一の無機基板に割れが生じてしまった。
第二の無機基板として旭硝子社製「Spool」(370mm×470mm×0.1mm厚)を用いる以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。得られた積層板は剛性が非常に低く、頂点から長辺方向に50mmの部分の両端を両手で支えた際に、自重により第一の無機基板に割れが生じてしまった。
<比較例4>
フレキシブル積層体中のポリイミド層の含有水分率を0.04%に調整してからフレキシブル積層体と第二の無機基板の接合を行ったこと以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。含有水分率の調製は25℃RH50%の大気中に2日間放置した後、150℃大気中で5min加熱乾燥することにより達成した。ポリイミド層の含有水分率は実施例20と同様にして確認した。本比較例の複合積層体はポリイミド層と第二の無機基板間の接着力が弱く、層間に少し力がかかってしまっただけでも簡単に剥がれてしまった。
フレキシブル積層体中のポリイミド層の含有水分率を0.04%に調整してからフレキシブル積層体と第二の無機基板の接合を行ったこと以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。含有水分率の調製は25℃RH50%の大気中に2日間放置した後、150℃大気中で5min加熱乾燥することにより達成した。ポリイミド層の含有水分率は実施例20と同様にして確認した。本比較例の複合積層体はポリイミド層と第二の無機基板間の接着力が弱く、層間に少し力がかかってしまっただけでも簡単に剥がれてしまった。
<比較例5>
フレキシブル積層体中のポリイミド層の含有水分率を2.12%に調整してからフレキシブル積層体と第二の無機基板の接合を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、本発明の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。含有水分率の調製は水中に12hr放置することにより達成した。ポリイミド層の含有水分率は実施例20と同様にして確認した。本比較例の複合積層板では、第一の無機基板-ポリイミド層界面及び、第二の無機基板-ポリイミド層界面に気泡の発生が数多く見られ、全面で接着しているとは言えない状態になっていた。
フレキシブル積層体中のポリイミド層の含有水分率を2.12%に調整してからフレキシブル積層体と第二の無機基板の接合を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、本発明の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。含有水分率の調製は水中に12hr放置することにより達成した。ポリイミド層の含有水分率は実施例20と同様にして確認した。本比較例の複合積層板では、第一の無機基板-ポリイミド層界面及び、第二の無機基板-ポリイミド層界面に気泡の発生が数多く見られ、全面で接着しているとは言えない状態になっていた。
<比較例6>
第二の無機基板とフレキシブル積層体間を接合させる際、ガラスへの表面処理及びポリイミド層への表面処理を行う代わりに、第二の無機基板とフレキシブル積層体間に日東電工社の耐熱両面接着テープ「No.5919ML」を用いて接合させる以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。表内の剥離強度結果に「切れ」と記載されているものは、無機基板とポリイミド層の接着力が強すぎて、測定時にフィルムが切れてしまった現象を指す。この積層体について、ポリイミドフィルムに切り込みを入れ、該フィルムを支持体から剥がそうとしたが、上手く剥がすことができず、無理に剥がそうとしたらフィルムが破れてしまった。また、第二の無機基板-ポリイミド層界面に気泡の発生が数多く見られ、全面で接着しているとは言えない状態になっていた。
第二の無機基板とフレキシブル積層体間を接合させる際、ガラスへの表面処理及びポリイミド層への表面処理を行う代わりに、第二の無機基板とフレキシブル積層体間に日東電工社の耐熱両面接着テープ「No.5919ML」を用いて接合させる以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。表内の剥離強度結果に「切れ」と記載されているものは、無機基板とポリイミド層の接着力が強すぎて、測定時にフィルムが切れてしまった現象を指す。この積層体について、ポリイミドフィルムに切り込みを入れ、該フィルムを支持体から剥がそうとしたが、上手く剥がすことができず、無理に剥がそうとしたらフィルムが破れてしまった。また、第二の無機基板-ポリイミド層界面に気泡の発生が数多く見られ、全面で接着しているとは言えない状態になっていた。
<比較例7>
第二の無機基板とフレキシブル積層体間を接合させる際、ガラスへの表面処理及びポリイミド層への表面処理を行う代わりに、第二の無機基板とフレキシブル積層体間に熱可塑性ポリイミドフィルムを接着剤として用いて接合させる以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。熱可塑性ポリイミドフィルムの作製は以下の手順に従って行った。まずは窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、368.4質量部の4, 4’-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、59.24質量部の無水フタル酸、174.5質量部の無水ピロメリット酸、及び172質量部のm-クレゾールを入れ、200℃にて6時間撹拌した。この撹拌溶液にトルエンを加えた後、析出物を濾別し、さらにトルエンによる洗浄を3回行った後、窒素雰囲気下250℃にて6時間乾燥して、512質量部(収率90.5%)のポリイミド粉を得た。このポリイミド粉を、二軸押出機を用いて380~410℃において混練、溶融して押出して造粒しペレットとした。得られたペレットを径50mmの単軸押出機(成形温度420℃)に供給し、Tダイ前部に装着した10μmのリーフディスクタイプのフィルターを通過させ、1100mm幅Tダイより押出し、厚さ25μmの熱可塑性ポリイミドフィルムを得た。この熱可塑性ポリイミドフィルムを23℃RH50%のクリーンルーム内に24hr静置し、水分率を0.78%にした後、第二の無機基板とポリイミド層との間にセットし、加熱プレス装置により300℃、1MPaにて5min加圧することで複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。この積層体について、ポリイミドフィルムに切り込みを入れ、該フィルムを支持体から剥がそうとしたが、上手く剥がすことができず、無理に剥がそうとしたらフィルムが破れてしまった。また、また、第二の無機基板-ポリイミド層界面に気泡の発生が数多く見られ、全面で接着しているとは言えない状態になっていた。なお、熱可塑性ポリイミドフィルムの5%加熱重量減温度(昇温速度:10℃/分)は580℃であり、ガラス転移点Tgは270℃であった。
第二の無機基板とフレキシブル積層体間を接合させる際、ガラスへの表面処理及びポリイミド層への表面処理を行う代わりに、第二の無機基板とフレキシブル積層体間に熱可塑性ポリイミドフィルムを接着剤として用いて接合させる以外は、実施例1と同様にして比較用の複合積層板を得た。熱可塑性ポリイミドフィルムの作製は以下の手順に従って行った。まずは窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、368.4質量部の4, 4’-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、59.24質量部の無水フタル酸、174.5質量部の無水ピロメリット酸、及び172質量部のm-クレゾールを入れ、200℃にて6時間撹拌した。この撹拌溶液にトルエンを加えた後、析出物を濾別し、さらにトルエンによる洗浄を3回行った後、窒素雰囲気下250℃にて6時間乾燥して、512質量部(収率90.5%)のポリイミド粉を得た。このポリイミド粉を、二軸押出機を用いて380~410℃において混練、溶融して押出して造粒しペレットとした。得られたペレットを径50mmの単軸押出機(成形温度420℃)に供給し、Tダイ前部に装着した10μmのリーフディスクタイプのフィルターを通過させ、1100mm幅Tダイより押出し、厚さ25μmの熱可塑性ポリイミドフィルムを得た。この熱可塑性ポリイミドフィルムを23℃RH50%のクリーンルーム内に24hr静置し、水分率を0.78%にした後、第二の無機基板とポリイミド層との間にセットし、加熱プレス装置により300℃、1MPaにて5min加圧することで複合積層板を得た。得られた複合積層板の評価結果を表4に示す。この積層体について、ポリイミドフィルムに切り込みを入れ、該フィルムを支持体から剥がそうとしたが、上手く剥がすことができず、無理に剥がそうとしたらフィルムが破れてしまった。また、また、第二の無機基板-ポリイミド層界面に気泡の発生が数多く見られ、全面で接着しているとは言えない状態になっていた。なお、熱可塑性ポリイミドフィルムの5%加熱重量減温度(昇温速度:10℃/分)は580℃であり、ガラス転移点Tgは270℃であった。
<測定例1~6>
支持体(基板)としてSiウエハを50mm×50mm(□50mm)に切断したものを6枚用意し、これを十分に洗浄した後に、実施例1と同様にして、シランカップリング剤を塗布した後に110℃のホットプレートで加熱して、厚さ23nmのカップリング処理層を形成した。次いで、このカップリング処理層の面に、UV照射時間を変更したこと以外は実施例1と同じ条件でUV照射を行い、得られた各サンプルの表面組成比を測定した。結果を表5に示す。なお、窒素表面組成比率は、UV照射前(測定例1)の窒素Atomic percentを100%として、UV照射後の窒素のAtomic percent(%)の値を表示したものである。
支持体(基板)としてSiウエハを50mm×50mm(□50mm)に切断したものを6枚用意し、これを十分に洗浄した後に、実施例1と同様にして、シランカップリング剤を塗布した後に110℃のホットプレートで加熱して、厚さ23nmのカップリング処理層を形成した。次いで、このカップリング処理層の面に、UV照射時間を変更したこと以外は実施例1と同じ条件でUV照射を行い、得られた各サンプルの表面組成比を測定した。結果を表5に示す。なお、窒素表面組成比率は、UV照射前(測定例1)の窒素Atomic percentを100%として、UV照射後の窒素のAtomic percent(%)の値を表示したものである。
<応用例>
実施例1~27および比較例1~7で得られた各リジッド複合積層板を、開口部を有するステンレス製の枠を被せてスパッタリング装置内の基板ホルダーに固定した。基板ホルダーとリジッド複合積層板中の第二の無機基板とを密着するように固定して、基板ホルダー内に冷媒を流すことによって、リジッド複合積層板中の第一の無機基板の温度を設定できるようにし、第一の無機基板の温度を2℃に設定した。まず、第一の無機基板表面にプラズマ処理を施した。プラズマ処理条件は、アルゴンガス中で、周波数13.56MHz、出力200W、ガス圧1×10-3Torrの条件とし、処理時の温度は2℃、処理時間は2minとした。次いで、周波数13.56MHz、出力450W、ガス圧3×10-3Torrの条件で、ニッケル-クロム(クロム10質量%)合金のターゲットを用いて、アルゴン雰囲気下にてDCマグネトロンスパッタリング法により、1nm/secのレートで厚さ11nmのニッケル-クロム合金被膜(下地層)を形成した。次いで、基板のスパッタ面の裏面が、3℃に温度コントロールした冷媒を中に流した基板ホルダーのSUSプレートと接する状態とすることで、第一の無機基板の温度を2℃に設定し、スパッタリングを行った。そして、10nm/secのレートで銅を蒸着させ、厚さ0.22μmの銅薄膜を形成した。このようにして、各フィルムから下地金属薄膜形成フィルム付きのリジッド複合積層板を得た。なお、銅およびNiCr層の厚さは蛍光X線法によって確認した。
実施例1~27および比較例1~7で得られた各リジッド複合積層板を、開口部を有するステンレス製の枠を被せてスパッタリング装置内の基板ホルダーに固定した。基板ホルダーとリジッド複合積層板中の第二の無機基板とを密着するように固定して、基板ホルダー内に冷媒を流すことによって、リジッド複合積層板中の第一の無機基板の温度を設定できるようにし、第一の無機基板の温度を2℃に設定した。まず、第一の無機基板表面にプラズマ処理を施した。プラズマ処理条件は、アルゴンガス中で、周波数13.56MHz、出力200W、ガス圧1×10-3Torrの条件とし、処理時の温度は2℃、処理時間は2minとした。次いで、周波数13.56MHz、出力450W、ガス圧3×10-3Torrの条件で、ニッケル-クロム(クロム10質量%)合金のターゲットを用いて、アルゴン雰囲気下にてDCマグネトロンスパッタリング法により、1nm/secのレートで厚さ11nmのニッケル-クロム合金被膜(下地層)を形成した。次いで、基板のスパッタ面の裏面が、3℃に温度コントロールした冷媒を中に流した基板ホルダーのSUSプレートと接する状態とすることで、第一の無機基板の温度を2℃に設定し、スパッタリングを行った。そして、10nm/secのレートで銅を蒸着させ、厚さ0.22μmの銅薄膜を形成した。このようにして、各フィルムから下地金属薄膜形成フィルム付きのリジッド複合積層板を得た。なお、銅およびNiCr層の厚さは蛍光X線法によって確認した。
次に、下地金属薄膜形成フィルム付きのリジッド複合積層板をCu製の枠に固定し、硫酸銅めっき浴を用い、電解めっき液(硫酸銅80g/L、硫酸210g/L、HCl、光沢剤少量)に浸漬し、電気を1.5Adm2流すことにより、厚さ4μmの厚付け銅メッキ層(厚付け層)を形成した。引き続き120℃で10min熱処理して乾燥し、第一の無機基板表面を金属化したリジッド複合積層板を得た。
得られた各金属化リジッド複合積層板に対して、フォトレジスト(シプレー社製「FR-200」)を塗布乾燥した後に、ガラスフォトマスクで密着露光し、さらに1.2質量%KOH水溶液にて現像した。次に、HClおよび過酸化水素を含む塩化第二銅のエッチングラインで、40℃、2kgf/cm2のスプレー圧でエッチングし、ライン/スペース=20μm/20μmのライン列をテストパターンとして形成した。次いで、0.5μm厚に無電解スズメッキを施した後、125℃で1hrのアニール処理を行った。そして、形成したパターンを光学顕微鏡で観察し、だれ、パターン残り、パターン剥がれなどの有無を評価した。
実施例1~27のリジッド複合積層板を用いた場合には、だれ、パターン残り、パターン剥がれなどの無い良好なパターンが得られた。また、この後、さらに窒素置換したマッフル炉内で昇温速度10℃/minで400℃まで昇温した後、400℃で1hr保持し、その後自然降温させても、膨れ、剥がれなど発生することは無かった。また、工程後にフレキシブル積層体を剥離する際、金属化された表面層に割れやクラック等生じることなく、簡単に剥離することが可能であった。これに対して、各比較例のリジッド複合積層板を用いた場合はいずれも、フィルム剥がれや金属層のうねり、及びフレキシブル積層体剥離の際の金属層のクラック等を生じて、良好なパターンが形成されたフレキシブル積層体を得ることができなかった。
以上の応用例の結果から、本発明の製造方法により、支持体とポリイミドフィルムとの剥離強度が適正に調整された積層体は、金属化などの各工程に耐え得るものであり、その後のパターン作製においても良好なパターンを形成し得ることが確認できた。
<ポリアミド酸溶液の製造例)>
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、5-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンゾオキサゾール223質量部と、N,N-ジメチルアセトアミド4416質量部とを加えて完全に溶解させ、次いで、ピロメリット酸二無水物217質量部とともに、滑材としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)とをシリカ(滑材)が表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)になるように加え、25℃の反応温度で24時間攪拌して、褐色で粘調なポリアミド酸溶液a1~a3を得た。
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、ピロメリット酸無水物545質量部と、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル500質量部とを、8000質量部のN, N-ジメチルアセトアミドに溶解させて加え、滑材としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)をシリカ(滑材)が表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)になるように加え、温度を20℃以下に保ちながら24時間攪拌して、ポリアミド酸溶液a4を得た。
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、5-アミノ-2-(p-アミノフェニル)ベンゾオキサゾール223質量部と、N,N-ジメチルアセトアミド4416質量部とを加えて完全に溶解させ、次いで、ピロメリット酸二無水物217質量部とともに、滑材としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)とをシリカ(滑材)が表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)になるように加え、25℃の反応温度で24時間攪拌して、褐色で粘調なポリアミド酸溶液a1~a3を得た。
窒素導入管、温度計、攪拌棒を備えた反応容器内を窒素置換した後、ピロメリット酸無水物545質量部と、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル500質量部とを、8000質量部のN, N-ジメチルアセトアミドに溶解させて加え、滑材としてコロイダルシリカをジメチルアセトアミドに分散してなる分散体(日産化学工業製「スノーテックス(登録商標)DMAC-ST30」)をシリカ(滑材)が表1記載の添加量(ポリアミド酸溶液中のポリマー固形分総量に対する質量%)になるように加え、温度を20℃以下に保ちながら24時間攪拌して、ポリアミド酸溶液a4を得た。
<フィルム製造例>
ポリアミド酸溶液a3を、製膜支持体としての幅1500mmの長尺ポリエチレンテレフタレート(PET)製フィルム(東洋紡株式会社製「A-4100」)の無滑材面上に、表2中(B層)として示す乾燥膜厚となるようにコンマコーターを用いて塗布し、次いで、ダイコーターを用いてポリアミド酸溶液a1を、表7中(A層)として示す乾燥膜厚となるように、ポリアミド酸溶液a1の上に重ねて塗布し、表7.に示す乾燥温度及び乾燥時間にて乾燥し、製膜支持体のPET製フィルム上にポリアミド酸フィルムを得た。
ポリアミド酸溶液a3を、製膜支持体としての幅1500mmの長尺ポリエチレンテレフタレート(PET)製フィルム(東洋紡株式会社製「A-4100」)の無滑材面上に、表2中(B層)として示す乾燥膜厚となるようにコンマコーターを用いて塗布し、次いで、ダイコーターを用いてポリアミド酸溶液a1を、表7中(A層)として示す乾燥膜厚となるように、ポリアミド酸溶液a1の上に重ねて塗布し、表7.に示す乾燥温度及び乾燥時間にて乾燥し、製膜支持体のPET製フィルム上にポリアミド酸フィルムを得た。
次に、得られたポリアミド酸フィルムを製膜支持体のPET製フィルムから剥離し、幅1380mmの自己支持性ポリアミド酸フィルムを得た。この自己支持性ポリアミド酸フィルムを3つの熱処理ゾーンを有するピンテンターに通し、1段目150℃×6min、2段目220℃×6min、3段目480℃×12minの熱処理(最高熱処理温度480℃、総熱処理時間24分)を行い、1300mm幅にスリットして、ポリイミドフィルムF1を得た。得られたポリイミドフィルムの特性を表7に示す。
以下、同様に、表7に示す条件にてポリアミド酸フィルムの熱処理を行い、表7に示すポリイミドフィルムを得た。
なお、以後、フィルムのB層側をB面、フィルムのA層側をA面とし、ポリイミドフィルム層が単層である場合には、塗布時に製膜支持体に接していた側をB面、反対側をA面と呼称する。
以下、同様に、表7に示す条件にてポリアミド酸フィルムの熱処理を行い、表7に示すポリイミドフィルムを得た。
なお、以後、フィルムのB層側をB面、フィルムのA層側をA面とし、ポリイミドフィルム層が単層である場合には、塗布時に製膜支持体に接していた側をB面、反対側をA面と呼称する。
(実施例29)
<ポリイミドフィルムのプラズマ処理 VP1処理>
ポリイミドフィルムF1に対し両面に真空プラズマ処理を施した。真空プラズマ処理としては、平行平板型の電極を使ったRIEモード、RFプラズマによる処理を採用し、真空チャンバー内にN2ガス及びO2ガスを流量比5:95にて導入し、13.56MHzの高周波電力を導入するようにし、処理時間は3minとした。なお以下この処理をVP1処理とする。
プラズマ処理後のポリイミドフィルムは必要な大きさにカットした後、空調された室内に静置することにより、フィルム水分率が0.3質量%~0.8質量%となるように保持された。
<第一の無機基板 SC1処理>
窒素置換したグローブボックス内でN2ガスを流しながら、シランカップリング剤である3-アミノプロピルトリメトキシシランをイソプロピルアルコールによって0.5質量%に希釈した後、第一の無機基板として予め別途洗浄、乾燥しておいたガラス(旭硝子社製「Spool」;350mm×450mm×0.1mm厚)をスピンコーターに設置して、シランカップリング剤を回転中央部に滴下させて500rpmにて回転させ、次いで1500rpmにて回転させることにより無機基板全面を濡らした状態として塗布した後に、乾燥状態とした。これをクリーンベンチ内に載置した110℃に加熱したホットプレート上で1min加熱して、カップリング剤処理済の第一の無機基板を得た。カップリング剤層の厚さは35nm±12nmの範囲であった。なお本処理をSC1処理とする。
<ポリイミドフィルムのプラズマ処理 VP1処理>
ポリイミドフィルムF1に対し両面に真空プラズマ処理を施した。真空プラズマ処理としては、平行平板型の電極を使ったRIEモード、RFプラズマによる処理を採用し、真空チャンバー内にN2ガス及びO2ガスを流量比5:95にて導入し、13.56MHzの高周波電力を導入するようにし、処理時間は3minとした。なお以下この処理をVP1処理とする。
プラズマ処理後のポリイミドフィルムは必要な大きさにカットした後、空調された室内に静置することにより、フィルム水分率が0.3質量%~0.8質量%となるように保持された。
<第一の無機基板 SC1処理>
窒素置換したグローブボックス内でN2ガスを流しながら、シランカップリング剤である3-アミノプロピルトリメトキシシランをイソプロピルアルコールによって0.5質量%に希釈した後、第一の無機基板として予め別途洗浄、乾燥しておいたガラス(旭硝子社製「Spool」;350mm×450mm×0.1mm厚)をスピンコーターに設置して、シランカップリング剤を回転中央部に滴下させて500rpmにて回転させ、次いで1500rpmにて回転させることにより無機基板全面を濡らした状態として塗布した後に、乾燥状態とした。これをクリーンベンチ内に載置した110℃に加熱したホットプレート上で1min加熱して、カップリング剤処理済の第一の無機基板を得た。カップリング剤層の厚さは35nm±12nmの範囲であった。なお本処理をSC1処理とする。
<第二の無機基板>
予め別途洗浄、乾燥しておいたガラス(コーニング社製「コーニングEAGLE XG」;370mm×470mm×0.7mm厚)をスピンコーターに設置し、第一の無機基板の場合と同様の手順でカップリング剤を塗布することによりSC1処理を行い、カップリング剤処理済の第二の無機基板を得た。
予め別途洗浄、乾燥しておいたガラス(コーニング社製「コーニングEAGLE XG」;370mm×470mm×0.7mm厚)をスピンコーターに設置し、第一の無機基板の場合と同様の手順でカップリング剤を塗布することによりSC1処理を行い、カップリング剤処理済の第二の無機基板を得た。
<ダミー基板>
第一の無機基板として用いた旭硝子社製ガラス「Spool」;370mm×470mm×0.1mm厚、第二の無機基板として用いたコーニング社製ガラス「コーニングEAGLE XG」;370mm×470mm×0.7mm厚)を、各々必要なサイズにカットし、さらに表面にフッ素系真空薄膜形成による離型処理を行い、ダミー基板として用いた。
<ラミネート>
厚さ1mmのステンレス鋼製の板を支持基板として用い、図5.に示す様に、支持基板上に、まず第二の無機基板と第二のダミー基板の各々処理面が上になるように配置し、次いで表面処理されたポリイミドフィルムのA面が第二の無機基板、第二のダミー基板とせっするように配置し、次いで第一の無機基板、第一のダミー基板の各々処理面側がポリイミドフィルムのB面に接するように配置し、以後図8の(A)~(C)の手順に従ってロールラミネートを行い、次いで、150℃のオーブンにて30分間熱処理を行い、積層体を得た。
<評価>
得られた積層体の、
接着力1:第一の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力
接着力2:第二の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力
を測定し、接着力比:接着力1と接着力2の比を算出した。接着力比算出においては、接着力1、接着力2のいずれか大きい側をF1とし、小さい側をF2として、
接着力比=F1/F2 として算出した。結果を表8に示す。
第一の無機基板として用いた旭硝子社製ガラス「Spool」;370mm×470mm×0.1mm厚、第二の無機基板として用いたコーニング社製ガラス「コーニングEAGLE XG」;370mm×470mm×0.7mm厚)を、各々必要なサイズにカットし、さらに表面にフッ素系真空薄膜形成による離型処理を行い、ダミー基板として用いた。
<ラミネート>
厚さ1mmのステンレス鋼製の板を支持基板として用い、図5.に示す様に、支持基板上に、まず第二の無機基板と第二のダミー基板の各々処理面が上になるように配置し、次いで表面処理されたポリイミドフィルムのA面が第二の無機基板、第二のダミー基板とせっするように配置し、次いで第一の無機基板、第一のダミー基板の各々処理面側がポリイミドフィルムのB面に接するように配置し、以後図8の(A)~(C)の手順に従ってロールラミネートを行い、次いで、150℃のオーブンにて30分間熱処理を行い、積層体を得た。
<評価>
得られた積層体の、
接着力1:第一の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力
接着力2:第二の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力
を測定し、接着力比:接着力1と接着力2の比を算出した。接着力比算出においては、接着力1、接着力2のいずれか大きい側をF1とし、小さい側をF2として、
接着力比=F1/F2 として算出した。結果を表8に示す。
(実施例30~31、比較例8~11)
以下、ポリイミドフィルムを代えて表8に示す条件にて実施例29と同様に操作を行い積層体を得た。評価結果を表8に示す。
以下、ポリイミドフィルムを代えて表8に示す条件にて実施例29と同様に操作を行い積層体を得た。評価結果を表8に示す。
(実施例32~35)
<ポリイミドフィルムの表面処理 VP1+UV1処理>
ポリイミドフィルムF2に対し両面に実施例1と同様にVP1処理を施した。次いでB面側にランテクニカルサービス株式会社製のUV/O3洗浄改質装置(「SKT2005Y-02」)とUVランプ(「SE-2003W03」)とを用い、該UVランプから1cm程度離れた距離から3分間UV照射を行った。照射時にはUV/O3洗浄改質装置内には特別な気体は入れず、UV照射は、大気雰囲気、室温で行った。なお、UVランプは185nm(不活性化処理を促進するO3を発生させうる短波長)と254nmの波長の輝線を出しており、このとき照度は45mW/cm2程度(照度計(「SEC SM-254」)にて254nmの波長で測定)であった。なお、以下この処理をUV1処理と呼ぶ。
以下、実施例29と同様に表9に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表9に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表9に示す条件にて積層体を得た。結果を表9に示す。
<ポリイミドフィルムの表面処理 VP1+UV1処理>
ポリイミドフィルムF2に対し両面に実施例1と同様にVP1処理を施した。次いでB面側にランテクニカルサービス株式会社製のUV/O3洗浄改質装置(「SKT2005Y-02」)とUVランプ(「SE-2003W03」)とを用い、該UVランプから1cm程度離れた距離から3分間UV照射を行った。照射時にはUV/O3洗浄改質装置内には特別な気体は入れず、UV照射は、大気雰囲気、室温で行った。なお、UVランプは185nm(不活性化処理を促進するO3を発生させうる短波長)と254nmの波長の輝線を出しており、このとき照度は45mW/cm2程度(照度計(「SEC SM-254」)にて254nmの波長で測定)であった。なお、以下この処理をUV1処理と呼ぶ。
以下、実施例29と同様に表9に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表9に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表9に示す条件にて積層体を得た。結果を表9に示す。
(実施例36~38)
<ポリイミドフィルムの表面処理 VP1+UV1処理>
ポリイミドフィルムF2に対し両面に実施例1と同様にVP1処理を施した。次いでA面側にランテクニカルサービス株式会社製のUV/O3洗浄改質装置(「SKT2005Y-02」)とUVランプ(「SE-2003W03」)とを用い、該UVランプから1cm程度離れた距離から3分間UV照射を行った。照射時にはUV/O3洗浄改質装置内には特別な気体は入れず、UV照射は、大気雰囲気、室温で行った。なお、UVランプは185nm(不活性化処理を促進するO3を発生させうる短波長)と254nmの波長の輝線を出しており、このとき照度は45mW/cm2程度(照度計(「SEC SM-254」)にて254nmの波長で測定)であった。なお、以下この処理をUV1処理と呼ぶ。
以下、実施例29と同様に表9に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表9に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表9に示す条件にて積層体を得た。結果を表9に示す。
<ポリイミドフィルムの表面処理 VP1+UV1処理>
ポリイミドフィルムF2に対し両面に実施例1と同様にVP1処理を施した。次いでA面側にランテクニカルサービス株式会社製のUV/O3洗浄改質装置(「SKT2005Y-02」)とUVランプ(「SE-2003W03」)とを用い、該UVランプから1cm程度離れた距離から3分間UV照射を行った。照射時にはUV/O3洗浄改質装置内には特別な気体は入れず、UV照射は、大気雰囲気、室温で行った。なお、UVランプは185nm(不活性化処理を促進するO3を発生させうる短波長)と254nmの波長の輝線を出しており、このとき照度は45mW/cm2程度(照度計(「SEC SM-254」)にて254nmの波長で測定)であった。なお、以下この処理をUV1処理と呼ぶ。
以下、実施例29と同様に表9に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表9に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表9に示す条件にて積層体を得た。結果を表9に示す。
(実施例39~42)
ポリイミドフィルムF2に対し両面に実施例29と同様にVP1処理を施した。
<第二の無機基板の表面処理 SC1+UV1処理>
実施例29で用いた第二の無機基板に、同様にSC1処理を行い、さらに処理面に対し、ランテクニカルサービス株式会社製のUV/O3洗浄改質装置(「SKT2005Y-02」)とUVランプ(「SE-2003W03」)とを用い、UV1処理を行った。
以下、実施例29と同様に表10に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表5に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表10に示す条件にて積層体を得た。結果を表10に示す。
ポリイミドフィルムF2に対し両面に実施例29と同様にVP1処理を施した。
<第二の無機基板の表面処理 SC1+UV1処理>
実施例29で用いた第二の無機基板に、同様にSC1処理を行い、さらに処理面に対し、ランテクニカルサービス株式会社製のUV/O3洗浄改質装置(「SKT2005Y-02」)とUVランプ(「SE-2003W03」)とを用い、UV1処理を行った。
以下、実施例29と同様に表10に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表5に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表10に示す条件にて積層体を得た。結果を表10に示す。
(実施例43~45)
ポリイミドフィルムF2に対し両面に実施例29と同様にVP1処理を施した。
<第一の無機基板の表面処理 SC1+UV1処理>
実施例29で用いた第一の無機基板に、同様にSC1処理を行い、さらに処理面に対し、ランテクニカルサービス株式会社製のUV/O3洗浄改質装置(「SKT2005Y-02」)とUVランプ(「SE-2003W03」)とを用い、UV1処理を行った。
以下、実施例29と同様に表10に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表10に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表10に示す条件にて積層体を得た。結果を表10に示す。
ポリイミドフィルムF2に対し両面に実施例29と同様にVP1処理を施した。
<第一の無機基板の表面処理 SC1+UV1処理>
実施例29で用いた第一の無機基板に、同様にSC1処理を行い、さらに処理面に対し、ランテクニカルサービス株式会社製のUV/O3洗浄改質装置(「SKT2005Y-02」)とUVランプ(「SE-2003W03」)とを用い、UV1処理を行った。
以下、実施例29と同様に表10に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表10に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表10に示す条件にて積層体を得た。結果を表10に示す。
(実施例46~47)
ポリイミドフィルムF3に対し両面に実施例29と同様にVP1処理を施した。
<第一の無機基板の表面処理 SC2処理>
窒素置換したグローブボックス内でN2ガスを流しながら、シランカップリング剤である3-アミノプロピルトリエトキシシランをイソプロピルアルコールによって0.1質量%に希釈した後、第一の無機基板として予め別途洗浄、乾燥しておいたガラス(旭硝子社製「Spool」;350mm×450mm×0.1mm厚)をスピンコーターに設置して、シランカップリング剤を回転中央部に滴下させて500rpmにて回転させ、次いで1500rpmにて回転させることにより無機基板全面を濡らした状態として塗布した後に、乾燥状態とした。これをクリーンベンチ内に載置した110℃に加熱したホットプレート上で1min加熱して、カップリング剤処理済の第一の無機基板を得た。カップリング剤層の厚さは11nm±3nmの範囲であった。なお本処理をSC2処理とする。
以下、実施例29と同様に表11に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表11に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表11に示す条件にて積層体を得た。結果を表11に示す。
ポリイミドフィルムF3に対し両面に実施例29と同様にVP1処理を施した。
<第一の無機基板の表面処理 SC2処理>
窒素置換したグローブボックス内でN2ガスを流しながら、シランカップリング剤である3-アミノプロピルトリエトキシシランをイソプロピルアルコールによって0.1質量%に希釈した後、第一の無機基板として予め別途洗浄、乾燥しておいたガラス(旭硝子社製「Spool」;350mm×450mm×0.1mm厚)をスピンコーターに設置して、シランカップリング剤を回転中央部に滴下させて500rpmにて回転させ、次いで1500rpmにて回転させることにより無機基板全面を濡らした状態として塗布した後に、乾燥状態とした。これをクリーンベンチ内に載置した110℃に加熱したホットプレート上で1min加熱して、カップリング剤処理済の第一の無機基板を得た。カップリング剤層の厚さは11nm±3nmの範囲であった。なお本処理をSC2処理とする。
以下、実施例29と同様に表11に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表11に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表11に示す条件にて積層体を得た。結果を表11に示す。
(実施例48~49)
ポリイミドフィルムF3に対し両面に実施例29と同様にVP1処理を施した。以下、第一の無機基板の表面処理をSC1処理、第二の無機基板の表面処理をSC2処理として以下同様に表11に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表11に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表11に示す条件にて積層体を得た。結果を表11に示す。
ポリイミドフィルムF3に対し両面に実施例29と同様にVP1処理を施した。以下、第一の無機基板の表面処理をSC1処理、第二の無機基板の表面処理をSC2処理として以下同様に表11に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表11に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表11に示す条件にて積層体を得た。結果を表11に示す。
(比較例12~13)
無機基板の表面処理を、第一、第二双方ともSC2処理とした以外は同様に操作し、表11に示す積層体を得た。結果を表11に示す。
無機基板の表面処理を、第一、第二双方ともSC2処理とした以外は同様に操作し、表11に示す積層体を得た。結果を表11に示す。
(実施例50~59、比較例14~17)
<ポリイミドフィルムのプラズマ処理 VP2処理>
ポリイミドフィルムF1に対し両面に真空プラズマ処理を施した。真空プラズマ処理としては、平行平板型の電極を使ったRIEモード、RFプラズマによる処理を採用し、真空チャンバー内にN2ガス及びO2ガスを流量比5:95にて導入し、13.56MHzの高周波電力を導入するようにし、処理時間は45秒とした。なお以下この処理をVP2処理とする。
プラズマ処理後のポリイミドフィルムは必要な大きさにカットした後、空調された室内に静置することにより、フィルム水分率が0.3質量%~0.8質量%となるように保持された。
以下、実施例29と同様に表12に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表12に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表12、表13に示す条件にて積層体を得た。結果を表12、表13に示す。
<ポリイミドフィルムのプラズマ処理 VP2処理>
ポリイミドフィルムF1に対し両面に真空プラズマ処理を施した。真空プラズマ処理としては、平行平板型の電極を使ったRIEモード、RFプラズマによる処理を採用し、真空チャンバー内にN2ガス及びO2ガスを流量比5:95にて導入し、13.56MHzの高周波電力を導入するようにし、処理時間は45秒とした。なお以下この処理をVP2処理とする。
プラズマ処理後のポリイミドフィルムは必要な大きさにカットした後、空調された室内に静置することにより、フィルム水分率が0.3質量%~0.8質量%となるように保持された。
以下、実施例29と同様に表12に示す条件にて無機基板とラミネートし、積層体を得た。結果を表12に示す。
さらにポリイミドフィルムを代えて表12、表13に示す条件にて積層体を得た。結果を表12、表13に示す。
以上、実施例により、ポリイミドフィルムの両面にそれぞれ、第一の無機基板と第二の無機基板が直接接合された積層体において、第一の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力と、第二の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力をそれぞれ測定し、測定した2つの接着力の値のうち大きい値をF1、小さい値をF2とした際に、
F1/F2≧1.5
の関係式を満たす積層体、およびそれを実現するための条件などについて例示した。本実施例では、実現手段の各々単独の効果を確認する例としたが、ここに示した例を含め、複数の手段を組み合わせて、かかる接着力差を設けることも本発明の範囲内である。
また、既に説明したように 本発明における無機基板およびポリイミドフィルム表裏を示す第一、あるいは、第二という序列は便宜上の物であり、本発明は両者を入れ替えた場合においても成立し、なおかつ、実応用面でいずれの側を活用するかについては特に限定されない。
F1/F2≧1.5
の関係式を満たす積層体、およびそれを実現するための条件などについて例示した。本実施例では、実現手段の各々単独の効果を確認する例としたが、ここに示した例を含め、複数の手段を組み合わせて、かかる接着力差を設けることも本発明の範囲内である。
また、既に説明したように 本発明における無機基板およびポリイミドフィルム表裏を示す第一、あるいは、第二という序列は便宜上の物であり、本発明は両者を入れ替えた場合においても成立し、なおかつ、実応用面でいずれの側を活用するかについては特に限定されない。
本願第一の発明の製造方法で得られるリジッド積層板は、デバイスを積層した際に易剥離部分のフレキシブル積層体を切り抜くことにより、容易に第二の無機基板から剥離することができる。しかも、これらリジッド積層板は、金属化などの工程にも耐え得るものであり、その後のパターン作製においても良好なパターンを得ることができる。したがって、本発明のリジッド積層板は、極小薄のフレキシブル積層体上のデバイス構造体などの製造過程に有効に使用でき、極薄の絶縁性、耐熱性、寸法安定性に優れたガラス上及びフィルム上に、精度よく回路やデバイス形成ができる。それ故に、センサー、表示デバイス、プローブ、集積回路、およびこれらの複合デバイス、アモルファスSi薄膜太陽電池、SeやCIGS系化合物半導体薄膜太陽電池基板およびこれらを使った太陽電池やフレキシブルディスプレイなどのデバイス構造体の製造に有用であり、産業界への寄与は大きい。
[図1]
11 良好接着部分
12 易剥離部分
[図2]
21 第二の無機基板
22 第二の無機基板に施したカップリング剤処理層
23 マスク
24 UV照射後のカップリング剤処理層
25 ポリイミド層
26 第一の無機基板
27 第一の無機基板に施したカップリング剤処理層
28 ポリイミド層
29 ポリイミド層
210 フレキシブル積層体
[図3]
31 第二の無機基板
32 第二の無機基板に施したカップリング剤処理層
33 マスク
34 UV照射後のカップリング剤処理層
35 ポリイミド層
36 第一の無機基板
37 第一の無機基板に施したカップリング剤処理層
38 デバイス
39 ポリイミド層
310 ポリイミド層
311 デバイス付のフレキシブル積層体
[図4~図8]
1:第一の無機基板
2:ポリイミドフィルム
3:第二の無機基板
4:デバイス
5:第一のダミー基板
6:第二のダミー基板
7:支持板
8:クッションフィルム
9:ラミネートロール
11 良好接着部分
12 易剥離部分
[図2]
21 第二の無機基板
22 第二の無機基板に施したカップリング剤処理層
23 マスク
24 UV照射後のカップリング剤処理層
25 ポリイミド層
26 第一の無機基板
27 第一の無機基板に施したカップリング剤処理層
28 ポリイミド層
29 ポリイミド層
210 フレキシブル積層体
[図3]
31 第二の無機基板
32 第二の無機基板に施したカップリング剤処理層
33 マスク
34 UV照射後のカップリング剤処理層
35 ポリイミド層
36 第一の無機基板
37 第一の無機基板に施したカップリング剤処理層
38 デバイス
39 ポリイミド層
310 ポリイミド層
311 デバイス付のフレキシブル積層体
[図4~図8]
1:第一の無機基板
2:ポリイミドフィルム
3:第二の無機基板
4:デバイス
5:第一のダミー基板
6:第二のダミー基板
7:支持板
8:クッションフィルム
9:ラミネートロール
Claims (18)
- 第一の無機基板に直接接合されたポリイミド層からなる、総厚さが300μm以下のフレキシブル積層体の、ポリイミド層の前記接合面(第一の接合面)の反対側の面(第2の接合面)に厚さ300μm以上の第二の無機基板を直接接合してなるリジッド複合積層板。
- 前記ポリイミド層の線膨張係数(CTE)と第一の無機基板とのCTEの差の絶対値が30ppm/℃以下であることを特徴とする請求項1に記載のリジッド複合積層板。
- 前記第一の接合面における第一の無機基板とポリイミド層の接合が、第一の無機基板表面とポリイミド層表面の少なくとも一方に表面処理を施した後に行われていることを特徴とする請求項1~2のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
- 前記第二の接合面における第二の無機基板とポリイミド層の接合が、第二の無機基板表面とポリイミド層表面との少なくとも一方に表面処理を施した後に行われていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
- 前記第二の接合面における第二の無機基板とポリイミド層の接合が、前記表面処理の後にさらに表面処理面の一部に不活性化処理を施して、良好接着部分と易剥離部分とを有する所定のパターンを形成していることを特徴とする請求項4に記載のリジッド複合積層板。
- 前記第一の接合面における第一の無機基板とポリイミド層の接合の際に行われる表面処理がプラズマ処理、コロナ処理、活性エネルギー線照射処理、フレーム処理、及びカップリング剤処理から選択される群より選択される少なくとも一種以上であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
- 前記第二の接合面における第二の無機基板とポリイミド層の接合の際に行われる表面処理がプラズマ処理、コロナ処理、活性エネルギー線照射処理、フレーム処理、及びカップリング剤処理から選択される群より選択される少なくとも一種以上であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
- 前記不活性化処理として、ブラスト処理、真空プラズマ処理、大気圧プラズマ処理、コロナ処理、活性放射線照射処理、活性ガス処理及び薬液処理からなる群より選択される少なくとも一種以上の不活性化処理を行う請求項5に記載のリジッド複合積層板。
- 前記第二の接合面内の良好接着部分と易剥離部分の接着力差が0.1N/cm以上であることを特徴とする請求項5又は8のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
- 前記第一の接合面内の最大剥離力が0.1N/cm以上であることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載のリジッド複合積層板。
- 前記ポリイミド層の片面に第一の無機基板を加圧及び加熱することにより積層する第一の積層工程と、該ポリイミド層の反対面側に第二の無機基板を加熱・加圧することにより積層する第二の積層工程を含むリジッド複合積層板の製造方法であって、第二の積層工程の前に該ポリイミド層の水分率を0.1~1.7%の範囲内に調整する工程を含む請求項1~10のいずれかに記載のリジッド複合積層板の製造方法。
- 請求項5~9のいずれかに記載のリジッド複合積層板を用い、フレキシブル積層体中の第一の無機基板表面上にデバイスが形成されてなる構造体を製造する方法であって、フレキシブル積層体中の第一の無機基板上にデバイスを形成した後、前記リジッド複合積層板の易剥離部分のポリイミド層に切り込みを入れてフレキシブル積層体を前記第二の無機基板から剥離することによるデバイス構造体の製造方法。
- ポリイミドフィルムと無機基板が直接接合されてなる積層体において、ポリイミドフィルムの片面に、第一の無機基板が直接接合され、該ポリイミドフィルムの反対側の面に第二の無機基板が直接接合されてなり、第一の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力と、第二の無機基板とポリイミドフィルムとの接着力をそれぞれ測定し、測定した2つの接着力の値のうち大きい値をF1、小さい値をF2とした際に、
F1/F2≧1.5
の関係式を満たすことを特徴とする積層体。 - 前記、第一の無機基板又は第二の無機基板の少なくともいずれかが、厚さ3~1500μmの無機基板であることを特徴とする請求項13に記載の積層体。
- 前記ポリイミドフィルムと第一の無機基板および前記ポリイミドフィルムと第二の無機基板との直接接合が、いずれも表面処理されたポリイミドフィルム面と表面処理された無機基板面とを接合させることによってなされていることを特徴とする、請求項13又は14のいずれかに記載の積層体。
- 前記無機基板の表面処理がカップリング剤処理であることを特徴とする、請求項15に記載の積層体。
- 前記ポリイミドフィルムの表面処理がプラズマ処理であることを特徴とする請求項15又は16のいずれかに記載の積層体。
- 請求項13~17のいずれかに記載の積層体を用い、第一の無機基板上又は第二の無機基板上にデバイス加工を行い、次いでポリイミドフィルムと無機基板の接着力が弱い接合面(接着力がF2となる接合面)にてポリイミドフィルムと無機基板を剥離する工程を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
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