JPWO2007114081A1 - 金属積層体 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、環境保全の観点から、電子部品実装に鉛フリーはんだが用いられるようになってきている。鉛フリーはんだの融点は約220℃であり、現行のはんだの融点である180℃に比べて約40℃以上高い。そのため、プリント基板等に用いられるポリイミド金属積層体に対してもこれまでより高いはんだ耐熱性が要求されている。
上記特許文献2に記載の接着剤は、前記接着温度が低く金属積層体製造時に他の部材が劣化するのを防ぐことができるが、デスミア性については言及されていない。実際に、当該金属積層体について本発明者がデスミア性を評価したところ、デスミア性が十分でないことを確認した。
(A1)下記一般式(1)
で表される化合物を、ジアミン成分中5モル%以上20モル%未満含むジアミン成分と、
(A2)テトラカルボン酸二無水物成分を反応させて得られる、ガラス転移温度200℃以下のポリイミド、ならびに
(B)エポキシ樹脂、を含む金属積層体用接着剤。
[2]前記(A1)のジアミン成分が、分子内にフェノール性水酸基を有するジアミン化合物をさらに含む[1]に記載の金属積層体用接着剤。
[3]前記分子内にフェノール性水酸基を有するジアミン化合物の含有量が、前記(A1)の全ジアミン成分中、0.1〜10モル%である[2]に記載の金属積層体用接着剤。
[4]前記分子内にフェノール性水酸基を有するジアミン化合物が、下記一般式(2)、(3)または(4)で表される化合物を含む、[2]〜[3]いずれかに記載の金属積層体用接着剤。
[6]前記(A1)および(A2)を反応させて得られるポリイミド100重量部、前記(B)エポキシ樹脂1〜30重量部を含む[1]〜[5]いずれかに記載の金属積層体用接着剤。
[7]前記金属箔が、銅箔または銅合金箔である[1]〜[6]いずれかに記載の金属積層体用接着剤。
[8]前記高分子フィルム基板がポリイミドフィルム基板である、[1]〜[7]いずれかに記載の金属積層体用接着剤。
[9]前記高分子フィルム基板と、金属箔を貼り合わせてなる金属積層体が、フレキシブルプリント基板である[1]〜[8]いずれかに記載の金属積層体接着剤。
[10]高分子フィルム基材、当該基材表面に設けられた接着剤の硬化物層、および当該硬化物層表面に設けられた金属箔層を含む金属積層体であって、前記接着剤が[1]〜[9]いずれかに記載の接着剤である金属箔層を含む金属積層体。
金属箔は公知の材質ものものを用いることができる。その例には、銅、ニッケル、アルミニウムまたはステンレス鋼、あるいはこれらの合金等が含まれる。中でも、低コストであり、優れた電気的特性を有するため、銅および銅合金が好ましい。金属箔の厚みは、金属積層体としたときの微細加工性等に優れるため、3μm〜50μmであることが好ましい。本発明において「〜」はその両端の値を含む意味である。
1.本発明の接着性ポリイミドについて
ポリイミドとは、主鎖にイミド環を有するポリマーの総称である。ポリイミドは一般に、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物を重縮合してポリアミド酸を得て、当該ポリアミド酸を脱水縮合して環化させて得られる。ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物の化学構造を選択することにより、ポリイミドの耐熱性等の性能が決定される。
すなわち接着性ポリイミドのガラス転移温度は、100〜200℃であることが好ましく、150〜200℃であることがより好ましい。
ジアミン成分とは、ジアミン化合物からなる混合物をいう。ジアミン化合物とは、一分子内にアミノ基を二つ有する化合物である。ジアミン化合物のことを単にジアミンともいう。ジアミン中のアミノ基は一級アミノ基であることが好ましい。本発明にジアミン成分は、下記一般式(1)で表される化合物を、ジアミン成分中5モル%以上20モル%未満含む。
一般に、ガラス転移温度は、ポリイミド分子の一次構造(化学構造)に大きく依存するので、アルキレン鎖含有ジアミンを原料として用いたポリイミドは、ガラス転移温度が低くなる。従って、アルキレン鎖含有ジアミンの構造、および含有量を調整することにより、ポリイミドのガラス転移温度を調整できる。例えば、長いアルキレン基を有するアルキレン鎖含有ジアミンを原料とすると、得られるポリイミドのガラス転移温度は低くなる。また、アルキレン鎖含有ジアミンの含有量を増やしても、得られるポリイミドのガラス転移温度は低くなる。
アルキレン鎖含有ジアミンの構造は、式(1)におけるnの値が5〜30であるものが好ましく、10〜20であるものがより好ましい。
アルキレン鎖含有ジアミンは、公知の方法で得ることができる。アルキレン鎖含有ジアミンの合成例には、アミノ安息香酸と脂肪族ジオールをエステル化反応させる方法等が含まれる。
水酸基含有ジアミンの含有量は、さらに、使用されるエポキシ樹脂含有量にも考慮して選択されることが好ましい。水酸基含有ジアミンの含有量はジアミン成分中、0.1〜10モル%であることが好ましく、1〜5モル%であることがより好ましい。
テトラカルボン酸二無水物成分とは、テトラカルボン酸二無水物化合物の混合物をいう。テトラカルボン酸二無水物化合物とは、二つのカルボキシル基が脱水縮合して生成した「酸無水物基」を、分子内に二つ有する化合物である。テトラカルボン酸二無水物化合物を単にテトラカルボン酸二無水物と呼ぶことがある。本発明のテトラカルボン酸二無水物は、得られるポリイミドのガラス転移温度が200℃以下、好ましくは100〜200℃、より好ましくは150〜200℃となるように選択することが好ましい。
本発明の接着性ポリイミドは、公知の方法により製造できる。中でも、有機溶媒中で行われる反応により製造されることが好ましい。当該反応において用いられる溶媒の例には、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、トルエン、キシレン、メシチレン、フェノール、クレゾール等が含まれる。
分子量の測定には、GPC等の公知の方法を用いてよいが、本発明においては相対粘度で分子量を評価することが好ましい。本発明の接着性ポリイミドの分子量は、次に示す方法で測定した相対粘度が0.1〜3.0dl/gとなることが好ましい。相対粘度は、ポリイミドをN−メチル−2−ピロリドンに溶解し0.5g/dlの溶液とし、35℃においてウベローデ粘度計により測定する。
本発明において、ポリイミドとは、ポリアミド酸が完全にイミド化したポリイミドを意味するが、一部イミド化していないポリアミド酸を含んでいてもよい。
本発明の接着剤は、上記ポリイミドの他にエポキシ樹脂を有する。エポキシ樹脂とは分子内にエポキシ基を含む化合物をいう。エポキシ樹脂はポリイミド中のアミノ基やカルボキシル基、または自己のエポキシ基と反応する。特にポリイミドが前述のフェノール性水酸基を有する場合は、エポキシ樹脂は当該フェノール性水酸基とも結合できる。そのため接着剤の耐熱性が向上する。さらにエポキシ基が反応して生成するアルコール性水酸基により、接着性が向上する。
従ってエポキシ樹脂の配合量は、低温接着性、硬化後の接着剤の耐熱性、および接着剤の難燃性等を考慮して決定されるのが好ましい。上記した理由から、エポキシ樹脂の配合量は、ポリイミド100重量部に対して、1〜30重量部、好ましくは1〜20重量部である。
本発明の接着剤は、フィラーを有していてもよい。フィラーとは、樹脂組成物に添加される無機、または有機の充填剤である。有機フィラーの例には、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂等を微粒子状に硬化させたもの等が含まれる。
無機フィラーの例には、アルミナ、窒化アルミ、シリカ等の粒子等が含まれる。フィラーの配合量はポリイミド100重量部に対して0〜5000重量部が好ましく、0〜3000重量部であることがより好ましい。接着剤を溶媒に溶かし溶液とした際のフィラーの沈降がおきにくく、保存安定性に優れるからである。また、一般にフィラーが多すぎると接着剤の接着性が低下することがあるが、フィラー含有量が上記範囲であれば接着剤の接着性を損なうことはない。
本発明の接着剤は、(A)接着剤ポリイミドと(B)エポキシ樹脂を主成分とする上記成分を混合して得られる。各成分の配合比は既に述べたとおり、接着剤としたときのハンドリング性、金属積層体としたときのはんだ耐熱性、デスミア性、および金属積層体を製造する際の低温接着性等を考慮して、選択することが好ましい。
本発明の金属積層体は、高分子フィルム基材、当該基材表面に設けられた接着剤の硬化物層、および当該硬化物層表面に設けられた金属箔層を含む。当該金属積層体は、高分子フィルム基板の片面または両面に、本発明の接着剤を介して、金属箔を貼り合わせて得ることが好ましい。
本発明の金属積層体は、上記条件で試験を行った場合、340℃以上のはんだ耐熱性を有することが好ましい。
本発明の金属積層体は、公知の方法で製造される。例えば、本発明の接着剤を有機溶媒に溶解させた樹脂溶液(単に「樹脂溶液」ともいう。)を得る。当該樹脂溶液を高分子フィルム基板の片面または両面にキャストし、当該基板上にフィルム前駆体を形成する。次に当該フィルム前駆体を加熱して溶媒を蒸発させ(乾燥させ)フィルム化する。その後、当該高分子フィルム基材と金属箔を加熱プレスして接着させる。
本発明の金属積層体は、必要に応じて後硬化を行ってもよい。後硬化は、200℃で3時間程度行うことが好ましい。
(対数粘度測定)
後述の合成例に示す方法で得たポリイミド溶液にN−メチル−2−ピロリドンを加え、0.5g(ポリイミド固形分)/dlの濃度の溶液を調製した。ウベローデ粘度計を用いて当該溶液の35℃における対数粘度を測定した。
ポリイミドを溶質とする溶液を調製し、表面処理PETフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製、A31、厚さ50μm)上にキャストし、フィルム前駆体を作製した。当該フィルム前駆体を150℃で20分間加熱し、PETフィルム上にポリイミドフィルムを得た。次いでPETフィルムを剥離し、厚さ750μmのポリイミド単層フィルム得た。
フィルムを固体粘弾性測定(レオメトリックス社製、RSA−II)にセットし、周波数10Hzを与えながら昇温し、貯蔵弾性率E’、損失弾性率E”、tanδ(=E”/E’)の温度依存性を測定した。tanδがピークとなる温度をガラス転移温度とした。
上記のようにして15μm厚の単層ポリイミドフィルムを作製した。次いで当該フィルムを、日本マクダーミッド社製デスミア液(Macu9250:MacuDizer9276:イオン交換水=50g:50ml:1L)に浸漬し、重量の経時変化を測定した。フィルムの初期重量と重量変化から重量減少速度(μg/cm2/分)を算出した。
攪拌機、窒素導入管、温度計、メシチレンを満たしたディーンスターク管を備えた500mlの五つ口のセパラブルフラスコを準備した。このフラスコに、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−p−アミノベンゾエート(イハラケミカル工業株式会社製、商品名:エラスマー1000、平均分子量1261)7.93g(ジアミン成分中の10モル%);2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン22.00g(ジアミン成分中の85.2モル%);オキシ−4,4’−ジフタル酸二無水物19.50g;N−メチル−2−ピロリドン82g;メシチレン35gを仕込んだ。フラスコ内を窒素雰囲気にし、これらの混合物を攪拌して均一な溶液を得た。
攪拌機、窒素導入管、温度計、メシチレンを満たしたディーンスターク管を備えた500mlの五つ口のセパラブルフラスコを用意した。このフラスコに、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−p−アミノベンゾエート(イハラケミカル工業株式会社製、商品名:エラスマー1000、平均分子量1261)8.97g(ジアミン成分中10モル%);1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン18.00g(ジアミン成分中87.2モル%);オキシ−4,4’−ジフタル酸二無水物21.93g;N−メチル−2−ピロリドン81g;メシチレン35gを仕込んだ。フラスコ内を窒素雰囲気下にし、これらの混合物を攪拌して均一な溶液を得た。
攪拌機、窒素導入管、温度計、メシチレンを満たしたディーンスターク管を備えた500mlの五つ口のセパラブルフラスコを準備した。このフラスコにポリテトラメチレンオキシド−ジ−p−アミノベンゾエート(イハラケミカル工業株式会社製、商品名:エラスマー1000、平均分子量1261)7.93g(ジアミン成分中10モル%);2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン22.00g(ジアミン成分中85.2モル%);オキシ−4,4’−ジフタル酸二無水物19.50g;N−メチル−2−ピロリドン82g;メシチレン35gを仕込んだ。フラスコ内を窒素雰囲気下とし、これらの混合物を攪拌して均一な溶液を得た。
攪拌機、窒素導入管、温度計、メシチレンを満たしたディーンスターク管を備えた500mlの五つ口のセパラブルフラスコを準備した。このフラスコに、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン24.00g(ジアミン成分中97モル%);オキシ−4,4’−ジフタル酸二無水物26.23g;N−メチル−2−ピロリドン83g;メシチレン36gを仕込んだ。フラスコ内を窒素雰囲気下とし、これらの混合物を攪拌して均一な溶液を得た。
合成例1で得られたポリイミド樹脂溶液とエポキシ樹脂(三井化学株式会社製、VG3101)を攪拌機にて十分に混合し、接着性樹脂溶液を得た。配合比はポリイミド樹脂溶液中の樹脂分(固形分)100重量部に対して、エポキシ樹脂15重量部とした。接着性樹脂溶液を表面処理PETフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製、A31、厚さ50μm)上にキャストしフィルム前駆体を作製した。
得られたフィルムのデスミア性を評価したところ、重量減少速度は、2.0μg/cm2/分であり、優れたデスミア性を有することを確認した。
実施例1におけるエポキシ樹脂の使用量を、表1に示すとおりに変更した以外は実施例1と同様して、ポリイミドフィルムおよび金属積層体を作製し評価した。結果を表1に示す。
実施例1におけるポリイミドを、合成例2で得られたポリイミドに変更した以外は実施例1と同様して、ポリイミドフィルムおよび金属積層体を作製し評価した。結果を表1に示す。
実施例1におけるエポキシ樹脂を、日本化薬株式会社製NC3000Hに変更した以外は実施例1と同様して、ポリイミドフィルムおよび金属積層体を作製し評価した。結果を表1に示す。
実施例1におけるポリイミドを、合成例3で得られたポリイミドに変更した以外は実施例1と同様して、ポリイミドフィルムおよび金属積層体を作製し評価した。結果を表1に示す。
実施例1におけるポリイミドを、合成例4で得られたポリイミドに変更した以外は実施例1と同様して、ポリイミドフィルムおよび金属積層体を作製し評価した。結果を表1に示す。
比較例1におけるエポキシ樹脂を、日本化薬株式会社製NC3000Hに変更した以外は比較例1と同様して、ポリイミドフィルムおよび金属積層体を作製し評価した。結果を表1に示す。
エポキシ樹脂を配合しなかった以外は実施例1と同様して、ポリイミドフィルムおよび金属積層体を評価した。結果を表1に示す。
Claims (10)
- 前記(A1)のジアミン成分が、分子内にフェノール性水酸基を有するジアミン化合物をさらに含む請求項1記載の金属積層体用接着剤。
- 前記分子内にフェノール性水酸基を有するジアミン化合物の含有量が、前記(A1)の全ジアミン成分中、0.1〜10モル%である請求項2記載の金属積層体用接着剤。
- 前記(B)エポキシ樹脂が、分子内に3個以上のグリシジル基を有する請求項1に記載の金属積層体用接着剤。
- 前記(A1)および(A2)を反応させて得られるポリイミド100重量部、前記(B)エポキシ樹脂1〜30重量部を含む請求項1に記載の金属積層体用接着剤。
- 前記金属箔が、銅箔または銅合金箔である請求項1に記載の金属積層体用接着剤。
- 前記高分子フィルム基板がポリイミドフィルム基板である、請求項1に記載の金属積層体用接着剤。
- 前記高分子フィルム基板と、金属箔を貼り合わせてなる金属積層体が、フレキシブルプリント基板である請求項1に記載の金属積層体接着剤。
- 高分子フィルム基材、当該基材表面に設けられた接着剤の硬化物層、および当該硬化物層表面に設けられた金属箔層を含む金属積層体であって、前記接着剤が請求項1に記載の接着剤である金属積層体。
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