JP2012213899A - Heat conductive polyimide-metal substrate - Google Patents
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Abstract
【課題】熱伝導特性に優れ、実用的な金属層と絶縁層との接着強度を有し、優れた耐熱性を備えるだけでなく、金属積層体の反りも小さく、加工性、ハンドリング性にも優れた熱伝導性ポリイミド−金属基板を提供する。
【解決手段】熱伝導性ポリイミド−金属基板は、金属層と、金属層に積層された絶縁層と、を備える。絶縁層は、ポリイミド樹脂中に熱伝導性フィラーを40〜70vol%の範囲内で含有するフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層を有する。このポリイミド樹脂は、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを50mol%以上用いて合成され、かつ、そのガラス転移点が250℃以上である熱可塑性ポリイミド樹脂である。フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層における熱伝導性フィラーの80vol%以上が、平均粒径が5μm以下の球状フィラーである。
【選択図】なし
[PROBLEMS] To provide not only excellent heat conduction characteristics, adhesion strength between a practical metal layer and an insulating layer, excellent heat resistance, but also small warpage of a metal laminate, and excellent workability and handling properties. An excellent thermally conductive polyimide-metal substrate is provided.
A thermally conductive polyimide-metal substrate includes a metal layer and an insulating layer laminated on the metal layer. The insulating layer has a high-density filler polyimide resin layer containing a thermally conductive filler in the range of 40 to 70 vol% in the polyimide resin. This polyimide resin is a thermoplastic polyimide resin synthesized using 50 mol% or more of 4,4′-diaminodiphenyl ether and having a glass transition point of 250 ° C. or more. 80 vol% or more of the thermally conductive filler in the high-density filler polyimide resin layer is a spherical filler having an average particle size of 5 μm or less.
[Selection figure] None
Description
本発明は、熱伝導特性に優れる絶縁層を有し、放熱基板や回路基板に好適に使用される熱伝導性ポリイミド−金属基板に関するものである。 The present invention relates to a thermally conductive polyimide-metal substrate that has an insulating layer having excellent thermal conductivity and is preferably used for a heat dissipation substrate or a circuit board.
近年、携帯電話に代表される電子機器の小型化、軽量化に対する要求が高まってきており、それに伴い機器の小型化、軽量化に有利なフレキシブル回路基板が電子技術分野において広く使用されるようになってきている。その中でもポリイミド樹脂を絶縁層とするフレキシブル回路基板は、その耐熱性、耐薬品性などが良好なことから従来から広く用いられている(特許文献1)。 In recent years, there has been an increasing demand for downsizing and weight reduction of electronic devices typified by mobile phones, and accordingly, flexible circuit boards that are advantageous for downsizing and weight reduction of devices are widely used in the electronic technology field. It has become to. Among them, a flexible circuit board using a polyimide resin as an insulating layer has been widely used since its heat resistance and chemical resistance are good (Patent Document 1).
ところで、最近の電子機器の小型化により、回路の集積度は上がってきており、情報処理の高速化とも相まって、機器内に生じる熱の放熱手段が注目されている。また、地球温暖化を始めとする環境問題への意識の高まりにより、環境負荷が低くかつ省エネルギーな製品が強く求められるようになっている。その代表例として、白熱灯に代わりLED照明の急速な普及が挙げられるが、LED照明の性能を充分に発揮させるためには、使用時に発生する熱を効率的に逃がすことが重要となっている。 By the way, with the recent miniaturization of electronic devices, the degree of circuit integration has increased, and in conjunction with the speeding up of information processing, heat dissipation means for heat generated in the device has attracted attention. In addition, with the growing awareness of environmental issues such as global warming, there is a strong demand for products with low environmental impact and energy saving. A typical example is the rapid spread of LED lighting in place of incandescent lamps, but in order to fully demonstrate the performance of LED lighting, it is important to efficiently release the heat generated during use. .
そこで、加工性に富み、放熱性に優れたフレキシブル回路基板を提供するために、絶縁層を構成するポリイミドフィルムに関し、厚み方向の熱伝導率を向上させる検討がなされている(特許文献1)。また、熱伝導性フィラーを含有する熱伝導性ポリイミドフィルムに関して、シロキサンジアミンから誘導されるポリイミドに熱伝導性フィラーを分散させたポリイミドフィルム複合材料も提案されている(特許文献2)。 Then, in order to provide the flexible circuit board which is rich in workability and was excellent in heat dissipation, about the polyimide film which comprises an insulating layer, examination which improves the thermal conductivity of the thickness direction is made | formed (patent document 1). Moreover, the polyimide film composite material which disperse | distributed the heat conductive filler to the polyimide induced | guided | derived from siloxane diamine is also proposed regarding the heat conductive polyimide film containing a heat conductive filler (patent document 2).
しかし、上記従来技術のポリイミドフィルムの厚み方向の熱伝導率では、例えばLED照明に使用するには放熱基板としての性能が不足しており、改善の必要があった。そのため熱伝導性の向上を目的としてポリイミドに窒化アルミニウムを分散させたポリイミドフィルム複合材料も提案されている(特許文献3)。しかしながら、ここに開示された技術は金属層との接着性を考慮してか、絶縁層を構成するポリイミド樹脂にガラス転移点温度が低いものを用いており、電子材料基板として用いる場合、耐熱性が不十分であった。 However, the thermal conductivity in the thickness direction of the above-described conventional polyimide film is insufficient in performance as a heat dissipation substrate for use in, for example, LED lighting, and needs to be improved. Therefore, a polyimide film composite material in which aluminum nitride is dispersed in polyimide for the purpose of improving thermal conductivity has also been proposed (Patent Document 3). However, the technology disclosed here considers the adhesiveness to the metal layer, or uses a polyimide resin having a low glass transition temperature for the polyimide resin constituting the insulating layer. Was insufficient.
また厚み方向の熱伝導率の向上を目的として、ポリイミド樹脂に熱伝導性フィラーを高含有率で分散させた場合、基板が反るといった問題が生じる。反りを抑制するためには、金属箔の熱膨張係数に対して絶縁層であるポリイミド樹脂層の熱膨張係数を最適化する必要がある。その手法として、球状フィラーの他に板状の熱伝導性フィラーを併用することが有効であるが、板状の熱伝導性フィラーをポリイミド樹脂中に含有させた場合、フィラーが面方向に配向し易いことから、熱伝導性に異方性が生じ、厚み方向での熱伝導率は球状フィラーのそれに比べて低くなりやすい。また、球状フィラーのみを含有したポリイミド樹脂では、製造工程における溶剤揮発に起因する熱膨張が大きくなり易く、熱膨張係数の制御が困難となり、積層体の反りを抑制することが困難であった。 In addition, when the thermal conductive filler is dispersed in the polyimide resin at a high content for the purpose of improving the thermal conductivity in the thickness direction, there arises a problem that the substrate is warped. In order to suppress warpage, it is necessary to optimize the thermal expansion coefficient of the polyimide resin layer which is an insulating layer with respect to the thermal expansion coefficient of the metal foil. As a technique, it is effective to use a plate-like thermally conductive filler in addition to the spherical filler, but when the plate-like thermally conductive filler is contained in the polyimide resin, the filler is oriented in the plane direction. Since it is easy, anisotropy occurs in the thermal conductivity, and the thermal conductivity in the thickness direction tends to be lower than that of the spherical filler. Moreover, in the polyimide resin containing only the spherical filler, the thermal expansion due to the solvent volatilization in the manufacturing process tends to be large, the control of the thermal expansion coefficient is difficult, and it is difficult to suppress the warpage of the laminate.
また、ポリイミド樹脂の熱伝導性を改善するため、熱伝導性フィラーを配合した特定の構造単位を有するポリイミド樹脂層と、このポリイミド樹脂層よりもガラス転移温度が低いポリイミド樹脂層を積層した熱伝導性ポリイミドフィルムが提案されている(特許文献4)。さらに、熱伝導性フィラーとして、平均長径が0.1〜15μmの板状フィラーと、平均粒径が0.05〜10μmの球状フィラーを所定比率で組み合わせて配合した高熱伝導性ポリイミドフィルムの提案もなされている(特許文献5)。 In addition, in order to improve the thermal conductivity of the polyimide resin, a thermal conductivity in which a polyimide resin layer having a specific structural unit containing a thermally conductive filler and a polyimide resin layer having a glass transition temperature lower than that of the polyimide resin layer are laminated. A conductive polyimide film has been proposed (Patent Document 4). Furthermore, as a thermally conductive filler, there is also a proposal of a highly thermally conductive polyimide film in which a plate-like filler having an average major axis of 0.1 to 15 μm and a spherical filler having an average particle diameter of 0.05 to 10 μm are combined in a predetermined ratio. (Patent Document 5).
上記特許文献4で提案されたフレキシブル基板用積層体は、熱伝導性を有するものであるが、金属層との接着強度を保つために、金属層との間に熱伝導性フィラーを配合していないポリイミド樹脂層を接着層として介在させている。そのため、接着層の厚みに応じて熱伝導性が低下していく懸念があり、その点で改善の余地が残されていた。また、特許文献5に示されているものも、熱伝導性フィラーを含有する樹脂層は本質的に金属層との接着力が十分でないため、これを確保するためには接着層を設けることが必要であった。 The flexible substrate laminate proposed in Patent Document 4 has thermal conductivity, but in order to maintain adhesive strength with the metal layer, a thermally conductive filler is blended with the metal layer. No polyimide resin layer is interposed as an adhesive layer. For this reason, there is a concern that the thermal conductivity is lowered depending on the thickness of the adhesive layer, and there remains room for improvement in that respect. In addition, the resin layer containing the thermally conductive filler also has an adhesive force with the metal layer which is essentially not sufficient, and an adhesive layer may be provided to ensure this. It was necessary.
なお、熱伝導性フィラーを配合した熱伝導性ポリイミド樹脂層の接着性を改善するため、熱伝導性ポリイミド樹脂層を形成する樹脂層に主に熱可塑性樹脂を用いることも考えられる。しかし、熱可塑性樹脂を主体とする場合、その熱膨張係数が大きいという特性から回路基板用途に求められる寸法安定性が得られなくなる可能性がある。また、熱可塑性樹脂は一般的に耐熱性も低いため、単に熱可塑性樹脂を適用するだけでは十分な耐熱性を確保することができず、高温環境で使用される放熱基板のメイン樹脂層としての適用には、技術常識に照らして不向きと考えられるため、これまで十分な検討がされていなかった。 In addition, in order to improve the adhesiveness of the heat conductive polyimide resin layer which mix | blended the heat conductive filler, it is also considered that a thermoplastic resin is mainly used for the resin layer which forms a heat conductive polyimide resin layer. However, when a thermoplastic resin is mainly used, there is a possibility that the dimensional stability required for circuit board use cannot be obtained due to the characteristic that the coefficient of thermal expansion is large. In addition, since the thermoplastic resin generally has low heat resistance, it is not possible to ensure sufficient heat resistance simply by applying the thermoplastic resin, and as a main resin layer of the heat dissipation board used in a high temperature environment. The application was considered unsuitable in the light of technical common sense, and so far has not been fully studied.
そこで、金属張積層体における反りを抑制し、尚且つ接着層を有さなくとも金属層と絶縁層との間の実用的接着強度を有し、かつ絶縁層の熱伝導性に優れた金属張積層体の提供が望まれていた。 Therefore, a metal-clad laminate that suppresses warpage in the metal-clad laminate, has a practical adhesive strength between the metal layer and the insulating layer without having an adhesive layer, and has excellent thermal conductivity of the insulating layer. It was desired to provide a laminate.
本発明は、熱伝導特性に優れ、実用的な金属層と絶縁層との接着強度を有し、優れた耐熱性を備えるだけでなく、金属積層体の反りも小さくすることができ、さらに加工性、ハンドリング性にも優れた熱伝導性ポリイミド−金属基板を提供することを目的とする。 The present invention has excellent heat conduction characteristics, has a practical adhesion strength between a metal layer and an insulating layer, has not only excellent heat resistance, but also can reduce the warp of the metal laminate, and further processing It aims at providing the heat conductive polyimide metal substrate excellent also in the property and handling property.
本発明者等は、上記課題を解決するために検討を重ねた結果、金属張積層体における熱伝導性フィラーを高い割合で含有する絶縁層の樹脂に、特定の構造を有するポリイミド樹脂を用い、熱伝導性フィラーとして特定の平均粒径の球状フィラーを一定量以上含有させることで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventors used a polyimide resin having a specific structure for the resin of the insulating layer containing a high proportion of the heat conductive filler in the metal-clad laminate, It has been found that the above problems can be solved by containing a certain amount or more of a spherical filler having a specific average particle diameter as the thermally conductive filler, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の熱伝導性ポリイミド−金属基板は、金属層と、該金属層に積層された絶縁層と、を備えた熱伝導性ポリイミド−金属基板である。ここで、前記絶縁層は、ポリイミド樹脂中に熱伝導性フィラーを40〜70vol%の範囲内で含有するフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層を有し、前記ポリイミド樹脂が、ジアミン成分として、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを全ジアミン成分に対して50mol%以上用いて合成され、かつ、そのガラス転移点が250℃以上である熱可塑性ポリイミド樹脂であり、前記フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層における熱伝導性フィラーの80vol%以上が、平均粒径が5μm以下の球状フィラーであることを特徴とする。 That is, the thermally conductive polyimide-metal substrate of the present invention is a thermally conductive polyimide-metal substrate provided with a metal layer and an insulating layer laminated on the metal layer. Here, the said insulating layer has a filler high density containing polyimide resin layer which contains a heat conductive filler in the range of 40-70 vol% in a polyimide resin, and the said polyimide resin is 4,4 as a diamine component. It is a thermoplastic polyimide resin synthesized using 50 mol% or more of '-diaminodiphenyl ether with respect to the total diamine component, and has a glass transition point of 250 ° C. or higher, and the thermal conductivity in the high-density filler-containing polyimide resin layer 80 vol% or more of the filler is a spherical filler having an average particle diameter of 5 μm or less.
本発明の熱伝導性ポリイミド−金属基板は、前記球状フィラーが、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種類であることが好ましい。 In the thermally conductive polyimide-metal substrate of the present invention, the spherical filler is preferably at least one selected from the group consisting of aluminum oxide and aluminum nitride.
また、本発明の熱伝導性ポリイミド−金属基板は、前記絶縁層の厚みが5〜40μmの範囲内にあり、前記金属層の厚みが5〜50μmの範囲内にあることが好ましい。 In the thermally conductive polyimide-metal substrate of the present invention, the thickness of the insulating layer is preferably in the range of 5 to 40 μm, and the thickness of the metal layer is preferably in the range of 5 to 50 μm.
また、本発明の熱伝導性ポリイミド−金属基板は、前記絶縁層の少なくとも一方の面が前記金属層と直接接し、その金属層と直接接する絶縁層がフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層であることが好ましい。 In the thermally conductive polyimide-metal substrate of the present invention, at least one surface of the insulating layer is in direct contact with the metal layer, and the insulating layer in direct contact with the metal layer is a high-density filler polyimide resin layer. preferable.
また、本発明の熱伝導性ポリイミド−金属基板は、前記絶縁層の厚み方向における熱伝導率が1.5W/mK以上であり、かつ、前記金属層との接着性が0.5kN/m以上であることが好ましい。 In the thermally conductive polyimide-metal substrate of the present invention, the thermal conductivity in the thickness direction of the insulating layer is 1.5 W / mK or more, and the adhesiveness to the metal layer is 0.5 kN / m or more. It is preferable that
また、本発明のフレキシブル基板は、上記のいずれかに記載の熱伝導性ポリイミド−金属基板を備えたものであって、前記金属層が銅箔であり、前記絶縁層との接着面の表面粗度(Ra)が、0.05〜0.5μmの範囲内であることを特徴とする。 Further, a flexible substrate of the present invention is provided with the heat conductive polyimide-metal substrate according to any one of the above, wherein the metal layer is a copper foil, and the surface of the adhesive surface with the insulating layer is rough. The degree (Ra) is in the range of 0.05 to 0.5 μm.
本発明の熱伝導性ポリイミド−金属基板は、金属層と絶縁層との実用的接着強度を有し、耐熱性、熱伝導性に優れている。また、基板の反りも小さいことから量産時や加工時のハンドリング特性にも優れている。従って、高い放熱性が求められる電子機器、照明機器などの基板材料として工業的に広く用いることができる。 The thermally conductive polyimide-metal substrate of the present invention has a practical adhesive strength between the metal layer and the insulating layer, and is excellent in heat resistance and thermal conductivity. In addition, since the warpage of the substrate is small, it has excellent handling characteristics during mass production and processing. Therefore, it can be widely used industrially as a substrate material for electronic devices and lighting devices that require high heat dissipation.
本発明の熱伝導性ポリイミド−金属基板は、金属層と絶縁層とを備えている。以下、本明細書において単に「金属張積層体」というときは、特に断わりのない限り、本発明の熱伝導性ポリイミド−金属基板を指すものとする。 The thermally conductive polyimide-metal substrate of the present invention includes a metal layer and an insulating layer. Hereinafter, the term “metal-clad laminate” in this specification refers to the thermally conductive polyimide-metal substrate of the present invention unless otherwise specified.
[絶縁層]
本発明の金属張積層体の絶縁層は、ポリイミド樹脂層をマトリックス樹脂として、この樹脂中に熱伝導性フィラーを40〜70vol%の範囲で含有するフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層を有している。
[Insulation layer]
The insulating layer of the metal-clad laminate of the present invention includes a polyimide resin layer as a matrix resin, and a high-density filler polyimide resin layer containing a thermally conductive filler in the range of 40 to 70 vol% in the resin. .
<ポリイミド樹脂>
絶縁層のマトリックスを形成するポリイミド樹脂は、ポリイミド原料であるジアミン成分として、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(4,4’−DAPE)を全ジアミン成分に対して50mol%以上用いて合成されたものであり、かつガラス転移点(Tg)が250℃以上である熱可塑性ポリイミドである。一般的に、ポリイミド樹脂は下記の一般式(1)で表される。
<Polyimide resin>
The polyimide resin that forms the matrix of the insulating layer is synthesized using 50 mol% or more of 4,4′-diaminodiphenyl ether (4,4′-DAPE) as a diamine component as a polyimide raw material with respect to the total diamine component. And a glass transition point (Tg) of 250 ° C. or higher. Generally, a polyimide resin is represented by the following general formula (1).
上記一般式(1)において、基Ar1は、ジアミン残基を表すので、本発明の場合は、基Ar1が4,4’−ジアミノジフェニルエーテルの残基である構造単位をポリイミド樹脂中に50mol%以上含有することが必要であり、80mol%以上含有することが好ましい。ポリイミド樹脂は、基Ar1が4,4’−ジアミノジフェニルエーテルの残基である構造単位を100mol%含むものであることがより好ましい。ポリイミド樹脂中、一般式(1)で表される構造単位の含有量が50mol%未満であると、ポリイミド樹脂層の形成時(前駆体であるポリアミド酸層の乾燥時から硬化の初期段階)において樹脂層の寸法変化量が大きくなり、目的とする基板の反り量が大きくなる。 In the general formula (1), since the group Ar 1 represents a diamine residue, in the present invention, 50 mol of a structural unit in which the group Ar 1 is a residue of 4,4′-diaminodiphenyl ether is contained in the polyimide resin. % Or more, and it is preferable to contain 80 mol% or more. More preferably, the polyimide resin contains 100 mol% of a structural unit in which the group Ar 1 is a residue of 4,4′-diaminodiphenyl ether. When the content of the structural unit represented by the general formula (1) is less than 50 mol% in the polyimide resin, the polyimide resin layer is formed (from the drying of the polyamic acid layer as a precursor to the initial stage of curing). The amount of dimensional change of the resin layer increases, and the amount of warpage of the target substrate increases.
一般式(1)中、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル以外の芳香族ジアミンの具体例としては、次に示すような芳香族ジアミンの残基を挙げることができる。すなわち、4,6-ジメチル-m-フェニレンジアミン、2,5-ジメチル-p-フェニレジアミン、2,4-ジアミノメシチレン、4,4'-メチレンジ-o-トルイジン、4,4'-メチレンジ-2,6-キシリジン、4,4'-メチレン-2,6-ジエチルアニリン、2,4-トルエンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、4,4'-ジアミノジフェニルプロパン、3,3'-ジアミノジフェニルプロパン、4,4'-ジアミノジフェニルエタン、3,3'-ジアミノジフェニルエタン、4,4'-ジアミノジフェニルメタン、3,3'-ジアミノジフェニルメタン、4,4'-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フィド、4,4'-ジアミノジフェニルスルホン、3,3'-ジアミノジフェニルスルホン、3,3-ジアミノジフェニルエーテル、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-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、ベンジジン、3,3'-ジアミノビフェニル、3,3'-ジメチル-4,4'-ジアミノビフェニル、3,3'-ジメトキシベンジジン、4,4'-ジアミノ-p-テルフェニル、3,3'-ジアミノ-p-テルフェニル、ビス(p-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(p-β-アミノ-t-ブチルフェニル)エーテル、ビス(p-β-メチル-δ-アミノペンチル)ベンゼン、p-ビス(2-メチル-4-アミノペンチル)ベンゼン、p-ビス(1,1-ジメチル-5-アミノペンチル)ベンゼン、1,5-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノナフタレン、2,4-ビス(β-アミノ-t-ブチル)トルエン、2,4-ジアミノトルエン、m-キシレン-2,5-ジアミン、p-キシレン-2,5-ジアミン、m-キシリレンジアミン、p-キシリレンジアミン、2,6-ジアミノピリジン、2,5-ジアミノピリジン、2,5-ジアミノ-1,3,4-オキサジアゾール、ピペラジン、2,2'-ジメチル-4,4'-ジアミノビフェニル、3,7-ジアミノジベンゾフラン、1,5-ジアミノフルオレン、ジベンゾ-p-ジオキシン-2,7-ジアミン、4,4'-ジアミノベンジルなどが挙げられる。 In the general formula (1), specific examples of aromatic diamines other than 4,4'-diaminodiphenyl ether include the following aromatic diamine residues. Namely, 4,6-dimethyl-m-phenylenediamine, 2,5-dimethyl-p-phenylediamine, 2,4-diaminomesitylene, 4,4'-methylenedi-o-toluidine, 4,4'-methylenedi- 2,6-xylidine, 4,4'-methylene-2,6-diethylaniline, 2,4-toluenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylpropane, 3,3 ' -Diaminodiphenylpropane, 4,4'-diaminodiphenylethane, 3,3'-diaminodiphenylethane, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, 3, 3'-diaminodiphenyl sulfide, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 3,3-diaminodiphenyl ether, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, benzidine, 3,3'-diaminobiphenyl, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dimethoxybenzidine, 4,4 ' -Diamino-p-terphenyl, 3,3'-diamino-p-terphenyl, bis (p-aminocyclohexyl) methane, bis (p-β-amino-t-butylphenyl) ether, bis (p-β- Methyl-δ-aminopentyl) benzene, p-bis (2-methyl-4-aminopentyl) benzene, p-bis (1,1-dimethyl-5-aminopentyl) benzene, 1,5-diaminonaphthalene, 2, 6-diaminonaphthalene, 2,4-bis (β-amino-t-butyl) toluene, 2,4-diaminotoluene, m-xylene-2,5-diamine, p-xylene-2,5-diamine, m- Xylylenediamine, p-xylylenediamine, 2,6-diaminopyridine, 2,5-diaminopyridine, 2,5-diamino-1,3,4-oxadiazole, piperazine, 2 2,2'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 3,7-diaminodibenzofuran, 1,5-diaminofluorene, dibenzo-p-dioxin-2,7-diamine, 4,4'-diaminobenzyl, etc. It is done.
また、Ar2は4価の酸二無水物残基であり、好ましくは芳香族酸二無水物の残基である。このような酸二無水物残基を与える芳香族酸二無水物の具体例としては、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)、2,2',3,3'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3',4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ナフタレン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物(NTCDA)、ナフタレン-1,2,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン-1,2,4,5-テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン-1,2,6,7-テトラカルボン酸二無水物、4,8-ジメチル-1,2,3,5,6,7-ヘキサヒドロナフタレン-1,2,5,6-テトラカルボン酸二無水物、4,8-ジメチル-1,2,3,5,6,7-ヘキサヒドロナフタレン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物、2,6-ジクロロナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物、2,7-ジクロロナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-テトラクロロナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-テトラクロロナフタレン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、2,2',3,3'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3',4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3'',4,4''-p-テルフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2'',3,3''-p-テルフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3'',4''-p-テルフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)-プロパン二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-プロパン二無水物、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3.4-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ペリレン-2,3,8,9-テトラカルボン酸二無水物、ペリレン-3,4,9,10-テトラカルボン酸二無水物、ペリレン-4,5,10,11-テトラカルボン酸二無水物、ペリレン-5,6,11,12-テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン-1,2,7,8-テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン-1, 2,6,7-テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン-1,2,9,10-テトラカルボン酸二無水物、シクロペンタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物、ピラジン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ピロリジン-2,3,4,5-テトラカルボン酸二無水物、チオフェン-2,3,4,5-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などが挙げられる。 Ar 2 is a tetravalent acid dianhydride residue, preferably an aromatic acid dianhydride residue. Specific examples of aromatic dianhydrides that give such acid dianhydride residues include pyromellitic dianhydride (PMDA), 3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride (BTDA), 2,2 ', 3,3'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 2,3,3', 4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, naphthalene-2,3,6,7- Tetracarboxylic dianhydride (NTCDA), naphthalene-1,2,5,6-tetracarboxylic dianhydride, naphthalene-1,2,4,5-tetracarboxylic dianhydride, naphthalene-1,4, 5,8-tetracarboxylic dianhydride, naphthalene-1,2,6,7-tetracarboxylic dianhydride, 4,8-dimethyl-1,2,3,5,6,7-hexahydronaphthalene- 1,2,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 4,8-dimethyl-1,2,3,5,6,7-hexahydronaphthalene-2,3,6,7-tetracarboxylic dianhydride 2,6-dichloronaphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride, 2,7-dichloro Phthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-tetrachloronaphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride, 1,4,5, 8-tetrachloronaphthalene-2,3,6,7-tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), 2,2', 3,3 '-Biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,3', 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,3``, 4,4 ''-p-terphenyltetracarboxylic dianhydride 2,2``, 3,3 ''-p-terphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,3 '', 4 ''-p-terphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2 -Bis (2,3-dicarboxyphenyl) -propane dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) -propane dianhydride, bis (2,3-dicarboxyphenyl) ether dianhydride Bis (2,3-dicarboxyphenyl) methane dianhydride, bis (3.4-dicarboxyphenyl) methane dianhydride, (2,3-dicarboxyphenyl) sulfone dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) sulfone dianhydride, 1,1-bis (2,3-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, 1 , 1-bis (3,4-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, perylene-2,3,8,9-tetracarboxylic dianhydride, perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride Perylene-4,5,10,11-tetracarboxylic dianhydride, perylene-5,6,11,12-tetracarboxylic dianhydride, phenanthrene-1,2,7,8-tetracarboxylic dianhydride Anhydride, phenanthrene-1,2,6,7-tetracarboxylic dianhydride, phenanthrene-1,2,9,10-tetracarboxylic dianhydride, cyclopentane-1,2,3,4-tetracarboxylic Acid dianhydride, pyrazine-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, pyrrolidine-2,3,4,5-tetracarboxylic dianhydride, thiophene-2,3,4,5-tetra Carboxylic dianhydride, 4,4'-oxy And diphthalic dianhydride.
本発明では、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを必須成分とするものであるが、これと組み合わせて使用できる芳香族酸二無水物としては、3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が好ましい。4,4’−ジアミノジフェニルエーテルと3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とをポリイミド樹脂の原料として組み合わせて用いることによって、金属張積層体の反りを抑制する効果が最大限に発揮される。 In the present invention, 4,4′-diaminodiphenyl ether is an essential component as a diamine component, and aromatic dianhydrides that can be used in combination with this component include 3,3 ′, 4,4′-benzophenone. Tetracarboxylic dianhydride is preferred. By using 4,4'-diaminodiphenyl ether and 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride in combination as raw materials for polyimide resin, the effect of suppressing warpage of the metal-clad laminate is maximized. To the limit.
ポリイミド樹脂層を構成するポリイミド樹脂を合成する場合、ジアミン、酸無水物はそれぞれ1種のみを使用してもよく、2種以上を併用することもできる。 When synthesize | combining the polyimide resin which comprises a polyimide resin layer, only 1 type may be used for a diamine and an acid anhydride, respectively, and 2 or more types can also be used together.
上記のとおり、フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層を構成するポリイミド樹脂のガラス転移点(Tg)は、250℃以上で、かつ熱可塑性の特性を示す熱可塑性ポリイミドである。この熱可塑性ポリイミドのガラス転移点(Tg)は250〜320℃の範囲内にあることが好ましい。ガラス転移点(Tg)が250℃に満たないと放熱基板としての耐熱性に劣り、320℃を超えると金属層との密着性が十分に確保できなくなるおそれがある。 As above-mentioned, the glass transition point (Tg) of the polyimide resin which comprises a filler high-density containing polyimide resin layer is 250 degreeC or more, and is a thermoplastic polyimide which shows a thermoplastic characteristic. The glass transition point (Tg) of this thermoplastic polyimide is preferably in the range of 250 to 320 ° C. When the glass transition point (Tg) is less than 250 ° C., the heat resistance as a heat dissipation substrate is poor, and when it exceeds 320 ° C., there is a possibility that sufficient adhesion with the metal layer cannot be secured.
<熱伝導性フィラー>
ポリイミド樹脂層中の熱伝導性フィラーの含有割合は、40〜70vol%の範囲内であることが必要であり、50〜70vol%の範囲内が好ましい。熱伝導性フィラーの含有割合が40vol%に満たないと、回路基板等の電子部品とした際の放熱特性が十分でなく、70vol%を超えるとポリイミド樹脂(ポリアミド酸)中に熱伝導性フィラーを含有させた場合、ワニスが高粘度化し金属張積層体の作製が困難となる。
<Thermal conductive filler>
The content rate of the heat conductive filler in a polyimide resin layer needs to exist in the range of 40-70 vol%, and the inside of the range of 50-70 vol% is preferable. If the content ratio of the heat conductive filler is less than 40 vol%, the heat dissipation characteristic when the electronic component such as a circuit board is used is insufficient, and if it exceeds 70 vol%, the heat conductive filler is contained in the polyimide resin (polyamic acid). When contained, the varnish becomes highly viscous and it becomes difficult to produce a metal-clad laminate.
さらに、本発明で使用する熱伝導性フィラーの80vol%以上は、平均粒子径が5μm以下の球状フィラーであることが必要である。ここで、球状とは、形状が球形又は球形に近いもので、平均長径と平均短径との比が1又は1に近いもの(好ましくは0.8以上)を意味する。球状フィラーとしては、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウムのいずれか一方又は両方を含むことが好ましく、特に、高い熱伝導性を担保し、反りを効果的に抑制できることから、熱伝導性フィラーのすべてを窒化アルミニウムとすることがより好ましい。 Furthermore, 80 vol% or more of the thermally conductive filler used in the present invention needs to be a spherical filler having an average particle diameter of 5 μm or less. Here, the spherical shape means a shape having a spherical shape or a shape close to a spherical shape, and a ratio of an average major axis to an average minor axis close to 1 or 1 (preferably 0.8 or more). As the spherical filler, for example, it is preferable to include one or both of aluminum oxide and aluminum nitride. In particular, since high thermal conductivity is ensured and warpage can be effectively suppressed, all of the thermally conductive filler is nitrided. More preferably, aluminum is used.
熱伝導性フィラーの大部分に球状フィラーを用いることによって、ポリイミド樹脂層への高密度充填と均一な分散が可能になり、熱伝導率を向上させることができる。また、本発明において、熱伝導性フィラーの80vol%以上が、平均粒子径が5μm以下の球状フィラーであることを必須とする理由は、以下のとおりである。すなわち、本発明では、絶縁層の40vol%以上の高密度に熱伝導性フィラーを充填するために、平均粒子径が5μmを超えるフィラーや、非球状フィラーの含有率が合計で20vol%を超えると、外観不良を起こしやすくなったり、フィラーと樹脂との界面にボイドが発生しやすくなって耐電圧性が低下したりしやすくなる。 By using a spherical filler for most of the thermally conductive filler, high-density filling and uniform dispersion into the polyimide resin layer are possible, and the thermal conductivity can be improved. In the present invention, the reason why it is essential that 80 vol% or more of the thermally conductive filler is a spherical filler having an average particle diameter of 5 μm or less is as follows. That is, in the present invention, in order to fill the heat conductive filler with a high density of 40 vol% or more of the insulating layer, when the average particle size exceeds 5 μm or the content of non-spherical filler exceeds 20 vol% in total. , It becomes easy to cause poor appearance, and voids are likely to be generated at the interface between the filler and the resin, and the withstand voltage is likely to be lowered.
本発明では、発明の効果を損なわない範囲で、上記平均粒子径が5μm以下の球状フィラーとともに、それ以外の熱伝導性フィラーを併用することができる。上記以外の熱伝導性フィラーとしては、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、シリカ、ダイヤモンド、マグネシア、ベリリア、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等が挙げられる。これらの中でも、シリカ、窒化ホウ素、窒化ケイ素から選ばれる熱伝導性フィラーが好ましい。ポリイミド樹脂層は絶縁層として作用するので、その観点からはポリイミド樹脂層に配合されるフィラーは絶縁性であるものが適する。 In the present invention, other heat conductive fillers can be used in combination with the spherical filler having an average particle diameter of 5 μm or less within a range not impairing the effects of the invention. Examples of the heat conductive filler other than the above include aluminum, copper, nickel, silica, diamond, magnesia, beryllia, boron nitride, silicon nitride, silicon carbide and the like. Among these, a thermally conductive filler selected from silica, boron nitride, and silicon nitride is preferable. Since the polyimide resin layer acts as an insulating layer, the filler blended in the polyimide resin layer is suitable from that viewpoint.
熱伝導性フィラー(球状フィラー及び球状以外のフィラー)の粒子サイズは、ポリイミド樹脂層の厚み方向にフィラーを均一に分散させて熱伝導性を向上させる観点から、平均粒子径が5μm以下であることが好ましく、0.5〜3μmの範囲内にあることがより好ましい。熱伝導性フィラーの平均粒子径が5μmより大きいと、ポリイミド樹脂層の表面にフィラーが突出し外観上に問題が生じる場合がある。特に絶縁層の厚みが40μm以下である場合には、熱伝導性フィラーの平均粒子径を大きくしすぎないことが重要であり、平均粒子径を5μm以下とすることによって、外観上の不具合を回避できる。 The particle size of the thermally conductive filler (spherical filler and non-spherical filler) is such that the average particle size is 5 μm or less from the viewpoint of improving thermal conductivity by uniformly dispersing the filler in the thickness direction of the polyimide resin layer. Is preferable, and it is more preferable that it exists in the range of 0.5-3 micrometers. If the average particle size of the thermally conductive filler is larger than 5 μm, the filler may protrude from the surface of the polyimide resin layer, causing a problem in appearance. Especially when the thickness of the insulating layer is 40 μm or less, it is important not to make the average particle diameter of the heat conductive filler too large. By making the average particle diameter 5 μm or less, problems in appearance can be avoided. it can.
<絶縁層の構造>
絶縁層は、上記フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層を有していれば、単層に限らず複数層とすることもできる。例えば、金属層とフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層との間に、フィラーを含有しない絶縁層を設けることもできる。ただし、フィラーを含有しない絶縁層の厚みによっては、金属張積層体の熱伝導率が低下するので、放熱の効率を維持するために、金属層と接する絶縁層にはフィラーが含有されていることが好ましい。この場合には、金属層との接着性を担保するため、フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層よりもフィラー含有率を低くすることが好ましい。
<Insulation layer structure>
The insulating layer is not limited to a single layer, and may be a plurality of layers as long as it has the above-described high-density filler polyimide resin layer. For example, an insulating layer that does not contain a filler can be provided between the metal layer and the high-density filler polyimide resin layer. However, depending on the thickness of the insulating layer that does not contain a filler, the thermal conductivity of the metal-clad laminate decreases, so that the insulating layer in contact with the metal layer must contain a filler in order to maintain heat dissipation efficiency. Is preferred. In this case, in order to ensure adhesion with the metal layer, it is preferable to lower the filler content than the high-density filler-containing polyimide resin layer.
なお、本発明による熱伝導性ポリイミド−金属基板の積層構成の代表例を示すと下記のA)〜D)の積層構造が例示できる。
A)金属層1/フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層
B)金属層1/フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層/金属層2
C)金属層1/フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層/ポリイミド樹脂層/金属層2
D)金属層1/フィラー低含有ポリイミド樹脂層/フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層/ポリイミド樹脂/金属層2
In addition, when the typical example of the laminated structure of the heat conductive polyimide-metal substrate by this invention is shown, the laminated structure of following A) -D) can be illustrated.
A) Metal layer 1 / Filler high-density polyimide resin layer B) Metal layer 1 / Filler high-density polyimide resin layer / Metal layer 2
C) Metal layer 1 / High density filler-containing polyimide resin layer / Polyimide resin layer / Metal layer 2
D) Metal layer 1 / Lower content polyimide resin layer / High density filler polyimide resin layer / Polyimide resin / Metal layer 2
上記A)〜D)の積層構造の中でも、優れた厚み方向の熱伝導率を得る観点から、フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層と金属層とが直接接触しているA)〜C)が好ましく、絶縁層がフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層のみ(単層)で形成されているA)及びB)がより好ましい。 Among the laminated structures A) to D), A) to C) in which the filler high-density-containing polyimide resin layer and the metal layer are in direct contact are preferable from the viewpoint of obtaining excellent thermal conductivity in the thickness direction. A) and B) in which the insulating layer is formed only of a high-density filler-containing polyimide resin layer (single layer) is more preferable.
絶縁層の厚みは、例えば5〜40μmの範囲内が好ましく、10〜40μmの範囲内がより好ましい。絶縁層の厚みが5μmに満たないと、絶縁層が脆く破れ易くなり、一方で40μmを超えると熱抵抗が高くなるため高熱伝導ポリイミド−金属基板としての性能が発現しにくい。 For example, the thickness of the insulating layer is preferably in the range of 5 to 40 μm, and more preferably in the range of 10 to 40 μm. If the thickness of the insulating layer is less than 5 μm, the insulating layer is brittle and easily broken. On the other hand, if it exceeds 40 μm, the thermal resistance becomes high, so that the performance as a highly thermally conductive polyimide-metal substrate is hardly exhibited.
絶縁層は、その厚み方向の熱伝導率が1.5W/m・K以上であることが好ましく、1.5〜3.0W/mK以上であることがより好ましい。絶縁層の全体の厚み方向の熱伝導率が1.5W/mK以上であることにより、金属張積層体の放熱特性が優れたものとなり、高温環境で使用される回路基板等への適用が可能になる。このように優れた熱伝導率は、絶縁層を構成するポリイミド樹脂層への熱伝導性フィラーの添加量を40vol%以上にすることによって実現できる。ポリイミド樹脂層への熱伝導性フィラーの添加量が40vol%未満である場合、絶縁層の全体の厚み方向の熱伝導率が1.5W/mK未満となり放熱特性が低下する。本発明の金属張積層体では、特に、絶縁層の全体の厚みに占めるフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層の厚みの割合を100%とし、接着層を介在させないことによって、高い熱伝導率を得ることができる。なお、本明細書において、特に断りがない限り、熱伝導率は、層の厚み方向の熱伝導率(λzTC)を意味する。 The insulating layer preferably has a thermal conductivity in the thickness direction of 1.5 W / m · K or more, and more preferably 1.5 to 3.0 W / mK or more. The thermal conductivity in the thickness direction of the entire insulating layer is 1.5 W / mK or more, so the heat dissipation characteristics of the metal-clad laminate are excellent, and it can be applied to circuit boards used in high-temperature environments. become. Thus, the outstanding heat conductivity is realizable by making the addition amount of the heat conductive filler into the polyimide resin layer which comprises an insulating layer 40 vol% or more. When the amount of the thermally conductive filler added to the polyimide resin layer is less than 40 vol%, the overall thermal conductivity in the thickness direction of the insulating layer is less than 1.5 W / mK, and the heat dissipation characteristics are degraded. In the metal-clad laminate of the present invention, in particular, the ratio of the thickness of the high-density filler-containing polyimide resin layer in the total thickness of the insulating layer is 100%, and a high thermal conductivity is obtained by not interposing an adhesive layer. Can do. In the present specification, unless otherwise specified, the thermal conductivity means the thermal conductivity in the thickness direction of the layer (λzTC).
本発明の金属張積層体は、絶縁層の厚み方向における熱伝導率が1.5W/m・K以上であるだけでなく、金属層との接着性(ピール強度)が0.5kN/m以上であることが好ましく、0.6〜1.8kN/mの範囲内であることがより好ましい。本発明では、ピール強度を0.5kN/m以上とし、かつ反りの低減、耐熱性など他の特性も維持するために、ポリイミド樹脂を構成するジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを50mol%以上用いる。全ジアミン成分に対して、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルが50mol%未満であると金属層とのピール強度が0.5kN/m未満となって金属層との密着力が不足するおそれがある。 The metal-clad laminate of the present invention not only has a thermal conductivity of 1.5 W / m · K or more in the thickness direction of the insulating layer, but also has an adhesion (peel strength) to the metal layer of 0.5 kN / m or more. It is preferable that it is in the range of 0.6 to 1.8 kN / m. In the present invention, 50 mol% of 4,4′-diaminodiphenyl ether is used as the diamine component constituting the polyimide resin in order to set the peel strength to 0.5 kN / m or more and to maintain other properties such as warpage reduction and heat resistance. Use above. If the amount of 4,4'-diaminodiphenyl ether is less than 50 mol% with respect to the total diamine component, the peel strength with the metal layer is less than 0.5 kN / m, and the adhesion with the metal layer may be insufficient.
なお、絶縁層のポリイミド樹脂層中には、上記物性を損なわない限りにおいて、例えば加工助剤、抗酸化剤、光安定剤、難燃剤、帯電防止剤、界面活性剤、分散剤、沈降防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、熱伝導性以外の有機もしくは無機フィラーなどの任意成分を含むことができる。 In the polyimide resin layer of the insulating layer, as long as the above physical properties are not impaired, for example, processing aids, antioxidants, light stabilizers, flame retardants, antistatic agents, surfactants, dispersants, antisettling agents are used. In addition, an optional component such as an organic or inorganic filler other than a thermal stabilizer, an ultraviolet absorber, and thermal conductivity can be included.
[金属層]
本発明の金属張積層体における金属層としては、例えば銅、アルミニウム、鉄、銀、パラジウム、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、亜鉛及びそれらの合金等の導電性金属箔を挙げることができ、これらの中でも銅箔又は銅を90%以上含む合金銅箔が好ましく用いられる。金属層の好ましい厚み範囲は、金属張積層体の用途に応じて設定できるが、電子機器、照明機器などの基板材料として使用する場合は、例えば5〜50μmの範囲内とすることが好ましい。金属層の厚みが5μmに満たないと、製造工程における搬送時にシワが入るなどの不具合が生じるおそれがあり、反対に50μmを超えると加工性が低下する場合がある。
[Metal layer]
Examples of the metal layer in the metal-clad laminate of the present invention include conductive metal foils such as copper, aluminum, iron, silver, palladium, nickel, chromium, molybdenum, tungsten, zinc, and alloys thereof. Among these, a copper foil or an alloy copper foil containing 90% or more of copper is preferably used. Although the preferable thickness range of a metal layer can be set according to the use of a metal-clad laminated body, when using as board | substrate materials, such as an electronic device and a lighting device, it is preferable to set it as the range of 5-50 micrometers, for example. If the thickness of the metal layer is less than 5 μm, problems such as wrinkles may occur during conveyance in the manufacturing process. Conversely, if the thickness exceeds 50 μm, workability may be reduced.
また、金属層として用いる導電性金属箔は、絶縁層との接着性を高めるために、絶縁層と接着する面の表面粗度(Ra)が、例えば0.05〜0.5μmの範囲内であることが好ましい。絶縁層と接着する面の表面粗度(Ra)が0.05μm未満では、金属張積層体の用途によって金属層と絶縁層が剥がれやすくなることがあり、例えば、金属張積層体をフレキシブル基板材料として利用する場合に不向きとなる。一方、絶縁層と接着する面の表面粗度(Ra)が0.5μmを超えると、粗化によるアンカー効果により金属層と絶縁層との接着性は良好となるが、金属層を配線加工した際における配線形状の悪化が懸念される。 In addition, the conductive metal foil used as the metal layer has a surface roughness (Ra) of a surface bonded to the insulating layer in the range of 0.05 to 0.5 μm, for example, in order to improve adhesion to the insulating layer. Preferably there is. When the surface roughness (Ra) of the surface to be bonded to the insulating layer is less than 0.05 μm, the metal layer and the insulating layer may be easily peeled off depending on the use of the metal-clad laminate. It becomes unsuitable when using as. On the other hand, when the surface roughness (Ra) of the surface to be bonded to the insulating layer exceeds 0.5 μm, the adhesion between the metal layer and the insulating layer is improved due to the anchor effect due to the roughening, but the metal layer was processed by wiring. There is concern about the deterioration of the wiring shape.
[作用]
金属張積層体の放熱特性を向上させるためには、絶縁層に熱伝導性フィラーを高密度に充填すればよい。ところが、上記のとおり、ポリイミド樹脂層に球状の熱伝導性フィラーを高密度(例えば40vol%以上)に含有させると、金属張積層体に反りが生じやすくなる。本発明者らは、ポリイミド樹脂層に熱伝導性フィラーを高密度充填した場合の反りのメカニズムについて解明を進めた結果、フィラーを含有しないか、低密度でしか含有しない金属張積層体とは異なる挙動で反りが発生しているとの知見を得た。すなわち、金属張積層体の反りは、金属層の上に形成されたポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸層の加熱乾燥から熱硬化の初期段階に至る熱履歴が主原因となって発生し、その際の挙動が熱伝導性フィラーを高密度充填させた絶縁層の場合には特異的であるものと考えられる。
[Action]
In order to improve the heat dissipation characteristics of the metal-clad laminate, the insulating layer may be filled with a heat conductive filler at a high density. However, as described above, when the spherical heat conductive filler is contained in the polyimide resin layer at a high density (for example, 40 vol% or more), the metal-clad laminate is likely to be warped. As a result of advancing the elucidation of the mechanism of warping when the polyimide resin layer is filled with a thermally conductive filler at a high density, the present inventors do not contain a filler or differ from a metal-clad laminate containing only a low density. We obtained knowledge that warping occurred in the behavior. That is, the warp of the metal-clad laminate is mainly caused by the heat history from the heat drying of the polyamic acid layer, which is a precursor of the polyimide resin formed on the metal layer, to the initial stage of thermosetting, It is considered that the behavior at that time is specific in the case of an insulating layer filled with a thermally conductive filler at a high density.
本発明によって、金属張積層体の反りが抑制されるメカニズムは、必ずしも全て解明できてはいないが、以下のように考えれば合理的な説明が可能である。絶縁層は、基材上に絶縁層となるポリアミド酸溶液を塗布し、これを加熱によってイミド化することによって形成されるわけであるが、その際の乾燥・硬化の熱によって、ある程度の膨張/収縮が生じる。これを、フィラーを高密度で含有させた系で考えた場合、線熱膨張係数が小さなポリイミド樹脂では、ポリアミド酸層の乾燥段階での熱膨張の量が比較的小さいため、溶剤およびイミド化水の揮発に伴う収縮量の方が大きくなり、これが支配的な要因となって反りが発生しやすくなるものと考えられる。これに対して、熱可塑性ポリイミド樹脂にフィラーを高密度に含有させた場合は、ポリアミド酸層の加熱乾燥による熱膨張量と、溶剤およびイミド化水の揮発に伴う収縮量が相殺されるため、むしろ反りが抑制されるものと考えられる。この考えは、後記実施例において、金属張積層体の反りが、すべて樹脂側に向かってカールしている事実(つまり、樹脂の収縮に起因した反りである点)と符合している。このように、熱可塑性樹脂の方が低熱膨張性樹脂よりも反りが抑制されることは、熱伝導性フィラーを充填していない従来の金属張積層体では見られなかった現象であり、これまでの技術常識に明らかに反するものである。 Although all the mechanisms by which the warpage of the metal-clad laminate is suppressed by the present invention have not been clarified, a rational explanation can be made by considering the following. The insulating layer is formed by applying a polyamic acid solution to be an insulating layer on a base material and imidizing the solution by heating. However, due to the heat of drying and curing at that time, a certain degree of expansion / Shrinkage occurs. When considering this in a system containing a filler at a high density, a polyimide resin having a small linear thermal expansion coefficient has a relatively small amount of thermal expansion in the drying stage of the polyamic acid layer. It is considered that the amount of shrinkage due to volatilization of slag increases, which becomes a dominant factor and warpage tends to occur. On the other hand, when the filler is contained in the thermoplastic polyimide resin at a high density, the thermal expansion amount due to heat drying of the polyamic acid layer and the shrinkage amount due to volatilization of the solvent and imidized water are offset. Rather, it is thought that warpage is suppressed. This idea is consistent with the fact that all the warp of the metal-clad laminate is curled toward the resin side in the examples described later (that is, the warp caused by the shrinkage of the resin). Thus, the warpage of the thermoplastic resin is suppressed more than the low thermal expansion resin is a phenomenon that has not been seen in the conventional metal-clad laminate that is not filled with the thermally conductive filler. It is clearly contrary to the common sense of technology.
そして、本発明者らは、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを用いたポリイミド樹脂では、特にポリアミド酸層の加熱乾燥から熱硬化の初期段階に至る膨張・収縮による寸法変化が小さく、他の熱可塑性ポリイミド樹脂と比較しても、反りの程度が最も小さいことを見出した。この理由は未だ明らかではないが、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルは、その分子構造の対象性が高く、適度な柔軟性を持つことから、これを主なジアミン成分(好ましくはジアミン成分の全部)として用いたポリアミド酸/ポリイミド樹脂は、熱膨張と熱収縮のバランスがほぼ均衡することが理由と推測される。さらにこの効果は、ポリイミド樹脂の原料として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルと3,3',4,4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とを組み合わせた場合に顕著に発揮されることも確認された。以上が、本発明で、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを50mol%以上用いることを必須とする第1の理由である。 The present inventors have found that polyimide resin using 4,4′-diaminodiphenyl ether as a diamine component has a small dimensional change due to expansion / contraction from the heat drying of the polyamic acid layer to the initial stage of thermosetting. It was found that the degree of warpage was the smallest even when compared with the thermoplastic polyimide resin. The reason for this is not yet clear, but 4,4′-diaminodiphenyl ether has a high molecular structure and has an appropriate flexibility, so that it is used as the main diamine component (preferably all of the diamine components). It is presumed that the polyamic acid / polyimide resin used as a balance between thermal expansion and thermal shrinkage is almost balanced. Furthermore, it has been confirmed that this effect is remarkably exhibited when 4,4′-diaminodiphenyl ether and 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride are combined as a raw material for polyimide resin. It was. The above is the first reason why it is essential to use 50 mol% or more of 4,4′-diaminodiphenyl ether as the diamine component in the present invention.
また、優れた放熱特性が要求される用途に使用する金属張積層体において、絶縁層に高い耐熱性が要求されることは必須の要件である。本発明では、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを50mol%以上用いることにより、ポリイミド樹脂のガラス転移点を250℃以上にすることが容易になり、高い耐熱性を付与できる。これが、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを選択する第2の理由である。 In addition, in a metal-clad laminate used for applications that require excellent heat dissipation characteristics, it is an essential requirement that the insulating layer be required to have high heat resistance. In the present invention, by using 50 mol% or more of 4,4′-diaminodiphenyl ether as the diamine component, the glass transition point of the polyimide resin can be easily set to 250 ° C. or more, and high heat resistance can be imparted. This is the second reason for selecting 4,4'-diaminodiphenyl ether as the diamine component.
さらに、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを50mol%以上用いて得られるポリイミド樹脂は、熱可塑性を示し、金属層との接着性に優れている。従来の金属張積層体では、線熱膨張係数の小さなポリイミド樹脂層の接着性を担保するために、バインダー層として接着性の高い熱可塑性ポリイミド樹脂の薄膜を積層することによって、反りの発生を抑制しつつ金属層との接着性を担保していた。しかし、優れた放熱特性を得ようとする場合、金属層との間に熱可塑性ポリイミド樹脂のバインダー層が介在することは、厚さ方向の熱伝導率(λz)を数十%程度低下させる結果となり、大きな障害要因になっていた。本発明では、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを50mol%以上用いて得られる熱可塑性のポリイミド樹脂に、直接熱伝導性フィラーを高密度充填することによって、バインダー層を省略することができる。従って、金属層との接着性を担保しながら、バインダー層を介在させた場合では得られなかった高い放熱特性を実現できた。これが、本発明において、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを選択する第3の理由である。 Furthermore, a polyimide resin obtained by using 50 mol% or more of 4,4′-diaminodiphenyl ether as a diamine component exhibits thermoplasticity and is excellent in adhesiveness with a metal layer. In conventional metal-clad laminates, in order to ensure the adhesion of polyimide resin layers with a small coefficient of linear thermal expansion, the occurrence of warpage is suppressed by laminating a thin film of thermoplastic polyimide resin with high adhesion as a binder layer. However, the adhesion to the metal layer was ensured. However, when an excellent heat dissipation characteristic is to be obtained, the presence of a thermoplastic polyimide resin binder layer between the metal layer results in a decrease in the thermal conductivity (λz) in the thickness direction by several tens of percent. And became a major obstacle. In the present invention, the binder layer can be omitted by directly filling a thermoplastic polyimide resin obtained by using 4,4′-diaminodiphenyl ether as a diamine component in an amount of 50 mol% or more with a high-density thermal conductive filler. . Therefore, it was possible to realize high heat dissipation characteristics that could not be obtained when the binder layer was interposed while ensuring adhesion with the metal layer. This is the third reason why 4,4'-diaminodiphenyl ether is selected as the diamine component in the present invention.
なお、上記のような4,4’−ジアミノジフェニルエーテルの効果は、熱伝導性フィラーを40vol%以上の高密度で充填する場合に発現するものである。また、熱伝導性フィラーとして、平均粒子径が5μm以下の球状フィラーを高密度に含有させる場合には、その粒径が十分に小さいことと、形状が球状で均一分散しやすく、複合材料としての絶縁層の物性が均質化するとの理由により、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを50mol%以上(好ましくは100mol%)の比率で使用したポリアミド酸/ポリイミド樹脂の乾燥から熱硬化の間の熱膨張と熱収縮のバランスが最適化され、反りが抑制されるものと考えられる。 The effect of 4,4′-diaminodiphenyl ether as described above is manifested when the thermally conductive filler is filled at a high density of 40 vol% or more. In addition, when a spherical filler having an average particle size of 5 μm or less is included as a thermally conductive filler at a high density, the particle size is sufficiently small, and the shape is spherical and easily dispersed uniformly. Due to the homogenization of the physical properties of the insulating layer, the polyamic acid / polyimide resin in which 4,4′-diaminodiphenyl ether is used as a diamine component in a ratio of 50 mol% or more (preferably 100 mol%) is used between drying and thermal curing. It is considered that the balance between thermal expansion and thermal contraction is optimized and warpage is suppressed.
[製造方法]
次に、熱伝導性ポリイミド−金属基板(金属張積層体)の製造方法の一例について説明する。金属張積層体は、金属基板の金属層となる金属基材上にポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸に熱伝導性フィラーを分散させたフィラー含有ポリアミド酸を、金属基材上に直接塗布し、乾燥及び硬化させることによって形成することができる。この場合、フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層上に、さらに同様の方法で、任意にフィラーを含有する他のポリイミド樹脂層を積層形成してもよい。ここで、金属基材としては、放熱基板や回路基板の導体層となる上記した銅箔等の金属箔を用いることができる。
[Production method]
Next, an example of a method for producing a thermally conductive polyimide-metal substrate (metal-clad laminate) will be described. In the metal-clad laminate, a filler-containing polyamic acid obtained by dispersing a thermally conductive filler in polyamic acid, which is a polyimide resin precursor, is directly applied onto a metal substrate, which is a metal layer of a metal substrate. It can be formed by drying and curing. In this case, another polyimide resin layer optionally containing a filler may be laminated on the high-density filler polyimide resin layer in the same manner. Here, as a metal base material, metal foils, such as above-mentioned copper foil used as the conductor layer of a thermal radiation board | substrate or a circuit board, can be used.
金属基材上へのフィラー含有ポリアミド酸溶液の塗布は、公知の方法で行うことができ、例えば、バーコード方式、グラビアコート方式、ロールコート方式、ダイコート方式等から適宜選択して採用することができる。 Application of the filler-containing polyamic acid solution on the metal substrate can be performed by a known method, for example, appropriately selected from a barcode method, a gravure coating method, a roll coating method, a die coating method, and the like. it can.
本発明をよりわかりやすく説明するために、絶縁層の片面に金属層を有する金属張積層体の製造例を示す。ここでは、ポリイミド樹脂層が、1層のフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層のみにより構成される場合を例に挙げて説明する。まず、金属張積層体の金属層を構成する銅箔などの金属箔を準備する。この金属箔上にフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層を形成するための熱伝導性フィラー入りのポリアミド酸溶液を塗布し、例えば140℃以下の温度で乾燥し一定量の溶媒を除去する。その後、更に高温で熱処理してポリアミド酸をイミド化し、フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層の片面に金属層を有する金属張積層体とする。ここで、イミド化のための熱処理は、例えば130〜360℃の範囲内の加熱温度で、段階的に15〜60分程度の時間をかけて行うことが好ましい。このような段階的な熱処理によって、熱硬化段階における絶縁層の寸法変化を小さく、反りを抑制できる。なお、熱処理の温度が130℃より低いとポリイミドの脱水閉環反応が十分に進行せず、反対に360℃を超えると、ポリイミド樹脂層及び金属層が酸化等により劣化するおそれがある。 In order to explain the present invention more clearly, a production example of a metal-clad laminate having a metal layer on one side of an insulating layer is shown. Here, the case where a polyimide resin layer is comprised only with one filler high density containing polyimide resin layer is mentioned as an example, and is demonstrated. First, a metal foil such as a copper foil constituting the metal layer of the metal-clad laminate is prepared. A polyamic acid solution containing a thermally conductive filler for forming a high-density filler polyimide resin layer on the metal foil is applied and dried at a temperature of, for example, 140 ° C. or less to remove a certain amount of solvent. Thereafter, the polyamic acid is imidized by further heat treatment at a high temperature to obtain a metal-clad laminate having a metal layer on one side of the high-density filler-containing polyimide resin layer. Here, the heat treatment for imidization is preferably performed at a heating temperature within a range of 130 to 360 ° C., for example, in a time step of about 15 to 60 minutes. Such stepwise heat treatment makes it possible to reduce the dimensional change of the insulating layer in the thermosetting stage and suppress warping. If the temperature of the heat treatment is lower than 130 ° C., the dehydration ring-closing reaction of polyimide does not proceed sufficiently. On the contrary, if it exceeds 360 ° C., the polyimide resin layer and the metal layer may be deteriorated due to oxidation or the like.
また、上記熱伝導性フィラーを含有するポリアミド酸溶液の調製は、例えば、予め重合して得られた溶媒を含むポリアミド酸溶液に熱伝導性フィラーを所定量添加し、攪拌装置などで分散させることで調製する方法や、溶媒中に熱伝導性フィラーを分散させながらジアミンと酸無水物を添加して重合を行い調製する方法が挙げられる。ここで、ポリアミド酸は、芳香族ジアミン成分と芳香族テトラカルボン酸二無水物成分とを実質的に等モル使用し、溶媒中で重合する公知の方法によって製造することができる。すなわち、例えば窒素気流下でN,N−ジメチルアセトアミドなどの溶媒に上記芳香族ジアミン成分を溶解させた後、芳香族テトラカルボン酸二無水物を加えて、室温で3時間程度反応させることによりポリアミド酸が得られる。 In addition, the preparation of the polyamic acid solution containing the above heat conductive filler is, for example, adding a predetermined amount of the heat conductive filler to the polyamic acid solution containing a solvent obtained by preliminarily polymerizing, and dispersing with a stirrer or the like. And a method in which a diamine and an acid anhydride are added and polymerization is performed while dispersing a thermally conductive filler in a solvent. Here, the polyamic acid can be produced by a known method in which an aromatic diamine component and an aromatic tetracarboxylic dianhydride component are used in substantially equimolar amounts and polymerized in a solvent. That is, for example, after the aromatic diamine component is dissolved in a solvent such as N, N-dimethylacetamide under a nitrogen stream, an aromatic tetracarboxylic dianhydride is added and reacted at room temperature for about 3 hours. An acid is obtained.
フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層を形成する目的に適したポリアミド酸の好ましい重合度は、その粘度範囲で表したとき、例えば溶液粘度が5〜2,000Pの範囲内であることが好ましく、200〜300Pの範囲内がより好ましい。上記粘度範囲であれば、熱伝導性フィラーを配合しても均一な分散状態に保つことができる。溶液粘度の測定は、恒温水槽付のコーンプレート式粘度計によって行うことができる。なお、上記溶媒には、N,N−ジメチルアセトアミドの他、n−メチルピロリジノン、2−ブタノン、ジグライム、キシレン等が挙げられ、これらを1種若しくは2種以上併用して使用することもできる。 The preferred degree of polymerization of the polyamic acid suitable for the purpose of forming a high-density filler-containing polyimide resin layer is preferably in the range of, for example, a solution viscosity of 5 to 2,000 P when expressed in its viscosity range, More preferably within the range of 300P. If it is the said viscosity range, even if it mix | blends a heat conductive filler, it can maintain a uniform dispersion state. The solution viscosity can be measured with a cone plate viscometer with a thermostatic water bath. Examples of the solvent include N, N-dimethylacetamide, n-methylpyrrolidinone, 2-butanone, diglyme, xylene, and the like, and these can be used alone or in combination of two or more.
以上のように、本実施の形態の金属張積層体は、熱伝導性フィラーの種類や含有量を適正範囲にし、また、使用するポリイミド原料を選択している。これによって、接着層を介在させなくても金属層とフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層との実用的接着強度を有しており、絶縁層は十分な耐熱性を有し、かつ熱伝導性に優れたものとなる。また、本実施の形態の金属張積層体は、反りも小さいことから量産時や加工時のハンドリング特性にも優れている。したがって、本実施の形態の金属張積層体は、高い放熱性が求められる電子機器、照明機器などの基板材料として、工業的に広く用いることが可能であり、例えば放熱基板や、フレキシブル基板に代表される回路基板等の用途で使用するために特に適したものである。 As described above, in the metal-clad laminate of the present embodiment, the type and content of the heat conductive filler are within an appropriate range, and the polyimide raw material to be used is selected. As a result, it has a practical adhesive strength between the metal layer and the polyimide resin layer containing a high density of filler without interposing an adhesive layer, and the insulating layer has sufficient heat resistance and excellent thermal conductivity. It will be. In addition, the metal-clad laminate of the present embodiment has excellent handling characteristics during mass production and processing because of its small warpage. Therefore, the metal-clad laminate of the present embodiment can be widely used industrially as a substrate material for electronic devices and lighting devices that are required to have high heat dissipation. For example, the metal-clad laminate is representative of a heat dissipation substrate and a flexible substrate. It is particularly suitable for use in applications such as circuit boards.
本実施例に用いた略号は以下の化合物を示す。
m−TB:2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル
TPE−R:1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン
BAPP:2,2-ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン
4,4’‐DAPE:4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
APB:1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン
BTDA:3,3',4,4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
PMDA:ピロメリット酸二無水物
BPDA:3,3’4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
DMAc:N,N−ジメチルアセトアミド
The abbreviations used in the examples represent the following compounds.
m-TB: 2,2′-dimethyl-4,4′-diaminobiphenyl TPE-R: 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene BAPP: 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) Phenyl] propane 4,4′-DAPE: 4,4′-diaminodiphenyl ether APB: 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene BTDA: 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride PMDA: pyromellitic dianhydride BPDA: 3,3′4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride DMAc: N, N-dimethylacetamide
また、実施例において評価した各特性については、下記評価方法に従った。 Moreover, the following evaluation method was followed about each characteristic evaluated in the Example.
[CCLカール(最大反り量)]
積層体を50mm×50mmのサイズに切り出し、恒温恒湿環境下(23℃、50%RH)で24時間放置後に、ノギスを用いて4隅の反り量の測定を実施した。この際、樹脂面側へ反っている場合は+、金属面側へ反っている場合は−とし、最も反り量の大きいところをCCL最大反り量とした。この場合、最大反り量の絶対値が15mm以下である場合を「良」、同5mm以下である場合を「優良」と判断した。
[CCL curl (maximum warpage)]
The laminate was cut into a size of 50 mm × 50 mm, left in a constant temperature and humidity environment (23 ° C., 50% RH) for 24 hours, and then measured for the amount of warping at four corners using a caliper. At this time, when the warp was on the resin surface side, it was +, and when the warp was on the metal surface side, it was −, and the portion with the largest warp amount was defined as the CCL maximum warp amount. In this case, the case where the absolute value of the maximum warp amount was 15 mm or less was judged as “good”, and the case where it was 5 mm or less was judged as “excellent”.
[銅箔引剥し強度(ピール強度)]
積層体の銅箔層を幅1.0mm、長さ180mmの長矩形にパターンエッチングし、そのパターンが中央になるように、幅20mm、長さ200mmに試験片を切り抜き、IPC−TM−650.2.4.19(東洋精機製)により180°引剥し試験を行った。
[Copper foil peel strength (peel strength)]
The copper foil layer of the laminate was pattern-etched into a long rectangle having a width of 1.0 mm and a length of 180 mm, and a test piece was cut out to a width of 20 mm and a length of 200 mm so that the pattern was in the center, and IPC-TM-650. A 180 ° peeling test was performed according to 2.4.19 (manufactured by Toyo Seiki).
[厚み方向熱伝導率(λzTC)]
各実施例・比較例と同じ樹脂組成及び熱伝導性フィラーの配合量で、厚さ100μmのポリイミドフィルムのサンプルを別に作製した。このポリイミドフィルムを20mm×20mmのサイズに切り出し、白金による蒸着、黒化処理を行った後、レーザーフラッシュ法による厚み方向の熱拡散率(NETZSCH社製キセノンフラッシュ
アナライザー LFA 447 Nanoflash)、DSCによる比熱、気体置換法による密度をそれぞれ測定し、これらの結果をもとに熱伝導率(W/m・K)を算出した。
[Thickness direction thermal conductivity (λzTC)]
A sample of a polyimide film having a thickness of 100 μm was separately prepared with the same resin composition and blending amount of the heat conductive filler as in each of the examples and comparative examples. This polyimide film was cut into a size of 20 mm × 20 mm, subjected to vapor deposition with platinum and blackening treatment, and then the thermal diffusivity in the thickness direction by a laser flash method (Xenon flash analyzer LFA 447 Nanoflash manufactured by NETZSCH), specific heat by DSC, The density by the gas displacement method was measured, and the thermal conductivity (W / m · K) was calculated based on these results.
[熱膨張係数(CTE)]
3mm×15mmのサイズのポリイミドフィルムを、熱機械分析(TMA)装置(セイコーインスツル社製)にて5gの荷重を加えながら一定の昇温速度(20℃/min)で30℃から260℃の温度範囲で引張り試験を行い、温度に対するポリイミドフィルムの伸び量から熱膨張係数(ppm/K)を測定した。
[Coefficient of thermal expansion (CTE)]
A polyimide film having a size of 3 mm × 15 mm is heated from 30 ° C. to 260 ° C. at a constant heating rate (20 ° C./min) while applying a 5 g load with a thermomechanical analysis (TMA) apparatus (manufactured by Seiko Instruments Inc.). A tensile test was performed in the temperature range, and the coefficient of thermal expansion (ppm / K) was measured from the amount of elongation of the polyimide film with respect to temperature.
[ガラス転移温度(Tg)]
ポリイミドフィルム(10mm×22.6mm)を動的熱器械分析装置(ティー・エイ・インスツルメント社製)にて20℃から500℃まで5℃/分で昇温させたときの動的粘弾性を測定し、ガラス転移温度(tanδ極大値:℃)を求めた。
[Glass transition temperature (Tg)]
Dynamic viscoelasticity when a polyimide film (10 mm × 22.6 mm) is heated from 20 ° C. to 500 ° C. at a rate of 5 ° C./min with a dynamic thermoanalyzer (manufactured by TA Instruments). Was measured, and the glass transition temperature (tan δ maximum value: ° C.) was determined.
[外観]
フレキシブル基板用積層体の金属層を除去した絶縁層表面の目視による判断を行った。表面に凝集体があり、凹凸が生じたサンプルは不良(×)とし、平滑なものは良好(○)とした。
[appearance]
Visual judgment was performed on the surface of the insulating layer from which the metal layer of the laminate for a flexible substrate was removed. Samples having aggregates on the surface and having irregularities were evaluated as bad (x), and smooth samples were evaluated as good (◯).
合成例1
窒素気流下で、4,4’−DAPE(17.29g、0.0863mol)を500mlのセパラブルフラスコの中で攪拌しながら溶剤DMAc255g中に溶解させた。次いで、BTDA(27.65g、0.0858mol)を加えた。その後、溶液を室温で3時間攪拌を続けて重合反応を行い、淡黄色の粘稠なポリアミド酸溶液(P1)を得た。
Synthesis example 1
Under a nitrogen stream, 4,4′-DAPE (17.29 g, 0.0863 mol) was dissolved in 255 g of solvent DMAc with stirring in a 500 ml separable flask. BTDA (27.65 g, 0.0858 mol) was then added. Thereafter, the solution was stirred at room temperature for 3 hours to carry out a polymerization reaction to obtain a pale yellow viscous polyamic acid solution (P1).
合成例2
窒素気流下で、BAPP(28.91g、0.070mol)を500mlのセパラブルフラスコの中で攪拌しながら溶剤DMAc255g中に溶解させた。次いで、BPDA(1.067g、0.0036mol)とPMDA(15.03g、0.069mol)とを加えた。その後、溶液を室温で3時間攪拌を続けて重合反応を行い、茶褐色の粘稠なポリアミド酸溶液(P2)を得た。
Synthesis example 2
Under a nitrogen stream, BAPP (28.91 g, 0.070 mol) was dissolved in 255 g of solvent DMAc with stirring in a 500 ml separable flask. Then BPDA (1.067 g, 0.0036 mol) and PMDA (15.03 g, 0.069 mol) were added. Thereafter, the solution was stirred at room temperature for 3 hours to carry out a polymerization reaction, thereby obtaining a brownish brown viscous polyamic acid solution (P2).
合成例3
窒素気流下で、m−TB(19.01g、0.090mol)及びTPE−R(2.91g、0.010mol)を500mlのセパラブルフラスコの中で攪拌しながら溶剤DMAc255g中に溶解させた。次いで、BPDA(5.82g、0.020mol)、PMDA(17.26g、0.079mol)を加えた。その後、溶液を室温で3時間攪拌を続けて重合反応を行い、茶褐色の粘稠なポリアミド酸溶液(P3)を得た。
Synthesis example 3
Under a nitrogen stream, m-TB (19.01 g, 0.090 mol) and TPE-R (2.91 g, 0.010 mol) were dissolved in 255 g of solvent DMAc with stirring in a 500 ml separable flask. Then BPDA (5.82 g, 0.020 mol) and PMDA (17.26 g, 0.079 mol) were added. Thereafter, the solution was stirred at room temperature for 3 hours to carry out a polymerization reaction to obtain a brownish brown viscous polyamic acid solution (P3).
合成例4
窒素気流下で、APB(44.95g、0.154mol)を500mlのセパラブルフラスコの中で攪拌しながら溶剤DMAc210g中に溶解させた。次いで、BPDA(45.05g、0.153mol)を加えた。その後、溶液を室温で3時間攪拌を続けて重合反応を行い、無色の粘稠なポリアミド酸溶液(P4)を得た。
Synthesis example 4
Under a nitrogen stream, APB (44.95 g, 0.154 mol) was dissolved in 210 g of solvent DMAc with stirring in a 500 ml separable flask. BPDA (45.05 g, 0.153 mol) was then added. Thereafter, the solution was stirred at room temperature for 3 hours to carry out a polymerization reaction to obtain a colorless viscous polyamic acid solution (P4).
実施例1
固形分濃度15wt%のポリアミド酸溶液(P1)200重量部と、球状フィラーとして窒化アルミニウム[(株)トクヤマ製、商品名:AlN(Hグレード)、球状、平均粒径1.1μm]73重量部とを均一になるまで遠心攪拌機で混合し、続いてDMAcを40重量部添加し、再度均一になるまで遠心攪拌機で混合し、熱伝導性フィラーを含有するポリアミド酸溶液を得た。このポリアミド酸の溶液を硬化後の厚みが25μmとなるように塗布し、130℃で加熱乾燥し溶剤を除去した。その後、130〜300℃の温度範囲で、段階的に20分かけて昇温加熱して、厚さ12μmの電解銅箔(Ra=0.11μm)上にポリイミド樹脂中に熱伝導性フィラーが分散した絶縁層を形成し、金属張積層体を作製した。この絶縁層における窒化アルミニウムの含有量は50vol%である。
Example 1
200 parts by weight of a polyamic acid solution (P1) having a solid content concentration of 15 wt%, and 73 parts by weight of aluminum nitride as a spherical filler [made by Tokuyama Corporation, trade name: AlN (H grade), spherical, average particle size 1.1 μm] Were mixed with a centrifugal stirrer until uniform, and then 40 parts by weight of DMAc was added and mixed again with a centrifugal stirrer until uniform, to obtain a polyamic acid solution containing a thermally conductive filler. This polyamic acid solution was applied so that the thickness after curing was 25 μm, and dried by heating at 130 ° C. to remove the solvent. Thereafter, heating is performed stepwise in a temperature range of 130 to 300 ° C. over 20 minutes, and the thermally conductive filler is dispersed in the polyimide resin on a 12 μm thick electrolytic copper foil (Ra = 0.11 μm). The insulating layer thus formed was formed to produce a metal-clad laminate. The content of aluminum nitride in this insulating layer is 50 vol%.
得られた金属張積層体における絶縁層の特性を評価するために銅箔をエッチング除去して絶縁フィルム(F1)を作製し、ガラス転移温度を評価した。また、熱伝導率の測定は、別に調製しておいた厚さ100nmのサンプルによって実施した。結果を表2に示す。更に、金属張積層体の特性評価結果を表3に示した。 In order to evaluate the characteristics of the insulating layer in the obtained metal-clad laminate, the copper foil was removed by etching to produce an insulating film (F1), and the glass transition temperature was evaluated. Moreover, the measurement of thermal conductivity was implemented with the sample of thickness 100nm prepared separately. The results are shown in Table 2. Further, Table 3 shows the results of the characteristic evaluation of the metal clad laminate.
実施例2
球状フィラーとして酸化アルミニウム(住友化学(株)社製、商品名:AA−1.5、球状、平均粒径1.5μm)を使用した以外は実施例1と同様にして、金属張積層体及び絶縁フィルム(F2)を作製した。実施例1と同様にして、ガラス転移温度、熱伝導率及び金属張積層体の特性評価を行った。
Example 2
In the same manner as in Example 1 except that aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name: AA-1.5, spherical, average particle size 1.5 μm) was used as the spherical filler, the metal-clad laminate and An insulating film (F2) was produced. In the same manner as in Example 1, the glass transition temperature, thermal conductivity, and characteristics of the metal-clad laminate were evaluated.
実施例3
球状フィラーとして酸化アルミニウム(住友化学(株)社製、商品名:AA−3、球状、平均粒径3μm)を使用した以外は実施例1と同様にして、金属張積層体及び絶縁フィルム(F3)を作製した。実施例1と同様にして、ガラス転移温度、熱伝導率及び金属張積層体の特性評価を行った。
Example 3
A metal-clad laminate and an insulating film (F3) were used in the same manner as in Example 1 except that aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name: AA-3, spherical, average particle size 3 μm) was used as the spherical filler. ) Was produced. In the same manner as in Example 1, the glass transition temperature, thermal conductivity, and characteristics of the metal-clad laminate were evaluated.
比較例1
ポリアミド酸ワニスとしてP2を用いた以外は実施例1と同様にして、金属張積層体及び絶縁フィルム(F4)を作製した。実施例1と同様にして、ガラス転移温度、熱伝導率及び金属張積層体の特性評価を行った。
Comparative Example 1
A metal-clad laminate and an insulating film (F4) were produced in the same manner as in Example 1 except that P2 was used as the polyamide acid varnish. In the same manner as in Example 1, the glass transition temperature, thermal conductivity, and characteristics of the metal-clad laminate were evaluated.
比較例2
ポリアミド酸ワニスとしてP3を用いた以外は実施例1と同様にして、金属張積層体及び絶縁フィルム(F5)を作製した。実施例1と同様にして、ガラス転移温度、熱伝導率及び金属張積層体の特性評価を行った。
Comparative Example 2
A metal-clad laminate and an insulating film (F5) were produced in the same manner as in Example 1 except that P3 was used as the polyamide acid varnish. In the same manner as in Example 1, the glass transition temperature, thermal conductivity, and characteristics of the metal-clad laminate were evaluated.
比較例3
ポリアミド酸ワニスとしてP4を用いて、追加DMAcとして50重量部を添加した以外は実施例1と同様にして、金属張積層体及び絶縁フィルム(F6)を作製した。実施例1と同様にして、ガラス転移温度、熱伝導率及び金属張積層体の特性評価を行った。
Comparative Example 3
A metal-clad laminate and an insulating film (F6) were produced in the same manner as in Example 1 except that P4 was used as the polyamide acid varnish and 50 parts by weight of additional DMAc was added. In the same manner as in Example 1, the glass transition temperature, thermal conductivity, and characteristics of the metal-clad laminate were evaluated.
比較例4
球状フィラーとして酸化アルミニウム(電気化学(株)社製、商品名:DAW−07、球状、平均粒径7μm)を使用した以外は実施例1と同様にして、金属張積層体及び絶縁フィルム(F7)を作製した。実施例1と同様にして、ガラス転移温度、熱伝導率及び金属張積層体の特性評価を行った。
Comparative Example 4
A metal-clad laminate and an insulating film (F7) were used in the same manner as in Example 1 except that aluminum oxide (manufactured by Electrochemical Co., Ltd., trade name: DAW-07, spherical, average particle size 7 μm) was used as the spherical filler. ) Was produced. In the same manner as in Example 1, the glass transition temperature, thermal conductivity, and characteristics of the metal-clad laminate were evaluated.
上記実施例及び比較例の結果は、表1〜3に示すとおりである。 The result of the said Example and a comparative example is as showing in Tables 1-3.
表1〜表3に示した結果から、ジアミン成分として、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを用いて合成された熱可塑性ポリイミド樹脂を使用し、かつ、熱伝導性フィラーの80vol%以上が、平均粒径が5μm以下の球状フィラーである実施例1〜3の金属張積層体では、反り量が小さく抑制され、耐熱性、熱伝導性、接着性、外観のすべてが良好であった。それに対して、ジアミン成分として4,4’−ジアミノジフェニルエーテル以外のものを使用した場合、比較例1、2では反り量が大きく、比較例3では耐熱性が劣っていた。また、平均粒径が5μmを超える球状フィラーを使用した比較例4では、外観に不具合が認められた。
From the results shown in Tables 1 to 3, a thermoplastic polyimide resin synthesized using 4,4′-diaminodiphenyl ether was used as the diamine component, and 80 vol% or more of the thermally conductive filler had an average particle size of In the metal-clad laminates of Examples 1 to 3, which are spherical fillers having a diameter of 5 μm or less, the amount of warpage was suppressed to be small, and all of heat resistance, thermal conductivity, adhesiveness, and appearance were good. On the other hand, when a material other than 4,4′-diaminodiphenyl ether was used as the diamine component, Comparative Examples 1 and 2 had a large amount of warpage, and Comparative Example 3 had poor heat resistance. Moreover, in the comparative example 4 using the spherical filler whose average particle diameter exceeds 5 micrometers, the malfunction was recognized by the external appearance.
Claims (6)
前記絶縁層は、ポリイミド樹脂中に熱伝導性フィラーを40〜70vol%の範囲内で含有するフィラー高密度含有ポリイミド樹脂層を有し、
前記ポリイミド樹脂が、ジアミン成分として、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを全ジアミン成分に対して50mol%以上用いて合成され、かつ、そのガラス転移点が250℃以上である熱可塑性ポリイミド樹脂であり、
前記フィラー高密度含有ポリイミド樹脂層における熱伝導性フィラーの80vol%以上が、平均粒径が5μm以下の球状フィラーであることを特徴とする熱伝導性ポリイミド−金属基板。 A thermally conductive polyimide-metal substrate comprising a metal layer and an insulating layer laminated on the metal layer,
The insulating layer has a polyimide resin layer containing a high-density filler containing a thermally conductive filler in a range of 40 to 70 vol% in the polyimide resin,
The polyimide resin is a thermoplastic polyimide resin synthesized using 50 mol% or more of 4,4′-diaminodiphenyl ether as a diamine component with respect to the total diamine component, and having a glass transition point of 250 ° C. or higher.
80 vol% or more of the heat conductive filler in the high-density filler-containing polyimide resin layer is a spherical filler having an average particle diameter of 5 μm or less.
前記金属層が銅箔であり、前記絶縁層との接着面の表面粗度(Ra)が、0.05〜0.5μmの範囲内であることを特徴とするフレキシブル基板。
A flexible substrate comprising the thermally conductive polyimide-metal substrate according to any one of claims 1 to 5,
The flexible substrate, wherein the metal layer is a copper foil, and the surface roughness (Ra) of the adhesive surface with the insulating layer is in a range of 0.05 to 0.5 μm.
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