JPH05331284A - 可溶性ポリイミド樹脂 - Google Patents

可溶性ポリイミド樹脂

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JPH05331284A
JPH05331284A JP14418692A JP14418692A JPH05331284A JP H05331284 A JPH05331284 A JP H05331284A JP 14418692 A JP14418692 A JP 14418692A JP 14418692 A JP14418692 A JP 14418692A JP H05331284 A JPH05331284 A JP H05331284A
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達弘 吉田
Yoshitaka Okugawa
良隆 奥川
Toshio Suzuki
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 4,4'-オキシジフタル酸二無水物aモルと、
3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と3,
3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物から
なる群より選ばれた1種類または2種類のテトラカルボ
ン酸二無水物bモルとを酸成分とし、一般式(1)で表
される1種類または2種類以上のジアミンcモルと、1,
3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼンdモルと、α,ω-
ビス(3-アミノプロピル)ポリジメチルシロキサンeモル
とをアミン成分とし、a、b、c、d、eのモル比が
a/(a+b)≧ 0.6、0.05 ≦e/(c+d+e)≦
0.5、かつ 0.1 ≦d/(c+d+e)≦ 0.9 の割合で
両成分を反応させてイミド閉環せしめた有機溶剤に可溶
なポリイミド樹脂。 【化1】 【効果】 耐熱性と成形加工性に優れたポリイミド樹脂
を得ることができ、特に高信頼性と耐熱性を要求するエ
レクトロニクス用材料として工業的に極めて利用価値が
高い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性に優れ吸湿性が
低くかつ低沸点の有機溶剤に可溶で成形加工性に優れた
ポリイミド樹脂に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリイミド樹脂は、耐熱性が高く難燃性
で電気絶縁性に優れていることから電気、電子材料とし
て広く使用されている。フィルムとしてフレキシブル印
刷配線板や耐熱性接着テープの基材に、樹脂ワニスとし
て半導体の絶縁皮膜、保護皮膜に広く使用されている。
しかし、従来のポリイミド樹脂は吸湿性が高く、耐熱性
に優れている反面不溶不融であったり極めて融点が高
く、加工性の点で決して使いやすい材料とはいえなかっ
た。半導体の実装材料として層間絶縁膜、表面保護膜な
どに使用されているが、これらは有機溶剤に可溶な前駆
体ポリアミック酸を半導体表面に塗布し、加熱処理によ
って溶剤を除去すると共にイミド化を進めている。この
時用いる酸アミド系溶剤は高沸点であり、皮膜の発泡の
原因になったり、完全に溶媒を揮散させるために250℃
以上の高温乾燥工程を必要とし素子を高温にさらすため
アセンブリ工程の収率を劣化させる。また、皮膜の吸湿
性が高いため、高温時に吸収した水分が一気に蒸発して
膨れやクラックの原因となるなどの問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐熱性に優
れ吸湿性が低く、かつ有機溶剤に可溶な成形加工性の優
れたポリイミド樹脂を得るべく鋭意研究を重ねた結果、
特定構造のポリイミド樹脂が上記課題を解決することを
見出し、本発明に到達したものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、4,4'-オキシ
ジフタル酸二無水物aモルと、3,3',4,4'-ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物と3,3',4,4'-ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸二無水物からなる群より選ばれた1種類
または2種類のテトラカルボン酸二無水物bモルとを酸
成分とし、一般式(1)で表される1種類または2種類
以上のジアミンcモルと、1,3-ビス(3-アミノフェノキ
シ)ベンゼンdモルと、α,ω-ビス(3-アミノプロピル)
ポリジメチルシロキサンeモルとをアミン成分とし、
a、b、c、d、eのモル比が a/(a+b)≧ 0.
6、0.05 ≦e/(c+d+e)≦ 0.5、かつ 0.1 ≦d
/(c+d+e)≦ 0.9 の割合で両成分を反応させて
イミド閉環せしめた有機溶剤に可溶なポリイミド樹脂で
ある。
【0005】本発明のポリイミド樹脂を得るのに用いる
4,4'-オキシジフタル酸二無水物は式(2)、3,3',4,4'
-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物は式(3)、3,
3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物は式
(4)、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼンは式
(5)、α,ω-ビス(3-アミノプロピル)ポリジメチルシ
ロキサンは式(6)で表わされるものである。
【0006】
【化1】
【化2】
【化3】
【化4】
【化5】
【化6】
【0007】酸成分の主要な構成成分である4,4'-オキ
シジフタル酸二無水物のモル比は、得られるポリイミド
樹脂の溶解性に極めて重要で、上記の範囲内にないと低
沸点溶剤に溶解するという本発明の特徴が失われる。
【0008】一般式(1)で表されるジアミンは、2,2-
ビス(4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)プロパン(BA
PP)、2,2-ビス(4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)ヘ
キサフルオロプロパン(BAPPF)、2,2-ビス(4-ア
ミノフェノキシ)ヘキサフルオロプロパン(BAP
F)、ビス-4-(4-アミノフェノキシ)フェニルスルフォ
ン(BAPS)、ビス-4-(3-アミノフェノキシ)フェニ
ルスルフォン(BAPSM)などである。
【0009】式(6)で表されるα,ω-ビス(3-アミノ
プロピル)ポリジメチルシロキサンはn=0〜10 が好ま
しく、特にnの値が 4〜10 の範囲が、ガラス転移温
度、接着性、耐熱性の点から好ましい。またn=0 と上
記n=4〜10 のものをブレンドして用いることは特に接
着性を重視する用途では好ましい。
【0010】各成分の量比は上記範囲内にあることが重
要で、α,ω-ビス(3-アミノプロピル)ポリジメチルシロ
キサンが全アミン成分の5モル%より少ないと低吸湿性
の特徴が現れず、50モル%を越えるとガラス転移温度が
著しく低下し耐熱性に問題が生じる。1,3-ビス(3-アミ
ノフェノキシ)ベンゼンのモル比に関しても同様で、上
記の範囲を越えると溶解性や耐熱性に問題が生じる。
【0011】重縮合反応における酸成分とアミン成分の
当量比は、得られるポリアミック酸の分子量を決定する
重要な因子である。ポリマの分子量と物性、特に数平均
分子量と機械的性質の間に相関があることは良く知られ
ている。数平均分子量が大きいほど機械的性質が優れて
いる。従って、実用的に優れた強度を得るためには、あ
る程度高分子量であることが必要である。本発明では、
酸成分とアミン成分の当量比rが 0.900 ≦ r ≦ 1.06 より好ましくは、 0.975 ≦ r ≦ 1.06 の範囲にあることが好ましい。ただし、r=[全酸成分
の当量数]/[全アミン成分の当量数]である。rが0.
900未満では、分子量が低くて脆くなるため接着力が弱
くなる。また1.06を越えると、未反応のカルボン酸が加
熱時に脱炭酸してガス発生、発泡の原因となり好ましく
ないことがある。
【0012】テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの
反応は、非プロトン性極性溶媒中で公知の方法で行われ
る。非プロトン性極性溶媒は、N,N-ジメチルホルムアミ
ド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMA
C)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、テトラヒド
ロフラン(THF)、ジグライム、シクロヘキサノン、
1,4-ジオキサンなどである。非プロトン性極性溶媒は、
一種類のみ用いてもよいし、二種類以上を混合して用い
てもよい。この時、上記非プロトン性極性溶媒と相溶性
がある非極性溶媒を混合して使用しても良い。トルエ
ン、キシレン、ソルベントナフサなどの芳香族炭化水素
が良く使用される。混合溶媒における非極性溶媒の割合
は、30重量%以下であることが好ましい。これは非極性
溶媒が30重量%以上では溶媒の溶解力が低下しポリアミ
ック酸が析出する恐れがあるためである。テトラカルボ
ン酸二無水物とジアミンとの反応は、良く乾燥したジア
ミン成分を脱水精製した前述反応溶媒に溶解し、これに
閉環率98%、より好ましくは99%以上の良く乾燥したテ
トラカルボン酸二無水物を添加して反応を進める。
【0013】このようにして得たポリアミック酸溶液を
続いて有機溶剤中で加熱脱水環化してイミド化しポリイ
ミドにする。イミド化反応によって生じた水は閉環反応
を妨害するため、水と相溶しない有機溶剤を系中に加え
て共沸させてディーン・スターク(Dean-Stark)管など
の装置を使用して系外に排出する。水と相溶しない有機
溶剤としてはジクロルベンゼンが知られているが、エレ
クトロニクス用としては塩素成分が混入する恐れがある
ので、好ましくは前記芳香族炭化水素を使用する。ま
た、イミド化反応の触媒として無水酢酸、β-ピコリ
ン、ピリジンなどの化合物を使用することは妨げない。
【0014】本発明において、イミド閉環は程度が高い
ほど良く、イミド化率が低いと使用時の熱でイミド化が
起こり水が発生して好ましくないため、95%以上、より
好ましくは98%以上のイミド化率が達成されていること
が望ましい。
【0015】本発明では得られたポリイミド溶液は塗布
用ワニスとしてそのまま使用することができる。また、
該ポリイミド溶液を貧溶媒中に投入してポリイミド樹脂
を再沈析出させて未反応モノマを取り除いて精製し、乾
燥して固形のポリイミド樹脂として使用することもでき
る。高温工程を嫌う用途や特に不純物や異物が問題にな
る用途では、再び有機溶剤に溶解して濾過精製ワニスと
することが好ましい。この時使用する溶剤は加工作業性
を考え、沸点の低い溶剤を選択することが可能である。
【0016】本発明のポリイミド樹脂では、ケトン系溶
剤として、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソ
ブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン
を、エーテル系溶剤として、1,4-ジオキサン、テトラヒ
ドロフラン、ジグライムを沸点200℃以下の低沸点溶剤
として使用することができる。これらの溶剤は単独で使
用しても良いし、2種以上を混合して用いることもでき
る。
【0017】本発明のポリイミド樹脂の使用方法は特に
限定されるものではないが、有機溶剤に溶解して樹脂ワ
ニスとしコーティングやディッピングに、流延成形によ
ってフィルムに、固体状態で押出成形用に、耐熱性と加
工性の両立した絶縁材料、接着フィルム等として使用す
ることができる。
【0018】
【作用】本発明のポリイミド樹脂は、完全にイミド化し
た後も有機溶剤に可溶である特定構造のポリイミド樹脂
であり、耐熱性に優れているにも拘らず、化学反応を伴
う熱硬化性樹脂に比べると短時間に成形加工が可能であ
る。以下実施例により本発明を詳細に説明するが、これ
らの実施例に限定されるものではない。
【0019】
【実施例】
(実施例1)乾燥窒素ガス導入管、冷却器、温度計、撹
拌機を備えた四口フラスコに、脱水精製したNMP750
gを入れ、窒素ガスを流しながら10分間激しくかき混ぜ
る。次に1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン(AP
B)73.0847g(0.250モル)とα,ω-ビス(3-アミノプ
ロピル)ポリジメチルシロキサン(APPS)37.8163g
(平均分子量840.36、0.045モル)、α,ω-ビス(3-アミ
ノプロピル)テトラメチルジメチルシロキサン(APP
S,n=0)1.4971g(0.006モル、式(6)においてn
=0)を投入し、系を60℃に加熱し均一になるまでかき
混ぜる。均一に溶解後、系を氷水浴で5℃に冷却し、4,
4'-オキシジフタル酸二無水物(ODPA)93.4404g
(0.301モル)を粉末状のまま15分間かけて添加し、そ
の後3時間撹拌を続けた。この間フラスコは5℃に保っ
た。
【0020】その後、窒素ガス導入管と冷却器を外し、
キシレンを満たしたディーン・スターク管をフラスコに
装着し、系にトルエン187gを添加した。油浴に代えて
系を175℃に加熱し発生する水を系外に除いた。4時間
加熱したところ、系からの水の発生は認められなくなっ
た。冷却後この反応溶液を大量のメタノール中に投入し
ポリイミド樹脂を析出させた。固形分を濾過後、80℃で
12時間減圧乾燥し溶剤を除き、186.28g(収率90.5%)
の固形樹脂を得た。KBr錠剤法で赤外吸収スペクトル
を測定したところ、環状イミド結合に由来する5.6μm
の吸収を認めたが、アミド結合に由来する6.06μmの吸
収を認めることはできず、この樹脂はほぼ100%イミド
化していることが確かめられた。
【0021】このようにして得たポリイミド樹脂は、シ
クロヘキサノン/トルエン(90/10w/w%)に良く溶
解することが確かめられた。この時の酸、アミンのモル
比はそれぞれa/(a+b)=1、d/(c+d+e)
=0.83、e/(c+d+e)=0.17 である。
【0022】(実施例2〜5)実施例1と同様にして、
第1表に示した処方で反応させて可溶性ポリイミド樹脂
を得た。これらのポリイミド樹脂について得られた評価
結果を第1表に示す。いずれも有機溶剤への溶解性に優
れていることが分かる。
【0023】
【表1】
【0024】なお、第1表でODPAは4,4'-オキシジ
フタル酸二無水物を、BTDAは4,4'-ベンゾフェノン
テトラカルボン酸二無水物を、BPDAは3,3',4,4'-ビ
フェニルテトラカルボン酸二無水物を、APBは1,3-ビ
ス(3-アミノフェノキシ)ベンゼンを、BAPPFは2,2-
ビス(4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロ
プロパンを、APPSはα,ω-ビス(3-アミノプロピル)
ポリジメチルシロキサンをそれぞれ略記したものであ
る。
【0025】また、配合の数値はそれぞれの成分中の配
合当量比であり、吸水率は85℃85%RHの環境下で500
時間放置(HH-500処理)後の飽和吸水率を、発生ガス、
発生水分は250℃で15分間加熱した時に発生するガスを
GC-MS法で、水分はカール・フィッシャー法でそれ
ぞれ定量した値を示す。溶解性の欄のSは該当する溶媒
に溶解することを示す。
【0026】(比較例1)実施例1と同条件で、4,4'-
オキシジフタル酸二無水物と1,3-ビス(3-アミノフェノ
キシ)ベンゼン、2,2-ビス(4-(4-アミノフェノキシ)フェ
ニル)プロパンをa/(a+b)=1、c/(c+d+
e)=0.3、d/(c+d+e)=0.7の量比で反応しポ
リイミド樹脂を得た。この樹脂をシクロヘキサノンに溶
解しようとしたが膨潤ゲル状態となり、完全に溶解する
ことができなかった。また、DMF、DMACに対して
も同様の状態となり樹脂ワニスを調製することができな
かった。
【0027】(比較例2〜5)実施例1と同様に、第2
表に示した処方で反応させて得られたポリイミド樹脂に
ついて評価した結果を第2表に示す。
【0028】
【表2】
【0029】なお、第2表においてPMDAは1,2,4,5-
ベンゼンテトラカルボン酸二無水物を、4,4'-DDEは
4,4'-ジアミノジフェニルエーテルを略記したもの、溶
解性の欄のIは該当する溶媒に不溶であることを示す。
以上の実施例から本発明により、有機溶剤に可溶で耐熱
性と低吸湿性に優れたポリイミド樹脂が得られることが
示される。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、耐熱性と成形加工性に
優れたポリイミド樹脂を提供することが可能である。低
沸点溶媒に可溶であるため残留溶媒をほぼ完璧になくす
ことが可能で、また既にイミド化されているため高温過
程が不要で水分の発生も無い。このため高信頼性と耐熱
性を要求するエレクトロニクス用材料として工業的に極
めて利用価値が高い。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4,4'-オキシジフタル酸二無水物aモル
    と、3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と
    3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物か
    らなる群より選ばれた1種類または2種類のテトラカル
    ボン酸二無水物bモルとを酸成分とし、一般式(1)で
    表される1種類または2種類以上のジアミンcモルと、
    1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼンdモルと、α,
    ω-ビス(3-アミノプロピル)ポリジメチルシロキサンe
    モルとをアミン成分とし、a、b、c、d、eのモル比
    が a/(a+b)≧ 0.6、0.05 ≦e/(c+d+e)
    ≦0.5、かつ 0.1 ≦d/(c+d+e)≦ 0.9 の割合
    で両成分を反応させてイミド閉環せしめた有機溶剤に可
    溶なポリイミド樹脂。 【化1】
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