CN1320032C - 负性聚酰亚胺光敏材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了下式所示的一类负性聚酰亚胺光敏材料及其制备方法。该聚酰亚胺光敏材料以2，4-二羟基间苯二胺盐酸盐，二胺单体和二酸酐为原料进行聚合，得到分子链上含羟基的聚酰亚胺，然后使羟基与丙烯酸及其衍生物的酰氯发生酯化反应，得到具有负性感光性能的聚酰亚胺光敏材料。这类负性聚酰亚胺光敏材料具有高的光敏性和分辨率，良好的热性能和有机溶解性，在航空、微电子等领域有着广泛的应用前景。

Description

负性聚酰亚胺光敏材料及其制备方法

技术领域：本发明属于一种功能高分子材料及其制备方法，特别是具有紫外光敏性能的负性聚酰亚胺光敏材料及其制备方法。

背景技术：聚酰亚胺是一类具有优良的热稳定性、化学稳定性、介电性能和机械性能的高性能聚合物材料，在航天工业和微电子工业等现代高技术领域有非常重要的应用。例如在微电子制造工业中用作各类器件钝化保护和层间介电等。在这些方面的应用中，聚酰亚胺层必须形成微细的联接通孔或窗口。采用传统的非光敏性的聚酰亚胺需要通过非常复杂繁琐的工艺过程如离子刻蚀或涂感光层。目前应用广泛的聚酰亚胺是具有光敏性的聚酰胺酸前聚体，先光刻成图形后在进行亚胺化，热亚胺化过程所需要的高温和严重的膜收缩限制了这类光敏材料的应用，全亚胺化的自增感型光敏聚酰亚胺又存在感光灵敏度低的缺点(M.k.Ghosh & K.L.Mittal.Ed.Polyimides，Marcel Dekker，1996；Huan Chen，Jie Yin，J.Polym.Sci.Part A：Polym.Chem.2004：42：1735.)。因此，研究和开发具有高光敏性的全亚胺化的聚酰亚胺光敏材料意义深远。

发明内容：本发明从分子结构设计出发，合成一种负性聚酰亚胺光敏材料。

本发明负性聚酰亚胺光敏材料的化学结构式如下式所示：

其中，聚合度m＝1-1000，n＝1-1000；

Ar为：

R₁为：

R₂为：

本发明负性聚酰亚胺光敏材料的制备方法如下：以下以重量份来表示

(a)将1份的2，4-二羟基间苯二胺盐酸盐溶于5-50份的有机溶剂中，加入0.5-5份的二酸酐和0.5-5份的二胺单体，然后加入1-10份三乙胺和0.05-5份催化剂，然后升温到180℃保温5小时，反应完毕后在甲醇中沉淀得到含羟基的聚酰亚胺；

(b)将1份的含羟基的聚酰亚胺溶于有机溶剂中，加入1-10份的三乙胺，滴加1-10份的丙烯酸的酰氯化合物，在-20-10℃下反应1-5小时，然后升温到室温再反应1-20小时，反应结束后，在甲醇中沉淀，过滤、真空干燥得到负性聚酰亚胺光敏材料。

本发明所使用的丙烯酸的酰氯化合物选自丙烯酰氯，甲基丙烯酰氯或肉桂酰氯。

本发明所使用的有机溶剂选自二甲基亚砜、醇类、N-甲基-吡咯烷酮、N，N‘-二甲基甲酰胺、N，N‘-二甲基乙酰胺、丁酮、环己酮、甲苯或二甲苯。

本发明所使用的二酸酐化学结构如下式所示：

其中Ar为：

其中有均苯四酸二酐、联苯四酸二酐、二苯酮四酸二酐、二苯醚四酸二酐或六氟代异丙基二苯四酸二酐等。

本发明所使用的二胺单体化学结构如下式所示：

                              H₂N-R₁-NH₂

其中R₁为：

其中有苯二胺、4，4’-二氨基二苯醚、2-二(4，4’-二氨基二苯基)丙烷或二(二氨基二苯基)甲烷等。

本发明制备负性聚酰亚胺光敏材料整个反应方程式可表示为：

其中，聚合度m＝1-1000，n＝1-1000；

Ar为：

R₁为：

R₂为：

本发明负性聚酰亚胺光敏材料，由于采用已经工业化的2，4-二羟基间苯二胺盐酸盐为主要单体，不仅能降低成本，而且能进一步在侧链上引入大量的不饱和丙烯酸酯官能团，使得这种负性聚酰亚胺光敏材料能溶于多种有机溶剂中，成为一种全亚胺化的光敏材料。同时侧链上高密度的不饱和丙烯酸酯官能团使得这种负性聚酰亚胺光敏材料具有较高的分辨率和非常高的感光灵敏度。所以，它将会在集成化越来越高的微电子工业、航空工业等领域中有着广泛的应用前景。

附图说明

图1是实施例1负性聚酰亚胺光敏材料的光刻照片。

图2是实施例1负性聚酰亚胺光敏材料的核磁氢谱。

图3是实施例1负性聚酰亚胺光敏材料的红外光谱。

具体的实施方式：以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1

(a)将2.13克的2，4-二羟基间苯二胺盐酸盐和1ml的三乙胺溶于25ml N-甲基吡咯烷酮中，加入3.1克的二苯醚四羧酸二酸酐、10ml的甲苯和少量的催化剂然后升温到180℃保温5小时，反应完毕后在甲醇中沉淀得到含羟基的聚酰亚胺。

(b)将2.6克的含羟基的聚酰亚胺溶于40ml的N-甲基吡咯烷酮，加入5ml的三乙胺，滴加5ml的甲基丙烯酰氯，在0℃反应2小时后升温到室温反应5小时，反应结束后，在甲醇中沉淀，过滤、真空干燥得到负性聚酰亚胺光敏材料。图2是该实施例的核磁氢谱，¹H NMR([-d₆]DMSO，400MHz)：δ＝8.2-7.5(8H，苯环)，5.99-5.95(4H，CH₂＝C)，1.83(6H，CH₃)。图3是该实施例的红外光谱，FT-IR(KBr)( )：2923，2813(C-H)，1716(C＝O)，1626cm^-1(CH₂＝C)；图1是负性聚酰亚胺光敏材料的光刻照片，图中可以看出，此种聚酰亚胺的分辨率达到4μm。

实施例2

(a)将2.13克的2，4-二羟基间苯二胺盐酸盐、2.26克4，4′-二氨基二苯醚和1ml的三乙胺溶于25ml N-甲基吡咯烷酮中，加入6.2克的二苯醚四羧酸二酸酐、10ml的甲苯和少量的催化剂然后升温到180℃保温5小时，反应完毕后在甲醇中沉淀得到含羟基的聚酰亚胺。

(b)将2.8克的含羟基的聚酰亚胺溶于40ml的N-甲基吡咯烷酮，加入5ml的三乙胺，滴加5ml的甲基丙烯酰氯，在0℃反应2小时后升温到室温反应5小时，反应结束后，在甲醇中沉淀，过滤、真空干燥得到负性聚酰亚胺光敏材料。¹H NMR([-d₆]DMSO，400MHz)：δ＝8.2-7.5(22H，苯环)，5.99-5.95(4H，CH₂＝C)，1.83(6H，CH₃)。FT-IR(KBr)：2923，2813(C-H)，1716(C＝O)，1626cm^-1(CH₂＝C)。

实施例3

(a)将2.13克的2，4-二羟基间苯二胺盐酸盐和1ml的三乙胺溶于25ml N-甲基吡咯烷酮中，加入3.1克的二苯醚四羧酸二酸酐、10ml的甲苯和少量的催化剂然后升温到180℃保温5小时，反应完毕后在甲醇中沉淀得到含羟基的聚酰亚胺。

(b)将2.6克的含羟基的聚酰亚胺溶于40ml的N-甲基吡咯烷酮，加入5ml的三乙胺，滴加4ml的丙烯酰氯，在0℃反应2小时后升温到室温反应5小时，反应结束后，在甲醇中沉淀，过滤、真空干燥得到负性聚酰亚胺光敏材料。¹H NMR([-d₆]DMSO，400MHz)：δ＝8.2-7.5(8H，苯环)，5.99-5.95(6H，CH₂＝CH)。FT-IR(KBr)：2923，2813(C-H)，1716(C＝O)，1626cm^-1(CH₂＝CH)。

Claims (6)

1.一种负性聚酰亚胺光敏材料，其特征在于其化学结构式如下式所示：

其中，聚合度m＝1-1000，n＝1-1000；

Ar为：

R₁为：

R₂为：

2.如权利要求1所述的负性聚酰亚胺光敏材料的制备方法，其特征在于制备方法如下：以下以重量份来表示

(a)将1份的2，4-二羟基间苯二胺盐酸盐溶于5-50份的有机溶剂中，加入0.5-5份的二酸酐和0.5-5份的二胺单体，然后加入1-10份三乙胺和0.05-5份催化剂，然后升温到180℃保温5小时，反应完毕后在甲醇中沉淀得到含羟基的聚酰亚胺；

(b)将1份的含羟基的聚酰亚胺溶于有机溶剂中，加入1-10份的三乙胺，滴加1-10份的丙烯酸及其衍生物的酰氯化合物，在0℃反应1-5小时后升温到室温反应1-20小时，反应结束后，在甲醇中沉淀，过滤、真空干燥得到负性聚酰亚胺光敏材料。

3.根据权利要求2所述的负性感光聚酰亚胺光敏材料制备方法，其特征在于所使用的二胺单体的化学结构式如下式所示：

                     H₂N-R₁-NH₂

其中R₁为：

4.根据权利要求2所述的负性感光聚酰亚胺光敏材料的制备方法，其特征在于所使用的二酸酐的化学结构式如下式所示：

其中Ar为：

5.根据权利要求2所述的负性聚酰亚胺光敏材料的制备方法，其特征在于所使用的丙烯酸及其衍生物的酰氯化合物选自丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯或肉桂酰氯。

6.根据权利要求2所述的负性聚酰亚胺光敏材料的制备方法，其特征在于所使用的有机溶剂选自二甲基亚砜、醇类、N-甲基-吡咯烷酮、N，N‘-二甲基甲酰胺、N，N‘-二甲基乙酰胺、丁酮、环己酮、甲苯或二甲苯。