JP5017894B2 - 変性ポリイミド樹脂組成物 - Google Patents
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Description
特許文献2には、ポリブタジエンジオールからなるソフトセグメントを導入した変性ポリイミド樹脂及び該変性ポリイミド樹脂からなる組成物が記載されている。
特許文献3には、ポリカーボネートジオールからなるソフトセグメントを導入した変性ポリイミド樹脂及び該変性ポリイミド樹脂からなる組成物が記載されている。
以下では、アルコール性水酸基末端イミドオリゴマーを用いて調製された変性ポリイミド樹脂の場合について説明するが、本発明は前記変性ポリイミド樹脂の場合に限定されるものではない。
また、本発明の変性ポリイミド樹脂では、ポリブタジエンジオール又はポリカーボネートジオールの一部(通常はジオール成分中の5〜40モル%程度)を、反応性極性基含有ジオールに置き換えることが、変性ポリイミド樹脂組成物を加熱処理によって硬化させる際に好適である。反応性極性基含有ジオールとしては、置換基として活性水素を有するジオール化合物、例えばカルボキシル基やフェノール性水酸基を持ったジオール化合物が好ましく、特に置換基としてカルボキシル基やフェノール性水酸基を持った炭素数が1〜30更に炭素数が2〜20のジオール化合物が好適である。具体的には、カルボキシル基を有するジオール化合物として、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)酪酸などを挙げることができる。フェノール性水酸基を有するジオール化合物として、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−フェノール、2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−p−クレゾールなどを挙げることができる。
更に、イソシアネ−ト化合物として、脂肪族、脂環族または芳香族の多価イソシアネ−トから誘導されるもの、例えばイソシアヌレ−ト変性多価イソシアネ−ト、ビュレット変性多価イソシアネ−ト、ウレタン変性多価イソシアネ−ト等であってもよい。
また、イソシアネ−ト化合物は、多価イソシアネ−トのイソシアネ−ト基をブロック化剤でブロックされたブロック多価イソシアネ−トが好適に使用される。
前記ブロック多価イソシアネ−トとしては、特に、大日本インキ化学工業株式会社製のバーノックD−500(トリレンジイソシアネ−トブロック化体)、D−550(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネ−トブロック化体)、三井武田ケミカル株式会社製のタケネートタケネートB−830(トリレンジイソシアネ−トブロック化体)、B−815N(4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)ブロック化体)、B−842N(1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンブロック化体)、B−846N(1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンブロック化体)、B−874N(イソホロンンジイソシアネ−トブロック化体)、B−882N(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネ−トブロック化体)、旭化成株式会社製のデュラネートMF−B60X(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートブロック化体)、デュラネートMF−K60X(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートブロック化体)、デュラネートME20−B80(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートブロック化体)、第一工業製薬社製のエラストロンBN−P17(4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネ−ト ブッロク化体)、エラストロンBN−04、エラストロンBN−08、エラストロンBN−44、エラストロンBN−45(以上、ウレタン変性多価イソシアネートブッロク化体1分子当たり3〜5官能、いずれも水エマルジョン品で乾燥単離後使用可能)などを好適に使用することができる。
本発明の変性ポリイミド樹脂用組成物は、封止材料や異方性導電材料に対する強い密着性が得られるのみならず、反りが発生し難く、柔軟性が高く、電気特性が優れ、導電性金属、基材との密着性が良好であり、耐熱性、半田耐熱性、耐溶剤性(例えば、アセトン、イソプロパノ−ル、メチルエチルケトン、N−メチル−2−ピロリドンに対する耐溶剤性)、耐薬品性、耐屈曲性などが優れた硬化絶縁膜(保護膜)を形成することができる。
本発明の変性ポリイミド樹脂絶縁膜用組成物は、特に160℃程度の比較的低温の加熱処理によって前記のような良好な性能を持った絶縁膜を形成することが可能である。従って、多層配線基板の層間接着剤などにも好適に使用することもできる。
〔溶液粘度〕
東機産業株式会社製粘度計TV−20を用い、温度25℃で、回転数10rpmにて測定した。
〔1H−NMRスペクトル〕
1H−NMRスペクトルは、核磁気共鳴スペクトロメータ−(日本電子株式会社製AL−300)を用いて、試料を重ジメチルスルホキシドに溶解して測定した。
〔GPC〕
島津製作所株式会社製LC−10(GPCカラムKF−80M×2、KF−802)を用い、THFを溶媒として測定を行い、ポリスチレン標準試料を用い、数平均分子量を求めた。
80℃で30分間次いで120℃で90分間加熱処理して、厚さがおよそ100μmになるように硬化させたシート状試料を、幅1cm、長さ7cmに切り出して試験片とし、試験に用いた。温度25℃、湿度50%RHの雰囲気下で、クロスヘッド速度50mm/分、チャック間距離5cmで測定した。
厚さ25μmのポリイミドフィルム上に厚さ9μmの銅箔が積層されてなるライン/スペースが20/20μmの櫛型配線パターンが形成された基板のパターン表面に、変性ポリイミド樹脂組成物を塗布し、80℃で30分間次いで120℃で90分間加熱処理して硬化膜を形成して試験片とした。この試験片に高温・高湿度下(85℃・85%RH)バイアス電圧60Vを印加して100時間後の電気抵抗値を測定した。
厚さ35μmの電解銅箔の光沢面に変性ポリイミド組成物を厚さ約50μmになるように塗布し、80℃で30分間次いで120℃で90分間加熱処理し厚さ20μmの硬化膜を形成した。この硬化膜を試験片として、以下の方法によって、封止材密着性、折り曲げ性、及び半田耐熱性を評価した。
硬化膜試験片の硬化膜上にICチップ封止材料CEL−C−5020(日立化成工業株式会社製)を約1mm厚、直径0.5cm程度の円状に滴下して塗布し150℃で1時間加熱処理して封止材料を硬化させた。その後、手でサンプルを折り曲げ、封止樹脂のはがれ具合を観察した。硬化膜で凝集破壊の場合及び硬化膜/銅箔界面剥離の場合を可とし、硬化膜/封止樹脂界面剥離の場合を不可とし、可の面積が70%以上の場合を○、30%〜70%の場合を△、30%以下の場合を×で示した。
硬化膜試験片を更に150℃で60分間加熱処理した後はぜ折りし、1kgの分銅を1分間乗せ、折り曲げ部の硬化膜表面を観察した。異常なしの場合を○、クラック発生の場合を×で示した。
硬化膜試験片の硬化膜上にロジン系フラックス(サンワ化学工業株式会社製:SUNFLUX SF−270)を塗布した後、試験片の硬化膜を260℃の半田浴に10秒間接触させた。その後のサンプルの状態を観察して評価した。異常が生じない場合を○、表面がやや荒れた場合を△、膨れたり融解した場合を×で示した。
厚さ35μmの電解銅箔の粗面に変性ポリイミド樹脂組成物を塗布し、80℃で30分間次いで150℃で60分間加熱処理し厚さ20μmの硬化膜を形成した。硬化膜上に異方性導電フィルムAC4251FY−16(日立化成工業株式会社製)、更にその上に電解銅箔を粗面が異方性導電フィルム側になるように積層し、180℃で1分間プレスして剥離強度測定用試験片を作成した。硬化膜と異方性導電材料の間の剥離強度を90°剥離試験により求めた。
ガラス製容器にメチルエチルケトン 55g、トルエン 55g、ジャパンエポキシレジン製エポキシ樹脂エピコート1009 90g、旭化成株式会社製潜在性硬化剤HX3942HP 90g、及び信越シリコーン株式会社製シランカップリング剤KBM−403 1.8gを仕込み均一な溶液とした。PET製離型シートに塗布し、80℃で5分加熱し接着剤シートを作成した。
変性ポリイミド樹脂組成物の接着剤シートに対する密着性の評価は、以下の手順で行なった。厚さ35μmの電解銅箔の粗面に変性ポリイミド組成物を塗布し、80℃で30分間次いで150℃で60分間加熱処理し厚さ20μmの硬化膜を形成した。前記硬化膜上に接着剤シート、更にその上に電解銅箔を粗面が接着剤シート側になるように積層し、180℃で1分間プレスして剥離強度測定用試験片を作成した。硬化膜と接着剤シートの間の剥離強度を90°剥離試験により求めた。
〔テトラカルボン酸成分〕
2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(宇部興産株式会社製)
〔ジアミン化合物〕
イソホロンジアミン(和光純薬株式会社製)
〔アルコール性水酸基を1個有するモノアミン化合物〕
3−アミノプロパノール(和光純薬株式会社製)
〔反応性極性基含有ジオール〕
2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸(東京化成株式会社社製)
〔ポリブタジエンジオール又はポリカーボネートジオール〕
クラレポリオールC−2015(株式会社クラレ製、平均分子量2000)
エタナコールUH−CARB200(宇部興産株式会社製、平均分子量2000)
水添ポリブタジエンポリオールGI−2000(日本曹達株式会社製、水酸基価:46.2KOHmg/g)
〔ジイソシアネート化合物〕
4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(日本ポリウレタン工業株式会社製)
〔有機溶媒〕
ジメチルアセトアミド(和光純薬株式会社製)
トルエン(和光純薬株式会社製)
イソホロン(和光純薬株式会社製)
メチルエチルケトン(和光純薬株式会社製)
〔エポキシ化合物〕
エポリードPB3600(ダイセル化学工業株式会社製、エポキシ当量:194)
〔イソシアネート化合物〕
バーノックD−550(大日本インキ化学工業社製)
〔フェノール性水酸基を2個以上有する化合物(フェノール樹脂)〕
H−1(明和化成株式会社、フェノールノボラック)
H−5(明和化成株式会社、フェノールノボラック)
OCN−80(明和化成株式会社、オルトクレゾールノボラック)
MEH−7851(明和化成株式会社、ビフェニルフェノールノボラック)
MEP−7200(明和化成株式会社、レゾールノボラック)
MEH−7500(明和化成株式会社、フェノールノボラック)
〔硬化触媒〕
キュアゾール2E4MZ(四国化成工業株式会社製、2−エチル−4−メチルイミダゾール)
〔微粉状シリカ〕
アエロジル50(日本アエロジル社製 比表面積(BET法):50m2/g)
アエロジル130(日本アエロジル社製 比表面積(BET法):130m2/g)
アエロジルR972(日本アエロジル社製 比表面積(BET法):110m2/g)
窒素導入管、ディーンスタークレシバー、冷却管を備えた容量500ミリリットルのガラス製セパラブルフラスコに、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物58.8g(0.20モル)、イソホロンジアミン17.0g(0.10モル)、3−アミノプロパノール15.0g(0.20モル)、及びジメチルアセトアミド200ミリリットルを仕込み、窒素雰囲気下、100℃で1時間撹拌した。次いで、トルエン50ミリリットルを加え、180℃4時間加熱し、イミド化反応により生じた水をトルエンと共沸により除いた。反応溶液を水2リットルに投入して、生じた沈殿を濾取し、水洗後減圧乾燥し、アルコール性水酸基末端イミドオリゴマーの粉末78.8gを得た。このアルコール性水酸基末端イミドオリゴマーの1H−NMRスペクトルを図1に示す。図1のプロパノールの2位メチレンプロトン(1.65〜1.85ppm)とビフェニルテトラカルボン酸イミドのフェニレンプロトン(7.50〜8.20ppm)の積分強度比から、アルコール性水酸基末端イミドオリゴマーは前記化学式(1)のm(平均値)が1のアルコール性水酸基末端イミドオリゴマーであることが確認できた。
窒素導入管を備えた容量300ミリリットルのガラス製フラスコに、クラレポリオールC−2015 10.0g(5.01ミリモル)、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸0.168g(1.25ミリモル)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート2.56g(10.25ミリモル)を仕込み、窒素雰囲気下、80℃で1.5時間撹拌した。次いで、参考例1で調製したアルコール性水酸基末端イミドオリゴマー4.19g(5.01ミリモル)、イソホロン25.38gを加え、80℃で1.5時間撹拌した。この変性ポリイミド樹脂溶液は、ポリマー固形分濃度40重量%、粘度24Pa・sの溶液であった。GPCから求めた数平均分子量は6400であった。
窒素導入管を備えた容量100ミリリットルのガラス製フラスコに、水添ポリブタジエンポリオールGI−2000 7.86g(5.0ミリモル)、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸0.168g(1.25ミリモル)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート2.56g(10.2ミリモル)、イソホロン10gを仕込み、窒素雰囲気下、80℃で1.5時間撹拌した。次いで、参考例1で合成したアルコール性水酸基末端イミドオリゴマー4.17g(5.0ミリモル)、イソホロン12.1gを加え、80℃で1.5時間撹拌した。得られた変性ポリイミド樹脂溶液は、ポリマ−固形分濃度40重量%、粘度6.3Pa・sの溶液であった。GPCから求めた数平均分子量は11000であった。
ガラス製容器に、参考例2で得た変性ポリイミド樹脂溶液に、変性ポリイミド樹脂100質量部に対してエポキシ樹脂のPB3600を10質量部、ブロックイソシアネートD550を20質量部、フェノール樹脂H−1を3質量部及びアミン系硬化触媒の2E4MZを0.8質量部加え、均一に撹拌・混合した。更にアエロジル130を10質量部、アエロジル50を5質量部加え、攪拌・混練して、均一に混合された変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この溶液組成物の粘度を回転粘度計にて測定した。また、この変性ポリイミド樹脂組成物の硬化膜について、引張弾性率、電気絶縁性、封止材との密着性、折り曲げ性、半田耐熱性、及び異方性導電材料との密着性について評価した。それらの結果を表1に示す。
フェノール樹脂としてH−1を10質量部添加する以外は実施例1と同様にして変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この変性ポリイミド樹脂組成物について、実施例1と同様にして評価した。それらの結果を表1に示す。
フェノール樹脂としてH−5を3質量部添加する以外は実施例1と同様にして変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この変性ポリイミド樹脂組成物について、実施例1と同様にして評価した。それらの結果を表1に示す。
フェノール樹脂としてOCN−80を3質量部添加する以外は実施例1と同様にして変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この変性ポリイミド樹脂組成物について、実施例1と同様にして評価した。それらの結果を表1に示す。
フェノール樹脂としてMEH−7851を3質量部添加する以外は実施例1と同様にして変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この変性ポリイミド樹脂組成物について、実施例1と同様にして評価した。それらの結果を表1に示す。
フェノール樹脂としてMEP−7200を3質量部添加する以外は実施例1と同様にして変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この変性ポリイミド樹脂組成物について、実施例1と同様にして評価した。それらの結果を表1に示す。
フェノール樹脂としてMEH−7500を3質量部添加する以外は実施例1と同様にして変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この変性ポリイミド樹脂組成物について、実施例1と同様にして評価した。それらの結果を表1に示す。
フェノール樹脂としてMEH−7851を20質量部添加する以外は実施例1と同様にして変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この変性ポリイミド樹脂組成物について、実施例1と同様にして評価した。それらの結果を表1に示す。
ガラス製容器に、実施例3で得た変性ポリイミド樹脂溶液、変性ポリイミド樹脂100質量部に対してエポキシ樹脂のエポリードPB3600を10質量部、多価イソシアネートのバーノックD−550を20質量部、ポリカーボネートジオールのエタナコールUH−CARB200を2.5質量部、フェノール樹脂H−1を3質量部、アミン系硬化触媒の2E4MZを0.8質量部、微粉状シリカのアエロジルR972を20質量部を加え、均一に撹拌・混合して変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この溶液組成物の粘度を回転粘度計にて測定した。また、この変性ポリイミド樹脂組成物の硬化膜について、引張弾性率、電気絶縁性、封止材との密着性、折り曲げ性、及び半田耐熱性について評価した。それらの結果を表1に示す。また、この変性ポリイミド樹脂組成物と接着剤シートとの密着性を評価した結果、430gf/cmであった。
フェノール樹脂を添加せずに実施例1と同様に配合を行ない、変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この変性ポリイミド樹脂組成物の異方性導電材料との密着性を評価したところ220gf/cmと満足できるものではなかった。
フェノール樹脂を添加せずに実施例9と同様に配合を行ない、変性ポリイミド樹脂組成物を得た。この変性ポリイミド樹脂組成物と接着剤シートとの密着性を評価した結果、100gf/cmと満足できるものではなかった。
Claims (4)
- ポリカーボネートジオールからなるソフトセグメントを導入した変性ポリイミド樹脂と、前記変性ポリイミド樹脂100質量部に対して1〜100質量部のエポキシ化合物及び/又はイソシアネート化合物とを含有する変性ポリイミド樹脂組成物に、
さらに、変性ポリイミド樹脂100質量部に対して1〜50質量部のフェノール性水酸基を2個以上有する化合物を添加したことを特徴とする変性ポリイミド樹脂組成物。 - 変性ポリイミド樹脂100質量部に対して1〜25質量部のフェノール性水酸基を2個以上有する化合物を添加したことを特徴とする前記請求項1に記載の変性ポリイミド樹脂組成物。
- フェノール性水酸基を2個以上有する化合物がフェノール樹脂であることを特徴とする前記請求項1〜2のいずれかに記載の変性ポリイミド樹脂組成物。
- 前記請求項1〜3のいずれかに記載の変性ポリイミド樹脂組成物を加熱処理して得られる硬化膜。
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