JP5792598B2 - ポリアミド酸粒子の製造方法、ポリイミド粒子の製造方法、ポリイミド粒子及び電子部品用接合材 - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献3に記載の方法では、第二工程において混合溶液からポリアミド酸微粒子を析出させるため、生成したポリアミド酸は混合溶液に不溶である必要があり、溶媒として、原料は溶解するが生成するポリアミド酸は不溶である溶媒を選択しなければならないことから、使用可能な原料及び溶媒の組み合わせに制限がある。
以下、本発明を詳述する。
上記ポリアミド酸溶液を得る工程では、原料である上記無水テトラカルボン酸と上記ジアミン化合物とが反応して、アミド結合とカルボキシル基とを有するポリアミド酸が生成し、生成したポリアミド酸は、溶液中に溶解した状態となる。
これに対し、本発明のポリアミド酸粒子の製造方法では、溶媒としてDMF等の非プロトン性高極性溶媒を用いたり、原料としてDMF等の非プロトン性高極性溶媒でなければ溶解できない、又は、溶解しにくい化合物を用いたりすることができ、使用可能な原料及び溶媒の選択肢の幅が広がる。
上記芳香族テトラカルボン酸無水物は特に限定されず、例えば、4,4’−ビフタル酸無水物(BPDA)、ピロメリット酸無水物(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)、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,3−ビス(2,3−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,4−ビス(2,3−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、2,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,6,6’−ビフェニル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、アントラセン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン−1,8,9,10−テトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
これらの無水テトラカルボン酸は単独で用いてもよいし、二種類以上を併用してもよい。
上記無水テトラカルボン酸を溶解する溶媒として、具体的には、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、2−プロパノン、3−ペンタノン、テトラヒドロピレン、エピクロロヒドリン、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸エチル、アセトアニリド、メタノール、エタノール、イソプロパノール、トルエン、キシレン等が挙げられる。これらの無水テトラカルボン酸を溶解する溶媒は単独で用いてもよいし、上記無水テトラカルボン酸の溶解性と生成するポリアミド酸の溶解性とを調整するために、二種類以上を併用してもよい。
上記無水テトラカルボン酸が溶解した溶液における上記無水テトラカルボン酸の含有量は、より好ましい下限が0.01モル/L、より好ましい上限が0.10モル/Lである。
上記芳香族ジアミンは特に限定されず、例えば、1,4−フェニレンジアミン(PPD)、1,3−フェニレンジアミン、1,2−フェニレンジアミン、5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンゾオキサゾール(DAMBO)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DPE)、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(DDM)、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)、1,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−Q)、1,3’−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−R)、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4−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、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、2,6’−ジアミノトルエン、2,4−ジアミノクロロベンゼン、1,2−ジアミノアントラキノン、1,4−ジアミノアントラキノン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノビベンジル、R(+)−2,2’−ジアミノ−1,1’−ビナフタレン、S(+)−2,2’−ジアミノ−1,1’−ビナフタレン等が挙げられる。
これらのジアミン化合物は単独で用いてもよいし、二種類以上を併用してもよい。
上記ジアミン化合物を溶解する溶媒として、例えば、上述したような上記無水テトラカルボン酸を溶解する溶媒と同様の溶媒が挙げられる。これらのジアミン化合物を溶解する溶媒は単独で用いてもよいし、上記ジアミン化合物の溶解性と生成するポリアミド酸の溶解性とを調整するために、二種類以上を併用してもよい。
上記ジアミン化合物が溶解した溶液における上記ジアミン化合物の含有量は、より好ましい下限が0.01モル/L、より好ましい上限が0.10モル/Lである。
上記無水テトラカルボン酸1モルに対する上記ジアミン化合物の添加量は、より好ましい下限が0.8モル、より好ましい上限が1.2モルである。
上記攪拌する方法は特に限定されず、従来公知の撹拌方法が用いられ、例えば、マグネチックスターラー、プロペラ撹拌棒、ホモジナイザー、振とう機等を用いた攪拌方法、超音波照射による攪拌方法等が挙げられる。
上記塩基性触媒は特に限定されず、従来公知の塩基性触媒が用いられ、例えば、ピリジン、3級アミン、ジアザビシクロウンデセン(DBU)、ジアザビシクロノネン(DBN)等が挙げられる。これらの塩基性触媒は単独で用いてもよいし、二種類以上を併用してもよい。
上記ポリアミド酸が溶解した溶液を上記ポリアミド酸が不溶である溶媒に滴下する際に、上記ポリアミド酸が不溶である溶媒に物理的衝撃を加えることにより、析出するポリアミド酸を粒子化することができる。加えられる物理的衝撃は特に限定されず、例えば、攪拌、振盪、超音波照射、ホモジナイザー等による処理等が挙げられる。
上記ポリアミド酸が溶解した溶液の添加量は、上記ポリアミド酸が不溶である溶媒100体積部に対するより好ましい下限が5体積部、より好ましい上限が50体積部である。
上記滴下する方法は特に限定されず、従来公知の滴下方法が用いられ、例えば、ガラス棒を伝って滴下する方法、シリンジ又はスポイトを用いて滴下する方法、ポンプを用いて滴下する方法等が挙げられる。これらの滴下方法は、二種類以上を併用してもよい。
上記攪拌方法は特に限定されず、例えば、マグネチックスターラー、プロペラ撹拌棒、ホモジナイザー、振とう機等を用いた攪拌方法等が挙げられる。
上記ポリアミド酸粒子をイミド化する方法は特に限定されず、従来公知の方法が用いられ、例えば、上記ポリアミド酸粒子を加熱閉環してイミド化する方法、上記ポリアミド酸粒子を化学閉環してイミド化する方法が挙げられる。
上記加熱閉環してイミド化する方法では、副生成物として発生する水を系外に効率的に除去することが好ましい。上記副生成物として発生する水を系外に除去する方法として、例えば、乾燥した不活性ガスをフローさせて、この乾燥した不活性ガスと共に、発生した水を水蒸気として系外に除去する方法、水と共沸する有機溶媒を用いて還流等により系外に除去する方法等が挙げられる。
得られたポリイミド粒子を表面処理することにより、電子部品用接合材にポリイミド粒子を配合する場合に、ポリイミド粒子の分散性を向上させたり、増粘を抑えて流動性及び濡れ性を確保しながら、電子部品用接合材中にポリイミド粒子を高充填したりすることができ、電子部品用接合材にポリイミド粒子を添加する効果を更に高めることができる。
上記シランカップリング剤を用いて表面処理する方法は特に限定されず、例えば、ポリイミド粒子の表面に存在する官能基とシランカップリング剤とを反応させる方法、ポリイミド粒子の表面にコーティング層を形成した後、コーティング層の表面に存在する官能基とシランカップリング剤とを反応させる方法等が挙げられる。
上記コーティング層を形成する方法は特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコールを物理吸着させる方法等が挙げられる。
例えば、上記ジアミン化合物を溶解した溶液に2,4,6−トリアミノピリミジン等の3価アミンを添加することで、表面にアミノ基を有するポリイミド粒子を得ることができる。更に、このアミノ基に、例えば、グリシジル基、カルボキシル基、アルキル基等を有する機能性化合物を反応させることで、ポリイミド粒子の表面を2次修飾することができる。
これに対し、上記範囲の平均粒子径及び粒子径のCV値を有し、平均粒子径が充分に小さく、かつ、適度な粒子径分布を有するポリイミド粒子を用いることにより、平均粒子径の異なる他のポリイミド粒子と併用しなくても、電子部品用接合材中にポリイミド粒子を高充填することができ、硬化物の線膨張率を充分に低下させることができる。
本発明のポリイミド粒子の平均粒子径のより好ましい上限は1μmである。
本発明のポリイミド粒子の粒子径のCV値のより好ましい上限は40%である。
また、本明細書中、ポリイミド粒子の粒子径のCV値とは、ポリイミド粒子の平均粒子径mと標準偏差σから下記式により算出した値を意味する。
CV値(%)=σ/m×100
本発明の電子部品用接合材の形態は特に限定されず、ペースト状であってもよく、シート状であってもよい。ペースト状の本発明の電子部品用接合材を製造する方法は特に限定されず、例えば、従来公知の硬化性化合物、硬化剤等の配合原料、本発明のポリイミド粒子、及び、必要に応じて加えられるその他の添加剤等を所定量配合して従来公知の方法で混合する方法等が挙げられる。シート状の本発明の電子部品用接合材を製造する方法は特に限定されず、例えば、上述のようにして得られたペースト状の電子部品用接合材を押出成型法、溶剤キャスト法等によりシート状に成形する方法、ペースト状の電子部品用接合材を含有する接着剤溶液を、被着体にスピンコートする方法、スクリーン印刷する方法等が挙げられる。
4,4’−ビフタル酸無水物(BPDA)0.588gをDMF48gに添加して攪拌することにより、BPDAが溶解したDMF溶液を得た。また、1,4−フェニレンジアミン(PPD)0.216gをアセトン40gに添加して攪拌することにより、PPDが溶解したアセトン溶液を得た。
得られたBPDAが溶解したDMF溶液と、PPDが溶解したアセトン溶液とを25℃で混合し、30分間攪拌することにより、BPDAとPPDとを反応させてポリアミド酸を生成させた。このとき、生成したポリアミド酸は反応溶液中に溶解していた。次いで、得られた反応溶液を、超音波装置(UH−600S、SMT社製)を用いて25℃で20kHzの超音波を照射し、撹拌しながら、アセトン316gを入れた容器に、スポイトを用いて滴下した。このようにして反応溶液を滴下することにより、アセトン中で速やかにポリアミド酸粒子が析出した。得られたポリアミド酸粒子を単離した後、デカン146g中に分散させ、160℃で360分間加熱してイミド化することにより、ポリイミド粒子を得た。
ピロメリット酸無水物(PMDA)0.436gをDMF48gに添加して攪拌することにより、PMDAが溶解したDMF溶液を得た。また、5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンゾオキサゾール(DAMBO)0.451gをアセトン40gに添加して攪拌することにより、DAMBOが溶解したアセトン溶液を得た。
得られたPMDAが溶解したDMF溶液と、DAMBOが溶解したアセトン溶液と、反応触媒としてピリジンを微量とを25℃で混合し、30分間攪拌することにより、PMDAとDAMBOとを反応させてポリアミド酸を生成させた。このとき、生成したポリアミド酸は反応溶液中に溶解していた。次いで、得られた反応溶液を、超音波装置(UH−600S、SMT社製)を用いて25℃で20kHzの超音波を照射し、撹拌しながら、アセトン316gを入れた容器にスポイトを用いて滴下した。このようにして反応溶液を滴下することにより、アセトン中で速やかにポリアミド酸粒子が析出した。得られたポリアミド酸粒子を単離した後、デカン146g中に分散させ、160℃で360分間加熱してイミド化することにより、ポリイミド粒子を得た。
ピロメリット酸無水物(PMDA)0.436gをDMF48gに添加して攪拌することにより、PMDAが溶解したDMF溶液を得た。また、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DPE)0.401gをアセトン40gに添加して攪拌することにより、DPEが溶解したアセトン溶液を得た。
得られたPMDAが溶解したDMF溶液と、DPEが溶解したアセトン溶液とを25℃で混合し、30分間攪拌することにより、PMDAとDPEとを反応させてポリアミド酸を生成させた。このとき、生成したポリアミド酸は反応溶液中に溶解していた。次いで、得られた反応溶液を、超音波装置(UH−600S、SMT社製)を用いて25℃で20kHzの超音波を照射し、撹拌しながら、アセトン316gを入れた容器にスポイトを用いて滴下した。このようにして反応溶液を滴下することにより、アセトン中で速やかにポリアミド酸粒子が析出した。得られたポリアミド酸粒子を単離した後、デカン146g中に分散させ、160℃で360分間加熱してイミド化することにより、ポリイミド粒子を得た。
4,4’−ビフタル酸無水物(BPDA)を溶解した溶媒をジメチルスルホキシド(DMSO)55gに変更したこと以外は実施例1と同様にして、ポリイミド粒子を得た。
ポリアミド酸溶液をアセトン中に滴下してポリアミド酸粒子を析出させる際、ピッツコールK−30(第一工業製薬社製、ポリビニルピロリドン)を0.025g溶解させたアセトン316gを用いた以外は実施例1と同様にして、ポリイミド粒子を得た。
実施例1と同様にして、ポリイミド粒子を得た。0.03gのピッツコールK−30(第一工業製薬社製、ポリビニルピロリドン)を100gのエタノールに溶解したエタノール溶液に、得られたポリイミド粒子1gを添加して、充分攪拌混合した。ポリイミド粒子をろ過した後、乾燥して、表面処理されポリイミド粒子を得た。
ポリアミド酸溶液をアセトン中に滴下してポリアミド酸粒子を析出させる際、ホモジナイザー(KINEMATICA社製、POLYTRON PT3100)を用いて撹拌しながらポリアミド酸溶液をアセトン中に滴下した以外は実施例1と同様にして、ポリイミド粒子を得た。
ポリアミド酸溶液をアセトン中に滴下してポリアミド酸粒子を析出させる際、超音波の照射もホモジナイザーによる攪拌も行わず、静置した状態で、スポイトを用いてポリアミド酸溶液をアセトン中に滴下した以外は実施例1と同様にして、ポリイミド粒子を得た。
ピロメリット酸無水物(PMDA)0.436gをアセトン40gに添加して攪拌することにより、PMDAが溶解したアセトン溶液を得た。また、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DPE)0.401gをアセトン40gに添加して攪拌することにより、DPEが溶解したアセトン溶液を得た。
得られたPMDAが溶解したアセトン溶液と、DPEが溶解したアセトン溶液とを超音波装置(UH−600S、SMT社製)を用いて25℃で混合し、30分間攪拌することにより、PMDAとDPEとを反応させてポリアミド酸を生成させた。このとき、生成したポリアミド酸が反応溶液中で析出し、ポリアミド酸粒子が得られた。得られたポリアミド酸粒子を単離した後、デカン146g中に分散させ、160℃で360分間加熱してイミド化することにより、ポリイミド粒子を得た。
4,4’−ビフタル酸無水物(BPDA)を溶解した溶媒をアセトン40gに変更したこと以外は実施例1と同様に行ったが、BPDAはアセトンには溶解せず、ポリイミド粒子を得ることはできなかった。
実施例及び比較例で得られたポリイミド粒子について、以下の評価を行った。結果を表1に示した。
(1)平均粒子径及びCV値の測定
ポリイミド粒子を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。得られたSEM写真から任意に50個以上のポリイミド粒子を選択し、この任意の50個以上のポリイミド粒子の粒子径から数平均値を算出することにより、平均粒子径(nm)を求めた。また、ポリイミド粒子の平均粒子径mと標準偏差σから、下記式により粒子径のCV値(%)を求めた。
CV値(%)=σ/m×100
実施例3及び比較例2で得られたポリイミド粒子について、以下の評価を行った。
硬化性硬化物としてビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名「1004AF」、ジャパンエポキシレジン社製)70重量部及びグリシジル基含有アクリル樹脂(商品名「G−2050M」、日油社製)30重量部、硬化剤としてトリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸(商品名「YH−306」、ジャパンエポキシレジン社製)20重量部、硬化促進剤として2,4−ジアミノ−6−[2’メチルイミダゾリン−(1’)]−エチルs−トリアジンイソシアヌル酸付加物(商品名「2MA−OK」、四国化成工業社製)8重量部、充填剤として実施例3又は比較例2で得られたポリイミド粒子450重量部、シランカップリング剤(商品名「KBM−573」、信越化学工業社製)2重量部、溶剤としてメチルエチルケトン(MEK)200重量部を、ホモディスパーを用いて攪拌混合して接着剤溶液を調製した。得られた接着剤溶液を用いて、溶剤キャスト法にて成形することにより接着シートを作製し、接着シートの外観を目視にて観察した。
Claims (2)
- 無水テトラカルボン酸が溶解した溶液と、ジアミン化合物が溶解した溶液とを混合することにより、前記無水テトラカルボン酸と前記ジアミン化合物とを反応させてポリアミド酸を生成させ、ポリアミド酸が溶解した溶液を得る工程と、
前記ポリアミド酸が溶解した溶液を、超音波の照射下で前記ポリアミド酸が不溶である溶媒に滴下することにより、ポリアミド酸粒子を析出させる工程とを有する
ことを特徴とするポリアミド酸粒子の製造方法。 - 請求項1記載のポリアミド酸粒子の製造方法により得られたポリアミド酸粒子をイミド化する工程を有することを特徴とするポリイミド粒子の製造方法。
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