JP6129285B2 - ポリイミド樹脂、それの製造方法及びそれを含む薄膜 - Google Patents
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Description
(b)少なくとも2種類のジアミン単量体であって、そのうちの1種類のジアミン単量体が2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンで、かつ少なくとも2種類のジアミン単量体成分の総モル数に占めるその含有量が70〜90%であり、残りのジアミン単量体が4,4’−オキシジアニリン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチル−1,1’−ジフェニルおよび2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンで構成される群より選択される。
(b)溶解を経た前記少なくとも2種類の二無水物単量体と溶解を経た前記少なくとも2種類のジアミン単量体を混合し、重合反応を実施してポリアミド酸樹脂を形成する。前記少なくとも2種類の二無水物単量体の総モル数と前記少なくとも2種類のジアミン単量体の総モル数比は0.85〜1.15である。
(c)ポリアミド酸樹脂をイミド化してポリイミド樹脂を形成する。
24.20g(0.076モル)の2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)、1.85g(0.017モル)のp−フェニレンジアミン(PDA)、2.36g(0.008モル)の1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−R)及び244.37gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を三ツ口フラスコ内に入れる。30℃下で完全に溶解するまで撹拌した後、41.75g(0.091モル)のP−フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)及び2.83g(0.005モル)の4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸無水物)(PBADA)を加え、続いて撹拌を続け、25℃下で24時間反応させると、実施例1のポリアミド酸溶液が得られる。本実施例において、二無水物単量体及びジアミン単量体の重量は反応溶液総重量の約23wt%[(24.20+1.85+2.36+41.75+2.83)/(24.20+1.85+2.36+41.75+2.83+244.37)×100%=23%]を占める。
26.28g(0.082モル)の2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)、3.74g(0.009モル)の2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)及び215.78gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を三ツ口フラスコ内に入れ、30℃下で完全に溶解するまで撹拌した後、39.88g(0.087モル)のP−フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)及び2.02g(0.005モル)の4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(6FDA)を加え、続いて撹拌を続け、25℃下で24時間反応させると、実施例2のポリアミド酸溶液が得られる。本実施例において、二無水物単量体及びジアミン単量体の重量は反応溶液総重量の約25wt% [(26.28+3.74+39.88+2.02)/(26.28+3.74+39.88+2.02+215.78)×100%=25%]を占める。
29.13g(0.091モル)の2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)、1.84g(0.017モル)のp−フェニレンジアミン(PDA)、1.66g(0.006モル)の1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−R)及び271.31gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を三ツ口フラスコ内に入れ、30℃下で完全に溶解するまで撹拌した後、47.12g(0.102モル)のP−フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)及び5.92g(0.011モル)の4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸無水物)(PBADA)を加え、続いて撹拌を続け、25℃下で24時間反応させると、実施例3のポリアミド酸溶液が得られる。本実施例において、二無水物単量体及びジアミン単量体の重量は反応溶液総重量の約24wt% [(29.13+1.84+1.66+47.12+5.92)/(29.13+1.84+1.66+47.12+5.92+271.31)×100%=24%]を占める。
23.56g(0.074モル)の2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)、1.49g(0.014モル)のp−フェニレンジアミン(PDA)、1.89g(0.005モル)の2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)及び260.06gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を三ツ口フラスコ内に入れ、30℃下で完全に溶解するまで撹拌した後、38.10g(0.083モル)のP−フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)及び4.09g(0.009モル)の4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(6FDA)を加え、続いて撹拌を続け、25℃下で24時間反応させると、実施例4のポリアミド酸溶液が得られる。本実施例において、二無水物単量体及びジアミン単量体の重量は反応溶液総重量の約21wt%[(23.56+1.49+1.89+38.10+4.09)/(23.56+1.49+1.89+38.10+4.09+260.06)×100%=21%]を占める。
25.00g(0.078モル)の2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)、1.49g(0.014モル)のp−フェニレンジアミン(PDA)及び244.32gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を三ツ口フラスコ内に入れ、30℃下で完全に溶解するまで撹拌した後、35.94g(0.078モル)のP−フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)、4.08g(0.009モル)の4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(6FDA)及び2.39g(0.005モル)の4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸無水物)(PBADA)を加え、続いて撹拌を続け、25℃下で24時間反応させると、実施例5のポリアミド酸溶液が得られる。本実施例において、二無水物単量体及びジアミン単量体の重量は反応溶液総重量の約22wt% [(25.00+1.49+35.94+4.08+2.39)/(25.00+1.49+35.94+4.08+2.39+244.32)×100%=22%]を占める。
31.25g(0.098モル)の2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)及び227.16gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を三ツ口フラスコ内に入れ、30℃下で完全に溶解するまで撹拌した後、44.47g(0.097モル)のP−フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)を加え、続いて撹拌を続け、25℃下で24時間反応させると、比較例1のポリアミド酸溶液が得られる。この比較例において、二無水物単量体及びジアミン単量体の重量は反応溶液総重量の約25wt% [(31.25+44.47)/(31.25+44.47+227.16)×100%=25%]を占める。
13.78g(0.127モル)のp−フェニレンジアミン(PDA)及び250.58gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を三ツ口フラスコ内に入れ、30℃下で完全に溶解するまで撹拌した後、56.90g(0.124モル)のP−フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)を加え、続いて撹拌を続け、25℃下で24時間反応させると、比較例2のポリアミド酸溶液が得られる。この比較例において、二無水物単量体及びジアミン単量体の重量は反応溶液総重量の約22wt% [(13.78+56.90)/(13.78+56.90+250.58)×100%=22%]を占める。
25.74g(0.088モル)の1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−R)及び260.28gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を三ツ口フラスコ内に入れ、30℃下で完全に溶解するまで撹拌した後、39.33g(0.085モル)のP−フェニレンビス(トリメリテート無水物)(TAHQ)を加え、続いて撹拌を続け、25℃下で24時間反応させると、比較例3のポリアミド酸溶液が得られる。この比較例において、二無水物単量体及びジアミン単量体の重量は反応溶液総重量の約20wt%[(25.74+39.33)/(25.74+39.33+260.28)×100%=20%]を占める。
上述の実施例及び比較例のポリアミド酸溶液の組成成分と比割合を下の表1にまとめて示す。実施例及び比較例のポリアミド酸溶液(ポリイミド樹脂前駆体)をイミド化してポリイミド薄膜とした後、そのIRスペクトル図、比誘電率(Dk)、誘電正接(Df)、線熱膨張係数(CTE)、ガラス転移温度(Tg)、結晶温度(Tc)を測定した。図1A、図2A、図3A、図4A、図5Aはそれぞれ実施例1〜5のポリイミド樹脂のIRスペクトル図である。図1B、図2B、図3B、図4B、図5Bはそれぞれ実施例1〜5のポリイミド樹脂のDSC(Differential Scanning Calorimeter、示差走査熱量計)図である。またデータの測定結果を下の表2にまとめて示す。
測定器(メーカー:Agilent;型番:HP4291)を使用し、10GHzの条件下で、IPC−TM−650−2.5.5.9標準方法を採用して測定を行った。
測定器(メーカー:Agilent;型番:HP4291)を使用し、10GHzの条件下で、IPC−TM−650−2.5.5.9標準方法を採用して測定を行った。
熱機械分析により、負荷3g/膜厚20μm、昇温速度10℃/分中で、試験片の延伸から、50〜200℃の範囲における平均値を計算し、線熱膨張係数とした。線熱膨張が比較的低い材料は、回路板製造の加熱ベーキングプロセスで過度の変形を回避し、生産ラインの高い歩留まりを維持することができる。
SII Nano Technology製の示差走査熱量計(DSC−6220)を使用して測定した。窒素ガス環境下で、ポリイミド樹脂に次の条件の熱履歴を受けさせた。熱履歴の条件は、第1回昇温(昇温速度10℃/分)の後冷却(冷却速度30℃/分)、その後第2回昇温(昇温速度10℃/分)である。本発明のガラス転移温度は、第1回昇温、または第2回昇温で観測された値を読み取り、決定された。結晶化温度は第1回降温で観測された放熱ピークのピーク値を読み取り、決定された。
εR:比誘電率(Dk)
FGHz:周波数(frequency)
tanδ:誘電正接(Df)
Claims (11)
- ポリイミド樹脂であって、次の成分から誘導されて成り、
(a)P−フェニレンビス(トリメリテート無水物)、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸無水物)で構成される群より選択された少なくとも2種類の二無水物単量体であって、前記少なくとも2種類の二無水物単量体はP−フェニレンビス(トリメリテート無水物)を含み且つその含有量が前記少なくとも2種類の二無水物単量体の総モル数の80〜95%を占め、
(b)少なくとも2種類のジアミン単量体であって、そのうち1種類のジアミン単量体が、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンであり、かつその含有量が前記少なくとも2種類のジアミン単量体の総モル数の70〜90%を占め、残りのジアミン単量体が、4,4’−オキシジアニリン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチル−1,1’−ジフェニル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンで構成される群より選択され、かつその含有量が前記少なくとも2種類のジアミン単量体の総モル数の10〜30%を占め、
そのうち、前記少なくとも2種類の二無水物単量体の総モル数と前記少なくとも2種類のジアミン単量体の総モル数比が0.85〜1.15であり、かつ前記ポリイミド樹脂の誘電正接が0.007より小さく、線熱膨張係数が15〜35ppm/Kであることを特徴とする、ポリイミド樹脂。 - 前記少なくとも2種類の二無水物単量体が4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物を含み、かつその含有量が多くとも前記少なくとも2種類の二無水物単量体の総モル数の15%を占めることを特徴とする、請求項1に記載のポリイミド樹脂。
- 前記少なくとも2種類の二無水物単量体が4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸無水物)を含み、かつその含有量が多くとも前記少なくとも2種類の二無水物単量体の総モル数の15%を占めることを特徴とする、請求項1に記載のポリイミド樹脂。
- 前記残りのジアミン単量体が非直線構造のジアミン単量体であることを特徴とする、請求項1に記載のポリイミド樹脂。
- ポリイミド樹脂の製造方法であって、
(a)溶媒を使用し、少なくとも2種類の二無水物単量体及び少なくとも2種類のジアミン単量体を溶解する工程であって、前記少なくとも2種類の二無水物単量体が、P−フェニレンビス(トリメリテート無水物)、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物および4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸無水物)で構成される群より選択され、前記少なくとも2種類の二無水物単量体はP−フェニレンビス(トリメリテート無水物)を含み且つその含有量が前記少なくとも2種類の二無水物単量体の総モル数の80〜95%を占め、前記少なくとも2種類のジアミン単量体のうち1種類が2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンであり、残りのジアミン単量体が、4,4’−オキシジアニリン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ジメチル−1,1’−ジフェニルおよび2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンで構成される群より選択される工程と、
(b)溶解を経た前記少なくとも2種類の二無水物単量体と、溶解を経た前記少なくとも2種類のジアミン単量体を混合し、重合反応を行ってポリアミド酸樹脂を形成し、前記少なくとも2種類の二無水物単量体の総モル数と前記少なくとも2種類のジアミン単量体の総モル数比が0.85〜1.15である工程と、
(c)前記ポリアミド酸樹脂をイミド化し、前記ポリイミド樹脂を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、ポリイミド樹脂の製造方法。 - 2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジンの含有量が、前記少なくとも2種類のジアミン単量体の総モル数の70〜90%を占めることを特徴とする、請求項5に記載のポリイミド樹脂の製造方法。
- 前記溶媒が非プロトン性溶媒であることを特徴とする、請求項5に記載のポリイミド樹脂の製造方法。
- 前記溶媒が、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドおよびN−メチル−2−ピロリドンより構成される群より選択されることを特徴とする、請求項7に記載のポリイミド樹脂の製造方法。
- 前記少なくとも2種類のジアミン単量体、前記少なくとも2種類の二無水物単量体及び前記溶媒の総重量を基礎として、前記少なくとも2種類のジアミン単量体及び前記少なくとも2種類の二無水物単量体の重量が5〜40wt%を占めることを特徴とする、請求項5に記載のポリイミド樹脂の製造方法。
- 請求項5に記載のポリイミド樹脂の製造方法で製造されたポリイミド樹脂であって、前記ポリイミド樹脂の誘電正接が0.007より小さく、線熱膨張係数が15〜35ppm/Kであることを特徴とする、ポリイミド樹脂。
- 請求項1に記載のポリイミド樹脂を含むことを特徴とする、薄膜。
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