JPH05331285A - 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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JPH05331285A
JPH05331285A JP14418892A JP14418892A JPH05331285A JP H05331285 A JPH05331285 A JP H05331285A JP 14418892 A JP14418892 A JP 14418892A JP 14418892 A JP14418892 A JP 14418892A JP H05331285 A JPH05331285 A JP H05331285A
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polyimide resin
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達弘 吉田
Yoshitaka Okugawa
良隆 奥川
Toshio Suzuki
敏夫 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 3,3',4,4'-ジフェニルスルフォンテトラカル
ボン酸二無水物を主たる酸成分とし、2,2-ビス(4-(4-ア
ミノフェノキシ)フェニル)プロパンaモル、1,3-ビス(3
-アミノフェノキシ)ベンゼンbモル、α,ω-ビスアミノ
ポリジメチルシロキサンcモルをアミン成分とし、a、
b、cのモル比が 0.1 ≦a/(a+b+c)≦ 0.7、
0.1 ≦b/(a+b+c)≦ 0.9、かつ 0.05 ≦c/
(a+b+c)≦ 0.5 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。 【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され
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耐熱性に優れている反
面、吸湿性が高く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い。半
導体の構成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する。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低沸点の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、3,3',4,4'-ジ
フェニルスルフォンテトラカルボン酸二無水物を主たる
酸成分とし、2,2-ビス(4-(4-アミノフェノキシ)フェニ
ル)プロパンaモル、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベ
ンゼンbモル、α,ω-ビスアミノポリジメチルシロキサ
ンcモルをアミン成分とし、a、b、cのモル比が 0.1
≦a/(a+b+c)≦ 0.7、 0.1 ≦b/(a+b+
c)≦ 0.9、かつ 0.05 ≦c/(a+b+c)≦ 0.5
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は、式(1)で表
される3,3',4,4'-ジフェニルスルフォンテトラカルボン
酸二無水物(DSDA)を主たる酸成分とする。この3,
3',4,4'-ジフェニルスルフォンテトラカルボン酸二無水
物と同時に使用できる酸成分としては良く知られた酸二
無水物が用いられるが、式(2)で表される3,3',4,4'-
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、式
(3)で表される3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸二無水物(BTDA)を特に挙げることができ
る。アミン成分としては、式(4)で表される2,2-ビス
(4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、式(5)
で表される1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン(A
PB)、式(6)で表されるα,ω-ビスアミノポリジメ
チルシロキサン(APDMS)が用いられる。
【0006】
【化1】
【化2】
【化3】
【化4】
【化5】
【化6】
【0007】式(6)で表されるα,ω-ビスアミノポリ
ジメチルシロキサンとしては、α,ω-ビス(3-アミノプ
ロピル)ポリジメチルシロキサンなどを挙げることがで
き、nの値は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、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。
【0008】各成分のモル比は上記範囲内にあることが
重要である。酸成分に関しては、3,3',4,4'-ジフェニル
スルフォンテトラカルボン酸二無水物が酸成分全体の60
モル%以上であることが溶解性の点から好ましい。α,
ω-ビスアミノポリジメチルシロキサンが全アミン成分
の5モル%以下では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。2,2-ビス(4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)
プロパン、および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、それぞれ前記の範囲を越
えると溶解性や耐熱性に問題が生じる。特に2,2-ビス(4
-(4-アミノフェノキシ)フェニル)プロパンに関しては、
a/(a+b+c)> 0.7 であると溶解性が低下する
ため好ましくない。
【0009】ポリアミック酸の重縮合反応における酸成
分とアミン成分のモル比は、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、接着剤として実用的に
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。
【0010】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。
【0011】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。
【0012】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。
【0013】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
が望まれる。
【0014】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。
【0015】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。
【0016】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、フィルム接着剤等として使用
することができる。
【0017】
【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。
【0018】
【実施例】
(実施例1)乾燥窒素ガス導入管、塩化カルシウム乾燥
管付き冷却器、温度計、撹拌機を備えた四口フラスコ
に、脱水精製したNMP825gとトルエン200gを入れ、
窒素ガスを流しながら10分間激しくかき混ぜる。これに
1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン(APB)35.0
804g(0.120モル)と2,2-ビス(4-(4-アミノフェノキ
シ)フェニル)プロパン(BAPP)30.7876g(0.075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)82.8630g(平均分子量837、0.099
モル)、ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキ
サン(APPS,n=0)1.4911g(0.006モル)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、3,3',4,4'-ジフ
ェニルスルフォンテトラカルボン酸二無水物(DSD
A)107.4836g(0.300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。この時の仕込比は、c/(a+b+
c)=0.35、b/(a+b+c)=0.4 である。
【0019】続いて冷却器を外し、トルエンを満たした
ディーン・スターク管をフラスコに装着した。系を175
℃に加熱し、発生する水を系外に除いた。5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いた。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6.06
μmの吸収を認めることはできず、この樹脂は100%イ
ミド化していることが確かめられた。得られたポリイミ
ド樹脂は1,4-ジオキサン、ジグライム、THF、シクロ
ヘキサノン、DMFなどの低沸点溶剤に良く溶解するこ
とを確認した。
【0020】(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。
【0021】
【表1】
【0022】なお、第1表において、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%R
H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。
【0023】(比較例1)実施例1と同条件で、DSD
A、BTDAとBAPP、4,4'-ジアミノジフェニルア
ミン(DDE)を a/(a+b)=0.7、c/(c+d
+e)=0 のモル比で反応し、ポリイミド樹脂を得た。
この樹脂は反応溶媒のNMPには溶解したが、シクロヘ
キサノン、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジグ
ライムなどのを低沸点溶剤には溶解しなかった。
【0024】(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。
【0025】
【表2】
【0026】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。
【0027】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。
【0028】
【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。特
に、高信頼性と耐熱性を要求され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】 3,3',4,4'-ジフェニルスルフォンテトラ
    カルボン酸二無水物を主たる酸成分とし、2,2-ビス(4-
    (4-アミノフェノキシ)フェニル)プロパンaモル、1,3-
    ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼンbモル、α,ω-ビス
    アミノポリジメチルシロキサンcモルをアミン成分と
    し、a、b、cのモル比が 0.1 ≦a/(a+b+c)
    ≦ 0.7、 0.1 ≦b/(a+b+c)≦ 0.9、かつ 0.05
    ≦c/(a+b+c)≦ 0.5 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。
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