TWI681981B - 來自含有氮雜環之單體及含有乙烯基芳基環丁烯之單體之加成聚合物 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種聚合物組成物,其包括呈共聚形式之一或多種具有烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、硫代烷基或硫代芳基環丁烯環取代基之可加成聚合之芳基環丁烯單體A、一或多種芳族可加成聚合之第二單體以及一或多種可加成聚合之選自以下之單體:一或多種含有氮雜環之第三單體、一或多種可加成聚合之第四單體,如丙烯酸正丁酯,或兩種單體中之一或多種。所述聚合物組成物可用於製備具有改良之可撓性之薄膜或塗層。亦提供用於製備聚合物組成物之方法。

Description

來自含有氮雜環之單體及含有乙烯基芳基環丁烯之單體之加成聚合物
本發明大體上關於聚合物材料領域,且更特定言之,關於呈共聚形式之以下之單體混合物之共聚物:一或多種芳族可加成聚合單體、一或多種含有氮雜環之可加成聚合單體以及一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A,其具有可加成聚合之基團,例如乙烯基,及一或多種烷基、烷氧基或其他供電子基團,且適用於製造電子裝置。
已知含有芳基環丁烯之聚合物適用作各種電子應用中之介電材料,如微電子封裝及互連應用程序。最近,已證實乙烯基芳基環丁烯-苯乙烯共聚物可提供二乙烯基矽氧烷雙苯并環丁烷(DVS-BCB)聚合物之許多介電益處,且成本顯著降低。So等人,《應用聚合物科學雜誌(J Poly Sci A )》, 第46卷, 第8期, 2008年4月15日, 第2799-2806頁揭示用於介電應用之苯乙烯及乙烯基BCB之可固化共聚物之摻合物。例如,藉由自由基聚合製備苯乙烯及4-乙烯基苯并環丁烯(乙烯基-BCB)無規共聚物,且研究作為介電材料用於微電子應用之適合性。所述聚合物具有低介電常數。然而,So等人,含有苯乙烯之共聚物具有低伸長率且因此形成脆性聚合物薄膜,使得其難以按卷對卷乾燥薄膜形式加工,例如介電層壓板或印刷電路板(PCB)層壓板。在具有20重量%熱塑性彈性體(星形聚苯乙烯-嵌段-聚丁二烯)之增韌摻合物中,所述聚合物呈現改良之斷裂韌性且保留熱穩定性;聚合物摻合物對於高頻-高速移動通信應用為理想的。增韌之摻合物需要額外的增韌劑,其包括組成物之熱穩定性。因此,需要可撓性更高之含有苯乙烯類乙烯基芳基環丁烯之共聚物。
本發明人試圖解決提供熱穩定之介電共聚物材料之問題,所述材料提供足夠的可撓性以使得人們能夠以卷對卷乾燥薄膜之方式處理材料。
發明說明
根據本發明之第一態樣,聚合物組成物包括呈共聚形式之以下之單體混合物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;一或多種芳族可加成聚合之第二單體,如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、烯丙氧基苯乙烯、烯丙基封端之聚亞芳基醚或馬來醯亞胺封端之聚亞芳基醚;以及一或多種選自含有氮雜環之可加成聚合之第三單體之單體,如乙烯基吡啶或乙烯基咪唑,或較佳兩種或更多種此類單體;可加成聚合之第四單體,如丙烯酸正丁酯、脂肪(甲基)丙烯酸酯;或二烯單體,如β-月桂烯;或其混合物;其中單體A具有結構A:
Figure 02_image001
其中K為共價鍵或選自以下之二價基團:經C1 至C6 烷基取代或未經取代之二價芳基、經C1 至C6 烷基取代或未經取代之二價雜芳基,如芳氧基;C1 -C30 二價烷基;含有C1 -C30 雜原子之烷基;二價C1 至C30 伸烷基、羰基、醚基、硫醚基、酯基、羧基或氰基; M為選自以下之二價芳族基團:經C1 至C6 烷基取代或未經取代之二價芳基、經C1 至C6 烷基取代或未經取代之二價雜芳基;以及 L1 選自共價鍵或為具有x+1之化合價之烴連接基團,較佳地,當x為1時,L1 為二價烴基,如伸烷基或經烷基取代之伸烷基、含有C1 -C30 雜原子之烴基或經C1 -C30 取代之雜烴基;及 R1 至R6 各自獨立地選自單價基團,所述單價基團選自氫、氘、鹵素、C1 至C6 烷基、C1 至C6 烷氧基、經C1 至C6 烷基取代之烴基、含有雜原子之烴基、經C1 至C6 烷基取代之雜烴基、氰基、C6 至C12 芳基、經C1 至C6 烷基取代之芳基、雜芳基或經C1 至C6 烷基取代之雜芳基,其中R1 、R2 及R3 中之至少一個為選自C1 至C6 烷基、C1 至C6 烷氧基、經C1 至C6 烷基取代之烴基、含有雜原子之烴基、經C1 至C6 烷基取代之雜烴基、氰基、C6 至C12 芳基、經C1 至C6 烷基取代之芳基、雜芳基或經C1 至C6 烷基取代之雜芳基;或較佳地,R1 、R2 及R3 中之一或多個為選自C1 至C6 烷基、C1 至C6 烷氧基、經C1 至C6 烷基取代之烴基、含有雜原子之烴基、經C1 至C6 烷基取代之雜烴基、氰基、羥基、芳基、經C1 至C6 烷基取代之芳基、雜芳基或經C1 至C6 烷基取代之雜芳基;及 x及y各自獨立地為1至5之整數,其中當L1 為共價鍵時,y為1,或較佳地,y為1且x為1或2。
較佳地,根據本發明之第一態樣,聚合物組成物包括呈共聚形式之以下之單體混合物之聚合物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;一或多種芳族可加成聚合之第二單體,其選自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、β-月桂烯、烯丙氧基苯乙烯、烯丙基封端之聚亞芳基醚或馬來醯亞胺封端之聚亞芳基醚;以及含有氮雜環之可加成聚合之第三單體。
較佳地,根據本發明之第一態樣,所述聚合物組成物包括呈共聚形式之以下之單體混合物之聚合物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;一或多種芳族可加成聚合之第二單體;一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體,其選自含有氮雜環之第三單體乙烯基單體,如N-乙烯基吡啶、N-乙烯基咪唑或其他乙烯基吡啶異構體,如2-乙烯基吡啶,或更佳地,含有兩個或更多個含有氮雜環之可加成聚合基團之第三單體,如N-乙烯基吡啶及N-乙烯基咪唑。
較佳地,根據本發明之第一態樣,聚合物組成物包括呈共聚形式之以下之單體混合物之聚合物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;一或多種芳族可加成聚合之第二單體;一或多種可加成聚合之含有氮雜環之單體以及一或多種可加成聚合之第四單體,其選自丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯,如甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸環己酯及脂肪(甲基)丙烯酸酯;馬來醯亞胺及雙馬來醯亞胺;環狀酸酐,如馬來酸酐、3-亞甲基二氫呋喃-2,5-二酮或衣康酸酐;直鏈及分支鏈烯烴,如己烯;環烯烴,如環戊烯、環己烯或環辛烯;以及含有第二親二烯體或可加成聚合基團之第四單體,如含有交聯劑之苯并環丁烯(BCB),例如乙烯基苯并環丁烯,或二乙烯基矽氧基雙苯并環丁烯(DVS-BCB);甲基丙烯酸烯丙酯;二乙烯基苯;二烯,如丁二烯、環戊二烯、β-月桂烯、環辛二烯或四苯基環戊二烯酮;烯丙氧基苯乙烯;烯丙基,或馬來醯亞胺封端之多元醇,或聚矽氧烷;或馬來醯亞胺封端之聚醯亞胺;較佳地,第四單體包括丙烯酸正丁酯、丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸環己酯或C8 至C20 (甲基)丙烯酸直鏈烷基酯,如脂肪(甲基)丙烯酸酯。
根據本發明之第一態樣,可加成聚合之第四單體較佳為適用於形成橡膠或軟聚合物之可加成聚合之寡聚物,如二烯,如月桂烯或丁二烯;正丁基或C8 至C20 (甲基)丙烯酸直鏈烷基酯,或更佳地,標準沸點為至少150℃之單體。對於沸點較低之單體(低於150℃),如C1 至C6 (甲基)丙烯酸烷基酯、己烯、環戊烯、環己烯、丁二烯及環戊二烯,可使用加壓反應器來防止在與含有芳基環丁烯之單體A反應之前由不飽和化合物之蒸發而造成之損失。
根據本發明之第一態樣,聚合物組成物可進一步包括單獨的交聯劑,如雙-BCB單體,例如二乙烯基矽氧基雙苯并環丁烯(DVS-BCB),或含有兩個或更多親二烯體基團之單體,如二乙烯基苯;固化劑,如引發劑、光引發劑或其他光活性化合物;催化劑,或超過一種此類物質。聚合物組成物可在固化劑及含有兩個或更多個可加成聚合之親二烯體基團之單體存在下,藉由熱誘導或光誘導引發交聯,或在含有兩個或更多個親二烯體基團之任何單體存在下,藉由聚合物上之芳基環丁烯基團之開環進行。
根據本發明之第一態樣,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:10至90重量%,或較佳15至70重量%一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;5至70重量%,或較佳20至55重量%一或多種芳族可加成聚合之第二單體;5至40重量%,或較佳5至35重量%,或更佳10至35重量%一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體,所有重量以用於製備共聚物之單體之總固體重量計,且所有單體重量%加起來等於100%。
根據本發明之第一態樣,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:10至90重量%,或較佳15至70重量%一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;5至70重量%,或較佳20至55重量%一或多種芳族可加成聚合之第二單體;5至40重量%,或較佳5至35重量%,或更佳10至35重量%一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體;以及5至40重量%,或較佳10至35重量%一或多種可加成聚合之第四單體,所有重量以用於製備共聚物之單體之總固體重量計,且所有單體重量%加起來等於100%。
較佳地,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;一或多種芳族可加成聚合之第二單體;以及總共5至40重量%,或更佳10至40重量%,或更佳15至35重量%一或多種可加成聚合之含有氮雜環之第三單體加一或多種可加成聚合之第四單體,以用於製備共聚物之單體之總固體重量計,且所有單體重量%加起來等於100%。
根據本發明之第一態樣,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:一或多種可加成聚合之芳基環丁烯單體A、一或多種芳族可加成聚合之第二單體、一或多種可加成聚合之含有氮雜環之第三單體以及(若需要)一或多種可加成聚合之第四單體,其中所述組成物亦包括選自交聯單體之交聯劑,如含有第二加成可聚合或親二烯體基團之單體,且可在固化劑存在下藉由熱誘導或光誘導引發交聯,所述固化劑如選自熱引發劑、光活性化合物或光引發劑。
根據本發明之第一態樣,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:一或多種可加成聚合之芳基環丁烯單體A、一或多種芳族可加成聚合之第二單體、一或多種可加成聚合之含有氮雜環之第三單體以及(若需要)一或多種可加成聚合之第四單體,其中組成物可藉由聚合物中芳基環丁烯基團之開環固化且組成物(若需要)含有具有兩個或更多個含有芳基環丁烯之基團之交聯劑,如雙-BCB單體,例如二乙烯基矽氧基雙-苯并環丁烯(DVS-BCB)。
根據本發明之第一態樣,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:一或多種可加成聚合之芳基環丁烯單體A、一或多種芳族可加成聚合之第二單體、一或多種可加成聚合之含有氮雜環之第三單體以及(若需要)一或多種可加成聚合之第四單體,其中組成物可藉由聚合物中芳基環丁烯基團之開環固化且組成物(若需要)含有具有兩個或更多個含有芳基環丁烯之基團之交聯劑。
根據本發明之第一態樣,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:一或多種可加成聚合之芳基環丁烯單體A、一或多種芳族可加成聚合之第二單體、一或多種可加成聚合之含有氮雜環之第三單體以及(若需要)一或多種可加成聚合之第四單體,其中聚合物具有一或多個羧酸、醇或醯胺基團,且組成物進一步包括縮合交聯劑,如二胺或聚合二醇,如聚酯二醇或聚醚二醇。
根據本發明之第一態樣,聚合物組成物包括10至80重量%,或較佳20至50重量%聚合物固體,以聚合物及剩餘部分之極性非質子性或極性質子性有機溶劑(如極性質子性溶劑,如(環)鏈烷醇或(環)鏈烷酮,或極性非質子性溶劑,如烷基酯、醯胺或磺內酯)之總重量計。
根據本發明之第二態樣,基板上之薄膜或塗層包括呈共聚形式之以下之單體混合物之根據本發明之第一態樣之聚合物組成物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;一或多種芳族可加成聚合之第二單體;以及一或多種可加成聚合之含有氮雜環之第三單體,如乙烯基吡啶或乙烯基咪唑;其中單體A具有上述結構A。
根據本發明之第二態樣,基板上之薄膜或塗層包括呈共聚形式之以下之單體混合物之根據本發明之第一態樣之聚合物組成物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A、一或多種芳族可加成聚合之第二單體、一或多種可加成聚合之含有氮雜環之單體以及一或多種可加成聚合之第四單體,其中單體A具有上述結構A。
根據本發明之第二態樣之薄膜或塗層,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:10至90重量%,或較佳15至70重量%一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;5至70重量%,或較佳20至55重量%一或多種芳族可加成聚合之第二單體;以及5至40重量%,或較佳10至35重量%一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體,所有重量以用於製備共聚物之單體之總固體重量計。
根據本發明之第二態樣之薄膜或塗層,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:10至90重量%,或較佳15至70重量%一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;5至70重量%,或較佳20至55重量%一或多種芳族可加成聚合之第二單體;5至40重量%,或較佳10至35重量%一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體以及5至40重量%,或較佳10至35重量%一或多種可加成聚合之第四單體,所有重量以用於製備共聚物之單體之總固體重量計。
較佳地,根據本發明之第二態樣之薄膜或塗層,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;一或多種芳族可加成聚合之第二單體;以及5至40重量%,或較佳10至35重量%,或甚至更佳15至35重量%一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體加一或多種含有可加成聚合基團之第四單體,以用於製備共聚物之單體之總固體重量計。
根據本發明之第二態樣之薄膜或塗層,聚合物組成物可進一步包括縮合交聯劑;具有兩個或更多個含有芳基環丁烯基團之單獨交聯劑單體,如雙-CBB單體,例如二乙烯基矽氧基雙苯并環丁烯(DVS-BCB);或含有兩個或更多個親二烯體基團之單體,如二乙烯基苯、9,9-雙(4-乙烯基苯甲基)-9H-芴,或含有兩個或更多個烯丙基之可加成聚合之交聯劑單體,如三烯丙基異氰脲酸酯;固化劑,如引發劑、光引發劑或其他光活性化合物;催化劑,或超過一種此類物質。
根據本發明之第二態樣之薄膜或塗層,一或多種交聯劑單體中之可加成聚合基團與來自單體A之芳基環丁烯基團之莫耳當量之莫耳比可為0.25:1至2.0:1,或較佳0.9:1至1.5:1。
根據本發明之第三態樣,電子裝置含有介電層,所述介電層包括在本發明之基板(如聚合物基板,例如聚乙烯對苯二甲酸酯或聚醯亞胺)上之本發明之第二態樣之薄膜或塗層。
根據本發明之第四態樣,製備聚合物組成物之方法包括提供有機溶劑,如極性質子性溶劑或極性非質子性溶劑,及以下之單體混合物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;一或多種芳族可加成聚合之第二單體,如苯乙烯、α-甲基苯乙烯,β-月桂烯、烯丙氧基苯乙烯、烯丙基封端之聚亞芳基醚或馬來醯亞胺封端之聚亞芳基醚;以及一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體,如乙烯基吡啶或乙烯基咪唑,或較佳兩種或更多種此類單體,其中單體A具有上述結構A;及引發劑,如熱引發劑或光引發劑,且使單體混合物聚合。在使用熱引發劑之情況下,聚合亦包括將單體混合物加熱至室溫或環境溫度至低於140℃,或較佳60至125℃,或更佳低於110℃。
根據本發明之第四態樣,在聚合反應之後,可在室溫至140℃下將所得聚合物交聯或固化,以在引發劑存在下進行加成交聯,且在160至220℃下進行環化,若需要,在分別存在含有兩個或更多個親二烯體基團,較佳兩個或更多個可加成聚合基團之交聯劑單體之情況下進行。
根據本發明之第四態樣之有機溶劑之比例使得形成包括10至80重量%,或較佳20至50重量%聚合物固體之聚合物組成物,以聚合物及水性鹼或有機溶劑之總重量計。
根據本發明之第四態樣之方法,單體混合物或較佳單體混合物為在本發明之第一態樣中適用或較佳之任何單體混合物。
根據本發明之第五態樣,在基板上製備薄膜或塗層之方法包括在基板上沈積及蒸發或塗佈本發明之第一態樣之聚合物組成物。聚合物組成物可包括一或多種有機溶劑。所述組成物較佳亦可包括選自熱引發劑或光引發劑之固化劑、光活性化合物(若需要)以及含有兩個或更多個可加成聚合基團之交聯劑單體或含有兩個或更多個親二烯體基團之單體,或縮合交聯劑,如二胺或受保護之二胺。
根據本發明之第五態樣之方法,聚合物可在固化劑(如引發劑或光引發劑)及(若需要)可加成聚合之交聯劑之存在下,在室溫或環境溫度至低於140℃,或較佳60至125℃,或更佳低於110℃之溫度下加熱。
根據本發明之第五態樣之方法,所述方法可進一步包括在160至220℃或較佳180至210℃之溫度下開環固化薄膜或塗層。
根據本發明之第五態樣(使用聚合物組成物)之方法之交聯劑或固化劑可為所揭示之用於本發明之第一態樣之聚合物組成物中之任一或多種交聯劑或固化劑。
根據本發明之第六態樣,使用本發明之第一態樣之聚合物組成物之方法包括在電路基板上沈積及蒸發或塗佈本發明之第一態樣之聚合物組成物以形成聚合物層,較佳加熱至60至140℃之溫度以進行軟烘烤;光固化聚合物層以獲得光固化層;且使光固化層熱固化,如藉由在160至220℃之溫度下開環以形成絕緣層。
除非另有說明,否則溫度及壓力條件為環境溫度或室溫及標準壓力。所述之所有範圍皆為包含性的且可組合的。
除非另有說明,否則含有圓括號之任何術語皆替代地指完整術語(如同圓括號不存在及術語不包含其一般)以及各種替代形式之組合。因此,術語「(甲基)丙烯酸酯」指丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或其混合物。
如本文中所用,除非另外註明,否則所有量皆為重量百分比,且所有比率皆為莫耳比。
所有數字範圍包含端點且可按任何順序組合,例外的是,顯而易見此類數字範圍限於總計為100%。
冠詞「一」、「一種」以及「所述」指單數及複數。
如本文中所用,術語「烷基」包含直鏈、分支鏈以及環狀烷基。類似地,「烯基」指直鏈、分支鏈及環狀烯基。「芳基」指芳族碳環及芳族雜環。
如本文中所使用,術語「脂肪族」指含有開鏈碳之部分,如烷基、烯基及炔基部分,其可為直鏈或分支鏈之。又如本文中所使用,術語「脂環」指環狀脂肪族部分,如環烷基及環烯基。此類脂環部分為非芳族的,但可包含一或多個碳-碳雙鍵。「鹵基」指氟、氯、溴及碘。術語「(甲基)丙烯酸酯」指甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯,且類似地術語(甲基)丙烯醯胺指甲基丙烯醯胺及丙烯醯胺。
除非上下文另有明確說明,否則「經取代之」烷基、鏈烯基或炔基意指烷基、烯基或炔基上之一或多個氫由一或多個選自鹵素、羥基、C1-10 烷氧基、胺基、經單-或二-C1-10 烴基取代之胺基,C5-20 芳基以及經取代之C5-20 芳基之取代基取代。除非上下文清楚地指出,否則「經取代之」芳基指芳基上之一或多個氫由選自鹵素、羥基、C1-10 烷基、C2-10 烯基、C2-10 炔基、C1-10 烷氧基、胺基、經單-或二-C1-10 之烴基取代之胺基、C5-20 芳基及經取代之C5-20 芳基之一或多個取代基所取代。「烷基」指烷烴基,且包含烷烴二基(伸烷基)及更高級之基團。同樣,術語「烯基」、「炔基」及「芳基」分別指烯烴、炔烴及芳烴之相應單-、二-或更高級基團。
如本文中所使用,術語「可加成聚合之基團」指藉由加成聚合來聚合之任何不飽和官能基,包含乙烯基、亞乙烯基或烯丙基以及任何滿足以下條件之基團:具有含有烷基、烷氧基、S、N、P、O或Si雜原子之烴基、甲矽烷氧基、氰基、芳基、烷基芳基、S、N、P、O或Si雜芳基、羰基、羧基(酯)、醛、二酮、羥基、胺、亞胺、偶氮、磷或含硫基團作為取代基或組分。
如本文中所使用,術語「芳族有機殘基」涵蓋僅具有芳族特徵之有機殘基,如苯基,以及含有芳族及脂族部分之組合之有機殘基。
如本文中所使用,術語「固化」指藉由使用製備或使用根據本發明之組成物之方法來增加聚合物分子量之任何方法,如加成交聯或縮合。「可固化」指能夠在某些條件下固化之任何聚合物材料。
如本文中所使用,術語「ASTM」指賓夕法尼亞州西康舍霍肯ASTM國際組織(ASTM International, West Conshohocken, PA)之出版物。
如本文中所使用,術語「完全固化」指當藉由DSC重新掃描時,與組成物之已知熱含量相比,自組成物中移除來自原始固化曲線之既定組成物之> 98%之剩餘反應熱量。此定義為在DSC跡線上積分之峰面積,其對應於熱含量,例如200焦耳/公克(J/g)。對於熱含量為200 J/g之組成物,在既定之熱處理後具有100 J/g之峰(例如,200℃持續1小時)將視為50%固化。
如本文中所使用,術語「DSC」或「差示掃描量熱法」指使用Q2000TM 」DSC儀器(TA Instruments,New Castle,DE)量測聚合物固化曲線或放熱之方法。使用置於密封之TzeroTM 鋁密封樣品盤(TA儀器)中之經分離之未固化聚合物樣品(<5 mg)進行DSC。接著將樣品盤與對照盤一起放入DSC池中,接著將DSC以10℃/分鐘之速率自RT加熱至300℃。對於含有本發明之含有芳基環丁烯之聚合物之B-階段化,由於峰值放熱溫度為258℃之芳基環丁烯開環反應,既定樣品中在200與300℃之間釋放之熱量(J/g)定義為「殘餘固化度」或反應之餘熱。
如本文中所使用,術語「化學式量」指描繪既定材料之代表性化學式之分子量。
如本文中所使用,當提及有機基團時,術語「雜」或「雜原子」指O、P、N、S或Si原子。
如本文中所使用,術語「標準沸點」指在標準壓力下呈純淨形式之既定液體之沸點。
術語「寡聚物」指能夠進一步固化之相對低分子量物質,如二聚體、三聚體、四聚體、五聚體、六聚體等。
如本文中所使用,術語「固體」指本發明之反應產物中保留之任何材料;因此,固體包含在B-階段化、聚合以及固化中之任一種之後不揮發之單體及非揮發性添加劑。固體不包含水、氨及揮發性溶劑。
如本文中所使用,術語反應混合物之「化學計量」指既定組成物中未反應之烯烴基團或親二烯體基團與未反應之芳基環丁烯基團之莫耳當量之比率。
如本文中所使用,除非另有說明,否則術語「重均分子量」或「Mw」表示藉由凝膠滲透層析(GPC),在室溫下使用配備有等度泵、自動採樣器(注射體積(100-150 μL)及一系列4 ShodexTM (8 mm × 30 cm)層析柱(每個層析柱填充有聚苯乙烯二乙烯基苯(PS/DVB)凝膠)之Waters Alliance高壓液相層析(HPLC)(Waters,Milford, MA),根據由聚苯乙烯作為標準來校準之標準測定之值。如本文中所使用,「數均分子量」或「Mn」以與重均分子量相同之方式量測,且表示既定聚合物組成物中之中值分子量。如本文中所使用,術語「PDI」指Mw/Mn之比率。
如本文中所使用,術語「 wt.%」表示重量百分比。
如本說明書通篇所使用,除非上下文另有清楚地指示,否則下列縮寫應具有以下含義:℃=攝氏度;min.=分鐘;hr.=小時;g=公克;L=公升;µm=微米=微米;nm=奈米;mm=毫米;mL=毫升;MPa=兆帕斯卡;Mw=重均分子量;Mn=數均分子量;且AMU=原子質量單位。除非另外指出,否則「重量%」指以參考組成物之總重量計之重量百分比。
本發明人發現,包括呈共聚形式之一或多種可加成聚合之芳基環丁烯(如α-甲基乙烯基苯并環丁烯)、一或多種可加成聚合之芳族單體及一或多種可加成聚合之含有氮雜環之單體之聚合物組成物與不具有含有氮雜環之單體之相同之聚合物相比,呈現優良的薄膜可撓性。此外,本發明之聚合物可藉由習知加成聚合在低於140℃之溫度下形成,此對於包括含有芳基環丁烯之基團之電介質而言為極低的。
根據本發明,聚合物組成物可包括呈共聚形式之以下之單體混合物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A、一或多種芳族可加成聚合之第二單體(如苯乙烯)及一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體,如乙烯基吡啶或乙烯基咪唑;其中單體A具有結構A:
Figure 02_image003
, 其中K為共價鍵或選自以下之二價基團:經C1 至C6 烷基取代或未經取代之二價芳基、經C1 至C6 烷基取代或未經取代之二價雜芳基,如芳氧基;二價C1 至C30 伸烷基;羰基;醚基;硫醚基;酯基或羧基; M為選自以下之二價芳族基團:經C1 至C6 烷基取代或未經取代之二價芳基、經C1 至C6 烷基取代或未經取代之二價雜芳基;及 L1 選自共價鍵或為具有x+1,較佳2之化合價之烴連接基團,較佳地,或L1 與K共同形成C1 -C30 二價烴基,如伸烷基或經烷基取代之伸烷基、含有C1 -C30 雜原子之烴基或經C1 -C30 取代之雜烴基;及 R1 至R6 各自獨立地選自單價基團,所述單價基團選自氫、氘、鹵素、C1 至C6 烷基、C1 至C6 烷氧基、經C1 至C6 烷基取代之烴基、含有雜原子之烴基、經C1 至C6 烷基取代之雜烴基、氰基、C6 至C12 芳基、經C1 至C6 烷基取代之芳基、雜芳基或經C1 至C6 烷基取代之雜芳基,其中R1 、R2 及R3 中之至少一個選自C1 至C6 烷基、C1 至C6 烷氧基、經C1 至C6 烷基取代之烴基、含有雜原子之烴基、經C1 至C6 烷基取代之雜烴基、氰基、C6 至C12 芳基、經C1 至C6 烷基取代之芳基、雜芳基或經C1 至C6 烷基取代之雜芳基;或較佳地,R1 、R2 及R3 中之一或多個選自C1 至C6 烷基、C1 至C6 烷氧基、經C1 至C6 烷基取代之烴基、含有雜原子之烴基、經C1 至C6 烷基取代之雜烴基、氰基、羥基、芳基、經C1 至C6 烷基取代之芳基、雜芳基或經C1 至C6 烷基取代之雜芳基;及 x及y各自獨立地為1至5之整數,或較佳地,y為1且x之範圍為1至2。
較佳地,可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A包括乙烯基α-C1 至C6 烷基苯并環丁烯,如乙烯基α-甲基苯并環丁烯(α乙烯基甲基BCB)、α-乙烯基乙基BCB或α-乙烯基丙基BCB。
本發明之芳基環丁烯聚合物可包括一種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A或超過一種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A作為聚合單元。
為了確保根據本發明之聚合物組成物之可撓性,適合量之可加成聚合之含有氮雜環之單體之範圍為5至40重量%,或較佳10至35重量%,以單體混合物之總固體重量計。
為了確保根據本發明之聚合物組成物之可撓性,單體混合物可包括呈固體形式之少至3重量%,或較佳少至5重量%可加成聚合之含有氮雜環之第三單體,只要第三單體及橡膠狀第四單體(如丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸長鏈烷基酯或丁二烯)之總量在單體混合物之至少10重量%,或較佳至少12重量%範圍內即可。
用於製備根據本發明之聚合物組成物之適合的可加成聚合之第四單體不含芳基環丁烯基團。適合的第四單體可為例如(甲基)丙烯酸酯,如(甲基)丙烯酸正丁酯及脂肪(甲基)丙烯酸酯;含有烯丙基之單體;烯烴;二烯及含有額外官能基之可加成聚合之單體,如酸性或可水解之基團,及高沸點(正常沸點為至少150℃)單體,如烯丙基、炔烴或馬來醯亞胺封端之多元醇、聚亞芳基醚或聚矽氧烷。
根據本發明之芳基環丁烯聚合物組成物可包括一或多種可加成聚合之第四單體作為聚合單元,所述第四單體包括二烯,如丁二烯、異戊二烯、辛烯或β-月桂烯;或包括其他可聚合基團或親二烯體基團,或兩個或更多個親二烯體基團,如二烯丙基醚、烯丙氧基苯乙烯、二乙烯基苯或二乙炔基苯。包括兩種或更多種可加成聚合或親二烯體基團之第四單體可用於賦予本發明之聚合物組成物交聯能力。除聚合物以外,此類單體亦可用作單獨的交聯劑。此類第四單體之選擇在熟習此項技術者之能力內。
含有其他官能基(如酸性基團,例如酸酐基團,或其他可水解基團,如活性氫或可水解矽(氧)基團)之適合的可加成聚合之第四單體允許模塊化聚合後官能化或藉由縮合來固化。例如,可使此類單體與二胺或多官能胺反應以形成醯胺酸前體,所述醯胺酸前體可在熱固化過程中醯亞胺化。亦可使酸酐水解,如藉由使其與水性介質組合且將此類單體醇化(例如用第三丁醇)以形成單酯。
根據本發明之製備聚合物組成物之方法,所述方法包括使用例如過氧化苯甲醯(BPO)或過硫酸鹽或其鹽作為引發劑,藉由非受控自由基加成聚合來聚合本發明之單體混合物。在聚合中,通常將單體混合物加熱至60至140℃,或較佳70至125℃。
適合的聚合溶劑為可溶解一或多種單體且沸點高於單體之聚合溫度之任何有機溶劑。例示性有機溶劑包含極性非質子性溶劑,如醯胺、酯,如乙酸丁酯,及碸,及極性質子性溶劑,如(環)鏈烷醇。
聚合時間通常為1至60小時,例如20至45小時。對於某些應用,可能需要在寡聚物階段終止聚合。由一或多種本發明之單體組成之此類寡聚物可主要由二聚體、三聚體、四聚體等組成,且隨後可進一步聚合。如本文中所使用,術語「本發明之單體」意欲包含本文中所描述之個別化合物,以及隨後進一步聚合之其二聚體、三聚體及四聚體。
在一個實例中,根據本發明之單體混合物之聚合可在100℃下,以10至80重量%,或較佳20至50重量%聚合物固體之固體濃度,使用例如乙酸正丁酯(bp=126℃)溶劑進行。一段時間(4-24小時)後,用額外的BPO追蹤聚合反應,接著再進行4-10小時。
在固化或交聯之前,根據本發明之聚合物組成物之重均分子量為3,000至250,000,或較佳為6,000至50,000,如藉由凝膠滲透層析(GPC)根據聚苯乙烯標準測定。
聚合物組成物可在固化劑及含有兩個或更多個可加成聚合之親二烯體基團之單體存在下,藉由熱誘導或光誘導引發交聯,或者在任何含有兩個或更多個親二烯體基團之單體存在下,藉由聚合物上芳基環丁烯基團之開環來交聯。
包括一或多種本發明之單體之聚合物可按原樣使用,或可藉由添加非溶劑(如水或甲醇)以自溶液沈澱聚合物來分離,且隨後移除有機溶劑。
本發明之聚合物組成物可包括一或多種含有芳基環丁烯之聚合物及一或多種有機溶劑。適合的有機溶劑為可溶解本發明之單體之有機溶劑。尤其適用的有機溶劑為適用於製備或調配芳基環丁烯聚合物之任何溶劑。例示性有機溶劑包含(但不限於):芳族烴,如甲苯、二甲苯及均三甲苯;醇,如2-甲基-1-丁醇、4-甲基-2-戊醇及甲基異丁基甲醇;酯,如乳酸乙酯、丙二醇甲醚乙酸酯、2-羥基異丁酸甲酯、3-甲氧基丙酸甲酯及乙酸3-甲氧基-1-丁酯;內酯,如γ-丁內酯;內醯胺,如N-甲基吡咯啶酮;醚,如丙二醇甲醚及二丙二醇二甲醚異構體,如PROGLYDETM DMM(The Dow Chemical Company, Midland, MI (Dow));酮,如環己酮、2-丁酮及甲基環己酮;以及其混合物。較佳溶劑為極性質子性及極性非質子性溶劑。
可用於本發明聚合物組成物之適合添加劑包含(但不限於)一或多種固化劑、交聯劑(如與聚合物分開之交聯單體)、界面活性劑、無機填料、有機填料、增塑劑、黏合促進劑、金屬鈍化材料及任何前述物質之組合。適合的界面活性劑為熟習此項技術者熟知的,且非離子界面活性劑為較佳的。此類界面活性劑可以0至10 g/L且較佳0至5 g/L之量存在。任何適合的無機填充劑可視情況用於本發明之組成物,且為熟習此項技術者熟知的。例示性無機填充劑包含(但不限於)二氧化矽、碳化矽、氮化矽、氧化鋁、碳化鋁、氮化鋁、氧化鋯等,以及其混合物。無機填充劑可呈以下形式:粉末、桿形、球形或任何其他適合的形狀。此種無機填料可包括習知量之偶聯劑,如矽烷或鈦酸鹽。
此類無機填充劑可具有任何適合的尺寸。按組成物之總重量計,無機填充劑可以0至80重量%之量使用。較佳地,金屬鈍化物質為銅鈍化劑。適合的銅鈍化劑為此項技術中熟知的且包含咪唑苯并三唑、乙二胺或其鹽或酸酯,以及亞胺基二乙酸或其鹽。
與本發明之聚合物上之任何酸性或可水解官能基或本發明之聚合物上之任何烯烴基團或親二烯體基團反應之任何交聯劑可用作交聯劑,限制條件為其在用於固化組成物之條件下與本發明之聚合物交聯。適合的交聯劑包含(但不限於)二胺、多胺及多硫醇,包含具有多個胺或硫醇基團之聚合物,具有兩個或更多個烯烴基團或親二烯體基團之單體,如二醇(甲基)丙烯酸酯或鄰苯二甲酸二烯丙酯,及雙-芳基環丁烯單體,其中環丁烯環含有至少一個含有一價烴之基團,如C1 -C6 烷基、羧基烷基、酮基、醛基、縮醛基、縮酮基或羥基烷基。適合的二胺可包含簡單的芳族二胺,如苯二胺、JeffamineTM 乙氧基化胺(Huntsman Corp., Salt Lake City, UT),或用胺基封端之寡聚醯亞胺。此類二級交聯劑之選擇在熟習此項技術者之能力內。
以組成物中可聚合單體之總重量計,交聯劑典型地以0至20重量%,且較佳0至10重量%之量使用。本發明之聚合物組成物具有許多用途,例如在光微影、包裝、黏合劑、密封及體電介質應用中,如在旋塗塗層或緩衝層上。
在本發明之聚合物組成物中可使用適用於光微影之各種固化劑。適合的固化劑可有助於固化本發明之聚合物,且可藉由熱或光活化。例示性固化劑包含(但不限於)熱生引發劑及光敏性化合物(光生引發劑)。此類固化劑之選擇在熟習此項技術者之能力內。較佳熱產生之引發劑為自由基引發劑,如(但不限於)偶氮二異丁腈、過氧化二苯甲醯及過氧化二異丙苯。較佳光活性固化劑為可自BASF以Irgacure品牌購得之自由基光引發劑,及包含DNQ化合物之磺酸酯之重氮萘醌(DNQ)化合物。適合的DNQ化合物為任何滿足以下條件之化合物:具有DNQ部分,如DNQ磺酸酯部分,且在本發明之組成物中充當光敏性化合物,即其在暴露於適當輻射時充當溶解抑制劑。適合的DNQ化合物揭示於美國專利第7,198,878號及第8,143,360號中。以聚合物固體之總重量計,光敏性化合物之量為0至30重量%。當存在時,以聚合物固體之總重量計,光敏性化合物通常以5至30重量%、較佳5至25 重量%且更佳10至25重量%之量使用。
在本發明之組成物中可使用任何適合的黏合促進劑,且此類黏合促進劑之選擇良好地在熟習此項技術者之能力內。較佳黏合促進劑為含矽烷材料,且更佳為含有三烷氧基矽烷之材料。例示性黏合促進劑包含(但不限於):雙(三烷氧基矽烷基烷基)苯,如雙(三甲氧基矽烷基乙基)苯;胺基烷基三烷氧基矽烷,如胺基丙基三甲氧基矽烷、胺基丙基三乙氧基矽烷及苯基胺基丙基三乙氧基矽烷;以及其他矽烷偶合劑,以及前述之混合物。尤其適合的黏合促進劑包含AP 3000、AP 8000以及AP 9000S黏合促進劑(Dow Electronic Materials, Marlborough, MA)。
以組成物之總重量計,本發明之聚合物組成物可含有0至15重量%,較佳0.5至10重量%,更佳1至10重量%,更佳2至10重量%黏合促進劑。
本發明之聚合物組成物可為藉由將一或多種本發明之聚合物與任何有機溶劑、水或其他組分以任何順序組合而製備之光微影組成物。當本發明之組成物含有固化劑(如光敏性化合物,如重氮萘醌、鎓鹽或光引發劑)時,較佳的是,固化劑首先溶解於適合的有機溶劑或水性鹼中,隨後與一或多種本發明之單體及任何視情況選用之界面活性劑組合,且隨後與任何視情況選用之黏合促進劑組合。適合的光活性化合物之選擇在此項技術之普通技術水準內。
本發明之任何聚合物組成物可用於形成適用作介電層、永久結合黏合劑、應力緩衝層等之層或膜。
本發明之聚合物組成物可用作例如薄膜或塗料組成物。
為了形成薄膜或塗層,可將呈有機溶劑溶液形式之聚合物組成物拉伸或塗佈至PET膜上,且在固化組成物之前在90至125℃下軟烘烤5至25分鐘。
聚合物組成物或薄膜或塗料組成物之交聯可在固化劑引發劑及若需要,可含有兩個或更多個可加成聚合基團之單體存在下,藉由熱誘導或光誘導,或藉由聚合物上芳基環丁烯基團之開環(若需要)在含有兩個或更多個親二烯體基團之任何單體存在下,或藉由縮合反應(如酸官能單體基團及二胺之間)進行。
在包括熱或光引發劑化合物或光活性化合物之固化劑之情況下,聚合物或塗料組成物之加成聚合固化可藉由聚合物之引發聚合進行,進一步包含,若需要,含有兩個或更多個可加成聚合基團之交聯劑單體,且在環境溫度導140℃之任何溫度下,例如,60至125℃。
聚合物組成物之固化(可能會或可能不會引起交聯)亦可包括在例如170至230℃,或較佳180至220℃下加熱組成物以引起開環熱固化,固化含有兩個或更多個親二烯體基團之交聯劑單體。
開環固化指任何可加成聚合之含有芳基環丁烯基團之單體A與聚合物組成物中之任何烯烴或親二烯體基團之反應,例如在共聚單體中或在所添加之具有兩個或更多個親二烯體基團之交聯劑單體中之反應。
藉由含有芳基環丁烯之單體A中之芳基環丁烯基團之開環,開環固化亦可引起上述結構A中x之值增加。此類開環可藉由在用於形成聚合物之加成聚合之後對聚合物組成物進行B階段化引起,從而形成芳基環丁烯基團之寡聚物。
為了測試由本發明之聚合物組成物製成之塗層或薄膜之可撓性,接著將乾燥或軟烘烤之薄膜在圓錐形心軸上彎曲,且距圓錐底部一段距離量測任何裂縫傳播。亦可藉由手動彎曲,試圖使薄膜起皺而不開裂,且用剪刀切割薄膜以觀察任何碎裂或開裂來定性地觀察薄膜之可撓性。
本發明之組成物可藉由任何適合的方法塗佈於基板上。用於安置本發明組成物之適合的方法包含(但不限於)旋塗、簾式塗佈、噴塗、滾塗、浸塗、氣相沈積及層壓,如真空層壓,以及其他方法。在半導體製造工業中,旋塗為利用現有設備及工藝之較佳方法。在旋塗中,可調節組成物之固體含量以及旋轉速度,以在施用表面上獲得所需組成物厚度。
通常,本發明之組成物在400至4000 rpm之旋轉速度下旋塗。分配在晶圓或基板上之本發明之組成物之量取決於組成物中之總固體含量、所得層之所需厚度以及熟習此項技術者熟知的其他因素。當澆鑄本發明之組成物之薄膜或層時,如藉由旋塗,在沈積薄膜期間,大部分(或全部)溶劑蒸發。較佳地,在安置在表面上之後,加熱(烘烤)組成物以移除任何殘餘之溶劑。典型烘烤溫度為90至160℃,但可適當地使用其他溫度。此類移除殘餘溶劑之烘烤典型地進行約2分鐘,但可適當使用更長或更短之時間。通常藉由加熱一段時間來使本發明之聚合物組成物固化。適合的固化溫度在170℃至230℃範圍內。典型固化時間在1至600分鐘範圍內。
較佳地,本發明之聚合物組成物之層亦可形成為乾膜且藉由層壓來安置在基板之表面上。可使用包含真空層壓技術之多種適合的層壓技術,且為熟習此項技術者熟知的。在形成乾膜時,首先使用槽模塗佈、凹版印刷或另一種適當方法將本發明之組成物安置於適合的膜支撐片之前表面上,所述適合的膜支撐片如聚酯片,較佳聚對苯二甲酸乙二酯(PET)片或聚醯亞胺片,如KAPTONTM 聚醯亞胺(DuPont, Wilmington, DE)。隨後在適合的溫度下,如90至140℃,將組成物軟烘烤適當時間,如1至30分鐘,以移除任何溶劑。隨後在室溫下將聚合物膜覆蓋片(如聚乙烯)輥層壓於乾燥組成物上,以在貯存及處理期間保護所述組成物。為了將乾燥組成物安置於基板上,首先移除覆蓋片。然後,使用輥層壓或真空層壓將支撐片上之乾燥組成物層壓於基板表面上。層壓溫度可在20至120℃範圍內。隨後移除(剝離)支撐片,使得乾燥組成物留在表面上。
廣泛多種電子裝置基板可用於本發明。電子裝置基板為任何用於製造任何電子裝置之基板,較佳為聚合物或塑料基板。例示性電子裝置基板包含(但不限於)半導體晶圓、玻璃、藍寶石矽酸鹽材料、氮化矽材料、碳化矽材料、顯示裝置基板、環氧樹脂成型化合物晶圓、電路板基板及熱穩定聚合物。如本文中所使用,術語「半導體晶圓」意欲涵蓋半導體基板、半導體裝置及用於多種互連水準之多種封裝,包含單晶片晶圓、多晶片晶圓、用於多種水準之封裝、用於發光二極管(LED)之基板或需要焊料連接之其他組合件。半導體晶圓,如矽晶圓、砷化鎵晶圓及矽鍺晶圓,可經圖案化或未圖案化。如本文中所使用,術語「半導體基板」包含任何具有一或多個半導體層或結構之基板,所述半導體層或結構包含半導體裝置之有源或可操作部分。術語「半導體基板」定義為意指包括半導電材料之任何結構,如半導體裝置。半導體裝置指其上已經或正在批量製造至少一個微電子裝置之半導體基板。熱穩定聚合物包含(但不限於)任何在用於使芳基環丁烯材料,如聚醯亞胺,例如KAPTONTM 聚醯亞胺(DuPont, Wilmington, Delaware)固化之溫度下穩定之聚合物。
當使用不含有黏合促進劑之本發明之組成物時,待用本發明組成物塗佈之基板之表面可視情況首先與經處理之適合的黏合促進劑或蒸氣接觸。此類處理改良本發明之聚合物組成物與基板表面之黏合性。可使用任何適合的方法,如旋塗、浸塗、噴塗、簾式塗佈、滾塗、氣相沈積等來使基板表面與黏合促進劑接觸。旋塗為用於使基板表面與黏合促進劑接觸之較佳方法。可使用任何適合的黏合促進劑,且此類黏合促進劑之選擇良好地在熟習此項技術者之能力內。較佳黏合促進劑為含有矽烷之材料,且更佳為含有三烷氧基矽烷之材料。適用於預處理基板表面之例示性黏合促進劑為上文所描述之黏合促進劑。此項技術中已知的多種蒸氣處理可用於增加本發明之芳基環丁烯聚合物與基板表面之黏合,如電漿處理。在某些應用中,可較佳地在用本發明之組成物塗佈表面之前,使用黏合促進劑處理基板表面。
實例:現將在以下非限制性實例中詳細描述本發明: 除非另有說明,否則所有溫度皆為室溫(21-23℃),且所有壓力皆為大氣壓(-760 mm Hg或101 kPa)。
儘管下文揭示其他原材料,但在實例中使用以下原材料: BCB:苯并環丁烯; BPO:過氧化苯甲醯; MBA:3-甲氧基乙酸丁酯溶劑; PET:聚(對苯二甲酸乙二醇酯);及 MI:馬來醯亞胺。
以各種揭示之方式分析材料,包含如下: 莫耳比計算:由芳基環丁烯單體之起始莫耳數計算第二、第三以及第四單體相對於含有芳基環丁烯之單體A之莫耳數。B-階段化之殘餘放熱量以J/g量測,且與雙芳基環丁烯單體中之總焓進行比較(以J/g表示,對於DVS,其為-800 J/g,對應於156 J/mmol BCB)。殘餘放熱與焓之比率給出以每公克固體計之芳基環丁烯單體之毫莫耳數;將其乘以固體之總質量(公克),得到芳基環丁烯單體之總莫耳數。將其與所添加之其他單體之毫莫耳數進行比較,得到莫耳比。
實例1:4-乙烯基吡啶-共-苯乙烯共-α甲基-乙烯基BCB之製備:在配備有塗有聚四氟乙烯(TeflonTM 聚合物,Dupont)之熱電偶及頂置式機械攪拌器之100 ml EasyMaxTM 402基礎合成工作台(Mettler Toledo,Columbia,MD)反應器中,在攪拌下添加乙酸正丁酯(13 g)。使反應器冷卻至10℃且用氮氣吹掃20分鐘。在單獨的50 ml梨形圓底燒瓶中,添加苯乙烯(16.19 g)、4-乙烯基吡啶(2.51 g)、α甲基乙烯基BCB(8.62 g,90%純度)、乙酸正丁酯(1.78 g)以及過氧化苯甲醯(130 mg),用橡膠隔膜封蓋且用氮氣吹掃20分鐘。將所得溶液吸入50 ml注射器中,且固定在注射泵中。將EasyMaxTM 工作台加熱至反應溫度(100℃),然後藉由注射泵以20 ml/hr之速率添加反應溶液。自添加開始4小時後,藉由注射器添加含BPO之乙酸正丁酯(40 mg於7.72 g中)。反應持續總共8小時,接著冷卻至室溫且倒入玻璃瓶中。未進行進一步純化。GPC:Mn=30.2k,Mw=80.8k PDI=2.68。
實例2:4-乙烯基吡啶-共-苯乙烯共-丙烯酸正丁酯共-α甲基乙烯基BCB之製備:在配備有塗有聚四氟乙烯(TeflonTM 聚合物,Dupont)之熱電偶及頂置式機械攪拌器之100 ml EasyMaxTM 402基礎合成工作台(Mettler Toledo)反應器中,在攪拌下添加乙酸正丁酯(10 g)。使反應器冷卻至10℃且用氮氣吹掃20分鐘。在單獨的50 mL梨形圓底燒瓶中,添加苯乙烯(10.30 g)、4-乙烯基吡啶(2.21 g)、丙烯酸正丁酯(7.08 g)、α甲基乙烯基BCB(7.75 g)、乙酸正丁酯(3.60 g)以及過氧化苯甲醯(110 mg),用橡膠隔膜封蓋且用氮氣吹掃20分鐘。將所得溶液吸入50 ml注射器中,且固定在注射泵中。將EasyMaxTm反應器加熱至反應溫度(100℃),然後藉由注射泵以20 ml/hr之速率添加反應溶液。自添加開始4小時後,藉由注射器添加含BPO之乙酸正丁酯(40 mg於8.90 g中)。反應持續總共8小時,然後冷卻至室溫且倒入玻璃瓶中。未進行進一步純化。GPC:Mn=31.3k,Mw=68.9k PDI=2.20。
實例3:苯乙烯-共-丙烯酸正丁酯共-α甲基乙烯基BCB之製備:在配備有塗有聚四氟乙烯(TeflonTM 聚合物,Dupont)之熱電偶及頂置式機械攪拌器之100 ml EasyMaxTM 402基本合成工作台(Mettler Toledo)反應器中,在攪拌下添加乙酸正丁酯(13 g)。使反應器冷卻至10℃且用氮氣吹掃20分鐘。在單獨的50 ml梨形圓底燒瓶中,添加苯乙烯(13.16 g)、丙烯酸正丁酯(5.89 g),α甲基乙烯基BCB(8.28 g)、乙酸正丁酯(1.97 g)以及過氧化苯甲醯(130 mg),橡膠隔膜封蓋且用氮氣吹掃20分鐘。將所得溶液吸入50 mL注射器中且固定在注射泵中。將EasyMaxTM 反應器加熱至反應溫度(100℃),然後藉由注射泵以20 ml/hr之速率添加反應溶液。自添加開始18小時後,藉由注射器添加含BPO之乙酸正丁酯(40 mg於7.71 g中)。反應持續總共40小時,然後冷卻至室溫且倒入玻璃瓶中。未進行進一步純化。GPC:Mn=29.9k,Mw=71.9k PDI=2.4。
聚合物測試:將所示實例中之聚合物溶液分配至聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(PET)片上,且用152.4 μm(6 MIL)下拉棒塗佈以形成薄膜。將膜在120℃下軟烘烤。
心軸彎曲測試-伸長率值:所指示之在PET基板上之軟烘烤聚合物膜在錐形心軸上進行彎曲測試,且以吋(cm)為單位量測裂縫距離。使用ASTM D522(2017)方法測定伸長率,且以百分比形式報導;可接受之伸長率值為7%或較佳更高。
將軟烘烤之薄膜層壓至塗有銅之晶圓上。在含有α甲基乙烯基BCB之共聚物之情況下,銅晶圓層壓板在氮氣烘箱中,在200℃下固化兩小時,在含有乙烯基BCB之共聚物之情況下,在250℃下固化一小時。將固化之晶圓層壓物置於10重量%過硫酸銨水溶液浴中直至膜被提起,然後沖洗膜且乾燥且切成條。所得條帶用於DMA/TMA分析。將聚合物薄膜層壓至覆銅試樣上且固化以進行如下定義之交叉影線黏合測試。
差示掃描量熱法(DSC):為了得到玻璃化轉變溫度(Tg),用TA Instruments Q2000 DSC裝置進行DSC。將樣品稱重(2-10 mg)且置於鋁盤中。不含樣品之參考盤放置在裝置之參考槽中。將樣品在23℃下平衡,然後在50 mL/min之氮氣流下以10℃/分鐘之速率線性升溫至300℃。所報導之Tg為所得DSC曲線之拐點。
藉由進行TGA分析(Q500TM TGA儀器,TA Instruments, New Castle, DE)來測試熱穩定性。將鉑50 μL鍋稱皮重,接著加載聚合物樣品(1-10 mg)。將爐子密封,然後在氮氣氛圍25 mL/min氣流下以10℃/ min之速率使溫度自25℃升至600℃。
尺寸機械分析(DMA):為了得到Tg及關於模數之資訊,使用TA儀器Q800量測DMA。夾具為張力:薄膜方法。以0.1牛頓之力施加0.06%之應變。各樣品皆具有17 mm長10 mm寬及35微米厚之膜。各樣品在25℃下平衡,然後升溫至250℃。
熱機械分析(TMA):為了得到TMA結果,使用TA儀器Q400。製備各樣品膜,其尺寸為8 mm長×5 mm寬×35微米厚。使用0.1牛頓之初始力。在氮氣氛圍下,樣品以10℃/ min升溫至200℃,接著以10℃/min冷卻至-50℃,接著以10℃/min自-50℃升至200℃。在最終斜坡上,基於0與100℃之間之尺寸變化計算熱膨脹係數(CTE)之值。可接受之CTE低於130 ppm/K,且更好的CTE低於90。
交叉影線黏附力(AKA帶測試):藉由ASTM D3359(2017)量測黏附力。將PET上之各聚合物膜層壓至銅基板上,然後剝離PET。以十字交叉方式對聚合物薄膜進行刻劃,且施用膠帶(PA-280630(51596)膠帶,Interpolymer Group, Canton, MA)且剝離以測定自銅表面升起多少薄膜(若存在)。若無薄膜升起,結果為合格。若移除邊緣周圍之小塊,則結果為具有輕微碎片之合格。若整個膠片區域在膠帶上升起,結果為失敗。 表1:聚合物膜效能
Figure 107138727-A0304-0001
"-表示比較實例;nd:未測定。
如以上表1中所示,與比較實例3之聚合物組成物相比,每種本發明之聚合物組成物呈現改良之可撓性及交叉影線黏合性。儘管實例3之聚合物聚合40小時且未如實例1及2中一般聚合8小時,但此為事實。此外,本發明之實例2中之具有較大的第三及第四單體分量之聚合物給出最佳可撓性結果。此外,具有最高比例之可加成聚合之芳族第二單體之本發明之實例1之聚合物為熱穩定性最高的。

Claims (11)

  1. 一種聚合物組成物,其包括呈共聚形式之以下單體混合物:一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;一或多種芳族可加成聚合之第二單體;以及一或多種選自含有氮雜環之可加成聚合之第三單體、可加成聚合之第四單體之單體;其中單體A具有結構A:
    Figure 107138727-A0305-02-0031-1
    其中K為共價鍵或選自以下之二價基團:經C1至C6烷基取代或未經取代之二價芳基、經C1至C6烷基取代或未經取代之二價雜芳基、C1-C30二價烷基、含有C1-C30雜原子之烷基、二價C1至C30伸烷基、羰基、醚基、硫醚基、酯基、羧基或氰基;M為選自以下之二價芳族基團:經C1至C6烷基取代或未經取代之二價芳基、經C1至C6烷基取代或未經取代之二價雜芳基;L1選自共價鍵或具有x+1之化合價之烴連接基團,其中:R1至R6各自獨立地選自單價基團,所述單價基團選自氫、氘、鹵素、C1至C6烷基、C1至C6烷氧基、經C1至C6烷基取代之烴基、含有雜原子之烴基、經C1至C6烷基取代之雜烴基、氰基、C6至C12芳基、經C1至C6烷基取代之芳基、雜芳基或經C1至C6烷基取代之雜芳基,其中R1、R2及R3中之至少一個選自C1至C6烷基、C1至C6烷氧基、經C1至C6烷基取代之烴基、含有雜原子之烴基、經C1至C6烷基取代之雜烴基、氰基、C6至C12芳基、經C1至C6烷基取代之芳基、雜芳基或經C1至C6烷基取代之雜芳基;及 x及y各自獨立地為1至5之整數,其中當L1為共價鍵時,y為1。
  2. 如申請專利範圍第1項之聚合物組成物,其中所述一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A具有結構A,其中y為1且x在1至2之範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項之聚合物組成物,其中所述一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A之量具有結構A,其中K及L1中之每一個為共價鍵或K及L1共同形成C1-C30伸烷基或經烷基取代之伸烷基;且R1、R2及R3中之至少一個選自C1至C6烷基、C1至C6烷氧基、C6至C12芳基、經C1至C6烷基取代之芳基、雜芳基或經C1至C6烷基取代之雜芳基。
  4. 如申請專利範圍第1項之聚合物組成物,其中所述一或多種芳族可加成聚合之第二單體選自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、烯丙氧基苯乙烯、烯丙基封端之聚亞芳基醚或馬來醯亞胺封端之聚亞芳基醚。
  5. 如申請專利範圍第1項之聚合物組成物,其中所述一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體選自乙烯基吡啶、乙烯基咪唑或此類單體中之兩種或更多種。
  6. 如申請專利範圍第1項之聚合物組成物,其中所述一或多種可加成聚合之第四單體選自丙烯酸正丁酯、C8至C20(甲基)丙烯酸直鏈烷基酯或二烯單體。
  7. 如申請專利範圍第1項之聚合物組成物,其包括呈共聚形式之以下之單體混合物:10至90重量%所述一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A;5至70重量%所述一或多種芳族可加成聚合之第二單體;5至35重量%所述一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體,所有重量以用於製備所述共聚物之單體之總固體重量計,其中所有單體重量%加起來等於100%。
  8. 如申請專利範圍第1項之聚合物組成物,其包括呈共聚形式之以下之單體混合物:所述一或多種可加成聚合之含有芳基環丁烯之單體A、所述一或多種芳族可加成聚合之第二單體及選自以下之單體:含有氮雜環之可加成聚合之第三單體、可加成聚合之第四單體或所述第三單體及所述第四單體兩者,所述組成物包括總共5至40重量%所述一或多種含有氮雜環之可加成聚合之第三單體加所述一或多種可加成聚合之第四單體,所述重量以用於製備所述共聚物之單體之總固體重量計,其中所有單體重量%加起來等於100%。
  9. 如申請專利範圍第1項之聚合物組成物,進一步包括單獨的交聯劑;固化劑;催化劑,或超過一種此等物質。
  10. 如申請專利範圍第1項之聚合物組成物,以所述聚合物及剩餘部分之極性非質子性或極性質子性有機溶劑之總重量計,所述聚合物組成物包括10至80重量%聚合物固體。
  11. 一種使用聚合物組成物製造薄膜或塗層之方法,包括:在基板上沈積及蒸發或塗佈如申請專利範圍第1項之聚合物組成物。
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