[发明专利]光敏聚酰亚胺及其制备方法和光敏聚酰亚胺组合物

说明书

本发明提供了一种光敏聚酰亚胺及其制备方法和光敏聚酰亚胺组合物，在聚酰亚胺分子链的端基和二胺单元的侧链引入具有低介电特性的低聚倍半硅氧烷官能团，赋予聚酰亚胺材料优异的介电性质和较低的热膨胀系数。通过光敏材料选用可溶性聚酰亚胺作为主体树脂，实现了光刻胶的低温固化，固化过程中几乎没有小分子放出，留膜率大大提高。此外，侧基中含有羟基结构，提高了聚酰亚胺材料与硅基底和铜导电之间的粘接力。

技术领域

本发明属于微电子封装材料领域，具体涉及一种光敏聚酰亚胺及其制备方法和光敏聚酰亚胺组合物。

背景技术

聚酰亚胺(Polyimide,PI)是一类主链上含有酰亚胺环的聚合物，因具有优异的耐高低温性能、机械性能、化学稳定性和电气性能，被广泛用作微电子器件中的应力缓冲层、α-粒子屏蔽层、芯片钝化层、层间介电绝缘层等。光敏型聚酰亚胺(PSPI)自带感光特性，无需外加光刻胶即可实现图案化封装，这大大简化了封装流程，节约了制作成本，已在微电子封装领域实现了规模化应用。

近些年来，随着5G、大数据、人工智能等领域的快速发展，对半导体封装材料提出了更高的性能要求。5G通讯的高频化和高速化要求封装材料具有优异的介电特性。目前，常见的一些光敏聚酰亚胺材料的介电常数偏高(通常大于3.0)，无法满足新一代通讯技术低介电常数和低介电损耗的性能要求。随着半导体封装技术的发展，封装互联距离不断降低，铜密度不断增加。为避免热应力所造成的封装平面的翘曲变形和界面破裂，一方面，要求聚酰亚胺材料具有较低的热膨胀系数，另一方面，应避免过高的工艺温度，这会放大封装材料与铜导体之间因热膨胀系数差异所引起的界面应力，即需尽可能地降低聚酰亚胺材料的固化温度。此外，在光敏聚酰亚胺材料设计时，还需要考虑到热固化过程中的体积收缩、界面粘接力和耐热性的问题，这些都会影响聚酰亚胺材料的可靠性。

专利CN109988312 A公开了一种聚酰胺酸酯、制备方法以及负性聚酰亚胺组合物和应用，通过在二酐单体的侧链上引入不饱和酯基和低聚倍半硅氧烷基(POSS)等制备了聚酰胺酸酯，然后在光引发剂的作用下与光交联剂反应，同时在固化促进剂的作用下实现了聚酰亚胺的低温固化。然而，该方法的问题在于，酯型光敏聚酰亚胺材料在热固化过程中聚酰亚胺主链上会脱去大量分子，具有留膜率低，热稳定性差等缺点。专利CN101423606 B公开了一种光敏聚酰亚胺材料及其制备方法，通过含有不饱和双键的环氧化合物与具有羧基或羟基的聚酰亚胺反应，得到在高分子主链上具有光敏基团的光敏聚酰亚胺材料，由于光敏基团是在聚酰亚胺亚胺化后引入，提高了留膜率的同时，还具有较低的加工温度、良好的黏附性和优良的热稳定性。但是，该方法的问题在于，所设计的聚酰亚胺材料的介电和热膨胀系数等性能不佳，另外聚酰亚胺材料的制备采用热亚胺化的方法，不适合大规模制备。

随着半导体技术的发展，对聚酰亚胺封装材料提出了新需求，开发具有低介电常数、低热膨胀系数、低温固化和低体积收缩的光敏聚酰亚胺材料变得十分迫切，而现有专利中的PSPI材料无法满足上述性能要求。

发明内容

为了解决现有技术存在的聚酰亚胺高收缩、放气和高残余应力等问题。本发明提供一种光敏聚酰亚胺及其制备方法和光敏聚酰亚胺组合物。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种光敏聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的结构式如式(1)所示：

式(1)；所述式(1)中，X选自二酐单体，选自芳香族或脂环族二酐单体，R₁为异丁基；Y选自二胺单体，优选芳香族二胺单体，重复结构单元数n的数值范围选自30～80。

进一步地，所述X的结构式如式(2)所示：

式(2)。

进一步地，所述Y的结构式如式(3)所示：