JP4758737B2 - 低温硬化型感光性組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、全体的にポリアミック酸を含む低温硬化型感光性組成物に関し、さらに詳細には、その組成物がアルカリ水溶液中で現像可能であり、電子回路用途の使用に適した低モデュラスのポリイミドへ硬化可能なポリアミック酸を含む低温硬化型感光性組成物に関する。
印刷回路基板は、基盤(基板)の一面に伝導性要素を備える片面基板、または基板の両面に伝導性要素を備える両面基板とすることができる。例えば銅箔の金属層からなる伝導性要素は、粘着剤で基板(すなわち誘電体フィルム層)へ貼付することができる。他の実施例において、金属は電解析出によって基板へ直接めっきすることができる。典型的に、打ち抜かれたカバーレイまたは光処理されたはんだマスクで保護された回路線は、フォトレジストの放射線露光、現像、化学的エッチング処理ステップを用いて、回路基板上の伝導性要素の選択された部分を除去することによって形成される。打ち抜かれたカバーレイ、または光処理されたはんだマスクは絶縁性の誘電体被覆層として機能することもできる。
回路を封入するために用いる保護誘電体被覆は、例えば特許文献1、特許文献2に記載されており、除去可能な保護カバーシートと一時的な支持フィルムの間に配置されたフィルム層の形とすることができる。カバーシートを除去した後、フィルム層は銅基板に積層され、支持フィルムを通して化学線で画像状に照射し、有機溶媒または水性溶液で現像して画定されたレジスト層を形成する。画定されたレジスト層は、その後、選択エッチング、電気めっき、またははんだ処理によって修正することができる。
電子産業は継続してより高速、より高信頼性で小型の装置に向かっているので、完全性と安定性を維持しながら、製造工程と変動する環境条件に対する耐性を両立できる可撓性材料である必要性を伴う。使用可能な限られた空間に適応するために、すなわち、機能を維持しながら、回路を、例えばカメラまたはビデオカセットレコーダー(VCR)で一度、あるいは、例えばコンピュータディスクドライブで複数回、折り畳み、または、折り曲げるとき、適切な可撓性材料が必要である。
米国特許第3,469,982号明細書 米国特許第3,547,730号明細書 米国特許第4,127,436号明細書 米国特許第4,071,367号明細書
電子回路用途において使用するためには可撓性材料とする必要性が課題として残されている。
本発明はポリアミック酸を含む低温硬化型感光性組成物に関し、その組成物はアルカリ水溶液中で現像可能であり、少なくとも160℃、および200℃までの温度で、電子回路用途の使用に適した低モデュラスのポリイミドへ硬化可能である。これらの組成物は、湾曲が小さく低温でのボンディングが大きな利点であるフレキシブル回路用途への使用に好適である。
1種または複数の芳香族二酸無水物と1種または複数の脂肪族ジアミンから誘導されたポリアミック酸を含む低温硬化型感光性組成物が提供される。ポリアミック酸は水性炭酸塩中で現像可能であり、2GPa未満の低モデュラスを有するポリイミドへ硬化することができる。組成物は、アミン(メタ)アクリレート、アミンメタクリルアミド、およびその組合せからなる群から選択される化合物とアミン非含有(メタ)アクリレート化合物を含むエチレン性不飽和感光性モノマー混合物、光開始剤、および増感剤とを含む。
1種または複数の芳香族二酸無水物は、4,4’−オキシジフタル酸無水物、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸無水物、4,4−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシル)−ビス(フタル酸無水物)、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、およびその組合せから選択される。1種または複数の脂肪族ジアミンは、ヘキサメチレンジアミン、1,12−ジアミノ−ドデカン、1,10−デカンジアミン、1,3−ビス(3−アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサン、イソホロンジアミン、およびその組合せからなる群から選択される。
アミンメタクリレートおよびメタクリルアミドは、N−メチルアミノ−ビス−(エチルメタクリレート)、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、ジメチルアミノエチルメタクリレート、アクリル化アミンオリゴマー、およびその組合せから選択される。アミン非含有(メタ)アクリレート化合物は、ポリエチレングリコール(200)ジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジアクリレート、1,12−ドデカンジオールジアクリレート、オキシエチル化フェノールアクリレート、およびその組合せから選択される。
ポリアミック酸は1種または複数の脂肪族二酸無水物と組合せた1種または複数の芳香族二酸無水物から誘導することができる。また、ポリアミック酸は、1種または複数の芳香族ジアミン25モルパーセント未満と組合せた1種または複数の脂肪族ジアミンから誘導することもできる。ポリアミック酸は1パーセントの炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウム水溶液中で現像可能である。
光開始剤は、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン(Michler's ketone)、エチルミヒラーケトン、p−ジアルキルアミノベンゾアートアルキルエステル、チオキサントン、ヘキサアリールビイミダゾール、ベンゾインジアルキルエーテル、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−(4−モルホリニル)−1−プロパノン、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ビス(m−メトキシフェニル)−イミダゾール二量体、1,1’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−(ビス(2−o−クロロフェニル−4,5−ジフェニルイミダゾール))、1H−イミダゾール、2,5−ビス(o−クロロフェニル)−4−[3,4−ジメトキシフェニル]二量体、およびその組合せから選択される。
増感剤は、ビス−p−ジエチルアミノ−ベンゾフェノン、エチルミヒラーケトン、イソプロピルチオキサントン、クマリン類(2,3,6,7−テトラヒドロ−1,1,7,7−テトラメチル−11−オキソ−1H、5H、11H−(1)ベンゾピラノ[5,7,8−ij]キノリジン−10−カルボン酸エチルエステルを含む)、ビス(p−ジアルキルアミノベンジリデン)ケトン、アリーリデンアリールケトン、N−アルキルインドリリデンアルカノン、N−アルキルベンゾ−チアゾリリデンアルカノン、メチレンブルー、ならびにその組合せから選択される。
アミン(メタ)アクリレートおよびアミン非含有(メタ)アクリレートは、組成物中に乾燥重量%で実質上等量存在することができる。
組成物は、3−メルカプト−1H−1,2,4−トリアゾール、5−アミノ−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、2−メルカプトベンズイミダゾール2−(2’−ヒドロキシ−5−メタクリリロキシ−エチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、ポリベンズイミダゾール、およびその組合せから選択される粘着促進剤をさらに含むことができる。
組成物は、少なくとも160℃、および200℃までの温度で約1時間硬化して、2GPa未満のモデュラスを有する低モデュラスポリイミドを含む硬化した(イミド化した)組成物を得ることができる。低モデュラスポリイミドは、90℃から100℃のガラス転移温度、および70ppm/℃から85ppm/℃の熱膨張係数を有することができる。
低温硬化型感光性組成物を調製する方法は以下のステップを含む。1種または複数の芳香族二酸無水物を1種または複数の脂肪族ジアミンとドライソルベントで反応させてポリアミック酸溶液を形成するステップ、アミン(メタ)アクリレート、アミンメタクリルアミド、およびその組合せからなる群から選択される化合物とアミン非含有(メタ)アクリレート化合物とを含むエチレン性不飽和感光性モノマー混合物を提供するステップ、感光性モノマー混合物、光開始剤、増感剤をポリアミック酸溶液に加えて感光性組成物を形成するステップ、感光性組成物を化学線に露光して露光された組成物を形成するステップ、および、露光した組成物を80℃の1%炭酸塩水溶液中で現像するステップ。
該方法は、感光性組成物に粘着促進剤または色素を加えるステップ、感光性組成物を剥離可能な支持シート上に塗布して塗布された組成物を形成するステップ、または、塗布した組成物を印刷回路基板に積層するステップをさらに含むことができる。
低モデュラスポリイミドを調製する方法は、上述の方法によって調製した組成物を少なくとも160℃および200℃までの温度で約1時間硬化し、2GPa未満のモデュラスを有する低モデュラスポリイミドを得るステップを含む。低モデュラスポリイミドは電気回路中の粘着層を形成することができる。
基板に感光性組成物を貼付する方法は、N−メチルピロリドン液体を補助として50℃のロール温度の熱ロール積層を用いて、上述の感光性組成物を基板に積層するステップを含む。
硬化した組成物は基板の表面に配置することができ、湾曲が小さく、実質上平坦に留まる。また、組成物は、リジッドまたはフレキシブル基板の表面上の光像形成可能な被覆とすることができる。
本発明は、ポリアミック酸を含む低温硬化型感光性組成物に関し、その組成物はアルカリ水溶液中で現像可能であり、少なくとも160℃、および200℃までの温度で低モデュラスのポリイミドへ硬化可能である。これらのポリイミド系組成物は、電子回路用途の使用に適しており、特に、湾曲が小さく、低温硬化が大きな利点であるフレキシブル回路用途の使用に適している。
低温硬化型感光性組成物はポリアミック酸を含む。本発明の一態様によれば、ポリアミック酸は1種または複数の芳香族二酸無水物と1種または複数の脂肪族ジアミンから誘導される。
ポリアミック酸の製造に使用するのに適した芳香族二酸無水物は、4,4’−オキシジフタル酸無水物、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸無水物、4,4−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシル)−ビス(フタル酸無水物)、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、およびその組合せを含む。4,4’−オキシジフタル酸無水物の例示的使用は以下の実施例の項に見出される。
ポリアミック酸の製造に使用するのに適した脂肪族ジアミンは、1,6−ヘキサメチレンジアミン、1,7−ヘプタメチレンジアミン、1,8−オクタメチレンジアミン、1,9−ノナメチレンジアミン、1,10−デカメチレンジアミン(DMD)、1,11−ウンデカメチレンジアミン、1,12−ドデカメチレンジアミン(DDD)、1,16−ヘキサデカメチレンジアミン、1,3−ビス(3−アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサン、イソホロンジアミン、およびその組合せを含む。1,12−ジアミノドデカンと1,3−ビス(3−アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサンの例示的使用は実施例に見出される。本発明を実施するのに適した他の脂肪族ジアミンは、6個から12個の炭素原子を有するもの、または現像性と可撓性の両方を維持するかぎり、より長い鎖とより短い鎖のジアミンの組合せを含む。長鎖の脂肪族ジアミンは可撓性を高める。他方、鎖が増加すると、現像はより長くかかる。これは十分現像することのできない組成物の形成を招く。また、長鎖の脂肪族ジアミンはモデュラスも低下させる。
例えば、1,6−ヘキサメチレンジアミンが使用される場合、80モルパーセントを超えて使用すべきではない。残る20モルパーセントは1種または複数の代替のより長い鎖のジアミンを含むべきである。
本発明の一態様によるポリアミック酸溶液を得るために、1種または複数の芳香族二酸無水物をドライソルベントと組合せる。ドライソルベントは、例えばN−メチルピロリドン(NMP)である。混合物は、1種または複数のジアミンを40℃以下の温度で約1から4時間かけてNMPに加えて形成される。代わりに、1種または複数の脂肪族ジアミンを適切なドライソルベント(例えばNMP)に組合せて混合物を形成する。したがって、混合物は1種または複数の芳香族二酸無水物を40℃以下の温度で所定期間(約1から2時間)かけて加えて形成される。得られるポリアミック酸溶液は、ポリアミック酸の形成が完全であるように、熱を加えずに約2時間から12時間攪拌することができる。
本発明のポリイミド組成物の合成に有用な有機溶媒は、ポリアミック酸の合成に適しており、かつポリアミック酸を溶解することが可能でなければならない。溶媒は、感光性組成物が少なくとも160℃、および200℃までの温度で硬化することができるように、比較的低い沸点(例えば225℃以下)をもたなければならない。本発明の実施に使用される溶媒は、単独で、または他の溶媒と組合せて使用することができる。有用な溶媒は、NMPおよびジメチルアセトアミド(DMAc)を含む。他の溶媒はN−N’−ジメチルホルムアミドおよびジメチルスルホキシドを含むことができる。一般に、ポリアミック酸が極性であるため、DMAcとNMPが使用され、これらの溶媒は225℃以下の沸点を有する。
塗布された組成物中に残る溶媒の残量パーセントはアクリル系光像形成カバーレイに比べて高い。「乾燥」被覆の重量の30%から40%は残渣溶媒である。被覆は80℃で10分間、または被覆に粘着性がなくなるまで乾燥される。残渣溶媒はポリアミック酸の可塑性を助け、また、積層中に回路線を封入する助けになる。ポリアミック酸の過剰な加熱はポリアミック酸をポリイミドに変換し、あまり多くのポリイミドが形成されると、同時に現像性を低下させるので、残渣溶媒の除去は乾燥被覆には制限される。
本発明の一態様によれば、ポリアミック酸は、1種または複数の脂肪族二酸無水物と組合せた1種または複数の芳香族二酸無水物に1種または複数のジアミンを加えて誘導される。本発明の他の態様によれば、ポリアミック酸は1種または複数の芳香族ジアミン25モルパーセントと組合せた1種または複数の脂肪族ジアミンから誘導される。
適切な芳香族ジアミンは、2,2−ビス(4−[4−アミノフェノキシ]フェニル)−プロパン(BAPP)、2,2−ビス(4−[4−アミノフェノキシ]フェニルスルホン(BAPs)2,2−ビス(4−[3−アミノフェノキシ]フェニルスルホン(m−BAPs)、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−フェノキシ)プロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ブタン、および1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)−ペンタンを含む。
適切な脂肪族二酸無水物は、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロール)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物を含む。
得られる硬化されたポリイミドが高分子量を有し、得られる硬化された組成物の可撓性を高めるように、ポリアミック酸は高分子量が有利であることが見出された。しかし、良好な現像性を許容するためにポリアミック酸の分子量があまり大きくなると、本発明の実施には、末端キャップの使用が有用であろう。しかし、特定の分子量を有する1種のポリイミドは、同じ分子量の異なる組成物の他のポリイミドとは全く異なって挙動することを理解すべきである。
本発明のさらに他の態様において、アミン(メタ)アクリレートとアミン非含有(メタ)アクリレートは乾燥重量パーセントで実質上等量組成物中に存在する。感光性組成物を得るために、感光性モノマー、光開始剤、および増感剤がポリアミック酸溶液に加えられる。本発明の使用に適したエチレン性不飽和感光性モノマーは、少なくとも1種のアミン(メタ)アクリレート、またはアミンメタクリルアミド、およびアミン非含有(メタ)アクリレート化合物の混合物を含む。有用なアミン(メタ)アクリレートおよびアミンメタクリルアミド化合物は、N−メチルアミノ−ビス−(エチルメタクリレート)、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、ジメチルアミノエチルメタクラート、アクリル化アミノオリゴマー、およびその組合せを含む。有用なアミン非含有(メタ)アクリレート化合物は、ポリエチレングリコール(200)ジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジアクリレート、1,12−ドデカンジオールジアクリレート、オキシエチル化フェノールアクリレート、およびその組合せを含む。特に適切なアミンジ(メタ)アクリレートは、Smyrna、GAのUCB Chemical Corporationから入手可能な商品名EBECRYL7100で販売されているアクリル化アミンオリゴマー、およびExton、PAのSartomer Companyから入手可能なN−メチルジエタノールアミンジメタクリレートである。アミン(メタ)アクリレートはポリアミック酸のポリイミドへの変換に触媒作用し、硬化温度を低下させ、ポリアミック酸のポリイミドへの変換パーセントを高める。使用されるアミン(メタ)アクリレートの量は、硫酸試験における粘着の低下を防止するために最小に保たなければならない。他の特に適切なジ(メタ)アクリレートは、SR239およびSR259の製品コードでSartomer Companyから入手可能なヘキサンジオールジメタクリレートを含み、この製品はポリエチレングリコール200ジアクリレートである。
アミン(メタ)アクリレート感光性モノマーは、ポリアミック酸と塩を形成し、感光性モノマーにポリアミック酸との相溶性を与える(結合剤)。使用する感光性モノマーがアミン官能性に欠けるならば、適切な量のアミン(メタ)アクリレートが感光性モノマー混合物へ加えられる。
感光性ポリマーは炭酸塩水溶液現像に耐えることができなければならない。この点で、ジ(メタ)アクリレートの使用は感光性組成物に現像薬品による侵食に対してより低い感受性を与える。使用するジ(メタ)アクリレートの量は硬化の後の可撓性に影響を及ぼす、すなわち、より少ない量は可撓性を向上する。
本発明の使用に適切な光開始剤は、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、エチルミヒラーケトン、p−ジアルキルアミノベンゾアートアルキルエステル、チオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ヘキサアリールビイミダゾール、ベンゾインジアルキルエーテル、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−(4−モルホリニル)−1−プロパノン、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ビス(m−メトキシフェニル)−イミダゾール二量体、1,1’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−(ビス(2−o−クロロフェニル−4,5−ジフェニルイミダゾール))、1H−イミダゾール、2,5−ビス(o−クロロフェニル)−4−[3,4−ジメトキシフェニル]二量体、およびその組合せを含む。
本発明の使用に適した増感剤は、ビス−p−ジエチルアミノ−ベンゾフェノン、エチルミヒラーケトン、イソプロピルチオキサントンと、2,3,6,7−テトラヒドロ−1,1,7,7−テトラメチル−11−オキソ−1H、5H、11H−(1)ベンゾピラノ[5,7,8−ij]キノリジン−10−カルボン酸エチルエステルを含むクマリン類、ビス(p−ジアルキルアミノベンジリデン)ケトン、アリーリデンアリールケトン、N−アルキルインドリリデンアルカノン、N−アルキルベンゾ−チアゾリリデンアルカノン、メチレンブルー、ならびにその組合せを含む。
光開始剤と増感剤の適切な組合せは、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−(ビス(2−o−クロロフェニル−4,5−ジフェニルイミダゾール))とエチルミヒラーケトン(EMK)である。EMKの量は被覆を通して最適の光透過を得るように調節することができる。
得られる感光性組成物は濾過され、剥離可能な支持シートに塗布して被覆を形成することができる。被覆は粘着性がないように十分乾燥され、光像形成可能なカバーレイとして使用されるまで冷蔵される。適切な剥離可能な支持シートは、ポリエステルおよびシリコン処理ポリエステルから選択することができる。また、被覆された組成物の頂部表面に除去可能なカバーシートを積層することができる。カバーシートはポリエチレンまたはポリプロピレンから構成することができる。除去可能なカバーシートの少なくとも一面はマット状またはエンボス処理を有することができる。剥離可能な支持シートまたは除去可能なカバーシートを備える被覆は、貯蔵の間、被覆を損傷しないで適切にロールに巻き取ることができる。
組成物を光像形成可能なカバーレイとして使用するために、組成物は適切な基板、典型的にはフレキシブル回路基板上に積層して積層体を形成することができる。積層体は、ネガマスクを通して化学線に露光し、レジスト層を形成する。未露光領域は一般に1%の炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウム水溶液中、80℃で現像される。
ある種の溶媒の環境に対する悪影響のため、アルカリ水溶液現像系が好ましい。本発明に有用なアルカリ現像剤は炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウムを含む。これらの現像剤は環境への影響が少なく、より低コストとすることができる。また、他の適切なアルカリ水溶液現像剤を本発明の実施に使用することができ、例えば、ナトリウムまたはカリウムイオンを回避しなければならない半導体用途に使用するためのテトラメチルアンモニウムヒドロキシドである。
現像工程は、一般にスプレー現像部(炭酸塩水溶液溶液)およびスプレー水洗部を有する処理器を使用する。サンプルはコンベヤーベルト上で処理器を通過する。露光された領域は光架橋して光硬化することにより、現像剤による侵食と除去に抵抗する。
任意選択的に、未露光部分が目視可能であり、これらの領域の除去を容易に確認できるように、被覆の前に色素を組成物に加えることができる。
また、粘着促進剤を任意選択的に組成物に加え、基板への粘着を高めることができる。適切な粘着促進剤は、3−メルカプト−1H−1,2,4−トリアゾール、5−アミノ−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、2−メルカプトベンズイミダゾール2−(2’−ヒドロキシ−5−メタクリリロキシ−エチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、ポリベンズイミダゾール、およびその組合せを含む。上記中、3−メルカプト−1H−1,2,4−トリアゾールは銅への粘着が良好なだけでなく、感光速度を高めることができる。
本発明によれば、低モデュラスのポリイミドは、90、92、94、96、98、および100℃の任意の2つの数字を含んでその間のガラス転移温度を有する。また、これらのポリイミドは、70、72、74、76、78、80、82、84、および85ppm/℃の任意の2つの数字を含んでその間のCTEを有することができる。これらの低モデュラスポリイミドを考慮するとき、適切な圧力と温度を加えることにより、硬化された組成物としてのこれらの材料は、粘着層として使用することもできる。
本発明は、ポリイミドの低モデュラスのため、下地材料のCTEにかかわらず任意の適切な基板に貼付することができる。本代理人からは入手可能な基板が開示されているが、フレキシブル用途に適した代替の基板を使用することもできる。典型的に、基板は一時的な支持フィルムを含む。支持フィルムは基板を支持することができ、ポリオレフィン、ビニルポリマー、セルロースエステル、およびポリエステル、特に12から50ミクロンの厚さを有するポリエチレンテレフタラートから選択することができる。したがって、本発明は、回路線の厚さに応じて、約10から50μm(0.4から2ミル)の厚さのドライフィルム状ポリアミック酸組成物として利用される。
本発明に使用する適切なフレキシブル基板は、Wilmington、DelawareのE.I.duPont de Nemours and Companyから入手可能なPYRALUX APである。PYRALUX AP両面銅張板は、銅箔上ポリイミドフィルムの全ポリイミド粘着剤なし複合物である。3層複合基板(高Tgおよび高モデュラスのポリイミドコアの両側にポリイミド粘着剤の薄層)は、薄型の誘電体断面、長期熱暴露性能および過酷な環境との適合性に加えて、先進的な材料性能、耐熱性、高信頼性を必要とする多層フレキシブルおよびリジッド−フレキシブル用途を含んで、広範囲のフレキシブル回路用途に使用される。PYRALUX(登録商標)AP基板の比較的低いCTEは、約23ppm/℃である。適切な厚さは1.0ミルから2.0ミル(25μmから50μm)である。基板を本発明の実施に使用するとき、典型的に銅箔の一面はエッチングまたは他の適切な技術によって除去される。
本発明に使用するための代替の適切なフレキシブル基板は、やはりWilmington、DelawareのE.I.duPont de Nemours and Companyから入手可能なPYRALUX(登録商標)ACである。PYRALUX(登録商標)AC片面銅張板は、銅箔上の全ポリイミドフィルム複合物である。片面銅張板(高モデュラスで高Tgのポリイミド層)は、チップオンフレックス付着を備える薄く軽量で高密度の回路を必要とする、表示ドライバー、多層デジタルカメラ、またはリジッド−フレキシブルカムコーダー回路を含んで、広範囲の回路用途に使用される。PYRALUX(登録商標)AC基板の比較的低いCTEは、約23から24ppm/℃である。ポリイミドの厚さは1.0ミルから1.8ミル(25μmから45μm)が入手可能である。圧延アニール銅箔または電解銅箔の重量は0.5から1oz/ft2(0.015g/cm2から0.031g/cm2)(18から35μm)が入手可能である。一般に、ポリイミド表面の処理は後続の接合フィルム層への粘着を高める。
本発明は片面フレキシブル基板用の使用について説明するが、本発明は両面フレキシブル基板、およびリジッド基板で使用することができ、または所望の最終用途に応じて、リジッド−フレキシブル基板用途に使用することができることを理解すべきである。
有利なことに、本発明の一態様によるポリアミック酸組成物を含んで、現像された積層物は、少なくとも160℃、および200℃までの温度でポリイミドへ硬化することができる。約1時間の硬化で、2GPa未満のモデュラスを有する低モデュラスポリイミドを含む比較的完全に硬化した組成物を得ることができる。この硬化温度は、ポリアミック酸がほとんどのポリイミドよりも低い温度でポリイミドに変換できるので有利である。これは、本発明の材料と共に使用される或るフレキシブル回路材料がポリイミドよりも低いCTEを有するならば、特に有利である。工業分野では、多くのポリアミック酸をポリイミドへ同様に変換するために、より高い温度が典型的に必要である。これらの硬化温度は、特に高Tg、高モデュラスポリイミドでは、少なくとも200℃から300℃またはそれ以上の温度範囲になり得る。
他のポリイミド層に隣接して本発明による硬化した組成物を有する「全ポリイミド」基板は、硬化によって形成された低モデュラスポリイミドのために、小さな湾曲を呈し、実質上平坦に留まる。小さな湾曲は、以下に説明する試験サンプルおよび手順で2ミル(50.8μm)未満の変形を意味する。驚くべきことに、得られるポリイミドのCTEは比較的高かった、すなわち、23から24ppm/℃のCTEを有する下地基板に比べて、70ppm/℃から85ppm/℃であったが、複合物はCTEの不一致にかかわらず実質上平坦に留まることが見出された。すなわち、典型的には、下地基板のCTEに一致するまたはそれに近いCTEを有するフレキシブルはんだマスクが必要であろう。また、ほとんどのポリイミドは一般にモデュラスがより高いが、ほとんどのアクリル樹脂は一般にモデュラスが低い。アクリル系の光像形成可能なカバーレイでは、低モデュラスであることと必要な硬化温度がより低いため、湾曲は大きな問題ではない。材料が高Tgを有するならば、典型的にそれに伴ってモデュラスは高い。Tgとモデュラスの高い材料は、材料のCTEがフレキシブル基板のCTEに一致し、あるいはそれに近くないかぎり、フレキシブル基板は湾曲し、問題を生じるであろう。しかし、材料が低モデュラスであれば、材料のCTEを基板のそれに一致させる必要はない。モデュラスおよびTgの低い材料は、高Tgポリイミドフィルムなどの高モデュラス、高Tgの材料よりも熱的な安定性が低いが、特性には代償がある。
有利なことに、本発明による組成物は安定であり硬化に高い温度を必要としない。組成物は、ポリイミドの90℃から100℃の範囲にわたる低いTgのため、少なくとも160℃の低温硬化しか必要としないという利点がある。本発明の一態様によるポリイミドは、2GPa未満の低いモデュラスを有利に有する。実施例のポリイミドは1.5GPa程度の低いモデュラスを有する。
所望の用途に応じて、本発明はある種の利点(アクリル系光像形成可能なカバーレイよりも)を有する。本発明の利点は、アクリルに比べて比較的高い温度性能(しかし高Tgポリイミドほどの熱安定性はない)、少ない放出ガス、向上した耐薬品性を含む。ポリアミック酸のコストは比較的高くなり得る(アクリル系PICに比べて)が、コストは本発明の一態様による可撓性の硬化された組成物が回路の片面にのみ貼付されるとき、大きく低減される。
実施例に示すように、非感光性ポリアミック酸1から6は、現像中に光架橋領域がフレキシブル基板に粘着しなかったので、片面被覆用組成物として許容できなかった。これらのポリアミック酸から誘導されたいくつかのポリイミドは、典型的に硬化後湾曲の小さなポリイミド系基板に近いCTEを有したが、ポリイミドはTgが高く、硬化には300℃を超える温度を必要とするであろう。現像時の低い粘着と高い硬化温度のため、これらのポリアミック酸は許容できなかった。実施例に示すように、非感光性ポリアミック酸7から11も、得られるポリイミドのCTEがこれらの基板積層物のポリイミドよりも高く、得られるポリイミドのモデュラスが高くて硬化時に正の湾曲を招くので、許容されなかった。
実施例にさらに示すように、ポリアミック酸16から18は現像性が悪い理由で許容されなかった。許容できるポリアミック酸を用いたときでも、感光性モノマーとして全てN−メチルジエチル−アミノジメチルアクリレート(MADEMA)だけを使用することによって硫酸試験で低い性能を招くことが判った。
フレキシブル印刷回路は、所望の用途に応じて様々な試験に耐えることができなければならない。以下の説明は、実施例に記載した本発明による組成物を含む印刷回路に行った様々な試験をまとめる。
上述のように、フレキシブル印刷回路は所望の用途に応じて様々な試験に耐えることができなければならない。すなわちその上に回路を形成する基板として使用される材料が典型的に決定される。厳しい用途(機能を保持しながら使用可能な限られた空間に適用するための)において、回路は、例えば、カメラまたはビデオカセットレコーダー(VCR)で一度、あるいは、例えばコンピュータディスクドライブで複数回折り畳み、または折り曲げることができる。
また、印刷回路は、その使用中および回路の寿命の間その完全さを保たなければならない。したがって、印刷回路が構成することのできる様々な層は、互いに、かつ回路線に適切に粘着しなければならない。
前述の見地から、フレキシブル印刷回路用の最終用途試験は、主として粘着および単一または複数回の折り曲げに耐える能力に重点が置かれる。本発明による実施例を裏付ける、用いられた以下の工程および試験を以下に説明する。
本発明の一実施形態(「ドライフィルム積層」)において、例えばポリエチレンまたはポリプロピレンから形成された除去可能なカバーシートを備える予備成形されたドライフィルムの光重合性被覆用組成物を、被覆用組成物からカバーシートを除去した後に印刷回路パターンを含むフレキシブル基板に貼付した。貯蔵または輸送中の被覆用組成物を損傷から保護するために、除去可能なカバーシートを使用することができる。基板の表面上には、はんだマスク真空積層機を用いて、またはRISTON HRL−24積層機を用いてN−メチルピロリドン(NMP)液体助剤で形成された、予備洗浄された銅印刷回路パターンがある。フレキシブル基板の反対側の面には一時的支持フィルムがある。ロール温度は室温から50℃へ変化することができる。被覆用組成物は、印刷回路線の厚さに応じて、10から50ミクロン(0.4から2ミル)の範囲の厚さとすることができる。フレキシブル基板は典型的に一時的支持フィルムを介して化学線で像が露光されるが、場合によって、一時的支持は、解像度およびそれらの他の特性を高めるために像形成の前に取り除くことができる。
一般に、ドライフィルムが低い回路起伏を有する印刷回路基板に積層されるとき(液体助剤を使用しないで)、例えば回路線の周囲に集まる空気の捕捉を防止する手段を講じなければならない。捕捉された空気は、例えば特許文献3の真空積層工程、または特許文献4の溝付きロール積層工程によって除くことができる。はんだマスク真空積層機(SMVL)も捕捉された空気の除去に有用であろうが、使用は排気サイクルの後の大気圧に制約される。大気圧よりも高い圧力が必要であれば、SMVLでの積層の後、熱プレス積層を行うことができ、または代わりに真空プレスを積層工程に使用することができる。
定義
「曲げ/折りたたみ試験」
「曲げ及び折りたたみ」試験は、典型的にMIT(Massachussetts Institute of Technology)曲げ耐久試験パターンを含む基板を使用した。MITパターンは、試験される領域において交互する1mmの線と間隔を有する蛇行パターン(回路線が互いに平行に走り、一端部で2直角の折り返しで接続され、線は連続的になり、大部分の線は近接した平行線になる)である。サンプル基板を線と間隔の方向に直角に180度折り畳んで折り目をつけた。試験のために選択した基板は、実際の製造に使用されるものと同じ種類であった。基板の厚さおよび種類(銅、粘着剤)および処理ステップ(予備洗浄、積層、硬化、はんだ暴露)は真の模擬試験を反映するように繰り返した。例えば、ポリイミド(PYRALUX AP 8525)から形成した典型的な基板を片面の銅をエッチング除去して使用した。基板のポリイミド厚さは2ミル(50.8μm)であり、0.5oz/ft2(0.015g/cm2)銅層からの銅厚さは18マイクロメートルであった。この積層基板のポリイミドのCTEは、23ppm/℃±10%であった。サンプルを折り曲げ、各々10個の異なる領域で折り目をつけ(手で)、亀裂や剥離などの欠陥を検査(拡大10X)した。あらゆる報告された欠陥で故障を構成した。サンプル基板を「硬化後」と「はんだ後」に評価し、この場合、サンプルは288℃の60/40スズ/鉛はんだに30秒間浮かべ(カバーレイ面を上に向けて)、室温に冷却し、上述のようにして評価した。
本明細書において、「結合剤」は、熱硬化可能(それに加えられた熱エネルギーで)なポリアミック酸組成物(ポリマー前駆体)を意味する。結合剤は組成物を互いに保持する働きをするポリマーを説明するために使用される用語である。結合剤は、ポリマー/モノマー組成物の成分および特定の用途の必要性に応じて、例えば強靭性または可撓性など、その特性の多くを備える最終的な加工された組成物を提供する。本発明において、結合剤のカルボン酸基はアルカリ水溶液現像薬品中での溶解性を提供する。
「クロスハッチ粘着」
「クロスハッチ粘着」試験はASTMD−3359−79、Method Bに記載された規格によって行った。試験基板は典型的に所望の最終用途に使用される材料を複製し、以下の実際の処理ステップによって処理した。
試験を実施するために、基板(典型的に片面の銅をエッチング除去したPYRALUX AP 8525)は化学的に予備洗浄を行った。クロスハッチ粘着試験において、サンプルは予備洗浄または銅表面の部分除去を行わずに使用することもできる。実施例に説明した全ての基板は予備洗浄を行った。化学的に洗浄すべきサンプルは、VERSA CLEAN 415に45℃から50℃で2分間浸漬し、続いて脱イオン水浴に30秒間浸漬する一連のステップを通過させた。その後、サンプルはSURE ETCH 550マイクロエッチング浴に35℃で1分間浸漬し、続いて脱イオン水洗浄を30秒間行った。次いで、サンプルは室温で10%硫酸溶液に30秒間浸漬し、最終的な脱イオン水洗浄を行った。化学的に洗浄したサンプルを乾燥し、使用するまで窒素雰囲気中に置いた。
試験領域は生地の銅領域と生地の粘着領域からなった。サンプルは「硬化後」と「はんだ後」の暴露について試験した。用語「はんだ後」は、印刷回路基板(PCB)製造の間のはんだ暴露を模擬試験する工程を指す。典型的な「はんだ後」試験片は288℃の60/40スズ/鉛はんだに30秒間浮かべた。残渣のはんだは評価の前に除去した。各サンプルについて、カバーレイの表面を10個の刃のGardco刃で刻み目を入れ、サンプルを90度回転して再び表面に刻み目を入れ、100個の四角からなるカバーレイ表面中に切り込まれたクロスハッチパターンを形成した。粘着テープをクロスハッチパターンに貼付し、良好な接触を確保するように表面を擦り、次いで滑らかに連続的に90度の角度で表面から引き剥がした。サンプルを10Xの拡大を用いて剥離の検査を行った。切断刃からの剥離の1〜2%は破損と考えず、2%以上の剥離を破損とみなした。
「CTE」(熱膨張係数)は、単位温度上昇あたりppm/℃の単位での長さの割合増加である。
「硬化」(または重合)は、物質、例えばポリアミック酸が、熱的(熱)エネルギーを加えることによって、イミド化ポリマー、例えばポリイミドへ変化することである。熱を加えると、ポリアミック酸は閉環(イミド化)を行い、縮合反応によって副生成物として水を生成する。さらに、被覆用組成物からの残る溶媒、およびポリアミック酸のポリイミド変換からの水は実質上除去される。
「湾曲」は、フレキシブルはんだマスクとベース基板として使用される下地材料のCTEの不一致から生じる熱的歪みの結果である。フレキシブルはんだマスクのモデュラス、フレキシブルはんだマスクの厚さ、その間の硬化温度の相違は、望ましくない湾曲の原因となる。上述の要因は全て、回路の片面にポリイミド系光像形成可能なカバーレイを含むフレキシブル回路の平坦性に影響を与える。片面回路において、釣り合いとなる光像形成可能な層がフレキシブル回路の両側に配置されない場合、湾曲が起きる。
「湾曲評価試験」
「湾曲評価」試験は、「曲げおよび折り目」試験で上述したように調製した2個のMITパターンを含むサンプル基板を使用したが、パターンは各々1.62インチ(4.1cm)であった。硬化後、MITサンプルはThwing−Albert Instrument Co製のJDC Precision Sample Cutterを使用して、銅線に対して90度で0.5インチ(1.27cm)幅の紐に切断した。0.5インチ×1.62インチ(1.27cm×4.1cm)のサンプルを、凹面を平坦面に対面させて、平坦な表面に置いた。サンプルの高い点から平坦面への距離を、物差しでミリメートルで測定した。正の湾曲は、凹面側が光像形成性カバーレイの側であるときを指す。負の湾曲は、凹面側がMIT試験基板積層物の裏側(カバーレイの反対側)であるときを指す。
「現像する」または現像は、感光性組成物の未露光領域(露光を受けていない領域)を現像薬品によって除去(現像)することが可能であることを意味する。未露光領域を除去すると、基板上にネガの隆起パターンが形成される。
「誘電体」は、典型的に金属導体要素を他の要素または材料から分離および絶縁して三次元の相互接続構造を形成する、電子デバイスの実質的な非伝導性層を意味する。本発明の一態様によるポリイミドは誘電体ポリマー材料である。
「封入試験」
「封入」試験は、カバーレイの十分に基板を保護する能力を評価するために用いた。試験のために選択した基板およびカバーレイは最終用途のものを代表しなければならない。基板は、実際の製造工程を模してカバーレイで加工した回路パターン(回路線からなる)であった。加工の後、その各々が欠陥を構成する、ハロー発生、空気捕捉および/または剥離についてサンプルを評価した。封入試験において、サンプルを回路線の縁に沿って断面切断し、拡大下で評価して、カバーレイが、「鐘乳管形成」の欠陥なく十分にその領域を被覆することを確認することもできる。本実施例の場合、サンプルの断面切断は必要がなかった。さらに他の加工ステップを行う前に、サンプルは封入試験に合格しなければならない。
「露光する」または露光は、感光性組成物の層をネガのフォトマスクを介して化学線(典型的にUV)で照射し、所望のパターンの光像を層上に形成することを意味する。化学線に露光された領域(光像の形成された領域)は、光架橋(硬化)されてしまうので、後続の化学現像による後続の侵食および除去に抵抗することが可能である。
「フレキシブルはんだマスク」(光像形成可能なカバーレイ)は、例えば電子回路線または間隔を含む基板上に配置された材料を意味する。化学線はフォトマスクを介してフレキシブルはんだマスクに加えられ、所望のパターンを形成する。本明細書に使用される用語は硬化した、または未硬化のマスク材料を指す。フレキシブルはんだマスクは、硬化されると、下地回路を例えば溶融はんだを含む後続の処理から保護することを理解すべきである。
「低温」(硬化または硬化可能)は、少なくとも160℃の温度、および200℃までであるがそれを超えない温度を意味する。
「モデュラス」は変形応力を歪みで除した比であって、高い、または低いと特徴付けることができる。高モデュラスは熱によって容易に影響を受けない硬質材料を意味し、低モデュラスは熱によってより容易に軟化する材料を意味する。材料の変形はGPaで測定される。
「光像形成可能な」は、材料が、例えば化学線を与えることによって光架橋可能であることを意味する。
「感光性モノマー」は、例えば、光への露光の際に形成された遊離ラジカル(開始剤および一般に増感剤との反応によって)と反応して感光性ポリマーを生成する反応性アクリレートまたはメタクリレート官能基を含む前駆体化合物を意味し、硬化すると架橋された感光性ポリマー網目になる。酸官能基、例えばカルボキシル基を有する感光性ポリマーレジストの使用は、水処理性を付与する。しかし、カルボキシル基の存在は、その反応性のため、ある種の後続の加工ステップには不利である。水処理性を付与する反応性カルボキシル官能基を含む結合剤、例えば、アクリレートまたはメタクリレート官能基を含まないポリアミック酸を使用することによって、結合剤は感光性ポリマーに化学的に組み込まれず、代わりに架橋網目内に物理的に捕捉され、この捕捉はカルボン酸官能基を硬化前の現像剤による侵食または除去から保護し、露光され光架橋した領域が現像後に残る。
「感光性」は材料が化学線(光エネルギー)を加えることによって反応可能であることを意味する。
「レジスト」は、特定の薬品に侵食されない(抵抗する)感光性組成物を意味する。露光されたネガ型フォトレジストにおいて、露光部分は現像剤または現像薬品によって侵食されない。用語のレジストは、組成物、例えばレジスト層が、高温の溶融はんだへの暴露に抵抗する、または影響を受けないことを意味する。
「クリア時間」
「クリア時間」試験は、被覆用組成物(未露光の光像形成性カバーレイ)を十分現像するのに掛かる時間を評価するために用いた。被覆用組成物をフレキシブル基板上に被覆(積層)し、1パーセントの炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウム水溶液現像溶液(現像溶液は実際の加工に使用されるものと同じ温度、典型的に26℃から40℃でなければならない)中に置いて時間を計った。総「クリア時間」は、サンプルを現像溶液に入れた時から始めて、未露光カバーレイが基板から洗い流される時に終る時間を秒で記録した。実際の加工中に現像を完全にするために、露光サンプルは一般にクリアまでの時間の2倍現像した。
「Tg」はガラス転移温度を意味し、(簡略化定義として)ポリマーが剛性材料から可撓性または粘性液体(ガラス)へ転移する(粘度を変化させる)温度である。
(実施例)
本発明の有利な特性は、本発明を例示するが制限することのない以下の実施例を参照す
ることによってさらに理解することができる。実施例に使用した化合物は、
開始剤
o−C1 HABI ヘキサアリールビイミダゾール
EMK エチルミヒラーケトン
他の薬品
MADEMA PRO−754:Exton、PAのSartomer Company製のN−メチルジエチルアミノジメタクリレート
SR239 Exton、PAのSartomer Company製の1,6−ヘキサンジオールジアクリレート
Sevron(登録商標)Blue GMF Reading、PAのCrompton & Knowles Corp.製の緑色色素
3−MT Rockland、MAのEsprit Chemical Co.製の3−メルカプト−1H,2,4−トリアゾール
実施例用のポリアミック酸は、ジアミンまたはドライソルベント、N,N’−ジメチルアセトアミド(DMAc)またはN−メチル−2−ピロリドン(NMP)とジアミンの混合物を組合せることによって調製し混合物を形成した。二酸無水物または二酸無水物の混合物を40℃以下に保った温度で2時間から4時間かけて加える間、混合物を窒素中で機械的に攪拌し、ポリアミック酸溶液を形成した。溶液は熱を加えずに2時間から12時間攪拌した。溶液は25マイクロメートルのフィルタで濾過し、使用するまで冷蔵した。以下にリストしたポリアミック酸が大部分脂肪族ジアミンを含む状況の場合、逆の添加を用いた。すなわち、二酸無水物を溶媒に溶解し、ジアミン、例えば1,6−ヘキサメチレンジアミンまたは1,12−ドデシルジアミンを一般に2時間かけて加えた。
ポリアミック酸の分子量をゲル浸透クロマトグラフ(GPC)によって求め、相対重量平均分子量はポリスチレン標準の較正に基づいている。実施例に使用した様々なポリアミック酸は、括弧内に二酸無水物とジアミンのモル%を含み、以下の通りである。
ポリアミック酸1:ビフェニル二酸無水物(BPDA)(100)//p−フェニルジアミン(PPD)(100);MW34,000;MN17,500;ジメチルアセトアミド(DMAc)中固形分25%;ポリイミドの熱膨張係数(CTE)は10ppm/℃であり、ポリイミドのガラス転移温度(Tg)は360℃である。
ポリアミック酸2:BPDA(90)/1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸無水物、すなわち、ピロメリット酸二無水物(PMDA)(10)//PPD(90)/4,4’−オキシジアニリン(ODA)(10);MW44,000;MN524,600;DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは18ppm/℃であり、Tgは350℃である。
ポリアミック酸3:BPDA(100)//PPD(80)/ODA(20);DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは25ppm/℃であり、Tgは300℃である。
ポリアミック酸4:PMDA(100)//ODA(100);固形分15%;ポリイミドのCTEは22ppm/℃であり、Tgは430℃である。
ポリアミック酸5:PMDA(100)//PPD(60)/ODA(40);MW367,000;MN166,000;固形分12%;ポリイミドのCTEは30ppm/℃であり、Tgは375℃である。
ポリアミック酸6:BPDA(100)//m−フェニレンジアミン(MPD)(100);DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは32ppm/℃であり、Tgは310℃である。
ポリアミック酸7:BPDA(100)//ODA(100);DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは45ppm/℃であり、Tgは285℃である。
ポリアミック酸8:PMDA(100)//1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン(APB−133(100));DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは50ppm/℃であり、Tgは280℃である。
ポリアミック酸9:4,4’−オキソジフタル酸無水物(ODPA)(80)/PMDA(20)//1,3−ビス(4−アミノフェノキシベンゼン)(RODA)(70)/ヘキサメチレンジアミン(HMD)(30);MW153,000;MN76,300;DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは65ppm/℃であり、Tgは190℃である。
ポリアミック酸10:OPDA(100)//RODA(50)/HMD(50);DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは60ppm/℃であり、Tgは170℃である。
ポリアミック酸11:ODPA(80)/PMDA(20)//RODA(50)/HMD(50);MW164,000;MN81,100;DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは70ppm/℃であり、Tgは178℃である。
ポリアミック酸12:ODPA(100)//HMD(100);MW44,700;MN19,700;DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは70ppm/℃であり、Tgは100℃である。
ポリアミック酸13:ODPA(100)//1,12−ジアミノドデカン(DDA)(100);DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは70ppm/℃であり、Tgは95℃である。
ポリアミック酸14:ODPA(100)//DDA(95)/1,3−ビス(アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサン(TMDS)/(5);MW44,700;MN19,700;DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは80ppm/℃であり、Tgは90℃である。
ポリアミック酸15:ODPA(100)//DDA(75)/TMDS/(25);DMAc中固形分25%;ポリイミドのCTEは85ppm/℃であり、Tgは90℃である。
ポリアミック酸16:2,2−ビス−(4−[4−アミノフェノキシル]フェニル)プロパン(BAPP)(100)//5−(2,5−ジオキソテトラヒドロール)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物(B−4400)(100);NMP中固形分25%。
ポリアミック酸17:4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシル)−ビス(フタル酸無水物)Ultem(登録商標)−DA//DDA(94)/TMDS(5);NMP中固形分25%。
ポリアミック酸18:ODPA//PMDA/ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)(50/25/25)/DDA/BAPP/TMDS(60/30/10);NMP中固形分25%。
上記ポリアミック酸は、その特性が以下に説明するように異なる湾曲量と方向をもたらすことを例示するために調製した。上記ポリアミック酸のいずれも個々には感光性はなく、ポリアミック酸1から11は、本発明に用いたポリアミック酸のさらなる理解を読者に提供するために含まれることを理解すべきである。感光性組成物中の高Tgのポリアミック酸1から6は、現像に耐性を示さなかった。すなわち、被覆は組成物を露光したにもかかわらず洗い流され、したがってデータは入手不可能であった。感光性組成物中のポリアミック酸7から11は高い湾曲を招いた。前述の問題の見地から、ポリアミック酸1から11は酸に感光性を付与する成分を添加しないで基板に被覆した。湾曲の量は、比較実施例1−14と実施例2との比較によって判るように、感光性モノマー、増感剤、および開始剤の添加でわずかに増加した。
分子量(MW)および数平均分子量(MN)が上記ポリアミック酸に記載されない場合、実際の重量および数は本発明の理解には必要ではないので、これに関する情報が得られなかったことを理解すべきである。
(実施例1−1から1−15)
ポリアミック酸1−1から1−15は、4ミル(101μm)のドクターナイフで塗工し、1ミル(25.4μm)MYLARの除去可能なカバーシート上に被覆した。酸は強制排気炉中80℃で4分間乾燥した。乾燥サンプルを、MIT試験パターンを含むフレキシブル回路基板上に積層した。積層は、NMP液体助剤で、50℃のロール温度の熱ロール積層を使用し、圧力40psi(2,815g/cm2)、通過速度0.6メートル/分で行った。積層後、MYLARカバーシートを除去し、積層された被覆用組成物を80℃で10分間ベーキングした。
実施例1−1から1−11を炉中で硬化した。炉は室温から300℃まで5℃/分の温度プロファイルを有し、300℃で10分間保持した。硬化後、サンプルを炉から取り出し、室温まで冷却した。
実施例1−12から1−15の各々は、ポリイミドが低いガラス転移温度を有するため、160℃で1時間硬化した。硬化したポリイミド層の厚さは硬化前のポリアミック酸の厚さの約80%であり、各実施例は1±0.1ミル(25.4±2.5μm)の硬化ポリイミド層厚さを生成した。MITエッチングされたパターンをPYRALUX AP 8525(全ポリイミド)積層物から調製した。良好な封入が全てのサンプルで得られた。
実施例1−1および1−2は、例示的ポリイミドがベース基板よりも高いモデュラスと低いCTEを有するため、負の湾曲を示す。実施例1−3から1−6はポリイミドのCTEがベース基板のポリイミドのそれと近いため、低い数値を有する。実施例1−7から1−11はベース基板のポリイミドよりも高いCTEを有し、正の湾曲を生じるのに十分な高いモデュラスを有する。実施例1−12から1−15は、ベース積層物に比較して高いCTEを有するが小さい湾曲を示し、これらのポリイミドの低いモデュラスに起因する。有利なことに、実施例1−12から1−15に用いられたポリアミック酸はわずか160℃の低温硬化でよい。上で議論したように、前述の実施例は感光性組成物ではないが、結果は、低い硬化温度で得ることのできる小さい湾曲のポリイミドを達成するであろうポリアミック酸の種類であることを示している。
Figure 0004758737
実施例2は160℃の温度で低モデュラスポリイミドに硬化可能なポリアミック酸を示す。得られるポリイミドは良好な粘着、可撓性、および特に40℃の硫酸に対する耐薬品性を有した。また有利なことに、光像形成可能なカバーレイとして組成物を使用するフレキシブル回路は小さな湾曲を示し実質上平坦に留まる。組成物への色素の添加は未露光領域が現像チャンバー中で現像されたか否かを決定する助けになるが、色素の添加は本発明の実施の要件ではない。
感光性ポリアミック酸組成物は、
化合物 グラム
ポリアミック酸14(DMAc中25%) 25.001
MADEMA 0.635
SR−239 0.635
0−Cl−HABI 0.234
EMK 0.020
3−MT 0.031
Sevron Blue GMF 0.007
からなった。
ポリアミド組成物を8ミル(203μm)のドクターナイフで塗工し、1ミル(25.4μm)(92D)のMYLARフィルム上に被覆し、強制排気炉中80℃で5.5分間乾燥した。1.3ミル(33μm)厚さの感光性被覆を、はんだマスク真空積層機を用いて85℃で試験基板に積層した。サンプルを50mj/cm2で露光した。露光の後、MYLARカバーシートを取り除き、サンプルを80℃で10分間ベーキングした。サンプルを1パーセントの炭酸ナトリウム水溶液中で80°F(26.7℃)で現像し、クリア時間は14秒であった。ステップ楔像は14√2ステップを有し、現像されたサンプルには現像残渣は存在しなかった。PYRALUX AP 8525全ポリイミド積層物から調製したMITエッチングパターンは良好に封入された。サンプルを160℃で1時間硬化した。MITサンプルは、曲げ/折りたたみ試験、クロスハッチに合格し、硬化サンプルを15分間MEK、IPA、および40℃で15%の硫酸への浸漬の後、化学耐性試験に合格した。湾曲測定用のサンプルは平坦に近く、4.6mmと評価された。硬化後の厚さは1.0ミル(25.4μm)であった。
(比較実施例)
以下の実施例は選択されたポリアミック酸の現像性または粘着への影響と、1種だけの感光性モノマーを使用することによる性能への影響を示す。
(比較実施例1)
この比較実施例はポリアミック酸の選択が現像性に影響を与えることを示す。したがって、ポリアミック酸16は使用可能な被覆を生成しなかった。
化合物 グラム
ポリアミック酸16(NMP中25%) 25.00
MADEMA 0.635
SR−239 0.635
0−Cl−HABI 0.234
EMK 0.020
3−MT 0.031
Sevron Blue GMF 0.007
組成物を6ミル(152μm)のドクターナイフを用いて1ミル(25.4μm)(92D)のMYLARフィルム上に塗工し、強制排気炉中80℃で8分間乾燥した。0.9ミル(22.9μm)厚さの感光性被覆を、はんだマスク真空積層機を用いて85℃で試験基板に積層した。MITパターンは完全には封入されず、サンプルは80°F(26.7℃)、100秒間で現像されなかった。
(比較実施例2)
この比較実施例も、比較実施例1のように、ポリアミック酸の選択が現像性に影響を与えることを示す。ポリアミック酸17ははんだ暴露の後、低い露光現像性、低い可撓性、および低い粘着を有する被覆を生成した。
化合物 グラム
ポリアミック酸17(NMP中25%) 25.00
MADEMA 0.635
SR−239 0.635
0−Cl−HABI 0.234
EMK 0.020
3−MT 0.031
Sevron Blue GMF 0.007
組成物を4ミル(101.6μm)のドクターナイフを用いて1ミル(25.4μm)(92D)のMYLARフィルム上に塗工し、強制排気炉中80℃で8分間乾燥した。0.7ミル(17.8μm)厚さの感光性被覆を、はんだマスク真空積層機を用いて85℃で試験基板に積層した。MITパターンは大部分封入され、サンプルは79秒間の長い現像時間が必要であった。硬化された厚さは0.5ミル(12.7μm)から0.6ミル(152.4μm)であった。試験サンプルはMITパターンの曲げ/折りたたみ試験に合格せず、288℃のはんだに浮かべた後、光像形成可能なカバーレイは全て剥離した。
(比較実施例3)
この比較実施例も、現像後に粘着性の低い像形成可能なカバーレイを生成し、したがってさらにいかなる他の評価も不可能なポリアミック酸を示す。
化合物 グラム
ポリアミック酸18(NMP中25%) 46.00
MADEMA 1.169
SR−239 1.169
0−Cl−HABI 0.431
EMK 0.036
3−MT 0.058
Sevron Blue GMF 0.013
組成物を4ミル(101.6μm)のドクターナイフを用いて1ミル(25.4μm)(92D)のMYLARフィルム上に塗工し、強制排気炉中80℃で8分間乾燥した。0.9ミル(22.9μm)厚さの感光性被覆を、はんだマスク真空積層機を用いて85℃で試験基板に積層した。MITパターンを封入し、サンプルを200mj/平方cmで露光し、47秒間現像した。サンプルは現像で剥離した。
(比較実施例4)
この比較実施例は、1種だけの感光性モノマーを使用することによって硫酸試験で低い性能を招くことを示す。
化合物 グラム
ポリアミック酸14(DMAc中25%) 25.001
MADEMA 1.270
0−Cl−HABI 0.234
EMK 0.020
3−MT 0.031
Sevron Blue GMF 0.007
組成物を8ミル(203.2μm)のドクターナイフを用いて1ミル(25.4μm)(92D)のMYLARフィルム上に塗工し、強制排気炉中80℃で5.5分間乾燥した。1.3ミル(30.0μm)厚さの感光性被覆を、はんだマスク真空積層機を用いて85℃で試験基板に積層した。サンプルを50mj/cm2で露光した。露光の後、MYLARカバーシートを除去しサンプルを80℃で10分間ベーキングした。サンプルを1パーセントの炭酸ナトリウム水溶液中で80°F(26.7℃)で現像し、クリア時間は12秒であった。ステップ楔像は13√2ステップであり、現像されたサンプルには現像残渣は存在しなかった。PYRALUX AP 8525全ポリイミド積層物から調製したMITエッチングパターンは良好に封入された。サンプルを160℃で1時間硬化した。MITサンプルは、曲げ/折りたたみ試験、クロスハッチに合格し、サンプルは、硬化サンプルを15分間MEK、IPAへの浸漬の後、化学耐性試験に合格したが、40℃の15%硫酸試験では全ての剥離が起きた。湾曲測定用のサンプルは、5.7mmと評価された。硬化後の厚さは1.0ミル(25.4μm)であった。
本発明の説明は例示するだけであり、実施形態の代表であることを理解すべきである。読者の便宜上、本発明の原理と利点を詳細に説明したが、説明は全ての可能な変形を排除するものではない。本発明の様々な態様による、代替の実施形態は本明細書には示さなかったが、それが存在しないことは、これらの実施形態を放棄する意味ではない。当業者であれば、添付の請求項に定義される本発明の精神と範囲から逸脱することなく、説明された実施形態の部分に等価の変形、代替、および変更を本発明の原理に組み込むことができることを理解するであろう。
本発明は以下の実施の態様を含むものである。
1.1種または複数の芳香族二酸無水物と1種または複数の脂肪族ジアミンから誘導され、熱に曝すと2GPa未満のモデュラスを有する硬化したポリイミドを形成するポリアミック酸と、
アミン(メタ)アクリレート、アミンメタクリルアミド、およびその組合せからなる群から選択される化合物とアミン非含有(メタ)アクリレート化合物とを含むエチレン性不飽和感光性モノマー混合物と、
光開始剤と、
増感剤と
を含み、水性炭酸塩中で現像可能であることを特徴とする低温硬化型感光性組成物。
2.前記1種または複数の芳香族二酸無水物が、4,4’−オキシジフタル酸無水物、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸無水物、4,4−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシル)−ビス(フタル酸無水物)、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする前記1に記載の組成物。
3.前記1種または複数の脂肪族ジアミンが、1,6−ヘキサメチレンジアミン、1,7−ヘプタメチレンジアミン、1,8−オクタメチレンジアミン、1,9−ノナメチレンジアミン、1,10−デカメチレンジアミン(DMD)、1,11−ウンデカメチレンジアミン、1,12−ジアミノ−ドデカン、1,3−ビス(3−アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサン、イソホロンジアミン、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする前記1に記載の組成物。
4.前記アミンメタクリレートおよびメタクリルアミドが、N−メチルアミノ−ビス−(エチルメタクリレート)、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、ジメチルアミノエチルメタクリレート、アクリル化アミンオリゴマー、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする前記1に記載の組成物。
5.前記アミン非含有(メタ)アクリレート化合物が、ポリエチレングリコール(200)ジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジアクリレート、1,12−ドデカンジオールジアクリレート、オキシエチル化フェノールアクリレート、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする前記1に記載の組成物。
6.前記アミン(メタ)アクリレートおよびアミン非含有(メタ)アクリレートが、組成物中に乾燥重量%で実質上等量存在することを特徴とする前記1に記載の組成物。
7.前記組成物が、1パーセントの水性炭酸ナトリウムまたは水性炭酸カリウム中で現像可能であることを特徴とする前記1に記載の組成物。
8.前記二酸無水物が4,4’−オキシジフタル酸無水物を含み、前記ジアミンが1,12−ジアミノドデカンを含むことを特徴とする前記1に記載の組成物。
9.前記二酸無水物が4,4’−オキシジフタル酸無水物を含み、前記ジアミンが1,12−ジアミノドデカンと1,3−ビス(アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサンの混合物を含むことを特徴とする前記1に記載の組成物。
10.前記ジアミン混合物が、約95モルパーセントの1,12−ジアミノドデカンと約5モルパーセントの1,3−ビス(アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサンを含むことを特徴とする前記9に記載の組成物。
11.前記ジアミン混合物が、約75モルパーセントの1,12−ジアミノドデカンと約25モルパーセントの1,3−ビス(アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサンを含むことを特徴とする前記9に記載の組成物。
12.粘着促進剤をさらに含むことを特徴とする前記1に記載の組成物。
13.前記粘着促進剤が、3−メルカプト−1H−1,2,4−トリアゾール、5−アミノ−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、2−メルカプトベンズイミダゾール2−(2’−ヒドロキシ−5−メタクリリロキシ−エチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、ポリベンズイミダゾール、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする前記12に記載の組成物。

Claims (9)

  1. 1種または複数の芳香族二酸無水物と1種または複数の脂肪族ジアミンから誘導され、熱に曝すと2GPa未満のモデュラスを有する硬化したポリイミドを形成するポリアミック酸と、
    アミン(メタ)アクリレートとアミン非含有(メタ)アクリレート化合物とを乾燥重量%で実質上等量含むエチレン性不飽和感光性モノマー混合物と、
    光開始剤と、
    増感剤とを含み、
    前記1種または複数の脂肪族ジアミンが、1,6−ヘキサメチレンジアミン、1,7−ヘプタメチレンジアミン、1,8−オクタメチレンジアミン、1,9−ノナメチレンジアミン、1,10−デカメチレンジアミン(DMD)、1,11−ウンデカメチレンジアミン、1,12−ジアミノ−ドデカン、1,3−ビス(3−アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサン、イソホロンジアミン、およびその組合せからなる群から選択され、水性炭酸塩中で現像可能である、
    ことを特徴とする低温硬化型感光性組成物。
  2. 前記1種または複数の芳香族二酸無水物が、4,4’−オキシジフタル酸無水物、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸無水物、4,4−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシル)−ビス(フタル酸無水物)、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2’−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  3. 前記アミンメタクリレートが、N−メチルアミノ−ビス−(エチルメタクリレート)、ジメチルアミノエチルメタクリレート、アクリル化アミンオリゴマー、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  4. 前記アミン非含有(メタ)アクリレート化合物が、ポリエチレングリコール(200)ジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、1,10−デカンジオールジアクリレート、1,12−ドデカンジオールジアクリレート、オキシエチル化フェノールアクリレート、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  5. 前記二酸無水物が4,4’−オキシジフタル酸無水物を含み、前記ジアミンが1,12−ジアミノドデカンを含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  6. 前記二酸無水物が4,4’−オキシジフタル酸無水物を含み、前記ジアミンが1,12−ジアミノドデカンと1,3−ビス(アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサンの混合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  7. 前記ジアミン混合物が、95モルパーセントの1,12−ジアミノドデカンと5モルパーセントの1,3−ビス(アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサンを含むことを特徴とする請求項に記載の組成物。
  8. 前記ジアミン混合物が、75モルパーセントの1,12−ジアミノドデカンと25モルパーセントの1,3−ビス(アミノプロピル)−テトラメチルジシロキサンを含むことを特徴とする請求項に記載の組成物。
  9. 粘着促進剤をさらに含み、前記粘着促進剤が、3−メルカプト−1H−1,2,4−トリアゾール、5−アミノ−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、2−メルカプトベンズイミダゾール2−(2’−ヒドロキシ−5−メタクリリロキシ−エチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、ポリベンズイミダゾール、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
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