JP6121562B2 - マイクロエレクトロニクスアセンブリ形成用熱分解性ポリマー組成物 - Google Patents

マイクロエレクトロニクスアセンブリ形成用熱分解性ポリマー組成物 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2012年12月17日に出願された米国仮特許出願第61/737,954号に基づく利益を主張し、その出願の全内容は参照により本明細書に援用されている。
本発明は、一般に、マイクロエレクトロニクスアセンブリの形成に有用なポリマー組成物に関し、より具体的には、熱分解性ポリマーを含み、粘着性とはんだフラックス性の両方を提供する組成物に関する。
電子回路アセンブリは劇的に小型化されてきたが、電子部品を基板に電気的および固定的に接合する方法としてのはんだ付けは依然としてかなり一般的に行われている。しかし、このような接合では、一般に、前述の固定的な接合が完了する前に、電子部品を所望の位置に保持する必要がある。
このように所望の位置に部品を保持するためにいくつかの解決法が開発されており、ある程度の成功を収めてきた。例えば、はんだ接合またははんだボール接続を加熱により形成する間、当該部品を所望の位置に仮固定するために、粘着付与剤を使用することが知られている。しかし、一般にこのような粘着付与剤は汚染物質として残留するため、かかる汚染を除去するための追加の処理工程をアセンブリに対して行う必要がある。前述した解決法のいくつかでは、粘着付与剤とは別に融剤が、粘着付与剤の適用とは別に、例えば該融剤を別個の塗布工程で塗布することにより提供される。他の解決法では、融剤は粘着付与剤と組み合わせて提供され、例えば、はんだペーストを粘着付与剤として使用し、融剤をそれに添加するか、またはそれとあらかじめ反応させる。
さらに他の解決法では、粘着付与剤とジカルボン酸融剤とを混合し、該粘着付与剤ははんだ付け時に揮発するかまたは分解する(米国特許第5,177,134号明細書参照)。しかし、ジカルボン酸融剤が教示されているので、別個の清浄化工程を使用しなければ、上記ジカルボン酸融剤による汚染はたとえ少量であっても残留し、信頼性の問題を引き起こすおそれがある。米国特許出願公開第2009/0294515号明細書の実施形態では、無融剤はんだ接合のために特殊な処理装置を必要とするか、またはカルボン酸融剤を使用している。したがって、特殊な装置を必要とすることなく粘着性とフラックス性の両方を提供して望ましいはんだリフローを達成する新規な解決法が求められている。
本発明の例示的な実施形態を、以下に記載する例および特許請求の範囲に関連して記載する。かかる実施形態は、粘着性とフラックス性の両方を提供するポリマー組成物、ならびに、マイクロエレクトロニクスおよび/または光エレクトロニクスデバイスを形成するために上記ポリマー組成物を使用する方法を含む。本明細書の開示により、ここに例示的に記載された実施形態の様々な変更、改変または変形が当業者には明らかになるであろう。本発明の教示に基づき、また教示された技術を進展させた、このような変更、改変または変形は、すべて本発明の範囲に属すると考えられることを理解されたい。
本明細書において、冠詞「1つの(a)」、「1つの(an)」および「その(the)」は、特記しない限り、当該冠詞の指示対象が複数である場合を包含する。
本明細書において、「マイクロエレクトロニクスデバイス」または「マイクロエレクトロニクスアセンブリ」という用語は、「光エレクトロニクスデバイス」または「光エレクトロニクスアセンブリ」という用語を含むものと理解されたい。
本明細書において、「熱塩基発生剤」という用語および類似の用語、例えば「熱活性化塩基発生剤」や「熱開始剤」は、有効温度への加熱後に1以上の塩基を発生させる物質を意味する。
本明細書において、「配合物」および「組成物」という用語は、互換的に使用される。
本明細書において、「基」または「基(複数)」という用語は、化合物および/または代表的な化学構造/化学式に関して使用される場合、1以上の原子の配置を意味する。
本明細書において、ポリマーの分子量の値、例えば重量平均分子量(M)や数平均分子量(M)は、標準ポリスチレンを較正に用いるゲル浸透クロマトグラフィーにより決定される。
本明細書において、多分散性指数(PDI)の値は、ポリマーの数平均分子量(M)に対する重量平均分子量(M)の比(すなわち、M/M)を表す。
本明細書において、ポリマーのガラス転移温度(T)値は、特記しない限り、米国材料試験協会(ASTM)の試験方法番号D3418に準拠して、示差走査熱量測定により決定される。
特記しない限り、本明細書に開示するすべての範囲または比は、そのなかに含まれるあらゆる部分範囲または部分比を包含するものと理解されたい。例えば、記載された範囲または比が「1〜10」である場合、最小値1と最大値10との間の(および最小値1と最大値10とを含む)あらゆる部分範囲、すなわち、最小値が1以上で始まり最大値が10以下で終わるすべての部分範囲または部分比を含むものと考えられるべきである。非限定的な例示として、1〜6.1、3.5〜7.8、5.5〜10などが挙げられる。
実施例以外では、または特記しない場合には、本明細書および特許請求の範囲において、成分や反応条件等の量を表すすべての数は、このような値の決定に付随する不確かさを考慮に入れるため、すべての場合において「約」の語により修飾されているものと理解されたい。
本明細書において、「ヒドロカルビル」という用語および類似の用語、例えば「ヒドロカルビル基」や「ヒドロカルビレン」は、炭素と水素を含有する基を意味し、非限定的な例としては、アルキル、シクロアルキル、ポリシクロアルキル、アリール、アラルキル、アルカリール、アルケニル、シクロアルケニル、ポリシクロアルケニル、アルキニル、シクロアルキニルおよびポリシクロアルキニルが挙げられる。
本明細書において、「ハロヒドロカルビル」という用語は、炭素に共有結合された水素の少なくとも1つがハロゲンで置き換えられているヒドロカルビル基を意味する。本明細書において、「パーハロカルビル」という用語は、このような水素がすべてハロゲンで置き換えられているヒドロカルビル基を意味する。
さらに、本明細書において、「ヘテロヒドロカルビル」という用語は、少なくとも1つの炭素原子が別の原子、例えば酸素、窒素、ケイ素および/または硫黄などで置き換えられているヒドロカルビル基を意味する。
本明細書において、「アルキル」という用語は、直鎖または分岐鎖の非環式もしくは環式であって、炭素鎖長がC〜C25の飽和炭化水素基を意味する。適切なアルキル基の非限定的な例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、イコサニル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチルおよびシクロオクチルが挙げられる。本明細書において、「ヘテロシクロアルキル」という用語は、環式環の1つ以上の炭素が別の原子、例えば酸素、窒素、ケイ素および/または硫黄などで置き換えられたシクロアルキル基を意味する。代表的なヘテロシクロアルキル基の非限定的な例としては、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロピラニル、モルホリニル、およびピペリジニルが挙げられる。
本明細書において、「アルキレン」という用語は、2価のアルキル基であって、前述のように炭素鎖長C〜C25のものを意味する。代表的なアルキレン基の非限定的な例には、メチレン(−CH−)、エチレン(−CH−CH−)、プロピレン(−CH−CH−CH−)等の直鎖アルキレン基が含まれる。このような基には、様々な分岐鎖アルキレン基、例えば(−CHR−)、(−CR−)、(−CHR−CH−)、(−CHR−CHR−)、(−CR−CH−)、(−CHR−CR−)、および(−CHR−CH−CH−)等が含まれる(式中のRは、任意のヒドロカルビルまたは本明細書に記載されている他の適切な置換基である)。
本明細書において、「アリール」という用語は芳香族基を意味し、非限定的な例にはフェニル、ビフェニル、ベンジル、キシリル、ナフタレニル、およびアントラセニル等が含まれる。本明細書において、「ヘテロアリール」という用語は、1または複数の芳香環の炭素のうち1以上が、酸素、窒素、ケイ素および/または硫黄などのヘテロ原子で置き換えられているアリール基を意味する。代表的なヘテロアリール基の非限定的な例には、フラニル、ピラニルおよびピリジニルが含まれる。
本明細書において、「アルカリール」および「アラルキル」という用語は互換的に使用され、少なくとも1つのアリール基(例えばフェニル)で置換された、アルキル炭素鎖長がC〜C25の直鎖または分岐鎖の非環式アルキル基を意味する。さらに、上記非環式アルキル基はハロアルキル基またはパーハロアルキル基であってもよいことが理解されるであろう。
本明細書において、「アルケニル」という用語は、1以上の二重結合を有し、アルケニル炭素鎖長がC〜C25の直鎖または分岐鎖の非環式または環式の炭化水素基を意味する。アルケニル基の非限定な例としては、とりわけ、ビニル、アリル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、ウンデセニル、ドデセニル、トリデセニル、テトラデセニル、ペンタデセニル、ヘキサデセニル、ヘプタデセニル、オクタデセニル、ノナデセニル、およびイコセニル等が挙げられる。
本明細書において、「アルキニル」という用語は、1以上の炭素−炭素三重結合を有し、アルキニル炭素鎖長がC〜C25の直鎖または分岐鎖の非環式または環式の炭化水素基を意味する。代表的なアルキニル基の非限定的な例には、エチニル、1−プロピニル、2−プロピニル、1−ブチニル、2−ブチニル、ペンチニル、ヘプチニル、オクチニル、ノニニル、デシニル、ウンデシニル、ドデシニル、トリデシニル、テトラデシニル、ペンタデシニル、ヘキサデシニル、ヘプタデシニル、オクタデシニル、ノナデシニル、およびイコシニル等が含まれる。
本明細書において、「直鎖または分岐鎖の」基、例えば直鎖または分岐鎖のアルキルなどの記載は、メチレン基、直鎖の基(例えば、直鎖のC〜C25アルキル基)および適切に分岐した基(例えば、分岐鎖のC〜C25アルキル基)を含むものと理解されたい。
本発明の実施形態を特徴付ける特徴は、本開示の一部を構成する特許請求の範囲の詳細事項で示される。このような実施形態の前述および他の特徴、それらの利点および使用は、以下の実施形態の説明から、より十分に理解されるであろう。
本発明の実施形態は、犠牲ポリマー組成物であって、とりわけ、前述の犠牲ポリマー、溶媒、および任意選択による熱活性化塩基発生剤を含むものを提供する。上記犠牲ポリマーに関して、かかるポリマーは、市販のポリ(アルキレンカーボネート)(例えば、マサチューセッツ州ウォルサムのNovomer,Inc.から入手可能なポリエチレンカーボネートおよびポリプロピレンカーボネート、ならびに、デラウェア州New CastleのEmpower Materials,Inc.から入手可能なポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリブチレンカーボネート、ポリシクロヘキシレンカーボネートおよびポリブチレンカーボネート/ポリシクロヘキシレンカーボネートブレンド)やポリオキサレートその他のポリ(ジカルボン酸エステル)と、下記に示す式A〜G、式A1〜F1および式D1a〜F1aのいずれかの多環式2,3−ジオールモノマーに由来するポリマーとの両方を包含する。このようなポリマーは、ポリノルボルナンジオールカーボネートと称される。
Figure 0006121562
式A、BおよびCで表される各モノマーにおいて、nは独立して0、1または2であり、R、R、RおよびRはそれぞれ水素、または、限定的ではないが炭素数1〜25のヒドロカルビル基から独立して選択され、RおよびRはそれぞれ−(CH−OH(式中、pは0、1、2または3である)から独立して選択され、XおよびX’はそれぞれ−CH−、−CH−CH−および−O−から独立して選択され、ここで、各X’は、存在する場合、Xと同じ方向または反対方向に配置されている。本発明のいくつかの実施形態では、RおよびRの少なくとも1つについてpは1、2または3である。本発明のいくつかの実施形態では、RのpとRのpとの合計は1または3である。
式A、BおよびCに示すように、各X基は、紙面から上方に延びるものとして示されている。式Aでは、RおよびRもそれぞれ紙面から上方に延びるものとして示されており、したがって互いにシス(cis)であり、X基に対してエキソ(exo)型である。式Aは、したがって、多環式cis−exo2,3−ジオールモノマーと称される。式Bでは、RおよびRはそれぞれ紙面から下方に延びるものとして示されており、したがって互いにシスであり、X基に対してエンド(endo)型である。式Bは、したがって、多環式cis−endo2,3−ジオールモノマーと称される。式Cでは、Rは紙面から上方に延びるものとして示されており、X基に対してエキソ型であり、Rは紙面から下方に延びるものとして示されており、したがってX基に対してエンド型であり;さらに、RとRは互いに対してトランス(trans)である。式Cは、したがって、多環式endo/exo2,3−ジオールモノマーまたは多環式trans2,3−ジオールモノマーと称される。
前述のポリノルボルナンジオールカーボネートの実施形態のいくつかは、式A、BおよびCのそれぞれから選択されるか、またはこれらの式のうち任意の1つもしくは2つから選択される多環式2,3−ジオールに由来する繰返し単位を含むことができる。
上記ポリノルボルナンジオールカーボネートの実施形態が、式A、BおよびCから選択される2つの多環式2,3−ジオールモノマーに由来する繰返し単位を含む場合、このような実施形態は、いずれか1つのモル%が1である場合に他のいずれか1つのモル%が99であるようなモル%比を含むものと理解されたい。例えば、上記繰返し単位のモル%比の非限定的な例として、1対99、10対90、30対70、または、上記繰返し単位のモル%の合計が100モル%となる条件で、そのなかに含まれる他の任意の部分比が挙げられる。
本発明のポリノルボルナンジオールカーボネートの実施形態のいくつかは、式A、式Bおよび式Cのそれぞれから選択されるモノマーを含む。このような実施形態は、いずれか1つのモル%が1であり、他のいずれか1つのモル%が98であるモル%比を含むものと理解されたい。例えば、上記モル%比の非限定的な例として、1対1対98、10対10対80、および33.33対33.33対33.33、または、モル%の合計が100モル%となる条件で、そのなかに含まれる他の任意の部分比が挙げられる。
したがって、本発明のポリノルボルナンジオールカーボネートの実施形態は、式A、BおよびCで表される前述のモノマーのいずれか1つ、2つまたは3つの繰返し単位を含み得ることが理解されるであろう。さらに、RおよびRは、−(CH−OH(式中、pは0、1、2または3である)から独立して選択できることを理解されるであろう。本発明のいくつかの実施形態では、RのpとRのpとの合計は1または3である。
さらにまた、本発明の前述のポリノルボルナンジオールカーボネートの実施形態のいずれについても、そのなかに含まれる任意の1以上の繰返し単位のR〜Rのうち少なくとも1つはアルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリールおよびアラルキルから独立して選択される基であり、このような水素以外の基から選択されない他のR〜Rは、存在する場合、それぞれ水素であることが理解されるであろう。R〜Rの各々として選択し得るアルキル基、シクロアルキル基、ヘテロアルキル基、ヘテロシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基およびアラルキル基の非限定的な例としては、前述の種類および例が挙げられ、それらは他の1以上の置換基を任意選択により含み得る。そのような置換基として:限定されるものではないが、C〜C25の直鎖または分岐鎖パーフルオロアルキル基などのハロヒドロカルビル置換基(非限定的な例として−CFが挙げられる);限定されるものではないが、−COOR’(式中、R’はヒドロカルビル基である)などのカルボン酸エステル;限定されるものではないが、−OR”(式中、R”はヒドロカルビル基である)などのエーテル基;が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
さらにまた、本発明のいくつかのポリノルボルナンジオールカーボネートの実施形態では、繰返し単位は、式A、BおよびC(式中、nは0であり;Xはメチレンであり、R〜Rのうち3つはそれぞれ水素であり;R〜Rのうち1つはアルキル基、シクロアルキル基、ヘテロアルキル基、ヘテロシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基またはアラルキル基から独立して選択され、Xに対してexo方向に配置されている)で表されるモノマーに由来することが理解されるであろう。例示の目的で、このようなモノマーは、次式A1、B1およびC1で表すことができる。
Figure 0006121562
さらに、本発明のいくつかのポリノルボルナンジオールカーボネートの実施形態は:(a)式A、A1、B、B1、Cおよび/またはC1の1以上で表される多環式2,3−ジオールモノマー;ならびに、(b)式A、A1、B、B1、Cおよび/またはC1で表される多環式2,3−ジオールモノマーに該当しない1以上の他のジオールモノマー;に由来する繰返し単位を含む。後述するように、このような他のジオールモノマーの非限定的な例として:(i)式D、E、FおよびGの少なくとも1つで表される多環式ジオールモノマー;(ii)式I〜XIIの少なくとも1つで表される環式ジオールモノマー;(iii)式XIIa〜XIIcの少なくとも1つで表される多環式ジオールモノマー;(iv)他の任意選択によるジオールモノマー、例えば2つ以上のヒドロキシル基を有するヒドロカルビル;ならびに、これらの組み合わせが挙げられる。
本発明のポリノルボルナンジオールカーボネートの実施形態は、上記および下記で開示される式A〜G、式A1〜F1および式D1a〜F1aで表される多環式2,3−ジオールモノマー(a)の1以上に由来する少なくとも1つの繰返し単位を含む。さらに、このようなポリノルボルナンジオールカーボネートは、例えば下記で開示される式I〜XIIcで表されるような他の1以上のジオール(b)を含むことができる。上記ポリカーボネートの繰返し単位のいずれか1つは、1〜99モル%、または5〜95モル%、または10〜90モル%の量で存在し得る。各場合におけるモル%は、繰返し単位のモル%の合計を100モル%として、多環式2,3−ジオールモノマー(a)および他のジオール(b)に由来する繰返し単位の全モル数に基づく。
上述のような他のジオール(b)は、得られるポリカーボネートポリマーの物理的特性を改変する目的で使用することができる。例えば、上述ような他のジオール(b)は、得られるポリカーボネートポリマーに弱い結合を提供することができ、これにより当該ポリカーボネートポリマーは適切な酸または塩基の存在下でより解重合しやすくなる。弱い結合を提供する代わりに、またはこれに加えて、上述のような他のジオール(b)は、得られるポリカーボネートポリマーのTおよび/または溶解性を改変することができる。
本発明のいくつかのポリマーの実施形態は、次式D、EおよびFで表される多環式ジオールモノマーに由来する繰返し単位を含む。
Figure 0006121562
式D、EおよびFで表される他の各多環式ジオールモノマーでは、それぞれ独立して:mは0、1または2であり;ZおよびZ’は、−CH−、−CH−CH−および−O−からそれぞれ独立して選択され;Zは−CH−であり;R、R、R、およびR10は、各場合において、水素およびヒドロカルビル基から独立して選択され;R11およびR12は、各場合において、(CH−OH(式中、R11およびR12のpは、各場合において、0、1、2または3から独立して選択される)から独立して選択され;各Z’は、存在する場合、それぞれ、ZまたはZと同じ方向または反対方向に配置されている。
式D、EおよびFにおいて、各Z基およびZ基は、紙面から上方に延びるものとして示されている。式Dにおいては、各Z’は、存在する場合、各m毎に独立して、Zと同じ方向または反対方向に配置されている。式EおよびFにおいては、各Z’は、存在する場合、各m毎に独立して、Zと同じ方向または反対方向に配置されている。
〜R10の各々として独立に選択し得るヒドロカルビル基の非限定的な例としては、前述の種類および例が挙げられる。本発明の実施形態において、式D〜Fの各々に関し、R〜R10のうち少なくとも1つは、アルキル基、シクロアルキル基、ヘテロアルキル基、ヘテロシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基およびアラルキル基から独立して選択される基であり、このような水素以外の基から選択されない他のR〜R10基は、存在する場合、それぞれ水素である。R〜R10は、それぞれアルキル基、シクロアルキル基、ヘテロアルキル基、ヘテロシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基およびアラルキル基から選択することができ、これらの基の非限定的な例としては、R〜Rに関して前述した種類および例が挙げられる。
他の実施形態では、式D〜Fのそれぞれについて:mは0であり;R〜R10のうち3つはそれぞれ水素であり;R〜R10のうち1つはアルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリールおよびアラルキルから独立して選択され、ZまたはZに対してexo方向に配置されている。例示の目的で、m=0であり、Zが−CH−であり、R、RおよびRがそれぞれ水素であり、R10が水素以外のexo基であり、R11およびR12がそれぞれ式Dでは−CHOHであり、式EおよびFでは−OHである場合、式D〜Fは、次式D1、E1およびF1で表すことができる。さらなる例示の目的で、m=0であり、Zが−CH−であり、R、RおよびR10がそれぞれ水素であり、Rが水素以外のexo基であり、R11およびR12がそれぞれ式Dでは−CHOHであり、式EおよびFでは−OHである場合、式D〜Fは、次式D1a、E1aおよびF1aで表すことができる。特記しない限り、本明細書中に示す式はすべて、そのエナンチオマーおよびジアステレオマー類似体を含むことを理解されたい。
Figure 0006121562
式D、D1およびD1aは、各−(CH−OH基または−CH−OH基が多環式構造の同じ炭素に共有結合しているスピロジオールモノマーを表すことに留意されたい。
本発明の他のいくつかのポリマーの実施形態は、次式Gで表される多環式ジオールモノマーに由来する繰返し単位を含む。
Figure 0006121562
式Gで表される多環式ジオールでは、Z、R11およびR12は、それぞれ式D〜Fに関して前述した通りである。
本発明のさらに他の実施形態は、次式I〜XIIで表される環式および非環式ジオールモノマーから形成されるポリマーをも含むことができる。
Figure 0006121562
式XおよびXIにおいて、R13は、C〜Cアルキレンから独立して選択され、非限定的な例として−CH−、−CH−CH−およびC〜C直鎖アルキレンまたはC〜C分岐鎖アルキレンが挙げられる。
本発明のその他のポリマーの実施形態は、式XIIa、XIIbおよびXIIcで表される多環式モノマーに由来する繰返し単位を含む。
Figure 0006121562
本発明の実施形態に有用なさらに他のポリオールモノマーとしては、限定されるものではないが、2以上のヒドロキシル基(例えば、限定されるものではないが、2個、3個または4個のヒドロキシル基)を有するヒドロカルビルが挙げられる。このような他のジオールモノマーの非限定的な例として:メチル、エチル、C〜C25の直鎖または分岐鎖アルキレンジオール、例えば1,2−エチレンジオール、1,3−プロピレンジオールおよび1,2−プロピレンジオール;ならびに、ポリアルキレングリコール(例えば、ジ−、トリ−、テトラ−およびそれより多量体のエチレングリコールや、ジ−、トリ−、テトラ−およびそれより多量体のプロピレングリコール)、およびポリテトラヒドロフランが挙げられる。2より多くのヒドロキシル基を有する任意選択によるポリオールモノマーは、典型的には少量、例えば、限定されるものではないが、ヒドロキシル官能性モノマーの全モル%に基づいて10モル%未満、または5モル%未満の量で存在する。2より多くのヒドロキシル基を有するポリオールモノマーの非限定的な例としては、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールおよびジトリメチロールプロパンが挙げられる。
前述のように、本発明のいくつかの実施形態は、前述の式のいずれかで表されるポリオールモノマーに由来しない市販のアルキレンカーボネートポリマー(ポリ(アルキレンカーボネート)とも称される)を含む。むしろ、このような市販のアルキレンカーボネートポリマーは、下記式Mであらわされる。
Figure 0006121562
上記式中、各Rは、独立して、水素であるか、またはC〜C30脂肪族基;窒素、酸素、ケイ素および/または硫黄からなる群から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有するC〜C30ヘテロ脂肪族基;6〜10員のアリール基;窒素、酸素、ケイ素および/または硫黄から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有する5〜10員のヘテロアリール基;ならびに窒素、酸素、ケイ素および/または硫黄から独立して選択される1〜3のヘテロ原子を有する3〜7員の複素環;からなる群から選択される置換されていてもよい基であり;R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素であるか、またはC〜C12脂肪族基;窒素、酸素、ケイ素および/または硫黄からなる群から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有するC〜C12ヘテロ脂肪族基;6〜10員のアリール基;窒素、酸素、ケイ素および/または硫黄から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有する5〜10員のヘテロアリール基;および、窒素、酸素、ケイ素および/または硫黄からなる群から独立して選択される1〜3のヘテロ原子を有する3〜7員の複素環;からなる群から選択される置換されていてもよい基であり;(RとR)、(RとR)および(RとR)のいずれかは、介在する原子と一緒になって、1以上のヘテロ原子を含んでもよく置換基を有してもよい1以上の環を形成し得る。
さらにまた、本発明のいくつかの実施形態は、ジカルボン酸エステルに由来する繰返し単位を含むポリマーである。このような繰返し単位としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、およびアジピン酸等のエステルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。このようなポリオキサレートポリマーおよびポリマロネートポリマーのいくつかは米国特許第5,412,062号明細書に開示されており、このようなポリマーはすべてこの実施形態に使用することができる。
さらに、ジグリコール酸エステルに由来する繰返し単位を含むポリマーの実施形態も有用であることが判明した。驚きをもって留意すべきは、このようなジグリコール酸エステルは、加熱されると容易に分解し、また意外にもフラックス性を提供し、したがってこれらの材料はセルフフラックス性の犠牲組成物であるということである。さらに、このような熱プロセスで生じる小分子はいずれも揮発性であると予想されるため、このようなポリマーにより、犠牲的なセルフフラックス性組成物が提供され得ると考えられる。このため、フラックス性の付与を目的とする添加剤の添加を低減し、さらには添加を省くことができる。したがって、前述のジカルボン酸エステルまたはジグリコール酸エステルに由来する繰返し単位を含み、上記式V、VIおよびXで例示した構造などの二官能性第三級アルコールに由来する繰返し単位をさらに含むポリマーの実施形態、例えば式K(式中、nは約20以上であり、約20から100またはそれ以上の範囲であってもよい)のジグリコール酸ポリエステルは、本発明の範囲に入ることが理解されるであろう。同様に、代表的なポリシュウ酸エステルL(式中、mは約100以上であり、約100から500またはそれ以上の範囲であってもよい)が示される。さらに、このような実施形態のいくつかは熱塩基発生剤も含むことができるが、他の適切な実施形態は含まないことを理解されたい。つまり、有利には、本明細書に記載のポリマー組成物のうちある種のもの、例えばポリジグリコレートなどはセルフフラックス性であり、したがって、熱塩基発生剤または熱酸発生剤を含む他の添加剤を必要とすることなくそのまま使用できることが判明した。他方、ある種のポリオキサレートを含む犠牲組成物は、このような追加の添加剤を必要とすることがある。
Figure 0006121562
有利には、ポリジグリコレートおよび/またはポリオキサレート組成物を含む実施形態には、従来は達成不可能であったいくつかの利点があることが判明した。かかる非限定的な利点としては、次のもの:a)前述の組成物は概して中性の非腐食性組成物であり、したがって現在入手可能な組成物の大部分において一般に生じる腐食性環境が回避されること;b)添加剤を必要とする場合であっても、それらは遊離酸または遊離塩基ではなく、要求に応じて発生する(潜在性の)活性融剤であること;および、c)最も有利には、ポリジグリコレートは前述のようにセルフフラックス性であること;が挙げられるが、これらに限定されない。これらの組成物から得ることのできる、当業者には明らかにわかる他の利点もあると考えられる。
非限定的な例示のみを目的として、前述の様々な多環式2,3−ジオールモノマーを調製するための当該技術分野で認識されている方法を示すために、合成スキーム1〜7を記載する。式A(式中、nは0であり、R〜Rはそれぞれ水素であり、Xは−CH−であり、RおよびRはそれぞれ−CHOHである)で表される多環式cis−exo2,3−ジオールモノマーは、次の合成スキーム1により調製することができる。
Figure 0006121562
合成スキーム1に関して、endo−2,3−ノルボルネンジカルボン酸無水物(endo−無水ナジン酸とも称される)(1a)を140〜210℃の温度に十分な時間、例えば融解後15分〜24時間曝露した後、繰り返し再結晶し、例えば酢酸エチルまたはトルエンから2回以上再結晶して、5−ノルボルネン−cis−exo−2,3−ジカルボン酸無水物(exo−無水ナジン酸とも称される)(1b)を生成する。exo−無水ナジン酸(1b)を、水素ガス(H)、多孔質炭素に担持されたパラジウム触媒(Pd/C)および酢酸エチル(EtOAc)の存在下で水素化すると、exo−2,3−ノルボルナンジカルボン酸無水物(1c)が生成する。exo−2,3−ノルボルナンジカルボン酸無水物(1c)を、水素化リチウムアルミニウム(LiAlH)およびエチルエーテル(EtO)の存在下で還元すると、cis−exo−2,3−ノルボルナンジメタノール(A2)が生成する。
式B(式中、nは0であり、R〜Rはそれぞれ水素であり、Xは−CH−であり、RおよびRはそれぞれ−CHOHである)で表される多環式cis−endo2,3−ジオールモノマーは、次の合成スキーム2により調製することができる。
Figure 0006121562
合成スキーム2に関して、5−ノルボルネン−cis−endo−2,3−ジカルボン酸無水物(endo−無水ナジン酸とも称される)(1a)を、水素ガス(H)、多孔質炭素に担持されたパラジウム触媒(Pd/C)、および酢酸エチル(EtOAc)の存在下で水素化すると、endo−2,3−ノルボルナンジカルボン酸無水物(2a)が生成する。endo−2,3−ノルボルナンジカルボン酸無水物(2a)を、水素化リチウムアルミニウム(LiAlH)およびエチルエーテル(EtO)の存在下で還元すると、cis−endo−2,3−ノルボルナンジメタノール(B2)が生成する。
式C(式中、nは0であり、R〜Rはそれぞれ水素であり、Xは−CH−であり、RおよびRはそれぞれ−CHOHである)で表される多環式trans−endo−exo−2,3−ジオールモノマーは、非限定的な例示の目的で記載されている次の合成スキーム3により調製することができる。
Figure 0006121562
合成スキーム3に関して、シクロペンタジエン(3a)とフマル酸ジエチル(3b)をディールスアルダー反応により低温で、例えば0℃で互いに反応させて、trans−endo−exo−2,3−ノルボルネンビス(エチルカルボキシレート)(3c)を生成する。trans−endo−exo−2,3−ノルボルネンビス(エチルカルボキシレート)(3c)を、水素ガス(H)、多孔質炭素担持パラジウム触媒(Pd/C)および酢酸エチル(EtOAc)の存在下で水素化すると、trans−endo−exo−2,3−ノルボルナンビス(エチルカルボキシレート)(3d)が生成する。trans−endo−exo−2,3−ノルボルナンビス(エチルカルボキシレート)(3d)を、水素化リチウムアルミニウム(LiAlH)およびエチルエーテル(EtO)の存在下で還元すると、trans−exo−/endo−2,3−ノルボルナンジメタノール(C2)が生成する。
式A(式中、nは0であり、R〜Rはそれぞれ水素であり、Xは−CH−であり、Rは−OHであり、Rは−CHOHである)で表される多環式cis−exo−2,3−ジオールモノマーは、非限定的な例示の目的で記載されている次の合成スキーム4により調製することができる。
Figure 0006121562
合成スキーム4に関して、ヘキサヒドロ−4H−5,8−メタノベンゾ[d]−exo−[1,3]ジオキサン(4a)を、無水酢酸(AcO)および触媒量の硫酸(HSO)の存在下で、cis−exo−(3−アセトキシノルボルン−2−イル)メチルアセテート(4b)およびcis−exo−((3−アセトキシノルボルン−2−イル)メトキシ)メチルアセテート(4c)に変換する。次いで、この中間体(4b)および(4c)を、水および触媒量の水酸化ナトリウム(NaOH)の存在下で、cis−exo−3−(ヒドロキシメチル)ノルボルナン−2−オール(A3)に変換する。
式B(式中、nは0であり、R〜Rはそれぞれ水素であり、Xは−CH−であり、Rは−OHであり、Rは−CHOHである)で表される多環式cis−endo−2,3−ジオールモノマーは、非限定的な例示の目的で記載されている次の合成スキーム5により調製することができる。
Figure 0006121562
合成スキーム5に関して、ヘキサヒドロ−4H−5,8−メタノベンゾ[d]−endo−[1,3]ジオキサン(5a)を、無水酢酸(AcO)および触媒量の硫酸(HSO)の存在下で、cis−endo−(3−アセトキシノルボルン−2イル)メチルアセテート(5b)およびcis−endo−((3−アセトキシノルボルン−2−イル)メトキシ)メチルアセテート(5c)に変換する。次いで、この中間体(5b)および(5c)を、水および触媒量の水酸化ナトリウム(NaOH)の存在下で、cis−endo−3−(ヒドロキシメチル)ノルボルナン−2−オール(B3)に変換する。
式D、E、FおよびGで表される任意選択の多環式ジオールは、当該技術分野で認識されている方法で調製することができる。非限定的な例示を目的として、式F(式中、mは0であり、R〜R10はそれぞれ水素であり、Zは−CH−であり、R11は−OHであり、R12は−CHOHである)で表される任意選択の多環式ジオールは、次の合成スキーム6により合成することができる。
Figure 0006121562
合成スキーム6に関して、2,3−ノルボルネン(6a)を、ギ酸(HCOOH)、硫酸(HSO)およびホルムアルデヒド(HCO)の存在下で、(2−(ホルミルオキシ)ノルボルン−7−イル)−exo−メチルホルメート(6b)に変換する。次いで、この中間体(6b)を、水酸化ナトリウム(NaOH)およびメタノール(MeOH)の存在下で7−(ヒドロキシメチル)ノルボルナン−2−exo−オール(F1)に変換する。
本発明の実施形態に係るアルキレンカーボネートポリマーは、当該技術分野で認識されている方法で調製することができる。例えば、本発明の実施形態によるアルキレンカーボネートポリマーは、1以上の多環式2,3−ジオールモノマーをハロゲン化カルボニルXC=O(式中、各Xはハロ基から独立して選択される)と反応させるハロゲン化カルボニル経路で調製することができる。ハロゲン化カルボニルの一例としては、上記式における各Xがクロロ(Cl)であるホスゲンが挙げられるが、これに限定されるものではない。あるいは、1種以上の多環式2,3−ジオールモノマーをN,N−カルボニルジイミダゾールと反応させるカルボニルジイミダゾール経路を使用することができる。
典型的には、前述のジオールモノマーから調製されるポリマーの実施形態は、1以上の多環式2,3−ジオールモノマーをジエチルカーボネートなどのジアルキルカーボネート、ジフェニルカーボネートなどのジアリールカーボネートおよび/またはアルキルアリールカーボネートと反応させるカーボネート経路により重合される。非限定的な例示の目的で、本発明の実施形態に係るポリカーボネートポリマーは、次の合成スキーム7により調製することができる。
Figure 0006121562
合成スキーム7に関して、cis−exo−2,3−ノルボルナンジメタノールモノマー(A2)を炭酸ナトリウムの存在下でジフェニルカーボネート(7a)と反応させて、ポリ(cis−exo−2,3−ノルボルナンジメチルカーボネート)(7b)(式中、yは繰返し単位の数である)を生成する。cis−exo−2,3−ノルボルナンジメタノールモノマー(A2)は、式A(式中、nは0であり、R〜Rはそれぞれ水素であり、Xは−CH−であり、RおよびRはそれぞれ−CHOHである)の多環式2,3−ジオールモノマーである。
本発明の実施形態に係るポリカーボネートポリマーでは、ポリカーボネートは、単独重合体、例えば、式A、BまたはCの1つに由来する1種類の繰返し単位を含む単独重合体、または、ランダム共重合体もしくはブロック共重合体もしくは交互共重合体から選択することができる(本明細書では、ランダム重合体、ブロック重合体および交互重合体とも称される)。本発明の実施形態に係るランダム、ブロックおよび交互ポリカーボネート共重合体は、式A、BまたはCの少なくとも1つに由来する繰返し単位を2種以上含み得る。
本発明のいくつかの実施形態では、ポリカーボネートは広範な分子量を有し得る。例えば、このようなポリマーは、重量平均分子量(M)の値が2000〜250,000、または8000〜150,000、または9000〜80,000であってもよく;多分散性指数(PDI)の値(M/M)が1.0超かつ4.0以下、例えば、限定されるものではないが、1.1〜4.0、または1.2〜2.0、または1.3〜1.8であってもよい。
本発明のいくつかの実施形態では、ポリカーボネートは広範なガラス転移温度(T)値、例えば−50℃〜200℃、または25℃〜180℃、または60℃〜175℃のT値を有してもよいが、これらに限定されるものではない。
本発明のいくつかの実施形態では、ポリカーボネートは、該ポリマーが分解する温度(分解温度とも称される)に関連して特徴付けることができる。いくつかの実施形態では、50%の重量損失が観測される温度である半分解温度(Td50)によって、ポリカーボネートの分解温度を定量することができる。半分解温度は、典型的には、熱重量分析(TGA)により測定される。半分解温度は、ポリマー単独でも、添加剤の存在下(例えば、活性化後の熱活性化塩基発生剤の存在下)でのポリマーについても測定することができる。
本発明の実施形態はまた、前述のカーボネート繰返し単位を1以上有する1種類のポリカーボネートと、熱活性化塩基発生剤とを含む犠牲ポリマー組成物を提供する。本発明の実施形態に係る犠牲ポリマー組成物には、1種類のポリカーボネート、または2種類以上のポリカーボネートのブレンドもしくは混合物が包含される。
犠牲ポリマー組成物が1種類のポリカーボネートを含む本発明の実施形態において、上記ポリマーは、前述のポリ(アルキレンカーボネート)のいずれかを含んでもよく、または前述もしくは後述の多環式2,3−ジオールモノマーに由来するものであってもよい。このような実施形態に係るポリマー組成物が2種以上のポリマーを含む場合、各ポリマーは2種以上の異なるポリ(アルキレンカーボネート)であってもよく、複数の異なる多環式2,3−ジオールモノマーに由来する2種以上のポリマーであってもよい。したがって、本発明の実施形態に係る犠牲ポリマー組成物は、式AおよびBの一方または両方で表される多環式2,3−ジオールモノマーに由来する繰返し単位を有する第1のポリカーボネートだけを含んでもよく;または、このような第1のポリカーボネートと、式Cで表される多環式2,3−ジオールモノマーに由来する繰返し単位を有する第2のポリカーボネートとの組み合わせを含んでもよい。さらに、このような実施形態に係る犠牲ポリマーは、前述の市販のポリ(アルキレンカーボネート)の1種以上を含むこともできる。
本発明の実施形態に係る犠牲組成物に使用される熱活性化塩基発生剤は、有効温度に加熱すると塩基を発生し、発生した塩基は犠牲ポリマーの解重合を引き起こす。本明細書において「解重合」という用語は、犠牲ポリマーが少なくとも部分的に分解して、それぞれが解重合前のポリマーの分子量より低い分子量を有する、より小さな単位になることを意味するものと理解されたい。このような解重合した単位としては、ポリマーの原料となったモノマー;ポリカーボネートオリゴマー;ヒドロキシル末端多環式カーボネートオリゴマー;多環式カーボネート;多環式エーテル;環式カーボネート、COおよび/またはCOが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
非限定的な例示の目的で、式A(式中、nは0であり、Xは−CH−であり、R〜Rはそれぞれ水素である)で表される多環式2,3−ジオールに由来するポリカーボネートまたはポリカーボネートセグメントの解重合による、多環式環中に少なくとも1つのカーボネート結合を含有する多環式カーボネートおよび/または多環式環中に少なくとも1つのエーテル結合を含有する多環式エーテルの生成、ならびに、市販のポリプロピレンカーボネートの解重合を、次のスキーム8aおよびスキーム8bで表す。
Figure 0006121562
Figure 0006121562
スキーム8aおよびスキーム8bに示される多環式カーボネートおよび/または多環式エーテルを、同時にまたは続いて昇温することにより気化させる。本発明のいくつかの実施形態では、解重合により生じる部分、例えば多環式カーボネートおよび/または多環式エーテルは、本明細書でさらに詳細に記載するように、オーバーコート層を透過する。
本発明のいくつかの実施形態では、ポリカーボネートポリマーは、多環式ジオールモノマーDに由来する1以上のモノマー単位を含むことができる。高温で活性化された塩基の存在下でこのようなポリカーボネートポリマーが少なくとも部分的に解重合すると、それぞれ次式D−DU1およびD−DU2で表される1以上の多環式カーボネートおよび/または多環式エーテル解重合単位が生成し得る。
Figure 0006121562
いくつかの実施形態では、式D−DU1およびD−DU2のそれぞれについて、少なくとも1つのpは、1以上である。式D−DU1およびD−DU2で表される気化した解重合単位は、本明細書でさらに詳細に記載するように、オーバーコート層を透過することができる。
後述する熱活性化塩基発生剤(TABG)は、本発明のポリマー組成物の実施形態に含まれる。このようなTABGの非限定的な例として、式1、2または3のいずれかで表されるカチオンを含む塩基が挙げられる。
Figure 0006121562
上記式中、各Rは、独立して、水素、メチル基またはエチル基、直鎖、分岐鎖または環式C〜C12アルキル基;窒素、酸素または硫黄から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有する直鎖、分岐鎖または環式C〜C12ヘテロアルキル基;C〜C10アリール基;窒素、酸素または硫黄から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有するC〜C10ヘテロアリール基、から選択されるか;または、2つのR基が任意の介在する原子と一緒になって前述した1以上の環式アルキル基またはヘテロアルキル基を形成し、式1においては少なくとも1つのRが水素である。例示的なテトラアルキルアンモニウム塩基としては、とりわけ、テトラエチルアンモニウム塩(Et)およびテトラブチルアンモニウム塩(Bu)が挙げられる。前者は、酢酸塩として、Aldrich Specialty Chemicalsからカタログ番号205583として、およびFlukaからカタログ番号96607として入手可能である。後者もまた、AldrichまたはFlukaから、それぞれカタログ番号335991および86835として入手可能である。実施例からわかるように、King Industriesから入手可能な専売のアミジン塩CXC−1761もTABGとして評価した。
本発明の熱活性化塩基発生剤は、一般に、カルボキシレートアニオンを有する塩である。このような塩は、有効な活性化温度に加熱すると遊離塩基を放出することを特徴とし、この遊離塩基はその後スキーム8bに示す解重合を引き起こすのに十分な塩基性を有する。ここで下記の表A(「Development of tetraphenylborate-based Photobase generators and sacrificial Polycarbonates for radiation curing and Photoresist applications」と題されたXun Sunの論文;Carleton University,Ottawa,Ontario,November 2008から引用)を参照すると、放出された遊離塩基である1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(DBU)および1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エン(TBD)の塩基性は、アセトニトリル中で測定されたpKとしていずれも24.34以上であり、いずれもポリプロピレンカーボネート(PPC)の分解温度(T)の著しい低下を示す。対照的に、pKがそれぞれ18.8および12.33のアミンであるトリエチルアミン(TEA)およびフェニルヒドラジン(PhNHNH)では、Tが少ししか低下しなかった。このように、かかるPPC分解温度の低下は、特定のTABGの塩基性と有効性の両方の尺度となり、TABGとなり得る物質のスクリーニングに使用することができる。
Figure 0006121562
前述のpK値に基づいて、本発明の実施形態において有用な熱発生塩基は以下の構造の1つ以上を含む。
Figure 0006121562
本発明のTABGの実施形態におけるカルボキシレートアニオンとして有用な、酸の形態のカルボキシレートの代表的な構造を下記に示す。
Figure 0006121562
例示的なTABGの構造は、次のように示すことができる:
Figure 0006121562
本発明の組成物の実施形態において有用なTABGの量は、解重合反応を触媒するのに有効な量の塩基を発生させる任意の量であり、したがってこのような量は有効量と称することができる。このような量は、いくつかの実施形態ではポリマーの重量に基づき0.1〜25pphr(両端値を含む)であり;他の実施形態では0.5〜15pphr(両端値を含む)であり、さらに他の実施形態では1〜12pphr(両端値を含む)である。本発明のいくつかの実施形態では、TABGの混合物を使用することが有利となり得、かかる混合物の有効量は上記で示した範囲に含まれることを理解されたい。さらに、本発明のいくつかのポリマー組成物の実施形態は、TABGと有効量のギ酸との混合物を含む。
本発明のいくつかの実施形態では、犠牲ポリマー組成物は、1種以上の溶媒をさらに含むことができる。溶媒は、犠牲ポリマー組成物の総重量に基づいて、例えば10〜99重量%、または40〜90重量%、または50%〜80重量%の量で存在し得る。犠牲ポリマー組成物に含ませ得る溶媒の非限定的な例としては、アセトニトリル、アセトフェノン、α−アンゲリカラクトン、アニソール、γ−ブチロラクトン、酢酸n−ブチル、シクロヘキシルベンゼン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、デカヒドロナフタレン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、3−エトキシプロピオン酸エチル、乳酸エチル、2−ヘプタノン、メチルイソブチルケトン、メシチレン、2−メトキシエチルエーテル、1−メチル−2−ピロリジノン、2−メチルテトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフルフリルエーテル、γ−オクタノラクトン、プロピレンカーボネート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン、およびこれらの組み合わせが挙げられる。
本発明のポリカーボネートの実施形態に関して前述したように、本発明の犠牲ポリマー組成物の実施形態は、該組成物が分解または解重合する温度に関連して特徴付けることができ、これを犠牲ポリマー組成物の分解温度と称することができる。犠牲ポリマー組成物の分解温度は、前述したTd50分解温度に関して定量化することができる。
さらにまた、本発明の実施形態により、前述した本発明の犠牲ポリマー組成物の実施形態を利用する、有用なマイクロエレクトロニクスまたは光エレクトロニクスデバイスまたは構造体の形成方法が提供される。
まず、上記デバイスの形成に関して、本発明によるこのようなデバイス形成の実施形態のいくつかは、第1および第2の基板を提供する工程を含み、各基板の表面はそれぞれ複数の第1および第2金属バンプまたは接触構造体を備える。第1および第2の基板の各々は、半導体チップまたはダイなどのマイクロエレクトロニクスデバイスであって、これによりチップスタックが形成されるようになっていていもよく、または上記基板のうち1つが半導体チップであり、他方が「フリップチップ」アセンブリの形成に使用されるような基板であってもよいことを理解されたい。さらに、前述した本発明の犠牲ポリマー組成物の実施形態を基板の一方または両方に塗布し、これらの基板を上記組成物の粘着特性により互いに位置合わせして保持し、ここで前述の複数の金属バンプまたは構造体の各々は、後に電気的接合がなされ得るように適切に位置合わせされ、上記犠牲ポリマー組成物の粘着性により上記位置合わせが維持されることを理解されたい。さらにまた、前記第1または第2の複数の金属バンプの少なくとも1つははんだを含み、このことによって基板およびポリマー組成物を有効温度に加熱すると上記はんだがリフローして前述の電気的接合が得られ、このときポリマー組成物はフラックス性を提供して上記の電気的はんだ接合を可能としまたは促進することを理解されたい。さらにまた、基板およびポリマー組成物は、上記電気的接合が完了し、上記ポリマー組成物中に含まれるアルキレンカーボネートポリマーの分解を可能にするのに十分な時間、上記有効温度に保持されることを理解されたい。なお、前述した複数の第1および第2金属バンプまたは構造体において、このような特徴は非限定的であって、本発明のいくつかの実施形態は第1および第2の金属接点(または接触部位)を複数有するものとして特徴付けることができ、ここで上記複数のうち少なくとも1つがはんだまたは他の接合可能な材料を含むことに留意されたい。
前述の方法に関して、ポリマー組成物の実施形態の付与は、任意の好適な手段で行うことができる。例えば、限定されるものではないが、インクジェット印刷と同様のジェット印刷、またはスクリーン印刷などの印刷;限定されるものではないが、スポットディスペンサー法またはラインディスペンサー法などのディスペンサー法、スプレーコート、ドクターブレード塗布、またはスピンコートが挙げられる。
前述の有効温度に関して、該温度は、少なくとも、採用するTABGの種類に応じて異なる。さらに、上記温度は、それが含まれるポリマー組成物の用途および形成される構造体に応じたものとなり得る。例えば、「フリップチップ」構造を作製する場合、上記有効温度は、一般に、電気的接合のために選択されるはんだまたは他の接合可能な材料のリフロー温度と一致する。一方、三次元構造を作製する場合、上記有効温度は、オーバーコート層の分解温度より低い温度である。さらにまた、上記有効温度は、選択されるポリカーボネートの実施形態の解重合温度や、解重合生成物を除去する温度にも応じたものとなる。したがって、形成に係る本発明の実施形態のいくつかは、塩基発生剤を活性化させる第1の有効温度と、解重合生成物の除去を促進する第2の有効温度とを含み得る。さらにまた、有効温度への加熱を維持する時間も、形成する構造(三次元構造では、典型的には「フリップチップ」型の構造よりも有効温度におく時間を長くする必要がある)や、かかる構造体またはデバイスの形成方法に使用されるポリマー組成物の量に応じて異なり得る。本発明の実施形態では、前述の三次元空間と、電気的に接合された基板間の領域は両方とも、犠牲ポリマー組成物の残渣を実質的に含まないことが有利である。
本発明のポリマー組成物の実施形態は有効な粘着付与剤およびフラックス剤となることが後述の実施例からわかるが、このような実施形態は、第1の基板を第2の基板に仮接合するのに使用することもできる。多層構造を形成するこのような接合は、第1の基板と、第2の基板と、上記第1の基板と上記第2の基板との間に介在する仮接合層とを含む。仮接合層は、仮接着層とも称され、上記ポリマー組成物の実施形態から形成される。さらに、このような多層構造は、化学機械研磨やシリコン貫通ビア(TSV)の形成などのようなプロセスを行うための基板表面を提供するのに有用であることがわかるであろう。TABGを活性化させると、犠牲ポリマーは少なくとも部分的に解重合し、基板の接合を解除または基板を互いに分離することができる。
さらにまた、本発明のポリマー組成物の実施形態は、仮接合または永続的な接合が有用な他の用途に、または該用途に関連して使用することができる。このような用途としては、マイクロエレクトロニクスの分野における用途、例えば、限定されるものではないが、フリップチップ構造体、マイクロプロセッサチップ、通信チップ、および光エレクトロニクスチップ;ならびに、マイクロ流体;センサ;および分析デバイスの分野、例えば、限定されるものではないが、マイクロクロマトグラフィーデバイスが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
以下の例は、例示を目的とするものであって、本発明の実施形態の範囲を何ら限定するものではない。ポリマー主鎖に組み込まれた繰返し単位の比はモル重量%で記載されていることに留意されたい。
本発明の実施形態に係るポリノルボルナンジオールカーボネートは、次の例1〜5に記載の合成法により調製した。例1〜3の方法で生成したカーボネートの特性を下記の表1aおよび1bに要約する。これらの表において、T値は、10℃/分の昇温速度で示差走査熱量測定により測定したものである。Td5値、Td50値およびTd95値は、10℃/分の昇温速度で熱重量分析により決定したものであり、これらはそれぞれ、ポリマーの5重量%、50重量%および95重量%が分解した温度を示す。鎖末端フェニル基(末端Ph)モル%の値は、仕込んだジフェニルカーボネート原料の初期量に基づく、重合中に除去されなかったフェノールの理論量を示す。モル%は、H NMR分析により決定したものであり、ポリマー中における特定のcis−exo−またはcis−endo−2,3−ノルボルナンジメタノールモノマーに由来するモノマー単位の%を示す。残部は、該共重合体中における他方のモノマーに由来するモノマー単位の%に対応し:cis−endo−2,3−ノルボルナンジメタノール 41%(例1);1,3−シクロヘキサンジオール 59%(例2);および1,3−シクロヘキサンジオール 59%(例3);である。溶解性は、プロセス溶媒に目標樹脂含有量(RC、20重量%)のポリマーを溶解しようと試みることにより判定した。「A」の表示はアニソールを示し、「G」の表示はγ−ブチロラクトンを示す。
ポリカーボネートポリマーの例
例1
適切なサイズおよび装備、例えば熱電対、加熱マントル、撹拌機、窒素掃引機(nitrogen sweep)および真空ポンプを備えた多口フラスコに、次のもの:cis−exo−2,3−ノルボルナンジメタノール22.5グラム(144ミリモル(mmol));cis−endo−2,3−ノルボルナンジメタノール15.0グラム(96mmol);ジフェニルカーボネート51.3グラム(240mmol);水素化リチウム12ミリグラム(mg)(1.5mmol);を添加した。窒素掃引下においてフラスコの内容物を120℃に加熱し、該内容物を液体に変化するのに十分な時間だけ同温度に保持した。次いで、フラスコの内容物を窒素掃引下で攪拌しながら、120℃に2時間保持した。次いで、フラスコの内容物を約10kPaの減圧に供し、120℃で1時間撹拌した。次いで、フラスコ内の圧力を0.5kPa未満までさらに減圧し、内容物を攪拌しながら120℃に1.5時間、続いて180℃に1.5時間保持した。
フラスコの内容物を冷却し、適量の、例えば800mlのテトラヒドロフランに溶解し、濾過した。次いで、濾過した溶液を、適量の、例えば8リットルの、メタノールと蒸留水とを体積比9対1で含む液体に添加し、該液体から沈殿させた。沈殿したポリマーを、適量の、例えば4リットルの、メタノールと蒸留水とを体積比9対1で含む洗浄液で洗浄した後、乾燥した。約30.7グラムのポリカーボネート共重合体を、約70%の収率で得た。上記ポリカーボネート共重合体は、重量平均分子量(M)が41,000、多分散性指数(PDI)が1.70であることが、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により決定された。
例2
本発明の実施形態に係るポリカーボネート共重合体を、例1に記載の手順により、次のものから調製した。1,3−シクロヘキサンジオール20.5グラム(176mmol);cis−exo−2,3−ノルボルナンジメタノール15.5グラム(99mmol);ジフェニルカーボネート56.6グラム(264mmol);水素化リチウム13.2mg(1.7mmol)。約28.1グラムのポリカーボネート共重合体を、約69%の収率で得た。このポリカーボネート共重合体は、Mが47,000、PDIが1.75であることが、GPCにより決定された。
例3
本発明の実施形態に係るポリカーボネート共重合体を、例1に記載の手順により、次のものから調製した。1,3−シクロヘキサンジオール19.2グラム(165mmol);cis−endo−2,3−ノルボルナンジメタノール14.5グラム(93mmol);ジフェニルカーボネート53グラム(248mmol);水素化リチウム10.1mg(1.3mmol)。約28.7グラムのポリカーボネート共重合体を、約76%の収率で得た。このポリカーボネート共重合体は、Mが38,000、PDIが1.61であることが、GPCにより決定された。
Figure 0006121562
Figure 0006121562
例4
撹拌子を備えた適切なサイズの反応容器に、5−exo−フェニル−cis−exo−2,3−ノルボルナンジメタノール10.0g(43mmol)、ジフェニルカーボネート9.2g(43mmol)および水素化リチウム1.3mg(0.16mmol)を仕込んだ。凝縮アーム(condensing arm)を組み立てて反応容器に取り付け、該容器および凝縮器を真空排気して窒素を再充填する操作を3回行った。反応フラスコを撹拌しつつ、窒素下において120℃の油浴温度で2時間加熱した。窒素源を取り除き、反応物を120℃で75Torrの部分真空に1時間供し、室温に冷却した。塩化メチレンとテトラヒドロフランとの混合物中のポリマー溶液を、純メタノールに滴下して沈殿させた。濾過し、動的真空乾燥機で乾燥した後、白色ポリマー9.1gを得た。ポリマーの特性は次のようにまとめられる:M=49k、PDI=2.0、T=115℃、Td50=284℃。
例5
例4と同様の装置および処理法を用い、この実験に使用するモノマーは5−exo−フェニル−cis−endo−2,3−ノルボルナンジメタノール5.0g(22mmol)およびジフェニルカーボネート4.6g(22mmol)である。使用する触媒、水素化リチウムは0.9mg(0.11mmol)である。塩化メチレンとテトラヒドロフランとの混合物にポリマーを溶解した溶液を、沈殿中に純粋なメタノールに滴下した。濾過し、動的真空乾燥機で乾燥した後、白色ポリマー4.7gを得た。ポリマー特性は次のようにまとめられる:M=38k、PDI=2.1、T=111℃、Td50=314℃。
Figure 0006121562
ケトプロフェン塩の光化学脱炭酸メカニズムは、DBUまたはDBNのプロトン化カチオンを有する光塩基発生剤において知られている(Journal of Photopolymer Science and Technology 2010,23(1),135-136、およびJournal of Photopolymer Science and Technology 2009,22(5),663-666参照)。光化学脱炭酸による塩基(例えばアミン)の発生の概念は20年以上にわたり確立されてきた(Journal of Photopolymer Science and Technology 1990,3(3),419-422および米国特許第5545509号明細書参照)。しかし、自発的な熱脱炭酸が進行しない分子があることも同様に当該技術分野において知られている(Journal of Photopolymer Science and Technology 2006,19(6),683-684およびJournal of Photopolymer Science and Technology 1999,12(2),315-316参照)。式1の構造体1および2が観察されることは、PT−393を紫外光の非存在下で加熱したときの化学イオン化によって確認されており、このことは同様の熱脱炭酸プロセスも起こることを示唆している。カルボキシレート基から二酸化炭素が生成するときにカチオンから水素が引き抜かれ、これによりリフロー中にその場(in-situ)で塩基1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エン(TBD,2)が放出される。
塩基2はPT−393から加熱時にしか発生しないため、室温でのPT−393のポリマー配合物は1カ月以上安定である。それは遊離酸または遊離塩基を含有せず、非腐食性の配合物である。リフロー時に発生する強塩基は、金属表面から酸化物や汚染物を除去することにより、はんだフラックス剤として作用する。強塩基はまた、当初ははんだ成分の固定(fixturing)に用いられた組成物のポリカーボネート(スキーム8b)部分の、塩基触媒による鎖切断および開裂(unzipping)を開始させる。上記ポリマーから生じる環式種は揮発性であり、230℃超の典型的なリフロー条件においてキャリア溶媒と一緒に気化する。γ−ブチロラクトン、アニソールおよびシクロペンタノンなどの典型的なキャリア溶媒の沸点は210℃未満である。PT−393は、TGAにおいて5%重量損失温度(Td5)が229℃という潜在性添加剤の特性を示し、リフロー条件下で完全に除去されると予想される。
例6:PT−393の調製
2−(3−ベンゾイルフェニル)プロピオン酸(ケトプロフェン、8.00g、31.5mmol)を、室温においてマグネチックスターラーで撹拌してTHF(100mL)に溶解した。1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エン(TBD、4.38g、31.5mmol)を乾燥粉末として、透明なTHF溶液にゆっくりと添加した。この添加中の温度上昇は、この時点での希釈レベルでは最小限である。この不均質な混合物を室温で12時間激しく撹拌した。その間に濁度は徐々に低下した。この反応混合物を、ガラスフリット上のCelite(登録商標)濾過助剤に通して濾過し、濾液をロータリーエバポレートにより濃縮して粘性油状物を得た。この油状物にジエチルエーテル(15mL)を添加し、30分間撹拌して未反応のケトプロフェンおよびTBDを除去した。上層をパスツールピペットで除去し、エーテル洗浄を2回繰り返した。最後の洗浄における上清を室温において密閉バイアル内で一晩保存したところ、mgスケールの白色結晶が生成した。この白色結晶は粗混合物と同様のH NMRを示した。この白色結晶を、後のバルク結晶化用の種晶として回収した。洗浄したバルク材料にTHF(30mL)を加え、均質になるまで撹拌した。このTHF溶液にジエチルエーテルを、追加の1滴のエーテルによって撹拌後にも溶液の濁りが解消しなくなる終点まで添加した。この終点において、透明なTHF/エーテル混合物に数個の種晶を加えた。室温で4時間後、小さい白色結晶の層が底部ガラス表面に形成された。この混合物を冷蔵庫に18時間保存した。白色結晶性物質をガラスフリットで濾過することにより回収し、2×5mLのジエチルエーテルで洗浄した。白色固体をオイルポンプ減圧(≦0.1Torr)下で12時間以上乾燥して痕跡量の残留溶媒を除去し、8.5g(69%)の白色固体を得た。これは目的物のPT−393であることがH NMRにより確認されている。
例7:exo−exo−2,3−ノルボルナンジカルボン酸無水物の合成
exo−,exo−2,3−ノルボルネンジカルボン酸無水物(94.4%、634.23g、3.87mol)を各約210gの部分に分割し、それぞれを音波処理と加熱により1.5〜1.7Lの酢酸エチルに溶解した。各部分を19LのParr反応器に加えた後、3×400mLの酢酸エチルですすいだ。使用した酢酸エチルの総量は5.9Lであった。Parr反応器は、上記酸無水物の再結晶を防ぐために30℃に予熱しておいた。5%Pd/C(50%湿潤品、21.48g)を加えた。反応器を密封した後、窒素で3回加圧した。次いで、水素で3回加圧およびフラッシュした。最後に、反応器を108psi水素まで加圧し、230rpmで撹拌した。19分後、上記混合物を17〜105psiに再充填した。4分後、反応は100psi水素で安定化した。混合物を100〜86psiおよび26〜31℃で一晩撹拌した。NMR分析により、もはやオレフィンが残存していないことが判明した。ジクロロメタン4リットルを反応混合物に加えた。反応器を排液した後、3×2000ml分量のジクロロメタンですすいだ。反応混合物および洗浄液をCeliteに通して濾過し、Pd/Cを含まない透明な濾液を得た。濾液を20〜70℃でロータリーエバポレートして、硬質の固体639g(収率99.5%)を得た。GC分析により、99.6%の全異性体純度について、exo型異性体98.7%、endo型異性体0.9%であることが判明した。
Figure 0006121562
例8:exo−,exo−2,3−ノルボルナンジメタノールの合成
撹拌機、滴下漏斗、窒素導入管付き凝縮器およびサーモウェルを備えた12Lの四口フラスコ内の無水エーテル4000mlに、水素化リチウムアルミニウムペレット(192.7g、5.08mol)を添加した。この混合物を一晩撹拌した。exo,exo−2,3−ノルボルナンジカルボン酸無水物(330.3g)をDrySolve THF850mlに溶解し、LAHスラリーに滴下して加えた。添加速度は、穏やかな還流(35℃以下)が維持されるように調節した。添加が完了したら、exo−,exo−2,3−ノルボルナンジカルボン酸無水物303.3gをDrySolve THF1000mlに溶解したものを、滴下漏斗に再充填した。この新しい溶液を、穏やかな還流(40.1℃)が維持されるように滴下して加えた。添加したexo,exo−2,3−ノルボルネンジカルボン酸無水物の総量は633.6g(3.81mol)であった。総添加時間は11時間であった。GC分析により転化率が95%であることが判明し、未反応の出発原料は検出されなかった。上記混合物を室温で一晩撹拌した。GC分析により、転化率が95.9%であることが示された。上記反応混合物を−12.4℃に冷却した後、835mlの水を滴下して加えた。80mlの水を添加した後、発熱が弱まったので、残りの水は素早く添加した。添加は、−12.4℃〜+12.4℃の温度範囲で、2時間20分後に完了した。MTBE(メチル−tert−ブチルエーテル)1.25Lを添加した。次いで、10%HSO水溶液1.05Lを添加して、リチウムとアルミニウムの塩を凝集分離した。エーテル−THF−MTBE相をデカントし、2×1Lの飽和食塩水で洗浄してキャリーオーバーの固体を除去し、pHを7にした。このエーテル溶液を硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過し、ロータリーエバポレートして油状物355.4(収率60%)を得た。GC分析により、ジメタノール(保持時間8.490分)97.0%および保持時間6.16分の未知成分2.3%であることがわかった。
飽和食塩水相からの有機相の分離は、懸濁した固体により不明瞭であった。飽和食塩水洗浄液を反応器に戻して残存する塩を流動化させた。次いで、反応フラスコをMTBEですすぎ、それを飽和食塩水混合物に添加し、十分に混合した。相分離は起こらなかった。飽和食塩水混合物を濾過してリチウムとアルミニウムの塩を除去した。これにより約1000mlの有機相が飽和食塩水相からきれいに分離された。この有機相を硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過し、ロータリーエバポレートして、149.9gのジメタノールを得た。GC分析により純度89.6%であり、主な不純物として保持時間がそれぞれ6.134分および7.222分であるものを2.7%および5.3%含むことがわかった。
固体を含まない飽和食塩水溶液を、MTBE400mlおよび800mlで抽出した。MTBE抽出物を硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過し、ロータリーエバポレートして、保持時間6.144分の不純物1.1%および保持時間7.279分の不純物6.6%を含むジメタノール25.8、92.1%を得た。
リチウムとアルミニウムの塩を2LのMTBEで洗浄した。MTBE抽出物を飽和食塩水でpH7まで洗浄し、その後、硫酸ナトリウムで乾燥し、デカントし、ロータリーエバポレータトして、ジメタノール22.1g、93%を得た。この試料は、それぞれ6.136分および7.269分の不純物を2.1%および15.1%含んでいた。これら最後の3つの抽出物を合わせて合計197.8gとし、上記の主要抽出物355.4gとは別に保存した。
抽出物355gを12インチのVigreauxカラムで減圧蒸留した。画分4〜7を合わせると、純度99.0%の生成物120gが得られた。画分8〜10を合わせると、純度99.5%の生成物157gが得られた。収率は47%であった。
配合例1:GBL中のPPC配合物
この一連の手順は、一般に、ポリマー溶媒を、アセトンから、ポリ(プロピレンカーボネート)と混和可能な任意のより高沸点の溶媒に交換するのに適用することができる。市販のポリ(プロピレンカーボネート)(PPC、ゲル浸透クロマトグラフィー測定に基づくM=40k)を、ポリマーのアセトン溶液の形態で得た。γ−ブチロラクトン(GBL)(451g)を、M=40kの市販のポリ(プロピレンカーボネート)のアセトン溶液(500g、36重量%)に加えた。溶媒の第1画分(221g)を、54℃の減圧(25mmHg)下でロータリーエバポレートにより留去した。溶媒の第2画分(281g)を、75℃の減圧(29mmHg)下でロータリーエバポレートにより留去した。残りのポリマー溶液のアセトン含有率は、ガスクロマトグラフィーにより報告可能な限界(0.05重量%)未満であることが判明した(アセトン含有率が報告可能な限界より高い場合には、ポリマー溶液中のアセトン含有率が報告可能な限界未満になるまで、溶媒の添加および気化のサイクルを繰り返した)。クリーンルーム環境内において最終ポリマー溶液を1μmカプセルに通して濾過し、パーティクルフリーの容器に入れた。容器に蓋をし、保存用の伸縮テープで密封した。樹脂含有率は、初期重量を測定したポリマー溶液試料から、Fisher Isotemp真空乾燥機を105℃で5時間使用して溶媒をすべて除去することにより求めた。最終的な固体ポリマーの重量を溶液の初期重量と比較して樹脂含有率を求めたところ、57重量%であることがわかった。粘度は、ブルックフィールド粘度計(Model DV I Prime)により測定し、20,000cPsであることがわかった。
配合例2:GBL中のTABG含有PPC
配合例1に記載のように溶媒交換した試料より低粘度の配合物は、一般に、粘性ポリマー試料を、典型的には添加剤が加えられたキャリア溶媒で希釈することにより調製される。一例として、熱活性化塩基発生剤であるPT−393(0.28g)をGBLに溶解した溶液(全溶液重量12.0g)を、例1に従って調製した試料溶液(19g、49重量%)に添加し、樹脂100部当たり3部(pphr)の熱活性化塩基発生剤を含む30重量%の配合物を得る。この配合物をローラーミキサーで12時間混合し、クリーンルーム環境内において0.2μmのカプセルに通して濾過し、パーティクルフリーの容器に入れる。容器に蓋をし、伸縮テープで密封する。
配合例2a:GBL中のTABGおよびギ酸含有PPC
ギ酸(FA)を含む配合物は、ギ酸を添加したこと以外は配合例2の手順と同様の手順で調製した。一例として、未希釈のFA(0.96g)を配合例2からのポリマー溶液に添加した。この溶液をローラーミキサーで12時間混合し、クリーンルーム環境内で0.2μmのカプセルに通して濾過してパーティクルフリーの容器に入れ、樹脂含有率が29重量%であって3pphrのPT−393と3重量%のFAとを含む配合物を得た。
配合例3〜31:配合されたPPCの熱重量分析
これらの例に係る配合物の調製方法は、配合例2の方法に類似している。この一連の例のすべてについて、収集したデータを下記の表3および3aに要約する。
各配合物において、キャリア溶媒はGBLであり、分子量40,000(40k)または160,000(160k)のNovomerポリプロピレンカーボネートを使用した。さらに、各配合物に使用した特定のTABG、およびポリマー100部当たりの部数(pphr)で示したその配合量を記載する。
配合完了後、それを4インチのシリコンウエハに1000rpmでスピンコートした。次いで、コートされたウエハを120℃で5分間ソフトベーク(soft-baked)して、厚み約5μmのフィルムを得た。得られた均一なウエハフィルムの一部を該ウエハから剥離し、秤量してアルミニウム皿に入れ(3mg)、動的熱重量分析を行った。フィルム材料を10℃/分の昇温速度で25℃から500℃まで加熱する一方、特定%の重量損失の時点での温度を記録する。50%重量損失温度(Td50)は154℃である。集めたTd50のデータを表3にまとめている。未配合のポリ(プロピレンカーボネート)のTd50は252℃である(例18および31も参照)。
Figure 0006121562
例18および31は、対照(control)として、TABGを添加しなかった例である。表に示されるように、これらの対照のTd50は、いずれも252℃であった。CXC−1761を使用したものを除くすべての配合物において、Td50の著しい低下が見られる。また、予測されたように、よりMの大きい各類似体のTd50がより高く、またよりTABGの配合量の多い類似体のTd50がより低いことがわかる。しかし、テトラエチルアンモニウム塩を含まない類似の試料と比較して、それぞれ少量のEtN OAc・4HOを添加した例7、9、22および24における劇的な効果は、予想外であった。
本発明のポリマー組成物実施形態は、有効温度に加熱すると分解し、残渣がほとんどまたは全く残らない犠牲材料であると予想されるため、表4にまとめられている以下の例では、種々の配合物の分解%を報告する。
配合例32〜53:配合されたPPCの熱分解
この一連の実施形態に係る配合物およびウエハフィルムの調製は、厚さ2μmのフィルムではスピンコートにおける回転速度を3000rpmに上げた他は、配合例3に記載のものに類似している。初期フィルム厚は形状計測(profilometry)により測定する。各試料をオーブン内で加熱することにより、ウエハフィルムを熱分解する。例番号の隣に記載されている文字は、その例に使用した加熱サイクルを示す。すなわち、「a」は2分以内に230℃に加熱した後、プレートをその温度でさらに2分間保持することを示し;「b」は240℃に加熱し、10分間保持することを示し;「c」は200℃に加熱し、10分間保持することを示す。各例について、ウエハをオーブンから取り出し、室温まで放冷した。その後、ウエハ上の残渣の厚み(残渣厚み)を測定し、残渣厚みとソフトベークした試料の初期フィルム厚との比から材料の分解%を算出した。初期フィルム厚にかかわらず、すべての例が90%超の分解を示した。これは、使用した分解サイクルは十分であり、微調整のための実験を少し行うだけでよいことを示唆している。
Figure 0006121562
配合例54〜78:PPC配合物のはんだフラックス評価
熱活性化塩基発生剤含有配合物を含むγ−ブチロラクトン中の配合物は、該配合物を、部分的に酸化した表面を有する銅基板(1.7cm×3.4cm)上に、27ゲージのニードルで別個のスポットとしてディスペンサー塗布したこと以外、配合例2の手順に従って調製した。銅基板上の各スポットの頂部に、はんだボール(Sn(99.3)Cu(0.7);直径610μm)を慎重に移した。その後、プレート全体をデバイスに載せ、加熱してはんだリフローの量を測定した。本発明のポリマー組成物の実施形態は、隣接する基板間のはんだによる相互接続を可能にするフラックス性の提供を目的としているので、前述の方法ではんだリフロー量を測定することにより、種々のTABG剤およびそれらの配合量を評価することができる。各例について、銅基板を2分以内に230℃に加熱し、その温度でさらに2分間保持した後、プレートを室温に戻した。慎重に配置されたはんだボールを有するプレートを移動させる間、ポリマー組成物の各スポットは、その上に配置されたはんだボールを所定の位置に保持していたことが観測された。したがって、上記組成物は粘着付与剤として有用であることが示された。リフロー後にはんだ材料の直径を測定した。対照としての例68および78は、実質的にはんだの広がりを示さなかった。また、TABGであるEtN OAc・4HOに関して、TABG配合量の少ない例66および69と、より配合量の多い例67および70との比較から、EtN OAc・4HOは、十分なはんだの広がりを達成するために比較的高いTABG濃度を要するものと思われる。また、表5から、ギ酸およびEtN OAc・4HOはいずれも、PT−393の添加剤としては、かかる添加剤を含まない類似の試料と比較して、それらの試料で観測されたはんだの広がりに対し、たとえ影響するとしても僅かであることがわかる。
Figure 0006121562
配合例79〜126:PPC配合物の貯蔵安定性
アニソール中にM40Kと160Kの両方のPPC Novomerポリマーを様々なTABGとともに含む配合物を、例2の方法で調製した。一例として、γ−ブチロラクトン中に添加剤として3pphrのPT−393を含むM=40kのポリ(プロピレンカーボネート)の配合物を調製し、そのM(貯蔵前)をGPCで測定する。この配合物を25℃で2週間保存し、M(貯蔵後)を測定する。表6に示すM比は、M(貯蔵後)/M(貯蔵前)により、0.99と決定されたものである。M比が0.95〜1.05の範囲内にあることは、貯蔵期間中、当該配合物が実験誤差の範囲内で安定であることを示す。表に示されるように、例95〜102の組成物の安定性は、TABGとしてPT−393を組み込んだ組成物の安定性に比べて、該組成物がギ酸を含むか否か(92、93)、またはEtN OAc・4HOの添加(80a、82a、113、116)にかかわらず、著しく低いことが判明した。貯蔵安定性データのリストを表6にまとめる。
Figure 0006121562
Figure 0006121562
配合例127〜129:ポリノルボルナンジオールカーボネート配合物のはんだフラックス評価
固体のcis−exo−2,3−ポリノルボルナンジメチルカーボネートポリマー(3.0g)をアニソールに溶解し、樹脂含有率30重量%のベースポリマー溶液10.0gを得る。表示のTABGを3.0pphrの配合量で含む表示のカーボネート配合物は、溶媒としてアニソールを用いた他は配合例2の手順に従って調製した。表に示されるように、配合例127〜129はそれぞれはんだリフローを示し、使用したTABGにフラックス作用があることがわかる。はんだフラックス性のデータのリストを表7にまとめる。
Figure 0006121562
配合例130〜131:配合されたポリノルボルナンジオールカーボネートの熱分解
配合例128および129のポリカーボネートの熱分解を評価した。この一連の実施形態におけるウエハフィルムの調製および熱分解測定は、厚さ3.9μmのフィルムを形成し、分解サイクル「a」のみを使用した他は、配合例31〜53について前述したように行った。熱分解データを表8にまとめる。
Figure 0006121562
配合例132〜133:配合されたポリノルボルナンジオールカーボネートの貯蔵安定性
添加剤を含むアニソール中の配合物は、配合例127〜129の方法に従って調製する。調製後、ポリマーのM(貯蔵前)をGPCで測定した。各配合物を65℃で1週間保存し、ポリマーのM(貯蔵後)を測定した。表9に示すM比は、M(貯蔵後)/M(貯蔵前)により、0.95と決定されたものである。M比が0.95〜1.05の範囲内にあることは、貯蔵期間中、当該配合物が実験誤差の範囲内で安定であることを示すものと考えられる。
Figure 0006121562
比較例
熱酸発生剤(TAG)、具体的には、DANFABA(ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート)を3.9pphrの配合量で含む、PPC(M=160,000)の配合物を調製した。DANFABAの式量は800である(一方、PT−393の式量は393である)ため、上記の配合量は、1.7pphrのPT−393を含むPPC配合物より約10%高い配合量である。このTAG含有配合物は、TGA分析においてTd50206℃を示した。一方、配合例20のTABG配合物(表3に示す)のTd50は188℃であった。
配合例20のTd50がTAG配合物のTd50より低いことから、TABGは、PPCの分解低減において、少なくともTAGと同様に有効であることは明らかであろう。
ポリオキサレートの例
適切なサイズおよび装備を備えた反応容器内において、無水THF(220mL)中にcis−p−メンタン−1,8−ジオール(15.47g、90mmol)およびピリジン(15.63g、198mmol)を含む溶液を0℃で激しく攪拌しつつ、ここに無水THF(80mL)中に塩化オキサリル(11.40g、90mmol)を含む溶液を滴下して加えた。塩化オキサリルの添加終了後、反応混合物を0℃でさらに60分間撹拌した。次いで、混合物の温度を室温まで上げ、続いて70℃で16時間還流した。懸濁した塩を濾過により除去し、濾液をメタノール−水混合物(MeOH:HO=1:5(体積比))に滴下した。沈殿したポリマーをメタノールで洗浄し、減圧乾燥して、M=33000、PDI=1.6、Td50=160℃の乾燥した白色ポリオキサレートポリマーを得た。このポリオキサレートポリマーの構造を下記に示す。
Figure 0006121562
配合例N1:GBL中のポリオキサレート配合物
ポリオキサレート(1.5g)をシンチレーションバイアルに入れて秤量した。市販の溶媒であるγ−ブチロラクトン(GBL)を、混合物の最終正味重量が5.0gになるようにポリマーに添加して、全固形分30%の溶液を得た。この溶液を、ローラーミキサーにより室温で12時間以上混合した。最終溶液は、使用する前に、0.2μmのフィルターディスクを通過させてパーティクルフリーの瓶に入れた。
配合例N2−N5:ポリオキサレート配合物のはんだフラックス評価
γ−ブチロラクトン(GBL)中に熱活性化塩基発生剤を含む配合物を、配合例N1の手順に従い、ただしローラーミキサーによる混合前に各例につき表X1に示す熱活性化塩基発生剤を添加して調製した。配合例54〜78の手順に従って、27ゲージのニードルを用いた配合物のディスペンサー塗布、および塗布されたスポット上へのはんだボールの移動を行った。この一連の例のすべてについて収集したデータを下記X1にまとめる。
Figure 0006121562
配合例N6−N8:配合されたポリオキサレートの熱分解
配合例N2〜N5の熱分解を評価した。この一連の例に係るウエハフィルムの調製および熱分解測定は、分解サイクル「a」のみを使用した他は、配合例32〜53について前述したように行った。熱分解データを表X2にまとめる。
Figure 0006121562
配合例N10−N14:ポリオキサレート配合物の貯蔵安定性
GBL中に添加剤を含む配合物は、ポリオキサレートポリマーの溶液を用いた他は配合例N2の方法に従って調製した。調製後、ポリマーのM(初期)をGPCで測定した。各配合物を25℃で4週間保存した後、該ポリマーのM(最終)を測定した。表X3にまとめたM比のデータは、M(最終)/M(初期)により決定したものである。M比が0.95〜1.05の範囲内にあることは、貯蔵期間中、当該配合物が実験誤差の範囲内で安定であることを示すものと考えられる。
Figure 0006121562
ジグリコール酸ポリエステルの例
無水THF(220mL)中にcis−p−メンタン−1,8−ジオール(24.80g、144mmol)およびピリジン(24.60g、311mmol)を含む溶液を0℃で激しく撹拌しつつ、ここに無水THF(80mL)中に塩化ジグリコリル(25.36g、148mmol)を含む溶液を滴下して加えた。すべて添加した後、反応混合物を0℃でさらに60分間撹拌した。次いで、温度を室温まで上げ、続いて70℃で72時間還流した。懸濁した塩を濾過により除去し、濾液をメタノール−水混合物(MeOH:HO=3:2 wt:wt)に滴下した。沈殿したポリマーをメタノールで洗浄し、40℃で18時間減圧乾燥して、M=6800、Td50=198℃の乾燥した白色ジグリコール酸ポリエステルを得た。このジグリコール酸ポリエステルの構造を下記に示す。
Figure 0006121562
配合例N15:GBLに溶解したジグリコール酸ポリエステルのはんだフラックス評価
γ−ブチロラクトン(GBL)中のポリマー配合物を、ジグリコール酸ポリエステル(0.45g)を用いて全固形分45%の溶液1.0gを得た他は配合例N1と同様にして調製した。この配合例N15では、他の添加剤は使用しなかった。配合例54〜78の手順に従って、32ゲージのニードルを用いた配合物のディスペンサー塗布、および塗布されたスポット上へのはんだボールの移動を行った。熱リフロー後、広がったはんだの直径は、1171μmであった。
配合例N16:ジグリコール酸ポリエステルの熱分解
ジグリコール酸ポリエステルの熱分解を評価した。ウエハフィルムおよび熱分解測定は、ソフトベーク温度を90℃とし、分解サイクル「a」のみを使用した他は、配合例32〜53について前述したように行った。初期フィルム厚2.3μmでは、熱分解(>99.8%分解)後、実質的に残渣は認められなかった。
以上より、本発明のポリマー組成物の実施形態が、本明細書に記載された方法での使用に有用であることがわかるであろう。本明細書で示したように、このようなポリマー組成物の実施形態における添加剤は、かかる添加剤を含まないポリマー組成物の分解温度を著しく低下させ、フラックス性を提供してはんだリフロープロセスによる電気的接続性を向上させ、優れた貯蔵性を示すことがわかる。さらに、ジグリコール酸ポリエステルを含むポリマー配合物の実施形態は、熱活性化塩基発生剤なしでも優れたはんだの広がりを示すことがわかるであろう。すなわち、このような実施形態はセルフフラックス性である。
さらに、ポリ(アルキレンカーボネート)とポリノルボルナンジオールカーボネートの両方を、適切な熱活性化塩基発生剤(TABG)を含む場合に粘着付与剤およびフラックス剤の両方として有用な犠牲ポリマー組成物を生成するために採用し得ることが理解されるであろう。さらにまた、このような適切なTABGの選択は、とりわけ、前述した2枚の基板間に有効なはんだ接続を形成するに十分な程度のはんだの広がりが提供されるように行い得ることがわかるであろう。さらに、上記適切なTABGは、所望されるまで、ポリマーの劣化、解重合または分解を起こしてはならない。表6および9に示す結果から、顕著な室温安定性を有するいくつかの犠牲ポリマー組成物を調製できることがわかるとともに、表4および8から、このような安定なポリマー組成物が実質的に完全に解重合およびまたは分解され得ることがわかる。本明細書にはこのようにTABGを含む犠牲ポリマー組成物および該犠牲ポリマーの実施形態が開示および記載されており、かかる犠牲ポリマーおよび組成物を本発明の実施形態として特許請求できることが理解されるであろう。
さらにまた、前述した本発明の犠牲ポリマー組成物の実施形態の使用方法として、有用なマイクロエレクトロニクスまたは光エレクトロニクスデバイスまたはその構造体を形成するために上記犠牲ポリマー組成物を使用する方法が提供されることがわかるであろう。前述のように、このようなデバイスを形成する本発明のいくつかの実施形態は、第1および第2の基板を用意する工程であって、各基板がそれぞれ複数の第1および第2金属バンプまたは接触構造体を備える工程を含む。第1の基板と第2の基板はそれぞれ、半半導体チップまたはダイなどのマイクロエレクトロニクスデバイスであって、これによりチップスタックが形成されるようになっていてもよく、または上記基板のうち1つが半導体チップであり、他方が「フリップチップ」アセンブリの形成に使用されるような基板であっていてもよいことが理解されるであろう。このような基板は、位置合わせされ、上記組成物の粘着性により互いに保持され、ここで前述の複数の金属バンプまたは構造体は、後に基板およびポリマー組成物を有効温度に加熱すると電気的接合がなされ得るように適切に配列され、このような配列に保持され、はんだはリフローして前述した電気的接合を可能とし、上記ポリマー組成物はフラックス性を提供して上記のような電気的はんだ接合を可能にしまたは促進し、前記ポリマー組成物はさらに解重合または分解して、前記第1の基板と第2の基板との間に残渣を実質的に残さない。
この明細書により、以下の事項が開示される。
(1) マイクロエレクトロニクスデバイスを基板に接合する方法であって、以下を含む方法:
第1表面を備える基板を用意すること、ここで前記第1表面は複数の第1の金属バンプを備える;
活性表面を備えるマイクロエレクトロニクスデバイスを用意すること;ここで前記活性表面は複数の第2の金属バンプを備え;前記複数の第1の金属バンプと前記複数の第2の金属バンプのうち少なくとも1つははんだを含む;
前記はんだの上に重ねて犠牲ポリマー組成物を配置すること、ここで前記ポリマー組成物はジグリコール酸エステルまたはジカルボン酸エステルに由来する繰返し単位を含む熱分解性ポリマーから選択され、前記ポリマー組成物は任意選択により熱活性化塩基発生剤を含み、前記熱活性化塩基発生剤は、式1、2または3から選択されるカチオンを含む
Figure 0006121562
(式中、各R は、独立して、水素、メチル基またはエチル基、直鎖、分岐鎖または環式C 〜C 12 アルキル基;窒素、酸素または硫黄から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有する直鎖、分岐鎖または環式C 〜C 12 ヘテロアルキル基;C 〜C 10 アリール基;窒素、酸素または硫黄から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有するC 〜C 10 ヘテロアリール基、から選択されるか;または、2つのR が任意の介在する原子と一緒になって前述した1以上の環式アルキル基またはヘテロアルキル基を形成し、式1においては少なくとも1つのR は水素である);
前記マイクロエレクトロニクスデバイスを前記基板に、前記第1の複数の金属バンプがそれぞれ第2の複数の金属バンプに位置合わせされるように提供すること;ここで前記ポリマー組成物は前記位置合わせを維持する;
前記第1の複数の金属バンプおよび前記第2の複数のバンプを、前記マイクロエレクトロニクスデバイスと前記基板とが電気的にかつ固定的に接合するように、前記はんだを溶融するのに十分な第1温度に加熱すること;ここで前記第1のポリマー組成物または前記第2のポリマー組成物はフラックス作用を提供する;および
前記ポリマー組成物を、前記犠牲ポリマーの熱分解を引き起こすのに十分な第2温度に加熱すること;
を含む、方法。
(2) 前記犠牲ポリマー組成物が、ジグリコール酸エステルに由来する繰返し単位を含む、上記(1)に記載の方法。
(3) 前記ジグリコール酸エステルが、二官能第三級アルコールに由来する繰返し単位を含む、上記(2)に記載の方法。
(4) 前記二官能第三級アルコールが、
Figure 0006121562
(式中、R 13 は直鎖または分岐鎖のC 〜C アルキレンから選択される)
からなる群から選択される、上記(3)に記載の方法。
(5) 前記ジグリコール酸エステルが、式
Figure 0006121562
(式中、nは約20以上である)
である、上記(2)に記載の方法。
(6) 前記犠牲ポリマー組成物が、ジカルボン酸エステルに由来する繰返し単位を含む、上記(1)に記載の方法。
(7) 前記ジカルボン酸エステルが、二官能第三級アルコールに由来する繰返し単位を含む、上記(6)に記載の方法。
(8) 前記二官能第三級アルコールが、
Figure 0006121562
(式中、R 13 は直鎖または分岐鎖のC 〜C アルキレンから選択される)
からなる群から選択される、上記(7)に記載の方法。
(9) 前記ジカルボン酸エステルが、式
Figure 0006121562
(式中、mは約100以上である)
である、上記(6)に記載の方法。
(10) 前記犠牲ポリマー組成物が、他の添加剤を含まない、上記(2)に記載の方法。
(11) 前記犠牲ポリマー組成物が、式1、2または3の添加剤として、テトラブチルアンモニウムアセテート(Bu NOAc)、テトラエチルアンモニウムトシレート(Et NOTs)、ピリジニウムトリフレート(PyHOTf)または式
Figure 0006121562
の化合物から選択される1以上の添加剤を含む、上記(6)に記載の方法。
(12) ジグリコール酸エステルまたはジカルボン酸エステルに由来する繰返し単位を含む熱分解性ポリマーと;
任意選択により、式1、2または3から選択されるカチオンを含む熱活性化塩基発生剤と
Figure 0006121562
(式中、各R は、独立して、水素、メチル基またはエチル基、直鎖、分岐鎖または環式C 〜C 12 アルキル基;窒素、酸素または硫黄から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有する直鎖、分岐鎖または環式C 〜C 12 ヘテロアルキル基;C 〜C 10 アリール基;窒素、酸素または硫黄から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有するC 〜C 10 ヘテロアリール基、から選択されるか;または、2つのR が任意の介在する原子と一緒になって前述した1以上の環式アルキル基またはヘテロアルキル基を形成し、式1においては少なくとも1つのR は水素である);
アセトフェノン、α−アンゲリカラクトン、γ−ブチロラクトン、酢酸n−ブチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、3−エトキシプロピオン酸エチル、乳酸エチル、2−ヘプタノン、メチルイソブチルケトン、γ−オクタノラクトンおよびこれらの組み合わせから選択されるキャリア溶媒と;
を含む、犠牲ポリマー組成物。
(13) 前記犠牲ポリマー組成物が、ジグリコール酸エステルに由来する繰返し単位を含む、上記(12)に記載の組成物。
(14) 前記ジグリコール酸エステルが、二官能第三級アルコールに由来する繰返し単位を含む、上記(13)に記載の組成物。
(15) 前記二官能第三級アルコールが、
Figure 0006121562
(式中、R 13 は直鎖または分岐鎖のC 〜C アルキレンから選択される)
からなる群から選択される、上記(14)に記載の組成物。
(16) 前記ジグリコール酸エステルが、式
Figure 0006121562
(式中、nは約20以上である)
である、上記(13)に記載の組成物。
(17) 前記犠牲ポリマー組成物が、ジカルボン酸エステルに由来する繰返し単位を含む、上記(12)に記載の組成物。
(18) 前記ジカルボン酸エステルが、二官能第三級アルコールに由来する繰返し単位を含む、上記(17)に記載の組成物。
(19) 前記二官能第三級アルコールが、
Figure 0006121562
(式中、R 13 は直鎖または分岐鎖のC 〜C アルキレンから選択される)
からなる群から選択される、上記(18)に記載の組成物。
(20) 前記ジカルボン酸エステルが、式
Figure 0006121562
(式中、mは約100以上である)
である、上記(17)に記載の組成物。
(21) 式1、2または3の添加剤として、テトラブチルアンモニウムアセテート(Bu NOAc)、テトラエチルアンモニウムトシレート(Et NOTs)、ピリジニウムトリフレート(PyHOTf)または式
Figure 0006121562
の化合物から選択される1以上の添加剤を含む、上記(12)に記載の組成物。
(22) ジグリコール酸エステルに由来する繰返し単位を含む熱分解性ポリマーと;
アセトフェノン、α−アンゲリカラクトン、γ−ブチロラクトン、酢酸n−ブチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、3−エトキシプロピオン酸エチル、乳酸エチル、2−ヘプタノン、メチルイソブチルケトン、γ−オクタノラクトンおよびこれらの組み合わせから選択されるキャリア溶媒と;
を含む、犠牲ポリマー組成物。
(23) 前記ジグリコール酸エステルが、式
Figure 0006121562
(式中、nは約20以上である)
である、上記(22)に記載の組成物。

Claims (5)

  1. ジグリコール酸と二官能第三級アルコールとのエステルであるジグリコール酸エステルに由来する繰返し単位を含む熱分解性ポリマーと;
    アセトフェノン、α−アンゲリカラクトン、γ−ブチロラクトン、酢酸n−ブチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、3−エトキシプロピオン酸エチル、乳酸エチル、2−ヘプタノン、メチルイソブチルケトン、γ−オクタノラクトンおよびこれらの組み合わせから選択されるキャリア溶媒と;
    を含む、犠牲ポリマー組成物。
  2. 前記二官能第三級アルコールが、
    Figure 0006121562
    (式中、R13は直鎖または分岐鎖のC〜Cアルキレンから選択される)
    からなる群から選択される、請求項に記載の組成物。
  3. 前記ジグリコール酸エステルが、式
    Figure 0006121562
    (式中、nは約20以上である)
    である、請求項に記載の組成物。
  4. 式1、2または3から選択されるカチオンを含む熱活性化塩基発生剤をさらに含有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の組成物。
    Figure 0006121562
    式中、各R は、独立して、水素、メチル基またはエチル基、直鎖、分岐鎖または環式C 〜C 12 アルキル基;窒素、酸素または硫黄から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有する直鎖、分岐鎖または環式C 〜C 12 ヘテロアルキル基;C 〜C 10 アリール基;窒素、酸素または硫黄から独立して選択される1〜4のヘテロ原子を有するC 〜C 10 ヘテロアリール基、から選択されるか;または、2つのR が任意の介在する原子と一緒になって前述した1以上の環式アルキル基またはヘテロアルキル基を形成し、式1においては少なくとも1つのR は水素である。)
  5. 前記式1、2または3の添加剤として、テトラブチルアンモニウムアセテート(BuNOAc)、テトラエチルアンモニウムトシレート(EtNOTs)、ピリジニウムトリフレート(PyHOTf)または式
    Figure 0006121562
    の化合物から選択される1以上を含む、請求項に記載の組成物。
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