JPH05295115A - Polyimide resin having low thermal expansion and production thereof - Google Patents

Polyimide resin having low thermal expansion and production thereof

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JPH05295115A
JPH05295115A JP10693292A JP10693292A JPH05295115A JP H05295115 A JPH05295115 A JP H05295115A JP 10693292 A JP10693292 A JP 10693292A JP 10693292 A JP10693292 A JP 10693292A JP H05295115 A JPH05295115 A JP H05295115A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermal expansion
imidization
diamine
dianhydride
diamino
Prior art date
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Pending
Application number
JP10693292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Sashita
暢幸 指田
Mitsuhiro Yamamoto
光弘 山本
Naoji Takeda
直滋 竹田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Publication date
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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To produce the subject resin which in a varnish state has already been oriented to some degree by reacting a specific diamine with a specific acid dianhydride and partially imidizing the resulting polymer to a specific degree. CONSTITUTION:A diamine ingredient consisting mainly of one or more of the diamines represented by formulae I, II, and III (wherein X, Y, and Z each is H, CH3, or C2H5) is reacted, with heating, with an acid ingredient consisting mainly of one or more of the acid dianhydrides represented by formulae IV, V, and VI. The polyaddition product is imidized to a degree of imidization of 5-30%, thereby giving the objective resin. The imidization is conducted at 50-120 deg.C for 1-24hr using N-methyl-2-pyrrolidone, for example, as a solvent, usually under anhydrous conditions preferably in an inert gas atmosphere. The resin is reduced in thermal expansion. It can be easily synthesized from inexpensive raw materials, and the thermal expansion of the resin can be controlled by changing the degree of imidization without changing the monomer composition.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子、多層配線基
板、マイクロエレクトロニクス素子などに用いられるポ
リアミド酸に関するもので、低熱膨張性に優れかつ安価
な原料で容易に合成が可能で、さらに原料組成を変更す
る事なくイミド化率を変化させる事により熱膨張性をコ
ントロールする事ができる低熱膨張性ポリイミド樹脂及
びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polyamic acid used in semiconductor devices, multilayer wiring boards, microelectronic devices, etc., which has excellent low thermal expansion and can be easily synthesized with inexpensive raw materials, and further has a raw material composition. The present invention relates to a low thermal expansion polyimide resin capable of controlling the thermal expansion property by changing the imidization ratio without changing the temperature and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体チップの微細化・大型化に伴い、
信頼性確保のためポリイミド樹脂コートは必須の技術と
なっている。しかし、ポリイミドコートを実施すると、
ポリイミドの熱膨張係数と下地になるシリコン等の無機
物や配線用のアルミ、銅等の金属との熱膨張係数が異な
る為、熱処理工程以降では熱応力が発生し、シリコンウ
エハが反ってしまったり、配線金属が断線する等信頼性
低下が生じ問題となっていた。これらは、ポリイミドの
みにかかわらず、有機ポリマーの熱膨張係数が大きい事
に起因する。そこで、最近、低熱膨張性を目指したもの
が発表されている。例えば特開昭60−32827号公
報、60−44338号公報、60−152786号公
報、60−208358号公報、60−243120号
公報、60−250031号公報、61−60725号
公報、60−210629号公報、60−210894
号公報、60−221426号公報、61−69833
号公報、64−33134号公報、特開平2−1539
34号公報、2−251584号公報などが挙げられ
る。これらは特定の原料を用いて低熱膨張性を賦与した
ものであるが、原料が極めて高価であったり、硬化工程
で配向処理をほどこす必要がある。ところが、後の場合
一定の基板上に塗布・硬化させるという延伸、配向がほ
とんど発生しない電子工学等で汎用な使用方法では大き
な熱膨張係数が生じ問題となっていた。
2. Description of the Related Art As semiconductor chips become finer and larger,
Polyimide resin coating is an essential technology for ensuring reliability. However, when the polyimide coating is carried out,
Since the thermal expansion coefficient of polyimide is different from that of the underlying inorganic material such as silicon and aluminum for wiring, and the metal such as copper, the thermal expansion coefficient is different from that of the heat treatment step, and the silicon wafer is warped, There was a problem in that reliability was lowered due to disconnection of the wiring metal. These are due to the large thermal expansion coefficient of the organic polymer regardless of the polyimide alone. Therefore, recently, those aiming at low thermal expansion have been announced. For example, JP-A-60-32827, 60-44338, 60-152786, 60-208358, 60-243120, 60-250031, 61-60725, 60-210629. Publication, 60-210894
No. 60-221426, 61-69833.
Japanese Patent Publication No. 64-33134, Japanese Patent Laid-Open No. 2-1539
No. 34, No. 2-251584, etc. are mentioned. Although these materials are provided with a low thermal expansion property by using a specific raw material, the raw material is extremely expensive and it is necessary to perform an alignment treatment in the curing step. However, in the latter case, a large thermal expansion coefficient has been a problem in a general use method such as electronic engineering in which stretching and orientation of coating and curing on a constant substrate hardly occur.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】先に本出願人が出願し
た特願平3−308951号において、ポリアミド酸組
成物の製造における反応温度について詳しく検討した結
果、50℃以上の反応では閉環イミド化が徐々に進行す
ることを新たに見いだした。一方120℃以上では閉環
より加水分解が優先して起こり分子量が著しく低下する
ことが判った。そこで50〜120℃で加熱しつつ撹拌
することにより、反応中の粘度を下げると共に、アミド
化反応と併行して部分的な閉環イミド化を起こす方法を
見出した。本発明は、特定のジアミンと特定の酸二無水
物を反応させ、更に部分イミド化を5〜30%に制御
し、ワニス状態で既に擬次的に配向させた低熱膨張性ポ
リイミド樹脂及びその製造方法を提供するものである。
DISCLOSURE OF INVENTION Problems to be Solved by the Invention In Japanese Patent Application No. 3-308951 filed by the present applicant, the reaction temperature in the production of the polyamic acid composition was examined in detail. I found that is gradually progressing. On the other hand, it was found that at 120 ° C. or higher, hydrolysis takes precedence over ring closure and the molecular weight is significantly reduced. Therefore, the inventors have found a method of lowering the viscosity during the reaction by heating and stirring at 50 to 120 ° C. and at the same time causing a partial ring-closing imidization in parallel with the amidation reaction. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is to react a specific diamine with a specific acid dianhydride, further control partial imidization to 5 to 30%, and have a pseudo low-expansion polyimide resin in a varnish state and its production. It provides a method.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、下記
式(1)で示されるジアミンと
That is, the present invention provides a diamine represented by the following formula (1):

【0005】[0005]

【化3】 (X、Y、ZはH、CH3、C25の中から選ばれ、同
一でも異なっていてもよい)
[Chemical 3] (X, Y and Z are selected from H, CH 3 and C 2 H 5 and may be the same or different)

【0006】下記式(2)で示される酸二無水物An acid dianhydride represented by the following formula (2)

【0007】[0007]

【化4】 [Chemical 4]

【0008】のそれぞれ1種以上の化合物を主成分と
し、重付加反応後のイミド化率が5〜30%である低熱
膨張性ポリイミド樹脂及びイミド化反応を50〜120
℃、1〜24時間行う低熱膨張性ポリイミド樹脂の製造
方法である。
A low thermal expansion polyimide resin containing at least one of the above compounds as a main component and having an imidization ratio after polyaddition reaction of 5 to 30% and an imidization reaction of 50 to 120.
This is a method for producing a low thermal expansion polyimide resin which is carried out at a temperature of 1 to 24 hours.

【0009】[0009]

【作用】本発明に使用する式(1)のジアミンは、パラ
結合で直鎖状に1〜3の芳香環が接続され、α、ω位の
両末端にアミノ基を有する構造で、X、Y、ZはH、C
3、C25の中から選ばれ、同一でも異なっていても
よい。又、1種類でも数種類を混合して用いてもかまわ
ない。更に密着性等の他特性とのバランスをとる為に、
若干量の他のジアミン類を併用する事もかまわない。
The diamine of formula (1) used in the present invention has a structure in which 1 to 3 aromatic rings are linearly connected by a para bond and has an amino group at both terminals of α and ω positions, and X, Y and Z are H and C
It is selected from H 3 and C 2 H 5 and may be the same or different. Further, one kind or a mixture of several kinds may be used. Furthermore, in order to balance with other characteristics such as adhesion,
It is also possible to use a small amount of other diamines together.

【0010】併用する他のジアミン類としては、1、4
−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサ
ン、m−フェニレン−ジアミン、1−イソプロピル−
2、4−フェニレン−ジアミン、4、4’−ジアミノ−
ジフェニルプロパン、3、3’−ジアミノ−ジフェニル
プロパン、4、4’−ジアミノ−ジフェニルエタン、
3、3’−ジアミノ−ジフェニルエタン、4、4’−ジ
アミノ−ジフェニルメタン、3、3’−ジアミノ−ジフ
ェニルメタン、4、4’−ジアミノ−ジフェニルスルフ
ィド、3、3’−ジアミノ−ジフェニルスルフィド、
4、4’−ジアミノ−ジフェニルスルホン、3、3’−
ジアミノ−ジフェニルスルホン、4、4’−ジアミノ−
ジフェニルエーテル、3、3’−ジアミノ−ジフェニル
エーテル、ベンジジン、3、3’−ジアミノ−ビフェニ
ル、3、3’−ジメチル−4、4’−ジアミノ−ビフェ
ニル、3、3’−ジメトキシ−ベンジジン、4、4’−
ジアミノ−p−テルフェニル、3、3’−ジアミノ−p
−テルフェニル、ビス(p−アミノ−シクロヘキシル)
メタン、ビス(p−β−アミノ−t−ブチルフェニル)
エーテル、ビス(p−β−メチル−δ−アミノペンチ
ル)ベンゼン、p−ビス(2−メチル−4−アミノ−ペ
ンチル)ベンゼン、p−ビス(1、1−ジメチル−5−
アミノ−ペンチル)ベンゼン、1、5−ジアミノ−ナフ
タレン、2、6−ジアミノ−ナフタレン、2、4−ビス
(β−アミノ−t−ブチル)トルエン、2、4−ジアミ
ノ−トルエン、2、6−ジアミノ−ピリジン、2、5−
ジアミノ−ピリジン、2、5−ジアミノ−1、3、4−
オキサジアゾール、1、4−ジアミノ−シクロヘキサ
ン、ピペラジン、メチレン−ジアミン、エチレン−ジア
ミン、プロピレン−ジアミン、2、2−ジメチル−プロ
ピレン−ジアミン、テトラメチレン−ジアミン、ペンタ
メチレン−ジアミン、ヘキサメチレン−ジアミン、2、
5−ジメチル−ヘキサメチレン−ジアミン、3−メトキ
シ−ヘキサメチレン−ジアミン、ヘプタメチレン−ジア
ミン、2、5−ジメチル−ヘプタメチレン−ジアミン、
3−メチル−ヘプタメチレン−ジアミン、4、4−ジメ
チル−ヘプタメチレン−ジアミン、オクタメチレン−ジ
アミン、ノナメチレン−ジアミン、5−メチル−ノナメ
チレン−ジアミン、2、5−ジメチル−ノナメチレン−
ジアミン、デカメチレン−ジアミン、1、10−ジアミ
ノ−1、10−ジメチル−デカン、2、11−ジアミノ
−ドデカン、1、12−ジアミノ−オクタデカン、1、
12−ジアミノ−オクタデカン、2、17−ジアミノ−
アイコサン、ジアミノシロキサン、2、6−ジアミノ−
4−カルボキシリックベンゼン、3、3’−ジアミノ−
4、4’−ジカルボキシリックベンジジン等が挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。また使用にあ
たっては、1種類でも2種類以上の混合物でもかまわな
い。
Other diamines to be used in combination are 1, 4
-Bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane, m-phenylene-diamine, 1-isopropyl-
2,4-phenylene-diamine, 4,4'-diamino-
Diphenylpropane, 3,3′-diamino-diphenylpropane, 4,4′-diamino-diphenylethane,
3,3'-diamino-diphenylethane, 4,4'-diamino-diphenylmethane, 3,3'-diamino-diphenylmethane, 4,4'-diamino-diphenyl sulfide, 3,3'-diamino-diphenyl sulfide,
4,4'-diamino-diphenyl sulfone, 3,3'-
Diamino-diphenyl sulfone, 4,4'-diamino-
Diphenyl ether, 3,3'-diamino-diphenyl ether, benzidine, 3,3'-diamino-biphenyl, 3,3'-dimethyl-4,4'-diamino-biphenyl, 3,3'-dimethoxy-benzidine, 4,4 '-
Diamino-p-terphenyl, 3,3'-diamino-p
-Terphenyl, bis (p-amino-cyclohexyl)
Methane, bis (p-β-amino-t-butylphenyl)
Ether, bis (p-β-methyl-δ-aminopentyl) benzene, p-bis (2-methyl-4-amino-pentyl) benzene, p-bis (1,1-dimethyl-5-)
Amino-pentyl) benzene, 1,5-diamino-naphthalene, 2,6-diamino-naphthalene, 2,4-bis (β-amino-t-butyl) toluene, 2,4-diamino-toluene, 2,6- Diamino-pyridine, 2,5-
Diamino-pyridine, 2,5-diamino-1,3,4-
Oxadiazole, 1,4-diamino-cyclohexane, piperazine, methylene-diamine, ethylene-diamine, propylene-diamine, 2,2-dimethyl-propylene-diamine, tetramethylene-diamine, pentamethylene-diamine, hexamethylene-diamine. 2,
5-dimethyl-hexamethylene-diamine, 3-methoxy-hexamethylene-diamine, heptamethylene-diamine, 2,5-dimethyl-heptamethylene-diamine,
3-methyl-heptamethylene-diamine, 4,4-dimethyl-heptamethylene-diamine, octamethylene-diamine, nonamethylene-diamine, 5-methyl-nonamethylene-diamine, 2,5-dimethyl-nonamethylene-
Diamine, decamethylene-diamine, 1,10-diamino-1,10-dimethyl-decane, 2,11-diamino-dodecane, 1,12-diamino-octadecane, 1,
12-diamino-octadecane, 2,17-diamino-
Eicosane, diaminosiloxane, 2,6-diamino-
4-carboxylic benzene, 3,3'-diamino-
Examples thereof include, but are not limited to, 4,4′-dicarboxylic benzidine and the like. In use, one kind or a mixture of two or more kinds may be used.

【0011】本発明に用いる式(2)の酸二無水物はピ
ロメリット酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物、ターフェニルテトラカルボン酸二無水物であ
り、芳香環が1〜3基直接接続される事で剛直な構造を
有する。又、上記酸二無水物は、1種類でも2種類以上
の混合でもかまわない。又、反応性等、その他の特性の
バランスをとる為、その他の酸二無水物を若干量併用使
用してもかまわない。
The acid dianhydride of the formula (2) used in the present invention is pyromellitic dianhydride, biphenyltetracarboxylic dianhydride, and terphenyltetracarboxylic dianhydride, each having 1 to 3 aromatic rings. It has a rigid structure by being directly connected. The acid dianhydride may be one kind or a mixture of two or more kinds. Further, in order to balance other characteristics such as reactivity, other acid dianhydride may be used in a slight amount in combination.

【0012】併用する他の酸二無水物としては、例えば
ベンゼン−1、2、3、4−テトラカルボン酸二無水
物、3、3’、4、4’−ベンゾフェノンテトラカルボ
ン酸二無水物、2、2’、3、3’−ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸二無水物、2、3、3’、4’−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物、ナフタレン−2、
3、6、7−テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン−
1、2、5、6−テトラカルボン酸二無水物、ナフタレ
ン−1、2、4、5−テトラカルボン酸二無水物、ナフ
タレン−1、4、5、8−テトラカルボン酸二無水物、
ナフタレン−1、2、6、7−テトラカルボン酸二無水
物、4、8−ジメチル−1、2、3、5、6、7−ヘキ
サヒドロナフタレン−1、2、5、6−テトラカルボン
酸二無水物、4、8−ジメチル−1、2、3、5、6、
7−ヘキサヒドロナフタレン−2、3、6、7−テトラ
カルボン酸二無水物、2、6−ジクロロナフタレン−
1、4、5、8−テトラカルボン酸二無水物、2、7−
ジクロロナフタレン−1、4、5、8−テトラカルボン
酸二無水物、2、3、6、7−テトラクロロナフタレン
−1、4、5、8−テトラカルボン酸二無水物、1、
4、5、8−テトラクロロナフタレン−2、3、6、7
−テトラカルボン酸二無水物、2、2−ビス(2、3−
ジカルボキシフェニル)−プロパン二無水物、2、2−
ビス(3、4−ジカルボキシフェニル)−プロパン二無
水物、ビス(2、3−ジカルボキシフェニル)エーテル
二無水物、ビス(3、4−ジカルボキシフェニル)エー
テル二無水物、ビス(2、3−ジカルボキシフェニル)
メタン二無水物、ビス(3、4−ジカルボキシフェニ
ル)メタン二無水物、ビス(2、3−ジカルボキシフェ
ニル)スルホン二無水物、ビス(3、4−ジカルボキシ
フェニル)スルホン二無水物、1、1−ビス(2、3−
ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1、1−ビス
(3、4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ベ
リレン−2、3、8、9−テトラカルボン酸二無水物、
ペリレン−3、4、9、10−テトラカルボン酸二無水
物、ペリレン−4、5、10、11−テトラカルボン酸
二無水物、ペリレン−5、6、11、12−テトラカル
ボン酸二無水物、フェナンスレン−1、2、7、8−テ
トラカルボン酸二無水物、フェナンスレン−1、2、
6、7−テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン−
1、2、9、10−テトラカルボン酸二無水物、シクロ
ペンタン−1、2、3、4−テトラカルボン酸二無水
物、ピラジン−2、3、5、6−テトラカルボン酸二無
水物、ピロリジン−2、3、4、5−テトラカルボン酸
二無水物、チオフェン−2、3、4、5−テトラカルボ
ン酸二無水物などがあげられるが、これらに限定される
ものではない。また、使用にあたっては、1種類でも2
種類以上の混合物でもかまわない。
Other acid dianhydrides used in combination include, for example, benzene-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 2,2 ', 3,3'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 2,3,3', 4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, naphthalene-2,
3,6,7-Tetracarboxylic acid dianhydride, naphthalene-
1,2,5,6-tetracarboxylic dianhydride, naphthalene-1,2,4,5-tetracarboxylic dianhydride, naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride,
Naphthalene-1,2,6,7-tetracarboxylic dianhydride, 4,8-dimethyl-1,2,3,5,6,7-hexahydronaphthalene-1,2,5,6-tetracarboxylic acid Dianhydride, 4,8-dimethyl-1,2,3,5,6,
7-hexahydronaphthalene-2,3,6,7-tetracarboxylic dianhydride, 2,6-dichloronaphthalene-
1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride, 2,7-
Dichloronaphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-tetrachloronaphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride, 1,
4,5,8-tetrachloronaphthalene-2,3,6,7
-Tetracarboxylic acid dianhydride, 2,2-bis (2,3-
Dicarboxyphenyl) -propane dianhydride, 2,2-
Bis (3,4-dicarboxyphenyl) -propane dianhydride, bis (2,3-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, bis (2, 3-dicarboxyphenyl)
Methane dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) methane dianhydride, bis (2,3-dicarboxyphenyl) sulfone dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) sulfone dianhydride, 1,1-bis (2,3-
Dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, 1,1-bis (3,4-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, berylylene-2,3,8,9-tetracarboxylic dianhydride,
Perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride, perylene-4,5,10,11-tetracarboxylic dianhydride, perylene-5,6,11,12-tetracarboxylic dianhydride , Phenanthrene-1,2,7,8-tetracarboxylic dianhydride, phenanthrene-1,2,
6,7-Tetracarboxylic acid dianhydride, phenanthrene-
1,2,9,10-tetracarboxylic dianhydride, cyclopentane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, pyrazine-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, Examples thereof include, but are not limited to, pyrrolidine-2,3,4,5-tetracarboxylic dianhydride and thiophene-2,3,4,5-tetracarboxylic dianhydride. In addition, when using one, two
It may be a mixture of more than one kind.

【0013】本発明における反応系の溶媒は、その官能
基がテトラカルボン酸二無水物又はジアミンと反応しな
い、ダイポールモーメントを有する有機極性溶媒であ
る。系に対しは不活性であり、生成物に対しては溶媒で
あること以外に、この有機極性溶媒は反応成分の少なく
とも一方の成分、好ましくは両者に対して溶媒でなけれ
ばならない。この種の溶媒として代表的なものは、N、
N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチルアセトア
ミド、N、N−ジエチルホルムアミド、N、N−ジエチ
ルアセトアミド、N、N−ジメチルメトキシアセトアミ
ド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルフォスホアミ
ド、N−メチル−2−ピロリドン、ピリジン、ジメチル
スルホン、テトラメチルスルホン、ジメチルテトラメチ
レンスルホン等があり、これらの溶媒は単独又は混合し
て使用される。この他にも溶媒として組合せて用いられ
るものとして、ベンゼン、ベンゾニトリル、ジオキサ
ン、ブチロラクトン、キシレン、トルエン、シクロヘキ
サノン等の非溶媒が、原料の分散媒、反応調節剤、ある
いは生成物からの溶媒の揮散調節剤、皮膜平滑剤等とし
て使用される。
The solvent of the reaction system in the present invention is an organic polar solvent having a dipole moment whose functional group does not react with tetracarboxylic dianhydride or diamine. Besides being inert to the system and being a solvent for the product, the organic polar solvent must be a solvent for at least one of the reaction components, preferably both. Typical solvents of this type are N,
N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylformamide, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethylmethoxyacetamide, dimethylsulfoxide, hexamethylphosphoramide, N-methyl-2-pyrrolidone , Pyridine, dimethyl sulfone, tetramethyl sulfone, dimethyl tetramethylene sulfone, etc., and these solvents may be used alone or as a mixture. Other non-solvents such as benzene, benzonitrile, dioxane, butyrolactone, xylene, toluene, and cyclohexanone that can be used in combination as a solvent are a dispersion medium of the raw material, a reaction regulator, or volatilization of the solvent from the product. Used as a regulator and film smoothing agent.

【0014】反応は、一般に無水の条件下で行なうこと
が好ましい。これはテトラカルボン酸二無水物が水によ
り開環し、不活性化し、反応を停止させる恐れがあるた
めである。このため、仕込原料中の水分も溶媒中の水分
も除去する必要がある。また、反応は不活性ガス雰囲気
中で行なうことが好ましい。これはジアミンの酸化を防
止するためである。不活性ガスとしては、一般に乾燥窒
素ガスが使用される。
The reaction is generally preferably carried out under anhydrous conditions. This is because the tetracarboxylic acid dianhydride may be ring-opened by water and may be inactivated to stop the reaction. Therefore, it is necessary to remove both the water content in the raw material and the water content in the solvent. Further, the reaction is preferably carried out in an inert gas atmosphere. This is to prevent oxidation of the diamine. Dry nitrogen gas is generally used as the inert gas.

【0015】加熱処理温度は50〜120℃が好まし
く、より好ましくは70〜90℃が適当である。50℃
以下ではイミド化の進行が非常に遅く好ましくない。ま
た120℃以上では閉環より加水分解が優先して起こ
り、分子量が著しく低下するので好ましくない。加熱処
理後のイミド化率は5〜30%が好ましい。より好まし
くは10〜20%が適当である。5%以下のイミド化率
では、目的とする低熱膨張性が得られず好ましくない。
30%以上のイミド化率では溶媒への溶解性が低下し、
保存安定性が低下するので好ましくない。又、部分イミ
ド化の方法としては、熱イミド化以外に酸無水物や塩基
性触媒を用い、化学イミド化もある。しかし、この方法
ではワニス中に上記の化学試薬が残存し、各種特性を低
下させるので好ましくない。なお、イミド化率の測定方
法は種々知られている。核磁気共鳴分光法(NMR
法)、フーリエ変換赤外分光法(FT−IR法)、直接
イミド閉環に伴う水分を定量する方法、カルボン酸の中
和滴定値から間接的に計算する方法がある。
The heat treatment temperature is preferably 50 to 120 ° C, more preferably 70 to 90 ° C. 50 ° C
In the following, the progress of imidization is very slow, which is not preferable. Further, at 120 ° C. or higher, hydrolysis takes precedence over ring closure, and the molecular weight remarkably decreases, which is not preferable. The imidation ratio after the heat treatment is preferably 5 to 30%. More preferably, 10 to 20% is suitable. If the imidization ratio is 5% or less, the desired low thermal expansion cannot be obtained, which is not preferable.
When the imidization ratio is 30% or more, the solubility in the solvent decreases,
It is not preferable because the storage stability is lowered. Further, as a method of partial imidization, in addition to thermal imidization, acid imidization or a basic catalyst is used, and there is also chemical imidization. However, this method is not preferable because the above-mentioned chemical reagents remain in the varnish and deteriorate various characteristics. Various methods for measuring the imidization ratio are known. Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR
Method), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR method), a method of directly quantifying water associated with imide ring closure, and a method of indirectly calculating from a neutralization titration value of carboxylic acid.

【0016】本発明におけるジアミンとテトラカルボン
酸二無水物との反応は、できる限り等モルで行なうこと
が好ましく、これにより重合度も大きくなる。いずれか
一方が5モル%以上多くなると、重合度が著しく低下
し、皮膜形成性の悪い低分子量物になるので好ましくな
い。通常、酸成分を1〜3モル%多く用いることが皮膜
特性を良くする上で好ましい。又、イミド化熱反応時間
は、1〜24時間が好ましい。より好ましくは2〜5時
間が良い。反応時間が1時間以下であると、条件の制御
が難しく再現性が得られ難い。24時間以上であると生
産性が低下し、好ましくない。
The reaction between the diamine and the tetracarboxylic acid dianhydride in the present invention is preferably carried out in an equimolar amount as much as possible, which also increases the degree of polymerization. If either one exceeds 5 mol%, the degree of polymerization is remarkably reduced, and a low molecular weight product having poor film-forming properties is obtained. Usually, it is preferable to use 1 to 3 mol% of an acid component in order to improve the film characteristics. The imidization heat reaction time is preferably 1 to 24 hours. More preferably, 2 to 5 hours are good. When the reaction time is 1 hour or less, it is difficult to control the conditions and it is difficult to obtain reproducibility. If it is 24 hours or more, the productivity is lowered, which is not preferable.

【0017】本発明の方法により製造されたポリイミド
樹脂は、使用にあたって各種のシランカップリング剤、
ボランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、
アルミニウム系カップリング剤その他キレート系の接着
性・密着性向上剤や各種溶剤、フローエージェントを加
えてもよく、またこれらに加えて通常の酸硬化剤、アミ
ン硬化剤、ポリアミド硬化剤及びイミダゾール、3級ア
ミン等の硬化促進剤の少量を加えてもよく、またゴムや
ポリサルファイド、ポリエステル、低分子エポキシ等の
可撓性賦与剤及び粘度調節剤、タルク、クレー、マイ
カ、長石粉末、石英粉末、酸化マグネシウム等の充填
剤、カーボンブラック、フタロシアニンブルー等の着色
剤、テトラブロモフェニルメタン、トリブチルフォスフ
ェート等の難燃剤、三酸化アンチモン、メタ硼酸バリウ
ム等の難燃助剤の少量を加えてもよく、これらを添加す
ることにより多くの用途が開かれる。
The polyimide resin produced by the method of the present invention contains various silane coupling agents,
Borane coupling agent, titanate coupling agent,
Aluminum-based coupling agents and other chelate-based adhesion / adhesion improving agents, various solvents, and flow agents may be added. In addition to these, usual acid curing agents, amine curing agents, polyamide curing agents and imidazole, 3 A small amount of a curing accelerator such as a primary amine may be added, and a flexibility imparting agent and a viscosity modifier such as rubber, polysulfide, polyester, and low molecular weight epoxy, talc, clay, mica, feldspar powder, quartz powder, oxidation Fillers such as magnesium, carbon black, colorants such as phthalocyanine blue, tetrabromophenylmethane, flame retardants such as tributyl phosphate, antimony trioxide, may be added a small amount of flame retardant aids such as barium metaborate, The addition of these opens up many applications.

【0018】[0018]

【実施例】以下本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例1 パラフェニレンジアミン108g(1mol)と3、
3’、4、4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
294g(1mol)をN−メチル−2−ピロリドン中
30℃で2時間反応後、90℃で2時間、加熱反応し
た。得られたポリアミック酸中のイミド化率は 1H−N
MRより18%である事が判った。このワニスを500
μm厚の5インチシリコンウエハ上にスピンナーを用い
硬化後10μmになるように塗布した。塗布後、オーブ
ンにて150℃で30分、350℃で30分硬化させ
た。硬化させたポリイミド付ウエハの反り量を表面粗さ
計を用い測定したところ、1.5μmと少なく良好な値を
示した。又、このウエハから2%のフッ酸をもちいポリ
イミド膜を剥離し、TMA(熱機械分析)により線膨張
係数を測定したところ、2.3PPMと低い事が判っ
た。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. Example 1 108 g (1 mol) of paraphenylenediamine and 3,
294 g (1 mol) of 3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride was reacted in N-methyl-2-pyrrolidone at 30 ° C. for 2 hours and then heated at 90 ° C. for 2 hours. The imidation ratio in the obtained polyamic acid was 1 H-N
It was found to be 18% from MR. 500 this varnish
A 5-inch silicon wafer having a thickness of μm was coated with a spinner so as to have a thickness of 10 μm after curing. After the application, it was cured in an oven at 150 ° C. for 30 minutes and 350 ° C. for 30 minutes. When the amount of warpage of the cured wafer with polyimide was measured by using a surface roughness meter, it was as small as 1.5 μm and showed a good value. Further, when the polyimide film using 2% hydrofluoric acid was peeled from this wafer and the linear expansion coefficient was measured by TMA (thermo-mechanical analysis), it was found to be as low as 2.3 PPM.

【0019】実施例2〜8 表1に示す配合及び反応条件に従い、実施例1と同様に
して反応させ、ポリアミック酸を得、実施例1と同様に
評価した。評価結果を表1に示す。硬化後のウエハの反
り量及びTMAから求めた線膨張係数は、いずれも良好
な値を示した。
Examples 2 to 8 According to the formulations and reaction conditions shown in Table 1, a reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a polyamic acid, which was evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1. The warp amount of the cured wafer and the linear expansion coefficient obtained from TMA both showed good values.

【0020】比較例1 実施例1のパラフェニレンジアミンを4、4’−ジアミ
ノジフェニルエーテル200g(1mol)に変更した
以外は、実施例1と同様に反応させ、実施例1と同様に
評価した。得られたポリアミック酸のイミド化率は23
%であった。しかし硬化後のウエハの反り量は34μm
で大きいことがわかった。さらにTMAから求めた線膨
張係数は36PPMと高く実用性の低いことがわかっ
た。評価結果を表2に示す。
Comparative Example 1 The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of paraphenylenediamine in Example 1 was changed to 200 g (1 mol) of 4,4′-diaminodiphenyl ether, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The imidation ratio of the obtained polyamic acid was 23.
%Met. However, the amount of warp of the cured wafer is 34 μm
It turned out to be big. Further, it was found that the linear expansion coefficient obtained from TMA was as high as 36 PPM and the practicality was low. The evaluation results are shown in Table 2.

【0021】比較例2〜5 表2の配合及び反応条件に従い、実施例1と同様にして
反応させ、ポリアミック酸を得、実施例1と同様に評価
した。評価結果を表2に示す。硬化後のウエハの反り量
及び線膨張係数のいずれも実用性の点で問題があった。
比較例3では、あまりにも粘度が高く作業性が悪かっ
た。又ポリアミド酸のアミック化率は検出限界外であっ
た。比較例4も比較例3と同様に、粘度が高く作業性が
悪かった。比較例5は反応中に結晶が折出し、ゲル状に
なり評価できなかった。
Comparative Examples 2 to 5 Polyamic acids were obtained by reacting in the same manner as in Example 1 according to the formulation and reaction conditions in Table 2 and evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2. Both the amount of warp and the coefficient of linear expansion of the cured wafer had problems in terms of practicality.
In Comparative Example 3, the viscosity was too high and the workability was poor. The amicidation rate of polyamic acid was outside the detection limit. In Comparative Example 4, as in Comparative Example 3, the viscosity was high and the workability was poor. In Comparative Example 5, the crystals were broken out during the reaction and became gel-like and could not be evaluated.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】[0023]

【表2】 [Table 2]

【0024】[0024]

【発明の効果】特定のジアミンと特定の酸二無水物を選
択、さらにポリアミド酸の合成に際し、加熱部分閉環イ
ミド化し、そのイミド化率を5〜30%に制御する事
で、ワニス状態で既に剛直構造が生じ、擬次的な配向が
生じる事を見い出した。この為、シリコンウエハ等の基
板に塗布、硬化するという、配向、延伸のほとんど発生
しない工業的に汎用に行なわれる使用方法において、容
易に低熱膨張性のポリイミド膜を作成できるようになっ
た。さらに、イミド化率を加熱反応条件により変化させ
る事で、硬化膜の熱膨張係数を制御させる事が可能とな
った。この為、従来では不可能であった同一原料で異な
った熱膨張係数のポリイミド膜が作成でき、種々の下地
となる無機、金属材料にあった熱膨張係数を極めて容易
に一致させる事が初めてできるようになった。
EFFECTS OF THE INVENTION By selecting a specific diamine and a specific dianhydride, and further, in the synthesis of a polyamic acid, a heating partial ring closure imidization is performed, and the imidization rate is controlled to 5 to 30%, so that the varnish state is already obtained. We have found that a rigid structure occurs and a pseudo-orientation occurs. For this reason, it has become possible to easily form a polyimide film having a low thermal expansion coefficient in an industrially general-purpose use method in which orientation and stretching hardly occur such as coating and curing on a substrate such as a silicon wafer. Furthermore, it became possible to control the thermal expansion coefficient of the cured film by changing the imidization ratio depending on the heating reaction conditions. For this reason, polyimide films with different thermal expansion coefficients can be created with the same raw material, which was impossible in the past, and it is possible for the first time to match the thermal expansion coefficients of various underlying inorganic and metallic materials very easily. It became so.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】下記式(1)で示されるジアミンと 【化1】 (X、Y、ZはH、CH3、C25の中から選ばれ、同
一でも異なっていてもよい)下記式(2)で示される酸
二無水物 【化2】 のそれぞれ1種以上の化合物を主成分とし、重付加反応
後のイミド化率が5〜30%であることを特徴とする低
熱膨張性ポリイミド樹脂。
1. A diamine represented by the following formula (1): (X, Y and Z are selected from H, CH 3 and C 2 H 5 and may be the same or different) The acid dianhydride represented by the following formula (2): A main component of each of which is one or more compounds, and the imidization ratio after the polyaddition reaction is 5 to 30%.
【請求項2】イミド化反応を50〜120℃、1〜24
時間行うことを特徴とする請求項1記載の低熱膨張性ポ
リイミド樹脂の製造方法。
2. The imidization reaction is carried out at 50 to 120 ° C. for 1 to 24
The method for producing a low thermal expansion polyimide resin according to claim 1, which is carried out for a period of time.
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