JPH05506042A - フッ素ポリ(アリーレンエーテル) - Google Patents

フッ素ポリ(アリーレンエーテル)

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 フッ素化ポリ(アリーレンエーテル) 発明の背景 本発明は、ミクロ電子物品において誘電体として有用な新規フッ素化芳香族ポリ エーテルに関する。
ポリマーフィルムおよびコーティングはしばしば電子工業において、特にマルチ チップモジュールなどの集積回路装置において絶縁材料およびパッシベーション 層としてとして用いられる。低い誘を率εを有するポリマーは、これによって絶 縁された要素は回路密度が高くなるようにデザインでき、高速で、シグナルブロ ードニングがほとんどなく操作できるので、好ましい。多層集積回路物品の性能 に及ぼすεの影響は、「マイクロエレクトロニクス・パッケージング・ハンドブ ック(Microelectronics Packaging Handbo ok)J、チュマラ(T ummala)ら編、687〜692頁、ファン・ノ ーストランド・ラインホルト(van No5trandReinho1d)社 刊;ワタリ(Watari)ら、米国特許第4.744,007号(1988) :およびブッデ(B udde)ら、米国特許第4.732.843号(198 8)に記載されている。
ポリイミドはその優れた機械的および熱的性質、および薄膜およびコーティング への加工適性のために、多くの電子的用途に用いられる絶縁体である。しかし、 ポリイミドは比較的高いεを有し、これはポリイミドの湿潤な環境中で水分を吸 収しやすい傾向(最高3〜4%まで)により示される制限である。吸水によりε は上昇し、性能が低下する。ある市販のポリイミドは相対湿度0%(%RH)で εが約3.2であり、これは60%RHで約3.8まで上昇する。デントン(D enton)ら、ジャーナル・オブ・エレクトロニック・マテリアルズ(J。
E 1ectranic Mater、 ) 14 (2)、119(1985 )に示されるように、ポリイミドの吸湿は、絶縁体の導電率の増加、接着性の損 失、または腐食により性能に悪影響を与える。更に、ある種のポリイミドは加水 分解および/または溶媒により攻撃されやすい(溶媒にさらされて起こるひびわ れまたは亀裂により示される)。
マーサー(Mereer)、米国特許第4,835,197号(1989)にお いてアセチレン、マレイミド、またはビニル末端を有する硬化剤で硬化させるこ とにより、ポリイミドの耐溶媒性を改善することが提案されている。しかし、そ のように硬化されたポリイミドはかなり高い誘電率および吸湿する傾向を有する 。
本発明者のひとりは誘電体材料としてビナフチル基を有するフッ素化ポリマーを 用いることを提案した。
ポリキノキサリン、ポリキノザロン、ポリベンゾオキサゾール、およびそれとポ リイミドとのコポリマーも、ラバディー(Labadie)ら[サンペ・ジャー ナル(SAMPE J、)、25巻、18〜22頁(1989年、11月/12 月)により起生形電子用途のポリマーとして提案されている。
ケルマン(Kellman)ら、ニーシーニス・シンポジウム・シリーズ(AC 5Symp、 Ser、)326、フェーズ・トランスファー”キャタリシス( P haseTransfer Catalysis)、128頁(1987) には、ジフェノールおよびヘキサフルオロベンゼンおよびデカフルオロビフェニ ルからのポリエーテルの調製法が開示されているが、このようにして調製された ポリマーに関しての実用性は開示されていない。同様のことが、ケルマン(Ke llman)ら、ポリマー・プレブリンツ(Polym、Prepr、)、22 (2)、383(191N>およびゲルビ(Gerbi)ら、ジャーナル・オブ ・ポリマー・サイエンス・シリーズ・エディシコン(J。
Polym、Sci、Po1yt Letters Ed、)、23.551( 1985)に開示されている。
本発明は、電子物品において誘電体材料として特に適したフッ素化ポリ(アリー レンエーテル)を提供する。本発明のポリマーは低い誘電率を有し、誘電率は周 囲湿度の増加によりほとんど影響を受けず、耐溶媒性にすることができ、それ自 身および他の被着体に対して優れた付着性を示す。
発明の要旨 本発明は、 一〇(CsHs)z−1−(CF z)+−g−1または(ここで、−Y−は− O−または直接結合である)提供する。
好ましくは、−W−は、 (式中、−A、p、−Z−1m、−X、qおよびnは前記定義のとおりである) の繰り返し単位を有するフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)に相当する。更に 、−Z−基は好ましくはベンゼン環の各エーテル性酸素に対してバラ位に結合す る。
このフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)は、多層相互接続、集積回路チップお よびマルチチップモジュールにおいて誘電体材料として、チップ用保護材料とし て、および回路板の誘電体材料として用いることができる。
図面の簡単な説明 Slaは、中間層誘電体が本発明のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)である 多層相互接続を有するマルチチップモジュールを示す。第1b図は、多層相互接 続の断面を示す。
図2は、中間層誘電体が本発明のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)である多 層相互接続を有する集積回路チップの断面図を示す。
図3は、本発明のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)のコーティングで保護さ れた集積回路チップの断面図を示す。
図3aは基板がフッ素化ポリ(アリーレンエーテlりから作られたものである回 路板の断面図を示す。
図4は、本発明のポリマーの誘電率と本発明によらない比較ポリマーの誘電導を 比較する。
好ましい態様の説明 本発明のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)はジフェノール(1)とフッ素化 モノマー(II)との縮合重合により!Ji製できる;■ (勇 前式中、−W−5−x、qおよびnは前記定義と同じ意味を有する。適したシフ ;ノール(1)としては、4.4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフ ェノール、4.4’−(イソプロピリデン)−ジ(2,6−シフチルフエノール )、4.4’−(1−フェニルエチリデン)ビスフェノール、9.9’−ビス( 4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、1.5−ジヒドロキンナフタレン、2. 7−ジヒドロキシナフタレン、レゾルシノールおよび4,6−ジクロロレゾルシ ノールが挙げられ、−W−が、事 であるフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)llり返し単位に相当する。
好ましいジフェノール(I)としては、4.4’−(ヘキサフルオロイソプロピ リデン)ジフェノール、9.9’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン 、およびl。
5−ジヒドロキシナフタレンが挙げられる。
適したフッ素化モノマー(II)としては、ヘキサフルオロベンゼン、デカフル オニ ロビフェニル、ペンタフルオロベンゼン、オクタフルオロトルエン、1. 4−ジブロモテトラフルオロベンゼン、クロロペンタフルオロベンゼン、アリル ペンタフルオロベンゼン、および2.2’、 3.3’、 5.5’、 6.6 °−オクタフルオロビフェニルが挙げられ、 好ましいフッ素化モノマーとしては、ヘキサフルオロベンゼンおよびデカフルオ ロビフェニルが挙げられる。
当技術での通例に反して、モノマー(II)中の芳香環の完全なフッ素置換は充 分な重合に必要ではなく、ペンタフルオロベンゼン、オクタフルオロトルエン、 1゜4−ジブロモテトラフルオロベンゼンおよびクロロペンタフルオロベンゼン のよの溶媒コーティング操作のための溶液の調製を容易にするために、若干理論 量より過剰のいずれかのモノマーを用いて分子量を調整することができる。
アルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩、または水酸化物等の塩基を重合混合物に添 加してフェノキシ基を対応フェノキシトに転換する。炭酸ナトリウムまたはカリ ウムが好ましい。N、N−ジメチルアセトアミド、N、N−ジメチルホルムアミ ド、または1−メチル−2−ピロリジノン等の極性の非プロトン性溶媒を用いる 。このような溶媒の使用は、より有害で水に溶解しないため、重合混合物の水で はなくO℃〜約125℃の温度が通常適しており、約60〜約90℃の温度が特 に好ましい。反応時間は典型的には約10〜約72時間である。
以下に示す繰り返し単位が好ましL) ポリマーは、前記のうちのINのような単一の繰り返し単位から本質的になるホ モポリマーであってよい。あるいは、本発明の繰り返し単位と、本発明の他の繰 り返し単位または異なる種類の繰り返し単位との組み合わせからなるコポリマー であってもよい。フッ素化ポリ(アリーレンエーテル)コポリマーは、例えばコ モノマーとして2種の異なるジフェノール(I)、またはコモノマーとして2種 の異なるフッ素化モノマー(II)を用いて製造することができる。好ましいコ ポリマーは繰り返し単位(A)および(N)を有する:他の好ましいコポリマー は繰り返し単位(A)および(D)を有する。更に別の好ましいコポリマーは繰 り返し単位(A)および(0)を有する:更に他の好ましいコポリマーは繰り返 し単位(A)および繰り返し単位(P)または(Q)のいずれか、あるいは繰り 返し単位(D)および(Q)を有する:本発明の繰り返し単位が他の種類のポリ マー(すなわちフッ素化されていないポリ(アリーレンエーテル)のポリマー) の繰り返し単位と結合しているコポリマーにおいて、最低60モル%、より好ま しくは最低80モル%の繰り返し単位が本発明のフッ素化芳香族エーテル繰り返 し単位であるのが好ましい。コポリマーは交互、ランダム、またはブロックコポ リマーであってよい。
図1aは、本発明のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)を用いたマルチチップ モジュール1を示す。基板2は、典型的にはシリコン、ガラスまたはセラミック からできており、種々の眉間に絶縁を与える誘電体材料がフッ素化ポリ(アリー レンエーテル)である高密度多層相互接続3を支持する。相互接続3上には半導 体チップ4a〜dが配置され、該チップは相互接続3中の導体により互いに接続 されている。基板1も例えば電力および接地用導体を有する。リードフレーム5 (W!単のためにじだけ番号を付けである)は外部の回路との接続を与える。
図1bは、基板2上に支持されている多層相互接続3の部分的な断面図を示す。
電気接続層10a〜Cはフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)誘電体12により 互いに分離されている。バイア(via) 11は必要に応じて種々の眉間の接 続を与える。相互接続3はボンドパッド13により集積回路チップ(図示せず) に接続されている。バイア11はこの図においてはスタックドピラー型で示しで あるが、階段状またはネスト状型などの当業界で通常の他の型も用いられる。本 発明のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)が中間層誘電体として用いられる他 のデザインのマルチチップモジュールはプレイド(Blade)、 rオーバー ビュー・オブ・マルチチップ・テクノロジー(Overview of Mul tichip Technology)J、エレクトロニック・マテリアルズ+ ハンドブック(E 1ectronic MaterialsHandbook )、 vol、 1.パッケージング・ニーニスエム・インターナショナル(P ackaging A SM I nternational)、297〜31 2頁(1989)に開示されている。その開示は本明細書の一部を構成する。
フッ素化ポリ(アリーレンエーテル)は単一の集積回路チップと組み合わせた相 互接続中、中間層誘電体として用いることもできる。図2は、この態様の断面図 である。集積回路チップ15はその表面に複数のポリ(アリーレンエーテル)誘 電体層16および複数の金属導体層17を有する。
本発明のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)は更に集積回路チップ上にアルフ ァー粒子に対する保護のための保護層としても用いることができる。半導体装置 はパッケージング中の微量の放射性異物からアルファー粒子が放出された場合、 または他の付近の物質が活性表面を刺激した場合にソフトエラーを起こしやすい 。
第3図はフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)の保護層を有する集積回路の概略 図である。集積回路チップ25が基板26上に配置され、接着剤27によりその 位置に固定されている。フッ素化ポリ(アリーレンエーテル)のコーティング2 8はチップ25の活性表面のアルファー粒子保護層となる。必要ならば、例えば エポキシまたはシリコーンでできたエンキャプスラント29によりさらに保護し てもよい。導体30は基板26上のチップ25と導体(図示せず)の間ならびに 外部回路と接続する。
フッ素化ポリ(アリーレンエーテル)は、回路板(プリント基板またはPWBと も言う)中の基板(誘電体材料)として用いることもできる。図3aはその表面 に導体37のパターンを有する基板36からできた回路板35の断面図を示す。
基板36は本発明のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)からできている。基板 36はガラスクロス等の非導電性繊維織物で強化されてもよい。図3aにおいて 、回路板は片面型として表示しているが、当業者には理解できるように、フッ素 化ポリ(アリーレンエーテルり基板において両面型または多層型等の他の構造を 作ることもできる。
フッ素化ポリ(アリーレンエーテル)のフィルムまたはコーティングは、スプレ ー法、スピンコーティング法、またはキャスティング法などの溶液法により形成 することができるが、スピンコーティング法が好ましい。好ましい溶媒は、2− エトキシエチルエーテル、シクロヘキサノン、N、N−ジメチルホルムアミド、 N、N−ジメチルアセトアミド、メチルイソブチルケトン、2−メトキンエチル エーテル、5−メチル−2−ヘキサノン、γ−ブチロラクトン、およびそれらの 混合物である。典型的には、コーティングの厚さは、約3〜約15μである。
ポリマー技術で公知のごとく、安定剤、難燃剤、顔料、可塑剤、界面活性剤など のような添加物を用いて特定の目的とする特性を向上したり付与したりすること ができる。相溶性または非相溶性ポリマーを混合して所望の性質を得ることがで きる。
超小型電子用に用いられるポリマーは望ましくは低レベル(一般に20ppm未 満)のイオン性不純物を含有する。ポリマーが遷移金属試薬または触媒を必要と する合成経路で製造される場合、充分な遷移金属残留物の除去は困難である。本 ポリマーの利点は、遷移金属種を要しない経路で製造でき、炭酸カリウム(また はナトリウム)試薬およびフッ化カリウム(またはナトリウム)副生物が容易に 除去できることである。
フッ素化ポリ(アリーレンエーテル)は良好な高温安定性を示す。例えばポリマ ー(A)は、TGAにより空気中500℃で最初の重量損失を示す。しかしフン 素化ポリ(アリーレンエーテル)は、大量のゲル化物質の生成によって示される よう300℃以上の温度で空気中で加熱すると思いがけなく架橋する。好ましく は架橋温度は約300〜約425℃の間である。酸素の存在は架橋反応が起こる ために必要であるようである。なぜなら窒素中における同様の加熱サイクルはゲ ルの生成をもたらさないからである。この特徴によりフッ素化ポリ(アリーレン エーテル)が以下に述べる超小型電子用途で特に有用となる。なぜならそれらは 溶液から容易に塗布でき、空気中で加熱することにより溶剤抵抗性のコーティン グに変換することができるからである。
フッ素化ポリ(アリーレンエーテル)は、および のようなビストリアゼン化合物によっても架橋する。
ビストリアゼン架橋剤は、フッ素化ポリ(アリーレンエーテル)(i)を架橋す は、300〜400℃の間の温度まで、任意的に階段状加熱プロフィールにより 約15〜90分の全体時間行う。
フッ素化ポリ(アリーレンエーテル)を架橋する他の方法は、ジクミルノく一オ キサイド、クメンハイドロパーオキサイド、過酸化ベンゾイルの如き過酸化化合 ポリ(アリーレンエーテIりでは、過酸化物による架橋はポリマー中にアリル基 のような反応性の側鎖を有することにより(J)容易になるが、そのような官能 基の存在は効果的な過酸化物架橋に必要ではない。
様々な利用のための溶剤に抵抗性の架橋フィルムとしても、特に架橋後有用であ る。
本発明の実施を更に以下に実施例を挙げて説明するが、この実施例は例示のため であって、これにIIJ限されるものではない。
実施例1 この実施例では、繰り返し単位(A)を存するポリマーの調製について記載する :500m1の丸底フラスコに、15.01g(0,0447モノりの4.4’ −(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフェノール(6F〜ジフエノール)、  15.29g(0゜0458モル)のデカフルオロビフェニル、240gのジ メチルアセトアミド(DMAc)および16.85g(0,125モル)の炭酸 カリウムを添加した。混合物を攪拌しながら窒素雰囲気下に約80℃で23時間 加熱した。混合物を熱時ろ過し、未反応の炭酸カリウムおよびフッ化カリウム副 生物を除去した。約75m1のDMAcをロータリーエバポレーションにより除 去した。溶液を室温に冷却し、水中に注ぎ、ポリマーを沈殿させた。ポリマーを ろ遇し、水で3回洗浄し、200酎のエタノール中に2時間懸濁し、ろ過し、1 00℃にて2時間乾燥して白色粉末を得た。ポリマー(2g)の2−エトキシエ チルエーテルおよびシクロヘキサノン混合物(50150,8g)中溶液をセラ ミック基板上にスピンコードシ、100℃にて15分間、180℃にて20分間 、400℃にて45分間乾燥した。
得られたポリマーフィルムは強靭で、柔軟性があり、2−エトキシエチルエーテ ルに溶解せず、DSCによるTgは189℃であった(TMAでは192℃)。
実施例2 この実施例では、繰り返し単位(B)を有するポリマーの調製について記載する :100m1の丸底フラスコに、2.20g(0,0118モル)のヘキサフル オロベンゼン、3.90g(0,0116モノリの6F−ジフェノール、4.0 tr(0,030モル)の炭酸カリウムおよび50gのDMAcを添加した。混 合物を攪拌しながら窒素雰囲気下に約70℃で48時間加熱した。混合物を次に 実施例1に記載したのと同様にして仕上げ処理して白色粉末を得た。得られたポ リマーフィルムは強靭で、柔軟性があり、2−エトキシエチルエーテルに溶解せ ず、DSCによるTgは約185℃であった。
実施例3 この実施例では、繰り返し単位(C)を有するポリマーの調製について記載する 、6F−ジフェノールのかわりに12.7gの4,4−イソプロピリデンビス( 2,6−シメチルフエノール)(「テトラメチルビスフェノールAJ)を用い、 反応物を80℃で72時間加熱する以外は実施例1の反応と同様にした。223 gのポリマーを得た。得られたポリマーフィルムの50℃の水に16時間浸漬し た後の吸湿率は0.15%であった。
実施例4 この実施例では、繰り返し単位(A)および(N)を有するコポリマーの調製に ついて記載する二6F−ジフェノールのかわりに7.51gの6F−ジフェノー ルおよび2.458gのレゾル/ノールの混合物を用いる以外は実施例1の反応 と同様にした。19.8gのポリマーを得た。得られたポリマーフィルムの50 ℃の水に16時間浸漬した後の吸湿率は領10%であった。
実施例5 繰り返し単位(D)を有するポリマーを次のようにして調製した:250m1の 丸底フラスコに、10.15g(0,029モル)の9.9−ビス(4−ヒドロ キシフェニル)フルオレン、9.97g(0,0298モル)のデカフルオロビ フェニル、115gのDMAcおよび10.0g(0,074モル)の炭酸カリ ウムを添加した。混合物を攪拌しながら窒素雰囲気下に75℃で16時間加熱し た。混合物を室温に冷却し、激しく攪拌している水中に注ぎ、ポリマーを沈殿さ せ、ろ過し、水で2回洗浄し、ろ過し、乾燥した。白色の綿毛状粉末を得た。白 色ポリマー粉末(2g)をシクロヘキサノンおよび2−エトキシエチルエーテル 混合物(50150,8g)中に溶解した。約1,5■lのポリマー溶液をガラ ス基板上にスピンコードし、100℃にて10分間、200℃にて15分間、お よび400℃にて30分間乾燥した。得られたポリマーフィルムを水中に浸漬す ることによりガラス基板からはがして、強靭で、柔軟な透明のフィルムを得た。
このフィルムは0%RHで誘電率2.62.58%RHで誘電率2.68を有し た。ポリマーのDSCによるTgは約258℃であった。
実施例に の実施例では、繰り返し単位(E)を有するポリマーの調製について記載する: デカフルオロビフェニルのかわりに5.54g(0,0298モル)のヘキサフ ルオロベンゼンを用い、反応を42時間行う以外は実施例5の操作を繰り返した 。
得られたフィルムの誘電率はO%RHで2.65.58%RHで2.73であっ た。
実施例7 この実施例では、繰り返し単位(A)および(D)を有するコポリマーの調製に ついて記載する:250m1の丸底フラスコに、5.07g(0,0145モル )の9゜9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、4.87g(0,0 145モル)の6F−ジフェノール、9.97g(0,0298モル)のデカフ ルオロビフェニル、115gのDMAcおよび10.0g(0,074モル)の 炭酸カリウムを添加した。
混合物を攪拌しながら窒素雰囲気下に約75℃で16時間加熱した。混合物を室 温に冷却し、激しく攪拌しながら水中に注ぎ、ポリマーを沈殿させ、ろ過し、3 00m1の水中で2回洗浄し、ろ過し、乾燥した。白色綿毛状粉末を得た。白色 ポリマー粉末(2g)をシクロヘキサノンおよび2−エトキシエチルエーテル混 合物(50150,8g)中に溶解させた。約1.5mlのポリマー溶液をガラ ス基板上にスピンコードし、100℃にて10分間、200℃にて15分間、4 00℃にて30分間乾燥した。得られたポリマーフィルムを水中に浸漬すること によりガラス基板からはがして、強靭で、柔軟な、透明のフィルムを得た。この フィルムの誘電率は0%RHで2.60.58%RHで2.66であった。
実施例8 この実施例では、繰り返し単位(F)を有するポリマーの調製について記載する ・100111の丸底フラスコに、3.50g(0,0208モル)のペンタフ ルオロベンゼン、7.OOg(0,0208モル)の6F−ジフェノール、4. 2gの炭酸カリウム、および50gのDMAcを添加した。混合物を攪拌しなが ら窒素雰囲気下に約80℃で24時間加熱し、120’Cで更に36時間加熱し た。混合物を室温に冷却し、水中に注ぐと、若干着色した粉末のポリマーが沈殿 した。ポリマーを水で3回洗浄し、室温で18時間、100℃で4時間乾燥した 。ポリマー(Ig)をDMAc、2−エトキシエチルエーテルおよびシクロヘキ サノンの1 : 1 : If!1合物(4g)中に溶解させた。混合物をガラ ス基板上にスピンコール、100℃で15分、200℃で15分、400℃で1 5分硬化させて琥珀色フィルムを得た。ポリマーの吸湿率は0.15%であった 。更に詳しくは以下に記載する同様のフッ素化ベンゼンでの同様のモデル実験お よび予想される重合反応の機構に基づくと、ペンタフルオロベンゼン中2個のフ ッ素が置換され、水素は残存すると考えられる。ポリマー(F)のDSCにょる Tgは120℃であった。
実施例9 この実施例では、繰り返し単位(G)を有するポリマーの調製について記載する :ペンタフルオロベンゼンのかわりに4.99g(0,0211モル)のオクタ フルオロトルエンを用い、6F−ジフェノールのかわりに7.38g(0,02 11モル)の9.9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンを用いる以外 は実施例8の方法と同様にした。反応は80℃にて24時間、次に120’Cに て更に24時間行った。白色粉末が得られた。ここでも2個の環のフッ素が置換 され、トリフルオロメチル基はそのまま残っていると考えられる。得られたポリ マーのDSCにょるTgは260℃であった。
実施例10 この実施例では、繰り返し単位(H)を有するポリマーの調製について記載する :オクタフルオロトルエンのかわりに6.40g(0,0208モル)の1.4 −ジブロモテトラフルオロベンゼンを用いる以外は実施例9の方法と同様にした 。白色粉末が得られた。1gの粉末を4gのDMAcに溶解し、ガラス基板上に スピンコードシ、実施例8と同様にして硬化させ、琥珀色フィルムを得た。ポリ マーの誘電率は2.6、吸湿率は0.15%であった。DSCにより測定すると 、Tgは199℃であった。
フェノール(2当量)と1.4−ジブロモテトラフルオロベンゼンとの間のモデ ル反応から得られた生成物のGC−MS分析によると、2個のフッ素が置換され 、2個の臭素は残存し、異性体生成物の混合物が得られることがわかった。した がって、ポリマー(H)においても2個の臭素が残存すると考えられる。
:100m1の丸底フラスコに、5.05g(0,0249モル)のクロロペン タフルオロベンゼン、9.10g(0,0260モル)の9.9−ビス(4−ヒ ドロキシフェニル)フルオレン、65gのDMAcおよび11.5gの炭酸カリ ウムを添加した。混合物を攪拌しなから窒素雰囲気下に約100℃で27時間加 熱した。混合物を室温に冷却し、攪拌しながら水中に注ぎ、ポリマーを沈殿させ た。ポリマーを水で3回洗浄し、室温で18時間、100℃で5時間乾燥させて 白色粉末を得た。ポリマー(2g)を2−エトキシエチルエーテルおよびシクロ ヘキサノン混合物(1:1.8ff11)中に溶解し、ガラス基板上にスピンコ ードし、実施例8と同様にして乾燥した。琥珀色フィルムを得た。ポリマーの吸 湿率は0.1%であった。
フェノール(2当量)とクロロペンタフルオロベンゼンとの間のモデル反応から 得られた生成物のGC−MS分析によると、2個のフッ素が置換され、塩素は残 存し、異性体生成物の混合物が得られることがわかった。したがって、ポリマー (1)においても塩素が残存すると考えられる。
ノールで洗浄し、空気中で3日間乾燥させて淡黄色粉末を得た。粉末(3g)お よび0.15gの過安息香酸t−ブチルを8.5社のDMAc中に溶解し、ガラ ス基板上にスピンコードし、110℃で10分間、200’Cで20分間乾燥し て、DMAc中に溶解しない琥珀色フィルムを得た。
フェノール(2当量)とアリルペンタフルオロベンゼンとの間の反応から得られ た生成物のGC−MS分析によると、2個のフッ素が置換され、アリル基は残存 し、異性体生成物の混合物が得られることがわがった。したがって、前記ポリマ ーにおいてもアリル基が残存すると考えられる。
実施例13 この実施例では、繰り返し単位(K)を有するポリマーの調製について記載する : 100m1の丸[7ラス:+1.:、1.25g(0,0042モル) ( 7)2.2’、3.3’、5゜5°、6.6’−オクタフル、1−oビフェニル (OFB)、1.41g(0,0042モル)の6F−ジフェノール、19gの DMAcおよび2gの炭酸カリウムを添加した。混合物を攪拌しながら窒素雰囲 気下に120℃に72時間加熱した。混合物を室温に冷却し、水中に注ぎ、ポリ マーを沈殿させた。ポリマーをろ取し、エタノールおよび水の50150混合物 (75+1)で洗浄し、室温で一変、次に100’Cで1時間乾燥させて白色粉 末を得た。ポリマーのDSCによるTgは147℃であった。
4−メトキシフェノール(2当量)とOFBとの間の反応から得られた生成物の GC/MS分析によると、2個のフッ素が置換され、2個の水素は残存し、異性 体生成物の混合物が得られることがわかった。従って、前記ポリマーにおいても 2個の水素が残存すると考えられる。
実施例14 この実施例では、繰り返し単位(L)を有するポリマーの調製について記載する :6.22g(0,0202モル)の1.4−ジブロモテトラフルオロベンゼン 、7゜07g(0,0202モル)の9.9−ビス(4−ヒドロキシフェニル) フルオレン、10gの炭酸カリウムおよび53m1のDMAcを用いる以外は実 施例12の方法と同様にした。白色粉末のポリマーを得た。DSCによるTgは 291℃であった。
実施例15 この実施例では、繰り返し単位(M)を有するポリマーの調製について記載する :250++1の丸底フラスコに、10.2g(0,0354モル)の4.4− (1−フェニルエチリデン)ビスフェノール、11.6g(0,0347モル) のデカフルオロビフェニル、12gの炭酸カリウム、および135gのDMAc を添加した。混合物を撹拌しながら窒素雰囲気下80℃に16時間加熱した。混 合物を室温に冷却し、水中に注ぐと、ポリマーが沈殿した。ポリマーをろ過し、 水で洗浄し、乾燥した。ポリマー(2g)を2−エトキシエチルエーテルおよび シクロヘキサノンの8:2混合物(8g)中に溶解させ、ガラス基板上にスピン コードし、100℃で15分、200℃で15分、400℃で15分間乾燥させ て柔軟で透明なフィルムを得た。ポリマーのDSCによるTgは208℃で、0 %RHでのit率は2゜この実施例では、繰り返し単位(A)および(0)を1 :4のモル比で有するコポリマーの調製について記載する:100+alの丸底 フラスコに、3.75g(0,021モル)の4,6−ジクロロレゾルシノール 、1.76g(0,0053七)りの6F−ジフェノール、8.80g(0,0 26モル)のデカフルオロビフェニル、62gのDMAcおよび10gの炭酸カ リウムを添加した。混合物を窒素雰囲気下110℃に8時間加熱した。混合物を 冷却せずに水中に注ぎ、ポリマーを沈殿させた。ポリマーをろ取し、水で洗浄し 、淡いピンク色の粉末を得た。ポリマーのDSCによるTgは149℃であった 。
実施例17 この実施例では、4.4′−イソプロピリデンジフェノールおよびデカフルオロ ビフェニルから得られたポリマー(以下BPA−DFBと記載する)の調製につ いて記載する:6F−ノフェノールのかわりに10.20gの4.4゛−イソプ ロピリデンジフェノール(ビスフェノールA)を用いる以外は実施例1の方法と 同様にした。反応から21.5gのポリマーが得られた。ポリマーフィルムの5 0℃の水中に16時間浸漬した後の吸湿率は0.2%であった。
実施例18 これは、本発明によらない、以下の繰り返し単位コを存するポリマーを調製し、 本発明のポリマーと比較した比較例である。
100m1の丸底フラスコに1.80g(0,009モル)の4.4−オキシジ アニリン(ODA)、および30m+1の乾燥した1−メチル−2−ピロリジノ ン(NMP)を加えた。その溶液を水浴中で冷却し、2.006g(0,009 2モル)のピロメリト酸二無水物(DMDA)を撹拌しながら窒素下に加えた。
粘稠なこは(色の溶液が生じた。ポリマー溶液を4×4インチ(約10X10X 10のガラス基板上にスピンコードし、100℃で10分、200℃で15分、 350℃で30分間乾燥させ、こはく色のフィルムを得た。このフィルムは50 ℃の水に16時間浸漬後2.55%の吸湿率を示した。
のポリマーと比較する、別の比較例である。
1PI7) 100ffilの丸底フラスコに3.35g(0,OO9モル)の4.4′−ビ ス(4−7ミノフエノキシ)ビフェニルおよび17gのNMPを加えた。室温で 窒素下45分間撹拌後、14gのNMP中の2.2−ビス(3,4−ジカルボキ シフェニル込キサフルオロプロパンジアンヒドライド(6FDA)4.00g( 0,009モル)の溶液を撹拌しながら10分間にわたって滴下した。更に24 時間室温で撹拌した後、粘稠な溶液(2650cps)が生じた。その溶液を4 ×4インチ(約10X10X10のガラス基板上に2000rpmでスピンコー ドし、100℃で30分、200℃で20分、350℃で30分間乾燥し、こは く色のフィルムを得た。このポリイミドフィルムは50℃の水に16時間浸漬さ せた後、0.85%の吸湿率を示した。表1にPI3の性質を本発明のポリマー と比較する。
表1は、比較ポリマーの性質に対する本発明のポリマーの誘電的性質を比較する 。誘電率は25℃および10KHzでマーサー(Mereer)の前述した出願 中の米国特許出願第07/447.771号に記載の方法により測定した。本発 明のポリマーは、比較ポリマーについての2,80以上3.16までのε値に比 較して、O%RHで2.80以下2.50という顕著に低い誘電率を有すること が表1から見られる。さらに我々のポリマーのε値は周囲の温度の変化に敏感で ない。60%RHでは、それらのε値は、約10〜約30の小さい傾斜により示 されるように、わずかに増加するのみである。一方比較ポリマーは約60〜約1 00の傾斜を有する。ミクロ電子物品では誘電材料は乾燥および湿潤雰囲気にお いて低いε(好ましくは3以下)を有することが非常に重要である。我々のポリ マーと比較ポリマーとの間のこれらの相異は図4にグラフ的に示される。
本実施例はマルチチップモジュールまたは単一の集積回路チップとの結合におけ る使用に適した多層高密度相互接続物品の製造について記述する。
2−エトキシエチルエーテルおよびシクロヘキサノンの50150混合物77゜ 5g中のポリマー(A)22.5gの溶液を調製した。高分子の絶縁層をセラミ ック基板に次の方法により塗布した。(1)ポリマー溶液の5mlアリコートを 清浄な125龍直径のセラミック基板上にスピンコードした。(2)そのコーテ ィングを100℃で15分間、200℃でもう15分間乾燥した。(3)第2の 5+alのアリコートを塗布し、上記の如く更に400℃で60分間硬化させた 。200人のクロム、続いて5ミクロンの銅、最後に更に500人クロムのブラ ンケットスパッタリングにより導電層を形成させた。その金属を写真によりパタ ーン化した。
第二のポリマーの絶縁層をパターン化した金属層の上に、上記した3ステツプ法 により塗布した。アルミニウム金属層を誘電体上にブランケットスパッタリング し、写真的にパターン化し、第一の金属層との電気的接触がなされるようバイア を第二の誘電体層中に生じさせた。アルミニウム層を除去した。クロム−銅−ク ロムの第二の金属層を上記の如く形成し、バイアによって第一の層との電気的接 触をさせた。第二の金属層も次に写真的にパターン化した。
装置中のすべての金属層は該フルオロポリマーに対し優れた接着性を有し、金属 −ポリマー、またはポリマー−ポリマーのデラミネートは認められなかった。
実施例21 ポリマー(A)のサンプルを空気中で下の表2に示す時間および温度で硬化させ ることにより架橋させ、表に示すゲル含量物を製造した(DMAcを用いた2し かしポリマー(A)を窒素中で300℃で13分間、次に400℃で27分間キ ュアしても、ゲルは検出されなか9た。
実施例22 この比較例は熱安定性を高めたフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)の製造のた めにビスフェノール部分のフッ素化が好ましいことを示す。ポリマー(A)(6 F−ジフェノールから誘導され、2つの−CF3基を有する)の熱安定性を、ポ リマーBPA−DFB (ビスフェノールAから誘導され、したがって2つのC H3基を対応する位置に有する)の熱安定性と、空気中等温状態下に比較した。
別の比較試験では、ポリマー(A)およびBPA−DFBのフィルムを100℃ で15分、200℃でも15分、最後に425℃で60分キュアした。この処理 サイクルが終わった時、BPA−DFBのフィルムはジェットブラックになる程 度まで炭化され、基板からデラミネートされ、小片に割れていた。対照的にポリ マー(A)フィルムはわずかに着色したのみで、透明のままであり、未だ強靭で 柔軟性に富んでいた。
実施例23 本実施例ではフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)Dを過酸化化合物で架橋した 。10%のジクミルパーオキサイドまたはクメンハイドロパーオキサイドを含む ポリマーDのサンプルを300℃で6.5分、次に400℃で13.5分間、窒 素下で赤外線オーブン中で加熱し、それぞれ94.0%および81.4%のゲル 含量を有する架橋ポリマーを製造した。比較のために、過酸化物の不存在下に同 様に加熱したポリマーDのサンプルはわずか3.3%のゲル含量を有するのみで あった。架橋したポリマーは低い吸湿性および誘電率の特徴を保持した。ジクミ ルパーオキサイドで架橋したサンプルは0.2%の吸湿率およびO%RHで2. 6の誘電率を有していた。
更なる過酸化物架橋実験において、ポリマー(A)および(D)をそれぞれ10 重量%の過酸化ベンゾイルで架橋し、それぞれ約51および49%のゲル含量を 有する架橋ポリマーを製造した。ポリマー(A)は10重量%のジクミルパーオ キサイドを用いてゲル含量69%まで架橋させた。比較のため、過酸化物不存在 下に同様に加熱したポリマー(A)のコントロールサンプルは約0.8%のゲル 含量を有していた。
はDSCで162℃のTgを有していた。ポリマーのフィルムは0%RHで2. 58の、66.4 DにRHで2.71の誘電率を有していた。
シノール、1.76g(0,0052モル)の6F−ジフェノール、10.45 g(0゜031モル)のデカフルオロビフェニル、12gの炭酸カリウム、およ び39gのDMAcを加えた。反応混合物を110℃まで8時間窒素下に撹拌し な力くら加熱した。ゲル化反応混合物を室温まで冷却し、水に加え、ブレングー 中で温浸し、わずかに灰色がかった白色粉末を単離した。その粉末を水洗し乾燥 した。ポリマーはDSCで149℃のTgを育していた。
有していた。
実施例27 本実施例は繰り返し単位(A)および(Q)を有する共重合体の調製を記述する 。
直前の実施例に記載した方法を、2.7−ジヒドロキシナフタリンの代わりに1 ゜34g(0,0083モル)の1,5−ジヒドロキシナフタリンを用いたこと を除いて繰り返した。わずかに灰色がかった白色の粉末が得られた。ポリマーは DSCで203℃のTgを有していた。
実施例28 本実施例は繰り返し単位(D)および(Q)を有する共重合体の調製および引き 続く過酸化物による架橋を記述する。250m1の丸底フラスコに3.32g( 0,0207モル)の1.5−ジヒドロキシナフタリン、7.26g(0,02 07モル)の9゜9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、14.22 g(0,0427モル)のデカフルオロビフェニル、17gの炭酸カリウム、お よび127gのDMACを加えた。混合物を85℃に16時間窒素下撹拌しなが ら加熱し、次に熱い中に30Qmlの水を入れたブレングー中に注ぎ、ポリマー を沈澱させた。そのポリマーを濾取し、30011の水で2回以上洗い、乾燥し た。2gのポリマーおよび0.22gのジクミルパーオキサイドをγ−ブチロラ クトンおよびミクロヘキサノンの1=1混合物8.5gに溶解した。その溶液を セラミックの基板上にスピンコードし、次のようにキュアした:130℃で30 分、5℃/分の速度で400℃まで昇温、400℃で15分保持、3℃/分の速 度で室温まで冷却。こはく色のフィルムを得たがそのフィルムは前述のγ−ブチ ロラクトンーシクロへキザノン混合物にさらした時ストレスクラックを示さず、 溶解しなかった。ジクミルパーオキサイドを加えずに窒素下で同様に加熱した共 重合体のコントロールフィルムは同じ溶剤混合物にさらした時、溶媒誘導のスト レスクラブキングを示した。
要 約 書 のような繰り返し単位を有するフッ素化ポリ(アリーレンエーテIりは、集積回 路チップおよびマルチチップモジニールにおける多層相互接続中の誘電材料とし て、およびチップの保護材料として有用である。
国際調査報告 力合衆国 94133 カリフォルニア、ロス・アルトス、ロット・レイン 1 25番

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 1. ▲数式、化学式、表等があります▼ [式中、−W−は、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼または▲数式、化学式、表等があります▼[ 但し、各−Aは独立して、−F、−Cl、−Br、−CF3、−CH3、−CH 2CH=CH2または−C6H5;pは0、1または2;−Z−は直接結合、− C(CH3)2−、−C(CF3)2−、−O−、−S−、−SO2−、−CO −、−P(C6H5)−、−C(CH3)(C6H5)−、−C(C6H5)2 −、−(CF2)1−6−、または▲数式、化学式、表等があります▼ (ここで、−Y−は−O−または直接結合である)およびmは0、1または2で ある]; 各−Xは独立して−H、−Cl、−Br、−CF3、−CH3、−CH2CH= CH2または−C6H5;qは0、1または2;nは1または2である。 但しZが−C(CH3)2−、−S−または−SO2−で、mが1ならpおよび qの両方が0となることはない] で示される構造の繰り返し単位を有するフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)。
  2. 2.−W−が ▲数式、化学式、表等があります▼ である請求の範囲第1項に記載のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)。
  3. 3.−W−が ▲数式、化学式、表等があります▼,▲数式、化学式、表等があります▼または ▲数式、化学式、表等があります▼ である請求の範囲第1項に記載のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)。
  4. 4. ▲数式、化学式、表等があります▼ が ▲数式、化学式、表等があります▼または▲数式、化学式、表等があります▼で ある請求の範囲第1項に記載のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)。
  5. 5. ▲数式、化学式、表等があります▼または▲数式、化学式、表等があります▼ の構造の繰り返し単位を有する請求の範囲第1項記載のフッ素化ポリ(アリーレ ンエーテル)。
  6. 6.少なくとも2つの異なったフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)繰り返し単 位を含んでなる共重合体である請求の範囲第1項に記載のフッ素化ポリ(アリー レンエーテル)。
  7. 7.空気中約300〜約400℃の温度で加熱することにより架橋した請求の範 囲第1項または第2項に記載のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)。
  8. 8.過酸化化合物とのその混合物を加熱することにより架橋した請求の範囲第1 項または第2項に記載のフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)。
  9. 9.過酸化化合物がクメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、 および過酸化ベンゾイルよりなる群から選択される請求の範囲第8項に記載のフ ッ素化ポリ(アリーレンエ−テル)。
  10. 10.ジフェノールモノマーH−W−H;[式中、−W−は ▲数式、化学式、表等があります▼, ▲数式、化学式、表等があります▼または▲数式、化学式、表等があります▼; [但し、各−Aは独立して、−F、−Cl、−Br、−CF3、−CH3、−C H2CH=CH2または−C6H5;pは0、1または2;−Z−は直接結合、 −C(CH3)2−、−C(CF3)2−、−O−、−S−、−SO2−、−C O−、−P(C6H5)−、−C(CH3)(C6H5)−、−C(C6H5) 2−、−(CF2)1−6−、または▲数式、化学式、表等があります▼ (ここで、−Y−は−O−または直接結合である);およびmは0、1または2 である。但しZが−C(CH3)2−、−S−または−SO2−であり、mが1 なら、pおよびqの両方が0となることはない]である]をフッ素化モノマー: ▲数式、化学式、表等があります▼ [式中、各−Xは独立に−H、−Cl、−Br、−CF3、−CH3、−CH2 CH=CH2または−C6H5;qは0、1、または2:nは1または2である ]と重合させることを含んでなる、以下の構造の繰り返し単位;▲数式、化学式 、表等があります▼ よりなるフッ素化ポリ(アリーレンエーテル)の製造方法。
  11. 11.ジフェノールモノマーが、4,4′−(ヘキサフルオロイソプロピリデン )ジフェノール、4,4′−イソプロピリデン−ジ(2,6−ジメチルフェノー ル)、4,4′−(1−フェニルエチリデン)ビスフェノール、9,9′−ビス (4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、2,7−ジヒドロキシナフタリン、1 ,5−ジヒドロキシナフタリン、レゾルシノール、4,6−ジクロロレゾルシノ ール、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される請求の範囲第10項 に記載の方法。
  12. 12.フッ素化モノマーが、ヘキサフルオロベンゼン、デカフルオロビフェニル 、ペンタフルオロベンゼン、オクタフルオロトルエン、1,4−ジブロモテトラ フルオロベンゼン、クロロペンタフルオロベンゼン、アリルペンタフルオロベン ゼン、2,2′,3,3′,5,5′,6,6′−オクタフルオロビフェニル、 およびそれらの組み合わせから成る群より選択される請求の範囲第10項に記載 の方法。
  13. 13.フッ素化ポリ(アリーレンエーテル)と過酸化化合物のよく混じった混合 物を加熱することを含んでなる、以下の構造の繰り返し単位;▲数式、化学式、 表等があります▼ 〔式中、−W−は、 ▲数式、化学式、表等があります▼, ▲数式、化学式、表等があります▼または▲数式、化学式、表等があります▼; [式中、各−Aは独立に−F、−Cl、−Br、−CF3、−CH3、−CH2 CH=CH2または−C6H5;pは0、1または2;−Z−は直接結合、−C (CH3)2−、−C(CF3)2−、−O−、−S−、−SO2−、−CO− 、−p(C6H5)−、−C(CH3)(C6H5)−、−C(C6H5)2− 、−(CF2)1−6−、または▲数式、化学式、表等があります▼ (−Y−は−O−、または直接結合である):mは0、1または2である];各 −Xは独立に−H、−Cl、−Br、−CF3、−CH3、−CH2CH=CH 2または−C6H5;qは0、1または2;nは1または2である]よりなるフ ッ素化ポリ(アリーレンエーテル)の架橋方法。
  14. 14.過酸化化合物が、よく混じった混合物中に、フッ素化ポリ(アリーレンエ ーテル)および過酸化化合物の合計量を基準にして約5〜約20重量%の量で存 在する請求の範囲第13項に記載の方法。
  15. 15.よく混じった混合物を約350℃〜約425℃の間の温度まで加熱する請 求の範囲第13項に記載の方法。
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