JPH06234916A - 低応力ポリイミド組成物および前駆体組成物溶液 - Google Patents

低応力ポリイミド組成物および前駆体組成物溶液

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JPH06234916A
JPH06234916A JP5020970A JP2097093A JPH06234916A JP H06234916 A JPH06234916 A JP H06234916A JP 5020970 A JP5020970 A JP 5020970A JP 2097093 A JP2097093 A JP 2097093A JP H06234916 A JPH06234916 A JP H06234916A
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polyimide
bis
polyimide precursor
mol
tetracarboxylic acid
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Toshimichi Maruta
順道 丸田
Hidetoshi Nanai
秀寿 七井
Nagahiro Moroi
長広 諸井
Hiroshi Takahashi
高橋  宏
Seiji Hasegawa
政治 長谷川
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Central Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱膨張係数30ppm/℃未満である基板へ
のポリイミドコーティングにおいて、低残留応力、被覆
接着性かつ優れた湿式加工性を併せ有するポリイミド組
成物およびその前駆体溶液を提供する。 【構成】 γ−ブチロラクトン中に、2,2’−ビス
(トリフルオロメチル)−4,4’−ベンジジンとピロ
メリット酸二無水物とビスマレイミド化合物を溶解混合
した溶液とそれを基板にコートし脱溶媒し焼成すること
により得られるポリイミド。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はコーティング時に大きな
残留応力を発生せず、かつ湿式加工可能な低応力ポリイ
ミド組成物およびこれに供するポリイミド前駆体組成物
溶液液に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリイミドは耐熱性材料として種々の材
質の表面にコーティングされているが、被覆接着性が十
分でないため、耐熱性その他の物性を損わないで接着性
を向上させるモノマーの選択、シロキシジアミンの共重
合および接着改良剤の基板への使用もしくはワニスへの
混合など種々の改良がなされ実用に供されている。
【0003】しかし、現在使用されているポリイミド
は、コーティング基板材質との熱膨張係数差が大きいた
めに焼成して得られるポリイミド膜の残留応力が大き
く、殊に厚膜被覆用途においては熱膨張係数の不整合に
起因する歪み、剥離、割れなどが発生するため、この残
留応力の低減化が望まれている。この解決方法として特
開昭60−250031号、同61−60725号、同
62−184025号では、剛直な主鎖構造による低熱
膨張性を特徴とするポリイミドが提案されている。ま
た、これらに記述例示されているものはいずれも正の熱
膨張係数を有しているが、Polymer Preprints,Japan vo
l.39,No.3 790(1990)には、ピロメリット酸無水物と
2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ベ
ンジジンから得られる、剛直な主鎖構造である含フッ素
ポリイミド(特公平2−14365号)が負の熱膨張係
数を有しており、共重合あるいはブレンドにより熱膨張
係数が調節できることが記載されている。
【0004】これらの剛直な主鎖構造をもつポリイミド
は残留応力に起因する問題点を解決するものの、コーテ
ィング材料として必要な被覆接着性は、接着改良剤の使
用あるいはシロキシジアミンによる共重合変性などの従
来公知技術の適用によっても不十分であり、特にガラ
ス、セラミックスあるいは有機材料に対する接着性に乏
しいため、下地表面をプラズマ処理などにより粗化する
ことが推奨されている。また従来のポリイミドにくらべ
剛直な主鎖構造をもつポリイミドは湿式加工性に劣るた
め、これらを改良する目的で特定組成の低熱膨張性ポリ
イミドが提案されているが、湿式加工に用いるエッチン
グ液は作業環境上その使用が好ましくないヒドラジン−
エチレンジアミンに限られており、依然接着性は充分で
ない(特開昭62−253621号)。
【0005】一方ポリイミド溶液にビスマレイミド化合
物を混合する方法は、特開昭62−235382号、特
開平3−247680号にはポリイミドの接着性を向上
させる目的で、特開平4−198363には、含フッ素
ポリイミドの耐溶剤性を改善する目的で提案されてい
る。さらに特開平3−205474号には、イミド化反
応完結後のガラス転移点が260℃以下であるポリアミ
ド酸にビスマレイミド化合物を混合した接着剤が提案さ
れている。
【0006】これらポリイミドあるいはポリアミド酸に
関する先行例は、いずれも屈曲性基を連結基とする熱膨
張係数の大きな従来型ポリイミドあるいはポリアミド酸
に関する技術であり、低熱膨張性である新規なポリイミ
ドあるいはポリアミド酸に関する記述はない。低熱膨張
性のポリイミドは溶剤不溶であり、かつそのガラス転移
温度は通常260℃以上であるため、むしろビスマレイ
ミド化合物を混合して接着性を向上させる、前掲従来技
術の低熱膨張性ポリイミドへの適用は困難性がうかがわ
れるものである。また、3次元硬化ビスマレイミド化合
物の湿式加工は容易でなく、前掲ビスマレイミド化合物
の混合組成物においても、フィルムとしての用途が主で
あり加工性については一切言及されていない。
【0007】
【発明の目的】本発明の目的は、熱膨張係数が30pp
m/℃未満である基板へのポリイミドコーティングにお
いて、低残留応力性を損うことなく被覆接着性に優れ、
かつ優れた湿式加工性を併せもつ新規なコーティング用
ポリイミド組成物およびその前駆体組成物溶液を提供す
ることにある。
【0008】
【問題点を解決するための手段】上記目的は、γ−ブチ
ロラクトン中に、70モル%以上がベンゼンテトラカル
ボン酸二無水物またはその反応性誘導体であるテトラカ
ルボン酸成分と、70モル%以上が2,2’−置換−
4,4’−ベンジジンであり、1モル%以上10モル%
以下がシロキシジアミンであるジアミン成分をテトラカ
ルボン酸成分に対して当量と、テトラカルボン酸成分と
ジアミン成分に対し5〜30重量%のマレイミド化合物
を溶解混合し反応熟成することにより提供される低応力
ポリイミド前駆体組成物溶液、ならびにこのポリイミド
前駆体溶液を被コーティング体に塗布し、加熱脱溶媒の
後200℃以上で加熱硬化させることにより提供される
低応力ポリイミド組成物により達成できる。
【0009】本発明者らは、熱膨張係数が30ppm/
℃未満である基板に前処理をすることなく、焼成して得
られるポリイミドコーティング膜の残留応力の低減と被
覆接着性の向上の両立、さらに実用的な湿式加工性の付
与を目指し、低熱膨張性ポリイミドに対し種々の共重合
成分の追加あるいは各種添加物の混合による残留応力、
接着性、湿式加工性の間に存在する相関を鋭意検討した
結果、共重合成分の追加で接着性の向上を図ると熱膨張
係数が大きくなり、官能性基を有する硅素、アルミニュ
ームまたはチタンのキレート剤の混合では耐熱性あるい
は機械強度が低下し、さらにこの場合ワニスの粘度低下
あるいはゲル化が認められ好ましくなかった。
【0010】極性溶媒中において、70モル%以上がベ
ンゼンテトラカルボン酸よりなるテトラカルボン酸成分
および70モル%以上が2,2’−置換−4,4’−ベ
ンジジンよりなるジアミン成分の当量づつのみを混合反
応させ、得られるポリアミド酸溶液を加熱脱溶媒、脱水
閉環させて得られる芳香族ポリイミドは、いずれも低熱
膨張性ではあるが接着性ならびに湿式加工性は十分でな
かった。また、これらにシロキシジアミンを共重合させ
ると金属に対する接着性の向上は認められるが、ガラス
あるいはセラミックスに対する接着性はいまだ不十分で
あり、湿式加工性が改善されることはなかった。
【0011】この知見のもとにさらに検討を加え、シロ
キシジアミン類とともにビスマレイミド化合物を使用し
たところ、テトラカルボン酸成分の70モル%以上がベ
ンゼンテトラカルボン酸無水物であり、ジアミン成分の
70モル%以上が2,2’−置換−4,4’−ベンジジ
ンであり、1モル%以上10モル%以下がシロキシジア
ミンであって、等モル量づつのジアミン成分とテトラカ
ルボン酸成分に対して5〜30重量%のビスマレイミド
化合物がγ−ブチロラクトン中に溶解混合し反応熟成さ
せたポリイミド前駆体組成物溶液から得られるポリイミ
ドが、0〜30ppm/℃の低熱膨張係数を示し、熱膨
張係数が30ppm/℃未満である種々の基板に対する
残留応力が−3〜+3MPaの範囲内に調節できるとと
もに、接着性の向上が図られ、さらに意外にも湿式加工
性に優れ、かつ保存安定性も良好であることを見出し本
発明を完成した。
【0012】すなわち本発明は、実質的にγ−ブチロラ
クトンからなる溶媒中に、 テトラカルボン酸成分の70モル%以上がベンゼン
テトラカルボン酸二無水物あるいはその反応性誘導体で
あるテトラカルボン酸成分、 ジアミン成分の70モル%以上が下式
【0013】
【化2】
【0014】(式中、Rは同一または異なるCF3、C
3、C25、OCH3、OC25、Cl、Brまたはフ
ェニル基を表す。)で表される2,2’−置換−4,4
−ベンジジンであり、1モル%以上10モル%以下がシ
ロキシジアミンであるジアミン成分、および、 マレイミド化合物、を溶解混合して得られるポリイ
ミド前駆体組成物溶液であって、とが当量であり、
かつがとの総和重量に対し5〜30重量%である
ポリイミド前駆体組成物溶液、および該液を被コーティ
ング体に塗布し、加熱脱溶媒の後200℃以上で加熱硬
化させることを特徴とする低応力ポリイミド組成物であ
り、特にマレイミド化合物がビスマレイミドであり、さ
らに2,2−ビス〔4−(2−トリフルオロメチル−4
−マレイミドフェノキシ)フェニル〕ヘキサフルオロプ
ロパンまたは2,2−ビス〔4−(4−マレイミドフェ
ノキシ)フェニル〕ヘキサフルオロプロパンであること
を特徴とする低応力ポリイミド前駆体組成物溶液および
低応力ポリイミド組成物である。
【0015】本発明において使用されるテトラカルボン
酸成分は、70モル%以上がベンゼンテトラカルボン酸
またはその無水物、エステルなどの反応性誘導体であっ
て、その外に30モル%未満で使用できるテトラカルボ
ン酸成分としては、特に限定されないがトリフルオロメ
チルベンゼンテトラカルボン酸、ビストリフルオロメチ
ルベンゼンテトラカルボン酸、ジフルオロベンゼンテト
ラカルボン酸、ヘキサフルオロイソプロピリデンジフタ
ル酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸、オキシジフタル酸、シクロブタンテト
ラカルボン酸、ビシクロ(2,2,2)オクト-7-エン-2,3,5,6
-テトラカルボン酸の無水物またはエステルなどの反応
性誘導体が例示できる。
【0016】上述のテトラカルボン酸無水物と、0.5
当量未満の水、アルコールあるいはジアミン類との反応
生成物もテトラカルボン酸成分として使用でき、水また
はアルコールとの反応生成物は、特に高濃度溶液におけ
る重合度および粘度調整に有用であり、0.5当量未満
のジアミンとの反応生成物およびその水またはアルコー
ルとの反応生成物は、テトラカルボン酸成分の高濃度低
粘度溶解に有用である。0.5当量以上のジアミンとの
反応生成物溶液は、高濃度の場合粘度上昇により取扱が
容易でないため好ましくない。また、所定濃度における
重合度および粘度を調整する目的では、テトラカルボン
酸成分に上述のテトラカルボン酸無水物と水またはアル
コールの反応生成物を使用するほかに、別に水分あるい
はアルコールを添加調製した溶媒を混合する方法およ
び、クッキング処理により調製する事も可能である。こ
れらのうち、あらかじめ水またはアルコールで重合度を
調整することが簡便であり好ましい。この所定濃度にお
ける重合度および粘度を調整する目的では、アルコール
として、メタノール、エタノール、プロパノール、メチ
ルセロソルブ、エチルセロソルブまたはジエチレングリ
コールモノメチルエーテル等を使用できる。
【0017】本発明において使用されるジアミン成分
は、70モル%以上が下式
【0018】
【化3】
【0019】(式中、Rは同一または異なるCF3、C
3、C25、OCH3、OC25、Cl、Brまたはフ
ェニル基を表す。)で表される2,2’−置換−4,
4’−ベンジジンまたは4,4’−ジアミノベンズアニ
リド、4,4’−ビナフチルアミンなどであり、化1の
具体例としては、2,2’−ビス(トリフルオロメチ
ル)−4,4’−ベンジジン、2,2’−ジメチル−
4,4’−ベンジジン、2,2’−ジエチル−4,4’
−ベンジジン、2,2’−ジクロロ−4,4’−ベンジ
ジン、2,2’−ジブロモ−4,4’−ベンジジン、
2,2’−ジメトキシ−4,4’−ベンジジン、2,
2’−ジエトキシ−4,4’−ベンジジン、2,2’−
ジフェニル−4,4’−ベンジジンなどが例示できる。
【0020】本発明において使用されるジアミン成分
は、1モル%以上10モル%以下がシロキシジアミンで
あるが、シロキシジアミンとしては、特に限定されない
が1,2−ビス(3−アミノプロピル)−1,1,2,
2−テトラメチルジシロキサン、1,2−ビス(3−ア
ミノブチル)−1,1,2,2−テトラメチルジシロキ
サン、ビス(4−アミノフェノキシ)ジメチルシラン、
1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)テトラメチルジ
シロキサン等が例示できる。
【0021】上記の外に30モル%未満で使用できるジ
アミン成分としては、特に限定されないがo−,m−,
p−フェニレンジアミン、2,4−ジアミノトルエン、
2,5−ジアミノトルエン、2,4−ジアミノキシレ
ン、2,4−ジアミノジュレン、4,4’−ジアミノジ
フェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテ
ル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’
−ジアミノジフェニルスルフォン、3,3’−ジアミノ
ジフェニルスルフォン、4,4’−ジアミノベンゾフェ
ノン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、1,3−ビ
ス(3−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、1,4−ビス(4
−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−ア
ミノフェノキシ)ビフェニル、ビス〔4−(3−アミノ
フェノキシ)フェニル〕スルフォン、ビス〔4−(4−
アミノフェノキシ)フェニル〕スルフォン、2,2−ビ
ス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパ
ン、2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェ
ニル〕ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス〔4−
(3−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、2,2
−ビス〔4−(3−アミノフェノキシ)フェニル〕ヘキ
サフルオロプロパン、2,2−ビス〔4−(4−アミノ
−2−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル〕ヘキ
サフルオロプロパン、2,2−ビス〔4−(3−アミノ
−5−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル〕ヘキ
サフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニ
ル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミ
ノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス
(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオ
ロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−メチルフ
ェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ビス(4
−アミノフェノキシ)オクタフルオロビフェニル、3,
5−ジアミノベンゾトリフルオリド、2,5−ジアミノ
ベンゾトリフルオリド、2,2’−ビストリフルオロメ
チル−2,4’−ベンジジン、3,3’−ビストリフル
オロメチル−4,4’−ベンジジン、3,3’−ビスト
リフルオロメチル−5,5’−ベンジジン、3,3’−
ジメチル−4,4’−ベンジジン、3,3’−ジエチル
−4,4’−ベンジジン、3,3’−ジメトキシ−4,
4’−ベンジジン、3,3’−ジエトキシ−4,4’−
ベンジジン、3,3’−ジクロロ−4,4’−ベンジジ
ン、3,3’−ジブロモ−4,4’−ベンジジン等が例
示できる。これらを30モル%以上で使用すると残留応
力が大きくなるため好ましくない。
【0022】本発明において使用されるマレイミド化合
物としてはビスマレイミド類が好ましく、4,4’−ビ
スマレイミドジフェニルメタン、4,4’−ビスマレイ
ミドジフェニルエーテル、4,4’−ビスマレイミドベ
ンズアニリド、2,2’−ビス〔4−(4−マレイミド
フェノキシ)フェニル〕プロパン等とともに、2,2’
−ビス(4−マレイミドフェニル)ヘキサフルオロプロ
パン、2,2’−ビス〔4−(4−マレイミドフェノキ
シ)フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビ
ス〔4−(2−トリフルオロメチル−4−マレイミドフ
ェノキシ)フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、4,
4’−ビス(4−マレイミドフェノキシ)オクタフルオ
ロビフェニル等の含フッ素ビスマレイミドが特に溶解度
が大きくスピンコーティング性、成膜性の良い低応力ポ
リイミド前駆体組成物溶液を与えるビスマレイミド類と
して例示できる。
【0023】本発明においてはマレイミド化合物はプレ
ポリマーとしても使用でき、マレイミドプレポリマーと
しては、上に例示したビスマレイミド類を成分とするビ
スマレイミド−ジアミン、ビスマレイミド−ビスシアネ
ートあるいはビスマレイミド−ビスシアナミド等のビス
マレイミドプレポリマーが好ましく、特に上記の含フッ
素ビスマレイミドならびに上述の含フッ素ジアミンまた
はその含フッ素ビスシアナミド誘導体もしくは含フッ素
ビスシアネート誘導体の少なくとも1種よりなる含フッ
素マレイミドプレポリマーが好ましい。
【0024】マレイミド化合物あるいはマレイミドプレ
ポリマーの使用量は、テトラカルボン酸成分とジアミン
成分からなる総和重量に対して5〜30重量%の範囲が
好ましく、さらに好ましくは10〜20重量%である。
5重量%より少ない時は接着効果および湿式加工性に乏
しく、30重量%より多い時は接着効果は改善されずに
機械物性および湿式加工性が劣るものとなるので好まし
くない。さらに、この上限または下限を越えると焼成後
の残留応力の変化が大きくなるため好ましくない。
【0025】ジアミン成分とテトラカルボン酸成分を反
応させてポリアミド酸を得る方法としては、通常、ジア
ミン成分を溶解した溶媒中に、テトラカルボン酸成分を
逐次添加する事により重合させる方法、あるいはテトラ
カルボン酸成分を溶解した溶媒中に、ジアミン成分を逐
次添加する事により重合させる方法が採用される。
【0026】本発明のポリイミド組成物前駆体溶液の溶
媒は実質的にγ−ブチロラクトンである。アミド系溶媒
を使用すると、ポリイミドとマレイミド化合物とを混合
した場合には溶液のゲル化は認められないが、ポリアミ
ド酸との共存下ではマレイミド化合物は安定でなく、そ
の溶液は室温で経時的にゲル化するため好ましくない。
しかし、ポリアミド酸の溶媒として汎用されるN−メチ
ルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N
−ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒、鎖状ないし
環状の尿素系、アルコール系、エステル系、スルホキシ
ド系、スルホン系溶媒などを50重量%未満加え、γ−
ブチロラクトンの溶解性を実質的に変化させることのな
い範囲で混合して使用することは可能である。また、オ
リゴマー調製、粘度調節の目的で使用するためポリイミ
ド組成物前駆体溶液に混入する各種の溶媒は当然許容さ
れる。
【0027】本発明のポリイミド前駆体組成物溶液を製
造するにあたって、一旦調製した粘稠なアミド酸溶液に
マレイミド化合物を溶解することは、必ずしも容易でな
く長時間が必要とされる場合が多いので、極性溶媒中に
テトラカルボン酸成分、ジアミン成分、マレイミド化合
物を反応させながら逐次添加するのは好ましい方法では
ない。
【0028】むしろ、テトラカルボン酸成分、ジアミン
成分、マレイミド化合物を計量後極性溶媒を添加溶解し
て可及的速やかに反応せしめ、その後熟成させることが
好ましく、テトラカルボン酸成分、ジアミン成分、マレ
イミド化合物の添加順序は特に重要でない。反応および
熟成は10〜100℃以下の室温付近で行うことが好ま
しい。10℃以下においても反応または熟成は行えるが
特に必要ではなく、100℃以上では一部ポリイミド化
が起こるため好ましくない。反応および熟成の時間は3
0分以上であり、熟成は数十日におよぶこともあるが通
常容器に封入しておくことで充分である。「熟成」とは
反応後、溶液の粘度の時間的変化がほぼなくなるまでの
処理をいう。
【0029】そこで、ポリイミド前駆体組成物溶液の製
造にあっては、あらかじめテトラカルボン酸成分、ジア
ミン成分のいずれかに、あるいは両方にマレイミド化合
物を混合溶解した溶液をそれぞれ調製し、これら各成分
溶液の当量づつを計量混合する方法により、より簡便に
目的とするポリイミド前駆体組成物溶液を得ることがで
きるものである。なお、本明細書において「当量」とは
実質的に当量であればよく、得られたポリイミド組成物
またはその前駆体溶液の物性を大きく変化させることの
ない、製造の操作上生じる誤差範囲は許容されることは
いうまでもない。
【0030】この際、ジアミンとマレイミド化合物とは
アミド系溶媒中で無触媒下にすみやかにマイケル付加反
応を起こすが、γ−ブチロラクトン中では安定であるこ
とが認められた。しかし、特に求核性の強いシロキシジ
アミンはマレイミド化合物とマイケル付加反応を起こし
難溶性固体を析出することがあるので、ジアミン溶液の
保存安定性を考慮すれば、マレイミド化合物はテトラカ
ルボン酸成分と混合溶解するか、あるいはシロキシジア
ミンをオリゴマー化ジアミンとしてテトラカルボン酸成
分に用いたジアミン成分と混合溶解することが望まし
い。
【0031】オリゴマー化テトラカルボン酸成分は、溶
解性の大きなジアミンを溶媒に溶解した後、テトラカル
ボン酸無水物の過剰量を添加溶解することにより調製で
きる。オリゴマー化テトラカルボン酸成分にマレイミド
化合物を混合する場合は、ジアミン成分と一緒に混合溶
解させる方法あるいはテトラカルボン酸無水物の添加後
に混合溶解させる方法の、いずれの方法でも採用するこ
とができる。ジアミンとのマイケル付加反応は酸無水物
の存在下でも一部起こることが考えられるが、本発明の
効果においては差異は認められなかった。この際もシロ
キシジアミンとマレイミド化合物を同時に混合すること
は、不溶性固体の析出あるいはゲル化を引き起こすため
避けることが好ましい。すなわち、テトラカルボン酸無
水物の添加後に混合溶解させる方法を採用するべきであ
る。重合度調節等のために水またはアルコールを添加し
誘導体とする場合は、テトラカルボン酸無水物の添加前
あるいは添加後に、水またはアルコールを添加すること
ができ、50〜100℃で1時間ほど熟成処理すること
により調製できる。この調製の際にマレイミド化合物が
共存することは差し支えない。
【0032】本発明の低応力ポリイミド組成物は、上記
の方法で製造されたポリイミド前駆体組成物溶液を基板
に塗布し、脱溶媒の後、焼成することに得られる、多様
な材質の基板に残留応力が小さく、被覆接着性が改善さ
れ、かつ優れた湿式加工性を併せもつ新規なポリイミド
組成物である。本発明におけるポリイミド前駆体組成物
は、特開平3−205474号に記載される接着性フィ
ルムとして加圧加熱下に使用する従来公知のポリイミド
前駆体組成物とは異なり、圧着の必要性は無く常圧下の
焼成により接着性の改善されたポリイミド組成物として
使用することができる。
【0033】本発明により接着性の改善されたポリイミ
ド組成物を得る脱溶媒の条件としては、コーティング膜
厚にもよるが50〜150℃の範囲で10〜150分
間、空気あるいは窒素、水素等の不活性雰囲気下に行な
う。10μm以下の薄膜の場合は100℃以上の高温3
0分間以下の短時間でも問題無いが、50μm以上の厚
膜の場合はコーティング膜の平坦性、白化現象、泡の発
生等の観点から80℃以下60分間以上の低温長時間処
理が好ましい。この脱溶媒の工程でマレイミド化合物が
結晶化することは好ましくないが、本発明の含フッ素マ
レイミド化合物は融点および軟化点が低く、かつ相溶性
が大きいためにかかる問題は生じない。
【0034】また、多様な基板材質について残留応力が
小さく、被覆接着性が改善され、かつ優れた湿式加工性
を併せもつポリイミド組成物を得るための焼成の条件
は、200℃〜400℃であり、少なくともマレイミド
化合物の硬化開始温度である200℃以上、より好まし
くは最大発熱温度以上、さらに好ましくは硬化終了温度
以上で20〜150分間、空気あるいは窒素、水素等の
不活性雰囲気下に行ない、10〜180分間で100℃
以下まで徐冷することである。
【0035】最大発熱温度付近で焼成を行なったもの
は、硬化開始温度あるいは硬化終了温度付近で焼成を行
なったものより残留応力が大きく、しかも、ここで発生
した残留応力はさらに高温でアニールしても十分緩和さ
れない。一方、最大発熱温度付近で一定時間焼成した
後、冷却すること無く高温でアニールすると残留応力は
緩和される。
【0036】ここで脱溶媒工程および焼成工程の設定温
度まで昇温する方法として、あらかじめ設定温度に維持
したホットプレートあるいはオーブンにより非連続的に
昇温することも可能であり、オーブンあるいはコンベア
式ゾーン加熱炉等により連続的に昇温させることが可能
である。
【0037】コーティングされたポリイミドの微細加工
方法としては、酸素を含有する雰囲気中でのプラズマに
よる乾式法と高濃度アルカリ水溶液、ヒドラジンなどを
用いる湿式加工法が適用できる。300℃以上で完全焼
成して得られた低応力ポリイミド組成物について、ネガ
型レジストをマスクとしてヒドラジン−エチレンジアミ
ン溶液による加工性を評価したところ、10μm以上の
膜厚加工が可能であった。
【0038】また、5〜20wt%の水酸化第四アンモ
ニウムと10〜60wt%のアミノアルコールと20〜
80wt%のアルコールを主たる成分とするエッチング
液を用いることにより30μm以上の膜厚加工が可能で
あった。
【0039】本発明の低応力ポリイミド組成物を湿式加
工する好適な方法は、200℃以上最大発熱温度以下で
仮焼成して湿式加工を行ない、ついで、最大発熱温度以
上かつ300℃以上400℃以下で焼成する方法であ
る。かかる手順を経ることにより、強固な接着性を有
し、高精度な加工を施され、かつ残留応力の低いポリイ
ミドを得ることができる。
【0040】本発明のポリイミド組成物溶液を基板に塗
布する方法は、特に限定されないが、スピンコーティン
グ、浸漬法、印刷法、刷毛塗り、カーテンコート法、ス
プレーコート法などを挙げることが出来るが、スピンコ
ーティングが好ましい。
【0041】本発明の低応力ポリイミド組成物をコーテ
ィングする基材としては、熱膨張係数が30ppm/℃
未満である、銅、アルミニューム、シリコンもしくはこ
れらの合金またはステンレス鋼などの金属、アルミナ、
ガラス、硼硅酸ガラス、石英、シルコニア、ムライトな
どのセラミックス、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウ
ム、ニオブ酸タンタル、ガリウム砒素、インジウム燐な
どの半導体材料などを非制限的に挙げることができる。
また、これらの表面にポリイミド、芳香族ポリアミド、
ポリフェニレン、ポリキシリレン、ポリフェニレンオキ
サイド、ポリスルホン、ポリアミドイミド、ポリエステ
ルイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリキナゾリンジ
オン、ポリベンゾオキサジノンなどの耐熱性高分子化合
物を被覆した基板に対してもコーティングすることは可
能である。
【0042】
【実施例】以下実施例により詳細に説明する。得られた
ポリイミド組成物の評価は特に注記しない限りは以下に
述べる方法、条件によって行った。 〔接着性試験〕ポリイミド前駆体組成物溶液を所定の基
板にスピンコートし、70℃で1時間脱溶媒した後、3
50℃で1時間焼成して約2μmのポリイミド組成物膜
がコーティングされた基板を得た。100個の1mm方
眼をJIS K−5400に従って作成し、121℃、
2.2kg/cm2の条件下でプレッシャークッカーを
行ない、100時間経過後にテープ剥離試験により接着
性を評価した。評価は残膜率(剥離しなかった個数。)
で示した。 〔歪み量測定〕ポリイミド前駆体組成物溶液をシリコン
基板(4インチウェハ、厚さ525μm、以下において
同じ。)にスピンコートし、70℃で1時間脱溶媒した
後、所定の温度で1時間焼成して、膜厚約30μmのポ
リイミド組成物コーティング基板を作成し、その基板歪
み量及び残留応力をFlexus社製薄膜ストレス測定
装置モデルF−2300で測定した。被覆面が凹となる
場合は、膜は圧縮された状態を示し、応力は正値を歪み
量は負値を示す。 〔加工性試験〕ポリイミド前駆体組成物溶液をシリコン
基板にスピンコートし、、70℃で1時間脱溶媒した
後、250℃で2時間焼成して得た約30μmの膜厚の
膜にネガ型レジスト(富士薬品工業(株)製、FSR)
を塗布して50μmのライン・アンド・スペースを作成
し、40℃のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイ
ド(12wt%)、エタノールアミン(20wt%)、
水(3wt%)のメタノール溶液に5分間浸漬してエッ
チングした。評価はサイドエッチのないライン・アンド
・スペースパターンが得られた場合の最大深さで示し
た。
【0043】実施例1 温度計、攪拌装置、還流コンデンサー、窒素導入管を備
えた四ツ口セパラブルフラスコに6.89gの2,2’
−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ベンジジン
(21.52mmol、97mol%)、0.16gの
1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシ
ロキサン(0.66mmol、3mol%)と4.84
gのピロメリット酸二無水物(22.19mmol)お
よび1.78gの2,2’−ビス(4−(4−マレイミ
ド−2−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル)ヘ
キサフルオロプロパン(ポリアミド酸の固形分量に対し
て15wt%)を仕込み、77.5gのγ−ブチロラク
トンを加え、窒素気流下に室温で24時間攪拌し、粘度
490ポイズ(22℃)、固形分濃度15wt%のポリ
イミド前駆体組成物溶液を得た。
【0044】〔接着性試験〕に従い、アルミニューム、
シリコン、アルミナ、硼硅酸ガラス、ポリイミドコーテ
ィングシリコンを基板として行ない、接着性を評価した
ところ、いずれの基板においても剥離は認められず良好
な接着性を示した。
【0045】〔歪み量測定〕に従い、250℃、300
℃、350℃で各々1時間焼成した膜について測定した
ところ、歪み量はそれぞれ−2μm、9μm、3μmで
あり、残留応力は1MPa、−5MPa、−2MPaと
小さいものであった。なお、250℃、300℃で焼成
したものを再度350℃で1時間焼成したところその歪
み量はそれぞれ1μm、5μmであり、残留応力は−
0.2MPa、−2MPaであり、300℃で1時間焼
成の後、冷却すること無く350℃でさらに1時間焼成
するとその歪み量は2μm、残留応力は−1MPaであ
り、当該ビスマレイミドの最大発熱温度(305℃)付
近で最終焼成すると残留応力の極大値(絶対値)が認め
られた。
【0046】〔加工性試験〕に従い行ったところ、加工
性は30μm以上であった。 実施例2〜5、比較例1、2 2,2’−ビス(4−(2−トリフルオロメチル−4−
マレイミドフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロ
パンをポリアミド酸の固形分量に対して0wt%(比較
例1)、5wt%(実施例2)、10wt%(実施例
3)、20wt%(実施例4)、30wt%(実施例
5)、40wt%(比較例2)仕込む以外は実施例1と
同様に、固形分15wt%のポリイミド前駆体組成物溶
液を調製した。
【0047】〔歪み量測定〕に従い歪み量を測定したと
ころ、それぞれ11μm、5μm、5μm、2μm、−
3μm、−30μmであり、5〜30wt%の範囲にお
いては歪み量の変化が小さかった。
【0048】〔接着性試験〕をアルミニューム、シリコ
ン、アルミナ、ポリイミドコーティングシリコンの各基
板について行ったところ、アルミニューム、シリコンに
対してはいずれの場合も剥離は認められなかったが、ア
ルミナに対する残膜率はそれぞれ0、40、95、10
0、100、90であり、ポリイミドコーティングシリ
コンに対する残膜率はそれぞれ0、30、80、10
0、100、90であった(100は剥離無しを示
す)。
【0049】〔加工性試験〕を行ったところ、2,2’
−ビス(4−(2−トリフルオロメチル−4−マレイミ
ドフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパンが0
wt%(比較例1)のときはサイドエッチが大きく15
μm以上は加工できなかった。5wt%の時はややサイ
ドエッチがあるが20μm以上加工でき、10〜20w
t%ではサイドエッチがなく30μm以上、30wt%
の時30μm加工でき、40wt%(比較例2)の時は
一部不溶解残渣が認められた。
【0050】比較例3 1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシ
ロキサンを用いないこと以外は実施例1と同様にポリイ
ミド前駆体組成物溶液を調製した。〔接着性試験〕をシ
リコン基板について行ったところ、残膜率は5で接着性
に乏しく、また〔歪み量測定〕を350℃で焼成した膜
について測定したところ16μmと大きかった。
【0051】実施例6 2,2’−ビス(4−(2−トリフルオロメチル−4−
マレイミドフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロ
パンに替えて、2,2’−ビス(4−(4−マレイミド
フェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパンを用い
る以外は実施例1と同様にポリイミド前駆体組成物溶液
を調製した。〔接着性試験〕にしたがって、アルミニュ
ーム、シリコン、アルミナ、硼硅酸ガラス、ポリイミド
コーティングシリコンの各基板について行ったところ、
いずれの測定においても剥離せず良好で、〔歪み量測
定〕を350℃焼成した膜について行ったところ、歪み
量は4μmで残留応力は−2MPaであり、〔加工性試
験〕は30μm以上であった。
【0052】実施例7 2,2’−ビス(4−(2−トリフルオロメチル−4−
マレイミドフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロ
パンに替えて、BTレジン2170(三菱瓦斯化学製)
を用いる以外は実施例1と同様にポリイミド前駆体組成
物溶液を調製し評価を行なった。〔接着性試験〕にした
がって、アルミニューム、シリコン、アルミナ、硼硅酸
ガラス、ポリイミドコーティングシリコンの各基板につ
いて行ったところ、いずれの基板においても剥離せず良
好で、〔歪み量測定〕を350℃焼成した膜について行
ったところ、歪み量は−3μmで残留応力は2MPaで
あり、〔加工性試験〕は25μm以上であった。
【0053】実施例8 温度計、攪拌装置、還流コンデンサー、窒素導入管を備
えた四ツ口セパラブルフラスコに419.35gの2,
2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ベンジ
ジン(1.31mol)、10.06gの1,3−ビス
(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン
(0.04mol)と644.5gのγ−ブチロラクト
ンを加え、窒素気流下に室温で攪拌溶解し、アミン成分
溶液を調製した。同様に、22.10gのヘキサフルオ
ロイソプロピリデンジフタル酸二無水物(0.050m
ol)、97.65gのピロメリット酸二無水物(0.
448mol)、79.64gの2,2’−ビス(トリ
フルオロメチル)−4,4’−ベンジジン(0.249
mol)、41.85gの2,2’−ビス(4−(2−
トリフルオロメチル−4−マレイミドフェノキシ)フェ
ニル)ヘキサフルオロプロパン、9.18gのエチルセ
ロソルブ(0.10mol)と664gのγ−ブチロラ
クトンを加え、窒素気流下に70℃で4時間攪拌し、テ
トラカルボン酸のオリゴマー溶液を調製した。
【0054】精密定量ポンプの設定流量、設定時間と給
液量の関係を明らかにし定量性を確認した後、調製した
アミン成分溶液およびテトラカルボン酸のオリゴマー溶
液の各成分について6.0mmol/分の流量で15
0.0秒に設定し、乾燥窒素雰囲気下に100mlポリ
エチレン製ボトルに注入し密栓した後振盪混合した。同
様操作を3個の100mlポリエチレン製ボトルについ
て繰返し24時間後に粘度を測定したところそれぞれ1
700ポイズ(22℃以下同じ)でバラツキはなく、固
形分濃度35wt%のポリイミド前駆体組成物溶液を得
た。
【0055】〔接着性試験〕にしたがって、アルミニュ
ーム、シリコン、アルミナ、硼硅酸ガラス、ポリイミド
コーティングシリコンの各基板について行ったところ、
いずれの測定においても剥離せず良好で、別にシリコン
およびアルミニューム基板(直径4インチ、厚さ1m
m。)にスピンコートし350℃で1時間焼成して、膜
厚約30μmのポリイミド組成物コーティング基板を作
成し、その基板歪み量及び残留応力を〔歪み量測定〕に
従って測定したところ、歪み量はそれぞれ−27μm、
3μmであり、残留応力は14MPa、−3MPaとア
ルミニューム基板について小さいものであった。
【0056】また、〔加工性試験〕の結果は30μm以
上であった。 比較例4 2,2’−ビス(4−(2−トリフルオロメチル−4−
マレイミドフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロ
パンとエチルセロソルブを用いない以外は、実施例8と
同様に操作し固形分量15wt%のポリイミド前駆体溶
液を調製した。
【0057】〔接着性試験〕にしたがって、アルミニュ
ーム、シリコン、アルミナ、ポリイミドコーティングシ
リコンの各基板について評価したところ、アルミニュー
ム、シリコンに対する残膜率は100で接着性は良好で
あったが、アルミナ、ポリイミドコーティングシリコン
に対しては0と接着性に乏しかった。
【0058】〔歪み量測定〕に従って測定したところ、
歪み量は−0.2μm、残留応力は0.1MPaであっ
た。上に得られたポリイミド前駆体組成物溶液をシリコ
ン基板にスピンコートし、250℃で2時間焼成して得
た約30μmの膜厚の膜について、ネガ型レジストを用
い、50μmのライン・アンド・スペースで湿式加工性
を評価するために、40℃のヒドラジン−エチレンジア
ミン(50:50)に5分間浸漬してエッチングしたと
ころ深さ6μmのパターンが得られたがサイドエッチが
認められ、40℃のテトラメチルアンモニウムハイドロ
キサイド(12wt%)とエタノールアミン(20wt
%)のメタノール溶液に5分間浸漬してエッチングした
ところ、深さ12μmのパターンが得られたが同じくサ
イドエッチが認められた。
【0059】参考例1 1,4−フェニレンジアミン5.24g(ジアミン成分
の97mol%。)、1,3−ビス(3−アミノプロピ
ル)テトラメチルジシロキサン0.37g(同3mol
%。)とピロメリット酸二無水物4.36g(テトラカ
ルボン酸成分の40mol%。)、ビフェニルテトラカ
ルボン酸二無水物8.83g(同60mol%。)の当
モル量を、固形分量が13wt%になるようにN−メチ
ルピロリドン126g中で反応させてポリイミド前駆体
溶液を得た。
【0060】〔接着性試験〕にしたがって、アルミニュ
ーム、シリコン、アルミナ、ポリイミドコーティングシ
リコンの各基板について行ったところ、アルミニュー
ム、シリコンには良好な接着性を示したが、アルミナ、
ポリイミドコーティングシリコンではすべて剥離した。
【0061】〔歪み測定〕を350℃焼成した膜につい
て行ったところ、歪み量は−4μmで残留応力は3MP
aであったが、〔加工性試験〕の結果は2μm以下であ
った。
【0062】参考例2 4,4’−ジアミノジフェニルエーテル11.16g
(ジアミン成分の97mol%。)、1,3−ビス(3
−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン0.37
g(同3mol%。)とピロメリット酸二無水物7.6
3g(テトラカルボン酸成分の70mol%。)、ベン
ゾフェノンテトラカルボン酸二無水物4.83g(同3
0mol%。)を、固形分量が13wt%になるように
N−メチルピロリドン160g中で反応させたところ速
やかに粘稠なポリアミド酸溶液が得られたが、同様にγ
−ブチロラクトン160g中で反応させたところ、均一
な溶液を一旦与えた後白色固体が析出したスラリーとな
り、徐々に溶解して粘稠な溶液を与えた。
【0063】〔接着性試験〕にしたがって、アルミニュ
ーム、シリコン、硼珪酸ガラス、アルミナ、ポリイミド
コーティングシリコンの各基板について行ったところ、
いずれも良好な接着性を示したが、〔歪み測定〕を35
0℃焼成した膜について行ったところ、歪み量は−93
μmで残留応力は48MPaであり、〔加工性試験〕の
結果は3μm以下であった。
【0064】参考例3 2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ベ
ンジジン8.01gとピロメリット酸二無水物5.46
gより得られた固形分量13wt%のポリアミド酸のN
−メチルピロリドン溶液90gに2,2’−ビス(4−
(2−トリフルオロメチル−4−マレイミドフェノキ
シ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン2.0gを固形
分に対して15wt%の割合で混合溶解したポリイミド
前駆体のN−メチルピロリドン溶液を調製した。調製時
は粘稠な溶液であったが、24時間後にはゲル化した。
【0065】同じく2,2’−ビス(トリフルオロメチ
ル)−4,4’−ベンジジン4.0gとピロメリット酸
二無水物5.45gより得られポリアミド酸のN−メチ
ルピロリドン溶液では、1週間後でもゲル化は認められ
なかった。
【0066】2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−
4,4’−ベンジジン3.0gと2,2’−ビス(4−
(2−トリフルオロメチル−4−マレイミドフェノキ
シ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン8.0gをN−
メチルピロリドン30gに溶解した溶液は24時間後に
ははゲル化したが、γ−ブチロラクトン30gに溶解し
た溶液では、1週間後でもゲル化は認められなかった。
【0067】
【発明の効果】本発明のポリイミド組成物溶液は、上記
の実施例において被膜形成の際何ら問題となるような保
存安定性および製膜時の凹凸、白化現象などの欠陥は無
く、また、塗布した被膜を乾燥、焼成して得られたポリ
イミド膜は各種の基板に対して残留応力が小さく、被膜
の接着性が大きく、さらに使用上安全なエッチング液に
よる湿式加工において優れたエッチング性を示すという
顕著な効果を奏する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 宏 埼玉県川越市今福中台2805番地 セントラ ル硝子株式会社東京研究所内 (72)発明者 長谷川 政治 埼玉県川越市今福中台2805番地 セントラ ル硝子株式会社東京研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】実質的にγ−ブチロラクトンからなる溶媒
    中に、 テトラカルボン酸成分の70モル%以上がベンゼン
    テトラカルボン酸二無水物あるいはその反応性誘導体で
    あるテトラカルボン酸成分、 ジアミン成分の70モル%以上が下式 【化1】 (式中、Rは同一または異なるCF3、CH3、C25
    OCH3、OC25、Cl、Brまたはフェニル基を表
    す。)で表される2,2’−置換−4,4−ベンジジン
    であり、1モル%以上10モル%以下がシロキシジアミ
    ンであるジアミン成分、および、 マレイミド化合物、を溶解混合して得られるポリイ
    ミド前駆体組成物溶液であって、とが当量であり、
    かつがとの総和重量に対し5〜30重量%である
    ポリイミド前駆体組成物溶液。
  2. 【請求項2】テトラカルボン酸成分がピロメリット酸ま
    たはピロメリット酸二無水物である、請求項1記載のポ
    リイミド前駆体組成物溶液。
  3. 【請求項3】2,2’−置換−4,4’−ベンジジンが
    2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ベ
    ンジジンである、請求項1〜2記載のポリイミド前駆体
    組成物溶液。
  4. 【請求項4】マレイミド化合物がビスマレイミド化合物
    である、請求項1〜3記載のポリイミド前駆体組成物溶
    液。
  5. 【請求項5】マレイミド化合物が、2,2−ビス〔4−
    (2−トリフルオロメチル−4−マレイミドフェノキ
    シ)フェニル〕ヘキサフルオロプロパンまたは2,2−
    ビス〔4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル〕ヘ
    キサフルオロプロパンである請求項1〜3記載のポリイ
    ミド前駆体組成物溶液。
  6. 【請求項6】請求項1〜5記載のポリイミド前駆体組成
    物溶液を、被コーティング体に塗布し、加熱脱溶媒の後
    200℃以上で加熱硬化させたことを特徴とする低応力
    ポリイミド組成物。
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