JPH0768347B2 - 有機ケイ素末端ポリイミド前駆体とポリイミドの製造方法 - Google Patents

有機ケイ素末端ポリイミド前駆体とポリイミドの製造方法

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JPH0768347B2
JPH0768347B2 JP60210063A JP21006385A JPH0768347B2 JP H0768347 B2 JPH0768347 B2 JP H0768347B2 JP 60210063 A JP60210063 A JP 60210063A JP 21006385 A JP21006385 A JP 21006385A JP H0768347 B2 JPH0768347 B2 JP H0768347B2
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    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/1003Preparatory processes
    • C08G73/1007Preparatory processes from tetracarboxylic acids or derivatives and diamines
    • C08G73/101Preparatory processes from tetracarboxylic acids or derivatives and diamines containing chain terminating or branching agents
    • C08G73/1017Preparatory processes from tetracarboxylic acids or derivatives and diamines containing chain terminating or branching agents in the form of (mono)amine

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は有機ケイ素末端ポリイミド前駆体とポリイミド
の製造方法に係り、溶液粘度の安定性が優れた有機ケイ
素末端ポリイミドと、接着性の優れたポリイミドの製造
方法に関する。
〔発明の背景〕
従来、ケイ素含有変性ポリアミド−ポリイミド前駆体
は、例えば特公昭43−6639号公報に開示されているよう
に有機脂肪族ジアミン、有機芳香族ジアミン、またはこ
れら二種類の混合物よりなるジアミンに、ケイ素−ハロ
ゲン結合を含まない官能性シリル成分を反応させて製造
していた。
しかし上記の方法で製造した前駆体の溶液は、粘度の安
定性が悪いために粘度低下が起こる。このため上記の方
法で製造した前駆体の溶液を塗布し、塗膜を形成しても
膜厚精度が悪く、実用に供するには不十分であった。ま
た、塗膜の硬化物は、膜厚が不均一であるために信頼性
に欠け、各種基材に対する接着性がよくなかった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなくし、溶液
粘度の安定性が優れた有機ケイ素末端ポリイミドと、接
着性の優れたポリイミドの製造方法を提供するにある。
〔発明の概要〕
上記目的は下記一般式(I)で表わされる有機ジアミン
92〜99モル%と、下記一般式(II)で表わされる有機シ
リル8〜1モル%よりなる混合物と、 H2N−R1−NH2 ……(I) (但し、一般式(I),(II)中R1,R2は二価の有機
基、R3,R4は一価の有機基、mは0,1,2又は3である。) 上記一般式(I),(II)の混合物1モルに対して1.0
〜1.08モル数の下記一般式(III)で示される有機テト
ラカルボン酸とを、有機極性溶媒中で0〜40℃に維持し
ながら縮重合させて有機ケイ素末端ポリイミド前駆体溶
液を得、この有機ケイ素末端ポリイミド前駆体溶液を50
〜80℃に加熱すること、および50〜80℃に加熱した溶液
をさらに100〜450℃に加熱して硬化させることによって
達成される。
(但し、上記一般式(III)中R5は四価の有機基であ
る。) なお、上記の有機ケイ素末端ポリイミド前駆体溶液は、
有機ケイ素末端ポリイミド前駆体5〜30重量%、有機極
性溶媒95〜70重量%よりなるものが好ましい。
そして上記一般式(I),(II),(III)より得られ
た有機ケイ素末端ポリイミド前駆体の溶液は、均一で粘
度の経時変化が少ない。また、得られたポリイミド膜
は、各種基材に対する接着性が良好となる。さらに得ら
れたポリイミド膜は、機械的特性、電気的特性および耐
熱性が優れている。
以下、本発明で使用する材料等について説明する。
本発明で用いられる有機ジアミン成分(I)としては、
例えば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、3,3′−ジアミノジフェニ
ルエーテル、パラ−フェニレンジアミン、メタ−フェニ
レンジアミン、ベンジジン、3,3′−ジメチルベンジジ
ン、1,5−ナフタレンジアミン、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等が挙げら
れる。これら化合物は単独もしくは二種類以上混合して
用いられる。また、例えば4,4′−ジアミノジフェニル
エーテル−3−カルボンアミド、3,4′−ジアミノジフ
ェニルエーテル−3−カルボンアミド、3,3′−ジアミ
ノジフェニルエーテル−3−カルボンアミド等の化合物
を単独、もしくは二種類以上のジアミノカルボンアミ
ド、また4,4′−ジアミノジフェニルナタン、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
スルホン等のジアミン化合物を単独もしくは二種類以上
共重合してもよい。
本発明に用いられる有機シリル成分としては、例えば、
3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプ
ロピルジ−メトキシメチルシラン、3−アミノプロピル
メトキシジメチルシラン、3−アミノプロピルトリメチ
ルシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3
−アミノプロピルジエトキシシラン、3−アミノプロピ
ルエトキジメチルシラン、3−アミノプロピルトリ−n
−プロポキシシラン、3−アミノプロピルジ−n−ピロ
ポキシシラン、3−アミノプロピル−n−ピロポキシシ
ラン、3−アミノプロピルトリ−n−ブトキシシラン、
3−アミノプロピルジ−n−ブトキシメチルシラン、3
−アミノプロピル−n−ブトキシジメチルシラン、メタ
−アミノフェニルトリメトキシシラン、メタ−アミノフ
ェニルジメトキシメチルシラン、メタ−アミノフェニル
メトキシメチルシラン、メタ−アミノフェニルトリメチ
ルシラン、〔3−(パラ−アミノフェノキシ)−プロピ
ル〕−ジ−n−プロポキシメチルシラン、〔3−(メタ
−アミノフェノキシ)−プロピル〕−ジ−n−ブトキシ
メチルシラン、パラ−アミノフェニルトリ−n−プロポ
キシシラン、パラ−アミノフェニル−ジ−n−プロキシ
メチルシラン、パラ−アミノフェニル−n−プロポキシ
ジメチルシラン、メタ−アミノフェニルノトリプロポキ
シシラン、メタ−アミノフェニル−ジ−n−プロポキシ
メチルシラン、メタ−アミノフェニル−n−プロポキシ
ジメチルシラン等が挙げられる。これら化合物は単独も
しくは二種類以上混合して用いられる。
本発明に用いられる前記一般式(I)で示される有機ジ
アミンと前記一般式(II)で示される有機シリルの配合
割合は、前記一般式(I)92〜99モル%、前記一般式
(II)8〜1モル%であり、好ましくは99〜92モル%と
1〜8モル%である。前記一般式(II)の有機シリル成
分の割合が1モル%未満であると、各種基材との接着性
が低下し、また8モル%より多いと縮重合している有機
ケイ素末端ポリイミド前駆体の溶液がゲル化を起して事
実上合成が出来なかったり、耐熱性が低下するので実用
に供し得なくなる。
また有機テトラカルボン酸二無水物としては、例えばピ
ロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′−ビフェニルテト
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、シクロペンタンテトラカル
ボン酸二無水物、3,3′,4,4′−ビフェニルエーテルテ
トラカルボン酸二無水物等が挙げられる。これら化合物
は単独もしくは二種類以上混合して用いられる。
前記一般式(I),(II),(III)より有機ケイ素末
端ポリイミド前駆体を製造するに際しては、有機極性溶
媒が使用される。N−メチル−2−ピロソドン、N,Nジ
メチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N
−ジエチルホルムアミド等が挙げられる。これら有機極
性溶媒は、単独もしくは二種類以上混合して用いられ
る。
本発明に用いられる有機ジアミン成分は、例えばアルコ
ール系の溶媒で再結晶したり、低融点のジアミンは蒸留
して金属イオンや不純物を除去しておくことが望まし
い。また用いられる有機テトラカルボン酸二無水物は、
例えば無水酢酸等で再結晶して含まれる遊離酸の含量を
出来るだけ少なくしたり、金属イオン等の不純物を除去
しておくことが望ましい。同様に用いられる有機シリル
成分および有機極性溶媒も、蒸留精製して金属イオン、
塩素イオン、水分などの不純物を除去しておくことが望
ましい。
本発明における前記有機ケイ素末端ポリイミド前駆体
は、これを合成する工程と、得られた有機ケイ素末端ポ
リイミド前駆体を50〜80℃で加熱する工程を含む。合成
工程は、前記一般式(I)で示される有機ジアミンおよ
び前記一般式(II)で示される有機シリルを有機極性溶
媒に溶解し、この溶液を0〜40℃、好ましくは10〜30℃
に維持し、撹拌しながら前記一般式(III)で示される
有機テトラカルボン酸二無水物式(III)を添加して高
分子量化する。
高分子量化した有機ケイ素末端ポリイミド前駆体溶液
は、50〜80℃で加熱しないとポリイミド前駆体溶液の粘
度が時間の経過と共に上昇し、フォトレジストスピンナ
で回転塗布する場合、その都度回転数と膜厚との関係を
調べないと塗膜厚さが制御できない。このような操作
は、作業がはん雑になるばかりでなく、正確に膜厚を制
御できず実用に供するには不十分である。また50℃未満
の温度では、溶液粘度が安定するまで長時間の撹拌を要
する。一方80℃より高温では、有機ケイ素末端ポリイミ
ド前駆体の溶液はゲル化を起こしたり、イミド化が進ん
で、溶媒に一部不溶になって事実上合成が出来なかった
り、合成が出来ても均一な膜が得られないなどの不都合
が生じる。
また、前記のようにして得られた末端有機ケイ素系ポリ
イミド前駆体は、100〜450℃の温度、好ましくは150〜4
50℃、さらに好ましくは200〜400℃の温度で加熱する。
加熱時間は、15〜90分が好ましい。100℃未満ではイミ
ド化するのに長時間を要したり、得られたポリイミドの
耐熱性、機械的特性、接着性が不十分なので実用に供す
るのに不十分である。450℃より高温では、得られたポ
リイミドの耐熱性、機械的特性が劣化し実用に供するの
に不十分である。
本発明に係るポリイミド前駆体溶液の濃度は、5〜30重
量%、好ましくは10〜25重量%である。5重量%未満で
は、得られた熱硬化膜の膜厚が所定の目標値に到達しな
い場合があるためであり、また30重量%を越えると前記
ポリイミド前駆体溶液はゲル化を起して事実上合成出来
なくなり、いずれの場合も不都合である。
支持基板としては、例えばCu,Cr,Fe等の金属、シリコン
ウエハ、GaAsウエハ、TiO2,Ta2O5,SiO2,Al2O3,SiO2−Al
2O3などの金属酸化物、窒化ケイ素などが挙げられる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。
実施例1 温度計、撹拌機および塩化カルシウム管を備えた300ml
の三っ口フラスコに、精製した3,4′−ジアミノジフェ
ニルエーテル9.812g(0.049モル)、精製した3−アミ
ノプロピルトリエトキシメチルシラン0.222g(0.001モ
ル)、精製したN,N−ジメチルアセトアミド40gを入れて
よく撹拌し、フラスコを氷浴で冷却した。これに、精製
した3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二
無水物16.106g(0.05モル)を少量ずつ30〜40分間かけ
て加えた。この時、反応溶液を室温(25℃)程度に保持
した。さらにフラスコ内壁に付着した酸二無水物を、精
製したN,N−ジメチルアセトアミド43.7gで洗い流しなが
ら加えた。酸二無水物を添加してから一時間後にオイル
バスで加熱し、液温が70℃到達してから約8時間撹拌を
続けてワニスを得た。ワニスの粘度(25℃)は、E型粘
度計で測定すると35ポアズ(Poise)であった。冷蔵庫
に3ケ月保管した後のワニス粘度(25℃)は34ポアズで
あり、貯蔵安定性にすぐれていることがわかった。
また、上記有機ケイ素末端ポリイミド前駆体溶液よりな
るワニスをシリコンウエハ上にスピンナーで塗布し、真
空(10-3Pa)ベーク炉中で200℃で30分間、さらに350℃
で30分間加熱し、フィルム面をアピエゾンワックスで保
護し、フッ酸/硝酸(1:2)混合液(液温10℃以下)で
シリコンウエハをエッチング除去し、上記ワックスをト
リクレンで洗浄し、イソプロピルアルコールで置換し、
水洗し、エアブローしてフィルムを作製した。フィルム
の諸特性は、次のとおりであった。
引張り強さ;14kg/cm2 引張り弾性率;403kg/cm2 伸び;6% 重量減少開始温度;472℃ また、前記と同様にシリコンウエハ上に作製したフィル
ムのピール強度(対シリコンウエハ)は、400g/cm以上
(フィルム破壊)であった。
実施例2〜4 3,4′−ジアミノジフェニルエーテルと3−アミノプロ
ピルトリエトキシシランの配合割合を、それぞれ9.612g
(0.048モル)と0.885g(0.004モル)、9.411g(0.047
モル)と1.328g(0.006モル)、9.211g(0.046モル)と
1.771g(0.008モル)とした以外は実施例1と全く同様
にして有機ケイ素末端ポリイミド前駆体溶液よりなるワ
ニスを得た。そして実施例1と同様にしてワニスの貯蔵
安定性を測定すると共に、実施例1と同様にしてフィル
ムの諸特性を測定し、第1表の実施例2,3,4に示すよう
な好結果を得た。
実施例5 3,4′−ジアミノジフェニルエーテル6.1807g(0.03086
モル)、3−アミノプロピルトリエトキシシラン0.279g
(0.00126モル)、3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸二無水物10.147g(0.03149モル)を用いた以
外は実施例1と全く同様にして有機ケイ素末端ポリイミ
ド前駆体溶液よりなるワニスを得た。そして実施例1と
同様にしてワニスの貯蔵安定性を測定すると共に、実施
例1と同様にしてフイルムの諸特性を測定し、第1表の
実施例5に示すような好結果を得た。
実施例6〜8 前記一般式(II)で表わされる有機シリルとしてそれぞ
れ3−アミノプロピルジエトキシメチルシラン0.241g、
3−アミノプロピルエトキシジメチルシラン0.203g、パ
ラ−アミノフェニルトリメトキシシラン0.269gを用いた
以外は実施例5と同様にして有機ケイ素末端ポリイミド
前駆体溶液よりなるワニスを得た。そして実施例1と同
様にしてワニスの貯蔵安定性を測定すると共に、実施例
1と同様にしてフィルムの諸特性を測定し、第1表の実
施例6〜8に示すような好結果を得た。
前記実施例1〜8に示すジアミン成分およびモノアミン
成分と酸二無水物とのモル比を示すと下記第1表のIIに
示すとおりである。
実施例9〜13 前記一般式(I)〜(III)で表わされる化合物の種類
と、これらの配合量を第2表の実施例9〜12に示したよ
うにした以外は実施例1と同様にして有機ケイ素末端ポ
リイミド前駆体溶液よりなるワニスを得た。そして実施
例1と同様にしてワニスの貯蔵安定性を測定すると共
に、実施例1と同様にしてフィルムの諸特性を測定し、
第2表の実施例9〜13に示すような好結果を得た。
比較例1,2 温度計、撹拌機および塩化カルシウム管を備えた300ml
の4つ口フラスコに第2表の比較例1,2に示した割合に
精製したパラ−フェニレンシアミンおよび3,4′−ジア
ミノジフェニルエーテル、精製したN,N′−ジメチルア
セトアミドを入れてよくかきまぜ、フラスコを氷浴で冷
却した。これに精製した3,3′,4,4′−ビフェニルテト
ラカルボン酸二無水物を少量ずつ加えた。この時、反応
溶液を室温(25℃)程度に保持した。さらに、フラスコ
内壁に付着した酸二無水物をN,N′−ジメチルアセトア
ミド40.0gで洗い流しながら加えた。その後オイルバス
で加熱し、反応液温が70℃に到達したら約16時間撹拌を
続けた。次に、3−アミノプロピルジエトキシメチルシ
ランを少量づつ加えながら、よくかきまぜワニスを得
た。そして実施例1と同様にしてワニスの貯蔵安定性を
測定すると共に、実施例1と同様にしてフィルムの諸特
性を測定した。測定結果を第2表の比較例1,2に示す
が、いずれも本発明に係るものより性能が劣っていた。
前記実施例9〜13に示す化合物(I)および(II)と、
化合物(III)とのモル比を示すと下記第2表のIIに示
すとおりである。
〔発明の効果〕 以上詳述したように本発明によれば、粘度安定性の優れ
た有機ケイ素末端ポリイミド前駆体溶液よりなるワニス
が得られ、かつこのワニスを熱硬化して膜を形成する
と、接着性、機械的特性に優れたものが得られる。
フロントページの続き (72)発明者 藤原 彰夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 片岡 文雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 相沢 輝樹 茨城県下館市大字小川1500番地 日立化成 工業株式会社下館工場内 (56)参考文献 特開 昭61−287926(JP,A) 特開 昭61−293227(JP,A) 特開 昭57−212330(JP,A) 特公 昭43−6639(JP,B1) 特公 昭46−38983(JP,B1) 特公 昭58−18372(JP,B2) 特公 昭58−32162(JP,B2) 特公 昭58−32163(JP,B2)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(I)で表わされる有機ジアミ
    ン92〜99モル%と、下記一般式(II)で表わされる有機
    シリル8〜1モル%よりなる混合物と、 H2N−R1−NH2 ……(I) (但し、上記一般式(I),(II)中R1,R2は二価の有
    機基、R3,R4は一価の有機基、mは0,1,2又は3であ
    る。) 上記一般式(I),(II)の混合物1モルに対して1.0
    〜1.08モル数の下記一般式(III)で示される有機テト
    ラカルボン酸二無水物とを、有機極性溶媒中で0〜40℃
    に維持しながら縮重合させて有機ケイ素末端ポリイミド
    前駆体溶液を得、この有機ケイ素末端ポリイミド前駆体
    溶液を50〜80℃に加熱することを特徴とする有機ケイ素
    末端ポリイミド前駆体の製造方法。 (但し、上記一般式(III)中R5は四価の有機基であ
    る。)
  2. 【請求項2】有機ケイ素末端ポリイミド前駆体溶液が、
    有機ケイ素末端ポリイミド前駆体5〜30重量%、有機極
    性溶媒95〜70重量%よりなるものであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の有機ケイ素末端ポリイミ
    ド前駆体の製造方法。
  3. 【請求項3】下記一般式(I)で表わされる有機ジアミ
    ン92〜99モル%と、下記一般式(II)で表わされる有機
    シリル8〜1モル%よりなる混合物と、 H2N−R1−NH2 ……(I) (但し、上記一般式(I),(II)中R1,R2は二価の有
    機基、R3,R4は一価の有機基、mは0,1,2又は3であ
    る。) 上記一般式(I),(II)の混合物1モルに対して1.0
    〜1.08モル数の下記一般式(III)で示される有機テト
    ラカルボン酸二無水物とを、有機極性溶媒中で0〜40℃
    に維持しながら縮重合させて有機ケイ素末端ポリイミド
    前駆体溶液を得、この有機ケイ素末端ポリイミド前駆体
    溶液を50〜80℃に加熱し、さらに100〜450℃に加熱して
    硬化させることを特徴とするポリイミドの製造方法。 (但し、上記一般式(III)中R5は四価の有機基であ
    る。)
  4. 【請求項4】有機ケイ素末端ポリイミド前駆体溶液が、
    ポリイミド前駆体5〜30重量%、有機極性溶媒95〜70重
    量%よりなるものであることを特徴とする特許請求の範
    囲第3項記載のポリイミドの製造方法。
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