JPH1067933A - 無機フィラー含有ポリイミド組成物及びその製造方法 - Google Patents

無機フィラー含有ポリイミド組成物及びその製造方法

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JPH1067933A
JPH1067933A JP22635596A JP22635596A JPH1067933A JP H1067933 A JPH1067933 A JP H1067933A JP 22635596 A JP22635596 A JP 22635596A JP 22635596 A JP22635596 A JP 22635596A JP H1067933 A JPH1067933 A JP H1067933A
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metal alkoxide
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containing polyimide
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JP22635596A
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Masahiro Sato
正洋 佐藤
Kazuyuki Sato
数行 佐藤
Norimoto Yasuda
徳元 安田
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KANSAI SHIN GIJUTSU KENKYUSHO
KANSAI SHIN GIJUTSU KENKYUSHO KK
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KANSAI SHIN GIJUTSU KENKYUSHO
KANSAI SHIN GIJUTSU KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】付加反応型熱硬化性ポリイミドと無機フィラー
とからなる組成物であって、前記無機フィラーが金属ア
ルコキサイド誘導体を加水分解したものであり、前記組
成物は透明であって、かつ無機フィラー含有ポリイミド
組成物には0.1μm以上の無機フィラーを含まないこ
とにより、無機物フィラーが存在していても透明かつ均
質な組成で、フィルムにした場合も透明である無機フィ
ラー含有ポリイミド組成物を提供する。 【解決手段】ポリ(ビスアリルナジイミド)等の付加反
応型熱硬化性イミド前駆体化合物と、テトラエチルシリ
ケート等の金属アルコキサイドの混合物に、水を加えて
金属アルコキサイド誘導体を加水分解した後、加熱処理
する。この時溶媒としてメタノール等の低沸点溶媒を用
い、低温で短時間の硬化反応を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機・無機組成
物、具体的には、ポリイミドと無機フィラーとで形成さ
れた均質で透明な組成物に関する。
【0002】この有機・無機複合体は、無機成分の高い
耐熱性の為、ポリイミド単体のみの場合と比較して高い
耐熱性を示し、耐熱材料として有用である。また、無機
成分の硬さの為、ポリイミドのみの場合と比較して硬度
が上がり、表面保護膜としても有用である。
【0003】
【従来の技術】従来、ポリイミドと無機フィラーとで形
成される組成物は、ポリイミド前駆体としてのポリアミ
ック酸と金属アルコキサイドを混合して加水分解するい
ずれかの段階で高沸点溶媒を加え、その後、加熱処理す
ることにより得られている(例えば、有機ケイ素ポリマ
ーの最新技術、P105〜106、シーエムシー株式会
社発行、1996年)。その加熱は、前記溶媒を蒸発さ
せる程度までの温度が必要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、見かけ上均一な溶液からフィルムを作製する際
に高沸点のアミド系溶媒(例えばN−メチルピロリド
ン、N,N−ジメチルアセトアミドのような高沸点極性
溶媒)を蒸発させるのに温度が高くかつ時間がかかるた
め、相分離が進行してシリカ相の粗大化がおこり、透明
なフィルムが得られるのは無機酸化物(シリカ)含量が
約10重量%以下の複合体の場合に限られるという問題
がある。また透明なフィルムとはいえ、透過型電子顕微
鏡(TEM)を用いて16万倍程度で観察すると、粗大
粒子が観測されるという問題がある。
【0005】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、無機物フィラーが存在していても透明かつ均質な組
成で、フィルムにした場合も透明である無機フィラー含
有ポリイミド組成物及びその製造方法を提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の無機フィラー含有ポリイミド組成物は、付
加反応型熱硬化性ポリイミドと無機フィラーとからなる
組成物であって、前記無機フィラーが金属アルコキサイ
ド誘導体を加水分解したものであることを特徴とする。
【0007】前記組成物においては、無機フィラー含有
ポリイミド組成物に0.1μm以上の無機フィラーを含
有しないことが好ましい。前記組成物においては、付加
反応型熱硬化性ポリイミドが、ポリ(ビスアリルナジイ
ミド)またはその共重合体であることが好ましい。
【0008】前記組成物においては、金属アルコキサイ
ド誘導体の金属種がケイ素、チタン、アルミニウム、ジ
ルコニウム、スズ及び鉄から選ばれる少なくとも一つの
金属であることが好ましい。また、本発明における金属
アルコキサイド誘導体とは、金属アルコキサイドはもち
ろん含まれるが、それ以外にもβ−ジケトン錯体や酢酸
塩、硝酸塩、及び塩化物も含まれる。
【0009】前記組成物においては、金属アルコキサイ
ド誘導体が、ラジカル重合性基を含むことが好ましい。
前記組成物においては、光酸発生剤または光塩基発生剤
をさらに含むことが好ましい。
【0010】また前記組成物においては、付加反応型熱
硬化性ポリイミド100重量部に対して、無機フィラー
が0.1〜80重量部添加されていることが好ましい。
次に本発明の無機フィラー含有ポリイミド組成物の製造
方法は、付加反応型熱硬化性ポリイミドと無機フィラー
とからなる組成物の製造方法であって、付加反応型熱硬
化性イミド前駆体化合物と金属アルコキサイドの混合物
に、水を加えて金属アルコキサイド誘導体を加水分解し
た後、加熱処理することを特徴とする。
【0011】前記方法においては、付加反応型熱硬化性
イミド前駆体化合物と金属アルコキサイドの混合物に、
沸点60〜150℃の溶媒を、熱硬化性イミド前駆体化
合物100重量部に対して10〜10000重量部添加
することが好ましい。
【0012】また前記方法においては、付加反応型熱硬
化性イミド前駆体化合物が、ポリ(ビスアリルナジイミ
ド)またはその共重合体であることが好ましい。また前
記方法においては、金属アルコキサイド誘導体の金属種
がケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズ
及び鉄から選ばれる少なくとも一つの金属であることが
好ましい。具体的には、ケイ素(Si)、チタン(T
i)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、
スズ(Sn)及び鉄(Fe)のメタノール、エタノー
ル、プロパノール、ブタノール等の炭素数が1〜6の低
級アルコールを結合させた金属アルコキサイド誘導体が
好ましい。また、本発明における金属アルコキサイド誘
導体とは、金属アルコキサイドはもちろん含まれるが、
それ以外にもβ−ジケトン錯体や酢酸塩、硝酸塩、及び
塩化物も含まれる。
【0013】また前記方法においては、金属アルコキサ
イド誘導体が、ラジカル重合性基を含むことが好まし
い。また前記方法においては、付加反応型熱硬化性イミ
ド前駆体化合物100重量部に対して、金属アルコキサ
イド誘導体を0.1〜80重量部添加したことが好まし
い。特に金属アルコキサイド誘導体を10重量%以上添
加しても透明性を保てる点は、本発明の利点である。
【0014】
【発明の実施の形態】前記組成物において、付加反応型
熱硬化性イミドまたはその前駆体化合物として、ビスア
リルナジイミド型(商品名:BANI-H,BANI-X,BANI-NB(丸
善石油化学製)等)、ビスマレイミド型(商品名:Kerom
id-601(ローン−プーラン社製),XU292(チバガイ
ギー社製)、COMPIMID−M751(テクノケミ
ー社製)、BTレンジ(三菱ガス化学製)等)、ナジッ
ク酸末端反応型(商品名:PMA-15,PMA-II,LARC-160(NAS
A製)等)、及びアセチレン末端反応型(商品名:THERMI
D,MC-600,THERMID,IP-600(Hughes Aircraft社製)等)が
挙げられる。
【0015】これらのうち好ましいものはビスアリルナ
ジイミド型、ビスマレイミド型及びナジック酸末端反応
型であり、とくにビスアリルナジイミド型が好ましい。
本発明で用いるポリ(ビスアリルナジイミド)の硬化反
応の一例のプロセスを説明する。下記式(化1)に示す
通り、反応工程1で2つの化合物の末端を付加反応させ
る(Ene Reaction)。
【0016】
【化1】
【0017】前記化合物中のRは、下記式(化2〜4)
などである。
【0018】
【化2】
【0019】
【化3】
【0020】
【化4】
【0021】次に、前記式(化1)の反応工程2で分子
の末端にさらに付加反応させる(Diels-Alder Reactio
n)。次に、反応工程3で架橋反応と環化反応を行う(Cro
ss-Linking and Cycilization)。このようにして本発明
のポリ(ビスアリルナジイミド)の硬化反応が完成す
る。
【0022】前記反応工程前又は工程中の任意の段階に
おいて、金属アルコキサイド誘導体を反応系に添加す
る。金属アルコキサイド誘導体を反応系に添加する好ま
しい時期は、反応工程前である。
【0023】また、ラジカル重合性基を含む金属アルコ
キサイド(例えば、3−メタクリロキシプロピルトリメ
トキシシラン等)、及び光重合開始剤を用いることによ
り、感光性を有するポリイミドハイブリッド前駆体を得
ることができる。このポリイミドハイブリッド前駆体を
マスクを用いて露光し、未露光部分を洗浄後、加熱処理
することにより、ポリイミドハイブリッド膜を得ること
ができる。
【0024】また、光酸発生剤(例えば、ジフェニルヨ
ードトリフルオロメタンスルホン酸塩、ベンゾイントシ
レート、α−メチロールベンゾイントシレート、ジフェ
ニルジスルホン、DNB−101(みどり化学株式会社
製商品名)、NB−101(みどり化学株式会社製商品
名)、TAZ−101(みどり化学株式会社製商品名)
等)、または光塩基発生剤(例えば、NBC−101
(みどり化学株式会社製商品名))を添加することによ
っても、感光性を有するポリイミドハイブリッド前駆体
を得ることができる。
【0025】
【実施例】
(実施例1)丸善石油化学株式会社製熱硬化性イミド
(商品名:BANI−X)5g、メチルトリエトキシシ
ラン3.7gをテトラハイドロフラン15mlに溶解さ
せた溶液に、日本曹達株式会社製テトラエトキシシラン
のオリゴマー溶液(商品名:アトロンNSi−500)
25gを加えて、均一にした。別途調整したp−トルエ
ンスルホン酸水溶液(p−トルエンスルホン酸;0.1
g、水;0.6g)を室温で加えそのまま2時間攪拌し
た。得られた溶液をスライドグラスにフローコーティン
グし、80℃で2時間、250℃で24時間熱処理し
た。得られたコーティング膜は透明であり、密着性の測
定方法であるクロスカットピーリングテストの結果は1
00/100であり、密着性は良好であった。また、こ
の溶液をポリテトラフルオロエチレン(デュポン会社
製:テフロン)シートから剥がして得られたフィルムを
ルツボに入れて250℃で24時間熱処理したサンプル
の赤外吸収スペクトルを図1に示す。
【0026】また、得られたフィルム組成物は透明であ
り、かつ透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて16万倍
で観察したときに前記無機フィラーの粒子が観察さず、
相溶化していることを確認した。
【0027】(実施例2)日本曹達株式会社製テトラエ
トキシシランのオリゴマー溶液(商品名:アトロンNS
i−500)10gに、丸善石油化学株式会社製熱硬化
性イミド(商品名:BANI−NB)4.5g、架橋剤
(N,N´-メチレンビスアクリルアミド)174mg
及び光重合開始剤(ベンゾインメチルエーテル)580
mgを加えて均一な溶液Aを調整した。
【0028】また、テトラエトキシシラン(信越化学
製)60.9g及び3−メタクリロキシプロピルトリメ
トキシシラン81.2gの混合溶液に、0.05N塩酸
水36.54gを加えて1時間攪拌して溶液Bを調整し
た。
【0029】前記溶液A及びBをそれぞれ1:1重量部
の割合にて均一混合させ感光性ポリイミドハイブリッド
前駆体溶液を得た。得られた前駆体溶液をシリコンウエ
ハー上にスピンコートした。室温で乾燥後、水銀ランプ
を用いて5分間露光(9.75j/cm2 、UV照射)
し、プリキュアリングした。
【0030】露光後、イソプロピルアルコールを用いて
現像後、200℃で1時間加熱処理することにより、膜
厚2μmのポリイミドハイブリッド膜が得られ、良好な
エッチング性を示した。
【0031】また、得られたフィルム組成物は透明であ
り、かつ透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて16万倍
で観察したときに前記無機フィラーの粒子が観察さず、
相溶化していることを確認した。
【0032】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の無機フィ
ラー含有ポリイミド組成物によれば、付加反応型熱硬化
性ポリイミドと無機フィラーとからなる組成物であっ
て、前記無機フィラーが金属アルコキサイド誘導体を加
水分解したものであることにより、無機物フィラーが存
在していても透明かつ均質な組成で、フィルムにした場
合も透明である無機フィラー含有ポリイミド組成物を提
供できる。
【0033】次に本発明の無機フィラー含有ポリイミド
組成物の製造方法によれば、付加反応型熱硬化性ポリイ
ミドと無機フィラーとからなる組成物の製造方法であっ
て、付加反応型熱硬化性イミド前駆体化合物と金属アル
コキサイドの混合物に、水を加えて金属アルコキサイド
誘導体を加水分解した後、加熱処理することにより、無
機物フィラーが存在していても透明かつ均質な組成で、
フィルムにした場合も透明である無機フィラー含有ポリ
イミド組成物を効率良く合理的に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1で得られた得られたフィル
ム組成物の赤外吸収スペクトル。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 付加反応型熱硬化性ポリイミドと無機フ
    ィラーとからなる組成物であって、前記無機フィラーが
    金属アルコキサイド誘導体を加水分解したものであるこ
    とを特徴とする無機フィラー含有ポリイミド組成物。
  2. 【請求項2】 無機フィラー含有ポリイミド組成物に
    0.1μm以上の無機フィラーを含有しない請求項1に
    記載の無機フィラー含有ポリイミド組成物。
  3. 【請求項3】 付加反応型熱硬化性ポリイミドが、ポリ
    (ビスアリルナジイミド)またはその共重合体である請
    求項1に記載の無機フィラー含有ポリイミド組成物。
  4. 【請求項4】 金属アルコキサイド誘導体の金属種がケ
    イ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズ及び
    鉄から選ばれる少なくとも一つの金属である請求項1に
    記載の無機フィラー含有ポリイミド組成物。
  5. 【請求項5】 金属アルコキサイド誘導体が、ラジカル
    重合性基を含む請求項1〜4のいずれかに記載の無機フ
    ィラー含有ポリイミド組成物。
  6. 【請求項6】 光酸発生剤または光塩基発生剤をさらに
    含む請求項1〜5のいずれかに記載の無機フィラー含有
    ポリイミド組成物。
  7. 【請求項7】 付加反応型熱硬化性ポリイミド100重
    量部に対して、無機フィラーが0.1〜80重量部添加
    されている請求項1に記載の無機フィラー含有ポリイミ
    ド組成物。
  8. 【請求項8】 付加反応型熱硬化性ポリイミドと無機フ
    ィラーとからなる組成物の製造方法であって、付加反応
    型熱硬化性イミド前駆体化合物と金属アルコキサイドの
    混合物に、水を加えて金属アルコキサイド誘導体を加水
    分解した後、加熱処理することを特徴とする無機フィラ
    ー含有ポリイミド組成物の製造方法。
  9. 【請求項9】 付加反応型熱硬化性イミド前駆体化合物
    と金属アルコキサイドの混合物に、沸点60〜150℃
    の溶媒を、熱硬化性イミド前駆体化合物100重量部に
    対して10〜10000重量部添加する請求項8に記載
    の無機フィラー含有ポリイミド組成物の製造方法。
  10. 【請求項10】 付加反応型熱硬化性イミド前駆体化合
    物が、ポリ(ビスアリルナジイミド)またはその共重合
    体である請求項8に記載の無機フィラー含有ポリイミド
    組成物の製造方法。
  11. 【請求項11】 金属アルコキサイド誘導体の金属種が
    ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズ及
    び鉄から選ばれる少なくとも一つの金属である請求項8
    に記載の無機フィラー含有ポリイミド組成物の製造方
    法。
  12. 【請求項12】 金属アルコキサイド誘導体が、ラジカ
    ル重合性基を含む請求項8〜11のいずれかに記載の無
    機フィラー含有ポリイミド組成物の製造方法。
  13. 【請求項13】 付加反応型熱硬化性イミド前駆体化合
    物100重量部に対して、金属アルコキサイド誘導体を
    0.1〜80重量部添加した請求項8に記載の無機フィ
    ラー含有ポリイミド組成物の製造方法。
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Cited By (4)

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