JPS6142573A - 塗布溶液 - Google Patents

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】 本発明はポリイミド形成成分１１度を高めた高濃度ポリ
イミド形成用の塗布溶液に関し、その目的とするところ
は最終的にポリイミド膜を形成した時に厚膜と成すこと
ができるポリイミド形成用の塗布溶液を提供することに
ある。

従来、耐熱性、電気絶縁性、強靭性、耐薬品性など多く
の優れた特性を有する縮合型ポリイミドは、芳香族テト
ラカルボン酸二無水物ｌたはその誘導体と、芳香族ジア
ミンとをＮ−メチ／Ｌ／　−２−ピロリドンなとの不活
性溶剤中で通常８０℃以下で付加重合し、ポリイミド前
駆体でるるポリアミド酸もしくはその誘導体とし、これ
を１８０〜３５０℃に加熱すること、もしくは無水酢酸
−ビリジン系で化学的縮合閉環などの方法によりホリイ
ミドへ変換し１いた。得られたポリイミドは可撓性銅張
印刷配線基板のベースフィルムとして、Ｃ種エナメルｆ
ｊ［皮膜として、半導体素子表面保護膜、ソフトエラー
防止シールド膜、半導体素子層間絶縁膜なとの半導体用
として、および液晶セル有機配向膜などの多くの用途に
その優れた特性を発揮していることは広く周知の如くで
ある。しかしこれらいずｎの場合もポリイミド形成用溶
液は、ポリアミド酸もしくはその誘導体を使用しており
、こＯ重合体は高分子量のため、実使用上溶解できる重
合体濃度は一般に５〜３Ｏｉ量％でめシ、これから得ら
れるポリイミド膜の厚みは、塗布溶液の厚さの５〜３０
％の厚みしか厚み出しができず。

しかも、従来のポリアミド酸もしくはその誘導体の溶液
を用いたのでは透明強靭なポリイミド膜が形成できる厚
かは通電１００μｍが限度でめシ、これ以上の厚み出し
をしようとし７ｃ場合は、かえって透明強靭なポリイミ
ド膜が形成せず粉状金種するの叱にＴ″めった。このた
めポリイミドの厚膜が必要である用途に対して鉱、複数
回塗布により厚み出しを行なっていたが、これでは工程
の増加となシ、作業性低下の欠点となっていた。

本発明者らは上記事情に鑑シ９、作業性を低下させ勾こ
となく一回の塗布で１００μ餌以上のポリイミド膜上形
成させんと鋭意検討した結果本発明に到達したものであ
る。すなわち本発明は、不活性溶媒中に、（ａ）次の一
般式（１） （ただし、Ｒｘ、Ｒｚは水素または炭素数がｌ〜４のア
ルキル基またはＣＦｓを示し、互いに同じであっても異
っていてもよい。Ｒ３，Ｒ４，Ｒｓ、Ｒ６は水素または
ハロゲンまたは炭素数１〜４のアルキ）Ｖ基でロシ、互
いに同じであっても異っていてもよい０）で示される４
核体ジアミン１００〜５０モル％と次の一般式（２） ％式％ （ただし、Ｒｙは二価の有機基、１匈に一価の有機基を
示し、ｎは１〜１０１Ｊ　Ｏの整数である。）で示され
るジアミノシロキサン０〜５０モル％よりなるジアミン
成分と、（ｂ）芳香族テトラカルボン酸エステルを、略
等モル溶解してなる塗布溶液に関するものである。つ咬
シ本発明では、一般式（１）で示ｎるジアミノシロキサ
ンとの併用を行なうが、こレラのジアミンと芳香族テト
ラカルボン酸エステルとを略等モル不活性溶剤中に溶解
し、高分子量程度での溶解にととめ、ポリイミド形成成
分でおる固形分濃度を著るしく向上６せ、高濃度化を計
ったものでるる。芳香族テトラカルボン酸二無水物は不
活性溶剤に溶解しないか、溶解したとしても、得られる
塗布溶液の保存中にジアミンと反応し、ポリアミド酸と
なるため、本発明では芳香族テトラカルボン酸ニス７−
／ｌ／ヲ用いる。本発明においては塗布溶液の濃度向上
を行なうことで塗布後、加熱することによシ生成するポ
リイミド膜の厚膜形成が可能となったのである。本発明
でμ必須成分として一般式（１）で示される４核体ジア
ミンを用いることに特徴が有る。この４核体ジアミンを
具体的に例示すれば、好適にｆｉ２・２−ビス〔４−（
４−７ミノフエノキシ）フェニル〕プロパンであるが、
その他２・２−ビス〔３−メチ／Ｌ／−４−（４−７ミ
ノフエノキシ）フェニル〕プロパン、２・２−ヒス〔３
−クロロ−４−（４−７ミノフエノキシ）フェニル〕プ
ロパン、１・１−ビス（４−（４−７ミノフエノキシ）
フェニル〕エタン、１−１−ビス〔３−メチル−４−（
４−７ミノフエノキシ）フェニル〕メタン、１φｌ−ビ
ス〔３−メチル−４−（４−７ミノフエノキシ）フェニ
ル〕メタン、１・ｌ−ビス〔３−クロロ−４−（４−ア
ミノフェノキシ）フェニル〕エタン、１・ｌ−ビス〔３
吻５−ジメチル−４−（４−７ミノフエノキシ）フェニ
ル〕エタン、ビス〔４−（・（−７ミノフエノキシ少フ
ェニル〕メタン、ビス〔Ｓ３−メチル−４−（４−７ミ
ノフエノキシ）フェニルコメタン、ヒス（３−クロロ−
４−（４−７ミノフエノキシ）フェニル〕エタン、ビス
（３・５−ジメチル−４−（４−７ミノフエノキシ）フ
ェニル〕メタシなと′ＩＪｉ挙げられる。一方従来のジ
アミンも厚膜成形＆を低下させない範囲、通常上記４核
体ジアミン便用愈に対して３０モル％まで置き換え可能
でろるが、それ以上の使用は厚膜成形性を低下するので
好ましくない。この様な従来のジアミンを敢えて列挙す
れはメタフエニ１／ンジ７ミン、パラフェニレンジアミ
ンなどの１核体ジアミン、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、２
・２′−ビス（４−７ミノフエニル）プロパン、３・３
′−ジアミノジフェニルスルホン ジフエニルスルホン、４・４７−ジアミツジフエニルス
ルフイド ージスルホン酸、ペンレジシー３−モノスルホシ酸，ベ
ンジジン−３−モノカルボン酸、３・３１−ジメトキシ
ベレジジンなとの２核体ジアミン、４・４″−ジアミノ
−Ｐ−ターフェニル、ｌ・４−ビス（ｍ−アミノフェノ
キシ）ベンゼン、１＠４−ヒス（Ｐ−７Ｅノフエノキシ
）ベンゼン、１φ４−ビス（ｍ−７ミノスルホニル）ベ
ンゼン、１・４−ビス（Ｐ−アミノフェニルスルホニル
ゼン、ｌ・４−七゛ス（ｍ−７ミノフエニルチオエーテ
）Ｖ）ベンゼン，１・４−ビスＣＰ−７ミノフエニルチ
オエーテル）ベンゼンなどの３核体ジアミン、４・４′
−ジアミノジフェニルエーテル−−カルボンアミド、３
拳４′−ジアミノジフェニルエーテル−４−カルボンア
ミド、３・４′−ジ７ミノジフェニルエーテ／Ｌ／−３
’−カルボンアミド、３・３−ジアミジフェニルエーテ
ルー４ーカルボジアミドなどのジアミノカルボジアミド
化合物，４・４−（４−アミノフェノキシ）ジフェニル
スルホン ニルスルフィド、４・４’−（４−７ミノフエノキシ）
ジフェニルスルフィド エノキシ）ビフェニルなとの一般式（１）に含まれない
４核体ジアミンなどの芳香族ジアミンや、ヘキサメチレ
ンジアミン、ヘプタメチレンジアミンなどの脂肪族ジア
ミン、１や４−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジ
アミン、４・４′−ジアミノジシクロヘキシルメタンな
どの脂環族ジアミンなどが挙げられる。一般式ｆｉｌで
示される４核休ジアミンは、例えばポリイミドが一般的
にフィルムとして使用される場合は、塗布基板からの剥
離を必要とするため，一般式（２１で示されるジアミノ
シロキサンは不必要でおる。しかし半導体素子表面保ａ
膜などの用途においては、生成するポリイミド膜と塗布
基板とのＷ着性が必要なため、密着性向上剤として一般
式（２１で示されるシフ゛ミノシロキサンを併用するの
が好ｌしいつこのジアミノシロキサン４一般式（１）で
示される４核体ジアミンの５０モル％までさらに好適に
は２０モル％讐で置き換えができるが、それ以上の使用
量は＃を熱性を低下させるので好ましくない。特に好適
には４核体ジアミンの１〜４−モル％をジアミノシロキ
サンで置き換える。この様なジアミノシロキサンは、そ
の代表例につき例示すれば以下の如くである。

Ｃ６Ｈ５０ＣＩ−Ｉａ　　　Ｃ６Ｈ３ ＣｂＨｓ　　　ＱＣＨｓ　　　Ｃ５Ｈｓ本発町で用いる
芳香族テトラカルボン酸エステルは、通常、分子１２０
０〜７００程度のものを用いることができ、芳香族テト
ラカルボン酸二無水物とアルコール（通常はＣ数４以下
の一価アルコール）とｔ反応させて得ることができる。

エステル（［＝行１うアルコールとしては、メタノール
、エタノール、ｎ−プロパツール、５ａＣ−プロパツー
ル、ｎ−ブタノール、　ａｅｃ−フタノール、　ｔｅ？
ｔ−ブタノールなどのアルコールが良く、好１しくはメ
タノール、エタン−３ｚ、Ｈ−プロパツール、　８ｅｅ
−フタノールである。さらに好ｔＬ、＜はメタノール、
エタノールでおる。エステル化に芳香族テトラカルボン
酸二無水物に対して過剰量のアルコールを反応容器に加
え、アルコールの沸点で加熱し還流を行ない、無水物基
１ケにズソしてアルコールを少くとも１ヶ反応させた芳
香族テトラカルボン酸ジエステル以上の多エステルとし
、反応終了後は過剰のアルコールを留去することによシ
得ることができる。エステル化に用いる芳香族テトラカ
ルボン酸二無水物は、一般的に分子ｔｈｉ：２（ＪＯ〜
５００程度のものが用いられ、その具体例について例示
すると以下のμ口くでるる。すなわちピロメリット酸二
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、３・３′ｅ４や４′−ビフェニルテ
トラカルボン酸二１１ｇ水’ｔｌＪｓ　　２・３・３′
・４′−ヒフェニルテトラカルボン酸二無７［１ｊ、２
・３・６・７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、
１・２・５・６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物
、ｌ・４・５・８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水
物、２・２′−ビス（３・４−ジカルボキシフエニ／Ｌ
／）プロパン二ｆｌＦｋ水ｍｓ　ヒス（３・４−ジカル
ボキシフェニル 無物％３−４・９・ｌＯ−ペリレンテトラカルボン酸二
ｍ水物．　ビス（３−４−ジカルボキシフェニル）エー
テルニ無水物、２・２’（　２・３−ジカルボキシフェ
ニル）プロパンニ無水物、１１１１′−ビス（２・３−
ジカルボキシフェニル 無水物、ベンゼン−１・２・３轡４−テトラカルボン酸
二無水物、２・３・６Φ７−アシドラセンテトラカル゛
ボン酸二無水物、ｌ・２・７・８−フェナントレンテト
ラカルボン酸二無水物などがある。

この発明に特に好適ンよ芳香族テトラカルボン酸エステ
ルは，　　３−３’−　４−４’−ヒフェニルテトラカ
ルボン酸ジメチルエステ）Ｉ／Ｊ？よび３ψ３′・４・
４′−ビフェニルテトラカルボン酸ジエチルエステルで
ある。この好適なジエステルは、通常は酸無水物基を有
しないジエステルでめる。この芳香族テトラカルボン酸
エステルを用いた場合，最もＪＱ［のポリイミド膜が形
成でき、しかも、形成したポリイミドはホリアミド酸を
経由して得られる同一構造のポリイミドと同等の特性が
得られる。もちろん、他の，二無水物エステルを使用す
る場合でも厚膜形成ができるが加熱方法をよ）緩和して
行なう等の手段ｔとるのが好ましい０ 本発明では上記４核体ジアミン１００〜５０モル％およ
びジアミノシロキサン０〜５〇七ル％よシするジアミン
成分と芳香族デトラカルボン酸エステルを略等モル不活
性溶剤中に室温で、もしくは７０℃以下で溶解する。加
温下で溶解きせたときには、脱アルコールによジイミド
化が進行するが、本発明に於ては分子−［２，０００程
度１でにとどめるのが好ましい。溶液中のポリイミド形
成々分濃度である固形分濃度は使用する用途によって種
々変わシ得るが、目安としては塗布溶液の溶液粘度を１
（ＪＯｃｐｓ（センチポイズ（２５±０．１℃時ノ〕に
調整したときの固形分濃度が４０重量％以上とするのが
好ましい。本発明で用いる不活性溶剤としてはたとえば
Ｎ−メチ／Ｌ／−２−ピロリド〉、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’−ジメチルスルホキシドサメチルホスホルアミドな
どの高極性塩基性溶剤が用いらＩＬる○もちろん、上記
４核体ジアミン、ジアミノ゛シロキサンおよび芳香族テ
トラカルボン酸エステルからの低分子オリゴマーを溶解
できる溶斉Ｕたとえばアセトフェノン、ジオキサン、フ
ルフラー／Ｌ／専の溶剤を使用できるのは言うまでも無
い。

ｌだこれらの溶剤とともにトルエン、キシレン、ベシゾ
ニトリル、ベンゼン、フェノールの如キ汎用溶剤を併用
できるが、しかしその使用量は低分子オリゴマーの溶解
度を低下させない範囲にナベきである。

本発明のポリイミド形成用の塗布溶液は、これ全塗布基
板に塗布後、段階乾燥（例えば１５０℃で６０分、続Ｌ
ｎて２００℃で３０分さらに２５０　’Ｃで６時ＩＩＩ
）を行なうのが好ましいが、この過程で４核体ジアミン
、場合によシ４核体ジアミンとジアミノシロキサンと、
芳香族テトラカルボン酸エステルが脱７／Ｉ／コールに
よシ縮重合し、高分子量ポリイミドへ変化するから、従
来のポリアミド酸もしくはその誘導体の溶液を゛塗布溶
液として用いる必要性が無い。

以下に本発明を実施例によって具体的に説明するが、実
施例中溶液粘度、固形分濃度は次の様にして測定した。

（１）溶液粘度 Ｅ型回転粘度計で、２５土０．１℃で測定した。

（２）固形分濃度 ２−Ｗｌ ここにＷロシャーレの重量（７） Ｗ２：試料とシャーレの重量（，５２）Ｗｓ　：　１５
０℃で６０分さらに２００’Ｃで６０分乾燥した後の試
料とシャーレの重 量（、Ｆ） 実施例１ 撹拌装置、冷却管２よび温度計を付したフラス中に、３
・３′・４・４′−ビフェニルテトラヵ゛ルボン酸二無
水物２９．４／（０，１−１−／ｌ／）とメタ／　−／
Ｌ／１６０ｙ（５モル）を加え、６４−６５℃で６時間
反応系が透明となるまで加熱還流した。その後過剰のメ
タノールを留出し、さらに減圧下でメタノール残分を完
全に留去した。得られたエステル化物は酸価が３１１で
ろＪ、ＩＲスペクトルから３・３′・４・４′−ヒフェ
ニルテトラカルボン酸ジメチルエステルであることを確
認した。

上記操作で得られた３・３′・４・４′−ビフェニルテ
トラカルボン酸ジメチルエステル３５．８．５１（０，
１モル）と、２・２−ビス〔４−（４−７ミノフエノキ
シ）フェニル〕プロパン４１．０．９（０，１モル）、
さらにＮ−メチル−２−ピロリドンｆＣ７６，８ｆｌ加
え、４０℃で２時間撹拌し、透明溶液とした。得られた
溶液の固形分濃度は４９．３％てめジ、酊液粘反は９７
　ｃｐａであった。

この溶液をドクターナイフを用いて溶液の塗布厚を６０
０μｍ　Ｋ調整して、ガラス板上に塗匝し、１５０℃で
６０分間、１７５℃で３０分間、２００℃で３０分間、
さらに３００℃で６０分間加熱し、刀ラス板から剥離後
、厚さ２８５μｍの透明で強靭な可撓性の有るホリイミ
ドフイルムが得られ／こ０得られたフィルムの引張抗張
力は９８０に９／ｃａでめった。

実施例２ 実施例１と同様なる反応容器に３・３・４・４′−ビフ
ェニルテトラカルボン醸二無水物２９．４１１（０，１
モｌし）とｎ−プロパツール３００．５’（５モ）Ｌ／
）を加え、９７℃で４時聞反応糸が透明となるｌで力日
熱還流し、その後過剰のｎ−プロパツールを完全に留去
し、３・３′・４・４′−ビフェニルテトラカルボン酸
ジｎ−プロピルエステルを合成した。得らに、３・３′
・４・４′−ビフェニルテトラカルボン酸ジ１１−プロ
ピ“ルエステル４１．４ｇ１Ｃ，２、２−ビス〔４−〔
４−７ミノフエノキシ）フェニル〕プロパン３８．９５
１ｉ（０，０９５モル）とビス（３−７ミノブロビル）
テトラメチルジシロキサン１．２４９（０，００５モル
）、もらにＮ−メチル−２−ピロリドン８１．６ＩＩを
加え、６０℃で２時間撹拌し、完全に溶解し、固形分濃
度４９．９％、溶液粘度６３５　ｃｐａのこの発明のポ
リイミド形成用の塗布溶液を作製した０ 実施例１と同様に、溶液の塗布厚みを６００μ倶に調整
してガラス板上に塗布して、１５０℃で６０分間、１７
５℃で３０分間、２００℃で３０分間さらに２７５℃で
６０分間加熱゛シ、ガラス上に厚さ２９５μｍの透明強
靭皮膜を形成した。この皮膜はガラス板との接着性が良
く＃献できな力・った。　゛実施例３ °実施例１で使用した３−；３’・４・４′−ビフェニ
ルテトラカルボン酸二無水物の代わりに３・３′・４０
４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸を同モル使用し
て、以下同様にして固形分濃度４９．３％、溶液粘度４
１０　ｃＰａのこの発明のポリイミド形成用の塗布溶液
を作製した。

引続き実施例１と同様にして、溶液の塗布厚みを４５０
μｍに調整してガラス板上にｍ　ｒｌＪＬ　ｓ　１２０
℃で３０分向、１５０℃で３０分間、１７５℃で６０分
間、２００℃で３０分局、さらに３００　”ＣＴ　６０
分間加熱し、ガラス板から剥離後２１５μ倶の透明で強
靭な可撓性の有るポリイミドフィルムが得られた。得ら
れたフィルムの引張抗張力は８２０　ｋｇ／ｃＡでめっ
た。

実施例４ 実施例１で便用した２・２−ビス（４−（４−７ミノフ
エノキシ）フェニル〕プロパン４１．０ｐ（０，ｌモ／
Ｌ／）の代わりに、２・２−ビス（４−（４−アミノフ
ェノキシ）フェニルレノプロパン２２．ｂ５ｉ０．０５
５モル）とビス（３−アミノブロビルジテトラメチルシ
シロキサン１１．１８．５’（０，０４５モル）を使用
して以下同様にして固形分濃度５０，０％。

溶液粘度９０　ｃｐＨのこの発明のポリイミド形成用の
塗布溶液を作製した。引続き実施例１と同様にして溶液
の塗布厚与’１６００μ洛にｙ４整してガラス板上に塗
布し、１００℃で６０分間、１７５℃で３０分間、２０
０℃で３０分子Ｉ］さらに３００”Ｃ”Ｃ’６０分間加
熱し、ガラス板上に厚さ２８３μｍの透明で可撓性の有
るポリイミドフィルムを形成させた。フィルムの引張抗
張力は５８０ｋＣｌ／、−であった。

比較例１ 実施例１と同様の反応容器に、３・３′・４・４′−ビ
フェニルテトラカルボン酸二無水物２９．４．ｐ（０，
１モル）、２・２−ビス（４−（４−７ミノフエキシ）
フェニル〕プロパン４１．０，９（０，１モル）すらに
Ｎ−メチル−２−ピロリドン２８１．６ｇを加え、３０
℃以下（特に室温付近ないし、それに近い温度）に保ち
ながら撹拌した。これによって重合反応はすみやかに進
行し１反応系の粘度が上昇し、固形分濃度２０．０％溶
溶液塵が２００００００　ｃｐａ以上のホリ７ミド酸溶
液を作った。次にこれを６０℃に保ち加熱熟成を行ない
溶液粘度を３０００　ｃｐｓまで低下させた。

引続き実兄例１と同様にして、溶液の塗布厚みｙ＆：６
００μｍに調整してガラス板上に塗布し、１５０’Ｃテ
ロ　０分間、１７５℃で３０分間、２００℃テｒｉ。

分間さらに３００℃で６０分間加熱したきころ、透明で
強靭なフィルムは形成せず、黄色の粉状粒体でめった。

次に溶液の塗布厚みをｓｏｏｔｉｍに調整し、同様にし
てガラス板上に塗布し、加熱したところ厚さ９３μ鴨の
透明強靭なポリイミドフィルムが得られた。しかし実施
例１と同程度の膜厚のフィルムとするには３回重ね塗布
が必要であった。

比較例２ ルエーテル２０．０Ｉ！（０，１モル）、さらにＮ−メ
チル−２−ピロリドン２３６．９，９を加え比較例１と
同様の操作によ少、！形分濃度１４．８％、溶液粘度３
００ｃｐｓのポリイミド前駆体溶液を作製した。

引続き実施例１と同様にして、溶液の塗布厚みを６００
μｍに調整してガラス板上に塗布し、１５０℃で６０分
間、２００℃で６０分間、さらに３００℃で６０分間加
熱し、ガラス板から剥離後、厚さ８８μｍの透明強靭な
ホリイミドフィルムが得られた。

しかし、実施例１と同程度の膜厚のフィルムとするため
には３＠重ね塗布が必要でめった。上記実施例１〜４．
比較例１〜２によシ得られた塗布溶液を、該溶液を構成
する溶媒にて順次希釈し、所定濃度に於ける粘度（２５
℃±１℃にて測定）を測定しグラフ化した結果を第１図
に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の塗布溶液の固形分濃度と溶液粘度との
関係を示すグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）不活性溶媒中に、（ａ）次の一般式（１）▲数式
   、化学式、表等があります▼・・・（１） （ただし、Ｒ＿１、Ｒ＿２は水素または炭素数が１〜４
   のアルキル基またはＣＦ＿３を示し、互いに同じであつ
   ても異つていてもよい。Ｒ＿３、Ｒ＿３、Ｒ＿５、Ｒ＿
   ６は水素またはハロゲンまたは炭素数１〜４のアルキル
   基であり、互いに同じであつても異つていてもよい。）
   で示される４核体ジアミン１００〜５０モル％と次の一
   般式（２） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（２） （ただし、Ｒ＿７は二価の有機基、Ｒ＿８は一価の有機
   基を示し、ｎは１〜１０００の整数である） で示されるジアミノシロキサン０〜５０モル％より、な
   るジアミン成分と、（ｂ）芳香族テトラカルボン酸エス
   テルを、略等モル溶解してなる塗布溶液。
2. （２）芳香族テトラカルボン酸エステルが３・３′、４
   ・４′−ビフェニルテトラカルボン酸エステルである特
   許請求の範囲第１項記載の塗布溶液。
3. （３）塗布溶液の固形分濃度が、溶液粘度を１００ｃｐ
   ｓ（２５±０．１℃）としたとき、４０重量％以上であ
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の塗布溶液。