JP2004010664A - Material having resin layer thereon and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に樹脂層を有する新規な材料及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリイミドは、機械的特性に加えて耐熱性、耐薬品性、電気絶縁性等に優れ、電気・電子材料、自動車、その他金属・セラミックスの代替材料として幅広く利用されている。
【0003】
従来提案されているポリイミド薄膜の製造方法は、ポリアミド酸ワニスを基板上にディッピング、キャスティング、スピンコートなどの方法を用いて薄膜を形成し、加熱や触媒などによってイミド化させる方法;ポリイミドの原料であるジアミンと無水テトラカルボン酸を真空蒸着した後、加熱してイミド化する方法などである。しかしながら、従来の方法で得られるポリイミド薄膜は、基板と物理的に接着しているのみであり、接着性の良好な基板上にしかコーティングができない。また、これらの方法では複雑な形状の基板へのナノサイズで制御された均一なコーティングが不可能である。従って、基材への密着性、緻密性、均一性などの点でさらに優れた薄膜が求められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、表面に樹脂層(ポリアミド酸層又はポリイミド層)を有する新規な材料及びその製造方法を提供することを主な目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術の問題点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を表面に有する材料を用い、当該官能基、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物を反応させて、当該材料の表面にポリアミド酸層を形成させ、次いで当該ポリアミド層をイミド化してポリイミド層を生成させることにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0006】
即ち、本発明は、下記の各項に係る発明を提供するものである。
項1 表面にポリアミド酸層を有する材料を製造する方法であって、
(a) 無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を表面に有する材料の該官能基と、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物を反応させることにより、当該材料の表面にポリアミド酸層を形成する工程を含むことを特徴とする製造方法。
項2 表面にポリイミド層を有する材料を製造する方法であって、
(a) 無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を表面に有する材料の該官能基と、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物を反応させることにより、当該材料の表面にポリアミド酸層を形成する第一工程、及び
(b) 当該ポリアミド層をイミド化することによりポリイミド層を生成させる第二工程
を含むことを特徴とする製造方法。
項3 反応を有機溶媒の存在下で行うことを特徴とする項1に記載の製造方法。
項4 第一工程において、反応を有機溶媒の存在下で行うことを特徴とする項2に記載の製造方法。
項5 第二工程において、ポリアミド酸のイミド化を有機溶媒中で加熱することにより行う項2又は4に記載の製造方法。
項6 第二工程において、ポリアミド酸のイミド化を気相中で加熱することにより行う項2又は4に記載の製造方法。
項7 表面にポリイミド層を有する材料であって、当該ポリイミド層がポリイミド微粒子により形成される層であることを特徴とする材料。
項8 ポリイミド層が、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を介して材料の表面に形成される層であることを特徴とする項7に記載の材料。
項9 表面にポリイミド層を有する材料であって、
当該ポリイミド層が、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を介して材料の表面に形成されたポリイミド薄膜により形成される層であることを特徴とする材料。
項10 材料が、シリコンウェハであることを特徴とする項7又は8に記載の材料。
項11 材料が、シリコンウェハであることを特徴とする項9に記載の材料。
項12 ポリイミド層の厚さが10〜1000nmであることを特徴とする項7、8又は10に記載の材料。
項13 ポリイミド層の厚さが10〜1000nmであることを特徴とする項9又は11に記載の材料。
項14 層間絶縁膜用材料である請求項7又は8に記載の材料。
項15 層間絶縁膜用材料である請求項9に記載の材料。
【0007】
【発明の実施の形態】
本明細書において、「ポリイミド」には、「ポリアミドイミド」が含まれる。
【0008】
本発明の方法は、表面にポリイミド層を有する材料を製造する方法であって、(a)無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を表面に有する材料の該官能基と、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物を反応させることにより、当該材料の表面にポリアミド酸層を形成する第一工程、及び(b)当該ポリアミド層をイミド化することによりポリイミド層を生成させる第二工程を含む方法である。
【0009】
本発明は、前記方法の第一工程のみを含む方法、即ち、表面にポリアミド酸層を有する材料を製造する方法であって、(a)無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を表面に有する材料の該官能基と、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物を反応させることにより、当該材料の表面にポリアミド酸層を形成する工程を含む方法も含む。
【0010】
以下、第一工程(工程(a))及び第二工程(工程(b))を詳述する。
【0011】
(1)第一工程
第一工程では、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を表面に有する材料を用い、当該官能基、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物を反応させて、当該材料の表面に、ポリアミド酸層を形成する。
【0012】
本発明において、基材となる材料としては、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を表面に有するものであれば特に限定されるものではなく、得られる材料の用途に応じて公知の材料より適宜選択することができる。
【0013】
無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基としては、アミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、水酸基、酸クロライド基、無水カルボキシル基、チオール基、イソシアネート基などが挙げられる。基材となる材料は、1種又は2種以上の官能基を有している。
【0014】
材料が表面に無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を有していない場合には、例えば、かかる官能基を有するシランカップリング剤で常法に従って材料の表面を処理することにより、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を付与することができる。シランカップリング剤としては、例えば、2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのエポキシ系シランカップリング剤;N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ系シランカップリング剤;3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のウレイド系シランカップリング剤;3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト系シランカップリング剤;3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート系シランカップリング剤等が挙げられる。
【0015】
基材となる材料としては、例えば、シリコンウェハ、ポリイミド、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂などのプラスチック材料、ガラス、セラミックス、金属等の無機材料などが挙げられる。
【0016】
材料の大きさは特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設定することができるが、例えば、シリコンウェハの場合は、通常、厚みが0.5〜5mm程度、直径20〜330mm程度である。
【0017】
無水テトラカルボン酸としては、特に制限されず、例えば従来のポリイミド合成で用いられているものと同様のものも使用できる。具体的には、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、1,3−ビス(2,3−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,4−ビス(2,3−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、2,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,6,6’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ナフタレン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、アントラセン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン−1,8,9,10−テトラカルボン酸二無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物;ブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、ペンタン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物等の脂肪族テトラカルボン酸二無水物;シクロブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物等の脂環族テトラカルボン酸二無水物;チオフェン−2,3,4,5−テトラカルボン酸二無水物、ピリジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物等の複素環族テトラカルボン酸二無水物等を使用することができる。これらは、1種又は2種以上を用いることができる。本発明では、特にBTDA、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等が、反応性、得られる薄膜の物性(耐熱性、機械的強度等)、コストの点で好ましい。
【0018】
また、本発明では、無水テトラカルボン酸の一部を酸クロライドで置換したものを使用することができる。酸クロライドで置換すれば、条件によって反応速度を大きくできる等の効果が得られる。酸クロライドとしては、例えばジエチルピロメリテイトジアシルクロライド等を用いることができる。
【0019】
本明細書において、ポリイミドには、ポリアミドイミドも含まれる。ポリアミドイミドを製造するためには、公知の原料を用いればよい。例えば、無水テトラカルボン酸の一部に代えて、ジカルボン酸クロライドを用いることにより製造することができる。具体的には、(i)芳香族テトラカルボン酸二無水物、脂肪族テトラカルボン酸二無水物、環状脂肪族テトラカルボン酸二無水物、複素環族テトラカルボン酸二無水物等の無水テトラカルボン酸と、(ii)芳香族ジカルボン酸クロライド、脂肪族ジカルボン酸クロライド、環状脂肪族ジカルボン酸クロライド、複素環族ジカルボン酸クロライド等のジカルボン酸クロライドと、(iii)芳香族ジアミン、脂肪族ジアミン、環状脂肪族ジアミン等のジアミン化合物とを原料として用い上記したようなポリアミド酸層の場合と同様の方法でポリアミド−ポリアミド酸層を形成し、それを定法にしたがってイミド化して得ることができる。
【0020】
ジアミン化合物としては、特に制限されず、例えば従来のポリイミド合成で用いられているものと同様のものも使用できる。例えば、4,4’−ジアミノジフェニルサルファイド(ASD)、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MDA)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DPE)、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−Q)、1,3’−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE−R)、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン(PPD)、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(ASN)、3,4−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’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、2,6’−ジアミノトルエン、2,4−ジアミノクロロベンゼン、1,2−ジアミノアントラキノン、1,4−ジアミノアントラキノン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノビベンジル、R(+)−2,2’−ジアミノ−1,1’−ビナフタレン、S(+)−2,2’−ジアミノ−1,1’−ビナフタレン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン、1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン等の1,n−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン(nは、3〜10)、1,2−ビス[2−(4−アミノフェノキシ)エトキシ]エタン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−ジアミノベンズアニリド等の芳香族ジアミン;1,2−ジアミノメタン、1,4−ジアミノブタン、テトラメチレンジアミン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,8−ジアミノオクタン、1,10−ジアミノドデカン、1,11−ジアミノウンデカン等の脂肪族ジアミン;1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン等の脂環族ジアミンのほか、3,4−ジアミノピリジン、1,4−ジアミノ−2−ブタノン等を使用することができる。これらは、1種又は2種以上を用いることができる。本発明では、特にTPE−Q、ASD、DPE、TPE−R、MDA、BAPB等が、反応性や得られる微粒子の物性(耐熱性、結晶性)の点で好ましい。
【0021】
また、ジアミン化合物のほかに、他のアミン系化合物(モノアミン化合物、多価アミン化合物等)も用いることができる。これらにより、得られる材料の特性を変えることができる。
【0022】
無水テトラカルボン酸とジアミン化合物の組み合わせとしては、具体的には、(1)p−フェニレンジアミンとピロメリット酸二無水物との組み合わせ、(2)p−フェニレンジアミンとBTDAとの組み合わせ、(3)o−フェニレンジアミンとピロメリット酸二無水物との組み合わせ、(4)4,4’−ジアミノジフェニルサルファイドとピロメリット酸二無水物との組み合わせ、(5)p−フェニレンジアミンと3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(6)p−フェニレンジアミン及びo−フェニレンジアミンとピロメリット酸二無水物との組み合わせ、(7)p−フェニレンジアミン及びo−フェニレンジアミンと3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(8)p−フェニレンジアミン及び4,4’−ジアミノジフェニルサルファイドとピロメリット酸二無水物との組み合わせ、(9)p−フェニレンジアミン及び4,4’−ジアミノジフェニルサルファイドと3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(10)p−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン及び4,4’−ジアミノジフェニルサルファイドとピロメリット酸二無水物との組み合わせ、(11)p−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン及び4,4’−ジアミノジフェニルサルファイドと3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(12)p−フェニレンジアミンとピロメリット酸二無水物及び3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(13)o−フェニレンジアミンとピロメリット酸二無水物及び3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(14)4,4’−ジアミノジフェニルサルファイドと3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物及びピロメリット酸二無水物との組み合わせ、(15)4,4’−ジアミノジフェニルサルファイド及びp−フェニレンジアミンとピロメリット酸二無水物及び3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(16)4,4’−ジアミノジフェニルサルファイドと3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(17)1,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンと3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(18)DPEとBTDAとの組み合わせ、(19)ASDとBTDAとの組み合わせ、(20)p−フェニレンジアミンとBTDAとの組み合わせ、(21)DPEと3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(22)ASDと3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(23)p−フェニレンジアミンと3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物との組み合わせ、(24)DPEとピロメリット酸二無水物との組み合わせ、(25)ASDとピロメリット酸二無水物との組み合わせ、(26)p−フェニレンジアミンとピロメリット酸二無水物との組み合わせ等が挙げられる。
【0023】
第一工程では、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物と、材料の表面の官能基とを反応させるが、該反応は、有機溶媒の存在下で行うことが好ましい。有機溶媒の存在下で反応させる方法としては、具体的には、(I)有機溶媒中に材料を予め浸漬させておき、該溶媒に無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物を加えて材料の表面の官能基と反応させる方法;(II)有機溶媒に無水テトラカルボン酸とジアミン化合物を溶解させた溶液を別々に調製し、該溶液を材料にスプレーコーティング、ディッピング、スピンコート、キャストなどの方法により塗布し、その後材料表面の官能基と無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物とを反応させる方法などが挙げられる。
【0024】
本発明の製造方法としては、(III)無水テトラカルボン酸とジアミン化合物とをそれぞれ溶媒に溶解して溶液とし、無水テトラカルボン酸及び/又はジアミン化合物と反応し得る官能基を表面に有する基材(材料)を、それぞれの溶液に交互に一定時間毎に浸漬することを繰り返して当該官能基、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物を反応させて当該材料の表面にポリアミド酸層を形成し、分子オーダーで薄膜を形成することが可能である。この場合、無水テトラカルボン酸溶液又はジアミン化合物溶液としては、同一のものを繰返し用いてもよく、異なる種類の無水テトラカルボン酸溶液又はジアミン化合物の溶液を用いてもよい。
【0025】
第一工程で使用する無水テトラカルボン酸とジアミン化合物との割合は、通常、無水テトラカルボン酸:ジアミン化合物=1:0.5〜1.5程度(モル比)、好ましくは1:0.9〜1.1程度(モル比)となるように設定すればよい。
【0026】
有機溶媒を用いる場合の該溶媒の種類は、実質的に無水テトラカルボン酸及びジアミンを溶解し、基材となる材料に化学的および物理的に大きな影響を与えないようなものであれば、特に限定されるものではない。
【0027】
かかる有機溶媒としては、例えば、ジメチルホルムアミド(DMF)、2−プロパノン、3−ペンタノン、テトラヒドロピレン、エピクロロヒドリン、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸エチル、アセトアニリド、メタノール、エタノール、イソプロパノール、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、酢酸メチル等が挙げられ、これらの少なくとも1種を含む溶媒を使用することができる。
【0028】
反応に有機溶媒を用いる場合、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物と有機溶媒との割合は、ポリアミド酸を得るための反応が進行する限り特に限定されるものではなく、無水テトラカルボン酸及びジアミンの種類等に応じて適宜設定すればよいが、例えば上記(I)の方法では、通常、反応混合物中の濃度が、それぞれ、0.01〜2モル/リットル程度、好ましくは0.1〜1モル/リットル程度となるような量である。
【0029】
また、上記(I)の方法では、無水テトラカルボン酸とジアミン化合物は同時に溶媒に加えてもよく、いずれかの化合物を先に加え、充分溶解させた後にもう一方の化合物を加えてもよい。例えば、材料の表面の官能基がアミノ基であれば、無水テトラカルボン酸を先に加え、アミノ基とカルボキシル基を反応させた後にジアミン化合物を加えればよく、官能基がカルボシル基の場合には、ジアミン化合物を先に加え、カルボキシル基とアミノ基を反応させた後に無水テトラカルボン酸を加えればよい。
【0030】
無水テトラカルボン酸及び/又はジアミン化合物は、溶媒を撹拌しながら添加してもよく、その場合、撹拌は、公知の撹拌方法(撹拌装置)によって行うことができる。
【0031】
また、上記(III)の方法において、無水テトラカルボン酸溶液とジアミン化合物溶液のいずれに先に浸漬させてもよいが、例えば、材料の表面の官能基がアミノ基であれば、まず無水テトラカルボン酸溶液に浸漬し、アミノ基とカルボキシル基を反応させた後にジアミン化合物溶液に浸漬すればよく、官能基がカルボシル基の場合には、ジアミン化合物溶液に先に浸漬させ、カルボキシル基とアミノ基を反応させた後に無水テトラカルボン酸溶液に浸漬させればよい。
【0032】
第一工程における反応温度は、特に制限されず、通常0〜130℃程度、好ましくは20〜50℃程度とすれば良い。なお、反応時間は、通常10分間〜48時間程度、好ましくは4〜24時間程度である。
【0033】
第一工程により、材料の表面にポリアミド酸層が形成される。
【0034】
第一工程で得られる材料は、公知の方法に従って固液分離して回収すればよく、例えば、基材が板状や塊状などの固体物であれば、公知の手動又は電動の補足器具を、材料の大きさに応じて適宜選択して用いることができる(例えば、ピンセット、トングスなど)。粉体や粒状体であれば遠心分離器やデカンテーションや濾過などの公知の方法で固液分離することができる。
【0035】
(2)第二工程
第二工程では、第一工程で得られたポリアミド層をイミド化することによりポリイミド層を生成させる。イミド化する方法は、特に制限されないが、本発明では特に(i)有機溶媒中で加熱してイミド化する方法(熱閉環)、(ii)有機溶媒中における化学反応によりイミド化する方法(化学閉環)、又は(iii)気相中で加熱してイミド化する方法(熱閉環)を採用することが望ましい。
【0036】
上記(i)の加熱による方法は、例えばポリアミド酸層を有する材料を有機溶媒中に浸漬させ、通常130℃以上、好ましくは130〜250℃程度の温度で加熱すればよい。有機溶媒としては、ポリアミド酸の貧溶媒であり、かつ、イミド化反応に必要な温度以上の沸点を有するものであれば制限されず、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、トルエンなどが例示される。或いは、上記有機溶媒中に水と共沸混合物を構成し得る溶媒(以下「共沸溶媒」ともいう)を含むことが好ましい。すなわち、本発明では、共沸溶媒を上記有機溶媒の一部又は全部として用いることもできる。共沸溶媒としては、例えばキシレン、エチルベンゼン、オクタン、シクロヘキサン、ジフェニルエーテル、ノナン、ピリジン、ドデカン等を用いることができる。これらは1種又は2種以上を用いることができる。本発明では、共沸溶媒は上記有機溶媒中10容積%以上含むことが好ましい。共沸溶媒を使用することによって、特に副生する水(主に縮合水)を共沸させ、これを還流等により反応系外へ除去できることから、未反応のアミド結合の加水分解を抑制し、ポリアミド酸の分子量の低下等を防止できる結果、基材の表面上に均一なポリイミド微粒子又は薄膜が形成されるので好ましい。
【0037】
有機溶媒中に浸漬させるポリアミド酸を担持した材料の割合は、有機溶媒の種類等に応じて適宜設定すれば良く、基材が完全に浸漬するような割合であればよい。
【0038】
上記(ii)の化学反応による方法では、公知の化学閉環方法を適用することができる。例えば、ポリアミド酸層を有する材料をピリジン及び無水酢酸からなる有機溶媒中に浸漬させ、撹拌しながら通常15〜115℃程度の温度で24時間程度加熱すればよい。両溶媒の配合割合は適宜設定すればよい。
【0039】
上記(iii)の気相中での熱による方法では、通常130℃以上、好ましくは130〜250℃程度の温度で、必要に応じて減圧下で、4〜24時間程度加熱すればよい。より具体的には、第一工程で溶媒を用いた場合には、基材表面の溶媒を乾燥した後、熱風循環式オーブン、電気炉などの気相中で加熱してイミド化を行うことができる。加熱は、昇温しながら行ってもよく、オーブンや電気炉などを一定温度まで昇温した後、材料を入れ、一定温度で一定時間行うこともできる。
【0040】
第二工程で得られる材料は、公知の方法により回収し、必要に応じて石油エーテル、メタノール、アセトン等の有機溶剤で洗浄すればよい。
【0041】
このようにして、表面にポリイミド層を有する材料が得られる。
【0042】
例えば、上記(i)及び(ii)のように、溶媒中でイミド化を行うと、材料の表面に、通常、平均粒径が10〜1000nm程度、好ましくは10〜50nm程度のポリイミド微粒子層が形成される。この場合、ポリイミド層の厚さは、ポリイミド微粒子の粒径と同程度であり、通常、10〜1000nm程度、好ましくは10〜50nm程度である。
【0043】
また、この場合、ポリイミド微粒子は無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を介して材料の表面に形成されていると考えられ、複数のそれらポリイミド微粒子からなるポリイミド層は、前記官能基を介して材料の表面に形成される層であると考えられる。図1(a)にその模式図を示す。
【0044】
一方、上記(iii)のように、気相中でイミド化を行うと、材料の表面に、通常、10〜1000nm程度、好ましくは10〜50nm程度のポリイミドの薄膜が形成される。当該ポリイミド薄膜は、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を介して材料の表面に形成されていると考えられる。図1(b)にその模式図を示す。
【0045】
ポリイミド微粒子又はポリイミド薄膜からなるポリイミド層が官能基を介して材料の表面に形成されていることは、FT−IR、EDX、ESCAなどにより化学的組成を測定し、SEMやAFMなどにより形態を観察することによって確認することができる。
【0046】
本明細書で、ポリイミド微粒子又はポリイミド薄膜が無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を介しているとは、例えば官能基がアミノ基であった場合は、−NH−を介して材料表面にポリイミド微粒子又はポリイミド薄膜が形成されており、官能基がカルボキシル基であった場合、−CO−を介して材料表面にポリイミド微粒子又はポリイミド薄膜が形成されている。
【0047】
本発明では、第一工程と第二工程を繰り返して、複数のポリイミド層を有する多層構造とすることもできる。
【0048】
本発明には、上述の第1工程〜第2工程により得られた、ポリイミド層を表面に有する材料も含まれる。
【0049】
本発明の材料は、炭素材料、炭素薄膜、層間絶縁膜、ラミネート材、レジスト、電子デバイス用材料(例えば、LOCテープ)などに利用できる。
【0050】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、材料の表面を非常に緻密に、密着性及び均一性良くポリイミド層で被覆することができる。また、本発明のポリイミド層の形成方法によれば、材料表面をポリイミドの薄膜あるいはナノオーダーで制御されたポリイミド微粒子からなるポリイミド層でコーティングすることができる。
【0051】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の特徴をより一層明確にする。
【0052】
実施例 1
シランカップリング剤によって表面をアミノ化処理したシリコンウエハ[5インチシリコンウェハを、約3cm×約3cmの大きさに裁断したもの]をDMF100ml中に浸漬した後、無水テトラカルボン酸である4,4’−ジアミノベンゼンスルホン酸 4.97gを加え完全に溶解してから1時間撹拌し、次にジアミンであるBTDA 6.44gをDMF100mlに溶解したのち加え、24時間撹拌してアミド化重合反応を行った。反応終了後、シリコンウエハを溶液中から取りだし、表面に物理的に吸着したポリアミド酸をDMFで洗浄してから乾燥して、表面をポリアミド酸薄膜で被覆されたシリコンウェハを得た。
【0053】
次に、表面をポリアミド酸で被覆したシリコンウエハを250℃のオーブン中で1時間熱処理してイミド化し、シリコンウエハ上をポリイミド薄膜で被覆した。
【0054】
また、表面をポリアミド酸で被覆したシリコンウエハをDMFに浸漬し、140〜150℃で4時間還流しポリアミド酸をイミド化し、シリコンウエハ上をナノサイズのポリイミド微粒子層で被覆した。
【0055】
シランカップリング剤により表面をアミノ化処理したシリコンウエハ、オーブン中で加熱した後のシリコンウェハ、溶媒中で加熱した後のシリコンウェハのAMF画像を、それぞれ図2(a)、図2(b)及び図2(c)に示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)及び(b)は、表面にポリイミド層を有する材料の模式図を示す。図1(a)は当該ポリイミド層がポリイミド微粒子により形成される層である場合の模式図であり、図1(b)は、当該ポリイミド層が、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を介して材料の表面に形成されたポリイミド薄膜により形成される層である場合の模式図である。
【図2】図2(a)はアミノ化処理したシリコンウェハ、図2(b)は実施例1でオーブン中で加熱した後のシリコンウェハ、図2(c)は溶媒中で加熱した後のシリコンウェハのAMF画像を示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel material having a resin layer on the surface and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Polyimide is excellent in heat resistance, chemical resistance, electric insulation and the like in addition to mechanical properties, and is widely used as an alternative material for electric and electronic materials, automobiles, and other metals and ceramics.
[0003]
Conventionally, a method for producing a polyimide thin film is a method in which a polyamide acid varnish is formed on a substrate using a method such as dipping, casting, or spin coating, and then imidized by heating or a catalyst; There is a method in which a certain diamine and tetracarboxylic anhydride are vacuum-deposited and then heated to imidize. However, the polyimide thin film obtained by the conventional method only physically adheres to the substrate, and can be coated only on a substrate having good adhesiveness. In addition, these methods do not allow nano-sized and controlled uniform coating on substrates having complicated shapes. Therefore, there is a need for a thin film that is more excellent in terms of adhesion to a substrate, denseness, uniformity, and the like.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a novel material having a resin layer (a polyamic acid layer or a polyimide layer) on the surface and a method for producing the same.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted intensive studies in view of the problems of the prior art, and as a result, using a material having a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound on the surface thereof, The inventors have found that the above object can be achieved by reacting a tetracarboxylic acid and a diamine compound to form a polyamic acid layer on the surface of the material, and then imidizing the polyamide layer to form a polyimide layer, and completed the present invention. I came to.
[0006]
That is, the present invention provides the inventions according to the following items.
Item 1. A method for producing a material having a polyamic acid layer on a surface,
(A) reacting a tetracarboxylic acid anhydride and a diamine compound with a functional group of a material having a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound to form a polyamide on the surface of the material; A production method, comprising a step of forming an acid layer.
(A) reacting a tetracarboxylic acid anhydride and a diamine compound with a functional group of a material having a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound to form a polyamide on the surface of the material; A production method comprising: a first step of forming an acid layer; and (b) a second step of forming a polyimide layer by imidizing the polyamide layer.
Item 3. The method according to Item 1, wherein the reaction is performed in the presence of an organic solvent.
Item 4 The production method according to
Item 5. The method according to
Item 6 The method according to
Item 7. A material having a polyimide layer on the surface, wherein the polyimide layer is a layer formed of polyimide fine particles.
Item 8. The material according to item 7, wherein the polyimide layer is a layer formed on the surface of the material via a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound.
Item 9 is a material having a polyimide layer on the surface,
A material characterized in that the polyimide layer is a layer formed by a polyimide thin film formed on the surface of the material via a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound.
Item 10. The material according to item 7 or 8, wherein the material is a silicon wafer.
Item 11 The material according to item 9, wherein the material is a silicon wafer.
Item 12 The material according to Item 7, 8 or 10, wherein the thickness of the polyimide layer is 10 to 1000 nm.
Item 13 The material according to Item 9 or 11, wherein the thickness of the polyimide layer is 10 to 1000 nm.
Item 14. The material according to claim 7 or 8, which is a material for an interlayer insulating film.
Item 15. The material according to claim 9, which is a material for an interlayer insulating film.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present specification, “polyimide” includes “polyamideimide”.
[0008]
The method of the present invention is a method for producing a material having a polyimide layer on the surface, wherein (a) the functional group of the material having a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound on the surface. And a first step of forming a polyamic acid layer on the surface of the material by reacting a tetracarboxylic anhydride and a diamine compound, and (b) a second step of forming a polyimide layer by imidizing the polyamide layer. It is a method that includes a step.
[0009]
The present invention is a method comprising only the first step of the above-mentioned method, that is, a method for producing a material having a polyamic acid layer on the surface, wherein (a) reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound. A method including a step of forming a polyamic acid layer on the surface of the material by reacting the obtained functional group of the material having a functional group on the surface with a tetracarboxylic anhydride and a diamine compound is also included.
[0010]
Hereinafter, the first step (step (a)) and the second step (step (b)) will be described in detail.
[0011]
(1) First step In the first step, a material having on its surface a functional group capable of reacting with at least one of a tetracarboxylic anhydride and a diamine compound is used, and the functional group, tetracarboxylic anhydride and diamine are used. The compound is reacted to form a polyamic acid layer on the surface of the material.
[0012]
In the present invention, the material serving as the base material is not particularly limited as long as it has a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound on the surface. Can be appropriately selected from known materials.
[0013]
Examples of the functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound include an amino group, a carboxyl group, an epoxy group, a hydroxyl group, an acid chloride group, a carboxyl anhydride group, a thiol group, and an isocyanate group. The material serving as the base material has one or more functional groups.
[0014]
If the material does not have a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound on the surface, for example, the surface of the material is treated with a silane coupling agent having such a functional group according to a conventional method. By doing so, a functional group capable of reacting with at least one of the tetracarboxylic anhydride and the diamine compound can be provided. Examples of the silane coupling agent include 2- (3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, and 3-glycidoxypropyl Epoxy silane coupling agents such as triethoxysilane; N-2 (aminoethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3 -Aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N- (1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N-phenyl-3-amino Amines such as propyltrimethoxysilane Urea-type silane coupling agent such as 3-ureidopropyltriethoxysilane; mercapto-type silane coupling agent such as 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane; 3-isocyanatepropyl Isocyanate-based silane coupling agents such as triethoxysilane and the like can be mentioned.
[0015]
Examples of the base material include plastics such as silicon wafer, polyimide, polyester resin, epoxy resin, phenol resin, melamine resin, acrylic resin, polycarbonate resin, polyurethane resin, polyether sulfone resin, polyacetal resin, and fluororesin. Examples include materials, glass, ceramics, and inorganic materials such as metals.
[0016]
The size of the material is not particularly limited and can be appropriately set according to the application. For example, in the case of a silicon wafer, the thickness is usually about 0.5 to 5 mm and the diameter is about 20 to 330 mm. is there.
[0017]
The tetracarboxylic anhydride is not particularly limited, and for example, those similar to those used in conventional polyimide synthesis can be used. Specifically, 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA), 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,3 ′ , 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, pyromellitic dianhydride, 1,3-bis (2,3-dicarboxyphenoxy) benzene dianhydride, 1,4-bis (2,3-dicarboxy Phenoxy) benzene dianhydride, 2,3,3 ′, 4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 2,2 ′, 3,3′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 2,2 ′, 3 3'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2 ', 6,6'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, naphthalene-1,2,4,5-tetracarboxylic dianhydride, anthracene-2, 3,6,7-tetracarboxylic acid , An aromatic tetracarboxylic dianhydride such as phenanthrene-1,8,9,10-tetracarboxylic dianhydride; butane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, pentane-1, Aliphatic tetracarboxylic dianhydrides such as 2,4,5-tetracarboxylic dianhydride; alicyclic tetracarboxylic dianhydrides such as cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride Use of heterocyclic tetracarboxylic dianhydrides such as thiophene-2,3,4,5-tetracarboxylic dianhydride and pyridine-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride; Can be. One or two or more of these can be used. In the present invention, in particular, BTDA, pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride and the like are reactive, and the physical properties of the obtained thin film (heat resistance, mechanical strength, etc.) ), Which is preferable in terms of cost.
[0018]
Further, in the present invention, those obtained by partially replacing tetracarboxylic anhydride with acid chloride can be used. Substitution with an acid chloride has the effect of increasing the reaction rate depending on the conditions. As the acid chloride, for example, diethyl pyromellitate diacyl chloride or the like can be used.
[0019]
In the present specification, the polyimide also includes a polyamideimide. In order to produce polyamideimide, a known raw material may be used. For example, it can be produced by using a dicarboxylic acid chloride instead of a part of the tetracarboxylic anhydride. Specifically, (i) tetracarboxylic anhydrides such as aromatic tetracarboxylic dianhydride, aliphatic tetracarboxylic dianhydride, cycloaliphatic tetracarboxylic dianhydride, and heterocyclic tetracarboxylic dianhydride; An acid, (ii) a dicarboxylic acid chloride such as an aromatic dicarboxylic acid chloride, an aliphatic dicarboxylic acid chloride, a cycloaliphatic dicarboxylic acid chloride, or a heterocyclic dicarboxylic acid chloride; and (iii) an aromatic diamine, an aliphatic diamine, or a cyclic dicarboxylic acid. Using a diamine compound such as an aliphatic diamine as a raw material, a polyamide-polyamic acid layer is formed in the same manner as in the case of the polyamic acid layer as described above, and can be obtained by imidization according to a conventional method.
[0020]
The diamine compound is not particularly limited, and for example, those similar to those used in conventional polyimide synthesis can be used. For example, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide (ASD), 4,4'-diaminodiphenylmethane (MDA), 4,4'-diaminodiphenyl ether (DPE), 4,4'-bis (4-aminophenoxy) biphenyl ( BAPB), 4,4'-bis (3-aminophenoxy) biphenyl, 1,4'-bis (4-aminophenoxy) benzene (TPE-Q), 1,3'-bis (4-aminophenoxy) benzene ( TPE-R), 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine (PPD), 3,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diamino Diphenylsulfone (ASN), 3,4-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline), 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, 2,6'-diaminotoluene, 1,4-diaminochlorobenzene, 1,2-diaminoanthraquinone, 1,4-diaminoanthraquinone, 3,3'-diaminobenzophenone, 3,4-diaminobenzophenone, 4,4'-diaminobenzophenone, 4,4'-diaminobi Benzyl, R (+)-2,2'-diamino-1,1'-binaphthalene, S (+)-2,2'-diamino-1,1'-binaphthalene, 1,3-bis (4-aminophenoxy ) Alkanes, 1,4-bis (4-aminophenoxy) alkanes, 1,5-bis (4-aminophenoxy) alkanes and other 1, n-bis (4-aminophenoxy) alkanes Can (n is 3 to 10), 1,2-bis [2- (4-aminophenoxy) ethoxy] ethane, 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene, 4,4'-diaminobenzanilide and the like 1,2-diaminomethane, 1,4-diaminobutane, tetramethylenediamine, 1,5-diaminopentane, 1,6-diaminohexane, 1,8-diaminooctane, 1,10-diaminododecane Aliphatic diamines such as 1,4-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, 1,2-diaminocyclohexane, bis (4-aminocyclohexyl) methane and 4,4'-diaminodicyclohexylmethane Besides, 3,4-diaminopyridine, 1,4-diamino-2-butanone and the like can be used. One or two or more of these can be used. In the present invention, TPE-Q, ASD, DPE, TPE-R, MDA, BAPB and the like are particularly preferable in view of reactivity and physical properties (heat resistance, crystallinity) of the obtained fine particles.
[0021]
In addition to the diamine compound, other amine compounds (monoamine compound, polyamine compound, etc.) can also be used. Thus, the characteristics of the obtained material can be changed.
[0022]
Specific examples of the combination of the tetracarboxylic anhydride and the diamine compound include (1) a combination of p-phenylenediamine and pyromellitic dianhydride, (2) a combination of p-phenylenediamine and BTDA, and (3) ) A combination of o-phenylenediamine and pyromellitic dianhydride, (4) a combination of 4,4′-diaminodiphenyl sulfide and pyromellitic dianhydride, (5) a p-phenylenediamine and 3,3 ′ , 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, (6) a combination of p-phenylenediamine and o-phenylenediamine with pyromellitic dianhydride, (7) a p-phenylenediamine and o- A combination of phenylenediamine and 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, (8) A combination of phenylenediamine and 4,4'-diaminodiphenyl sulfide with pyromellitic dianhydride, (9) p-phenylenediamine and 4,4'-diaminodiphenyl sulfide with 3,3 ', 4,4'- Combination with biphenyltetracarboxylic dianhydride, (10) Combination of p-phenylenediamine, o-phenylenediamine and 4,4'-diaminodiphenylsulfide with pyromellitic dianhydride, (11) p-phenylenediamine Combination of o-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide and 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, (12) p-phenylenediamine and pyromellitic dianhydride And combination with 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (13) a combination of o-phenylenediamine with pyromellitic dianhydride and 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, (14) 4,4′-diaminodiphenyl sulfide Combination with 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride and pyromellitic dianhydride, (15) 4,4'-diaminodiphenyl sulfide and p-phenylenediamine with pyromellitic dianhydride (16) 4,4'-diaminodiphenyl sulfide and 3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride. (17) 1,4'-bis (4-aminophenoxy) benzene and 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid (18) Combination of DPE and BTDA, (19) Combination of ASD and BTDA, (20) Combination of p-phenylenediamine and BTDA, (21) DPE and 3,3 ′, 4, Combination with 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, (22) combination of ASD with 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, (23) p-phenylenediamine and 3, A combination of 3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, (24) a combination of DPE and pyromellitic dianhydride, (25) a combination of ASD and pyromellitic dianhydride, ( 26) Combinations of p-phenylenediamine and pyromellitic dianhydride, and the like.
[0023]
In the first step, a tetracarboxylic anhydride and a diamine compound are reacted with a functional group on the surface of the material, and the reaction is preferably performed in the presence of an organic solvent. As a method of reacting in the presence of an organic solvent, specifically, (I) a method in which a material is immersed in an organic solvent in advance, and tetracarboxylic anhydride and a diamine compound are added to the solvent, and the surface of the material is functionalized (II) A solution in which tetracarboxylic anhydride and a diamine compound are dissolved in an organic solvent is separately prepared, and the solution is applied to the material by a method such as spray coating, dipping, spin coating, or casting. Then, a method of reacting a functional group on the material surface with a tetracarboxylic anhydride and a diamine compound is exemplified.
[0024]
In the production method of the present invention, (III) a substrate having a functional group capable of reacting with a tetracarboxylic anhydride and / or a diamine compound on a surface by dissolving a tetracarboxylic anhydride and a diamine compound in a solvent to form a solution; (Material) is alternately immersed in each solution at regular time intervals to react the functional group, tetracarboxylic anhydride and diamine compound to form a polyamic acid layer on the surface of the material, and the molecular order is reduced. Can form a thin film. In this case, the same tetracarboxylic anhydride solution or diamine compound solution may be used repeatedly, or different kinds of tetracarboxylic anhydride solutions or diamine compound solutions may be used.
[0025]
The ratio between the tetracarboxylic anhydride and the diamine compound used in the first step is usually about tetracarboxylic anhydride: diamine compound = 1: 0.5 to 1.5 (molar ratio), preferably 1: 0.9. It may be set so as to be about 1.1 (molar ratio).
[0026]
When using an organic solvent, the type of the solvent is substantially as long as it substantially dissolves tetracarboxylic anhydride and diamine and does not significantly affect the material serving as the base material chemically and physically. It is not limited.
[0027]
Such organic solvents include, for example, dimethylformamide (DMF), 2-propanone, 3-pentanone, tetrahydropyrene, epichlorohydrin, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, acetanilide, methanol, ethanol , Isopropanol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methyl acetate and the like, and a solvent containing at least one of these can be used.
[0028]
When an organic solvent is used for the reaction, the ratio between the tetracarboxylic anhydride and the diamine compound and the organic solvent is not particularly limited as long as the reaction for obtaining the polyamic acid proceeds, and the type of the tetracarboxylic anhydride and the diamine For example, in the method (I), the concentration in the reaction mixture is usually about 0.01 to 2 mol / L, preferably 0.1 to 1 mol / L, respectively. It is an amount that will be about one liter.
[0029]
In the method (I), the tetracarboxylic anhydride and the diamine compound may be added to the solvent at the same time, or one of the compounds may be added first, and the other compound may be added after sufficient dissolution. For example, if the functional group on the surface of the material is an amino group, tetracarboxylic anhydride may be added first, and the diamine compound may be added after reacting the amino group with the carboxyl group, and when the functional group is a carbosyl group, , A diamine compound may be added first, and a carboxyl group and an amino group may be reacted, and then tetracarboxylic anhydride may be added.
[0030]
The tetracarboxylic anhydride and / or diamine compound may be added while stirring the solvent, and in that case, the stirring can be performed by a known stirring method (stirring device).
[0031]
In the method (III), the material may be immersed first in either the tetracarboxylic anhydride solution or the diamine compound solution. For example, if the functional group on the surface of the material is an amino group, first the tetracarboxylic anhydride solution is used. What is necessary is just to immerse in a diamine compound solution after immersing in an acid solution and reacting an amino group and a carboxyl group, and when a functional group is a carbosyl group, immerse in a diamine compound solution first and convert a carboxyl group and an amino group. After the reaction, it may be immersed in a tetracarboxylic anhydride solution.
[0032]
The reaction temperature in the first step is not particularly limited, and is usually about 0 to 130 ° C, preferably about 20 to 50 ° C. The reaction time is generally about 10 minutes to 48 hours, preferably about 4 to 24 hours.
[0033]
The first step forms a polyamic acid layer on the surface of the material.
[0034]
The material obtained in the first step may be collected by solid-liquid separation according to a known method, for example, if the substrate is a solid such as a plate or a lump, a known manual or electric supplementary device, It can be appropriately selected and used according to the size of the material (for example, tweezers, tongs, etc.). If it is a powder or a granular material, solid-liquid separation can be performed by a known method such as a centrifuge, decantation, or filtration.
[0035]
(2) Second step In the second step, a polyimide layer is generated by imidizing the polyamide layer obtained in the first step. The method of imidization is not particularly limited, but in the present invention, in particular, (i) a method of imidizing by heating in an organic solvent (thermal ring closure), and (ii) a method of imidizing by a chemical reaction in an organic solvent (chemical It is desirable to employ a method of (ring closure) or (iii) a method of imidization by heating in a gas phase (thermal ring closure).
[0036]
In the method by heating in the above (i), for example, a material having a polyamic acid layer may be immersed in an organic solvent and heated at a temperature of usually 130 ° C. or higher, preferably about 130 to 250 ° C. The organic solvent is not limited as long as it is a poor solvent for the polyamic acid and has a boiling point higher than the temperature required for the imidization reaction, and N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethyl Acetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), toluene and the like are exemplified. Alternatively, the organic solvent preferably contains a solvent capable of forming an azeotropic mixture with water (hereinafter, also referred to as an “azeotropic solvent”). That is, in the present invention, the azeotropic solvent may be used as part or all of the organic solvent. As the azeotropic solvent, for example, xylene, ethylbenzene, octane, cyclohexane, diphenyl ether, nonane, pyridine, dodecane and the like can be used. One or more of these can be used. In the present invention, the azeotropic solvent preferably contains at least 10% by volume of the organic solvent. By using an azeotropic solvent, particularly, by-produced water (mainly condensed water) can be azeotropically removed and removed outside the reaction system by reflux or the like. As a result of preventing a decrease in the molecular weight of the polyamic acid and the like, uniform polyimide fine particles or a thin film is formed on the surface of the substrate, which is preferable.
[0037]
The ratio of the material supporting the polyamic acid to be immersed in the organic solvent may be appropriately set according to the type of the organic solvent and the like, and may be such that the substrate is completely immersed.
[0038]
In the method based on the chemical reaction (ii), a known chemical ring closure method can be applied. For example, a material having a polyamic acid layer may be immersed in an organic solvent composed of pyridine and acetic anhydride, and heated at about 15 to 115 ° C. for about 24 hours while stirring. What is necessary is just to set the mixing ratio of both solvents suitably.
[0039]
In the method (iii) using heat in the gas phase, heating may be performed usually at a temperature of 130 ° C. or higher, preferably about 130 to 250 ° C., and if necessary, under reduced pressure for about 4 to 24 hours. More specifically, when a solvent is used in the first step, after the solvent on the surface of the base material is dried, the imidization may be performed by heating in a gas phase such as a hot-air circulation oven or an electric furnace. it can. The heating may be performed while the temperature is raised. Alternatively, the temperature may be raised after the temperature of the oven, the electric furnace, or the like is increased to a certain temperature, and then the material may be charged and the heating may be performed at a certain temperature for a certain time.
[0040]
The material obtained in the second step may be collected by a known method and, if necessary, washed with an organic solvent such as petroleum ether, methanol, acetone or the like.
[0041]
Thus, a material having a polyimide layer on the surface is obtained.
[0042]
For example, when imidization is performed in a solvent as in the above (i) and (ii), a polyimide fine particle layer having an average particle size of usually about 10 to 1000 nm, preferably about 10 to 50 nm is formed on the surface of the material. It is formed. In this case, the thickness of the polyimide layer is about the same as the particle size of the polyimide fine particles, and is usually about 10 to 1000 nm, preferably about 10 to 50 nm.
[0043]
Further, in this case, it is considered that the polyimide fine particles are formed on the surface of the material via a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound. And a layer formed on the surface of the material via the functional group. FIG. 1A shows a schematic diagram thereof.
[0044]
On the other hand, when imidization is performed in the gas phase as in (iii) above, a polyimide thin film having a thickness of usually about 10 to 1000 nm, preferably about 10 to 50 nm is formed on the surface of the material. It is considered that the polyimide thin film is formed on the surface of the material via a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound. FIG. 1B shows a schematic diagram thereof.
[0045]
The fact that the polyimide layer consisting of polyimide fine particles or polyimide thin film is formed on the surface of the material via the functional group is measured by measuring the chemical composition by FT-IR, EDX, ESCA, etc., and observing the form by SEM, AFM, etc. Can be confirmed.
[0046]
In this specification, the fact that the polyimide fine particles or the polyimide thin film is via a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound means that, for example, when the functional group is an amino group, -NH- When the functional group is a carboxyl group, the polyimide fine particle or polyimide thin film is formed on the material surface via -CO-.
[0047]
In the present invention, the first step and the second step can be repeated to form a multilayer structure having a plurality of polyimide layers.
[0048]
The present invention also includes a material having a polyimide layer on the surface, obtained by the first and second steps described above.
[0049]
The material of the present invention can be used as a carbon material, a carbon thin film, an interlayer insulating film, a laminate, a resist, a material for electronic devices (for example, LOC tape), and the like.
[0050]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, the surface of the material can be covered with the polyimide layer very densely and with good adhesion and uniformity. Further, according to the method for forming a polyimide layer of the present invention, the material surface can be coated with a polyimide thin film or a polyimide layer composed of polyimide fine particles controlled in nano-order.
[0051]
【Example】
Examples are shown below to further clarify the features of the present invention.
[0052]
Example 1
A silicon wafer whose surface is aminated by a silane coupling agent [a 5-inch silicon wafer cut to a size of about 3 cm × about 3 cm] is immersed in 100 ml of DMF, and tetracarboxylic anhydride 4,4 4.97 g of '-diaminobenzenesulfonic acid was added, and the mixture was completely dissolved and stirred for 1 hour. Then, 6.44 g of BTDA as a diamine was dissolved in 100 ml of DMF and added, followed by stirring for 24 hours to carry out an amidation polymerization reaction. Was. After the completion of the reaction, the silicon wafer was taken out of the solution, the polyamic acid physically adsorbed on the surface was washed with DMF, and then dried to obtain a silicon wafer whose surface was coated with a polyamic acid thin film.
[0053]
Next, the silicon wafer whose surface was coated with polyamic acid was heat-treated in an oven at 250 ° C. for 1 hour to be imidized, and the silicon wafer was coated with a polyimide thin film.
[0054]
Further, a silicon wafer whose surface was coated with polyamic acid was immersed in DMF, refluxed at 140 to 150 ° C. for 4 hours to imidize the polyamic acid, and the silicon wafer was coated with a nano-sized polyimide fine particle layer.
[0055]
FIGS. 2A and 2B show AMF images of a silicon wafer whose surface has been aminated by a silane coupling agent, a silicon wafer heated in an oven, and a silicon wafer heated in a solvent. And FIG. 2 (c).
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams of a material having a polyimide layer on the surface. FIG. 1A is a schematic diagram in the case where the polyimide layer is a layer formed by polyimide fine particles, and FIG. 1B is a diagram in which the polyimide layer includes at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound. FIG. 2 is a schematic diagram of a layer formed by a polyimide thin film formed on a surface of a material via a reactive functional group.
2 (a) is a silicon wafer subjected to amination treatment, FIG. 2 (b) is a silicon wafer heated in an oven in Example 1, and FIG. 2 (c) is a silicon wafer heated in a solvent. It is a figure showing an AMF image of a silicon wafer.
Claims (13)
(a) 無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を表面に有する材料の該官能基と、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物を反応させることにより、当該材料の表面にポリアミド酸層を形成する工程を含むことを特徴とする製造方法。A method for producing a material having a polyamic acid layer on the surface,
(A) reacting a tetracarboxylic acid anhydride and a diamine compound with a functional group of a material having a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound to form a polyamide on the surface of the material; A production method, comprising a step of forming an acid layer.
(a) 無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を表面に有する材料の該官能基と、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物を反応させることにより、当該材料の表面にポリアミド酸層を形成する第一工程、及び
(b) 当該ポリアミド層をイミド化することによりポリイミド層を生成させる第二工程
を含むことを特徴とする製造方法。A method for producing a material having a polyimide layer on the surface,
(A) reacting a tetracarboxylic acid anhydride and a diamine compound with a functional group of a material having a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound to form a polyamide on the surface of the material; A production method comprising: a first step of forming an acid layer; and (b) a second step of forming a polyimide layer by imidizing the polyamide layer.
当該ポリイミド層が、無水テトラカルボン酸及びジアミン化合物の少なくとも1種と反応し得る官能基を介して材料の表面に形成されたポリイミド薄膜により形成される層であることを特徴とする材料。A material having a polyimide layer on the surface,
A material characterized in that the polyimide layer is a layer formed by a polyimide thin film formed on the surface of the material via a functional group capable of reacting with at least one of tetracarboxylic anhydride and a diamine compound.
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