JPH02127438A - 垂直配向ポリイミド膜 - Google Patents

垂直配向ポリイミド膜

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JPH02127438A
JPH02127438A JP28033288A JP28033288A JPH02127438A JP H02127438 A JPH02127438 A JP H02127438A JP 28033288 A JP28033288 A JP 28033288A JP 28033288 A JP28033288 A JP 28033288A JP H02127438 A JPH02127438 A JP H02127438A
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JP
Japan
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film
polyimide
polyamic acid
direction perpendicular
oriented
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JP28033288A
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English (en)
Inventor
Koichi Nakagawa
幸一 中川
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐熱性樹脂として知られるポリイミドに係る
もので、極低温や高温などの温度差の著しい環境で使用
され、形状の安定性や信頼性が強く要求される電子部品
関連の産業分野で使用される絶li&喚に関するもので
あり、異種材料間の線膨張率差に基づく熱歪を緩和する
ことができると共に熱伝導性に優れた絶縁膜、更に詳し
くいえば絶縁膜の膜面に対し垂直方向の線膨張率が小さ
くかつ熱伝導率が大きく、模面と平行方向の熱歪を吸収
することが出来る絶縁膜に関する。
〔従来の技術〕
ポリイミドは耐熱性、耐薬品性、電気的特性、機械的特
性、その他優れた緒特性を有していることが知られてお
υ、例えば、ピロメリット酸2 g水物ト4.4’−ジ
アミノジフェニルエーテルから得られるポリイミド膜は
従来から広く使用されている。しかし、一般に線膨張率
が大きく、熱的寸法安定性が悪く、熱伝導性も極めて悪
いことが知られている。
近年、電子部品の高集積化、高密度化に伴い、ICチッ
プ内配線のみならず、ICチップ搭載基板内配線や入出
カケ−グル内配線も細線幅化の一途(あシ、工Cチップ
と基板間や、基板と入出カケ−プル間の構成材料の線膨
張率差に基づくわずかな熱歪による接点障害や、ICチ
ップよシ発生した熱による素子の温度上昇などが重要な
問題になっている。また、超伝導関連の分野では超伝導
特有のクエンチ現象(何らかの異常によシ一部で超伝導
状顔が常伝導状態に変わると共に急激に発熱し常伝導領
域が拡大する現象)が問題になっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
これらの問題解決のために熱歪が少なく熱伝導性に優れ
た#熱性の絶縁材料の開発が切望されている。
本発明の目的は、異種材料間の線膨張率差に基づく熱歪
を緩和することができると共に熱伝導性に優れた耐熱性
の絶縁模を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明を概説すれば、本発明は垂直配向ポリイ 夷 ド膜に関する発明であって、 下記−船人I: (式中、Ar1は4価の芳香族基、Arcは2価の芳香
族基を示す) で表される繰返し単位を有するポリイミドで、このポリ
イミドの分子鎖が膜面に対し垂直に配向していることを
特徴とする。
上記−船人IにおいてArlで示される4価の芳香族基
の例としては、 などが挙げられ、またAr2で示される2価の芳香族基
の例としては、 などが挙げられる。これらの組合せは1組のものに限定
されるものではなく、2組以上の組合せたものを混合し
て用いることも可能である。
一般にポリエチレンなどの結晶性高分子に見られるよう
に、延伸により一軸方向に分子鎖が配向した高分子材料
を容易に得ることができる。
このような−軸配向高分子の配向方向の引張弾性率は延
伸倍率と共に急速に大きくなる一方、線膨張率は逆に延
伸倍率と共に急速に小さくなり零から負の値へと変化し
く工、M、ウオード(I。
M、 Ward ) IJ! 、デベロップ、メンツ 
イン オリエンテッド ポリマース−1(Develo
pmentsin 0riented Polymer
s−1)、アプライド サイエンス社(ロンドン)i行
(1taz))、Qa向力方向熱伝動率は延伸倍率と共
に大きくなるcc、L、チョイ(C,L、Choy )
  f’iか、ジャーナμオプ ポリマー サイエンス
 ポリマー フイジク7.zジV x;17 (J、 
Polym、 Sci、 Polym、 Phya。
Ha、 )第18巻、第1187頁(1980))。
例えば、高密度ポリエチレンの引張弾性率は未延伸状態
のI GPaから延伸倍率30倍で703Paとなシ、
線膨張率は未延伸状態のt 2 X 10−’x4から
延伸倍率2倍で零、延伸倍率18倍では−1,2X10
  K  となる。熱伝導率は未延伸状態のαOQ 5
5 W / aaK  から、延伸倍率25倍で113
 W/aaKと大幅に大きく4る。しかし、配向方向と
直角の方向の上記各特性は若干逆の傾向を示すことはよ
く知られている。
したがって、本発明になる垂直配向ポリイミド嗅では、
ポリイミドの分子鎖が膜面に対し垂直に配向しているた
め、!!1面に対し垂直方向の引張弾性率は大きく、線
膨張率は小さく、熱伝導率は大きくなる。
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明の一般式Iで表されるポリイミドは、例えば下記
の方法によって製造することができる。すなわち下記一
般弐H: (式中、Ar1、Arcは式lに定義したものと同義で
ある)で表される繰返し単位を有するポリアミック酸の
溶液のキャストフィルムを、11MV /aw以上の電
界強度下で150°C以上の温度で熱処理することKよ
り得られる。
ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸は、公知の方
法で製造することが出来る。すなわち、酸無水物成分と
ジアミン成分を実質等モル使用し、有機極性溶媒中で重
合して得られる。このポリアミック酸溶液をガラス等の
基板の上に塗布した後、例えば120°Cで1時間M乾
燥すればポリアミック酸のキャストフィルムが得られる
このキャストフィルムを偏光顕微鏡によシ偏光子と検光
子を互いに直交するようにして膜面に対し垂直方向より
観察したところ、光を透過しない消光状態になっておシ
、コノスコープ像が明シように観察された。これはポリ
アミック酸のキャストフィルムではポリアミック酸の分
子鎖が膜面に対し垂直に配向していることを示している
ポリイミドは、ポリアミック酸のキャストフィルムを化
学量論以上の脱水剤と必要に応じ触媒量の第5級アミン
類等を加えた溶剤中に浸漬して脱水するなどの化学的方
法、又は脱水剤などを加えずに熱的に脱水閉環する方法
によシ得られるが、このポリアミック酸の脱水閉環過程
で垂直配向状類のポリアミック酸から分子鎖が膜面と平
行になった面配向状態のポリイミドに変わることが分か
った。
第1図は酸無水物成分としてピロメリット酸2無水物を
、ジアミン成分として4.4′−ジアミノジフエニμエ
ーテμを、溶媒としてN、N−ジメチルアセトアミドを
用いて重合させて得た厚′さ7−(L/Jmのポリアミ
ック酸キャストフイμムの温度(℃、横軸)上昇に伴う
偏光の透過光量変化(任意スケール1縦軸)とポリイミ
ド化率(%、縦軸)を示した図である。なお、ポリイミ
ド化率は赤外吸収スペクトNにおける1 780 cm
−”のポリイミド環内の力μボニル基の伸縮振動に基づ
く吸収の吸光度よシ定量した。室温から140°C付近
まではほぼ消光状態となっているが、150℃付近で急
激に透光状態となシ垂直配向から面配向へと急激な配向
変化が起こることが分かった。ポリイミド化率は120
℃では3%、150℃で42%、180℃では92%と
なってお、9.150℃付近の配向変化はポリイミド化
に伴うものである。
この垂直配向状態のポリアミック酸のキャストフィルム
から面配向状態のポリイミド膜への配向変化は電場によ
シ制御できることが分かった。すなわち、静電場を印加
した状態で熱処理を行えば垂直配向状態が保持されたま
までポリイミド化が起こることが分かった。電界強度と
しては、  l 10 Mv/esでは部分的に垂直配
向状態が保たれているが、α20 M′v/exではほ
ぼ垂直配向状態が保持され、蚤ましくはα25Mv/−
以上の電界強度下で熱処理すれば良いことが分かった。
このような垂直配向状態の程度はコノスコープ像の観察
によシ定性的ではあるが判定できる。
なお、ポリアミック酸の脱水閉環過程では脱水に伴い収
縮が起こる。静電場下での熱処理では分子鎖の垂直配向
状態が保持されているため、膜面に対し垂直方向の引張
弾性率は大きいが面方向の引張弾性率は小さくなってい
る。したがって、専ら面方向に収縮し、垂直配向したポ
リイミド結晶塊の集合体となる。この結晶塊の境界には
収縮に伴い空隙ができる。この空隙が面方向の熱歪を吸
収する役割をする。一方、膜面に対し垂直方向の線膨張
率はポリイミドの分子鎖が垂直に配向しているため小さ
な値になっておシ、熱伝導率は大きくなっている。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例によシ更に具体的に説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されない。
実施例1 市販の4.4′−ジアミノゾフエニyエーテIvt15
f1昇華精製したピロメリット酸2無水物L 30 f
及ヒ市販のN、N−ジメチμアセトアミド15−を窒素
ガス導入管を備えたガラス容器に仕込み、室温で4時間
マグネチックスターラーでかくはん下に重縮合させた。
次いで上記のポリアミック酸溶液をスピンコーターでス
フイドガラス上に塗布し、120°Cで1時間鼻奉乾燥
して厚さ40μmのポリアミック酸のキャストフィルム
を得た。このキャストフィルムt<i光a微鏡により観
察したところ明りょうなコノスコープ像が認められた。
すなわち、ポリアミック酸の分子鎖が膜面に対し垂直に
配向していることを確認した。次いでこのキャストフィ
ルムを透明電極付きのスライドガラス板に挟み、0、4
 kVの静電圧下、すなわちQ、 10 MV/amの
電界強度下で真空下300℃で30分熱処理した。この
ようにして得たポリイミド膜を偏光顕微鏡によシ観察し
たところ部分的にコノスコープ像が認められた。すなわ
ち、ポリイミドの分子鎖が1僕面に対し垂直に配向して
いる部分があることを確認した。電界強度0.10 ’
hlV/rxでは部分的に垂直配向状態が保たれる程度
であった。
実施例2 実施例1のポリアミック酸溶液をスピンコーターでスフ
イドガラス上に塗布し、120’Cで1時間島鑵乾燥し
て厚さ20 pmのポリアミック酸のキャストフィルム
を得た。
次いでこのキャストフィルムを透明電極付きのスライド
ガラス板に挟み、(L4kVの静電圧下、すなわち(1
20MV /c1mの電界強度下で真空下300°Cで
30分熱処理した。このようにして得たポリイミド膜を
偏光顕微鏡にょシ観察したところコノスコープ像が認め
られた。すなゎち、ポリイミドの分子鎖が膜面に対し垂
直に配向していることを確認した。電界強度(L20M
V151ではほぼ全体的に垂直配向状態が保たれていた
実施例3 実施例1のポリアミック酸溶液をスピンコーターでスフ
イドガラス上に塗布し、120℃で1時間1n乾燥して
厚さ20μmのポリアミック酸のキャストフィルムを得
た。次いでこのキャストフィルムを透明電極付きのスラ
イドガラス板に挟み、0.5 kvの静電圧下、すなわ
ち125 MV /exの電界強度下で真空下300°
Cで30分熱処理した。このようにして得たポリイミド
膜を偏光顕微鏡により観察したところ全体的に明りよう
かコノスコープ像が認められた。すなわち、ポリイミド
の分子鎖が膜面に対し垂直に配向していることを確認し
た。電界強度CL25M′v/esでは全体的に垂直配
向状態が保たれていた。
実施例4 市販の片面を粗にしたプリント板用の厚さ55μ惰の電
解鋼箔の粗面上に、実施例1のポリアミック酸溶液を厚
く塗布し、120”Cで1時間M乾燥して厚さ80μm
のポリアミック酸のキャストフィルムを得た。続いて、
この銅張シキャストフイルムの上に上記の電界鋼箔を粗
面が接するようにして張合せた状愚で、2kVのD電圧
下、すなわち0.25λCV 7cmの電界強度下で真
空下500°Cで50分熱処理した。このようにして得
た垂直配向ポリイミド膜を絶縁1とする平行平板導体に
ついて線膨張率と熱伝導率の測定を行った。導体面に対
し垂直方向の線膨張率は零、導体面に平行な方向の線膨
張率は金属銅の線膨張率と同じt 4 X 10=K”
”であり、導体面に対し垂直方向の熱伝導率はα01W
/譚にであった。また、液体窒素温度(−196゛C)
と室温間及び室温と250°Cの間でヒートサイク〜を
繰返しても銅箔がはがれることもなく、変形などの歪は
認められなかった。
比較例1 実施例1のポリアミック酸溶液をスビンコーヤストフイ
〜ムをスフイドガラス板に挟み真空下300°Cで30
分熱処理した。このようにして得たポリイミド膜を偏光
顕微琥によシ観察したところコノスコープ像は全く認め
られず、偏光子と検光子が直交した状態でこのポリイミ
ド膜を観察したところ透光状態罠なっていた。すなわち
、ポリイミドの分子鎖が膜面に対し平行に配向している
ことを確認した。
比較例2 静電圧を零(電界強度OMV / t:ni )とした
以外は実施例4と全く同様にして面配向状態のポリイミ
ド膜を絶縁層とする平行平板導体を作製した。この平行
平板導体の導体面に対し垂直方向の線膨張率は2 X 
10−sK””と大きく、熱伝導率はcLO02W /
 51にと小さく、いずれも無配向状態の値に近い値を
示した。なお、相対する銅箔間の接着強度は弱く、液体
窒素で冷却したところ容易にはく離した。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の垂直配向ポリイミド膜は
、膜面に対し垂直方向の線膨張率が小さくかつ熱伝導率
が大きく、膜面と平行方向の熱歪を吸収することが出来
る耐熱性の絶縁層であるという利点がある。このような
絶縁層は工Cチップ搭載基板内配線部や入出カケ−プル
′用の絶縁、1や超伝導応用関連の絶縁層として使用す
れば効果的でおる。
【図面の簡単な説明】
第1図は厚さ20 pmのポリアミック酸キャストフイ
yムの温度上昇に伴う偏光の透過光量変化とポリイミド
化率を示す図である。 特許出願人  日本電信電話株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.下記一般式1: ▲数式、化学式、表等があります▼…(1) (式中、Ar_1は4価の芳香族基、Ar_2は2価の
    芳香族基を示す) で表される繰返し単位を有するポリイミドで、このポリ
    イミドの分子鎖が膜面に対し垂直に配向していることを
    特徴とする垂直配向ポリイミド膜。
JP28033288A 1988-11-08 1988-11-08 垂直配向ポリイミド膜 Pending JPH02127438A (ja)

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