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CN116333303B - 一种抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜及其应用 - Google Patents

一种抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜及其应用 Download PDF

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CN116333303B CN202310597412.7A CN202310597412A CN116333303B CN 116333303 B CN116333303 B CN 116333303B CN 202310597412 A CN202310597412 A CN 202310597412A CN 116333303 B CN116333303 B CN 116333303B
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Abstract

本发明公开了一种抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜及其应用。所述光敏胶膜由感光性树脂组合物制成,感光性树脂组合物的质量份组成:100份聚酰胺酸酯树脂、30~60份光致交联剂、0.1~15份光引发剂、0.1~5份阻聚剂,87~390份无机填料,1~5份分散剂、100~300份溶剂;制备方法:二酐与含不饱和双键的醇类化合物反应得二酯二酸;二酯二酸与酰氯化试剂反应得相应二酯二酰氯;二酯二酰氯与二胺溶液Ⅰ进行缩聚反应;缩聚反应进行3~8h后,向该反应体系中加入二胺溶液Ⅱ继续缩聚反应即得。本发明通过调整树脂结构,使碱性水性显影的光敏胶膜能够保证胶膜从支撑膜向晶圆转移时100%的膜转移率,同时可保证胶膜进行模压时的挺度,保证胶膜模压时不发生塌陷,保证中空腔体的形成。

Description

一种抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜及其应用
技术领域
本发明涉及一种抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜及其应用,属于高分子材料及半导体封装技术领域。
背景技术
随着电子产品不断升级换代,智能手机、5G、AI等新兴市场对封装技术提出了更高要求,使得封装技术朝着高度集成、三维、超细节距互连等方向发展。其中,滤波器等器件需要中空结构的电子部件。目前,这类中空结构的感光性固态胶膜一般由碱性水溶性树脂和无机填料,压制成膜状后,直接作为盖,盖在基材墙体上而形成中空结构,随后进行光刻和其他处理。
中国专利申请(CN 113646882A)公开了一种感光性树脂组合物,可以提高中空结构体的盖子部分高灵敏度,并且很好地通过光刻进行图案形成。中国专利申请(CN115236938A)公开了一种负性光敏性聚酰胺酸酯树脂组合物及其制备与应用,所述负性光敏性聚酰胺酸酯树脂组合物适用于类似于滤波器制造中的需要光刻显影的中空腔体的制作,该发明解决了感光型胶粘剂形成感光性固态胶膜光刻显影后的开孔上小下大,影响后期工艺的电性能可靠性问题。但是,目前对于中空结构的盖的抗模压性能未有涉及。因此需要对现有感光性树脂组合物进行改进,从而使得其作为中空结构的盖子时,在能保持胶膜在贴膜时膜转移率达到100%的基础上,解决模压工艺中的抗模压问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜,所述光敏胶膜在应用过程中,不仅贴膜时的膜转移率达到100%,而且在250℃固化时有较强的抗模压性能。
本发明首先提供一种聚酰胺酸酯树脂的制备方法,包括如下步骤:
S1、二酐与含不饱和双键的醇类化合物进行反应得到二酯二酸;
S2、所述二酯二酸与酰氯化试剂进行反应得到相应的二酯二酰氯;
S3、所述二酯二酰氯与二胺溶液Ⅰ进行缩聚反应;
所述二胺溶液Ⅰ为含有羟基的二胺的溶液;
所述含有羟基的二胺为2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)丙烷、3,3'-二羟基联苯胺、下述结构所示的芳香族二胺中的至少一种:
S4、所述缩聚反应进行3~8h后,向步骤S3的反应体系中加入二胺溶液Ⅱ继续进行所述缩聚反应,经析出固体即为所述聚酰胺酸酯树脂;
所述二胺溶液Ⅱ为三嗪类二胺的溶液;
所述三嗪类二胺为三嗪二胺、苯代三聚氰胺、6-甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺中的至少一种;
可采用NMP配制所述二胺溶液Ⅰ和所述二胺溶液Ⅱ;
所述含有羟基的二胺与所述三嗪类二胺的摩尔比可为1:0.4~0.8,如1:0.4或1:0.8;经实验验证,若所述三嗪二胺的用量过少,会导致250μm的空腔跨度盖子的塌陷,用量过大,会影响正常的光刻显影。
两种二胺的应用保证了所述聚酰胺酸酯树脂的碱性水溶性,同时不引入其他离子对光敏胶膜的影响;
所述二酐与所述二胺的摩尔比为1:1.01~1.025,所述二胺包括所述含有羟基的二胺和所述三嗪类二胺。
为了保持感光胶膜的粘附性,在进行胶膜向晶圆转移时转移率可以达到100%,同时,提高树脂模量,提高抗模压性能,所述二酐采用柔性二酐和刚性二酐的混合物,所述混合物中,所述柔性二酐的摩尔含量≥50%;
优选地,所述柔性二酐与所述刚性二酐的摩尔比可为1:0.5~0.9,如1:0.5或1:0.9;经实验验证,若所述柔性二酐的用量过大,会导致250μm的空腔跨度盖子的塌陷,若所述刚性二酐的用量过大,会导致膜转移率降低。
优选地,所述柔性二酐选自六氟二酐(6FDA)、3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐(BTDA)、双酚A二酐(BPADA)、4,4联苯醚二酐(ODPA)和二苯硫醚二酐(TDPA)中的至少一种。
优选地,所述刚性二酐选自3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)、2,3',3,4'-联苯四羧酸二酐(α-BPDA)、均苯四甲酸酐(PMDA)、双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐和1,2,3,4-环戊四羧酸二酐中的至少一种。
优选地,所述含不饱和双键的醇类化合物选自2-羟基-3-苯氧基丙基丙烯酸甲酯、2-羟基-3-丁氧基丙基丙烯酸酯、2-羟基-3-叔丁氧基丙基丙烯酸酯、2-羟基-3环己氧基丙基丙烯酸酯、2-羟基-3-甲氧基丙基甲基丙烯酸酯、2-羟基-3-苯氧基丙基甲基丙烯酸酯、2-羟基-3-丁氧基丙基甲基丙烯酸酯、2-羟基-3-叔丁氧基丙基甲基丙烯酸酯、2-羟基-3-环己氧基丙基甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸-2-羟乙酯中的至少一种;
优选地,所述酰氯化试剂选自氯化亚砜。
优选地,步骤S1-3中的各反应可在本领域中常规条件下进行,如步骤S1中的反应可在40~80℃下反应5~20h;步骤S2中的反应可在0~10℃反应2~5h,步骤S3中的反应可在20~40℃下反应3~8h;步骤S4中的反应可在20~40℃下反应3~8h。
优选地,步骤S4中,通过将反应体系与不良溶剂混合析出固体树脂,然后洗净、干燥即可。
本发明提供的聚酰胺酸酯树脂的分子量为15000~40000,能保持胶膜的成膜性和光刻显影性能。
在所述聚酰胺酸酯树脂的基础上,本发明提供了一种感光性树脂组合物,其质量份组成如下:
100质量份的所述聚酰胺酸酯树脂、30~60质量份的光致交联剂、0.1~15质量份的光引发剂、0.1~5质量份的阻聚剂,87~390质量份的无机填料,1~5质量份的分散剂、100~300质量份的溶剂;
所述感光性树脂组合物的质量份组成优选为下述任一种:
1)100质量份的所述聚酰胺酸酯树脂、40质量份的光致交联剂、1质量份的光引发剂、0.15质量份的阻聚剂,143~332质量份的无机填料,1质量份的分散剂、150~260质量份的溶剂;
2)100质量份的所述聚酰胺酸酯树脂、40质量份的光致交联剂、1质量份的光引发剂、0.15质量份的阻聚剂,143质量份的无机填料,1质量份的分散剂、150质量份的溶剂;
3)100质量份的所述聚酰胺酸酯树脂、40质量份的光致交联剂、1质量份的光引发剂、0.15质量份的阻聚剂,214质量份的无机填料,1质量份的分散剂、200质量份的溶剂;
4)100质量份的所述聚酰胺酸酯树脂、40质量份的光致交联剂、1质量份的光引发剂、0.15质量份的阻聚剂,332质量份的无机填料,1质量份的分散剂、260质量份的溶剂。
优选地,所述光致交联剂选自甲基丙烯酸-2-羟甲酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟丁酯、丙烯酸2-羟甲酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、丙烯酸-2羟丁酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸环氧丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸环氧丙酯、乙二醇双乙醚甲基丙烯酸酯、乙二醇双乙醚丙烯酸酯和聚乙二醇甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯和三环葵烷二甲醇二丙烯酸酯中至少一种。
优选地,所述光引发剂选自二苯甲酮、二苯甲酮衍生物、苯乙酮衍生物、噻吨酮、噻吨酮衍生物、苯偶酰、苯偶酰衍生物、苯偶姻、苯偶姻衍生物、1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟、1-苯基1,2-丁二酮-2-(邻甲氧基羰基)肟和1,3-二苯基丙三酮-2-(邻乙氧基羰基)肟中至少一种。
优选地,所述阻聚剂选自氢醌、4-甲氧基苯酚、N-亚硝基二苯基胺、对叔丁基儿茶酚、吩噻嗪、N-苯基萘基胺、2,6-二叔丁基对甲基苯酚、5-亚硝基-8-羟基喹啉、1-亚硝基2-萘酚、2-亚硝基-1-萘酚和2-亚硝基-5-(N-乙基-磺基丙基氨基)苯酚中至少一种。
优选地,所述无机填料选自二氧化硅、云母粉和氧化铝中至少一种;
所述二氧化硅优选角型二氧化硅(市售),尺寸为1~6μm,优选1~3μm;
所述云母粉优选干法制造的云母粉(市售),尺寸为1~6μm,优选1~3μm;
所述氧化铝的尺寸为1~6μm,优选1~3μm;
所述无机填料占总固体物质量的50~70%,优选50~60%、60~70%、50%、60%或70%。
所述分散剂为具有环氧基团的助黏剂,具体可选自KH560、自聚(丙二醇)二缩水甘油酯、聚乙二醇二缩水甘油酯、1,3,5-三缩水甘油-三嗪三酮、4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯、脂肪族环氧树脂、双酚A二缩水甘油醚等中的一种或几种的混合物。
优选地,所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N’-二甲基乙酰胺、N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四甲基脲、γ-丁内酯、乳酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、环戊酮、环己酮、甲基乙基酮、四氢呋喃、乙酸乙酯和乙酸丁酯中至少一种。
在所述述感光性树脂组合物,本发明进一步提供了由其制备得到的抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜。
所述抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜可按照下述方法进行制备:
SⅠ、涂敷:将所述感光性树脂组合物涂敷在支撑膜的表面;
SⅡ、预烘:烘烤所述支撑膜表面的所述感光性树脂组合物,形成带有所述支撑膜的感光性固态胶膜;
SⅢ、保护膜贴合:将保护膜与所述感光性固态胶膜进行贴合,得到碱性水系显影的负型的感光性固态胶膜;
所述支撑膜和所述保护膜的材质均为PET或PP;
所述支撑膜的厚度为10~250μm,所述保护膜的厚度为5~250μm;
所述烘烤的条件如下:在60~120℃的热板、烘箱或烘道中烘烤1~60min;
所述贴合的条件如下:温度为50~100℃,压力为0.1~0.5MPa。
本发明提供的碱性水性显影的光敏胶膜能过用于制备电子部件的中空结构的盖子,在250℃固化时有较强的抗模压性能,而且贴膜时的膜转移率达到100%;
所述电子部件可为滤波器等。
本发明具有如下有益技术效果:
本发明通过调整树脂结构,使碱性水性显影的光敏胶膜能够保证胶膜从支撑膜向晶圆转移时100%的膜转移率,同时可以保证胶膜进行模压时的挺度,保证胶膜模压时不发生塌陷,保证中空腔体的形成。
附图说明
图1为实施例1胶膜光刻显影固化后模压后图片。
图2为实施例3胶膜光刻显影固化后模压后图片。
图3为对比例1胶膜光刻显影固化后模压后图片。
图4为对比例4胶膜光刻显影固化后模压后图片。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1、
本实施例中,4,4联苯醚二酐(ODPA):3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)=1:0.9;2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷:三嗪二胺=1:0.8,其中,刚性二酐为最大用量,三嗪类二胺为最大用量,且无机填料占总固体物质量的50%;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的500ml三口圆底烧瓶中,依次加入31.02g 4,4联苯醚二酐、26.48g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、49.45g甲基丙烯酸-2-羟乙酯、30.05g吡啶和230g N-甲基吡咯烷酮(NMP),室温搅拌6h,生成相应的二酸二甲基丙烯酸酯。将二酸二甲基丙烯酸酯溶液与45.21g SOCl2在0-10℃反应2h,室温反应4h,生成相应的二酰氯二甲基丙烯酸酯。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的1L三口圆底烧瓶(A)中,加入39.19g 2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷和100g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
在另一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的100mL三口圆底烧瓶B中,加入8.89g三嗪二胺和10g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
将三口圆底烧瓶(A)中的二胺溶液加入上述制备的二酰氯二甲基丙烯酸酯溶液中,滴加时间1h;然后,在室温下反应6h;再将三口圆底烧瓶(B)中的二胺溶液加入,滴加时间0.2h;然后,在室温下反应4h。
将反应液入10L去离子水中,析出固体、过滤、真空干燥,得到聚酰亚胺前驱体树脂,树脂分子量28000。
在配有黄光灯的千级超净间内,将1.0g 1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟(光引发剂)、0.15g氢醌(阻聚剂)、40g乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(光致交联剂)、1.0g KH560(分散剂)依次加入150gNMP中,室温下搅拌1h,使其形成均匀溶液。向均匀溶液中加入143g二氧化硅(尺寸为1~3μm),搅拌3h,使其形成均匀分散液。向均匀分散液中加入100g聚酰胺酸脂树脂,搅拌至均相溶液,即为感光性树脂组合物。
本实施例制备的感光性树脂组合物中,聚酰胺酸脂树脂、光致交联剂、光引发剂、阻聚剂、无机填料、分散剂和溶剂的质量比为100:40:1:0.15:143:1:150。
制得的感光性树脂组合物在支撑膜PET上,通过刮涂的方式制成湿膜。然后,放入80℃鼓风烘箱中烘烤10min后,得到感光性固态胶膜,测量膜厚为40μm。通过覆膜的方式将保护膜贴附于固态胶膜表面,贴合压力0.2MPa。得到具有支撑膜和保护膜的碱性水系显影的负型感光性固态胶膜。
撕掉保护膜,将胶膜对准具有结构晶圆,使用贴膜机将光敏胶膜贴合于结构晶圆上,撕掉支撑膜,光敏胶膜100%转移到结构晶圆上。
采用紫外灯(i线和g线)曝光20s,采用2.38%四甲基氢氧化铵显影,去离子水冲洗后,在鼓风烘箱中烘烤(150℃/1h,200℃/1h,250℃/1h)得到固化后的开孔图形和空腔图形,空腔图形放入模压机中进行模压测试,250μm空腔跨度盖子不塌陷,如图1所示。
实施例2、
与实施例1对比,无机填料用量调整为总固体物质量的60%,其余均相同。
在配有黄光灯的千级超净间内,将1.0g 1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟(光引发剂)、0.15g氢醌(阻聚剂)、40g乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(光致交联剂)、1.0g KH560(分散剂)依次加入200gNMP中,室温下搅拌1h,使其形成均匀溶液。向均匀溶液中加入214g二氧化硅(尺寸为1~3μm),搅拌3h,使其形成均匀分散液。向均匀分散液中加入100g聚酰胺酸脂树脂,搅拌至均相溶液。
本实施例制备的感光性树脂组合物中,聚酰胺酸脂树脂、光致交联剂、光引发剂、阻聚剂、无机填料、分散剂和溶剂的质量比为100:40:1:0.15:214:1:200。
制得的溶液在支撑膜PET上,通过刮涂的方式制成湿膜。然后,放入80℃鼓风烘箱中烘烤8min后,得到感光性固态胶膜,测量膜厚为40μm。通过覆膜的方式将保护膜贴附于固态胶膜表面,贴合压力0.2MPa。得到具有支撑膜和保护膜的碱性水系显影的负型感光性固态胶膜。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜可以达到250μm空腔跨度盖子不塌陷,膜转移率100%。
实施例3、
与实施例1对比,无机填料用量调整为总固体物质量的70%,其余均相同。
在配有黄光灯的千级超净间内,将1.0g 1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟(光引发剂)、0.15g氢醌(阻聚剂)、40g乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(光致交联剂)、1.0g KH560(分散剂)依次加入260gNMP中,室温下搅拌1h,使其形成均匀溶液。向均匀溶液中加入332g二氧化硅(尺寸为1~3μm),搅拌3h,使其形成均匀分散液。向均匀分散液中加入100g聚酰胺酸脂树脂,搅拌至均相溶液。
本实施例制备的感光性树脂组合物中,聚酰胺酸脂树脂、光致交联剂、光引发剂、阻聚剂、无机填料、分散剂和溶剂的质量比为100:40:1:0.15:332:1:260。
制得的溶液在支撑膜PET上,通过刮涂的方式制成湿膜。然后,放入80℃鼓风烘箱中烘烤5min后,得到感光性固态胶膜,测量膜厚为40μm。通过覆膜的方式将保护膜贴附于固态胶膜表面,贴合压力0.2MPa。得到具有支撑膜和保护膜的碱性水系显影的负型感光性固态胶膜。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜模压空腔盖子发生边缘断裂,如图2所示,膜转移率100%。
对比例1、
与实施例1对比,无机填料用量调整为总固体物质量的40%,其余均相同。
在配有黄光灯的千级超净间内,将1.0g 1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟(光引发剂)、0.15g氢醌(阻聚剂)、40g乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(光致交联剂)、1.0g KH560(分散剂)依次加入140gNMP中,室温下搅拌1h,使其形成均匀溶液。向均匀溶液中加入95g二氧化硅(尺寸为1~3μm),搅拌3h,使其形成均匀分散液。向均匀分散液中加入100g聚酰胺酸脂树脂,搅拌至均相溶液。
制得的溶液在支撑膜PET上,通过刮涂的方式制成湿膜。然后,放入80℃鼓风烘箱中烘烤15min后,得到感光性固态胶膜,测量膜厚为40μm。通过覆膜的方式将保护膜贴附于固态胶膜表面,贴合压力0.2MPa。得到具有支撑膜和保护膜的碱性水系显影的负型感光性固态胶膜。
本对比例制备的负型感光性固态胶膜250μm空腔跨度盖子塌陷,如图3所示,膜转移率为100%。
对比例2、
本对比例中,4,4联苯醚二酐(ODPA):3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)=1:1,2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷:三嗪二胺=1:0.8,与实施例1相比,增加了刚性二酐的用量。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的500ml三口圆底烧瓶中,依次加入31.02g 4,4联苯醚二酐、29.42g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、52.05g甲基丙烯酸-2-羟乙酯、31.63g吡啶和230g N-甲基吡咯烷酮(NMP),室温搅拌6h,生成相应的二酸二甲基丙烯酸酯。将二酸二甲基丙烯酸酯溶液与47.59g SOCl2在0~10℃反应2h,室温反应4h,生成相应的二酰氯二甲基丙烯酸酯。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的1L三口圆底烧瓶(A)中,加入41.25g2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷和100g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
在另一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的100mL三口圆底烧瓶B中,加入9.36g三嗪二胺和10g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
将三口圆底烧瓶(A)中的二胺溶液加入上述制备的二酰氯二甲基丙烯酸酯溶液中,滴加时间1h;然后,在室温下反应6h;再将三口圆底烧瓶(B)中的二胺溶液加入,滴加时间0.2h;然后,在室温下反应4h。
将反应液入10L去离子水中,析出固体、过滤、真空干燥,得到聚酰亚胺前驱体树脂,树脂分子量30000。
本对比例制备的负型感光性固态胶膜的贴膜转移率降低到80%。
对比例3、
本对比例中,4,4联苯醚二酐(ODPA):3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)=1:0.9,2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷:三嗪二胺=1:0.9,与实施例1相比,增加了三嗪二胺的用量;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的500ml三口圆底烧瓶中,依次加入31.02g 4,4联苯醚二酐、26.48g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、49.45g甲基丙烯酸-2-羟乙酯、30.05g吡啶和230g N-甲基吡咯烷酮(NMP),室温搅拌6h,生成相应的二酸二甲基丙烯酸酯。将二酸二甲基丙烯酸酯溶液与45.21g SOCl2在0~10℃反应2h,室温反应4h,生成相应的二酰氯二甲基丙烯酸酯。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的1L三口圆底烧瓶(A)中,加入37.17g 2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷和100g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
在另一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的100mL三口圆底烧瓶B中,加入10.15三嗪二胺和10g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
将三口圆底烧瓶(A)中的二胺溶液加入上述制备的二酰氯二甲基丙烯酸酯溶液中,滴加时间1h;然后,在室温下反应6h;再将三口圆底烧瓶(B)中的二胺溶液加入,滴加时间0.2h;然后,在室温下反应4h。
将反应液入10L去离子水中,析出固体、过滤、真空干燥,得到聚酰亚胺前驱体树脂,树脂分子量29000。
由于三嗪二胺量过大,树脂的碱性水溶性下降,不能正常光刻显影。
通过实施例1-3和对比例1-3可知,刚性二酐量过大会导致膜转移率降低,三嗪类二胺的量过大,会影响正常的光刻显影。在本发明限定的刚性二酐和三嗪类二胺的最大范围内,随着无机填料量的增加,无机填料40%时会造成250μm的空腔跨度盖子的塌陷,当无机填料量达到50%和60%时,光敏胶膜可以得到正常的使用,当无机填料量增加到70%时,会增加膜的脆性,模压时发生脆断。
实施例4、
本实施例中,4,4联苯醚二酐(ODPA):3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)=1:0.5,2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷:三嗪二胺=1:0.4,其中,柔性二酐为最大用量,三嗪类二胺为最小用量,且无机填料占总固体物质量的50%;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的500ml三口圆底烧瓶中,依次加入31.02g 4,4联苯醚二酐、14.71g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、39.04g甲基丙烯酸-2-羟乙酯、23.73g吡啶和200g N-甲基吡咯烷酮(NMP),室温搅拌6h,生成相应的二酸二甲基丙烯酸酯。将二酸二甲基丙烯酸酯溶液与35.69g SOCl2在0-10℃反应2h,室温反应4h,生成相应的二酰氯二甲基丙烯酸酯。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的1L三口圆底烧瓶(A)中,加入39.83g 2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷和100g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
在另一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的100mL三口圆底烧瓶B中,加入4.83g三嗪二胺和10g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
将三口圆底烧瓶(A)中的二胺溶液加入上述制备的二酰氯二甲基丙烯酸酯溶液中,滴加时间1h;然后,在室温下反应6h;再将三口圆底烧瓶(B)中的二胺溶液加入,滴加时间0.2h;然后,在室温下反应4h。
将反应液入10L去离子水中,析出固体、过滤、真空干燥,得到聚酰亚胺前驱体树脂,树脂分子量34000。
在配有黄光灯的千级超净间内,将1.0g 1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟(光引发剂)、0.15g氢醌(阻聚剂)、40g乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(光致交联剂)、1.0g KH560(分散剂)依次加入150gNMP中,室温下搅拌1h,使其形成均匀溶液。向均匀溶液中加入143g二氧化硅(尺寸为1~3μm),搅拌3h,使其形成均匀分散液。向均匀分散液中加入100g聚酰胺酸脂树脂,搅拌至均相溶液。
本实施例制备的感光性树脂组合物中,聚酰胺酸脂树脂、光致交联剂、光引发剂、阻聚剂、无机填料、分散剂和溶剂的质量比为100:40:1:0.15:143:1:150。
制得的溶液在支撑膜PET上,通过刮涂的方式制成湿膜。然后,放入80℃鼓风烘箱中烘烤25min后,得到感光性固态胶膜,测量膜厚为40μm。通过覆膜的方式将保护膜贴附于固态胶膜表面,贴合压力0.2MPa。得到具有支撑膜和保护膜的碱性水系显影的负型感光性固态胶膜。
撕掉保护膜,将胶膜对准具有结构晶圆,使用贴膜机将光敏胶膜贴合于结构晶圆上,撕掉支撑膜,光敏胶膜100%转移到结构晶圆上。
采用紫外灯(i线和g线)曝光20s,采用2.38%四甲基氢氧化铵显影,去离子水冲洗后,在鼓风烘箱中烘烤(150℃/1h,200℃/1h,250℃/1h)得到固化后的开孔图形和空腔图形,空腔图形放入模压机中进行模压测试,250μm空腔跨度盖子塌陷。
实施例5、
与实施例4对比,无机填料的用量调整为60%,其余均相同。
在配有黄光灯的千级超净间内,将1.0g 1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟(光引发剂)、0.15g氢醌(阻聚剂)、40g乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(光致交联剂)、1.0g KH560(分散剂)依次加入200gNMP中,室温下搅拌1h,使其形成均匀溶液。向均匀溶液中加入214g二氧化硅(尺寸为1~3μm),搅拌3h,使其形成均匀分散液。向均匀分散液中加入100g聚酰胺酸脂树脂,搅拌至均相溶液。
本实施例制备的感光性树脂组合物中,聚酰胺酸脂树脂、光致交联剂、光引发剂、阻聚剂、无机填料、分散剂和溶剂的质量比为100:40:1:0.15:214:1:200。
制得的溶液在支撑膜PET上,通过刮涂的方式制成湿膜。然后,放入80℃鼓风烘箱中烘烤22min后,得到感光性固态胶膜,测量膜厚为40μm。通过覆膜的方式将保护膜贴附于固态胶膜表面,贴合压力0.2MPa。得到具有支撑膜和保护膜的碱性水系显影的负型感光性固态胶膜。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm空腔跨度盖子塌陷,膜转移率为100%。
实施例6、
与实施例4对比,无机填料的用量调整为70%,其余均相同。
在配有黄光灯的千级超净间内,将1.0g 1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟(光引发剂)、0.15g氢醌(阻聚剂)、40g乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(光致交联剂)、1.0g KH560(分散剂)依次加入260gNMP中,室温下搅拌1h,使其形成均匀溶液。向均匀溶液中加入332g二氧化硅(尺寸为1~3μm),搅拌3h,使其形成均匀分散液。向均匀分散液中加入100g聚酰胺酸脂树脂,搅拌至均相溶液。
本实施例制备的感光性树脂组合物中,聚酰胺酸脂树脂、光致交联剂、光引发剂、阻聚剂、无机填料、分散剂和溶剂的质量比为100:40:1:0.15:332:1:260。
制得的溶液在支撑膜PET上,通过刮涂的方式制成湿膜。然后,放入80℃鼓风烘箱中烘烤18min后,得到感光性固态胶膜,测量膜厚为40μm。通过覆膜的方式将保护膜贴附于固态胶膜表面,贴合压力0.2MPa。得到具有支撑膜和保护膜的碱性水系显影的负型感光性固态胶膜。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm空腔跨度不塌陷,膜转移率为100%。
对比例4、
与实施例4对比,无机填料的用量调整为80%,其余均相同。
在配有黄光灯的千级超净间内,将1.0g 1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟(光引发剂)、0.15g氢醌(阻聚剂)、40g乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(光致交联剂)、1.0g KH560(分散剂)依次加入260gNMP中,室温下搅拌1h,使其形成均匀溶液。向均匀溶液中加入568g二氧化硅(尺寸为1~3μm),搅拌3h,使其形成均匀分散液。向均匀分散液中加入100g聚酰胺酸脂树脂,搅拌至均相溶液。
制得的溶液在支撑膜PET上,通过刮涂的方式制成湿膜。然后,放入80℃鼓风烘箱中烘烤15min后,得到感光性固态胶膜,测量膜厚为40μm。通过覆膜的方式将保护膜贴附于固态胶膜表面,贴合压力0.2MPa。得到具有支撑膜和保护膜的碱性水系显影的负型感光性固态胶膜。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm空腔跨度中间发生脆性断裂,如图4所示。
对比例5、
本对比例中,4,4联苯醚二酐(ODPA):3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)=1:0.4,2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷:三嗪二胺=1:0.4,无机填料占总固体物质量的70%,与实施例6相比,增加了柔性二酐的用量。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的500ml三口圆底烧瓶中,依次加入31.02g 4,4联苯醚二酐、11.77g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、36.44g甲基丙烯酸-2-羟乙酯、22.15g吡啶和200g N-甲基吡咯烷酮(NMP),室温搅拌6h,生成相应的二酸二甲基丙烯酸酯。将二酸二甲基丙烯酸酯溶液与33.31g SOCl2在0-10℃反应2h,室温反应4h,生成相应的二酰氯二甲基丙烯酸酯。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的1L三口圆底烧瓶(A)中,加入37.17g 2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷和100g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
在另一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的100mL三口圆底烧瓶B中,加入4.51和10g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
将三口圆底烧瓶(A)中的二胺溶液加入上述制备的二酰氯二甲基丙烯酸酯溶液中,滴加时间1h;然后,在室温下反应6h;再将三口圆底烧瓶(B)中的二胺溶液加入,滴加时间0.2h;然后,在室温下反应4h。
将反应液入10L去离子水中,析出固体、过滤、真空干燥,得到聚酰亚胺前驱体树脂,树脂分子量35000。
本对比例制备的负型感光性固态胶膜250μm空腔跨度盖子塌陷,膜转移率100%。
对比例6、
本对比例中,4,4联苯醚二酐(ODPA):3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(BPDA)=1:0.5,2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷:三嗪二胺=1:0.3,无机填料占总固体物质量的70%,与实施例6相比,降低了三嗪二胺的用量;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的500ml三口圆底烧瓶中,依次加入31.02g 4,4联苯醚二酐、11.77g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、36.44g甲基丙烯酸-2-羟乙酯、22.15g吡啶和200g N-甲基吡咯烷酮(NMP),室温搅拌6h,生成相应的二酸二甲基丙烯酸酯。将二酸二甲基丙烯酸酯溶液与33.31g SOCl2在0-10℃反应2h,室温反应4h,生成相应的二酰氯二甲基丙烯酸酯。
在一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的1L三口圆底烧瓶(A)中,加入42.89g 2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷和100g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
在另一个装有机械搅拌器、温度计和氮气保护装置的100mL三口圆底烧瓶B中,加入3.90和10g NMP,搅拌使其溶解形成均相透明二胺溶液;采用冰浴将混合二胺溶液冷却至10℃以下。
将三口圆底烧瓶(A)中的二胺溶液加入上述制备的二酰氯二甲基丙烯酸酯溶液中,滴加时间1h;然后,在室温下反应6h;再将三口圆底烧瓶(B)中的二胺溶液加入,滴加时间0.2h;然后,在室温下反应4h。
将反应液入10L去离子水中,析出固体、过滤、真空干燥,得到聚酰亚胺前驱体树脂,树脂分子量35000。
本对比例制备的负型感光性固态胶膜250μm空腔跨度盖子塌陷,膜转移率100%。
通过实施例4-6和对比例4-6可知,柔性二酐量过多和三嗪二胺量过少会导致250μm的空腔跨度盖子的塌陷。在本发明限定的柔性二酐和三嗪二胺的范围内,随着无机填料量的增加,无机填料量达到70%时,250μm的空腔跨度盖子不塌陷。但是达到80%填料量时,会增加膜的脆性,模压时发生空腔中间脆性断裂。
实施例7、
本实施例中,31.02g 4,4联苯醚二酐替换成32.22g3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐(BTDA),其余与实施例1相同;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm的空腔跨度盖子不塌陷,膜转移率100%。
实施例8、
本实施例中,31.02g 4,4联苯醚二酐替换成44.42g六氟二酐(6FDA),其余与实施例1相同;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm的空腔跨度盖子不塌陷,膜转移率100%。
实施例9、
本实施例中,31.02g 4,4联苯醚二酐替换成52.05g双酚A二酐(BPADA),其余与实施例1相同;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm的空腔跨度盖子不塌陷,膜转移率100%。
实施例7-9与实施例1对比,不同的柔性基团,在70%填料含量下都可以达到较好的性能。
实施例10、
本实施例中,26.48g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐替换成19.63g均苯四甲酸酐(PMDA),其余与实施例1相同;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm的空腔跨度盖子不塌陷,膜转移率100%。
实施例11、
本实施例中,26.48g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐替换成18.91g1,2,3,4-环戊四羧酸二酐,其余与实施例1相同;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm的空腔跨度盖子不塌陷,膜转移率100%。
实施例12、
本实施例中,26.48g 3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐替换成22.33g双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐,其余与实施例1相同;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm的空腔跨度盖子不塌陷,膜转移率100%。
实施例10-12与实施例1对比,不同的刚性基团,在50%填料含量下可以达到较好的性能。
实施例13、
本实施例中,4.83g三嗪二胺替换成8.14g苯代三聚氰胺,其余与实施例6相同;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm的空腔跨度盖子不塌陷,膜转移率100%。
实施例14、
本实施例中,4.83g三嗪二胺替换成5.44g6-甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺,其余与实施例6相同;二酐与二胺的摩尔比为1:1.015。
本实施例制备的负型感光性固态胶膜250μm的空腔跨度盖子不塌陷,膜转移率100%。
对比例7、
本对比例中,4.83g三嗪二胺替换成5.48g 1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺,其余与实施例1相同。
树脂制备过程中,出现体型树脂增长,树脂不能正常合成。
对比例8、
本对比例中,4.83g三嗪二胺替换成4.18g 2-氨基-1,3,5-三嗪,其余与实施例1相同。
本对比例制备的负型感光性固态胶膜250μm的空腔跨度盖子不塌陷,膜转移率60%。
通过实施例13-14和对比例7-8可知,在本发明范围内的三嗪类二胺都可以满足发明达到的目的。其他的含有卤素等的三嗪二胺会影响材料的电性能可靠性所以在设计初即排除,而其他三嗪胺会造成树脂不能合成和膜转移率下降的问题。

Claims (9)

1.一种聚酰胺酸酯树脂的制备方法,包括如下步骤:
S1、二酐与含不饱和双键的醇类化合物进行反应得到二酯二酸;
所述含不饱和双键的醇类化合物选自2-羟基-3-苯氧基丙基丙烯酸甲酯、2-羟基-3-丁氧基丙基丙烯酸酯、2-羟基-3-叔丁氧基丙基丙烯酸酯、2-羟基-3环己氧基丙基丙烯酸酯、2-羟基-3-甲氧基丙基甲基丙烯酸酯、2-羟基-3-苯氧基丙基甲基丙烯酸酯、2-羟基-3-丁氧基丙基甲基丙烯酸酯、2-羟基-3-叔丁氧基丙基甲基丙烯酸酯、2-羟基-3-环己氧基丙基甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸-2-羟乙酯中的至少一种;
S2、所述二酯二酸与酰氯化试剂进行反应得到相应的二酯二酰氯;
S3、所述二酯二酰氯与二胺溶液Ⅰ进行缩聚反应;
所述二胺溶液Ⅰ为含有羟基的二胺的溶液;所述含有羟基的二胺为2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)丙烷、3,3'-二羟基联苯胺、下述结构所示的芳香族二胺中的至少一种:
S4、所述缩聚反应进行3~8h后,向步骤S3的反应体系中加入二胺溶液Ⅱ继续进行所述缩聚反应,经析出固体即为所述聚酰胺酸酯树脂;
所述二胺溶液Ⅱ为三嗪类二胺的溶液;
所述三嗪类二胺为三嗪二胺、苯代三聚氰胺、6-甲基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺中的至少一种;
采用所述三嗪类二胺进行封端;
所述含有羟基的二胺与所述三嗪类二胺的摩尔比为1:0.4~0.8;
所述二酐与所述二胺的摩尔比为1:1.01~1.025,所述二胺包括所述含有羟基的二胺和所述三嗪类二胺;
所述二酐包括柔性二酐和刚性二酐,且所述柔性二酐的摩尔含量≥50%。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述柔性二酐选自六氟二酐、3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐、双酚A二酐、4,4联苯醚二酐和二苯硫醚二酐中的至少一种;
所述刚性二酐选自3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、2,3',3,4'-联苯四羧酸二酐、均苯四甲酸酐、双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐和1,2,3,4-环戊四羧酸二酐中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:所述酰氯化试剂选自氯化亚砜。
4.权利要求1-3中任一项所述方法制备的聚酰胺酸酯树脂;所述聚酰胺酸酯树脂的分子量为15000~40000。
5.一种感光性树脂组合物,其质量份组成如下:
100质量份的权利要求4所述聚酰胺酸酯树脂、30~60质量份的光致交联剂、0.1~15质量份的光引发剂、0.1~5质量份的阻聚剂,87~390质量份的无机填料,1~5质量份的分散剂、100~300质量份的溶剂。
6.根据权利要求5所述的感光性树脂组合物,其特征在于:所述光致交联剂选自甲基丙烯酸-2-羟甲酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟丁酯、丙烯酸2-羟甲酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、丙烯酸-2羟丁酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸环氧丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸环氧丙酯、乙二醇双乙醚甲基丙烯酸酯、乙二醇双乙醚丙烯酸酯和聚乙二醇甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯和三环葵烷二甲醇二丙烯酸酯中至少一种;
所述光引发剂选自二苯甲酮、二苯甲酮衍生物、苯乙酮衍生物、噻吨酮、噻吨酮衍生物、苯偶酰、苯偶酰衍生物、苯偶姻、苯偶姻衍生物、1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟、1-苯基1,2-丁二酮-2-(邻甲氧基羰基)肟和1,3-二苯基丙三酮-2-(邻乙氧基羰基)肟中至少一种;
所述阻聚剂选自氢醌、4-甲氧基苯酚、N-亚硝基二苯基胺、对叔丁基儿茶酚、吩噻嗪、N-苯基萘基胺、2,6-二叔丁基对甲基苯酚、5-亚硝基-8-羟基喹啉、1-亚硝基2-萘酚、2-亚硝基-1-萘酚和2-亚硝基-5-(N-乙基-磺基丙基氨基)苯酚中至少一种;
所述无机填料选自二氧化硅、云母粉、氧化铝和滑石粉中至少一种;
所述无机填料占总固体物质量的50~70%;
所述分散剂为具有环氧基团的助黏剂;
所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N’-二甲基乙酰胺、N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四甲基脲、γ-丁内酯、乳酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、环戊酮、环己酮、甲基乙基酮、四氢呋喃、乙酸乙酯和乙酸丁酯中至少一种。
7.一种抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜,由权利要求5或6所述感光性树脂组合物制成。
8.权利要求7所述抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜的制备方法,包括如下步骤:
SⅠ、涂敷:将权利要求5或6所述感光性树脂组合物涂敷在支撑膜的表面;
SⅡ、预烘:烘烤所述支撑膜表面的所述感光性树脂组合物,形成带有所述支撑膜的感光性固态胶膜;
SⅢ、保护膜贴合:将保护膜与所述感光性固态胶膜进行贴合,得到碱性水系显影的负型的感光性固态胶膜;
所述支撑膜和所述保护膜的材质均为PET或PP;
所述支撑膜的厚度为10~250μm,所述保护膜的厚度为5~250μm;
所述烘烤的条件如下:在60~120℃的热板、烘箱或烘道中烘烤1~60min;
所述贴合的条件如下:温度为50~100℃,压力为0.1~0.5MPa。
9.权利要求7所述抗模压的碱性水性显影的光敏胶膜在作为电子部件的中空结构的盖子中的应用。
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