[发明专利]一种负性光敏聚酰亚胺材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种聚酰亚胺材料及其制备方法，尤其是关于一种负性光 敏聚酰亚胺材料及其制备方法。

背景技术

芳香族聚酰亚胺(PI)是一类在主链上具有芳香环状结构的聚合物材料。 自杜邦公司于1962年开发成功以来，聚酰亚胺就以其高耐热性、优异的化 学稳定性、良好的电绝缘性和高机械强度等优异性能，被广泛的应用在现代 尖端技术领域，如微电子、航天航空、光电器件、非线性光学材料等。迄今 为止，各国科研人员仍然对聚酰亚胺的合成新方法进行研究，努力提高其性 能以及拓宽其应用领域进行着大量的研究与探索。

由于通常的聚酰亚胺不具有感光性能，使其在微电子器件中作为膜状图 形使用时，必须同时使用其他感光性材料，从而使得整个光刻工艺极其复杂， 效率很低。为此，对于兼具有耐热性能和感光性能于一体的光敏聚酰亚胺 (PSPI)材料的研制被提上了议程，并受到了广大科技工作者的重视，已成 为目前功能有机高分子材料的研究热点之一。

按照光刻成型之后图像的性质，光敏聚酰亚胺分为正性光敏聚酰亚胺与 负性光敏聚酰亚胺两大类，而目前负性光敏聚酰亚胺根据它们的制备方法大 致可分为以下几种类型：离子型负性光敏聚酰亚胺；酯型负性光敏聚酰亚胺； 自增感型负性光敏聚酰亚胺。

(1)离子型负性光敏聚酰亚胺

这类聚酰亚胺是由日本人研究开发(F.Karaoka et al，Japanese Patent Disclosure，1979，217：54)成功的。这类光敏聚酰亚胺的合成方法是利用聚酰 亚胺酸的羧基从侧链上引入光敏性的有机含氮碱性基团，通过成盐反应而得 到的。由于在后续工序亚胺化中会失去大量的基团，所以膜的损失率比较高， 常在30％以上，造成分辨率的下降。

(2)酯型负性光敏聚酰亚胺

这类光敏聚酰亚胺从合成原理上可以认为与离子型光敏聚酰亚胺类似。 它是利用四羧酸二酐从侧链上引入光敏性醇，通过醇酸酯化得到，当剩下的 二酸活性不高时通常将二酸制成酰氯，再与二胺反应生成高分子链。该法的 缺点是产品的感光度较低，膜收缩较离子型光敏聚酰亚胺更为明显，分辨能 力下降很多，只有5-10微米。此外，由于将二酸制成酰氯后制得的酰氯粗产 品未经分离而直接与二胺缩聚，故反应原料的摩尔比不易准确控制，大大影 响了聚合物的分子量。另外，反应中产生的氯离子很难除尽，对光学器件也 有不利影响。

(3)自增感型负性光敏聚酰亚胺

上面论述的光敏聚酰亚胺实际上都是聚酰亚胺的预聚物，而真正的光敏 聚酰亚胺是由Pfeifer等人(J.Pefifer et al，Proc 2^nd Confon Polyimides，New York，1985：130)制得。该类光敏聚酰亚胺是通过在氨基的邻位有取代烷基的 二元胺与含有二苯甲酮结构单元的四羧酸二酐反应得到已经亚胺化的可溶 解于某些有机溶剂的光敏聚酰亚胺。这种聚酰亚胺的感光机理是：聚酰亚胺 链上的酮羰基被UV能量激发，夺得侧链烷基上的氢，产生自由基，继而进 行自由基间的结合，形成聚酰亚胺分子间的交联结构，导致曝光区难溶，而 成为负性光刻胶。该法所得的产品因不需亚胺化，克服了留膜率低的问题， 有利于向微细化发展。但同时这类光敏聚酰亚胺却对曝光灯源波长灵敏度不 高，因此它的发展得到了一定程度上的限制。