低溫固化負性光敏聚酰亞胺
低溫固化負性光敏聚酰亞胺
將可光交聯的聚酰胺酯(pc-PAE)樹脂、光交聯劑、光引發劑和作為固化催化劑的芳香雜環堿以及其它添加劑溶解在有機溶劑中，制備了低溫固化的負性光敏聚酰亞胺(n-LTPI)粘性溶液。其中，pc-PAE樹脂是由芳香族二酰氯和2-乙氧基甲基丙烯酸二酯、芳香族二胺在非質子溶劑中縮聚而成。在將n-LTPI旋涂在硅晶片表面上、軟烘烤、暴露于UV光并顯影之后，使用2%咪唑(IMZ)作為固化催化劑的n-LTPI產生了高質量的光圖案，在5μm膜厚度下具有5μm的線通孔分辨率。在氮氣中于230℃/2小時熱固化的光圖案化聚合物膜顯示出由原位FT-IR光譜測定的100%的酰亞胺化度(ID)。熱固化聚合物膜表現出良好的綜合機械和熱性能，包括機械性能，其拉伸強度高達189.0MPa，拉伸模量為3.7GP，斷裂伸長率為59.2%，玻璃化轉變溫度為282.0℃，顯示出在先進微電子封裝應用中的巨大潛力。
關鍵詞:光敏聚酰亞胺；低溫亞胺化；光圖案化；機械性能
光敏聚酰亞胺(PSPI)由于其優異的綜合性能，包括良好的光圖案化性能、高強度和韌性、優異的熱穩定性和耐化學性等，在微電子制造和先進封裝中被廣泛用作多層結構的鈍化層或層間電介質。PSPIs根據光刻性能可分為負性和正性，根據前驅體可分為聚酰胺酸(PAA)型和聚酰胺酯(PAE)型。**個實用的負性PSPI(n-PSPI)由Rubner在1976年報道，是通過將聚合物主鏈上帶有丙烯酰基的PAE和光包溶解在有機溶劑中制備的，其顯示了長期的儲存穩定性和良好的光敏性。從那以后，n-PSPI性能的改進取得了很大進展。*近，先進的封裝技術，如扇出晶圓級封裝(FO-WLP)、2.5/3D集成和封裝，要求n-PSPI可以在較低的溫度(<250℃)下熱固化。然而，PAE轉化為聚酰亞胺的傳統熱亞胺化必須在更高的溫度下完成(300–350°C)。
pc-PAE樹脂的合成
。將溶液加熱至50°C并攪拌6小時。然后，使用冰浴將反應混合物冷卻至0–10°C，并使用加料漏斗緩慢加入43.60g(0.36mol)SOCl2。2小時后移除冰浴，然后在室溫下攪拌4小時。將溶液冷卻至10℃以下，然后加入36.06g(0.18mol)ODA和280gNMP。將反應混合物在室溫下攪拌10小時。將所得粘性聚合物溶液倒入去離子水(5L)中，用細流稀釋，得到絲狀樹脂。收集沉淀物并在50℃真空干燥24小時，得到pc-PAE樹脂。收率:122.9g(86.0%)。
低溫固化光敏聚酰亞胺的制備
n-LTPI的光圖案化
將n-LTPI粘性溶液以3000rpm/30s的速度旋涂在12英寸的硅片上，然后在涂布機/顯影劑上以110℃/4分鐘的速度軟烘烤。在i-line步進機上以600mJ/cm2曝光后，晶片上的光圖案用環戊酮顯影。光圖案化的聚合物涂層在無氧烘箱(O2<100ppm)中在230℃下熱固化2小時。通過浸泡在氫氟酸的稀溶液中，將用于機械和熱性能測試的10μm厚的熱固化聚酰亞胺膜從晶片上分離。
方案一.光交聯聚酰胺酯的合成。
光圖案化性能
將n-LTPI溶液以1500–3000rpm的速度旋涂在12英寸的硅晶片上，形成9–10μm厚的涂層，然后以110°C/4分鐘的速度軟烤。在涂布機/顯影劑軌道上(圖3a)。在步進器上以300–800mJ/cm2的紫外線(I線)曝光，并用環戊酮顯影后，獲得了光圖案化的聚合物涂層(圖3b，C)，然后在無氧烘箱中以230°C/2h的溫度熱固化(O2<100ppm)，得到厚度為3–10μm的熱固化聚酰亞胺薄膜。n-LTPI顯示了高質量的光圖案化性能，分辨率為5-10μm，膜厚為5-10μm(表1)。顯影后的膜保留率為85%~92%。雜芳基的引入對n-LTPI的光刻沒有負面影響。其中，n-LTPI與DMP和IMZ的分離度明顯提高，膜保留率下降。結果表明，DMP和IMZ的加入提高了n-LTPI的溶解度，在可接受的范圍內。
通過將可光交聯的聚(酰胺酯)(pc-PAE)樹脂、光引發劑、光交聯劑和作為固化催化劑的雜芳族堿以及其它添加劑溶解在有機溶劑中，制備了低溫可固化的負性光敏聚酰亞胺。pc-PAE樹脂由芳香族二酰氯和2-乙氧基甲基丙烯酸二酯、芳香族二胺在非質子溶劑中縮聚而成。添加咪唑(IMZ)作為固化催化劑的n-LTPI粘性溶液，在5-10m的薄膜厚度下，產生高質量的線和通孔分辨率為5-8m的光圖案。在氮氣中于230℃/2小時下熱固化的光圖案化聚合物膜(n-LTPI-IMZ-2.0)顯示出良好的綜合機械和熱性能，包括拉伸強度高達189.0MPa、拉伸模量為3.7GPa和斷裂伸長率為59.2%的機械性能，以及玻璃化轉變溫度為282.0℃，CTE為48.3ppm/℃，T5為426.3℃，介電常數(10GHz)為2.8，介電損耗因子(10GHz)為0.0056，顯示出在先進微電子封裝中應用的巨大潛力。
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