Residual Stress Behavior of PMDA/6FDA-PDA Copolyimide Thin Films

PMDA/6FDA-PDA 공중합 폴리이미드의 잔류응력 거동

Copolyamic acid PMDA/6FDA-PDA(PAA) and homopolyamic acids PMDA-PDA(PAA) and 6FDA-PDA(PAA) were synthesized from 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic dianhydride(PMDA) and 2,2'-bis(3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride(6FDA) as the dianhydride and 1,4-phenylenediamine (PDA) as the diamine. Residual stresses were detected in-situ during thermal imidization of the co- and homopolyimide precursors as a function of processing temperature over the range of $25{\sim}400^{\circ}C$ using thin film stress analyzer(TFSA), and morphological structures were investigated by WAXD. In comparison, the resultant residual stress of polyimide films composed of different compositions decreased with the increasing content of PMDA unit in the chain and was about 5 Mpa in compression mode for PMDA-PDA. In this study, the synthesis of random PMDA/6FDA-PDA copolyimide could be completed and compensate for the difficulty of process due to high $T_g$ of PMDA-PDA and relatively higher stress of 6FDA-PDA. It showed that we can make a low level stress copolyimied having excellent mechanical properties by incorporating appropriate rod-like rigid structure PMDA-PDA unit into 6FDA-PDA polyimide backbone which generally shows higher stress due to rotational hinges such as bulky di(trifluoromethyl). Specially, PMDA/6FDA-PDA(0.9:0.1:1.0) satisfied excellent mechanical property and low level stress as an inter layer showing low dielectric constant.

Dianhydride로서 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic dianhydried(PMDA)와 2,2'-bis(3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride(6FDA)를, diamine으로서 1,4-phenylenediamine(PDA)을 사용하여 homopolyimides인 PMDA-PDA, 6FDA-PDA와 다른 당량비의 copolyimides를 각각의 ploy(amic acid)로부터 제조하였다. 이들 박막에 대하여, thin film stress analyzer(TFSA)를 이용하여 공중합체 폴리이미드 박막의 잔류 응력거동을 공정온도 ($25{\sim}400^{\circ}C$)하에서 전구체의 열적 이미드화에 따라 in-situ로 측정하였고, WAXD분석을 통해 모폴로지 변화를 알아보았다. 다른 단량비로 이루어진 공중합체 폴리이미드 박막의 잔류 응력 결과는 PMDA 분율이 증가함에 따라 잔류 응력이 큰 폭으로 감소하였고 순수 PMDA-PDA 폴리이미드에서는 압축모드로 5 MPa로 나타났다. 본 연구에서는 PMDA-PDA의 높은 $T_g$로 인한 공정상의 어려움과 6FDA-PDA의 상대적으로 높은 응력을 서로 보완해 기계적 물성이 좋은 저응력의 폴리이미드를 만들 수 있음을 보였다. 즉, random한 PMDA/6FDA-PDA 공중합체 폴리이미드 합성을 이용하여 사슬 내에 벌키한 di(trifluoromethyl)기와 같은 관절기로 인한 상대적으로 높은 응력을 보이는 6FDA-PDA 폴리이미드 사슬 내에 강직한 사슬 구조를 가진 PMDA-PDA 폴리이미드의 사슬 구조를 적당량 첨가함으로써 우수한 기계적 물성을 갖는 저응력 폴리이미드를 만들 수 있었다. 특히, PMDA/6FDA-PDA (0.9:0.1:1.0) 폴리이미드가 저유전 상수 층간 절연막으로서의 우수한 기계적 물성과 낮은 응력 수준을 보여주고 있다.