CN103765313A - 感光性碱可溶有机硅树脂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其含有:一分子内具有羧基或二羧酸酐基的碱可溶性有机硅树脂(A);酸值为10~200mgKOH/g的碱可溶性树脂(B);和光聚合引发剂(C),该(A)成分或(B)成分具有光聚合性不饱和双键基团、或者该感光性碱可溶有机硅树脂组合物还含有具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)。
Description
技术领域
本发明涉及在显示装置中使用的绝缘材料、以及半导体装置的表面保护膜、层间绝缘膜、α射线屏蔽膜等的形成、以及在搭载有图像传感器或微型电机、或者微型致动器的半导体装置等中使用的树脂组合物,以及使用该树脂组合物制造的显示装置等。
背景技术
在电子部件的绝缘材料、以及半导体装置的表面保护膜、层间绝缘膜及α射线屏蔽膜等的用途中,能够广泛使用兼具优异的耐热性、电特性和机械特性的聚酰亚胺树脂。该树脂具有下述特征:通常以感光性聚酰亚胺前体组合物的形态提供,将其涂布于基材,实施预烘,介由所希望的图案掩模照射活性光线(曝光),进行显影,实施热固化处理,从而可以容易地形成由耐热性的聚酰亚胺树脂形成的固化浮雕图案(例如参照专利文献1)。
另一方面,具有上述优异特性的聚酰亚胺由于在500nm~400nm附近存在来自聚酰亚胺环的吸収,因此不适应显示装置或光学系材料这种需要高透明性的用途。
另外,主要从构成元素的材质或结构设计上的理由考虑,对能够在更低的温度下进行热固化处理的材料的要求提高。然而,现有的聚酰亚胺树脂前体组合物的情况下,降低固化处理温度时,不能完成热酰亚胺化,由于各种固化膜物性降低,因此固化处理温度的下限为300℃前后。
另外,在专利文献2中公开了能够低温固化的感光性硅氧烷系材料,但是仅专利文献2公开的技术时,进行微细加工时不能用碱显影液进行显影。利用碱显影液进行的图案形成法与使用有机溶剂进行显影的情况相比,具有对环境的负荷低、并且成本受到抑制的优点,因此强烈期望能够进行碱显影和低温固化的感光性树脂。
另外,在专利文献3中,公开了能够利用碱显影进行的图案形成、以及低温固化的感光性硅氧烷系材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平6-342211号公报
专利文献2:日本特开2007-277332号公报
专利文献3:国际公开第2010/061744号小册子
发明内容
发明要解决的问题
然而,使用专利文献3公开的技术时可知,作为显示装置或光学材料使用的厚膜的耐热透明性、耐热裂纹性和冷热冲击试验耐性还有改善的余地。
进而,该专利文献3公开的材料由于在大气下曝光时受到氧气导致的表面固化阻碍的影响、表面固化性低,因此碱显影后的残膜率(残膜率指的是[碱显影后的涂膜厚度/进行涂布去除溶剂后的涂膜厚度]×100(%))降低,难以进行厚膜的稳定的膜形成。
因此,显示装置或光学系材料这种需要高透明性的领域中要求的、低温固化性优异、并且满足厚膜的耐热透明性、耐热裂纹性、冷热冲击试验耐性及高残膜率这些物性的感光性成膜材料尚未发现。
因此,本发明的课题在于,提供能够进行显示装置或光学系材料这种需要高透明性的领域中要求的、利用碱显影进行的图案形成、低温固化性优异、并且满足厚膜的耐热透明性、耐热裂纹性、冷热冲击试验耐性及高残膜率这些物性的新型感光性碱可溶有机硅树脂组合物。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决前述课题,对碱可溶性有机硅树脂的分子结构、特性等进行了深入地研究,结果发现,通过含有特定的碱可溶性有机硅树脂、特定的碱可溶性树脂和光聚合引发剂的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,能够解决上述课题,从而完成了本发明。即,本发明如下所述。
[1]一种感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其含有:
一分子内具有羧基或二羧酸酐基的碱可溶性有机硅树脂(A);
酸值为10mgKOH/g~200mgKOH/g的碱可溶性树脂(B);和
光聚合引发剂(C),
该(A)成分或(B)成分具有光聚合性不饱和双键基团、或者该感光性碱可溶有机硅树脂组合物还含有具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)。
[2]根据[1]所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,前述碱可溶性有机硅树脂(A)在一分子内还具有光聚合性不饱和双键基团。
[3]根据权利要求[1]或[2]所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,前述碱可溶性有机硅树脂(A)是通过下述通式(I)所示的硅烷化合物(A-1)与下述通式(II)所示的硅烷化合物(A-2)的反应得到的,
R1R2 aSi(R3)3-a (I)
通式(I)中,R1是含有羧基或二羧酸酐基的碳原子数为4~20的一价有机基团,R2是甲基,R3是选自由甲氧基、乙氧基、丙氧基和异丙氧基组成的组中的至少一种一价有机基团、羟基、或氯(Cl),并且a是0或1的整数,
R4 bR5 cSi(R3)4-b-c (II)
通式(II)中,R4和R5是含有光聚合性不饱和双键基团或聚合性环状醚键合基团的碳原子数为2~20的基团、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为2~20的烷基芳基、任选被巯基或氨基取代的碳原子数为1~20的烷基、碳原子数为5~20的环烷基、或者含有羧基或二羧酸酐基的碳原子数为4~20的基团,R4和R5任选相同或不同,进而任选介由共价键相互连接,R3是选自由甲氧基、乙氧基、丙氧基和异丙氧基组成的组中的至少一种一价有机基团、羟基、或Cl,b是选自0~2中的整数,c是0或1的整数,并且b+c不会超过2。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,前述碱可溶性有机硅树脂(A)是通过使前述硅烷化合物(A-1)、前述硅烷化合物(A-2)和下述通式(III)所示的硅烷二醇化合物(A-3)在催化剂的存在下反应来得到的,
R6 2Si(OH)2 (III)
通式(III)中,R6是碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为2~20的烷基芳基、任选被巯基或氨基取代的碳原子数为1~20的烷基、或者碳原子数为5~20的环烷基,任选相同或不同,并且任选介由共价键相互连接。
[5]根据[1]~[4]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,前述碱可溶性有机硅树脂(A)在一分子内还具有聚合性环状醚基。
[6]根据[1]~[5]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,前述碱可溶性树脂(B)在一分子内具有光聚合性不饱和双键基团。
[7]根据[1]~[6]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,前述碱可溶性树脂(B)在一分子内具有光聚合性不饱和双键基团、以及羧基或二羧酸酐基。
[8]根据[1]~[7]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,前述碱可溶性树脂(B)为选自下组中的至少一种聚合物:由聚合性不饱和双键的反应物构成的乙烯基聚合物、由环氧基与羟基的加成反应物构成的环氧聚合物、由酚类与甲醛的反应物构成的芳香族亚甲基聚合物、由二醇与二异氰酸酯的反应物构成的氨基甲酸酯聚合物、以及由二羧酸与二环氧化物的反应物构成的酯聚合物。
[9]根据[1]~[8]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,前述碱可溶性有机硅树脂(A)的酸值(mgKOH/g)与前述碱可溶性树脂(B)的酸值(mgKOH/g)之比、即酸值(A)/酸值(B)处于0.1以上且5.0以下的范围内。
[10]根据[1]~[9]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,前述碱可溶性有机硅树脂(A)和前述碱可溶性树脂(B)这两者具有光聚合性不饱和双键基团,并且前述感光性碱可溶有机硅树脂组合物含有前述具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)。
[11]根据[1]~[10]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,在前述感光性碱可溶有机硅树脂组合物的FT-IR光谱中,在880cm-1~920cm-1的范围内没有极大的情况下选自最大的强度、存在一个极大的情况下选自该极大的强度、或者存在多个极大的情况下选自最大的极大的强度的强度Iy,与在1000cm-1~1100cm-1的范围内没有极大的情况下选自最大的强度、存在一个极大的情况下选自该极大的强度、或者存在多个极大的情况下选自最大的极大的强度的强度Ix之比,即Iy/Ix为0.01以上且0.4以下。
[12]根据[1]~[11]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,对于前述感光性碱可溶有机硅树脂组合物而言,根据29Si-NMR光谱中的积分比通过下式(IV)算出的三维交联度(T)为0.15以下,
三维交联度(T)=(AT3+AQ3+AQ4*2)/{(AM0+AM1)+(AD0+AD1+AD2)+(AT0+AT1+AT2+AT3)+(AQ0+AQ1+AQ2+AQ3+AQ4)} (式IV)。
[13]根据[1]~[11]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,对于前述感光性碱可溶有机硅树脂组合物而言,根据29Si-NMR光谱中的积分比通过下式(V)算出的三维交联度(T’)为0.3以下,
三维交联度(T’)=(AT3)/(AT0+AT1+AT2+AT3) (式V)。
[14]根据[1]~[13]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,相对于前述感光性碱可溶有机硅树脂组合物中的全部固体成分,含有1质量%~98质量%的前述碱可溶性有机硅树脂(A)、1质量%~50质量%的前述碱可溶性树脂(B)、和0.01质量%~15质量%的前述光聚合引发剂(C)。
[15]根据[1]~[14]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,相对于前述感光性碱可溶有机硅树脂组合物中的全部固体成分,含有1质量%~98质量%的前述碱可溶性有机硅树脂(A)、1质量%~50质量%的前述碱可溶性树脂(B)、0.01质量%~15质量%的前述光聚合引发剂(C)、和5质量%~45质量%的前述具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)。
[16]根据[1]~[15]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其还含有溶剂(E)。
[17]根据[1]~[16]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其还含有受阻胺系稳定剂(F)。
[18]根据[17]所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,以前述感光性碱可溶有机硅树脂组合物中的全部固体成分的质量作为基准,含有0.001质量%~15质量%的前述受阻胺系稳定剂(F)。
[19]根据[1]~[18]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,在前述感光性碱可溶有机硅树脂组合物固化而成的固化物中,厚度10μm的该固化物在大气下、220℃以及3小时烘焙后的条件下的400nm波长下的光的透过率为70%以上。
[20]一种固化物,其是将[1]~[19]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物固化而得到的。
[21]一种透明绝缘膜,其是将[1]~[19]中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物固化而得到的。
[22]一种固化物,其是将含有聚有机硅氧烷(G)、该聚有机硅氧烷(G)以外的碱可溶性树脂(H)、光聚合引发剂(C)的树脂组合物固化而成的固化物,该固化物的根据固体29Si-NMR光谱中的积分比通过下式(IV)算出的三维交联度(T)为0.2以下,
三维交联度(T)=(AT3+AQ3+AQ4*2)/{(AM0+AM1)+(AD0+AD1+AD2)+(AT0+AT1+AT2+AT3)+(AQ0+AQ1+AQ2+AQ3+AQ4)} (式IV)。
[23]一种固化物,其是将含有聚有机硅氧烷(G)、该聚有机硅氧烷(G)以外的碱可溶性树脂(H)、光聚合引发剂(C)的树脂组合物固化而成的固化物,该固化物的根据固体29Si-NMR光谱中的积分比通过下式(V)算出的三维交联度(T’)为0.45以下,
三维交联度(T’)=(AT3)/(AT0+AT1+AT2+AT3) (式V)。
[24]根据[22]或[23]所述的固化物,其中,前述聚有机硅氧烷(G)是将具有羧酸基或羧酸酐基的硅烷化合物缩合而成的。
[25]根据[22]~[24]中任一项所述的固化物,其中,前述聚有机硅氧烷(G)含有硅(Si)原子中与氧(O)原子键合的个数为两个的成分、和/或Si原子中与O原子键合的个数为三个的成分。
[26]根据[22]~[25]中任一项所述的固化物,其中,前述树脂组合物还含有选自由受阻胺系稳定剂(F)、光交联性单体(I)、硅烷偶联剂(J)和紫外线吸收剂(K)组成的组中的至少一种。
[27]根据[22]~[26]中任一项所述的固化物,其中,通过动态粘弹性测定(DMA)算出的前述固化物的玻璃化转变温度(Tg)为80℃以上。
[28]根据[22]~[27]中任一项所述的固化物,其中,前述固化物具有10μm的厚度,并且前述固化物在大气下、220℃以及3小时烘焙后的条件下的400nm波长下的光的透过率为70%以上。
发明的效果
本发明的感光性碱可溶有机硅树脂组合物能够进行显示装置或光学系材料这种需要高透明性的领域中要求的、利用碱显影进行的图案形成,可以提供低温固化性优异、并且具有厚膜的耐热透明性、耐热裂纹性、冷热冲击试验耐性及高残膜率这些物性的固化膜。进而,本发明的固化物及透明绝缘膜能够进行具有同时达成优异的透明性和高耐热性的固化浮雕图案的显示装置的制造。
附图说明
图1为实施例26的组合物的液态29Si-NMR光谱。
图2为实施例27的组合物的液态29Si-NMR光谱。
图3为实施例28的组合物的液态29Si-NMR光谱。
图4为比较例1的组合物的液态29Si-NMR光谱。
图5为实施例26的组合物的FT-IR光谱。
图6为实施例27的组合物的FT-IR光谱。
图7为实施例28的组合物的FT-IR光谱。
图8为比较例1的组合物的FT-IR光谱。
图9为实施例26的固化物的固体29Si-NMR光谱。
图10为实施例27的固化物的固体29Si-NMR光谱。
图11为实施例28的固化物的固体29Si-NMR光谱。
图12为比较例1的固化物的固体29Si-NMR光谱。
图13为实施例26的固化物的DMA Tanδ曲线。
图14为实施例27的固化物的DMA Tanδ曲线。
图15为实施例28的固化物的DMA Tanδ曲线。
图16为比较例1的固化物的DMA Tanδ曲线。
具体实施方式
以下,对本发明的感光性碱可溶有机硅树脂组合物进行详细说明。
<感光性碱可溶有机硅树脂组合物>
本发明的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其含有:
一分子内具有羧基或二羧酸酐基的碱可溶性有机硅树脂(A);
酸值为10mgKOH/g~200mgKOH/g的碱可溶性树脂(B);和
光聚合引发剂(C),
(A)成分或(B)成分具有光聚合性不饱和双键基团、或者感光性碱可溶有机硅树脂组合物还含有具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)。
<碱可溶性有机硅树脂(A)>
碱可溶性有机硅树脂(A)在一分子内具有羧基或二羧酸酐基。碱可溶性有机硅树脂(A)通过在有机硅树脂的结构中具有羧基或二羧酸酐基,可以提高有机硅树脂的碱溶解性、抑制显影后的残渣、并且赋予良好的图案形成性。
有机硅树脂指的是,例如记载于日刊工业新闻社刊“シリコーンハンドブック”(1990)的、将烷氧基甲硅烷基、氯甲硅烷基等具有1~4个反应基团的有机硅烷化合物聚合而得到的具有二维或三维网络结构、具有Si-O-Si键、并且通过凝胶渗透色谱(GPC)测得的按聚苯乙烯换算的重均分子量(Mw)为500以上的树脂。通过使有机硅树脂高分子量化,Si-O-Si键的含量增加,能够提高耐热透明性。
具体而言,可列举出BY16-880、BY16-750、SF8418(Dow Corning TorayCo.,Ltd.制),X-22-162C、X-22-3701E、X-22-3710(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制),TSF4770(Momentive Performance Materials Inc.制),Silaplane FM-6611、FM-6621、FM-6625(Chisso Corporation制)等。
关于碱可溶性有机硅树脂(A)的羧基或二羧酸酐基的含量,只要具有这些基团则没有特别限制,但是从显影后的残渣的降低以及固化膜的耐裂纹性的观点考虑,酸值优选为10mgKOH/g以上、更优选为15mgKOH/g以上、进一步优选为20mgKOH/g以上。另外,从图案的密合性的观点考虑,酸值优选为200mgKOH/g以下、更优选为190mgKOH/g以下、进一步优选为180mgKOH/g以下。
另外,含有两种以上碱可溶性有机硅树脂(A)的情况下,优选至少一种为上述酸值范围内的羧基或二羧酸酐基含量。
酸值指的是中和1g试样中的羧基所需的氢氧化钾的微克数。
测定酸值的方法的一例如下所述。精密称量3g试样,溶解于20ml乙醇中。所得到的溶液在室温下搅拌,进而加入5g纯化水并进一步在室温下搅拌1小时。然后,添加数滴作为指示剂的酚酞的甲醇溶液,用1/2当量的氢氧化钾水溶液进行中和滴定,由使用的氢氧化钾水溶液量算出酸值。
碱可溶性有机硅树脂(A)优选一分子内具有羧基或二羧酸酐基,进而具有含有光聚合性不饱和双键基团或聚合性环状醚键合基团的碳原子数为2~20的基团、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为2~20的烷基芳基、碳原子数为1~20的烷基、或者碳原子数为5~20的环烷基。只要具有这些基团则没有特别限制,但由于通过在碱可溶性有机硅树脂(A)中具有光聚合性不饱和双键基团,图案的密合性、膜的硬度以及耐裂纹性增加,能够得到良好的膜物性,因此碱可溶性有机硅树脂(A)优选含有光聚合性不饱和双键基团。
从图案的密合性、膜的硬度以及耐裂纹性的观点考虑,碱可溶性有机硅树脂(A)的光聚合性不饱和双键基团的摩尔浓度优选为0.01毫摩尔/g以上、更优选为0.1毫摩尔/g以上、进一步优选为0.5毫摩尔/g以上。从显影时的残渣降低的观点考虑,该摩尔浓度优选为10.0毫摩尔/g以下、更优选为7.5毫摩尔/g以下、进一步优选为5.0毫摩尔/g以下。
对碱可溶性有机硅树脂(A)的重均分子量(Mw)没有特别限制,从有机硅树脂的耐热性的观点考虑,按通过凝胶渗透色谱(GPC)测得的聚苯乙烯换算计为500以上、优选为800以上。从显影时的溶解性以及图案形成性的观点考虑,该Mw优选为100,000以下、更优选为80,000以下、进一步优选为50,000以下、最优选为10,000以下。
本发明的实施方式中,对碱可溶性有机硅树脂(A)的含量没有特别限制,可以通过所希望的膜厚或用途任意选择,但是从耐热透明性的观点考虑,按感光性碱可溶有机硅树脂组合物中的溶剂以外的全部成分(全部固体成分)的质量基准计,优选为1质量%以上、更优选为10质量%以上、进一步优选为15质量%以上,另一方面,从耐裂纹性的观点考虑,优选为99质量%以下、更优选为90质量%以下、进一步优选为80质量%以下。
本发明的碱可溶性有机硅树脂(A)是通过(A-1)下述通式(I)所示的硅烷化合物与(A-2)下述通式(II)所示的硅烷化合物的反应得到的,从树脂设计和制作方法的容易性的观点考虑优选。
R1R2 aSi(R3)3-a (I)
{式中,R1是含有羧基或二羧酸酐基的碳原子数为4~20的一价有机基团,R2是甲基,R3各自独立地是选自由甲氧基、乙氧基、正丙氧基和异丙氧基组成的组中的至少一种一价有机基团、羟基、或氯(Cl),并且a是0或1的整数。}
R4 bR5 cSi(R3)4-b-c (II)
{式)中,R4和R5各自独立地是含有光聚合性不饱和双键基团或聚合性环状醚键合基团的碳原子数为2~20的基团、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为2~20的烷基芳基、任选被巯基或氨基取代的碳原子数为1~20的烷基、碳原子数为5~20的环烷基、或者含有羧基或二羧酸酐基的碳原子数为4~20的基团,R4和R5任选相同或不同,进而任选介由共价键相互连接,R3各自独立地是选自由甲氧基、乙氧基、正丙氧基和异丙氧基组成的组中的至少一种一价有机基团、羟基、或Cl,b是选自0~2中的整数,c是0或1的整数,并且b+c不会超过2。}
碱可溶性有机硅树脂(A)只要一分子内具有羧基或二羧酸酐基则没有特别限制,但是优选上述通式(I)表示的硅烷化合物(A-1)的R1含有下述通式(1)表示的羧基或二羧酸酐基、是碳原子数为4~20的一价有机基团。
{式中,Rx是碳原子数为1~6的直链状或支链状的二价有机基团,Ry和Rz是选自由甲基、乙基、正丙基、异丙基和氢组成的组中的至少一种,Ry和Rz的一者或两者为氢,Ra是碳原子数为2~16的直链状、支链状或环状的二价有机基团,Rs是碳原子数为1~20的直链状、支链状或环状的二价有机基团,Rt是碳原子数为1~18的直链状、支链状或环状的二价有机基团,并且Ru和Rv是碳原子数为1~20的直链状、支链状或环状的一价有机基团、或者下述通式(2)表示的的一价有机基团。}
{式中,Rw是碳原子数为1~16的直链状、支链状或环状的二价有机基团,Rb是碳原子数为1~20的直链状、支链状或环状的一价有机基团或者具有光聚合性不饱和双键基团的一价有机基团,并且Rc是下述通式(3)表示的基团或氢。}
{式中,Ra是碳原子数为2~16的直链状、支链状或环状的二价有机基团。}
上述通式(I)中,作为R1优选的有机基团,可列举出例如琥珀酸酐基(R1-1)、环己烷二羧酸酐基(R1-2)、4-甲基-环己烷二羧酸酐基(R1-3)、5-甲基-环己烷二羧酸酐基(R1-4)、双环庚烷二羧酸酐基(R1-5)、7-氧杂-双环庚烷二羧酸酐基(R1-6)、邻苯二甲酸酐基(R1-7)、琥珀酸基或其半酯基(R1-8)、环己烷二羧酸基或其半酯基(R1-9)、4-甲基-环己烷二羧酸基或其半酯基(R1-10)、5-甲基-环己烷二羧酸基或其半酯基(R1-11)、双环庚烷二羧酸基或其半酯基(R1-12)、7-氧杂-双环庚烷二羧酸基或其半酯基(R1-13)、邻苯二甲酸基或其半酯基(R1-14)、通过氨基与二羧酸酐的反应而具有酰胺键的基团(R1-15)、具有异氰脲酸骨架的基团(R1-16)。这些基团可以分别单独使用或者两者以上组合来使用。
上述通式(1)中的Rx是碳原子数为1~6的直链状或支链状的二价有机基团。其中,从合成时的容易性的观点考虑,Rx优选为烃基。可列举出例如亚甲基、亚乙基、亚丙基、异亚丙基、正亚丁基、异亚丁基、仲亚丁基、叔亚丁基、正亚戊基、异亚戊基、新亚戊基、叔亚戊基。这些基团还可以含有双键和/或三键,它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。其中,最优选为亚丙基。
上述通式(1)中的具有酰胺键的基团(R1-15)是通过氨基与二羧酸酐的反应得到的含有羧基的基团。Rs是碳原子数为1~20的直链状、支链状、或环状的二价有机基团。作为二羧酸酐,可列举出例如琥珀酸酐、环己烷二羧酸酐、4-甲基-环己烷二羧酸酐、5-甲基-环己烷二羧酸酐、双环庚烷二羧酸酐、7-氧杂双环庚烷二羧酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐、己二酸酐、邻苯二甲酸酐、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐等多元酸酐。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
上述通式(1)中的具有异氰脲酸骨架的基团(R1-16)是由具有缩水甘油基的异氰脲酸骨架经由利用与羧基或羟基的反应进行的缩水甘油基的开环反应、使产生的羟基与二羧酸酐反应而得到的含有羧基的基团。
上述通式(I)中,R1最优选的基团为丙基琥珀酸酐基(R1-1)、丙基琥珀酸基、或其半甲酯基、或其半乙酯基(R1-8)。
上述通式(I)中,R3最优选的基团为甲氧基或乙氧基。
上述通式(I)表示的含有羧基或二羧酸酐基的烷氧基硅烷化合物中,最优选的化合物为(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸的半甲酯、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸的半甲酯、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸的半乙酯、以及(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸的半乙酯。
上述通式(II)中,R4和R5的定义如上所述。
上述通式(II)表示的硅烷化合物(A-2)的具体例中,作为具有光聚合性不饱和双键基团的化合物,可列举出3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷、对苯乙烯基三乙氧基硅烷、对(1-丙烯基苯基)三甲氧基硅烷、对(1-丙烯基苯基)三乙氧基硅烷、对(2-丙烯基苯基)三甲氧基硅烷、对(2-丙烯基苯基)三乙氧基硅烷等。需要说明的是,本说明书中,“(甲基)丙烯酸”指的是丙烯酸或甲基丙烯酸。
上述通式(II)表示的硅烷化合物(A-2)的具体例中,作为具有聚合性环状醚键合基团的化合物,可列举出3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)甲基二甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)甲基二乙氧基硅烷等。
作为上述以外的、上述通式(II)表示的化合物的具体例,可列举出甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、环己基三甲氧基硅烷、环己基三乙氧基硅烷、环己基甲基二甲氧基硅烷、环己基甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基甲基二甲氧基硅烷、苯基甲基二乙氧基硅烷、双环戊基二甲氧基硅烷、双环戊基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基二乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷的盐酸盐、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二乙氧基硅烷、甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、三异丙基氯硅烷等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
碱可溶性有机硅树脂(A)例如可以如下得到:通过水以及催化剂的添加将通式(I)表示的硅烷化合物(A-1)和通式(II)表示的硅烷化合物(A-2)水解后,在溶剂的存在下或无溶剂下缩合该水解物,从而得到碱可溶性有机硅树脂(A)。
关于水解反应,在溶剂中、硅烷化合物中用1~180分钟添加酸性催化剂和水。从水解的反应性的观点考虑,得到该水解物过程的温度优选为10℃以上、更优选为20℃以上,另一方面,从官能团的保护的观点考虑,得到该水解物过程的温度优选为150℃以下、更优选为120℃以下。从水解的反应性的观点考虑,得到该水解物过程的反应时间优选为0.1小时以上、更优选为0.5小时以上,另一方面,从官能团的保护的观点考虑,得到该水解物过程的反应时间优选为10小时以下、更优选为5小时以下。
水解反应优选在酸性催化剂的存在下进行。作为酸性催化剂,优选为含有盐酸、硝酸、硫酸、甲酸、乙酸或磷酸的酸性水溶液。关于这些酸性催化剂的优选含量,相对于水解反应时使用的全部硅烷化合物100质量份,从水解的反应性的观点考虑优选为0.01质量份以上、从官能团的保护的观点考虑优选为10质量份以下。
通过硅烷化合物的水解反应得到硅烷醇化合物后,优选将反应液直接在50℃以上且溶剂的沸点以下加热1小时~100小时,进行缩合反应。另外,为了提高碱可溶性有机硅树脂(A)的聚合度,还可以再加热和/或减压和/或添加碱性催化剂。
对硅烷化合物的水解反应以及该水解物的缩合反应中使用的溶剂没有特别限定,可以考虑到树脂组合物的稳定性、润湿性、挥发性等来适当选择。另外,可以组合两种以上溶剂或者在无溶剂下进行反应。
作为溶剂的具体例,可列举出甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、异戊醇、双丙酮醇等醇类,乙二醇、丙二醇等二元醇类,乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚等醚类,甲乙酮、乙酰基丙酮、甲基丙基酮、甲基丁基酮、甲基异丁基酮、环戊酮等酮类,乙二醇单乙醚乙酸酯、丙二醇单乙醚乙酸酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯等乙酸酯类,γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺等。
通过水解反应生成溶剂的情况下,还可以在无溶剂下进行水解。反应结束后,进而添加溶剂,从而将树脂组合物调整为适当的浓度也是优选的。另外,还可以根据需要在水解后,通过加热和/或减压下将生成醇等蒸馏去除适量,然后添加适当的溶剂。
水解所使用的溶剂的量相对于全部硅烷化合物100质量份优选为80质量份以上且500质量份以下。
另外,水解反应所使用的水优选为离子交换水。水的量可以任意选择,但是优选相对于硅烷原子1摩尔以1.0摩尔~4.0摩尔的范围使用。
关于本发明中使用的碱可溶性有机硅树脂(A)的制造方法,除了上述反应之外,在处理硅烷醇时,由于因硅烷醇之间的脱水缩合而产生水,因此可以无需添加水、并且在处理氯硅烷时无需添加催化剂地进行反应。
碱可溶性有机硅树脂(A)从烘焙时的硅烷醇之间的缩合导致的收缩降低、来自因缩合而产生的水的脱气降低的观点考虑,残留硅烷醇量少者为宜,并且残留硅烷醇更优选几乎没有。
更优选的是,碱可溶性有机硅树脂(A)能够通过使(A-1)上述通式(I)所示的含有羧基和/或酸酐基的烷氧基硅烷、(A-2)上述通式(II)所示的烷氧基硅烷和(A-3)下述通式(III)所示的硅烷二醇化合物在催化剂的存在下反应或者优选不积极添加水来缩合的方法得到。
R6 2Si(OH)2 (III)
{式中,R6各自独立地是碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为2~20的烷基芳基、碳原子数为1~20的烷基、或者碳原子数为5~20的环烷基,任选相同或不同,并且任选介由共价键相互连接。}
上述通式(III)表示的硅烷二醇化合物中,R6的定义如上所述。作为R6,可列举出例如苯基、甲苯基、二甲苯基、三甲基苯基、萘基、甲基、乙基、环戊基和环己基。
作为硅烷二醇化合物的具体例,可列举出二苯基硅烷二醇、二-对甲苯基硅烷二醇、二(二甲苯基)硅烷二醇、二(三甲基苯基)硅烷二醇、二-对苯乙烯基硅烷二醇、二萘基硅烷二醇、二环戊基硅烷二醇、环己基甲基硅烷二醇等,从共聚及耐热性的观点考虑,特别优选为二苯基硅烷二醇、二环戊基硅烷二醇和环己基甲基硅烷二醇。
本发明中使用的残留硅烷醇量少、或者几乎没有残留硅烷醇的碱可溶性有机硅树脂(A),例如可以通过使通式(I)表示的烷氧基硅烷化合物(A-1)、通式(II)表示的烷氧基硅烷化合物(A-2)和通式(III)表示的硅烷二醇化合物(A-3)在催化剂的存在下、不积极地添加水来缩合的方法得到。
关于不积极地添加水地使上述硅烷化合物(A-1)、(A-2)和/或(A-3)缩合的反应温度,从缩合的反应性的观点考虑,优选为40℃以上、更优选为50℃以上,另一方面,从官能团的保护的观点考虑,优选为150℃以下、更优选为120℃以下。
关于不积极地添加水来缩合的反应时间,从缩合的反应性的观点考虑,优选为0.5小时以上、更优选为1小时以上,另一方面,从官能团的保护的观点考虑,优选为15小时以下、更优选为10小时以下。
不积极地添加水来缩合的反应中,使用催化剂而无需积极地添加水。作为催化剂,可以使用金属醇盐系催化剂、碱性催化剂或酸性催化剂。
作为金属醇盐系催化剂,可以使用三价或四价的金属醇盐。具体而言,可列举出三甲氧基铝、三乙氧基铝、三正丙氧基铝、三异丙氧基铝、三正丁氧基铝、三异丁氧基铝、三仲丁氧基铝、三叔丁氧基铝、三甲氧基硼、三乙氧基硼、三正丙氧基硼、三异丙氧基硼、三正丁氧基硼、三异丁氧基硼、三仲丁氧基硼、三叔丁氧基硼、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、四异丁氧基硅烷、四仲丁氧基硅烷、四叔丁氧基硅烷、四甲氧基锗、四乙氧基锗、四正丙氧基锗、四异丙氧基锗、四正丁氧基锗、四异丁氧基锗、四仲丁氧基锗、四叔丁氧基锗、四甲氧基钛、四乙氧基钛、四正丙氧基钛、四异丙氧基钛、四正丁氧基钛、四异丁氧基钛、四仲丁氧基钛、四叔丁氧基钛、四甲氧基锆、四乙氧基锆、四正丙氧基锆、四异丙氧基锆、四正丁氧基锆、四异丁氧基锆、四仲丁氧基锆、四叔丁氧基锆。
另外,还可以使用碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物,例如氢氧化钡、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锶、氢氧化钙和氢氧化镁作为碱性催化剂。另外,还可以使用NH4F、即氟化铵作为碱性催化剂。其中,优选为氢氧化钡、氢氧化钠、氢氧化锶、四叔丁氧基钛和四异丙氧基钛。为了迅速且均匀地达成聚合反应,碱性催化剂优选在反应温度区域内为液态。
关于这些金属醇盐系催化剂或碱性催化剂的优选含量,相对于全部硅烷化合物100质量份,从缩合反应性的观点考虑优选为0.01质量份以上,从官能团的保护的观点考虑优选为10质量份以下。
作为酸性催化剂,可以使用不含水的有机酸性催化剂。具体而言,可列举出乙酸、三氟乙酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、邻苯二甲酸、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸或其半酯、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸或其半酯等。
关于这些酸性催化剂的优选含量,相对于全部硅烷化合物100质量份,从缩合反应性的观点考虑优选为0.01质量份以上,从官能团的保护的观点考虑优选为10质量份以下。
<碱可溶性树脂(B)>
碱可溶性树脂(B)是具有碱可溶性基团、酸值为10~200mgKOH/g的碱可溶性树脂。
关于碱可溶性树脂(B)的酸值,从显影时的残渣降低的观点考虑为10mgKOH/g以上、优选为20mgKOH/g以上,另一方面,从图案的密合性的观点考虑为200mgKOH/g以下、优选为190mgKOH/g以下。
碱可溶性树脂(B)只要具有碱可溶性基团、并且酸值为10~200mgKOH/g则没有特别限制,但是优选一分子中具有羧基或二羧酸酐基。感光性碱可溶有机硅树脂组合物通过在碱可溶性树脂(B)中具有羧基,能够维持耐热透明性并且表现出碱溶解性,得到良好的膜物性。
碱可溶性树脂(B)只要具有碱可溶性基团、并且酸值为10~200mgKOH/g则没有特别限制,但是优选一分子中具有光聚合性双键基团。碱可溶性有机硅树脂组合物通过在碱可溶性树脂中具有光聚合性双键基团,能够维持耐热透明性并且表现出碱溶解性,进而增加图案的密合性、膜的硬度和耐裂纹性,得到良好的膜物性。作为光聚合性双键基团,可列举出例如丙烯酸基或甲基丙烯酸基等。
对于碱可溶性树脂(B)的光聚合性不饱和双键基团的含量,从得到充分的分辨率的观点考虑,摩尔浓度优选为0.2毫摩尔/g以上、更优选为0.4毫摩尔/g以上,另一方面,从残渣降低的观点考虑,摩尔浓度优选为6.0毫摩尔/g以下、更优选为5.0毫摩尔/g以下。
关于本发明中使用的碱可溶性树脂(B)的重均分子量(Mw),按通过凝胶渗透色谱(GPC)测定的聚苯乙烯换算计,从将碱可溶性树脂固体化、维持固化膜的强度的观点考虑,优选为600以上、更优选为1,000以上,从与碱可溶有机硅树脂的相容性、以及得到感光性树脂组合物的充分的分辨率的观点考虑,优选为100,000以下、更优选为80,000以下。
通常的有机硅树脂由于与有机成分、特别是高分子量的有机树脂的相容性低,因此混合制膜时,发生相分离而不能形成均匀的膜,透明性也大幅降低。另外,在固化膜中硅氧烷成分过量时,在高温下、厚膜时易产生裂纹,成为透明性降低的主要原因。
对于本发明中使用的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,为了解决该现象,优选的是,碱可溶性有机硅树脂(A)的取代基的结构与碱可溶性树脂(B)的取代基的结构同族、另外取代基摩尔数为相同程度。作为取代基的结构为同族的例子,在碱可溶性有机硅树脂(A)具有芳香族取代基和羧基时,优选碱可溶性树脂(B)也具有芳香族取代基和羧基,在碱可溶性有机硅树脂(A)具有脂肪族取代基和羧基时,优选碱可溶性树脂(B)也具有脂肪族取代基和羧基。这些取代基可以具有一种以上或者具有多种取代基。
本发明的感光性碱可溶有机硅树脂组合物中,对碱可溶性树脂(B)的含量没有特别限定,可以根据所希望的膜厚或用途任意选择,但是从耐热裂纹性的观点考虑,按感光性碱可溶有机硅树脂组合物中的溶剂以外的全部成分的质量基准计,优选为1质量%以上、更优选为5质量%以上、进一步优选为10质量%以上,另一方面,从耐热透明性的观点考虑,优选为50质量%以下、更优选为45质量%以下、进一步优选为40质量%以下。
碱可溶性树脂(B)优选的是具有碱可溶性基团,并且选自由下述(1)~(5)组成的组中的至少一种聚合物:
(1)以通过具有聚合性不饱和双键的化合物的反应得到的反应物为主体构成的乙烯基聚合物、
(2)以环氧基与羟基的加成反应物为主体构成的环氧聚合物、
(3)以酚类与甲醛的反应物为主体构成的芳香族亚甲基聚合物、
(4)以二醇与二异氰酸酯的反应物为主体构成的氨基甲酸酯聚合物、以及
(5)以二羧酸与二环氧化物的反应物为主体构成的酯聚合物。
需要说明的是,上述聚合物(1)~(5)中,主体指的是该成分在分子内含有70摩尔%以上。
以下对上述聚合物(1)~(5)进行详细说明。
(1)以聚合性不饱和双键的反应物为主体构成的乙烯基聚合物
可列举出例如下述通式(4)或下述通式(6)所示的、含有羧基的乙烯基聚合物。
{式中,Rd是碳原子数为0~20的直链状、支链状或环状的二价有机基团,Re是下述通式(5)表示的一价有机基团或氢,Rf是碳原子数为1~20的直链状、支链状或环状的一价有机基团,Rh是甲基或氢,m是选自1~500的整数,并且n是选自10~1,000的整数。}
(式中,Rb是碳原子数为1~20的直链状、支链状或环状的一价有机基团、或者具有光聚合性不饱和双键基团的一价有机基团,并且Rc是上述通式(3)表示的基团或氢。)
{式中,Rb是碳原子数为1~20的直链状、支链状或环状的一价有机基团、或者具有光聚合性不饱和双键基团的一价有机基团,Rc是上述通式(3)表示的基团或氢,Rd是碳原子数为0~20的直链状、支链状或环状的二价有机基团、或者可以具有光聚合性不饱和双键的二价有机基团,Rf是碳原子数为1~20的直链状、支链状或环状的一价有机基团,Rh是甲基或氢,m是选自1~500的整数,并且n是选择10~1,000的整数。}
作为得到含有羧基的乙烯基聚合物的方法,可列举出例如以下三种方法:
(i)将选自α,β-不饱和羧酸中的至少一种的化合物(a)与化合物(b)进行乙烯基共聚的方法,其中所述化合物(b)选自(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸羟烷基酯、(甲基)丙烯酰胺及其氮上的氢取代为烷基或烷氧基的化合物、苯乙烯及苯乙烯衍生物、(甲基)丙烯腈和(甲基)丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
(ii)将前述化合物(a)与前述化合物(b)进行乙烯基共聚后,使乙烯基聚合物的羧基与选自一分子中具有环氧基和(甲基)丙烯酸基的化合物中的至少一种的化合物(c)进行加成反应的方法。
(iii)将前述化合物(b)与前述化合物(c)进行乙烯基聚合后,使乙烯基聚合物的环氧基与前述化合物(a)进行加成反应,进而使生成的羟基与二羧酸酐(d)进行加成反应的方法。
作为含有羧基的乙烯基聚合物的制备中使用的前述化合物(a),可列举出例如(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸、羧基乙基(甲基)丙烯酸酯、羧基戊基(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基琥珀酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基邻苯二甲酸、富马酸、肉桂酸、巴豆酸、衣康酸、和马来酸半酯等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的乙烯基聚合物的制备中使用的前述化合物(b),可列举出例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯、己内酯(甲基)丙烯酸酯、壬基苯氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-丁氧基甲基丙烯酰胺、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、对氯苯乙烯、(甲基)丙烯酸苄酯、4-羟基苄基(甲基)丙烯酸酯、4-甲氧基苄基(甲基)丙烯酸酯、4-甲基苄基(甲基)丙烯酸酯、4-氯苄基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、3-甲基-3-(甲基)丙烯酸酯、3-乙基-3-(甲基)丙烯酰氧基甲基氧杂环丁烷、六氟丙基(甲基)丙烯酸酯、3-(甲基)丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰基丙基三乙氧基硅烷等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的乙烯基聚合物的制备中使用的前述化合物(c),只要为具有两个环氧基的环氧树脂与(甲基)丙烯酸按照常规方法反应得到的环氧基(甲基)丙烯酸酯的半酯则没有特别限定。可列举出例如(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、3,4-环氧基环己基甲基(甲基)丙烯酸酯、3,4-环氧基环己基乙基(甲基)丙烯酸酯、乙烯基环己烯一氧化物、对苯二酚二缩水甘油基醚、邻苯二酚二缩水甘油基醚、间苯二酚二缩水甘油基醚等苯基二缩水甘油基醚与(甲基)丙烯酸的半酯,双酚-A型环氧树脂、双酚-F型环氧树脂、双酚-S型环氧树脂、2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等双酚型环氧化合物与(甲基)丙烯酸的半酯,氢化双酚-A型环氧树脂、氢化双酚-F型环氧树脂、氢化双酚-S型环氧树脂、氢化2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等氢化双酚型环氧化合物与(甲基)丙烯酸的半酯,环己烷二甲醇二缩水甘油基醚化合物等脂环式二缩水甘油基醚化合物与(甲基)丙烯酸的半酯,1,6-己二醇二缩水甘油基醚、1,4-丁二醇二缩水甘油基醚、二甘醇二缩水甘油基醚等脂肪族二缩水甘油基醚化合物与(甲基)丙烯酸的半酯等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的乙烯基聚合物的制备中使用的前述化合物(d),可列举出例如琥珀酸酐、环己烷二羧酸酐、4-甲基-环己烷二羧酸酐、5-甲基-环己烷二羧酸酐、双环庚烷二羧酸酐、7-氧杂双环庚烷二羧酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐、己二酸酐、邻苯二甲酸酐、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐等多元酸酐。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
含有羧基的乙烯基聚合物的制备中的乙烯基共聚可以通过常规方法进行,可以为溶液聚合、悬浮聚合法、乳液聚合法等已知的方法,但是从操作的容易性方面考虑优选为溶液聚合。作为这种情况下可以使用的聚合引发剂,优选10小时半衰期温度处于60℃~120℃的范围内。作为这种聚合引发剂,可列举出2,2’-偶氮双异丁腈、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈)、2,2’-偶氮双(2-甲基丙酸酯)、2,2’-偶氮双(N-氰基己基-2-甲基丙酰胺)、2,2’-偶氮双(N-(2-丙烯基)-2-甲基丙酰胺)等偶氮类,1,1,3,3-四甲基丁基过氧化-2-乙基己酸酯、叔己基过氧化-2-乙基己酸酯、叔戊基过氧化-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧化异丁酸酯、叔丁基过氧化马来酸、叔戊基过氧化-3,5,5-三甲基己酸酯、叔丁基过氧化月桂酸酯、叔己基过氧化苯甲酸酯、叔丁基过氧化乙酸酯、叔丁基过氧化-间甲苯基苯甲酸酯、叔丁基过氧化苯甲酸酯等过氧化酯类,叔己基过氧化异丙基单碳酸酯、叔丁基过氧化异丙基单碳酸酯、叔丁基过氧化-2-乙基己基单碳酸酯等过氧化单碳酸酯类,过氧化双-3,5,5-三甲基己酰、过氧化辛酰、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰、对氯过氧化苯甲酰等过氧化二酰类等,过氧化二异丙基苯、过氧化叔丁基异丙基苯等过氧化二烷基类等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
含有羧基的乙烯基聚合物的制备中的、羧基与具有环氧基及(甲基)丙烯酸基的化合物的加成反应优选使用阻聚剂和催化剂、在溶剂中进行反应,优选在反应温度50℃~120℃下进行。
作为反应溶剂,可列举出例如甲乙酮、环己酮等酮类;甲苯、二甲苯、四甲基苯等芳香族烃类;乙二醇单乙醚、乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚、二甘醇单乙醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、一缩二丙二醇二乙醚、三甘醇单乙醚等二元醇醚类;乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单丁醚乙酸酯、二甘醇单乙醚乙酸酯、二甘醇单丁醚乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、一缩二丙二醇单甲醚乙酸酯等乙酸酯类;乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇等醇类;辛烷、癸烷等脂肪族烃;石油醚、石脑油、氢化石脑油、溶剂石脑油等石油系溶剂等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的乙烯基聚合物的制备中的上述反应的反应催化剂,可列举出例如三乙胺等叔胺,三乙基苄基氯化铵等季铵盐,2-乙基-4-甲基咪唑等咪唑化合物,三苯基膦等磷化合物,环烷酸、月桂酸、硬脂酸、油酸或辛烯酸的锂、铬、锆、钾、钠等有机酸的金属盐等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的乙烯基聚合物的制备中的阻聚剂,可列举出例如对苯二酚、甲基对苯二酚、对苯二酚单甲醚、邻苯二酚、连苯三酚、吩噻嗪等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
进而,前述反应产物的羟基还可以部分加成二羧酸酐,反应温度优选为50℃~120℃。
(2)以环氧基与羟基的加成反应物为主体构成的环氧聚合物
作为聚合物,可列举出例如下述式(7)表示的含有羧基的环氧聚合物。
{式中,Rc是上述通式(3)表示的基团或氢,Rg是碳原子数为2~20的直链状、支链状或环状的二价有机基团,Ri是上述通式(5)或下述式(8)表示的一价有机基团,并且m是选自0~1,000的整数。}
本发明中使用的含有羧基的环氧聚合物可如下得到:使二醇化合物与表卤代醇反应,骨架中形成通过环氧基与醇基的反应而具有醚键的两末端环氧化合物,将前述反应物的羟基与二羧酸酐基反应,从而得到含有羧基的环氧聚合物。进而,还可以使前述反应物的两末端环氧基与具有羧基或羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物进行加成反应、或者进而使前述反应物的羟基与二羧酸酐反应。
作为含有羧基的环氧聚合物的制备中使用的二醇化合物的例子,可列举出双酚A、双酚F、双酚S等双酚类,氢化双酚A、氢化双酚F、氢化双酚S等氢化双酚类,双酚A、双酚F、双酚S等双酚的两末端环氧乙烷(环氧乙烷摩尔数1~10)加成物,双酚A、双酚F、双酚S等双酚的两末端环氧丙烷(环氧丙烷摩尔数1~10)加成物,氢化双酚A、氢化双酚F、氢化双酚S等双酚的两末端环氧乙烷(环氧乙烷摩尔数1~10)加成物,氢化双酚A、氢化双酚F、氢化双酚S等双酚的两末端环氧丙烷(环氧丙烷摩尔数1~10)加成物,烷基(C2~C10)二醇、聚乙二醇(环氧乙烷摩尔数1~10)、聚丙二醇(环氧丙烷摩尔数1~10)等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的环氧聚合物的制备中使用的表卤代醇的例子,可列举出表氯醇和表溴醇。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的环氧聚合物的制备中使用的一分子内具有羧基和(甲基)丙烯酸酯基的化合物的例子,可列举出(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸、羧基乙基(甲基)丙烯酸酯、羧基戊基(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基琥珀酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基邻苯二甲酸、富马酸、肉桂酸、巴豆酸、衣康酸、和马来酸半酯等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的环氧聚合物的制备中使用的一分子内具有羟基和(甲基)丙烯酸酯基的化合物的例子,可列举出(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯、甘油单(甲基)丙烯酸酯、4-羟基乙烯基苯、2-羟基-3-苯氧基丙基(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、甘油甲基丙烯酸酯丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、或这些单体的己内酯加成物等。
另外,作为将环氧基(甲基)丙烯酸酯改性而成的环氧基(甲基)丙烯酸酯化合物的例子,可列举出对苯二酚二缩水甘油基醚、邻苯二酚二缩水甘油基醚、间苯二酚二缩水甘油基醚等苯基二缩水甘油基醚的环氧基(甲基)丙烯酸酯,双酚-A型环氧树脂、双酚-F型环氧树脂、双酚-S型环氧树脂、2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等双酚型环氧化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,氢化双酚-A型环氧树脂、氢化双酚-F型环氧树脂、氢化双酚-S型环氧树脂、氢化2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等氢化双酚型环氧化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,环己烷二甲醇二缩水甘油基醚化合物等脂环式二缩水甘油基醚化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,1,6-己二醇二缩水甘油基醚、1,4-丁二醇二缩水甘油基醚、二甘醇二缩水甘油基醚等脂肪族二缩水甘油基醚化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯等。
作为含有羧基的环氧聚合物的制备中使用的二羧酸酐,可列举出琥珀酸酐、环己烷二羧酸酐、4-甲基-环己烷二羧酸酐、5-甲基-环己烷二羧酸酐、双环庚烷二羧酸酐、7-氧杂双环庚烷二羧酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐、己二酸酐、邻苯二甲酸酐、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐等多元酸酐。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
含有羧基的环氧聚合物的制备中的表卤代醇的反应可以通过常规方法进行。在二醇化合物与表氯醇、表溴醇等表卤代醇的溶解混合物中添加氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属氢氧化物,或者边添加边在20~120℃下反应1~10小时,从而可以得到环氧树脂。将这些环氧化反应的反应物水洗后,或者无水洗而在加热减压下、110~250℃以及压力10mmHg以下去除表卤代醇或其它的添加溶剂等。另外,为了形成水解性卤原子更少的环氧树脂,将所得到的环氧树脂再次溶解于甲苯、甲基异丁基酮等溶剂中,加入氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属氢氧化物的水溶液进一步进行反应,也可以使闭环更切实。反应温度通常为50~120℃、并且反应时间通常为0.5小时~2小时。
反应结束后,将生成的盐通过过滤、水洗等去除,进而通过在加热减压下蒸馏去除甲苯、甲基异丁基酮等溶剂,从而能够得到本发明的环氧化合物。
含有羧基的环氧聚合物的制备中的环氧基与具有羧基或羟基及(甲基)丙烯酸基的化合物的加成反应优选使用阻聚剂和催化剂、在溶剂中进行反应,优选在反应温度50℃~120℃下进行。
作为含有羧基的环氧聚合物的制备中的反应溶剂、反应催化剂和阻聚剂,可以分别使用与上述(1)以聚合性不饱和双键的反应物为主体构成的乙烯基聚合物的制备中说明的反应溶剂、反应催化剂和阻聚剂相同的成分。
进而,前述反应产物的羟基可以部分加成二羧酸酐,反应温度优选为50℃~120℃。
(3)以酚类与甲醛的反应物为主体构成的芳香族亚甲基聚合物
作为聚合物(3),可列举出例如通式(9)表示的酚醛清漆型酚类聚合物。
{式中,Rb是碳原子数为1~20的直链状、支链状或环状的一价有机基团、或者具有光聚合性不饱和双键基团的一价有机基团,Rc是上述通式(3)表示的基团或氢,Rj是甲基、羟基或氢,Rk是上述通式(5)或上述通式(8)表示的一价有机基团或氢,m是选自0~100的整数,并且n是选自4~1,000的整数。}
本发明中使用的酚醛清漆型酚类聚合物可以通过酚类与甲醛的缩合反应物和表卤代醇反应来得到。进而,还可以使前述反应物的环氧基与具有羧基或羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物进行加成反应、然后使前述反应物的羟基与二羧酸酐反应。
作为酚醛清漆型酚类聚合物的制备中使用的酚类的例子,可列举出苯酚、甲酚、二甲苯酚、三甲基苯酚等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为酚醛清漆型酚类聚合物中使用的表卤代醇的例子,可列举出表氯醇、表溴醇。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为酚醛清漆型酚类聚合物的制备中使用的一分子内具有羧基和(甲基)丙烯酸酯基的化合物的例子,可列举出(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸、羧基乙基(甲基)丙烯酸酯、羧基戊基(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基琥珀酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基邻苯二甲酸、富马酸、肉桂酸、巴豆酸、衣康酸、和马来酸半酯等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为酚醛清漆型酚类聚合物的制备中使用的一分子内具有羟基和(甲基)丙烯酸酯化合物的例子,可列举出(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯、甘油单(甲基)丙烯酸酯、4-羟基乙烯基苯、2-羟基-3-苯氧基丙基(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、甘油甲基丙烯酸酯丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、或这些单体的己内酯加成物等。
另外,作为将环氧基(甲基)丙烯酸酯改性而成的环氧基(甲基)丙烯酸酯化合物的例子,可列举出对苯二酚二缩水甘油基醚、邻苯二酚二缩水甘油基醚、间苯二酚二缩水甘油基醚等苯基二缩水甘油基醚的环氧基(甲基)丙烯酸酯,双酚-A型环氧树脂、双酚-F型环氧树脂、双酚-S型环氧树脂、2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等双酚型环氧化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,氢化双酚-A型环氧树脂、氢化双酚-F型环氧树脂、氢化双酚-S型环氧树脂、氢化2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等氢化双酚型环氧化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,环己烷二甲醇二缩水甘油基醚化合物等脂环式二缩水甘油基醚化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,1,6-己二醇二缩水甘油基醚、1,4-丁二醇二缩水甘油基醚、二甘醇二缩水甘油基醚等脂肪族二缩水甘油基醚化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯等。
作为酚醛清漆型酚类聚合物的制备中使用的二羧酸酐,可列举出琥珀酸酐、环己烷二羧酸酐、4-甲基-环己烷二羧酸酐、5-甲基-环己烷二羧酸酐、双环庚烷二羧酸酐、7-氧杂双环庚烷二羧酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐、己二酸酐、邻苯二甲酸酐、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐等多元酸酐。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
酚醛清漆型酚类聚合物的制备中的进行酚类与甲醛的缩合反应的情况下,优选使用酸催化剂,作为酸催化剂,可以使用各种酸催化剂,但是优选为盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、草酸、三氟化硼、无水氯化铝、氯化锌等,特别优选为对甲苯磺酸、硫酸和盐酸。
酚类与甲醛的缩合反应可以在无溶剂下或有机溶剂的存在下进行。作为使用有机溶剂情况的具体例,可列举出甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、甲苯、二甲苯、甲基异丁基酮等。有机溶剂的用量相对于添加原料的总质量通常为50~300质量%、优选为100~250质量%。反应温度通常为40~180℃、反应时间通常为1~10小时。这些溶剂类可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
反应结束后,进行水洗处理直至反应混合物的水洗涤液的pH值为3~7、优选为5~7。进行水洗处理的情况下,也可以使用氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属氢氧化物,氢氧化钙、氢氧化镁等碱土金属氢氧化物,氨、磷酸二氢钠以及二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、苯胺、苯二胺等有机胺等各种碱性物质作为中和剂来进行处理。另外,水洗处理的情况下,按照常规方法进行即可。例如,向反应混合物中加入溶解有上述中和剂的水,重复分液萃取操作,在减压加热下蒸馏去除溶剂,可以得到产物。
在通过前述反应得到的酚类与甲醛的缩合物与表氯醇、表溴醇等表卤代醇的溶解混合物中添加氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属氢氧化物,或者边添加边在20℃~120℃下反应1小时~10小时,从而可以得到环氧树脂。将这些环氧化反应的反应物水洗后,或者无水洗而在加热减压下、110℃~250℃以及压力10mmHg以下去除表卤代醇或其它的添加溶剂等。另外,为了形成水解性卤原子更少的环氧树脂,将所得到的环氧树脂再次溶解于甲苯、甲基异丁基酮等溶剂中,加入氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属氢氧化物的水溶液进一步进行反应,也可以使闭环更切实。反应温度通常为50℃~120℃、并且反应时间通常为0.5小时~2小时。
反应结束后,将生成的盐通过过滤、水洗等去除,进而通过在加热减压下蒸馏去除甲苯、甲基异丁基酮等溶剂,从而能够得到本发明的环氧化合物。
酚醛清漆型酚类聚合物的制备中的环氧基与具有羧基或羧基及(甲基)丙烯酸基的化合物的加成反应优选使用阻聚剂和催化剂、在溶剂中进行反应,优选在反应温度50℃~120℃下进行。
作为酚醛清漆型酚类聚合物的制备中的反应溶剂、反应催化剂和阻聚剂,可以分别使用与上述(1)以聚合性不饱和双键的反应物为主体构成的乙烯基聚合物的制备中说明的反应溶剂、反应催化剂和阻聚剂相同的成分。
进而,前述反应产物的羟基可以部分加成二羧酸酐,反应温度优选为50℃~120℃。
(4)以二醇与二异氰酸酯的反应物为主体构成的氨基甲酸酯聚合物
作为聚合物(4),可列举出例如下式(10)表示的含有羧基的氨基甲酸酯聚合物。
{式中,Rb是碳原子数为1~20的直链状、支链状或环状的一价有机基团、或者具有光聚合性不饱和双键基团的一价有机基团,Rc是上述通式(3)表示的基团或氢,Rg是碳原子数为2~20的直链状、支链状或环状的二价有机基团,Rl是碳原子数为4~20的直链状、支链状或环状的二价有机基团,并且m是选自1~600的整数。}
本发明中使用的含有羧基的氨基甲酸酯聚合物可如下得到:使一分子内具有两个羟基的化合物与一分子内具有两个异氰酸酯基的化合物进行加成聚合,将前述聚合物的两末端羟基与一分子中具有环氧基和(甲基)丙烯酸基的化合物进行加成反应,进而使生成的羟基与二羧酸酐进行加成反应,从而得到含有羧基的氨基甲酸酯聚合物。
作为含有羧基的氨基甲酸酯聚合物的制备中使用的一分子内具有两个羟基的化合物的例子,可列举出下述(1)~(3)的化合物。
(1)二醇化合物:双酚A、双酚F、双酚S等双酚类,氢化双酚A、氢化双酚F、氢化双酚S等氢化双酚类,双酚A、双酚F、双酚S等双酚的两末端环氧乙烷(环氧乙烷摩尔数1~10)加成物,双酚A、双酚F、双酚S等双酚的两末端环氧丙烷(环氧丙烷摩尔数1~10)加成物,氢化双酚A、氢化双酚F、氢化双酚S等双酚的两末端环氧乙烷(环氧乙烷摩尔数1~10)加成物,氢化双酚A、氢化双酚F、氢化双酚S等双酚的两末端环氧丙烷(环氧丙烷摩尔数1~10)加成物,烷基(C2~C10)二醇,聚乙二醇(环氧乙烷摩尔数1~10),聚丙二醇(环氧丙烷摩尔数1~10),羟基末端液态聚丁二烯(Poly bd,出光兴产株式会社制),羟基末端聚烯烃系多元醇(Epol,出光兴产株式会社制),羟基末端液态聚丁二烯氢化物(Polytail H,三菱化学株式会社制),聚碳酸酯二醇(DuranolT-5651,Asahi Kasei Chemicals Corporation制)等;
(2)将两末端环氧基用(甲基)丙烯酸酯改性而成的环氧基(甲基)丙烯酸酯化合物:对苯二酚二缩水甘油基醚、邻苯二酚二缩水甘油基醚、间苯二酚二缩水甘油基醚等苯基二缩水甘油基醚的环氧基(甲基)丙烯酸酯,双酚-A型环氧树脂、双酚-F型环氧树脂、双酚-S型环氧树脂、2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等双酚型环氧化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,氢化双酚-A型环氧树脂、氢化双酚-F型环氧树脂、氢化双酚-S型环氧树脂、氢化2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等氢化双酚型环氧化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,环己烷二甲醇二缩水甘油基醚化合物等脂环式二缩水甘油基醚化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,1,6-己二醇二缩水甘油基醚、1,4-丁二醇二缩水甘油基醚、二甘醇二缩水甘油基醚等脂肪族二缩水甘油基醚化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯等;
(3)具有羧基的二醇化合物:二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸等。
上述化合物(1)~(3)可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的氨基甲酸酯聚合物的制备中使用的两末端二异氰酸酯的例子,可列举出芳香族系、脂肪族系、环式脂肪族系或脂环式的多异氰酸酯。可列举出例如甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、邻亚二甲苯二异氰酸酯、间亚二甲苯二异氰酸酯、对亚二甲苯二异氰酸酯、α,α’-二甲基-邻亚二甲苯二异氰酸酯、α,α’-二甲基-间亚二甲苯二异氰酸酯、α,α’-二甲基-对亚二甲苯二异氰酸酯、α,α,α’-三甲基-邻亚二甲苯二异氰酸酯、α,α,α’-三甲基-间亚二甲苯二异氰酸酯、α,α,α’-三甲基-对亚二甲苯二异氰酸酯、α,α,α’,α’-四甲基-邻亚二甲苯二异氰酸酯、α,α,α’,α’-四甲基-间亚二甲苯二异氰酸酯、α,α,α’,α’-四甲基-对亚二甲苯二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯等。还可列举出二异氰酸酯化合物的芳香环氢化而成的化合物,例如间亚二甲苯二异氰酸酯的氢化物(Mitsui TakedaChemical Co.,Ltd.制Takenate600)、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的氨基甲酸酯聚合物的制备中使用的一分子中具有环氧基和(甲基)丙烯酸基的化合物,只要为具有环氧基的环氧树脂与(甲基)丙烯酸按照常规方法反应得到的(甲基)丙烯酸酯则没有特别限定。可列举出例如(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、3,4-环氧基环己基甲基(甲基)丙烯酸酯、3,4-环氧基环己基乙基(甲基)丙烯酸酯、乙烯基环己烯一氧化物、对苯二酚二缩水甘油基醚、邻苯二酚二缩水甘油基醚、间苯二酚二缩水甘油基醚等苯基二缩水甘油基醚与(甲基)丙烯酸的半酯,双酚-A型环氧树脂、双酚-F型环氧树脂、双酚-S型环氧树脂、2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等双酚型环氧化合物与(甲基)丙烯酸的半酯,氢化双酚-A型环氧树脂、氢化双酚-F型环氧树脂、氢化双酚-S型环氧树脂、氢化2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等氢化双酚型环氧化合物与(甲基)丙烯酸的半酯,环己烷二甲醇二缩水甘油基醚化合物等脂环式二缩水甘油基醚化合物与(甲基)丙烯酸的半酯,1,6-己二醇二缩水甘油基醚、1,4-丁二醇二缩水甘油基醚、二甘醇二缩水甘油基醚等脂肪族二缩水甘油基醚化合物与(甲基)丙烯酸的半酯等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的氨基甲酸酯聚合物的制备中使用的二羧酸酐,可列举出琥珀酸酐、环己烷二羧酸酐、4-甲基-环己烷二羧酸酐、5-甲基-环己烷二羧酸酐、双环庚烷二羧酸酐、7-氧杂双环庚烷二羧酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐、己二酸酐、邻苯二甲酸酐、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐等多元酸酐。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
含有羧基的氨基甲酸酯聚合物可以通过常规方法进行。使二醇与二异氰酸酯在氮气气氛下反应。其反应温度通常为30~140℃,从提高反应性的观点以及防止副反应的观点考虑,优选为50~120℃。另外,该反应通常在无溶剂下进行,但是根据需要也可以在与异氰酸酯基不具有反应性的非活性的溶剂[例如,芳香族烃(甲苯和二甲苯等)、酮(甲乙酮和甲基异丁基酮等)以及这些两种以上的混合物]中进行,然后通过蒸馏去除这些溶剂。
含有羧基的氨基甲酸酯聚合物的制备中的通过前述反应得到的两末端羟基与一分子中具有环氧基及(甲基)丙烯酸基的化合物的加成反应优选使用阻聚剂和催化剂、在溶剂中进行反应。该反应优选在50℃~120℃的反应温度下进行。
作为含有羧基的氨基甲酸酯聚合物的制备中的反应溶剂、反应催化剂和阻聚剂,可以分别使用与上述(1)以聚合性不饱和双键的反应物为主体构成的乙烯基聚合物的制备中说明的反应溶剂、反应催化剂和阻聚剂相同的成分。
进而,前述反应产物的羟基可以部分加成二羧酸酐,反应温度优选为50℃~120℃。
(5)以二羧酸与二环氧化物的反应物为主体构成的酯聚合物
作为聚合物(5),可列举出例如下式(11)表示的含有羧基的酯聚合物。
{式中,Ra是碳原子数为2~16的直链状、支链状或环状的二价有机基团,Rc是上述通式(3)表示的基团或氢,Rg是碳原子数为2~20的直链状、支链状或环状的二价有机基团,Ri是上述通式(5)或上述通式(8)表示的一价有机基团,并且m是选自1~600的整数。}
本发明中使用的含有羧基的酯聚合物可以通过使一分子内具有两个羧基的化合物与一分子内具有两个环氧基的化合物进行加成聚合来得到。进而,还可以使反应物的末端环氧基与一分子内具有羧基或羟基及(甲基)丙烯酸酯基的化合物进行加成反应、然后使前述反应物的羟基与二羧酸酐反应。
作为含有羧基的酯聚合物的制备中使用的一分子内具有两个羧基的化合物,可列举出琥珀酸、环己烷二羧酸、4-甲基-环己烷二羧酸、5-甲基-环己烷二羧酸、双环庚烷二羧酸、7-氧杂双环庚烷二羧酸、四氢邻苯二甲酸、偏苯三酸、均苯四甲酸、己二酸、邻苯二甲酸、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的酯聚合物的制备中使用的一分子内具有两个环氧基的化合物的例子,可列举出对苯二酚二缩水甘油基醚、邻苯二酚二缩水甘油基醚、间苯二酚二缩水甘油基醚等苯基二缩水甘油基醚,双酚-A型环氧树脂、双酚-F型环氧树脂、双酚-S型环氧树脂、2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等双酚型环氧化合物,氢化双酚-A型环氧树脂、氢化双酚-F型环氧树脂、氢化双酚-S型环氧树脂、氢化2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等氢化双酚型环氧化合物,环己烷二甲醇二缩水甘油基醚化合物等脂环式二缩水甘油基醚化合物,1,6-己二醇二缩水甘油基醚、1,4-丁二醇二缩水甘油基醚、二甘醇二缩水甘油基醚、聚乙二醇二缩水甘油基醚等脂肪族二缩水甘油基醚化合物等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的酯聚合物的制备中使用的一分子内具有两个羧基及(甲基)丙烯酸酯基的化合物的例子,可列举出(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸、羧基乙基(甲基)丙烯酸酯、羧基戊基(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基琥珀酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基邻苯二甲酸、富马酸、肉桂酸、巴豆酸、衣康酸、和马来酸半酯等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
作为含有羧基的酯聚合物的制备中使用的一分子内具有羟基及(甲基)丙烯酸酯基的化合物的例子,可列举出(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯、甘油单(甲基)丙烯酸酯、4-羟基乙烯基苯、2-羟基-3-苯氧基丙基(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、甘油甲基丙烯酸酯丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、或这些单体的己内酯加成物等。
另外,作为将环氧基(甲基)丙烯酸酯改性而成的环氧基(甲基)丙烯酸酯化合物的例子,可列举出对苯二酚二缩水甘油基醚、邻苯二酚二缩水甘油基醚、间苯二酚二缩水甘油基醚等苯基二缩水甘油基醚的环氧基(甲基)丙烯酸酯,双酚-A型环氧树脂、双酚-F型环氧树脂、双酚-S型环氧树脂、2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等双酚型环氧化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,氢化双酚-A型环氧树脂、氢化双酚-F型环氧树脂、氢化双酚-S型环氧树脂、氢化2,2-双(4-羟基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷的环氧化合物等氢化双酚型环氧化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,环己烷二甲醇二缩水甘油基醚化合物等脂环式二缩水甘油基醚化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯,1,6-己二醇二缩水甘油基醚、1,4-丁二醇二缩水甘油基醚、二甘醇二缩水甘油基醚等脂肪族二缩水甘油基醚化合物的环氧基(甲基)丙烯酸酯等。
作为含有羧基的酯聚合物的制备中使用的二羧酸酐,可列举出琥珀酸酐、环己烷二羧酸酐、4-甲基-环己烷二羧酸酐、5-甲基-环己烷二羧酸酐、双环庚烷二羧酸酐、7-氧杂双环庚烷二羧酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐、己二酸酐、邻苯二甲酸酐、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐、(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐等多元酸酐。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
本发明中使用的含有羧基的酯聚合物可以通过常规方法进行。含有羧基的酯聚合物中的一分子内具有两个羧基的化合物与一分子内具有两个环氧基的化合物的加成反应优选使用阻聚剂和催化剂、在溶剂中进行反应。该反应优选在50℃~120℃的反应温度下进行。
作为含有羧基的酯聚合物的制备中的反应溶剂、反应催化剂和阻聚剂,可以分别使用与上述(1)以聚合性不饱和双键的反应物为主体构成的乙烯基聚合物的制备中说明的反应溶剂、反应催化剂和阻聚剂相同的成分。
进而,前述反应产物的羟基可以部分加成二羧酸酐,反应温度优选为50℃~120℃。
从作为聚合物的主体的反应物的耐热性的观点考虑,本发明中使用的碱可溶性树脂(B)优选为选自下组中的至少一种聚合物:以聚合性不饱和双键的反应物为主体构成的乙烯基聚合物、以环氧基与羟基的加成反应物为主体构成的环氧聚合物、以酚类与甲醛的反应物为主体构成的芳香族亚甲基聚合物、以二羧酸与二环氧化物的反应物为主体构成的酯聚合物。
从碱可溶性有机硅树脂(A)与碱可溶性树脂(B)的极性引起的相容性的观点考虑,本发明中使用的碱可溶性有机硅树脂(A)的酸值(mgKOH/g)与碱可溶性树脂(B)的酸值(mgKOH/g)之比、即酸值(A)/酸值(B)优选为0.1以上、更优选为0.2以上、进一步优选为0.3以上,另一方面,该比优选为5.0以下、更优选为4.0以下、进一步优选为3.0以下。
<光聚合引发剂(C)>
以赋予感光性图案形成的目的添加光聚合引发剂(C)是重要的。
作为光聚合引发剂(C),可列举出下述(1)~(10)的光聚合引发剂。
(1)二苯甲酮衍生物:例如二苯甲酮、邻苯甲酰基苯甲酸甲酯、4-苯甲酰基-4’-甲基二苯基酮、二苄基酮、芴酮
(2)苯乙酮衍生物:例如2,2’-二乙氧基苯乙酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙烷-1-酮(Ciba Specialty Chemicals Inc.制,IRGACURE651)、1-羟基环己基苯基酮(Ciba Specialty Chemicals Inc.制,IRGACURE184)、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙烷-1-酮(CibaSpecialty Chemicals Inc.制,IRGACURE907)、2-羟基-1-{4-[4-(2-羟基-2-甲基丙酰基)-苄基]-苯基}-2-甲基丙烷-1-酮(Ciba Specialty Chemicals Inc.制,IRGACURE127)、苯基水合乙醛酸甲酯
(3)噻吨酮衍生物:例如噻吨酮、2-甲噻吨酮、2-异丙噻吨酮、二乙噻吨酮
(4)苄基衍生物:例如苄基、联苯酰缩二甲醇、苄基-β-甲氧基乙醇缩醛
(5)苯偶姻衍生物:例如苯偶姻、苯偶姻甲基醚、2-羟基-2-甲基-1苯基丙烷-1-酮(Ciba Specialty Chemicals Inc.制,DAROCURE1173)
(6)肟系化合物:例如1-苯基-1,2-丁烷二酮-2-(O-甲氧基羰基)肟、1-苯基-1,2-丙烷二酮-2-(O-甲氧基羰基)肟、1-苯基-1,2-丙烷二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟、1-苯基-1,2-丙烷二酮-2-(O-苯甲酰基)肟、1,3-二苯基丙烷三酮-2-(O-乙氧基羰基)肟、1-苯基-3-乙氧基丙烷三酮-2-(O-苯甲酰基)肟、1,2-辛烷二酮,1-[4-(苯硫基)-2-(O-苯甲酰基肟)](Ciba Specialty Chemicals Inc.制,IRGACURE OXE01)、乙醛,1-[9-乙基-6-(2-甲基苯甲酰基)-9H-咔唑-3-基]-,1-(O-乙酰基肟)(Ciba Specialty Chemicals Inc.制,IRGACURE OXE02)
(7)α-羟基酮系化合物:例如2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮、2-羟基-1-{4-[4-(2-羟基-2-甲基丙酰基)-苄基]苯基}-2-甲基丙烷
(8)α-氨基苯烷基酮系化合物:例如2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁酮-1(Ciba Specialty Chemicals Inc.制,IRGACURE369)、2-二甲基氨基-2-(4-甲基苄基)-1-(4-吗啉-4-基-苯基)丁烷-1-酮(Ciba Specialty Chemicals Inc.制,IRGACURE379)
(9)氧化膦系化合物:例如双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦(CibaSpecialty Chemicals Inc.制,IRGACURE819)、双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基-戊基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基-氧化膦(CibaSpecialty Chemicals Inc.制,DAROCURE TPO)
(10)二茂钛化合物:例如双(η5-2,4-环戊二烯-1-基)-双(2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)苯基)钛(Ciba Specialty Chemicals Inc.制,IRGACURE784)
上述(1)~(10)的光聚合引发剂可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
前述光聚合引发剂中,尤其是从提高光灵敏度和透明性的观点考虑,更优选为(5)苯偶姻衍生物、或(9)氧化膦系化合物。
关于光聚合引发剂(C)的含量,按感光性树脂组合物中的溶剂以外的全部成分的质量基准计,从得到充分的灵敏度的观点考虑,优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,另一方面,从使感光性树脂层的底的部分充分固化的观点考虑,优选为15质量%以下、更优选为10质量%以下。
<具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)>
具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)是一分子内含有至少一个光聚合性不饱和双键基团的聚合性单体。本发明的实施方式中,感光性碱可溶有机硅树脂组合物中的(A)成分或(B)成分具有光聚合性不饱和双键基团、或者感光性碱可溶有机硅树脂组合物还含有(D)具有光聚合性不饱和双键的化合物。
(A)成分和(B)成分这两者还可以具有光聚合性不饱和双键基团。(A)成分或(B)成分具有光聚合性不饱和双键基团的情况下,也可以还含有(D)具有光聚合性不饱和双键的化合物。从耐热裂纹性的观点考虑,最优选上述(A)成分和(B)成分这两者具有光聚合性不饱和双键基团、并且含有(D)具有光聚合性不饱和双键的化合物。
作为具有光聚合性不饱和双键的化合物(D),可列举出例如聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯[乙二醇单元的个数为2~20]、聚(1,2-丙二醇)二(甲基)丙烯酸酯[1,2-丙二醇单元的个数为2~20]、聚四亚甲基二醇二(甲基)丙烯酸酯[四亚甲基二醇单元的个数为2~10]、三-2-羟基乙基异氰脲酸酯三(甲基)丙烯酸酯、亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二缩水甘油基醚-(甲基)丙烯酸加成物、甘油二缩水甘油基醚-(甲基)丙烯酸加成物、双酚A二缩水甘油基醚-(甲基)丙烯酸加成物、N,N’-双(2-甲基丙烯酰氧基乙基)脲琥珀酸改性季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、邻苯二甲酸改性季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、间苯二甲酸改性季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、对苯二甲酸改性季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、在双酚A的两端分别加成平均2摩尔的环氧丙烷和平均6摩尔的环氧乙烷而成的聚亚烷基二醇的二甲基丙烯酸酯、在双酚A的两端分别加成平均5摩尔的环氧乙烷而成的聚乙二醇的二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、3-甲基-1,5-戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,9-壬二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,10-癸二醇二(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇(甲基)丙烯酸酯1,4-环己烷二醇二(甲基)丙烯酸酯、2-二(对羟基苯基)丙烷二(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、聚氧丙基三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、聚氧乙基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油基醚三(甲基)丙烯酸酯、双酚A二缩水甘油基醚二(甲基)丙烯酸酯以及、β-羟基丙基-β’-(丙烯酰氧基)丙基邻苯二甲酸酯、苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、壬基苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、壬基苯氧基聚亚烷基二醇(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯、甘油单(甲基)丙烯酸酯、4-羟基乙烯基苯、2-羟基-3-苯氧基丙基丙烯酸酯或这些单体的己内酯加成物等。
作为进而含有羧酸的具有光聚合性不饱和双键的化合物(D),可列举出例如(甲基)丙烯酸、羧基乙基(甲基)丙烯酸酯、羧基戊基(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基琥珀酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酸、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基邻苯二甲酸、2,2,2-三丙烯酰氧基甲基乙基琥珀酸等。它们可以分别单独使用或两种以上组合来使用。
关于具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)的含量,按感光性树脂组合物中的溶剂以外的全部成分的质量基准计,从充分交联发挥对基板的密合性的观点考虑,优选为5质量%以上、更优选为10质量%以上,另一方面,从显影后的残渣降低的观点考虑,优选为60质量%以下、更优选为45质量%以下。
关于具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)的光聚合性不饱和双键基团浓度,从得到充分的分辨率的观点考虑,摩尔浓度优选为0.5毫摩尔/g以上、更优选为0.7毫摩尔/g以上,另一方面,从显影时的残渣降低的观点考虑,摩尔浓度优选为20.0毫摩尔/g以下、更优选为15.0毫摩尔/g以下。
<(E)溶剂>
本发明的实施方式中,优选的是,在感光性碱可溶有机硅树脂组合物中添加(E)溶剂,从而调整其粘度。作为优选的溶剂,可列举出下述(1)~(6)的溶剂等。
(1)脂肪族醇:例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、1-戊醇、异戊醇、仲戊醇、叔戊醇、2-甲基-1-丁醇、1-己醇、2-乙基-1-丁醇、4-甲基-2-戊醇、异己醇、甲基-1-戊醇、仲己醇、1-庚醇、异庚基醇、2,3-二甲基-1-戊醇、1-辛醇、2-乙基己醇、异辛醇、2-辛醇、3-辛醇、1-壬醇、异壬醇、3,5,5-三甲基己醇、1-癸醇、异癸醇、3,7-二甲基-1-辛醇、1-十一烷醇、1-十二烷醇、异十二烷醇、烯丙醇、丙炔醇、己炔醇
(2)芳香族醇:例如苯甲醇、(2-羟基苯基)甲醇、(甲氧基苯基)甲醇、(3,4-二羟基苯基)甲醇、4-(羟基甲基)苯-1,2-二醇、(4-羟基-3-甲氧基苯基)甲醇、(3,4-二甲氧基苯基)甲醇、(4-异丙基苯基)甲醇、2-苯基乙醇、1-苯基乙醇、2-苯基-1-丙醇、对甲苯醇、2-(4-羟基-3-甲氧基苯基)乙烷-1-醇、2-(3,4-二甲氧基苯基)乙烷-1-醇、3-苯基丙烷-1-醇、2-苯基丙烷-2-醇、肉桂醇、3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙-2-烯-1-醇、3-(4-羟基-3,5-甲氧基苯基)丙-2-烯-1-醇、二苯基甲醇、三苯甲醇、1,2-二苯基乙烷-1,2-二醇、1,1,2,2,-四苯基乙烷-1,2-二醇、苯-1,2-二甲醇、苯-1,3-二甲醇、苯-1,4-二甲醇
(3)脂环式醇:例如环己醇、甲基环己醇、糠基醇、四氢糠基醇、四氢-2-呋喃甲醇
(4)二元醇及其衍生物:例如乙二醇、乙二醇单烷基(碳原子数为1~8)醚、乙二醇单乙烯基醚、乙二醇单苯基醚、二噁烷、二甘醇单烷基(碳原子数为1~6)醚、二甘醇单乙烯基醚、二甘醇单苯基醚、三甘醇单烷基(碳原子数为1~3)醚、三甘醇单乙烯基醚、三甘醇单苯基醚、四乙二醇单苯基醚、丙二醇、丙二醇单烷基(碳原子数为1~4)醚、丙二醇单苯基醚、一缩二丙二醇单烷基(碳原子数为1~3)醚、乙二醇单乙酸酯、丙二醇单丙酸酯、丙二醇单乙酸酯
(5)酮化合物:例如丙酮、甲乙酮、3-丁炔-2-酮、甲基-正丙基酮、甲基异丙基酮、3-戊炔-2-酮、甲基异丙烯基酮、甲基-正丁基酮、甲基异丁基酮、异亚丙基丙酮、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、甲基-正戊基酮、甲基异戊基酮、乙基-正丁基酮、二正丙基酮、二异丙基酮、2-辛酮、3-辛酮、5-甲基-3-庚酮、5-壬酮、二异丁基酮、三甲基壬酮、2,4-戊烷二酮、2,5-己烷二酮、环戊酮、环己酮、甲基环己酮、苯乙酮、苯丙酮、异佛尔酮
(6)其它:例如N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、吡啶、γ-丁内酯、α-乙酰基-γ-丁内酯、四甲基脲、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、N-环己基-2-吡咯烷酮
它们可以单独使用或两种以上组合来使用。这些之中,优选为丙二醇单甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、γ-丁内酯、二甘醇单甲醚、二甘醇二甲醚、丙二醇单甲醚等。
这些溶剂可以根据涂布膜厚和粘度而适当添加到感光性碱可溶有机硅树脂组合物中,但是按感光性树脂组合物中的溶剂以外的全部成分的质量基准计,优选以5质量%~1,000质量%的范围使用。
<受阻胺系稳定剂(F)>
受阻胺系稳定剂(F)是具有自由基捕获作用的胺系化合物,为含有下述通式所示基团的化合物。
{式中,RI、RII、RIII和RIV各自独立地表示选自由甲基、乙基、丙基和异丙基组成的组中的至少一种。}
通常,为了防止在热和氧气存在下进行的氧化劣化反应,使用酚系抗氧化剂。然而,将酚系抗氧化剂添加到组合物中的情况下,由于具有酚骨架的羟基而与碱的亲和性高,因此在碱显影时容易从透明膜中溶出酚系抗氧化剂。与此相对,受阻胺系稳定剂与酚系抗氧化剂相比,与碱的亲和性低,因此在碱显影时容易残留于透明膜中,可以抑制在热和氧气存在下进行的氧化劣化反应导致的透过。
作为受阻胺系稳定剂(F)的例子,可列举出N-H型受阻胺系稳定剂、N-R型受阻胺系稳定剂、N-OR型受阻胺系稳定剂等。
作为N-H型受阻胺系稳定剂的具体例,可列举出双(2,2,6,6,-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(BASF公司制TINUVIN770DF)、N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N,N’-二甲酰基六亚甲基二胺(BASF公司制UVINUL4050FF)、二丁胺·1,3,5-三嗪·N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-六亚甲基二胺与N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)丁胺的缩聚物(BASF公司制Chimassorb2020FDL)、聚[{6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪-2,4-二基}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}六亚甲基{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}](BASF公司制Chimassorb944FDL)、烯烃(C20-C24)·马来酸酐·4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶共聚物(BASF公司制UVINUL5050H)等。
作为N-R型受阻胺系稳定剂的具体例,可列举出双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)[[3,5-双(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯基]甲基]丁基丙二酸酯(BASF公司制TINUVIN144)、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯及甲基1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基癸二酸酯(混合物)(BASF公司制TINUVIN765)、琥珀酸二甲酯与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合物(BASF公司制TINUVIN622SF、LD)、N,N’-双(3-氨基丙基)乙二胺-2,4-双[N-丁基-N-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)氨基]-6-氯-1,3,5-三嗪缩合物(SABO S.r.l公司制SABOSTABUV119)、四(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)1,2,3,4-丁烷四羧酸酯(旭电化株式会社制ADK STABLA-52)、1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基/十三烷基1,2,3,4丁烷四羧酸酯(旭电化株式会社制ADK STABLA-62)、1,2,3,4-丁烷四羧酸,1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇与3,9-双(2-羟基-1,1-二甲基乙基)-2,4,8,10四氧杂螺[5,5]十一烷的混合酯(旭电化株式会社制ADK STABLA-63)、1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基甲基丙烯酸酯等。
作为N-OR型受阻胺系稳定剂的具体例,可以列举出以NOR型受阻胺系光稳定剂体系(BASF公司制TINUVINXT850FF)、NOR型受阻胺系光稳定剂体系为基本的耐候稳定剂体系(BASF公司制TINUVIN855FF)、进行了过氧化处理的4-丁基氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶与2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、以及环己烷、N,N’-乙烷-1,2-二基双(1,3-丙烷二胺)的反应产物(BASF公司制FlamestabNOR116FF)等。
另外,这些受阻胺系稳定剂(F)可以单独使用或者以两种以上的混合物形式使用。
关于受阻胺系稳定剂(F)的分子量,按通过凝胶渗透色谱(GPC)测定的聚苯乙烯换算计,从对树脂组合物的溶解性的观点考虑,优选为50,000以下,
另一方面,从降低加热时的挥发成分的观点考虑,受阻胺系稳定剂的分子量优选为200以上。
关于受阻胺系稳定剂(F)的含量,以感光性树脂组合物中的溶剂以外的全部成分的质量作为基准,从表现出氧气存在下的热稳定效果的观点考虑,优选为0.001质量%以上、更优选为0.01质量%以上、进一步优选为0.1质量%以上,另一方面,从因曝光时的自由基产生引起的图案形成性的观点考虑,优选为15质量%以下、更优选为10质量%以下、进一步优选为5质量%以下。
<其它添加剂>
除了上述成分(A)~(F)之外,感光性碱可溶有机硅树脂组合物优选含有其它添加剂。作为该其它添加剂,可列举出例如硅烷偶联剂(J)、紫外线吸收剂(K)、阻聚剂、抗氧化剂、表面活性剂、增塑剂等。
硅烷偶联剂(J)
为了提高感光性碱可溶有机硅树脂组合物的曝光-显影后的固化膜与基板的密合性,优选在感光性碱可溶有机硅树脂组合物中添加硅烷偶联剂(J)。
作为硅烷偶联剂(J),可列举出例如3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、对苯乙烯基三甲氧基硅烷、对苯乙烯基三乙氧基硅烷、对-(1-丙烯基苯基)三甲氧基硅烷、对-(1-丙烯基苯基)三乙氧基硅烷、对-(2-丙烯基苯基)三甲氧基硅烷、对-(2-丙烯基苯基)三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)甲基二甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧基环己基)甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基二乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷的盐酸盐、3-酰脲丙基三甲氧基硅烷、3-酰脲丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二乙氧基硅烷、双(三甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、双(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、3-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、3-三甲氧基甲硅烷基丙基琥珀酸酐、3-三乙氧基甲硅烷基丙基琥珀酸酐等。
关于添加硅烷偶联剂(J)时的添加量,按感光性树脂组合物中的溶剂以外的全部成分的质量基准计,从表现出与基板的密合性的观点考虑,优选为0.1质量%以上、更优选为0.5质量%以上,另一方面,从感光性组合物的固化反应性的观点考虑,优选为20质量%以下、更优选为15质量%以下。
紫外线吸收剂(K)
为了提高感光性碱可溶有机硅树脂组合物的耐光性、降低显影时的残渣,在感光性碱可溶有机硅树脂组合物中还可以含有紫外线吸收剂(K)。作为紫外线吸收剂(K),可列举出例如苯并三唑系化合物、二苯甲酮系化合物等。更详细而言,作为紫外线吸收剂(K),可列举出例如2-(2,4-二羟基苯基)-4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪与(2-乙基己基)-缩水甘油酸酯的反应产物(BASF公司制TINUVIN405)、2-(2H苯并三唑-2-基)苯酚、2-(2H苯并三唑-2-基)-4,6-叔戊基苯酚、2-(2H苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚、2-(2H苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚、2-(2’-羟基-5’-甲基丙烯酰氧基乙基苯基)-2H-苯并三唑、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮等。
关于添加紫外线吸收剂(K)时的添加量,按感光性树脂组合物中的溶剂以外的全部成分的质量基准计,从防止未曝光部分的固化的观点考虑,优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,另一方面,从因曝光时的自由基产生引起的图案形成性的观点考虑,优选为10质量%以下、更优选为5质量%以下。
阻聚剂
为了提高感光性碱可溶有机硅树脂组合物的热稳定性和保存稳定性,在感光性碱可溶有机硅树脂组合物中还可以含有自由基阻聚剂。作为这种阻聚剂,例如可以使用对苯二酚、N-亚硝基二苯基胺、对叔丁基邻苯二酚、吩噻嗪、N-苯基萘基胺、乙二胺四乙酸、1,2-环己烷二胺四乙酸、乙二醇醚二胺四乙酸、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、2-亚硝基-5-(N-乙基-N-磺丙基氨基)苯酚、N-亚硝基-N-苯基羟基胺铵盐、N-亚硝基-N-苯基羟基胺铵盐、N-亚硝基-N-(1-萘基)羟基胺铵盐、双(4-羟基-3,5-二叔丁基)苯基甲烷等。
关于添加阻聚剂时的添加量,按感光性树脂组合物中的溶剂以外的全部成分的质量基准计,从表现出光聚合性不饱和双键的阻聚效果的观点考虑,优选为0.001质量%以上、更优选为0.01质量%以上,另一方面,从因曝光时的自由基产生引起的图案形成性的观点考虑,优选为5质量%以下、更优选为1质量%以下。
抗氧化剂
为了提高感光性碱可溶有机硅树脂组合物在氧气存在下的热稳定性,可以添加抗氧化剂。作为这种抗氧化剂,可列举出受阻酚系、磷系、内酯系、维生素E系、硫系等。
具体而言,作为抗氧化剂没有限定,可列举出三甘醇-双[3-(3-叔丁基-5--甲基-4-羟基苯基)丙酸酯](BASF公司制IRGANOX245)、1,6-己二醇-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯)(BASF公司制IRGANOX259)、2,4-双-(正辛基硫基)-6-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯胺基)-1,3,5-三嗪(BASF公司制IRGANOX565)、季戊四醇·四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯)(BASF公司制IRGANOX1010)、2,2-硫代-二亚乙基双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](BASF公司制IRGANOX1035)、十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯(BASF公司制IRGANOX1076)、N,N-六亚甲基双(3,5-二叔丁基-4-羟基-氢化肉桂酰胺)(BASF公司制IRGANOX1098)、3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸酯-二乙酯(BASF公司制IRGAMOD295)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯(BASF公司制IRGANOX1330)、三-(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-异氰脲酸酯(BASF公司制IRGANOX3114)、辛基化二苯基胺(BASF公司制IRGANOX5057)、2,4-双[(辛基硫基)甲基)-邻甲酚(BASF公司制IRGANOX1520L)、异辛基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯(BASF公司制IRGANOX1135)、2,4-双(十二烷基硫基甲基)-6-甲基苯酚(BASF公司制IRGANOX1726)、2,5,7,8-四甲基-2-(4,8,12-三甲基十三烷基)苯并二氢吡喃-6-醇(BASF公司制IRGANOX E201)、5,7-二叔丁基-3-(3,4-二甲基苯基)苯并呋喃-2(3H)-酮(IRGANOX HP-136)、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(BASF公司制IRGAFOS168)、三[2-[[2,4,8,10-四(1,1-二甲基乙基)二苯并[d,f][1,3,2]二氧杂磷杂庚英-6-基]氧基]乙基]胺(BASF公司制,IRGAFOS12)、双(2,4-二叔丁基-6-甲基苯基)乙基亚磷酸酯(BASF公司制IRGAFOS38)、3,3-硫代双丙酸双十二烷基酯(BASF公司制IRGANOX PS800)、3,3-硫代双丙酸双十八烷基酯(BASF公司制IRGANOX PS802)等。
另外,具体而言,作为抗氧化剂没有限定,可列举出3,9-双[2-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]-1,1-二甲基乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷(住友化学株式会社制SUMILIZER GA-80)、2,2’-亚甲基双(6-叔丁基-4-甲基苯酚)(住友化学株式会社制SUMILIZER MDP-S)、4,4’-丁叉基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(住友化学株式会社制SUMILIZER BBM-S)、4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(住友化学株式会社制SUMILIZER WX-R)、季戊四醇-四(3-月桂基硫代丙酸酯)(住友化学株式会社制SUMILIZER TP-D)、2-巯基苯并咪唑(住友化学株式会社制SUMILIZER MB)、联苯-4,4’-二基-双[双(2,4-二叔丁基-5-甲基苯氧基)膦](大崎工业株式会社制GSY-P101)、环己烷与过氧化N-丁基-2,2,6,6,-四甲基-4-哌啶胺-2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪的反应产物与2-氨基乙醇的反应产物(BASF公司制TINUVIN152)等。
另外,这些抗氧化剂可以单独使用或者以两种以上的混合物形式使用。关于添加抗氧化剂时的添加量,按感光性树脂组合物中的溶剂以外的全部成分的质量基准计,从表现出氧气存在下的热稳定性效果的观点考虑,优选为0.001质量%以上、更优选为0.01质量%以上、进一步优选为0.1质量%以上,另一方面,从因曝光时的自由基产生引起的图案形成性的观点考虑,优选为15质量%以下、更优选为10质量%以下、进一步优选为5质量%以下。
表面活性剂
为了确保感光性碱可溶有机硅树脂组合物的涂布适应性以及干燥后的膜平滑性,在感光性碱可溶有机硅树脂组合物中还可以含有表面活性剂。作为表面活性剂,可列举出聚氧亚乙基月桂基醚、聚氧亚乙基硬脂基醚、聚氧亚乙基油基醚等聚氧亚乙基烷基醚类,或者聚氧亚乙基辛基苯基醚、聚氧亚乙基壬基苯基醚等聚氧亚乙基芳基烷基醚类,或者聚氧亚乙基亚乙基二月桂酸酯、聚氧亚乙基二硬脂酸酯等聚氧亚乙基二烷基酯类,MegafaceF171,172,173(大日本油墨制)、FluoradFC430,431(Sumitomo3MLimited制)、Asahiguard AG710、SurflonS-382,SC-101,102,103,104,105(旭硝子制)等氟系表面活性剂,DBE-712、DBE821(DAICEL-CYTEC Company LTD.制)等硅氧烷系表面活性剂等。
关于这些表面活性剂的添加量,按感光性树脂组合物中的溶剂以外的全部成分的质量基准计,从涂布适应性和残渣降低的观点考虑,优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,另一方面,从显影后的图案密合性的观点考虑,优选为10质量%以下、更优选为5质量%以下。
增塑剂
进而,在感光性碱可溶有机硅树脂组合物中根据需要还可以含有增塑剂等添加剂。作为这种添加剂,可列举出例如邻苯二甲酸二乙酯等邻苯二甲酸酯类,邻甲苯磺酰胺、对甲苯磺酰胺、柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三正丙酯、乙酰基柠檬酸三正丁酯、聚丙二醇、聚乙二醇、聚乙二醇烷基醚、聚丙二醇烷基醚等。
<感光性碱可溶有机硅树脂组合物的特性>
关于本发明中使用的感光性碱可溶有机硅树脂组合物的酸值,从显影后的残渣的降低、固化膜的耐裂纹性的观点考虑,酸值优选为0.1mgKOH/g以上、更优选为1mgKOH/g以上、进一步优选为5mgKOH/g以上,另一方面,从图案的密合性的观点考虑,酸值优选为200mgKOH/g以下、更优选为170mgKOH/g以下、进一步优选为150mgKOH/g以下。
关于本发明中使用的感光性碱可溶有机硅树脂组合物的光聚合性不饱和双键基团的摩尔浓度,从得到充分的分辨率的观点考虑,优选为0.5毫摩尔/g以上、更优选为0.1毫摩尔/g以上,另一方面,从显影时的残渣降低的观点考虑,摩尔浓度优选为10.0毫摩尔/g以下、更优选为5.0毫摩尔/g以下。这种情况下的光聚合性不饱和双键基团浓度可以通过感光性树脂组合物中的碱可溶性有机硅树脂、碱可溶性树脂以及具有光聚合性不饱和双键的化合物所含有的不饱和键数除以感光性树脂组合物的总质量来算出。
作为硅烷醇的定量方法,可列举出例如FT-IR光谱测定、卡尔费休滴定法、1H-NMR光谱测定等。
作为感光性碱可溶有机硅树脂组合物中的、通过FT-IR光谱测定限定硅烷醇的量的方法,可列举出在Si-O-H的弯曲振动峰的880cm-1~920cm-1附近没有极大的情况下选自最大的强度、存在一个极大的情况下选自该极大的强度、或者存在多个极大的情况下选自最大的极大的强度的强度(Iy),与在主要出现Si-O的伸缩振动峰的1000cm-1~1100cm-1附近没有极大的情况下选自最大的强度、存在一个极大的情况下选自该极大的强度、或者存在多个极大的情况下选自最大的极大的强度的强度(Ix)的比率算出的方法。
为了得到冷热冲击耐性,碱可溶有机硅树脂组合物优选碱可溶性有机硅树脂组合物中含有的有机硅树脂的硅烷醇基少者,在FT-IR光谱中,上述强度(Iy)与上述强度(Ix)之比(Iy/Ix)优选为0.01以上且0.4以下,更优选为0.01以上且0.25以下。
虽然未受到理论约束,但是推测是由于,硅烷醇的残留量少时,在加热中进行的硅烷醇之间的收缩引起的残余应力减少而优选,并且推测为碱可溶有机硅树脂组合物中含有的有机硅树脂的主骨架结构对耐冷热冲击试验性等物性带来较大影响。
作为规定有机硅树脂的Si-O-Si骨架的结构的方法,有根据29Si-NMR光谱算出的三维交联度(T)。三维交联度(T)可通过下式(IV)算出,从耐裂纹性和冷热冲击试验耐性的观点考虑,优选为0.15以下、更优选为0.1以下。
三维交联度(T)=(AT3+AQ3+AQ4*2)/{(AM0+AM1)+(AD0+AD1+AD2)+(AT0+AT1+AT2+AT3)+(AQ0+AQ1+AQ2+AQ3+AQ4)} (式IV)
上式IV中,Si原子中与O原子键合的个数为一个的成分指的是“M成分”、与O原子键合的个数为两个的成分指的是“D成分”、与O原子键合的个数为三个的成分指的是“T成分”、与O原子键合的个数为四个的成分指的是“Q成分”。进而,M成分中,将存在的一个Si-O键为Si-O-Si键的成分表示为“M1成分”、不具有Si-O-Si键的成分表示为“M0成分”,D成分中存在的两个Si-O键中不具有Si-O-Si键的成分表示为“D0成分”、具有一个的成分表示为“D1成分”、具有两个的成分表示为“D2成分”,T成分中存在的三个Si-O键中不具有Si-O-Si键的成分表示为“T0成分”、具有一个的成分表示为“T1成分”、具有两个的成分表示为“T2成分”、具有三个的成分表示为“T3成分”,T成分中存在四个的Si-O键中不具有Si-O-Si键的成分表示为“Q0成分”、具有一个的成分表示为“Q1成分”、具有两个的成分表示为“Q2成分”、具有三个的成分表示为“Q3成分”、具有四个的成分表示为“Q4成分”,AX表示29Si-NMR光谱中的X成分的积分值,并且X为上述“M0”、“M1”、“D0”、“D1”、“D2”、“T0”、“T1”、“T2”、“T3”、“Q0”、“Q1”、“Q2”、“Q3”和“Q4”中的任一种。
与上式(IV)不同地,与O原子键合的个数为三个的成分“T成分”中,有表示多少程度的T成分与三维交联相关的三维交联度T’。三次元架橋度(T’)可由下式(V)算出,从耐裂纹性和冷热冲击试验耐性的观点考虑,优选为0.3以下、更优选为0.25以下、进一步优选为0.2以下。
三维交联度(T’)=(AT3)/(AT0+AT1+AT2+AT3) (式V)
<感光性碱可溶有机硅树脂组合物的固化物>
在本发明中使用的感光性碱可溶有机硅树脂组合物固化而成的固化物中,厚度10μm的该固化物在大气下、220℃以及3小时烘焙后的条件下的400nm波长下的光的透过率优选为70%以上。
另外,本发明涉及将上述感光性碱可溶有机硅树脂组合物固化而得到的固化物或透明绝缘膜。
另外,本发明涉及将含有聚有机硅氧烷(G)、前述G成分以外的碱可溶性树脂(H)和光聚合引发剂(C)的树脂组合物固化而成的固化物,该固化物的根据固体29Si-NMR光谱中的积分比通过上式(IV)算出的三维交联度(T)为0.2以下、或者通过上式(V)算出的三维交联度(T’)为0.45以下。
聚有机硅氧烷(G)是具有硅氧烷键的骨架的高分子化合物,并且聚有机硅氧烷(G)可以由任何方法合成,但是优选烷氧基硅烷化合物与硅烷二醇化合物在催化剂的存在下反应、或者更优选不积极地添加水来缩合的方法得到。另外,聚有机硅氧烷(G)在Si结构中优选含有上述D成分或上述T成分,更优选含有D成分和T成分两者。
作为聚有机硅氧烷(G),可列举出例如上述碱可溶性有机硅树脂(A)等,并且作为聚有机硅氧烷(G)的原料,可列举出例如前述硅烷化合物(A-1)~(A-3)等。
作为聚有机硅氧烷(G)以外的碱可溶性树脂(H),可列举出例如上述碱可溶性树脂(B)等。
树脂组合物除了聚有机硅氧烷(G)、前述G成分以外的碱可溶性树脂(H)以及光聚合引发剂(C)之外,优选还含有选自由受阻胺系稳定剂(F)、光交联性单体(I)、硅烷偶联剂(J)和紫外线吸收剂(K)组成的组中的至少一种。光交联性单体(I)是通过光交联的化合物,可列举出例如上述具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)等。
本发明的固化物具有10μm的厚度时,该固化物在大气下、220℃以及3小时烘焙后的条件下的400nm波长下的光的透过率优选为70%以上。
本发明的固化物与树脂组合物同样地,根据有机硅树脂的主链骨架(Si-O-Si)的结构而物性变化。固化物的情况下,在直至固化的工艺、以及固化后的工艺中由于热等外部侧基,通常与树脂组合物时相比缩合进展,成为与树脂组合物不同的结构。
固化物中的有机硅树脂的主链骨架结构可以通过固体的29Si-NMR光谱测定。
对于固化物而言,从耐裂纹、耐冷热冲击性的观点考虑,上述三维交联度(T)优选为0.2以下、更优选为0.18以下。
另外,对于上述三维交联度(T’)而言,优选为0.45以下、更优选为0.4以下、进一步优选为0.35以下。
虽然未受到理论约束,但是推测三维交联度(T)高时,固化物的柔软性降低、耐裂纹性降低。
优选固化物的玻璃化转变温度(Tg)高者。这是由于热工艺中的变形增大。固化物的玻璃化转变温度(Tg)优选为80℃以上、更优选为90℃以上。
接着,以下示出使用上述感光性碱可溶有机硅树脂组合物形成固化浮雕图案的方法的优选例。
首先,将上述感光性碱可溶有机硅树脂组合物涂布于硅晶圆、陶瓷基板、铝基板等以及所希望的各种基材上。作为涂布装置或涂布方法,可以利用旋涂机、模涂机、喷涂机、浸渍、印刷、刮刀涂布机、辊涂等。被涂布的基材在80~200℃下预烘1~15分钟后,使用接触光刻机、镜面投影器、步进器等曝光投影装置,介由所希望的光掩模照射活性光线。
作为活性光线,可以利用X射线、电子束、紫外线、可见光线等,但是本发明中优选利用200~500nm波长的光线。从图案的分辨率及操作性的观点考虑,该光源波长特别优选为UV-i射线(365nm),作为曝光投影装置特别优选为步进器。
然后,为了提高光灵敏度等,根据需要还可以实施任意的温度、时间的组合(优选温度为40℃~200℃、时间为10秒~360秒)下的曝光后烘焙(PEB)、或显影前烘焙。
接着进行显影,可以从浸渍法、桨法、喷淋法以及旋转喷雾法等方法中选择来进行。作为显影液,优选为碱性显影液。本发明的组合物的良溶剂可以单独使用,或者适当混合良溶剂和不良溶剂来使用。作为适用作碱显影液的例子,可列举出例如碱金属或碱土金属的碳酸盐的水溶液,碱金属的氢氧化物的水溶液,四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵等氢氧化铵类的水溶液,二乙胺、三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺等胺类及其水溶液。特别是使用含有0.05质量%~10质量%的碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂等碳酸盐、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵等氢氧化铵类、二乙胺、二乙醇胺等胺类的弱碱性水溶液,在20℃~35℃的温度下进行显影为宜。
显影结束后,通过冲洗液进行洗涤,去除显影液,从而能够得到带有浮雕图案的涂膜。作为冲洗液,可以将蒸馏水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙二醇单甲醚等单独使用,或者适当混合来使用,或者将它们阶段性地组合来使用。
如此得到的浮雕图案在150℃~250℃的、远低于现有聚酰亚胺前体组合物的固化温度下转换为固化浮雕图案。该加热固化可以使用热板、惰性炉、可设定温度程序的升温式炉等来进行。作为使浮雕图案加热固化时的气氛气体,可以使用空气,根据需要还可以使用氮气、氩气等非活性气体。
通过使用上述固化浮雕图案作为选自由形成于硅晶圆等基材上的半导体装置的表面保护膜、层间绝缘膜、α射线屏蔽膜、以及显微透镜阵列等显微结构体与其封装材之间的支承体(间隔壁)组成的组中的任一种,其它工序适用公知的半导体装置的制造方法,可以制造包括CMOS图像传感器等光学元件的各种半导体装置。另外,可以得到具有由上述感光性碱可溶有机硅树脂组合物固化而成的树脂形成的涂膜的电子部件或半导体装置。
实施例
以下,根据实施例对本发明的方法进行详细的说明。但是,本发明不被以下的实施例所限定。
[合成例1]
(碱可溶性有机硅树脂P-1的合成)
向500ml的茄型烧瓶中添加作为硅烷二醇化合物的DPD(二苯基硅烷二醇)0.67摩尔(144.2g)、作为烷氧基硅烷化合物的MEMO(3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)0.47摩尔(116.7g)、作为含有二羧酸酐结构的烷氧基硅烷化合物的(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐0.20摩尔(52.5g)、作为催化剂的氢氧化钡0.0015摩尔(0.28g)。在茄型烧瓶安装有冷却器的状态下,使用油浴缓慢地从室温升温至100℃,确认到100℃下发生甲醇的回流后,在该温度下继续回流1小时。然后,拆下冷却器,与冷阱和真空泵连接,边缓慢减压边以不会暴沸的方式去除甲醇。真空度达到1~3托(torr)程度后,边在100℃下搅拌边连续抽真空10小时,然后缓慢地返回至常压,得到透明的碱可溶性有机硅树脂(P-1、40℃下的粘度为80泊(Poise))。
[合成例2]
(碱可溶性有机硅树脂P-2的合成)
向500ml的茄型烧瓶中添加作为硅烷二醇化合物的DPD(二苯基硅烷二醇)0.67摩尔(144.2g)、作为烷氧基硅烷化合物的MEMO(3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)0.54摩尔(134.1g)、作为含有二羧酸酐结构的烷氧基硅烷化合物的(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐0.13摩尔(34.1g)、作为催化剂的氢氧化钡0.0015摩尔(0.28g)。在茄型烧瓶安装有冷却器的状态下,使用油浴缓慢地从室温升温至100℃,确认到100℃下发生甲醇的回流后,在该温度下继续回流1小时。然后,拆下冷却器,与冷阱和真空泵连接,边缓慢减压边以不会暴沸的方式去除甲醇。真空度达到1~3托程度后,边在100℃下搅拌边连续抽真空10小时,然后缓慢地返回至常压,得到透明的碱可溶性有机硅树脂(P-2、40℃下的粘度为70泊)。
[合成例3]
(碱可溶性有机硅树脂P-3的合成)
除了合成例1中的DPD为DCPD(二环戊基硅烷二醇)之外,与合成例1同样地进行,得到碱可溶性有机硅树脂(P-3、40℃下的粘度为20泊)。
[合成例4]
(碱可溶性有机硅树脂P-4的合成)
除了合成例1中的MEMO为苯基三甲氧基硅烷之外,与合成例1同样地进行,得到碱可溶性有机硅树脂(P-4、40℃下的粘度为100泊)。
[合成例5]
(碱可溶性有机硅树脂P-5的合成)
除了合成例1中的MEMO为3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷之外,与合成例1同样地进行,得到碱可溶性有机硅树脂(P-5、40℃下的粘度为140泊)。
[合成例6]
(碱可溶性有机硅树脂P-6的合成)
向500ml的茄型烧瓶中添加作为烷氧基硅烷化合物的苯基三甲氧基硅烷0.67摩尔(132.9g)、作为烷氧基硅烷化合物的MEDMO(3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷)0.47摩尔(122.4g)、作为含有二羧酸酐结构的烷氧基硅烷化合物的(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐0.20摩尔(52.5g)、异丙醇70g,在室温下边搅拌边滴加混合有蒸留水70.0g、36%盐酸0.1g、异丙醇30g的水溶液。然后,在茄型烧瓶安装有冷却器的状态下,在70℃下搅拌5小时。然后,拆下冷却器,与冷阱和真空泵连接,边缓慢减压边以不会暴沸的方式去除甲醇和异丙醇。真空度达到1~3托程度后,边在100℃下搅拌边连续抽真空1小时,然后缓慢地返回至常压,得到透明的碱可溶性有机硅树脂(P-6、40℃下的粘度为120泊)。
[合成例7]
(碱可溶性有机硅树脂P-7的合成)
除了合成例1中的(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐为苯基三甲氧基硅烷之外,与合成例1同样地进行,得到有机硅树脂(P-7、40℃下的粘度为40泊)。
[合成例8]
(碱可溶性有机硅树脂P-8的合成)
向500ml的茄型烧瓶中添加作为(a)硅烷二醇化合物的DPD(二苯基硅烷二醇)0.10摩尔(21.5g)、作为烷氧基硅烷化合物的MEDMO(3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷)0.10摩尔(24.8g)、作为含有二羧酸酐结构的烷氧基硅烷化合物的(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐1.1摩尔(288.5g)、异丙醇70g,在室温下边搅拌边滴加混合有蒸留水70.0g、36%盐酸0.1g、异丙醇30g的水溶液。然后,在茄型烧瓶安装有冷却器的状态下,在70℃下搅拌5小时。然后,拆下冷却器,与冷阱和真空泵连接,边缓慢减压边以不会暴沸的方式去除甲醇和异丙醇。真空度达到1~3托程度后,边在100℃下搅拌边连续抽真空1小时,然后缓慢地返回至常压,得到透明的碱可溶性有机硅树脂(P-8、40℃下的粘度为420泊)。
[合成例9]
(碱可溶性有机硅树脂P-9的合成)
向300ml的茄型烧瓶中添加(a)作为烷氧基硅烷化合物的二甲氧基二苯基硅烷0.214摩尔(52.33g)、MEMO(3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)0.150摩尔(37.22g)、作为含有二羧酸酐结构的烷氧基硅烷化合物的(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)琥珀酸酐0.0642摩尔(18.53g)、丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)86g,在室温下边搅拌边滴加混合有蒸馏水7.7g、5摩尔/L盐酸1.0g的水溶液。然后,在茄型烧瓶安装有冷却器的状态下,在95℃下搅拌2小时。然后,拆下冷却器,与冷阱和真空泵连接,边缓慢减压边以不会暴沸的方式去除甲醇、水和PGMEA。真空度达到6hPa程度后,边搅拌边连续抽真空2小时,然后缓慢地返回至常压,得到透明的碱可溶性有机硅树脂(P-9、40℃下的粘度为200泊以上)。
如表1所示制备、准备所使用的碱可溶性有机树脂(O-1~O-12)。
[实施例1~25和比较例1~2]
(感光性碱可溶有机硅树脂组合物的制备)
如表2~4所示制备、混合各种成分。将这些成分用孔径2.5微米的PP制过滤器加压过滤,得到液态组合物。
表2~4中的缩写的说明
Irg819:IRGACURE819
EA-1020:环氧丙烯酸酯“NK Oligo EA-1020”(新中村化学工业株式会社制)
BPE500:乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯“BPE500”(新中村化学工业株式会社制)
M-510:多元酸改性丙烯酸低聚物“ARONIX M-510”(东亚合成株式会社制)
PGMEA:丙二醇单甲醚乙酸酯
TIN405:TINUVIN405
Irg245:IRGANOX245
MEMO:3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
[组合物的评价]
对于实施例1~25和比较例1~2中得到的清漆状组合物,对以下的项目进行评价,结果示于表5~7。
1.碱显影性
将得到的液态组合物旋涂于预先用碱水溶液进行了洗涤的玻璃基板上,然后通过95℃的预烘挥发溶剂。对于所得到的具有涂膜的玻璃基板,通过带有测试图案的掩模,利用i射线步进器曝光机(Nicon Corp.制型号名称NSR2005i8A)以曝光量400mJ/cm2进行曝光。其中,曝光在大气中进行。然后,使用碱显影液(AZ Electronic Material Co.,Ltd制显影液、2.38%四甲基氢氧化铵水溶液),在23℃、30秒×2次的条件下进行显影,用纯水进行冲洗,去除涂膜的未曝光部。需要说明的是,调整旋涂时的转速以使涂膜的厚度在显影后为10μm。用光学显微镜观察所得到的图案,按照下述基准进行评价。
A:在图案间未确认到显影残留。
B:在图案间确认到一部分显影残留。
C:图案间的显影残留多。
2.图案形成性
进行上述得到的图案的断面SEM观察,按照下述基准进行评价。
A:图案以垂直或正锥状形成。
B:图案的一部分形成为弯曲或倒锥状。
C:图案以弯曲或倒锥状形成。
3.残膜率
将上述预烘得到的涂膜厚度与经过上述大气中(氧气存在下)的曝光及碱显影得到的图案的厚度的比率定义为残膜率,如下进行评价。
残膜率=(碱显影后的图案厚度/涂布并去除溶剂后的涂膜厚度)×100(%)
4.透光性
将碱显影后得到的涂膜在大气下及220℃下烘焙30分钟,使用分光光度计UV-1600PC(岛津株式会社制),参比部放置没有涂膜的玻璃基板,测定800nm~300nm的透光率,确认400nm的透光率。
5.耐热裂纹性
将碱显影后得到的涂膜在大气下及220℃下烘焙180分钟,肉眼确认涂膜是否产生裂纹。
A:未确认到裂纹。
B:产生少许裂纹。
C:产生裂纹。
6.耐热透明性
将碱显影后得到的涂膜在大气下及220℃下烘焙180分钟,使用分光光度计,参比部放置没有涂膜的玻璃基板,测定400nm的透光率。
[实施例26~28]
(感光性碱可溶有机硅树脂组合物的制备)
如表8所示制备、混合各种成分。将这些成分用孔径2.5微米的PP制过滤器加压过滤,得到液态组合物。
[表8]
表8中的缩写的说明
Irg819:IRGACURE819
EA-1020:环氧丙烯酸酯“NK Oligo EA-1020”(新中村化学工业株式会社制)
A-14G:聚乙二醇(EO)二丙烯酸酯(EO链的重复数为14个,新中村化学株式会社制)
PGMEA:丙二醇单甲醚乙酸酯
TIN405:TINUVIN405
TIN152:2,4-双[N-丁基-N-(1-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨基]-6-(2-羟基乙基胺)-1,3,5-三嗪(TINUVIN152,BASF公司制)
ACMO:3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(信越化学工业株式会社制)
[组合物的评价]
对于实施例26~28和比较例1的组合物进行以下的评价。组合物的液态29Si-NMR分别示于图1~4,FT-IR光谱分别示于图5~8。
液体29Si-NMR光谱测定
使用日本电子株式会社制JNM-GSX400并在以下的条件下进行测定。
OBNUC:29Si
EXMOD:BCMA
OBFEQ:79.30MHz
OBSET:115kHz
OBFIN:10583Hz
POINT:32768
FREQU:32051.2Hz
SCAN:20,000次
ACQTM:0.499s
PD:1.2s
PW1:5.6us
TEMP:室温(23℃)
化学位移基准:四甲基硅烷0ppm
试样如下准备:将样品0.75g、含有四甲基硅烷1v/v%的重氯仿1g、三(2,4-戊二酮)合铬(III)0.02g充分混合而成的成分放入5mmφ的样品管至约4cm的高度。
例如,如图1所示的实施例26的液体29Si-NMR的情况下,在-28~-30ppm附近出现的峰来自“D0”成分、在-33~-40ppm附近出现的峰来自“D1”成分、在-40~-48ppm附近出现的峰来自“D2”成分、在-48~-53ppm附近出现的峰来自“T1”成分、在-53~-61ppm附近出现的峰来自“T2”成分、在-64~-70ppm附近出现的峰来自“T3”成分。
FT-IR光谱测定
使用HORIBA公司制FT-720,将测定样品夹持于NaCl结晶板,在以下的条件下进行测定。
累积次数:20次
分辨率:2μm
范围:400~4000cm-1
(固化物制作)
将得到的液态组合物旋涂于Mo溅射硅基板(Mo膜厚180nm)上,然后通过95℃的预烘挥发溶剂。对于所得到的具有涂膜的Mo溅射硅基板,通过带有测试图案的掩模,利用i射线步进器曝光机(Nicon Corp.制型号名称NSR2005i8A)以曝光量300mJ/cm2进行曝光。其中,曝光在大气中进行。然后,使用碱显影液(AZ Electronic Material Co.,Ltd制显影液、2.38%四甲基氢氧化铵水溶液),在23℃、30秒×2次的条件下进行显影,用纯水进行冲洗,去除涂膜的未曝光部。所得到的带有图案的Mo溅射硅基板在220℃下于空气中烘焙30分钟,准备带有固化物的基板。
[固化物的评价]
对于实施例26~28和比较例1中得到的清漆状组合物,对以下的项目进行评价,结果示于表9。另外,实施例26~28和比较例1的固化物的固体29Si-NMR光谱分别示于图9~12,并且实施例26~28和比较例1的固化物的DMA的Tanδ曲线示于图13~16。
固体29Si-NMR光谱测定
使用刮铲削去制膜于基板上的样品,进行固体29Si-NMR光谱测定。测定条件如下所述。
装置:Bruker BioSpin公司制DSX400
核种:29Si
共振频率:79.49MHz
NMR管:7mmφ
测定法:HD/MAS法
数据点数:8K
光谱宽度:35kHz
脉冲宽度:5.5μs(90°脉冲)
重复时间:30s
累积:2,000次
测定温度:室温(25℃)
MAS:5,000Hz
化学位移基准:硅橡胶-22.4ppm
试样量:200mg
例如,如图9所示的实施例26的固体29Si-NMR的情况下,在-30~-38ppm附近出现的峰来自“D1”成分、在-38~-49ppm附近出现的峰来自“D2”成分、在-49~-52ppm附近出现的峰来自“T1”成分、在-52~-62ppm附近出现的峰来自“T2”成分、在-62~-72ppm附近出现的峰来自“T3”成分。
玻璃化转变温度
通过使用维布隆振动电容器(vibron)的DMA法按照以下的方法测定玻璃化转变温度。测定的Tanδ曲线的极大峰作为玻璃化转变温度。
(样品制作)
在溅射Al的Si基板上以显影后的厚度为10~20μm来进行成膜,所得到的带有固化物的基板在220℃下、空气中烘焙30分钟。烘焙后,用切割锯进行半切割以使宽度为3mm,在10%盐酸中浸渍24小时后,用蒸馏水洗涤3次,然后进行风干,从而制作宽度3mm的维布隆振动电容器测定用自支撑膜。
(DMA测定)
DMA使用RHEOVIBRON(RHEO-1021、DDV-01FP),预先用液氮冷却测定部,直至-150℃~400℃以5℃/分钟的速度进行测定。测定试样将上述宽度3mm的自支撑膜切割为长3cm来使用。以激发频率为单一波形110Hz、激发振幅为振幅16μm、预加载3.0gf进行试验。
[固化物的评价]
将所得到的带有固化物的基板投入到冷热冲击试验(T/C)机,确认有无裂纹、剥落。关于试验条件,使用ESPEC Corp制TSE-11,以-40℃、15分钟和+125℃、15分钟作为一个循环,进行试验。
A:50个循环时没有剥落、裂纹
B:6~50个循环时产生剥落、裂纹
C:5个循环以下时产生剥落、裂纹
[表9]
[碱可溶性有机树脂]
制备或准备下述表10所示的碱可溶性有机树脂(O-1~O-15)。
(透明的碱可溶性有机硅树脂组合物的制备)
如下述表11~13所示制备、混合各种成分。将这些成分用孔径2.5微米的聚丙烯(PP)制过滤器加压过滤,得到实施例29~50和比较例3~5的液态组合物。
表11~13中的缩写的说明
TIN.144:TINUVIN144(BASF公司制)
TIN.152:TINUVIN152(BASF公司制)
TIN.622:TINUVIN622(BASF公司制)
SAB.119:SABOSTAB UV119(SABO公司制)
TIN.XT855FF:TINUVIN XT855FF(BASF公司制)
Irg.819:IRGACURE819(BASF公司制)
Luc.TPO:Lucirin TPO
EA1020:环氧丙烯酸酯“NK Oligo EA1020”(新中村化学工业株式会社制)
BPE500:乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯“BPE500”(新中村化学工业株式会社制)
A600:聚乙二醇#600二丙烯酸酯“A600”(新中村化学工业株式会社制)
M510:多元酸改性丙烯酸低聚物“ARONIXM510”(东亚合成株式会社制)
PGMEA:丙二醇单甲醚乙酸酯
PGME:丙二醇单甲醚
TIN.405:TINUVIN405(BASF公司制)
MEMO:3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(Shin-Etsu ChemicalCo.,Ltd.制)
AcMO:3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制)
叔丁基邻苯二酚:叔丁基邻苯二酚
MEHQ:甲基对苯二酚
[组合物的评价]
对于实施例29~50和比较例3~5中得到的清漆状组合物,对以下的项目进行评价,结果示于表14~16。
1.碱显影性
将得到的液态组合物旋涂于预先用碱水溶液进行了洗涤的玻璃基板上,然后通过95℃的预烘挥发溶剂。对于所得到的具有涂膜的玻璃基板,通过带有测试图案的掩模,利用i射线步进器曝光机(Nicon Corp.制型号名称NSR2005i8A)以曝光量400mJ/cm2进行曝光。其中,曝光在大气中进行。然后,使用碱显影液(AZ Electronic Material Co.,Ltd制显影液、2.38%四甲基氢氧化铵水溶液),在23℃、30秒×2次的条件下进行显影,用纯水进行冲洗,去除涂膜的未曝光部,得到膜厚10μm的图案。用光学显微镜观察所得到的图案,按照下述基准进行评价。
A:制作10个样品的图案,10个样品全部在图案间未确认到显影残留。
B:制作10个样品的图案,8或9个样品在图案间未确认到显影残留,但是1或2个样品在图案间确认到极少的显影残留。
C:制作10个样品的图案,1或2个样品在图案间未确认到显影残留,但是8或9个样品在图案间确认到少许显影残留。
D:制作10个样品的图案,10个样品全部在图案间的显影确认到显影残留。
2.图案形成性
用扫描电子显微镜(SEM)对上述得到的图案的断面进行观察,按照下述基准进行评价。
A:制作10个样品的图案,10个样品的全部图案以垂直或正锥状形成。
B:制作10个样品的图案,8或9个样品的图案的以垂直或正锥状形成,但是1或2个样品的图案极少一部分形成为弯曲或倒锥状。
C:制作10个样品的图案,1或2个样品的图案的以垂直或正锥状形成,但是8或9个样品的图案的一部分形成为弯曲或倒锥状。
D:制作10个样品的图案,10个样品的全部图案以弯曲或倒锥状形成。
3.透光性
将碱显影后得到的膜厚10μm的涂膜在大气下及220℃下烘焙30分钟,使用分光光度计UV-1600PC(岛津株式会社制),参比部放置没有涂膜的玻璃基板,测定800nm~300nm的透光率,确认400nm的透光率。
4.耐热裂纹性
将碱显影后得到的涂膜在大气下及220℃下烘焙360分钟,肉眼确认涂膜是否产生裂纹。
A:制作10个样品的涂膜,10个样品的全部涂膜未产生裂纹。
B:制作10个样品的涂膜,8或9个样品的涂膜未产生裂纹,但是1或2个样品的涂膜产生极少的裂纹。
C:制作10个样品的涂膜,1或2个样品的涂膜未产生裂纹,但是8或9个样品的涂膜产生少许裂纹。
D:制作10个样品的涂膜,10个样品的全部涂膜产生裂纹。
5.碱显影后的膜的耐热透明性
将碱显影后得到的膜厚10μm的涂膜在大气下及220℃下烘焙360分钟,使用分光光度计UV-1600PC(岛津株式会社制),参比部放置没有涂膜的玻璃基板,测定400nm的透光率。
[表16]
产业上的可利用性
本发明的感光性碱可溶有机硅树脂组合物能够适用作在触摸面板等显示装置的绝缘材料、半导体装置中的表面保护膜、层间绝缘膜、α射线屏蔽膜等的形成、以及在搭载有图像传感器或微型电机、或者微型致动器的半导体装置等及其形成中使用的树脂组合物。
Claims (28)
1.一种感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其含有:
一分子内具有羧基或二羧酸酐基的碱可溶性有机硅树脂(A);
酸值为10mgKOH/g~200mgKOH/g的碱可溶性树脂(B);和
光聚合引发剂(C),
该(A)成分或(B)成分具有光聚合性不饱和双键基团、或者该感光性碱可溶有机硅树脂组合物还含有具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)。
2.根据权利要求1所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,所述碱可溶性有机硅树脂(A)在一分子内还具有光聚合性不饱和双键基团。
3.根据权利要求1或2所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,所述碱可溶性有机硅树脂(A)是通过下述通式(I)所示的硅烷化合物(A-1)与下述通式(II)所示的硅烷化合物(A-2)的反应得到的,
R1R2 aSi(R3)3-a (I)
通式(I)中,R1是含有羧基或二羧酸酐基的碳原子数为4~20的一价有机基团,R2是甲基,R3是选自由甲氧基、乙氧基、丙氧基和异丙氧基组成的组中的至少一种一价有机基团、羟基、或氯(Cl),并且a是0或1的整数,
R4 bR5 cSi(R3)4-b-c (II)
通式(II)中,R4和R5是含有光聚合性不饱和双键基团或聚合性环状醚键合基团的碳原子数为2~20的基团、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为2~20的烷基芳基、任选被巯基或氨基取代的碳原子数为1~20的烷基、碳原子数为5~20的环烷基、或者含有羧基或二羧酸酐基的碳原子数为4~20的基团,R4和R5任选相同或不同,进而任选介由共价键相互连接,R3是选自由甲氧基、乙氧基、丙氧基和异丙氧基组成的组中的至少一种一价有机基团、羟基、或Cl,b是选自0~2中的整数,c是0或1的整数,并且b+c不会超过2。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,所述碱可溶性有机硅树脂(A)是通过使所述硅烷化合物(A-1)、所述硅烷化合物(A-2)和下述通式(III)所示的硅烷二醇化合物(A-3)在催化剂的存在下反应来得到的,
R6 2Si(OH)2 (III)
通式(III)中,R6是碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为2~20的烷基芳基、任选被巯基或氨基取代的碳原子数为1~20的烷基、或者碳原子数为5~20的环烷基,任选相同或不同,并且任选介由共价键相互连接。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,所述碱可溶性有机硅树脂(A)在一分子内还具有聚合性环状醚基。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,所述碱可溶性树脂(B)在一分子内具有光聚合性不饱和双键基团。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,所述碱可溶性树脂(B)在一分子内具有光聚合性不饱和双键基团、以及羧基或二羧酸酐基。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,所述碱可溶性树脂(B)为选自下组中的至少一种聚合物:由聚合性不饱和双键的反应物构成的乙烯基聚合物、由环氧基与羟基的加成反应物构成的环氧聚合物、由酚类与甲醛的反应物构成的芳香族亚甲基聚合物、由二醇与二异氰酸酯的反应物构成的氨基甲酸酯聚合物、以及由二羧酸与二环氧化物的反应物构成的酯聚合物。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,所述碱可溶性有机硅树脂(A)的酸值(mgKOH/g)与所述碱可溶性树脂(B)的酸值(mgKOH/g)之比、即酸值(A)/酸值(B)处于0.1以上且5.0以下的范围内。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,所述碱可溶性有机硅树脂(A)和所述碱可溶性树脂(B)这两者具有光聚合性不饱和双键基团,并且所述感光性碱可溶有机硅树脂组合物含有所述具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,在所述感光性碱可溶有机硅树脂组合物的FT-IR光谱中,在880cm-1~920cm-1的范围内没有极大的情况下选自最大的强度、存在一个极大的情况下选自该极大的强度、或者存在多个极大的情况下选自最大的极大的强度的强度Iy,与在1000cm-1~1100cm-1的范围内没有极大的情况下选自最大的强度、存在一个极大的情况下选自该极大的强度、或者存在多个极大的情况下选自最大的极大的强度的强度Ix之比,即Iy/Ix为0.01以上且0.4以下。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,对于所述感光性碱可溶有机硅树脂组合物而言,根据29Si-NMR光谱中的积分比通过下式(IV)算出的三维交联度(T)为0.15以下,
三维交联度(T)=(AT3+AQ3+AQ4*2)/{(AM0+AM1)+(AD0+AD1+AD2)+(AT0+AT1+AT2+AT3)+(AQ0+AQ1+AQ2+AQ3+AQ4)}(式IV)。
13.根据权利要求1~11中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,对于所述感光性碱可溶有机硅树脂组合物而言,根据29Si-NMR光谱中的积分比通过下式(V)算出的三维交联度(T’)为0.3以下,
三维交联度(T’)=(AT3)/(AT0+AT1+AT2+AT3) (式V)。
14.根据权利要求1~13中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,相对于所述感光性碱可溶有机硅树脂组合物中的全部固体成分,含有1质量%~98质量%的所述碱可溶性有机硅树脂(A)、1质量%~50质量%的所述碱可溶性树脂(B)、和0.01质量%~15质量%的所述光聚合引发剂(C)。
15.根据权利要求1~14中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,相对于所述感光性碱可溶有机硅树脂组合物中的全部固体成分,含有1质量%~98质量%的所述碱可溶性有机硅树脂(A)、1质量%~50质量%的所述碱可溶性树脂(B)、0.01质量%~15质量%的所述光聚合引发剂(C)、和5质量%~45质量%的所述具有光聚合性不饱和双键的化合物(D)。
16.根据权利要求1~15中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其还含有溶剂(E)。
17.根据权利要求1~16中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其还含有受阻胺系稳定剂(F)。
18.根据权利要求17所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,以所述感光性碱可溶有机硅树脂组合物中的全部固体成分的质量作为基准,含有0.001质量%~15质量%的所述受阻胺系稳定剂(F)。
19.根据权利要求1~18中任一项所述的感光性碱可溶有机硅树脂组合物,其中,在所述感光性碱可溶有机硅树脂组合物固化而成的固化物中,厚度10μm的该固化物在大气下、220℃以及3小时烘焙后的条件下的400nm波长下的光的透过率为70%以上。
20.一种固化物,其是将权利要求1~19中任一项所述的感光性碱可溶有机硅组合物固化而得到的。
21.一种透明绝缘膜,其是将权利要求1~19中任一项所述的感光性碱可溶有机硅组合物固化而得到的。
22.一种固化物,其是将含有聚有机硅氧烷(G)、该聚有机硅氧烷(G)以外的碱可溶性树脂(H)、光聚合引发剂(C)的树脂组合物固化而成的固化物,该固化物的根据固体29Si-NMR光谱中的积分比通过下式(IV)算出的三维交联度(T)为0.2以下,
三维交联度(T)=(AT3+AQ3+AQ4*2)/{(AM0+AM1)+(AD0+AD1+AD2)+(AT0+AT1+AT2+AT3)+(AQ0+AQ1+AQ2+AQ3+AQ4)} (式IV)。
23.一种固化物,其是将含有聚有机硅氧烷(G)、该聚有机硅氧烷(G)以外的碱可溶性树脂(H)、光聚合引发剂(C)的树脂组合物固化而成的固化物,该固化物的根据固体29Si-NMR光谱中的积分比通过下式(V)算出的三维交联度(T’)为0.45以下,
三维交联度(T’)=(AT3)/(AT0+AT1+AT2+AT3) (式V)。
24.根据权利要求22或23所述的固化物,其中,所述聚有机硅氧烷(G)是将具有羧酸基或羧酸酐基的硅烷化合物缩合而成的。
25.根据权利要求22~24中任一项所述的固化物,其中,所述聚有机硅氧烷(G)含有硅(Si)原子中与氧(O)原子键合的个数为两个的成分、和/或Si原子中与O原子键合的个数为三个的成分。
26.根据权利要求22~25中任一项所述的固化物,其中,所述树脂组合物还含有选自由受阻胺系稳定剂(F)、光交联性单体(I)、硅烷偶联剂(J)和紫外线吸收剂(K)组成的组中的至少一种。
27.根据权利要求22~26中任一项所述的固化物,其中,通过动态粘弹性测定(DMA)算出的所述固化物的玻璃化转变温度(Tg)为80℃以上。
28.根据权利要求22~27中任一项所述的固化物,其中,所述固化物具有10μm的厚度,并且所述固化物在大气下、220℃以及3小时烘焙后的条件下的400nm波长下的光的透过率为70%以上。
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