JP2019001961A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

To provide a semiconductor device comprising an insulation element excellent in heat resistance and to provide a method for manufacturing the semiconductor device.SOLUTION: The semiconductor device includes a cured product of a silsesquioxane derivative in an insulation element in the semiconductor device. The silsesquioxane derivative is a silsesquioxane derivative having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond and an alkoxysilyl group and the cured product thereof is a cured product produced by subjecting the silsesquioxane derivative produced by polycondensation of the alkoxysilyl group and/or hydrosilylation of the carbon-carbon unsaturated bond to heat treatment.SELECTED DRAWING: None

Description

本明細書は、半導体装置及びその製造方法に関する。   The present specification relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

半導体装置には、絶縁のほか、表面保護、封止、配線被覆、放熱等を目的として、また、プリント基板などの絶縁性基材などとして種々の絶縁性材料が用いられている。従来、半導体装置の絶縁性材料としては、ポリイミドやエポキシ樹脂などの樹脂材料が用いられてきている。   In addition to insulation, various insulating materials are used for semiconductor devices for the purpose of surface protection, sealing, wiring coating, heat dissipation, etc., and as insulating base materials such as printed boards. Conventionally, resin materials such as polyimide and epoxy resin have been used as insulating materials for semiconductor devices.

近年、GaNやSiCなどを半導体として用いたパワー半導体装置を、200℃以上の高温で作動させるための優れた耐熱性、絶縁耐圧性を備える絶縁性樹脂材料が求められるようになってきている。また、こうした樹脂材料には、さらに、良好な充填加工性、強度、絶縁性等を長期にわたって実現することも求められるようになってきている。   In recent years, an insulating resin material having excellent heat resistance and dielectric strength for operating a power semiconductor device using GaN, SiC or the like as a semiconductor at a high temperature of 200 ° C. or more has been demanded. Further, such resin materials are also required to realize good filling processability, strength, insulation, etc. over a long period of time.

シルセスキオキサンは、主鎖骨格がSi−O結合からなり、[R(SiO3/2)](Rは有機基を表す。)という、ケイ素原子1個に対して1.5個の酸素原子を有する構造単位(以下、T単位ともいう。)のみからなるポリシロキサンである。シルセスキオキサンは、無機シリカ(SiO2)と、シリコーン樹脂(R2SiO2/2)とに基づく中間的な特性を有していると考えられている。 Silsesquioxane is composed of Si—O bonds in the main chain skeleton, and [R (SiO 3/2 )] (R represents an organic group), 1.5 oxygen atoms per silicon atom. It is a polysiloxane consisting only of structural units having atoms (hereinafter also referred to as T units). Silsesquioxane is considered to have intermediate properties based on inorganic silica (SiO 2 ) and silicone resin (R 2 SiO 2/2 ).

一方、光半導体装置の封止樹脂材料として、光による着色を抑制するために、シルセスキオキサンを含む硬化性樹脂組成物が用いられている(特許文献1〜3)。また、シルセスキオキサンを含む硬化性樹脂組成物が、層間絶縁膜材料として用いられる場合もある(特許文献4)。   On the other hand, a curable resin composition containing silsesquioxane is used as a sealing resin material for an optical semiconductor device in order to suppress coloring by light (Patent Documents 1 to 3). Moreover, the curable resin composition containing silsesquioxane may be used as an interlayer insulation film material (patent document 4).

国際公開第2011/145638号パンフレットInternational Publication No. 2011/145638 Pamphlet 特開2014−31522号公報JP 2014-31522 A 特開2017−75216号公報JP 2017-75216 A 特開2012−9796号公報JP 2012-9796 A

これまでシルセスキオキサンは、あくまで、100℃〜200℃で触媒存在下又は触媒非存在下において、ラジカル反応、ヒドロシリル化反応やアルコキシシリル基の重縮合反応などにより硬化させて使用されていたに過ぎなかった。   Until now, silsesquioxane has been used after being cured by radical reaction, hydrosilylation reaction or polycondensation reaction of alkoxysilyl group in the presence or absence of a catalyst at 100 ° C. to 200 ° C. It wasn't too much.

一方、本発明者らによれば、少なくともT単位、すなわち、[R(SiO3/2)]を有し、アルコキシシリル基とヒドロシリル化反応可能な基とを有するシルセスキオキサン誘導体の硬化物は、例えば、400℃以上の高温であっても極めて優れた耐熱性を備えるほか、重量変化がほとんどなかった。このため、本発明者らは、かかるシルセスキオキサン誘導体の硬化物における組成や特性の変化や特性の向上等を想定することができなかった。 On the other hand, according to the present inventors, a cured product of a silsesquioxane derivative having at least a T unit, that is, [R (SiO 3/2 )], and having an alkoxysilyl group and a group capable of hydrosilylation reaction. For example, it had extremely excellent heat resistance even at a high temperature of 400 ° C. or higher, and had almost no change in weight. For this reason, the present inventors have not been able to envisage changes in the composition and properties, improvements in properties, and the like in the cured product of the silsesquioxane derivative.

本明細書は、耐熱性に優れる絶縁要素を備える半導体装置及びその製造方法を提供する。   The present specification provides a semiconductor device including an insulating element having excellent heat resistance and a method for manufacturing the semiconductor device.

本発明者らは、シルセスキオキサン誘導体の熱処理温度を種々に検討した結果、意外にも、シルセスキオキサン誘導体が有するアルコキシシリル基及び/又はヒドロシリル基の部分的架橋を伴う高温での硬化物が、良好な耐熱性及び絶縁耐圧のほか、良好な線膨張係数などを備えるようになるという知見を得た。耐熱性や絶縁耐圧とともにかかる特性を兼ね備えることは、半導体装置における絶縁要素により好適である。本明細書によれば、かかる知見に基づいて、以下の手段が提供される。   As a result of various investigations on the heat treatment temperature of the silsesquioxane derivative, the present inventors surprisingly found that the silsesquioxane derivative was cured at a high temperature accompanied by partial crosslinking of the alkoxysilyl group and / or hydrosilyl group of the silsesquioxane derivative. In addition to good heat resistance and dielectric strength, it has been found that the product has a good coefficient of linear expansion. Combining such characteristics with heat resistance and withstand voltage is more suitable for an insulating element in a semiconductor device. According to this specification, the following means are provided based on this knowledge.

[1]半導体装置であって、
前記半導体装置における絶縁要素にシルセスキオキサン誘導体の硬化物を含み、
前記シルセスキオキサン誘導体は、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するシルセスキオキサン誘導体を含む、半導体装置。
[2]前記硬化物は、前記アルコキシシリル基の重縮合及び/又は炭素−炭素不飽和結合のヒドロシリル化による前記シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物を400℃以上の温度で熱処理して得られる二次硬化物である、[1]に記載の半導体装置。
[3]前記熱処理の温度は、500℃以上である、[2]に記載の半導体装置。
[4]前記熱処理の温度は、800℃以下である、[2]又は[3]に記載の半導体装置。
[5]前記シルセスキオキサン誘導体は、以下の式(1)で表される、[1]〜[4]のいずれかに記載の半導体装置。

Figure 2019001961
〔式中、Aは、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基であり、R1は炭素原子数1〜20のアルキレン基、炭素原子数6〜20の2価の芳香族基、及び炭素原子数3〜20の2価の脂環族基から選択される少なくとも1種であり、nは0又は1であり、R2は水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、及び、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基(1分子中のR2は同一でも異なっていてもよい。)から選択される少なくとも1種であり、R3は水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、及び、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基から選択される少なくとも1種であり、R4は水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、及び、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基(1分子中のR4は同一でも異なっていてもよい。)から選択される少なくとも1種であり、R5は水素原子又は炭素原子数1〜6のアルキル基であり、v及びzは正の数であり、u、w、x及びyは0又は正の数であり、w、x及びyのうち少なくとも1つは正の数であり、0≦u/(v+w+x+y)≦2であり、0≦x/(v+w)≦2であり、0≦y/(v+w)≦2であり、0≦z/(v+w+x+y)≦1である。但し、w=0のとき、R2、R3及びR4のいずれか1つはヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基である。〕
[6]前記硬化物の比誘電率は、3.0以下である、[1]〜[5]のいずれかに記載の半導体装置。
[7]前記硬化物の絶縁破壊電圧は、10kV/mm以上である、[1]〜[6]のいずれかに記載の半導体装置。
[8]前記硬化物の線膨張係数は、100ppm/℃(100℃〜300℃)以下である、[1]〜[7]のいずれかに記載の半導体装置。
[9]前記硬化物の線熱膨張係数は、50ppm/℃(100℃〜300℃)以下である、[1]〜[8]のいずれかに記載の半導体装置。
[10]前記硬化物の熱拡散係数は、0.1mm2/s以上である、[1]〜[9]のいずれかに記載の半導体装置。
[11]半導体装置の製造方法であって、
前記半導体装置の絶縁要素となる部位に、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するシルセスキオキサン誘導体を含む絶縁性材料を供給する供給工程と、
前記シルセスキオキサン誘導体を硬化させる硬化工程と、
を備える、製造方法。
[12]前記硬化工程は、前記アルコキシシリル基の重縮合及び/又は炭素−炭素不飽和結合のヒドロシリル化によって一次硬化させて一次硬化物を得る一次硬化工程と、前記一次硬化物をさらなる熱処理によって硬化させて二次硬化物を得る二次硬化工程と、を含む、[11]に記載の製造方法。
[13]前記二次硬化工程は、前記一次硬化物を400℃以上の温度で熱処理する工程である、[12]に記載の製造方法。
[14]半導体装置の製造方法であって、
前記半導体装置の絶縁要素となる部位に、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するシルセスキオキサン誘導体の硬化物であって、前記アルコキシシリル基の重縮合及び/又は、炭素−炭素不飽和結合のヒドロシリル化による前記シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物を含む絶縁性材料を供給する供給工程と、
前記一次硬化物をさらなる熱処理によって硬化させて二次硬化物を得る二次硬化工程と、
を備える、製造方法。 [1] A semiconductor device,
The insulating element in the semiconductor device includes a cured product of a silsesquioxane derivative,
The silsesquioxane derivative includes a silsesquioxane derivative having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond, and an alkoxysilyl group.
[2] The cured product is obtained by heat-treating a primary cured product of the silsesquioxane derivative by polycondensation of the alkoxysilyl group and / or hydrosilylation of a carbon-carbon unsaturated bond at a temperature of 400 ° C. or higher. The semiconductor device according to [1], which is a secondary cured product.
[3] The semiconductor device according to [2], wherein the temperature of the heat treatment is 500 ° C. or higher.
[4] The semiconductor device according to [2] or [3], wherein the temperature of the heat treatment is 800 ° C. or lower.
[5] The semiconductor device according to any one of [1] to [4], wherein the silsesquioxane derivative is represented by the following formula (1).
Figure 2019001961
[In the formula, A is an organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction, R 1 is an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, and 6 carbon atoms. At least one selected from a divalent aromatic group having 20 to 20 carbon atoms and a divalent alicyclic group having 3 to 20 carbon atoms, n is 0 or 1, R 2 is a hydrogen atom, carbon An alkyl group having 1 to 10 atoms and an organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction (R 2 in one molecule may be the same or different. R 3 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a carbon atom having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond that can be hydrosilylated. At least one selected from organic groups, R 4 is hydrogen An atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction (R 4 in one molecule is the same or different. R 5 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, v and z are positive numbers, and u, w, x and y are 0 or a positive number, at least one of w, x and y is a positive number, 0 ≦ u / (v + w + x + y) ≦ 2, 0 ≦ x / (v + w) ≦ 2, and 0 ≦ y / (v + w) ≦ 2 and 0 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 1. However, when w = 0, any one of R 2 , R 3 and R 4 is an organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction. ]
[6] The semiconductor device according to any one of [1] to [5], wherein the relative permittivity of the cured product is 3.0 or less.
[7] The semiconductor device according to any one of [1] to [6], wherein the dielectric breakdown voltage of the cured product is 10 kV / mm or more.
[8] The semiconductor device according to any one of [1] to [7], wherein the cured product has a linear expansion coefficient of 100 ppm / ° C. (100 ° C. to 300 ° C.) or less.
[9] The semiconductor device according to any one of [1] to [8], wherein the cured product has a linear thermal expansion coefficient of 50 ppm / ° C. (100 ° C. to 300 ° C.) or less.
[10] The semiconductor device according to any one of [1] to [9], wherein the cured product has a thermal diffusion coefficient of 0.1 mm 2 / s or more.
[11] A method of manufacturing a semiconductor device,
A supply step of supplying an insulating material containing a silsesquioxane derivative having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond, and an alkoxysilyl group to a portion to be an insulating element of the semiconductor device;
A curing step of curing the silsesquioxane derivative;
A manufacturing method comprising:
[12] The curing step includes a primary curing step of obtaining a primary cured product by primary curing by polycondensation of the alkoxysilyl group and / or hydrosilylation of a carbon-carbon unsaturated bond, and further heating the primary cured product. A secondary curing step of obtaining a secondary cured product by curing, the production method according to [11].
[13] The production method according to [12], wherein the secondary curing step is a step of heat-treating the primary cured product at a temperature of 400 ° C. or higher.
[14] A method of manufacturing a semiconductor device,
A cured product of a silsesquioxane derivative having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond and an alkoxysilyl group at a site serving as an insulating element of the semiconductor device, wherein the polycondensation of the alkoxysilyl group and / or carbon A supply step of supplying an insulating material containing a primary cured product of the silsesquioxane derivative by hydrosilylation of a carbon unsaturated bond;
A secondary curing step of curing the primary cured product by further heat treatment to obtain a secondary cured product;
A manufacturing method comprising:

本明細書は、シルセスキオキサン誘導体の硬化物を含む絶縁要素を備える半導体装置及びその製造方法を開示する。本明細書に開示される半導体装置によれば、絶縁要素が、所定の条件で硬化されて得られるシルセスキオキサン誘導体の硬化物(以下、単に、本硬化物ともいう。)を含むため、例えば、高温の作動温度域においても安定した作動を確保できる半導体装置を提供することができる。本硬化物は、優れた耐熱性のほか、良好な絶縁性、絶縁破壊電圧、熱膨張性及び熱拡散性などを備えるために、半導体装置における絶縁要素として好適である。   The present specification discloses a semiconductor device including an insulating element including a cured product of a silsesquioxane derivative and a manufacturing method thereof. According to the semiconductor device disclosed in this specification, the insulating element includes a cured product of a silsesquioxane derivative obtained by curing under predetermined conditions (hereinafter, also simply referred to as a “cured product”). For example, a semiconductor device that can ensure stable operation even in a high temperature range can be provided. The cured product is suitable as an insulating element in a semiconductor device because it has excellent heat resistance, good insulation, dielectric breakdown voltage, thermal expansion, thermal diffusivity, and the like.

また、本硬化物の前駆体としてのシルセスキオキサン誘導体は、溶媒によらなくてもそれ自体低粘度に制御可能であるため、半導体装置に適用するのにも好適である。また、シルセスキオキサン誘導体は、その粘度の低さから、必要に応じて種々の成分、例えば、フィラー等を多量に配合することができるため、これらの成分により特性の改変も容易である。   In addition, since the silsesquioxane derivative as a precursor of the cured product can be controlled to have a low viscosity without using a solvent, it is suitable for application to a semiconductor device. Moreover, since the silsesquioxane derivative has a low viscosity, various components such as a filler can be blended in a large amount as required. Therefore, the properties can be easily modified by these components.

また、本硬化物は、例えば、キャスティング等によりフィルム、シートなどの形態に容易に成形可能であり、半導体装置への適用にあたって有用な場合がある。   In addition, the cured product can be easily formed into a film or sheet form by casting or the like, and may be useful for application to a semiconductor device.

本明細書において、炭素−炭素不飽和結合は、炭素−炭素二重結合又は炭素−炭素三重結合を意味する。また、本明細書において、半導体装置とは、特に限定するものではないが、例えば、電力変換や電力制御などに利用するいわゆるパワー半導体装置が挙げられる。パワー半導体装置に使用される素子や制御回路は特に限定するものではなく、公知の種々の素子や制御回路を包含している。また、本明細書における半導体装置は、単に素子や制御回路のみならず、放熱や冷却等のためのユニットを備える半導体モジュールも包含している。   In this specification, a carbon-carbon unsaturated bond means a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond. In the present specification, the semiconductor device is not particularly limited, and examples thereof include a so-called power semiconductor device used for power conversion, power control, and the like. The elements and control circuits used in the power semiconductor device are not particularly limited, and include various known elements and control circuits. Further, the semiconductor device in this specification includes not only an element and a control circuit but also a semiconductor module including a unit for heat dissipation and cooling.

また、半導体装置における絶縁要素とは、半導体装置において絶縁性、典型的には電流遮断性が求められる構成部分を包含する。また、絶縁要素は、半導体装置において少なくとも絶縁性の確保が要請されるものであればよく、表面保護、封止、素子分離、配線被覆、放熱、冷却等などを目的とする構成部分であってもよい。かかる絶縁要素としては、特に限定するものではないが、例えば、種々の形態の絶縁層、絶縁膜、絶縁性フィルム、絶縁性基板などが挙げられる。絶縁層としては、例えば、パワー半導体装置などの半導体装置に付加される放熱要素や冷却要素と当該半導体装置との間に介在させる絶縁層、絶縁性シート、絶縁性基材(基板)、パワー半導体装置などの半導体装置の封止層や封止用シート又はフィルム等が挙げられる。   In addition, the insulating element in the semiconductor device includes a component in the semiconductor device that is required to have insulating properties, typically, current interruption. Further, the insulating element may be any component that is required to ensure at least insulation in the semiconductor device, and is a component for the purpose of surface protection, sealing, element separation, wiring covering, heat dissipation, cooling, etc. Also good. Such insulating elements are not particularly limited, and examples thereof include various forms of insulating layers, insulating films, insulating films, and insulating substrates. As the insulating layer, for example, an insulating layer, an insulating sheet, an insulating base (substrate), a power semiconductor interposed between a semiconductor device such as a power semiconductor device and a heat radiating element or a cooling element added to the semiconductor device. Examples thereof include a sealing layer or a sealing sheet or film of a semiconductor device such as a device.

以下、本明細書に開示される半導体装置及び製造方法の実施形態について、詳細に説明する。なお、説明の都合上、シルセスキオキサン及び本硬化物についてまず説明する。   Hereinafter, embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method disclosed in this specification will be described in detail. For the convenience of explanation, silsesquioxane and the cured product will be described first.

(シルセスキオキサン誘導体)
シルセスキオキサンとは、主鎖骨格がSi−O結合からなるポリシロキサン[R(SiO3/2)](T単位ともいう。Rは有機基を表す。)をいう。本明細書におけるシルセスキオキサン誘導体とは、シルセスキオキサンを特徴づけるT単位を少なくとも有し、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するポリシロキサンを含む化合物である。以下、かかるシルセスキオキサン誘導体について説明する。
(Silsesquioxane derivatives)
Silsesquioxane refers to polysiloxane [R (SiO 3/2 )] (also referred to as T unit, where R represents an organic group) whose main chain skeleton is composed of Si—O bonds. The silsesquioxane derivative in this specification is a compound containing a polysiloxane having at least a T unit characterizing silsesquioxane and having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond, and an alkoxysilyl group. Hereinafter, such silsesquioxane derivatives will be described.

ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するシルセスキオキサンは、例えば、構成単位(1−1)、(1−2)、(1−3)、(1−4)、(1−5)及び(1−6)を備える以下の式(1)で表すことができる。式(1)におけるu、v、w、x、y及びzは、それぞれの構成単位のモル量を表す。なお、式(1)において、u、v、w、x、yおよびzは、シルセスキオキサン1分子が含有する各構成単位のモル数の割合の平均値を意味する。各構成単位の式には、構成単位のモル量を併せて示す。   Examples of the silsesquioxane having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond, and an alkoxysilyl group include the structural units (1-1), (1-2), (1-3), (1-4), ( It can be represented by the following formula (1) comprising 1-5) and (1-6). U, v, w, x, y, and z in Formula (1) represent the molar amount of each structural unit. In the formula (1), u, v, w, x, y and z mean the average value of the ratio of the number of moles of each structural unit contained in one molecule of silsesquioxane. The formula of each structural unit also shows the molar amount of the structural unit.

式(1)における構成単位(1−3)〜(1−6)のそれぞれについては、1種のみであってよいし、2種以上であってもよい。また、実際のシルセスキオキサン誘導体分子内の構成単位の縮合形態は、必ずしも式(1)の配列順通りでなくてよい。   About each of structural unit (1-3)-(1-6) in Formula (1), it may be only 1 type and 2 or more types may be sufficient as it. Further, the condensed form of the structural units in the actual silsesquioxane derivative molecule does not necessarily follow the arrangement order of the formula (1).

Figure 2019001961
Figure 2019001961

Figure 2019001961
Figure 2019001961

シルセスキオキサン誘導体は、式(1)における6つの構成単位、すなわち、構成単位(1−1)、構成単位(1−2)、構成単位(1−3)、構成単位(1−4)、構成単位(1−5)及び構成単位(1−6)から選択される構成単位を、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を含むように組み合わせて備えることができる。すなわち、ヒドロシリル基を含む構成単位として構成単位(1−2)、構成単位(1−4)及び構成単位(1−5)からなる群から選択される1種又は2種以上の構成単位を備え、炭素−炭素不飽和結合を含む構成単位として構成単位(1−3)、構成単位(1−4)及び構成単位(1−5)からなる群から選択される1種又は2種以上を備え、さらに、アルコキシ基を含む構成単位(1−6)を少なくとも備えることができる。   The silsesquioxane derivative has six structural units in the formula (1), that is, the structural unit (1-1), the structural unit (1-2), the structural unit (1-3), and the structural unit (1-4). The structural unit selected from the structural unit (1-5) and the structural unit (1-6) can be provided in combination so as to include a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond, and an alkoxysilyl group. That is, as the structural unit containing a hydrosilyl group, one or more structural units selected from the group consisting of the structural unit (1-2), the structural unit (1-4), and the structural unit (1-5) are provided. 1 or 2 or more types selected from the group consisting of the structural unit (1-3), the structural unit (1-4) and the structural unit (1-5) as a structural unit containing a carbon-carbon unsaturated bond Furthermore, at least the structural unit (1-6) containing an alkoxy group can be provided.

例えば、式(1)において、v及びzは正の数であり、u、w、x及びyは0又は正の数であり、w、x及びyのうち少なくとも1つは正の数である。   For example, in Formula (1), v and z are positive numbers, u, w, x, and y are 0 or positive numbers, and at least one of w, x, and y is a positive number. .

<構成単位(1−1)>
式(1)として表されるシルセスキオキサン誘導体における構成単位(1−1)の個数は特に限定するものではない。
<Structural unit (1-1)>
The number of structural units (1-1) in the silsesquioxane derivative represented by the formula (1) is not particularly limited.

<構成単位(1−2)>
構成単位(1−2)は、ヒドロシリル基を含んでいる。式(1)として表されるシルセスキオキサン誘導体の実際の一分子における構成単位(1−2)の個数は、特に限定するものではないが、例えば、好ましくは5以上100以下、より好ましくは6以上80以下、更に好ましくは7以上60以下、特に好ましくは8以上40以下である。
<Structural unit (1-2)>
The structural unit (1-2) includes a hydrosilyl group. The number of structural units (1-2) in an actual molecule of the silsesquioxane derivative represented by the formula (1) is not particularly limited, but is preferably 5 or more and 100 or less, more preferably, for example. It is 6 or more and 80 or less, more preferably 7 or more and 60 or less, and particularly preferably 8 or more and 40 or less.

<構成単位(1−3)>
構成単位(1−3)に含まれるAは、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基を表す。すなわち、この有機基Aは、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素二重結合又は炭素−炭素三重結合を持つ官能基である。かかる有機基Aの具体例としては、特に限定するものではないが、例えば、ビニル基、オルトスチリル基、メタスチリル基、パラスチリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロキシ基、メタクリロキシ基、1−プロペニル基、1−ブテニル基、1−ペンテニル基、3−メチル−1−ブテニル基、フェニルエテニル基、エチニル基、1−プロピニル基、1−ブチニル基、1−ペンチニル基、3−メチル−1−ブチニル基、フェニルブチニル基等が例示される。
<Structural unit (1-3)>
A contained in the structural unit (1-3) represents an organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction. That is, the organic group A is a functional group having a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond capable of hydrosilylation reaction. Specific examples of the organic group A include, but are not limited to, for example, vinyl group, orthostyryl group, methacrylyl group, parastyryl group, acryloyl group, methacryloyl group, acryloxy group, methacryloxy group, 1-propenyl group, 1-butenyl group, 1-pentenyl group, 3-methyl-1-butenyl group, phenylethenyl group, ethynyl group, 1-propynyl group, 1-butynyl group, 1-pentynyl group, 3-methyl-1-butynyl group And a phenylbutynyl group.

式(1)で表されるシルセスキオキサン誘導体は、全体として有機基Aを2個以上含むことができるが、その場合、全ての有機基Aは、互いに同一であってよいし、異なってもよい。また、複数の有機基Aが同一であり、異なる有機基Aを含んでもよい。有機基Aとしては、構成単位(1−3)を形成する原料モノマーが得やすいことから、炭素原子数が少ないビニル基及び反応性の良好なパラスチリル基が好ましい。炭素原子数が少ないことは、本硬化物を無機部分の割合を高くし、耐熱性の優れたものにすることができる。尚、無機部分とは、SiO(シロキサン)部分を意味する。   The silsesquioxane derivative represented by the formula (1) can contain two or more organic groups A as a whole, but in this case, all the organic groups A may be the same or different. Also good. Further, the plurality of organic groups A may be the same and may include different organic groups A. As the organic group A, a vinyl monomer having a small number of carbon atoms and a parastyryl group having good reactivity are preferable because a raw material monomer for forming the structural unit (1-3) is easily obtained. When the number of carbon atoms is small, the ratio of the inorganic portion of the present cured product can be increased and the heat resistance can be improved. In addition, an inorganic part means a SiO (siloxane) part.

構成単位(1−3)において、R1は、炭素原子数1〜20のアルキレン基(2価の脂肪族基)、炭素原子数6〜20の2価の芳香族基又は炭素原子数3〜20の2価の脂環族基から選択される少なくとも1種を表す。炭素原子数1〜20のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、i−プロピレン基、n−ブチレン基、i−ブチレン基等が例示される。炭素原子数6〜20の2価の芳香族基としてはフェニレン基、ナフチレン基等が例示される。また、炭素原子数3〜20の2価の脂環族基としては、ノルボルネン骨格、トリシクロデカン骨格又はアダマンタン骨格を有する2価の炭化水素基等が例示される。 In the structural unit (1-3), R 1 represents an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms (a divalent aliphatic group), a divalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms, or 3 to 3 carbon atoms. It represents at least one selected from 20 divalent alicyclic groups. Examples of the alkylene group having 1 to 20 carbon atoms include methylene group, ethylene group, n-propylene group, i-propylene group, n-butylene group, i-butylene group and the like. Examples of the divalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms include a phenylene group and a naphthylene group. Examples of the divalent alicyclic group having 3 to 20 carbon atoms include a divalent hydrocarbon group having a norbornene skeleton, a tricyclodecane skeleton, or an adamantane skeleton.

また、構成単位(1−3)において、nは0又は1である。炭素原子数が少ないほうが硬化被膜の耐熱性が高くなるので、n=0が好ましい。   In the structural unit (1-3), n is 0 or 1. Since the heat resistance of the cured film is higher when the number of carbon atoms is smaller, n = 0 is preferable.

式(1)として表されるシルセスキオキサン誘導体の実際の一分子における構成単位(1−3)の個数は、特に限定するものではないが、例えば、好ましくは0以上40以下、より好ましくは0以上30以下、更に好ましくは0以上20以下、特に好ましくは0以上10以下である。   The number of structural units (1-3) in an actual molecule of the silsesquioxane derivative represented by the formula (1) is not particularly limited, but is preferably 0 or more and 40 or less, more preferably It is 0 or more and 30 or less, more preferably 0 or more and 20 or less, and particularly preferably 0 or more and 10 or less.

<構成単位(1−4)>
構成単位(1−4)において、R2は、水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、及び、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基から選択される少なくとも1種を表す。
<Structural unit (1-4)>
In the structural unit (1-4), R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an organic compound having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond that can be hydrosilylated. It represents at least one selected from the group.

2におけるアルキル基は、脂肪族基及び脂環族基のいずれでもよく、また、直鎖状及び分岐状のいずれでもよい。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。R2におけるヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基は、既述の有機基Aと同義であり、既に説明した有機基Aに含まれる各種態様が含まれる。 The alkyl group for R 2 may be either an aliphatic group or an alicyclic group, and may be either linear or branched. Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, and a decyl group. The organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction in R 2 is synonymous with the organic group A described above, and various aspects included in the organic group A already described. Is included.

構成単位(1−4)に含まれる複数のR2は同種であってよく、異っていてもよい。R2としては、炭素原子数が少なく、本硬化物が耐熱性に優れることから、水素原子、メチル基及びビニル基が好ましい。 Several R < 2 > contained in a structural unit (1-4) may be the same kind, and may differ. R 2 is preferably a hydrogen atom, a methyl group, or a vinyl group since the number of carbon atoms is small and the cured product is excellent in heat resistance.

式(1)として表されるシルセスキオキサン誘導体の実際の一分子における構成単位(1−4)の個数は、特に限定するものではないが、例えば、好ましくは0以上40以下、より好ましくは0以上30以下、更に好ましくは0以上20以下、特に好ましくは0以上10以下である。   The number of structural units (1-4) in an actual molecule of the silsesquioxane derivative represented by the formula (1) is not particularly limited, but is preferably 0 or more and 40 or less, more preferably It is 0 or more and 30 or less, more preferably 0 or more and 20 or less, and particularly preferably 0 or more and 10 or less.

<構成単位(1−5)>
構成単位(1−5)において、R3は、水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、及び、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基から選択される少なくとも1種を表す。
<Structural unit (1-5)>
In the structural unit (1-5), R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an organic compound having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond that can be hydrosilylated. It represents at least one selected from the group.

3におけるアルキル基は、構成単位(1−4)中のR2と同義であり、既述の各種具体例を包含することができる。R3におけるヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基は、既述の有機基Aと同義であり、既に説明した有機基Aに含まれる各種態様が含まれる。R3としては、シルセスキオキサン誘導体の硬化反応に参加でき、炭素原子数が少なく、本硬化物が耐熱性に優れることから、水素原子及びビニル基が好ましい。 The alkyl group in R 3 has the same meaning as R 2 in the structural unit (1-4), and can include the various specific examples described above. The organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction in R 3 is synonymous with the organic group A described above, and various aspects included in the organic group A already described. Is included. R 3 is preferably a hydrogen atom or a vinyl group because it can participate in the curing reaction of the silsesquioxane derivative, has a small number of carbon atoms, and the cured product has excellent heat resistance.

構成単位(1−5)において、R4は、水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、及び、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基から選択される少なくとも1種である。R4におけるアルキル基は、構成単位(1−4)中のR2と同義であり、既述の各種具体例を包含することができる。また、R4におけるヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基は、既述の有機基Aと同義であり、既に説明した有機基Aに含まれる各種態様が含まれる。構成単位(1−5)に含まれる複数のR4は同種であってよく、異ってもよい。R4としては、良好な反応性や炭素原子数が少ないということから、水素原子、メチル基及びビニル基が好ましく、原料モノマーや中間製品の扱いやすさの面からメチル基が特に好ましい。 In the structural unit (1-5), R 4 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an organic compound having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond that can be hydrosilylated. It is at least one selected from the group. The alkyl group in R 4 has the same meaning as R 2 in the structural unit (1-4), and can include the various specific examples described above. Further, the organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction in R 4 is synonymous with the organic group A described above, and is included in the organic group A already described. Various embodiments are included. The plurality of R 4 contained in the structural unit (1-5) may be the same or different. R 4 is preferably a hydrogen atom, a methyl group or a vinyl group because of good reactivity and a small number of carbon atoms, and a methyl group is particularly preferred from the viewpoint of easy handling of raw material monomers and intermediate products.

式(1)として表されるシルセスキオキサン誘導体の実際の一分子における構成単位(1−5)の個数は、特に限定するものではないが、例えば、好ましくは0.1以上50以下、より好ましくは0.5以上30以下、更に好ましくは1以上20以下、特に好ましくは2以上10以下である。   The number of structural units (1-5) in the actual molecule of the silsesquioxane derivative represented by the formula (1) is not particularly limited, but is preferably 0.1 or more and 50 or less, for example. Preferably they are 0.5 or more and 30 or less, More preferably, they are 1 or more and 20 or less, Most preferably, they are 2 or more and 10 or less.

<構成単位(1−6)>
構成単位(1−6)において、R5は水素原子又は炭素原子数1〜6のアルキル基であり、脂肪族基及び脂環族基のいずれでもよく、また、直鎖状及び分岐状のいずれでもよい。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。
<Structural unit (1-6)>
In the structural unit (1-6), R 5 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and may be either an aliphatic group or an alicyclic group, and may be any of linear or branched But you can. Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group.

構成単位(1−6)は、後述する原料モノマーに含まれる加水分解性基であるアルコキシ基、又は、反応溶媒に含まれたアルコールが、原料モノマーの加水分解性基と置換して生成したアルコキシ基であって、加水分解・重縮合せずに分子内に残存したものであるか、あるいは、加水分解後、重縮合せずに分子内に残存した水酸基である。   The structural unit (1-6) is an alkoxy group produced by substitution of an alkoxy group, which is a hydrolyzable group contained in a raw material monomer described later, or an alcohol contained in a reaction solvent, with the hydrolyzable group of the raw material monomer. A group which remains in the molecule without hydrolysis and polycondensation, or a hydroxyl group which remains in the molecule without hydrolysis and polycondensation after hydrolysis.

式(1)として表されるシルセスキオキサン誘導体の実際の一分子における構成単位(1−6)の個数は、特に限定するものではないが、例えば、好ましくは0.1以上20以下、より好ましくは0.2以上10以下、更に好ましくは0.3以上8以下、特に好ましくは0.5以上5以下である。   The number of structural units (1-6) in an actual molecule of the silsesquioxane derivative represented by the formula (1) is not particularly limited, but is preferably 0.1 or more and 20 or less, for example. Preferably they are 0.2 or more and 10 or less, More preferably, they are 0.3 or more and 8 or less, Most preferably, they are 0.5 or more and 5 or less.

式(1)における各構成単位のモル量である、u、v、w、x及びyの関係は、式(1)で表されるシルセスキオキサン誘導体が、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有する限り、特に限定するものではないが、例えば、0≦u/(v+w+x+y)≦2であり、より好ましくは0≦u/(v+w+x+y)≦1.5、更に好ましくは0≦u/(v+w+x+y)≦1、特に好ましくは0≦u/(v+w+x+y)≦0.8である。u/(v+w+x+y)が大きすぎると、シルセスキオキサン誘導体がゲル化する傾向にあるか、もしくは保存安定性が低下する傾向にある。   The relationship between u, v, w, x, and y, which is the molar amount of each structural unit in formula (1), is that the silsesquioxane derivative represented by formula (1) is hydrosilyl group, carbon-carbon unsaturated. Although not particularly limited as long as it has a bond and an alkoxysilyl group, for example, 0 ≦ u / (v + w + x + y) ≦ 2, more preferably 0 ≦ u / (v + w + x + y) ≦ 1.5, and more preferably 0. ≦ u / (v + w + x + y) ≦ 1, particularly preferably 0 ≦ u / (v + w + x + y) ≦ 0.8. When u / (v + w + x + y) is too large, the silsesquioxane derivative tends to gel or storage stability tends to decrease.

式(1)において、v、w及びxの関係は、特に限定するものではないが、例えば、0≦x/(v+w)≦2であり、より好ましくは0≦x/(v+w)≦1、更に好ましくは0≦x/(v+w)≦0.7、特に好ましくは0≦x/(v+w)≦0.5である。x/(v+w)が大きすぎると、無触媒下で加熱した場合に、得られる本硬化物の耐熱性が低下する傾向にある。   In the formula (1), the relationship between v, w and x is not particularly limited. For example, 0 ≦ x / (v + w) ≦ 2, more preferably 0 ≦ x / (v + w) ≦ 1, More preferably, 0 ≦ x / (v + w) ≦ 0.7, and particularly preferably 0 ≦ x / (v + w) ≦ 0.5. When x / (v + w) is too large, the heat resistance of the obtained cured product tends to decrease when heated in the absence of a catalyst.

式(1)において、v、w及びyの関係は、特に限定するものではないが、例えば、0≦y/(v+w)≦2であり、より好ましくは0≦y/(v+w)≦1、更に好ましくは0≦y/(v+w)≦0.7、特に好ましくは0≦y/(v+w)≦0.4である。y/(v+w)が大きすぎると、無触媒下で加熱した場合に、得られる本硬化物の耐熱性が低下する傾向にある。   In the formula (1), the relationship between v, w and y is not particularly limited. For example, 0 ≦ y / (v + w) ≦ 2, more preferably 0 ≦ y / (v + w) ≦ 1, More preferably, 0 ≦ y / (v + w) ≦ 0.7, and particularly preferably 0 ≦ y / (v + w) ≦ 0.4. If y / (v + w) is too large, the heat resistance of the obtained cured product tends to decrease when heated in the absence of a catalyst.

式(1)において、v、w、x、y及びzの関係は、特に限定するものではないが、例えば、0.01≦z/(v+w+x+y)≦1であり、より好ましくは0.02≦z/(v+w+x+y)≦0.5、特に好ましくは0.03≦z/(v+w+x+y)≦0.3である。z/(v+w+x+y)が小さすぎると、無触媒下で加熱した場合に、硬化性が低下する傾向にある。一方、z/(v+w+x+y)が大きすぎると、シルセスキオキサン誘導体の保存安定性が低下する傾向にあるか、加熱した場合に、得られる本硬化物の耐熱性が低下する傾向にある。   In the formula (1), the relationship between v, w, x, y and z is not particularly limited, but for example, 0.01 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 1, more preferably 0.02 ≦. z / (v + w + x + y) ≦ 0.5, particularly preferably 0.03 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 0.3. If z / (v + w + x + y) is too small, the curability tends to decrease when heated in the absence of a catalyst. On the other hand, if z / (v + w + x + y) is too large, the storage stability of the silsesquioxane derivative tends to decrease, or when heated, the heat resistance of the resulting cured product tends to decrease.

式(1)において、w=0のとき、R2、R3及びR4の少なくとも1つは、ヒドロシリル化反応可能な炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基である。上記式(1)におけるv、w、x、y及びzが上記条件を満たすシルセスキオキサン誘導体は、低粘度であって取り扱い作業性に優れ、均一で平滑で耐熱性に優れた硬化被膜を形成することができる。 In formula (1), when w = 0, at least one of R 2 , R 3 and R 4 is an organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction. . The silsesquioxane derivative in which v, w, x, y and z in the above formula (1) satisfy the above conditions is a low-viscosity, excellent handling workability, uniform, smooth and excellent heat resistance. Can be formed.

<分子量等>
シルセスキオキサン誘導体の数平均分子量は、300〜30,000の範囲にあることが好ましい。かかるシルセスキオキサンは、それ自体低粘性であり、有機溶剤に溶け易く、その溶液の粘度も扱い易く、保存安定性に優れる。数平均分子量は、より好ましくは500〜15,000、更に好ましくは700〜10,000、特に好ましくは1,000〜5,000である。数平均分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフ)により、例えば、後述の〔実施例〕における測定条件で、標準物質としてポリスチレンを使用して求めることができる。
<Molecular weight, etc.>
The number average molecular weight of the silsesquioxane derivative is preferably in the range of 300 to 30,000. Such silsesquioxane itself has a low viscosity, is easily soluble in an organic solvent, is easy to handle the viscosity of the solution, and is excellent in storage stability. The number average molecular weight is more preferably 500 to 15,000, still more preferably 700 to 10,000, and particularly preferably 1,000 to 5,000. The number average molecular weight can be determined by GPC (gel permeation chromatograph), for example, using polystyrene as a standard substance under the measurement conditions in [Example] described later.

シルセスキオキサン誘導体は、液状であって、25℃における粘度が30,000mPa・s以下であることが好ましく、10,000mPa・s以下であることがより好ましく、5,000mPa・s以下であることが更に好ましく、3,000mPa・s以下であることが特に好ましく、1,000mPa・s以下であることが特に好ましい。但し、上記粘度の下限は、通常、1mPa・sである。   The silsesquioxane derivative is liquid and has a viscosity at 25 ° C. of preferably 30,000 mPa · s or less, more preferably 10,000 mPa · s or less, and 5,000 mPa · s or less. Is more preferably 3,000 mPa · s or less, particularly preferably 1,000 mPa · s or less. However, the lower limit of the viscosity is usually 1 mPa · s.

<シルセスキオキサン誘導体の製造方法>
シルセスキオキサン誘導体は、公知の方法で製造することができる。シルセスキオキサン誘導体の製造方法は、国際公開第2005/01007号パンフレット、同第2009/066608号パンフレット、同第2013/099909号パンフレット、特開2011−052170号公報、特開2013−147659号公報等においてポリシロキサンの製造方法として詳細に開示されている。
<Method for producing silsesquioxane derivative>
The silsesquioxane derivative can be produced by a known method. A method for producing a silsesquioxane derivative is disclosed in International Publication Nos. 2005/01007, 2009/0666608, 2013/0999909, JP2011-052170, and JP2013-147659. Are disclosed in detail as a method for producing polysiloxane.

シルセスキオキサン誘導体は、例えば、以下の方法で製造することができる。すなわち、シルセスキオキサン誘導体の製造方法は、適当な反応溶媒中で、縮合により、上記式(1)中の構成単位を与える原料モノマーの加水分解・重縮合反応を行う縮合工程を備えることができる。この縮合工程においては、構成単位(1−1)を形成する、シロキサン結合生成基を4個有するケイ素化合物(以下、「Qモノマー」という。)と、構成単位(1−2)及び(1−3)を形成する、シロキサン結合生成基を3個有するケイ素化合物(以下、「Tモノマー」という。)と、構成単位(1−4)を形成する、シロキサン結合生成基を2個有するケイ素化合物(以下、「Dモノマー」という。)と、シロキサン結合生成基を1個有する構成単位(1−5)を形成する、ケイ素化合物(以下、「Mモノマー」という。)とを用いることができる。   The silsesquioxane derivative can be produced, for example, by the following method. That is, the method for producing a silsesquioxane derivative includes a condensation step of performing a hydrolysis / polycondensation reaction of a raw material monomer that gives the structural unit in the above formula (1) by condensation in an appropriate reaction solvent. it can. In this condensation step, a silicon compound having four siloxane bond-forming groups (hereinafter referred to as “Q monomer”), which forms the structural unit (1-1), the structural units (1-2) and (1- 3) a silicon compound having three siloxane bond-forming groups (hereinafter referred to as “T monomer”) and a silicon compound having two siloxane bond-forming groups forming a structural unit (1-4) ( Hereinafter, a “D monomer”) and a silicon compound (hereinafter referred to as “M monomer”) that forms the structural unit (1-5) having one siloxane bond-forming group can be used.

本明細書において、具体的には、構成単位(1−2)を形成するTモノマーと、構成単位(1−3)を形成するTモノマー、構成単位(1−4)を形成するDモノマー、及び、構成単位(1−5)を形成するMモノマーの少なくとも1つとが用いられる。原料モノマーを、反応溶媒の存在下に、加水分解・重縮合反応させた後に、反応液中の反応溶媒、副生物、残留モノマー、水等を留去させる留去工程を備えることが好ましい。   In this specification, specifically, a T monomer that forms the structural unit (1-2), a T monomer that forms the structural unit (1-3), a D monomer that forms the structural unit (1-4), And at least one of M monomers forming the structural unit (1-5). It is preferable to provide a distillation step of distilling off the reaction solvent, by-products, residual monomers, water, etc. in the reaction solution after subjecting the raw material monomer to hydrolysis / polycondensation reaction in the presence of the reaction solvent.

原料モノマーであるQモノマー、Tモノマー、Dモノマー又はMモノマーに含まれるシロキサン結合生成基は、水酸基又は加水分解性基である。このうち、加水分解性基としては、ハロゲノ基、アルコキシ基等が挙げられる。Qモノマー、Tモノマー、Dモノマー及びMモノマーの少なくとも1つは、加水分解性基を有することが好ましい。縮合工程において、加水分解性が良好であり、酸を副生しないことから、加水分解性基としては、アルコキシ基が好ましく、炭素原子数1〜3のアルコキシ基がより好ましい。   The siloxane bond-forming group contained in the Q monomer, T monomer, D monomer or M monomer, which are raw material monomers, is a hydroxyl group or a hydrolyzable group. Among these, examples of the hydrolyzable group include a halogeno group and an alkoxy group. At least one of the Q monomer, T monomer, D monomer and M monomer preferably has a hydrolyzable group. In the condensation step, hydrolyzability is good, and since no acid is by-produced, the hydrolyzable group is preferably an alkoxy group, more preferably an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms.

縮合工程において、各々の構成単位に対応するQモノマー、Tモノマー又はDモノマーのシロキサン結合生成基はアルコキシ基であり、Mモノマーに含まれるシロキサン結合生成基はアルコキシ基又はシロキシ基であることが好ましい。また、各々の構成単位に対応するモノマーは、単独で用いてよいし、2種以上を組み合わせて用いることができる。   In the condensation step, the siloxane bond-forming group of the Q monomer, T monomer, or D monomer corresponding to each structural unit is preferably an alkoxy group, and the siloxane bond-forming group contained in the M monomer is preferably an alkoxy group or a siloxy group. . Moreover, the monomer corresponding to each structural unit may be used independently, and can be used in combination of 2 or more type.

構成単位(1−1)を与えるQモノマーとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられる。構成単位(1−2)を与えるTモノマーとしては、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、トリクロロシラン等が挙げられる。構成単位(1−3)を与えるTモノマーとしては、トリメトキシビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、(p−スチリル)トリメトキシシラン、(p−スチリル)トリエトキシシラン、(3−メタクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(3−メタクリロイルオキシプロピル)トリエトキシシラン、(3−アクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(3−アクリロイルオキシプロピル)トリエトキシシラン等が挙げられる。構成単位(1−4)を与えるDモノマーとしては、ジメトキシジメチルシラン、ジメトキシジエチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシジエチルシラン、ジプロポキシジメチルシラン、ジプロポキシジエチルシラン、ジメトキシベンジルメチルシラン、ジエトキシベンジルメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、ジメトキシメチルシラン、ジメトキシメチルビニルシラン、ジエトキシメチルシラン、ジエトキシメチルビニルシラン等が挙げられる。構成単位(1−5)を与えるMモノマーとしては、加水分解により2つの構成単位(1−5)を与えるヘキサメチルジシロキサンの他に、ヘキサエチルジシロキサン、ヘキサプロピルジシロキサン、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、メトキシジメチルシラン、エトキシジメチルシラン、メトキシジメチルビニルシラン、エトキシジメチルビニルシラン、メトキシトリメチルシラン、エトキシトリメチルシラン、メトキシジメチルフェニルシラン、エトキシジメチルフェニルシラン、クロロジメチルシラン、クロロジメチルビニルシラン、クロロトリメチルシラン、ジメチルシラノール、ジメチルビニルシラノール、トリメチルシラノール、トリエチルシラノール、トリプロピルシラノール、トリブチルシラノール等が挙げられる。構成単位(1−6)を与える有機化合物としては、2−プロパノール、2−ブタノール、メタノール、エタノール等のアルコールが挙げられる。   Examples of the Q monomer that gives the structural unit (1-1) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane. Examples of the T monomer that gives the structural unit (1-2) include trimethoxysilane, triethoxysilane, tripropoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, methyltriisopropoxysilane, and ethyltrimethoxy. Examples include silane, ethyltriethoxysilane, propyltriethoxysilane, butyltrimethoxysilane, cyclohexyltrimethoxysilane, cyclohexyltriethoxysilane, and trichlorosilane. Examples of the T monomer that gives the structural unit (1-3) include trimethoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, (p-styryl) trimethoxysilane, (p-styryl) triethoxysilane, and (3-methacryloyloxypropyl) trimethoxysilane. , (3-methacryloyloxypropyl) triethoxysilane, (3-acryloyloxypropyl) trimethoxysilane, (3-acryloyloxypropyl) triethoxysilane, and the like. As the D monomer giving the structural unit (1-4), dimethoxydimethylsilane, dimethoxydiethylsilane, diethoxydimethylsilane, diethoxydiethylsilane, dipropoxydimethylsilane, dipropoxydiethylsilane, dimethoxybenzylmethylsilane, diethoxybenzyl Examples include methylsilane, dichlorodimethylsilane, dimethoxymethylsilane, dimethoxymethylvinylsilane, diethoxymethylsilane, and diethoxymethylvinylsilane. Examples of the M monomer that gives the structural unit (1-5) include hexaethyldisiloxane, hexapropyldisiloxane, 1,1, in addition to hexamethyldisiloxane that gives two structural units (1-5) by hydrolysis. 3,3-tetramethyldisiloxane, 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, methoxydimethylsilane, ethoxydimethylsilane, methoxydimethylvinylsilane, ethoxydimethylvinylsilane, methoxytrimethylsilane, ethoxytrimethyl Silane, methoxydimethylphenylsilane, ethoxydimethylphenylsilane, chlorodimethylsilane, chlorodimethylvinylsilane, chlorotrimethylsilane, dimethylsilanol, dimethylvinylsilanol, trimethylsilanol, triethylsilanol Tripropyl silanol, tributyl silanol and the like. Examples of the organic compound that gives the structural unit (1-6) include alcohols such as 2-propanol, 2-butanol, methanol, and ethanol.

縮合工程においては、反応溶媒としてアルコールを用いることができる。アルコールは、一般式R−OHで表される、狭義のアルコールであり、アルコール性水酸基の他には官能基を有さない化合物である。特に限定するものではないが、かかる具体例としては、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、2−ブタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、シクロペンタノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−2−ペンタノール、2−メチル−3−ペンタノール、3−メチル−3−ペンタノール、2−エチル−2−ブタノール、2,3−ジメチル−2−ブタノール、シクロヘキサノール等が例示できる。これらの中でも、イソプロピルアルコール、2−ブタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、3−メチル−2−ブタノール、シクロペンタノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、3−メチル−2−ペンタノール、シクロヘキサノール等の第2級アルコールが用いられる。縮合工程においては、これらのアルコールを1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。より好ましいアルコールは、縮合工程で必要な濃度の水を溶解できる化合物である。このような性質のアルコールは、20℃におけるアルコールの100gあたりの水の溶解度が10g以上の化合物である。   In the condensation step, alcohol can be used as a reaction solvent. Alcohol is a narrowly defined alcohol represented by the general formula R—OH, and is a compound having no functional group in addition to the alcoholic hydroxyl group. Specific examples include, but are not limited to, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 2-butanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-2-butanol, 3- Methyl-2-butanol, cyclopentanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 2-methyl-2-pentanol, 3-methyl-2-pentanol, 2-methyl-3-pentanol, 3-methyl-3 -Pentanol, 2-ethyl-2-butanol, 2,3-dimethyl-2-butanol, cyclohexanol and the like can be exemplified. Among these, isopropyl alcohol, 2-butanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 3-methyl-2-butanol, cyclopentanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 3-methyl-2-pentanol, Secondary alcohols such as cyclohexanol are used. In the condensation step, these alcohols can be used alone or in combination of two or more. More preferred alcohols are compounds that can dissolve water at the concentration required in the condensation step. The alcohol having such a property is a compound having a water solubility of 10 g or more per 100 g of alcohol at 20 ° C.

縮合工程で用いるアルコールは、加水分解・重縮合反応の途中における追加投入分も含めて、全ての反応溶媒の合計量に対して0.5質量%以上用いることで、生成するシルセスキオキサン誘導体のゲル化を抑制することができる。好ましい使用量は1質量%以上60質量%以下であり、更に好ましくは3質量%以上40質量%以下である。   The alcohol used in the condensation step is a silsesquioxane derivative produced by using 0.5% by mass or more based on the total amount of all the reaction solvents, including additional input during the hydrolysis / polycondensation reaction. Can be prevented from gelling. A preferable usage amount is 1% by mass or more and 60% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 40% by mass or less.

縮合工程で用いる反応溶媒は、アルコールのみであってよいし、さらに、少なくとも1種類の副溶媒との混合溶媒としても良い。副溶媒は、極性溶剤及び非極性溶剤のいずれでもよいし、両者の組み合わせでもよい。極性溶剤として好ましいものは炭素原子数3若しくは7〜10の第2級又は第3級アルコール、炭素原子数2〜20のジオール等である。尚、副溶媒として第1級アルコールを用いる場合には、その使用量を、反応溶媒全体の5質量%以下にすることが好ましい。好ましい極性溶剤は、工業的に安価に入手できる2−プロパノールであり、2−プロパノールと、本発明に係るアルコールとを併用することにより、本発明に係るアルコールが加水分解工程で必要な濃度の水を溶解できないものである場合でも、極性溶剤と共に必要量の水を溶解でき、本発明の効果を得ることができる。好ましい極性溶剤の量は、本発明に係るアルコールの1質量部に対して20質量部以下であり、より好ましくは1〜20質量部、特に好ましくは3〜10質量部である。   The reaction solvent used in the condensation step may be only alcohol, or may be a mixed solvent with at least one sub-solvent. The sub-solvent may be either a polar solvent or a nonpolar solvent, or a combination of both. Preferred as the polar solvent is a secondary or tertiary alcohol having 3 or 7 to 10 carbon atoms, a diol having 2 to 20 carbon atoms, or the like. In addition, when using primary alcohol as a subsolvent, it is preferable to use the usage-amount to 5 mass% or less of the whole reaction solvent. A preferred polar solvent is 2-propanol which can be obtained industrially at low cost. By using 2-propanol and the alcohol according to the present invention in combination, the alcohol according to the present invention has a concentration of water necessary for the hydrolysis step. Even if it is a thing which cannot melt | dissolve, a required amount of water can be melt | dissolved with a polar solvent, and the effect of this invention can be acquired. The amount of the preferred polar solvent is 20 parts by mass or less, more preferably 1 to 20 parts by mass, and particularly preferably 3 to 10 parts by mass with respect to 1 part by mass of the alcohol according to the present invention.

非極性溶剤としては、特に限定するものではないが、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、塩素化炭化水素、アルコール、エーテル、アミド、ケトン、エステル、セロソルブ等が挙げられる。これらの中では、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素及び芳香族炭化水素が好ましい。こうした非極性溶媒としては、特に限定するものではないが、例えば、n−ヘキサン、イソヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、塩化メチレン等が、水と共沸するので好ましく、これらの化合物を併用すると、縮合工程後、シルセスキオキサン誘導体を含む反応混合物から、蒸留によって反応溶媒を除く際に、水分を効率よく留去することができる。非極性溶剤としては、比較的沸点が高いことから、芳香族炭化水素であるキシレンが特に好ましい。非極性溶剤の使用量は、本発明に係るアルコールの1質量部に対して50質量部以下であり、より好ましくは1〜30質量部、特に好ましくは5〜20質量部である。   Non-polar solvents include, but are not limited to, aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, chlorinated hydrocarbons, alcohols, ethers, amides, ketones, esters, cellosolves, and the like. . Among these, aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons are preferable. Such a nonpolar solvent is not particularly limited, but for example, n-hexane, isohexane, cyclohexane, heptane, toluene, xylene, methylene chloride, and the like are preferable because they azeotrope with water. After the condensation step, water can be efficiently distilled off from the reaction mixture containing the silsesquioxane derivative when the reaction solvent is removed by distillation. As the nonpolar solvent, xylene which is an aromatic hydrocarbon is particularly preferable since it has a relatively high boiling point. The usage-amount of a nonpolar solvent is 50 mass parts or less with respect to 1 mass part of alcohol which concerns on this invention, More preferably, it is 1-30 mass parts, Most preferably, it is 5-20 mass parts.

縮合工程における加水分解・重縮合反応は、水の存在下に進められる。原料モノマーに含まれる加水分解性基を加水分解させるために用いられる水の量は、加水分解性基に対して好ましくは0.5〜5倍モル、より好ましくは1〜2倍モルである。また、原料モノマーの加水分解・重縮合反応は、無触媒で行ってもよいし、触媒を使用して行ってもよい。触媒を用いる場合は、通常、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸等の無機酸;ギ酸、酢酸、シュウ酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸に例示される酸触媒が好ましく用いられる。酸触媒の使用量は、原料モノマーに含まれるケイ素原子の合計量に対して、0.01〜20モル%に相当する量であることが好ましく、0.1〜10モル%に相当する量であることがより好ましい。   The hydrolysis / polycondensation reaction in the condensation step proceeds in the presence of water. The amount of water used for hydrolyzing the hydrolyzable group contained in the raw material monomer is preferably 0.5 to 5 times mol, more preferably 1 to 2 times mol for the hydrolyzable group. Further, the hydrolysis / polycondensation reaction of the raw material monomer may be performed without a catalyst or may be performed using a catalyst. In the case of using a catalyst, usually an acid catalyst exemplified by inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid; and organic acids such as formic acid, acetic acid, oxalic acid and paratoluenesulfonic acid is preferably used. The amount of the acid catalyst used is preferably an amount corresponding to 0.01 to 20 mol%, and an amount corresponding to 0.1 to 10 mol%, based on the total amount of silicon atoms contained in the raw material monomer. More preferably.

縮合工程における加水分解・重縮合反応の終了は、既述の各種公報等に記載される方法にて適宜検出することができる。なお、シルセスキオキサン誘導体の製造の縮合工程においては、反応系に助剤を添加することができる。例えば、反応液の泡立ちを抑える消泡剤、反応罐や撹拌軸へのスケール付着を防ぐスケールコントロール剤、重合防止剤、ヒドロシリル化反応抑制剤等が挙げられる。これらの助剤の使用量は、任意であるが、好ましくは反応混合物中のシルセスキオキサン誘導体濃度に対して1〜100質量%程度である。   The completion of the hydrolysis / polycondensation reaction in the condensation step can be appropriately detected by the methods described in the various publications described above. In the condensation step for producing the silsesquioxane derivative, an auxiliary agent can be added to the reaction system. Examples thereof include an antifoaming agent that suppresses foaming of the reaction solution, a scale control agent that prevents the scale from adhering to the reaction tank and the stirring shaft, a polymerization inhibitor, and a hydrosilylation reaction inhibitor. Although the usage-amount of these adjuvants is arbitrary, Preferably it is about 1-100 mass% with respect to the silsesquioxane derivative density | concentration in a reaction mixture.

シルセスキオキサン誘導体の製造における縮合工程後、縮合工程より得られた反応液に含まれる反応溶媒及び副生物、残留モノマー、水等を留去させる留去工程を備えることにより、生成したシルセスキオキサン誘導体の安定性を向上させることができる。   After the condensation step in the production of the silsesquioxane derivative, it is provided with a distillation step for distilling off the reaction solvent and by-products, residual monomers, water, etc. contained in the reaction liquid obtained from the condensation step, thereby producing the produced silsesquioxane. The stability of the oxane derivative can be improved.

<シルセスキオキサン誘導体の硬化物及びシルセスキオキサン誘導体の硬化方法>
シルセスキオキサン誘導体は、シルセスキオキサン誘導体中のアルコキシシリル基の加水分解・重縮合及び/又はシルセスキオキサン中のヒドロシリル基とヒドロシリル化反応可能な炭素−炭素不飽和基とのヒドロシリル化反応によって、架橋構造を有するシルセスキオキサン誘導体の硬化物(本硬化物)を得ることができる。本硬化物の製造は、無触媒であってもよいし、ヒドロシリル化反応用の触媒の使用を伴っていてもよい。硬化のために用いうる触媒については後段で詳述する。
<Hardened product of silsesquioxane derivative and curing method of silsesquioxane derivative>
The silsesquioxane derivative is a hydrosilylation of an alkoxysilyl group in the silsesquioxane derivative and / or a hydrosilylation reaction between the hydrosilyl group in the silsesquioxane and a carbon-carbon unsaturated group capable of hydrosilylation. By the reaction, a cured product (main cured product) of the silsesquioxane derivative having a crosslinked structure can be obtained. The production of the cured product may be catalyst-free or may involve the use of a catalyst for the hydrosilylation reaction. The catalyst that can be used for curing will be described in detail later.

本硬化物は、特に限定するものではないが、例えば、400℃以上の温度においてシルセスキオキサン誘導体中のアルコキシシリル基の加水分解・重縮合及び/又はシルセスキオキサン誘導体中のヒドロシリル基とヒドロシリル化反応可能な炭素−炭素不飽和基とのヒドロシリル化反応による架橋構造を備えることができる。400℃未満であると、未反応のアルコキシシリル基やヒドロシリル基が残存しやすくなる傾向があるからである。また、400℃以上の温度の熱処理において得られるこうした架橋構造を備えることで、耐熱性などのほか、半導体装置の絶縁要素として好適な熱膨張係数や熱拡散係数などを得ることができる。   Although this hardened | cured material is not specifically limited, For example, at the temperature of 400 degreeC or more, hydrolysis and polycondensation of the alkoxysilyl group in a silsesquioxane derivative, and / or the hydrosilyl group in a silsesquioxane derivative, and A crosslinked structure by a hydrosilylation reaction with a carbon-carbon unsaturated group capable of hydrosilylation reaction can be provided. This is because if it is lower than 400 ° C., unreacted alkoxysilyl groups and hydrosilyl groups tend to remain. Further, by providing such a crosslinked structure obtained in a heat treatment at a temperature of 400 ° C. or higher, in addition to heat resistance, it is possible to obtain a thermal expansion coefficient and a thermal diffusion coefficient suitable as an insulating element of a semiconductor device.

熱処理温度は、耐熱性、熱膨張係数及び熱拡散係数の観点からは、また例えば450℃以上であり、また例えば500℃以上であり、また例えば550℃以上であり、また例えば600℃以上である。550℃以上であると、線膨張係数及び熱拡散係数が半導体装置の絶縁要素として一層好適なものとなる。550℃以上であると、線膨張係数及び熱拡散係数がさらに向上する。また、熱処理温度の上限も特に限定するものではないが、例えば、800℃以下であり、また例えば750℃以下であり、また例えば700℃以下であり、また例えば650℃以下である。また例えば600℃以下である。また、熱処理温度の好適な範囲は、上記下限温度及び上記上限温度のそれぞれを適宜組み合わせた範囲とすることができるが、例えば、500℃以上800℃以下であり、また例えば、550℃以上800℃以下であり、また例えば600℃以上800℃以下であり、また例えば550℃以上600℃以下である。550℃以上600℃以下の範囲では、線膨張係数が良好である。なお、かかる熱処理温度までの昇温速度は、特に限定するものではなく、例えば、5〜20℃/分などとすることができる。また、かかる熱処理温度における保持時間も特に限定するものではないが、例えば、0.1〜10時間であり、0.5〜5時間が好ましい。   From the viewpoint of heat resistance, thermal expansion coefficient and thermal diffusion coefficient, the heat treatment temperature is also, for example, 450 ° C. or higher, for example, 500 ° C. or higher, for example, 550 ° C. or higher, and for example, 600 ° C. or higher. . When the temperature is 550 ° C. or higher, the linear expansion coefficient and the thermal diffusion coefficient become more suitable as an insulating element of a semiconductor device. When it is 550 ° C. or higher, the linear expansion coefficient and the thermal diffusion coefficient are further improved. Also, the upper limit of the heat treatment temperature is not particularly limited, but is, for example, 800 ° C. or lower, for example, 750 ° C. or lower, for example, 700 ° C. or lower, and for example, 650 ° C. or lower. For example, it is 600 degrees C or less. Further, the preferable range of the heat treatment temperature can be a range appropriately combining the lower limit temperature and the upper limit temperature, for example, 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, and for example, 550 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. For example, 600 ° C. or more and 800 ° C. or less, and for example, 550 ° C. or more and 600 ° C. or less. In the range from 550 ° C. to 600 ° C., the linear expansion coefficient is good. In addition, the temperature increase rate to this heat processing temperature is not specifically limited, For example, it can be set as 5-20 degreeC / min. Further, the holding time at the heat treatment temperature is not particularly limited, but is, for example, 0.1 to 10 hours, and preferably 0.5 to 5 hours.

本硬化物は、このようにシルセスキオキサン誘導体に対して触媒の存在下又は非存在下で、アルコキシシリル基及び/又はヒドロシリル基に基づく架橋反応を生じさせて得られる硬化物であればよく、シルセスキオキサン誘導体を一挙に上記温度で熱処理する硬化工程により本硬化物を取得してもよいが、安定した特性を発揮する本硬化物を取得する観点からは、以下に示すように、一次硬化工程及び二次硬化工程を含む二段階硬化工程を実施して取得することもできる。   The cured product may be a cured product obtained by causing a crosslinking reaction based on an alkoxysilyl group and / or a hydrosilyl group in the presence or absence of a catalyst with respect to the silsesquioxane derivative. The cured product may be obtained by a curing process in which the silsesquioxane derivative is heat-treated at the above temperature all at once, but from the viewpoint of obtaining the cured product that exhibits stable characteristics, as shown below, It can also be obtained by carrying out a two-stage curing process including a primary curing process and a secondary curing process.

<シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物及び一次硬化方法>
シルセスキオキサン誘導体は、アルコキシシリル基及び/又はヒドロシリル基と炭素−炭素不飽和結合による架橋に基づく一次硬化物を得ることができる。かかる硬化物は、少なくともヒドロシリル基による架橋が部分的に生じている状態となっている。
<Primary cured product and primary curing method of silsesquioxane derivative>
The silsesquioxane derivative can obtain a primary cured product based on crosslinking by an alkoxysilyl group and / or a hydrosilyl group and a carbon-carbon unsaturated bond. Such a cured product is in a state in which at least partial cross-linking by hydrosilyl groups occurs.

シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物を得るには、シルセスキオキサン誘導体をヒドロシリル化反応用触媒の非存在下において50℃以上200℃以下の温度で加熱する工程を実施することができる。また例えば、100℃以上150℃以下の温度で加熱する工程を実施してもよい。50℃以上200℃以下の温度範囲においては、硬化温度を一定としてもよいし、昇温及び/又は降温を組み合わせてもよい。50℃以上200℃以下の温度においては、主にアルコキシシリル基の反応(加水分解・重縮合反応)により一部硬化させて、架橋構造を形成する。また、ヒドロシリル化反応による架橋構造が一部形成される場合もある。かかる一次硬化により、二次硬化物の熱安定性がより向上することが挙げられる。   In order to obtain a primary cured product of the silsesquioxane derivative, a step of heating the silsesquioxane derivative at a temperature of 50 ° C. or more and 200 ° C. or less in the absence of the hydrosilylation reaction catalyst can be performed. For example, you may implement the process heated at the temperature of 100 to 150 degreeC. In the temperature range of 50 ° C. or more and 200 ° C. or less, the curing temperature may be constant or a combination of temperature increase and / or temperature decrease. At a temperature of 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, a crosslinked structure is formed by partially curing mainly by a reaction of an alkoxysilyl group (hydrolysis / polycondensation reaction). Moreover, a part of the crosslinked structure may be formed by a hydrosilylation reaction. It can be mentioned that the thermal stability of the secondary cured product is further improved by the primary curing.

一次硬化物を得る一次硬化工程は、例えば、以下の方法で実施することができる。すなわち、板状基材や粒状基材などの所望の形状の基材の表面にシルセスキオキサン誘導体の塗膜を形成し、既述のように、50℃以上200℃以下の温度に加熱し、シルセスキオキサン誘導体塗膜を一部硬化させる。これによってシルセスキオキサン誘導体の流動性をなくし、必要に応じて、この積層物(シルセスキオキサン誘導体の一次硬化皮膜を備える板状基材や粒状基材)を加工等して、所望の形状としたりすることができる。   The primary curing step for obtaining the primary cured product can be performed, for example, by the following method. That is, a coating film of a silsesquioxane derivative is formed on the surface of a base material having a desired shape such as a plate-like base material or a granular base material, and heated to a temperature of 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower as described above. The silsesquioxane derivative coating film is partially cured. This eliminates the fluidity of the silsesquioxane derivative and, if necessary, processes this laminate (a plate-like substrate or a granular substrate provided with a primary cured film of the silsesquioxane derivative) to obtain a desired Or shape.

50℃以上200℃以下の温度で一次硬化させる場合の前段の硬化時間は、通常、0.1〜10時間であり、0.5〜5時間が好ましい。   In the case of primary curing at a temperature of 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, the previous curing time is usually 0.1 to 10 hours, preferably 0.5 to 5 hours.

また、ヒドロシリル基が架橋した一次硬化物を得るには、ヒドロシリル化反応用の触媒を使用することもできる。この場合は、比較的低い温度(例えば、室温〜200℃、好ましくは50℃〜150℃)で硬化できる。但し、得られるシルセスキオキサン誘導体の硬化物が未反応のアルコキシシリル基を有するものとなりやすい傾向がある。ヒドロシリル化反応用の触媒を使用する場合の硬化時間は、通常、0.05〜24時間であり、0.1〜5時間が好ましい。   In addition, in order to obtain a primary cured product having a hydrosilyl group crosslinked, a catalyst for hydrosilylation reaction can also be used. In this case, it can be cured at a relatively low temperature (for example, room temperature to 200 ° C., preferably 50 ° C. to 150 ° C.). However, the cured product of the silsesquioxane derivative obtained tends to have an unreacted alkoxysilyl group. When using the catalyst for hydrosilylation reaction, the curing time is usually 0.05 to 24 hours, preferably 0.1 to 5 hours.

ヒドロシリル化反応用の触媒としては、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、白金等の第8属から第10属金属の単体、有機金属錯体、金属塩、金属酸化物等が挙げられる。通常、白金系触媒が使用される。白金系触媒としては、cis−PtCl2(PhCN)2、白金カーボン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサンが配位した白金錯体(Pt(dvs))、白金ビニルメチル環状シロキサン錯体、白金カルボニル・ビニルメチル環状シロキサン錯体、トリス(ジベンジリデンアセトン)二白金、塩化白金酸、ビス(エチレン)テトラクロロ二白金、シクロオクタジエンジクロロ白金、ビス(シクロオクタジエン)白金、ビス(ジメチルフェニルホスフィン)ジクロロ白金、テトラキス(トリフェニルホスフィン)白金等が例示される。これらのうち、特に好ましくは1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサンが配位した白金錯体(Pt(dvs))、白金ビニルメチル環状シロキサン錯体、白金カルボニル・ビニルメチル環状シロキサン錯体である。なお、Phはフェニル基を表す。触媒の使用量は、シルセスキオキサン誘導体の量に対して、0.1質量ppm〜1000質量ppmであることが好ましく、0.5〜100質量ppmであることがより好ましく、1〜50質量ppmであることが更に好ましい。 Examples of the catalyst for hydrosilylation reaction include simple substances of Group 8 to Group 10 metals such as cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, iridium, and platinum, organometallic complexes, metal salts, and metal oxides. Usually, a platinum-based catalyst is used. Platinum catalysts include cis-PtCl 2 (PhCN) 2 , platinum carbon, platinum complex coordinated with 1,3-divinyltetramethyldisiloxane (Pt (dvs)), platinum vinylmethyl cyclic siloxane complex, platinum carbonyl Vinylmethyl cyclic siloxane complex, tris (dibenzylideneacetone) diplatinum, chloroplatinic acid, bis (ethylene) tetrachlorodiplatinum, cyclooctadienedichloroplatinum, bis (cyclooctadiene) platinum, bis (dimethylphenylphosphine) dichloroplatinum And tetrakis (triphenylphosphine) platinum. Of these, platinum complexes (Pt (dvs)) coordinated with 1,3-divinyltetramethyldisiloxane, platinum vinylmethyl cyclic siloxane complexes, and platinum carbonyl / vinylmethyl cyclic siloxane complexes are particularly preferable. Ph represents a phenyl group. The amount of the catalyst used is preferably 0.1 mass ppm to 1000 mass ppm, more preferably 0.5 to 100 mass ppm, and more preferably 1 to 50 mass based on the amount of the silsesquioxane derivative. More preferably, it is ppm.

ヒドロシリル化反応用の触媒を使用する場合、触媒が添加されたシルセスキオキサン誘導体のゲル化抑制および保存安定性向上のため、ヒドロシリル化反応抑制剤が添加されてもよい。ヒドロシリル化反応抑制剤の例としては、メチルビニルシクロテトラシロキサン、アセチレンアルコール類、シロキサン変性アセチレンアルコール類、ハイドロパーオキサイド、窒素原子、イオウ原子またはリン原子を含有するヒドロシリル化反応抑制剤などが挙げられる。   When using a catalyst for hydrosilylation reaction, a hydrosilylation reaction inhibitor may be added to suppress gelation and improve storage stability of the silsesquioxane derivative to which the catalyst is added. Examples of hydrosilylation reaction inhibitors include methylvinylcyclotetrasiloxane, acetylene alcohols, siloxane-modified acetylene alcohols, hydroperoxides, hydrosilylation reaction inhibitors containing nitrogen atoms, sulfur atoms, or phosphorus atoms. .

(シルセスキオキサン誘導体の二次硬化物及び二次硬化方法>
シルセスキオキサン誘導体の二次硬化物は、一次硬化物に対してさらなる熱処理を付与することにより得ることができる。一次硬化物を熱処理する温度は、既に説明した本硬化を得るための熱処理のための温度に関する各種態様を採用することができる。本硬化物を得るための熱処理温度として既述した温度で硬化することにより耐熱性に優れるシルセスキオキサン誘導体の二次硬化物を得ることができる。
(Secondary cured product and secondary curing method of silsesquioxane derivative>
The secondary cured product of the silsesquioxane derivative can be obtained by applying further heat treatment to the primary cured product. As the temperature at which the primary cured product is heat-treated, various aspects relating to the temperature for the heat treatment for obtaining the main curing already described can be adopted. By curing at the temperature described above as the heat treatment temperature for obtaining the main cured product, a secondary cured product of the silsesquioxane derivative having excellent heat resistance can be obtained.

二次硬化のための熱処理時間は、特に限定するものではないが、例えば、通常、0.1〜10時間であり、0.5〜5時間が好ましい。   Although the heat processing time for secondary curing is not specifically limited, For example, it is 0.1 to 10 hours normally, and 0.5 to 5 hours are preferable.

シルセスキオキサン誘導体の一次硬化及び二次硬化を含むシルセスキオキサン誘導体の硬化工程は、触媒の有無に関わらず、空気中で行われてもよいし、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中で行ってもよく、また、減圧下で行ってもよい。但し、シルセスキオキサン誘導体中に存在するアルコキシシリル基の反応を促進するためには、アルコキシシリル基が加水分解反応できる程度に水分を含む雰囲気であることが好ましい。空気中であれば、空気に含まれる水分により、アルコキシシリル基の加水分解反応が進行し、また、ヒドロシリル基が酸素により酸化されてヒドロキシシリル基を生成するため、十分な硬化を進めることができる。一方、不活性ガス雰囲気下や減圧下では、酸化による体積変化などの影響を受けにくくなるため、クラックの少ない硬化物を得ることができる。シルセスキオキサン誘導体の硬化物の他の製造方法として、一次硬化は空気中で行い、二次硬化を空気中または窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中または減圧下で行う方法が好ましい。   The curing process of the silsesquioxane derivative including primary curing and secondary curing of the silsesquioxane derivative may be performed in air with or without a catalyst, or in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas. Or may be carried out under reduced pressure. However, in order to promote the reaction of the alkoxysilyl group present in the silsesquioxane derivative, it is preferable that the atmosphere contains water to such an extent that the alkoxysilyl group can undergo a hydrolysis reaction. In the air, the hydrolysis reaction of the alkoxysilyl group proceeds due to moisture contained in the air, and the hydrosilyl group is oxidized by oxygen to form a hydroxysilyl group, so that sufficient curing can proceed. . On the other hand, in an inert gas atmosphere or under reduced pressure, it is less susceptible to volume changes due to oxidation, and a cured product with few cracks can be obtained. As another method for producing a cured product of a silsesquioxane derivative, a method in which primary curing is performed in air and secondary curing is performed in air, an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, or under reduced pressure is preferable.

本硬化物の耐熱性は、示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA)などにより評価することができる。シルセスキオキサン誘導体をヒドロシリル化反応用の触媒を使用しないで硬化させて得られるシルセスキオキサン誘導体の硬化物は、1000℃での重量減少率を5%程度とすることができ、高耐熱性を示す。また、ヒドロシリル化反応用の触媒を使用しても、触媒量等の調節によって、硬化物の1000℃での重量減少率が10%程度とすることができ、高耐熱性を示す。   The heat resistance of the cured product can be evaluated by a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement device (TG / DTA) or the like. The cured product of the silsesquioxane derivative obtained by curing the silsesquioxane derivative without using a catalyst for hydrosilylation reaction can have a weight reduction rate of about 5% at 1000 ° C. Showing gender. Moreover, even if the catalyst for hydrosilylation reaction is used, the weight reduction rate at 1000 degreeC of hardened | cured material can be about 10% by adjustment of the catalyst amount etc., and high heat resistance is shown.

本硬化物は、こうした耐熱性のほか、半導体装置の絶縁要素として用いる特性を備えていることがわかった。本硬化物の比誘電率は、例えば、3.0以下とすることができる。なお、より好ましくは、2.5以下である。比誘電率は、例えば、70mm×70mm×2mmの銅板にシルセスキオキサン誘導体(触媒を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。以下、試験試料の作製に関し同様である。)をスピンコートで塗布後、硬化させて試験試料(70mm×70mm×2μm厚)を作製し、この試験試料につき、ブリッジ法により測定することができる。誘電率は、インピーダンスアナライザとしてHP4284A LCR(アジレント・テクノロジー株式会社製)又はその同等物を用いて、電極:HP16451B(アジレント・テクノロジー株式会社製)又はその同等物を用いて、以下の条件にて、測定を行うことができる。
<測定条件>
測定前処理:空気中(21±1℃、54±4%RH、96時間)
測定雰囲気:空気中(21℃、51%RH)
主電極直径:38mm
電極材料:導電性銀ペースト ドータイトD−500(藤倉化成株式会社製)
印加電圧:1.00V
周波数:1MHz
積算回数:256回
In addition to such heat resistance, the cured product was found to have characteristics to be used as an insulating element of a semiconductor device. The relative dielectric constant of this hardened | cured material can be 3.0 or less, for example. In addition, More preferably, it is 2.5 or less. The relative dielectric constant is, for example, a 70 mm × 70 mm × 2 mm copper plate and a silsesquioxane derivative (which may or may not contain a catalyst. The same applies to the preparation of test samples hereinafter). Is applied by spin coating and cured to prepare a test sample (70 mm × 70 mm × 2 μm thickness), and the test sample can be measured by a bridge method. The dielectric constant is HP4284A LCR (manufactured by Agilent Technologies, Inc.) or an equivalent thereof as an impedance analyzer, and electrode: HP16451B (manufactured by Agilent Technologies, Inc.) or an equivalent thereof. Measurements can be made.
<Measurement conditions>
Pretreatment for measurement: In air (21 ± 1 ° C, 54 ± 4% RH, 96 hours)
Measurement atmosphere: In air (21 ° C, 51% RH)
Main electrode diameter: 38mm
Electrode material: Conductive silver paste Doutite D-500 (manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.)
Applied voltage: 1.00V
Frequency: 1MHz
Integration count: 256 times

また、本硬化物の絶縁破壊電圧は、10kV/mm以上とすることができる。好ましくは、20kV/mm以上であり、より好ましくは30kV/mm以上であり、さらに好ましくは40kV/mm以上であり、なお好ましくは50kV/mm以上である。絶縁破壊電圧は、銅板などの導電性板上に、銀ペーストを塗布し、その上に、試験片(本硬化物(サイズ40mm×40mm×厚み450μm)を設置し、24時間空気中で放置する。その後、銅板において試験片以外の領域を絶縁体で被覆して、KIKUSUI Electronic Corp.TOS 8700,Withstanding Voltage Tester又はその同等物を用いて、交流5mAで、0Vから20V/secで昇圧し、通電した時の電圧を読み取ることで得ることができる。   Moreover, the dielectric breakdown voltage of this hardened | cured material can be 10 kV / mm or more. Preferably, it is 20 kV / mm or more, More preferably, it is 30 kV / mm or more, More preferably, it is 40 kV / mm or more, More preferably, it is 50 kV / mm or more. For the breakdown voltage, a silver paste is applied on a conductive plate such as a copper plate, and a test piece (mainly cured product (size 40 mm × 40 mm × thickness 450 μm) is placed thereon and left in the air for 24 hours. Then, the copper plate is covered with an insulator other than the test piece, and the current is increased from 0 V to 20 V / sec at 5 mA AC using a KIKUSUI Electronic Corp. TOS 8700, Withstanding Voltage Tester or equivalent. It can be obtained by reading the voltage at the time.

本硬化物の線膨張係数は、100ppm/℃(100℃〜300℃)以下とすることができる。好ましくは、50ppm/℃(100℃〜300℃)以下であり、より好ましくは、20ppm/℃(100℃〜300℃)以下であり、さらに好ましくは、15ppm/℃(100℃〜300℃)以下である。また、本硬化物の線膨張係数は、50ppm/℃(200℃〜300℃)、20ppm/℃(200℃〜300℃)、15ppm/℃(200℃〜300℃)であってもよい。本硬化物は、より高温で無機化が進行するため線膨張係数が良好になる傾向がある。   The linear expansion coefficient of this hardened | cured material can be 100 ppm / degrees C (100 degreeC-300 degreeC) or less. Preferably, it is 50 ppm / ° C (100 ° C to 300 ° C) or less, more preferably 20 ppm / ° C (100 ° C to 300 ° C) or less, and further preferably 15 ppm / ° C (100 ° C to 300 ° C) or less. It is. The linear expansion coefficient of the cured product may be 50 ppm / ° C. (200 ° C. to 300 ° C.), 20 ppm / ° C. (200 ° C. to 300 ° C.), or 15 ppm / ° C. (200 ° C. to 300 ° C.). The cured product tends to have a good coefficient of linear expansion because mineralization proceeds at a higher temperature.

線膨張係数は、例えば、1cm×1cm×2mm厚のサイズをくりぬいた型に、シルセスキオキサン誘導体を注いで硬化させて試験試料(1cm×1cm×2mm厚)を作製し、この試験試料につき、熱機械分析装置(TMA Q400、TA Instruments社製)又はその同等物を用いて、5℃/分で300℃まで加熱してN2雰囲気下、圧縮モードで測定することができる。 For example, the linear expansion coefficient is obtained by pouring a silsesquioxane derivative into a mold in which a size of 1 cm × 1 cm × 2 mm thickness is hollowed and curing the test sample (1 cm × 1 cm × 2 mm thickness). Using a thermomechanical analyzer (TMA Q400, manufactured by TA Instruments) or an equivalent thereof, the sample can be heated to 300 ° C. at 5 ° C./min and measured in a compressed mode in an N 2 atmosphere.

本硬化物の熱拡散係数は、0.1mm2/s以上とすることができる。好ましくは、0.2mm2/s以上であり、より好ましくは0.3mm2/s以上とすることができる。熱拡散係数は、例えば、13mm×13mm×1mm厚のサイズをくりぬいた型に、シルセスキオキサン誘導体を注いで硬化させて試験試料(13mm×13mm×1mm厚)を作製し、この試験試料につき、レーザフラッシュ法に基づく熱拡散率測定装置(例えば、LFA467、NETZSCH社製)又はその同等物を用いて測定することができる。本硬化物は、400℃以上の温度での熱処理、より好ましくは450℃以上、さらに好ましくは500℃以上、なお好ましくは550℃以上、一層好ましくは600℃以上の温度での熱処理により、アルコキシシリル基及び/又はヒドロシリル基に基づく架橋反応により、無機的な構造が増大すると考えられるため、従来のポリイミドやエポキシ樹脂に比較して優れた熱伝導性を備えることができる。 The thermal diffusion coefficient of this hardened | cured material can be 0.1 mm < 2 > / s or more. Preferably, it is 0.2 mm 2 / s or more, more preferably 0.3 mm 2 / s or more. The thermal diffusion coefficient is, for example, a test sample (13 mm × 13 mm × 1 mm thickness) prepared by pouring a silsesquioxane derivative into a mold hollowed out with a size of 13 mm × 13 mm × 1 mm thickness. The thermal diffusivity measuring device based on the laser flash method (for example, LFA467, manufactured by NETZSCH) or an equivalent thereof can be used. The cured product is subjected to heat treatment at a temperature of 400 ° C. or higher, more preferably 450 ° C. or higher, more preferably 500 ° C. or higher, still more preferably 550 ° C. or higher, more preferably 600 ° C. or higher. Since the inorganic structure is considered to increase due to the crosslinking reaction based on the group and / or the hydrosilyl group, it can have excellent thermal conductivity as compared with conventional polyimides and epoxy resins.

本硬化物は、これらの各種特性をいずれも備えていることが好適である。   The cured product preferably has all of these various characteristics.

シルセスキオキサン誘導体の一次硬化及び二次硬化を含むシルセスキオキサン誘導体の硬化は種々の形態で実施が可能である。例えば、シルセスキオキサン誘導体は、25℃における粘度が、30000mPa・s以下の液状物質であるので、一次硬化にあたって、基材に対してそのまま塗布することができるが、必要に応じて溶剤で希釈して使用することもできる。溶剤を使用する場合、シルセスキオキサン誘導体を溶解する溶剤が好ましく、その例としては、脂肪族系炭化水素溶剤、芳香族系炭化水素溶剤、塩素化炭化水素溶剤、アルコール溶剤、エーテル溶剤、アミド溶剤、ケトン溶剤、エステル溶剤、セロソルブ溶剤等の各種有機溶剤を挙げることができる。溶剤が使用された場合は、シルセスキオキサン誘導体の硬化のための加熱に先立って、塗布された膜に含まれる溶剤を揮発させることが好ましい。溶剤の揮発は空気中でなされてもよく、不活性ガス雰囲気中でなされてもよく、また、減圧下でなされてもよい。溶剤の揮発のため加熱してもよいが、その場合の加熱温度は、200℃未満が好ましく、50℃以上150℃以下がより好ましい。本硬化物の他の製造方法において、シルセスキオキサン誘導体を50℃以上200℃未満又は50℃以上150℃以下に加熱して一部硬化させ、これを溶剤の揮発工程とすることも可能である。   Curing of the silsesquioxane derivative including primary curing and secondary curing of the silsesquioxane derivative can be carried out in various forms. For example, since the silsesquioxane derivative is a liquid substance having a viscosity at 25 ° C. of 30000 mPa · s or less, it can be directly applied to the substrate in the primary curing, but diluted with a solvent as necessary. Can also be used. When the solvent is used, a solvent that dissolves the silsesquioxane derivative is preferable, and examples thereof include aliphatic hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents, chlorinated hydrocarbon solvents, alcohol solvents, ether solvents, amides. Examples include various organic solvents such as a solvent, a ketone solvent, an ester solvent, and a cellosolve solvent. When a solvent is used, it is preferable to volatilize the solvent contained in the applied film prior to heating for curing the silsesquioxane derivative. The solvent may be volatilized in the air, in an inert gas atmosphere, or under reduced pressure. Although heating may be performed for volatilization of the solvent, the heating temperature in that case is preferably less than 200 ° C, more preferably 50 ° C or more and 150 ° C or less. In another production method of the cured product, the silsesquioxane derivative may be partially cured by heating to 50 ° C. or more and less than 200 ° C. or 50 ° C. or more and 150 ° C. or less, and this may be used as a solvent volatilization step. is there.

シルセスキオキサン誘導体は、硬化に供される際に、各種添加剤が添加されてもよい。添加剤の例としては、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン類(トリアルコキシシラン、トリアルコキシビニルシランなど)などの反応性希釈剤などが挙げられる。これら添加剤は、得られる本硬化物が耐熱性を損なわない範囲で使用される。   When the silsesquioxane derivative is subjected to curing, various additives may be added. Examples of the additive include reactive diluents such as tetraalkoxysilane and trialkoxysilanes (trialkoxysilane, trialkoxyvinylsilane, etc.). These additives are used as long as the obtained cured product does not impair the heat resistance.

<半導体装置及びその製造方法>
本明細書に開示される半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の絶縁要素となる部位に、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するシルセスキオキサン誘導体を含む絶縁性材料を供給する供給工程と、前記混成物を硬化させる硬化工程と、を備えることができる。本製造方法は、半導体装置の絶縁要素となる部位に、シルセスキオキサン誘導体を供給し、その後、この混成物を熱処理して硬化させる工程を、半導体装置の製造工程中あるいはその後に実施する方法である。本製造方法によれば、シルセスキオキサン誘導体を液状等の形態で供給できるため、種々の形状や微細個所への適用が可能である。
<Semiconductor device and manufacturing method thereof>
The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present specification includes an insulating material including a silsesquioxane derivative having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond, and an alkoxysilyl group at a site serving as an insulating element of the semiconductor device. And a curing step of curing the composite. The present manufacturing method is a method in which a step of supplying a silsesquioxane derivative to a portion to be an insulating element of a semiconductor device and then curing the composite by heat treatment is performed during or after the manufacturing step of the semiconductor device. It is. According to this production method, since the silsesquioxane derivative can be supplied in a liquid form or the like, it can be applied to various shapes and fine locations.

供給工程における、シルセスキオキサン誘導体を絶縁要素となる部位への供給形態は、特に限定するものではないが、例えば、キャスト法、スピンコート法、バーコート法等の通常の塗工方法を用いることができる。   In the supply process, the supply form of the silsesquioxane derivative to the site serving as the insulating element is not particularly limited, but for example, a normal coating method such as a cast method, a spin coat method, a bar coat method, or the like is used. be able to.

硬化工程におけるシルセスキオキサン誘導体の熱処理は、既に説明した本硬化物を取得するための種々の態様で実施することができる。すなわち、シルセスキオキサン誘導体を、半導体装置における優れた絶縁要素となる温度で熱処理することができ、一括硬化であってもよいし、二段階硬化であってもよい。例えば、硬化工程を、既述の一次硬化物を得る一次硬化工程と、一次硬化物をさらなる熱処理によって硬化させて二次硬化物を得る二次硬化工程とを含むように実施することで、より安定した特性の絶縁要素を半導体装置に付与することができる。   The heat treatment of the silsesquioxane derivative in the curing step can be carried out in various modes for obtaining the already-cured product. That is, the silsesquioxane derivative can be heat-treated at a temperature that is an excellent insulating element in a semiconductor device, and may be batch curing or two-stage curing. For example, by performing the curing step so as to include the primary curing step for obtaining the primary cured product described above and the secondary curing step for obtaining the secondary cured product by curing the primary cured product by further heat treatment, An insulating element having stable characteristics can be given to the semiconductor device.

また、他の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の絶縁要素となる部位に、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するシルセスキオキサン誘導体の硬化物であって、前記アルコキシシリル基の重縮合及び/又は、炭素−炭素不飽和結合のヒドロシリル化による前記シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物を含む絶縁性材料を供給する供給工程と、前記一次硬化物をさらなる熱処理によって硬化させて二次硬化物を得る二次硬化工程と、を備えることができる。この方法によれば、一次硬化物を半導体装置の絶縁要素となる部位に適用するため、半導体装置の製造工程における一次硬化工程を省略することができる。本製造方法において、一次硬化工程、二次硬化工程は、いずれも、既に説明した種々の態様で実施することができる。   Another method for manufacturing a semiconductor device is a cured product of a silsesquioxane derivative having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond, and an alkoxysilyl group at a site to be an insulating element of the semiconductor device, A supply step of supplying an insulating material containing a primary cured product of the silsesquioxane derivative by polycondensation of an alkoxysilyl group and / or hydrosilylation of a carbon-carbon unsaturated bond; and the primary cured product by further heat treatment A secondary curing step of curing to obtain a secondary cured product. According to this method, since the primary cured product is applied to a portion that becomes an insulating element of the semiconductor device, the primary curing step in the manufacturing process of the semiconductor device can be omitted. In this production method, both the primary curing step and the secondary curing step can be performed in the various aspects already described.

本明細書に開示される半導体装置の製造方法における供給工程、硬化工程、一次硬化工程及び二次硬化工程は、本硬化物を含む絶縁要素を半導体装置に対して適用する形態に応じて、適切なタイミングで行うことができる。シルセスキオキサン誘導体やその一次硬化物の供給工程及び各種硬化工程は、最終的に生成される本硬化物の半導体装置における目的、例えば、表面保護、封止、素子分離、配線被覆、放熱、冷却等などを実現するのに好適な方法及びタイミングで実施される。   The supply process, the curing process, the primary curing process, and the secondary curing process in the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification are appropriately performed according to the form in which the insulating element including the cured product is applied to the semiconductor device. Can be done at any time. The supply process and various curing processes of the silsesquioxane derivative and the primary cured product thereof are the purposes of the final cured product in the semiconductor device, for example, surface protection, sealing, element separation, wiring coating, heat dissipation, It is carried out by a method and timing suitable for realizing cooling or the like.

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。但し、本発明は、この実施例に何ら限定されるものではない。なお、「Mn」及び「Mw」は、それぞれ、数平均分子量及び重量平均分子量を意味し、ゲルパーミエーションクロマトグラフ法(以下、「GPC」と略す)により、トルエン溶媒中、40℃において、連結したGPCカラム「TSK gel G4000HX」及び「TSK gel G2000HX」(型式名、東ソー社製)を用いて分離し、リテンションタイムから標準ポリスチレンを用いて分子量を算出したものである。また、得られたシルセスキオキサン誘導体の1H−NMR分析では、試料を、重クロロホルムに溶解し、測定及び解析を行った。さらに、得られたシルセスキオキサン誘導体の粘度を、E型粘度計を用いて25℃で測定した。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. However, the present invention is not limited to this embodiment. “Mn” and “Mw” mean a number average molecular weight and a weight average molecular weight, respectively, and are linked at 40 ° C. in a toluene solvent by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as “GPC”). Are separated using the GPC columns “TSK gel G4000HX” and “TSK gel G2000HX” (model name, manufactured by Tosoh Corporation), and the molecular weight is calculated from the retention time using standard polystyrene. Further, in 1 H-NMR analysis of the obtained silsesquioxane derivative, a sample was dissolved in deuterated chloroform, and measurement and analysis were performed. Furthermore, the viscosity of the obtained silsesquioxane derivative was measured at 25 ° C. using an E-type viscometer.

(シルセスキオキサン誘導体の合成1)
四つ口フラスコに、磁気攪拌機、滴下ロート、還流冷却器及び温度計を装着し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。次いで、このフラスコに、磁気撹拌子、トリエトキシシラン1,330.6(8.1mol)、トリメトキシビニルシラン400.2g(2.7mol)、ジメチルジメトキシシラン162.2g(1.35mol)、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン362.6g(2.7mol)、2−ブタノール173.4g、2−プロパノール562.6g及びキシレン1,951.2gを収容し、そして、25℃として内容物を撹拌しながら、1.59質量%濃度の塩酸水溶液642.7g、2−ブタノール86.8g及び2−プロパノール281.2gの混合液を、滴下ロートから1時間かけて滴下し、加水分解・重縮合反応を行った。滴下終了後、反応液を25℃で18時間放置した。
(Synthesis of Silsesquioxane Derivative 1)
A four-necked flask was equipped with a magnetic stirrer, a dropping funnel, a reflux condenser, and a thermometer, and the atmosphere in the flask was changed to a nitrogen gas atmosphere. Next, the magnetic stir bar, triethoxysilane 1,330.6 (8.1 mol), trimethoxyvinylsilane 400.2 g (2.7 mol), dimethyldimethoxysilane 162.2 g (1.35 mol), 1, Accommodates 362.6 g (2.7 mol) of 1,3,3-tetramethyldisiloxane, 173.4 g of 2-butanol, 562.6 g of 2-propanol and 1,951.2 g of xylene, and the contents at 25 ° C. While stirring the above, a mixture of 642.7 g of 1.59 mass% hydrochloric acid aqueous solution, 86.8 g of 2-butanol and 281.2 g of 2-propanol was dropped from the dropping funnel over 1 hour. A condensation reaction was performed. After completion of dropping, the reaction solution was allowed to stand at 25 ° C. for 18 hours.

その後、フラスコ内を100Paまで減圧して60℃まで加熱し、水を含む揮発性成分を留去した。これにより、ほぼ無色の液体(以下、「シルセスキオキサン誘導体(1)」という。)1,014.4gを得た。こシルセスキオキサン誘導体(1)について、GPCにより、Mnを測定したところ、1,700であった。また、Mwは、3,600であった。E型粘度計により、粘度を測定したところ、130mPa・s(25℃)であった。   Thereafter, the pressure inside the flask was reduced to 100 Pa and heated to 60 ° C. to distill off volatile components including water. As a result, 1,014.4 g of an almost colorless liquid (hereinafter referred to as “silsesquioxane derivative (1)”) was obtained. With respect to this silsesquioxane derivative (1), Mn was measured by GPC to be 1,700. Moreover, Mw was 3,600. When the viscosity was measured with an E-type viscometer, it was 130 mPa · s (25 ° C.).

(シルセスキオキサン誘導体の合成2)
四つ口フラスコに、磁気攪拌機、滴下ロート、還流冷却器及び温度計を装着し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。次いで、このフラスコに、磁気撹拌子、トリエトキシシラン1,478.4g(9mol)、トリメトキシビニルシラン444.7g(3mol)、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン403.0g(3mol)、2−ブタノール177.8g、2−プロパノール577.00g及びキシレン2,001.4gを収容した。そして、25℃として内容物を撹拌しながら、1.59質量%濃度の塩酸水溶液659.2g及び2−ブタノール89.0g及び2−プロパノール288.4gの混合液を、滴下ロートから1時間かけて滴下し、加水分解・重縮合反応を行った。滴下終了後、反応液を25℃で18時間放置した。
(Synthesis of Silsesquioxane Derivative 2)
A four-necked flask was equipped with a magnetic stirrer, a dropping funnel, a reflux condenser, and a thermometer, and the atmosphere in the flask was changed to a nitrogen gas atmosphere. Next, a magnetic stir bar, 1,478.4 g (9 mol) of triethoxysilane, 444.7 g (3 mol) of trimethoxyvinylsilane, 403.0 g (3 mol) of 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane were added to the flask. 2-butanol 177.8 g, 2-propanol 577.00 g and xylene 2,000. Then, while stirring the contents at 25 ° C., a mixture of 659.2 g of 1.59 mass% hydrochloric acid aqueous solution, 89.0 g of 2-butanol and 288.4 g of 2-propanol was added from the dropping funnel over 1 hour. The solution was added dropwise to conduct hydrolysis / polycondensation reaction. After completion of dropping, the reaction solution was allowed to stand at 25 ° C. for 18 hours.

その後、フラスコ内を100Paまで減圧して60℃まで加熱し、水を含む揮発性成分を留去した。これにより、ほぼ無色の液体(以下、「シルセスキオキサン誘導体(2)」という。)892.0gを得た。このシルセスキオキサン誘導体(2)について、GPCにより、Mnを測定したところ、1,900であった。また、Mwは、4,500であった。また、E型粘度計により、粘度を測定したところ、370mPa・s(25℃)であった。   Thereafter, the pressure inside the flask was reduced to 100 Pa and heated to 60 ° C. to distill off volatile components including water. As a result, 892.0 g of an almost colorless liquid (hereinafter referred to as “silsesquioxane derivative (2)”) was obtained. With respect to this silsesquioxane derivative (2), Mn was measured by GPC and found to be 1,900. Moreover, Mw was 4,500. Moreover, when the viscosity was measured with the E-type viscosity meter, it was 370 mPa * s (25 degreeC).

得られたシルセスキオキサン誘導体の組成比(モル比)を、シルセスキオキサン誘導体の1H−NMR測定を行って、ケミカルシフトδ(ppm)が−0.2〜0.6のシグナルはSi−CH3の構造に基づき、δ(ppm)が0.8〜1.5はOCH(CH3)CH2CH3、OCH(CH32及びOCH2CH3の構造に基づき、δ(ppm)が3.5〜3.9のシグナルはOCH2CH3の構造に基づき、δ(ppm)が3.9〜4.1のシグナルはOCH(CH3)CH2CH3の構造に基づき、δ(ppm)が4.2〜5.2のシグナルはSi−Hの構造に基づき、δ(ppm)が5.7〜6.3のシグナルはCH=CH2の構造に基づくと考えられるので、各々のシグナル強度積分値から、側鎖に関する連立方程式を立てて決定した。尚、構成単位Tについては、仕込んだモノマー(トリエトキシシラン、トリメトキシビニルシラン等)がそのままシルセスキオキサン誘導体に組み込まれることが分かっているので、全てのモノマーの仕込み値とNMR測定値とから、シルセスキオキサン誘導体に含まれる各構成単位のモル比を決定した。これらの結果を表1に示す。 The composition ratio (molar ratio) of the obtained silsesquioxane derivative was measured by 1 H-NMR measurement of the silsesquioxane derivative, and the signal with chemical shift δ (ppm) of −0.2 to 0.6 was Based on the structure of Si—CH 3 , δ (ppm) of 0.8 to 1.5 is based on the structures of OCH (CH 3 ) CH 2 CH 3 , OCH (CH 3 ) 2 and OCH 2 CH 3 , ppm) is from 3.5 to 3.9 based on the structure of OCH 2 CH 3 , and δ (ppm) is from 3.9 to 4.1 based on the structure of OCH (CH 3 ) CH 2 CH 3. , Δ (ppm) of 4.2 to 5.2 is based on the Si—H structure, and δ (ppm) of 5.7 to 6.3 is based on the CH═CH 2 structure. Therefore, simultaneous equations for the side chain were determined from each signal intensity integrated value. Regarding the structural unit T, since it is known that the charged monomers (triethoxysilane, trimethoxyvinylsilane, etc.) are incorporated into the silsesquioxane derivative as they are, from the charged values of all the monomers and the NMR measurement values, The molar ratio of each structural unit contained in the silsesquioxane derivative was determined. These results are shown in Table 1.

Figure 2019001961
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シルセスキオキサン誘導体(1)は、式(1)において、構成単位(1−2)が(H−SiO3/2)であってv=3.0であり、構成単位(1−3)が(Vi(ビニル基)SiO3/2)であってw=1.0であり、構成単位(1−4)が(Me2SiO2/2)であってx=0.5であり、構成単位(1−5)が(H(Me)2SiO1/2)であってy=1.2であり、構成単位(1−6)が(SecBuO1/2)、(iPrO1/2)及び(EtO1/2)であって、それぞれz=0.08、0.05及び0.050であった。 In the silsesquioxane derivative (1), in the formula (1), the structural unit (1-2) is (H—SiO 3/2 ) and v = 3.0, and the structural unit (1-3) Is (Vi (vinyl group) SiO 3/2 ) and w = 1.0, the structural unit (1-4) is (Me 2 SiO 2/2 ) and x = 0.5, The structural unit (1-5) is (H (Me) 2 SiO 1/2 ), y = 1.2, the structural unit (1-6) is (SecBuO 1/2 ), and (iPrO 1/2 ). ) And (EtO 1/2 ), where z = 0.08, 0.05 and 0.050, respectively.

シルセスキオキサン誘導体(2)は、式(1)において、構成単位(1−2)が(H−SiO3/2)であってv=3.0であり、構成単位(1−3)が(Vi(ビニル基)SiO3/2)であってw=1.0であり、構成単位(1−5)が(H(Me)2SiO1/2)であってy=1.2であり、構成単位(1−6)が(SecBuO1/2)、(iPrO1/2)及び(EtO1/2)であって、それぞれz=0.08、0.04及び0.047であった。 In the silsesquioxane derivative (2), in the formula (1), the structural unit (1-2) is (H—SiO 3/2 ) and v = 3.0, and the structural unit (1-3) Is (Vi (vinyl group) SiO 3/2 ), w = 1.0, the structural unit (1-5) is (H (Me) 2 SiO 1/2 ), and y = 1.2. And the structural unit (1-6) is (SecBuO 1/2 ), (iPrO 1/2 ) and (EtO 1/2 ), and z = 0.08, 0.04 and 0.047, respectively. there were.

実施例1で取得した各シルセスキオキサン誘導体10gに、Pt触媒(プラチナ カルボニル シクロビニルメチルシロキサン コンプレックス:1.85−2.1%Pt/シクロメチルビニルシロキサン、Gelext社、SIP6829.2)12.5mg添加し、100℃で1時間加熱して一次硬化物(Pt濃度として25ppm)を得た。   10. 10 g of each silsesquioxane derivative obtained in Example 1 was added to a Pt catalyst (platinum carbonyl cyclovinylmethylsiloxane complex: 1.85-2.1% Pt / cyclomethylvinylsiloxane, Gelext, SIP 6829.2). 5 mg was added and heated at 100 ° C. for 1 hour to obtain a primary cured product (25 ppm as Pt concentration).

その後、この一次硬化物を、窒素流通下で400℃まで10℃/分で昇温し、400℃に1時間保持して加熱して二次硬化物を得た。また、一次硬化物を、窒素流通下で同様の昇温速度で、450℃、500℃、550℃及び600℃の各温度まで昇温し、各温度で1時間保持して二次硬化物を得た。   Thereafter, this primary cured product was heated up to 400 ° C. at a rate of 10 ° C./min under nitrogen flow, and kept at 400 ° C. for 1 hour to be heated to obtain a secondary cured product. In addition, the primary cured product is heated to 450 ° C., 500 ° C., 550 ° C., and 600 ° C. at a similar temperature increase rate under nitrogen flow, and held at each temperature for 1 hour to obtain the secondary cured product. Obtained.

なお、実施例2で得た一次硬化物(触媒使用)は、主としてヒドロシリル化反応による架橋構造を有しており、アルコキシシリル基の加水分解・重縮合が抑制されていることがわかっている。また、実施例1で得た400℃で加熱処理した二次硬化物は、ヒドロシリル化反応の架橋構造がさらに進行し、アルコキシシリル基による加水分解・重縮合が依然として抑制されていることがわかっている。さらに、550℃で加熱処理した二次硬化物は、さらにヒドロシリル化反応による架橋構造が増大する一方、アルコキシシリル基による加水分解・重縮合が進行することがわかっている。   In addition, the primary hardened | cured material (catalyst use) obtained in Example 2 has a crosslinked structure mainly by hydrosilylation reaction, and it turns out that the hydrolysis and polycondensation of an alkoxy silyl group are suppressed. In addition, it was found that the secondary cured product obtained by heat treatment at 400 ° C. obtained in Example 1 further progressed in the hydrosilylation reaction cross-linking structure, and the hydrolysis and polycondensation by the alkoxysilyl group was still suppressed. Yes. Furthermore, it is known that the secondary cured product heat-treated at 550 ° C. has a further increased cross-linked structure due to the hydrosilylation reaction, while hydrolysis and polycondensation with alkoxysilyl groups proceed.

シルセスキオキサン誘導体(1)及びシルセスキオキサン誘導体(2)の一次硬化物及び二次硬化物につき、以下の方法で、耐熱性、誘電率、絶縁破壊電圧、線膨張係数及び熱拡散係数について測定した。これらの結果を表2に示す。   For the primary and secondary cured products of the silsesquioxane derivative (1) and silsesquioxane derivative (2), heat resistance, dielectric constant, dielectric breakdown voltage, linear expansion coefficient and thermal diffusion coefficient are as follows. Was measured. These results are shown in Table 2.

(1)耐熱性(TGA)
耐熱性は、シルセスキオキサン誘導体の硬化物を、30℃から所定温度まで昇温し、その間の熱重量減少率で評価した。熱分析装置(日立ハイテクサイエンス株式会社製TGDTA6300)を用いて、硬化物5〜6mgを、200ml/分の窒素ガスフロ−下で30℃から1000℃まで20℃/分の昇温速度で昇温してその間の重量変化を測定し、重量減少率を求めた。
(1) Heat resistance (TGA)
The heat resistance was evaluated by increasing the temperature of the cured product of the silsesquioxane derivative from 30 ° C. to a predetermined temperature and decreasing the thermal weight during that time. Using a thermal analyzer (TGDTA6300 manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.), the cured product 5-6 mg was heated from 30 ° C. to 1000 ° C. at a rate of temperature increase of 20 ° C./min under a nitrogen gas flow of 200 ml / min. The weight change during that time was measured to determine the weight loss rate.

(2)比誘電率
70mm×70mm×2mmの銅板上において、シルセスキオキサン誘導体を一次硬化させて試験試料(70mm×70mm×2μm厚)とした。この試験試料につき、ブリッジ法により比誘電率を測定することができる。比誘電率は、インピーダンスアナライザとしてHP4284A LCR(アジレント・テクノロジー株式会社製)を用いて、電極:HP16451B(アジレント・テクノロジー株式会社製)を用いて、以下の条件にて、測定を行った。
<測定条件>
測定前処理:空気中(21±1℃、54±4%RH、96時間)
測定雰囲気:空気中(21℃、51%RH)
主電極直径:38mm
電極材料:導電性銀ペースト ドータイトD−500(藤倉化成株式会社製)
印加電圧:1.00V
周波数:1MHz
積算回数:256回
(2) Relative permittivity On a copper plate of 70 mm × 70 mm × 2 mm, the silsesquioxane derivative was primarily cured to obtain a test sample (70 mm × 70 mm × 2 μm thickness). The relative permittivity of this test sample can be measured by the bridge method. The relative dielectric constant was measured using HP4284A LCR (manufactured by Agilent Technologies) as an impedance analyzer and electrode: HP16451B (manufactured by Agilent Technologies) under the following conditions.
<Measurement conditions>
Pretreatment for measurement: In air (21 ± 1 ° C, 54 ± 4% RH, 96 hours)
Measurement atmosphere: In air (21 ° C, 51% RH)
Main electrode diameter: 38mm
Electrode material: Conductive silver paste Doutite D-500 (manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.)
Applied voltage: 1.00V
Frequency: 1MHz
Integration count: 256 times

(3)絶縁破壊電圧
銅板上に、銀ペーストを塗布し、その上に、試験片(シルセスキオキサンの硬化物(サイズ40mm×40mm×厚み450μm)を設置し、24時間空気中で放置した。その後、銅板において試験片以外の領域を絶縁体で被覆して、KIKUSUI Electronic Corp.TOS 8700,Withstanding Voltage Testerを用いて、交流5mAで、0Vから20V/secで昇圧し、通電した時の電圧を読み取って絶縁破壊電圧とした。
(3) Dielectric breakdown voltage A silver paste was applied on a copper plate, and a test piece (cured silsesquioxane (size 40 mm × 40 mm × thickness 450 μm) was placed thereon and left in the air for 24 hours. Then, the area other than the test piece on the copper plate was covered with an insulator, and the voltage was increased from 0 V to 20 V / sec at 5 mA AC using a KIKUSUI Electronic Corp. TOS 8700, Whisting Voltage Tester and energized. Was taken as the dielectric breakdown voltage.

(4)線膨張係数(100℃〜300℃)
1cm×1cm×2mm厚のサイズをくりぬいた型に、シルセスキオキサン誘導体を注いで硬化させて試験試料(1cm×1cm×2mm厚)を作製した。この試験試料につき熱機械分析装置(TMA Q400、TA Instruments社製)を用いて、5℃/分で300℃まで加熱してN2雰囲気下、圧縮モードで測定した。なお、表1中、線膨張係数は、線膨張係数(1)〜線膨張係数(2)で表した。線膨張係数(1)は、200℃〜300℃における線膨張係数であり、線膨張係数(2)は、100℃〜200℃における線膨張係数である。
(4) Linear expansion coefficient (100 ° C to 300 ° C)
A test sample (1 cm × 1 cm × 2 mm thickness) was prepared by pouring a silsesquioxane derivative into a mold in which a size of 1 cm × 1 cm × 2 mm thickness was hollowed and cured. The test sample was heated to 300 ° C. at 5 ° C./min using a thermomechanical analyzer (TMA Q400, manufactured by TA Instruments), and measured in a compression mode in an N 2 atmosphere. In Table 1, the linear expansion coefficient is expressed by linear expansion coefficient (1) to linear expansion coefficient (2). A linear expansion coefficient (1) is a linear expansion coefficient in 200 to 300 degreeC, and a linear expansion coefficient (2) is a linear expansion coefficient in 100 to 200 degreeC.

(5)熱拡散係数
13mm×13mm×1mm厚のサイズをくりぬいた型に、シルセスキオキサン誘導体を注いで硬化させて試験試料(13mm×13mm×1mm厚)を作製した。この試験試料につき、レーザフラッシュ法に基づく熱拡散率測定装置(LFA467、NETZSCH社製)を用いて測定した。
(5) Thermal diffusion coefficient A test sample (13 mm × 13 mm × 1 mm thickness) was prepared by pouring a silsesquioxane derivative into a mold hollowed out with a size of 13 mm × 13 mm × 1 mm thickness. About this test sample, it measured using the thermal diffusivity measuring apparatus (LFA467, the product made from NETZSCH) based on the laser flash method.

Figure 2019001961
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表2に示すように、シルセスキオキサン誘導体(1)及びシルセスキオキサン誘導体(2)の一次硬化物及び二次硬化物は、いずれも、高い耐熱性を示した。また、硬化温度(熱処理温度)が400℃、450℃、500℃、550℃及び600℃の二次硬化物の耐熱性が優れるほか、硬化温度が550℃の二次硬化物は、一層優れた線膨張係数と熱拡散係数を発揮することがわかった。   As shown in Table 2, the primary cured product and the secondary cured product of the silsesquioxane derivative (1) and the silsesquioxane derivative (2) both showed high heat resistance. Moreover, in addition to the excellent heat resistance of the secondary cured product having a curing temperature (heat treatment temperature) of 400 ° C., 450 ° C., 500 ° C., 550 ° C. and 600 ° C., the secondary cured product having a curing temperature of 550 ° C. is more excellent. It was found that it exhibits linear expansion coefficient and thermal diffusion coefficient.

また、シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物についての比誘電率は、十分に低く、また、シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物及び二次硬化物の絶縁破壊電圧は、測定装置と硬化物の都合で最大値は不明だが、小さくとも10kV/mm以上であった。以上のことから、シルセスキオキサン誘導体の熱処理温度が400℃以上、好ましくは550℃以上であると、耐熱性とともに良好な絶縁性を発揮することがわかった。   Moreover, the relative dielectric constant of the primary cured product of the silsesquioxane derivative is sufficiently low, and the dielectric breakdown voltage of the primary cured product and the secondary cured product of the silsesquioxane derivative is determined between the measuring device and the cured product. Although the maximum value is unknown for convenience, it was at least 10 kV / mm or more. From the above, it has been found that when the heat treatment temperature of the silsesquioxane derivative is 400 ° C. or higher, preferably 550 ° C. or higher, heat resistance and good insulating properties are exhibited.

さらに、シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物及び二次硬化物についての線膨張係数及び熱拡散係数の結果から、ヒドロシリル化反応が促進される400℃以上の温度、より好ましくは550℃以上の温度での熱処理による硬化物であれば、いずれも良好な線膨張係数を安定して呈することがわかった。また、熱処理温度が高温であると、より一層線膨張係数が向上することがわかった。なお、本発明者らによれば、熱重量減少は1000℃以下、好ましくは800℃以下であれば維持されることがわかっている。以上のことから、シルセスキオキサン誘導体を400℃以上1000℃以下で熱処理して得られる硬化物は、十分な架橋構造を維持し、熱処理温度に係わらず良好な線膨張係数を呈し、550℃及び600℃のより高温側で一層優れた線膨張係数を呈することがわかった。   Furthermore, from the results of the linear expansion coefficient and thermal diffusion coefficient of the primary cured product and the secondary cured product of the silsesquioxane derivative, a temperature at which the hydrosilylation reaction is accelerated is 400 ° C. or higher, more preferably a temperature of 550 ° C. or higher. It was found that any cured product obtained by heat treatment at 1 stably exhibits a good linear expansion coefficient. It was also found that the linear expansion coefficient was further improved when the heat treatment temperature was high. It has been found by the present inventors that the thermal weight loss is maintained at 1000 ° C. or less, preferably 800 ° C. or less. From the above, the cured product obtained by heat-treating the silsesquioxane derivative at 400 ° C. or more and 1000 ° C. or less maintains a sufficient cross-linked structure, exhibits a good linear expansion coefficient regardless of the heat treatment temperature, and is 550 ° C. And a higher coefficient of linear expansion on the higher temperature side of 600 ° C.

さらにまた、シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物及び二次硬化物についての熱拡散係数についての結果から、シルセスキオキサン誘導体は400℃以上の高温、例えば、550℃以上の温度での熱処理による硬化物であれば、良好な熱拡散係数を安定して発揮することがわかった。また、これらの結果から、本硬化物が、熱処理温度が400℃未満では、樹脂に近い材料であるが、熱処理温度がより高温になるほど無機(セラミックス)化するため、熱伝導性が向上し、良好な熱伝導性を発揮できることがわかった。   Furthermore, from the result of the thermal diffusion coefficient for the primary cured product and the secondary cured product of the silsesquioxane derivative, the silsesquioxane derivative is subjected to heat treatment at a high temperature of 400 ° C. or higher, for example, a temperature of 550 ° C. or higher. It was found that a cured product exhibits a good thermal diffusion coefficient stably. Further, from these results, the cured product is a material close to a resin when the heat treatment temperature is less than 400 ° C., but as the heat treatment temperature becomes higher, it becomes inorganic (ceramics), so that the thermal conductivity is improved, It was found that good thermal conductivity can be exhibited.

以上のことから、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するシルセスキオキサン誘導体の硬化物や一次硬化物を加熱処理して得られる二次硬化物は、その組成や構造の実質的変化を伴うとともに、半導体装置の絶縁要素として要請される各種特性が極めて良好であることがわかった。   From the above, the secondary cured product obtained by heat-treating a cured product or primary cured product of a silsesquioxane derivative having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond and an alkoxysilyl group has a composition and structure. It was found that various characteristics required as an insulating element of a semiconductor device were extremely good with substantial changes.

また、シルセスキオキサン誘導体の硬化物は、400℃以上、好ましくは550℃以上の温度で熱処理による硬化物であれば、安定的に良好な特性を発揮することから、パワー半導体装置などの高温で作動する半導体装置など高い耐熱性が要求される半導体装置の絶縁要素のための材料として好適であることがわかった。
Moreover, since the cured product of the silsesquioxane derivative is a cured product obtained by heat treatment at a temperature of 400 ° C. or higher, preferably 550 ° C. or higher, it exhibits stable and stable characteristics. It has been found that the semiconductor device is suitable as a material for an insulating element of a semiconductor device that requires high heat resistance, such as a semiconductor device that operates at a high temperature.

Claims (14)

半導体装置であって、
前記半導体装置における絶縁要素にシルセスキオキサン誘導体の硬化物を含み、
前記シルセスキオキサン誘導体は、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するシルセスキオキサン誘導体を含む、半導体装置。
A semiconductor device,
The insulating element in the semiconductor device includes a cured product of a silsesquioxane derivative,
The silsesquioxane derivative includes a silsesquioxane derivative having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond, and an alkoxysilyl group.
前記硬化物は、前記アルコキシシリル基の重縮合及び/又は炭素−炭素不飽和結合のヒドロシリル化による前記シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物を400℃以上の温度で熱処理して得られる二次硬化物である、請求項1に記載の半導体装置。   The cured product is a secondary curing obtained by heat-treating a primary cured product of the silsesquioxane derivative by polycondensation of the alkoxysilyl group and / or hydrosilylation of a carbon-carbon unsaturated bond at a temperature of 400 ° C. or higher. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a product. 前記熱処理の温度は、500℃以上である、請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein a temperature of the heat treatment is 500 ° C. or higher. 前記熱処理の温度は、800℃以下である、請求項2又は3に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein a temperature of the heat treatment is 800 ° C. or less. 前記シルセスキオキサン誘導体は、以下の式(1)で表される、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置。
Figure 2019001961
〔式中、Aは、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基であり、R1は炭素原子数1〜20のアルキレン基、炭素原子数6〜20の2価の芳香族基、及び炭素原子数3〜20の2価の脂環族基から選択される少なくとも1種であり、nは0又は1であり、R2は水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、及び、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基(1分子中のR2は同一でも異なっていてもよい。)から選択される少なくとも1種であり、R3は水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、及び、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基から選択される少なくとも1種であり、R4は水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、及び、ヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基(1分子中のR4は同一でも異なっていてもよい。)から選択される少なくとも1種であり、R5は水素原子又は炭素原子数1〜6のアルキル基であり、v及びzは正の数であり、u、w、x及びyは0又は正の数であり、w、x及びyのうち少なくとも1つは正の数であり、0≦u/(v+w+x+y)≦2であり、0≦x/(v+w)≦2であり、0≦y/(v+w)≦2であり、0≦z/(v+w+x+y)≦1である。但し、w=0のとき、R2、R3及びR4のいずれか1つはヒドロシリル化反応可能な、炭素−炭素不飽和結合を有する炭素原子数2〜10の有機基である。〕
The semiconductor device according to claim 1, wherein the silsesquioxane derivative is represented by the following formula (1).
Figure 2019001961
[In the formula, A is an organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction, R 1 is an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, and 6 carbon atoms. At least one selected from a divalent aromatic group having 20 to 20 carbon atoms and a divalent alicyclic group having 3 to 20 carbon atoms, n is 0 or 1, R 2 is a hydrogen atom, carbon An alkyl group having 1 to 10 atoms and an organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction (R 2 in one molecule may be the same or different. R 3 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a carbon atom having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond that can be hydrosilylated. At least one selected from organic groups, R 4 is hydrogen An atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction (R 4 in one molecule is the same or different. R 5 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, v and z are positive numbers, and u, w, x and y are 0 or a positive number, at least one of w, x and y is a positive number, 0 ≦ u / (v + w + x + y) ≦ 2, 0 ≦ x / (v + w) ≦ 2, and 0 ≦ y / (v + w) ≦ 2 and 0 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 1. However, when w = 0, any one of R 2 , R 3 and R 4 is an organic group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon unsaturated bond capable of hydrosilylation reaction. ]
前記硬化物の比誘電率は、3.0以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a relative dielectric constant of the cured product is 3.0 or less. 前記硬化物の絶縁破壊電圧は、10kV/mm以上である、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a dielectric breakdown voltage of the cured product is 10 kV / mm or more. 前記硬化物の線膨張係数は、100ppm/℃(100℃〜300℃)以下である、請求項1〜7のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a linear expansion coefficient of the cured product is 100 ppm / ° C. (100 ° C. to 300 ° C.) or less. 前記硬化物の線熱膨張係数は、50ppm/℃(100℃〜300℃)以下である、請求項1〜8のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the cured product has a linear thermal expansion coefficient of 50 ppm / ° C. (100 ° C. to 300 ° C.) or less. 前記硬化物の熱拡散係数は、0.1mm2/s以上である、請求項1〜9のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the cured product has a thermal diffusion coefficient of 0.1 mm 2 / s or more. 半導体装置の製造方法であって、
前記半導体装置の絶縁要素となる部位に、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するシルセスキオキサン誘導体を含む絶縁性材料を供給する供給工程と、
前記シルセスキオキサン誘導体を硬化させる硬化工程と、
を備える、製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
A supply step of supplying an insulating material containing a silsesquioxane derivative having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond, and an alkoxysilyl group to a portion to be an insulating element of the semiconductor device;
A curing step of curing the silsesquioxane derivative;
A manufacturing method comprising:
前記硬化工程は、前記アルコキシシリル基の重縮合及び/又は炭素−炭素不飽和結合のヒドロシリル化によって一次硬化させて一次硬化物を得る一次硬化工程と、前記一次硬化物をさらなる熱処理によって硬化させて二次硬化物を得る二次硬化工程と、を含む、請求項11に記載の製造方法。   The curing step includes a primary curing step of obtaining a primary cured product by primary curing by polycondensation of the alkoxysilyl group and / or hydrosilylation of a carbon-carbon unsaturated bond, and curing the primary cured product by further heat treatment. The manufacturing method of Claim 11 including the secondary curing process of obtaining a secondary-cured material. 前記二次硬化工程は、前記一次硬化物を400℃以上の温度で熱処理する工程である、請求項12に記載の製造方法。   The said secondary hardening process is a manufacturing method of Claim 12 which is a process of heat-processing the said primary hardened | cured material at the temperature of 400 degreeC or more. 半導体装置の製造方法であって、
前記半導体装置の絶縁要素となる部位に、ヒドロシリル基、炭素−炭素不飽和結合及びアルコキシシリル基を有するシルセスキオキサン誘導体の硬化物であって、前記アルコキシシリル基の重縮合及び/又は、炭素−炭素不飽和結合のヒドロシリル化による前記シルセスキオキサン誘導体の一次硬化物を含む絶縁性材料を供給する供給工程と、
前記一次硬化物をさらなる熱処理によって硬化させて二次硬化物を得る二次硬化工程と、
を備える、製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
A cured product of a silsesquioxane derivative having a hydrosilyl group, a carbon-carbon unsaturated bond and an alkoxysilyl group at a site serving as an insulating element of the semiconductor device, wherein the polycondensation of the alkoxysilyl group and / or carbon A supply step of supplying an insulating material containing a primary cured product of the silsesquioxane derivative by hydrosilylation of a carbon unsaturated bond;
A secondary curing step of curing the primary cured product by further heat treatment to obtain a secondary cured product;
A manufacturing method comprising:
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