JP2019199553A - シルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格を含むポリマー - Google Patents

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Abstract

【課題】より信頼性が向上した感光性組成物を与え得る新規ポリマーを提供する。【解決手段】主鎖にシルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格を含むポリマー。【選択図】なし

Description

本発明は、シルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格を含むポリマーに関する。
従来、感光性を有する半導体素子保護膜や多層プリント基板用絶縁膜としては、感光性ポリイミド組成物や感光性エポキシ樹脂組成物、感光性シリコーン組成物等が利用されている。このような基板、回路保護用に適用される感光性材料として、それらの中で特に可とう性に優れる感光性シリコーン組成物が提案されている(特許文献1)。
また、シルフェニレン骨格含有シリコーン型高分子化合物を主成分とした感光性シリコーン組成物が提案されている(特許文献2)。しかし、前記感光性シリコーン組成物は、フォトレジスト剥離液等への薬品耐性が向上するが、ヒートサイクル試験(−25℃で10分間保持、125℃で10分間保持を1,000サイクル繰り返す)時に基板から硬化物が剥離したり、硬化物にクラックが入る等の問題があり、信頼性の更なる向上が望まれていた。
特開2002−88158号公報 特開2008−184571号公報
本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、より信頼性が向上した感光性組成物を与え得る新規ポリマーを提供することを目的とする。
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、シルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格を含むポリマーによって前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、下記シルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格を含むポリマーを提供する。
1.主鎖にシルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格を含むポリマー。
2.エポキシ基及び/又はフェノール性ヒドロキシ基を有する1のポリマー。
3.重量平均分子量が、3,000〜500,000である1又は2のポリマー。
4.下記式(1)〜(4)で表される繰り返し単位を含むものである1〜3のいずれかのポリマー。
Figure 2019199553
[式中、X1は、下記式(X1)で表される2価の基である。X2は、下記式(X2)で表される2価の基である。X3は、下記式(X3)で表される2価の基である。X4は、下記式(X4)で表される2価の基である。p、q、r及びsは、0<p<1、0≦q<1、0≦r<1、0≦s<1、0<q+r+s<1、及びp+q+r+s=1を満たす数である。
Figure 2019199553
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜8の1価炭化水素基である。R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。a1及びa2は、それぞれ独立に、1〜6の整数である。nは、0〜100の整数である。)
Figure 2019199553
(式中、Y1は、単結合、メチレン基、プロパン−2,2−ジイル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン−2,2−ジイル基又はフルオレン−9,9−ジイル基である。R11及びR12は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R13及びR14は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基又はアルコキシ基である。b1及びb2は、それぞれ独立に、0〜7の整数である。c1及びc2は、それぞれ独立に、0〜2の整数である。)
Figure 2019199553
(式中、Y2は、単結合、メチレン基、プロパン−2,2−ジイル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン−2,2−ジイル基又はフルオレン−9,9−ジイル基である。R21及びR22は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R23及びR24は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基又はアルコキシ基である。d1及びd2は、それぞれ独立に、0〜7の整数である。e1及びe2は、それぞれ独立に、0〜2の整数である。)
Figure 2019199553
(式中、R31及びR32は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。f1及びf2は、それぞれ独立に、0〜7の整数である。)]
5.R1及びR2が、ともに水素原子である4のポリマー。
6.nが、5〜20の整数である4又は5のポリマー。
本発明のポリマーは、容易に合成でき、信頼性の高い感光性組成物を与え得る。
[シルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格含有ポリマー]
本発明のポリマーは、主鎖にシルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格を含むものである。前記ポリマーは、エポキシ基及び/又はフェノール性ヒドロキシ基を有するものが好ましい。
このようなポリマーとしては、下記式(1)〜(4)で表される繰り返し単位(以下、それぞれ繰り返し単位1〜4ともいう。)を含むものが好ましい。
Figure 2019199553
式(1)中、X1は、下記式(X1)で表される2価の基である。
Figure 2019199553
式(X1)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜8の1価炭化水素基である。R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。a1及びa2は、それぞれ独立に、1〜6の整数であるが、1〜4の整数が好ましく、1又は2がより好ましい。nは、0〜100の整数であるが、1〜50の整数が好ましく、5〜20の整数がより好ましい。
前記炭素数1〜8の1価炭化水素基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数2〜8のアルケニル基等の1価脂肪族炭化水素基、炭素数6〜8のアリール基、炭素数7又は8のアラルキル基等の1価芳香族炭化水素基が挙げられる。
前記炭素数1〜8のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−へプチル基、n−オクチル基等が挙げられる。前記アルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基等が挙げられる。
前記アリール基としては、フェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、2−エチルフェニル基、3−エチルフェニル基、4−エチルフェニル基、ジメチルフェニル基等が挙げられる。前記アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
1及びR2としては、水素原子、又は炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましい。
式(X1)中、添え字nで表されるアルキレンオキシド単位は、ランダムに結合したものでも交互に結合したものでもよく、同種のアルキレンオキシド単位のブロックを複数含むものであってもよい。
式(2)中、X2は、下記式(X2)で表される2価の基である。
Figure 2019199553
式(X2)中、Y1は、単結合、メチレン基、プロパン−2,2−ジイル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン−2,2−ジイル基又はフルオレン−9,9−ジイル基である。R11及びR12は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R13及びR14は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基又はアルコキシ基である。b1及びb2は、それぞれ独立に、0〜7の整数である。c1及びc2は、それぞれ独立に、0〜2の整数である。
前記炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロブチル基等が挙げられる。
前記炭素数1〜4のアルコキシ基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、シクロプロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、sec−ブチルオキシ基、tert−ブチルオキシ基、シクロブチルオキシ基等が挙げられる。
式(3)中、X3は、下記式(X3)で表される2価の基である。
Figure 2019199553
式(X3)中、Y2は、単結合、メチレン基、プロパン−2,2−ジイル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン−2,2−ジイル基又はフルオレン−9,9−ジイル基である。R21及びR22は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R23及びR24は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基又はアルコキシ基である。d1及びd2は、それぞれ独立に、0〜7の整数である。e1及びe2は、それぞれ独立に、0、1又は2である。前記炭素数1〜4のアルキル基又はアルコキシ基としては、式(X2)の説明において述べたものと同様のものが挙げられる。
式(4)中、X4は、下記式(X4)で表される2価の基である。
Figure 2019199553
式(X4)中、R31及びR32は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。f1及びf2は、それぞれ独立に、0〜7の整数である。
式(1)〜(4)中、p、q、r及びsは、それぞれポリマー中の繰り返し単位1、2、3及び4の含有率(モル分率)を表し、0<p<1、0≦q<1、0≦r<1、0≦s<1、0<q+r+s<1、及びp+q+r+s=1を満たす数である。p、q、r及びsは、成膜性やハンドリング性の観点から、好ましくは、0.1≦p≦0.9、0≦q≦0.9、0≦r≦0.9、0≦s≦0.9、0.1≦q+r+s≦0.9であり、より好ましくは0.2≦p≦0.8、0≦q≦0.8、0≦r≦0.8、0≦s≦0.8、0.2≦q+r+s≦0.8である。ただし、p+q+r+s=1である。なお、繰り返し単位1〜4は、ランダムでもブロックでもいずれの結合形成で結合されていても構わない。
本発明のポリマーは、その重量平均分子量(Mw)が3,000〜500,000が好ましく、5,000〜200,000がより好ましい。Mwが前記範囲であれば、汎用の有機溶剤に対する十分な溶解性を確保することができる。なお、本発明においてMwは、テトラヒドロフランを溶出溶剤として用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算測定値である。
本発明のポリマーは、繰り返し単位1〜4がランダムに結合したものでも交互に結合したものでもよく、各単位のブロックを複数含むものであってもよい。
[シルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格含有ポリマーの製造方法]
前記ポリマーは、下記式(5)で表される化合物及び下記式(X1')で表される化合物、並びに下記式(X2')で表される化合物、下記式(X3')で表される化合物及び下記式(X4')で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物を、金属触媒存在下、付加重合させることにより製造することができる。
Figure 2019199553
Figure 2019199553
(式中、Y1、Y2、R1〜R4、R11〜R14、R21〜R24、R31、R32、a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2、e1、e2、f1、f2及びnは、前記と同じ。)
前記金属触媒としては、白金(白金黒を含む)、ロジウム、パラジウム等の白金族金属単体;H2PtCl4・xH2O、H2PtCl6・xH2O、NaHPtCl6・xH2O、KHPtCl6・xH2O、Na2PtCl6・xH2O、K2PtCl4・xH2O、PtCl4・xH2O、PtCl2、Na2HPtCl4・xH2O(ここで、xは、0〜6の整数が好ましく、特に0又は6が好ましい。)等の塩化白金、塩化白金酸及び塩化白金酸塩;アルコール変性塩化白金酸(例えば、米国特許第3,220,972号明細書に記載のもの);塩化白金酸とオレフィンとの錯体(例えば、米国特許第3,159,601号明細書、米国特許第3,159,662号明細書、及び米国特許第3,775,452号明細書に記載のもの);白金黒やパラジウム等の白金族金属をアルミナ、シリカ、カーボン等の担体に担持させたもの;ロジウム−オレフィン錯体;クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(いわゆるウィルキンソン触媒);塩化白金、塩化白金酸又は塩化白金酸塩とビニル基含有シロキサン(特に、ビニル基含有環状シロキサン)との錯体等を使用することができる。
触媒の使用量は触媒量であり、通常、白金族金属として反応重合物の総量に対して0.001〜0.1質量%であることが好ましい。前記重合反応においては、必要に応じて溶剤を使用してもよい。溶剤としては、例えばトルエン、キシレン等の炭化水素系溶剤が好ましい。前記重合条件として、触媒が失活せず、かつ短時間で重合の完結が可能という観点から、重合温度は、例えば40〜150℃、特に60〜120℃が好ましい。重合時間は、重合物の種類及び量にもよるが、重合系中に湿気の介入を防ぐため、およそ0.5〜100時間、特に0.5〜30時間で終了するのが好ましい。このようにして重合反応を終了後、溶剤を使用した場合はこれを留去することにより、前記ポリマーを得ることができる。
反応方法は、特に限定されないが、まず、式(X1')で表される化合物、式(X2')で表される化合物、式(X3')で表される化合物及び式(X4')で表される化合物から選ばれる少なくとも1種、又は2種以上を混合して、加熱した後、前記混合溶液に金属触媒を添加し、次いで式(5)で表される化合物を0.1〜5時間かけて滴下するのがよい。
各原料化合物は、式(X1')で表される化合物、式(X2')で表される化合物、式(X3')で表される化合物及び式(X4')で表される化合物が有するアルケニル基の合計に対し、式(5)で表される化合物が有するヒドロシリル基が、モル比で、好ましくは0.67〜1.67、より好ましくは0.83〜1.25となるように配合するのがよい。本発明のポリマーのMwは、o−アリルフェノールのようなモノアリル化合物、又はトリエチルヒドロシランのようなモノヒドロシランやモノヒドロシロキサンを分子量調整剤として使用することにより制御することが可能である。
以下、実施例及び比較例を示して本発明を更に説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。なお、下記実施例において、Mwは、GPCカラムとしてTSKGEL Super HZM-H(東ソー(株)製)を用い、流量0.6mL/分、溶出溶剤テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
ポリマーの合成に使用した化合物を以下に示す。
Figure 2019199553
[実施例1]樹脂1の合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、式(S−1)で表される化合物156.8g(0.40モル)及び式(S−3a)で表される化合物(日油(株)製ユニオックス)53.9g(0.10モル)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃に加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−5)で表される化合物97.0g(0.50モル)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計モル数/アルケニル基の合計モル数=1/1)。滴下終了後、100℃まで加熱し6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去して、樹脂1を得た。樹脂1のMwは、43,000であった。なお、樹脂1は、1H-NMR(Bluker社製)により、繰り返し単位1及び2を含むポリマーであることを確認した。
[実施例2]樹脂2の合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、式(S−7)で表される化合物172.0g(0.40モル)及び式(S−3a)で表される化合物53.9g(0.10モル)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃に加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−5)で表される化合物97.0g(0.50モル)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計モル数/アルケニル基の合計モル数=1/1)。滴下終了後、100℃まで加熱し6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去して、樹脂2を得た。樹脂2のMwは、25,000であった。なお、樹脂2は、1H-NMR(Bluker社製)により、繰り返し単位1及び3を含むポリマーであることを確認した。
[実施例3]樹脂3の合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、式(S−2)で表される化合物106.0g(0.40モル)及び式(S−3a)で表される化合物53.9g(0.10モル)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃に加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−5)で表される化合物97.0g(0.50モル)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計モル数/アルケニル基の合計モル数=1/1)。滴下終了後、100℃まで加熱し6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去して、樹脂3を得た。樹脂3のMwは、34,000であった。なお、樹脂3は、1H-NMR(Bluker社製)により、繰り返し単位1及び4を含むポリマーであることを確認した。
[実施例4]樹脂4の合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、式(S−1)で表される化合物9.8g(0.025モル)、式(S−7)で表される化合物10.8g(0.025モル)、式(S−2)で表される化合物13.3g(0.05モル)及び式(S−3a)で表される化合物215.6g(0.40モル)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃に加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−5)で表される化合物97.0g(0.50モル)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計モル数/アルケニル基の合計モル数=1/1)。滴下終了後、100℃まで加熱し6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去して、樹脂4を得た。樹脂4のMwは、50,000であった。なお、樹脂4は、1H-NMR(Bluker社製)により、繰り返し単位1、2、3及び4を含むポリマーであることを確認した。
[実施例5]樹脂5の合成
攪拌機、温度計、窒素置換装置及び還流冷却器を具備した3Lフラスコに、式(S−1)で表される化合物9.8g(0.025モル)及び式(S−7)で表される化合物10.8g(0.025モル)、式(S−2)で表される化合物13.3g(0.05モル)、式(S−3b)で表される化合物327.2g(0.40モル)を加えた後、トルエン2,000gを加え、70℃に加熱した。その後、塩化白金酸トルエン溶液(白金濃度0.5質量%)1.0gを投入し、式(S−5)で表される化合物97.0g(0.50モル)を1時間かけて滴下した(ヒドロシリル基の合計モル数/アルケニル基の合計モル数=1/1)。滴下終了後、100℃まで加熱し6時間熟成した後、反応溶液からトルエンを減圧留去して、樹脂5を得た。樹脂5のMwは、58,000であった。なお、樹脂5は、1H-NMR(Bluker社製)により、繰り返し単位1、2、3及び4を含むポリマーであることを確認した。
以上の結果より、本発明によれば、樹脂1〜5のような主鎖にシルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格を含む新規なポリマーが合成でき、提供が可能となる。

Claims (6)

  1. 主鎖にシルフェニレン骨格及びポリエーテル骨格を含むポリマー。
  2. エポキシ基及び/又はフェノール性ヒドロキシ基を有する請求項1記載のポリマー。
  3. 重量平均分子量が、3,000〜500,000である請求項1又は2記載のポリマー。
  4. 下記式(1)〜(4)で表される繰り返し単位を含むものである請求項1〜3のいずれか1項記載のポリマー。
    Figure 2019199553
    [式中、X1は、下記式(X1)で表される2価の基である。X2は、下記式(X2)で表される2価の基である。X3は、下記式(X3)で表される2価の基である。X4は、下記式(X4)で表される2価の基である。p、q、r及びsは、0<p<1、0≦q<1、0≦r<1、0≦s<1、0<q+r+s<1、及びp+q+r+s=1を満たす数である。
    Figure 2019199553
    (式中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜8の1価炭化水素基である。R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。a1及びa2は、それぞれ独立に、1〜6の整数である。nは、0〜100の整数である。)
    Figure 2019199553
    (式中、Y1は、単結合、メチレン基、プロパン−2,2−ジイル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン−2,2−ジイル基又はフルオレン−9,9−ジイル基である。R11及びR12は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R13及びR14は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基又はアルコキシ基である。b1及びb2は、それぞれ独立に、0〜7の整数である。c1及びc2は、それぞれ独立に、0〜2の整数である。)
    Figure 2019199553
    (式中、Y2は、単結合、メチレン基、プロパン−2,2−ジイル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン−2,2−ジイル基又はフルオレン−9,9−ジイル基である。R21及びR22は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R23及びR24は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基又はアルコキシ基である。d1及びd2は、それぞれ独立に、0〜7の整数である。e1及びe2は、それぞれ独立に、0〜2の整数である。)
    Figure 2019199553
    (式中、R31及びR32は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。f1及びf2は、それぞれ独立に、0〜7の整数である。)]
  5. 1及びR2が、ともに水素原子である請求項4記載のポリマー。
  6. nが、5〜20の整数である請求項4又は5記載のポリマー。
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