JP4204435B2 - Transparent polyimide silicone resin containing thermosetting groups - Google Patents

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Description

本発明は熱硬化性樹脂組成物に関し、特に低温、短時間での熱処理により耐熱性、機械強度、耐溶剤性および各種基材への密着性に優れた硬化皮膜が得られる熱硬化性基を含有し、しかも可視光の領域における透明性に優れかつ溶剤に可溶なポリイミド樹脂に関する。   The present invention relates to a thermosetting resin composition, particularly a thermosetting group capable of obtaining a cured film excellent in heat resistance, mechanical strength, solvent resistance and adhesion to various substrates by heat treatment in a low temperature for a short time. Furthermore, the present invention relates to a polyimide resin that is excellent in transparency in the visible light region and is soluble in a solvent.

ポリイミド樹脂は耐熱性および電気絶縁性に優れていることから、電子部品等の樹脂ワニスとして広く用いられている。しかしながら、ポリイミド樹脂は限られた高沸点の有機溶剤に溶解するのみである。そのため一般には、ポリイミドの前駆体であって、種々の有機溶剤に比較的易溶であるポリアミック酸の状態で基材に塗布した後、300℃以上の温度で長時間加熱処理することにより、脱水、イミド化させる。しかしながら、この方法では、ポリアミック酸を脱水してポリイミド化するために、高温かつ長時間の加熱を必要とする。したがって、基材の熱劣化を起こしやすい。また、加熱が不十分であると、得られる樹脂の構造中にポリアミック酸が残存してしまい、耐湿性、耐腐食性等の低下の原因となる。   Polyimide resins are widely used as resin varnishes for electronic parts and the like because of their excellent heat resistance and electrical insulation. However, the polyimide resin only dissolves in a limited high boiling point organic solvent. Therefore, in general, it is a polyimide precursor, which is applied to a substrate in a polyamic acid state that is relatively easily soluble in various organic solvents, and then subjected to heat treatment at a temperature of 300 ° C. or higher for a long time, thereby dehydrating. , Imidize. However, this method requires heating at a high temperature for a long time in order to dehydrate the polyamic acid to form a polyimide. Therefore, the base material is likely to be thermally deteriorated. If the heating is insufficient, the polyamic acid remains in the structure of the resulting resin, which causes a decrease in moisture resistance, corrosion resistance, and the like.

これに対して、ポリアミック酸ではなく有機溶剤に可溶なポリイミド樹脂の溶液を基材に塗布した後、加熱することにより溶剤を揮散させ、ポリイミド樹脂皮膜を形成する方法が知られている(例えば、特許文献1〜4参照)。しかし、これらの有機溶剤に可溶なポリイミド樹脂を用いて得られる樹脂皮膜は、耐溶剤性に劣るという欠点を有している。そこで比較的低温で短時間の熱処理により、密着性や耐溶剤性等の良好なポリイミド樹脂硬化皮膜が得られる熱硬化性ポリイミド樹脂組成物(特許文献5参照)を提供した。 On the other hand, after applying a solution of a polyimide resin soluble in an organic solvent instead of a polyamic acid to a substrate, a method of volatilizing the solvent by heating to form a polyimide resin film is known (for example, And Patent Documents 1 to 4). However, the resin film obtained by using a polyimide resin soluble in these organic solvents has a drawback of poor solvent resistance. Therefore, a thermosetting polyimide resin composition (see Patent Document 5) is obtained in which a cured polyimide resin film having good adhesion and solvent resistance can be obtained by heat treatment at a relatively low temperature for a short time.

一方、ポリイミド樹脂は優れた物性を持つ反面着色をしているので、使用用途が限定されており無色透明であるポリイミド樹脂の要望は強い。現在、透明ポリイミド樹脂は液晶配向膜等に使用されてきているが、これらはすべて熱可塑性のポリイミド樹脂であり耐熱性が十分ではない。   On the other hand, the polyimide resin has excellent physical properties, but is colored, so the usage is limited and there is a strong demand for a polyimide resin that is colorless and transparent. At present, transparent polyimide resins have been used for liquid crystal alignment films and the like, but these are all thermoplastic polyimide resins and have insufficient heat resistance.

特開昭61−83228号公報JP 61-83228 A 特開昭61−118424号公報JP 61-118424 A 特開昭61−118425号公報Japanese Patent Laid-Open No. 61-118425 特開平2−36232号公報JP-A-2-36232 特開平10−195278号公報JP-A-10-195278

そこで、本研究は低温、短時間での熱処理により耐熱性、機械強度、耐溶剤性および各種基材への密着性に優れた硬化皮膜が得られる熱硬化性基を含有し、しかも波長400nmから700nmいわゆる可視光の領域で透明度に優れかつ溶剤に可溶なポリイミドシリコーン樹脂を提供することにある。   Therefore, the present study contains a thermosetting group that can obtain a cured film excellent in heat resistance, mechanical strength, solvent resistance and adhesion to various substrates by heat treatment in a low temperature for a short time, and from a wavelength of 400 nm. An object of the present invention is to provide a polyimide silicone resin which is excellent in transparency in a so-called visible light region of 700 nm and is soluble in a solvent.

本発明者らは上記目的を達成するため、鋭意検討を行った結果、ポリイミド樹脂中に特定の分子構造を導入することで上記目的が達成できることを見出した。即ち、本発明は、下記一般式(1)で表わされる構造単位及び一般式(4)で表わされる構造単位を含有し、有機溶剤に可溶であり、厚さ1mmのガラス板上に厚さ10μmのフィルムにして測定した波長400nmから700nmの光線透過率が80%以上であることを特徴とする熱硬化性のポリイミドシリコーン樹脂である。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the above object can be achieved by introducing a specific molecular structure into the polyimide resin. That is, the present invention contains a structural unit represented by the structural unit formula represented by the following general formula (1) (4), Ri soluble der in an organic solvent, the thickness on a glass plate having a thickness of 1mm The thermosetting polyimide silicone resin is characterized in that the light transmittance at a wavelength of 400 nm to 700 nm measured with a 10 μm film is 80% or more .

Figure 0004204435

[式中、Xは、脂肪族テトラカルボン酸二無水物残基、芳香環を有する脂肪族テトラカルボン酸二無水物残基または脂環式テトラカルボン酸二無水物残基であり、Yは一般式(2)で表されるジアミン残基である]
Figure 0004204435

[Wherein, X is an aliphatic tetracarboxylic dianhydride residue, an aliphatic tetracarboxylic dianhydride residue having an aromatic ring , or an alicyclic tetracarboxylic dianhydride residue, and Y is It is a diamine residue represented by the general formula (2)]

Figure 0004204435

(式中、RからRは水素原子または炭素数1から6のアルキル基であり、これらは同一でも異なっていてもよい。)
Figure 0004204435

(Wherein R 1 to R 6 are a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and these may be the same or different.)

Figure 0004204435
Figure 0004204435

[式中、Xは上記のとおりであり、Zは一般式(5)で表されるジアミン残基である
Figure 0004204435
Figure 0004204435

[Wherein, X is as defined above, Z is is a diamine residue of the general formula (5)

Figure 0004204435


(式中のRからR12は炭素数1から8の置換または非置換の一価の炭化水素基であり、これらは同一でも異なっていてもよい。また、aは1以上100以下の整数である。)]
Figure 0004204435


(In the formula, R 9 to R 12 are substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon groups having 1 to 8 carbon atoms, and these may be the same or different. A is an integer of 1 to 100. ]]]

好ましい態様において、ジアミン残基に対して上記一般式(2)または(3)で表されるジアミン残基が5mol%以上95mol%以下であり、一般式(5)で表されるジアミン残基が5mol%以上95mol%以下である。また、Xが下記式で表される基である。

Figure 0004204435
In a preferred embodiment, the diamine residue represented by the general formula (2) or (3) is 5 mol% or more and 95 mol% or less with respect to the diamine residue , and the diamine residue represented by the general formula (5) is It is 5 mol% or more and 95 mol% or less. X is a group represented by the following formula.

Figure 0004204435

また、本発明は、上記ポリイミドシリコーン樹脂を使用してなる半導体装置、例えば表示装置である。
Moreover, this invention is a semiconductor device using the said polyimide silicone resin , for example, a display apparatus.

本発明の溶剤可溶で熱硬化性である透明ポリイミドシリコーン樹脂は低温、短時間の加熱処理により優れた耐熱性、機械強度、耐溶剤性、各種基材への密着性を有するポリイミド樹脂硬化皮膜を得ることができ、半導体装置中のカラーフィルターや発光ダイオード、レーザーダイオードの保護膜、液晶配向膜、液晶表示装置、その他のエレクトロニクスの分野及び光学の分野において有用である   The solvent-soluble and thermosetting transparent polyimide silicone resin of the present invention is a cured polyimide resin film having excellent heat resistance, mechanical strength, solvent resistance, and adhesion to various substrates by low-temperature, short-time heat treatment. It is useful in color filters, light emitting diodes, laser diode protective films, liquid crystal alignment films, liquid crystal display devices, and other electronics and optical fields in semiconductor devices.

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明のポリイミドシリコーン樹脂はテトラカルボン酸二無水物とジアミンの反応生成物であって、反応生成物の構造中に熱硬化性基が含まれること、有機溶剤に可溶であること、透明であることを特徴とする。
The present invention will be described in detail below.
The polyimide silicone resin of the present invention is a reaction product of tetracarboxylic dianhydride and diamine, and the reaction product structure contains a thermosetting group, is soluble in an organic solvent, is transparent. It is characterized by being.

熱硬化性基としてはカルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、水酸基等が一般的に知られているが、ポリイミドの製造工程を考慮するとカルボキシル基及びアミノ基と容易に反応しない点でフェノール基が選択される。   As the thermosetting group, a carboxyl group, an amino group, an epoxy group, a hydroxyl group, etc. are generally known, but a phenol group is selected because it does not easily react with a carboxyl group and an amino group in consideration of the production process of polyimide. Is done.

本発明で合成されるポリイミドシリコーン樹脂の原料であるジアミンについて説明する。本発明の好ましい態様としてジアミン残基中にフェノール基を含有するものを使用することを特徴としている。たとえば一般式(A)または一般式(B)でジアミン残基が表されるもの等が本発明で使用される。 A diamine that is a raw material of the polyimide silicone resin synthesized in the present invention will be described. As a preferred embodiment of the present invention, a diamine residue containing a phenol group is used. For example, those represented by the general formula (A) or the general formula (B) and having a diamine residue are used in the present invention.

Figure 0004204435

式中、RからRは水素原子または炭素数1から6のアルキル基であり、これらは同一でも異なっていてもよい。上記R〜Rとしては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基基等のアルキル基が挙げられるが、中でもメチル基が好ましい。
Figure 0004204435

In the formula, R 1 to R 6 are a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, which may be the same or different. Examples of R 1 to R 6 include alkyl groups such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group, and among them, a methyl group is preferable.

Figure 0004204435

式中、R、Rは水素原子または炭素数1から6のアルキル基であり、これらは同一でも異なっていてもよい。上記R〜Rとしては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基基等のアルキル基が挙げられるが、中でもメチル基が好ましい。
Figure 0004204435

In the formula, R 7 and R 8 are a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and these may be the same or different. Examples of R 7 to R 8 include alkyl groups such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group. Among them, a methyl group is preferable.

フェノール基を含有するジアミン残基は全ジアミン残基中5mol%以上95mol%以下含まれていればよく、好ましくは20mol%以上80mol%以下である。含有量が5mol%以下と少ないと、例えばエポキシ等と硬化させたときの架橋密度が低くなるため、硬化が不十分となり耐溶剤性が低下してしまう。また、含有量が95mol%以上と多いと、ジアミノシロキサンの含有量が少なくなり、有機溶剤への溶解性や基材に対する接着性が低下してしまう。   The diamine residue containing a phenol group may be contained in an amount of 5 mol% to 95 mol% in all diamine residues, and preferably 20 mol% to 80 mol%. If the content is as small as 5 mol% or less, for example, the crosslinking density when cured with epoxy or the like is lowered, so that the curing is insufficient and the solvent resistance is lowered. Moreover, when there is much content as 95 mol% or more, content of diaminosiloxane will decrease and the solubility to an organic solvent and the adhesiveness with respect to a base material will fall.

本発明は好ましい態様としてジアミン残基としてジアミノシロキサン残基をさらに含有するものを使用することを特徴としている。たとえば一般式(C)で表されるものが本発明で使用される。   The present invention is characterized in that a diamine residue further containing a diaminosiloxane residue is used as a preferred embodiment. For example, what is represented by the general formula (C) is used in the present invention.

Figure 0004204435

式中のRからR12は非置換または置換の炭素原子数1〜8の1価炭化水素基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、キシリル基等のアリール基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、3−クロロプロピル基等のハロゲン化アルキル基、2−(トリメトキシシリル)エチル基等のトリアルコキシシリル化アルキル基等の他、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリーロキシ基、シアノ基等を挙げることができる。中でもメチル基、エチル基またはフェニル基が好ましい。また、aは1以上100以下の整数である。
Figure 0004204435

R 9 to R 12 in the formula are unsubstituted or substituted monovalent hydrocarbon groups having 1 to 8 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, and hexyl groups. Group, cycloalkyl group such as cyclopentyl group and cyclohexyl group, aryl group such as phenyl group and xylyl group, aralkyl group such as benzyl group and phenethyl group, 3,3,3-trifluoropropyl group, 3-chloropropyl group and the like In addition to trialkoxysilylated alkyl groups such as 2- (trimethoxysilyl) ethyl group, alkoxy groups such as methoxy group, ethoxy group, and propoxy group, aryloxy groups such as phenoxy group, cyano group, etc. Can be mentioned. Of these, a methyl group, an ethyl group or a phenyl group is preferred. A is an integer of 1 to 100.

ジアミノシロキサン残基は全ジアミン残基中5mol%以上95mol%以下含まれていればよく、好ましくは10mol%以上90mol%以下である。含有量が5mol%以下と少ないと、有機溶剤への溶解性が低下してしまうので好ましくない。また、含有量が95mol%以上と多いと、ポリイミドシリコーン樹脂として取り扱いにくく、硬化性基の含有量も少なくなるので、密着性に優れた硬化被膜が得られない。ジアミノシロキサンを使用することで有機溶剤に対する溶解性を向上させることができ、また、各種基材に対する接着力を向上させることができる。   The diaminosiloxane residue may be contained in the total diamine residue in an amount of 5 mol% to 95 mol%, and preferably 10 mol% to 90 mol%. If the content is as low as 5 mol% or less, the solubility in organic solvents is lowered, which is not preferable. On the other hand, when the content is as large as 95 mol% or more, it is difficult to handle as a polyimide silicone resin, and the content of the curable group is also reduced, so that a cured film having excellent adhesion cannot be obtained. By using diaminosiloxane, solubility in an organic solvent can be improved, and adhesion to various substrates can be improved.

これらのジアミンにおいて、本発明のポリイミドシリコーン樹脂が可視光領域において透明であることからその原料であるジアミンは着色してないことが好ましい。   In these diamines, since the polyimide silicone resin of the present invention is transparent in the visible light region, it is preferable that the raw material diamine is not colored.

本発明のポリイミドシリコーン樹脂の合成原料として上記以外にも透明性を損なわない程度に公知の一般的なジアミンも同時に使用することができる。例えば、テトラメチレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサンや4,4´−ジアミノジシクロヘキシルメタン等の脂肪族ジアミンやフェニレンジアミン、4,4´−ジアミノジフェニルエーテル、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン等の芳香族ジアミンが挙げられ単独もしくは2種以上組み合わせて使用することができる。   As a synthetic raw material for the polyimide silicone resin of the present invention, known general diamines can be used at the same time as long as the transparency is not impaired. For example, aliphatic diamines such as tetramethylenediamine, 1,4-diaminocyclohexane and 4,4′-diaminodicyclohexylmethane, phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 2,2-bis (4-aminophenyl) propane Aromatic diamines such as these can be mentioned, and can be used alone or in combination of two or more.

本発明で合成されるポリイミドシリコーン樹脂の原料であるテトラカルボン酸二無水物について説明する。本発明のポリイミドシリコーン樹脂は可視光領域において透明であることを特徴としており、その原料であるテトラカルボン酸二無水物は着色してないこと、また、着色の原因として知られている電荷移動錯体を形成しにくいものが好ましい。透明性に優れるという点で脂肪族テトラカルボン酸二無水物または脂環式テトラカルボン酸二無水物が好ましいが、着色をしない範囲で耐熱性により優れる芳香族テトラカルボン酸二無水物を用いてもよい。   The tetracarboxylic dianhydride that is a raw material of the polyimide silicone resin synthesized in the present invention will be described. The polyimide silicone resin of the present invention is characterized in that it is transparent in the visible light region, the tetracarboxylic dianhydride as the raw material is not colored, and a charge transfer complex known as a cause of coloring Those that are difficult to form are preferred. Aliphatic tetracarboxylic dianhydrides or alicyclic tetracarboxylic dianhydrides are preferred in terms of excellent transparency, but aromatic tetracarboxylic dianhydrides that are superior in heat resistance within the range not colored may be used. Good.

脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては例えばブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物又はペンタン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物等が挙げられ、脂環式テトラカルボン酸二無水物としては1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、ジシクロヘキシル−3,4,3´,4´−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物等が挙げられ、芳香族テトラカルボン酸二無水物としてはピロメリット酸二無水物、3,3´,4,4´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3´,4,4´−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、4,4´−ヘキサフルオロプロピリデンビスフタル酸二無水物、3,3´,4,4´−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。また、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−メチル−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン等の芳香環を有する脂肪族テトラカルボン酸二無水物を用いてもよい。これらのテトラカルボン酸二無水物は、単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。   Examples of the aliphatic tetracarboxylic dianhydride include butane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride or pentane-1,2,4,5-tetracarboxylic dianhydride. Cyclic tetracarboxylic dianhydrides include 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, cyclohexane-1,2,4,5-tetracarboxylic dianhydride, dicyclohexyl-3,4,3. ', 4'-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo [2.2.1] heptane-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 2,3,4,5-tetrahydrofurantetracarboxylic dianhydride Examples of the aromatic tetracarboxylic dianhydride include pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4. '-Gifeni Ether tetracarboxylic dianhydride, 4,4'-hexafluoro propylidene bis phthalic dianhydride, 3,3 ', and 4,4'-diphenylsulfone tetracarboxylic acid dianhydride. 1,3,3a, 4,5,9b-hexahydro-5- (tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl) -naphtho [1,2-c] furan-1,3-dione, Fragrances such as 3,3a, 4,5,9b-hexahydro-5-methyl-5- (tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl) -naphtho [1,2-c] furan-1,3-dione An aliphatic tetracarboxylic dianhydride having a ring may be used. These tetracarboxylic dianhydrides can be used alone or in combination of two or more.

ポリイミドシリコーン樹脂の製造方法は溶媒存在下でジアミンとテトラカルボン酸二無水物とをほぼ等モル数で使用し、高温のみで重合させる一段重合法によっても、あるいは、まず低温でアミック酸を合成し、その後に高温でイミド化する二段重合法のいずれによってもよい。   The polyimide silicone resin can be produced by a one-step polymerization method in which diamine and tetracarboxylic dianhydride are used in approximately equimolar numbers in the presence of a solvent and polymerized only at a high temperature, or first, an amic acid is synthesized at a low temperature. Thereafter, any of two-stage polymerization methods in which imidization is performed at a high temperature may be used.

テトラカルボン酸二無水物成分に対するジアミン成分の割合は、ポリイミドシリコーン樹脂の分子量の調整等に応じて適宜決められ、通常モル比で0.95〜1.05、好ましくは0.98〜1.02の範囲である。なお、ポリイミドシリコーン樹脂の分子量を調整するために、無水フタル酸、アニリン等の一官能の原料を添加することも可能である。この場合の添加量は全イミド骨格に対して2モル%以下が好ましい。   The ratio of the diamine component to the tetracarboxylic dianhydride component is appropriately determined according to the adjustment of the molecular weight of the polyimide silicone resin, and is usually 0.95 to 1.05, preferably 0.98 to 1.02 in molar ratio. Range. In order to adjust the molecular weight of the polyimide silicone resin, a monofunctional raw material such as phthalic anhydride or aniline can be added. In this case, the addition amount is preferably 2 mol% or less with respect to the total imide skeleton.

一段重合法による場合、反応温度は150〜300℃であり、反応時間は1〜15時間で達成される。又、二段重合法による場合は、ポリアミック酸合成を0〜120℃の温度で、1〜100時間行い、その後イミド化を0〜300℃の温度で、1〜15時間行う。   In the case of the single-stage polymerization method, the reaction temperature is 150 to 300 ° C., and the reaction time is achieved in 1 to 15 hours. When the two-stage polymerization method is used, the polyamic acid synthesis is performed at a temperature of 0 to 120 ° C. for 1 to 100 hours, and then imidization is performed at a temperature of 0 to 300 ° C. for 1 to 15 hours.

合成時に使用可能な溶媒は原料であるジアミンとテトラカルボン酸二無水物及び生成物であるポリイミドシリコーンと相溶性のあるものであればよい。フェノール、4−メトキシフェノー4−メトキシフェノール、2,6−ジメチルフェノール、m−クレゾール等のフェノール類、テトラヒドロフラン、アニソール等のエーテル類、シクロヘキサノン、2−ブタノン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、2−オクタノン、アセトフェノン等のケトン類、酢酸ブチル、安息香酸メチル、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ブチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド類等が例示される。   The solvent that can be used at the time of synthesis may be any one that is compatible with the raw material diamine, tetracarboxylic dianhydride, and the product polyimide silicone. Phenols such as phenol, 4-methoxypheno 4-methoxyphenol, 2,6-dimethylphenol, m-cresol, ethers such as tetrahydrofuran, anisole, cyclohexanone, 2-butanone, methyl isobutyl ketone, 2-heptanone, 2- Ketones such as octanone and acetophenone, esters such as butyl acetate, methyl benzoate and γ-butyrolactone, cellosolves such as butyl cellosolve acetate and propylene glycol monomethyl ether acetate, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, Examples include amides such as N-methyl-2-pyrrolidone.

また、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類を併用することでイミド化の際に生成する水を共沸により除去しやすくすることも可能である。これらの溶剤は、1種単独でも2種以上組み合わせて用いてもよい。   Moreover, it is also possible to make it easy to remove water generated during imidization by azeotropy by using together aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

ジアミン及びテトラカルボン酸二無水物の少なくとも一方を複数種使用する場合も、反応方法は特に限定されるものではなく、例えば原料を予め全て混合した後に共重縮合させる方法や、用いる2種以上のジアミン又はテトラカルボン酸二無水物を個別に反応させながら順次添加する方法等がある。     When using at least one of diamine and tetracarboxylic dianhydride, the reaction method is not particularly limited, for example, a method of co-condensation after mixing all the raw materials in advance, or two or more types used. There is a method of sequentially adding diamine or tetracarboxylic dianhydride while reacting individually.

また、イミド化過程において脱水剤およびイミド化触媒を添加し必要に応じて加熱することにより、イミド化させる方法を用いてもよい。この方法において、脱水剤としては、例えば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸などの酸無水物を用いることができる。脱水剤の使用量は、ジアミン1モルに対して1〜10モルとするのが好ましい。   Moreover, you may use the method of imidating by adding a dehydrating agent and an imidation catalyst in an imidation process, and heating as needed. In this method, as the dehydrating agent, acid anhydrides such as acetic anhydride, propionic anhydride, and trifluoroacetic anhydride can be used. The amount of the dehydrating agent used is preferably 1 to 10 mol per 1 mol of diamine.

また、イミド化触媒としては、例えばピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミンなどの第3級アミンを用いることができる。イミド化触媒の使用量は、使用する脱水剤1モルに対して0.5〜10モルとするのが好ましい。   Moreover, as an imidation catalyst, tertiary amines, such as a pyridine, a collidine, a lutidine, a triethylamine, can be used, for example. The amount of the imidization catalyst used is preferably 0.5 to 10 mol with respect to 1 mol of the dehydrating agent to be used.

本発明のポリイミドシリコーン樹脂は溶解性に優れているため、各種基材上にコーティングしやすいように有機溶剤で溶解して適当な粘度に調整することが可能である。   Since the polyimide silicone resin of the present invention is excellent in solubility, it can be adjusted to an appropriate viscosity by dissolving in an organic solvent so that it can be easily coated on various substrates.

本発明のポリイミドシリコーン樹脂を溶解するのに使用できる有機溶剤は一般に知られるポリイミドシリコーン樹脂の合成時に使用可能な前記の有機溶剤でもよいし、合成時とは別の芳香族炭化水素系溶剤や、ケトン系溶剤等、溶解性のあるものであれば何でもよい。   The organic solvent that can be used to dissolve the polyimide silicone resin of the present invention may be the above-mentioned organic solvent that can be used when synthesizing a generally known polyimide silicone resin, an aromatic hydrocarbon solvent that is different from the synthesis, Any solvent may be used as long as it is soluble, such as a ketone solvent.

特に低沸点の芳香族炭化水素系溶剤や、ケトン系溶剤等に溶解したい場合は合成されたポリイミドシリコーン樹脂溶液に貧溶媒を加えて再沈澱させる等の方法により精製されたポリイミド樹脂を再び溶解させる際にその溶剤を用いて溶解させればよい。   In particular, if you want to dissolve in a low-boiling aromatic hydrocarbon solvent or ketone solvent, re-dissolve the purified polyimide resin by a method such as adding a poor solvent to the synthesized polyimide silicone resin solution and reprecipitating it. At that time, the solvent may be used for dissolution.

本発明のポリイミドシリコーン樹脂がコーティング可能な基材は鉄、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属でも、ガラス等の無機物でも、エポキシ系樹脂、アクリル樹脂等の有機樹脂でもよい。   The substrate on which the polyimide silicone resin of the present invention can be coated may be a metal such as iron, copper, nickel, or aluminum, an inorganic material such as glass, or an organic resin such as an epoxy resin or an acrylic resin.

さらに、ポリイミドシリコーン樹脂中のフェノール基と反応する物質を加えることで熱硬化性をより向上させることも可能である。ここで、フェノール基と反応する物質としては、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基等のフェノール基と反応可能な官能基を二以上含む樹脂、オリゴマー等の多官能性の有機化合物が挙げられる。   Furthermore, it is possible to further improve the thermosetting property by adding a substance that reacts with a phenol group in the polyimide silicone resin. Here, examples of the substance that reacts with the phenol group include a polyfunctional organic compound such as a resin or an oligomer including two or more functional groups capable of reacting with a phenol group such as a carboxyl group, an amino group, and an epoxy group.

本発明のポリイミドシリコーン樹脂は熱硬化することによって優れた耐熱性、機械強度、耐溶剤性、各種基材への密着性を有する。     The polyimide silicone resin of the present invention has excellent heat resistance, mechanical strength, solvent resistance, and adhesion to various substrates by thermosetting.

硬化条件は特に限定されるものではないが、80℃以上300℃以下、好ましくは100℃以上250℃以下の範囲で硬化させる。80℃以下で硬化した場合には熱硬化に時間がかかりすぎて実用的でなかったり、低温で硬化する機構を選んだ時には保存安定性の問題があったりする。また、従来のポリアミック酸溶液と異なり、塗布後に300℃以上という高温でかつ長時間の加熱を必要としなく基材の熱劣化を抑制できる。   Curing conditions are not particularly limited, but curing is performed in the range of 80 ° C. to 300 ° C., preferably 100 ° C. to 250 ° C. When it is cured at 80 ° C. or less, it takes too much time for thermal curing, which is not practical, or there is a problem of storage stability when a mechanism that cures at a low temperature is selected. Moreover, unlike the conventional polyamic acid solution, the thermal deterioration of the substrate can be suppressed without requiring heating at a high temperature of 300 ° C. or higher for a long time after coating.

また、本発明のポリイミドシリコーン樹脂は、厚さ1mmのガラス板上に厚さ10μmのフィルムにして測定した紫外線・可視光吸収スペクトルにおいて、400nmから700nmの波長領域いわゆる可視光領域における透過率は80%以上という特徴をもつ。   The polyimide silicone resin of the present invention has a transmittance in the wavelength region of 400 nm to 700 nm, so-called visible light region, in an ultraviolet / visible light absorption spectrum measured on a 10 μm thick film on a 1 mm thick glass plate. % Or more.

このような透明性に優れ、溶剤可溶で熱硬化性である本発明のポリイミドシリコーン樹脂は例えば半導体装置中のカラーフィルターや発光ダイオード、レーザーダイオードの保護膜、液晶配向膜、液晶表示装置、その他のエレクトロニクスの分野及び光学の分野において有用であると考えられる。   The polyimide silicone resin of the present invention that is excellent in transparency, is soluble in solvent, and is thermosetting is, for example, a color filter or a light emitting diode in a semiconductor device, a protective film for a laser diode, a liquid crystal alignment film, a liquid crystal display device, and others It is considered useful in the fields of electronics and optics.

実施例1(イミドシリコーン樹脂の合成)
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えたフラスコ内に、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン30.0g(0.1モル)およびN,N−ジメチルアセトアミド250gを仕込み攪拌して溶解した。ついで、上記フラスコ内に2,2´−メチレンビス{6−(4−アミノ−3,5−ジメチルベンジル)−4−メチル}フェノール17.3g(0.035モル)を添加し反応系の温度を50℃で3時間保持した。さらにジアミノシロキサン(ただし、一般式(C)のaの平均が9.5のもの)56.2g(0.065モル)を室温で滴下し、滴下終了後室温で12時間撹拌した。
Example 1 (Synthesis of imide silicone resin)
1,3,3a, 4,5,9b-Hexahydro-5- (tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl) -naphtho [1,1,3,3a, 4,5,9b in a flask equipped with a stirrer, thermometer and nitrogen displacement apparatus. 2-c] 30.0 g (0.1 mol) of furan-1,3-dione and 250 g of N, N-dimethylacetamide were charged and dissolved by stirring. Next, 17.3 g (0.035 mol) of 2,2′-methylenebis {6- (4-amino-3,5-dimethylbenzyl) -4-methyl} phenol was added into the flask, and the temperature of the reaction system was adjusted. Hold at 50 ° C. for 3 hours. Further, 56.2 g (0.065 mol) of diaminosiloxane (however, the average of a in formula (C) was 9.5) was added dropwise at room temperature, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours after completion of the addition.

つぎに、該フラスコに水分受容器付き還流冷却器を取り付けた後、トルエン50gを加え、170℃まで昇温してその温度を6時間保持したところ、ほぼ透明の溶液が得られた。   Next, after attaching a reflux condenser with a moisture receiver to the flask, 50 g of toluene was added, the temperature was raised to 170 ° C. and the temperature was maintained for 6 hours, and an almost transparent solution was obtained.

得られた溶液を貧溶媒であるメタノール中に投じ樹脂を再沈殿させた。この樹脂の赤外吸光スペクトルを測定した結果を図1の載せた。未反応の官能基があることを示すポリアミック酸に基づく吸収は現れず、1770cm−1および1710cm−1にイミド基に基づく吸収を確認した。得られた樹脂は式1の表される繰り返し単位を持つ。   The obtained solution was poured into methanol as a poor solvent to reprecipitate the resin. The result of measuring the infrared absorption spectrum of this resin is shown in FIG. Absorption based on polyamic acid indicating the presence of unreacted functional groups did not appear, and absorption based on imide groups was confirmed at 1770 cm −1 and 1710 cm −1. The resulting resin has a repeating unit represented by Formula 1.

式1   Formula 1

Figure 0004204435
Figure 0004204435

ここでXは   Where X is

Figure 0004204435
Figure 0004204435

Yは、   Y is

Figure 0004204435
Figure 0004204435

Zは、   Z is

Figure 0004204435
Figure 0004204435

また、テトラヒドロフランを溶媒とするゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により、該樹脂の重量平均分子量(ポリスチレン換算)を測定したところ、11000であった。この樹脂をメチルイソブチルケトンに溶解して、厚さ1mm、幅25mm×長さ75mmのガラス基板上に塗布し乾燥し膜厚70μmのフィルムを作成した。このガラス基板上のフィルムの光線透過率を測定しその結果を図2に載せた。波長400nmから700nmまでの光線透過率が80%以上であった。     Moreover, it was 11000 when the weight average molecular weight (polystyrene conversion) of this resin was measured by the gel permeation chromatography (GPC) which uses tetrahydrofuran as a solvent. This resin was dissolved in methyl isobutyl ketone, applied onto a glass substrate having a thickness of 1 mm, a width of 25 mm, and a length of 75 mm and dried to prepare a film having a thickness of 70 μm. The light transmittance of the film on this glass substrate was measured, and the result is shown in FIG. The light transmittance from a wavelength of 400 nm to 700 nm was 80% or more.

実施例2(イミドシリコーン樹脂の合成)
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えたフラスコ内に、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン30.0g(0.1モル)およびN,N−ジメチルアセトアミド250gを仕込んだ。続いて、上記フラスコ内に2,2´−メチレンビス{6−(4−アミノ−3,5−ジメチルベンジル)−4−メチル}フェノール34.6g(0.07モル)を添加し反応系の温度を50℃で3時間保持した。さらにジアミノシロキサン(ただし、一般式(C)のaの平均が9.5のもの)26.0g(0.03モル)を室温で滴下し、滴下終了後室温で12時間撹拌した。
Example 2 (Synthesis of imide silicone resin)
1,3,3a, 4,5,9b-Hexahydro-5- (tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl) -naphtho [1,1,3,3a, 4,5,9b in a flask equipped with a stirrer, thermometer and nitrogen displacement apparatus. 2-c] Furan-1,3-dione (30.0 g, 0.1 mol) and N, N-dimethylacetamide (250 g) were charged. Subsequently, 34.6 g (0.07 mol) of 2,2′-methylenebis {6- (4-amino-3,5-dimethylbenzyl) -4-methyl} phenol was added into the flask, and the temperature of the reaction system was increased. Was held at 50 ° C. for 3 hours. Furthermore, 26.0 g (0.03 mol) of diaminosiloxane (however, the average of a in formula (C) is 9.5) was added dropwise at room temperature, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours after completion of the addition.

つぎに、該フラスコに水分受容器付き還流冷却器を取り付けた後、トルエン50gを加え、170℃まで昇温してその温度を6時間保持したところ、ほぼ透明の溶液が得られた。 Next, after attaching a reflux condenser with a moisture receiver to the flask, 50 g of toluene was added, the temperature was raised to 170 ° C. and the temperature was maintained for 6 hours, and an almost transparent solution was obtained.

得られた溶液を貧溶媒であるメタノール中に投じ樹脂を再沈殿させた。この樹脂の赤外吸光スペクトルを測定したところ、未反応の官能基があることを示すポリアミック酸に基づく吸収は現れず、1770cm−1および1710cm−1にイミド基に基づく吸収を確認した。得られた樹脂は式2の表される繰り返し単位を持つ。   The obtained solution was poured into methanol as a poor solvent to reprecipitate the resin. When the infrared absorption spectrum of this resin was measured, absorption based on polyamic acid indicating that there was an unreacted functional group did not appear, and absorption based on imide groups was confirmed at 1770 cm −1 and 1710 cm −1. The obtained resin has a repeating unit represented by Formula 2.

式2   Formula 2

Figure 0004204435
Figure 0004204435

ここでXは、 Where X is

Figure 0004204435
Figure 0004204435

Yは、 Y is

Figure 0004204435
Figure 0004204435

Zは、 Z is

Figure 0004204435
Figure 0004204435

また、テトラヒドロフランを溶媒とするゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により、該樹脂の重量平均分子量(ポリスチレン換算)を測定したところ、7000であった。この樹脂をメチルイソブチルケトンに溶解して、ガラス基板上に塗布し乾燥し膜厚30μmのフィルムを作成した。このフィルムの光線透過率を測定したところ、波長400nmから700nmまでの光線透過率が80%以上であった。   Moreover, it was 7000 when the weight average molecular weight (polystyrene conversion) of this resin was measured by the gel permeation chromatography (GPC) which uses tetrahydrofuran as a solvent. This resin was dissolved in methyl isobutyl ketone, applied onto a glass substrate and dried to prepare a film having a thickness of 30 μm. When the light transmittance of this film was measured, the light transmittance from a wavelength of 400 nm to 700 nm was 80% or more.

実施例3(イミドシリコーン樹脂の合成)
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えたフラスコ内に、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン30.0g(0.1モル)およびN,N−ジメチルアセトアミド250g、トルエン100gを仕込んだ。続いて、上記フラスコ内に2,2´−メチレンビス{6−(4−アミノ−3,5−ジメチルベンジル)−4−メチル}フェノール12.35g(0.025モル)を添加し反応系の温度を50℃で3時間保持した。さらにジアミノシロキサン(ただし、一般式(C)のaの平均が9.5のもの)64.88g(0.075モル)を室温で滴下し、滴下終了後室温で12時間撹拌した。
Example 3 (Synthesis of imide silicone resin)
1,3,3a, 4,5,9b-Hexahydro-5- (tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl) -naphtho [1,1,3,3a, 4,5,9b in a flask equipped with a stirrer, thermometer and nitrogen displacement apparatus. 2-c] Furan-1,3-dione (30.0 g, 0.1 mol), N, N-dimethylacetamide (250 g), and toluene (100 g) were charged. Subsequently, 12.35 g (0.025 mol) of 2,2′-methylenebis {6- (4-amino-3,5-dimethylbenzyl) -4-methyl} phenol was added to the flask, and the temperature of the reaction system was increased. Was held at 50 ° C. for 3 hours. Further, 64.88 g (0.075 mol) of diaminosiloxane (however, the average of a in formula (C) is 9.5) was added dropwise at room temperature, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours after completion of the addition.

つぎに、該フラスコに水分受容器付き還流冷却器を取り付けた後、無水酢酸20.4gとピリジン26.4gを添加して50℃まで昇温してその温度を3時間保持した。 Next, after attaching a reflux condenser with a moisture receiver to the flask, 20.4 g of acetic anhydride and 26.4 g of pyridine were added, the temperature was raised to 50 ° C., and the temperature was maintained for 3 hours.

得られた溶液を貧溶媒であるメタノール中に投じ樹脂を再沈殿させた。この樹脂の赤外吸光スペクトルを測定したところ、未反応の官能基があることを示すポリアミック酸に基づく吸収は現れず、1770cm−1および1710cm−1にイミド基に基づく吸収を確認した。得られた樹脂は式3の表される繰り返し単位を持つ。   The obtained solution was poured into methanol as a poor solvent to reprecipitate the resin. When the infrared absorption spectrum of this resin was measured, absorption based on polyamic acid indicating that there was an unreacted functional group did not appear, and absorption based on imide groups was confirmed at 1770 cm −1 and 1710 cm −1. The resulting resin has a repeating unit represented by Formula 3.

式3   Formula 3

Figure 0004204435
Figure 0004204435

ここでXは、   Where X is

Figure 0004204435
Figure 0004204435

Yは、   Y is

Figure 0004204435
Figure 0004204435

Zは、   Z is

Figure 0004204435
Figure 0004204435

また、テトラヒドロフランを溶媒とするゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により、該樹脂の重量平均分子量(ポリスチレン換算)を測定したところ、24000であった。この樹脂をメチルイソブチルケトンに溶解して、ガラス基板上に塗布し乾燥し膜厚50μmのフィルムを作成した。このフィルムの光線透過率を測定したところ、波長400nmから700nmまでの光線透過率が80%以上であった。     Moreover, it was 24000 when the weight average molecular weight (polystyrene conversion) of this resin was measured by the gel permeation chromatography (GPC) which uses tetrahydrofuran as a solvent. This resin was dissolved in methyl isobutyl ketone, coated on a glass substrate and dried to form a film having a thickness of 50 μm. When the light transmittance of this film was measured, the light transmittance from a wavelength of 400 nm to 700 nm was 80% or more.

実施例4(熱硬化物の評価)
実施例1で合成したポリイミドシリコーン樹脂100重量部に対してエポキシ樹脂N,N−ジグリシジル−4−グリシジロキシアニリンを10重量部加えてメチルイソブチルケトンに溶解して、銅板上にバーコーターにて塗布し、150℃で2時間熱硬化させた。得られた被膜は85℃で85%RHの環境試験を1週間行ったが、経時で剥離することなく、また銅板が腐食されなかった。また、メチルエチルケトンに5分浸漬したが表面が侵されることはなかった。
Example 4 (Evaluation of thermoset)
10 parts by weight of epoxy resin N, N-diglycidyl-4-glycidyloxyaniline is added to 100 parts by weight of the polyimide silicone resin synthesized in Example 1 and dissolved in methyl isobutyl ketone. A bar coater is used on a copper plate. It was applied and heat cured at 150 ° C. for 2 hours. The obtained coating film was subjected to an environmental test at 85 ° C. and 85% RH for one week. However, it did not peel off over time and the copper plate was not corroded. Moreover, although it was immersed in methyl ethyl ketone for 5 minutes, the surface was not attacked.

実施例1で合成したイミドシリコーン樹脂の赤外線吸収スペクトルである。2 is an infrared absorption spectrum of an imide silicone resin synthesized in Example 1. 実施例1で合成したイミドシリコーン樹脂の透過率スペクトルである。2 is a transmittance spectrum of an imide silicone resin synthesized in Example 1. FIG.

Claims (4)

下記一般式(1)で表わされる構造単位及び一般式(4)で表わされる構造単位を含有し、有機溶剤に可溶であり、厚さ1mmのガラス板上に厚さ10μmのフィルムにして測定した波長400nmから700nmの光線透過率が80%以上であることを特徴とする熱硬化性のポリイミドシリコーン樹脂。
Figure 0004204435

[式中、Xは、脂肪族テトラカルボン酸二無水物残基、芳香環を有する脂肪族テトラカルボン酸二無水物残基または脂環式テトラカルボン酸二無水物残基であり、Yは一般式(2)で表されるジアミン残基である
Figure 0004204435

(式中、RからRは水素原子または炭素数1から6のアルキル基であり、これらは同一でも異なっていてもよい。)]
Figure 0004204435

[式中、Xは上記のとおりであり、Zは一般式(5)で表されるジアミン残基である
Figure 0004204435

(式中のRからR12は炭素数1から8の置換または非置換の一価の炭化水素基であり、これらは同一でも異なっていてもよい。また、aは1以上100以下の整数である。)]
It contains a structural unit represented by the following general formula (1) and a structural unit represented by the general formula (4), is soluble in an organic solvent, and measured as a 10 μm thick film on a 1 mm thick glass plate. A thermosetting polyimide silicone resin having a light transmittance of 80% or more at a wavelength of 400 nm to 700 nm.
Figure 0004204435

[Wherein, X is an aliphatic tetracarboxylic dianhydride residue, an aliphatic tetracarboxylic dianhydride residue having an aromatic ring , or an alicyclic tetracarboxylic dianhydride residue, and Y is It is a diamine residue represented by the general formula (2)
Figure 0004204435

(Wherein R 1 to R 6 are a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, which may be the same or different.)]
Figure 0004204435

[Wherein, X is as described above, and Z is a diamine residue represented by the general formula (5)
Figure 0004204435

(In the formula, R 9 to R 12 are substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon groups having 1 to 8 carbon atoms, and these may be the same or different. A is an integer of 1 to 100. ]]]
全ジアミン残基に対して一般式(2)で表されるジアミン残基が5mol%以上95mol%以下であり、一般式(5)で表されるジアミン残基が5mol%以上95mol%以下であることを特徴とする請求項1に記載のポリイミドシリコーン樹脂。   The diamine residue represented by general formula (2) is 5 mol% or more and 95 mol% or less, and the diamine residue represented by general formula (5) is 5 mol% or more and 95 mol% or less with respect to all diamine residues. The polyimide silicone resin according to claim 1. Xが下記式で表される基であることを特徴とする請求項1または2に記載のポリイミドシリコーン樹脂。
Figure 0004204435
The polyimide silicone resin according to claim 1, wherein X is a group represented by the following formula.
Figure 0004204435
請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリイミドシリコーン樹脂を使用してなる半導体装置。   The semiconductor device formed using the polyimide silicone resin of any one of Claims 1-3.
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