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JP2018151628A - 感光性樹脂組成物、その硬化物及び物品 - Google Patents

感光性樹脂組成物、その硬化物及び物品 Download PDF

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JP2018151628A
JP2018151628A JP2018039325A JP2018039325A JP2018151628A JP 2018151628 A JP2018151628 A JP 2018151628A JP 2018039325 A JP2018039325 A JP 2018039325A JP 2018039325 A JP2018039325 A JP 2018039325A JP 2018151628 A JP2018151628 A JP 2018151628A
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epoxy
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Kazuyoshi Yamamoto
和義 山本
篤彦 長谷川
Atsuhiko Hasegawa
篤彦 長谷川
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Abstract

【課題】活性エネルギー線に対する感光性に優れ、微細な画像を希アルカリ水溶液による現像によりパターン形成できると共に、後の硬化(ポストキュア)工程で熱硬化させて得られる硬化膜が十分なフレキシブル性を有し、高絶縁性で密着性、現像性、耐熱性、無電解金メッキ耐性に優れたソルダーレジストインキに適する樹脂組成物及びその硬化物を提供する。【解決手段】カルボキシ基含有樹脂(A)、架橋剤(B)、光重合開始剤(C)及び下記式(1a)で表されるエポキシ基含有アルコキシケイ素化合物と下記式(1b)で表される置換アルコキシケイ素化合物を反応させて得られる液状エポキシ樹脂(D)を含有する感光性樹脂組成物。(式中R1aは、グリシジル基を有する置換基を示す。R2は炭素数4以下のアルキル基を示す。)(式中R1bは、炭素数10以下のアルキル基、アリール基又は不飽和脂肪族残基を示す。R3は炭素数4以下のアルキル基を示す。)【選択図】なし

Description

本発明は、液状エポキシ樹脂等を含有する感光性樹脂組成物及びその硬化物に関する。
感光性を有するエポキシカルボキシレート化合物を用いた感光性樹脂組成物は、環境的、熱的、力学的性質や基材に対する接着性など種々特性のバランスに優れている。このため古くから、塗料・コーティング、接着剤等の分野で用いられてきた。最近では、電気・電子部品製造用途やプリント基板製造用途等、広い工業分野で使用され、ますますその応用範囲が広がりつつあることは良く知られている。しかしながら、この応用分野の拡大に伴い、エポキシカルボキシレート化合物を用いた感光性樹脂組成物に柔軟性、低反り性、低吸水性等の高い機能の付加が要求されるようになり、電気・電子部品製造用途やプリント基板製造用途を中心に種々の感光性樹脂組成物の開発が積極的に進められている。これについては従来、リジット基板の他にフレキシブル基板にも適用できるソルダーレジスト用感光性熱硬化性樹脂組成物が特許文献1に記載されている。
また近年では、表面実装への移行、また環境問題への配慮に伴う鉛フリー半田の使用などパッケージにかかる温度が非常に高くなる傾向がある。これに伴いパッケージ内外部の到達温度は著しく高くなり、従来の液状感光性レジストでは、熱衝撃により塗膜にクラックが発生したり、基板や封止材から剥離してしまうという問題からその改良が求められている。
このような問題を解消すべく、特許文献2には、(A)カルボキシ基含有樹脂、(B)光重合開始剤、及び(D)エポキシ化ポリブタジエンを含有することを特徴とする希アルカリ水溶液により現像可能な光硬化性熱硬化性樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献2)。
特開2000−109541号公報 特開2010−256728号公報 特開2007−332211号公報
本発明は、活性エネルギー線に対する感光性に優れ、微細な画像を希アルカリ水溶液による現像によりパターン形成できると共に、後の硬化(ポストキュア)工程で熱硬化させて得られる硬化膜が十分なフレキシブル性を有し、高絶縁性で密着性、現像性、耐熱性、無電解金メッキ耐性に優れたソルダーレジストインキに適する樹脂組成物及びその硬化物を提供することにある。
本発明者らは、前記の課題を解決するため、感光性樹脂組成物について鋭意研究の結果、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、
[1]
カルボキシ基含有樹脂(A)、架橋剤(B)、光重合開始剤(C)及び下記式(1a)で表されるエポキシ基含有アルコキシケイ素化合物と下記式(1b)で表される置換アルコキシケイ素化合物を反応させて得られる液状エポキシ樹脂(D)を含有する感光性樹脂組成物、
Figure 2018151628
(式中R1aは、グリシジル基を有する置換基を示す。Rは炭素数4以下のアルキル基を示す。)
Figure 2018151628
(式中R1bは、炭素数10以下のアルキル基、アリール基又は不飽和脂肪族残基を示す。Rは炭素数4以下のアルキル基を示す。)
[2]
前記液状エポキシ樹脂(D)は下記式(2)で表される構造を含有する、前項[1]に記載の感光性樹脂組成物、
Figure 2018151628
(式中複数存在するRは前記のR1aまたはR1bを示し、Rは炭素数4以下のアルキル基を示す。p、q、rはそれぞれ0〜50までの整数を示す。但し、p、q、rはいずれも0であることはない。)
[3]
前記液状エポキシ樹脂(D)において、式(1a)中のR1aが炭素数3以下のグリシドキシアルキル基で置換されたアルキル基であり、式(1b)中のR1bとして、炭素数6以下のアルキル基又はアリール基である前項[1]に記載の感光性樹脂組成物、
[4]
前記液状エポキシ樹脂(D)の全塩素量が100ppm以下である前項[1]乃至[3]のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物、
[5]
前記液状エポキシ樹脂(D)の25℃における溶融粘度が50mPa・s〜10Pa・sである前項[1]乃至[4]のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物、
[6]
前記液状エポキシ樹脂(D)において、高次構造体比率をx=p/(p+q+r)で定義した場合、xの値が0.5〜0.9の範囲である前項[1]乃至[5]のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物、
[7]
前記カルボキシ基含有樹脂(A)が、分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)とを反応させて得られるエポキシカルボキシレート化合物と、多塩基酸無水物(c)との反応生成物である前項[1]〜[6]のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物、
[8]
前記カルボキシ基含有樹脂(A)が、分子中に2個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(d)と分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)とを反応させて得られるエポキシカルボキシレート化合物と、ジイソシアネート化合物(e)、分子中に2個の水酸基を有するカルボン酸(f)及び/又はジオール化合物(g)との反応生成物である前項[1]乃至[6]のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物、
[9]
前項[1]乃至[8]のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の硬化物、
[10]
前項[9]に記載の硬化物の層を有する基材、
[11]
前項[10]に記載の基材を有する物品、
に関する。
本発明の感光性樹脂組成物は、タック性も無く、光感度が高い。また、本発明の硬化物は半田耐熱性、耐薬品性、耐金メッキ性等に優れ、また硬化物表面にクラックが発生せず、薄膜化された基板を用いた場合でも基板にそりの少ないものであるため、特に、プリント基板用感光性樹脂組成物に適している。
好適には、例えば特に高い信頼性を求められるプリント配線板用ソルダーレジスト、多層プリント配線板用層間絶縁材料、フレキシブルプリント配線板用ソルダーレジスト、メッキレジスト、感光性光導波路等の用途に用いることが出来る。
合成例4の液状エポキシ樹脂(D1)のNMRチャートを示す。
本発明で用いられる液状エポキシ樹脂(D)は下記式(1a)で表されるエポキシ基含有アルコキシケイ素化合物と下記式(1b)で表される置換アルコキシケイ素化合物を縮合させることで得られる。
Figure 2018151628
(式中R1aは、グリシジル基を有する置換基を示す。Rは炭素数4以下のアルキル基を示す。)
Figure 2018151628
(式中R1bは、炭素数10以下のアルキル基、アリール基又は不飽和脂肪族残基を示す。Rは炭素数4以下のアルキル基を示す。)
前記縮合反応においては、塩基性触媒存在下または酸性触媒存在下、(共)縮合させることにより得る事が出来る。
前記式(1a)のエポキシ基含有アルコキシケイ素化合物中のグリシジル基を有する置換基R1aとしては、グリシジル基を有する置換基であれば特に制限はないが、β−グリシドキシエチル基、γ−グリシドキシプロピル基、γ−グリシドキシブチル基等の炭素数4以下、好ましくは3以下のグリシドキシアルキル基、グリシジル基等が挙げられる。これらの中でβ−グリシドキシエチル基、γ−グリシドキシプロピル基が好ましい。
これらの置換基R1aを有する式(1a)の化合物として用いる事のできる化合物の好ましい具体例としては、β−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
また、式(1b)で表される置換アルコキシケイ素化合物としては、置換基R1bが、炭素数10以下のアルキル基、アリール基又は不飽和脂肪族残基が挙げられ、好ましくは、組成物の相溶性、硬化物の物性の点から炭素数6以下のアルキル基又はアリール基であり、Rが、炭素数4以下のアルキル基である組み合わせの化合物が好ましい。具体的には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、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリエトキシシラン等のアルキルトリアルコキシシラン類、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアリールトリアルコキシシラン類等が挙げられる。
なお、前記エポキシ基含有アルコキシケイ素化合物及び置換アルコキシケイ素化合物中のアルコキシ基としては、反応条件の点でメトキシ基又はエトキシ基が好ましく、メトキシ基が特に好ましい。
(共)縮合を促進するため、必要に応じ水を添加することができる。水の添加量は、反応混合物全体のアルコキシ基1モルに対し通常0.05〜5.0モルであり、好ましくは0.5〜3.0モルであり、さらに好ましくは0.8〜1.5モルである。ここで、水の添加量を調整することで、分子量に影響を及ぼすことができる。即ち、0.8〜1.5モルであると塗工性が良く、かつ液垂れの起こりにくい所望の粘度幅のエポキシ樹脂を合成できることから好ましい。
前記式(1a)で表されるエポキシ基含有アルコキシケイ素化合物と前記式(1b)で表される置換アルコキシケイ素化合物の反応比としては、モル比で1:10〜500:1であることが好ましく、1:1〜500:1であることがより好ましく、1:1〜300:1が特に好ましく、1:1〜200:1が極めて好ましい。このように、式(1a)のエポキシ基含有アルコキシケイ素化合物を多く反応させることで、架橋密度の高い弾性率性の効果を発揮させることが可能となる。
縮合反応における反応温度は通常45℃〜80℃(例えば、反応時間は1時間以上、好適には5時間以上)であり、好ましくは45℃〜60℃、より好ましくは45℃〜55℃である。反応温度が45℃より低いと反応が進みづらく、単官能のモノマーが大量に残るため硬度の高い硬化物が得られない恐れがあり、80℃より高いとケイ素−酸素の開裂反応が進行してしまい、反応が進行しづらい恐れがある。
上記縮合反応に使用する触媒は特に限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、アンモニア、トリエチルアミン、ジエチレントリアミン、n−ブチルアミン、ジメチルアミノエタノール、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどの塩基性触媒や酢酸、塩酸、硫酸、硝酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、三弗化ホウ素などの酸性触媒を使用することが出来る。これらの中でも、特に生成物からの触媒除去が容易である点で無機塩基又はアンモニアが好ましい。触媒の添加量としては、エポキシ基含有アルコキシケイ素化合物と置換アルコキシケイ素化合物の合計に対し、通常5×10−4〜7.5重量%、好ましくは1×10−3〜5重量%である。
上記縮合反応は、無溶剤または溶剤中で行うことができる。溶剤としては、エポキシ基含有アルコキシケイ素化合物及び置換アルコキシケイ素化合物を溶解する溶剤であれば特に制限はない。このような溶剤としては、例えばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどの非プロトン性極性溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等が例示できる。
反応終了後、過剰な触媒のクエンチ処理を行うことができる。クエンチ処理は触媒を中和できる成分であれば特に限定されず、酸性化合物としては例えば、リン酸、ほう酸、クエン酸、酢酸、リン酸二水素ナトリウムが挙げられる。塩基性化合物としては例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属水酸化物、アンモニア、リン酸二水素ナトリウムさらにはジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、アニリン、フェニレンジアミンなどの有機アミンなどが挙げられる。また、還元剤と併用することも好ましい。好ましい処理方法としては、酸性化合物でpH6〜10に中和調整後、還元剤を用い、残存する触媒をクエンチする方法が挙げられる。pHが6〜10以外の場合、過剰の触媒を還元する際の発熱が大きく、分解物を生じる可能性があるとともに、分子量が安定しなくなる恐れがある。ここで、リン酸二水素ナトリウムが得られる液状エポキシ樹脂の着色を抑え、無色透明な液状エポキシ樹脂を得ることができることから好ましい。さらに中性領域に緩衝領域を有するため、分子量の安定に寄与する。
クエンチ剤の使用量としては、特に限定されないが、分子量を安定化させる観点から、残存する触媒1モルに対して、3モル以上(特に5モル以上)とすることが好ましい。クエンチ剤の使用量が3モルより少ないと、エポキシ樹脂中に存在するシラノール基がルイス酸として作用し、クエンチ剤を消費する可能性があり、中和が充分に行えない可能性が有る。
クエンチ剤の形態としては、例えば、10%等の一定の濃度の水溶液ないし固型のクエンチ剤を使用することができるが、分子量の安定の観点から固型のものを用いることが好ましい。
このようにして得られる液状エポキシ樹脂(D)は下記式(2)で表される構造を含有する。
Figure 2018151628
(式中複数存在するRは前記のR1aまたはR1bを示し、Rは炭素数4以下のアルキル基を示す。p、q、rはそれぞれ0〜50までの整数を示す。但し、p、q、rはいずれも0であることはない)
本発明で用いられる液状エポキシ樹脂(D)はケイ素−酸素−ケイ素により高次に架橋された高次構造体を含有する。高次構造体比率が高いほど、架橋密度が高いため、弾性率の高い硬化物を得ることができる。
高次構造体比率はx=p/(p+q+r)として定義することができる。ここで用いられるx値は29Si−NMRよりケイ素原子周りのゾル−ゲル反応進行率を同定することで算出することができる。具体的には観測される全ケイ素原子のピーク面積に対する、62〜72ppmに観測されるピークの割合を計算することで得ることができる。
29Si−NMR測定条件)
メーカー:Agilent社
装置:500MHz VNMR
積算回数:5000回
待ち時間:1秒
サンプルチューブ:シゲミ(株)製石英NMR用サンプルチューブ
(操作)
サンプル1g、緩和試薬としてクロミウム(III)アセチルアセトナート6mg、標準試薬としてテトラメチルシラン2μl、溶媒としてテトラヒドロフラン600μlを混合し、樹脂溶液を得た。本樹脂溶液から500μl抜き出し、ロック用の重テトラヒドロフラン100μlを混合し、サンプルチューブに仕込み測定を開始した。
x値は0.5〜0.9の範囲であることが好ましく、0.55〜0.85であることがより好ましく、0.6〜0.8であることがさらに好ましい。xの値は生成物中における、ゾル−ゲル反応の進行率を表している。即ち、xの値が高いほどゾル−ゲル反応が高次に進行しており、xの値が0.5より低いと弾性率が不十分な硬化物が得られ、0.9より高いとゲル化の懸念がある。
前記液状エポキシ樹脂(D)の全塩素量は100ppm以下で有ることが好ましく、50ppm以下であることがより好ましく、30ppm以下であることがさらに好ましい。例えば、式(1a)や式(1b)の前駆体となるクロロシラン体が残存していた場合、全塩素量が100ppmを超えることが想定され、硬化物中でマイグレーションを引き起こす可能性が有り、電気信頼性の悪化の懸念が有る。さらに、残存フリーナトリウムは1.2ppm以下であることが好ましく、残存フリー塩素は0.5ppm以下であることが好ましい。
前記液状エポキシ樹脂(D)の粘度としては25℃での測定において、50mPa・s〜10Pa・sが好ましく、500mPa・s〜5Pa・sがより好ましく、1.0Pa・s〜3Pa・sがさらに好ましい。粘度が50mPa・sより低い場合、組成物とした際に、液垂れを引き起こし、さらに基材上組成物がはじいてしまうため均一な膜が得られない恐れがある。10Pa・sより高いと塗工性が悪く、フィルムに凹凸が出来、生産性が悪くなる恐れがある。
前記液状エポキシ樹脂(D)の分子量は、重量平均分子量で400〜50000のものが好ましく、750〜30000のものがより好ましい。重量平均分子量で400未満の場合、弾性率向上効果に乏しく、50000より大きい場合、組成物にした場合の相溶性の低下、粘度の上昇といった組成物としての物性が低下し好ましくない。
また、エポキシ当量としては、150〜250g/eqであることが好ましく、170〜200g/eqであることが好ましい。このようなエポキシ当量とすることで、高弾性率の効果を好適に発現することが可能となる。
また、前記式(2)で表される構造を含有する液状エポキシ樹脂(D)の具体例としては、下記式(3)で表されるシルセスキオキサン骨格を繰り返し単位として有する化合物が挙げられる。そして、当該液状エポキシ樹脂(D)は、シリコーン樹脂の骨格として、鎖状、ラダー状、かご状等の公知の形状をとる。
Figure 2018151628
(式中のR1aはグリシジル基を有する置換基を表し、式中のR1bは炭素数10以下のアルキル基、アリール基又は不飽和脂肪族残基を表す。また、R〜Rはそれぞれ独立して水素原子、ヒドロキシル基又は炭素数4以下のアルコキシ基を表す。nは1〜100の整数を表わす。)
前記式(3)中のR1a及びR1bの好ましい範囲は、前記式(1a)及び式(1b)で説明したR1a及びR1bと同様である。式(3)中のnは1〜50が好ましく、1〜20が特に好ましい。
本発明で用いられるカルボキシ基含有樹脂(A)は、例えば分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)とを反応させて得られるエポキシカルボキシレート化合物と、多塩基酸無水物(c)との反応生成物(A1)である。
また、本発明で用いられるカルボキシ基含有樹脂(A)は、例えば分子中に2個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(d)と分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)とを反応させて得られるエポキシカルボキシレート化合物と、ジイソシアネート化合物(e)、分子中に2個の水酸基を有するカルボン酸(f)及び、任意のジオール化合物(g)との反応生成物(A2)である。
本発明においてカルボキシ基含有樹脂(A)を製造するために用いる分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)又は分子中に2個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(d)は、エポキシ当量が、100〜900g/eq.であることが望ましい。エポキシ当量が100g/eq.未満の場合、得られるカルボキシ基含有樹脂(A)の分子量が小さく成膜が困難となるおそれやフレキシブル性が十分得られなくなる場合が有り、またエポキシ当量が900g/eq.を超える場合、エチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)の導入率が低くなり感光性が低下するおそれがある。
分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)としては、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ビキシレノール型エポキシ樹脂、ビスフェノール−Aノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは公知の方法を用いて製造してもよく、市販品を用いてもよい。
フェノールノボラック型エポキシ樹脂としては、例えばエピクロンN−770(大日本インキ化学工業(株)製)、D.E.N438(ダウ・ケミカル社製)、エピコート154(ジャパンエポキシレジン(株)製)、RE−306(日本化薬(株)製)等が挙げられる。
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、例えばエピクロンN−695(大日本インキ化学工業(株)製)、EOCN−102S、EOCN−103S、EOCN−104S(日本化薬(株)製)、UVR−6650(ユニオンカーバイド社製)、ESCN−195(住友化学工業(株)製)等が挙げられる。
トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂としては、例えばEPPN−503、EPPN−502H、EPPN−501H(日本化薬(株)製)、TACTIX−742(ダウ・ケミカル社製)、エピコートE1032H60(ジャパンエポキシレジン(株)製)等が挙げられる。
ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂としては、例えばエピクロンEXA−7200(大日本インキ化学工業(株)製)、TACTIX−556(ダウ・ケミカル社製)等が挙げられる。
ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノール−A型エポキシ樹脂、ビスフェノール−F型エポキシ樹脂等が挙げられる。ビスフェノール−A型エポキシ樹脂としては、例えばエピコート828、エピコート1001(ジャパンエポキシレジン製)、UVR−6410(ユニオンカーバイド社製)、D.E.R−331(ダウ・ケミカル社製)、YD−8125(東都化成社製)等が挙げられる。また、ビスフェノール−F型エポキシ樹脂としては、例えばUVR−6490(ユニオンカーバイド社製)、YDF−8170(東都化成社製)等が挙げられる。
ビフェノール型エポキシ樹脂としては、例えばNC−3000、NC−3000L、NC−3500(日本化薬(株)製)、YL−6121H(ジャパンエポキシレジン(株)製)等が挙げられる。
ビキシレノール型エポキシ樹脂としては、例えばYX−4000(ジャパンエポキシレジン(株)製)等が挙げられる。
ビスフェノール−Aノボラック型エポキシ樹脂としては、例えばエピクロンN−880(大日本インキ化学工業(株)製)、エピコートE157S75(ジャパンエポキシレジン(株)製)等が挙げられる。
ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂としては、例えばNC−7000(日本化薬(株)製)、EXA−4750(大日本インキ化学工業(株)製)等が挙げられる。
脂環式エポキシ樹脂としては、例えばEHPE−3150(ダイセル化学工業(株)製)等が挙げられる。
複素環式エポキシ樹脂としては、例えばTEPIC−L、TEPIC−H、TEPIC−S(いずれも日産化学工業(株)製)等が挙げられる。
本発明においては、分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)としてはビフェノール型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましく、ビフェノール型エポキシ樹脂が特に好ましい。
分子中に2個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(d)としてはエポキシ基を2個有するものであればよく、分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)のうち、エポキシ基を2個有するものでもよい。具体例としては、例えば、ハイドロキノンジグリシジルエーテル、カテコールジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル等のフェニルジグリシジルエーテル、ビスフェノール−A型エポキシ樹脂、2官能ビスフェノール−A型エポキシ樹脂{例えば後記製造例に記載の日本化薬(株)製 RE−310S}、ビスフェノール−F型エポキシ樹脂、ビスフェノール−S型エポキシ樹脂、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンのエポキシ化合物等のビスフェノール型エポキシ化合物、水素化ビスフェノール−A型エポキシ樹脂、水素化ビスフェノール−F型エポキシ樹脂、水素化ビスフェノール−S型エポキシ樹脂、水素化2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンのエポキシ化合物等の水素化ビスフェノール型エポキシ化合物、臭素化ビスフェノール−A型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノール−F型エポキシ樹脂等のハロゲノ化ビスフェノール型エポキシ化合物、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル化合物等の脂環式ジグリシジルエーテル化合物、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル等の脂肪族ジグリシジルエーテル化合物、ポリサルファイドジグリシジルエーテル等のポリサルファイド型ジグリシジルエーテル化合物、ビフェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。
これらエポキシ化合物の市販品としては、例えばエピコート828、エピコート1001、エピコート1002、エピコート1003、エピコート1004(いずれもジャパンエポキシレジン製)、エポミックR−140、エポミックR−301、エポミックR−304(いずれも三井化学製)、DER−331、DER−332、DER−324(いずれもダウ・ケミカル社製)、エピクロン840、エピクロン850(いずれも大日本インキ製)、UVR−6410(ユニオンカーバイド社製)、YD−8125(東都化成社製)等のビスフェノール−A型エポキシ樹脂、UVR−6490(ユニオンカーバイド社製)、YDF−2001、YDF−2004、YDF−8170(いずれも東都化成社製)、エピクロン830、エピクロン835(いずれも大日本インキ製)等のビスフェノール−F型エポキシ樹脂、HBPA−DGE(丸善石油化学製)、リカレジンHBE−100(新日本理化製)等の水素化ビスフェノール−A型エポキシ樹脂、DER−513、DER−514、DER−542(いずれもダウ・ケミカル社製)等の臭素化ビスフェノール−A型エポキシ樹脂、セロキサイド2021(ダイセル製)、リカレジンDME−100(新日本理化製)、EX−216(ナガセ化成製)等の脂環式エポキシ樹脂、ED−503(旭電化製)、リカレジンW−100(新日本理化製)、EX−212、EX−214、EX−850(いずれもナガセ化成製)等の脂肪族ジグリシジルエーテル化合物、FLEP−50、FLEP−60(いずれも東レチオコール製)等のポリサルファイド型ジグリシジルエーテル化合物、YX−4000(ジャパンエポキシレジン製)等のビフェノール型エポキシ化合物が挙げられる。
本発明においてカルボキシ基含有樹脂(A)を製造するために使用する分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)は、特に制限なく用いることができるが、例えばアクリル酸類やクロトン酸、α−シアノ桂皮酸、桂皮酸、或いは飽和二塩基酸または不飽和二塩基酸と不飽和基を有するモノグリシジル化合物との反応物等が挙げられる。
アクリル酸類としては、例えば(メタ)アクリル酸、β−スチリルアクリル酸、β−フルフリルアクリル酸、飽和二塩基酸無水物又は不飽和二塩基酸無水物と1分子中に1個の水酸基を有する(メタ)アクリレート誘導体と等モル反応物である半エステル類、飽和二塩基酸又は不飽和二塩基酸とモノエポキシ(メタ)アクリレート誘導体類との等モル反応物である半エステル類等が挙げられる。
飽和二塩基酸無水物としては、例えば無水コハク酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸等が挙げられる。また、不飽和二塩基酸無水物としては、例えば無水マレイン酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸等が挙げられる。1分子中に1個の水酸基を有する(メタ)アクリレート誘導体としては、例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート等が挙げられる。等モル反応物である半エステル類は、例えば上記の飽和二塩基酸無水物又は不飽和二塩基酸無水物と1分子中に1個の水酸基を有する(メタ)アクリレート誘導体との反応生成物等である。モノエポキシ(メタ)アクリレート誘導体類としては、例えば、フェニルグリシジルエーテルと(メタ)アクリル酸との反応生成物、トルイルグリシジルエーテルと(メタ)アクリル酸との反応生成物、ナフチルモノグリシジルエーテルと(メタ)アクリル酸との反応生成物等が挙げられる。
飽和二塩基酸としては、例えばコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ヘキサヒドロフタル酸等が挙げられる。
不飽和二塩基酸としては、例えばマレイン酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸等が挙げられる。
不飽和基を有するモノグリシジル化合物としては、例えばグリシジル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートとエピハロヒドリンとの反応物、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートとエピハロヒドリンとの反応物等が挙げられる。
分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)は、感光性樹脂組成物としたときの感度の点で(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸とε−カプロラクトンとの反応生成物又は桂皮酸が特に好ましい。
本発明においてカルボキシ基含有樹脂(A)を製造するために用いる多塩基酸無水物(c)としては、特に制限なく用いることができるが、分子中に1個以上の酸無水物構造を有するものであれば全て用いることができる。具体的には、無水コハク酸、無水酢酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、エチレングリコール−ビス(アンヒドロトリメリテート)、グリセリン−ビス(アンヒドロトリメリテート)モノアセテート、1,2,3,4,−ブタンテトラカルボン酸二無水物、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、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物、3,3’,4,4’−ビフェニル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、2,2−ビス(3,4−アンヒドロジカルボキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,4−アンヒドロジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチルシクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3a,4,5,9b−テトラヒドロ−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−ジオンの中から選択された多塩基酸無水物が特に好ましい。
本発明においてカルボキシ基含有樹脂(A2)を製造するために用いるジイソシアネート化合物(e)としては、分子中に2個のイソシアネート基を有するものであれば特に制限なく用いることが可能である。また、同時に複数のジイソシアネート化合物を反応させることもできる。なかでも柔軟性等に特に優れたジイソシアネート化合物(e)として、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、アリレンスルホンエーテルジイソシアネート、アリルシアンジイソシアネート、N−アシルジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンまたはノルボルナン−ジイソシアネートメチルが好ましい。
本発明においてカルボキシ基含有樹脂(A2)を製造するために用いる分子中に2個の水酸基を有するカルボン酸(f)としては、分子中にアルコール性水酸基またはフェノール性水酸基と、カルボキシ基を同時に有するジオール化合物であれば特に制限なく用いることができる。分子中に2個の水酸基を有するカルボン酸(f)としては、アルカリ水溶液現像性に優れた2個のアルコール性水酸基を有するカルボン酸が好ましく、ジメチロールプロピオン酸{例えば2,2−ビス(ジメチロール)−プロピオン酸}、ジメチロールブタン酸等のジメチロ−ルカルボン酸がより好ましい。
本発明においてカルボキシ基含有樹脂(A2)を製造するために用いる任意のジオール化合物(g)としては、2個の水酸基が2個の相違なる炭素原子に結合している脂肪族あるいは脂環式化合物であれば特に制限なく用いることができる。具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−ヘプタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、ヒドロベンゾイン、ベンズピナコール、シクロペンタン−1,2−ジオール、シクロヘキサン−1,2−ジオール、シクロヘキサン−1,4−ジオール、シクロヘキサン−1,2−ジメタノール、シクロヘキサン−1,4−ジメタノール、末端に水酸基を有するブタジエン−アクリロニトリル共重合体(例えば宇部興産製のAT×013)、末端に水酸基を有するスピログリコール{例えば3,9−ビス(2−ヒドロキシ−1,1−ジメチルエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン}、末端に水酸基を有するジオキサングリコール{例えば2−(2−ヒドロキシ−1,1−ジメチルエチル)−5−エチル−5−ヒドロキシル−1,3−ジオキサン}、末端に水酸基を有するトリシクロデカン−ジメタノール、末端に水酸基を有しポリスチレンを側鎖に持つマクロモノマー(例えば、東亞合成製のHS−6)、末端に水酸基を有しポリスチレン−アクリロニトリル共重合体を側鎖に持つマクロモノマー(例えば、東亞合成製のHN−6)等のジオール化合物もしくは、これらのジオール化合物とエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のオキサイド類との反応物が挙げられる。
本発明においてカルボキシ基含有樹脂(A1)の製造は、前記の分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)との反応(以下、「第一の反応」という)によりアルコール性水酸基が生成したエポキシカルボキシレート化合物と、多塩基酸無水物(c)を反応(以下、「第二の反応」という)させることにより行なわれる。
また、本発明においてカルボキシ基含有樹脂(A2)の製造は、前記の分子中に2個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(d)と分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)との反応(第一の反応)によりアルコール性水酸基が生成したエポキシカルボキシレート化合物と、ジイソシアネート化合物(e)、及び分子中に2個の水酸基を有するカルボン酸(f)をウレタン化反応(以下、「第四の反応」という)させることにより行なわれる。この時、任意成分としてジオール化合物(g)を反応させることもできる。
第一の反応は、無溶媒もしくはアルコール性水酸基を有さない溶媒、具体的には例えば、アセトン、エチルメチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ベンゼン、トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン等の芳香族炭化水素類、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル等のグリコールエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート(CA)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、グルタル酸ジアルキル、コハク酸ジアルキル、アジピン酸ジアルキル等のエステル類、γ−ブチロラクトン等の環状エステル類、石油エーテル、石油ナフサ、水添石油ナフサ、ソルベントナフサ等の石油系溶剤、更には前記の架橋剤(B)等の単独または混合有機溶媒中で行うことができる。
この反応における原料の仕込み割合は、分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)を、エポキシ化合物(a)又はエポキシ化合物(d)1当量に対し80〜120当量%である。この範囲を逸脱した場合、第二の反応中にゲル化を引き起こすおそれや、最終的に得られるカルボキシ基含有樹脂(A)の熱安定性が低くなるおそれがある。
第一の反応では、反応を促進させるために触媒を使用することが好ましく、該触媒の使用量は、反応物の重さに対して0.1〜10質量%である。その際の反応温度は60〜150℃であり、また反応時間は5〜60時間である。使用しうる触媒の具体例としては、例えばトリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロマイド、ベンジルトリメチルアンモニウムアイオダイド、トリフェニルフォスフィン、トリフェニルスチビン、メチルトリフェニルスチビン、オクタン酸クロム、オクタン酸ジルコニウム等が挙げられる。また、熱重合禁止剤として、ハイドロキノンモノメチルエーテル、2−メチルハイドロキノン、ハイドロキノン、ジフェニルピクリルヒドラジン、ジフェニルアミン、3,5−ジターシャリーブチル−4ヒドロキシトルエン等を使用するのが好ましい。第一の反応は、適宜サンプリングしながら、サンプルの酸価が1mg・KOH/g以下、好ましくは0.5mg・KOH/g以下となった時点を終点とする。
第二の反応は、第一の反応終了後、反応液に前記の多塩基酸無水物(c)を反応させるエステル化反応である。無触媒でも反応を行うことができるが、反応を促進させるために塩基性触媒を使用することもでき、該触媒の使用量は、反応物の重さに対して10質量%以下である。この際の反応温度は40〜120℃であり、また反応時間は5〜60時間である。
多塩基酸無水物(c)の添加量は、カルボキシ基含有樹脂(A1)の固形分酸価が50〜150mg・KOH/gとなるような計算量を添加する。固形分酸価が50mg・KOH/g未満の場合、アルカリ水溶液に対する溶解性が不十分であり、パターニングを行った場合、残渣が発生したり、パターニングができない可能性がある。また、固形分酸価が150mg・KOH/gを超える場合、アルカリ水溶液に対する溶解性が高過ぎて、光硬化したパターンが剥離する可能性があり、好ましくない。
第四の反応は、第一の反応終了後、反応液に前記の分子中に2個の水酸基を有するカルボン酸(f)及び、任意のジオール化合物(g)を加え、分散液または溶液とした後、さらに前記のジイソシアネート化合物(e)を徐々に加えて反応させるウレタン化反応である。無触媒でも反応を行うことができるが、反応を促進させるために塩基性触媒を使用することもでき、該触媒の使用量は、反応物の重さに対して10質量%以下である。この際の反応温度は40〜120℃であり、また反応時間は5〜60時間である。なお、この際上記したような溶媒や熱重合禁止剤を使用しても良い。第四の反応は、適宜サンプリングしながら、サンプルの赤外吸収スペクトルにおける2250cm−1付近の吸収がなくなる時点を終点とする。
分子中に2個の水酸基を有するカルボン酸(f)の仕込み量は、カルボキシ基含有樹脂(A2)の固形分酸価が50〜150mg・KOH/gとなるような計算量を添加する。ジイソシアネート化合物(e)の仕込み量は、第四の反応において〔(第一の反応により生成したエポキシカルボキシレート化合物のモル数+化合物(f)のモル数)+任意のジオール化合物(g)のモル数〕/(化合物(e)のモル数)の比が1〜5の範囲になるように仕込む。この値が、1未満の場合、カルボキシ基含有樹脂(A2)の末端にイソシアネート基が残存し、熱安定性が低く保存中にゲル化するおそれがある。また、この値が5を超える場合、カルボキシ基含有樹脂(A2)の分子量が低くなり、タック性や感度が悪くなるおそれがある。また、固形分酸価が50mg・KOH/g未満の場合、アルカリ水溶液に対する溶解性が不十分であり、パターニングを行った場合、残渣が発生したり、パターニングができない可能性がある。また、固形分酸価が150mg・KOH/gを超える場合、アルカリ水溶液に対する溶解性が高過ぎて、光硬化したパターンが剥離する等のおそれがあり、好ましくない。
カルボキシ基含有樹脂(A)は、溶媒を使用した場合、これを適当な方法で除去することにより、単離することができる。本発明においてカルボキシ基含有樹脂(A)は、通常アルカリ水溶液に可溶であるが、前記した溶媒にも可溶であり、ソルダーレジスト、メッキレジスト等に使用した場合、溶媒で現像することも可能である。
本発明の感光性樹脂組成物に用いられる前記のカルボキシ基含有樹脂(A)の含有割合としては、感光性樹脂組成物の固形分を100質量%としたとき、通常15〜70質量%であり、好ましくは、20〜60質量%である。
本発明の感光性樹脂組成物に用いられる架橋剤(B)としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート、カルビトール(メタ)アクリレート、アクリロイルモルホリン、水酸基を有する(メタ)アクリレート(例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート等)と多カルボン酸の酸無水物(例えば、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸等)の反応物であるハーフエステル,ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンポリエトキシトリ(メタ)アクリレート、グリセリンポリプロポキシトリ(メタ)アクリレート、ヒドロキシビバリン酸ネオペングリコールのε−カプロラクトン付加物のジ(メタ)アクリレート(例えば、日本化薬(株)製、KAYARAD HX−220、HX−620等)、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールとε−カプロラクトンの反応物のポリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールポリ(メタ)アクリレート、モノ又はポリグリシジル化合物(例えば、ブチルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、グリセリンポリグリシジルエーテル、グリセリンポリエトキシグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリエトキシポリグリシジルエーテル)等と(メタ)アクリル酸の反応物であるエポキシ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。架橋剤(B)は、単独で用いることもでき、また、2種以上を混合して用いても良い。これら架橋剤(B)の含有割合としては、感光性樹脂組成物の固形分を100質量%としたとき、通常2〜40質量%であり、好ましくは、3〜30質量%である。
本発明の感光性樹脂組成物に用いられる光重合開始剤(C)は、特に制限なく用いることができるが、具体的には、例えばベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン類;アセトフェノン、2,2−ジエトキシ−2−フェニルアセトフェノン、1,1−ジクロロアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−フェニルプロパン−1−オン、ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルホリノプロパン−1−オン(例えば後記実施例に記載のイルガキュア−907)などのアセトフェノン類;2−エチルアントラキノン、2−ターシャリーブチルアントラキノン、2−クロロアントラキノン、2−アミルアントラキノンなどのアントラキノン類;2,4−ジエチルチオキサントン(例えば後記実施例に記載のDETX−S)、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントンなどのチオキサントン類;アセトフエノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタールなどのケタール類;ベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド、4,4’−ビスメチルアミノベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキサイド等のホスフィンオキサイド類等が挙げられる。光重合開始剤(C)は、単独で用いることもでき、また、2種以上を混合して用いても良い。これら光重合開始剤(C)の含有割合は、感光性樹脂組成物の固形分を100質量%としたとき、通常1〜30質量%であり、好ましくは、2〜25質量%である。
これら光重合開始剤(C)は、単独または2種以上の混合物として使用でき、さらにはトリエタノールアミン、メチルジエタノールアミンなどの第3級アミン、N,N−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル、N,N−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステル等の安息香酸誘導体等の促進剤などと組み合わせて使用することができる。これらの促進剤の添加量としては、光重合開始剤(C)に対して、100質量%以下の添加量が好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物において、前記液状エポキシ樹脂(D)の含有割合としては、カルボキシ基含有樹脂(A)の固形分酸価と使用量から計算された当量の200%以下の量が好ましい。この量が200%を超えると感光性樹脂組成物の現像性が著しく低下するおそれがあり好ましくない。
前記液状エポキシ樹脂(D)は、予め前記、樹脂組成物に混合してもよいが、プリント基板への塗布前に混合することが好ましい。すなわち、前記、(A)成分を主体とし、これにエポキシ硬化促進剤等を配合した主剤溶液と、エポキシ樹脂(D)を主体としたエポキシ樹脂溶液の二液型に配合し、使用に際してこれらを混合して用いることが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物を得るにあたり、必要に応じて各種の添加剤、例えば、タルク、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、チタン酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、シリカ、クレーなどの充填剤(以下、「フィラー」ともいう。)、アエロジルなどのチキソトロピー付与剤;フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、酸化チタンなどの着色剤、シリコーン系のレベリング剤(例えば、後記実施例に記載のKS−66)、フッ素系のレベリング剤や消泡剤(例えば後記実施例に記載のBYK−354);ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテルなどの重合禁止剤、熱硬化触媒(例えば後記実施例に記載のメラミン)などを組成物の諸性能を高める目的で添加することが出来る。
本発明の感光性樹脂組成物は、例えば前記のカルボキシ基含有樹脂(A)に、架橋剤(B)、光重合開始剤(C)、液状エポキシ樹脂(D)を混合することにより得ることができる。
本発明の感光性樹脂組成物は、樹脂組成物が支持フィルムと保護フィルムでサンドイッチされた構造からなるドライフィルムレジストとしても用いることもできる。本発明の感光性樹脂組成物は、液状又はフィルム状に加工されたものが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、例えば電子部品の層間の絶縁材、光部品間を接続する光導波路やプリント基板用のソルダーレジスト、カバーレイ等のレジスト材料として有用である他、カラーフィルター、印刷インキ、封止剤、塗料、コーティング剤、接着剤等としても使用できる。
本発明の硬化物は、紫外線等のエネルギー線照射により上記の本発明の感光性樹脂組成物を硬化させたものである。紫外線等のエネルギー線照射による硬化は常法により行うことができる。例えば紫外線を照射する場合、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノン灯、紫外線発光レーザー(エキシマーレーザー等)等の紫外線発生装置を用いればよい。
本発明の硬化物は、例えばレジスト膜、ビルドアップ工法用の層間絶縁材や光導波路としてプリント基板、光電子基板や光基板のような電気・電子・光基材等の基材に利用される。これらの具体例としては、例えば、コンピューター、家電製品、携帯機器等の物品が挙げられる。この硬化物層の膜厚は、通常0.5〜160μm程度であり、1〜100μm程度が好ましい。
上記のプリント基板は、例えば次のようにして得ることができる。即ち、液状の樹脂組成物を使用する場合、プリント配線用基板に、スクリーン印刷法、スプレー法、ロールコート法、静電塗装法、カーテンコート法等の方法により5〜160μmの膜厚で本発明の感光性樹脂組成物を塗布し、塗膜を通常50〜110℃、好ましくは60〜100℃で乾燥させることにより、塗膜が形成できる。その後、ネガフィルム等の露光パターンを形成したフォトマスクを通して塗膜に直接または間接に紫外線等の高エネルギー線を通常10〜2000mJ/cm程度の強さで照射し、未露光部分を後述する現像液を用いて、例えばスプレー、揺動浸漬、ブラッシング、スクラッビング等により現像する。その後、必要に応じてさらに紫外線を照射し、次いで通常100〜200℃、好ましくは140〜180℃の温度で加熱処理をすることにより、金メッキ性に優れ、耐熱性、耐溶剤性、耐酸性、密着性、屈曲性等の諸特性を満足する永久保護膜を有するプリント基板が得られる。
現像に使用される、アルカリ水溶液としては水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム等の無機アルカリ水溶液やテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アルカリ水溶液が使用できる。
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものでない。また、実施例中特に断りがない限り、部は質量部を示す。なお、実施例中の各物性値は以下の方法で測定した。
・重量平均分子量:GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法により測定。
GPC測定条件
メーカー:島津製作所
カラム:ガードカラム SHODEX GPC KF−802.5(2本) KF−802 KF−803
流速:1.0ml/min.
カラム温度:40℃
使用溶剤:THF(テトラヒドロフラン)
検出器:RI(示差屈折検出器)
・高次構造体比率x:29Si−NMRにより測定。
29Si−NMRよりケイ素原子周りのゾル−ゲル反応進行率を同定。観測される全ケイ素原子中、62〜72ppmに観測されるピークの割合からx値を算出した。
29Si−NMR測定条件)
メーカー:Agilent社
装置:500MHz VNMR
積算回数:5000回
待ち時間:1秒
サンプルチューブ:シゲミ(株)製石英NMR用サンプルチューブ
(操作)
サンプル1g、緩和試薬としてクロミウム(III)アセチルアセトナート6mg、標準試薬としてテトラメチルシラン2μl、溶媒としてテトラヒドロフラン600μlを混合し、樹脂溶液を得た。本樹脂溶液から500μl抜き出し、ロック用の重テトラヒドロフラン100μlを混合し、サンプルチューブに仕込み測定を開始した。
・エポキシ当量:JIS K7236に準拠して測定した
・酸化:JIS K0070にほぼ準拠(滴定する溶液が水酸化カリウムエタノール溶液ではなく、水酸化ナトリウム水溶液で行なった)して測定した
合成例1
攪拌装置、還流管をつけた3Lフラスコ中に、分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)として、EOCN−103S(多官能クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量:215.0g/当量 日本化薬(株)製)を860.0g、分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)としてアクリル酸(分子量:72.06)を288.3g、反応用溶媒としてカルビトールアセテートを492.1g、重合禁止剤として2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールを4.921g及び反応触媒としてトリフェニルフォスフィンを4.921g仕込み、98℃で反応液の酸価が0.5mg・KOH/g以下になるまで反応させ、エポキシカルボキシレート化合物を得た。次いでこの反応液に反応用溶媒としてカルビトールアセテートを169.8g、多塩基酸無水物(c)としてテトラヒドロ無水フタル酸を201.6g仕込み、95℃で4時間反応させ、カルボキシ基含有樹脂(A1)65質量%を含む樹脂溶液を得た(この溶液を「A1−1」とする)。酸価を測定したところ、67.3mg・KOH/g(固形分酸価:103.6mg・KOH/g)であった。
合成例2
攪拌装置、還流管をつけた1Lフラスコ中に、分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)として、NC−3000(ビフェノール型エポキシ樹脂、エポキシ当量:277.0g/当量 日本化薬(株)製)を277.0g、分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)としてアクリル酸(分子量:72.06)を72.06g、反応用溶媒としてカルビトールアセテートを121.39g、重合禁止剤として2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールを0.850g及び反応触媒としてトリフェニルフォスフィンを0.850g仕込み、98℃で反応液の酸価が0.5mg・KOH/g以下になるまで反応させ、エポキシカルボキシレート化合物を得た。次いでこの反応液に反応用溶媒としてカルビトールアセテートを86.32g、多塩基酸無水物(c)としてテトラヒドロ無水フタル酸を102.51g仕込み、95℃で4時間反応させ、カルボキシ基含有樹脂(A1)65質量%を含む樹脂溶液を得た(この溶液を「A1−2」とする)。酸価を測定したところ、66.8mg・KOH/g(固形分酸価:102.7mg・KOH/g)であった。
合成例3
攪拌装置、還流管をつけた3Lフラスコ中に、分子中に2個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(d)として、RE−310S(2官能ビスフェノール−A型エポキシ樹脂、エポキシ当量:184.0g/当量 日本化薬(株)製)を368.0g、分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)としてアクリル酸(分子量:72.06)を141.2g、熱重合禁止剤としてハイドロキノンモノメチルエーテルを1.02g及び反応触媒としてトリフェニルフォスフィンを1.53g仕込み、98℃で反応液の酸価が0.5mg・KOH/g以下になるまで反応させ、エポキシカルボキシレート化合物(分子量:509.2)を得た。次いでこの反応液に反応用溶媒としてカルビトールアセテートを755.5g、分子中に2個の水酸基を有するカルボン酸(f)として、2,2−ビス(ジメチロール)−プロピオン酸(分子量:134.16)を268.3g、熱重合禁止剤として2−メチルハイドロキノンを1.08g、任意のジオール化合物(g)としてスピログリコール(分子量:304.38)を140.3g加え、45℃に昇温させた。この溶液にジイソシアネート化合物(e)としてトリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(分子量:210.27)485.2gを反応温度が65℃を超えないように徐々に滴下した。滴下終了後、温度を80℃に上昇させ、赤外吸収スペクトル測定法により、2250cm−1付近の吸収がなくなるまで6時間反応させ、カルボキシ基含有樹脂(A2)65質量%を含む樹脂溶液を得た(この溶液を「A2−1」とする)。酸価を測定したところ、52.0mg・KOH/g(固形分酸価:80.0mg・KOH/g)であった。
合成例4
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン118.2部、メチルトリメトキシシラン0.7部、メチルイソブチルケトン178.3部、メタノール21.4部を反応容器に仕込み、40℃以下で撹拌しながら0.5%KOH12.3部を30分かけて連続的に滴下した。滴下時に白濁の現象は起きなかった。滴下後、50℃に昇温し、5時間反応させた。反応終了後、40℃以下まで冷却し、リン酸2水素ナトリウム2水和物0.4部を一括添加し、40℃以下で30分撹拌後、洗浄液が中性になるまで水洗を繰り返した。次いで120℃で濃縮することにより液状エポキシ樹脂(D1)112.9部を得た。得られた化合物のエポキシ当量は175g/eq、全塩素量は18ppm、粘度は2322mPa・sであった。得られた液状エポキシ樹脂(D1)の高次構造体比率xを29Si−NMRにより測定したところ、図1に示した29Si−NMRスペクトルの積分値より、p=192.78、q=53.33、r=10.00であって、高次構造体比率はx=0.75であった。
合成例5
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン118.2部、メチルトリメトキシシラン0.7部、メチルイソブチルケトン178.3部、メタノール21.4部を反応容器に仕込み、40℃以下で撹拌しながら0.5%KOH7.3部を30分かけて連続的に滴下した。滴下時に白濁の現象は起きなかった。滴下後、50℃に昇温し、5時間反応させた。反応終了後、40℃以下まで冷却し、リン酸2水素ナトリウム2水和物を0.4部を一括添加し、40℃以下で30分撹拌後、洗浄液が中性になるまで水洗を繰り返した。次いで120℃で濃縮することにより本発明の液状エポキシ樹脂(D2)111.7部を得た。得られた化合物のエポキシ当量は198g/eq、全塩素量は8.5ppm、粘度は2403mPa・s、29Si−NMRスペクトルの積分値より、x=0.43であった。
合成例6
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン82.7部、フェニルトリメトキシシラン29.7部、メチルトリメトキシシラン0.7部、メチルイソブチルケトン178.3部、メタノール21.4部を反応容器に仕込み、40℃以下で撹拌しながら0.5%KOH12.3部を30分かけて連続的に滴下した。滴下時に白濁の現象は起きなかった。滴下後、50℃に昇温し、5時間反応させた。反応終了後、40℃以下まで冷却し、リン酸2水素ナトリウム2水和物を0.4部を一括添加し、40℃以下で30分撹拌後、洗浄液が中性になるまで水洗を繰り返した。次いで120℃で濃縮することにより本発明の液状エポキシ樹脂(D3)107.5部を得た。得られた化合物のエポキシ当量は236g/eq、全塩素量は9.1ppm、粘度は4913mPa・s、29Si−NMRスペクトルの積分値より、x=0.94であった。
実施例1〜3、比較例1〜3
合成例1〜3で得られたカルボキシ基含有樹脂(A1−1)、(A1−2)、(A2−1)及び合成例4、5、6で得られた液状エポキシ樹脂(D1)、(D2)、(D3)を用い、表1に示す配合割合とした後3本ロールミルで混練し、本発明の感光性樹脂組成物を得た。これをスクリーン印刷法により、乾燥膜厚が15〜25μmの厚さになるようにプリント基板に塗布し塗膜を80℃の熱風乾燥器で30分乾燥させた。次いで、紫外線露光装置((株)オーク製作所、型式HMW−680GW)を用い回路パターンの描画されたマスクを通して紫外線を照射した。その後、1%炭酸ナトリウム水溶液でスプレー現像を行い、紫外線未照射部の樹脂を除去した。水洗乾燥した後、プリント基板を150℃の熱風乾燥器で60分加熱硬化反応させ硬化膜(以下、「硬化物」ともいう。)を得た。
得られた硬化物について、タック性、現像性、解像性、光感度、表面光沢、基板そり、屈曲性、密着性、鉛筆硬度、耐溶剤性、耐酸性、耐熱性、耐金メッキ性、耐PCT(Pressure Cooker Test)性、耐熱衝撃性、貯蔵弾性率の試験を行なった。それらの結果を表2に示す。なお、試験方法及び評価方法は次のとおりである。
(タック性)
基板に塗布した乾燥後の膜に脱脂綿をこすりつけ、膜のタック性を評価した。
○・・・・脱脂綿は張り付かない。
×・・・・脱脂綿の糸くずが、膜に張り付く。
(現像性)
下記の評価基準を使用した。
○・・・・現像時、完全にインキが除去され、現像できた。
×・・・・現像時、現像されない部分がある。
(解像性)
乾燥後の塗膜に、50μmのネガパターンを密着させ積算光量200mJ/cmの紫外線を照射露光した。次に1%の炭酸ナトリウム水溶液で60秒間、2.0kg/cmのスプレー圧で現像し、転写パターンを顕微鏡にて観察した。下記の基準を使用した。
○・・・・パターンエッジが直線で、解像されている。
×・・・・剥離もしくはパターンエッジがぎざぎざである。
(光感度)
乾燥後の塗膜に、ステップタブレット21段(コダック社製)を密着させ積算光量500mJ/cmの紫外線を照射露光した。次に1%の炭酸ナトリウム水溶液で60秒間、2.0kg/cmのスプレー圧で現像し、現像されずに残った塗膜の段数を確認した。
(表面光沢)
乾燥後の塗膜に、500mJ/cmの紫外線を照射露光した。次に1%の炭酸ナトリウム水溶液で60秒間、2.0kg/cmのスプレー圧で現像し、乾燥後の硬化膜を観察する。下記の基準を使用した。
○・・・・曇りが全く見られない
×・・・・若干の曇りが見られる
(基板反り)
下記の基準を使用した。
○・・・・基板にそりは見られない
△・・・・ごくわずか基板がそっている
×・・・・基板のそりが見られる
(屈曲性)
硬化膜を180℃に折り曲げ、その外観を観察する。下記の基準を使用した。
○・・・・膜面に割れは見られない
×・・・・膜面が割れる
(密着性)
JIS K5400に準じて、試験片に1mmの碁盤目を100個作りセロテープ(登録商標)によりピーリング試験を行った。碁盤目の剥離状態を観察し、次の基準で評価した。
〇・・・・剥れのないもの
×・・・・剥離するもの
(鉛筆硬度)
JIS K5400に準じて評価を行った。
(耐溶剤性)
試験片をイソプロピルアルコールに室温で30分間浸漬する。外観に異常がないか確認した後、セロテープ(登録商標)によるピーリング試験を行い、次の基準で評価した。
○・・・・塗膜外観に異常がなく、フクレや剥離のないもの
×・・・・塗膜にフクレや剥離のあるもの
(耐酸性)
試験片を10%塩酸水溶液に室温で30分浸漬する。外観に異常がないか確認した後、セロテープ(登録商標)によるピーリング試験を行い、次の基準で評価した。
○・・・・塗膜外観に異常がなく、フクレや剥離のないもの
×・・・・塗膜にフクレや剥離があるもの
(耐熱性)
試験片にロジン系プラックスを塗布し270℃の半田槽に30秒間浸漬した。これを1サイクルとし、3サイクル繰り返した。室温まで放冷した後、セロテープ(登録商標)によるピーリング試験を行い、次の基準で評価した。
〇・・・・塗膜外観に異常がなく、フクレや剥離のないもの
×・・・・塗膜にフクレや剥離のあるもの
(耐PCT性)
試験基板を121℃、2気圧の水中で96時間放置後、外観に異常がないか確認した後、セロテープ(登録商標)によるピーリング試験を行い、次の基準で評価した。
○・・・・塗膜外観に異常がなく、フクレや剥離のないもの
×・・・・塗膜にフクレや剥離があるもの
(耐熱衝撃性)
試験片を、−40℃/30分、120℃/30分を1サイクルとして熱履歴を加え、1000サイクル経過後、試験片を顕微鏡観察し、次の基準で評価した。
○・・・・塗膜にクラックの発生のないもの
×・・・・塗膜にクラックが発生したもの
(貯蔵弾性率)
光沢面側(銅箔)上にして、上記で作製した実施例および比較例にかかる感光性樹脂組成物を、樹脂層が基板に接するように、スクリーン印刷法により銅箔上に樹脂層を形成した。これに露光機にて積算露光量1000mJ/cmの条件で紫外線照射した後、150℃で60分加熱して硬化した。その後、硬化膜を銅箔より剥離した後、測定サイズ(5mm×50mm、40μmのサイズ)にサンプルを切り出した。サンプルをRSA G2(TAインスツルメント社製)に供し、周波数を10Hzとして25℃における貯蔵弾性率を測定した。
Figure 2018151628
Figure 2018151628

Figure 2018151628
上記の結果から明らかなように、液状エポキシ樹脂(D)としてエポキシ樹脂(D1)のエポキシ基含有アルコキシケイ素樹脂を用いて得られた本発明の感光性樹脂組成物は、タック性も無く、光感度が高いことが確認できる。また、本発明の硬化物は半田耐熱性、耐薬品性、耐金メッキ性等に優れ、また硬化物表面にクラックが発生せず、薄膜化された基板を用いた場合でも基板にそりの少ないものであり、十分な弾性率を有する硬化物であった。
本発明の感光性樹脂組成物は、プリント基板用感光性樹脂組成物及び光導波路形成用感光性樹脂組成物に適している。

Claims (11)

  1. カルボキシ基含有樹脂(A)、架橋剤(B)、光重合開始剤(C)及び下記式(1a)で表されるエポキシ基含有アルコキシケイ素化合物と下記式(1b)で表される置換アルコキシケイ素化合物を反応させて得られる液状エポキシ樹脂(D)を含有する感光性樹脂組成物。
    Figure 2018151628
    (式中R1aは、グリシジル基を有する置換基を示す。Rは炭素数4以下のアルキル基を示す。)
    Figure 2018151628
    (式中R1bは、炭素数10以下のアルキル基、アリール基又は不飽和脂肪族残基を示す。Rは炭素数4以下のアルキル基を示す。)
  2. 前記液状エポキシ樹脂(D)は下記式(2)で表される構造を含有する、請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
    Figure 2018151628
    (式中複数存在するRは前記のR1aまたはR1bを示し、Rは炭素数4以下のアルキル基を示す。p、q、rはそれぞれ0〜50までの整数を示す。但し、p、q、rはいずれも0であることはない。)
  3. 前記液状エポキシ樹脂(D)において、式(1a)中のR1aが炭素数3以下のグリシドキシアルキル基で置換されたアルキル基であり、式(1b)中のR1bとして、炭素数6以下のアルキル基又はアリール基である請求項1に記載の感光性樹脂組成物。
  4. 前記液状エポキシ樹脂(D)の全塩素量が100ppm以下である請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
  5. 前記液状エポキシ樹脂(D)の25℃における溶融粘度が50mPa・s〜10Pa・sである請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
  6. 前記液状エポキシ樹脂(D)において、高次構造体比率をx=p/(p+q+r)で定義した場合、xの値が0.5〜0.9の範囲である請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
  7. 前記カルボキシ基含有樹脂(A)が、分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物(a)と分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)とを反応させて得られるエポキシカルボキシレート化合物と、多塩基酸無水物(c)との反応生成物である請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
  8. カルボキシ基含有樹脂(A)が、分子中に2個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(d)と分子中にエチレン性不飽和基を有するモノカルボン酸(b)とを反応させて得られるエポキシカルボキシレート化合物と、ジイソシアネート化合物(e)、分子中に2個の水酸基を有するカルボン酸(f)及び/又はジオール化合物(g)との反応生成物である請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物。
  9. 請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の硬化物。
  10. 請求項9に記載の硬化物の層を有する基材。
  11. 請求項10に記載の基材を有する物品。











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