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KR-20260061018-A - Insulating film for optoelectronic devices and method for manufacturing the same

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Abstract

본 발명의 일 양태는 고온 경화 조건에서도 크랙이 발생하지 않으며 경화 후 탁월한 내구성을 구현할 수 있는 광전소자용 절연막 및 이의 제조방법을 제공한다.

Inventors

  • 유선
  • 윤영희
  • 양기석

Assignees

  • 주식회사 헤라켐테크놀러지

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20251021
Priority Date
20241025

Claims (15)

  1. ArSiO 3/2 단위를 90 몰% 이상으로 포함하는 폴리실록산; 및 아미노실란을 포함하는 가교제;를 포함하는 경화형 조성물로부터 제조되는, 광전소자용 절연막. (상기 Ar은 C6-C20아릴이다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리실록산의 중량평균분자량은 500 내지 100,000 g/mol인, 광전소자용 절연막.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리실록산은 SiO 4/2 , Ar 2 SiO 2/2 및 Ar 3 SiO 1/2 에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 단위를 더 포함하는 것인, 광전소자용 절연막. (상기 Ar은 독립적으로 C6-C20아릴이다.)
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리실록산은 하기 화학식 11로 표시되는 실란 화합물의 가수분해 및 축합반응으로 제조되는 것인, 광전소자용 절연막. [화학식 11] ArSi(OR a ) 3 (상기 화학식 11에서, Ar은 C6-C20아릴이고; R a 는 독립적으로 C1-C7알킬이다.)
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리실록산은 상기 ArSiO 3/2 단위로 구성되는 것인, 광전소자용 절연막.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광전소자용 절연막은 하기 평가 방법에 따른 크랙 한계 두께가 5 ㎛ 이상인, 광전소자용 절연막. [크랙 한계 두께] 상기 경화형 조성물을 기판 상에 도포한 후, 100 ℃의 온도에서 2분 동안 가열하여 용매를 제거하고 400 ℃온도에서 30분동안 경화하여 1 ㎛ 부터 10 ㎛까지 두께를 0.1 ㎛씩 증가시키면서 절연막을 형성할 때 크랙이 발생하는 지점의 두께를 크랙 한계 두께라고 하였다.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광전소자용 절연막은 스트리퍼 용액에 60 ℃ 조건에서 5분간 침지한 후, 400 ℃ 에서 30분간 3회 열처리를 가하였을 때 크랙이 발생하지 않는 것인, 광전소자용 절연막.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광전소자용 절연막은 에천트에 60 ℃ 조건에서 5분간 침지한 후, 400 ℃ 에서 30분간 3회 열처리를 가하였을 때 크랙이 발생하지 않는 것인, 광전소자용 절연막.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광전소자용 절연막은 ASTM-D3363에 따른 표면 경도가 3H 이상인, 광전소자용 절연막.
  10. 제1항 내지 제9항에서 선택되는 어느 한 항의 광전소자용 절연막을 포함하는, 광전소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광전소자는 이미지 센서, 포토다이오드, OLED 및 태양전지를 포함하는 것인, 광전소자.
  12. ArSiO 3/2 단위를 90 몰% 이상으로 포함하는 폴리실록산; 및 아미노실란을 포함하는 가교제;를 포함하는, 경화형 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 상기 경화형 조성물은 경화제를 더 포함하는 것인, 경화형 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 경화제는 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데센(DBU), 1,4-디아자비시클로[2.2.2]옥탄(DABCO) 및 1,5-디아자비시클로[4.3.0]노넨(DBN)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이 상의 조합인, 경화형 조성물.
  15. 제12항에 있어서, 상기 경화형 조성물은 실리콘계 계면활성제를 더 포함하는 것인, 경화형 조성물.

Description

광전소자용 절연막 및 이의 제조방법{Insulating film for optoelectronic devices and method for manufacturing the same } 본 개시는 광전소자용 절연막 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 최근 반도체 회로가 미세화 및 고집적화 됨에 따라 절연막에 요구되는 성능 또한 고도화되고 있다. 특히, 이미지 센서, 포토다이오드, OLED, 태양전지 등의 광전소자는 소자의 경우 열 및 광의 복합 스트레스 등의 이유로 내구성이 더욱 우수한 절연막 소재가 요구된다. 그러나 기존 유기 절연막은 고온 열처리 시 열변형, 크랙 발생, 전기적 특성 저하 및 화학적 손상과 같은 문제를 나타내어 신뢰성 확보에 한계가 있었다. 또한, 반도체 제조 공정에서 사용되는 에천트나 스트리퍼 용액에 노출될 경우 내화학성이 부족하여 도막 손상이 발생하는 문제가 빈번하였다. 이러한 한계로 인해, 고온 경화 후에도 높은 표면 경도, 내크랙성, 크랙 한계 두께를 확보함과 동시에 에천트 및 스트리퍼 용액에 대한 내화학성까지 우수하게 유지할 수 있는 새로운 절연막 재료의 개발 필요성이 대두되고 있다. 본 명세서에서 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. 본 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함한다", "구비한다", "함유한다", 또는 "가진다"는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미하며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다. 본 명세서에서 특별한 정의가 없는 한, "약"은 명시된 값의 30%, 25%, 20%, 15%, 10% 또는 5% 이내의 값으로 고려될 수 있다. 이하에서는, 본 개시에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하고 본 개시가 예시적으로 설명된 구체적인 실시형태로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 양태는 고온 경화 조건에서도 크랙이 발생하지 않으며 경화 후 탁월한 내구성을 구현할 수 있는 고내열성의 광전소자용 절연막을 제공한다. 구체적으로, 일 양태에 따른 광전소자용 절연막은 ArSiO3/2 단위를 90 몰% 이상으로 포함하는 폴리실록산; 및 아미노실란을 포함하는 가교제;를 포함하는 경화형 조성물로부터 제조되는 것일 수 있다(상기 Ar은 C6-C20아릴이다.). 상기 폴리실록산의 중량평균분자량은 500 g/mol 내지 100,000 g/mol, 또는 500 g/mol 내지 10,000 g/mol, 또는 1,000 g/mol 내지 5,000 g/mol, 또는 1,000 g/mol 내지 3,000 g/mol일 수 있다. 상기 폴리실록산은 ArSiO3/2 단위를 90 몰% 이상, 또는 95 몰% 이상, 또는 97 몰% 이상, 또는 98 몰% 이상, 또는 99 몰% 이상으로 포함할 수 있으며, 구체적으로는 ArSiO3/2 단위로 구성되어 ArSiO3/2 단위를 100% 포함하는 것일 수 있다. 상기 폴리실록산이 ArSiO3/2 단위 이외에 추가 단위를 포함하는 경우, 상기 폴리실록산은 SiO4/2, Ar2SiO2/2 및 Ar3SiO1/2 에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 아릴 실록산 단위를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 Ar은 각각 독립적으로 C6-C20아릴일 수 있고, 구체적으로 상기 Ar은 동일하며 C6-C20아릴, 또는 C6-C12아릴일 수 있다. 상기 SiO4/2단위는 실리콘 원자에 4개의 산소 원자가 결합된 사면체 구조를 나타내며, 각각의 산소 원자는 다른 실리콘 원자와 결합되어 네트워크 구조를 형성하는, 이른바 Q 단위(quaternary unit)를 의미한다. 상기 ArSiO3/2는 하나의 유기기(Ar)가 실리콘에 결합되고, 나머지 세 개의 결합이 산소를 통해 다른 실리콘과 연결된 T 단위(ternary unit)를 의미한다. 상기 Ar2SiO2/2는 두 개의 유기기(Ar)가 실리콘에 결합되고, 두 개의 산소가 다른 실리콘 원자와 결합된 D 단위(secondary unit)를 의미한다. 상기 Ar3SiO1/2는 세 개의 유기기(Ar)가 실리콘에 결합되고, 하나의 산소가 다른 실리콘과 결합된 M 단위(monomeric unit)를 의미한다. 상기 폴리실록산은 하기 화학식 11로 표시되는 실란 화합물의 가수분해 및 축합반응으로 제조되는 것일 수 있다. [화학식 11] ArSi(ORa)3 (상기 화학식 11에서, Ar은 C6-C20아릴이고; Ra는 각각 독립적으로 C1-C7알킬이다.) 일 예로, 상기 Ar은 C6-C12아릴, 또는 페닐일 수 있다. 일 예로, 상기 Ra는 서로 동일하며 C1-C7알킬, 또는 C1-C4알킬, 또는 C1-C3알킬일 수 있다. 일 예로, 상기 화학식 11로 표시되는 실란 화합물은 하기 화학식 12로 표시되는 것일 수 있다. [화학식 12] 상기 가수분해 및 축합반응은 산 촉매 또는 염기 촉매 존재 하에 수행될 수 있다. 상기 산 촉매는 질산(HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 과염소산(HClO4), 브롬화수소산(HBr) 등에서 선택되는 무기산; 포름산(HCOOH), 아세트산(CH3COOH), 트리플루오로아세트산(CF3CO2H) 등에서 선택되는 유기산;일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 염기 촉매는 암모니아, 트리 에틸아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 수산화 칼륨 등에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 상기 산 촉매는 질산(HNO3), 염산(HCl), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 과염소산(HClO4), 브롬화수소산(HBr) 등에서 선택되는 무기산일 수 있으며, 이로부터 제조되는 폴리실록산은 경화 후 내구성이 더욱 우수할 수 있다. 상기 산 촉매는 실란 화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부, 또는 0.1 내지 0.5 중량부로 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 반응은 유기용매 내에서 수행될 수 있으며, 상기 유기용매의 비한정적인 일 예로, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(PGEEA), 프로필렌 글리콜 프로필 에테르 아세테이트(PGPEA), 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(EGMEA), 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(EGEEA) 등의 글리콜 에테르 아세테이트계 용매; 프로필렌 글리콜 메틸 에테르(PGME), 프로필렌 글리콜 에틸 에테르(PGEE), 에틸렌 글리콜 메틸 에테르(EGME), 에틸렌 글리콜 에틸 에테르(EGEE) 등의 글리콜 에테르계 용매; γ-부티롤락톤(GBL), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO) 등의 고비점 유기용매;에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 일 예로, 상기 반응은 50 내지 150 ℃, 또는 70 내지 150 ℃, 또는 70 내지 90 ℃, 또는 90 내지 150 ℃, 또는 90 내지 120 ℃의 온도 조건 하에서 30 분 내지 300 분, 또는 30 분 내지 200 분, 또는 30 분 내지 100 분 동안 수행될 수 있으며, 상기 두 가지 이상의 조건에서 다단계로 수행될 수 있고, 원료의 사용량 등에 의해 변경될 수 있음은 물론이다. 상기 아미노 실란은 하기 화학식 13으로 표시되는 것일 수 있다. [화학식 13] AnSi(ORb)4-n 상기 A는 아미노기를 갖는 C1-C10알킬기이고, Rb는 독립적으로 수소 또는 C1-C10알킬기이며, n은 1 내지 3의 정수이다. 일 예로, 상기 A는 아미노기를 갖는 C1-C7알킬기이고, Rb는 독립적으로 수소 또는 C1-C7알킬기이며, n은 1 또는 2이다. 일 예로, 상기 A는 아미노기를 갖는 C1-C3알킬기이고, Rb는 독립적으로 수소 또는 C1-C3알킬기이며, n은 1 또는 2이다. 일 예로, 상기 A는 아미노기를 갖는 C1-C3알킬기이고, Rb는 동일하며 C1-C3알킬기이고, n은 1 또는 2이다. 일 예로, 상기 아미노 실란은 아미노알킬트리알콕기실란일 수 있고, 구체적적으로 아미노(C1-C10)알킬트리(C1-C10)알콕시실란, 또는 아미노(C1-C7)알킬트리(C1-C7)알콕시실란, 또는 아미노(C1-C3)알킬트리(C1-C3)알콕시실란일 수 있으며, 비한정적인 일 예로는 (3-아미노프로필)트리에톡시실란((3-Aminopropyl)triethoxysilane), (3-아미노프로필)트리메톡실란((3-Aminopropyl)trimethoxysilane), 또는 이들의 혼합물일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 양태에 따른 상기 경화형 조성물은 상기 폴리실록산과 아미노 실란을 1:0.001 내지 1:1 중량비, 또는 1:0.001 내지 1:0.1 중량비, 또는 1:0.005 내지 1:0.1 중량비, 또는 1:0.005 내지 1:0.05 중량비로 포함할 수 있으며, 내크랙성 및 내화학성이 더욱 우수한 절연막을 제공할 수 있다. 일 양태에 따른 상기 광전소자용 절연막은 하기 평가 방법에 따른 크랙 한계 두께가 5 ㎛ 이상, 또는 6 ㎛ 이상, 또는 7 ㎛ 이상, 또는 8 ㎛ 이상, 또는 10 ㎛이하, 또는 9 ㎛ 이하인 것일 수 있다. [크랙 한계 두께] 상기 경화형 조성물을 기판 상에 도포한 후, 100 ℃의 온도에서 2분 동안 가열하여 용매를 제거하고 400 ℃