ES2219496T3 - Composicion de resina epoxi y componente electronico. - Google Patents

Composicion de resina epoxi y componente electronico.

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ES2219496T3 ES01900660T ES01900660T ES2219496T3 ES 2219496 T3 ES2219496 T3 ES 2219496T3 ES 01900660 T ES01900660 T ES 01900660T ES 01900660 T ES01900660 T ES 01900660T ES 2219496 T3 ES2219496 T3 ES 2219496T3
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Abstract

Composición de resina epoxi que comprende, como componentes esenciales, (A) una resina epoxi, (B) por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consiste en un compuesto que contiene grupos hidroxilo fenólicos, una resina de urea y una resina de melamina, (C) un compuesto fenoxifosfaceno reticulado y (D) un agente de agente de relleno inorgánico, estando la cantidad de componente (C) comprendida en el intervalo entre 0, 01 y 30% en peso, basado en la cantidad total de componentes (A), (B) y (C), y estando la cantidad de componente (D) comprendida en el intervalo entre 60 y 98% en peso, basado en la cantidad total de componentes (A), (B), (C) y (D).

Description

Composición de resina epoxi y componente electrónico.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una composición de resina epoxi y a un componente electrónico.
Antecedentes de la técnica
Las resinas epoxi se utilizan en los amplios campos de los materiales eléctricos y electrónicos, materiales para sellado, materiales de recubrimiento, adhesivos, ingeniería civil y materiales de construcción, materiales compuestos para la industria aerospacial y similares, debido a que las resinas epoxi tienen un buen equilibrio de propiedades, tales como propiedades eléctricas, resistencia a la humedad, resistencia al calor, propiedades mecánicas, adhesión a productos moldeados producidos mediante moldeo por inserción y también debido a que es posible proporcionar una composición de resina epoxi que presente diversas propiedades por inclusión de otros componentes.
Por ejemplo, aunque se han utilizado metales, cerámicas, resinas fenólicas, resinas siliconadas o similares como material de encapsulamiento para elementos de componentes electrónicos, tal como LSI, VLSI y similares, en los últimos años se han utilizado con frecuencia resinas epoxi debido a su economía, productividad y buen equilibrio de propiedades.
Por otro lado, es obligatorio que los componentes electrónicos con LSI, VLSI o similares sean retardantes al fuego en cumplimiento del estándar UL con el fin e asegurar su seguridad. Por este motivo, se mezclan en la resina epoxi compuestos halógenos, trióxido de antimonio, hidróxidos de metal o compuestos retardantes al fuego similares.
Sin embargo, una resina epoxi mezclada con un compuesto halógeno presenta el inconveniente de que se produce un gas venenoso y un compuesto tóxico durante la combustión de un producto moldeado de tal resina epoxi.
Además, no es deseable la utilización de trióxido de antimonio, el cual es supuestamente carcinogénico. Adicionalmente, una resina epoxi mezclada con trióxido de antimonio reduce la resistencia al arco de un producto moldeado de resina epoxi, resultando en una menor propiedad aislante.
Además, los hidróxidos de metal, tal como el hidróxido de aluminio o de magnesio no pueden mostrar la retardancia al fuego deseada a menos que se mezclen con una resina epoxi en gran cantidad. De esta manera, el hidróxido de metal presenta el problema de que reduce las propiedades mecánicas del producto moldeado de resina epoxi obtenido.
Con el fin de resolver dichos problemas se desarrolló una técnica en la que se mezcla una resina epoxi con fósforo rojo, fosfatos, compuestos de fósforo orgánico o compuestos de fósforo similares.
Las publicaciones de patente japonesa no examinadas nº 100108/1996, nº 151427/1996, nº 151505/1996 y
nº 287795/1998 dan a conocer composiciones de resina epoxi retardantes al fuego que contienen fósforo rojo. Sin embargo, el fósforo rojo reacciona con una pequeña cantidad de agua, dando fosfina y ácido fosfórico corrosivo. En consecuencia, una composición retardante al fuego de resina epoxi que contenga fósforo rojo es problemática respecto a la resistencia a la humedad. Por este motivo, la composición de resina epoxi retardante al fuego que contenga fósforo rojo no podrá utilizarse como encapsulante para un semiconductor que requiera una resistencia elevada a la humedad. Las partículas de fósforo rojo recubiertas de hidróxido de aluminio, resina termofraguante o similar, inevitablemente producen fosfina y ácido fosfórico corrosivo al reaccionar con una pequeña cantidad de agua, resultando en una resistencia insuficiente a la humedad.
La publicación de patente japonesa no examinada nº 43536/1999 da a conocer una composición de resina epoxi retardante al fuego que contiene fosfato. Sin embargo, el fosfato tiene una baja resistencia a la humedad y de esta manera la composición retardante al fuego de resina epoxi que se da a conocer no puede utilizarse como encapsulante para un semiconductor.
Las publicaciones de patente japonesa no examinada nº 11662/1992, nº 230340/1993, nº 214068/1993, nº 80765/
1994, nº 188638/1996 dan a conocer composiciones de resina epoxi retardantes al fuego que contienen un compuesto de fósforo orgánico. Sin embargo, los compuestos de fósforo orgánico utilizados en estas publicaciones de patente plantean problemas de toxicidad. Además, los productos moldeados formados a partir de cada una de las composiciones de resina epoxi que se dan a conocer en dichas publicaciones de patente son insatisfactorias respecto a las resistencias al calor y a la humedad.
Además, se conoce una composición de resina epoxi que contiene un compuesto fosfaceno como retardante al fuego. Por ejemplo, las publicaciones de patente japonesa no examinada nº 120850/1986, nº 349/1988 y nº 259292/1998 y la publicación de patente japonesa examinada nº 53787/1994 dan a conocer composiciones retardantes al fuego de resina epoxi que contienen un compuesto fenoxifosfaceno. Además, la publicación de patente japonesa no examinada nº 109346/1987 la patente japonesa nº 2857444 dan a conocer composiciones de resina epoxi que contienen un compuesto fosfaceno que contiene flúor.
Sin embargo, dichas composiciones de resina epoxi que contienen un compuesto fosfaceno no son satisfactorias respecto a todas las propiedades de resistencia al calor, resistencia al impacto térmico, resistencia a la rotura de la soldadura (resistencia térmica de la soldadura) y resistencia a la humedad, que son necesarias para un encapsulante para un semiconductor, tal como VLSI.
A la vista de lo anterior, existe una demanda para desarrollar una composición de resina epoxi satisfactoria respecto a todas las propiedades de resistencia al calor, resistencia al impacto térmico, resistencia a la rotura de la soldadura (resistencia térmica de la soldadura) y resistencia a la humedad necesarias para un encapsulante para un semiconductor, tal como VLSI, siendo de utilización conveniente como encapsulante para un semiconductor la composición epoxi.
Exposición de la invención
Un objetivo de la presente invención es proporcionar una composición de resina epoxi libre de halógenos y de antimonio con excelente retardancia al fuego desde el punto de vista de la conservación medioambiental.
Otro objetivo de la invención es proporcionar una composición de resina epoxi con excelentes resistencia al calor, resistencia al impacto térmico, resistencia a la rotura de la soldadura y resistencia a la humedad, que son necesarias para un encapsulante para un semiconductor, tal como LSI.
Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un componente electrónico que incluya un elemento tal como un semiconductor encapsulado con una composición de resina epoxi.
Otras características de la presente invención resultarán aparentes a partir de la descripción siguiente.
Con el fin de superar los inconvenientes anteriormente indicados de la técnica anterior, los presentes solicitantes llevaron a cabo investigación extensiva y descubrieron que la composición de resina epoxi que puede conseguir los objetivos anteriores se puede preparar incorporando un compuesto fosfaceno reticulado como componente (C) y unos polvos de agente de relleno inorgánico como componente (D) en proporciones específicas en una composición de resina epoxi. A partir de este nuevo descubrimiento se llevó a cabo la presente invención.
De acuerdo con la invención, se proporciona una composición de resina epoxi que comprende (A) una resina epoxi, (B) por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consiste en un compuesto fenólico que contiene grupo hidroxilo, una resina de urea y una resina de melamina, (C) un compuesto fenoxifosfaceno reticulado y (D) unos polvos de agente de relleno inorgánico, estando comprendida la cantidad de componente (C) en el intervalo entre 0,01 y 30% en peso, basado en la cantidad total de componentes (A), (B) y (C), y estando comprendida la cantidad de componente (D) en el intervalo entre 60 y 98% en peso, basado en la cantidad total de componentes (A), (B), (C) y (D).
De acuerdo con la presente invención, se proporciona la composición de resina epoxi anteriormente indicada, en la que el componente (B) es un compuesto fenólico que contiene grupos hidroxilo.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona una composición de resina epoxi en la que el compuesto fenoxifosfaceno reticulado que sirve de componente (C) es un compuesto fenoxifosfaceno reticulado en el que por lo menos un compuesto fosfaceno seleccionado de entre el grupo que consiste en un fenoxifosfaceno cíclico representado por la fórmula (1):
1
(en la que m es un número entero comprendido entre 3 y 25 y pH es un grupo fenilo) y un fenoxifosfaceno lineal representado por la fórmula (2):
2
(en la que X^{1} representa un grupo -N=P(OPh)_{3} o un grupo -N=P(O)OPh, Y^{1} representa un grupo -P(OPh)_{4} o un grupo -P(O)(OPh)_{2} y n es un número entero comprendido entre 3 y 10.000, y Ph es tal como se ha indicado anteriormente), se encuentra reticulado con por lo menos un grupo reticulante seleccionado de entre el grupo que consiste en grupo o-fenileno, grupo m-fenileno, grupo p-fenileno y un grupo bisfenileno representado por la fórmula (3):
3
(en la que Z es -C(CH_{3})_{2}-, -SO_{2}-, -S- ó -O- y a es 0 ó 1);
(a) cada uno de los grupos reticulantes se encuentra interpuesto entre los dos átomos de oxígeno que quedan tras la eliminación de grupos fenilo del compuesto fosfaceno;
(b) la cantidad de grupos fenilo en el compuesto reticulante se encuentra comprendida entre 50 y 99,9%, basada en la cantidad total de grupos fenilo en dicho compuesto fosfaceno representado por la fórmula (1) y/o dicho compuesto fosfaceno representado por la fórmula (2); y
(c) el compuesto fenoxifosfaceno reticulado no presenta grupos hidroxilos libres en la molécula.
Según la presente invención, se proporciona un componente electrónico formado mediante el encapsulamiento de un elemento para un componente electrónico con la composición de resina epoxi anterior.
Según la presente invención, se proporciona un componente electrónico que comprende total o parcialmente un producto moldeado producido mediante moldeo de la composición de resina epoxi anterior.
Componente (A)
Las resinas epoxi convencionales pueden utilizarse ampliamente como componente (A) para su utilización en la invención en la medida en que sean útiles como material de moldeo de resina epoxi para un componente electró-
nico.
Los ejemplos de tal resina epoxi incluyen la resina epoxi fenólica novolak, resina epoxi fenólica novolak bromada, resina epoxi novolak ortocresol, resina epoxi novolak naftol y resinas epoxi novolak similares preparadas a través de la reacción de un fenol con un aldehído; resina epoxi bisfenol-A, resina epoxi bisfenol-A bromada; resina epoxi bisfenol-F, resina epoxi bisfenol-AD, resina epoxi bisfenol-S y resinas epoxi bisfenólicas similares; 4,4'-bis(2,3-epoxipropoxi)-3,3',5,5'-tetrametilbifenil y resinas epoxi bifenólicas alquil-sustituidas similares; resina epoxi tris(hidroxifenil)metano y resinas epoxi fenólicas similares preparadas a través de la reacción de fenol con epiclorohidrina; resinas epoxi alifáticas preparadas a través de la reacción de trimetilolpropano, olipropilenglicol, bisfenol-A hidrogenado o alcohol similar con epiclorohidrina; resinas epoxi glicidil éster preparadas a través de la reacción del ácido hexahidroftálico, ácido tetrahidroftálico o ácido ftálico con epiclorohidrina o 2-metil-epiclorohidrina; resinas epoxi glicidilamina preparadas a través de la reacción de diaminodifenilmetano, aminofenol o amina similar con epiclorohidrina; resinas epoxi heterocíclicas preparadas a tarvés de la reacción del ácido isocianúrico o poliamina similar con epiclorohidrina y resinas epoxi preparadas mediante la modificación de las mismas, etc. Dichas resinas epoxi tienen un peso molecular medio comprendido entre aproximadamente 300 y aproximadamente 100.000, preferentemente entre aproximadamente 500 y aproximadamente 100.000, y un equivalente epoxi comprendido entre aproximadamente 100 y aproximadamente 10.000, preferentemente entre aproximadamente 150 y aproximadamente 1.000. Dichas resinas epoxi pueden utilizarse solas o en combinación en la invención.
Entre las resinas epoxi anteriormente descritas, las resinas epoxi preferidas son las resinas epoxi fenólicas novolak, 4,4'-bis(2,3-epoxipropoxi)-3,3',5,5'-tetrametilbifenil y resinas epoxi bifenólicas alquil-sustituidas similares, resina epoxi tris(hidroxifenil)metano y similares. Cuando se utilizan dichas resinas epoxi preferidas, pueden prepararse composiciones de resina epoxi excelentes en su resistencia al impacto térmico y resistencia a la humedad.
Aunque es de lo más deseable utilizar dichas resinas epoxi preferidas solas, pueden utilizarse en mezclas con otras resinas epoxi desde el punto de vista económico y similar. En este caso, la resina epoxi preferida se utiliza en una cantidad de 50% en peso o más, basada en la cantidad total utilizada de resinas epoxi.
Componente (B)
Como agente de curado para las resinas epoxi se conoce la utilización de compuesto fenólico que contiene hidroxilo, compuesto amina aromático, anhídrido ácido, resina de urea, resina de melamina y similar. Desde el punto de vista de la vida útil y similar se utilizan como componente (B) en la invención, compuesto fenólico que contiene grupo hidroxilo, resina de urea y resina de melamina. Cuando se utilizan como componente (B) en la invención compuesto fenólico que contiene grupo hidroxilo, resina de urea y resina de melamina, pueden proporcionarse al producto moldeado alta resistencia a la humedad y otras propiedades mediante el moldeo de la composición de resina epoxi debido al efecto sinérgico que consigue el componente (B) y el compuesto fenoxifosfaceno reticulado como componente(C).
El compuesto fenólico que contiene grupo hidroxilo a utilizar como componente (B) en la invención incluye una amplia variedad de compuestos conocidos con grupos hidroxilo fenólicos en la medida en que los compuestos actúan como agente de curado sobre el componente (A).
Las resinas de urea y de melamina a utilizar en la invención incluyen una amplia variedad de resinas de urea y resinas de melamina conocidas, en la medida en que las resinas actúan como agente de curado sobre el componente (A).
Desde el punto de vista de la resistencia a la humedad y similar, es preferente en la invención utilizar el compuesto que contiene grupos hidroxilo fenólicos como el componente (B).
Los ejemplos típicos de tales compuestos que contienen grupo hidroxilo fenólicos incluyen las resinas fenólicas. La resina fenólica se clasifica generalmente en resinas fenólicas resol y resinas fenólicas novolak. Dichas resinas fenólicas se preparan a través de la condensación de, por ejemplo, fenol, cresol, xilenol, resorcina, catecol, bisfenol A, bisfenol F o fenoles similares, o alfa-naftol, beta-naftol, dihidroxinaftaleno o naftoles similares con formaldehído, acetaldehído, propionaldehído, benzaldehído, aldehído salicíclico o aldehídos similares. Las resinas fenólicas útiles en la invención incluyen las resinas fenólicas poliparavinílicas, las resinas fenólicas/aralquídicas que contienen grupo xilileno se preparan a partir de un fenol y dimetoxiparaxileno, resina fenólica diciclopentadieno-modificada, condensados trifenolmetano, etc.
Entre las resinas fenólicas anteriormente indicadas, son preferidas las resinas fenólicas novolak, y entre ellas son de mayor preferencia las resinas fenólicas novolak, resinas novolak cresol y similares.
Aunque las proporciones de componentes (A) y (B) no se encuentran limitadas, el componente (B) puede utilizarse en el intervalo de cantidad en el que el componente (B) puede actuar como agente de curado sobre el componente
(A).
Por ejemplo, aunque la proporción de equivalentes de resina epoxi como componente (A) y de compuesto que contiene grupos hidroxilo fenólicos como componente (B) (número de grupos hidroxilo del componente (B)/número de grupos epoxi del componente (A)) no se encuentra limitada, es preferente fijar la proporción de equivalentes en el intervalo comprendido entre aproximadamente 0,7 y 1,3.
Componente (C)
Los ejemplos de componente (C), es decir, compuesto fenoxifosfaceno reticulado a utilizar como el agente retardante al fuego en la invención incluyen una amplia variedad de los compuestos conocidos.
Además, puede utilizarse el compuesto fenoxifosfaceno reticulado siguiente, preparado por los presentes solicitantes. Tal compuesto fenoxifosfaceno reticulado es un compuesto fenoxifosfaceno reticulado en el que por lo menos un compuesto fosfaceno seleccionado de entre el grupo que consiste en un fenoxifosfaceno cíclico de fórmula (1) y un fenoxifosfaceno lineal de fórmula (2) se encuentra reticulado con por lo menos un grupo reticulante seleccionado de entre el grupo que consiste en grupo o-fenileno, grupo m-fenileno, grupo p-fenileno y un grupo bisfenileno representado por la fórmula (3),
en la que (a) cada uno de los grupos reticulantes se encuentra interpuesto entre los dos átomos de oxígeno que quedan después de la eliminación de los grupos fenilo del compuesto fosfaceno; (b) la cantidad de grupos fenilo en el compuesto reticulado se encuentra comprendida entre 50 y 99,9%, basada en la cantidad total de grupos fenilo en dicho compuesto fosfaceno de fórmula (1), y/o dicho compuesto fosfaceno de fórmula (2); y (c) el compuesto fenoxifosfaceno reticulado no presenta grupo hidroxilo libre en la molécula.
Es deseable en la invención utilizar el compuesto fenoxifosfaceno reticulado que no presenta grupo hidroxilo libre en la molécula.
En la presente especificación, el término "que no presenta grupo hidroxilo libre en la molécula" significa que la cantidad de grupo hidroxilo libre es menor que el límite detectable, cuando se determina de acuerdo con el método de acetilación utilizando anhídrido acético y piridina según se describe en la página 353 del Analytical Chemistry Handbook (tercera edición revisada, editado por la Japan Analytical Chemistry Academy, publicada por Maruzen Co., Ltd., 1981). En el presente documento, el término "límite detectable" significa la cantidad mínima detectable como equivalentes hidroxilo por gramo de muestra a ensayo (compuesto fenoxifosfaceno reticulado de la invención), más específicamente 1 x 10^{-6} equivalentes hidroxilo/gramo o menos.
Al analizar el compuesto fenoxifosfaceno reticulado de la invención mediante el método de acetilación anterior, la cantidad resultante incluye la cantidad de grupos hidroxilo en el fenol residual utilizado como material de partida. Debido a que la cantidad de fenol de material de partida puede determinarse mediante cromatografía líquida de alto rendimiento, la cantidad de grupos hidroxilo libres en el compuesto fenoxifosfaceno reticulado puede determinarse con precisión.
Los compuestos fenoxifosfaceno reticulados de la invención pueden prepararse, por ejemplo, haciendo reaccionar por lo menos un compuesto diclorofosfaceno seleccionado de entre el grupo que consiste en un compuesto diclorofosfaceno cíclico representado por la fórmula (4):
4
(en la que m es tal como se ha definido anteriormente) y un compuesto diclorofosfaceno lineal representado por la fórmula (5):
5
(en la que X^{2} representa un grupo -N=PCl_{3} o un grupo -N=P(O)Cl, Y^{2} representa un grupo -PCl_{4} o un grupo -P(O)Cl_{2} y n es tal como se ha definido anteriormente)
con una mezcla de fenolato de metal alcalino representado por la fórmula (6):
6
(en la que M es un metal alcalino) y por lo menos un difenolato seleccionado de entre el grupo que consiste en difenolato de metal alcalino representado por la fórmula (7):
7
(en la que M es tal como se ha definido anteriormente) y difenolato de metal alcalino representado por la fórmula (8):
8
(en la que Z, a y M son tal como se han definido anteriormente)(primera etapa); y haciendo reaccionar adicionalmente el compuesto resultante con el fenolato de metal alcalino (segunda etapa).
Los compuestos diclorofosfaceno de fórmulas (4) y (5) de utilización como materiales de partida en el procedimiento de producción anterior pueden producirse mediante métodos conocidos, por ejemplo, según se describe en la publicación de patente japonesa no examinada nº 87427/1982, publicaciones de patente japonesa examinada nº 19604/1983, nº 1363/1986 y nº 20124/1987, H.R. Allcock, "Phosphorus-Nitrogen Compounds", Academic Press (1972) y J.E. Mark, H.R. Allcock, R. West, "Inorganic Polymers", Prentice-Hall International, Inc. (1992), etc.
Un método ejemplar comprende reaccionar cloruro de amonio y pentacloruro de fósforo (o cloruro de amonio, tricloruro de fósforo y cloro) a una temperatura en el intervalo comprendido entre aproximadamente 120 y aproximadamente 130ºC, en clorobenceno o tetracloroetano, seguido de la eliminación del ácido hidroclórico. De esta manera puede obtenerse un compuesto diclorofosfaceno de fórmula (4) en la que m es 3 a 25 o un compuesto diclorofosfaceno de fórmula (5) en la que n es 3 a 25. Estos compuestos diclorofosfaceno (oligómeros diclorofosfaceno) habitualmente pueden obtenerse en forma de mezcla.
A partir de la mezcla de oligómeros diclorofosfaceno cíclicos y lineales obtenidos de esta manera, se obtienen compuestos diclorofosfaceno cíclicos, tales como hexaclorociclotrifosfaceno, octaclorociclotetrafosfaceno, decaclorociclopentafosfaceno o similares, por destilación o recristalización, y mediante calentamiento de hexaclorociclotrifosfaceno a una temperatura comprendida entre 220 y 250ºC con el fin de que experimenten polimerización por apertura de anillos, se produce un compuesto diclorofosfaceno de fórmula (5) en la que n está comprendida entre 25 y 10.000.
Los compuestos diclorofosfaceno preparados anteriormente pueden utilizarse como mezcla de compuestos diclorofosfaceno cíclicos y lineales o pueden utilizarse individualmente por separado.
Los ejemplos de fenolatos de metal alcalino representados por la fórmula (6) incluyen una amplia variedad de los conocidos, y son fenolato sódico, fenolato potásico, fenolato de litio, etc. Estos fenolatos de metal alcalino pueden utilizarse solos o en combinación.
La relación entre las posiciones de dos grupos -OM (en los que M es tal como se ha definido anteriormente) en el difenolato de metal alcalino de fórmula (7) puede ser cualquiera de entre orto, meta y para. Los ejemplos de difenolatos de metal alcalino incluyen las sales de metal alcalino de resorcinol, hidroquinona, catecol y similares, entre los cuales las sales de sodio y de litio son preferidas. Estos difenolatos de metal alcalino pueden utilizarse solos o en combinación.
Los ejemplos de difenolatos de metal alcalino representados por la fórmula (8) incluyen las sales de metal alcalino de 4,4'-isopropilidenodifenol (bisfenol A), 4,4'-sulfonildifenol (bisfenol-S), 4,4'-tiodifenol, 4,4'-oxidifenol, 4,4'-difenol y similares, entre los que son preferidas las sales de sodio y de litio. Estos difenolatos de metal alcalino se utilizan solos o en combinación.
De acuerdo con la presente invención, el difenolato de metal alcalino de fórmula (7) y el difenolato de metal alcalino de fórmula (8) pueden utilizarse solos o en combinación.
En la primera etapa del procedimiento de producción en la invención, es deseable ajustar las cantidades de fenolato y difenolato de metal alcalino de manera que no todos los átomos de cloro en el compuesto diclorofosfaceno sean consumidos por la reacción con fenolato y difenolato de metal alcalino, es decir, algunos átomos de cloro en el compuesto diclorofosfaceno permanecen intactos después de la reacción con fenolato y difenolato de metal alcalino. En consecuencia, los grupos -OM (en los que M es tal como se ha definido anteriormente) en ambos lados del difenolato de metal alcalino se combinan con átomos de fósforo del compuesto diclorofosfaceno. En la primera etapa, el fenolato y el difenolato de metal alcalino se utilizan habitualmente en tales cantidades que la cantidad combinada de ambos fenolatos respecto al contenido en cloro del compuesto diclorofosfaceno se encuentra comprendida entre aproximadamente 0,05 y aproximadamente 0,9 equivalentes, con preferencia entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 0,8 equivalentes.
En la segunda etapa del procedimiento de producción en la invención, es deseable ajustar las cantidades de fenolato de metal alcalino de manera que los átomos de cloro y los grupos hidroxilo libres en el compuesto obtenido a través de la primera etapa se puedan consumir completamente en la reacción con el fenolato de metal alcalino. De acuerdo con la presente invención, el fenolato de metal alcalino se utiliza habitualmente en una cantidad de entre aproximadamente 1 y aproximadamente 1,5 equivalentes, con preferencia de entre aproximadamente 1 y aproximadamente 1,2 equivalentes, relativos al contenido en cloro del compuesto diclorofosfaceno.
De acuerdo con la presente invención, la proporción entre fenolato de metal alcalino (la cantidad total del mismo utilizada en la primera y segunda etapas) y difenolato de metal alcalino (difenolato de metal alcalino/fenolato de metal alcalino, proporción molar) habitualmente se encuentra comprendida entre aproximadamente 1/2.000 y aproximadamente 1/4, con preferencia entre aproximadamente 1/20 y aproximadamente 1/6.
Las reacciones en la primera y segunda etapas se llevan a cabo a una temperatura habitualmente entre la ambiente y aproximadamente 150ºC, con preferencia entre aproximadamente 80 y aproximadamente 140ºC, y las reacciones se completan habitualmente entre aproximadamente 1 y aproximadamente 12 horas, con preferencia entre aproximadamente 3 y aproximadamente 7 horas. Las reacciones en la primera y segunda etapas se llevan a cabo en un disolvente orgánico, tal como en un hidrocarburo aromático, tal como benceno, tolueno y xileno; y en hidrocarburos aromáticos halogenados, tal como monoclorobenceno y diclorobenceno.
El compuesto fenoxifosfaceno reticulado de la invención obtenido a través de las reacciones anteriores puede aislarse y purificarse fácilmente a partir de la mezcla de reacción mediante un método convencional de aislamiento, tal como el lavado, filtración, secado o similar.
La temperatura de descomposición del compuesto fenoxifosfaceno reticulado de la invención habitualmente se encuentra comprendida entre 250 y 350ºC.
La proporción de grupos fenilo en el compuesto fenoxifosfaceno reticulado de la invención se encuentra comprendida entre 50 y 99,9%, preferentemente entre 70 y 90%, basada en la cantidad total de grupos fenilo en el fenoxifosfaceno cíclico de fórmula (1) y/o de fenoxifosfaceno lineal de fórmula (2).
Es preferente que n en la fórmula (2) sea un número entero entre 3 y 1.000.
Los grupos terminales X^{1} e Y^{1} en la fórmula (2) pueden variar de acuerdo con las condiciones de reacción y otros factores. Si la reacción se lleva a cabo bajo condiciones ordinarias, por ejemplo, bajo condiciones moderadas en un sistema no acuoso, el producto resultante tendrá una estructura en la que X^{1} es -N=P(OPh)_{3} e Y^{1} es -P(OPh)_{4}. Si la reacción se lleva a cabo bajo tales condiciones que hay presencia en el sistema de reacción de humedad o de un hidróxido de metal alcalino, o bajo condiciones tan severas que se da una reacción de reorganización, el producto resultante tendrá una estructura en la que X^{1} es -N=P(OPh)_{3} e Y^{1} es -P(OPh)_{4} en una mezcla con una estructura en la que X^{1} es -N=P(O)OPh e Y^{1} es -P(O)(OPh)_{2}.
La cantidad de compuesto fenoxifosfaceno reticulado a utilizar como componente (C) en la invención debe encontrarse comprendida en el intervalo entre 0,01 y 30% en peso, basado en la cantidad total de componentes (A), (B) y (C). Cuando la cantidad de compuesto fenoxifosfaceno reticulado a utilizar como componente (C) sea menor que 0,01% en peso, no se observa el efecto deseado de retardancia al fuego, mientras que una cantidad de compuesto fenoxifosfaceno reticulado superior a 30% en peso altera sus propiedades. Es preferente que la cantidad de compuesto fenoxifosfaceno reticulado a utilizar como componente (C) en la invención se encuentre comprendida entre 0,1 y 25% en peso, especialmente entre 1 y 20% en peso, basado en la cantidad total de componentes (A), (B) y
(C).
El compuesto fenoxifosfaceno reticulado anterior que sirve de componente (C) en la invención se encuentra libre de cloro, bromo o de átomos de halógeno similares y no contiene sustancialmente ningún grupo hidroxi de compuesto dihidroxi en ninguna posición de manera que es improbable que emita un gas o humo perjudicial para los organismos debido a haluro de hidrógeno o similar durante su descomposición o combustión.
Se proporciona alta retardancia al fuego a la composición de resina epoxi y a un producto moldeado a través de la incorporación del compuesto fenoxifosfaceno reticulado de la invención en el mismo.
Mediante la incorporación del compuesto fenoxifosfaceno reticulado de la invención en la composición de resina epoxi, se proporciona a la composición, resistencia al calor, resistencia al impacto térmico, resistencia a la rotura de la soldadura, resistencias al impacto térmico y a la humedad requeridas por un encapsulante de elementos de componentes electrónicos, tal como un semiconductor.
Componente (D)
En la invención es necesario utilizar unos polvos inorgánicos de agente de relleno como agente de relleno desde los puntos de vista de una menor higroscopicidad y mayor resistencia. Pueden utilizarse los polvos inorgánicos de agente de relleno habitualmente incorporados en las composiciones de resina epoxi para componentes electrónicos como polvos inorgánicos de agente de relleno que sirven de componente (D) en la invención.
Los ejemplos de polvos inorgánicos de agente de relleno útiles son los polvos o perlas esféricas de sílice fusionado, sílice cristalino, alúmina, circón, silicato cálcico, carbonato cálcico, carburo de silicio, nitruro de boro, óxido de berilio, circonio, blanco de titanio, arcilla, mica, talco y similares. Se utilizan solos o en combinación.
Los polvos útiles tienen un tamaño medio de partícula habitualmente de entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 100 \mum y las perlas útiles tienen un tamaño medio de partícula habitualmente de entre aproximadamente 1 y aproximadamente 50 \mum, preferentemente de entre aproximadamente 1 y aproximadamente 10 \mum, con más preferencia de entre aproximadamente 2 y aproximadamente 5 \mum.
La cantidad de polvos inorgánicos de agente de relleno a utilizar es de 60 a 98% en peso, preferentemente de 70 a 95% en peso, basada en la cantidad total de composición de la resina epoxi, desde los puntos de vista de higroscopicidad, reducción en el coeficiente de expansión lineal, incremento en resistencia y similares.
Entre los agentes de relleno inorgánicos descritos anteriormente, es preferente el sílice soluble desde el punto de vista de reducción en el coeficiente de expansión lineal y la alúmina es preferente desde el punto de vista de elevada conductividad del calor. Desde el punto de vista de la fluidez en las operaciones de moldeo y de resistencia a la abrasión del molde, una forma preferida de los agentes de relleno inorgánicos es la perla.
Otros aditivos
Puede incorporarse un acelerador del curado en la composición de resina de la invención con el fin de acelerar la reacción de curado de los componentes (A) y (B).
Entre los aceleradores de curado útiles se incluyen, por ejemplo, una amplia variedad de aceleradores convencionales de curado, tales como dicicloamidina, sales de la misma, amina terciaria, imidazol, sales de amonio cuaternarias, fosfina orgánica, sales de tetrafenilboro, etc.
Son ejemplos de dicicloamidina y de sales de la misma, 1,8-diazabiciclo(5,4,0)undeceno-7, 1,5-diazabiciclo(3,4,0)noneno-5 y dicicloamidinas similares y sus sales fenólicas, sales octilo, sales de ácido oleico, etc.
Son ejemplos de amina terciaria, trietanolamina, tetrametilbutanodiamina, tetrametilpentanodiamina, tetrametilhexanodiamina, trietilenodiamina, dimetilanilina, bencildimetilamina, dimetilaminoetanol, dimetilaminopentanol y oxialquilaminas similares, tris(dimetilaminometil)fenol, N-metilmorfolina, N-etilmorfolina, etc.
Son ejemplos de imidazol, 2-metilimidazol, 2-etilimidazol, 2-fenilimidazol, 2-undecilimidazol, 2-heptadecilimidazol, 2-metil-4-etilimidazol, 2-fenil-4-metilimidazol, 1-butilimidazol, 1-propil-2-metilimidazol, 1-bencil-2-metilimidazol, 1-cianoetil-2-metilimidazol, 1-cianoetil-2-undecilimidazol, 1-cianoetil-2-fenilimidazol, 1-azina-2-metilimidazol, 1-azina-2-undecilimidazol, etc.
Son ejemplos de sales de amonio cuaternarias, bromuro de cetiltrimetilamonio, cloruro de cetiltrimetilamnio, yoduro de dodeciltrimetilamonio, cloruro de trimetildodecilamonio, cloruro de bencildimetiltetradecilamonio, cloruro de bencilmetilpalmitilamonio, bromuro de alildodeciltrimetilamonio, bromuro de bencildimetilestearilamonio, cloruro de esteariltrimetilamonio, acetato de bencildimetiltetradecilamonio, etc.
Son ejemplos de fosfina orgánica, tributilfosfina, metildifenilfosfina, trifenilfosfina, etc.
Son ejemplos de sal tetrafenilboro, borato de trifenilfosfina-tetrafenilo, borato de tetrafenilfosfonio-tetrafenilo, borato de trietilamina-tetrafenilo, borato de N-metilmorfolina-tetrafenilo, borato de 2-etil-4-metilimidazol-tetrafenilo, borato de 2-etil-1,4-dimetilimidazol-tetrafenilo, etc.
Entre dicho aceleradores de curado, son preferidas la fosfina orgánica, sales tetrafenilboro y similares, y son de mayor preferencia, trifenilfosfina, borato de trifenilfosfina-tetrafenilo, borato de trietilamina-tetrafenilo, etc.
Pueden añadirse otros aditivos dentro del intervalo en el que no se deterioren las propiedades de la composición de resina epoxi. Por ejemplo, la composición de resina epoxi de la invención puede contener otros aditivos, incluyendo: agentes de liberación de molde, tal como cera natural (por ejemplo, cera de carnauba), cera sintética, ácidos grasos superiores, sales metálicas de ácido graso superior, amida ácida, éster, parafina y similares; agentes retardantes al fuego, tal como parafina clorada, tolueno bromado, hexabromobenceno, trióxido de antimonio y similares; y agentes colorantes, tales como negro de carbono, óxido de hierro rojo y similares; agentes de acoplamiento, tales como epoxisilano, aminosilano, ureidosilano, vinilsilano, alquil silano, titanato orgánico, alcoholato de aluminio y
similares.
Puede utilizarse por lo menos un agente retardante al fuego, seleccionado de entre el grupo que consiste en hidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio y borato de zinc dentro del intervalo en el que no se deterioren las propiedades de la composición de resina epoxi de la invención.
La composición de resina epoxi de la invención puede contener materiales fibrosos. La composición de resina epoxi de la invención que contiene materiales fibrosos puede utilizarse como plástico reforzado por fibras.
Los materiales fibrosos útiles no están limitados e incluyen cualquier material fibroso conocido, tal como fibras de alúmina, fibras de carbono, fibras de carburo de silicio, fibras de nitruro de silicio, fibra de vidrio, fibras de titanato potásico, fibras de titanato sódico, wollastonita, fibras de dióxido de titanio, fibras de borato de magnesio, fibras de borato de aluminio y fibras inorgánicas similares, fibras de aramida, fibras de alcohol polivinílico, fibras de poliacrilonitrilo, fibras de poliéster, fibras de poliolefina, fibras de poliarilato, fibras de polietileno de peso molecular ultraelevado y fibras orgánicas sintéticas similares. Dichos materiales fibrosos pueden utilizarse solos o en combinación.
Dichos materiales fibrosos pueden procesarse para formar tejidos cruzados, lisos, satinados y similares, telas no tejidas, láminas producidas mediante proceso de fabricación de papel y láminas parecidas, y los productos obtenidos pueden impregnarse con la composición de resina epoxi de la invención para usos diversos. Pueden impregnarse hojas de papel con la composición de resina epoxi de la invención.
Además, la composición de resina epoxi de la invención puede contener por lo menos un tipo de materiales inorgánicos eléctricamente conductores similares a placas, fibrosos o pulverulentos y/o por lo menos un tipo de materiales inorgánicos dieléctricos similares a placas, fibrosos o pulverulentos. La incorporación de materiales inorgánicos permite la utilización de la composición como material eléctricamente conductor o diélectrico funcional.
La composición de resina de la invención pueden prepararse mediante cualquier método capaz de dispersar y mezclar uniformemente las materias primas. Los métodos utilizados generalmente comprenden la mezcla total de cantidades especificadas de materias primas con un mezclador o similar, fundiendo y amasando la mezcla con un rodillo mezclador, extrusor o similar, y enfriando y pulverizando la misma.
La composición de resina epoxi de la invención puede utilizarse en la misma forma que las composiciones convencionales de resina epoxi, por ejemplo en forma de moldes, pastas y soluciones, y puede utilizarse como material de encapsulamiento, aislamiento, refuerzo, protección, recubrimiento, termoaislamiento, insonorización, material adhesivo, pintura o similar.
La composición de resina epoxi de la invención puede utilizarse para sustancialmente todos los componentes electrónicos conocidos y se utiliza preferentemente como encapsulante de elementos de componentes electrónicos y como material de sustrato para placas de circuito.
Cuando la composición de resina epoxi de la invención se utiliza para encapsular un elemento para un componente electrónico, tal como elementos IC, pueden utilizarse de manera amplia diversos métodos conocidos. Por ejemplo, pueden producirse componentes electrónicos a través de un método que comprende montar un elemento IC sobre un material de soporte, conectar el elemento a un patrón de circuito formado previamente y encapsular los componentes requeridos utilizando una solución o pasta de la composición de reina epoxi de la invención, los materiales de soporte útiles incluyen soportes conectores, soportes para cintas de cables, placas de circuito, vidrio, obleas de silicio y similares, e incluyendo como elementos IC útiles, chips semiconductores, transistores, diodos, tiristores y elementos activos similares, condensadores, resistores, inductores y elementos pasivos similares, etc.
Los métodos de montaje no se encuentran limitados e incluyen, por ejemplo, métodos de encapsulado de soportes conectores, encapsulado de montaje en superficie [SOP (encapsulado pequeño fuera de línea), SOJ (encapsulado pequeño fuera de línea con terminales en J), QFP (encapsulado plano cuádruple), BGA (arreglo de rejilla de bolas), etc.], CSP (encapsulado por tamaño/escala de chip), etc.
Los métodos de conectar el elemento IC a un patrón de circuito no se encuentran limitados e incluyen los métodos convencionales, tales como la microsoldadura, TAB (soldadura automatizada de cintas), soldadura "flip chip" y similares.
Mientras que el método de moldeo por transferencia de baja presión con la mayor frecuencia se utiliza como método de encapsulamiento, pueden utilizarse el método de moldeo por inyección, el método de moldeo por compresión, el método de moldeo por vaciado y similares. En este caso, la formulación de la composición de resina de la invención puede modificarse apropiadamente de acuerdo con condiciones tales como el tipo de materiales de soporte para los elementos de montaje, tipo de elementos a montar, métodos de montaje, métodos de conexión, métodos de encapsulamiento, etc.
La composición de resina de la invención puede utilizarse como un adhesivo para montar un elemento IC, bola de soldadura, soporte conector, repartidor de calor, refuerzo o componentes similares sobre un material de soporte.
Opcionalmente puede utilizarse una película moldeada a partir de la composición de resina de la invención como material de encapsulamiento para el montaje secundario.
Los componentes electrónicos producidos de esta manera incluyen, por ejemplo, encapsulados TCP ("tape carrier package") en el que un chip semiconductor unido mediante puntos de soldadura a un soporte para cintas se encapsula con la composición de resina de la invención. Otros ejemplos incluyen un módulo COB, IC híbrido, módulo multichip o similares en los que un chip semiconductor, circuito integrado, circuito integrado a gran escala, transistor, diodo, tiristor o elemento activo similar, condensador, resistor, inductor o elemento pasivo similar unido a los circuitos sobre una placa de circuitos o sustrato de vidrio mediante microsoldadura, soldadura "flip chip", soldadura o similar, se encapsula con la composición de resina de la invención.
Cuando la composición de resina de la invención se utiliza como material de sustrato para una placa de circuitos pueden utilizarse métodos convencionales. Por ejemplo, se produce un prepreg mediante la impregnación de una hoja de papel, tejido de fibra de vidrio, tejido de fibra aramida o sustrato similar con la composición de resina de la invención para su utilización como material de sustrato de una placa de circuitos. La composición de resina de la invención puede moldearse para formar una película para su utilización como un material de sustrato de placa de circuitos. En esta operación, un material eléctricamente conductor o material dieléctrico puede incorporarse en la composición de resina para formar una capa eléctricamente conductora, capa eléctricamente conductora anisotrópica, capa controladora de la conductividad, capa dieléctrica, capa dieléctrica anisotrópica, capa controladora de la constante dieléctrica y capa funcional similar. Además, la capa puede utilizarse como punto de soldadura de resina o como capa eléctricamente conductora formada en la parte interna de una perforación.
La composición de resina de la invención puede utilizarse como adhesivo en la formación de una placa de circuitos mediante laminación de un prepreg o película. En esta operación, la composición de resina puede contener un material inorgánico eléctricamente conductor, material inorgánico dieléctrico y similar, tal como durante la formación de una película.
De acuerdo con la invención puede producirse una placa de circuitos a partir de por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consiste en prepregs producidos mediante impregnación de un sustrato con la composición de resina de la invención y películas formadas por moldeo de la composición de resina de la invención, o en combinación con por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consiste en prepregs y películas utilizadas convencionalmente para placas de circuito.
Las placas de circuito no se encuentran limitadas y pueden ser cualquiera de entre las placas rígidas y las placas flexibles. La forma de las placas puede seleccionarse apropiadamente de entre láminas, películas, placas y similares. Las placas más específicamente útiles incluyen, por ejemplo, las placas laminadas recubiertas de cobre, las placas laminadas compuestas recubiertas de cobre, las placas laminadas flexibles recubiertas de cobre, las placas de circuitos impresos multicapa montables, las placas de circuitos impresos flexibles, las películas de resina unidas al soporte, láminas de soldadura, etc.
La composición de resina de la invención puede utilizarse como pigmento para formar un patrón en componentes electrónicos. Especialmente la composición de resina de la invención es adecuada para placas de circuitos y además para cristal líquido TFT, electroluminiscencia y similares.
La composición de resina de la invención puede utilizarse para los componentes electrónicos siguientes así como para los indicados anteriormente.
Los materiales que constituyen parte o la totalidad de componentes de mecanismo de equipos eléctricos, electrónicos y de telecomunicaciones, tales como conectores, relés, condensadores, interruptores, inductores, deflectores, CCD (dispositivo de carga acoplada), LED (diodo emisor de luz) y similares.
Los materiales aislantes para baterías, transformadores, motores, bobinas de antenas y similares.
Los materiales que constituyen todo o parte de componentes de mecanismo de pantallas, tales como pantallas de cristal líquido, pantallas EL, pantallas de plasma, pantallas de cristal líquido con matriz activa y similares, dispositivos semiconductores acoplados ópticamente, tales como fotoacopladores, optoaislantes y similares; son ejemplos de componentes de mecanismo las placas deflectoras, sustratos de vidrio, sustratos de electrodos, películas de orientación, capas de cristal líquido, filtros, placas de reflexión, capas eléctricamente conductoras para sustratos, capas eléctricamente conductoras para electrodos, capas de barrera y similares.
Los materiales que constituyen todo o parte de las tarjetas inteligentes ("smart cards"), etiquetas inteligentes ("smart tags") y tarjetas IC similares.
La composición de resina epoxi de la invención, al igual que las resinas epoxi convencionales, puede utilizarse no solamente como los materiales anteriormente indicados para componentes electrónicos, sino también para fines que implican la utilización de resina epoxi. Son ejemplos de usos los equipos eléctricos, electrónicos y de telecomunicaciones, maquinaria de precisión, equipos de transporte, equipos de fabricación, utensilios domésticos, materiales de ingeniería civil y materiales de construcción, etc. A continuación se indican ejemplos más específicos de usos.
Campos eléctrico, electrónico y de telecomunicaciones
Los materiales que constituyen todo o parte de los componentes de carcasa, mecanismo o estructurales para equipos automatizados de empresa o de oficina, tales como impresoras, ordenadores, procesadores de texto, teclados, PDA (asistentes digitales personales), teléfonos, teléfonos móviles, aparatos de fax, fotocopiadoras, ECR (máquinas registradoras electrónicas), calculadoras electrónicas de escritorio, agendas electrónicas, diccionarios electrónicos, etc., electrodomésticos y equipos eléctricos, tales como lavadoras, neveras, ollas arroceras, aspiradoras, hornos microondas, equipos de iluminación, aparatos de aire acondicionado, planchas y kotatsu (mesa cubierta baja con una fuente térmica inferior), equipos audiovisuales, tales como televisiones, radios, VTR, videocámaras, grabadoras de vídeo, cámaras fotográficas digitales, grabadoras de radiocassettes, grabadoras de cintas de vídeo, reproductores de MD, reproductores de CD, reproductores de DVD, reproductores de LD, HDD (unidades de disco duro), altavoces, sistemas de navegación para coches, pantallas de cristal líquido y controladores de los mismos, pantallas EL, pantallas de plasma y similares; materiales de recubrimiento para cables eléctricos, cables y similares; materiales que constituyen todo o parte de cajas para alojar resistores, termostatos, fusibles térmicos y componentes eléctricos similares, cojinetes para motores, espaciadores, guías metálicas para impresoras de inyección de tinta y componentes deslizantes similares, etc.
Campo de la maquinaria de precisión
Materiales que constituyen todo o parte de componentes de carcasa, mecanismo y estructurales para relojes de pulsera, relojes de pared, microscopios, cámaras, etc.
Campo del transporte
Materiales que constituyen todo o parte de yates, barcos y embarcaciones similares, carrocerías de trenes, automóviles, bicicletas, motocicletas, aviones y similares, partes de mecanismo o estructurales (armazones, tuberías, ejes, capotas, guarnecidos de puertas, viseras para el sol, tapacubos, colgadores, asideros de mano, etc.); y materiales que constituyen todo o parte de los componentes internos de la maquinaria de transporte (reposabrazos, portaequipajes, viseras para el sol, fundas para asientos y similares).
Campo de los equipos de fabricación
Materiales que constituyen todo o parte de los componentes de mecanismo y estructurales para brazos robóticos, rodillos, ejes de rodillos, espaciadores, aislantes, juntas, anillos eje, engranajes, bobinas, componentes de los pistones, componentes de los cilindros, poleas, componentes de bombas, cojinetes, componentes de los ejes, muelles de plato, materiales de estructura de panal de abejas, plantillas para enmascaramiento, placas de distribución, bandejas impermeables al agua y similares; y materiales que constituyen todo o parte de tanques de agua, tanques de aguas residuales, tanques de materia prima y tanques, tuberías, moldes para resina y cascos de tipo industrial similares, etc.
Utensilios domésticos
Materiales para todo o parte de equipos deportivos y equipos para el tiempo de ocio, tales como armazones de raquetas para badminton y tenis, palos y cabezas para palos de golf, sticks de hoquei, esquís, snowboards, monopatines, cañas de pescar, bates, soportes para tiendas de campaña, bañeras, palanganas, tazas de baño, accesorios de los mismos y artículos higiénicos similares, asientos, cubos, mangueras, etc. Materiales para un laminado termorresistente formado sobre la superficie de una placa superior de un mueble o de una mesa, placas de superficie alisada para mobiliario, armarios y similares.
Campos de los materiales de ingeniería civil y de construcción
Materiales de decoración interior y exterior para edificios, tejados, suelos, empapelados de paredes, vidrios de ventana, materiales de sellado para vidrios de ventana, materiales de refuerzo para construcciones estructurales de hormigón (pilares de hormigón para puentes, soportes de hormigón, etc.), estructuras de hormigón (postes de hormigón, superficies de paredes, carreteras, etc.), materiales de reparación para conductos de tuberías, tales como tuberías subterráneas, etc.
Además, pueden utilizarse películas y recipientes formados a partir de la composición de resina de la invención para materiales alimenticios, materiales para la agricultura, silvicultura y pesquerías, artículos médicos, etc.
Mejor modo de poner en práctica la invención
A continuación se describirá específicamente la presente invención con referencia a los Ejemplos y Ejemplos comparativos. Sin embargo, el alcance de la invención no se encuentra limitado por estos ejemplos. Las partes son partes en % de peso medio y % en peso, respectivamente, a menos que se indique lo contrario. Además, "-Ph-" y "-Ph" significan grupo fenileno y grupo fenilo, respectivamente.
En los Ejemplos y Ejemplos comparativos se utilizaron los materiales siguientes:
(1) Resina epoxi
Resina epoxi novolak cresol: equivalente epoxi 200, punto de ablandamiento: 67ºC (Epikote 180S65, Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.).
Resina epoxi bifenólica alquil-sustituida (4,4'-bis(2,3-epoxipropoxi)-3,3',5,5'-tetrametilbifenilo): equivalente epoxi 188, punto de fusión: 106ºC.
(2) Compuesto que contiene un grupo hidroxilo fenólico
Resina fenólica novolak: equivalente 106 de grupo hidroxilo, punto de ablandamiento: 83ºC.
Resina fenólica/aralquílica (producto de Mitsui Chemicals Inc.: Milex XL-225): equivalente 167 de grupo hidroxilo, punto de ablandamiento: 70ºC.
(3) Compuesto fosfaceno
Compuesto fenoxifosfaceno reticulado o no reticulado que se muestra en los Ejemplos de síntesis 1 a 4.
Ejemplo 1 de síntesis
Síntesis de compuesto fenoxifosfaceno con estructura p-fenileno-reticulada (en lo sucesivo abreviada como "FR-1")
Se sometió a reflujo bajo calentamiento una mezcla de 1,1 moles (103,5 g) de fenol, 1,1 moles (44,0 g) de hidroxido sódico, 50 g de agua y 500 ml de tolueno, y se extrajo del sistema solo el agua, proporcionando una solución de fenolato sódico en tolueno.
En paralelo con la reacción anterior se introdujo en un matraz de 4 cuellos de 2 litros, una mezcla de 0,15 moles (16,5 g) de hidroquinona, 1,0 moles (94,1 g) de fenol, 1,3 moles (31,1 g) de hidróxido de litio, 52 g de agua y 600 ml de tolueno. La mezcla se sometió a reflujo bajo calentamiento, y se extrajo del sistema solo el agua, proporcionando una solución de sales de litio de hidroquinona y fenol en tolueno. Se añadieron gota a gota a la solución de tolueno a 30ºC o menos bajo agitación, 580 g de una solución de clorobenceno al 20% que contenía 1,0 unidad molar (115,9 g) de oligómeros de diclorofosfaceno (una mezcla de 72% de trímero, 15% de tetrámero, 8% de pentámero y hexámero, 3% de heptámero y 2% de octámero y oligómeros de orden superior), seguido de reacción a 110ºC durante 4 horas bajo agitación. A la mezcla de reacción se añadió la solución en tolueno de fenolato sódico anteriormente preparada y se continuó la reacción a 110ºC durante 8 horas.
Tras completar la reacción, se lavó la mezcla de reacción tres veces con 1,0 litro de solución acuosa al 3% de hidróxido sódico y después tres veces con 1,0 litro de agua, y se concentró la fase orgánica bajo presión reducida. El concentrado obtenido se concentró a sequedad a 80ºC a una presión de 266 Pa o menos, proporcionando 211 g de un polvo blanco.
El fenoxifosfaceno reticulado obtenido presentaba un contenido en cloro hidrolizable de 0,01% o menos y la composición del producto final era la siguiente:
[N=P(-O-p-Ph-O-)_{0,15} (-O-Ph) _{1,7}]
obtenida a partir de los datos de contenido en fósforo y análisis elemental CHN.
El fenoxifosfaceno reticulado obtenido anteriormente presentaba un peso molecular medio (Mw) de 1.100 (calculado como poliestireno estándar, análisis GPC) pero no mostraba un punto de fusión definido y presentaba una temperatura inicial de descomposición de 306ºC y una temperatura de 5% de pérdida de peso de 311ºC según se determinó mediante análisis TG/DTA.
Además, la cantidad de grupos hidroxilo residuales se determinó mediante el método de acetilación y se descubrió que no era mayor al límite de detección (1 x 10^{-6} equivalentes/g, como equivalentes hidroxilo por gramo de muestra).
Ejemplo 2 de síntesis
Síntesis de compuesto fenoxifosfaceno con estructura 2,2-bis(p-oxifenil)isopropilideno-reticulada (en lo sucesivo abreviada como "FR-2")
Se introdujeron 0,7 moles (65,9 g) de fenol y 500 ml de tolueno en un matraz de 1 litro de 4 cuellos, y mientras se mantenía la temperatura interna a 25ºC, se introdujeron en el mismo 0,65 átomos-gramo (14,9 g) de sodio metálico en forma de trozos bajo agitación. Tras completar la adición, se continuó agitando durante 8 horas a una temperatura comprendida entre 77 y 113ºC hasta consumir completamente el sodio metálico.
En paralelo con la reacción anterior, se introdujeron 0,25 moles (57,1 g) de bisfenol-A, 1,1 moles (103,5 g) de fenol y 800 ml de tetrahidrofurano (THF) en un matraz de 4 cuellos de 3 litros, y mientras se mantenía la temperatura interna a 25ºC, se introdujeron en el mismo 1,6 átomos-gramo (11,1 g) de litio metálico en forma de trozos bajo agitación. Tras completar la adición, se continuó agitando durante 8 horas a una temperatura comprendida entre 61 y 68ºC hasta consumir completamente el litio metálico. Mientras se mantenía la temperatura interna a 20ºC o menos, se añadieron gota a gota a la suspensión resultante a lo largo de 1 hora, 386 g de solución al 30% de clorobenceno que contenía 1,0 mol (115,9 g) de oligómeros diclorofosfaceno (una mezcla de 72% de trímero, 15% de tetrámero, 8% de pentámero y hexámero, 3% de heptámero y 2% de octámero y oligómeros de orden superior), seguido de reacción a 80ºC durante 4 horas. Posteriormente, mientras se mantenía la temperatura interna a 20ºC, se añadió a la mezcla de reacción la solución de fenolato sódico preparada por separado, bajo agitación durante 1 hora, seguido de reacción a 80ºC durante 10 horas.
Tras completar la reacción, se concentró la mezcla de reacción con el fin de eliminar el THF y se añadió 1 litro de tolueno al concentrado. La solución resultante de tolueno se lavó tres veces con 1 litro de NaOH al 2% y después tres veces con 1,0 litro de agua, y se concentró la fase orgánica bajo presión reducida. El concentrado obtenido se concentró a sequedad a 80ºC y a una presión de 266 Pa o menos, proporcionando 230 g de un polvo blanco.
El fenoxifosfaceno reticulado obtenido presentaba un contenido en cloro hidrolizable del 0,01% y la composición siguiente:
[N=P(-O-Ph-C(CH_{3})_{2}-Ph-O-)_{0,25} (-O-Ph) _{1,50}]
obtenida a partir de los datos de contenido en fósforo y análisis elemental CHN.
El fenoxifosfaceno reticulado obtenido presentaba un peso molecular medio (Mw) de 1.140 (calculado como poliestireno estándar, análisis GPC) y no presentaba un punto de fusión definido, y una temperatura inicial de descomposición de 310ºC y una temperatura de pérdida de 5% de peso de 315ºC, según se determinó mediante análisis TG/DTA.
La cantidad de grupos hidroxilo residuales se determinó mediante el método de acetilación y se encontró que no era mayor al límite de detección del método de acetilación (1 x 10^{-6} equivalentes/g, como equivalentes hidroxilo por gramo de muestra).
Ejemplo 3 de síntesis
Síntesis de fenoxifosfaceno con estructura 4,4'-sulfonildifenileno(residuo bisfenol-S)-reticulada (en lo sucesivo abreviada como "FR-3")
Se introdujeron 0,4 moles (37,6 g) de fenol y 500 ml de tetrahidrofurano (THF) en un matraz de 1 litro de 4 cuellos, y mientras se mantenía la temperatura interna a 25ºC, se añadieron 0,45 átomos gramo (9,2 g) de sodio metálico en forma de trozos bajo agitación. Tras completar la adición, se continuó con la agitación durante 5 horas a una temperatura comprendida entre 65 y 72ºC hasta consumir completamente el sodio metálico.
En paralelo con la reacción anterior, se disolvieron 1,70 moles (160,0 g) de fenol y 0,05 moles (12,5 g) de bisfenol-S
en 500 ml de THF en un matraz de 1 litro de 4 cuellos y se añadieron 1,8 átomos-gramo (41,4 g) de sodio metálico en forma de trozos a 25ºC o menos bajo agitación. Tras completar la adición, se elevó la temperatura a 61ºC a lo largo de 1 hora, y se continuó agitando durante 6 horas a una temperatura comprendida entre 61 y 68ºC, proporcionando una solución mezclada de fenolato sódico. Se añadió dicha solución gota a gota a 580 g de una solución de clorobenceno al 20% que contenía 1,0 mol (115,9 g) de oligómeros diclorofosfaceno (una mezcla de 72% de trímero, 15% de tetrámero, 8% de pentámero y hexámero, 3% de heptámero, 2% de octámero y oligómeros de orden superior) bajo enfriamiento y agitación a 25ºC o menos, seguido de reacción a una temperatura comprendida entre 71 y 73ºC durante 5 horas bajo agitación.
Después, la solución de fenolato sódico preparada anteriormente se añadió gota a gota a la mezcla de reacción y se continuó la reacción a una temperatura comprendida entre 71 y 73ºC durante 10 horas.
Tras completar la reacción, la mezcla de reacción se concentró y disolvió nuevamente en 500 ml de clorobenceno. La solución se lavó tres veces con solución acuosa de NaOH al 5%, una vez con ácido sulfúrico al 5%, una vez con solución acuosa de bicarbonato sódico al 5% y tres veces con agua. Después, se concentró la fase orgánica a 266 Pa o menos y el concentrado se concentró a sequedad, proporcionando 220 g de un sólido blanco.
El fenoxifosfaceno reticulado obtenido presentaba un contenido en cloro hidrolizable de 0,01% o menos, y una composición
[N=P(-O-Ph-SO_{2}-Ph-O-)_{0,05} (-O-Ph) _{1,90}]
obtenida a partir del contenido en fósforo y de los datos de análisis elemental CHN.
El fenoxifosfaceno reticulado obtenido presentaba un peso molecular medio (Mw) de 1.070 (calculado como poliestireno estándar), una temperatura de fusión (Tm) de 103ºC, una temperatura de inicio de descomposición de 334ºC y una temperatura de 5% de pérdida de peso de 341ºC según se determinó mediante análisis TG/DTA.
Se determinó la cantidad de grupos hidroxilo residuales y se observó que no era mayor al límite de detección del método de acetilación (1 x 10^{-6} equivalentes/g, como equivalentes hidroxilo por gramo de muestra).
Ejemplo 4 de síntesis
Síntesis de una mezcla de fenoxifosfacenos ([N=P(-OPh)_{2}]_{3} y [N=P(-OPh)_{2}]_{4}) (en lo sucesivo abreviado como "FR-4")
Se preparó FR-4 de acuerdo con el procedimiento dado a conocer en H.R. Allcock, "Phosphorus-Nitrogen Compounds", Academic Press, página 151, (1972).
Más específicamente, se añadió una solución en tolueno de fenolato sódico bajo agitación a 580 g de una solución de clorobenceno al 20% que contenía 1,0 mol (115,9 g) de oligómeros diclorofosfaceno (una mezcla de 62% de trímero y 38% de tetrámero), seguido de reacción a 110ºC durante 10 horas. Se confirmó que la cantidad de cloro residual era <0,01% y que el compuesto presentaba la composición siguiente:
[N=P(-OPh) _{2}]_{3,4}
Ejemplos 1 a 6
La composición de resina epoxi de la invención se preparó mezclando una resina epoxi, un compuesto que contiene un grupo hidroxilo fenólico, compuesto fenoxifosfaceno reticulado (los compuestos que se muestran en los Ejemplos 1 a 3 de síntesis, FR-1 a FR-3), sílice fusionado (sílice molido con un tamaño de partícula medio de 17,5 \mum y área superficial específica de 1,5 m^{2}/g), trifenilfosfina, cera de carnauba, negro de carbono y \gamma-glicidoxipropil trimetoxisilano (agente de acoplamiento) en una proporción en peso según se muestra en la Tabla 1.
Después, los materiales de moldeo de los Ejemplos 1 a 6 se prepararon a partir de la composición de resina epoxi de la invención mediante amasado con rodillos a una temperatura de amasado de 80 a 90ºC durante un tiempo de amasado de 10 minutos.
Ejemplos comparativos 1 y 2
Los materiales de moldeo de los Ejemplos comparativos 1 y 2 se prepararon de acuerdo con la formulación que se muestra en la Tabla 1 de la misma manera que en los Ejemplos excepto en que se utilizó como agente retardante al fuego el compuesto fenoxifosfaceno no reticulado (el compuesto indicado en el Ejemplo 4 de síntesis, FR-4).
Ejemplo comparativo 3
El material de moldeo del Ejemplo comparativo 3 se preparó de acuerdo con la formulación mostrada en la Tabla 1 de la misma manera que en los Ejemplos excepto en que se utilizó como agente retardante al fuego el fosfato condensado (CR-741, Daihachi Kagaku Kogyo Co., Ltd., en lo sucesivo abreviado como "FR-5").
Ejemplos comparativos 4 y 5
Los materiales de moldeo de los Ejemplos comparativos 4 y 5 se prepararon de acuerdo con la formulación mostrada en la Tabla 1 de la misma manera que en los Ejemplos excepto en que se utilizaron la resina epoxi de bisfenol-A bromada con un equivalente epoxi de 375, punto de ablandamiento de 80ºC y contenido en bromo de 48% en peso y trióxido de antimonio.
Las propiedades de los materiales de moldeo preparados en los Ejemplos y Ejemplos comparativos descritos anteriormente se evaluaron mediante los métodos siguientes.
(1) Dureza frente al calor
El material de moldeo se moldeó utilizando un molde con el fin de moldear un disco de 100 mm de diámetro y 3 mm de grosor mediante prensa de transferencia bajo condiciones de 180 \pm 3ºC, 6,9 \pm 0,17 MPa y 90 segundos. Se midió la dureza en el calor del producto moldeado con un medidor de dureza shore (tipo D) inmediatamente después de completar el moldeo. Cuanto mayor es el valor de dureza frente al calor, mejor es el resultado. La dureza frente al calor es un índice de resistencia de impacto térmico.
(2) Coeficiente de absorción de agua
El coeficiente de absorción de agua se midió para evaluar la resistencia a la humedad.
De acuerdo con JIS-K-6911 se preparó un disco de 50 mm de diámetro y 3 mm de grosor y se humidificó a 85ºC y 85% de HR. Tras cada intervalo de tiempo especificado, se pesó el disco para calcular el cambio de peso.
(3) Adhesión
El material de moldeo se moldeó en papel de aluminio de 30 \mum de grosor mediante prensa de transferencia bajo condiciones de 180 \pm 3ºC, 6,9 \pm 0,17 Mpa y 90 segundos. Después, se midió la resistencia al despegue en un ángulo de 90 grados al papel de aluminio.
(4) Retardancia al fuego
El material de moldeo se moldeó mediante prensa de transferencia bajo las condiciones de 180 \pm 3ºC, 6,9 \pm 0,17 MPa y 90 segundos utilizando un moldeo para moldear una pieza de ensayo de 1/16 pulgadas (aproximadamente 1,6 mm) de grosor. Después, el producto moldeado se curó 5 horas después a 180 \pm 5ºC. La evaluación se realizó de acuerdo con el método de ensayo UL 94-V0.
El método de ensayo de retardancia al fuego UL-94 se describe a continuación. La retardancia al fuego se evalúa a partir del tiempo y grado de goteo. El tiempo implicado es un periodo desde la ignición de cinco piezas de ensayo hasta la extinción (primer periodo), un periodo desde la reignición de las piezas de ensayo hasta la extinción (segundo periodo) y un periodo de permanencia de la llama. En la presente invención, el tiempo total transcurrido hasta la extinción en cinco piezas de ensayo (en la Tabla 1, 10 (5 piezas de ensayo X 2 veces)) se describe como tiempo total de combustión (segundos). Cuando el tiempo total de extinción es menor de 50 segundos, el resultado se clasifica como V-0. Cuanto más corto sea el periodo de extinción, incluso si es V-0, más alta es la retardancia al fuego.
(5) Vida útil a temperatura elevada
Con el fin de evaluar la resistencia al calor, se determinó la vida útil a temperatura elevada.
Se conectó una pieza de ensayo con circuitos de aluminio en líneas espaciadas por 10 \mum sobre un sustrato de sílice con una película de óxido de 5 \mum de grosor que medía 5 mm X 9 mm con una pasta de plata a un soporte conector parcialmente bañado en plata de aleación 42. La zona de soldadura del elemento se conectó a través de una línea de Au con un terminal interno a 200ºC mediante soldadura termosónica. Después, se produjo un DIP (encapsulado en línea doble) de 16 terminales mediante moldeo por transferencia. El IC de ensayo obtenido se mantuvo en un tanque de temperatura elevada a 200ºC y se retiró después de cada intervalo de tiempo especificado con el fin de llevar a cabo un ensayo de continuidad con el fin de comprobar el número de elementos inaceptables. El encapsulado IC a utilizar para la evaluación se produjo mediante moldeo del material de moldeo bajo las condiciones de 180 \pm 3ºC, 6,9 \pm 0,17 MPa y 90 segundos y curando el producto de moldeo a 180 \pm 5ºC tras 5 horas.
Los resultados obtenidos en la evaluación se muestran en la Tabla 1.
9
10
11
12
Las composiciones de resina de los Ejemplos 1 a 6 que contienen compuestos fenoxifosfaceno reticulados presentan una mayor dureza frente al calor, menor coeficiente de absorción de agua y una resistencia de la soldadura y vida útil a temperatura elevada más altos que aquéllos de los Ejemplos comparativos 1 y 2 que contienen compuestos fosfaceno no reticulados y aquéllos del Ejemplo comparativo 3 que contienen fosfato condensado, y presentan una vida útil a temperatura elevada significativamente más alta que aquéllos de los Ejemplos comparativos 4 y 5 que contienen resina epoxi bisfenol-A bromada y trióxido de antimonio.
Especialmente las composiciones de resina epoxi de los Ejemplos 4 a 6 presentan propiedades excelentes de adhesión debido a la utilización de resina epoxi bisfenol alquil-sustituida que presenta un esqueleto de bifenilo.
Las composiciones de resina epoxi de los Ejemplos que contienen compuestos fenoxifosfaceno reticulado de acuerdo con la invención son superiores en vida útil a temperatura elevada y en retardancia al fuego.
Efecto de la invención
La composición de resina epoxi de la invención está libre de halógenos y de antimonio y es de excelente retardancia al fuego. Cuando un elemento para un componente electrónico, tal como LSI y VLSI, se encapsula con la composición de resina epoxi de la invención, el componente electrónico obtenido es de moldeabilidad y resistencia al impacto térmico excepcionales y es superior en su resistencia a la humedad, resistencia al calor y fiabilidad a largo plazo, de manera que su valor industrial es muy elevado.

Claims (13)

1. Composición de resina epoxi que comprende, como componentes esenciales, (A) una resina epoxi, (B) por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consiste en un compuesto que contiene grupos hidroxilo fenólicos, una resina de urea y una resina de melamina, (C) un compuesto fenoxifosfaceno reticulado y (D) un agente de agente de relleno inorgánico, estando la cantidad de componente (C) comprendida en el intervalo entre 0,01 y 30% en peso, basado en la cantidad total de componentes (A), (B) y (C), y estando la cantidad de componente (D) comprendida en el intervalo entre 60 y 98% en peso, basado en la cantidad total de componentes (A), (B), (C) y (D).
2. Composición de resina epoxi según la reivindicación 1, en la que el compuesto fenoxifosfaceno reticulado que sirve de componente (C) es un compuesto fenoxifosfaceno reticulado en el que por lo menos un compuesto fosfaceno seleccionado de entre el grupo que consiste en un fenoxifosfaceno cíclico representado por la fórmula (1):
13
(en la que m es un número entero comprendido entre 3 y 25 y Ph es un grupo fenilo) y un fenoxifosfaceno lineal representado por la fórmula (2):
14
(en la que X^{1} representa un grupo -N=P(OPh)_{3} o un grupo -N=P(O)OPh, Y^{1} representa un grupo -P(OPh)_{4} o un grupo -P(O)(OPh)_{2} y n es un número entero comprendido entre 3 y 10.000 y Ph es tal como se ha definido anteriormente) se reticula con por lo menos un grupo reticulante seleccionado de entre el grupo que consiste en grupo o-fenileno, grupo m-fenileno, grupo p-fenileno y un grupo bisfenileno representado por la fórmula (3):
15
(en la que Z es -C(CH_{3})_{2}-, -SO_{2}-, -S- ó -O- y a es 0 ó 1);
(a) cada uno de los grupos reticulantes se encuentra interpuesto entre los dos átomos de oxígeno que quedan después de la eliminación de los grupos fenilo del compuesto fosfaceno;
(b) la cantidad de grupos fenilo en el compuesto reticulado se encuentra comprendida entre 50 y 99,9%, basada en la cantidad total de grupos fenilo en dicho compuesto fosfaceno representado por la fórmula (1) y/o dicho compuesto fosfaceno representado por la fórmula (2); y
(c) el compuesto fenoxifosfaceno reticulado no presenta grupos hidroxilo libres en la molécula.
3. Composición de resina epoxi según la reivindicación 1, en la que la resina epoxi a utilizar como componente (A) es por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consiste en resina epoxi fenólica novolak, resina epoxi fenólica novolak bromada, resina epoxi novolak orto-cresol, resina epoxi novolak naftol, resina epoxi bisfenol-A, resina epoxi bisfenol-A bromada, resina epoxi bisfenol-F, resina epoxi bisfenol-AD, resina epoxi bisfenol-S, resina epoxi bisfenol alquil-sustituida, resina epoxi fenólica, resina epoxi alifática, resinas epoxi glicidil éster, resina epoxi heterocíclica y aquéllas preparadas mediante la modificación de las mismas.
4. Composición de resina epoxi según la reivindicación 2, en la que la resina epoxi a utilizar como componente (A) es por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consiste en resina epoxi fenólica novolak y resina epoxi bisfenol alquil-sustituida.
5. Composición de resina epoxi según la reivindicación 1, en la que el componente (B) es el compuesto que contiene grupo hidroxilo fenólico.
6. Composición de resina epoxi según la reivindicación 5, en la que el compuesto que contiene grupos hidroxilo fenólicos que sirve de componente (B) es una resina fenólica.
7. Composición de resina epoxi según la reivindicación 6, en la que la resina fenólica es por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consiste en resina epoxi fenólica novolak y resina novolak cresol.
8. Composición de resina epoxi según la reivindicación 5, en la que la resina epoxi de componente (A) y el compuesto que contiene grupos hidroxilo fenólicos que representa el componente (B) están presentes en cantidades tales que la proporción del número de grupos hidroxilos del componente (B)/número de grupos epoxi del componente (A) se encuentra comprendida en el intervalo entre 0,7 y 1,3.
9. Composición de resina epoxi según la reivindicación 1, en la que el agente de relleno inorgánico que representa el componente (D) es por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo que consiste en sílice fusionado y alúmina.
10. Composición de resina epoxi según la reivindicación 9, en la que el agente de relleno inorgánico que representa el componente (D) es sílice fusionado.
11. Material para encapsular un elemento para un componente electrónico, estando formado dicho material a partir de composición de resina epoxi tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
12. Material para encapsular un componente electrónico según la reivindicación 11, en el que el elemento para el componente electrónico es un semiconductor.
13. Componente electrónico en el que se utiliza como material de encapsulamiento la composición de resina epoxi según las reivindicaciones 1 a 10.
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