JP2000198817A - 新規な芳香族オリゴマ―、それを含むエポキシ樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents
新規な芳香族オリゴマ―、それを含むエポキシ樹脂組成物及びその硬化物Info
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Abstract
湿性、高耐熱性、異種材料との密着性に優れ、更に電気
絶縁性に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物とそ
の硬化物を提供する。 【解決手段】 下記一般式(1)で表される単位を全体
の5〜100モル%含有し、且つ平均分子量が1000
0以下である芳香族オリゴマー。 【化1】 また、アルケニルベンゼン類、インデン類及びクマロン
類から選ばれる少なくとも1種の芳香族オレフィンから
生じる単位10〜95モル%、請求項1記載の単位5〜
90モル%からなり、数平均分子量が200〜1000
0である芳香族オリゴマー。エポキシ樹脂、硬化剤、無
機充填剤及び改質剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成
物において、改質剤として上記芳香族オリゴマーを配合
してなるエポキシ樹脂組成物、及びその硬化物。
Description
マー並びにこれを配合して得られるエポキシ樹脂組成物
及びその硬化物に関するものである。このエポキシ樹脂
組成物は、低吸水性、速硬化性、流動性及び異種材料と
の密着性等に優れ、且つ、電気絶縁性に優れた硬化物を
与えることができ、電気電子部品類の封止、回路基板材
料等として有用である。
用途で使用されてきているが、近年その要求物性はます
ます高度化、多様化してきている。例えば、エポキシ樹
脂を主剤とする樹脂組成物の代表的用途に半導体封止材
料がある。半導体の高集積化に伴い、半導体パッケージ
は大面積化、薄型化に向かうとともに、実装方式も表面
実装化が進行しており、半田耐熱性に優れた材料の開発
が望まれている。封止材料には低吸湿性に加え、リード
フレーム、チップ等の異種材料界面での接着性、密着性
の向上が強く求められている。
るエポキシ樹脂、硬化剤系改良及びエポキシ樹脂改質剤
双方の観点から様々な検討が行われている。樹脂改質剤
としては、例えば、従来よりインデンクマロン樹脂が知
られており、特開平1−249824号公報にはクマロ
ン・インデン・スチレン共重合樹脂を半導体封止材へ応
用することが示されている。また、異種材料、特に金属
材料との密着性向上の観点からは、メルカプト変性シリ
コンオイルが使用されている。
原料の精製が不十分であったり、重合触媒の除去が不十
分であるため電気絶縁性に劣っている。また、メルカプ
ト変性シリコンオイルは金属材料との密着性に優れるも
のの、吸湿性が高くなり、何れも、特に半導体封止材に
用いた場合は半導体素子の信頼性が低下する問題があっ
た。
基を有する樹脂化合物は、これまで主として合成的観点
からの検討がなされている。例えば、Frechetら
(Polymer,1979,p675)、特開昭62
−257909号公報及び米国特許3362938号は
ポリ(メルカプトメチルスチレン)の合成を示している
が、これはメルカプト基を有するポリスチレン誘導体の
合成手法について述べたものであり、エポキシ樹脂改質
剤等への応用に関する記述はない。また、平均分子量が
約20000程度のものであり、エポキシ樹脂との相溶
性に優れる数千以下の分子量を持つオリゴマーの選択的
な合成例はない。
芳香族オリゴマーを提供し、また、成型性、低吸湿性、
高耐熱性、異種材料との密着性に優れ、更に電気絶縁性
に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物及びその硬
化物を提供することにある。
重ねた結果、特定の構造及び分子量分布を有する芳香族
オリゴマーが上記目的を達成するため有効であることを
見いだし、本発明に到達した。
表される単位を全体の5〜100モル%含有し、且つ、
平均分子量が10000以下である芳香族オリゴマーで
ある。
表す。)
インデン類及びクマロン類から選ばれる少なくとも1種
の芳香族オレフィンから生じる単位10〜95モル%、
前記一般式(1)で表わされる単位5〜90モル%から
なり、数平均分子量が200〜10000である芳香族
オリゴマーである。
インデン類及びクマロン類から選ばれる芳香族オレフィ
ン10〜95モル%とハロメチルスチレン類5〜90モ
ル%とをカチオン重合してオリゴマーを得、次いでこれ
をチオウレアと反応させることを特徴とする前記芳香族
オリゴマーの製造方法である。
無機充填剤及び改質剤を必須成分とするエポキシ樹脂組
成物において、改質剤として前記芳香族オリゴマーを配
合してなるエポキシ樹脂組成物及びその硬化物である。
チル基又はアルキルメルカプトメチル基の置換位置には
制限はなく、異性体の混合物であってもよい。また、R
は水素原子又は炭素数6以下の炭化水素基であるが、好
ましくは水素又はメチル基である。
般式(1)で表される単位を全体の5モル%以上含有し
ていればよく、一般式(1)で表される単位のみからな
る重合体であっても、種々のビニル重合可能なモノマー
類由来の単位との共重合体でもよい。共重合体の場合、
10〜95モル%の範囲が好ましく、より好ましくは2
0〜80モル%の範囲である。含有量がこれより少ない
と、エポキシ樹脂の改質効果が得られない。
ル重合可能なモノマー類の単位であればよいが、好まし
くは芳香族オレフィン単位であり、芳香族オレフィン単
位としてはスチレン類単位、インデン類単位及びクマロ
ン類単位から選ばれるものが好ましい。
マーは数平均分子量が10000以下である必要があ
り、好ましくは500〜5000である。数平均分子量
がこれより大きいとエポキシ樹脂との相溶性に劣る。
には特に制限はないが、クロロメチルスチレン又はこれ
と他のビニル重合可能なモノマー類とから公知の方法に
より得られるオリゴマーのクロロメチル基を、公知の方
法でメルカプトメチル基又はアルキルメルカプトメチル
基に変換する方法が好ましい方法の一つとしてある。
能なモノマー類と共重合することができ、それにより上
記一般式(1)で表される単位の含有量を制御できる。
この際のビニル重合可能なモノマー類としては、イソブ
テン、ブタジエン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリ
ル酸メチル、メタクリル酸メチル等の脂肪族ビニル化合
物、スチレン、ジビニルベンゼン、ジイソプロペニルベ
ンゼン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、イ
ンデン、クマロン、ビニルナフタレン、ビニルピリジ
ン、N−ビニルカルバゾール、アセナフチレン等の芳香
族オレフィン、アクリロニトリル等のニトリル化合物な
どが挙げられる。好ましくは、芳香族オレフィンであ
る。
インデン類及びクマロン類から選ばれる少なくとも1種
が好ましく、スチレン類としては、スチレンの他、メチ
ルスチレン、エチルスチレン、クロロスチレン等が挙げ
られ、インデン類としてはインデンの他、メチルインデ
ン等が挙げられ、クマロン類としてはクマロンの他、メ
チルクマロン等が挙げられる。また、クマロン樹脂、イ
ンデン樹脂、石油樹脂等の炭化水素樹脂の原料のような
混合原料も使用可能である。なお、多くの炭化水素樹脂
はフェノール等で末端を変性することも行われている
が、本発明においてもオリゴマーを製造する際に、この
ような末端変性用化合物(フェノールの他、ベンゾフラ
ン、インドール、ベンゾチオフェン等)を存在させて、
末端にこれから生じる単位を存在させてもよい。
ルスチレン又はこれを含む原料を公知のカチオン重合触
媒存在下に50〜120℃で1〜20時間反応させる方
法がある。カチオン重合触媒としては、リン酸、硫酸、
過塩素酸等のプロトン酸、塩化アルミニウム、四塩化ス
ズ、三フッ化ホウ素ジメチルエーテル錯体等のルイス
酸、固体酸などが挙げられる。触媒の使用量は、通常、
使用原料に対して0.01〜20wt%の範囲である。
この際、反応溶液の取り扱いや反応速度制御の観点か
ら、公知の溶媒を使用できる。例えば、四塩化炭素、ク
ロロホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン等
のハロゲン化炭化水素、ニトロベンゼン、ニトロメタン
等のニトロ化合物、ベンゼン、トルエン、ヘキサン等の
炭化水素などが挙げられる。
化カリウム等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等のアルカリ土類金属水酸化物
で中和し、中和塩及び過剰の水酸化物を濾別し、更に必
要に応じて反応溶液を水洗したのち、未反応原料、溶媒
を減圧留去することによりp−クロロメチルスチレン単
位を含むオリゴマーを得ることができる。
オリゴマーのクロロメチル基をメルカプトメチル基にす
る方法としては、公知の方法を採用することができる
が、チオ尿素と反応させる方法が好ましい方法の一つと
して挙げられる。これは、得られたp−クロロメチルス
チレン単位を含むオリゴマーを、メタノール、エタノー
ル、アセトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン又はこ
れらの混合物等の溶媒中、室温〜還流温度で5〜30時
間、過剰量のチオ尿素と反応させる方法である。反応
後、溶媒を減圧留去し、過剰量の水酸化ナトリウム、水
酸化カルシウム等の水酸化アルカリの水溶液に溶解す
る。この際、系内を十分に脱酸素しておくことが好まし
い。更に、塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸を、水溶液が酸性
を示すまで加え、得られた樹脂を濾過又は抽出後溶媒を
留去することによりオリゴマーを得る。
しては、p−クロロメチルスチレン単位を含むオリゴマ
ーにアルキルチオナトリウムを反応させる方法がある。
ルスチレンを使用しない方法としては、まず公知の方法
でスチレン又はこれと他のモノマーを重合させ、得られ
たスチレン単位を含有するオリゴマーを、公知の方法で
クロロメチル化し、これを上記のような公知の方法でメ
ルカプトメチル基又はアルキルメルカプトメチル基にす
る方法がある。
素樹脂と同様な用途に使用できる他、スチレン構造由来
の低吸水性、流動性、成型性と、硫黄原子を有するメル
カプト構造由来の異種材料との密着性とが同時に達成可
能という特性を有するため、エポキシ樹脂組成物の改質
剤として有用である。
られるエポキシ樹脂としては、1分子中に2個以上のエ
ポキシ基を有するものであれば特に制限がない。例え
ば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノ
ールS、ビスフェノールフルオレン、4,4' −ビフェ
ノール、2,2' −ビフェノール、ハイドロキノン、レ
ゾルシン等の2価フェノール類、あるいは、トリス−
(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,2,2−
テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、フェノ
ールノボラック、o−クレゾールノボラック、フェノー
ルアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ジシク
ロペンタジエン系樹脂等の多価フェノール類や、テトラ
ブロモビスフェノールA等のハロゲン化ビスフェノール
類から誘導されるグリシジルエーテル化物などが挙げら
れる。これらのエポキシ樹脂は1種類のみを使用して
も、2種類以上を併用してもよい。
化剤としては、特に制限はなく、従来より公知のエポキ
シ樹脂硬化剤を使用できるが、好ましくは多価フェノー
ル性化合物である。多価フェノール性化合物としては、
エポキシ樹脂硬化剤として公知のものを使用できる他、
アラルキル構造を有する多価フェノール性化合物を使用
することができる。アラルキル構造を有する多価フェノ
ール性化合物は、アルキル置換又は未置換のベンゼン環
又はナフタレン環を有するフェノール性水酸基含有化合
物と特定の芳香族架橋材とを反応させることにより製造
される。
ば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノ
ールS、ビスフェノールフルオレン、4,4' −ビフェ
ノール、2,2' −ビフェノール、ハイドロキノン、レ
ゾルシン、ナフタレンジオール等の2価フェノール類
や、トリス−(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,
1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エ
タン、フェノールノボラック、o−クレゾールノボラッ
ク、ナフトールノボラック、ポリビニルフェノール等の
3価以上のフェノール類や、更にはフェノール類、ナフ
トール類、又はビスフェノールA、ビスフェノールF、
ビスフェノールS、ビスフェノールフルオレン、4,
4' −ビフェノール、2,2' −ビフェノール、ハイド
ロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール等の2価フ
ェノール類と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、
ベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、
p−キシリレングリコール、p−キシリレングリコール
ジメチルエーテル、ジビニルベンゼン、ジイソプロペニ
ルベンゼン、ジメトキシメチルビフェニル類、ジビニル
ビフェニル類、ジイソプロペニルビフェニル類等の架橋
剤との反応により合成される多価フェノール性化合物で
ある。これらの多価フェノール性化合物は1種類のみを
使用しても、2種類以上を併用してもよい。
範囲は、40〜150℃、より好ましくは50〜120
℃である。これより低いと保存時のブロッキング発生の
問題があり、これより高いとエポキシ樹脂組成物調製時
の混練性、成形性に問題がある。また、150℃におけ
る好ましい溶融粘度は20ポイズ以下であり、より好ま
しくは5ポイズ以下である。これより高いとエポキシ樹
脂組成物調製時の混練性、成形性に問題がある。ここで
いう軟化点はグリセリンを熱媒として測定したものであ
り、150℃での溶融粘度はICI社製コーンプレート
型粘度測定装置を用いて測定したものである。
としては、シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウ
ム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコ
ニア、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムラ
イト、チタニアなどの粉末、又はこれらを球状化したビ
ーズなどが挙げられる。これらの無機充填剤は1種類の
みを使用しても、2種類以上を併用してもよい。
球状の溶融シリカが好適である。通常シリカは数種類の
粒径分布を持ったものを組み合わせて使用される。組み
合わせるシリカの平均粒径は0.5〜100μm の範囲
である。無機充填剤の配合量としては70wt%以上が
好ましく、更に好ましくは80wt%以上である。これ
より少ないと半田耐熱性の向上効果が小さい。
公知の硬化促進剤を使用することができる。例えば、ア
ミン類、イミダゾール類、有機ホスフィン類、ルイス酸
等があり、具体的には1,8−ジアザビシクロ(5,
4,0)ウンデセン−7,トリエチレンジアミン、ベン
ジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチル
アミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フ
ェノール等の3級アミン、2−メチルイミダゾール、2
−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルメ
チルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール等の
イミダゾール類、トリブチルホスフィン、メチルジフェ
ニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジフェニル
ホスフィン、フェニルホスフィン等の有機ホスフィン
類、テトラフェニルホスフォニウム・テトラフェニルボ
レート、テトラフェニルホスフォニウム・エチルトリフ
ェニルボレート、テトラフェニルホスフォニウム・テト
ラブチルボレート等のテトラ置換ホスフォニウム・テト
ラ置換ボレート、2−エチル−2−メチルイミダゾール
・テトラフェニルボレート、N−メチルモルフォリン・
テトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩な
どが挙げられる。添加量は、通常、エポキシ樹脂100
重量部に対して0.2〜10重量部の範囲である。
般式(1)で表わされる単位を5モル%以上有する芳香
族オリゴマーを配合する。芳香族オリゴマーは1種類の
みを使用しても、2種類以上を併用してもよく、この配
合量は、通常、エポキシ樹脂100重量部に対して1〜
50重量部の範囲、より好ましくは2〜30重量部の範
囲である。これより少ないと改質効果が得られず、これ
より大きいと硬化物の熱時硬度及び耐熱性が低下すると
ともに、難燃性も低下する。
動性改良及びリードフレーム等との密着性向上の観点か
ら、更に熱可塑性のオリゴマー類を配合することができ
る。熱可塑性オリゴマーとしてはC5 系及びC9 系の石
油樹脂、スチレン樹脂、インデン樹脂、インデン・スチ
レン共重合樹脂、インデン・スチレン・フェノール共重
合樹脂、インデン・クマロン共重合樹脂、インデン・ベ
ンゾチオフェン共重合樹脂などが例示できる。配合量と
しては、通常、エポキシ樹脂100重量部に対して2〜
30重量部の範囲である。
には臭素化エポキシ樹脂等の難燃剤、カルナバワック
ス、エステル系ワックス等の離型剤、エポキシシラン、
アミノシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、アルキ
ルシラン、有機チタネート、アルミニウムアルコレート
等のカップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、酸
酸化アンチモン等の難燃助剤、シリコンオイル等の低応
力化剤、高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩等の潤滑剤など
を配合することができる。
であるが、一般的には、上記のような原材料を所定量配
合し、ミキサー等で十分混合したのち、ミキシングロー
ル、押し出し機等で混練し、冷却、粉砕すればよい。
の封止材料、成形材料、積層材料等の用途に使用するこ
とができ、電子部品を封止するための方法としては、低
圧トランスファー成形が最も一般的であるが、射出成形
法、圧縮成型法によっても可能である。
明する。 実施例1 p−クロロメチルスチレン30.00g を、トルエン4
5.00g に溶解し、90℃に加熱した。三フッ化ホウ
素ジメチルエーテル錯体0.30g を15分間かけて滴
下した。90℃で3時間攪拌したのち、水酸化カルシウ
ム0.90g を加え中和した。中和塩及び過剰の水酸化
カルシウムを濾過により除去したのち、減圧下、170
℃でトルエン、未反応原料を留去することにより、p−
クロロメチルスチレンオリゴマー27.66g を得た。
マー22.24g とチオ尿素12.84g をメタノール
500mlに溶解し、還流下、18時間攪拌したのち、溶
媒を減圧留去し、固形分を得た。水酸化ナトリウム2
0.0g を、加熱、攪拌しながら十分に窒素ガスを吹き
込んだ蒸留水250mlに溶解した水溶液に、得られた固
形分を、窒素を流通させながら溶解する。ついで、水溶
液が酸性を示すまで塩酸を加え、沈殿した樹脂を濾過
し、水、メタノールで洗浄後、減圧乾燥することにより
オリゴマーA16.76g を得た。
PCより求めた重量平均分子量Mw及び数平均分子量M
nを表1に示す。また、 1H−NMRスペクトルを図1
に示す。 1H−NMRは、日本電子株式会社製JNM−
LA400を用い、観測周波数400MHz で測定した。
GPCは東ソー(株)製HLC−82Aを用いて測定し
た。
−クロロメチルスチレン15.00g の混合物を用いた
以外は実施例1と同様にして、オリゴマーB17.66
g を得た。得られたオリゴマーBの元素分析値及びGP
Cより求めた重量平均分子量Mw及び数平均分子量Mn
を表1に示し、 1H−NMRスペクトルを図2に示す。
デン11.6g の混合物を用いた以外は実施例1と同様
にして、オリゴマーC17.66g を得た。得られたオ
リゴマーCの元素分析値及びGPCより求めた重量平均
分子量Mw及び数平均分子量Mnを表1に示し、 1H−
NMRスペクトルを図3に示す。
トルエン150g に溶解し、115℃に加熱した。その
後攪拌しながら三フッ化ホウ素ジメチルエーテル錯体
1.0g を15分かけて滴下した。滴下後、3時間攪拌
し、水酸化カルシウム0.90g を加え中和した。中和
塩及び過剰の水酸化カルシウムを濾過により除去したの
ち、減圧下、170℃にてトルエン、未反応原料を留去
することにより、オリゴマーD89.0g を得た。得ら
れたオリゴマーDの元素分析値及びGPCより求めた重
量平均分子量Mw及び数平均分子量Mnを表1に示す。
ポキシ樹脂(エポキシ樹脂A:日本化薬製EOCN−1
020−65;エポキシ当量200、加水分解性塩素4
00ppm 、融点65℃、150℃での溶融粘度3.0ポ
イズ)、硬化剤としてフェノールノボラック(硬化剤
A:群栄化学製PSM−4261;OH当量103、軟
化点82℃)、充填剤として球状シリカA(平均粒径1
8μm )、改質剤として実施例1〜3で得られたオリゴ
マーA〜C及び参考例1で得られたオリゴマーDを用
い、更に難燃剤としてノボラック型臭素化エポキシ(臭
素化エポキシA:日本化薬製BREN−S;エポキシ当
量284、加水分解性塩素600ppm 、軟化点84
℃)、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィンを用
い、表2に示す割合(重量部)で配合して混練し、エポ
キシ樹脂組成物を得た。
で成形し、175℃で12時間ポストキュアを行い、硬
化物試験片を得たのち、各種物性測定に供した。ガラス
転移点は熱機械測定装置により昇温速度10℃/分の条
件で求めた。曲げ強度及び曲げ弾性率は3点曲げ法によ
り求めた。吸水率は本エポキシ樹脂組成物を直径50mm
×厚さ3mmの円盤状に成形しポストキュア後、85℃、
85%RHの条件で100時間吸湿させたときのもので
ある。接着強度は、2枚の42アロイ板の間に25mm×
12.5mm×0.5mmの成型物を圧縮成型機により17
5℃で成形し、175℃で12時間ポストキュアを行っ
た後、引っ張り専断強度を用いることにより評価した。
クラック発生率はQFP−80pin(14mm×20mm
×2.5mm)を成形し、ポストキュア後、吸水率と同様
の条件で所定の時間吸湿させ、260℃の半田浴に10
秒間浸漬させた後、パッケージの状態で観察し求めた。
結果をまとめて表3に示す。
キシ樹脂改質剤として優れ、これを配合したエポキシ樹
脂組成物及びその硬化物は、成型性、高耐熱性、低吸湿
性、異種材料との密着性に優れ、更に電気絶縁性に優れ
る。
図面である。
図面である。
図面である。
Claims (5)
- 【請求項1】 下記一般式(1)で表される単位を全体
の5〜100モル%含有し、且つ、平均分子量が100
00以下である芳香族オリゴマー。 【化1】 (式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6の炭化水素基を
表す。) - 【請求項2】 アルケニルベンゼン類、インデン類及び
クマロン類から選ばれる少なくとも1種の芳香族オレフ
ィンから生じる単位10〜95モル%、請求項1記載の
単位5〜90モル%からなり、数平均分子量が200〜
10000である芳香族オリゴマー。 - 【請求項3】 アルケニルベンゼン類、インデン類及び
クマロン類から選ばれる芳香族オレフィン10〜95モ
ル%とハロメチルスチレン類5〜90モル%とをカチオ
ン重合してオリゴマーを得、次いでこれをチオウレアと
反応させることを特徴とする請求項2記載の芳香族オリ
ゴマーの製造方法。 - 【請求項4】 エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填剤及び
改質剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、
改質剤として請求項1又は2記載の芳香族オリゴマーを
配合することを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 - 【請求項5】 請求項4記載のエポキシ樹脂組成物を硬
化してなる硬化物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00217499A JP4388153B2 (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | 芳香族オリゴマ―を含むエポキシ樹脂組成物及びその硬化物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00217499A JP4388153B2 (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | 芳香族オリゴマ―を含むエポキシ樹脂組成物及びその硬化物 |
Related Child Applications (1)
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