JP2001048959A - エポキシ樹脂硬化剤 - Google Patents

エポキシ樹脂硬化剤

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JP2001048959A
JP2001048959A JP22525999A JP22525999A JP2001048959A JP 2001048959 A JP2001048959 A JP 2001048959A JP 22525999 A JP22525999 A JP 22525999A JP 22525999 A JP22525999 A JP 22525999A JP 2001048959 A JP2001048959 A JP 2001048959A
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Japan
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epoxy resin
phenol
curing agent
resin curing
phenols
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Fumitaka Saimura
史高 雑村
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Sumitomo Durez Co Ltd
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Sumitomo Durez Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸水率が低く、曲げ強度が向上し、耐熱性、
耐湿性にすぐれたエポキシ樹脂硬化剤を提供する。 【解決手段】 フェノール類とジアルデヒド類の縮合物
であり、その中に一般式(1)で表される縮合物を20
重量%以上含有することを特徴とするエポキシ樹脂硬化
剤。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エポキシ樹脂との
硬化反応において良好な硬化性を示し、かつ硬化物の耐
熱性、耐湿性が優れ、半導体封止材用として好適なエポ
キシ樹脂硬化剤に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、エポキシ樹脂の硬化剤とし
て、酸無水物、アミン系化合物、イミダゾール化合物、
ノボラック型フェノール樹脂等が使用されてきたが、半
導体封止材用エポキシ樹脂の硬化剤としては、硬化後の
エポキシ樹脂の成形性、耐熱性、耐湿性、電気特性が優
れていることからノボラック型フェノール樹脂が広く利
用されている。
【0003】半導体チップの樹脂封止において、近年、
集積回路の高集積化に伴いチップが大型化し、一方、実
装法が挿入法から表面実装に変化するとともに、封止成
形部も小型、薄型化してきている。即ち、大型チップが
厚みの薄い封止材で封止された状態で従来以上に高温に
さらされる為、封止材部分にクラック発生の問題が生
じ、封止材に一層の耐熱性、耐湿性向上が要求されてき
た。
【0004】封止材の耐熱性、耐湿性向上の為に、硬化
剤としてキシレン変性フェノール樹脂の使用(特開昭5
9−105017号公報)、含フッ素ノボラックの使用
(特開昭64−74215号公報)等が検討された。ま
た、4−アルキルフェノールあるいは4−アリールフェ
ノールのジメチロール誘導体とフェノールを縮合させて
エポキシ樹脂硬化剤用のポリヒドロキシ化合物を製造す
る方法も公開されている(特開昭62−119220号
公報)。しかしながら、これらはいずれも耐湿性は向上
しても耐熱性が依然として不十分であり、エポキシ樹脂
封止材用硬化剤としては充分満足できるものではなかっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エポ
キシ樹脂との硬化反応において良好な硬化性を示し、か
つ硬化物の耐熱性、耐湿性が優れており、半導体封止材
用エポキシ樹脂硬化剤として好適に使用されうるエポキ
シ樹脂硬化剤を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、フェノール類
とジアルデヒド類の縮合物からなり、該縮合物中に一般
式(1)で表される縮合物を20重量%以上含有するこ
とを特徴とするエポキシ樹脂硬化剤である。
【化1】 一般式(1)で表される縮合物以外の縮合物は、一般式
(1)のもの同士が縮合した高分子量のもの及び一般式
(1)より分子量の低いもの、すなわちジアルデヒド類
1モルに対してフェノール類が3モル以下縮合したもの
である。一般式(1)で表される縮合物が20重量%未
満の場合、高分子量成分が多すぎるか、または低分子量
成分が多すぎるか、である。前者の場合、溶融粘度が高
く流動性が低下し、充填不良等の成形性不良が発生する
恐れがある。また後者の場合、常温で液状又は半固形状
であり、作業性の問題や樹脂組成物の硬化性が低下す
る、或いは硬化物のガラス転移温度が低下する恐れがあ
る。一般式(1)で表される縮合物の割合は、好ましく
は30重量%以上、更に好ましくは35重量%以上であ
る。この割合は大きいほど流動性、成形性、硬化性各々
がバランスよく良好な特性を示すことができるので好ま
しい。
【0007】本発明で使用されるフェノール類として
は、フェノール、オルソクレゾール、メタクレゾール、
パラクレゾール、2,3−キシレノール、2,4−キシ
レノール、2,5−キシレノール、2,6−キシレノー
ル、3,5−キシレノール、2−エチルフェノール、4
−エチルフェノール等が挙げられる。これらのフェノー
ル類は単独または2種以上を組み合わせて使用しても良
い。
【0008】これらのフェノール類の中でも、フェノー
ル単独、またはフェノールとオルソクレゾールを併用す
る場合がエポキシ樹脂との硬化性、硬化物の低吸水性が
良好であり好ましい。ベンゼン環に置換基として疎水性
であるアルキル基が存在すると、エポキシ樹脂との硬化
物の吸水率を低下させるという利点があるが、アルキル
基の割合が増えるとエポキシ樹脂との硬化性が低下する
という欠点もある。エポキシ樹脂との硬化性を低下させ
ないようにするにはオルソアルキル置換フェノールが好
ましく、特にかさ高い置換基を有しない2−n−アルキ
ルフェノールが好ましい。n−アルキル基の炭素数が3
以上である場合は吸水率は下がるものの、硬化性が低下
し、さらには硬化物のガラス転移温度が下がり、耐熱性
が低下してしまうので好ましくない。
【0009】本発明の縮合物において、フェノール類と
してオルソクレゾールとフェノールを、オルソクレゾー
ル/フェノール(モル比)=0.5以下の割合で併用す
ることにより、エポキシ樹脂との硬化性と硬化物の低吸
水性を両立することができる。オルソクレゾール/フェ
ノール(モル比)が0.5より大きい場合は低吸水は達
成できるものの、エポキシ樹脂との硬化性が低下し、硬
化物のガラス転移温度が低下するようになる。
【0010】本発明で使用されるジアルデヒド類として
は、グリオキザール、グルタルアルデヒド等が挙げられ
るが、入手の容易さからグリオキザール、グルタルアル
デヒドが好ましい。これらは単独または組み合わせて使
用しても良い。
【0011】本発明中の縮合物の水酸基当量は100〜
140g/eqが好ましく、特に110〜120g/e
qが好ましい。水酸基当量重が100未満では、常温で
液状又は半固形状であり、作業性の問題や樹脂組成物の
硬化性が低下する、或いは硬化物のガラス転移温度が低
下する恐れがある。140を越えると、溶融粘度が高く
流動性が低下し、充填不良等の成形性不良が発生するこ
とがある。
【0012】本発明中の縮合物の軟化点は60〜140
℃が好ましく、特に75〜95℃が好ましい。軟化点が
60℃未満では、常温で液状又は半固形状であり、作業
性の問題や樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物の
ガラス転移温度が低下する恐れがある。140℃を越え
ると、エポキシ樹脂との加熱混合時に充分溶融せず、均
一混合が容易にできないので硬化性及び成形性が低下
し、更に不均一な成形品となる恐れがある。
【0013】本発明中の縮合物の溶液粘度は、試料/エ
タノール=1/1(重量比)の溶液において、10〜7
0μm2 /sであり、特に20〜40μm2 /sが好ま
しい。溶液粘度が10μm2 /s未満では、樹脂中の硬
化反応に関与しない低分子量成分が多く、樹脂組成物の
硬化性が低下する、或いは硬化物のガラス転移温度が低
下する恐れがある。70μm2/sを越えると、溶融粘
度が高く流動性が低下し、充填不良等の成形性不良が発
生することがある。
【0014】本発明の一般式(1)で表されるフェノー
ル類とジアルデヒド類の縮合物の製造方法は、酸触媒の
存在下、フェノール類とジアルデヒド類を反応させた
後、未反応のフェノール類を、常圧又は減圧条件あるい
は常圧次いで減圧条件で系外に除去することで縮合物を
得る方法である。また反応終了時に必要に応じて水洗工
程を取り入れることができる。水洗工程により残存酸触
媒等のイオン性不純物が反応物から分離することができ
る。また水洗工程においては適宜トルエン、メチルイソ
ブチルケトン等の有機溶剤を使用してもよい。酸触媒と
しては特に限定されず、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、パ
ラトルエンスルホン酸、蓚酸等の有機酸や、硫酸、ジエ
チル硫酸、塩酸等の無機酸が使用でき、特にパラトルエ
ンスルホン酸、蓚酸、ジエチル硫酸が好ましい。
【0015】本発明の縮合物はエポキシ樹脂硬化剤とし
て単独で用いても良いが、他のエポキシ樹脂硬化剤の1
種以上と併せて用いてもよい。好ましくは全硬化剤に対
して本発明の硬化剤が60重量%以上、さらに好ましく
は80重量%以上使用することにより、本発明の硬化剤
の特長である硬化性と硬化物の耐熱性が効果的に発現す
る。他のエポキシ樹脂硬化剤としては、フェノール・ホ
ルムアルデヒド樹脂、クレゾール・ホルムアルデヒド樹
脂、フェノール・ジシクロペンタジエン樹脂、フェノー
ル・アルキルベンゼン樹脂等があげられるが、特に限定
されるものではなく、添加割合は所望の要求に合わせて
適宜設定することができる。
【0016】本発明の縮合物について、上記で説明した
特性値の測定は下記の方法に従って行っている。一般式
(1)で表される縮合物の含有割合(重量%):東ソー
製GPCカラム(G1000HXL:1本、G2000
HXL:2本、G3000HXL:1本)を用い、流量
1.0ml/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム
温度40℃の分析条件で示差屈折計を検出器に用いてG
PC測定し、ピーク毎に得られた面積より求めた。
【0017】水酸基当量:試料をピリジンと過剰量の無
水酢酸でアセチル化する。このとき無水酢酸は消費され
て酢酸が生成する。この酢酸を水酸化ナトリウム水溶液
で滴定することにより水酸基当量を求めた。 軟化点:JIS K 7234に記載された環球法により
求めた。 溶液粘度:試料/エタノール=1/1(重量比)の溶液
を調製し、25℃にて、JIS Z 8803に記載され
た方法により求めた。これらの特性の測定方法は、以下
の実施例についても同様である。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。本発
明はこれらの実施例によって限定されるものではなく、
実施例及び比較例に記載されている「部」及び「%」
は、すべて「重量部」及び「重量%」を示す。
【0021】製造例1 フェノール750部、40%グリオキザール水溶液15
0部、ジエチル硫酸0.7部の混合物を100℃で2時
間反応させた。次いで、メチルイソブチルケトン600
部、イオン交換水800部を加え十分に攪拌した後、有
機層と水層に分離させた。このうち水層部を除去し、イ
オン性不純物を系外に除去した。この後、減圧下で内温
が200℃に達するまで蒸留して縮合水と未反応フェノ
ールを除去した。このようにして、一般式(1)で表さ
れる縮合物(一般式(1)において、k,l,m,n=
0、p=0)を37%含有し、水酸基当量114g/e
q、軟化点87℃、溶液粘度30μm2 /s、である縮
合物210部を得た。
【0022】製造例2、3、4 表1に示す配合にて製造例1と同様にして目的とするフ
ェノール類とジアルデヒド類の縮合物を得た。
【0023】
【表1】
【0024】製造例5 フェノール518部、37%ホルマリン237部及び蓚
酸5.2部の混合物を100℃で2時間反応後、減圧下
で内温が200℃に達するまで蒸留して水と未反応フェ
ノールを除去することにより、水酸基当量104g/e
q、軟化点90℃、溶液粘度45μm2 /sのフェノー
ル樹脂448部を得た。 製造例6 オルソクレゾール506部、37%ホルマリン202部
及び蓚酸5.1部の混合物を100℃で2時間反応後、
減圧下で内温が200℃に達するまで蒸留して水と未反
応フェノールを除去することにより、水酸基当量120
g/eq、軟化点67℃、溶液粘度20μm2 /sのオ
ルソクレゾール樹脂450部を得た。
【0025】実施例1〜5及び比較例1、2 製造例1〜4で得られた縮合物、製造例5で得られたフ
ェノール樹脂及び製造例6で得られたオルソクレゾール
樹脂をそれぞれ用い、オルソクレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂(日本化薬製EOCN−1020−65)、
トリフェニルホスフィン、溶融シリカ及びステアリン酸
を表2の配合量(部)でロール混練して成形材料を得
た。この成形材料を100kg/cm2 、175℃、1
0分の条件でプレス成形し、さらに180℃、6時間の
条件で後硬化して硬化成形物を得た。この成形物につい
て、ガラス転移温度、曲げ強度、曲げ弾性率及び吸水率
を測定した結果を表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】(測定方法) 1.ガラス転移温度:熱機械分析装置(TMA)を用い
て測定した。 2.曲げ強度及び曲げ弾性率:JIS K6911 3.吸水率:直径50mm、厚さ3mmの円板形状の試
験片を用い、120℃、100%RH、80時間処理前
後の重量変化量により吸水率を測定した。
【0028】
【発明の効果】表2からも明らかなように、本発明のエ
ポキシ樹脂硬化剤を用いたエポキシ樹脂硬化成形物は、
曲げ弾性率を維持したまま、吸水率が低くなり、曲げ強
度が向上しており、耐熱性、耐湿性に優れたものである
ことがわかる。このことから本発明のエポキシ樹脂硬化
剤は、高性能な電子部品のエポキシ樹脂封止材料に特に
好適である。さらにはエポキシ樹脂粉体塗料、及びエポ
キシ樹脂積層板用などに好適であり、電子部品の性能向
上に寄与するものと期待される。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フェノール類とジアルデヒド類の縮合物
    からなり、該縮合物中に一般式(1)で表される縮合物
    を20重量%以上含有することを特徴とするエポキシ樹
    脂硬化剤。 【化1】 (式中、Rはアルキル基を表し、それらは互いに同一で
    あっても異なっていてもよい。k、l、m、nは1〜4
    の整数で、それらは互いに同一であっても異なっていて
    もよい。pは0〜3の整数)
  2. 【請求項2】 ジアルデヒド類がグリオキザール及び又
    はグルタルアルデヒドである請求項1記載のエポキシ樹
    脂硬化剤。
  3. 【請求項3】 フェノール類がフェノール又はフェノー
    ルとオルソクレゾールであり、フェノールに対するオル
    ソクレゾールのモル比が0.5以下である請求項1又は
    2記載のエポキシ樹脂硬化剤。
  4. 【請求項4】 フェノール類とジアルデヒド類の縮合物
    の水酸基当量が100〜140g/eq、軟化点が60
    〜140℃、溶液粘度が10〜70μm2 /sである請
    求項1,2又は3記載のエポキシ樹脂硬化剤。
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