JP2009242572A - エポキシ樹脂組成物および成形物 - Google Patents

Abstract

【課題】成形性に優れ、無機充填材と複合化させた場合の熱伝導率が高く、かつ低熱膨張性で耐熱性および耐湿性に優れた成形物を与えるエポキシ樹脂組成物を提供し、更にそれを用いた成形物を提供する。
【解決手段】エポキシ樹脂及び硬化剤、またはこれらと無機充填材を主成分とするエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂成分として、ビスフェニレンユニットまたはナフチレンユニットを有する構造のメソゲン基を持つエポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分中５０ｗｔ％以上用い、硬化剤成分として、二官能フェノール性化合物を硬化剤成分中７５ｗｔ％以上用いて得られるエポキシ樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、信頼性に優れた半導体封止、積層板、放熱基板等の電気・電子材料用絶縁材料として有用なエポキシ樹脂組成物及びそれを用いた成形物に関する。

従来、ダイオード、トランジスタ、集積回路等の電気、電子部品や、半導体装置等の封止方法として、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂等による封止方法やガラス、金属、セラミック等を用いたハーメチックシール法が採用されていたが、近年では信頼性の向上と共に大量生産が可能で、コストメリットのあるトランスファー成形による樹脂封止が主流を占めている。

トランスファー成形による樹脂封止に用いられる樹脂組成物においては、エポキシ樹脂と、硬化剤としてフェノール樹脂を主成分とする樹脂組成物からなる封止材料が一般的に使用されている。

パワーデバイスなどの素子を保護する目的で使用されるエポキシ樹脂組成物は、素子が放出する多量の熱に対応するため、結晶シリカなどの無機充填材を高密度に充填している。

パワーデバイスには、ＩＣの技術を組み込んだワンチップで構成されるものやモジュール化されたものなどがあり、封止材料に対する熱放散性、熱膨張性の更なる向上が望まれている。

これらの要求に対応するべく、熱伝導率を向上するために熱伝導率の大きい結晶シリカ、窒化珪素、窒化アルミニウム、球状アルミナ粉末等の無機充填材を含有させるなどの試みがなされている（特許文献１、２）が、無機充填材の含有率を上げていくと成形時の粘度上昇とともに流動性が低下し、成形性が損なわれるという問題が生じる。従って、単に無機充填材の含有率を高める方法には限界があった。

上記背景から、マトリックス樹脂自体の高熱伝導率化によって組成物の熱伝導率を向上する方法も検討されている。例えば、特許文献３、特許文献４および特許文献５には、剛直なメソゲン基を有する液晶性のエポキシ樹脂およびそれを用いたエポキシ樹脂組成物が提案されている。しかし、これらのエポキシ樹脂組成物に用いる硬化剤としては、芳香族ジアミン化合物を用いており、無機充填材の高充填率化に限界があるとともに、電気絶縁性の点でも問題があった。また、芳香族ジアミン化合物を用いた場合、硬化物の液晶性は確認できるものの、硬化物の結晶化度は低く、高熱伝導性、低熱膨張性、低吸湿性等の点で十分ではなかった。さらには液晶性発現のために、強力な磁場をかけて分子を配向させる必要があり、工業的に広く利用するためには設備的にも大きな制約があった。また、無機充填材との配合系では、マトリックス樹脂の熱伝導率に比べて無機充填材の熱伝導率が圧倒的に大きく、マトリックス樹脂自体の熱伝導率を高くしても、複合材料としての熱伝導率向上には大きく寄与しないという現実があり、十分な熱伝導率向上効果は得られていなかった。

特開平１１−１４７９３６号公報 特開２００２−３０９０６７号公報 特開平１１−３２３１６２号公報 特開平２００４−３３１８１１号公報 特開平９−１１８６７３号公報

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、成形性に優れ、無機充填材と複合化させた場合の熱伝導率が高く、かつ低熱膨張性で耐熱性および耐湿性に優れた成形物を与えるエポキシ樹脂組成物を提供し、更にそれを用いた成形物を提供することである。

本発明者らは、メソゲン基を有するエポキシ樹脂と線状に反応が進行する特定の二官能の硬化剤を組み合わせた場合において、熱伝導率、耐熱性、低熱膨張性等の物性が特異的に向上することを見出し、本発明に到達した。

本発明は、エポキシ樹脂及び硬化剤、又はこれらと無機充填材を主成分とするエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂の５０ｗｔ％以上がメソゲン基を持つエポキシ樹脂であり、硬化剤の７５ｗｔ％以上が二官能フェノール性化合物であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。

上記メソゲン基を持つエポキシ樹脂としては、下記式（１）で表されるビスフェニレンユニットまたは下記式（２）で表されるナフチレンユニットを有するエポキシ樹脂が好ましく挙げられる。

（但し、Ｙはハロゲン原子、炭素数１〜８の炭化水素基または炭素数１〜８のアルコキシ基を示し、Ｘは単結合、−ＣＨ＝ＣＨ−基、−ＣＨ＝Ｃ（Ｍｅ）−基、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）−基、−Ｃ≡Ｃ−基、−ＣＨ＝Ｎ−基、−ＣＨ＝Ｎ（→Ｏ）−基、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−基、−Ｎ＝Ｎ−基、−Ｎ＝Ｎ（→Ｏ）−基、−ＣＯＯ−基、−ＣＯＮＨ−基または−ＣＯ−基を示し、ｎは１〜３の数、ｍは０〜４の数を示す。）

上記二官能フェノール性化合物としては、メソゲン基を持つフェノール性化合物が好ましく挙げられる。また、ヒドロキノン、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、４，４’−ジヒドロキシジフェニルケトン、１，４−ビス（４−ヒドロキシフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、１，５−ナフタレンジオール、２，７−ナフタレンジオール及び２，６−ナフタレンジオールからなる群れより選ばれる少なくとも１種の二官能フェノール性化合物が好ましく挙げられる。

本発明のエポキシ樹脂組成物は無機充填材を含むことができ、この場合エポキシ樹脂組成物中に無機充填材を８０〜９６ｗｔ％含有することが好ましい。また、無機充填材としては、球状のアルミナが好ましく挙げられ、この使用量は無機充填材の５０ｗｔ％以上であることがよい。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、電子材料用又は封止材用のエポキシ樹脂組成物として適する。

また、本発明は、上記のエポキシ樹脂組成物を、繊維状基材に含浸してなることを特徴とする複合材である。

更に、本発明は、上記のエポキシ樹脂組成物を反応させて成形硬化して得られることを特徴とする硬化成形物である。

上記硬化成形物は、熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ以上であること、走査示差熱分析における融点のピークが１２０℃から２８０℃の範囲にあること、または走査示差熱分析における樹脂成分換算の吸熱量が１０Ｊ／ｇ以上であることのいずれか１以上を満足することが好ましい。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、成形性、信頼性に優れ、かつ高熱伝導性、低吸水性、低熱膨張性、高耐熱性に優れた成形物を与え、半導体封止、積層板、放熱基板等の電気・電子材料用絶縁材料として好適に応用され、優れた高放熱性および寸法安定性が発揮される。このような特異的な効果が生ずる理由は、樹脂層の配向性が良くなり結晶性が向上するためと推察される。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のエポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ樹脂は、分子中にメソゲン基を１つ以上持つエポキシ樹脂を５０ｗｔ％以上含む。

ここで、メソゲン基とは、液晶性を発現するために必要な剛直構造を有する二価の有機基であり、液晶物質にその例を見ることができる。液晶物質としては、例えば、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ｉｎ Ｔａｂｅｌｌｅｎ ＩＩ， Ｄ． Ｄｅｍｅｓ ｅｔａｌ Ｅｄｓ．， ＶＥＢ Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ Ｖｅｒｌａｇ ｆｕｒ ｇｒｕｎｄｓｔｏｆｆｉｎｄｕｓｔｒｉｅ， Ｌｅｉｐｚｉｇ（１９８４）を参考とすることができる。また、メソゲン基を持つエポキシ樹脂は、上記特許文献３〜５等により公知である。

好ましいメソゲン基を持つエポキシ樹脂としては、上記式（１）で表されるビスフェニレンユニットを持つエポキシ樹脂を挙げることができる。

上記式（１）において、Ｙは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ等のハロゲン原子、炭素数１〜８の炭化水素基、炭素数１〜８のアルコキシ基を示すが、一分子中にＹが２つ以上ある場合、それらが同一であっても良いし、異なっていても良い。それらの置換位置としては、一分子中のそれぞれのベンゼン環において、同じ位置でも良いし、異なった位置に置換していてもよく、式（１）のメソゲン基は、必ずしも対称性のある構造である必要はない。また、Ｘは単結合、−ＣＨ＝ＣＨ−基、−ＣＨ＝Ｃ（Ｍｅ）−基、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）−基、−Ｃ≡Ｃ−基、−ＣＨ＝Ｎ−基、−ＣＨ＝Ｎ（→Ｏ）−基、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−基、−Ｎ＝Ｎ−基、−Ｎ＝Ｎ（→Ｏ）−基、−ＣＯＯ−基、−ＣＯＮＨ−基または−ＣＯ−基を示す。ここで、一分子中に２つ以上のＸを有し、かつＸが非対称性の基である場合、その置換位置は全てが同じ向きでも良いし異なっていても良い。また、ｎは１〜３の数であり、ｍは０〜４の数である。

また、好ましいメソゲン基を持つエポキシ樹脂として、上記式（２）で表されるナフチレンユニットを持つエポキシ樹脂を挙げることができる。好ましいナフチレンユニットは、１，４−ナフチレン基、１，５−ナフチレン基、２，６−ナフチレン基、２，７−ナフチレン基である。

本発明に用いるメソゲン基を持つエポキシ樹脂において、エポキシ基は、上記メソゲンユニットに直接、オキシラン基、グリシジル基、あるいはグリシジルエーテル基が結合したものでも良いし、柔軟性のあるスペーサー基としての炭素数２〜３０程度のアルカン鎖あるいはオキシアルカン鎖を介して、オキシラン基、グリシジル基、あるいはグリシジルエーテル基が結合したものであってもよい。

中でも、好ましいメソゲン基を持つエポキシ樹脂は、下記式（３）において、Ｘが単結合、−ＣＨ＝ＣＨ−基、−ＣＯＯ−基、−ＣＯＮＨ−基または−ＣＯ−基で、Ｙが水素原子またはメチル基であり、ｐが０から６の数であるエポキシ樹脂、または下記式（４）において、Ｘが単結合、−ＣＨ＝ＣＨ−基、−ＣＯＯ−基、−ＣＯＮＨ−基または−ＣＯ−基で、Ｙが水素原子またはメチル基であり、ｑが１から１８の数であるエポキシ樹脂である。

メソゲン基を持つエポキシ樹脂の製法は、特に限定されるものではないが、上記のメソゲン基を持つジヒドロキシ体とエピクロルヒドリンを反応させることにより製造することができる。この反応は、通常のエポキシ化反応と同様に行うことができる。

例えば、メソゲン基を持つジヒドロキシ体を過剰のエピクロルヒドリンに溶解した後、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の存在下に、５０〜１５０℃、好ましくは、６０〜１００℃の範囲で１〜１０時間反応させる方法が挙げられる。この際の、アルカリ金属水酸化物の使用量は、ジヒドロキシ体中の水酸基１モルに対して、０．８〜１．２モル、好ましくは、０．９〜１．０モルの範囲である。エピクロルヒドリンは、ジヒドロキシ体中の水酸基に対して過剰量が用いられ、通常は、ジヒドロキシ体中の水酸基１モルに対して、１．５から１５モルである。反応終了後、過剰のエピクロルヒドリンを留去し、残留物をトルエン、メチルイソブチルケトン等の溶剤に溶解し、濾過し、水洗して無機塩を除去し、次いで溶剤を留去することにより目的のエポキシ樹脂を得ることができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ樹脂は、メソゲン基を持つジヒドロキシ体とメソゲン基を持たない他のフェノール性化合物と混合させたものを用いて合成することもできる。この場合のメソゲン基を持つジヒドロキシ体の混合比率は５０ｗｔ％以上である。また、他のフェノール性化合物には特に制約はなく、一分子中に水酸基を２個以上有するものの中から選択される。

本発明のエポキシ樹脂組成物に用いるメソゲン基を持つエポキシ樹脂のエポキシ当量は、通常１５０から６００の範囲であるが、無機フィラーの高充填率化および流動性向上の観点から低粘度性のものが好ましく、エポキシ当量が１６０から４００の範囲のものが好ましい。

このメソゲン基を持つエポキシ樹脂は、通常、常温で結晶性を有するものである。好ましい融点の範囲は５０℃〜２５０℃であり、より好ましくは、６０℃〜１５０℃の範囲である。これより低いとブロッキング等が起こりやすくなり固体としての取扱い性に劣り、これより高いと硬化剤等との相溶性、溶剤への溶解性等が低下する。

このメソゲン基を持つエポキシ樹脂の純度、特に加水分解性塩素量は、適用する電子部品の信頼性向上の観点より少ない方がよい。特に限定するものではないが、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下である。なお、本発明でいう加水分解性塩素とは、以下の方法により測定された値をいう。すなわち、試料０．５ｇをジオキサン３０ｍｌに溶解後、１Ｎ−ＫＯＨ、１０ｍｌを加え３０分間煮沸還流した後、室温まで冷却し、さらに８０％アセトン水１００ｍｌを加え、０．００２Ｎ−ＡｇＮＯ₃水溶液で電位差滴定を行い得られる値である。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、必須成分として使用されるメソゲン基を持つエポキシ樹脂以外に、エポキシ樹脂成分として分子中にエポキシ基を２個以上有する他のエポキシ樹脂を併用してもよい。例を挙げれば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、フルオレンビスフェノール、２，２’−ビフェノール、レゾルシン、カテコール、ｔ‐ブチルカテコール、ｔ‐ブチルハイドロキノン、アリル化ビスフェノールＡ、アリル化ビスフェノールＦ、アリル化フェノールノボラック等の２価のフェノール類、あるいは、フェノールノボラック、ビスフェノールＡノボラック、ｏ‐クレゾールノボラック、ｍ‐クレゾールノボラック、ｐ‐クレゾールノボラック、キシレノールノボラック、ポリ‐ｐ‐ヒドロキシスチレン、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、フルオログリシノール、ピロガロール、ｔ‐ブチルピロガロール、アリル化ピロガロール、ポリアリル化ピロガロール、１，２，４‐ベンゼントリオール、２，３，４‐トリヒドロキシベンゾフェノン、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３価以上のフェノール類、または、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等がある。これらのエポキシ樹脂は、１種または２種以上を用いることができる。また、メソゲン基を持つエポキシ樹脂についても、１種または２種以上を用いることができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物に用いるメソゲン基を持つエポキシ樹脂の配合割合は、全エポキシ樹脂の５０ｗｔ％以上であり、好ましくは７０ｗｔ％以上、より好ましくは９０ｗｔ％以上である。さらには、二官能性エポキシ樹脂の合計量が９０ｗｔ％以上、好ましくは９５ｗｔ％以上であることが望ましい。これより少ないと硬化物とした際の熱伝導率等の物性向上効果が小さい。これは、メソゲン基を持つエポキシ樹脂の含有率が高く、かつ二官能性エポキシ樹脂の含有率が高いものほど、成形物としての結晶化度が高くなるためである。

メソゲン基を持つエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂としては、下記一般式（５）で表されるビスフェノール系エポキシ樹脂が好ましい。

（但し、Ｚはメチレン基、酸素原子または硫黄原子、ｒは０〜１の数を示す。）

これらのエポキシ樹脂は、例えば、ヒドロキノン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルフィドを原料として、通常のエポキシ化反応を行うことで合成することができる。これらのエポキシ樹脂は、原料段階でメソゲン基を持つジヒドロキシ化合物と混合させたものを用いて合成してもよい。

硬化剤として用いる二官能フェノール性化合物は、一分子中に２個のフェノール性水酸基を有するものである。特に限定されるものではないが、例えばビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、１，４−ビス（４−ヒドロキシフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−ヒドロキシフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、４，４’−ジヒドロキシジフェニルケトン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、２，２’−ジヒドロキシビフェニル、１０−（２，５−ジヒドロキシフェニル）−１０Ｈ−９−オキサ−１０−ホスファフェナンスレン−１０−オキサイド、ヒドロキノン、レゾルシン、ｔ‐ブチルハイドロキノン、１，２‐ジヒドロキシナフタレン、１，３‐ジヒドロキシナフタレン、１，４‐ジヒドロキシナフタレン、１，５‐ジヒドロキシナフタレン、１，６‐ジヒドロキシナフタレン、１，７‐ジヒドロキシナフタレン、１，８‐ジヒドロキシナフタレン、２，３‐ジヒドロキシナフタレン、２，６‐ジヒドロキシナフタレン、２，７‐ジヒドロキシナフタレン等を挙げることができる。これらは２種類以上を使用しても良い。なお、本発明でいう二官能フェノール性化合物は、フェノール樹脂以外であることがよい。

硬化剤として用いる二官能フェノール性化合物としては、メソゲン基を有するものが好ましく用いられ、上記式（１）のビスフェニレンユニットを持つもの、または上記式（２）のナフチレンユニットを持つものを挙げることができる。具体的には、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシジフェニルケトン、１，５−ナフタレンジオール、２，６−ナフタレンジオール、２，７−ナフタレンジオールを例示することができる。また、メソゲン基を持たないもので、好ましい二官能フェノール性化合物としては、ヒドロキノン、レゾルシン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、１，４−ビス（４−ヒドロキシフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルフィドを挙げることができる。

硬化剤として用いる二官能フェノール性化合物の使用量は全硬化剤の７５ｗｔ％以上、好ましくは８０ｗｔ％以上、より好ましくは９０ｗｔ％以上、さらに好ましくは９５ｗｔ％以上である。これより少ないと硬化物とした際の熱伝導率等の物性向上効果が小さい。これは、二官能フェノール性化合物の含有率が高いものほど、成形物としての結晶化度が高くなるためである。

本発明のエポキシ樹脂組成物にて用いる硬化剤としては、上記の二官能フェノール性化合物以外に、硬化剤として一般的に知られている他の硬化剤を併用して用いることができる。例を挙げれば、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、ポリメルカプタン系硬化剤、ポリアミノアミド系硬化剤、イソシアネート系硬化剤、ブロックイソシアネート系硬化剤等が挙げられる。これら他の硬化剤の配合量は、配合する硬化剤の種類や得られる熱伝導性エポキシ樹脂成形体の物性を考慮して適宜設定すればよい。しかし、全硬化剤の２５ｗｔ％を超えない。

アミン系硬化剤の具体例としては、脂肪族アミン類、ポリエーテルポリアミン類、脂環式アミン類、芳香族アミン類等が挙げられる。脂肪族アミン類としては、エチレンジアミン、１，３‐ジアミノプロパン、１，４‐ジアミノプロパン、ヘキサメチレンジアミン、２，５‐ジメチルヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、イミノビスプロピルアミン、ビス（ヘキサメチレン）トリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、Ｎ‐ヒドロキシエチルエチレンジアミン、テトラ（ヒドロキシエチル）エチレンジアミン等が挙げられる。ポリエーテルポリアミン類としては、トリエチレングリコールジアミン、テトラエチレングリコールジアミン、ジエチレングリコールビス（プロピルアミン）、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン類等が挙げられる。脂環式アミン類としては、イソホロンジアミン、メタセンジアミン、Ｎ‐アミノエチルピペラジン、ビス（４‐アミノ‐３‐メチルジシクロヘキシル）メタン、ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、３，９‐ビス（３‐アミノプロピル）２，４，８，１０‐テトラオキサスピロ（５，５）ウンデカン、ノルボルネンジアミン等が挙げられる。芳香族アミン類としては、テトラクロロ‐ｐ‐キシレンジアミン、ｍ‐キシレンジアミン、ｐ‐キシレンジアミン、ｍ‐フェニレンジアミン、ｏ‐フェニレンジアミン、ｐ‐フェニレンジアミン、２，４‐ジアミノアニゾール、２，４‐トルエンジアミン、２，４‐ジアミノジフェニルメタン、４，４’‐ジアミノジフェニルメタン、４，４’‐ジアミノ‐１，２‐ジフェニルエタン、２，４‐ジアミノジフェニルスルホン、４，４’‐ジアミノジフェニルスルホン、ｍ‐アミノフェノール、ｍ‐アミノベンジルアミン、ベンジルジメチルアミン、２‐ジメチルアミノメチル）フェノール、トリエタノールアミン、メチルベンジルアミン、α‐（ｍ‐アミノフェニル）エチルアミン、α‐（ｐ‐アミノフェニル）エチルアミン、ジアミノジエチルジメチルジフェニルメタン、α，α’‐ビス（４‐アミノフェニル）‐ｐ‐ジイソプロピルベンゼン等が挙げられる。

酸無水物系硬化剤の具体例としては、ドデセニル無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物、ポリ（エチルオクタデカン二酸）無水物、ポリ（フェニルヘキサデカン二酸）無水物、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート、無水ヘット酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、５‐（２，５‐ジオキソテトラヒドロ‐３‐フラニル）‐３‐メチル‐３‐シクロヘキサン‐１，２‐ジカルボン酸無水物、３，４‐ジカルボキシ‐１，２，３，４‐テトラヒドロ‐１‐ナフタレンコハク酸二無水物、１‐メチル‐ジカルボキシ‐１，２，３，４‐テトラヒドロ‐１‐ナフタレンコハク酸二無水物等が挙げられる。

本発明のエポキシ樹脂組成物では、エポキシ樹脂と硬化剤の配合比率は、エポキシ基と硬化剤中の官能基が当量比で０．８〜１．５の範囲であることが好ましい。この範囲外では硬化後も未反応のエポキシ基、または硬化剤中の官能基が残留し、電子部品用絶縁材料に関しての信頼性が低下する。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、無機充填材が配合されることが好ましい。この場合の無機充填材の添加量は、通常、エポキシ樹脂組成物に対して５０〜９８ｗｔ％であるが、好ましくは８０〜９６ｗｔ％、さらに好ましくは８６〜９６ｗｔ％である。これより少ないと高熱伝導性、低熱膨張性、高耐熱性等の効果が十分に発揮されない。これらの効果は、無機充填材の添加量が多いほど向上するが、その体積分率に応じて向上するものではなく、特定の添加量以上となった時点から飛躍的に向上する。これらの物性は、高分子状態での高次構造が制御された効果によるものであり、この高次構造が主に無機充填材表面で達成されることから、特定量の無機充填材を必要とするものであると考えられる。一方、無機充填材の添加量がこれより多いと粘度が高くなり、成形性が悪化する。

無機充填材は球状のものが好ましく、断面が楕円上であるものも含めて球状であれば特に限定されるものではないが、流動性改善の観点からは、極力真球状に近いものであることが特に好ましい。これにより、面心立方構造や六方稠密構造等の最密充填構造をとり易く、充分な充填量を得ることができる。球形でない場合、充填量が増えると充填材同士の摩擦が増え、上記の上限に達する前に流動性が極端に低下して粘度が高くなり、成形性が悪化する。

熱伝導率向上の観点からは、無機充填材の５０ｗｔ％以上、好ましくは８０ｗｔ％以上を、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものとすることがよい。かかる無機充填材としては、アルミナ、窒化アルミニウム、結晶シリカ等が好適である。これらの中でも、球状アルミナが優れる。その他、必要に応じて形状に関係なく無定形無機充填材、例えば溶融シリカ、結晶シリカなどを併用しても良い。

また、無機充填材の平均粒径は３０μｍ以下であることが好ましい。平均粒径がこれより大きいとエポキシ樹脂組成物の流動性が損なわれ、また強度も低下する。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、従来より公知の硬化促進剤を用いることができる。例を挙げれば、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）フェノールなどの三級アミン、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−メチルイミダゾール、２−へプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール類、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフイン、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などの有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウム・テトラブチルボレートなどのテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾール・テトラフェニルポレート、Ｎ−メチルモルホリン・テトラフェニルポレートなどのテトラフェニルボロン塩などがある。添加量としては、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。これらは単独で用いても良く、併用しても良い。

上記硬化促進剤の添加量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計に対して、０．１〜１０．０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％未満ではゲル化時間が遅くなって加熱反応時の剛性低下による作業性の低下をもたらし、逆に１０．０ｗｔ％を超えると成形途中で反応が進んでしまい、未充填が発生し易くなる。

本発明のエポキシ樹脂組成物においては、上記成分の他に、離型剤、カップリング剤、熱可塑性のオリゴマー類、その他の一般的にエポキシ樹脂組成物に使用可能なものを適宜配合して用いることができる。例えば、リン系難燃剤、ブロム化合物や三酸化アンチモン等の難燃剤、及びカーボンブラックや有機染料等の着色剤等を使用することができる。

離型剤としては、ワックスが使用できる。ワックスとしては、例えばステアリン酸、モンタン酸、モンタン酸エステル、リン酸エステル等が使用可能である。

カップリング剤としては、例えばエポキシシランが使用可能である。カップリング剤の添加量は、エポキシ樹脂組成物に対して、０．１〜２．０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％未満では樹脂と基材のなじみが悪く成形性が悪くなり、逆に２．０ｗｔ％を超えると連続成形性での成形品汚れが生じる。カップリング剤は無機充填材と樹脂成分の接着力を向上させるために用いられる。

熱可塑性のオリゴマー類としては、Ｃ５系および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等が例示さえる。添加量としては、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。熱可塑性のオリゴマー類は、エポキシ樹脂組成物の成形時の流動性改良およびリードフレーム等の基材との密着性向上のために用いられる。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と硬化剤を必須成分として含み、無機充填材等の成分を含む配合成分（カップリング剤を除く）をミキサー等によって均一に混合した後、カップリング剤を添加し、加熱ロール、ニーダー等によって混練して製造することができる。これらの成分の配合順序にはカップリング剤を除き特に制限はない。更に、混練後に溶融混練物の粉砕を行い、パウダー化することやタブレット化することも可能である。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、特に電子部品封止用および放熱基板用として優れるので、電子材料用のエポキシ樹脂組成物として適する。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、ガラス繊維等の繊維状基材と複合させて複合材とすることができる。例えば、エポキシ樹脂および硬化剤を主成分としたエポキシ樹脂組成物を有機溶剤に溶解させたものを、シート状繊維基材に含浸し加熱乾燥して、エポキシ樹脂を部分反応させて、プリプレグとすることができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて硬化成形物を得るためには、例えば、トランスファー成形、プレス成形、注型成形、射出成形、押出成形等の加熱成形方法が適用されるが、量産性の観点からは、トランスファー成形が好ましい。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂および硬化剤がともに二官能性のもののみから構成された場合においても、加熱反応させた場合、エポキシ樹脂と硬化剤が反応して生成する水酸基の一部がさらにエポキシ樹脂中のエポキシ基と反応するため、通常は三次元硬化物を与えるが、場合により有機溶剤の使用、硬化促進剤種の選択、および反応温度等の加熱反応条件の制御により、実質的に二次元高分子のみで構成された熱可塑性の成形物とすることができる。

本発明の硬化成形物は、高耐熱性、低熱膨張性および高熱伝導性の観点から結晶性を有するものであることが好ましい。成形物の結晶性の発現は、走査示差熱分析で結晶の融解に伴う吸熱ピークを融点として観測することにより確認することができる。好ましい融点は１２０℃から２８０℃の範囲であり、より好ましくは１５０℃から２５０℃の範囲である。また、硬化成形物の好ましい熱伝導率は４Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、特に好ましく６Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

ここで結晶性発現の効果を簡単に説明する。一般的に、エポキシ樹脂硬化物においては耐熱性の指標としてガラス転移点が用いられる。これは、通常のエポキシ樹脂硬化物が結晶性を持たないアモルファス状（ガラス状）の成形物でありガラス転移点を境として物性が大きく変化するためである。従って、エポキシ樹脂硬化物の耐熱性を高くするため、すなわちガラス転移点を高くするためには架橋密度を高くする必要があるが、逆に可撓性が低下し脆くなる欠点があった。これに対して、本発明の硬化成形物は、結晶性を発達させる点に特徴があるが、融点まで物性変化が少ないことから融点を耐熱性の指標とすることができる。高分子物質は、融点の方がガラス転移点よりも高い温度にあるため、本発明の硬化成形物は、低い架橋密度により高い可撓性を維持しつつ、高い耐熱性を確保できる。また、結晶性発現は、高い分子間力を意味しており、これにより分子の運動が抑制され、低熱膨張性の達成とともに、高い熱拡散率が発揮され熱伝導率が向上する。

従って、本発明の硬化成形物の結晶化度は高いものほどよい。ここで結晶化の程度は走査示差熱分析での結晶の融解に伴う吸熱量から評価することができる。好ましい吸熱量は、充填材を除いた樹脂成分の単位重量あたり１０Ｊ／ｇ以上である。より好ましくは３０Ｊ／ｇ以上であり、特に好ましくは５０Ｊ／ｇ以上である。これより小さいと成形物としての耐熱性、低熱膨張性および熱伝導率の向上効果が小さい。なお、ここでいう吸熱量は、示差走査熱分析計により、約１０ｍｇを精秤した試料を用いて、窒素気流下、昇温速度１０℃／分の条件で測定して得られる吸熱量を指す。また、結晶化した本発明の硬化成形物は、広角Ｘ線回折においても、明確なピークとして観察することができる。この場合、結晶化度は、全体のピーク面積から結晶化していないアモルファス状樹脂のピークを差引いた面積を全体のピーク面積で除することにより求めることができる。このようにして求めた望ましい結晶化度は１５％以上、より望ましくは３０％以上、特に望ましくは５０％以上である。

本発明の硬化成形物は、上記成形方法により加熱反応させることにより得ることができるが、通常、成形温度としては８０℃から２５０℃であるが、成形物の結晶化度を上げるためには、成形物の融点よりも低い温度で反応させることが望ましい。好ましい成形温度は１００℃から２００℃の範囲であり、より好ましくは１３０℃から１８０℃である。また、好ましい成形時間は３０秒から１時間であり、より好ましくは１分から３０分である。さらに成形後、ポストキュアにより、さらに結晶化度を上げることができる。通常、ポストキュア温度は１３０℃から２５０℃であり、時間は１時間から２０時間の範囲であるが、示差熱分析における吸熱ピーク温度よりも５℃から４０℃低い温度で、１時間から２４時間かけてポストキュアを行うことが望ましい。

以下実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

参考例１
４，４’−ジヒドロキシビフェニル１００．０ｇ、４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタン５０．０ｇをエピクロルヒドリン７２０ｇ、ジエチレングリコールジメチルエーテル１００ｇに溶解し、６０℃にて、減圧下（約１３０Ｔｏｒｒ）、４８％水酸化ナトリウム水溶液１２７ｇを３時間かけて滴下した。この間、生成する水はエピクロルヒドリンとの共沸により系外に除き、留出したエピクロルヒドリンは系内に戻した。滴下終了後、さらに１時間反応を継続して脱水後、エピクロルヒドリンを留去し、メチルイソブチルケトン９５０ｇを加えた後、水洗を行い、塩を除いた。その後、８５℃にて４８％水酸化ナトリウムを２．８ｇ添加して１時間攪拌し、温水１０００ｍＬで水洗した。その後、分液により水を除去後、メチルイソブチルケトンを減圧留去し、白色結晶状のエポキシ樹脂２１５ｇを得た。

このエポキシ樹脂のエポキシ当量は１６８であり、加水分解性塩素は３４０ｐｐｍ、キャピラリー法による融点は１４５℃から１５０℃であり、１５０℃での粘度は６ｍＰａ・ｓであった。ＧＰＣ測定より求められた４，４’−ジヒドロキシビフェニルより得られるエポキシ樹脂のビフェニレン基を１つ含むものが５４％、２つ含むものが５％であった。また、４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタンより得られるエポキシ樹脂のジフェニルメタン基を１つ含むものが２４％、２つ含むものが６％であった。ここで、加水分解性塩素とは、試料０．５ｇをジオキサン３０ｍｌに溶解後、１Ｎ−ＫＯＨ、１０ｍｌを加え３０分間煮沸還流した後、室温まで冷却し、さらに８０％アセトン水１００ｍｌを加えたものを、０．００２Ｎ−ＡｇＮＯ₃水溶液で電位差滴定を行うことにより測定された値である。また融点とは、キャピラリー法により昇温速度２℃／分で得られる値である。粘度はＢＲＯＯＫＦＩＥＬＤ製、ＣＡＰ２０００Ｈで測定した。また、ＧＰＣ測定は、装置；日本ウォーターズ（株）製、５１５Ａ型、カラム；ＴＳＫ−ＧＥＬ２０００×３本およびＴＳＫ−ＧＥＬ４０００×１本（いずれも東ソー（株）製）、溶媒；テトラヒドロフラン、流量；１ ｍｌ／ｍｉｎ、温度；３８℃、検出器；ＲＩの条件に従った。

参考例２
３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジヒドロキシ−ｔｒａｎｓ−スチルベン１００ｇをエピクロルヒドリン４８０ｇ、ジエチレングリコールジメチルエーテル７０ｇに溶解し、６０℃にて、減圧下（約１３０Ｔｏｒｒ）、４８％水酸化ナトリウム水溶液６０．８ｇを３時間かけて滴下した。この間、生成する水はエピクロルヒドリンとの共沸により系外に除き、留出したエピクロルヒドリンは系内に戻した。滴下終了後、さらに１時間反応を継続して脱水後、エピクロルヒドリンを留去し、メチルイソブチルケトン５７０ｇを加えた後、水洗を行い塩を除いた。その後、８５℃にて４８％水酸化ナトリウムを２．５ｇ添加して１時間攪拌し、温水１０００ｍＬで水洗した。その後、分液により水を除去後、メチルイソブチルケトンを減圧留去し、白色結晶状のエポキシ樹脂１２５ｇを得た。

このエポキシ樹脂のエポキシ当量は２０４であり、加水分解性塩素は３４０ｐｐｍ、ＤＳＣ法による融点は１４５℃であり、１５０℃での粘度は２０ｍＰａ・ｓであった。得られた樹脂のＧＰＣ測定より求められた各成分比は、スチルベン基を１つ含むものが８６％、２つ含むものが１１％であった。

実施例１〜７、比較例１〜４
エポキシ樹脂として、参考例１で得たエポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ａ）および参考例２で得たエポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ｂ）、ビフェニル系エポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ｃ：ジャパンエポキシレジン製、ＹＬ−６１２１（４，４’−ジヒドロキシビフェニルのエポキシ化物と３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジヒドロキシビフェニルのエポキシ化物との１：１の混合物）、エポキシ当量１８３）、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテルのエポキシ化物（エポキシ樹脂Ｄ：東都化成製、ＹＳＬＶ−８０ＤＥ、エポキシ当量１７８）、または３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタンのエポキシ化物（エポキシ樹脂Ｅ：東都化成製、ＹＳＬＶ−８０ＸＹ、エポキシ当量１９２）を使用する。硬化剤として４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル（硬化剤Ａ）、２，６−ジヒドロキシナフタレン（硬化剤Ｂ）、４，４’−ジヒドロキシビフェニル（硬化剤Ｃ）、またはフェノールアラルキル樹脂（硬化剤Ｄ：三井化学製、ＸＬ−２２５−ＬＬ；ＯＨ当量１７４、軟化点７５℃）を使用する。硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン、無機充填材として、球状アルミナ（平均粒径１２．２μｍ）を使用する。

表１に示す成分を配合し、ミキサーで十分混合した後、加熱ロールで約５分間混練したものを冷却し、粉砕してそれぞれ実施例１〜７、比較例１〜４のエポキシ樹脂組成物を得た。このエポキシ樹脂組成物を用いて１７０℃、５分の条件で成形後、１７０℃で１２時間ポストキュアを行い成形物を得て硬化成形物を得て、その物性を評価した。結果をまとめて表１に示す。なお、表１中の各成分の数字は重量部を表す。

［評価］
（１）熱伝導率
熱伝導率は、ＮＥＴＺＳＣＨ製ＬＦＡ４４７型熱伝導率計を用いて非定常熱線法により測定した。
（２）融点、融解熱の測定（ＤＳＣ法）
示差走査熱量分析装置（セイコーインスツル製ＤＳＣ６２００型）を用い、昇温速度１０℃／分で測定した。
（３）線膨張係数、ガラス転移温度
線膨張係数およびガラス転移温度は、セイコーインスツル（株）製ＴＭＡ１２０Ｃ型熱機械測定装置を用いて、昇温速度１０℃／分にて測定した。
（３）吸水率
直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤を成形し、ポストキュア後、８５℃、相対湿度８５％の条件で１００時間吸湿させた後の重量変化率とした。

Claims (12)

1. エポキシ樹脂及び硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂の５０ｗｔ％以上がメソゲン基を持つエポキシ樹脂であり、硬化剤の７５ｗｔ％以上が二官能フェノール性化合物であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. メソゲン基を持つエポキシ樹脂が、下記式（１）で表されるビスフェニレンユニットまたは下記式（２）で表されるナフチレンユニットを有するエポキシ樹脂である請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
   

   

   （但し、Ｙはハロゲン原子、炭素数１〜８の炭化水素基または炭素数１〜８のアルコキシ基を示し、Ｘは単結合、−ＣＨ＝ＣＨ−基、−ＣＨ＝Ｃ（Ｍｅ）−基、−ＣＨ＝Ｃ（ＣＮ）−基、−Ｃ≡Ｃ−基、−ＣＨ＝Ｎ−基、−ＣＨ＝Ｎ（→Ｏ）−基、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯ−基、−Ｎ＝Ｎ−基、−Ｎ＝Ｎ（→Ｏ）−基、−ＣＯＯ−基、−ＣＯＮＨ−基または−ＣＯ−基を示し、ｎは１〜３の数、ｍは０〜４の数を示す。）
   

   
3. 二官能フェノール性化合物がメソゲン基を持つフェノール性化合物である請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
4. 二官能フェノール性化合物が、ヒドロキノン、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、４，４’−ジヒドロキシジフェニルケトン、１，４−ビス（４−ヒドロキシフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、１，５−ナフタレンジオール、２，７−ナフタレンジオール及び２，６−ナフタレンジオールからなる群れより選ばれる少なくとも１種のフェノール性化合物である請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
5. 無機充填材を８０〜９６ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
6. 無機充填材の５０ｗｔ％以上が球状のアルミナである請求項５に記載のエポキシ樹脂組成物。
7. 電子材料用のエポキシ樹脂組成物であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を、繊維状基材に含浸してなることを特徴とする複合材。
9. 請求項１〜６のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を成形硬化して得られることを特徴とする硬化成形物。
10. 熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項９に記載の硬化成形物。
11. 走査示差熱分析における融点のピークが１２０℃から２８０℃の範囲にある請求項９または１０に記載の硬化成形物。
12. 走査示差熱分析における樹脂成分換算の吸熱量が１０Ｊ／ｇ以上である請求項１１に記載の成形物。