JP2017019919A - エポキシ樹脂、組成物、硬化物及び電気・電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
近年の電子産業の目ざましい発達に伴い、電子デバイスに要求される耐熱性、吸水性の要求は益々厳しくなっている。特許文献1に記載の実施例2に記載のエポキシ樹脂は耐熱性という観点でTgが176℃、吸水性という観点で0.93%と従来のオルソクレゾールノボラック型のエポキシ樹脂に比べて高耐熱、低吸水となっているが、耐熱性と吸水性という点においてまだまだ満足のいくものではない。
[1] 下記式(1)
で表されるフェノール樹脂をエポキシ樹脂化して、得られるエポキシ樹脂。
[2] エポキシ当量が161〜191g/当量である[1]に記載のエポキシ樹脂。
[3] 150℃における溶融粘度が3.5Pa・s以下である[1]または[2]に記載のエポキシ樹脂。
[4] 加水分解性塩素が770ppm以下である[1]から[3]のいずれか1に記載のエポキシ樹脂。
[5] 軟化点が48〜70℃である[1]から[4]のいずれか1に記載のエポキシ樹脂。
[6] [1]から[5]のいずれかに記載のエポキシ樹脂100重量部に対し、硬化剤を0.01〜1000重量部含むエポキシ樹脂組成物。
[7] 前記硬化剤がフェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤及びアミド系硬化剤からなる群から選ばれる少なくとも1である[6]に記載のエポキシ樹脂組成物。[8] [1]から[5]のいずれかに記載のエポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂を更に含む[6]または[7]に記載のエポキシ樹脂組成物。
[9] [6]から[8]のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させてなる硬化物。
[10] [6]から[8]のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させてなる電気・電子部品。
〔エポキシ樹脂〕
本発明のエポキシ樹脂は、下記式(1)のフェノール樹脂をエポキシ樹脂化して得られるものである。本発明のエポキシ樹脂は溶融粘度、軟化点が低くハンドリング性に優れ、加水分解性塩素が低く電気特性に特に優れるとい効果を奏する。
<化学構造>
前記式(1)中、nは平均値を示し0.01〜0.8の値を取る。nの値が0.01よ
り下回ると、エポキシ樹脂硬化物とした場合に、耐ブロッキング性が悪化し、その使用が困難となり好ましくない。一方、nの値が0.8を超えると、軟化点及び150℃の溶融粘度が高くなり、取扱い性の観点から好ましくない。また、加水分解性塩素の含有量が高くなり、電気特性を悪化させる。
nの値は、下限値としては0.06が好ましく、上限値としては、0.7が好ましい。
[エポキシ当量]
本発明のエポキシ樹脂は、エポキシ当量が161〜191g/当量の値を取る。加水分解性塩素を下げる観点から161〜185g/当量が好ましく、耐ブロッキング性を上げる観点から、166〜185g/当量がより好ましい。150℃の溶融粘度を下げる観点から特に好ましくは166〜179である。
なお、本発明において「エポキシ当量」とは、「1当量のエポキシ基を含むエポキシ樹脂の質量」と定義され、JIS K7236に準じて測定することができる。
本発明のエポキシ樹脂は、加水分解性塩素の含有量(以下、「加水分解性塩素量」と称す場合がある。)が770ppm以下であることが好ましい。また電気特性をより良好なものにする観点から、680ppm以下である事がより好ましく、150℃の溶融粘度を下げる観点から特に好ましくは590ppm以下である事が特に好ましい。
エポキシ樹脂の加水分解性塩素量を低減するには、後述のエポキシ樹脂の製造方法において、エポキシ樹脂と強アルカリとの反応によりエポキシ樹脂を精製すればよい。
本発明のエポキシ樹脂は、取り扱い性の観点から、150℃の溶融粘度が3.5Pa・s以下であることが好ましく、より取り扱い性を良好なものとする観点から、この溶融粘度は、2.8Pa・s以下であり、2.1Pa・s以下であることが特に好ましい。
なお、本発明において「溶融粘度」とは、150℃に調整したコーンプレート粘度計(東海八神(株)製)の熱板の上にエポキシ樹脂を溶融させ、回転速度750rpmで測定した粘度である。
本発明のエポキシ樹脂は、取り扱い性の観点から、軟化点が70℃以下である事が好ましく、より取り扱い性を良好なものとする観点から、この軟化点は66℃以下であり、61℃以下である事が特に好ましい。一方、耐ブロッキング性の観点から48℃以上である事が好ましく、50℃以上である事がより好ましい。なお、本発明において「軟化点」とはJIS K7234に準じて測定することができる。
エポキシ樹脂の製造方法については特に制限はないが、例えば、以下に説明する一段法による製造方法、二段法による製造方法、アリル化反応を経由する製造方法等が挙げられる。これらの方法について以下に詳述する。
[一段法による製造方法]
本発明の他の態様にかかるエポキシ樹脂は、下記式(1)で表されるフェノール化合物とエピハロヒドリンとを反応させて得られるものである。
なお、一段法によりのエポキシ樹脂を製造する場合、原料として少なくとも前記式(1)で表されるフェノール化合物とエピハロヒドリンとを用いるが、式(1)で表されるフェノール化合物以外の多価ヒドロキシ化合物(本発明において「その他の多価ヒドロキシ化合物」と称することがある。)を併用し製造してもよい。ただし、本発明の効果を高める観点から前記式(1)で表されるフェノール化合物の割合は、原料として用いる全体の多価ヒドロキシ化合物の全量に対して好ましくは30モル%以上、より好ましくは50モル%以上、更に好ましくは80モル%以上である。また、その上限は100モル%であり、特に好ましくは100モル%である。なお、本発明における「多価ヒドロキシ化合物」とは2価以上のフェノール化合物及び2価以上のアルコールの総称である。
.8〜20当量、好ましくは0.9〜15当量、より好ましくは1.0〜10当量に相当する量のエピハロヒドリンに溶解させて均一な溶液とする。エピハロヒドリンの量が上記下限以上であると高分子量化反応を制御しやすく、適切な溶融粘度とすることができるために好ましい。一方、エピハロヒドリンの量が上記上限以下であると生産効率が向上する傾向にあるために好ましい。なお、この反応におけるエピハロヒドリンとしては、通常、エピクロルヒドリン又はエピブロモヒドリンが用いられる。
リス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の第三級アミン;2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類;エチルトリフェニルホスホニウムアイオダイド等のホスホニウム塩;トリフェニルホスフィン等のホスフィン類等の触媒を用いてもよい。
ルスルホキシド等の不活性な有機溶媒に再溶解しアルカリ金属水酸化物を固体又は水溶液を加えて好ましくは30〜120℃、より好ましくは40〜110℃、更に好ましくは50〜100℃の温度で好ましくは0.1〜15時間、より好ましくは0.3〜12時間、更に好ましくは0.5〜10時間再閉環反応を行った後、水洗等の方法で過剰のアルカリ金属水酸化物や副性塩を除去し、更に有機溶媒を減圧留去及び/又は水蒸気蒸留を行うと、加水分解性ハロゲン量が低減されたエポキシ樹脂を得ることができる。反応温度が上記下限以上であり、また、反応時間が上記下限以上であると再閉環反応が進行しやすいために好ましい。また、反応温度が上記上限以下であり、また、反応時間が上記上限以下であると反応を制御しやすいために好ましい。
本発明のエポキシ樹脂の製造方法の1つとして、前記式(1)で表されるフェノール化合物に対してアリル化反応によりアリル基を導入してアリル化合物とし、更に該アリル基に対して酸化反応させることによりエポキシ樹脂を得る方法が挙げられる。このような製造方法の例としては、前記式(1)で表されるフェノール化合物を原料として用いること以外は、特開2012−213716号公報、特開2011−225711号公報、特開2012−092247号公報、特開2012−111858号公報等の方法により製造することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、少なくとも前述した本発明のエポキシ樹脂と硬化剤を含む。また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、他のエポキシ樹脂、硬化促進剤、無機充填剤、カップリング剤等を適宜配合することができる。本発明のエポキシ樹脂組成物は耐熱性、吸水性、熱時の弾性率に優れ、各種用途に要求される諸物性を十分に満たす硬化物を与えるものである。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、後述する他のエポキシ樹脂が含まれる場合には、固形分としての全エポキシ樹脂成分100重量部に対して好ましくは0.1〜200重量部である。また、より好ましくは100重量部以下であり、更に好ましくは80重量部以下である。本発明において、「固形分」とは溶媒を除いた成分を意味し、固体のエポキシ樹脂のみならず、半固形や粘稠な液状物のものをも含むものとする。また、「全エポキシ樹脂成分」とは、本発明のエポキシ樹脂と後述する他のエポキシ樹脂との合計を意味する。
本発明において硬化剤とは、エポキシ樹脂のエポキシ基間の架橋反応及び/又は鎖長延長反応に寄与する物質を示す。なお、本発明においては通常、「硬化促進剤」と呼ばれるものであってもエポキシ樹脂のエポキシ基間の架橋反応及び/又は鎖長延長反応に寄与する物質であれば、硬化剤とみなすこととする。
本発明のエポキシ樹脂組成物はフェノール系硬化剤を含む。フェノール系硬化剤を含むことにより、本発明のエポキシ樹脂組成物は、優れた耐熱性、低線膨張性、接着性を得ることができる。
ール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、臭素化ビスフェノールA、臭素化フェノールノボラック樹脂等の種々の多価フェノール類や、種々のフェノール類とベンズアルデヒド、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、グリオキザール等の種々のアルデヒド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂類、キシレン樹脂とフェノール類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂類、重質油又はピッチ類とフェノール類とホルムアルデヒド類との共縮合樹脂、フェノール・ベンズアルデヒド・キシリレンジメトキサイド重縮合物、フェノール・ベンズアルデヒド・キシリレンジハライド重縮合物、フェノール・ベンズアルデヒド・4,4’−ジメトキサイドビフェニル重縮合物、フェノール・ベンズアルデヒド・4,4’−ジハライドビフェニル重縮合物等の各種のフェノール樹脂類等が挙げられる。これらのフェノール化合物は、1種単独でも、2種以上併用してもよい。
フェノール系硬化剤は固形分としての全エポキシ樹脂成分100重量部に対して好ましくは0.1〜200重量部である。また、より好ましくは100重量部以下であり、更に好ましくは80重量部以下である。以上に挙げたフェノール系硬化剤の各成分は、あらかじめ混合して混合硬化剤を調製してから使用してもよいし、エポキシ樹脂組成物の各成分を混合する際に硬化剤の各成分をそれぞれ別々に添加して同時に混合してもよい。
アミン系硬化剤(ただし、第3級アミンを除く。)の例としては、脂肪族アミン類、ポリエーテルアミン類、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例示される。ポリエーテルアミン類としては、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例示される。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例示される。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−ジアミノアニソール、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例示される。
以上で挙げた第3級アミンは1種のみで用いても2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で組み合わせて用いてもよい。また、第3級アミンは、エポキシ樹脂中のエポキシ基に対する硬化剤中の官能基の当量比で0.8〜1.5の範囲となるように用いることが好ましい。この範囲内であると未反応のエポキシ基や硬化剤の官能基が残留しにくくなるために好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、耐熱性の観点から酸無水物系硬化剤を用いることが好ましい。酸無水物系硬化剤としては、酸無水物、酸無水物の変性物等が挙げられる。
酸無水物としては、例えば、フタル酸無水物、トリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、ドデセニルコハク酸無水物、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、テトラヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルハイミック酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、トリアルキルテトラヒドロフタル酸無水物、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、エチレングリコールビストリメリテート二無水物、ヘット酸無水物、ナジック酸無水物、メチルナジック酸無水物、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。
以上で挙げた酸無水物硬化剤は1種のみでも2種以上を任意の組み合わせ及び配合量で組み合わせて用いてもよい。酸無水物系硬化剤を用いる場合には、エポキシ樹脂中のエポキシ基に対する硬化剤中の官能基の当量比で0.8〜1.5の範囲となるように用いることが好ましい。この範囲内であると未反応のエポキシ基や硬化剤の官能基が残留しにくくなるために好ましい。
硬化剤としてアミド系硬化剤を用いることが、耐熱性等の向上の観点から好ましい。エポキシ樹脂硬化剤としてアミド系エポキシ樹脂硬化剤を用いることにより、得られるエポキシ樹脂組成物の耐熱性の向上の観点から好ましい。アミド系硬化剤としてはジシアンジアミド及びその誘導体、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
以上に挙げたフェノール系硬化剤は1種のみで用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。また、アミド系硬化剤は、エポキシ樹脂組成物中の固形分としての全エポキシ樹脂成分とアミド系硬化剤との合計に対して0.1〜20重量%の範囲で用いることが好ましい。
硬化剤としてイミダゾール類を用いることが、硬化反応を十分に進行させ、耐熱性を向上させる観点から好ましい。イミダゾール類としては、2−フェニルイミダゾール、2−エチル−4(5)−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノ−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加体、2−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、及びエポキシ樹脂と上記イミダゾール類との付加体等が例示される。なお、イミダゾール類は触媒能を有するため、一般的には後述する硬化促進剤にも分類されうるが、本発明においては硬化剤として分類するものとする。
以上に挙げたイミダゾール類は1種のみでも、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。また、イミダゾール類は、エポキシ樹脂組成物中の固形分としての全エポキシ樹脂成分とイミダゾール類との合計に対して0.1〜20重量%の範囲で用いることが好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物においては前記硬化剤以外にその他の硬化剤を用いることができる。本発明のエポキシ樹脂組成物に使用することのできるその他の硬化剤は特に制限はなく、一般的にエポキシ樹脂の硬化剤として知られているものはすべて使用できる。これらの他の硬化剤は1種のみで用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は本発明のエポキシ樹脂以外に、更に他のエポキシ樹脂を含むことできる。他のエポキシ樹脂を含むことにより、本発明のエポキシ樹脂組成物の耐熱性、耐応力性、耐吸湿性、難燃性等を向上させることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物に用いることのできる他のエポキシ樹脂は、本発明のエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂すべてが該当するが、具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、メチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジブチルハイドロキノン型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、メチルレゾルシン型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂、ジヒドロキシジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、チオジフェノール類から誘導されるエポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシアントラセン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシジヒドロアントラセン型エ
ポキシ樹脂、ジヒドロキシスチルベン類から誘導されるエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、テルペンフェノール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂、フェノール・ヒドロキシベンズアルデヒドの縮合物から誘導されるエポキシ樹脂、フェノール・クロトンアルデヒドの縮合物から誘導されるエポキシ樹脂、フェノール・グリオキザールの縮合物から誘導されるエポキシ樹脂、重質油又はピッチ類とフェノール類とホルムアルデヒド類との共縮合樹脂から誘導されるエポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタンから誘導されるエポキシ樹脂、アミノフェノールから誘導されるエポキシ樹脂、キシレンジアミンから誘導されるエポキシ樹脂、メチルヘキサヒドロフタル酸から誘導されるエポキシ樹脂、ダイマー酸から誘導されるエポキシ樹脂等が挙げられる。これらは1種のみで用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び配合比率で用いてもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、後述する他のエポキシ樹脂が含まれる場合には、全エポキシ樹脂成分100重量部に対して好ましくは0.01〜60重量部である。また、より好ましくは40重量部以下であり、更に好ましくは30重量部以下であり、特に好ましくは20重量部以下であり、一方、より好ましくは1重量部以上である。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤を含むことが好ましい。硬化促進剤を含むことにより、硬化時間の短縮、硬化温度の低温化が可能となり、所望の硬化物を得やすくすることができる。
硬化促進剤として使用可能な化合物としては、トリフェニルホスフィン、ジフェニル(p−トリル)ホスフィン、トリス(アルキルフェニル)ホスフィン、トリス(アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(アルキル・アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルコキシフェニル)ホスフィン、トリアルキルホスフィン、ジアルキルアリールホスフィン、アルキルジアリールホスフィン等の有機ホスフィン類又はこれら有機ホスフィン類と有機ボロン類との錯体やこれら有機ホスフィン類と無水マレイン酸、1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4−ベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン等の化合物を付加してなる化合物等が例示される。
硬化促進剤は、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂100重量部に対して0.1重量以上20重量部以下の範囲で用いることが好ましい。より好ましくは0.5重量部以上、更に好ましくは1重量部以上であり、一方、より好ましくは15重量部以下、更に好ましくは10重量部以下である。硬化促進剤の含有量が上記下限値以上であると、硬化促進効果を得るために好ましく、一方、上記上限値以下であると、所望の硬化物性が得られやすいために好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物には無機充填剤を配合することができる。無機充填剤としては例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ、ガラス粉、アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、タルク、チッ化ホウ素等が挙げられる。これらの中でも半導体封止の用途に用いる場合には、破砕型及び/又は球状の、溶融及び/又は結晶性シリカ粉末充填材が好ましい。無機充填剤を使用することにより、エポキシ樹脂組成物を半導体封止材として用いたときに、半導体封止材の熱膨張係数を内部のシリコンチップやリードフレームに近づけることができ、また、半導体封止材全体の吸湿量を減らすことができるため、耐ハンダクラック性を向上させることができる。本発明のエポキシ樹脂組成物に無機充填剤を用いる場合、エポキシ樹脂組成物全体の60〜95重量%配合することが好ましい。
。平均粒子径が上記下限値以上であると溶融粘度が高くなり過ぎず、流動性が低下しにくいために好ましく、また、平均粒子径が上記上限値以下であると成形時に金型の狭い隙間に充填剤が目詰まりしにくく、材料の充填性が向上しやすくなるために好ましい。
本発明のエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂組成物には離型剤を配合することができる。離型剤としては例えば、カルナバワックス等の天然ワックス;ポリエチレンワックス等の合成ワックス;ステアリン酸やステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸類及びその金属塩類;パラフィン等の炭化水素系離型剤を適宜配合してもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物に用いる離型剤の量は、好ましくは全エポキシ樹脂成分100重量部に対し、好ましくは0.1〜5.0重量部、より好ましくは0.5〜3.0重量部である。離型剤の量が上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の硬化特性を維持しつつ、良好な離型性を発現することができるために好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、カップリング剤を配合することが好ましい。シランカップリング剤は無機充填材と併用することが好ましく、カップリング剤を配合することにより、マトリックスであるエポキシ樹脂と無機充填材との接着性を向上させることができる。カップリング剤としてはシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等が挙げられる。
ラン等のビニルシラン、更に、エポキシ系、アミノ系、ビニル系の高分子タイプのシラン等が挙げられる。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、前記した以外の成分(本発明において、「その他の成分」と称することがある。)を配合することができる。それら各種添加剤としては例えば、難燃剤、可塑剤、反応性希釈剤、顔料等があげられ、必要に応じて適宜に配合することができる。ただし、本発明のエポキシ樹脂組成物は上記で挙げた成分以外のものを配合することを何ら妨げるものではない。
本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化させることにより、硬化物を得ることができる(以下、「本発明の硬化物」と称することがある。)。硬化させる方法については特に限定されないが、通常、加熱による熱硬化反応により硬化物を得ることができる。硬化剤の種類によって硬化温度を以下の通り選択することが好ましい。具体的な温度としては通常、フェノール系硬化剤では130〜200℃である。またこれらの硬化剤に促進剤を添加することで、その硬化温度を下げることも可能である。反応時間は、1〜20時間が好ましく、より好ましくは2〜18時間、さらに好ましくは3〜15時間である。反応時間が上記下限値以上であると硬化反応が十分に進行しやすくなる傾向にあるために好ましい。一方、反応時間が上記上限値以下であると加熱による劣化、加熱時のエネルギーロスを低減しやすいために好ましい。
本発明の硬化物は、耐ブロッキング性、耐熱性、吸水性、高温時の弾性率に優れたものである。これらの測定方法については後掲の実施例において説明する。
本発明のエポキシ樹脂組成物は耐ブロッキング性に優れ、好ましくは後述するテストをクリアする。耐ブロッキング性に問題のある材料はその他の特性に優れる場合であっても、使用する事が拒まれるほど重要な特性である。また耐ブロッキング性が高い程、組成物
のハンドリング性が向上し、生産効率が向上する為、好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物はガラス転移温度(Tg)が、好ましくは180℃以上である。ガラス転移温度が高いほど半導体封止材等とした際に封止した樹脂中に熱応力がかかりにくく、パッシベーションやチップの損傷、アルミ配線のスライド、パッケージクラック等の不良を起こしにくいために好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は吸水性が、好ましくは1.53%以下である。吸水性が低いほど、電気的な信頼性に優れ、また吸水による水の膨張から発生する応力がかかりにくく半導体のクラックが生じにくいために好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は高温時(250℃)に高弾性率となるが、好ましくは100MPa以上である。高温時に高弾性率となるほど、半導体パッケージの反りが発生しにくく、封止材とチップとの間の密着性が良好となり信頼性が向上する為、好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、耐熱性、吸水性、高温時の弾性率に優れるため、これらの物性が求められる用途であれば、いかなる用途にも有効に用いることができる。このため、自動車用電着塗料、船舶・橋梁用重防食塗料、飲料用缶の内面塗装用塗料等の塗料分野;積層板、半導体封止材、絶縁粉体塗料、コイル含浸用等の電気電子分野;橋梁の耐震補強、コンクリート補強、建築物の床材、水道施設のライニング、排水・透水舗装、車両・航空機用接着剤の土木・建築・接着剤分野等の用途にいずれにも好適に用いることができる。これらの中でも特に半導体封止材の用途に有用である。
〔製造例1〕
温度計、滴下ロート、冷却管、攪拌機を取り付けたフラスコに4,4‘−ビス(クロロメチル)ビフェニル251部、ハイドロキノン3300部及びメチルイソブチルケトン500mLを仕込み、室温下、窒素を吹き込みながら撹拌した。p−トルエンスルホン酸(
1水和物)2.8部を液温が50℃を超えないように添加し、その後、110℃まで加熱し、2時間反応させた。反応終了後、更にメチルイソブチルケトン500mLを加え、分
液ロートに移し水洗した。水層が中性になるまで水洗後、有機層から溶媒を留去し、未反応物を加熱減圧下で除去し、式(1)においてn=0.06のフェノール樹脂を得た。
製造例1においてハイドロキノンを495部とした以外は同じ方法にて式(1)においてn=0.5のフェノール樹脂を得た。
〔製造例3〕
製造例1においてハイドロキノンを420部とした以外は同じ方法にて式(1)においてn=0.7のフェノール樹脂を得た。
製造例1においてハイドロキノンを330部とした以外は同じ方法にて式(1)においてn=0.9のフェノール樹脂を得た。
〔製造例5〕
製造例1において未反応物を加熱減圧下で除去後、メチルエチルケトン中で再結晶を行った以外は同じ方法にて式(1)においてn=0のフェノール樹脂を得た。
製造例1においてレゾルシンを660部とした以外は同じ方法にて、下記式(2)においてn=0.2のフェノール樹脂を得た。
温度計、撹拌装置、冷却管を備えた内容量3Lの四口フラスコに製造例1で得たフェノール樹脂(式(1)で表され、n=0.06であるフェノール樹脂)65g、エピクロルヒドリン378g、イソプロピルアルコール221g、水60gを仕込み、65℃に昇温して均一に溶解させた後、48.5重量%の水酸化ナトリウム水溶液60gを90分かけて滴下した。滴下終了後、65℃で30分保持し反応を完了させ、水洗により副生塩及び過剰の水酸化ナトリウムを除去した。ついで、生成物から減圧下で過剰のエピクロルヒドリンとイソプロピルアルコールを留去して、粗製エポキシ樹脂を得た。この粗製エポキシ樹脂をメチルイソブチルケトン150gに溶解させ、48.5重量%の水酸化ナトリウム水溶液2gを加え、65℃の温度で1時間再び反応させた。その後、反応液にリン酸二水素ナトリウム水溶液を加えて、過剰の水酸化ナトリウムを中和し、水洗して副生塩を除去した。次いで、減圧下でメチルイソブチルケトンを完全に除去して、目的のエポキシ樹脂を得た。
実施例1において製造例2で得たフェノール樹脂(式(1)で表され、n=0.5であ
るフェノール樹脂)を用いた以外は同じ方法にて、目的のエポキシ樹脂を得た。
[実施例3]
実施例1において製造例3で得たフェノール樹脂(式(1)で表され、n=0.7であ
るフェノール樹脂)を用いた以外は同じ方法にて、目的のエポキシ樹脂を得た。
実施例1において製造例3で得たフェノール樹脂(式(1)で表され、n=0.9であ
るフェノール樹脂)を用いた以外は同じ方法にて、目的のエポキシ樹脂を得た。
[比較例2]
実施例1において製造例4で得たフェノール樹脂(式(1)で表され、n=0であるフ
ェノール樹脂)を用いた以外は同じ方法にて、目的のエポキシ樹脂を得た。
実施例1において製造例6で得たフェノール樹脂(式(2)で表され、n=0.2であ
るフェノール樹脂)を用いた以外は同じ方法にて、目的のエポキシ樹脂を得た。
実施例1〜3及び比較例1〜3得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量、溶融粘度(150℃)、加水分解性塩素量、軟化点を前述の方法で測定し結果を表1に示した。
[実施例4〜6及び比較例4〜6]
表2に示す割合でエポキシ樹脂と硬化剤を配合し、100℃まで加温して均一になるまで撹拌した。その後、80℃まで冷却し、硬化促進剤を表2に示す割合で加えて均一になるまで撹拌してエポキシ樹脂組成物を調製した。なお、表2中、「部」は「重量部」を表す。
硬化剤:フェノールノボラック樹脂(群栄化学社製 商品名 PSM6200(水酸基当量:103g/当量))
硬化促進剤:トリフェニルホスフィン(東京化成工業株式会社製 商品名 トリフェニルホスフィン)
一方の面に、離型ペットフィルムを積層したガラス板を2枚用意し、これらのガラス板を離型ペットフィルム側を内面にし、ガラス板間隔を5mmに調整して注型板を作成した。
この注型板に、エポキシ樹脂組成物を注型し、120℃で2時間、その後175℃で6時間加熱して硬化させることで硬化物を得た。
得られた硬化物について、以下の評価を実施し、結果を表2に示した。
表2の配合でエポキシ樹脂、硬化剤を100℃まで加温して均一になるまで撹拌し、5℃で30分冷却して組成物を得た。その後、ハンマーで粉砕し、5mm角のメッシュをパスした物を直径5cm長さ15cmの円柱に入れて20℃で72hr放置した。その後、1cm角のメッシュをパスした物が5割以上の物をブロッキングしなかった組成物として○とし、1cm角のメッシュをパスした物が5割以下の物をブロッキングした組成物として×とした。
硬化物を縦5cm、横1cm、厚さ5mmに切削して試験片を得た。熱機械分析装置(DMS:セイコーインスツルメント社製 EXSTAR6100)により、3点曲げモー
ドで以下の測定方法で分析を行い、1HzのE''のピークトップをTg(E'')とした。
(測定方法)
1回目昇温:5℃/分、30℃から280℃
[吸水率の測定]
硬化物を縦3cm、横3cm、厚さ5mmに切削して試験片を得た。85℃、85%に調整した恒温恒湿漕に168hr試験片を入れ、試験片が水分を給水した事による重量変化率を吸水率とした。
硬化物を縦5cm、横1cm、厚さ5mmに切削して試験片を得た。熱機械分析装置(DMS:セイコーインスツルメント社製 EXSTAR6100)により、3点曲げモー
ドで以下の測定方法で分析を行い、1Hzの250℃(E')を高温時の弾性率とした。
(測定方法)
1回目昇温:5℃/分、30℃から280℃
表1より、式(1)のn数が本発明の規定範囲内であるフェノール樹脂を用いて製造し
た本発明のエポキシ樹脂である実施例1〜3は、比較例1のエポキシ樹脂に対し、150℃の溶融粘度においてハンドリング性に優れ、加水分解性塩素が低い為、電気特性に優れるものであることがわかる。
での高弾性を有する事が分かる。
一方、比較例2のエポキシ樹脂は実施例1〜3のエポキシ樹脂に比べて、軟化点が低く、ブロッキング性の問題がある。また、比較例4でフェノール樹脂と混ぜてブロッキングテストを実施したが、実施例4〜6のエポキシ樹脂組成物と比較して耐ブロッキング性に劣り、実使用が拒まれるほど、取り扱い上において重大な問題がある。
これらを総合すると、実施例1〜3のエポキシ樹脂及び、実施例4〜6のエポキシ樹脂組成物は、比較例1〜3のエポキシ樹脂、及び比較例4〜6のエポキシ樹脂組成物に比べて優れている事が分かる。
Claims (10)
- エポキシ当量が161〜191g/当量である請求項1に記載のエポキシ樹脂。
- 150℃における溶融粘度が3.5Pa・s以下である請求項1または2に記載のエポキシ樹脂。
- 加水分解性塩素が770ppm以下である請求項1から3のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂。
- 軟化点が48〜70℃である請求項1から4のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂。
- 請求項1から5のいずれかに記載のエポキシ樹脂100重量部に対し、硬化剤を0.01〜1000重量部含むエポキシ樹脂組成物。
- 前記硬化剤がフェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤及びアミド系硬化剤からなる群から選ばれる少なくとも1である請求項6に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1から5のいずれかに記載のエポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂を更に含む請求項6または7に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項6から8のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させてなる硬化物。
- 請求項6から8のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させてなる電気・電子部品。
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