JP2020204029A - フェノキシ樹脂組成物および樹脂材料 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに検討したところ、フェノキシ樹脂とともに含まれる低分子量成分を低減することで、その熱伝導性をさらに高められることが判明した。しかしながら、低分子量成分の含有量を過剰に低減すると、フェノキシ樹脂の流動性が低下し、樹脂材料に適用しづらくなる恐れがあった。
分子内にメソゲン構造を有するフェノキシ樹脂と、
重量平均分子量Mwが1,000以下の低分子量成分と、
を含む、フェノキシ樹脂組成物であって、
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで得られる当該フェノキシ樹脂組成物の分子量分布において、前記低分子量成分のピーク面積が、全ピーク面積100%に対して、7.0%以上50.0%以下である、
フェノキシ樹脂組成物が提供される。
上記フェノキシ樹脂組成物は、分子内にメソゲン構造を有するフェノキシ樹脂と、重量平均分子量Mwが1,000以下の低分子量成分と、を含む。
上記フェノキシ樹脂組成物は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで得られる当該フェノキシ樹脂組成物の分子量分布において、Mwが1,000以下の低分子量成分のピーク面積が、全ピーク面積100%に対して、7.0%以上50.0%以下という特性を有する。
しかしながら、低分子量成分の含有量を過剰に低減すると、フェノキシ樹脂の流動性が低下してしまうことが分かった。流動性の低下によって溶融粘度が高くなり、樹脂材料に適用しづらくなる恐れがある。
本実施形態によれば、上記のフェノキシ樹脂組成物、必要に応じて、熱硬化性樹脂、硬化剤、硬化促進剤、その他の添加剤を含む熱硬化性樹脂組成物(熱伝導性樹脂組成物)を提供できる。
熱硬化性樹脂組成物は、特に限定されず、放熱材料、絶縁材料、半導体封止材料などの各種様々な用途に適用できる。
低分子量成分は、上記フェノキシ樹脂に含まれるモノマー成分(C)を2種または3種以上と、モノマー成分(C)を含まないMwが1k以下の低分子量成分(B)とを含んでもよい。モノマー成分にはエポキシモノマー、フェノールモノマーが含まれてもよい。低分子量成分(B)はモノマー成分(C)の1種または2種以上の重合物で構成されてもよい。
また上記メソゲン構造含有フェノキシ樹脂の他の例として、分子内において、メソゲン構造含有フェノール化合物由来の構造単位を含むものが挙げられる。
すなわち、上記フェノキシ樹脂は、多官能フェノール化合物と多官能エポキシ化合物との反応化合物を含むことができる。これらの多官能フェノール化合物および多官能エポキシ化合物のいずれか一方または両方が、メソゲン構造を有するものである。
すなわち、上記フェノキシ樹脂は、メソゲン構造含有フェノール化合物の付加重合物を含むことができる。
−A1−x−A2− ・・(1)
−x−A1−x− ・・(2)
ここで、直接結合とは、単結合、またはメソゲン構造中のA1およびA2が互いに連結して環構造を形成することを意味する。例えば、上記一般式(1)で表される構造に、ナフタレン構造が含まれていてもよい。
すなわち、上記フェノキシ樹脂は、3個以上のヒドロキシ基を分子内に有する多官能フェノール化合物と、2個以上のエポキシ基を分子内に有する多官能エポキシ化合物との分岐状反応化合物を含むことができる。
上記ポリフェノールは、分子内に3個以上のフェノール性ヒドロキシ基を含有する化合物である。また、このポリフェノールは、分子内に上記メソゲン構造を備えるものが好ましい。例えば、メソゲン構造として、ビフェニル骨格、フェニルベンゾエート骨格、アゾベンゼン骨格、アミド骨格、スチルベン骨格等を用いることができる。
なお、ポリフェノール誘導体とは、3個以上のフェノール性ヒドロキシ基およびメソゲン構造を有するポリフェノール化合物に対して、当該化合物の置換可能な位置で他の置換基に変更される化合物を含むものである。
上記3官能フェノール化合物として、例えば、以下の化学式で表されるレスベラトロールを用いることができる。
また、上記2官能エポキシ化合物として、上記一般式(B)のR5およびR7のグリシジルエーテル基が、それぞれのベンゼン環のパラ位に結合したものを用いることができる。
本実施形態において、分岐型反応化合物(分岐型フェノキシ樹脂)は、全ての水酸基とグリシジルエーテル基が反応した上記構造単位以外にも、未反応の水酸基及び/または未反応のグリシジルエーテル基を含む構造単位を含むことができる。
すなわち、上記フェノキシ樹脂は、2個のヒドロキシ基を分子内に有する2官能フェノール化合物と、2個のエポキシ基を分子内に有する2官能エポキシ化合物との直鎖型反応化合物を含むことができる。
本実施形態において、直鎖型反応化合物(直鎖型フェノキシ樹脂)は、全ての水酸基とグリシジルエーテル基が反応した上記構造単位以外にも、未反応の水酸基及び/または未反応のグリシジルエーテル基を含む構造単位を含むことができる。
また、剛直かつ電子共役している直鎖型の構造単位を有することにより、放熱特性を向上させることができる。
上記フェノキシ樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分散度(PDI:Mw/Mn)は、GPC測定により得られる標準ポリスチレン(PS)の検量線から求めたポリスチレン換算値を用いて、算出する。
GPCの測定条件は、たとえば以下の通りである。
東ソー(株)社製ゲルパーミエーションクロマトグラフィー装置HLC−8320GPC
カラム:東ソー(株)社製TSK−GEL GMH、G2000H、SuperHM−M
検出器:液体クロマトグラム用RI検出器
測定温度:40℃
溶媒:THF
試料濃度:2.0mg/ミリリットル
このMwが1k以下の低分子量成分(B+C)には、モノマー成分(C)と、モノマー成分(C)を含まないMwが1,000以下の低分子量成分(B)とが含まれる。
全ピーク面積100%とは、Mwが1k超の高分子量成分(A)、モノマー成分(C)、モノマー成分(C)を含まないMwが1,000以下の低分子量成分(B)のピーク面積の合計値とする。
また、熱硬化性樹脂組成物中における不揮発分(100質量%)を指し、水や溶媒等の溶剤を除いた残部を指す。
上記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール誘導体またはこれらの誘導体等が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、1分子内に反応性官能基を2個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を用いることができ、その分子量や分子構造は特に限定されない。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記硬化剤としては、熱硬化性樹脂の種類に応じて選択され、これと反応するものであれば特に限定されない。
上記硬化剤としては、フェノール樹脂系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、メルカプタン系硬化剤等を挙げることができる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記熱硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、硬化促進剤を含むことができる。
上記硬化促進剤の種類や配合量は特に限定されないが、反応速度や反応温度、保管性などの観点から、適切なものを選択することができる。
上記熱伝導性フィラーは、たとえば、20W/m・K以上の熱伝導率を有する高熱伝導性無機粒子を含むことができる。高熱伝導性無機粒子としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素及び酸化マグネシウムから選択される少なくとも1種以上を含むことができる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これにより、熱硬化性樹脂組成物中における熱伝導性フィラーの相溶性を向上させることができる。カップリング剤は、熱硬化性樹脂組成物に添加してもよいし、熱伝導性フィラー表面に処理して使用してもよい。
上記の各成分を、溶剤中に溶解、混合、撹拌することにより樹脂ワニス(ワニス状の熱硬化性樹脂組成物)を調製することができる。この混合は、超音波分散方式、高圧衝突式分散方式、高速回転分散方式、ビーズミル方式、高速せん断分散方式、および自転公転式分散方式などの各種混合機を用いることができる。
本実施形態の樹脂シートは、キャリア基材と、キャリア基材上に設けられた、本実施形態の熱硬化性樹脂組成物からなる樹脂層と、を備えるものである。
本実施形態の樹脂基板は、上記熱硬化性樹脂組成物の硬化物で構成された絶縁層を備えるものである。この樹脂基板は、例えば、LED、パワーモジュールなどの電子部品を搭載するためのプリント基板の材料として用いることができる。
本実施形態の一例として、金属ベース基板100について図1に基づいて説明する。
図1は、金属ベース基板100の構成の一例を示す断面図である。
上記金属ベース基板100は、図1に示すように、金属基板101と、金属基板101上に設けられた絶縁層102と、絶縁層102上に設けられた金属層103と、を備えることができる。この絶縁層102は、上記の熱硬化性樹脂組成物からなる樹脂層、熱硬化性樹脂組成物の硬化物および積層板からなる群から選択される一種で構成することが可能である。これらの樹脂層、積層板のそれぞれは、金属層103の回路加工の前では、Bステージ状態の熱硬化性樹脂組成物で構成されていてもよく、回路加工の後では、それを硬化処理されてなる硬化体であってもよい。
また、金属層103の厚みの上限は、例えば、10.0mm以下であり、好ましくは5mm以下である。このような数値以下であれば、回路加工性を向上させることができ、また、基板全体としての薄型化を図ることができる。
金属基板101の厚さの上限は、例えば、20.0mm以下であり、好ましくは5.0mm以下である。この数値以下の金属基板101を用いることで、金属ベース基板100の外形加工や切り出し加工等における加工性を向上させることができる。
また、金属基板101の厚さの下限は、例えば、0.01mm以上であり、好ましくは0.6mm以上である。この数値以上の金属基板101を用いることで、金属ベース基板100全体としての放熱性を向上させることができる。
金属ベース基板100は、パターンにエッチング等することによって回路加工された金属層103を有することができる。この金属ベース基板100において、最外層に不図示のソルダーレジストを形成し、露光・現像により電子部品が実装できるよう接続用電極部が露出されていてもよい。
(エポキシ化合物)
(実施例1〜14)
表1に示す種類および配合量(重量部)に従って、エポキシ化合物、フェノール化合物、トリフェニルホスフィン(TPP)、及び溶剤(メチルエチルケトン)を反応器に投下し、表1に示す反応温度、反応時間に従って、溶剤を除去しながら反応させた。GPCで目的の分子量のフェノキシ樹脂が得られ、さらに重量平均分子量Mwが1,000以下の低分子量成分が所定の量であることを確認し、反応を停止させた。また、適宜精製することにより当該低分子量成分の量を低減させた。
以上により、以下の化学式で表される繰り返し単位を含むフェノキシ樹脂と、重量平均分子量Mwが1,000以下の低分子量成分を所定の量で含む樹脂組成物を得た
表1に示すエポキシ化合物、フェノール化合物、重量比率、反応温度、反応時間を使用した以外は、実施例1と同様にして、フェノキシ樹脂を得た。
実施例9で得られたフェノキシ樹脂を、良溶剤に溶解させ、固形分濃度40%程度に調製した後、8倍量のメタノールを用いて再沈殿を行い、モノマー含有量を低減させたフェノキシ樹脂を得た。
GPCの測定条件は、以下の通りである。
・東ソー(株)社製ゲルパーミエーションクロマトグラフィー装置HLC−8320GPC
・カラム:東ソー(株)社製TSK−GEL GMH、G2000H、SuperHM−M
・検出器:液体クロマトグラム用RI検出器
・測定温度:40℃
・溶媒:THF
・試料濃度:2.0mg/ミリリットル
東亜工業株式会社製コーンプレート粘度計CV−1Sを用いて、約0.1gの粉砕したフェノキシ樹脂を量り取り、あらかじめ所定の温度(150℃、165℃、180℃)で予熱されたステージ上に乗せ、コーン回転数が94rpm〜750rpmのときのトルク値を測定した。測定されたトルク値を用いて、フェノキシ樹脂の溶融粘度(mPa・s)を算出した。
下記の評価基準に基づいて、フェノキシ樹脂組成物の溶融粘度を評価した。
表1中、180℃時の溶融粘度が10mPa・s超の場合を×、180℃時の溶融粘度が10mPa・s以下5mPa・s超の場合を△、180℃時の溶融粘度が5mPa・s以下の場合を○とした。検出限界とは、溶融粘度が低すぎて測定できなかったことを示す。
得られたフェノキシ樹脂組成物を用いて、下記の手順に従って、熱拡散率および熱伝導率を測定した。
・樹脂成形体の作製
得られたフェノキシ樹脂組成物100重量部に触媒(2−メチルイミダゾール)2重量部を混合した混合物を、離型剤を塗布した金型にセットし、コンプレッション成形を180℃、30min行い、直径10mm×厚み1mmの樹脂成形物を得た。その後、オーブンにて180℃、180minの硬化を行い、樹脂成形体(熱伝導率測定用サンプル1)を得た。
・樹脂成形体の密度
密度測定は、JIS K 6911(熱硬化性プラスチック一般試験方法)に準拠して行った。試験片は、上記の樹脂成形体から、縦2cm×横2cm×厚み2mmに切り出したものを用いた。密度(ρ)の単位をg/cm3とする。
得られた上記の樹脂成形体について、DSC法により比熱(Cp)を測定した。
得られた樹脂成形体から、厚み方向測定用として、直径10mm×厚み1mmに加工したものを試験片とした。次に、ULVAC社製のXeフラッシュアナライザーTD−1RTVを用いて、レーザーフラッシュ法により板状の試験片の厚み方向の熱拡散係数(α)の測定を行った。測定は、大気雰囲気下、25℃の条件下で行った。
樹脂成形体について、得られた熱拡散係数(α)、比熱(Cp)、密度(ρ)の測定値から、下記式に基づいて熱伝導率を算出した。
熱伝導率[W/m・K]=α[m2/s]×Cp[J/kg・K]×ρ[g/cm3]
表1中、樹脂成形体の熱伝導率を「樹脂熱伝導率」とした。
表1中、樹脂熱伝導率が0.26W/m・K以下の場合を×、樹脂熱伝導率が0.26W/m・K超0.29W/m・K未満の場合を△、樹脂熱伝導率が0.29W/m・K以上の場合を○とした。
101 金属基板
102 絶縁層
103 金属層
Claims (12)
- 分子内にメソゲン構造を有するフェノキシ樹脂と、
重量平均分子量Mwが1,000以下の低分子量成分と、
を含む、フェノキシ樹脂組成物であって、
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで得られる当該フェノキシ樹脂組成物の分子量分布において、前記低分子量成分のピーク面積が、全ピーク面積100%に対して、7.0%以上50.0%以下である、
フェノキシ樹脂組成物。 - 請求項1に記載のフェノキシ樹脂組成物であって、
前記メソゲン構造が、下記一般式(1)で表される構造を有するものである、フェノキシ樹脂組成物。
−A1−x−A2− (1)
(上記一般式(1)中、A1およびA2は、各々独立して、芳香族基、縮合芳香族基、脂環基、または脂環式複素環基を表し、xは、直接結合、または−O−、−SO2−、−C=C−、−C≡C−、−CO−、−CO−O−、−CO−NH−、−CH=N−、−CH=N−N=CH−、−N=N−および−N(O)=N−からなる群から選択される2価の結合基を示す。) - 請求項1または2に記載のフェノキシ樹脂組成物であって、
前記分子内にメソゲン構造を有するフェノキシ樹脂が、
分子内に2個以上のヒドロキシ基を有する多官能フェノール化合物由来の構造単位、および分子内に2個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物由来の構造単位を有しており、
前記多官能フェノール化合物および前記多官能エポキシ化合物の少なくとも一方が、分子中に前記メソゲン構造を有するものである、フェノキシ樹脂組成物。 - 請求項3に記載のフェノキシ樹脂組成物であって、
前記分子内にメソゲン構造を有するフェノキシ樹脂が、下記一般式(A)で表される多官能フェノール化合物と、下記一般式(B)で表される多官能エポキシ化合物との反応により得られる、フェノキシ樹脂組成物。
- 請求項3〜6のいずれかに記載のフェノキシ樹脂組成物であって、
前記フェノキシ樹脂は、前記多官能フェノール化合物と前記多官能エポキシ化合物との反応により得られ、
前記低分子量成分は、未反応モノマーおよび当該未反応モノマーの低核体を含む、フェノキシ樹脂組成物。 - 請求項3〜7のいずれか一項に記載のフェノキシ樹脂組成物であって、
当該フェノキシ樹脂組成物の分子量分布において、全ピーク面積100%に対する、モノマー成分を含まない前記低分子量成分のピーク面積が、2.0%以上25.0%以下を満たす、
フェノキシ樹脂組成物。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のフェノキシ樹脂組成物であって、
Mwが1,000超えの高分子量成分のMwが1,000を超え200,000以下である、フェノキシ樹脂組成物。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載のフェノキシ樹脂組成物であって、
Mwが1,000超えの高分子量成分の分子量分布(Mw/Mn)が1.00以上5.00以下である、フェノキシ樹脂組成物。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載のフェノキシ樹脂組成物であって、
熱伝導性樹脂組成物に用いる、フェノキシ樹脂組成物。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載のフェノキシ樹脂組成物を含む、樹脂材料。
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