JP2021195459A - Epoxy resin composition and molding - Google Patents

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正史 梶
Masashi Kaji
浩一郎 大神
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Abstract

To provide an epoxy resin composition which is excellent in moldability, is high in thermal conductivity when being compounded with an inorganic filler, and gives a molding that is low in thermal expansion and is excellent in heat resistance, humidity resistance and flame retardancy, and a molding using the same.SOLUTION: An epoxy resin composition contains an epoxy resin and a curing agent or an additional inorganic filler as main components, in which an epoxy resin having a 4,4'-bisphenoxy biphenyl structure is used as an epoxy resin component in an amount of 50 wt.% or more, and a bifunctional phenolic compound is used as a curing agent component in an amount of 50 wt.% or more in a curing agent component.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、電気絶縁性等の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。 The present invention relates to an epoxy resin composition useful as an insulating material for electrical and electronic materials such as semiconductor encapsulation, laminated plates, and heat dissipation substrates having excellent reliability such as electrical insulation, and a molded product using the same.

従来、ダイオード、トランジスタ、集積回路(IC)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、近年では電気絶縁性等の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。 Conventionally, as a sealing method for electric and electronic parts such as diodes, transistors, integrated circuits (ICs), semiconductor devices, etc., for example, a sealing method using epoxy resin, silicon resin, etc., glass, metal, ceramic, etc. have been used. The hermetic sealing method has been adopted, but in recent years, resin encapsulation by transfer molding, which is cost-effective and can be mass-produced with improved reliability such as electrical insulation, is the mainstream.

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。 In the resin composition used for resin encapsulation by transfer molding, a encapsulating material composed of an epoxy resin and a resin composition containing a phenol resin as a main component as a curing agent is generally used.

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。 Epoxy resin compositions used for the purpose of protecting devices such as power devices are densely filled with an inorganic filler such as crystalline silica in order to cope with a large amount of heat emitted by the device.

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、耐熱性、熱膨張性の更なる向上が望まれている。 Power devices include those that consist of one chip incorporating IC technology and those that are modularized, and further improvement in heat dissipation, heat resistance, and thermal expansion of the encapsulating material is desired. There is.

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)。ところが、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。 In order to meet these demands, attempts have been made to contain inorganic fillers such as crystalline silica, silicon nitride, aluminum nitride, and spherical alumina powder, which have high thermal conductivity, in order to improve the thermal conductivity (patented). Documents 1 and 2). However, if the content of the inorganic filler is increased, the fluidity decreases as the viscosity increases during molding, which causes a problem that the moldability is impaired. Therefore, there is a limit to the method of simply increasing the content of the inorganic filler.

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及び特許文献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及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。 From the above background, a method of improving the thermal conductivity of the composition by increasing the thermal conductivity of the matrix resin itself is also being studied. For example, Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5 propose a liquid crystal epoxy resin having a rigid mesogen group and an epoxy resin composition using the same. However, an aromatic diamine compound is used as the curing agent used in these epoxy resin compositions, and there is a limit to increasing the filling rate of the inorganic filler, and there is also a problem in terms of electrical insulation. Further, when the aromatic diamine compound was used, although the liquid crystallinity of the cured product could be confirmed, the crystallinity of the cured product was low, and it was not sufficient in terms of high thermal conductivity, low thermal expansion, low hygroscopicity and the like. Furthermore, in order to develop liquid crystallinity, it is necessary to apply a strong magnetic field to orient the molecules, and there are major restrictions on equipment for widespread industrial use. Further, in the compounding system with the inorganic filler, the thermal conductivity of the inorganic filler is overwhelmingly higher than that of the matrix resin, and even if the thermal conductivity of the matrix resin itself is increased, it can be used as a composite material. The reality is that it does not contribute significantly to the improvement of thermal conductivity, and a sufficient effect of improving thermal conductivity has not been obtained.

特許文献6にはフェノキシビフェニレン基を持つエポキシ樹脂が示され、硬化剤にイソフタル酸ジヒドラジドを用いたエポキシ樹脂組成物が開示されているが、このような多官能性の硬化剤を用いた場合、不定形のアモルファスな硬化物を与えるのみであり、高熱伝導率化、低熱膨張率化等の物性は向上しなかった。これまで、フェノキシビフェニレン構造のエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂と二官能性フェノール化合物を主成分とする硬化剤から得られる硬化物の物性については教えるものはなかった。 Patent Document 6 discloses an epoxy resin having a phenoxybiphenylene group, and discloses an epoxy resin composition using isophthalic acid dihydrazide as a curing agent. When such a polyfunctional curing agent is used, the epoxy resin composition is disclosed. Only an amorphous cured product having an amorphous shape was given, and physical properties such as high thermal conductivity and low thermal expansion rate were not improved. So far, there has been no teaching about the physical properties of the cured product obtained from an epoxy resin containing an epoxy resin having a phenoxybiphenylene structure as a main component and a curing agent containing a bifunctional phenol compound as a main component.

特開平11−147936号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-147936 特開2002−309067号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-309067 特開平11−323162号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-323162 特開2004−331811号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-331811 特開平9−118673号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-118673 米国特許3219670号明細書U.S. Pat. No. 3219670

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、耐湿性、さらには難燃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。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to have excellent moldability, high thermal conductivity when combined with an inorganic filler, low thermal expansion, heat resistance, moisture resistance, and further difficulty. It is an object of the present invention to provide an epoxy resin composition that gives a molded product having excellent flammability, and further to provide a molded product using the same.

本発明者らは、フェノキシビフェニレン構造を持つエポキシ樹脂と二次元的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。 The present inventors have unique physical properties such as thermal conductivity, heat resistance, and low thermal expansion property when an epoxy resin having a phenoxybiphenylene structure and a specific bifunctional curing agent whose reaction proceeds two-dimensionally are combined. The present invention has been reached by finding that the improvement is achieved.

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%以上がフェノキシビフェニレン構造を持つエポキシ樹脂であり、硬化剤の50wt%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。 In the present invention, in an epoxy resin and a curing agent, or an epoxy resin composition containing these and an inorganic filler as main components, 50 wt% or more of the epoxy resin is an epoxy resin having a phenoxybiphenylene structure, and 50 wt% or more of the curing agent. Is an epoxy resin composition characterized by being a bifunctional phenolic compound.

上記フェノキシビフェニレン構造を持つエポキシ樹脂は、下記式(1)で表される。

Figure 2021195459

(但し、R、Rは水素原子又は、炭素数1〜8の炭化水素基を示し、nは1〜50の数を示す。) The epoxy resin having the phenoxybiphenylene structure is represented by the following formula (1).
Figure 2021195459

(However, R 1 and R 2 indicate a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, and n indicates a number of 1 to 50.)

上記の二官能フェノール性化合物としては、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、ジヒドロキシジフェニルメタン類、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド及びナフタレンジオール類からなる群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。 Examples of the above bifunctional phenolic compound include hydroquinone, 4,4'-dihydroxybiphenyl, 4,4'-dihydroxydiphenyl ether, 4,4'-dihydroxydiphenylketone, 1,4-bis (4-hydroxyphenoxy) benzene, and the like. Preferred are at least one bifunctional phenolic compound selected from the group consisting of dihydroxydiphenylmethanes, 4,4'-dihydroxydiphenylsulfides and naphthalenediols.

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50〜96wt%含有することが好ましい。また、後述するとおり、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る。 The epoxy resin composition of the present invention may contain an inorganic filler, and in this case, it is preferable that the epoxy resin composition contains 50 to 96 wt% of the inorganic filler. Further, as described later, spherical alumina is preferably mentioned as the inorganic filler.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、電子材料用、特に、後述するとおり電子部品の封止材用又は電気絶縁基板用のエポキシ樹脂組成物として適する。 The epoxy resin composition of the present invention is suitable as an epoxy resin composition for electronic materials, particularly for encapsulants for electronic components or for electrically insulating substrates as described later.

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成形物である。 Further, the present invention is a molded product obtained by reacting the above epoxy resin composition and molding and curing.

上記硬化成形物は、熱伝導率が4W/m・K以上であることが好ましい。 The cured molded product preferably has a thermal conductivity of 4 W / m · K or more.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、成形性、電気絶縁性等の信頼性に優れ、かつ高熱伝導性、低吸水性、低熱膨張性、高耐熱性、難燃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、高耐熱性、難燃性及び高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、フェノキシビフェニレン構造の剛直構造を有するエポキシ樹脂を主成分として用いたことと、硬化剤として二官能フェノール性化合物を主成分として用いたことにより樹脂骨格の配向性が良くなったためと推察される。 The epoxy resin composition of the present invention provides a molded product having excellent reliability such as moldability and electrical insulation, and excellent in high thermal conductivity, low water absorption, low thermal expansion, high heat resistance, and flame retardancy. It is suitably applied as an insulating material for electric and electronic materials such as semiconductor encapsulation, laminated plates, and heat dissipation substrates, and exhibits excellent high heat dissipation, high heat resistance, flame retardancy, and high dimensional stability. The reason why such a specific effect is produced is that an epoxy resin having a rigid structure having a phenoxybiphenylene structure is used as a main component and a bifunctional phenolic compound is used as a main component as a curing agent to form a resin skeleton. It is presumed that the orientation has improved.

以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明のエポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ樹脂は、上記式(1)で表されるフェノキシビフェニレン構造を持つエポキシ樹脂を50wt%以上含む。 The epoxy resin used in the epoxy resin composition of the present invention contains 50 wt% or more of an epoxy resin having a phenoxybiphenylene structure represented by the above formula (1).

式(1)において、R、Rは、水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基であり、それぞれ同じであっても異なっていてもよく、炭化水素基としてはメチル基、エチル基、iso−プロピル基、tert-ブチル基、フェニル基、ベンジル基等が例示されるが、水素原子又はメチル基が好ましい。 In the formula (1), R 1 and R 2 are hydrogen atoms or hydrocarbon groups having 1 to 8 carbon atoms, which may be the same or different from each other, and the hydrocarbon groups include a methyl group and an ethyl group. , Iso-propyl group, tert-butyl group, phenyl group, benzyl group and the like are exemplified, but a hydrogen atom or a methyl group is preferable.

nは繰り返し数であり、0から50の数を表すが、好ましいnの値は、適用する用途に応じて異なる。例えば、フィラーの高充填率化が要求される半導体封止材の用途には、低粘度であるものが望ましく、nの値は0〜3、好ましくは0.1〜2、さらに好ましくは、nが0のものが50wt%以上含まれるものである。本発明のエポキシ樹脂が、nの値が異なる混合物である場合は、nの数平均値として0〜5、好ましくは0.1〜2、更に好ましくは、nが0のものが50wt%以上含まれるものであり、nの数平均値が0.1〜1のものである。これらの低分子量のエポキシ樹脂は、場合により結晶化され、常温で固体として使用される。また、プリント配線板等の用途には、高分子量のエポキシ樹脂が好適に使用され、この場合のnの値は、5〜50、好ましくは10〜40、更に好ましくは、20〜40である。nの値が異なる混合物である場合は、nの数平均値としても、上記の範囲がよい。この場合、数平均値が50以下となれば、nの値が50以上の整数となる分子が含まれてもよい。 n is a repeat number, representing a number from 0 to 50, but the preferred value of n will vary depending on the application. For example, for applications of semiconductor encapsulants that require a high filling rate of fillers, those having a low viscosity are desirable, and the value of n is 0 to 3, preferably 0.1 to 2, and more preferably n. Those with 0 are contained in an amount of 50 wt% or more. When the epoxy resin of the present invention is a mixture having a different value of n, the number average value of n is 0 to 5, preferably 0.1 to 2, and more preferably 50 wt% or more of the epoxy resin having 0. The number average value of n is 0.1 to 1. These low molecular weight epoxy resins are optionally crystallized and used as solids at room temperature. Further, a high molecular weight epoxy resin is preferably used for applications such as printed wiring boards, and the value of n in this case is 5 to 50, preferably 10 to 40, and more preferably 20 to 40. When the values of n are different, the above range is good as the number average value of n. In this case, if the number average value is 50 or less, a molecule having an n value of 50 or more may be included.

本発明に用いるエポキシ樹脂の製法は、特に限定されるものではないが、下記式(2)のフェノキシビフェニレン基を持つフェノール性化合物とエピクロルヒドリンと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。

Figure 2021195459
ここで、R及びRは、上記式(1)のR及びRと同じである。 The method for producing the epoxy resin used in the present invention is not particularly limited, but it can be produced by reacting a phenolic compound having a phenoxybiphenylene group of the following formula (2) with epichlorohydrin. This reaction can be carried out in the same manner as a normal epoxidation reaction.
Figure 2021195459
Wherein, R 1 and R 2 are the same as R 1 and R 2 in the formula (1).

フェノール性化合物とエピクロルヒドリンとの反応は、例えば、フェノール性化合物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、フェノール性化合物中の水酸基1モルに対して、0.8〜2.0モル、好ましくは、0.9〜1.5モルの範囲である。エピクロルヒドリンは、フェノール性化合物中の水酸基に対して過剰量が用いられ、通常は、フェノール性化合物中の水酸基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。 The reaction between the phenolic compound and epichlorohydrin is, for example, after dissolving the phenolic compound in excess epichlorohydrin, in the presence of an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, preferably at 50 to 150 ° C. , A method of reacting in the range of 60 to 100 ° C. for 1 to 10 hours can be mentioned. The amount of the alkali metal hydroxide used at this time is in the range of 0.8 to 2.0 mol, preferably 0.9 to 1.5 mol, with respect to 1 mol of the hydroxyl group in the phenolic compound. An excess amount of epichlorohydrin is used for the hydroxyl group in the phenolic compound, and usually 1.5 to 15 mol with respect to 1 mol of the hydroxyl group in the phenolic compound. After completion of the reaction, excess epichlorohydrin is distilled off, the residue is dissolved in a solvent such as toluene and methyl isobutyl ketone, filtered, washed with water to remove the inorganic salt, and then the solvent is distilled off to obtain the desired epoxy. Resin can be obtained.

本発明のエポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ樹脂は、フェノキシビフェニレン基を持つフェノール性化合物とフェノキシビフェニレン基を持たない他のフェノール性化合物とを混合させたものを用いて合成することもできる。この場合のフェノキシビフェニレン基を持つフェノール性化合物の混合比率は50wt%以上であることが好ましい。また、他のフェノール性化合物については特に制約はなく、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。 The epoxy resin used in the epoxy resin composition of the present invention can also be synthesized by using a mixture of a phenolic compound having a phenoxybiphenylene group and another phenolic compound having no phenoxybiphenylene group. In this case, the mixing ratio of the phenolic compound having a phenoxybiphenylene group is preferably 50 wt% or more. The other phenolic compounds are not particularly limited, and are selected from those having two or more hydroxyl groups in one molecule.

本発明のエポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ樹脂のエポキシ当量(g/eq)は、通常180から600の範囲であるが、無機フィラーの高充填率化及び流動性向上の観点からは低粘度性のものが良く、180から300の範囲のものが好ましい。 The epoxy equivalent (g / eq) of the epoxy resin used in the epoxy resin composition of the present invention is usually in the range of 180 to 600, but has low viscosity from the viewpoint of increasing the filling rate and improving the fluidity of the inorganic filler. The ones are good, preferably those in the range of 180 to 300.

このフェノキシビフェニレ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が好適に使用される。好ましい融点の範囲は80℃〜250℃であり、より好ましくは、100℃〜200℃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。 As the epoxy resin having a phenoxybiphenylene group, one having crystallinity at room temperature is usually preferably used. The preferred melting point range is 80 ° C to 250 ° C, more preferably 100 ° C to 200 ° C. If it is lower than this, blocking or the like is likely to occur and the handleability as a solid is inferior, and if it is higher than this, compatibility with a curing agent or the like, solubility in a solvent or the like is lowered.

このフェノキシビフェニレ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−AgNO水溶液で電位差滴定を行い得られる値である。 The purity of the epoxy resin having a phenoxybiphenylene group, particularly the amount of hydrolyzable chlorine, should be smaller from the viewpoint of improving the reliability of the electronic component to be applied. Although not particularly limited, it is preferably 1000 ppm or less, more preferably 500 ppm or less. The hydrolyzable chlorine in the present invention means a value measured by the following method. That is, after dissolving 0.5 g of the sample in 30 ml of dioxane, adding 1N-KOH and 10 ml, boiling and refluxing for 30 minutes, cooling to room temperature, further adding 100 ml of 80% acetone water, and potential difference with 0.002N-AgNO 3 aqueous solution. It is a value that can be obtained by titration.

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フェノキシビフェニレ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、又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種又は2種以上を用いることができる。 In the epoxy resin composition of the present invention, in addition to the epoxy resin having a phenoxybiphenylene group used as an essential component, another epoxy resin having two or more epoxy groups in the molecule may be used in combination as the epoxy resin component. .. For example, bisphenol A, bisphenol F, 3,3', 5,5'-tetramethyl-4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 4,4'-dihydroxydiphenylsulfone, 4,4'-dihydroxydiphenylsulfide, Divalent phenols such as fluorenbisphenol, 2,2'-biphenol, resorcin, catechol, t-butylcatechol, t-butylhydroquinone, allylated bisphenol A, allylated bisphenol F, allylated phenol novolak, or phenol novolak , Bisphenol A novolak, o-cresol novolak, m-cresol novolak, p-cresol novolak, xylenol novolak, poly-p-hydroxystyrene, tris- (4-hydroxyphenyl) methane, 1,1,2,2-tetrakis ( 4-Hydroxyphenyl) ethane, fluoroglycinol, pyrogallol, t-butylpyrogalol, allylated pyrogallol, polyallylated pyrogallol, 1,2,4-benzenetriol, 2,3,4-trihydroxybenzophenone, phenol aralkyl resin, naphthol There are trivalent or higher phenols such as aralkyl resin and dicyclopentadiene resin, and glycidyl etherified products derived from halogenated bisphenols such as tetrabromobisphenol A. One type or two or more types of these epoxy resins can be used.

フェノキシビフェニレン基を持つエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂としては、下記式(3)で表されるビスフェノール系エポキシ樹脂が好ましい。

Figure 2021195459
(但し、Zは単結合、メチレン基、ケトン基、酸素原子又は硫黄原子であり、rは0〜1の数を示す。) As the epoxy resin other than the epoxy resin having a phenoxybiphenylene group, a bisphenol-based epoxy resin represented by the following formula (3) is preferable.
Figure 2021195459
(However, Z is a single bond, a methylene group, a ketone group, an oxygen atom or a sulfur atom, and r indicates a number of 0 to 1.)

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ケトン、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。 These epoxy resins are made from, for example, hydroquinone, 4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 4,4'-dihydroxydiphenyl ether, 4,4'-dihydroxydiphenylketone, and 4,4'-dihydroxydiphenylsulfide as raw materials. It can be synthesized by carrying out a conversion reaction.

本発明のエポキシ樹脂組成物に用いるフェノキシビフェニレ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80wt%以上である。さらには、二官能性エポキシ樹脂の合計量が70wt%以上、好ましくは80wt%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、フェノキシビフェニレ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、成形物としての配向度が高くなるためである。 The compounding ratio of the epoxy resin having a phenoxybiphenylene group used in the epoxy resin composition of the present invention is 50 wt% or more, preferably 70 wt% or more, and more preferably 80 wt% or more of the total epoxy resin. Further, it is desirable that the total amount of the bifunctional epoxy resin is 70 wt% or more, preferably 80 wt% or more. If it is less than this, the effect of improving physical properties such as thermal conductivity when the cured product is made is small. This is because the higher the content of the epoxy resin having a phenoxybiphenylene group and the higher the content of the bifunctional epoxy resin, the higher the degree of orientation as a molded product.

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り、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。 The bifunctional phenolic compound used as a curing agent has two phenolic hydroxyl groups in one molecule and is not particularly limited, but for example, bisphenol A, bisphenol F, 4,4'-dihydroxydiphenylmethane. , 4,4'-Dihydroxydiphenyl ether, 1,4-bis (4-hydroxyphenoxy) benzene, 1,3-bis (4-hydroxyphenoxy) benzene, 4,4'-dihydroxydiphenylsulfide, 4,4'-dihydroxy Diphenylketone, 4,4'-dihydroxydiphenylsulfone, 4,4'-dihydroxybiphenyl, 2,2'-dihydroxybiphenyl, 10- (2,5-dihydroxyphenyl) -10H-9-oxa-10-phosphafe Nanslen-10-oxide, hydroquinone, resorcin, t-butylhydroquinone, 1,2-dihydroxynaphthalene, 1,3-dihydroxynaphthalene, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene. , 1,7-Dihydroxynaphthalene, 1,8-dihydroxynaphthalene, 2,3-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxynaphthalene and the like. You may use two or more kinds of these.

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、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、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及びナフタレンジオールからなる群より選ばれる1種又は2種以上のフェノール性化合物が挙げられる。ここで、ジヒドロキシジフェニルメタン及びナフタレンジオールは複数の異性体構造を有するが、いずれの構造であってもよく、異性体混合物であってもよい。 Preferred bifunctional phenolic compounds include hydroquinone, 4,4'-dihydroxybiphenyl, 4,4'-dihydroxydiphenyl ether, 4,4'-dihydroxydiphenylketone, 1,4-bis (4-hydroxyphenoxy) benzene, dihydroxy. Examples thereof include one or more phenolic compounds selected from the group consisting of diphenylmethane, 4,4'-dihydroxydiphenylsulfide and naphthalenediol. Here, dihydroxydiphenylmethane and naphthalenediol have a plurality of isomer structures, but any structure may be used, or a mixture of isomers may be used.

また、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、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−3,3’,4,4’−テトラメチルビフェニル、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。 Further, as the bifunctional phenolic compound, a compound having a mesogen group is preferably used, specifically, 4,4'-dihydroxybiphenyl, 4,4'-dihydroxy-3,3', 4,4'-. Examples thereof include tetramethylbiphenyl, 4,4'-dihydroxydiphenylketone, 1,5-naphthalenediol, 2,6-naphthalenediol, and 2,7-naphthalenediol. Further, preferred bifunctional phenolic compounds having no mesogen group include hydroquinone, resorcin, 4,4'-dihydroxydiphenylmethane, 4,4'-dihydroxydiphenyl ether, and 1,4-bis (4-hydroxyphenoxy). Benzene, 4,4'-dihydroxydiphenyl sulfide can be mentioned.

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。 Here, the mesogen group is a divalent organic group having a rigid structure necessary for exhibiting liquid crystallinity, and an example thereof can be seen in a liquid crystal substance. Examples of the liquid crystal material include Liquid Crystals in Tabellen II, D.I. Demes et al Eds. , VEB Deutscher Verlag fur groundstoffindustrie, Leipzig (1984) can be referred to.

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50wt%以上、好ましくは60wt%以上、より好ましくは70wt%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、成形物としての配向度が高くなるためである。 The amount of the bifunctional phenolic compound used as the curing agent is 50 wt% or more, preferably 60 wt% or more, more preferably 70 wt% or more of the total curing agent. If it is less than this, the effect of improving physical properties such as thermal conductivity when the cured product is made is small. This is because the higher the content of the bifunctional phenolic compound, the higher the degree of orientation as a molded product.

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50wt%を超えないようにする。 As the curing agent used in the epoxy resin composition of the present invention, in addition to the above-mentioned bifunctional phenolic compound, other curing agents generally known as curing agents can be used in combination. Examples thereof include amine-based curing agents, acid anhydride-based curing agents, phenol-based curing agents, polypeptide-based curing agents, polyaminoamide-based curing agents, isocyanate-based curing agents, blocked isocyanate-based curing agents, and the like. The blending amount of these other curing agents may be appropriately set in consideration of the type of the curing agent to be blended and the physical properties of the obtained thermally conductive epoxy resin molded product. However, it should not exceed 50 wt% of the total curing agent.

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、又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電気絶縁性等の信頼性が低下する。 In the epoxy resin composition of the present invention, the compounding ratio of the epoxy resin and the curing agent is preferably in the range of 0.8 to 1.5 in terms of the equivalent ratio of the functional groups in the epoxy group and the curing agent. Outside this range, unreacted epoxy groups or functional groups in the curing agent remain even after curing, and the reliability of the insulating material for electronic components such as electrical insulation is lowered.

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50〜96wt%であるが、好ましくは75〜96wt%、さらに好ましくは85〜96wt%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、エポキシ樹脂が硬化剤と反応した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。 It is preferable that the epoxy resin composition of the present invention contains an inorganic filler. In this case, the amount of the inorganic filler added is usually 50 to 96 wt% with respect to the epoxy resin composition, preferably 75 to 96 wt%, and more preferably 85 to 96 wt%. If it is less than this, the effects of high thermal conductivity, low thermal expansion, high heat resistance and the like will not be sufficiently exhibited. These effects are improved as the amount of the inorganic filler added is larger, but they are not improved according to the volume fraction thereof, and are dramatically improved from the time when the amount exceeds a specific amount. These physical properties are due to the effect of controlling the higher-order structure in the polymer state in which the epoxy resin reacts with the curing agent, and this higher-order structure is mainly achieved on the surface of the inorganic filler. It is believed that it requires an amount of inorganic filler. On the other hand, if the amount of the inorganic filler added is larger than this, the viscosity becomes high and the moldability deteriorates.

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、組成物において無機充填材が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。 The inorganic filler is preferably spherical, and is not particularly limited as long as it is spherical, including those having an elliptical cross section, but from the viewpoint of improving fluidity, it should be as close to a true spherical shape as possible. Is particularly preferable. As a result, the inorganic filler can easily form a close-packed structure such as a face-centered cubic structure or a hexagonal close-packed structure in the composition, and a sufficient filling amount can be obtained. In the case of non-spherical shape, as the filling amount increases, the friction between the fillers increases, the fluidity becomes extremely low and the viscosity becomes high before the above upper limit is reached, and the moldability deteriorates.

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。 From the viewpoint of improving the thermal conductivity, it is preferable that 50 wt% or more, preferably 80 wt% or more of the inorganic filler has a thermal conductivity of 5 W / m · K or more. As such an inorganic filler, alumina, aluminum nitride, crystalline silica and the like are suitable. Among these, spherical alumina is excellent. In addition, if necessary, an amorphous inorganic filler such as molten silica or crystalline silica may be used in combination regardless of the shape.

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。 Further, the average particle size of the inorganic filler is preferably 30 μm or less. If the average particle size is larger than this, the fluidity of the epoxy resin composition is impaired and the strength is also lowered.

本発明のエポキシ樹脂組成物には、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。 A known curing accelerator can be used in the epoxy resin composition of the present invention. Examples include amines, imidazoles, organic phosphines, Lewis acids and the like, specifically 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7, triethylenediamine, benzyldimethylamine, tri. Tertiary amines such as ethanolamine, dimethylaminoethanol, tris (dimethylaminomethyl) phenol, imidazoles such as 2-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-heptadecylimidazole, Organic phosphines such as tributylphosphine, methyldiphenylphosphine, triphenylphosphine, diphenylphosphine, phenylphosphine, tetraphenylphosphonium / tetraphenylborate, tetraphenylphosphonium / ethyltriphenylborate, tetrabutylphosphonium / tetrabutylborate, etc. There are tetraphenylborone salts such as substituted phosphonium / tetra substituted borate, 2-ethyl-4-methylimidazole / tetraphenylporate, N-methylmorpholine / tetraphenylporate. The amount to be added is usually in the range of 0.2 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin. These may be used alone or in combination.

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。 The amount of the curing accelerator added is preferably 0.1 to 10.0 wt% with respect to the total of the epoxy resin and the curing agent. If it is less than 0.1 wt%, the gelation time will be delayed and the workability will be reduced due to the decrease in rigidity during the heating reaction. On the contrary, if it exceeds 10.0 wt%, the reaction will proceed during molding and unfilling will occur. It will be easier.

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。 In the epoxy resin composition of the present invention, in addition to the above components, a mold release agent, a coupling agent, a thermoplastic oligomer, and other substances generally usable for the epoxy resin composition are appropriately blended and used. be able to. For example, a phosphorus-based flame retardant, a flame retardant such as a brom compound or antimony trioxide, a colorant such as carbon black or an organic dye, or the like can be used.

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。 Wax can be used as the release agent. As the wax, for example, stearic acid, montanic acid, montanic acid ester, phosphoric acid ester and the like can be used.

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。 As the coupling agent, for example, epoxysilane can be used. The amount of the coupling agent added is preferably 0.1 to 2.0 wt% with respect to the epoxy resin composition. If it is less than 0.1 wt%, the resin and the base material do not fit well and the moldability deteriorates. On the contrary, if it exceeds 2.0 wt%, the molded product is contaminated due to continuous moldability. Coupling agents are used to improve the adhesive strength between the inorganic filler and the resin component.

熱可塑性のオリゴマー類としては、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及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。 Examples of thermoplastic oligomers include C5 and C9 petroleum resins, styrene resins, indene resins, inden / styrene copolymer resins, inden / styrene / phenol copolymer resins, inden / kumaron copolymer resins, and inden / benzothiophene. An example is a copolymer resin. The amount to be added is usually in the range of 2 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin. Thermoplastic oligomers are used to improve the fluidity of the epoxy resin composition during molding and to improve the adhesion to a substrate such as a lead frame.

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。 The epoxy resin composition of the present invention contains an epoxy resin and a curing agent as essential components, and a compounding component (excluding the coupling agent) containing a component such as an inorganic filler is uniformly mixed by a mixer or the like, and then the coupling agent is used. Can be added and kneaded with a heating roll, kneader or the like to produce the product. The order of blending these components is not particularly limited except for the coupling agent. Further, after kneading, the melt-kneaded product can be crushed into a powder or a tablet.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、特に電子部品封止用及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。 Since the epoxy resin composition of the present invention is particularly excellent for encapsulating electronic components and for heat dissipation substrates, it is suitable as an epoxy resin composition for electronic materials.

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、エポキシ樹脂及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。 The epoxy resin composition of the present invention can be combined with a fibrous base material such as glass fiber to form a composite material. For example, an epoxy resin composition containing an epoxy resin and a curing agent as main components is dissolved in an organic solvent, impregnated into a sheet-like fiber base material, heated and dried, and the epoxy resin is partially reacted to obtain a prepreg. be able to.

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。 In order to obtain a cured molded product using the epoxy resin composition of the present invention, for example, heat molding methods such as transfer molding, press molding, casting molding, injection molding, extrusion molding, etc. are applied, but mass productivity is applicable. From the viewpoint, transfer molding is preferable.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂及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、及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。 The epoxy resin composition of the present invention is one of the hydroxyl groups generated by the reaction between the epoxy resin and the curing agent when the epoxy resin and the curing agent are both composed of only bifunctional ones. Since the part further reacts with the epoxy group in the epoxy resin, a three-dimensional cured product is usually given, but in some cases, by using an organic solvent, selecting the curing accelerator type, and controlling the heating reaction conditions such as the reaction temperature, It can be a thermoplastic molded product composed of substantially only a two-dimensional polymer.

本発明の硬化成形物は、高耐熱性、低熱膨張性及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320℃の範囲であり、より好ましくは150℃から300℃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。 The cured molded product of the present invention preferably has crystallinity from the viewpoint of high heat resistance, low thermal expansion and high thermal conductivity. The expression of crystallinity of the molded product can be confirmed by observing the endothermic peak associated with the melting of the crystal as the melting point by scanning differential thermal analysis. The preferred melting point is in the range of 120 ° C to 320 ° C, more preferably in the range of 150 ° C to 300 ° C. The thermal conductivity of the cured molded product is preferably 4 W / m · K or more, and particularly preferably 6 W / m · K or more.

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。 Here, the effect of crystallinity expression will be briefly described. Generally, in a cured epoxy resin, a glass transition point is used as an index of heat resistance. This is because a normal epoxy resin cured product is an amorphous (glass-like) molded product having no crystallinity, and its physical properties change significantly with the glass transition point as a boundary. Therefore, in order to increase the heat resistance of the cured epoxy resin, that is, to increase the glass transition point, it is necessary to increase the crosslink density, but on the contrary, there is a drawback that the flexibility is lowered and the product becomes brittle. On the other hand, the cured molded product of the present invention is characterized in that it develops crystallinity, but since the change in physical properties is small up to the melting point, the melting point can be used as an index of heat resistance. Since the melting point of the polymer material is higher than the glass transition point, the cured molded product of the present invention can secure high heat resistance while maintaining high flexibility due to the low crosslink density. In addition, the expression of crystallinity means a high intramolecular force, which suppresses the movement of molecules, achieves low thermal expandability, exhibits a high thermal diffusivity, and improves thermal conductivity.

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、低熱膨張性及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ピークの積分値を指す。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。 Therefore, the higher the crystallinity of the cured molded product of the present invention, the better. Here, the degree of crystallization can be evaluated from the amount of heat absorbed by the melting of the crystals in the scanning differential thermal analysis. The preferable amount of heat absorption is 10 J / g or more per unit weight of the resin component excluding the filler. It is more preferably 30 J / g or more, and particularly preferably 50 J / g or more. If it is smaller than this, the effect of improving heat resistance, low thermal expansion and thermal conductivity as a molded product is small. The endothermic amount referred to here is the integral of the endothermic peak obtained by measuring with a differential scanning heat analyzer using a sample weighing about 10 mg under the condition of a nitrogen stream and a temperature rise rate of 10 ° C./min. Point to a value. Further, the crystallized cured molded product of the present invention can be observed as a clear peak even in wide-angle X-ray diffraction. In this case, the crystallinity can be obtained by dividing the area obtained by subtracting the peak of the non-crystallized amorphous resin from the total peak area by the total peak area. The desired crystallinity thus determined is 15% or more, more preferably 30% or more, and particularly preferably 50% or more.

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280℃であり、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220℃の範囲であり、より好ましくは130℃から200℃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。 The cured molded product of the present invention can be obtained by heating and reacting by the above molding method, but the molding temperature is usually 80 ° C. to 280 ° C., and in order to increase the degree of crystallization of the molded product, molding is performed. It is desirable to react at a temperature lower than the melting point of the product. The preferred molding temperature is in the range of 100 ° C to 220 ° C, more preferably 130 ° C to 200 ° C. The molding time is preferably 30 seconds to 1 hour, more preferably 1 minute to 30 minutes. Further, after molding, the crystallinity can be further increased by post-cure. Normally, the post-cure temperature is 130 ° C to 250 ° C and the time ranges from 1 hour to 20 hours, but at a temperature 5 ° C to 40 ° C lower than the heat absorption peak temperature in differential thermal analysis, 1 hour to 24 hours. It is desirable to apply post-cure.

以下実施例により本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

参考例1
p,p’−ビス(4−ヒドロキシフェノキシ)ビフェニル50.0g、エピクロルヒドリン750g、ジエチレングリコールジメチルエーテル375gを仕込み、減圧下(約130Torr)、65℃にて48.8%水酸化ナトリウム水溶液21.5g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時間反応を継続し脱水した。その後、エピクロルヒドリンを減圧除去し、ジエチレングリコールジメチルエーテル500gを加えた後、ろ過により生成塩を除去した。ジエチレングリコールジメチルエーテル溶液を減圧蒸留により濃縮した後、室温まで冷却し、析出した生成物を回収、乾燥して、白色の粉末状固体54gを得た。GPC測定から、n=0が94.2%、n=1体が4.1%、であった。エポキシ当量は259g/eq、キャピラリー法により昇温速度2℃/分で得られる融点は210℃から215℃であった。
Reference example 1
50.0 g of p, p'-bis (4-hydroxyphenoxy) biphenyl, 750 g of epichlorohydrin, and 375 g of diethylene glycol dimethyl ether were charged, and 21.5 g of a 48.8% sodium hydroxide aqueous solution was added at 65 ° C. under reduced pressure (about 130 Torr). Dropped over time. During this period, the generated water was removed from the system by azeotropic boiling with epichlorohydrin, and the distilled epichlorohydrin was returned to the inside of the system. After completion of the dropping, the reaction was continued for another 1 hour to dehydrate. Then, epichlorohydrin was removed under reduced pressure, 500 g of diethylene glycol dimethyl ether was added, and then the produced salt was removed by filtration. The diethylene glycol dimethyl ether solution was concentrated by vacuum distillation and then cooled to room temperature, and the precipitated product was recovered and dried to obtain 54 g of a white powdery solid. From the GPC measurement, n = 0 was 94.2% and n = 1 body was 4.1%. The epoxy equivalent was 259 g / eq, and the melting point obtained by the capillary method at a heating rate of 2 ° C./min was 210 ° C. to 215 ° C.

実施例1〜4、比較例1〜3
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)、ビフェニル系エポキシ樹脂(エポキシ樹脂B:三菱化学製、YX−4000H、エポキシ当量193、融点105℃)、又はo−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ樹脂C:軟化点71℃、エポキシ当量197)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)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル(硬化剤B)、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(硬化剤C)、又はフェノ−ルノボラック(硬化剤D:アイカ工業製、BRG−557;OH当量104、軟化点 83℃、ビスフェノール体の含有量18.4%)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。
Examples 1-4, Comparative Examples 1-3
As the epoxy resin, the epoxy resin (epoxy resin A) obtained in Reference Example 1, the biphenyl-based epoxy resin (epoxy resin B: manufactured by Mitsubishi Chemical, YX-4000H, epoxy equivalent 193, melting point 105 ° C.), or o-cresol novolac type. An epoxy resin (epoxy resin C: softening point 71 ° C., epoxy equivalent 197) is used.
As a curing agent, 4,4'-dihydroxydiphenyl ether (curing agent A), 4,4'-dihydroxybiphenyl (curing agent B), 4,4'-diaminodiphenyl sulfone (curing agent C), or phenolnovolac (curing agent). D: Aika Kogyo Co., Ltd., BRG-557; OH equivalent 104, softening point 83 ° C., bisphenol content 18.4%) is used. Triphenylphosphine is used as the curing accelerator, and spherical alumina (average particle size 12.2 μm) is used as the inorganic filler.

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1〜4、比較例1〜3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、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。 The components shown in Table 1 were mixed, sufficiently mixed with a mixer, kneaded with a heating roll for about 5 minutes, cooled, and pulverized to obtain the epoxy resin compositions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, respectively. Obtained. After molding with this epoxy resin composition at 170 ° C. for 5 minutes, post-cure was performed at 170 ° C. for 12 hours to obtain a molded product, and its physical characteristics were evaluated. The results are summarized in Table 1. The numbers of each component in Table 1 represent parts by weight.

[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。吸熱のピーク温度を融点、吸熱ピークの積分値を融解熱とした。
(3)線膨張係数、ガラス転移温度
線膨張係数及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
エポキシ樹脂組成物を170℃、5分の条件で、直径50mm、厚さ3mmの円盤に成形し、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。
[evaluation]
(1) Thermal conductivity The thermal conductivity was measured by the transient hot wire method using an LFA447 type thermal conductivity meter manufactured by NETZSCH.
(2) Measurement of melting point and heat of fusion (DSC method)
The measurement was performed at a heating rate of 10 ° C./min using a differential scanning calorimeter (DSC6200 type manufactured by Seiko Instruments Inc.). The endothermic peak temperature was defined as the melting point, and the integral value of the endothermic peak was defined as the heat of fusion.
(3) Linear expansion coefficient, glass transition temperature The linear expansion coefficient and the glass transition temperature were measured at a heating rate of 10 ° C./min using a TMA120C type thermomechanical measuring device manufactured by Seiko Instruments Co., Ltd.
(3) Water absorption rate The epoxy resin composition was formed into a disk having a diameter of 50 mm and a thickness of 3 mm at 170 ° C. for 5 minutes, and after post-cure, was allowed to absorb moisture at 85 ° C. and a relative humidity of 85% for 100 hours. It was used as the later weight change rate.

Figure 2021195459
Figure 2021195459

Claims (5)

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%以上が下記式(1)で表されるエポキシ樹脂であり、硬化剤の50wt%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。
Figure 2021195459
(但し、R、Rは水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を示し、nは1〜50の数を示す。)
In the epoxy resin composition containing an epoxy resin and a curing agent, 50 wt% or more of the epoxy resin is an epoxy resin represented by the following formula (1), and 50 wt% or more of the curing agent is a bifunctional phenolic compound. A characteristic epoxy resin composition.
Figure 2021195459
(However, R 1 and R 2 indicate a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, and n indicates a number of 1 to 50.)
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、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及びナフタレンジオールからなる群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に記載のエポキシ樹脂組成物。 Bifunctional phenolic compounds include hydroquinone, 4,4'-dihydroxybiphenyl, 4,4'-dihydroxydiphenyl ether, 4,4'-dihydroxydiphenylketone, 1,4-bis (4-hydroxyphenoxy) benzene, dihydroxydiphenylmethane, The epoxy resin composition according to claim 1, which is at least one phenolic compound selected from the group consisting of 4,4'-dihydroxydiphenylsulfide and naphthalenediol. 無機充填材を50〜96wt%含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のエポキシ樹脂組成物。 The epoxy resin composition according to claim 1 or 2, wherein the epoxy resin composition contains 50 to 96 wt% of an inorganic filler. 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1〜3のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the epoxy resin composition is for an electronic material. 請求項1〜4のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる成形物。
A molded product obtained by curing the epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 4.
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