JP2022125506A - 射出成形用封止樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱安定性および硬化性にバランスよく優れることから、射出成形の押出機における熱処理に対して安定であるとともに、成形サイクルが短い射出成形に好適に用いることができる射出成形用封止樹脂組成物を提供する。【解決手段】本発明の射出成形用封止樹脂組成物は、熱硬化性樹脂と、硬化剤と、無機充填材と、イミダゾール触媒と、を含み、示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/minの条件下で30℃から330℃まで昇温した際に得られるDSC曲線において、最大発熱ピークのピーク温度が、155℃以上175℃未満であり、前記最大発熱ピーク前において熱流量が最小となる点と、前記最大発熱ピーク後において熱流量が最小となる点と、を結ぶ直線をベースラインとして求められる、前記最大発熱ピークの半値幅が32℃以下である。【選択図】なし

Description

本発明は、射出成形用封止樹脂組成物に関する。
射出成形の押出機における熱処理に対して安定化を図る目的で様々な検討が行われてきた。この種の技術としては、例えば、特許文献1に記載の技術が挙げられる。同文献によれば、所定のジメチルウレア系硬化促進剤を1種類以上配合することにより、成形機シリンダー内における熱安定性に優れると記載されている。
特開2001-106771号公報
しかしながら、特許文献1に記載の従来の技術においては、射出成形の押出機における熱処理において、射出成形における混練領域からノズル領域までで硬化が進行し、混練不良が発生したり、金型のスプルーの詰まりが発生等することがあった。
そこで、射出成形の押出機における熱処理に対して安定であり、上記のような不具合が発生しないので成形サイクルを短くできる射出成形用封止樹脂組成物を提供することを課題とする。
本発明者らは、示差走査熱量計を用いて得られるDSC曲線において最大発熱ピークの半値幅が所定の範囲であることにより課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下に示すことができる。
本発明によれば、
(A)熱硬化性樹脂と、(B)硬化剤と、(C)無機充填材と、(D)硬化促進剤と、を含み、
示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/minの条件下で30℃から330℃まで昇温した際に得られるDSC曲線において、
最大発熱ピークのピーク温度が、155℃以上175℃未満であり、
前記最大発熱ピーク前において熱流量が最小となる点と、前記最大発熱ピーク後において熱流量が最小となる点と、を結ぶ直線をベースラインとして求められる、前記最大発熱ピークの半値幅が32℃以下である、射出成形用封止樹脂組成物が提供される
本発明によれば、
前記射出成形用封止樹脂組成物の硬化物を備える構造体が提供される。
本発明の射出成形用封止樹脂組成物は、熱安定性および硬化性にバランスよく優れることから、射出成形の押出機における熱処理に対して安定であるとともに、成形サイクルが短い射出成形用封止樹脂組成物として好適に用いることができる。
実施形態に係る車載用電子制御ユニットの一例を示す断面模式図である。 実施例1の射出成形用封止樹脂組成物に対するDSC測定により得られたDSC曲線である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、「~」は特に断りがなければ「以上」から「以下」を表す。
本実施形態の射出成形用封止樹脂組成物は、熱硬化性樹脂(A)と、硬化剤(B)と、無機充填材(C)と、硬化促進剤(D)と、を含み、
示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/minの条件下で30℃から330℃まで昇温した際に得られるDSC曲線において、
最大発熱ピークのピーク温度が、155℃以上175℃未満、好ましくは155℃以上170℃以下、さらに好ましくは155℃以上168℃以下であり、
前記最大発熱ピーク前において熱流量が最小となる点と、前記最大発熱ピーク後において熱流量が最小となる点と、を結ぶ直線をベースラインとして求められる、前記最大発熱ピークの半値幅が32℃以下、好ましくは30℃以下。下限値は特に限定されないが20℃以上である。
本発明者は、封止樹脂組成物のDSC曲線における最大発熱ピーク温度に着目し、その半値幅を指標とすることにより、封止樹脂組成物の成形工程における熱安定性および硬化性、さらにこれらのバランスを評価できることを見出した。このような知見に基づきさらに鋭意研究したところ、最大発熱ピーク温度の半値幅を所定値以下とすることにより、熱安定性および硬化性のバランスに優れることから、射出成形における混練領域からノズル領域までで硬化を制御することができ、混練不良や金型のスプルーの詰まりの発生等を抑制することができ、封止樹脂組成物の射出成形の押出機における熱処理に対して安定であり、成形サイクルが改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。
さらに、本実施形態の射出成形用封止樹脂組成物は、本発明の効果の観点から、
ラボプラストミルを用いて回転数30rpm、測定温度130℃の条件でトルク値を経時的に測定した際に、トルク値が最低トルク値aの2倍以下である時間T1が65秒以上200秒以下、好ましくは90秒以上180秒以下、さらに好ましくは110秒以上170秒以下であり、かつ
回転数30rpm、測定温度150℃の条件でトルク値を経時的に測定した際に、トルク値が最低トルク値bの2倍以下である時間T1'が35秒以上150秒以下、好ましくは40秒以上120秒以下、さらに好ましくは45秒以上100秒以下である。
ラボプラストミルを用いて特定の条件下で測定されるトルク変化の挙動を制御することにより、常温での保管性および充填性と、硬化性および接続信頼性と、のバランスをより改善することができる。
本実施形態においては、本発明の効果の観点から、前記最低トルク値aが0.5N・m以上10N・m以下、好ましくは0.8N・m以上5.0N・m以下、さらに好ましくは1.0N・m以上2.8N・m以下であり、かつ
前記最低トルク値bが0.1N・m以上4N・m以下、好ましくは0.2N・m以上2.5N・m以下、さらに好ましくは0.5N・m以上2N・m以下である。
このように、ラボプラストミルにより測定される硬化特性を制御することにより、充填性に優れ、未充填部分の発生が抑制され、成形サイクルが改善された封止樹脂組成物、すなわち成形性に優れた樹脂成形材料を実現することができる。
なお、DSC曲線における最大発熱ピークのピーク温度や最大発熱ピークの半値幅、さらにキュラストメーターにより測定されるT10に達する時間およびT90に達する時間は、例えば、封止樹脂組成物に含まれる各成分の種類や含有量、樹脂成形材料の粒度分布等をそれぞれ適切に調整することにより制御することが可能である。本実施形態においては、例えば、熱硬化性樹脂、硬化剤、無機充填材、およびイミダゾール系触媒等の種類や含有量を調整することが挙げられる。
さらに、DSC曲線における最大発熱ピークのピーク温度は、封止樹脂組成物の混錬条件(温度および時間)を調整することによって、低温側にシフトすることもできる。
本実施形態の封止樹脂組成物の組成について説明する。
[熱硬化性樹脂(A)]
熱硬化性樹脂(A)は、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、オキセタン樹脂、(メタ)アクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、およびマレイミド樹脂からなる群から選択される一種類または二種類以上を含む。これらの中でも、硬化性、保存性、耐熱性、耐湿性、および耐薬品性を向上させる観点から、エポキシ樹脂を含むことがとくに好ましい。
熱硬化性樹脂(A)に含まれるエポキシ樹脂としては、1分子内にエポキシ基を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。本実施形態において、エポキシ樹脂は、たとえばビフェニル型エポキシ樹脂;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、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂;スチルベン型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等に例示されるトリスフェノール型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂;フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂;ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレンの2量体をグリシジルエーテル化して得られるエポキシ樹脂等のナフトール型エポキシ樹脂;トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等のトリアジン核含有エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂からなる群から選択される一種類または二種類以上を含む。
これらのうち、本発明の効果の観点から、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、およびビスフェノールA型エポキシ樹脂から選択される1種または2種以上を含むことが好ましい。
前記エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂骨格の繰り返し構造に3つ以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ樹脂を含むことも好ましい。多官能エポキシ樹脂を用いることにより、硬化物のガラス転移温度を向上させることができる。
多官能エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、例えば、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、2-[4-(2,3-エポキシプロポキシ)フェニル]-2-[4-[1,1-ビス[4-(2,3-エポキシプロポキシ)フェニル]エチル]フェニル]プロパン、テトラキス(グリシジルオキシフェニル)エタン、α-2,3-エポキシプロポキシフェニル-ω-ヒドロポリ(n=1~7){2-(2,3-エポキシプロポキシ)ベンジリデン-2,3-エポキシプロポキシフェニレン}等が挙げられる。これらは単独で用いても複数組み合わせて用いてもよい。
封止樹脂組成物中における熱硬化性樹脂(A)の含有量は、封止樹脂組成物全体に対して2質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、4質量%以上であることがとくに好ましい。熱硬化性樹脂(A)の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形時における流動性を向上させることができる。このため、常温保管性により優れ、さらに充填性や成形安定性の向上も図ることができる。一方で、封止樹脂組成物中における熱硬化性樹脂(A)の含有量は、封止樹脂組成物全体に対して50質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、15質量%以下であることがとくに好ましい。熱硬化性樹脂(A)の含有量を上記上限値以下とすることにより、射出成形の押出機における熱処理に対して安定であるとともに、成形サイクルを短くすることができる。
[硬化剤(B)]
硬化剤(B)としては、たとえば重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、および縮合型の硬化剤の3タイプに大別することができる。
硬化剤(B)として用いられる重付加型の硬化剤は、たとえばジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、メタキシレリレンジアミン(MXDA)などの脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン(DDM)、m-フェニレンジアミン(MPDA)、ジアミノジフェニルスルホン(DDS)などの芳香族ポリアミンのほか、ジシアンジアミド(DICY)、有機酸ジヒドララジドなどを含むポリアミン化合物;ヘキサヒドロ無水フタル酸(HHPA)、メチルテトラヒドロ無水フタル酸(MTHPA)などの脂環族酸無水物、無水トリメリット酸(TMA)、無水ピロメリット酸(PMDA)、ベンゾフェノンテトラカルボン酸(BTDA)などの芳香族酸無水物などを含む酸無水物;ノボラック型フェノール樹脂、ポリビニルフェノール、アラルキル型フェノール樹脂などのフェノール樹脂系硬化剤;ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなどのポリメルカプタン化合物;イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物;カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類からなる群から選択される一種類または二種類以上を含む。
硬化剤(B)として用いられる触媒型の硬化剤は、たとえばベンジルジメチルアミン(BDMA)、2,4,6-トリスジメチルアミノメチルフェノール(DMP-30)などの3級アミン化合物;BF3錯体などのルイス酸からなる群から選択される一種類または二種類以上を含む。
硬化剤(B)として用いられる縮合型の硬化剤は、たとえばレゾール型フェノール樹脂;メチロール基含有尿素樹脂などの尿素樹脂;メチロール基含有メラミン樹脂などのメラミン樹脂からなる群から選択される一種類または二種類以上を含む。
これらの中でも、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、および保存安定性等についてのバランスを向上させる観点から、フェノール樹脂系硬化剤を含むことがより好ましい。フェノール樹脂系硬化剤としては、一分子内にフェノール性水酸基を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、分子構造は特に限定されない。硬化剤(B)として用いられるフェノール樹脂系硬化剤は、たとえばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック等のノボラック型フェノール樹脂;ポリビニルフェノール;トリフェノールメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂;テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂;フェニレン骨格及び/又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン及び/又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のフェノールアラルキル型フェノール樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールF等のビスフェノール化合物からなる群から選択される一種類または二種類以上を含む。これらの中でも、封止樹脂組成物の硬化性を向上させる観点からは、ノボラック型フェノール樹脂、およびフェノールアラルキル型フェノール樹脂のうちの少なくとも一方を含むことがより好ましい。
封止樹脂組成物中における硬化剤(B)の含有量は、封止樹脂組成物全体に対して1質量%以上であることが好ましく、2質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることがとくに好ましい。硬化剤(B)の含有量を上記下限値以上とすることにより、常温保管性により優れるとともに、成形時において、優れた流動性を実現し、充填性や成形性の向上を図ることができる。一方で、封止樹脂組成物中における硬化剤(B)の含有量は、封止樹脂組成物全体に対して40質量%以下であることが好ましく、25質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがとくに好ましい。硬化剤(B)の含有量を上記上限値以下とすることにより、射出成形の押出機における熱処理に対して安定であるとともに、成形サイクルを短くすることができる。
[無機充填剤(C)]
本実施形態の封止樹脂組成物は、無機充填剤(C)を含む。
無機充填剤(C)としては、たとえば、ガラス繊維、溶融破砕シリカ、結晶シリカ等のシリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、窒化珪素、および窒化アルミからなる群から選択される一種類または二種類以上を含むことができる。これらの中でも、汎用性に優れている観点から、ガラス繊維、溶融破砕シリカ、炭酸カルシウムを含むことが好ましく、ガラス繊維、溶融破砕シリカを含むことがより好ましい。
無機充填剤(C)は、特に、溶融破砕シリカを含むことにより、車載用電子制御ユニット10の製造コストを低減することが可能となる。無機充填剤(C)が破砕シリカを含む場合、破砕シリカの含有量は、たとえば無機充填剤(C)全体に対して10重量%以上95重量%以下とすることができ、15重量%以上90重量%以下とすることがより好ましい。
無機充填剤(C)がシリカを含む場合、たとえば平均粒径D50が1μm以上50μm以下であるシリカを含むことが好ましい。これにより、充填性や、密着性、耐湿性、耐熱性等のバランスをより効果的に向上させることができる。なお、シリカの平均粒径D50は、たとえば市販のレーザー式粒度分布計(たとえば、(株)島津製作所製、SALD-7000等)を用いて測定することができる。
封止樹脂組成物中における無機充填剤(C)の含有量は、封止樹脂組成物全体に対して50重量%以上であることが好ましく、60重量%以上であることがより好ましい。無機充填剤(C)の含有量を上記下限値以上とすることにより、低吸湿性および低熱膨張性を向上させ、車載用電子制御ユニットの耐湿信頼性や耐リフロー性をより効果的に向上させることができる。一方で、封止樹脂組成物中における無機充填剤(C)の含有量は、封止樹脂組成物全体に対して90重量%以下であることが好ましく、85重量%以下であることがより好ましい。無機充填剤(C)の含有量を上記上限値以下とすることにより、封止樹脂組成物の成形時における流動性や充填性をより効果的に向上させることが可能となる。
[硬化促進剤(D)]
本実施形態の射出成形用封止樹脂組成物は、硬化促進剤(D)を含む。硬化促進剤(D)は、熱硬化性樹脂(A)と、硬化剤(B)と、の架橋反応を促進させるものであればよく、公知のものを用いることができる。
硬化促進剤(D)としては、例えば、イミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール(EMI24)、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(2P4MZ)、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-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リウムトリメリテイト、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’-ウンデシルイミダゾリル(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-トリアジンのイソシアヌル酸付加物、2-フェニルイミダゾールのイソシアヌル酸付加物、2-メチルイミダゾールのイソシアヌル酸付加物、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシジ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、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾールや2,4-ジアミノ-6-[2-(2-メチル-1-イミダゾリル)エチル]-1,3,5-トリアジン等のイミダゾール触媒;
1,1’-(4-メチル-m-フェニレン)ビス(3,3-ジメチル尿素)、N,N’-ジメチル尿素等の尿素系触媒などが挙げられる。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。
この中でも、低温硬化性と充填性の向上の観点から、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、1,1’-(4-メチル-m-フェニレン)ビス(3,3-ジメチル尿素)、およびN,N’-ジメチル尿素からなる群から選択される一種以上を含むことが好ましい。
また、低温硬化性と充填性のバランスの観点から、硬化促進剤(D)の官能基は、例えば、3個以下が好ましく、2個以下がより好ましい。
本実施形態において、硬化促進剤の含有量の下限値は、例えば、射出成形用封止樹脂組成物の全固形分に対して0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.3質量%以上であることがとくに好ましい。硬化促進剤の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形時における硬化性を効果的に向上させることができる。一方で、硬化促進剤の含有量の上限値は、例えば、射出成形用封止樹脂組成物の全固形分に対して3.0質量%以下であることが好ましく、2.0質量%以下であることがより好ましい。硬化促進剤の含有量を上記上限値以下とすることにより、成形時における流動性の向上を図ることができる。
また、上記硬化促進剤の含有量の下限値は、例えば、エポキシ樹脂の全固形分に対して、3.5質量%以上であることが好ましく、4.0質量%以上であることがより好ましく、5.0質量%以上であることがとくに好ましい。硬化促進剤の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形時における低温硬化性を効果的に向上させることができる。一方で、硬化促進剤の含有量の上限値は、例えば、エポキシ樹脂の全固形分に対して12.0質量%以下でもよく、11.0質量%以下でもよく、10.0質量%以下でもよい。硬化促進剤の含有量を上記上限値以下とすることにより、成形時における流動性の向上を図ることができる。
(その他の成分)
本実施形態の封止樹脂組成物には、必要に応じて、たとえば離型性付与剤、着色剤、イオン捕捉剤、オイル、低応力剤、および難燃剤等の各種添加剤のうち1種以上を適宜配合することができる。
離型性付与剤は、たとえばカルナバワックス等の天然ワックス、モンタン酸エステルワックスや酸化ポリエチレンワックス等の合成ワックス、ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸およびその金属塩類、ならびにパラフィンから選択される一種類または二種類以上を含むことができる。着色剤は、たとえばカーボンブラックおよび黒色酸化チタンのうちのいずれか一方または双方を含むことができる。
イオン捕捉剤は、たとえばハイドロタルサイトを含むことができる。オイルは、たとえばシリコーンオイルを含むことができる。低応力剤は、たとえばシリコーンゴムを含むことができる。難燃剤は、たとえば水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、およびホスファゼンから選択される一種類または二種類以上を含むことができる。
酸化防止剤は、芳香族アミン系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、ヒンダートアミン系酸化防止剤、硫黄含有酸化防止剤、およびリン含有酸化防止剤からなる群から選択される1種または2種以上を含むことができる。
ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、3-(4'-ヒドロキシ-3',5'-ジ-tert-ブチルフェニル)プロピオン酸-n-オクタデシルを好ましく用いることができる。
封止樹脂組成物中における酸化防止剤の含有量は、封止樹脂組成物全体(100質量%)に対して、好ましくは0.05質量%以上2.0質量%以下、さらに好ましくは0.1質量%以上1.0質量%以下とすることができる。酸化防止剤の含有量を上記範囲内とすることにより、封止樹脂組成物の成形時において、封止樹脂組成物の劣化を抑制することできる。
<射出成形用封止樹脂組成物>
本実施形態の射出成形用封止樹脂組成物は、上記成分を従来公知の方法により混合することにより得ることができる。本実施形態の封止樹脂組成物を加熱硬化して得られる硬化物(封止材)は、上記の配合からなることから、機械強度に優れ、クラックの発生が抑制されている。
[車載用電子制御ユニット]
車載用電子制御ユニット10は、エンジンや各種車載機器等を制御するために用いられる。図1に示すように、車載用電子制御ユニット10は、たとえば配線基板12と、配線基板12の少なくとも一面に搭載された複数の電子部品16と、電子部品16を封止する封止樹脂14と、を備えている。配線基板12は、少なくとも一辺において、外部と接続するための接続端子18を有している。本実施形態の一例に係る車載用電子制御ユニット10は、接続端子18と相手方コネクタを嵌合することによって、接続端子18を介して上記相手方コネクタに電気的に接続されることとなる。
配線基板12は、たとえば一面および当該一面とは反対の他面のうちの一方または双方に回路配線が設けられた配線基板である。図1に示すように、配線基板12は、たとえば平板状の形状を有している。本実施形態においては、たとえばポリイミド等の有機材料により形成された有機基板を配線基板12として採用することができる。配線基板12は、たとえば配線基板12を貫通して一面と他面を接続するスルーホール120を有していてもよい。この場合、配線基板12のうちの一面に設けられた配線と、他面に設けられた配線と、がスルーホール120内に設けられた導体パターンを介して電気的に接続される。
配線基板12は、たとえば電子部品16を搭載する一面においてソルダーレジスト層を有している。上記ソルダーレジスト層は、半導体装置の分野において通常使用されるソルダーレジスト形成用樹脂組成物を用いて形成することができる。本実施形態においては、たとえば配線基板12の一面および他面にソルダーレジスト層を設けることができる。
配線基板12の一面に、または一面および他面の双方に設けられた上記ソルダーレジスト層は、たとえばシリコーン化合物を含む樹脂組成物により形成される。これにより、表面平滑性に優れたソルダーレジスト層を実現することができる。
車載用電子制御ユニット10の製造において、シリコーン化合物等を含むソルダーレジスト層が最上層に形成された配線基板に対する封止樹脂の密着性を向上させることは困難となる場合がある。本実施形態においては、熱硬化性樹脂とイミダゾール類を含ませつつ、ラボプラストミルを用いて特定の条件下で測定されるトルク変化の挙動が制御された封止樹脂組成物を用いる。このため、上述のように、シリコーン化合物等を含むソルダーレジスト層が配線基板12の最上層に設けられた場合においても、封止樹脂組成物の充填性と、封止樹脂14の配線基板12に対する密着性と、のバランスを向上させることが可能となる。
複数の電子部品16は、図1に示すように、たとえば配線基板12の一面と他面のそれぞれに搭載される。一方で、電子部品16は、配線基板12の一面のみに設けられ、配線基板12の他面には設けられていなくともよい。電子部品16としては、車載用電子制御ユニットに搭載され得るものであればとくに限定されないが、たとえばマイクロコンピュータが挙げられる。
封止樹脂14は、電子部品16を封止するように封止樹脂組成物を成形し、硬化することにより形成される。本実施形態において、封止樹脂14は、たとえば電子部品16とともに配線基板12を封止するように形成される。図1に示す例では、配線基板12の一面および他面、ならびに配線基板12に搭載された電子部品16を封止するように封止樹脂14が設けられている。また、封止樹脂14は、たとえば配線基板12の一部または全部を封止するように形成される。図1においては、接続端子18が露出するように、配線基板12のうちの接続端子18を封止せずに他の部分全体を封止するように封止樹脂14が設けられる場合が例示されている。
本実施形態に係る車載用電子制御ユニット10において、配線基板12は、たとえば金属ベース上に搭載されていてもよい。金属ベースは、たとえば電子部品16から発生する熱を放熱するためのヒートシンクとして機能することができる。本実施形態においては、たとえば金属ベースと、金属ベース上に搭載された配線基板12と、を封止樹脂組成物により一体的に封止成形することにより車載用電子制御ユニット10を形成することができる。金属ベースを構成する金属材料としては、とくに限定されないが、たとえば鉄、銅、およびアルミ、ならびにこれらの一種または二種以上を含む合金等を含むことができる。なお、車載用電子制御ユニット10は、金属ベースを有していなくともよい。
図1に例示される車載用電子制御ユニット10は、射出成形により、複数の電子部品16を封止樹脂組成物で封止成形する。
具体的には、まず金型のキャビティー内に、複数の電子部品16が搭載された配線基板12を配置する。そして、内部にスクリューを備える押出機(シリンダー)内に、ホッパーを介して本実施形態の封止樹脂組成物を投入し、押出機温度80℃以上100℃で封止樹脂組成物を溶融させる。溶融樹脂をスクリューで押出機内を移動させ、ゲートを介して金型のキャビティー内に射出注入し、複数の電子部品16を封止する。
本実施形態の封止樹脂組成物は、DSC曲線における最大発熱ピーク温度が所定の範囲にあり、さらに最大発熱ピーク温度の半値幅が所定の範囲であることから、前記押出機における熱処理温度において安定であり、成形サイクルが短い。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、本発明の効果を損なわない範囲で、上記以外の様々な構成を採用することができる。
以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例1~5および比較例1~8]
実施例1~5および比較例1~8のそれぞれについて、以下のように封止樹脂組成物を調製した。
まず、表1に示す配合に従って、各成分を、室温状態に設定したヘンシェルミキサー(容量200リットル、回転数900rpm)で20分間予備混合した。次いで、得られた混合物を、連続式回転ボールミル(日本コークス工業(株)製ダイナミックミルMYD25、スクリュー回転数500rpm、アルミナ製ボール径10mm、装置容積に対するボールの体積充填率50%)を用いて、材料供給量200kg/hrで材料温度を30℃以下に保ちながら微粉砕した。次いで、微粉砕された混合物を、10インチの2本ロールを用いて混錬した。ロール温度は105℃と15℃に設定されて混錬した。混錬時間は5分間とした。なお、実施例4の混錬時間は20分、実施例5の混錬時間は40分間とした。次いで、混練後の混合物を冷却し、粉砕して封止樹脂組成物を得た。なお、ヘンシェルミキサーによる予備混合から、封止樹脂組成物を得るまでの各工程は、連続的に行った。なお、表1中における各成分の詳細は下記のとおりである。また、表1中の単位は、重量%である。
(A)熱硬化性樹脂
・エポキシ樹脂1:オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(EPICLON N-670、DIC(株)製)
・エポキシ樹脂2:テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂(JER 1031S、三菱化学社製)
(B)硬化剤
・フェノール樹脂1:ノボラック型フェノール樹脂(PR-53195、住友ベークライト社製、水酸基当量104g/eq)
(C)無機充填剤
・ガラス繊維:CS3E479、日東紡社製
・シリカ1:破砕シリカ(RD-8、龍森社製、平均粒径D50=15μm)
・シリカ剤2:破砕シリカ(F-207、フミテック社製、平均粒径D50=7μm)
(D)硬化触媒
・硬化触媒1:下記化学式で表される2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール(融点225~235℃、分子量204、活性温度領域155~175℃、(2PHZ-PW、四国化成社製、微粉末))
本実施例において、活性温度領域は、上述の方法で測定された。
Figure 2022125506000001
・硬化触媒2:下記化学式で表される2-フェニル-4-メチルイミダゾール(融点174~184℃、分子量172、活性温度領域110~125℃(2P4MZ、四国化成社製))
Figure 2022125506000002
・硬化触媒3:下記化学式で表される2-フェニルイミダゾール(融点137~147℃、分子量144、活性温度領域105~125℃(2PZ、四国化成社製))
Figure 2022125506000003
・硬化触媒4:N,N’-ジメチル尿素(東京化成社製)
・硬化触媒5:下記化学式で表される1,1’-(4-メチル-m-フェニレン)ビス(3,3-ジメチル尿素)(AMICURE UR2T、エボニック社製)
Figure 2022125506000004
(E)その他の成分
・低応力剤:シリコーンゴム(CF2152、東レ・ダウコーニング(株)製)
・離型性付与剤:ステアリン酸カルシウム(東京化成社製)
・着色剤:カーボンブラック(#5、三菱化学社製)
(DSC測定)
各実施例および各比較例において得られた封止樹脂組成物をすり鉢で微粉砕し、3~5mgをアルミパンへ秤量し試料とした。次いで、当該試料に対し、開始温度30℃、測定温度範囲30~330℃、昇温速度10℃/minの条件下で、示差走査熱量計(DSC7020、(株)日立ハイテクサイエンス)を用いて示差走査熱量測定を行った。得られたDSC曲線から、最大発熱ピークのピーク温度(℃)、最大発熱ピークの半値幅(℃)、最大発熱ピーク前の最小温度(℃)、最大発熱ピーク後の最小温度(℃)をそれぞれ算出した。
図2は、実施例1で得られた封止樹脂組成物に対するDSC測定により得られたDSC曲線である。以下に、実施例1を例として、各実施例および各比較例における最大発熱ピークの半値幅(℃)の算出方法を記載する。
最大発熱ピークの半値幅(℃)は、次のように算出した。まず、最大発熱ピーク前において熱流量が最小となる点(最大発熱ピーク前の最小温度)Aと、最大発熱ピーク後において熱流量が最小となる点(最大発熱ピーク後の最小温度)Bと、を結ぶ直線をベースラインとして定めた。次いで、発熱ピークの熱流量が最大となる点Cを通過するX軸の垂線と、ベースラインと、の交点を点Dとした。次いで、直線CDの中点である点Eを通過し、かつX軸に平行な直線を引いたときに、DSC曲線と交わる点をそれぞれ点Fおよび点F'とした。そして、直線FF'の長さを半値幅として定めた。
(ラボプラストミル試験機における時間T1、T1’、最低トルク値a、bの測定)
各実施例および各比較例について、得られた封止樹脂組成物について時間T1、T1’、および最低トルク値の測定を次のように行った。まず、ラボプラストミル試験機((株)東洋精機製作所製、4C150)を用いて、回転数30rpm、測定温度130℃の条件で封止樹脂組成物の溶融トルクを経時的に測定した。次いで、トルク値が最低トルク値の2倍以下である時間T1を測定結果に基づいて算出した。測定開始点は、ラボプラストミル試験機に材料を投入し、急激にトルクが立ち上がった後、トルクが下がり始める点とした。また、測定結果から、最低トルク値aを算出した。
同様に、回転数30rpm、測定温度150℃の条件で封止樹脂組成物の溶融トルクを経時的に測定し、トルク値が最低トルク値の2倍以下である時間T1、最低トルク値bを測定結果に基づいて算出した。結果を表1に示す。表1における時間T1、T1’の単位は秒であり、最低トルク値a、bの単位はN・mである。
(ガラス転移温度(Tg))
JIS6911曲げ試験片を175℃3minで成形し、流動方向のTMA測定を実施し、屈曲点をTgとした。昇温5℃/minで実施した。成形後(硬化なし)のTgが高いほど、成形サイクルを短くできると考えられる。
(熱安定性試験)
100t電動射出成形機(製品番号;EC-100SXR、芝浦機械社製)を用い、ISO178 ダンベル試験片(テストピース)を成形した。100t電動射出成形機の金型温度が165℃となるように設定し、ノズル温度を85℃/65℃/45℃と設定した。射出時間は15秒、硬化時間は100秒に設定した。射出速度は5mm/s,保圧は30MPa5秒と設定した。計量後の射出待ち時間を0分または5分として射出成形を行い、得られたテストピース(ISO試験片2ケ+スプルー+ランナー)の合計の重量を測定した。待ち時間0分で射出成形した時の重量をW0、待ち時間5分で射出成形した時の重量をW5とし、(W5/W0)×100が98%以上であるものを○、98%未満であるものを×とした。
Figure 2022125506000005
表1に記載のように、示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/minの条件下で30℃から330℃まで昇温した際に得られるDSC曲線において、最大発熱ピークのピーク温度が、155℃以上175℃未満であり、前記最大発熱ピークの半値幅が65℃以下である実施例の封止樹脂組成物によれば、熱安定性に優れるとともにTgが高く硬化性に優れ、これらの特性にバランスよく優れることから、射出成形の押出機における熱処理に対して安定であるとともに、成形サイクルが短い射出成形に好適に用いることができることが明らかとなった。
10 車載用電子制御ユニット
12 配線基板
14 封止樹脂
16 電子部品
18 接続端子
120 スルーホール
本発明によれば、
(A)熱硬化性樹脂と、(B)硬化剤と、(C)無機充填材と、(D)硬化促進剤と、を含み、
熱硬化性樹脂(A)が、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、およびテトラフェニルエタン型エポキシ樹脂からなる群から選択される一種以上を含み、
硬化剤(B)が、フェノール樹脂系硬化剤を含み、
無機充填材(C)が、ガラス繊維を含み、
硬化促進剤(D)が、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、およびN,N’-ジメチル尿素からなる群から選択される一種以上を含み、
示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/minの条件下で30℃から330℃まで昇温した際に得られるDSC曲線において、
最大発熱ピークのピーク温度が、155℃以上175℃未満であり、
前記最大発熱ピーク前において熱流量が最小となる点と、前記最大発熱ピーク後において熱流量が最小となる点と、を結ぶ直線をベースラインとして求められる、前記最大発熱ピークの半値幅が32℃以下である、射出成形用封止樹脂組成物が提供される。(ただし、下記化学式(1)~(3)で表されるジメチルウレア系硬化促進剤を1種類以上含む場合、および
Figure 2022125506000010
下記一般式(1)で表されるエポキシ樹脂を含む場合を除く。
Figure 2022125506000011
(一般式(1)中、nは平均値として0.2~4.0を示し、Gはグリシジル基を示す。))
(D)硬化促進剤
・硬化促進剤1:下記化学式で表される2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール(融点225~235℃、分子量204、活性温度領域155~175℃、(2PHZ-PW、四国化成社製、微粉末))
本実施例において、活性温度領域は、上述の方法で測定された。
Figure 2022125506000012
・硬化促進剤2:下記化学式で表される2-フェニル-4-メチルイミダゾール(融点174~184℃、分子量172、活性温度領域110~125℃(2P4MZ、四国化成社製))
Figure 2022125506000013
・硬化促進剤3:下記化学式で表される2-フェニルイミダゾール(融点137~147℃、分子量144、活性温度領域105~125℃(2PZ、四国化成社製))
Figure 2022125506000014
・硬化促進剤4:N,N’-ジメチル尿素(東京化成社製)
・硬化促進剤5:下記化学式で表される1,1’-(4-メチル-m-フェニレン)ビス(3,3-ジメチル尿素)(AMICURE UR2T、エボニック社製)
Figure 2022125506000015
Figure 2022125506000016

Claims (8)

  1. (A)熱硬化性樹脂と、
    (B)硬化剤と、
    (C)無機充填材と、
    (D)硬化促進剤と、
    を含み、
    示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/minの条件下で30℃から330℃まで昇温した際に得られるDSC曲線において、
    最大発熱ピークのピーク温度が、155℃以上175℃未満であり、
    前記最大発熱ピーク前において熱流量が最小となる点と、前記最大発熱ピーク後において熱流量が最小となる点と、を結ぶ直線をベースラインとして求められる、前記最大発熱ピークの半値幅が32℃以下である、射出成形用封止樹脂組成物。
  2. ラボプラストミルを用いて回転数30rpm、測定温度130℃の条件でトルク値を経時的に測定した際に、トルク値が最低トルク値aの2倍以下である時間T1が65秒以上200秒以下であり、
    回転数30rpm、測定温度150℃の条件でトルク値を経時的に測定した際に、トルク値が最低トルク値bの2倍以下である時間T1'が35秒以上150秒以下である、請求項1に記載の射出成形用封止樹脂組成物。
  3. 最低トルク値aが0.5N・m以上10.0N・m以下であり、
    最低トルク値bが0.1N・m以上4.0N・m以下である、請求項2に記載の射出成形用封止樹脂組成物。
  4. 硬化促進剤(D)が、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、1,1’-(4-メチル-m-フェニレン)ビス(3,3-ジメチル尿素)、およびN,N’-ジメチル尿素からなる群から選択される一種以上を含む、請求項1~3のいずれかに記載の射出成形用封止樹脂組成物。
  5. 硬化剤(B)がフェノール樹脂系硬化剤を含む、請求項1~4のいずれかに記載の射出成形用封止樹脂組成物。
  6. 無機充填材(C)は、平均粒径D50が1μm以上50μm以下の充填材を含む、請求項1~5のいずれかに記載の射出成形用封止樹脂組成物。
  7. 無機充填材(C)が溶融破砕シリカを含む、請求項1~6のいずれかに記載の射出成形用封止樹脂組成物。
  8. 請求項1~7のいずれかに記載の射出成形用封止樹脂組成物の硬化物を備える、構造体。
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