JP3596630B2 - 硬化性エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は新規な硬化性エポキシ樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、耐熱性と耐水性のバランス、更に、組成物の流動性に優れるために、例えば半導体封止材料として、耐湿性、半田耐熱性、耐クラック性に優れた特徴を持ち、一方、電気絶縁性積層板用組成物として耐熱性、耐湿性、低誘電率に特長を示す硬化性エポキシ樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エポキシ樹脂組成物は電気、電子材料用の高性能樹脂として広く用いられており、例えば、半導体素子の封止に用いられる硬化性エポキシ樹脂組成物としては、一般的にエポキシ樹脂として、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、硬化剤としてノボラック型フェノール樹脂が用いられており、一方、積層板用組成物としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂をベースにハロゲン化フェノール類やアミン・ジシアンジアミド類などを硬化剤として用いている。
【０００３】
しかし、この様なエポキシ樹脂と硬化剤との組み合わせにおいては、その硬化反応時において水酸基の生成を伴い、硬化物の耐湿性の低下、更に半導体封止材料並びに積層板用途において電気的特性を劣化させるものであった。すなわちエポキシ樹脂硬化物の持つ吸湿性は半田工程における半導体素子のクラックの発生や電極の腐食による断線・リーク電流の発生により、素子の生産性や信頼性の低下の原因となるものであり、積層板用途においても同様に信頼性の低下をもたらしていた。
【０００４】
そこで、従来よりエポキシ樹脂組成物の硬化反応時に水酸基を生成させることなく硬化物を得る方法として、例えば、特開昭６２−５３３２７号公報には、エポキシ樹脂に、硬化剤として多価フェノール類の安息香酸エステル化物を用いる技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開昭６２−５３３２７号公報に記載された、多価フェノール類の安息香酸エステル化物をエポキシ樹脂用硬化剤として用いる技術は、硬化物の吸湿性の問題を解決できるものの、硬化剤自体の溶融粘度が極めて高く、得られる組成物の溶融粘度の著しい上昇を招来するものであった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、硬化物の優れた耐湿性を維持した上で、かつ、組成物の流動性が著しく改善される硬化性エポキシ樹脂組成物、例えば半導体封止材料用途や電気積層板用途において、硬化物の優れた耐湿性並びに電気的特性を維持した上で、シリカなどのセラミック類のコンパウンド中への充填量の向上、或いはガラスクロスへの含浸性の向上が可能な硬化性エポキシ樹脂組成物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、エポキシ樹脂の硬化剤として、シリル基の３つの水素原子の全てが炭素原子数１〜６の脂肪族炭化水素基及び／又は芳香族炭化水素基で置換された有機シリル基と多価フェノールとがシリルエーテルを形成しているシリル化多価フェノール類を用いることにより、硬化反応時に水酸基の発生を伴うことなく、然も組成物の流動性を著しく改善できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、エポキシ樹脂と、シリル化多価フェノールとを必須成分とする硬化性エポキシ樹脂組成物であって、前記シリル化多価フェノールが、シリル基の３つの水素原子の全てが炭素原子数１〜６の脂肪族炭化水素基及び／又は芳香族炭化水素基で置換された有機シリル基とシリルエーテルを形成していることを特徴とする硬化性エポキシ樹脂組成物に関する。
【発明の実施の形態】
【０００９】
本発明で使用し得るエポキシ樹脂は、特に制限されるものではないが、例えばビスフェノールＦやビスフェノールＡ等のビスフェノール類とエピハロヒドリンとの反応によって得られるビスフェノールジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂；フェノールノボラック樹脂、オルソクレゾールノボラック樹脂、臭素化フェノールノボラック樹脂等のノボラック樹脂とエピハロヒドリンとの反応によって得られるノボラック型多官能エポキシ樹脂；ジビニルベンゼンとフェノールとの付加重合体、ジメチロールベンゼンとフェノールとの縮合により生成するポリフェノール等のフェノールアラルキル樹脂と、エピハロヒドリンとの反応によって得られるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；フェノールとジシクロペンタジエンの縮合により生成するフェノール樹脂と、エピハロヒドリンとの反応によって得られるジシクロペンタジエン系エポキシ樹脂；ビフェノール、アルキル置換ビフェノール等のビフェノール類と、エピハロヒドリンとの反応によって得られるビフェニル型エポキシ樹脂；フェノール類を成分として含有する石油樹脂とエピハロヒドリンとの反応によって得られる石油樹脂系エポキシ樹脂；その他の多価フェノールとエピハロヒドリンとの反応によって得られる多価エポキシ樹脂；ジフェニルメタンジアミンテトラグリシジルエーテル、シクロヘキサンジアミンテトラグリシジルエーテル等のグリシジルアミン型多官能エポキシ樹脂；ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、エポキシ化ＳＢＲ、エポキシ化大豆油等の脂肪族エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００１０】
これらの中でも本発明によって特徴づけられる硬化物の低吸水性を生かした半導体封止材用樹脂組成物及び電気積層板用樹脂組成物としては、ビスフェノールジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ノボラック型多官能エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂が好ましい。
【００１１】
特に、耐熱性が良好である点からノボラック型多官能エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂が好ましい。また、このノボラック型多官能エポキシ樹脂及びフェノールアラルキル型エポキシ樹脂は、その溶融粘度の高さからこれまで電気積層板用途への適用が困難であったが、本発明においては組成物の流動性を著しく改善できることから、これらのエポキシ樹脂の電気積層板への適用が可能となる。
【００１２】
また、ここで例示したノボラック型多官能エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂は、それ自体の流動性やフィラー充填可能量、或いは、ガラスクロスへの含浸性を鑑み、その溶融粘度が１５０℃において０．１〜１０ポイズであることが好ましく、特に０．１〜２．０ポイズであることが好ましい。
【００１３】
次に、本発明の組成物において硬化剤として使用するシリル化多価フェノール類は、多価フェノールの水酸基部分が、シリル基の３つの水素原子の全てが炭素原子数１〜６の脂肪族炭化水素基及び／又は芳香族炭化水素基で置換された有機シリル基でシリル化されてシリルエーテルを形成している化合物（以下、単に「シリル化多価フェノール類」と略記する。）である。かかる化合物は、特に構造が特定されるものではないが、例えば、上記多価フェノールとしては、例えば、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類、ハイドロキノン、カテコール、フロログルシノール等の２価フェノール、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、フェノール−ジビニルベンゼン共重合体、フェノールアラルキル樹脂等に代表される様なベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環及び縮合多環化合物に直接結合した水酸基を有する化合物がアルキリデン、アルキレン、フェニレン、アラルキリデンで結節された化合物等が挙げられる。
【００１４】
上記した多価フェノールの水酸基部分に形成されるシリル基は、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチルベンジルシリル基など、シリル基の３つの水素原子の全てが炭素原子数１〜６の脂肪族炭化水素基及び／又は芳香族炭化水素基で置換された有機シリル基が挙げられる。
【００１５】
また、多価フェノールの水酸基部分にシリル基を導入する方法としては、特に制限されず、常法により行なうことができるが、ピリジン・トリエチルアミンなどの三級アミン類の存在下に、トリアルキルシリルハライド、トリフェニルハライド又はジアルキルフェニルシリルハライド等の有機シリルハライドとの反応、あるいはヘキサアルキルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン又はテトラアルキルジフェニルジシラザン等の有機ジシラザンと溶融フェノール類との脱アンモニア反応によって行なうことができる。いずれもシリル化反応はほぼ定量的に進行することから、所望のシリル化率に応じてシリル化剤の使用量を決定すればよい。シリル化反応の終了後は、常法によって触媒残査・脱酸剤を除去し目的とするシリル化多価フェノール類が得られる。
【００１６】
原料多価フェノール中のフェノール性水酸基は必ずしもすべてがシリル基エステル基を形成している必要はないが原料多価フェノール中の全水酸基の１０％以上がシリル化していることが目的とするエポキシ硬化物の吸水性の低下が顕著となることから好ましく、また、９０％以下にすることにより金属との密着性が向上し好ましい。特にこれらの効果のバランスに優れる点から３０〜９０％であることが好ましい。
【００１７】
硬化性エポキシ樹脂組成物中にエポキシ樹脂と、シリル化多価フェノール類との配合比率は、特に制限されないが、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して、シリル化多価フェノール類中のシリル基及び多価フェノール中に残存する未反応水酸基との合計が０．３〜１．５当量となる割合で用いることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物では、上記各成分に加え更に硬化促進剤を使用することが好ましい。この硬化促進剤としては、ＤＢＵ、ジメチルベンジルアミン、ジメチルアミノピリジンなどの強塩基性第三級アミン類、塩化テトラメチルアンモニウム、塩化トリブチルベンジルアンモニウムなどの第四級アンモニウム塩、第三級ホスフィン類、臭化テトラブチルホスホニウム、水酸化テトラブチルホスホニウムなどの第四級ホスホニウム塩さらにジシアンジアミド、ＢＦ３アミン錯体などが使用されるが、中でも強塩基性第三級アミン類、ジシアンジアミド、トリ（アリール）ホスフィン類の使用が好ましい。これらの硬化促進剤の使用量は硬化性組成物の所望の硬化時間によって適宜選択されるが、通常はエポキシ樹脂に対して０．０１〜１０ｐｈｒ、好ましくは０．１〜５ｐｈｒとなる割合で使用することが好ましい。
【００１９】
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物では、上記の必須の成分のほかに難燃剤、潤滑剤、無機充填剤、着色剤、流動性調節剤その他の各種添加剤も目的に応じて使用することができ、さらにメチルエチルケトンなどの溶剤に溶解したワニス状態でも使用することができる。
【００２０】
【実施例】
以下に実施例と比較例によって本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
実施例１
フェノールノボラック樹脂３００ｇ（軟化点 ８０℃，水酸基当量 １０４ｇ／ｅｑ）を溶融し、９０℃でヘキサメチルジシラザン９６ｇを、発生するアンモニアを排出しながら２時間かけて滴下する。その後なおも系内に滞留するアンモニアを減圧下で（１６０℃、１０ｔｏｒｒ）除去したのち、トリメチルシリル化フェノールノボラック樹脂３８０ｇを取得した。
【００２２】
得られたトリメチルシリル化フェノールノボラック樹脂にｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ−６６５（大日本インキ化学株式会社製：エポキシ当量 ２０９ｇ／ｅｑ））２０９ｇを加え、溶融混合し、１５０℃での溶融粘度を測定した。
【００２３】
トリメチルシリル化フェノールノボラック樹脂の性状値並びに硬化性エポキシ樹脂組成物の溶融粘度の結果を表−１に記載した。
【００２４】
実施例２
フェノールノボラック樹脂３００ｇ（軟化点９０℃、水酸基当量 １０４ｇ／ｅｑ）をピリジン２００ｇに溶解し６０℃に昇温する。ここにトリメチルクロロシラン９４ｇをゆっくり滴下する。反応終了後ピリジンを減圧で留去したのち、内容物をトルエン３５０ｇに溶解し、水５０ｇで洗浄したのち、無水硫酸ナトリウムで乾燥後トルエンを留去することにより、目的とするトリメチルシリル化フェノールノボラック樹脂３５０ｇを取得する。
【００２５】
得られたトリメチルシリル化フェノールノボラック樹脂にｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ−６６５）２０９ｇを加え、溶融混合し、１５０℃での溶融粘度を測定した。
【００２６】
トリメチルシリル化フェノールノボラック樹脂の性状値並びに硬化性エポキシ樹脂組成物の溶融粘度の結果を表−１に記載した。
【００２７】
実施例３及び４
原料フェールノボラック樹脂として、軟化点１００℃，１２０℃の樹脂を用い、シリル化率を５０％，７５％に設定して、それぞれ実施例１および２と同様の方法でシリル化フェノール樹脂を合成した。
【００２８】
得られた夫々のトリメチルシリル化フェノールノボラック樹脂にｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ−６６５）２０９ｇを加え、溶融混合し、１５０℃での溶融粘度を測定した。
【００２９】
トリメチルシリル化フェノールノボラック樹脂の性状値並びに硬化性エポキシ樹脂組成物の溶融粘度の結果を夫々表−１に記載した。
【００３０】
比較例１
ピリジン２００ｇ中に実施例１で用いたと同じフェノールノボラック樹脂１０４ｇを溶解し、ここに塩化ベンゾイル１４０ｇを内温が９０℃を越えないようにゆっくり加える。終了後１００℃に１時間保持したのちピリジンを留去する。トルエン２５０ｇと水１００ｇを加え洗浄し、分液洗浄水のｐＨが７になるまでこの操作を繰り返す。つづいて共沸脱水で水を除いた後、ろ過で析出する無機塩を除き濾液を濃縮しフェノールノボラック樹脂の安息香酸エステル化物１８０ｇを得た。
【００３１】
得られたフェノールノボラック樹脂の安息香酸エステル化物にｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ−６６５）２０９ｇを加え、溶融混合し、１５０℃での溶融粘度を測定した。
【００３２】
フェノールノボラック樹脂の安息香酸エステル化物の性状値並びに硬化性エポキシ樹脂組成物の溶融粘度の結果を表−１に記載した。
【００３３】
実施例５（硬化物の作成−１）
実施例１で得られたトリメチルシリル化フェノールノボラック樹脂１４０ｇとｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ−６６５（大日本インキ化学株式会社製：エポキシ当量 ２０９ｇ／ｅｑ）２１０ｇを１３０℃で溶融混合し、ここに硬化促進剤としてＤＢＵ２．０９ｇを加えて十分に攪拌混合したのち、冷却・粉砕する。これを５０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下５分間プレスにより成形物を作成し続いて１７５℃で５時間後硬化により硬化物を得る。
得られた硬化物の特性を表−２に記す。
【００３４】
実施例６（硬化物の作成−２）
実施例２で得られたトリメチルシリル化フェノールノボラック樹脂１２０ｇとｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ−６６５（大日本インキ化学株式会社製：エポキシ当量 ２０９ｇ／ｅｑ）２０９ｇを１３０℃で溶融混合し、ここに硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン２．０９ｇを加えて良く混合した後、３ｍｍ厚に調整したガラス板間に注入する。この注型物を１５０℃・１ｔｏｒｒで脱気したのち、１７５℃・５時間でエポキシ樹脂組成物を硬化させる。得られた硬化物の特性を表−２に記す。
【００３５】
実施例７（硬化物の作成−３）
実施例３で得られたアシル化フェノールノボラック樹脂１２０ｇとｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ−６６５（大日本インキ化学株式会社製：エポキシ当量 ２０９ｇ／ｅｑ）２０９ｇを１３０℃で溶融混合し、ここに硬化促進剤として２−エチル−４−メチルイミダゾール２．０９ｇを加えて十分に攪拌混合したのち、冷却・粉砕する。これを５０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下５分間プレスにより成形物を作成し続いて１７５℃で５時間後硬化により硬化物を得る。
得られた硬化物の特性を表−２に記す。
【００３６】
実施例８（硬化物の作成−４）
実施例４で得られたシリル化フェノール樹脂を硬化剤として、硬化促進剤として２−メチルイミダゾールを用いるほかは実施例７と同様にしてエポキシ樹脂硬化剤を作成した。得られた硬化物の特性を表−２に示す。
【００３７】
比較例１（エポキシ樹脂のフェノールノボラック樹脂硬化物の作成）
フェノールノボラック樹脂（フェノライトＴＤ−２１３１（大日本インキ化学株式会社製：水酸基当量 １０４ｇ／ｅｑ、軟化点 ８０℃））１２０ｇとｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＰＩＣＬＯＮ Ｎ−６６５（大日本インキ化学株式会社製：エポキシ当量 ２０９ｇ／ｅｑ）２０９ｇを１３０℃で溶融混合し、ここに硬化促進剤としてＤＢＵ２．０９ｇを加えて、３ｍｍ厚に調整したガラス板間に注入する。この注型物を１５０℃・１ｔｏｒｒで脱気したのち、１７５℃・５時間でエポキシ樹脂組成物を硬化させる。得られた硬化物の特性を表−２に記す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【表２】

【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、硬化物の耐湿性を向上させながらも、組成物の流動性を著しく改善できる。よって、例えば半導体封止材料用途や電気積層板用途において、硬化物の優れた耐湿性を維持した上で、シリカなどのセラミック類のコンパウンド中への充填量或いはガラスクロスへの含浸性の向上が可能な硬化性エポキシ樹脂組成物を提供できる。
【００４１】
また、本発明の組成物から得られるエポキシ樹脂硬化物は、耐湿性が極めて良好であるため、低誘電率・低誘電正接の良好な電気特性を達成できる。

Claims (7)

1. エポキシ樹脂と、シリル化多価フェノールとを必須成分とする硬化性エポキシ樹脂組成物であって、前記シリル化多価フェノールが、シリル基の３つの水素原子の全てが炭素原子数１〜６の脂肪族炭化水素基及び／又は芳香族炭化水素基で置換された有機シリル基とシリルエーテルを形成していることを特徴とする硬化性エポキシ樹脂組成物。
2. シリル化多価フェノールが、フェノールノボラックのシリル化物である請求項１記載の組成物。
3. シリル化多価フェノールが、多価フェノール類のトリメチルシリル化物である請求項１または２記載の組成物。
4. シリル化多価フェノールが、多価フェノール類の全水酸基数の１０〜９０％がシリル化されたものである請求項１、２または３記載の組成物。
5. エポキシ樹脂が、ノボラック型エポキシ樹脂である請求項１〜４の何れか１つに記載の組成物。
6. エポキシ樹脂及びシリル化多価フェノール類に加え、更に硬化促進剤を含有する請求項１〜５の何れか１つに記載の組成物。
7. 強塩基性化合物が、ＤＢＵ、イミダゾール類、トリ（アリール）ホスフィン類である請求項６記載の組成物。