JP4873446B2 - エポキシ樹脂組成物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱伝導性に優れたエポキシ樹脂組成物に関する。

従来より、半導体などの電子部品を熱硬化性樹脂を用いて封止することが広く行われている。このような封止用樹脂としては、エポキシ樹脂をベースとし、これに硬化剤、硬化促進剤、充填剤などを配合した組成物が一般に使用されている。

近年、半導体装置における高密度実装に伴う半導体パッケージの小型化などにより、熱伝導性の高い封止材料が要求されている。

このため、酸化マグネシウム等の熱伝導性の高い無機充填剤を配合した組成物が開示されているが、酸化マグネシウムの配合量に比して、熱伝導性が充分には発現されていなかった。

特開平７−１０２１０９号公報 特開平８−１４３７８１号公報 特開平８−１５７６９３号公報 特開平８−２４５７６１号公報

本発明の目的は、上記現状に鑑み、耐熱性及び熱伝導性に優れたエポキシ樹脂組成物を提供することにある。

上記課題は、Ａ．エポキシ樹脂、Ｂ．エポキシ樹脂の硬化剤及びＣ．熱可塑性樹脂と酸化マグネシウム粉末からなる熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物により解決される。

本発明により、熱伝導性に優れたエポキシ樹脂組成物を提供することが可能である。

本発明に使用するエポキシ樹脂としては、その分子中にエポキシ基を少なくとも２個有する化合物である限り、分子構造および分子量など特に制限はなく、一般に電子部品封止用材料として使用されるものを広く包含することが出来る。例えば、フェノールノボラック型、ビフェニル型、ビスフェノールＡ型の芳香族系やシクロヘキサン誘導体等脂肪族系のエポキシ樹脂、また、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂やジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等があげられる。

本発明に使用するエポキシ樹脂の硬化剤としては、酸無水系、アミン系、フェノール系等があげられるが、耐熱性を考慮するとフェノール樹脂が好ましい。

硬化剤としてのフェノール樹脂としては、エポキシ樹脂と反応し得るフェノール性水酸基２個以上有する物で有れば、特に制限する物ではない。具体的な物としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂等があげられる。

本発明に使用する熱可塑性樹脂組成物を構成する熱可塑性樹脂としては、結晶性樹脂または非晶性樹脂があげられる。結晶性樹脂としては、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、半芳香族ナイロン（６Ｔ／６Ｉ）、ＭＸＤナイロン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート、液晶ポリエステル、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン等があげられる。

特に２００℃以上の融点を有するナイロン６（融点２２５℃）、ナイロン６６（２６５℃）、ナイロン４６（２９０℃）、半芳香族ナイロン（６Ｔ／６Ｉ）（３２０℃）、ＭＸＤナイロン（２４３℃）、ポリブチレンテレフタレート（２２４℃）、ポリエチレンテレフタレート（２４７℃）、ポリブチレンナフタレート（２４５℃）、ポリエチレンナフタレート（２６４℃）、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート（２９０℃）、液晶ポリエステル（２１０〜４２０℃）、ポリフェニレンスルフィド（２８５℃）、ポリエーテルエーテルケトン（３３４℃）が耐熱性の点で好ましい。これは、本発明樹脂組成物から得られた成形品が２００℃の高温にさらされた後室温に曝されることが繰り返されると２００℃未満の融点を有する熱可塑性樹脂の場合、溶融状態での膨張と固化状態での収縮を繰り返し、エポキシ樹脂との界面剥離が生じ、熱伝導性が低下するからである。

更にポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート、液晶ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトンが低吸水性であり特に好ましい。

このなかで、最も好ましくは、液晶ポリエステル樹脂及びポリエーテルエーテルケトンである。

非晶性樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリルースチレン樹脂、アクリロニトリルーブタジエンースチレン樹脂、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド等があげられる。

特に１５０℃以上のガラス転移温度を有するポリカーボネート（ガラス転移温度１５０℃）、ポリフェニレンエーテル（１７０℃）、ポリサルフォン（１９０℃）、ポリアリレート（１９３℃）、ポリエーテルイミド（２１７℃）、ポリエーテルサルフォン（２２５℃）、ポリアミドイミド（２８０℃）が耐熱性の点で好ましい。これも結晶性樹脂の場合と同様の理由からである。

この中で、最も好ましくは、ポリエーテルイミド及びポリエーテルサルフォンである。

本発明に使用する酸化マグネシウム粉末は、水酸化マグネシウムを１２００℃以上の温度で焼成（硬焼）し、粉砕、分級した物が好ましい。この製造方法では、表面積はＢＥＴ法で５ｍ^２／ｇ以下となり、表面積は小さく、また、活性度は低い。また、粒子径は、通常１００μｍ以下が用いられ、好ましくは５０μｍ以下である。

本発明に使用する酸化マグネシウム粉末には熱可塑性樹脂と複合する前に予めカップリング剤で表面処理されていることが好ましい。カップリング剤としては、通常無機フィラーに使用される物があげられ、アミノシラン系、エポキシシラン系等があげられる。

本発明に使用する酸化マグネシウム粉末の配合量は、熱可塑性樹脂との総和に対して、７０体積％以下が好ましい。７０体積％を超える場合、熱可塑性樹脂に分散するのが困難になるためである。

また、本発明に使用する酸化マグネシウム粉末の配合量は、熱伝導性の点からエポキシ樹脂組成物中３０重量％以上であることが好ましいく、更に好ましくは４０重量％以上であり、特に好ましくは５０重量％以上である。

熱可塑性樹脂には、酸化マグネシウウム粉末以外に実用性を損なわない範囲で安定剤、無機充填剤、難燃剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤等を含有しても良い。

本発明のエポキシ樹脂組成物の製造方法は、酸化マグネシウムを熱可塑性樹脂中に溶融混練で分散させて熱可塑性樹脂組成物のペレットを作り、これを粉砕する。この場合、粉砕品のサイズは、１４メッシュ以下が好ましく、特に好ましくは３２メッシュ以下である。この粉砕物をエポキシ樹脂及び硬化剤とをミキサー等で混合した後、さらに熱ロールによる溶融混合処理、または、ニーダ等による混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることが出来る。

得られた成形材料は、トランスファー成形、射出成形、圧縮成形等に供される。

ここで、トランスファー成形とは、タブレット状のエポキシ樹脂組成物を必要に応じて高周波加熱した後、高温（例えば１７０℃）に保たれた金型のランナー内に投入し、プランジャーで加圧してゲート、キャビティへ流入させ、注入完了後、保圧しながら樹脂を硬化させた後製品を得る。この方法では、低圧成形のため、インサート部品へのダメージを極力抑えることが出来る。

また、射出成形とは、成形機の加熱シリンダー内で樹脂を流動性が出る温度まで加熱、溶融した後、更に高温（例えば１７０℃）の金型内に射出し、そこで反応が進んで硬化した後製品を得る。

圧縮成形は、秤量しておいた材料を所定の温度まで昇温しておいた金型のキャビティ内に投入し、加圧及び加熱（例えば１７０℃）を行い、硬化させた後製品を得る。

また、得られた成形材料は上記３種類の成形方法以外に粉体塗装法にも使用出来る。これは、粉体そのものを被塗装体表面に付着させた後溶融させて皮膜を形成させる方法であり、粉末流動浸せき法、静電塗装法、溶射法等がある。回路基板に接続されている抵抗等はこの方法である。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

［各種評価方法］
１．熱伝導率：ＡＳＴＭ Ｅ１５３０（ディスク板、熱流計方式）

［実施例１〜３，参考例４］
熱可塑性樹脂として粉体化したポリエーテルイミド（ＧＥプラスチックス社製、ウルテム １０１０−１０００）を１５重量％、酸化マグネシウム（協和化学工業社製、パイロキスマ ５３０１Ｋ）を８５重量％配合して予備ブレンド後、二軸混練機（（株）日本製鋼所製 ＴＥＸ３０α）を用い、３４０℃で混練し熱可塑性樹脂組成物のペレットを得た。このペレットを粉砕し、エポキシ樹脂（ｏ―クレゾールノボラック型 住友化学社製 ＥＳＣＮ―１９５ＸＬ）及び硬化剤（ノボラック型フェノール樹脂 ＭＥＨ−１０８５
明和化成社製）とを表１に示す組成で配合後ミキサーで混合し、９０―９５℃の熱ロールによる溶融混合処理後、冷却粉砕して成形材料を製造した。

この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて５０ｍｍΦ×３ｍｍｔの成形体を得た。これを熱伝導率の評価に供した。その結果も表１に示した。

［実施例５〜７，参考例８］
熱可塑性樹脂として粉体化したポリエーテルエーテルケトン（ビクトレックス・エムジー社製 ビクトレックス １５１Ｇ）を１５重量％、実施例１で使用した酸化マグネシウムを８５重量％配合して予備ブレンド後、実施例１と同様の方法で熱伝導率評価用の成形体を作り、熱伝導率の評価に供した。その結果も表１に示した。

［実施例９〜１１，参考例１２］
熱可塑性樹脂として粉体化した液晶ポリエステル（ユニチカ社製 ロッドラン ＬＣ−５０００）を１５重量％、実施例１で使用した酸化マグネシウムを８５重量％配合して予備ブレンド後、実施例１と同様の方法で熱伝導率評価用の成形体を作り、熱伝導率の評価に供した。その結果も表１に示した。

［実施例１３、１４］
熱可塑性樹脂として実施例１で使用したポリエーテルイミド及び酸化マグネシウムを表２に示す組成で配合し、実施例１と同様に熱可塑性樹脂組成物のペレットを作った後粉砕し、エポキシ樹脂及び硬化剤と混合し、成形材料を製造した。このときの組成は、前記ペレットが９０重量％、エポキシ樹脂９．５重量％、硬化剤０．５重量％であった。更に、実施例１と同様に成形体を得、熱伝導率の評価に供した。その結果も表２に示した。

［比較例１］
実施例１で使用した酸化マグネシウム７５重量％、エポキシ樹脂２３．７重量％、硬化剤１．３重量％を配合後ミキサーで混合し、９０―９５℃の熱ロールによる溶融混合処理後、冷却粉砕して成形材料を製造した。この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて５０ｍｍΦ×３ｍｍｔの成形体を作った。これを熱伝導率の評価に供した。その結果、３．０Ｗ／ｍ・Ｋを示した。これは、酸化マグネシウムの配合量がほぼ同じ実施例１、実施例５及び実施例９と比べて小さかった。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、熱伝導性に優れ、半導体など電子部品の封止用樹脂として好適に用いられる。

特に、半導体装置における高密度実装に伴う半導体パッケージは熱を貯めやすいため本発明のエポキシ樹脂組成物は好適である。

また、回路基板に接続されている抵抗等の表面への粉体塗装用にも好適である。

Claims (1)

1. Ａ．常温で固体のエポキシ樹脂、Ｂ．エポキシ樹脂の硬化剤、及びＣ．粉末状の熱可塑性樹脂に粉末状の酸化マグネシウムを当該熱可塑性樹脂の溶融温度にて混練した後に粉末化した熱可塑性樹脂組成物とを、硬化温度以下の温度で混合処理するエポキシ樹脂組成物の製造方法であって、
   前記熱可塑性樹脂組成物を構成する熱可塑性樹脂が融点２００℃以上の結晶性樹脂又はガラス転移温度１５０℃以上の非晶性樹脂であり、
   前記酸化マグネシウムの配合量は、エポキシ樹脂組成物に対して３０重量％以上であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物の製造方法。