JP5811172B2 - エポキシ樹脂組成物およびその製造方法ならびにそれを用いた半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物およびその製造方法ならびにそれを用いた半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、耐熱性に優れ、熱膨張率が低く、ケトン系の溶媒に溶解する作業性の優れたエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に関する。
近年、半導体素子の大型化が急速に進み、半導体素子と基板との間に大きな熱応力が発生している。これはシリコンよりなる半導体素子の熱膨張率とエポキシ樹脂をもとにした基板との熱膨張率の差によるものである。この熱応力は、半導体素子と基板を接合する半田バンプに集中し、それを緩和するためにアンダーフィル剤などを充填している。このような応力緩和である程度の効果はあるものの、本質的に基板の熱膨張率を半導体素子程度に低下させることが必要となってきている。
また、環境に対する影響を小さくするため、半田についても従来の鉛入りのものから、スズと銀などからなる鉛フリータイプの半田になってきている。鉛フリー半田となることで、鉛入りの半田より高温での半田接続が必要になり、基板材料にこれまで以上に高いガラス転移温度が必要になってきている。
エポキシ樹脂の低熱膨張率化には、無機フィラーを入れる方法が一般的である(例えば、特許文献1参照)。
エポキシ樹脂の高ガラス転移温度化には、エポキシ樹脂にフロログルシノールを添加するもの(例えば、特許文献2参照)や、エポキシ樹脂にフェノール性水酸基を3つ以上有する硬化剤を添加するもの(例えば、特許文献3参照)、エポキシ樹脂にシアネートエステル樹脂を添加するもの(例えば、特許文献4参照)、エポキシ樹脂、多価フェノール系のエポキシ樹脂硬化剤およびポリエーテルスルホンを含有する樹脂組成物を添加するもの(例えば、特許文献5参照)などが提案されている。
また、ビスマレイミド化合物とエポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物(例えば、特許文献6参照)とすることで半導体素子との接着性を高めることや、液状エポキシ樹脂、硬化剤、ポリエーテル系化合物を含有する液状エポキシ樹脂組成物とすることや、エポキシ樹脂と特殊な構造を有したポリイミドを含んだ組成物とすることで高耐熱化することが開示されている(例えば、特許文献7参照)。しかしながら、これらに開示された樹脂組成物は、低沸点の溶媒に溶解しないなど作業性の点、耐熱性が不十分であるという問題があった。
また作業性、耐熱性を改善することを目的として、置換グアナミン化合物と少なくとも2個の不飽和N−置換マレイミド基を反応させたポリイミドよりなる熱硬化性樹脂組成物(特許文献8参照)、エポキシ当量200−1000のポリマーとエポキシ化合物による相溶した硬化性樹脂組成物(特許文献9参照)、ヒドロキシル基を有するポリイミドとエポキシ樹脂による電子材料用接着剤(特許文献10参照)、アミノ基とフェノール基を有する化合物とビスマレイミド化合物とエポキシ樹脂によりなる耐熱性樹脂組成物(特許文献11参照)、ビスマレイミド化合物とジアミンとの重合物、ポリエーテルスルホン樹脂とエポキシ樹脂よりなる樹脂組成物(特許文献12参照)、特定構造を有するヒドロキシル基を有したマレイミド化合物と2個以上のグリシジル基を有するエポキシ化合物による耐熱性組成物(特許文献13参照)、エポキシ化合物とビスマレイミド化合物とヒドロキシマレイミド化合物よりなる耐熱性組成物(特許文献14参照)など多数の耐熱性樹脂組成物が提案されている。しかしながらこれらに開示された樹脂組成物は、配合するポリイミドなどの分子量が大きくエポキシ樹脂組成物と混合したときの粘度が高くなりすぎる問題があった。
特開2006−28294号公報(特許請求の範囲) 特開2010−95646号公報(特許請求の範囲) 特開2010−95645号公報(特許請求の範囲) 特開2010−90237号公報(特許請求の範囲) 特開2001−72833号公報(特許請求の範囲) 特開2003−221443号公報(特許請求の範囲) 特開2008−81686号公報(特許請求の範囲) 特開2009−149742号公報(特許請求の範囲) 特開2008−274300号公報(特許請求の範囲) 特開2004−35650号公報(特許請求の範囲) 特開2007−169454号公報(特許請求の範囲) 特開2009−155354号公報(特許請求の範囲) 特開2009−161605号公報(特許請求の範囲) 特開平07−268077号公報(特許請求の範囲)
上記課題に鑑み、本発明は保存安定性、硬化後の耐熱性、低熱膨張性の全てを満たすとともに、シクロヘキサノンなどの溶媒に溶解でき、低粘度で作業性の高いエポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の樹脂組成物は下記の構成からなる。すなわち本発明は、(a)一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物および(b)少なくとも2つのエポキシ基を有する化合物を含有し、(a)一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物の数平均分子量が1000〜5000であるエポキシ樹脂組成物を提供する。
Figure 0005811172
(一般式(1)中、Rは、一般式(2)で表される構造を示すものを50%以上有する;Rは下式(4)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い;また下式(4)から選ばれるいずれかの構造におけるベンゼン環は、水酸基、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基、カルボキシル基、シアノ基およびニトロ基から選ばれる1以上の基により置換されていても良い;vは1〜8の整数を表す;Gは下式(5)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い)。
Figure 0005811172
(一般式(2)中、R,Rは、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基から選ばれる基を表す;Xは直接結合、−CH−、−C(CH−、−C(CF−、−C(C−、−O−、−SO−、フルオレン、−CO−、−COO−、−CONH−、−CF−、および下式(3)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い;p、qは0〜3の整数を表し、s、tは0〜4の整数を表し、s+t>0である;wは0〜8の整数を表す。)
Figure 0005811172
Figure 0005811172
Figure 0005811172
本発明によれば、エポキシ樹脂組成物では極めて高いガラス転移温度を有し、熱膨張率が低く、かつメチルエチルケトン、シクロヘキサノンのようなケトン系の溶媒に可溶な加工性の優れたエポキシ樹脂組成物を提供することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は(a)上記一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物および(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物を含有し、(a)上記一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物の数平均分子量が1000〜5000である。
一般式(1)中、Rは、上記一般式(2)で表される構造を示すものを50%以上有する。Rは上記式(4)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い。また上記式(4)から選ばれるいずれかの構造におけるベンゼン環は、水酸基、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基(-COORで示されるエステル基中のRの炭素数が1〜4)の、カルボキシル基、シアノ基およびニトロ基から選ばれる1以上の基により置換されていても良い。vは1〜8の整数を表す;Gは上記式(5)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い。なお、本明細書及び請求の範囲において、「異なるものが混在していても良い」は、1つの分子中にその符号で表されるものが1つしかない場合には、異なる分子間でその符号で表されるものが異なっていてもよいことを意味する。1つの分子中にその符号で表されるものが複数個存在し得る場合には、これに加えて、1つの分子内でもその符号で表されるものが異なっていてもよいことを意味する。
上記一般式(2)中、R,Rは、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基から選ばれる基を表す。これらのうち、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜3のフルオロアルキル基、カルボキシル基が好ましい。Xは直接結合、−CH−、−C(CH−、−C(CF−、−C(C−、−O−、−SO−、フルオレン、−CO−、−COO−、−CONH−、−CF−、および上記式(3)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い。これらのうち、直接結合、−C(CF−、−O−、−SO−、フルオレンが好ましい。p、qは0〜3の整数を表し、s、tは0〜4の整数を表し、s+t>0である;wは0〜8の整数を表す。
本発明に用いる(a)一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物は、フェノール性水酸基を有したジアミン化合物、テトラカルボン酸二無水物、無水マレイン酸や無水ナジック酸等の炭素−炭素二重結合を有するジカルボン酸無水物を反応させることで得ることが出来る。無水マレイン酸、無水ナジック酸等を末端に導入することで、ジアミンとの反応では低い分子量で溶解性を向上させることができ、エポキシ基の硬化反応中に、無水マレイン酸、無水ナジック酸等の二重結合同士や、アミノ基と反応が起こり、イミド構造を有する化合物の分子量が高くなる。これにより、機械物性を向上させることができる。
フェノール性水酸基を有したジアミン化合物の例としては、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(6FAP、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製)、9,9−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(BAHF、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製))、9,9−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)フルオレン、ジヒドロキシベンジジン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン(ABPS、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製)、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル(ADPE)、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ヒドロキシフェニレンジアミン、ジヒドロキシジアミノベンゼン、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)スルホン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(アミノフェノキシ)ヒドロキシベンゼン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼンなどを挙げることができる。
さらに、ジアミン成分の50%未満の範囲で、フェノール性水酸基の無い、フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルプロパン、ビスアミノフェノキシベンゼン、ビスアミノフェノキシフェニルスルホン、ビスアミノフェノキシフェニルプロパン、ビス(アミノフェニル)フルオレンなどの芳香族環を1〜4個有したジアミン、エチレンジアミン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノヘプタン、ジアミノヘキサン、ジアミノシクロヘプタン、ジアミノシクロヘキサン、メチレンビス(アミノシクロヘキサン)などの脂肪族のジアミン化合物、カルボキシル基を有したジアミノ安息香酸、ビス(3−カルボキシ−4−アミノフェニル)メタンなどのジアミン化合物で変性することも出来る。
また、テトラカルボン酸二酸無水物としては、無水ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、ヘキサフルオロイソプロピリデン−ビス(フタール酸無水物)、フェニレンビスオキシビス(フタール酸無水物)、ビス(フェニルトリメリット酸無水物)、ヒドロキノンビス(トリメリット酸無水物)、(イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタール酸無水物)、などが挙げられ、これらを反応させて高分子量にすることもできるが、高分子量にすると溶解性が低下する恐れがある。さらに、これらの酸無水物のベンゼン環は、水酸基、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基、カルボキシル基、シアノ基およびニトロ基から選ばれる1以上の基により置換されていても良い。
ケトン系溶媒(後述)への溶解性から、一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物の数平均分子量が1000〜5000であり、1000〜4000であることが好ましく、1000〜3000であることがより好ましい。また重量平均分子量は10000以下が良い。また、ガラス転移温度を高くするには重量平均分子量が1000以上あることが望ましい。このようなことから望ましい重量平均分子量範囲としては1000〜10000であり、さらには1000〜5000が好ましい。
また末端に無水マレイン酸、シクロヘキセンジカルボン酸無水物、無水ナジック酸、テトラヒドロベンゾ[3,4]シクロブタ[1,2、c]フラン−1,3−ジオン、8−オキサトリシクロ[4,3,1,02,5]デカ−3−エン−7、9−ジオン、ビシクロ[2,2,2]オクト−5エン−ジカルボン酸無水物、オクタヒドロナフト[2,3−c]フラン−1,3−ジオン等の炭素−炭素二重結合を有するジカルボン酸無水物を反応させることで、末端に炭素−炭素二重結合を有するイミド結合を有する化合物を得ることができる。
この反応は、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)やガンマブチロラクトンなどの高沸点の極性溶媒中で行うのが一般的であるが、本発明の一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物がケトン基を有する溶媒に溶解するので、シクロヘキサノンなどの溶媒にジアミン化合物を溶解させ、ここに無水マレイン酸や無水ナジック酸等の炭素−炭素二重結合を有するジカルボン酸無水物、テトラカルボン酸二無水物を加えて、100℃以上の温度で水を留去させながら反応することで目的の一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物を得ることが出来る。この反応にはピリジン、トリエチルアミン、イソキノリンなどの塩基化合物や、無水酢酸などの酸無水物をイミド化の触媒として加えても良い。また、イミド化触媒として酸型や塩基型のイオン交換樹脂を用いることもできる。
重合後に、ケトン系以外の溶媒を用いた場合は、溶媒をエバポレーターで留去したり、水やアルコールなどに投入して一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物の固体を析出させて、ろ別したりして集め、洗浄、乾燥して目的の一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物を得る。また、エバポレート後にケトン系の溶媒を入れて溶媒置換しても良い。
ケトン系の溶媒を用いて反応させた場合は、上記の方法で一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物の固体を得てもいいが、溶液のまま(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物と混合してもよい。
本発明に用いる(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物としては、ビスフェノールA型のもの(例えば、三菱化学(株)製 “jER(登録商標)”828、商品名)、ビスフェノールF型のもの(例えば、三菱化学(株)製 “jER(登録商標)”807、商品名)、ビフェニル型のもの(例えば、三菱化学(株)製 “jER(登録商標)”YX4000、商品名)、フェノールノボラック型のもの(例えば、三菱化学(株)製 “jER(登録商標)”152、商品名)、クレゾールノボラック型のもの(例えば、DIC(株)製 “エピクロン(登録商標)”N660、商品名)、グリシジルアミン型のもの(例えば、三菱化学(株)製 “jER(登録商標)”604、商品名)、シクロペンタジエン型のもの(例えば、DIC(株)製 “エピクロン(登録商標)”HP7200、商品名)、ナフタレン型のもの(例えば、DIC(株)製 “エピクロン(登録商標)”HP4032、“エピクロン”HP4710、商品名)、アルキルジグリシジルエーテル型のもの(例えば、三菱化学(株)製 YED216、商品名)などが挙げられ、これらを混合して用いてもよい。また、粘度の調整などのために、1価のエポキシ基を有する化合物(例えば、三菱化学(株)製 “jER(登録商標)”801、商品名)を混合して用いてもよい。
本発明に用いる(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物は、2官能型エポキシ樹脂、3官能型エポキシ樹脂、エポキシ基が4つ以上の多官能型エポキシ樹脂が挙げられる。2官能型エポキシ樹脂としては、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、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、脂肪族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂環式グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアニリン型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂が挙げられる。3官能型エポキシ樹脂としてはトリアジン骨格含有エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、アミノクレゾール型エポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ基が4つ以上の多官能型エポキシ樹脂としては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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、芳香族グリシジルアミン型エポキシ樹脂が挙げられる。
これらの中でも一般式(6)〜(8)で表されるエポキシ樹脂は、エポキシ当量が小さく、硬化物中の架橋密度を高め、低熱膨張性と高耐熱性を大きく向上する点で好ましく用いられる。また一般式(9)で表されるエポキシ樹脂は、硬化物の剛直性と配向性を強め、低熱膨張性と高耐熱性を大きく向上する点で好ましく用いられる。
Figure 0005811172
上記一般式(6)〜(9)中、R〜R37は、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基、シクロアルキル基(好ましくは炭素数6〜8、以下に出てくるシクロアルキル基の好ましいものも同じ)およびアリール基(好ましくは炭素数6〜8、以下に出てくるアリール基の好ましいものも同じ)から選ばれる基を表す。R〜R37の好ましいものとしてメチル基、エチル基、プロピル基を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。Y〜Yは、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、直接結合、メチレン基、エーテル基、チオエーテル基、SO基、イソプロピレン基および下記一般式(10)で表される基から選ばれる基を表す。これらのうち、好ましいものとして直接結合、メチレン基、SO基を挙げることができる。
Figure 0005811172
上記一般式(10)中、R38、R39は、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基、シクロアルキル基およびアリール基から選ばれる基を表す。これらのうち、好ましいものとしてメチル基、エチル基、プロピル基を挙げることができる。
上記一般式(6)で表されるアミノフェノール型エポキシ化合物の具体例としては、p−アミノフェノール、m−アミノフェノール、p−アミノクレゾール、トリフルオロメチルヒドロキシアニリン、ヒドロキシフェニルアニリン、メトキシヒドロキシアニリン、ブチルヒドロキシアニリン、ヒドロキシナフチルアニリンなどのトリグリシジル化物が挙げられる。市販品としては、ELM120、ELM100(以上、商品名、住友化学工業(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY0500、“アラルダイト” MY0510(以上、商品名、Vantico(株)製)、“jER(登録商標)”630(以上、商品名、三菱化学(株)製)などが挙げられる。これらのエポキシ化合物は、低粘度性を有し、かつ化合物中のエポキシ基の密度が大きく、硬化後の架橋密度を高くすることができ、硬化後の耐熱性と熱膨張性に優れている。
上記一般式(7)および(8)で表される芳香族系グリシジルアミン型エポキシ化合物の具体例としては、テトラグリシジルジアミノジフェニルエーテル、テトラグリシジルテトラメチルジアミノジフェニルエーテル、テトラグリシジルテトラエチルジアミノジフェニルエーテル、テトラグリシジルビス(アミノフェノキシフェニル)プロパン、テトラグリシジルビス(アミノフェノキシフェニル)スルホン、テトラグリシジルビス(トリフルオロメチル)ジアミノビフェニル、テトラグリシジルベンジジン、テトラグリシジルトリジン、テトラグリシジル−p−フェニレンジアミン、テトラグリシジル−m−フェニレンジアミン、テトラグリシジルジアミノトルエン、テトラグリシジルジアミノキシレン、テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホン、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、α,α’−ビス(4−アミノフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼンとエピクロルヒドリンの1:4の付加反応生成物などが挙げられる。市販品としては、ELM434(以上、商品名、住友化学工業(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY720、“アラルダイト” MY721、“アラルダイト” MY722、“アラルダイト” MY9512、“アラルダイト” MY9612、“アラルダイト” MY9634、“アラルダイト” MY9663(以上、商品名、Vantico(株)製)、“jER(登録商標)”604(三菱化学(株)製)、TGDAS(以上、商品名、小西化学工業(株)製)、などが挙げられる。これらのエポキシ化合物は、保存安定性が良好であり、かつ化合物中のエポキシ基の密度が大きく、硬化後の架橋密度を高くすることができ、硬化後の耐熱性と熱膨張性に優れている。
上記一般式(9)で表されるナフタレン型エポキシ化合物は、ジヒドロキシナフタレンと、ホルムアルデヒドとの縮合体である4価ナフトール中間体を経たテトラグリシジル化物から得ることができる。これらの具体例としては、“エピクロン(登録商標)”HP4700、“エピクロン”HP4710、“エピクロン”HP4770(以上、商品名、DIC(株)製)などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は化合物中のナフタレン骨格が剛直性と強い配向性を強め、硬化後の耐熱性と熱膨張性に優れている。
(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物中のエポキシ基の当量は、(a)一般式(1)で表されるイミド基を有する化合物の水酸基の当量および一般式(2)中のR、Rで表される基のうちエポキシ基と反応する官能基(水酸基、カルボキシル基、シアノ基)の当量の合計を合わせた当量と同当量加えることが好ましい。エポキシの当量とは1当量のエポキシ基を含む樹脂の質量を指し、構造式から求めた分子量を、その構造中に含まれるエポキシ基の数で除算して求めることができる他、JIS−K7236(2001)・ISO3001記載の電位差滴定法により求めることもできる。
(a)一般式(1)で表されるイミド基を有する化合物の水酸基および一般式(2)中のR、Rで表されるエポキシ基と反応する官能基はエポキシ基と1:1で反応するので、エポキシ基と反応する官能基の当量とエポキシ基の当量との関係は0.7〜1.2:1とすることが好ましく、0.9〜1.1:1とすることがより好ましい。
(a)一般式(1)で表されるイミド基を有する化合物の水酸基および一般式(2)中のR、Rで表されるエポキシ基と反応する官能基とエポキシ基の当量との関係が0.7〜1.2:1であれば、エポキシ基同士の反応が少なく、ガラス転移温度の低下や耐薬品性の低下などが起こりにくくなり、また未反応の他の硬化剤や硬化促進剤が少なくなるため、吸水率の増加や、耐薬品性の低下が起こりにくくなる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物は(a)一般式(1)で表されるイミド基を有する化合物の硬化剤として作用を有するが、(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物の硬化反応を促進する目的で、他の硬化剤や硬化促進剤を含有することもできる。ここで、硬化剤とは、単独で硬化する作用を有するものをいい、硬化促進剤とは、硬化剤とともに用いて反応を促進する作用を有するものをいう。
他の硬化剤や硬化促進剤としてはノボラック樹脂、フェノール樹脂、脂肪族ポリアミン、脂環式ポリアミン、芳香族ポリアミンを用いることが好ましい。脂肪族ポリアミンとしては、ジエチルトリアミン、トリエチレンテトラミン、キシレンジアミン等、脂環式ポリアミンとしては、イソホロンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、ノルボルネンジアミン等、芳香族ポリアミンとしては、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等が挙げられる。
これらの硬化剤は、(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物中のエポキシ基の当量と同当量加えるのが好ましい。他の硬化剤や硬化促進剤の水酸基(OH)はエポキシ基と1:1で反応し、また他の硬化剤や硬化促進剤のアミノ基(NH)はエポキシ基と1:2で反応するので、他の硬化剤の反応基の当量とエポキシ基の当量との関係は0.7〜1.2:1とすることが好ましく、0.9〜1.1:1とすることがより好ましい。他の硬化剤の反応基の当量とエポキシ基の当量との関係が0.7〜1.2:1であれば、エポキシ基同士の反応が少なく、ガラス転移温度の低下や耐薬品性の低下などが起こりにくくなり、また未反応の他の硬化剤や硬化促進剤が少なくなるため、吸水率の増加や、耐薬品性の低下が起こりにくくなる。
また、本発明のエポキシ樹脂組成物に用いることのできる他の硬化剤または硬化促進剤として、酸無水物、ジシアンジアミドとその誘導体、イミダゾール類とその誘導体、アミン誘導体とホルムアルデヒドの縮合体(尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド)、有機金属錯体、ポリチオール類、オニウム塩類等も挙げることができ、これらを2種以上用いてもよい。
具体的には、酸無水物としては、無水こはく酸、イタコン酸無水物、無水フタール酸、ピロメリット酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ヘキサハイドロフタル酸無水物、メチルテトラハイドロフタル酸無水物、“アデカハードナー(登録商標)”EH−3326、“アデカハードナー”EH−703、“アデカハードナー”EH−705A(以上、商品名、旭電化工業(株)製)、“エピクロン”B−570、“エピクロン”B−650(以上、商品名、大日本インキ化学(株)製)、“リカシッド(登録商標)”MH−700(商品名、新日本理化(株)製)等が挙げられる。ジシアンジアミドとその誘導体としては、DICY7、DICY15、DICY50(以上、商品名、三菱化学(株)製)、“アミキュア(登録商標)”AH−154、“アミキュア”AH−162(以上、商品名、味の素ファインテクノ(株)製)等が挙げられる。イミダゾール類とその誘導体としては、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシイミダゾール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−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、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−フェニルイミダゾール、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や、IS−1000、IS−1000D、IM−1000、SP−1000、IA−100A、IA−100P、IA−100F(以上商品名、日鉱マテリアルズ(株)製)等のイミダゾールシラン等が挙げられる。アミン誘導体とホルムアルデヒドの縮合体(尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド)としては、4−クロロ−フェニル−N,N−ジメチル尿素、3,4−ジクロロフェニル−N,N−ジメチル尿素(DCMU)が挙げられる。有機金属錯体としては、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスホニウムトリフェニルボレート等、ポリチオール類としては、脂肪族ポリチオエーテル、脂肪族ポリチオエステル、芳香族環含有ポリチオエーテル等が挙げられる。オニウム塩類としては、スルホニウムやヨードニウム等のオニウム塩が挙げられ、オニウム塩型のジフェニルヨードニウムヘキサフロロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフロロホスフェート、サイラキュアーUVI−6992、サイラキュアーUVI−6974(以上、商品名、ダウ・ケミカル日本(株)製)、アデカオプトマーSP150、アデカオプトマーSP170(以上、商品名、旭電化工業(株)製)、サンエイドSI−60L、SI−80L、SI−100L、SI−150L(以上、商品名、三新化学工業(株)製)等が挙げられる。
その他に、エポキシ化合物に混合した状態で長時間保存でき、熱・光・圧力・湿気等の刺激を与えると硬化反応を開始する硬化剤の例としては、マイクロカプセル型潜在性硬化剤、アミンアダクト型潜在性硬化剤等が挙げられる。マイクロカプセル型潜在性硬化剤は、コア(芯物質)/シェル(カプセル膜)構造を有する硬化剤であり、コアとしては、種々のイミダゾール化合物やトリフェニルホスフィン等、シェルとしては、有機ポリマーや無機化合物等が挙げられる。具体的には、 “ノバキュア(登録商標)”HX−3941HP、“ノバキュア”HXA3922HP、“ノバキュア”HXA3932HP、“ノバキュア”HXA3042HP(以上商品名、旭化成ケミカルズ(株)製)が挙げられる。アミンアダクト型潜在性硬化剤は、イミダゾール化合物、3級アミノ基含有化合物またはヒドラジド化合物をエポキシ化合物やイソシアネート化合物等と反応させて高分子量化したものを微粉砕化したものであり、常温での溶解度が低く、潜在性を示す。具体的には、“アミキュア”PN−23、“アミキュア”PN−40、“アミキュア”MY−24、“アミキュア”MY−H(以上、商品名、味の素ファインテクノ(株)製)、“フジキュア(登録商標)”FXR−1030(商品名、富士化成(株)製) “アミキュア”VDH、“アミキュア”UDH(以上、商品名、味の素ファインテクノ(株)製)が挙げられる。
これらの他の硬化剤および硬化促進剤の含有量は(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物100重量部に対して0.1〜60重量部であることが好ましく、10〜50重量部であることがより好ましい。他の硬化剤および硬化促進剤の含有量を0.1重量部以上とすることで(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物の硬化を効果的に行い、60重量部以下とすることで室温での反応開始を抑制することができる。
さらに(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物以外のオキセタン化合物を含有することができる。オキセタン化合物を含有することで、熱安定性が上昇するため、硬化後の耐熱性を向上させることができる。このようなオキセタン化合物のうち、1官能性オキセタン化合物としては、“エタナコール(登録商標)”EHO、“エタナコール”OXMA、(以上、商品名、宇部興産(株)製)、OXT−101、OXT−211、OXT−212、OXT−610(以上、商品名、東亜合成(株)製)、3−エチル−3−(シクロヘキシロキシ)メチルオキセタンが挙げられ、2官能性オキセタン化合物としては、“エタナコール“OXBP、“エタナコール”OXTP、“エタナコール”OXIPA(以上、商品名、宇部興産(株)製)、OXT−121、OXT−221(以上、商品名、東亜合成(株)製)、3官能性オキセタン化合物としては、オキセタン化フェノール樹脂や、オキセタニルシリケート、フェノールノボラック型オキセタン化合物が挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。これらのオキセタン化合物の含有量は(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物100重量部に対して0.1〜60重量部が好ましい。オキセタン化合物の含有量を0.1重量部以上とすることでエポキシ樹脂組成物の耐熱性を高め、60重量部以下とすることで硬化物の層分離を防ぐことができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(c)シクロヘキサノンに30重量%以上の濃度で溶解することが好ましい。これにより多くのエポキシ樹脂と容易に相溶するとともにその後の乾燥が簡単に行え、硬化時の収縮がより少なくなる。
また本発明の(c)シクロヘキサノンに30重量%以上の濃度で溶解するエポキシ樹脂組成物であれば、シクロヘキサノン以外のケトン基を有した溶剤であるアセトン、アセトニルアセトン、ジイソブチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、メチルアミルケトン、メチルシクロヘキサノン、エチルシクロヘキサノン、メチルジプロピルケトン、メチルプロピルケトン、メシチルオキシド、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノンなども反応溶媒に用いることができる。またエーテル系溶剤の1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、グリシドール、ジグライム、グリコールエーテル系溶剤のメチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、その他ベンジルアルコール、プロパノール、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、N,N−ジメチルホルムアミド等を、(c)シクロヘキサノンや上記シクロヘキサン以外のケトン基を有した溶剤の他に、全溶媒の50重量%以下の範囲で混合したものであっても、反応溶媒に用いることができる。またこれらを2種以上混合してもよい。
また本発明のエポキシ樹脂組成物は、粘度を調節したり、塗布性を向上する目的でシクロヘキサノンや、シクロヘキサノン以外のケトン基を有した溶剤を0.1〜1重量%含有していてもよい。これらの溶剤含有量を0.1〜1重量%とすることで熱処理時の溶媒飛散によるボイドの発生を抑制することができ、また一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物の粒子を凝集させることなく保存安定性を良好にすることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(d)窒化ホウ素、シリカ、チタニア、ジルコニア、窒化ケイ素、アルミナ、セリア、タルクおよび炭酸カルシウム、シリカ−チタニア複合粒子からなる群より選ばれる少なくとも一種の無機微粒子を含有することができる。これらの無機微粒子を含有することにより、熱伝導性を付与したり、硬化膜の熱線膨張係数を低減することができる。熱伝導性を付与する場合は、窒化ホウ素、シリカ、チタニア、アルミナ、炭酸カルシウム、シリカ−チタニア複合粒子が好ましい。さらに、無機微粒子とマトリックス樹脂の界面を強固に結合するために、無機微粒子表面をシラン系、チタン系、アルミニウム系などの各種カップリング剤、脂肪酸、リン酸エステルなどで処理したものや、ロジン処理、酸性処理、塩基性処理を施したものも好適に用いられる。シラン系のカップリング剤であるシランカップリング剤はエポキシ化合物との親和性を高めるため好ましく、特にエポキシ基を有するシランカップリング剤は、強靭性を高める点から好ましく用いられる。シランカップリング剤の好ましい例としては、γ−グリシドキシトリメトキシシラン、γ−グリシドキシトリエトキシシラン、γ−グリシドキシトリプロポキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリプロポキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリプロポキシシランなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
これら(d)無機微粒子の含有量は、(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物100重量部に対して5〜5000重量部が好ましい。無機微粒子の含有量が5重量部以上であることで熱線膨張係数を低減することができ、5000重量部以下とすることでエポキシ樹脂組成物の接着性、機械特性を維持することが出来る。さらに好ましくは、(a)成分のイミド基を有する化合物と(b)成分のエポキシ化合物との総量100重量部に対して30〜500重量部である。
また、無機微粒子の平均粒子径は5nm〜30μmが好ましく、さらに好ましくは10nm〜10μmである。ここで、本発明における平均粒子径は、超薄切片法を用いて調製した厚さ20μmのコーティング被膜の断面を、透過型電子顕微鏡(日立製作所(株)製、H−7100FA型)を用いて、加速電圧100kVの条件にて観察倍率200000倍で観察し、得られた像から任意の粒子を50個選んで個々の粒子単一の粒子径を測定し、それらの数平均値を求めたものである。粒子径が5nm以上であることで、適度な粘性を付与すると同時に安定した粒子分散性を得ることができ、30μm以下とすることで、低粘度性を向上し、無機微粒子の沈降を防ぐことができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(e)ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンエーテル、ポリエステルおよびポリカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも一種の有機微粒子を含有することができる。これらの有機微粒子を含有することにより、靭性や耐熱性、低吸湿性を付与することができる。これらの有機微粒子の含有量は(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物100重量部に対して5〜1000重量部であることが好ましい。5重量部以上とすることで靭性、耐熱性、機械特性が向上し、1000重量部以下とすることで機械特性を維持でき、溶液粘度が上がり過ぎなくなる。
また、有機微粒子の平均粒子径は5nm〜10μmが好ましく、さらに好ましくは5nm〜5μmである。有機微粒子の平均粒子径の測定方法は、上記の無機微粒子の平均粒子径の測定方法と同様である。
その他にフェノキシ樹脂、ポリウレタン、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(NBR)、スチレン−ブタジエン共重合体、(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエン−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体等を含有してもよい。
そのほか、本発明のエポキシ樹脂組成物は、ノニオン性、カチオン性、アニオン性の界面活性剤、多価カルボン酸等の湿潤剤、両親和性物質、高立体障害の置換基を有する樹脂等を含有してもよい。また、必要に応じて、安定化剤、分散剤、沈降防止剤、可塑剤、酸化防止剤等を含有してもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、例えば、下記一般式(2)’で表される構造を示すものを50モル%以上有するジアミン、下式(4)’から選ばれる1以上のテトラカルボン酸無水物および下式(5)’から選ばれる1以上の化合物を(c)’ケトン基を有した溶剤中で50〜80℃の条件下0.5〜2時間混合して(a)前記一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物を得て、さらに(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物を混合することで得ることができる。
Figure 0005811172
(一般式(2)’中、R,Rは、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基から選ばれる基を表す。Xは直接結合、−CH−、−C(CH−、−C(CF−、−C(C−、−O−、−SO−、フルオレン、−CO−、−COO−、−CONH−、−CF−、および下式(3)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い。p、qは0〜3の整数を表し、s、tは0〜4の整数を表し、s+t>0である。wは0〜8の整数を表す。)
Figure 0005811172
Figure 0005811172
Figure 0005811172
なお、一般式(2)’中の各符号で表されるものの好ましいものは上記一般式(2)について述べたものと同様である。
また有機/無機微粒子、硬化剤、硬化促進剤等も同様に混合することが出来る。特に有機/無機微粒子を混合させる場合は、超音波分散ボールミル、ロールミル、ニーダー、クレアミックス、ホモジナイザー、メディア分散機等の方法を用いて分散させる方法が挙げられる。また、エポキシ樹脂組成物を混合するときは80℃以下で行うことが好ましく40℃以下で行うことがより好ましい。また0℃以上で行うことが好ましく、10℃以上で行うことがより好ましい。0℃以上、80℃以下で行うことで、適切な粘度となり十分撹拌することができる。
また(a)一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物は、ケトン系の溶媒(例えばシクロヘキサノン)中で反応させて得ることが出来るため、この反応後の溶液に(b)少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する化合物を混合してもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、半導体素子と基板を接合するための接着剤(アンダーフィル剤)として好適に用いられる。その他にも、本発明の熱硬化性樹脂組成物を硬化して得られる膜は、半導体素子の保護膜、高密度実装用多層配線の層間絶縁膜、回路基板の配線保護絶縁膜等の用途に用いられる。これらにより半導体装置を得ることができる。
以下実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、実施例中の評価は以下の方法により行った。
(1)水酸基当量
(1−1)末端封止剤を用いた場合
各実施例および比較例で使用したジアミン成分、酸成分、末端封止剤それぞれの分子量、水酸基の数、モル比を用いて以下の計算式で求めた。なお各成分のモル比については末端封止剤のモル比を2として計算した。
水酸基当量(g/eq)=((Mwb×Mb+Mwa×Ma+Mwe×2)−(Mb+Ma+2−1)×18)/(OHb+OHa+OHe)
ここでMwbはジアミン成分の分子量を、Mwaは酸成分の分子量を、Mweは末端封止剤の分子量を表す。またOHbはジアミン成分の水酸基の数を、OHaは酸成分の水酸基の数を、OHeは末端封止剤の水酸基の数を表す。またMbは末端封止剤のモル比を2としたときのジアミン成分のモル比を、Maは同じく末端封止剤のモル比を2としたときの酸成分のモル比を表す。
(1−2)ジアミン成分のみを用いた場合
以下の計算式で求めた。
水酸基当量(g/eq)=Mwb/OHb
(1−3)酸成分のみを用いた場合
以下の計算式で求めた。
水酸基当量(g/eq)=Mwa/OHa
(2)一般式(1)におけるvの平均値
各実施例および比較例で使用したジアミン成分、酸成分、末端封止剤それぞれのモル比を用いて以下の計算式で求めた。なお各成分のモル比については末端封止剤のモル比を2として計算した。
一般式(1)におけるvの平均値=(Mb/(Mb−Ma))−1
ここでMbは末端封止剤のモル比を2としたときのジアミン成分のモル比を、Maは同じく末端封止剤のモル比を2としたときの酸成分のモル比を表す。
(3)数平均分子量
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(日本ウォーターズ(株)製 Waters 2690)を用い、ポリスチレン換算で数平均分子量を求めた。カラムは東ソー(株)製 TOSOH TXK−GEL α−2500、およびα−4000を用い、移動層にはNMPを用いた。
(4)シクロヘキサノン溶解性
エポキシ樹脂組成物をシクロヘキサノンに固形分30重量%で混合し、肉眼で溶解するかどうかを観察した。完全に溶解している場合は○、完全に溶解していない場合は×とした。
(5)ガラス転移温度
エポキシ樹脂組成物にNMPを固形分濃度70重量%になるように加えて溶液を作製した後、スピンコート法でシリコンウエハ上に塗布し、次いで120℃のホットプレート(大日本スクリーン製造(株)製SKW−636)で3分間ベークし、厚さ10μm±1μmのプリベーク膜を作製した。この膜をイナートオーブン(光洋サーモシステム(株)製INH−21CD)に投入し、170℃の硬化温度まで80分間かけて上昇させ、170℃で120分間加熱処理を行った。その後、オーブン内が50℃以下になるまで徐冷し、キュア膜を得た。次に得られたシリコンウエハ上のキュア膜を47重量%フッ化水素酸に室温で7分間浸した後、水道水で洗浄し、破れないように慎重にシリコンウエハから剥離した。
上記の方法で得られたキュア膜10mgをアルミニウムセルに入れ、シールしたものを測定用サンプルとした。示差走査熱量計DSC−50(島津製作所(株)製)を用いて、窒素流量20ml/分の条件で、昇温速度5℃/分で300℃まで昇温し、アニール処理した後、冷却し、昇温速度20℃/分で再び30℃〜300℃の温度範囲で測定を行った。dDSC/dtの極小点における温度をガラス転移温度とした。
(6)熱膨張率の測定
エポキシ樹脂組成物にNMPを固形分濃度70重量%になるように加えて溶液を作製した後、スピンコート法で塗布し、次いで120℃のホットプレート(大日本スクリーン製造(株)製SKW−636)で3分間ベークし、厚さ10μm±1μmのプリベーク膜を作製した。この膜をイナートオーブン(光洋サーモシステム(株)製INH−21CD)に投入し、170℃の硬化温度まで30分間かけて上昇させ、170℃で120分間加熱処理を行った。その後、オーブン内が50℃以下になるまで徐冷し、キュア膜を得た。次に得られたシリコンウエハ上のキュア膜を47%フッ化水素酸に室温で7分間浸した後、水道水で洗浄し、破れないように慎重にシリコンウエハから剥離した。
上記の方法で得られたキュア膜を3mm×17mmに切り出し、熱機械分析装置SS−6100(セイコーインスツルメント(株)製)を用いて、引っ張りモード、温度範囲25〜150℃、昇温速度5℃/分、初期荷重0.5g、チャック間15mmの条件でキュア膜の伸びを測定した。得られた測定結果から下記の計算式を用いて25〜150℃の平均熱線膨張係数を算出した。ここでL25は25℃でのサンプル長、L150は150℃でのサンプル長である。
平均熱線膨張係数=(1/L25)[(L150−L25)/(150−25)]
(7)粘度の測定
エポキシ樹脂組成物にNMPを固形分濃度70重量%になるように加えて溶液を作製して1mlをはかり取り、トキメック社製E型粘度計を用いて、25℃で測定した。粘度は1000mPa・sを超えると作業性が低下する。
合成例1:イミド構造を有する化合物Aの合成(実施例1、10〜13)(各化合物の構造については表1参照)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分として2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(以下6FAPとする、AZマテリアルズ(株)製)36.6g(100ミリモル)をシクロヘキサノン(和光純薬工業(株)製)100gに溶解させた。ここに酸成分として無水ピロメリット酸二無水物(以下PMDAとする、ダイセル工業(株)製)10.9g(50ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌した。その後、末端封止剤として無水マレイン酸(以下MAとする、和光純薬工業(株)製)9.8g(100ミリモル)をシクロヘキサノン35gとともに加え、60℃で1時間攪拌後、温度を160℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド構造を有する化合物Aの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例2:イミド構造を有する化合物Bの合成(実施例2)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分として6FAP 36.6g(100ミリモル)をシクロヘキサノン 120gに溶解させた。ここに酸成分としてPMDA 16.4g(75ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌した。その後、末端封止剤としてMA 4.9g(50ミリモル)をシクロヘキサノン15gとともに加え、60℃で1時間攪拌後、温度を160℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド構造を有する化合物Bの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例3:イミド構造を有する化合物Cの合成(実施例3)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分として6FAP 36.6g(100ミリモル)をシクロヘキサノン 120gに溶解させた。ここに酸成分として2,3,3‘,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA、LINCHUAN CHEMICAL(株)製))14.7g(55ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌した。その後、末端封止剤としてMA 8.8g(90ミリモル)をシクロヘキサノン15gとともに加え、60℃で1時間攪拌後、温度を160℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド構造を有する化合物Cの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例4:イミド構造を有する化合物Dの合成(実施例4)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分としてビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルホン(ABPS、AZマテリアルズ(株)製) 28.0g(100ミリモル)をシクロヘキサノン160gに溶解させた。ここに酸成分としてヘキサフルオロプロピリデンビス(フタル酸無水物)(以下6FDAとする、ダイキン工業(株)製)22.2g(50ミリモル)、末端封止剤として無水ナジック酸(以下NAとする、東京化成工業(株)製)16.4g(100ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌した。その後、温度を160 ℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド構造を有する化合物Dの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例5:イミド構造を有する化合物Eの合成(実施例5)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分としてビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル(ADPE、AZマテリアルズ(株)製) 23.2g(100ミリモル)をシクロヘキサノン 150gに溶解させた。ここに酸成分として6FDA 22.2g(50ミリモル)、末端封止剤としてMA 9.8g(100ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌した。その後、温度を160℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド構造を有する化合物Eの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例6:イミド構造を有する化合物Fの合成(実施例6)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分として6FAP 36.6g(100ミリモル)をシクロヘキサノン160gに溶解させた。ここに酸成分としてPMDA 10.9g(50ミリモル) 、末端封止剤としてNA 16.4g(100ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌した。その後、温度を160℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド構造を有する化合物Fの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例7:イミド構造を有する化合物Gの合成(実施例7)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分として9,9−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(以下BAHF(FL)とする、JFEケミカル(株)製)、38.0g(100ミリモル)をシクロヘキサノン160gに溶解させた。ここに酸成分としてPMDA 10.9g(50ミリモル)、末端封止剤としてMA 9.8g(100ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌した。その後、温度を160℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド構造を有する化合物Gの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例8:イミド構造を有する化合物Hの合成(実施例8)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分として、BAHF(FL)38.0g(100ミリモル)をシクロヘキサノン160gに溶解させた。ここに酸成分として(イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタール酸無水物)(以下BSAAとする、SABICイノベーティブプラスチックスジャパン(株)製)26.0g(50ミリモル)、末端封止剤としてMA 9.8g(100ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌した。その後、温度を160℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド構造を有する化合物Hの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例9:イミド構造を有する化合物Iの合成(実施例9)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分として4,4−ジアミノジフェニルエーテル(DAE、東京化成工業(株)製) 10.0g(50ミリモル)、BAHF(FL)76.0g(200ミリモル)をシクロヘキサノン160gに溶解させた。ここに酸成分としてBSAA 104.1g(200ミリモル)、末端封止剤としてMA 9.8g(100ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌した。その後、温度を160℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド構造を有する化合物Iの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例10:イミド構造を有する化合物Jの合成(比較例1)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分として6FAP 36.6g(100ミリモル)をシクロヘキサノン 100gに溶解させた。ここに末端封止剤としてMA 19.6g(200ミリモル)をシクロヘキサノン35gとともに加え、60℃で1時間攪拌後、温度を160℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド構造を有する化合物Jの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例11:イミド構造を有する化合物Kの合成(比較例2)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分として6FAP 36.6g(100ミリモル)、酸成分としてPMDA 19.6g(90ミリモル)をシクロヘキサノン 130g中で混合し、60℃で1時間攪拌した。ここに末端封止剤としてMA 1.96g(20ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌後、温度を160℃になりしばらくすると、沈殿が析出してきた。そのため、N−メチルピロリドン(三菱化学(株)製)121gを加えて、180℃で溶媒と水を除去しながら、適宜、シクロヘキサノンを加え4時間攪拌した。
その後冷却し、溶液のイミド基を有する化合物Kの含量が20重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例12:イミド構造を有する化合物Lの合成(比較例3)
冷却管及び撹拌装置付きの1Lセパラブルフラスコに、酸成分としてビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物(ODPA、マナック(株)製)31.0g(100ミリモル)、ジアミン成分として6FAP 32.9g(90ミリモル)をシクロヘキサノン 150g中に混合し、温度60℃で1時間撹拌し、その後末端封止剤として3−アミノフェノール(AMP、東京化成工業(株)製)2.2g(20ミリモル)をシクロヘキサノン10gとともに加え、温度を160℃に上昇し、出てくる水をシクロヘキサノンとともに除去しながら、適宜、シクロヘキサノンを加えて、6時間攪拌してポリイミド溶液を得た。
その後冷却し、溶液のイミド基を有する化合物Lの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例13:イミド構造を有する化合物Mの合成(比較例4)
窒素導入管、攪拌棒、温度計を取り付けた500mLの3つ口フラスコに乾燥窒素気流下、ジアミン成分として3,3’−ジアミノジフェニルスルホン(3,3’−DDS、東京化成工業(株)製) 24.8g(100ミリモル)をシクロヘキサノン 100gに溶解させた。ここに末端封止剤としてMA 19.6g(200ミリモル)を加え、60℃で1時間攪拌後、温度を160℃にして6時間、出てくる水を留去しながら、適宜、シクロヘキサノンを追加しながら反応させた。
その後冷却し、溶液のイミド基を有する化合物Mの含量が30重量%になるようにシクロヘキサノンを追加した。
合成例14:イミド構造を有する化合物Nの合成(比較例7、8、特開2009−161605合成例2)
攪拌機、冷却コンデンサー、温度計、滴下ロートを備えた、2Lのガラス製四つ口フラスコにMA98.06g(1.0モル)、N−メチルピロリドン 600g、トルエン200gを仕込み、完全に溶解させた。その中に2,2’―メチレンビス{4−メチル−6−(3,5−ジメチル−4−アミノベンジル)フェノール}247g(0.5モル)を反応温度に注意しながら、添加し、さらに40℃で30分間熟成した。その後、130℃に昇温、130〜135℃で4時間脱水還流を行い、閉環反応させた。反応終了後、冷却し3Lのメタノール中に投入し、析出物をろ過した。さらにこの結晶を冷水1Lでよく洗い、乾燥した。乾燥後の重量は325gであった。この化合物30gをN−メチルピロリドン70gに溶解した。
実施例1
合成例1で得られたイミド構造を有する化合物Aの溶液50g、ビスフェノールA型エポキシ化合物 “jER”828(商品名 以下jER828とする、三菱化学(株)製、エポキシ当量 185g/eq)10.9gを遊星式撹拌脱泡機(マゼルスター(クラボウ(株)製))を用いて25℃で60分間撹拌して混合させ、エポキシ樹脂組成物1を得た。得られたエポキシ樹脂組成物1のシクロヘキサノン溶解性、ガラス転移温度、熱膨張率、粘度を前記方法により評価した。
実施例2
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Bの溶液50gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物2を得、実施例1と同様に評価した。
実施例3
イミド構造を有する化合物Aの溶液30gに代えてイミド構造を有する化合物Cの溶液53gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物3を得、実施例1と同様に評価した。
実施例4
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Dの溶液52gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物4を得、実施例1と同様に評価した。
実施例5
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Eの溶液48gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物5を得、実施例1と同様に評価した。
実施例6
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Fの溶液56gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物6を得、実施例1と同様に評価した。
実施例7
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Gの溶液52.6gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物7を得、実施例1と同様に評価した。
実施例8
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Hの溶液66gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ組樹脂成物8を得、実施例1と同様に評価した。
実施例9
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Iの溶液91.4gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物9を得、実施例1と同様に評価した。
比較例1
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Jの溶液49gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物10を得、実施例1と同様に評価した。
比較例2
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Kの溶液76gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物11を得、実施例1と同様に評価したが、硬化反応を進めている間に、エポキシとポリイミドとの層分離が発生した。
比較例3
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Lの溶液64.5gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物12を得、実施例1と同様に評価した。
比較例4
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてイミド構造を有する化合物Mの溶液(ビスマレイミド化合物溶液)50gを用い、硬化剤としてN−メチルイミダゾール1gを加えた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物13を得、実施例1と同様に評価した。
比較例5
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えて、ポリエーテルスルホン樹脂(住友化学(株)製、商品名、スミカエクセル5003P、重量平均分子量67250、末端フェノール性水酸基含有率46モル%、ガラス転移温度230℃)15g、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(以下4,4’−DDSとする、和光純薬工業(株)製)10gをN−メチルピロリドン35gに溶解した溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物14を得、実施例1と同様に評価した。
比較例6
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えて、6FAP15gをシクロヘキサノン 35gに溶解した溶液を用いた以外は実施例1と同様にしたが、混合中にゲル化が進み、評価することができなかった。
実施例10
jER828に代えて、クレゾールノボラック型エポキシ化合物 “エピクロン”N660(商品名、以下N660とする、DIC(株)製、エポキシ当量 207g/eq)を用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物15を得、実施例1と同様に評価した。
実施例11
jER828に代えて、p−アミノフェノール型エポキシ化合物“jER”630(商品名、jER630、三菱化学(株)製、エポキシ当量 96g/eq)5.4gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物16を得、実施例1と同様に評価した。
実施例12
jER828に代えて、テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホン(商品名、TGDAS、小西化学工業(株)製、エポキシ当量 138g/eq)7.7gと、ビスフェノールF型エポキシ化合物 “jER”807(商品名、以下jER807 三菱化学(株)製、エポキシ当量 171g/eq) 5.0g、4,4’−DDS 1.8gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物17を得、実施例1と同様に評価した。
実施例13
jER828に代えて、ナフタレン型エポキシ化合物”エピクロン“ HP4710(商品名、DIC(株)製、エポキシ当量 171g/eq)17gとjER807 2.5g、4,4’−DDS 3.6gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物18を得、実施例1と同様に評価した。
比較例7
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてヒドロキシル基含有マレイミドNの溶液50gを用い、 “jER”828に代えてクレゾールノボラック型エポキシ化合物N660を用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物19を得、実施例1と同様に評価した。
比較例8
イミド構造を有する化合物Aの溶液50gに代えてヒドロキシル基含有マレイミドNの溶液50gを用いた以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物20を得、実施例1と同様に評価した。
各実施例および比較例の組成、評価結果を表1、表2に示す。
Figure 0005811172
Figure 0005811172
本発明によれば、エポキシ樹脂組成物では極めて高いガラス転移温度を有し、熱膨張率が低く、かつメチルエチルケトン、シクロヘキサノンのようなケトン系の溶媒に可溶な加工性の優れたエポキシ樹脂組成物を提供することができる。

Claims (5)

  1. (a)一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物および(b)少なくとも2つのエポキシ基を有する化合物を含有し、(a)一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物の数平均分子量が1000〜5000であるエポキシ樹脂組成物。
    Figure 0005811172
    (一般式(1)中、Rは、一般式(2)で表される構造を示すものを50%以上有する;Rは下式(4)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い;また下式(4)から選ばれるいずれかの構造におけるベンゼン環は、水酸基、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基、カルボキシル基、シアノ基およびニトロ基から選ばれる1以上の基により置換されていても良い;vは1〜8の整数を表す;Gは下式(5)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い)。
    Figure 0005811172
    (一般式(2)中、R,Rは、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基から選ばれる基を表す;Xは直接結合、−CH−、−C(CH−、−C(CF−、−C(C−、−O−、−SO−、フルオレン、−CO−、−COO−、−CONH−、−CF−、および下式(3)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い;p、qは0〜3の整数を表し、s、tは0〜4の整数を表し、s+t>0である;wは0〜8の整数を表す。)
    Figure 0005811172
    Figure 0005811172
    Figure 0005811172
  2. 前記(b)少なくとも2つのエポキシ基を有する化合物が、下記一般式(6)〜(9)から選ばれた1以上の化合物である請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
    Figure 0005811172
    (一般式(6)〜(9)中、R〜R37は、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6アルコキシ基、炭素数1〜6フルオロアルキル基、シクロアルキル基およびアリール基から選ばれる基を表す。Y〜Yは、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、直接結合、メチレン基、エーテル基、チオエーテル基、SO基、イソプロピレン基および下記一般式(10)で表される基から選ばれる基を表す。)
    Figure 0005811172
    (一般式(10)中、R38、R39は、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のフルオロアルキル基、シクロアルキル基およびアリール基から選ばれる基を表す。)
  3. シクロヘキサノンに30重量%以上の濃度で溶解する請求項1または2記載のエポキシ樹脂組成物。
  4. 下記一般式(2)’で表される構造を示すものを50モル%以上有するジアミン、下式(4)’から選ばれる1以上のテトラカルボン酸無水物および下式(5)’から選ばれる1以上の化合物を(c)’ケトン基を有した溶剤中で50〜80℃の条件下0.5〜2時間混合して(a)一般式(1)で表されるイミド構造を有する化合物を得て、さらに(b)少なくとも2つのエポキシ基を有する化合物を混合するエポキシ樹脂組成物の製造方法。
    Figure 0005811172
    (一般式(2)’中、R,Rは、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基から選ばれる基を表す;Xは直接結合、−CH−、−C(CH−、−C(CF−、−C(C−、−O−、−SO−、フルオレン、−CO−、−COO−、−CONH−、−CF−、および下式(3)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い;p、qは0〜3の整数を表し、s、tは0〜4の整数を表し、s+t>0である;wは0〜8の整数を表す。)
    Figure 0005811172
    Figure 0005811172
    Figure 0005811172
    Figure 0005811172
    (一般式(1)中、Rは、一般式(2)で表される構造を示すものを50%以上有する。Rは下式(4)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い。また下式(4)から選ばれるいずれかの構造におけるベンゼン環は、水酸基、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基、カルボキシル基、シアノ基およびニトロ基から選ばれる1以上の基により置換されていても良い;vは1〜8の整数を表す;Gは下式(5)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い。)
    Figure 0005811172
    (一般式(2)中、R,Rは、互いに独立して、それぞれ単一のものであっても異なるものが混在していても良く、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のフルオロアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシル基、炭素数1〜4のフルオロアルコキシル基、炭素数2〜5のエステル基、カルボキシル基、シアノ基及びニトロ基から選ばれる基を表す;Xは直接結合、−CH−、−C(CH−、−C(CF−、−C(C−、−O−、−SO−、フルオレン、−CO−、−COO−、−CONH−、−CF−、および下式(3)から選ばれるいずれかであって異なるものが混在していても良い;p、qは0〜3の整数を表し、s、tは0〜4の整数を表し、s+t>0である。wは0〜8の整数を表す。)
    Figure 0005811172
    Figure 0005811172
    Figure 0005811172
  5. 請求項1〜3のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を含む半導体装置。
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