JP5983662B2 - 電子材料用エポキシ樹脂組成物およびその硬化物 - Google Patents
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Description
本発明に用いるエポキシ樹脂は、2,2’,7,7’−テトラグリシジルオキシ−1,1’−ビナフタレンを主成分とするものであり、次の構造式(2)で示されるものである。
以下に、本発明に用いるエポキシ樹脂の製法を詳述するが、本発明のエポキシ樹脂の製造方法はこれらに限定されるものではない。
例えば、半導体封止材料に用いられる電子材料用エポキシ樹脂組成物を作製するためには、前記の2,2’,7,7’−テトラグリシジルオキシ−1,1’−ビナフタレンと前記の硬化剤を、例えば、押出機、ニ−ダ、ロ−ル等を用いて均一になるまで充分に混合して溶融混合型のエポキシ樹脂組成物を得ればよい。その際、フィラーとしては、通常シリカが用いられ、その充填率はエポキシ樹脂組成物100質量部当たり、充填剤を30〜95質量%の範囲で用いられる。中でも、難燃性や耐湿性や耐ハンダクラック性の向上、線膨張係数の低下を図るためには、65質量%以上が好ましく、70質量%以上が特に好ましく、それらの効果を格段に上げるためには、80質量%以上が一層その効果を高めることができる。
半導体パッケージ成形としては、該組成物を注型、或いはトランスファー成形機、射出成形機などを用いて成形し、さらに50〜200℃で2〜10時間に加熱することにより成形物である半導体装置を得る方法がある。
本発明の電子回路基板に用いられる電子材料用エポキシ樹脂組成物は、具体的には、プリント配線基板材料、フレキシルブル配線基板材料、ビルドアップ基板用層間絶縁材料、導電ペースト、ビルドアップ用接着フィルム材料、レジストインキ、樹脂注型材料、接着剤等に用いられる。また、これら各種用途のうち、プリント配線基板、フレキシルブル配線基板材料、ビルドアップ基板用層間絶縁材料およびビルドアップ用接着フィルムの用途では、コンデンサ等の受動部品やICチップ等の能動部品を基板内に埋め込んだ、いわゆる電子部品内蔵用基板用の絶縁材料として用いることができる。これらの中でも、高難燃性、高耐熱性、低熱膨張性、及び溶剤溶解性といった特性からフレキシルブル配線基板用樹脂組成物、ビルドアップ基板用層間絶縁材料に用いることが好ましい。
剤を配合して、リバースロールコータ、コンマコータ等の塗布機を用いて、電気絶縁性フィルムに塗布する。次いで、加熱機を用いて60〜170℃で1〜15分間加熱し、溶媒を揮発させて、接着剤組成物をB−ステージ化する。次いで、加熱ロール等を用いて、接着剤に金属箔を熱圧着する。その際の圧着圧力は2〜200N/cm、圧着温度は40〜200℃が好ましい。それで十分な接着性能が得られれば、ここで終えても構わないが、完全硬化が必要な場合は、さらに100〜200℃で1〜24時間の条件で後硬化させることが好ましい。最終的に硬化させた後の接着剤組成物膜の厚みは、5〜100μmの範囲が好ましい。
1)150℃における溶融粘度:ASTM D4287に準拠
2)軟化点測定法:JIS K7234
3)GPC:測定条件は以下の通り。
測定装置 :東ソー株式会社製「HLC−8220 GPC」、
カラム:東ソー株式会社製ガードカラム「HXL−L」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G2000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G3000HXL」
+東ソー株式会社製「TSK−GEL G4000HXL」
検出器: RI(示差屈折率計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」
測定条件: カラム温度 40℃
移動相: テトラヒドロフラン
流速: 1.0ml/分
標準 : 前記「GPC−8020モデルIIバージョン4.10」の測定マニュアルに準拠して、分子量が既知の下記の単分散ポリスチレンを用いた。
(使用ポリスチレン)
東ソー株式会社製「A−500」
東ソー株式会社製「A−1000」
東ソー株式会社製「A−2500」
東ソー株式会社製「A−5000」
東ソー株式会社製「F−1」
東ソー株式会社製「F−2」
東ソー株式会社製「F−4」
東ソー株式会社製「F−10」
東ソー株式会社製「F−20」
東ソー株式会社製「F−40」
東ソー株式会社製「F−80」
東ソー株式会社製「F−128」
試料 : 樹脂固形分換算で1.0質量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(50μl)。
4)NMR:日本電子株式会社製 NMR LA300
5)MS :日本電子株式会社製 ガスクロマトグラフ飛行時間質量分析計JMS−T100GC
温度計、撹拌機、還流冷却器を取り付けたフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、塩化鉄(III)六水和物139g(0.5モル)、水1330mLを仕込み、攪拌しながら反応容器内を窒素置換した後、ナフタレン−2,7−ジオール82g(0.5モル)をイソプロピルアルコール190mLにあらかじめ溶解した溶液を加え、40℃で30分撹拌した。塩化鉄(III)六水和物139g(0.5モル)及び水664mL、イソプロピルアルコール94mLの混合溶液を加え、40℃まで昇温してから、さらに1時間撹拌した。反応液に酢酸エチル500mLを加え、10分撹拌した。反応液を分液漏斗に移し、有機層を分離した後、さらに、水層を酢酸エチルで抽出した。合わせた有機層を飽和食塩水で洗浄した。真空下で溶媒を200mL程度になるまで留去した後、溶液を温度計、攪拌機、ディーンスタークトラップを備えたSUS容器に移し、トルエン5Lを加えた後、溶媒を酢酸エチル及び水からトルエンに置換した。トルエン溶液を室温まで冷却した後、不溶物をろ別した。ろ液を温度計、攪拌機、ディーンスタークトラップを備えたSUS容器に移し、撹拌しながら、沸点以上の温度に加熱し、トルエンを500mL程度になるまで留去することで濃縮し、1,1’−ビナフタレン−2,2’,7,7’−テトラオールの結晶を析出させた。析出物と溶媒を80℃以上の温度での熱時ろ過でろ取した後、110℃で5時間乾燥させ、1,1’−ビナフタレン−2,2’,7,7’−テトラオールを収量53g(収率68%)で得た。得られた1,1’−ビナフタレン−2,2’,7,7’−テトラオールは、GPCおよびMSにより、多量体化した成分を含まず、高純度であることを確認した。
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機を取り付けたフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、合成例1で得た1,1’−ビナフタレン−2,2’,7,7’−テトラオールの79.5g(0.25モル)、エピクロルヒドリンの462g(5.0モル)、n−ブタノールの126gを仕込み溶解させた。40℃に昇温した後に、48%水酸化ナトリウム水溶液の100g(1.20モル)を8時間要して添加し、その後更に50℃に昇温し更に1時間反応させた。反応終了後、水150gを加えて静置した後、下層を棄却した。その後、150℃減圧下で未反応エピクロルヒドリンを留去した。それで得られた粗エポキシ樹脂にメチルイソブチルケトンの230gを加え溶解した。更にこの溶液に10質量%水酸化ナトリウム水溶液の100gを添加して80℃で2時間反応させた後に洗浄液のpHが中性となるまで水洗を3回繰り返した。次いで共沸によって系内を脱水し、精密濾過を経た後に、溶媒を減圧下で留去して目的のエポキシ樹脂である2,2’,7,7’−テトラグリシジルオキシ−1,1’−ビナフタレン(A−1)の135gを得た。得られたエポキシ樹脂(A−1)の軟化点は61℃(B&R法)、溶融粘度(測定法:ICI粘度計法、測定温度:150℃)は1.1dPa・s、エポキシ当量は144g/当量であった。GPC測定により面積比で90%以上が目的物であり、MS測定により、2,2’,7,7’−テトラグリシジルオキシ−1,1’−ビナフタレン(A−1)を示す542のピークを確認した。
合成例2で得られた本発明のエポキシ樹脂(A−1)および比較用エポキシ樹脂(A−2)[下記構造式]
硬化剤としてフェノールノボラック型フェノール樹脂(DIC(株)社製「フェノライトTD−2131」、水酸基当量104g/当量)、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン(TPP)を用いて表1に示した組成で配合し、11cm×9cm×2.4mmの型枠に流し込み、プレスで150℃の温度で10分間成型した後、型枠から成型物を取出し、次いで、175℃の温度で5時間硬化して作成した硬化物について、耐熱性、線膨張係数、吸湿性を評価した。また、前記エポキシ樹脂(A−1)およびエポキシ樹脂(A−2)についての溶剤溶解性を下記の方法で測定した。結果を表1に示す。
粘弾性測定装置(DMA:レオメトリック社製固体粘弾性測定装置RSAII、レクタンギュラーテンション法;周波数1Hz、昇温速度3℃/min)を用いて、弾性率変化が最大となる(tanδ変化率が最も大きい)温度をガラス転移温度として評価した。
<耐熱性(5%重量減少温度)>
示差熱熱量重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製TG/DTA6200)を用いて、アルミパン容器に樹脂塗膜を秤量し、室温から500℃まで昇温し、5%重量減少温度を測定した。
測定条件
測定温度:室温〜500℃
測定雰囲気:窒素
昇温速度:10℃/min
<線膨張係数>
熱機械分析装置(TMA:セイコーインスツルメント社製SS−6100)を用いて、圧縮モードで熱機械分析を行った。
測定条件
測定架重:88.8mN
昇温速度:3℃/分で2回
測定温度範囲:−50℃から300℃
上記条件での測定を同一サンプルにつき2回実施し、2回目の測定における、25℃か
ら280℃の温度範囲における平均膨張係数を線膨張係数として評価した。
<吸湿率>
恒温恒湿装置内で85℃/85%RHの吸湿条件で、300 時間吸湿させた後の重量増加率から吸湿率を計算した。
<溶剤溶解性>
エポキシ樹脂10部とメチルエチルケトン4.3部をサンプル瓶中、密閉状態60℃で
溶解させた。その後、25℃まで冷却し、結晶が析出するか評価した。結晶が析出しない
場合は○、結晶が析出した場合は×として判定した。
合成例2で得られた本発明のエポキシ樹脂(A−1)および比較例1で用いた比較用エポキシ樹脂(A−2)である4官能型ナフタレン系エポキシ樹脂(DIC(株)社製「エピクロンHP−4700」、軟化点82℃、150℃溶融粘度4.5ps、エポキシ当量166g/当量)]、硬化剤として、三井化学株式会社製「XLC−3L」(フェノールアラルキル樹脂、水酸基当量:172g/eq)、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン(TPP)、無機充填材として球状シリカ(電気化学株式会社製FB−560)、シランカップリング剤としてγ−グリシドキシトリエトキシキシシラン(信越化学工業株式会社製「KBM−403」)、カルナウバワックス(株式会社セラリカ野田製PEARL WAX No.1−P)を用いて、表2に示した組成で配合し、2本ロールを用いて90℃の温度で5分間溶融混練して目的の組成物を作成した。得られた組成物を粉砕したものを、トランスファー成形機にて、幅12.7mm、長さ127mm、厚み1.6mmの長方形に成形したものを180℃で5時間さらに硬化せしめた。
実施例2および比較例2の配合において、球状シリカ、シランカップリング剤、カルナウバワックスを除いた硬化物を作製し、実施例1および比較例1と同様の方法で評価した。
<難燃性>
幅12.7mm、長さ127mm、厚み1.6mmの評価用試験片5本を用いUL−94試験法に準拠し、燃焼試験を行った。
Fmax:1回の接炎における最大燃焼時間(秒)
ΣF:試験片5本の合計燃焼時間(秒)
Claims (9)
- エポキシ樹脂と硬化剤とを含有するエポキシ樹脂組成物であって、
前記エポキシ樹脂が2,2’,7,7’−テトラグリシジルオキシ−1,1’−ビナフタレンであることを特徴とする電子材料用エポキシ樹脂組成物。 - 更にフィラーを含有する、請求項1に記載の電子材料用エポキシ樹脂組成物。
- 更に、繊維質基材を含有する、請求項1または2に記載の電子材料用エポキシ樹脂組成物。
- 半導体封止材料用である、請求項1〜3のいずれかに記載の電子材料用エポキシ樹脂組成物。
- 電子回路基板材料用である、請求項1〜3のいずれかに記載の電子材料用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の電子材料用エポキシ樹脂組成物を硬化反応させてなることを特徴とする、電子材料用エポキシ樹脂硬化物。
- 請求項6に記載の電子材料用エポキシ樹脂硬化物を含有する、電子部材。
- 半導体封止材である、請求項7に記載の電子部材。
- 電子回路基板である、請求項7に記載の電子部材。
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