JP6065442B2 - 硬化促進剤、エポキシ樹脂組成物及び電子部品装置 - Google Patents

硬化促進剤、エポキシ樹脂組成物及び電子部品装置 Download PDF

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Description

本発明は、硬化促進剤、エポキシ樹脂組成物及び電子部品装置に関する。
従来から、成形材料、積層板用及び接着剤用材料等の分野において、エポキシ樹脂等を含むエポキシ樹脂組成物が広範囲で使用されている。これらのエポキシ樹脂組成物には、生産性向上の観点から速硬化性が要求されるため、硬化反応を促進する化合物、すなわち硬化促進剤が一般に用いられている。また、トランジスタ、IC等の電子部品の素子に関する封止技術の分野では、エポキシ樹脂をベースとした組成物が広く用いられている。その理由としては、エポキシ樹脂組成物が成形性、電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性等の諸特性においてバランスがとれているためである。特に、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂とフェノールノボラック硬化剤との組み合わせは、上記諸特性において優れたバランスを有するため、IC封止用成形材料のベース樹脂として主流になっている。そして、そのようなエポキシ樹脂組成物においても、一般に、3級アミン、4級アンモニウム、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)、イミダゾール等の窒素含有化合物、及びホスフィン化合物、ホスホニウム塩等のリン化合物といった硬化促進剤が使用されている。
しかしながら、これらの硬化促進剤を用いた場合、エポキシ樹脂組成物の保存安定性が低く、エポキシ樹脂組成物の保管、輸送等を低温で行う必要があり、コスト増加の原因となっている。このような点から良好な保存安定性を実現可能な硬化促進剤の開発が望まれている。
保存安定性を向上させるため、テトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート等を用いる化学的方法やマイクロカプセル等の物理的方法による潜在化が提案されているが、いずれも保存安定性と速硬化性の両立を充分に満足するものではなかった。特に、マイクロカプセルは、エポキシ樹脂組成物の製造時にカプセルが壊れた場合、全く潜在性を示さず、製造時に壊れない程、強固にした場合は、硬化反応時に徐々に壊れるため速硬化性に課題があった。このような状況から、実用上重要な速硬化性を優先させた硬化促進剤を用い、エポキシ樹脂組成物の保管、輸送等を低温で行っているのが現状である。
一方、近年、電子部品の素子の封止技術では、電子部品のプリント配線板への高密度実装化が進んでおり、これに伴い従来のピン挿入型パッケージよりも表面実装型パッケージが主流となりつつある。しかしながら、ピン挿入型パッケージと比較して表面実装型パッケージでは、はんだ付け時のパッケージクラックに対する耐性、いわゆる耐リフロークラック性が低下する傾向にある。すなわち、IC、LSI等の表面実装型パッケージでは、実装密度を高くするために素子のパッケージに対する占有体積がしだいに大きくなり、パッケージ自体の肉厚は非常に薄くなっている。更に表面実装型パッケージは、そのはんだ付け工程において、ピン挿入型パッケージよりも、より過酷な条件下にさらされることになる。より具体的には、ピン挿入型パッケージでは、ピンを配線板に挿入した後に配線板裏面からはんだ付けを行うため、パッケージが高温に直接さらされることがないのに対し、表面実装型パッケージでは配線板表面に仮止めを行った後に、はんだバスやリフロー装置等で処理を行うため、パッケージは高温のはんだ付け温度に直接さらされることになる。その結果、パッケージが吸湿した場合、はんだ付け時に吸湿水分が急激に膨張してパッケージクラックに至ることがあり、パッケージ成形における課題になっている。
このような状況下、表面実装型パッケージにおける耐リフロークラック性を改良するために、無機充填剤の含有量を高めたエポキシ樹脂組成物が報告されている。しかし、無機充填剤の含有量の増加に伴って、樹脂組成物の流動性が低下し、成形時に充填不良、ボイド発生等の成形上の障害、またはICチップのボンディングワイヤの断線による導通不良の発生といった、パッケージの性能低下を招く場合があるという課題を有する。そのため無機充填剤の含有量の増加には限界があり、その結果として耐リフロークラック性の著しい改善を無機充填剤の含有で達成することは困難であった。特に、そのようなエポキシ樹脂組成物に速硬化性の観点からトリフェニルホスフィン等のリン系硬化促進剤や1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7等の窒素含有硬化促進剤を添加した場合には、樹脂組成物の流動性が著しく低下する傾向がある。そのため、パッケージの耐リフロークラック性の改善に加えて、エポキシ樹脂組成物の流動性の改善が望まれているのが現状である。
無機充填剤を高比率で含有するエポキシ樹脂組成物の流動性を改善するために、例えば、トリフェニルホスフィンと1,4−ベンゾキノンとの付加反応物を硬化促進剤として用いる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。別法として、ホスホニオフェノラートを硬化促進剤として用いる方法が提案されている(例えば、特許文献2〜4参照)。
特開平9−157497号公報 特開2004−156035号公報 特開2004−156036号公報 特開2004−176039号公報
しかしながら、これらの硬化促進剤を用いた場合でも、エポキシ樹脂組成物の保存安定性を充分に向上させることは困難であり、優れた保存安定性を実現可能な硬化促進剤の開発が望まれている。
したがって、本発明は、優れた保存安定性を実現可能なエポキシ樹脂用硬化促進剤、それを含むエポキシ樹脂組成物及びこのエポキシ樹脂組成物により封止された素子を備えた電子部品装置を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、特定のリン化合物を硬化促進剤として使用することによって、保存安定性に優れるエポキシ樹脂組成物が得られ、所期の目的を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 すなわち前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 下記一般式(I−1)で示される化合物を含むエポキシ樹脂用硬化促進剤である。
(式中、Rはそれぞれ独立して、炭素数1〜18の置換又は非置換の炭化水素基を示す。3つのRから任意に選択される2つのRは互いに連結して、Rが結合するリン原子と共に環状構造を形成してもよい。Arは、炭素数6〜18の置換又は非置換の3価の芳香族炭化水素基を示す。Arに結合する2つの酸素原子は、互いに隣接する2つ炭素原子にそれぞれ結合している)
<2> 前記一般式(I−1)で示される化合物は、下記一般式(I−2)で示される前記<1>に記載の硬化促進剤である。
(式中、Rは一般式(I−1)におけるRと同義である。Rはそれぞれ独立して、水素原子、水酸基又は炭素数1〜18の有機基を示す。3つのRから任意に選択される2つのRは互いに連結して環状構造を形成してもよい)
<3> 前記一般式(I−2)で示される化合物は、下記一般式(I−3)で示される前記<2>に記載の硬化促進剤である。
(式中、Rは一般式(I−2)におけるRと同義である。)
<4> 前記<1>〜<3>のいずれか1つに記載の硬化促進剤と、エポキシ樹脂とを含有するエポキシ樹脂組成物である。
<5> 更に無機充填剤を含有する前記<4>に記載のエポキシ樹脂組成物である。
<6> 前記エポキシ樹脂は、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ジフェニルメタン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ナフトール化合物とフェノール化合物との共重合型エポキシ樹脂及びアラルキル型エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂を含有する前記<4>又は<5>に記載のエポキシ樹脂組成物である。
<7> 更に硬化剤を含有する前記<4>〜<6>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物である。
<8> 前記硬化剤が、アラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂とアラルキル型フェノール樹脂との共重合型樹脂及びノボラック型フェノール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種のフェノール樹脂を含有する前記<7>に記載のエポキシ樹脂組成物である。
<9> 前記<4>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物により封止された素子を備える電子部品装置である。
本発明によれば、優れた保存安定性を実現可能なエポキシ樹脂用硬化促進剤、それを含むエポキシ樹脂組成物及びこのエポキシ樹脂組成物により封止された素子を備えた電子部品装置を提供することができる。
本実施形態にかかる硬化促進剤1のH−NMRスペクトルの一例を示す図である。 本実施形態にかかる硬化促進剤1の31P−NMRスペクトルの一例を示す図である。 本実施形態にかかる硬化促進剤2のH−NMRスペクトルの一例を示す図である。 本実施形態にかかる硬化促進剤2の31P−NMRスペクトルの一例を示す図である。
<硬化促進剤>
本発明のエポキシ樹脂用硬化促進剤は、下記一般式(I−1)で示される化合物(以下、「特定リン化合物」ともいう)の少なくとも1種を含む。特定リン化合物をエポキシ樹脂の硬化促進剤に適用することで、優れた保存安定性を示すエポキシ樹脂組成物を構成することができる。またエポキシ樹脂と特定リン化合物とを含有するエポキシ樹脂組成物は、優れた保存安定性に加えて、優れた流動性を示す。更にこのようなエポキシ樹脂組成物を用いてIC、LSI等の電子部品の素子を封止することによって、優れた耐リフロークラック性を有し、信頼性に優れる電子部品装置を構成することが可能となる。これは例えば以下のように考えることができる。すなわち、特定リン化合物に含まれる芳香族炭化水素基が2つのフェノール性水酸基を有し、2つのフェノール性水酸基が互いに隣接する炭素原子に結合しているという特定の構造を有することで、保存安定性と硬化促進性のバランスに優れ、更にエポキシ樹脂組成物の粘度上昇を抑制できると考えられる。
式中、Rはそれぞれ独立して、炭素数1〜18の置換又は非置換の炭化水素基を示す。任意に選択される2つのRは互いに連結して環状構造を形成してもよい。Arは、炭素数6〜18の置換又は非置換の3価の芳香族炭化水素基を示す。Arに結合する2つの酸素原子は、隣接する2つ炭素原子にそれぞれ結合している。
以下、本発明の硬化促進剤について詳細に説明する。なお、本明細書「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。更に組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
一般式(I−1)におけるRはそれぞれ独立して、炭素数1〜18の置換又は非置換の炭化水素基を示す。炭素数1〜18の置換又は非置換の炭化水素基は、炭素数が1〜18の炭化水素基であって、置換基を有する脂肪族炭化水素基、置換基を有さない脂肪族炭化水素基、置換基を有する芳香族炭化水素基、及び置換基を有さない芳香族炭化水素基を含む。なお、炭化水素基が置換基を有する場合、炭化水素基の炭素数には、置換基に含まれる炭素数は含まれないものとする。
上記脂肪族炭化水素基は、直鎖状又は分岐鎖状の飽和脂肪族炭化水素基であっても、直鎖状又は分岐鎖状の不飽和脂肪族炭化水素基であってもよい。炭素数は1〜18であるが、保存安定性の観点から、炭素数は1〜12であることが好ましく、3〜8であることがより好ましい。上記脂肪族炭化水素基としてより具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基等の飽和脂肪族炭化水素基;アリル基、ビニル基等の不飽和脂肪族炭化水素基などが挙げられる。
上記脂肪族炭化水素基は、脂環式炭化水素基であってもよい。また脂環式炭化水素基は脂環式飽和炭化水素基であっても、脂環式不飽和炭化水素基であってもよい。脂環式炭化水素基として具体的には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等を挙げることができる。
上記脂肪族炭化水素基は置換基を有していてもよい。脂肪族炭化水素基における置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、水酸基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。脂肪族炭化水素基が置換基を有する場合、置換基の位置及び置換基の数は特に制限されない。また2以上の置換基を有する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。
上記芳香族炭化水素基は、炭素数が6〜18であることが好ましく、6〜14であることがより好ましい。芳香族炭化水素基として具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等を挙げることができる。上記脂肪族炭化水素基は置換基を有していてもよい。脂肪族炭化水素基における置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、水酸基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。脂肪族炭化水素基が置換基を有する場合、置換基の位置及び置換基の数は特に制限されない。また2以上の置換基を有する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。
上記置換又は非置換の芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基等のアリール基;トリル基、ジメチルフェニル基、エチルフェニル基、ブチルフェニル基、tert−ブチルフェニル基等のアルキル基置換アリール基;メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、ブトキシフェニル基、tert−ブトキシフェニル基等のアルコキシ基置換アリール基などが挙げられる。それらは更にアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等で置換したものであってもよい。
一般式(I−1)における3つのRから、任意に選択される2つのRは互いに連結して、Rが結合するリン原子と共に環状構造を形成してもよい。2つのRとリン原子とが環状構造を形成する場合、形成される環の数は1つであっても、2つ以上であってもよい。また環状構造は架橋環構造を含んでいてもよい。リン原子と共に環状構造を形成し得るRとして具体的には、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン等のアルキレン基;エチレニル、プロピレニル、ブチレニル基等のアルケニル基;メチレンフェニレン基等のアラルキレン基;フェニレン、ナフチレン、アントラセニレン等のアリーレン基などが挙げられる。これらは、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子等で置換されていてもよい。
上記Rは炭素数1〜18の置換又は非置換の炭化水素基であれば、特に限定されるものではない。中でも、置換基を有してもよいアルキル基及び置換基を有してもよいアリール基からなる群より選ばれる1価の置換基であることが好ましく、アルキル基、アルコキシ基及び水酸基からなる群より選ばれる1以上の置換基を有する置換アリール基、非置換アリール基、並びに直鎖状、分岐鎖状及び環状のアルキル基からなる群より選ばれる1価の置換基であることがより好ましく、アルキル基、アルコキシ基及び水酸基からなる群より選ばれる1以上の置換基を有する置換アリール基、並びに非置換アリール基からなる群より選ばれる1価の置換基であることが更に好ましい。
上記Rは、原料の入手しやすさの観点から、フェニル基、p−トリル基、m−トリル基、o−トリル基、p−メトキシフェニル基、m−メトキシフェニル基、o−メトキシフェニル基、p−ヒドロキシフェニル基、m−ヒドロキシフェニル基、o−ヒドロキシフェニル基、2,5−ジヒドロキシフェニル基、4−(4−ヒドロキシフェニル)フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−(2−ヒドロキシナフチル)基、1−(4−ヒドロキシナフチル)基等の非置換アリール基及び置換アリール基、並びにメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、オクチル基、シクロヘキシル基等の直鎖状、分岐鎖状及び環状のアルキル基からなる群より選ばれる置換基であることが好ましい。
更に、フェニル基、p−トリル基、m−トリル基、o−トリル基、p−メトキシフェニル基、m−メトキシフェニル基、o−メトキシフェニル基、p-ヒドロキシフェニル基、m−ヒドロキシフェニル基、o−ヒドロキシフェニル基、2,5−ジヒドロキシフェニル基、4−(4−ヒドロキシフェニル)フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−(2−ヒドロキシナフチル)基、1−(4−ヒドロキシナフチル)基等の非置換アリール基及び置換アリ−ル基からなる群より選ばれる1価の置換基であることが好ましい。
上記一般式(I−1)におけるArは、炭素数6〜18の置換又は非置換の3価の芳香族炭化水素基を示す。Arにおける芳香族炭化水素基の炭素数は6〜14であることが好ましく、6〜12であることがより好ましい。Arにおける3価の芳香族炭化水素基は、対応する芳香族炭化水素化合物の芳香環上から3個の水素原子を取り除いて構成される。なお、芳香族炭化水素化合物から水素原子が取り除かれる位置は、取り除かれる水素原子の少なくとも2つが隣接する炭素原子上の水素原子であれば、特に制限されない。
Arにおける3価の芳香族炭化水素基を構成する芳香族炭化水素化合物の具体例としては、トルエン、ジメチルベンゼン、エチルベンゼン、ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、ブトキシベンゼン、tert−ブトキシベンゼン等のベンゼン誘導体及びベンゼン;メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、エチルナフタレン、ブチルナフタレン、tert−ブチルナフタレン、メトキシナフタレン、エトキシナフタレン、ブトキシナフタレン、tert−ブトキシナフタレン等のナフタレン誘導体及びナフタレン;メチルアントラセン、ジメチルアントラセン、エチルアントラセン、ブチルアントラセン、tert−ブチルアントラセン、メトキシアントラセン、エトキシアントラセン、ブトキシアントラセン、tert−ブトキシアントラセン等のアントラセン誘導体及びアントラセンなどを挙げることができる。これらの中でも、保存安定性と硬化促進性の観点から、ベンゼン、ベンゼン誘導体、ナフトール、ナフトール誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、ベンゼン、ベンゼン誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。
上記芳香族炭化水素基は置換基を有していてもよい。芳香族炭化水素基における置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、水酸基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。芳香族炭化水素基が置換基を有する場合、置換基の位置及び置換基の数は特に制限されない。また2以上の置換基を有する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。
一般式(I−1)で示される化合物において、Arに結合する2つの酸素原子は、それぞれArの芳香環上の炭素原子に結合しており、酸素原子が結合する2つの炭素原子は隣接している。すなわち、Arに結合する2つの酸素原子は、互いにオルト位の関係にある。一般式(I−1)で示される化合物においては、Arに結合する2つの酸素原子がオルト位の関係にあることが重要である。これにより一般式(I−1)で示される化合物をエポキシ樹脂の硬化促進剤に適用した場合に、優れた保存安定性と流動性とが発現される。
上記一般式(I−1)で示される化合物は、エポキシ樹脂の硬化促進剤に適用した場合の保存安定性、流動性及び信頼性の観点から、下記一般式(I−2)で示される化合物であることが好ましい。
式中、Rは上記一般式(I−1)におけるRと同義である。Rはそれぞれ独立して、水素原子、水酸基又は炭素数1〜18の有機基を示す。3つのRから任意に選択される2つのRは互いに連結して環状構造を形成してもよい。
上記一般式(I−2)におけるRで示される炭素数1〜18の有機基における有機基には、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂肪族炭化水素オキシ基、芳香族炭化水素オキシ基、脂肪族炭化水素カルボニル基、芳香族炭化水素カルボニル基、脂肪族炭化水素オキシカルボニル基、芳香族炭化水素オキシカルボニル基、脂肪族炭化水素カルボニルオキシ基及び芳香族炭化水素カルボニルオキシ基が含まれる。これらの有機基の炭素数は1〜18であるが、保存安定性の観点から、1〜12であることが好ましく、1〜6であることがより好ましい。なお、これらの有機基の炭素数は有機基全体としての炭素数を意味する。
上記有機基における脂肪族炭化水素オキシ基、芳香族炭化水素オキシ基、脂肪族炭化水素カルボニル基、芳香族炭化水素カルボニル基、脂肪族炭化水素オキシカルボニル基、芳香族炭化水素オキシカルボニル基、脂肪族炭化水素カルボニルオキシ基及び芳香族炭化水素カルボニルオキシ基を構成する脂肪族炭化水素部分及び芳香族炭化水素部分、並びに有機基における脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基は、更に置換基を有していてもよい。置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、水酸基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。脂肪族炭化水素部分及び芳香族炭化水素部分が置換基を有する場合、置換基の位置及び置換基の数は特に制限されない。また2以上の置換基を有する場合、それらは同一であっても異なっていてもよい。なお、脂肪族炭化水素オキシ基等における脂肪族炭化水素部分とは、脂肪族炭化水素オキシ基等を構成する脂肪族炭化水素基を意味し、芳香族炭化水素部分についても同様の意味である。
上記有機基における脂肪族炭化水素基及び脂肪族炭化水素部分は、既述のRにおける脂肪族炭化水素基と同義である。また上記有機基における芳香族炭化水素基及び芳香族炭化水素部分は、既述のRにおける芳香族炭化水素基と同義である。
上記脂肪族炭化水素オキシ基として具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、シクロプロピルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、アリルオキシ基、ビニルオキシ基等の上述の脂肪族炭化水素基に酸素原子が結合した構造を有する基などが挙げられる。上記芳香族炭化水素オキシ基として具体的には、フェノキシ基、メチルフェノキシ基、エチルフェノキシ基、メトキシフェノキシ基、ブトキシフェノキシ基、フェノキシフェノキシ基等の上述の芳香族炭化水素基に酸素原子が結合した構造を有する基などが挙げられる。これらの脂肪族炭化水素オキシ基の脂肪族炭化水素部分及び芳香族炭化水素オキシ基の芳香族炭化水素部分は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン等の置換基を更に有していてもよい。
上記脂肪族炭化水素カルボニル基として具体的には、アセチル基、エチルカルボニル基、ブチリル基、シクロヘキシルカルボニル基、アリルカルボニル、ホルミル基等が挙げられる。上記芳香族炭化水素カルボニル基として具体的には、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基等が挙げられる。これらの脂肪族炭化水素カルボニル基の脂肪族炭化水素部分及び芳香族炭化水素カルボニル基の芳香族炭化水素部分は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン等の置換基を更に有していてもよい。
上記脂肪族炭化水素オキシカルボニル基として具体的には、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基等が挙げられる。上記芳香族炭化水素オキシカルボニル基として具体的には、フェニノキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等が挙げられる。これらの脂肪族炭化水素オキシカルボニル基の脂肪族炭化水素部分及び芳香族炭化水素オキシカルボニル基の芳香族炭化水素部分は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン等の置換基を更に有していてもよい。
上記脂肪族炭化水素カルボニルオキシ基として具体的には、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、アリルカルボニルオキシ基、シクロヘキシルカルボニルオキシ基等が挙げられる。上記芳香族炭化水素カルボニルオキシ基として具体的には、フェニルカルボニルオキシ基、ナフチルカルボニルオキシ基等が挙げられる。これらの脂肪族炭化水素カルボニルオキシ基の脂肪族炭化水素部分及び芳香族炭化水素カルボニルオキシ基の芳香族炭化水素部分は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン等の置換基を更に有していてもよい。
一般式(I−2)において3つのRから任意に選択される2つのRは互いに連結して、Rが結合するそれぞれの炭素原子と共に環状構造を形成してもよい。2つのRと炭素原子とが環状構造を形成する場合、環状構造は架橋環構造を含んでいてもよい。炭素原子と共に環状構造を形成し得るRとして具体的には、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン等のアルキレン基;エチレニル、プロピレニル、ブチレニル基等のアルケニル基;メチレンフェニレン基等のアラルキレン基;フェニレン、ナフチレン、アントラセニレン等のアリーレン基などが挙げられる。これらは、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子等で置換されていてもよい。
上記一般式(I−2)におけるRとしては、特に限定されるものではないが、水素原子、水酸基、脂肪族炭化水素基(好ましくは、アルキル基)、芳香族炭化水素基、脂肪族炭化水素オキシ基(好ましくは、アルコキシ基)及び芳香族炭化水素オキシ基からなる群より選ばれることが好ましい。中でも原料の入手しやすさの観点からは、Rは、水素原子;水酸基;メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、オクチル基、シクロヘキシル基等の鎖状又は環状のアルキル基;フェニル基、p-トリル基、m−トリル基、o−トリル基、p−メトキシフェニル基等の置換又は非置換の芳香族炭化水素基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基;フェノキシ基、p−トリルオキシ基、m−トリルオキシ基、o−トリルオキシ基等の芳香族炭化水素オキシ基からなる群より選ばれることがより好ましい。更に好ましくは、Rは、水素原子;水酸基;メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、オクチル基、シクロヘキシル基等の鎖状又は環状のアルキル基;フェニル基、p-トリル基、m−トリル基、o−トリル基、p−メトキシフェニル基等の置換又は非置換の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれることである。3つのRから任意に選択される2つのRが互いに結合して環状構造を形成する場合は、特に限定されないが、Rが結合しているベンゼン環と共にナフタレン環等の多環芳香族基を形成する有機基が好ましい。
前記一般式(I−2)で示される化合物は、エポキシ樹脂の硬化促進剤に適用した場合の保存安定性、流動性及び信頼性の観点から、下記一般式(I−3)で示される化合物であることが好ましい。下記一般式(I−3)中、Rは一般式(I−2)におけるRと同義であり、好ましい態様も同様である。
上記一般式(I−1)〜(I−3)で示される化合物の製法としては、目的の化合物が製造できる方法であれば特に限定されるものではない。例えば、(a)3置換ホスフィン化合物と、芳香環に置換したオルト位の関係にある2つの水酸基及び芳香環に置換したハロゲン原子を同一分子内に持つハロゲン置換ジフェノール化合物(o−ジヒドロキシアリールモノハライド)とを、必要に応じてカップリング触媒を用いたり、紫外線を照射する等の手法を用いたりして反応させた後に、必要に応じて塩基性化合物等を用いて脱ハロゲン化水素させて得る方法や(b)ホスフィンジハライド化合物と、o−ジヒドロキシアリールモノハライドとを反応させた後に、これを脱ハロゲン化水素させて得る方法等が挙げられる。
<エポキシ樹脂組成物>
本発明のエポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤として少なくとも1種の上記特定リン化合物と、少なくとも1種のエポキシ樹脂とを含有する。上記エポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤とエポキシ樹脂に加えて、硬化剤及び無機充填剤を更に含有してもよい。更に必要に応じて、カップリング剤、イオン交換体、離型剤、応力緩和剤、難燃剤、着色剤等の各種添加剤を更に含有したものであってもよい。以下、本発明のエポキシ樹脂組成物を構成する主な成分について説明する。
(A)硬化促進剤
エポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤として少なくとも1種の上記特定リン化合物に加えて、周知のその他の硬化促進剤の少なくとも1種を更に含有してもよい。エポキシ樹脂組成物における硬化促進剤の含有量は、硬化促進効果が達成できれば特に制限はない。エポキシ樹脂組成物の吸湿時の硬化性及び流動性における改善効果の観点からは、エポキシ樹脂の総量100質量部に対して、硬化促進剤を総量で0.1質量部〜10質量部含有することが好ましくは、1質量部〜7.0質量部含有することがより好ましい。硬化促進剤の含有量が0.1質量部以上であると、より短時間で硬化させることが可能になる傾向がある。一方、10質量部以下であると、硬化速度を適切に制御することができ、より良好な成形品が得られる傾向がある。
上記特定リン化合物と併用可能なその他の硬化促進剤としては例えば、
1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、5,6−ジブチルアミノ−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン等のシクロアミジン化合物;これらシクロアミジン化合物の誘導体;これらのシクロアミジン化合物又はシクロアミジン化合物の誘導体に、無水マレイン酸、1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4ベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物;トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の第三級アミン化合物;これら第三級アミン化合物の誘導体;2−メチルイミダゾール、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、2−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール化合物;これらイミダゾール化合物の誘導体;トリフェニルホスフィン、ジフェニル(p−トリル)ホスフィン、トリス(アルキルフェニル)ホスフィン、トリス(アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(アルキル・アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルコキシフェニル)ホスフィン、トリアルキルホスフィン、ジアルキルアリールホスフィン、アルキルジアリールホスフィン等の有機ホスフィン化合物;これら有機ホスフィン化合物と有機ボロン化合物との錯体;これら有機ホスフィン化合物に、無水マレイン酸、1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4−ベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物;これら有機ホスフィン化合物に、4−ブロモフェノール、3−ブロモフェノール、2−ブロモフェノール、4−クロロフェノール、3−クロロフェノール、2−クロロフェノール、4−ヨードフェノール、3−ヨードフェノール、2−ヨードフェノール、4−ブロモ−2−メチルフェノール、4−ブロモ−3−メチルフェノール、4−ブロモ−2,6−ジメチルフェノール、4−ブロモ−3,5−ジメチルフェノール、4−ブロモ−2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、4−クロロ−1−ナフトール、1−ブロモ−2−ナフトール、6−ブロモ−2−ナフトール、4−ブロモ−4’−ヒドロキシビフェニル等のハロゲン化フェノール化合物を反応させた後に、脱ハロゲン化水素の工程を経て得られる分子内分極を有する化合物(例えば、特開2004−156036号公報参照);テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムエチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウムテトラブチルボレート等のテトラ置換ホスホニウムテトラ置換ボレート;2−エチル−4−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、N−メチルモルホリンテトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩;が挙げられる。
これらその他の硬化促進剤を併用する場合、中でも、流動性の観点からは、有機ホスフィン化合物にπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物及び有機ホスフィン化合物にハロゲン化フェノール化合物を反応させた後に、脱ハロゲン化水素して得られる分子内分極を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種がこのましい。
また硬化性の観点からは、有機ホスフィン化合物にハロゲン化フェノール化合物を反応させた後に、脱ハロゲン化水素して得られる分子内分極を有する化合物が好ましい。
硬化促進剤が、その他の硬化促進剤を更に含む場合、硬化促進剤の総量における上記特定リン化合物の含有率は、30質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。特定リン化合物の含有率が30質量%以上であると、吸湿時の硬化性及び流動性がより向上し、本発明によって達成可能な効果がより向上する傾向がある。
(B)エポキシ樹脂
エポキシ樹脂としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂(以下、「多官能エポキシ樹脂」ともいう)を用いることが好ましい。ここでエポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂とは、硬化前のプレポリマーを意味し、モノマー及びオリゴマーを含む。多官能エポキシ樹脂は、通常用いられるものであれば特に限定されるものではない。具体的には、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をはじめとする、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF等のフェノール化合物及びα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のフェノール性化合物と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド等の脂肪族アルデヒド化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したノボラック型エポキシ樹脂;上記フェノール性化合物と、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等の芳香族アルデヒド化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるトリフェニルメタン型フェノール樹脂をエポキシ化したトリフェニルメタン型エポキシ樹脂;上記フェノール化合物及びナフトール化合物と、アルデヒド化合物とを酸性触媒下で共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化した共重合型エポキシ樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールF等のジグリシジルエーテルであるジフェニルメタン型エポキシ樹脂;アルキル置換又は非置換のビフェノールのジグリシジルエーテルであるビフェニル型エポキシ樹脂;スチルベン系フェノール化合物のジグリシジルエーテルであるスチルベン型エポキシ樹脂;ビスフェノールS等のジグリシジルエーテルである硫黄原子含有エポキシ樹脂;ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のアルコール類のグリシジルエーテルであるエポキシ樹脂;フタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸等の多価カルボン酸化合物のグリシジルエステル型エポキシ樹脂;アニリン、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等の窒素原子に結合した活性水素をグリシジル基で置換したグリシジルアミン型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエンとフェノール化合物の共縮合樹脂をエポキシ化したジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂;分子内のオレフィン結合をエポキシ化して得られるビニルシクロヘキセンジエポキシド、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシ)シクロヘキシル−5,5−スピロ(3,4−エポキシ)シクロヘキサン−m−ジオキサン等の脂環型エポキシ樹脂;パラキシリレン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル;メタキシリレン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル;テルペン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル;ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル;シクロペンタジエン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル;多環芳香環変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル;ナフタレン環含有フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるナフタレン型エポキシ樹脂;ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂;ハイドロキノン型エポキシ樹脂;トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂;オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂;ジフェニルメタン型エポキシ樹脂;フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物であるアラルキル型エポキシ樹脂;などが挙げられる。これらは単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記エポキシ樹脂の中でも、耐リフロークラック性及び流動性の点でビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ジフェニルメタン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ナフトール化合物とフェノール化合物との共重合型エポキシ樹脂及びアラルキル型エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種である特定エポキシ樹脂が好ましい。これらはいずれか1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。エポキシ樹脂が特定エポキシ樹脂を含む場合、それらの性能を発揮するためには、エポキシ樹脂の総量中に、特定エポキシ樹脂を合計で30質量%以上含むことが好ましく、50質量%以上含むことがより好ましい。
以下、好ましいエポキシ樹脂の具体例を示す。
ビフェニル型エポキシ樹脂としては、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂であれば特に限定されるものではないが、下記一般式(II)で示されるエポキシ樹脂が好ましい。下記一般式(II)で示されるエポキシ樹脂の中でもRのうち酸素原子が置換している位置を4及び4’位とした時の3,3’,5,5’位がメチル基でそれ以外が水素原子であるYX-4000H(ジャパンエポキシレジン株式会社、商品名)、全てのRが水素原子である4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ビフェニル、全てのR8が水素原子の場合及びRのうち酸素原子が置換している位置を4及び4’位とした時の3,3’,5,5’位がメチル基でそれ以外が水素原子である場合の混合品であるYL-6121H(ジャパンエポキシレジン株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(II)中、Rは水素原子、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数4〜18のアリール基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。nは平均値であり、0〜10の数を示す。
スチルベン型エポキシ樹脂としては、スチルベン骨格を有するエポキシ樹脂であれば特に限定されるものではないが、下記一般式(III)で示されるエポキシ樹脂が好ましい。下記一般式(III)で示されるエポキシ樹脂の中でも、Rのうち酸素原子が置換している位置を4及び4’位とした時の3,3’,5,5’位がメチル基でそれ以外が水素原子でありR10の全てが水素原子の場合と、3,3’,5,5’位のうちの3つがメチル基、1つがtert−ブチル基でそれ以外が水素原子でありR10の全てが水素原子の場合との混合品であるESLV-210(住友化学株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(III)中、R及びR10は水素原子又は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。nは平均値であり、0〜10の数を示す。
ジフェニルメタン型エポキシ樹脂としては、ジフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂であれば特に限定されるものではないが、下記一般式(IV)で示されるエポキシ樹脂が好ましい。下記一般式(IV)で示されるエポキシ樹脂の中でも、R11の全てが水素原子でありR12のうち酸素原子が置換している位置を4及び4’位とした時の3,3’,5,5’位がメチル基でそれ以外が水素原子であるYSLV−80XY(新日鐵化学株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(IV)中、R11及びR12は水素原子又は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。nは平均値であり、0〜10の数を示す。
硫黄原子含有型エポキシ樹脂としては、硫黄原子を含有するエポキシ樹脂であれば特に限定されるものではないが、例えば下記一般式(V)で示されるエポキシ樹脂が挙げられる。下記一般式(V)で示されるエポキシ樹脂の中でも、R13のうち酸素原子が置換している位置を4及び4’位とした時の3,3’位がtert−ブチル基で6,6’位がメチル基でそれ以外が水素原子であるYSLV−120TE(新日鐵化学株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(V)中、R13は水素原子又は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。nは平均値であり、0〜10の数を示す。
ノボラック型エポキシ樹脂としては、ノボラック型フェノール樹脂をエポキシ化したエポキシ樹脂であれば、特に限定されるものではないが、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ナフトールノボラック等のノボラック型フェノール樹脂をグリリシジルエーテル化等の手法を用いてエポキシ化したエポキシ樹脂が好ましく、例えば下記一般式(VI)で示されるエポキシ樹脂がより好ましい。下記一般式(VI)で示されるエポキシ樹脂の中でも、R14の全てが水素原子でありR15がメチル基でi=1であるESCN−190、ESCN−195(住友化学株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(VI)中、R14は水素原子又は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。R15は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。iは0〜3の整数、nは平均値であり、0〜10の数を示す。
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂としては、ジシクロペンタジエン骨格を有する化合物を原料としてエポキシ化したエポキシ樹脂であれば特に限定されるものではないが、下記一般式(VII)で示されるエポキシ樹脂が好ましい。下記一般式(VII)で示されるエポキシ樹脂の中でも、i=0であるHP−7200(DIC株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(VII)中、R16は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。iは0〜3の整数、nは平均値であり、0〜10の数を示す。
サリチルアルデヒド型エポキシ樹脂としては、サリチルアルデヒド骨格を持つ化合物を原料とするエポキシ樹脂であれば特に制限はないが、サリチルアルデヒド骨格を持つ化合物とフェノール性水酸基を有する化合物とのノボラック型フェノール樹脂等のサリチルアルデヒド型フェノール樹脂をグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂等のサリチルアルデヒド型エポキシ樹脂が好ましく、下記一般式(VIII)で示されるエポキシ樹脂がより好ましい。下記一般式(VIII)で示されるエポキシ樹脂の中でも、i=0、k=0である1032H60(ジャパンエポキシレジン株式会社、商品名)、EPPN−502H(日本化薬株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(VIII)中、R17及びR18は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。iは0〜3の整数、kは0〜4の整数、nは平均値であり、0〜10の数を示す。
ナフトール類とフェノール類との共重合型エポキシ樹脂としては、ナフトール骨格を有する化合物及びフェノール骨格を有する化合物を原料とするエポキシ樹脂であれば、特に限定されるものではないが、ナフトール骨格を有する化合物及びフェノール骨格を有する化合物を用いたノボラック型フェノール樹脂をグリシジルエーテル化したものが好ましく、下記一般式(IX)で示されるエポキシ樹脂がより好ましい。下記一般式(IX)で示されるエポキシ樹脂の中でも、R21がメチル基でi=1であり、j=0、k=0であるNC−7300(日本化薬株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(IX)中、R19〜R21は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。iは0〜3の整数、jは0〜2の整数、kは0〜4の整数を示す。pは平均値で0〜1の正数を示し、l、mはそれぞれ平均値で0〜11の正数であり(l+m)は1〜11の数を示す。
上記一般式(IX)で示されるエポキシ樹脂としては、l個の構成単位及びm個の構成単位をランダムに含むランダム共重合体、交互に含む交互共重合体、規則的に含む共重合体、ブロック状に含むブロック共重合体等が挙げられ、これらのいずれか1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物としては、フェノール、クレゾール等のフェノール類及び/又はナフトール、ジメチルナフトール等のナフトール類とジメトキシパラキシレンやビス(メトキシメチル)ビフェニルやこれらの誘導体から合成されるフェノール樹脂を原料とするエポキシ樹脂であれば、特に限定されるものではない。例えば、フェノール、クレゾール等のフェノール類及び/又はナフトール、ジメチルナフトール等のナフトール類とジメトキシパラキシレンやビス(メトキシメチル)ビフェニルやこれらの誘導体から合成されるフェノール樹脂をグリシジルエーテル化したものが好ましく、下記一般式(X)及び(XI)で示されるエポキシ樹脂がより好ましい。下記一般式(X)で示されるエポキシ樹脂の中でも、i=0、R38が水素原子であるNC−3000S(日本化薬株式会社、商品名)、i=0、R38が水素原子であるエポキシ樹脂と一般式(II)の全てのRが水素原子であるエポキシ樹脂を重量比80:20で混合したCER-3000(日本化薬株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。また、下記一般式(XI)で示されるエポキシ樹脂の中でも、i=0、j=0、k=0であるESN−175(新日鐵化学株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(X)及び(XI)において、R38は水素原子又は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。R37、R39〜R41は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。iは0〜3の整数、jは0〜2の整数、kは0〜4の整数を示す。
上記一般式(II)〜(XI)中のR〜R21及びR37〜R41について、「それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい」とは、例えば、式(II)中の8〜88個のRの全てが同一でも異なっていてもよいことを意味している。他のR〜R21及びR37〜R41についても、式中に含まれるそれぞれの個数について全てが同一でも異なっていてもよいことを意味している。また、R〜R21及びR37〜R41はそれぞれが同一でも異なっていてもよい。例えば、RとR10の全てについて同一でも異なっていてもよい。
また、一般式(III)〜(XI)における炭素数1〜18の有機基はアルキル基又はアリール基であることが好ましい。
上記一般式(II)〜(XI)中のnは、0〜10の範囲であることが好ましい。10以下であると(B)成分の溶融粘度が高くなりすぎず、エポキシ樹脂組成物の溶融成形時の粘度が低下し、未充填不良やボンディングワイヤ(素子とリードを接続する金線)の変形の発生が抑制される。1分子中の平均nは0〜4の範囲に設定されることが好ましい。
以上、本発明によるエポキシ樹脂組成物に使用可能な好ましいエポキシ樹脂の具体例を上記一般式(II)〜(XI)に沿って説明したが、より具体的な好ましいエポキシ樹脂として、耐リフロークラック性の観点からは、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3’,5,5’−テトラメチルビフェニルが挙げられ、成形性及び耐熱性の観点からは、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−ビフェニルが挙げられる。
前記エポキシ樹脂のエポキシ当量は特に制限されない。中でも成形性、耐リフロー性及び電気的信頼など各種特性バランスの観点から、100g/eq〜1000g/eqであることが好ましく、150g/eq〜500g/eqであることがより好ましい。
また前記エポキシ樹脂の軟化点又は融点は特に制限されない。中でも成形性、耐リフロー性の観点から、軟化点又は融点は、40℃〜180℃であることが好ましく、封止用エポキシ樹脂成型材料作製時における取扱い性の観点からは50℃〜130℃であることがより好ましい。
前記エポキシ樹脂組成物におけるエポキシ樹脂の含有率は、成形性、耐リフロー性の観点から、3質量%〜15質量%であることが好ましく、5質量%〜12質量%であることがより好ましい。
(C)硬化剤
本発明のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて硬化剤を更に含有することが好ましい。使用可能な硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させることができる化合物であれば、特に限定されるものではない。例えば、フェノール樹脂等のフェノール化合物、ジアミン、ポリアミン等のアミン化合物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の無水有機酸、ジカルボン酸、ポリカルボン酸等のカルボン酸化合物等が挙げられる。これら化合物は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもかまわない。中でも、特定リン化合物の効果が十分に発揮されるという観点からは、フェノール樹脂が好ましい。
硬化剤として使用可能なフェノール化合物としては特に制限はない。例えば、硬化剤として一般に使用される1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール樹脂又は多価フェールであることが好ましい。具体的には、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、置換又は非置換のビフェノール等の1分子中に2個のフェノール性水酸基を有する化合物;フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェニルフェノール、アミノフェノール等のフェノール化合物及びα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のフェノール性化合物と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド等の脂肪族アルデヒド化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック型フェノール樹脂;上記フェノール性化合物と、ジメトキシパラキシレンやビス(メトキシメチル)ビフェニルから合成されるフェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂;パラキシリレン及び/又はメタキシリレン変性フェノール樹脂;メラミン変性フェノール樹脂;テルペン変性フェノール樹脂;上記フェノール性化合物と、ジシクロペンタジエンとから共重合により合成されるジシクロペンタジエン型フェノール樹脂;シクロペンタジエン変性フェノール樹脂;多環芳香環変性フェノール樹脂;ビフェニル型フェノール樹脂;上記フェノール性化合物と、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等の芳香族アルデヒド化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるトリフェニルメタン型フェノール樹脂;これらのフェノール樹脂の2種以上を共重合して得られる共重合型フェノール樹脂が挙げられる。これらは単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上述のフェノール樹脂の中でも、耐リフロークラック性の観点からはアラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、サリチルアルデヒド型フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂とアラルキル型フェノール樹脂との共重合型フェノール樹脂及びノボラック型フェノール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の特定フェノール樹脂が好ましい。これら特定フェノール樹脂は、そのいずれか1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。但し、それらの性能を発揮するためには、フェノール樹脂の総量中に、それらを合計で30質量%以上含有することが好ましく、50質量%以上含有することがより好ましい。
前記硬化剤の水酸基当量は特に制限されない。中でも水酸基当量は、成形性、耐リフロー性、電気的信頼性等の各種特性バランスの観点から、70g/eq〜1000g/eqであることが好ましく、80g/eq〜500g/eqであることがより好ましい。
また前記硬化剤の軟化点又は融点は特に制限されない。中でも成形性と耐リフロー性の観点から、軟化点又は融点は40℃〜180℃であることが好ましく、封止用エポキシ樹脂成型材料作製時における取扱い性の観点からは50℃〜130℃であることがより好ましい。
アラルキル型フェノール樹脂としては、フェノール類及び/又はナフトール類とジメトキシパラキシレンやビス(メトキシメチル)ビフェニルやこれらの誘導体から合成されるフェノール樹脂であれば特に限定されるものではないが、下記一般式(XII)〜(XIV)で示されるフェノール樹脂が好ましい。
式(XII)〜(XIV)において、R22〜R28は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。iは0〜3の整数、jは0〜2の整数、kは0〜4の整数、pは0〜4の整数、nは平均値であり、0〜10の数を示す。
上記一般式(XII)で示されるフェノール樹脂の中でも、i=0、R23が全て水素原子であるMEH−7851(明和化成株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
上記一般式(XIII)で示されるフェノール樹脂の中でも、i=0、k=0であるXL−225、XLC(三井化学株式会社、商品名)、MEH−7800(明和化成株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
上記一般式(XIV)で示されるフェノール樹脂の中でも、j=0、k=0、p=0であるSN−170(新日鐵化学株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂としては、ジシクロペンタジエン骨格を有する化合物を原料として用いたフェノール樹脂であれば特に限定されるものではないが、下記一般式(XV)で示されるフェノール樹脂が好ましい。下記一般式(XV)で示されるフェノール樹脂の中でも、i=0であるDPP(新日本石油化学株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(XV)中、R29は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。iは0〜3の整数、nは平均値であり、0〜10の正数を示す。
サリチルアルデヒド型フェノール樹脂としては、サリチルアルデヒド骨格を有する化合物を原料として用いたフェノール樹脂であれば特に限定されるものではないが、下記一般式(XVI)で示されるフェノール樹脂が好ましい。
下記一般式(XVI)で示されるフェノール樹脂の中でも、i=0、k=0であるMEH−7500(明和化成株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(XVI)中、R30及びR31は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。iは0〜3の整数、kは0〜4の整数、nは平均値であり、0〜10の数を示す。
ベンズアルデヒド型とアラルキル型との共重合型フェノール樹脂としては、ベンズアルデヒド骨格を有する化合物を原料として用いたフェノール樹脂とアラルキル型フェノール樹脂との共重合型フェノール樹脂であれば特に限定されるものではないが、下記一般式(XVII)で示されるフェノール樹脂が好ましい。
下記一般式(XVII)で示されるフェノール樹脂の中でも、i=0、k=0、q=0であるHE−510(エア・ウォーター・ケミカル株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(XVII)中、R32〜R34は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。iは0〜3の整数、kは0〜4の整数、qは0〜5の整数、l、mはそれぞれ平均値で0〜11の数であり(l+m)は1〜11の数を示す。
ノボラック型フェノール樹脂としては、フェノール化合物及びナフトール化合物から選ばれるフェノール性化合物とアルデヒド化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるフェノール樹脂であれば特に限定されるものではない。中でも下記一般式(XVIII)で示されるフェノール樹脂が好ましい。
下記一般式(XVIII)で示されるフェノール樹脂の中でも、i=0、R35が全て水素原子であるタマノル758、759(荒川化学工業株式会社、商品名)、HP−850N(日立化成工業株式会社、商品名)等が市販品として入手可能である。
式(XVIII)中、R35は水素原子又は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。R36は炭素数1〜18の1価の有機基を示し、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。iは0〜3の整数、nは平均値であり、0〜10の数を示す。
上記一般式(XII)〜(XVIII)におけるR22〜R36について記載した「それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい」は、例えば、式(XII)中のi個のR22の全てが同一でも相互に異なっていてもよいことを意味している。他のR23〜R36についても、式中に含まれるそれぞれの個数について全てが同一でも相互に異なっていてもよいことを意味している。また、R22〜R36は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。例えば、R22及びR23の全てについて同一でも異なっていてもよく、R30及びR31の全てについて同一でも異なっていてもよい。
上記一般式(XII)〜(XVIII)におけるnは、0〜10の範囲であることが好ましい。10以下であると樹脂成分の溶融粘度が高くなりすぎず、エポキシ樹脂組成物の溶融成形時の粘度も低くなり、未充填不良やボンディングワイヤ(素子とリードを接続する金線)の変形が発生し難くなる。1分子中の平均nは0〜4の範囲に設定されることが好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂の硬化剤としてフェノール樹脂を使用する場合、上記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との配合比率は、エポキシ樹脂の総エポキシ当量に対するフェノール樹脂の総水酸基当量の比率(フェノール樹脂中の総水酸基数/エポキシ樹脂中の総エポキシ基数)で0.5〜2.0の範囲に設定することが好ましく、0.7〜1.5の範囲に設定することがより好ましく、0.8〜1.3の範囲に設定することが更に好ましい。上記比率が0.5以上であると、エポキシ樹脂の硬化が充分に行われ、硬化物の耐熱性、耐湿性及び電気特性がより向上する傾向がある。一方、上記比率が2.0以下であると、フェノール樹脂成分が過剰とならず、硬化効率がより向上する。更に硬化樹脂中に多量のフェノール性水酸基が残ることが抑制されるため、パッケージの電気特性及び耐湿性がより向上する傾向がある。
(D)無機充填剤
本発明のエポキシ樹脂組成物は、無機充填剤を必要に応じて更に含有することができる。特に、エポキシ樹脂組成物を封止用成形材料として用いる場合には、無機充填剤を含有することが好ましい。無機充填剤を含有することで、硬化物の熱膨張係数、熱伝導率、弾性率等が改良される。無機充填剤としては、一般に封止用成形材料に用いられるものであればよく、特に限定されるものではない。例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、ガラス、アルミナ、炭酸カルシウム、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸カルシウム、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア、タルク、クレー、マイカ等の微粉未、これらを球形化したビーズなどが挙げられる。無機充填剤として難燃効果を有するものを用いてもよい。難燃効果を有する無機充填剤としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、マグネシウムと亜鉛の複合水酸化物等の複合金属水酸化物、硼酸亜鉛などが挙げられる。中でも、線膨張係数低減の観点からは溶融シリカが好ましく、高熱伝導性の観点からはアルミナが好ましい。これらの無機充填剤は1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
エポキシ樹脂組成物が無機充填剤を含む場合、その含有率は、本発明の効果が得られれば特に制限はない。エポキシ樹脂組成物の総量中に55体積%〜90体積%の範囲であることが好ましい。含有率が55体積%以上であると、硬化物の熱膨張係数、熱伝導率、弾性率等の特性がより向上する傾向がある。90体積%以下であると、エポキシ樹脂組成物の粘度が上昇することが抑制され、流動性がより向上して成形性がより良好になる傾向がある。
また無機充填剤の平均粒径は1μm〜50μmが好ましく、10μm〜30μmがより好ましい。1μm以上であると、エポキシ樹脂組成物の粘度の上昇がより抑制される傾向がある。50μm以下であると樹脂成分と無機充墳剤との分離が抑制され、硬化物の均一性がより向上し硬化物特性のばらつきがより効果的に抑制されたり、狭い隙間への充填性がより向上したりする傾向がある。無機充填剤の平均粒径は、レーザー散乱回折法粒度分布測定装置により、体積平均粒径として測定することができる。
流動性の観点からは、無機充填剤の粒子形状は角形よりも球形が好ましく、また無機充填剤の粒度分布は広範囲に分布したものが好ましい。例えば、無機充填剤を75体積%以上含有する場合、その70体積%以上を球状粒子とし、粒度分布を0.1μm〜80μmという広範囲に分布させたものが好ましい。このような無機充填剤は最密充填構造をとりやすいため含有量を増加させても材料の粘度上昇が少なく、流動性により優れたエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
[各種添加剤]
本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述の硬化促進剤及びエポキシ樹脂、並びに必要に応じて含まれる硬化剤及び無機充填剤に加えて、以下に例示するカップリング剤、イオン交換体、離型剤、応力緩和剤、難燃剤、着色剤等の各種添加剤を更に含有してもよい。またエポキシ樹脂組成物は、以下に示す添加剤に限定されることなく、必要に応じて当技術分野で周知の各種添加剤を含有してもよい。
(カップリング剤)
エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等の各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート化合物、アルミニウム/ジルコニウム系化合物などの公知のカップリング剤を更に含有することができる。これにより樹脂成分と無機充填剤との接着性をより向上することができる。
エポキシ樹脂組成物がカップリング剤を含有する場合、その含有率は、無機充填剤に対して0.05質量%〜5質量%であることが好ましく、0.1質量%〜2.5質量%がより好ましい。0.05質量%以上であると、フレームとの接着性がより向上する傾向がある。5質量%以下であると、パッケージの成形性がより向上する傾向がある。
上記カップリング剤としては、例えば、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリアセトキシシラン等のビニルシラン;γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン;β−(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、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン等のエポキシシラン;γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等のメルカプトシラン;γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ-アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−[ビス(β−ヒドロキシエチル)]アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(β−アミノエチル)アミノプロピルジメトキシメチルシラン、N−(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、N−(ジメトキシメチルシリルイソプロピル)エチレンジアミン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン;メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン等のアルキルシランなどのシランカップリング剤や、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、イソプロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトラ(2,2−ジアリルオキシメチル−1−ブチル)ビス(ジトリデシル)ホスファイトチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセテートチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ(ジオクチルホスフェート)チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート等のチタネートカップリング剤が挙げられる。これらは単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのなかでも、γ-アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ-アニリノプロピルメチルジメトキシシラン等の第二級アミノ基を有するカップリング剤が流動性及びワイヤ流れの観点から好ましい。
(イオン交換体)
エポキシ樹脂組成物は必要に応じて、イオン交換体を含有することができる。特にエポキシ樹脂組成物を封止用成形材料として用いる場合には、封止される素子を備える電子部品装置の耐湿性及び高温放置特性を向上させる観点から、イオン交換体を含有することが好ましい。イオン交換体としては特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、ハイドロタルサイト類や、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム及びビスマスからなる群より選ばれる元素の含水酸化物等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、下記一般式(A)で示されるハイドロタルサイトが好ましい。
Mg(1−X)Al(OH)(COX/2・mHO ……(A)
(0<X≦0.5、mは正の数)
エポキシ樹脂組成物がイオン交換体を含有する場合、その含有率は、ハロゲンイオン等のイオンを捕捉できる十分な量であれば特に制限はない。エポキシ樹脂の総量に対して0.1質量%〜30質量%の範囲が好ましく、1質量%〜5質量%がより好ましい。
(離型剤)
エポキシ樹脂組成物は、成形時における金型との良好な離型性の観点から、離型剤を含有してもよい。離型剤としては特に制限はなく従来公知のものを用いることができる。例えば、カルナバワックス、モンタン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス、酸化ポリエチレン、非酸化ポリエチレン等のポリオレフィン系ワックスなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、酸化型又は非酸化型のポリオレフィン系ワックスが好ましい。ポリオレフィン系ワックスとしては、例えば市販品ではヘキスト社製のH4、PE、PEDシリーズ等の数平均分子量が500〜10000程度の低分子量ポリエチレンが挙げられる。
エポキシ樹脂組成物が離型剤を含有する場合、その含有率はエポキシ樹脂の総量に対して0.01質量%〜10質量%が好ましく、0.1質量%〜5質量%がより好ましい。離型剤の含有率が0.01質量%以上であると、離型性が充分に得られる傾向がある。10質量%以下であると、より良好な接着性が得られる系傾向がある。またエポキシ樹脂組成物が離型剤としてポリオレフィン系ワックスとその他の離型剤とを併用する場合、その他の離型剤の含有率はエポキシ樹脂に対して0.1質量%〜10質量%が好ましく、0.5質量%〜3質量%がより好ましい。
(応力緩和剤)
エポキシ樹脂組成物は、シリコーンオイル、シリコーンゴム粉末等の応力緩和剤等を必要に応じて含有することができる。応力緩和剤を配合することにより、パッケージの反り変形量、パッケージクラックをより低減させることができる。応力緩和剤としては、一般に使用されている公知の可とう剤(応力緩和剤)であれば特に限定されるものではない。一般に使用されている可とう剤としては、例えば、シリコーン系、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系等の熱可塑性エラストマー、NR(天然ゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンパウダー等のゴム粒子、メタクリル酸メチル−スチレン−ブタジエン共重合体(MBS)、メタクリル酸メチル−シリコーン共重合体、メタクリル酸メチル−アクリル酸ブチル共重合体等のコア−シェル構造を有するゴム粒子などが挙げられる。これらは単独で用いても2種以上組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、シリコーン系可とう剤が好ましい。シリコーン系可とう剤としては、エポキシ基を有するもの、アミノ基を有するもの、これらをポリエーテル変性したものが挙げられる。
(難燃剤)
エポキシ樹脂組成物は、難燃性の観点から、必要に応じて難燃剤を含有することができる。難燃剤としては特に制限はなく、一般に使用されている公知の難燃剤から適宜選択できる。例えば、ハロゲン原子、アンチモン原子、窒素原子又はリン原子を含む公知の有機若しくは無機の化合物、金属水酸化物等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。エポキシ樹脂組成物が難燃剤を含有する場合、その含有率は、難燃効果が達成されれば特に制限はない。エポキシ樹脂の総量に対して1質量%〜30質量%が好ましく、2質量%〜15質量%がより好ましい。
(着色剤)
エポキシ樹脂組成物は必要に応じて着色剤を更に含有してもよい。着色剤としてはカーボンブラック、有機染料、有機顔料、酸化チタン、鉛丹、ベンガラ等の公知の着色剤を挙げることができる。着色剤の含有量は目的等に応じて適宜選択できる。
エポキシ樹脂組成物の調製方法は特に制限されず、各種成分を均一に分散混合できるのであれば、いかなる手法を用いても調製できる。一般的な手法としては、所定の配合量の成分をミキサー等によって十分混合した後、ミキシングロール、押出機等によって溶融混練した後、冷却、粉砕する方法を挙げることができる。より具体的には、例えば、上述した成分の所定量を均一に撹拌、混合し、予め70℃〜140℃に加熱してあるニーダー、ロール、エクストルーダー等で混練、冷却し、粉砕する等の方法で得ることができる。エポキシ樹脂組成物は、パッケージの成形条件に合うような寸法及び重量でタブレット化すると取り扱いが容易である。
<電子部品装置>
本発明の電子部品装置は、上述のエポキシ樹脂組成物により封止された素子を備えることを特徴とする。電子部品装置としては、例えば、リードフレーム、配線済みのテープキャリア、配線板、ガラス、シリコンウエハ等の支持部材に、半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子、コンデンサ、抵抗体、コイル等の受動素子などの素子を搭載し、それら素子部を本発明のエポキシ樹脂組成物で封止してなるものが挙げられる。より具体的には例えば、リードフレーム上に半導体素子を固定し、ボンディングパッド等の素子の端子部とリード部をワイヤボンディングやバンプで接続した後、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形等によって封止してなるDIP(Dual Inline Package)、PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Outline Package)、SOJ(Small Outline J-lead package)、TSOP(Thin Small Outline Package)、TQFP(Thin Quad Flat Package)等の一般的な樹脂封止型IC、テープキャリアにバンプで接続した半導体チップを、本発明のエポキシ樹脂組成物で封止したTCP(Tape Carrier Package)、配線板やガラス上に形成した配線に、ワイヤボンディング、フリップチップボンディング、はんだ等で接続した、半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子及びコンデンサ、抵抗体、コイル等の受動素子からなる群より選ばれる少なくとも1種の素子を、本発明のエポキシ樹脂組成物で封止してなるCOB(Chip On Board)モジュール、ハイブリッドIC、マルチチップモジュール、裏面に配線板接続用の端子を形成した有機基板の表面に素子を搭載し、バンプ又はワイヤボンディングにより素子と有機基板に形成された配線を接続した後、本発明のエポキシ樹脂組成物で素子を封止してなるBGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size Package)が挙げられる。また、配線板においても本発明のエポキシ樹脂組成物を有効に使用することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、電子部品装置を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が最も一般的ではあるが、インジェクション成形法、圧縮成形法等を用いてもよい。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
〔硬化促進剤の調製〕
エポキシ樹脂組成物の調製に先立ち、本発明による各実施例において硬化促進剤として使用する化合物を以下に示す合成例1及び合成例2に従って調製した。
また、各合成例で調製した化合物の分析は、以下の方法に従って実施した。
(1)H−NMR
測定する化合物を0.5mlのジメチルスルホキシド−dに溶かし、φ5mmの試料管に入れ、ブルカーバイオスピン社製AV−300Mで測定した。化学シフト値は、テトラメチルシラン(0ppm)又は溶媒に微量含まれるCHDSOCD(2.5ppm)を基準として求めた。
(2)31P−NMR
測定する化合物を0.5mlの重メタノール又は重アセトンに溶かし、φ5mmの試料管に入れ、ブルカーバイオスピン社製AV−300Mで測定した。化学シフト値は、リン酸水溶液(0ppm)を基準として求めた。
(合成例1)
100mlの四つ口フラスコにトリフェニルホスフィン10.0g、4−クロロカテコール8.24g、塩化ニッケル(II)六水和物0.90g及びDMF19gを仕込み、145℃で25時間攪拌した。反応後、フラスコに蒸留水20.0g、トリエチルアミン11.5gを加え、生成した固体をろ過した。ろ紙上の固体をメタノール200mlに溶かし、ろ過にて不溶分を取り除いた後に、蒸留水200ml、トリエチルアミン3.95gを順に加え、生成した黄色固体をろ過し、70℃で4時間真空乾燥して、黄色固体として硬化促進剤1を10.8g得た。
得られた硬化促進剤1は、図1に示すH−NMR及び図2に示す31P−NMRから、下記化学式(I−4)で示される化合物とトリフェニルホスフィンオキシドとの質量比1:1の混合物であると考えられた。
(合成例2)
上記合成例1と同様の方法で得られた20.0gの混合物及びTHF60gをフラスコに入れて、1時間加熱還流した後に室温まで冷却して、析出物をろ過して得た。得られた析出物を70℃で4時間真空乾燥して、硬化促進剤2を9.8g得た。
図3に示すH−NMR及び図4に示す31P−NMRから、下記化学式(I−4)で示される化合物であると考えられた。
〔エポキシ樹脂組成物の調製及びその特性評価〕
(実施例1〜4及び比較例1〜6)
各実施例では以下の成分を使用した。
(エポキシ樹脂)
エポキシ樹脂1:エポキシ当量196、融点106℃のビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社、商品名YX−4000H)
エポキシ樹脂2:エポキシ当量192、融点79℃のジフェニルメタン骨格型エポキシ樹脂(新日鐡化学株式会社、商品名YSLV−80XY)
エポキシ樹脂3:難燃効果のあるエポキシ樹脂、エポキシ当量393、軟化点80℃、臭素含有量48質量%の臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂
(硬化剤)
硬化剤1:水酸基当量176、軟化点70℃のフェノールアラルキル樹脂(三井化学株式会社、商品名ミレックスXL−225)
硬化剤2:水酸基当量199、軟化点89℃のビフェニル骨格型フェノール樹脂(明和化成株式会社、商品名MEH−7851)
(硬化促進剤)
硬化促進剤1:合成例1で調製した化合物
硬化促進剤2:合成例2で調製した化合物
(比較の硬化促進剤)
硬化促進剤A:トリフェニルホスフィン
硬化促進剤B:トリフェニルホスフィンと1,4−ベンゾキノンとの付加反応物
硬化促進剤C:4-トリフェニルホスホニオフェノラート
硬化促進剤D:2-トリフェニルホスホニオフェノラート
無機充填剤:平均粒径17.5μm、比表面積3.8m/gの球状溶融シリカ
カップリング剤:エポキシシラン(γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
着色剤:カーボンブラック(三菱化学株式会社、商品名MA−100)
離型剤:カルナバワックス(株式会社セラリカNODA製)
難燃剤:三酸化アンチモン
上述の成分をそれぞれ表1に示す質量部で配合し、混練温度80℃、混練時間15分の条件でロール混練を行うことによって、実施例1〜4、及び比較例1〜6のエポキシ樹脂組成物をそれぞれ得た。

次に、上記で得られたそれぞれのエポキシ樹脂組成物を、以下に示す各種試験によって評価した。評価結果を表2に示す。なお、エポキシ樹脂組成物の成形は、トランスファー成形機を用い、金型温度180℃、成形圧力6.9MPa、硬化時間90秒の条件下で行った。
(1)スパイラルフロー
EMMI−1−66に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて、上記条件でエポキシ樹脂組成物を成形して流動距離(cm)を測定し、初期スパイラルフローを求めた。なお、測定はエポキシ樹脂組成物を調製した後、6時間以内に行った。スパイラルフローは流動性の指標である。
(2)スパイラルフロー残存率(保存安定性の指標)
上記で得られたエポキシ樹脂組成物を、25℃の恒温槽に72時間放置した後、上記(1)スパイラルフローの測定条件で流動距離を測定し、初期スパイラルフローに対する比率として72時間後残存率を求めた。
恒温槽での放置時間を144時間、168時間及び336時間としたこと以外は同様にして144時間後残存率、168時間後残存率及び336時間後残存率をそれぞれ求めた。スパイラルフローの残存率は保存安定性の指標である。
(3)熱時硬度
硬化性樹脂組成物を上記条件で直径50mm×厚さ3mmの円板に成形し、成形後直ちに、ショアD型硬度計(株式会社上島製作所製HD−1120(タイプD))を用いて測定した。
表2から分かるように、本発明の硬化促進剤を含有する実施例1〜4は、いずれにおいても流動性、熱時硬度、保存安定性に優れる結果となった。
これに対して、本発明の硬化促進剤とは異なる種類の硬化促進剤を含む比較例1〜6では、硬化促進剤以外は同じ樹脂組成を有する実施例とそれぞれ比較して、保存安定性に劣っていることが分かる。

Claims (9)

  1. 下記一般式(I−1)で示される化合物を含むエポキシ樹脂用硬化促進剤。

    (式中、Rはそれぞれ独立して、炭素数1〜18の置換又は非置換の炭化水素基を示す。3つのRから任意に選択される2つのRは互いに連結して、Rが結合するリン原子と共に環状構造を形成してもよい。Arは、炭素数6〜18の置換又は非置換の3価の芳香族炭化水素基を示す。Arに結合する2つの酸素原子は、互いに隣接する2つの炭素原子にそれぞれ結合している。Arに結合するフェノール性水酸基は、一般式(I−1)に示されるOH及びO の2つである。
  2. 前記一般式(I−1)で示される化合物は、下記一般式(I−2)で示される請求項1に記載の硬化促進剤。

    (式中、Rは一般式(I−1)におけるRと同義である。Rはそれぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜18の有機基を示す。3つのRから任意に選択される2つのRは互いに連結して環状構造を形成してもよい)
  3. 前記一般式(I−2)で示される化合物は、下記一般式(I−3)で示される請求項2に記載の硬化促進剤。

    (式中、Rは一般式(I−2)におけるRと同義である。)
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の硬化促進剤と、エポキシ樹脂とを含有するエポキシ樹脂組成物。
  5. 更に無機充填剤を含有する請求項4に記載のエポキシ樹脂組成物。
  6. 前記エポキシ樹脂は、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ジフェニルメタン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ナフトール化合物とフェノール化合物との共重合型エポキシ樹脂及びアラルキル型エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂を含有する請求項4又は請求項5に記載のエポキシ樹脂組成物。
  7. 更に硬化剤を含有する請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
  8. 前記硬化剤が、アラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂とアラルキル型フェノール樹脂との共重合型樹脂及びノボラック型フェノール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種のフェノール樹脂を含有する請求項7に記載のエポキシ樹脂組成物。
  9. 請求項4〜請求項8のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物により封止された素子を備える電子部品装置。
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