JP7295546B2 - 樹脂組成物 - Google Patents
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Description
常温での使用時、または硬化時に揮発する成分が接着剤に多いと、特にこれをカメラ・センサーモジュール等の電子部品用途に用いる際に、揮発物がセンサ、レンズ、電極等へ付着して、それらの汚染を引き起こすことがある。モジュール製造工程においては一般に、工程中で発生する、このような汚染をもたらす付着物を除去するため、溶剤による洗浄を行う場合がある。付着物が液状であれば、このような洗浄によって比較的容易に付着物を除去できるが、付着物が部材上で硬化した固形物の場合には、部材からの除去が困難となり、歩留まりの低下等、製造コストの増加を引き起こす懸念が高まる。また、硬化物中に揮発物に起因する気泡が発生すると、バルク強度の低下や、被着体界面積の減少によって、接着強度が低下するおそれがある。硬化時に気泡が発生した場合、変形によって被着物の位置精度が低下するおそれがある等の信頼性の低下を引き起こす懸念がある。さらには、揮発成分が多い場合には、目や気管支等に刺激を与えるなど、作業者の健康面での影響も心配され、作業環境の悪化を招くことがある。
また、塗布された液状の接着剤が硬化反応により流動性を失い、被着体を固定できるようになるまでの時間(ゲルタイム)を短縮することは、製造効率の向上に極めて有効である。一般に、硬化温度を低下させると硬化反応の速度は低下してしまうが、製造効率を考慮すると、ゲルタイムは24時間以内であることが好ましく、12時間以内であることがより好ましく、6時間以内であることがさらに好ましく、2時間(120分)以内であることが特に好ましい。
しかし、揮発する成分が少なく、上記のように低温・短時間での硬化が可能な一液型接着剤を得ることは、従来は困難であった。
(a)少なくとも一種の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物であって、各々、下記式(I):
で表される構造単位を少なくとも1つ有し、かつ分子量が180~10000である、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物
(b)少なくとも一種の第三級アミン化合物であって、各々、式[NR(CH3)]n-R’(式中、各々のRは独立に1価の炭化水素基を表し、nは1以上の整数であり、R’はn価の有機基を表す)で表され、分子量が100~1000であり、かつ式中の二置換アミノ基NR(CH3)-の少なくとも1つについて、pKaが8.0以上である、第三級アミン化合物
本発明の樹脂組成物は、少なくとも一種の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物(成分(a))を含む。これらの2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は各々、下記式(I):
で表される構造単位を少なくとも1つ有し、かつ分子量が180~10000である化合物である。
2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、上記式(I)の構造単位を1つ又は2つ以上含む。ある態様においては、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、上記式(I)の構造単位を2つから6つ、好ましくは2つ含む。
2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物が多官能成分を含む場合、多官能成分の含有量は、高温時における機械特性の観点から、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の総質量に対し、1~100質量%であることが好ましく、5~95質量%であることがより好ましく、5~90質量%であることがさらに好ましく、10~90質量%であることが特に好ましく、10~80質量%であることが最も好ましい。多官能成分の含有量が0.1質量%未満であると、硬化時に架橋が十分に形成されず、硬化物の高温(軟化点以上)での機械特性が著しく損なわれる。
本発明の樹脂組成物が多官能成分を含む場合、その硬化物は網目状の架橋構造を形成するため、高温時、特にガラス転移温度以上の温度においても流動することがなく、一定の貯蔵弾性率を保持する。硬化物の高温時における貯蔵弾性率は例えば動的粘弾性測定(DMA)によって評価できる。一般に架橋構造を形成した硬化物をDMAによって評価した場合、ガラス転移温度以上の温度域にプラトーと呼ばれる貯蔵弾性率の温度変化が比較的小さい領域が広範囲にわたって観察される。このプラトー域の貯蔵弾性率は架橋密度、すなわち樹脂組成物中における多官能成分の含有率に関係した量として評価される。
(式中、
X1及びX2は、各々独立に、単結合、O又はNR3(式中、R3は、水素又は1価の炭化水素基を表す)を表し、
R1及びR2は、各々独立に、水素、1価の炭化水素基又は下記式(III):
(式中、
X3及びX4は、各々独立に、単結合、O又はNR5(式中、R5は、水素又は1価の炭化水素基を表す)を表し、
Wは、スペーサーを表し、
R4は、水素又は1価の炭化水素基を表す)を表す)
で表される。
(式中、
R1及びR2は、各々独立に、水素、1価の炭化水素基又は下記式(V):
(式中、
Wは、スペーサーを表し、
R4は、水素又は1価の炭化水素基を表す)を表す)
で表される。
(式中、
R11は、下記式(VII):
で表される1,1-ジカルボニルエチレン単位を表し、
それぞれのR12は、各々独立に、スペーサーを表し、
R13及びR14は、各々独立に、水素又は1価の炭化水素基を表し、
X11並びにそれぞれのX12及びX13は、各々独立に、単結合、O又はNR15(式中、R15は、水素又は1価の炭化水素基を表す)を表し、
それぞれのmは、各々独立に、0又は1を表し、
nは、1以上20以下の整数を表す)
で表されるジカルボニルエチレン誘導体である。
上記1価の炭化水素基は、好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はシクロアルキル基で置換されているアルキル基であり、さらに好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、又はシクロアルキル基で置換されているアルキル基である。
上記スペーサーとしての2価の炭化水素基の具体的な例としては、1,4-n-ブチレン基及び1,4-シクロヘキシレンジメチレン基が挙げられるが、これらに限定されない。
特に好ましい化合物としては、上記式(IV)におけるR1又はR2の一方が、エチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基のいずれかであり、他方が上記式(V)で表され、Wは1,4-n-ブチレン基又は1,4-シクロヘキシレンジメチレン基のいずれかであり、R4はエチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基のいずれかである化合物が挙げられる。また、他の特に好ましい化合物としては、上記式(IV)におけるR1及びR2が上記式(V)で表され、Wは1,4-n-ブチレン基又は1,4-シクロヘキシレンジメチレン基のいずれかであり、R4はエチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基のいずれかである化合物が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、少なくとも一種の第三級アミン化合物(成分(b))を含む。この第三級アミン化合物は、開始剤としての作用を示し、前記2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物(成分(a))のオレフィン炭素へのマイケル付加によって、樹脂組成物が硬化する際の反応の開始に寄与することが期待される化合物である。これらの第三級アミン化合物は各々、式[NR(CH3)]n-R’(式中、各々のRは独立に1価の炭化水素基を表し、nは1以上の整数であり、R’はn価の有機基を表す)で表され、かつ分子量が100~1000である。更に、前記式中の二置換アミノ基NR(CH3)-の少なくとも1つについて、pKaが8.0以上である。本発明において、前記第三級アミン化合物は、単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
前記第三級アミン化合物において、前記二置換アミノ基のうち少なくとも1つについて、pKaは8.0以上であり、好ましくは9.0以上であり、より好ましくは10.0以上であり、最も好ましくは11.0以上である。前記二置換アミノ基全てについて、pKaが8.0未満であると、前記第三級アミン化合物の開始剤としての作用が不十分で、樹脂組成物が所定の時間内に硬化しない。これは、本発明の樹脂組成物では、前記成分(a)に含まれる2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の分子量が180以上であることに起因する。
(式中、R101及びR102は各々独立に、1価の炭化水素基(前記成分(a)について定義されたものと同様)を表す)
で表される構造を有する。R101及びR102は各々、炭素数1~30であるものが好ましく、炭素数1~20であるものがより好ましく、炭素数1~12であるものが特に好ましい。R101及びR102はそれぞれ独立に、あるいは共同して窒素原子周辺の立体障害をもたらす。このため、R101及びR102の一方が炭素数4以上のような大きな基であっても、他方がエチル基のような比較的炭素数の少ない基であると、開始剤として十分な作用が得られることがある。また、R101及びR102が共に炭素数6以上の基であっても、芳香環やシクロアルキル基のような環状構造を有する場合には、分子運動が環状構造を有しない場合に比べて制限されることから、開始剤として十分な作用が得られることがある。さらに、R101及びR102が互いに結合して環状構造を形成している場合、両者の総炭素数が4以上であっても窒素原子周辺の立体障害は比較的小さいことから、開始剤として十分な作用が得られることがある。
本発明の樹脂組成物は、無機充填剤(成分(c))を含むことができる。成分(c)としては、コロイダルシリカ、疎水性シリカ、微細シリカ、ナノシリカ等のシリカフィラー、炭酸カルシウム、アルミナ、酸化亜鉛等の金属酸化物、ニッケル、銅、銀等の金属、アクリルビーズ、ガラスビーズ、ウレタンビーズ、ベントナイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。これらの中でも、シリカフィラーが、充填量を高くできることから好ましい。成分(c)の無機充填剤は、シランカップリング剤等で表面処理が施されたものであってもよい。表面処理が施されたフィラーを使用した場合、フィラーの凝集を防止する効果が期待される。成分(c)の無機充填剤は、単独でも2種以上を併用してもよい。
本発明の樹脂組成物は、安定化剤(成分(d))を含んでもよい。
成分(d)は、樹脂組成物の保存時の安定性を高めるためのものであり、意図しないラジカルや塩基性成分による重合反応の発生を抑制するために添加される。2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、低い確率で自分からラジカルを発生することがあり、そのラジカルを基点として意図しないラジカル重合反応が発生する場合がある。また、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、非常に微量の塩基性成分の混入によってアニオン重合反応が発生する場合がある。成分(d)を添加することによって、このような意図しないラジカルや塩基性成分による重合反応の発生を抑制することができる。
本発明の樹脂組成物は、界面処理剤(成分(e))を含んでもよい。
成分(e)は、特に限定されないが、典型的には、カップリング剤を用いることができる。カップリング剤は、分子中に2つ以上の異なった官能基を有しており、その一つは、無機質材料と化学結合する官能基であり、他の一つは、有機質材料と化学結合する官能基である。接着剤がカップリング剤を含有することによって、接着剤の基板等への密着性が向上する。
本発明の樹脂組成物は、顔料(成分(f))を含んでいても良い。
成分(f)を含むことで、本発明の樹脂組成物の色度を調整することができる。成分(f)としては、特に限定されないが、例えば、カーボンブラック、チタン窒化物等のチタンブラック、黒色有機顔料、混色有機顔料、および無機顔料等を用いることができる。黒色有機顔料としては、ペリレンブラック、アニリンブラック等が、混色有機顔料としては、赤、青、緑、紫、黄色、マゼンダ、シアン等から選ばれる少なくとも2種類以上の顔料を混合して疑似黒色化されたものが、無機顔料としては、グラファイト、およびチタン、銅、鉄、マンガン、コバルト、クロム、ニッケル、亜鉛、カルシウム、銀等の金属微粒子、金属酸化物、複合酸化物、金属硫化物、金属窒化物等が挙げられる。これらは、1種単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。成分(f)は、好ましくは、カーボンブラック又はチタンブラックである。
本発明の樹脂組成物は、可塑剤(成分(g))を含んでいても良い。
成分(g)としては、公知の任意の可塑剤を配合することが出来る。成分(g)により、成形性を向上させたり、ガラス転移温度を調整したりすることができる。成分(g)は、相溶性が良好で、ブリ-ドし難いものを用いることができる。
成分(g)の例としては、ジ-n-ブチルフタレート、ジ-n-オクチルフタレート、ビス(2-エチルヘキシル)フタレート、ジ-n-デシルフタレート、ジイソデシルフタレート等のフタル酸エステル類;ビス(2-エチルヘキシル)アジペート、ジ-n-オクチルアジペート等のアジピン酸エステル類;ビス(2-エチルヘキシル)セバケート、ジ-n-ブチルセバケート等のセバシン酸エステル類;ビス(2-エチルヘキシル)アゼレート等のアゼライン酸エステル類;塩素化パラフィン等のパラフィン類;ポリプロピレングリコール等のグリコール類;エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油等のエポキシ変性植物油類;トリオクチルホスフェート、トリフェニルホスフェート等のリン酸エステル類;トリフェニルホスファイト等の亜リン酸エステル類;アジピン酸と1,3-ブチレングリコールとのエステル化物等のエステルオリゴマー類;低分子量ポリブテン、低分子量ポリイソブチレン、低分子量ポリイソプレン等の低分子量重合体;プロセスオイル、ナフテン系オイル等のオイル類等が挙げられる。成分(g)は、単独でも2種以上を併用してもよい。
本発明の樹脂組成物に含まれる2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、25℃における蒸気圧が0.05mmHg以下であることが好ましく、0.01mmHg以下であることが更に好ましく、0.001mmHg以下であることが特に好ましい。
また本発明において、第三級アミン化合物の蒸気圧も、同様の方法で推算することができる。本発明の組成物に含まれる第三級アミン化合物は、25℃における蒸気圧が100mmHg以下であることが好ましく、10mmHg以下であることが更に好ましく、1mmHg以下であることが特に好ましい。
さらには、本発明においては、本発明の硬化物、本発明の接着剤若しくは封止材の硬化物、又は本発明のフィルム若しくはプリプレグの硬化物を含む半導体装置も提供される。
本発明に用いる2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物のうち幾つかの態様について、各温度における蒸気圧を、HSPiP(5th Edition 5.0.04 Y-MB法)を用いて推算を行った。表3に示す3種の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物についての各温度における蒸気圧(単位:mmHg)を表1に示す。
表1より、分子量が180以上の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は蒸気圧が低く、特に25℃における蒸気圧が0.05mmHg以下であることがわかる。25℃における蒸気圧が0.05mmHg以下の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物は、室温での硬化時に揮発が少なく、周囲部材への汚染が少ない。
表2より、分子量が100未満の第三級アミン化合物(DEMA)は、蒸気圧が著しく高く、特に25℃における蒸気圧が100mmHgを超えることがわかる。このような第三級アミン化合物は揮発性が高いので、本発明における使用には適していない。
以下の実施例及び比較例において使用した樹脂組成物の原料は、以下のとおりである。
2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物:
DHMM (SIRRUS社製)
DCHMM (SIRRUS社製)
CDM-XL (SIRRUS社製)
上記2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の具体的な構造は、下記表3中の化学式のとおりである。
DMDA ジメチルドデシルアミン
(和光純薬工業株式会社、分子量:213.4、pKa:9.8)
TMTAU 2,6,10-トリメチル-2,6,10-トリアザウンデカン
(東京化成工業株式会社、分子量:201.4、pKa:9.5)
DMBA N,N-ジメチルベンジルアミン
(和光純薬工業株式会社、分子量:135.2、pKa:8.9)
EMBA エチルメチルベンジルアミン
(東京化成工業株式会社、分子量:149.2、pKa:9.2)
DCHMA N,N-ジシクロヘキシルメチルアミン
(東京化成工業株式会社、分子量:195.3、pKa:11.2)
PMAN N,N,2,4,6-ペンタメチルアニリン
(東京化成工業株式会社、分子量:163.3、pKa:5.8)
DEBA ジエチルベンジルアミン
(和光純薬工業株式会社、分子量:165.3、pKa:9.5)
DEMA ジエチルメチルアミン
(和光純薬工業株式会社、分子量:87.2、pKa:10.0)
これらの第三級アミン化合物のうち、DEBAは、メチル基が結合した二置換アミノ基を有していない。DMDA、TMTAU、DMBA及びPMANは、ジメチルアミノ基を有する。他の第三級アミン化合物は、メチル基が1つ結合した二置換アミノ基を有する。複数の塩基性部位を有するTMTAUについてのpKa値は、互いに等価な2つのジメチルアミノ基に関するもので、これはそれらの塩基性部位が示すpKa値の中で最大である。
実施例1~3は、ジメチルアミノ基、即ちRがメチル基である二置換アミノ基NR(CH3)-を少なくとも一つ含み、かつそのジメチルアミノ基についてのpKaが8.0以上である第三級アミン化合物(DMDA、TMTAU、DMBA)を開始剤として用いると、ごく短時間でゲル化することを示している。実施例6~8は、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物の種類や数を種々変更しても同様であることを示している。
なお、このような構造を有する第三級アミン化合物でも、分子量が100未満では揮発しやすい(特にトリメチルアミンは、揮発性が著しく高い(常温で気体)上、毒性が非常に高い)ため、本発明における使用には適していない。
また比較例2は、第三級アミン化合物の有する二置換アミノ基がNR(CH3)-に該当しない(第三級アミン化合物が、メチル基の結合した二置換アミノ基を有していない)と、その二置換アミノ基についてのpKaが8.0以上(DEBA)であっても、ゲル化に要する時間は120分を超えることを示している。
12 レンズ
14 ボイスコイルモータ
16 レンズユニット
18 支持体
20 カットフィルタ
22 撮像素子
24 プリント配線基板
30、32、34 接着剤
Claims (13)
- 下記成分(a)及び(b)を含む樹脂組成物。
(a)少なくとも一種の2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物であって、各々、下記式(I):
で表される構造単位を少なくとも1つ有し、かつ分子量が180~10000である、2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物
(b)少なくとも一種の活性水素原子を有さない第三級アミン化合物であって、各々、式[NR(CH3)]n-R’(式中、各々のRは独立に1価の炭化水素基を表し、nは1~2であり、R’は、n-ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、シクロヘキシル基、n-オクチル基、イソオクチル基、n-デシル基、イソデシル基、n-ドデシル基、イソドデシル基、ベンジル基、エチレン基、プロピレン基及びN-メチル-4-アザヘプチレン基からなる群より選択される、n価の有機基を表す)で表され、分子量が100~1000であり、かつ式中の二置換アミノ基NR(CH3)-の少なくとも1つについて、pKaが8.0以上である、第三級アミン化合物(但し、テトラメチルグアニジンを除く) - 少なくとも1つの前記二置換アミノ基について、Rがメチル基であり、かつpKaが8.5以上である、請求項1記載の組成物。
- 少なくとも1つの前記二置換アミノ基について、Rが非メチル炭化水素基であり、かつpKaが9.0以上である、請求項1記載の組成物。
- 前記第三級アミン化合物におけるnが1である、請求項1記載の組成物。
- 前記第三級アミン化合物が80℃で液状である、請求項1~4いずれか一項記載の組成物。
- 前記第三級アミン化合物が25℃で液状である、請求項1~5いずれか一項記載の組成物。
- 前記第三級アミン化合物の量が、前記2-メチレン-1,3-ジカルボニル化合物に対して0.01~30mol%である、請求項1~6いずれか一項記載の組成物。
- 電子部品製造に用いられる、請求項1~7いずれか一項記載の組成物。
- 請求項1~8いずれか一項記載の樹脂組成物を含む、接着剤又は封止材。
- 電子部品用である、請求項9記載の接着剤又は封止材。
- 請求項1~8いずれか一項記載の樹脂組成物を含む、フィルム又はプリプレグ。
- 電子部品用である、請求項11記載のフィルム又はプリプレグ。
- 請求項1~8いずれか一項記載の樹脂組成物の硬化物を含む、半導体装置。
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