JPH05140259A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐熱性、耐湿性、接着性、機械的性質および
作業性に優れたエポキシ樹脂組成物を提供する。 【構成】 ナフトールアラルキル樹脂のエポキシ化物、
ノボラック樹脂、無機充填剤を成分とするエポキシ樹脂
組成物。 【効果】 耐熱性、耐湿性ともに優れ、機械的諸物性が
高い水準にあるため、クラックの発生率が小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性、耐湿性、接着
性、機械的性質および作業性に優れた、新規にして有用
なエポキシ樹脂組成物に関する。更に詳しくは、注型、
成形等の用途、例えば、半導体集積回路（ＩＣ）の封止
用成形材料等の用途に適した耐熱性、耐湿性、接着性、
機械的性質および作業性に優れたエポキシ樹脂組成物に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】かかる用途におけるエポキシ樹脂組成物
において、従来用いられてきたエポキシ樹脂、あるいは
硬化剤は数多くある。例えば、エポキシ樹脂の典型とし
ては、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパ
ン〔ビスフェノールＡ〕から得られる液状〜固形の各種
エポキシ樹脂、ノボラック樹脂から得られるエポキシ樹
脂等があり、また、高耐熱性エポキシ樹脂としては、
４，４’−ジアミノジフェニルメタン〔ＭＤＡ〕から得
られるエポキシ樹脂等がある。また、硬化剤の典型とし
ては、ジエチレントリアミン、イソホロンジアミン、ｍ
−キシリレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、４，
４−ジアミノジフェニルスルホン等の脂肪族または芳香
族アミン化合物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、
無水ピロメリット酸、無水マレイン酸等の酸無水物、フ
ェノールノボラック等のフェノール樹脂、その他、ポリ
アミド、変成ポリアミン類、イミダゾール類等があり、
中でも、ノボラック樹脂はエポキシ樹脂用硬化剤として
代表的なものである。

【０００３】これらのエポキシ樹脂および硬化剤を、用
途により、様々な組合せで用い、さらに無機充填剤を配
合し、硬化させて樹脂組成物として利用してきたが、従
来用いられてきたこれらのエポキシ樹脂や硬化剤を用い
て得られるエポキシ樹脂組成物は、性能的に一長一短が
あり、各利用分野において要求される性能を満足し得る
ものとは言い難い。例えば、半導体集積回路（ＩＣ）の
封止剤用途においては、ｏ−クレゾールノボラックから
得られるエポキシ樹脂とフェノールノボラックの組合せ
が主に用いられてきた。しかしながら、このｏ−クレゾ
ールノボラックから得られるエポキシ樹脂とフェノール
ノボラック樹脂を用いて得られる硬化組成物は、機械的
強度は比較的高い水準にあるが、耐湿性に問題があり、
近年のＩＣ回路の高密度化、高集積化に伴い、耐湿性の
悪さに起因するクラックの発生、さらに発生熱量の増大
による耐熱性の不足等、製品の信頼性に関わる問題が指
摘されている。この様な問題に対して、近年、エポキシ
樹脂組成物の耐熱性や耐湿性を向上させる目的で幾つか
のエポキシ樹脂が提案されている。例えば、一般式（I
V）（化４）で表されてるフェノールアラルキル樹脂
（三井東圧化学製：商品名 ミレックスＸＬ２２５）、

【０００４】

【化４】 （式中、ｑは０〜１００の整数を示す）４，４’−ジア
ミノジフェニルメタンあるいは４，４’ジヒドロキシジ
フェニルスルホンのエポキシ化物等が挙げられる。しか
しながら、前者から得られる樹脂組成物は、耐湿性は向
上するものの耐熱性は逆に低下する傾向があり、後二者
は耐湿性を犠牲とした上で高い耐熱性を得ているため、
指摘されている問題の解決にはなっていない。

【０００５】また、製品の小型化、高集積化により必然
的に薄層化が求められる樹脂部は、より一層の冷熱変化
に対する強さが求められ、熱膨張係数の低下、冷熱変化
における低歪化等も要求されており、エポキシ樹脂の改
良が強く求められている。この様な状況の中で、耐熱
性、耐湿性、機械的物性に優れたエポキシ樹脂硬化物を
与えるエポキシ樹脂用硬化剤、エポキシ樹脂主剤とし
て、一般式（Ｉ）で表されるナフトールアラルキル樹脂
が特公昭４７−１５１１１号公報、特願平３−１６５９
２３号公報に、また、そのエポキシ化物が特開平３−９
００７５号公報に示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、耐湿
性、耐熱性、接着性、機械的強度および作業性等の性能
のバランスの優れたエポキシ樹脂組成物を提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに到
ったものである。すなわち、本発明は、エポキシ樹脂組
成物において、主成分として、Ａ）エポキシ樹脂成分と
して一般式（Ｉ）（化５）で表されるナフトールアラル
キル樹脂に、

【０００８】

【化５】 （式中、ｍは０〜１００までの整数を示す）一般式（I
I）（化６）で表されるエピハロヒドリンを反応させて
得られるエポキシ樹脂、

【０００９】

【化６】 （式中、Ｒ₁ は水素原子またはメチル基を、ＸはＣｌ又
はＢｒを示す。） Ｂ）硬化剤成分として一般式（III)（化７）で表される
ノボラック樹脂、

【００１０】

【化７】 （式中、ｎは０〜１０の整数を示し、Ｒ₂ は水素原子ま
たはメチル基を示す） Ｃ）無機充填剤 の三成分を用いることによって得られる耐熱性、耐湿
性、接着性、機械的性質および作業性に優れたエポキシ
樹脂組成物に関するものである。本発明において、エポ
キシ樹脂原料として用いられるナフトールアラルキル樹
脂は、特公昭４７−１５１１１号公報、特願平３−１６
５９２３号公報に記載の方法により製造される。即ち、
一般式（Ｖ）（化８）で表される

【００１１】

【化８】 （式中、Ｒ₃ はハロゲン原子、水酸基、または炭素数１
〜４の低級アルコキシ基を示す）アラルキルハライドま
たはアラルキルアルコール誘導体に、酸触媒の存在下に
おいて、１．１倍モル以上のα−ナフトールまたはβ−
ナフトールを反応させ、必要により、未反応ナフトール
を留去することにより得ることができる。

【００１２】本発明において、一般式（Ｉ）のナフトー
ルアラルキル樹脂をエポキシ化する方法は、特開平３−
９００７５号公報に示されているような公知慣用の方法
が用いられる。すなわち、ナフトールアラルキル樹脂と
そのヒドロキシル基に対して１〜２０倍モル、好ましく
は２〜１０倍モル、さらに好ましくは３〜８倍モルのエ
ピハロヒドリンを塩基の存在下において反応させるもの
であり、反応形態としては、例えば、１００〜１１５℃
に加熱されたナフトールアラルキル樹脂とエピハロヒド
リンとの混合物に、アルカリ金属水酸化物の水溶液を滴
下していく方法が挙げられるが、その他の方法を用いる
こともできる。また、反応の際に、４級アンモニウム塩
等の相関移動触媒を用いることもできる。本発明におい
て、硬化剤として使用されるノボラック樹脂は、通常の
方法により製造される。

【００１３】本発明は、無機充填剤を配合することによ
り、高い耐熱性、耐湿性、機械的物性等を示すエポキシ
樹脂組成物を得るものであるが、本発明で使用される無
機充填剤としては、シリカ、アルミナ、窒化珪素、炭化
珪素、タルク、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、マ
イカ、クレー、チタンホワイト等の粉体、ガラス繊維、
カーボン繊維等の繊維体が挙げられる。これらの中で、
熱膨張率と熱伝導率の点から、結晶性シリカおよび／ま
たは溶融性シリカが好ましい。更に、樹脂組成物の成形
時の流動性を考えると、その形状は球形または球形と不
定型の混合物が好ましい。無機充填剤の配合量は、エポ
キシ樹脂および硬化剤の総重量に対して１００〜９００
重量％であることが必要であり、好ましくは２００〜６
００重量％である。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物においては、
必要により、各種の添加物を併用することができる。例
えば、上記の無機充填剤は、機械的強度、耐熱性の点か
ら、樹脂との接着性に優れたものがよく、樹脂との接着
性向上の目的で、カップリング剤を併用することが好ま
しく、かかるカップリング剤としてはシラン系、チタネ
ート系、アルミネート系およびジルコアルミネート系等
のカップリング剤が使用できる。その中でも、シラン系
カップリング剤が好ましく、特に、エポキシ樹脂と反応
する官能基を有するシラン系カップリング剤が最も好ま
しい。かかるシラン系カップリング剤の例としては、ビ
ニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランＮ
−（２−アミノメチル）−３−アミノプロピルメチルジ
メトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−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−アニリノプロピルトリメトキシ
シラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラ
ン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルト
リメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメ
トキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシ
ラン等を挙げることができ、これらは単独、あるいは併
用して使用することができる。これらのシラン系カップ
リング剤は、予め無機充填剤の表面に吸着あるいは反応
により固定化されているのが好ましい。

【００１５】本発明において、樹脂組成物を硬化させる
にあたっては、硬化促進剤を使用することが望ましい。
かかる硬化促進剤としては、２−メチルイミダゾール、
２−メチル−４−エチルイミダゾール、２−ヘプタデシ
ルイミダゾ−ル等のイミダゾ−ル類、トリエタノ−ルア
ミン、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン等
のアミン類、トリビチルホスフィン、トリフェニルホス
フィン、トリトリルホスフィン等の有機ホスフィン類、
テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、
トリエチルアンモニウムテトラフェニルボレ−ト等のテ
トラフェニルボロン類、１，８−ジアザ−ビシクロ
（５，４，０）ウンデセン−７およびその誘導体が挙げ
られる。これらの硬化促進剤は、単独で用いても２種類
以上を併用してもよく、また、これら硬化促進剤の配合
は、エポキシ樹脂および硬化剤の合計量１００重量部に
対して０．０１〜１０重量部の範囲で用いられる。さら
に、必要に応じて、その他の添加剤として、脂肪酸、脂
肪酸塩、ワックスなどの離型剤、ブロム化合物、アンチ
モン、りん等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、
各種シリコーンオイル等を配合し、混合、混練して成形
材料とすることができる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。 合成例 １ 攪拌器、温度計、ディーンスターク共沸トラップおよび
冷却器を装着した反応装置に、α，α’−ジメトキシ−
ｐ−キシレン２４９ｇ（１．５モル）、β−ナフトール
６４８ｇ（４．５モル）、トリフロロメタンスルホン酸
０．４５ｇを挿入し、攪拌を行いながら１５０〜１６０
℃で４時間反応を行った。生成するメタノールは、順次
トラップし、系外へ除去した。反応終了後、未反応ナフ
トールを減圧蒸留により除去し、一般式（Ｉ）の構造を
持つ４６５ｇのβ−ナフトールアラルキル樹脂を得た。
高速液体クロマトグラフィーにより分析した樹脂の組成
は、そのArea％で、ｍ＝０が５１．０％、ｍ＝１が２
５．７％、ｍ＝２が１２．７％、ｍ≧３が１０．６％で
あった。この樹脂のヒドロキシ当量は、２３２．５ｇ／
ｅｑ、軟化点は９８℃であり、ＩＣＩ溶融粘度（１５０
℃）は１０．２ポイズであった。

【００１７】合成例 ２ 攪拌器、温度計、ディーンスターク共沸トラップおよび
冷却器を装着した反応装置に、α，α’−ジメトキシ−
ｐ−キシレン２４９ｇ（１．５モル）、α−ナフトール
１２９６ｇ（９．０モル）、トリフロロメタンスルホン
酸０．４５ｇを挿入し、攪拌を行いながら、１５０〜１
６０℃で４時間反応を行った。生成するメタノールは、
順次トラップし、系外へ除去した。反応終了後、未反応
ナフトールを減圧蒸留により除去し、一般式（Ｉ）の構
造を持つ５２５ｇのα−ナフトールアラルキル樹脂を得
た。高速液体クロマトグラフィーによる樹脂の組成は、
ｍ＝０が８１．０％、ｍ＝１が８．７％、ｍ≧２が１
０．３％であった。この樹脂のヒドロキシ当量は２０
７．５ｇ／ｅｑ、軟化点は７１℃、ＩＣＩ溶融粘度（１
５０℃）は１．２ポイズであった。

【００１８】合成例 ３ 攪拌器、温度計、ディーンスターク共沸トラップおよび
冷却器を装着した反応装置に、合成例１で製造したナフ
トールアラルキル樹脂１５０ｇ、エピクロルヒドリン２
９８．４ｇ（３．２３モル）を挿入し、攪拌を行いなが
ら、１１５℃に加熱し、完全に溶解させた。引き続き攪
拌を続けながら、４０％水酸化ナトリウム水溶液７１．
０ｇを２時間で滴下した。滴下中、反応温度は１００〜
１１５℃に保ち、共沸されてくるエピクロルヒドリンは
系内に戻し、水は系外へ除去した。４０％水酸化ナトリ
ウム水溶液の滴下が終了した後、水の留出がなくなるま
で反応を続けた。反応終了後、室温まで冷却し、副生し
た無機塩を濾過した。濾過液からエピクロルヒドリンを
減圧蒸留し、ナフトールアラルキル樹脂の粗エポキシ化
物を２３２．１ｇ得た。この粗エポキシ化物を、７００
ｇのメチルイソブチルケトンに溶解し、５％水酸化ナト
リウム水溶液５０ｇを加え、６０℃において３０分間攪
拌した。静置した後、下層の水層を排出し、有機層を１
％りん酸二水素ナトリウム水溶液１００ｇで中和した
後、１００ｇの水で３回洗浄してメチルイソブチルケト
ンを減圧蒸留して除去した。このようにして、ナフトー
ルアラルキル樹脂の精エポキシ樹脂２２８．５ｇを得
た。このもののエポキシ当量は３０３．７ｇ／ｅｑで、
軟化点は６９℃であった。

【００１９】合成例 ４ 攪拌器、温度計、ディーンスターク共沸トラップおよび
冷却器を装着した反応装置に、合成例２で製造したナフ
トールアラルキル樹脂１５０ｇ、エピクロルヒドリン３
３４．３ｇ（３．６１モル）を挿入し、攪拌を行いなが
ら、１１５℃に加熱し、完全に溶解させた。引き続き攪
拌を続けながら、４０％水酸化ナトリウム水溶液７９．
４ｇを２時間で滴下した。滴下中、反応温度は１００〜
１１５℃に保ち、共沸されてくるエピクロルヒドリンは
系内に戻し、水は系外へ除去した。４０％水酸化ナトリ
ウム水溶液の滴下が終了した後、水の留出がなくなるま
で反応を続けた。反応終了後、室温まで冷却し、副生し
た無機塩を濾過した。濾過液からエピクロルヒドリンを
減圧蒸留して、ナフトールアラルキル樹脂の粗エポキシ
化物を２３２．１ｇ得た。この粗エポキシ化物を７００
ｇのメチルイソブチルケトンに溶解し、５％水酸化ナト
リウム水溶液５０ｇを加え、６０℃において３０分間攪
拌した。静置した後、下層にくる水層を排出し、有機層
を１％りん酸二水素ナトリウム水溶液１００ｇで中和し
た後、１００ｇの水で３回洗浄してメチルイソブチルケ
トンを減圧蒸留して除去した。このようにして、ナフト
ールアラルキル樹脂の精エポキシ樹脂２３１．４ｇを得
た。このもののエポキシ当量は２７７．３ｇ／ｅｑであ
り、軟化点は５４℃であった。

【００２０】実施例 １、２ 合成例３および４において、合成されたナフトールアラ
ルキル樹脂のエポキシ化物とフェノールノボラック樹脂
を用い、無機充填剤やその他の各種の添加剤を表−１
（表１）の様な割合で配合し、その混合物を注型加工し
て得られる硬化物について、その物性を測定した。物性
測定用の試験片は、樹脂混合物を用いて、フラットパッ
ケージ型半導体装置用リードフレームの素子搭載部に、
試験用素子（１０ｍｍ×１０ｍｍ角）を搭載した後、ト
ランスファー成形（１８０℃、３０ｋｇ／ｃｍ² 、３ｍ
ｉｎ）により、試験用半導体装置を得た。結果を表−１
に示した。

【００２１】比較例 １ 実施例１において、無機充填剤、その他の各種添加剤を
配合せずに、表−１の様な割合で配合し、その混合物を
注型加工して得られる硬化物について、その物性を測定
した。ただし、全体の配合量は、実施例と等しくなるよ
うに、エポキシ樹脂と硬化剤の量により調整した。結果
を表−１に示した。 比較例 ２ 実施例１において、無機充填剤の使用量をナフトールア
ラルキル樹脂のエポキシ化物とフェノールノボラック樹
脂の総重量の８０％に減らし、エポキシ樹脂と硬化剤
で、表−１の様な割合で配合し、その混合物を注型加工
して得られる硬化物について、その物性を測定した。た
だし、全体の配合量は、実施例と等しくなるように、エ
ポキシ樹脂と硬化剤の量により調整した。結果を表−１
に示した。

【００２２】比較例 ３ 実施例１におけるエポキシ樹脂を、ｏ−クレゾールノボ
ラックから得られるエポキシ樹脂に代えて、実施例と同
様にして得られる硬化物について、その物性を測定し
た。結果を表−１に示した。 比較例 ４ 実施例１におけるエポキシ樹脂を、４，４’−ジアミノ
ジフェニルメタンから得られるエポキシ樹脂を用い、実
施例と同様にして得られる混合物を注型加工して得られ
る硬化物について、その物性を測定した。結果を表−１
に示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】表−１の実施例１、２より明らかな様に、
本発明のエポキシ樹脂組成物は、耐熱性、耐湿性、機械
的強度とも非常に高い水準にあるが、比較例１、２の様
に無機充填剤の量が樹脂成分に対して１００重量％以下
であるとき、あるいは全く無機充填剤を含まないとき
は、機械的強度、耐湿性が大きく低下することがわか
る。また、比較例３、４の様に、他のエポキシ樹脂を用
いた場合、耐熱性、耐湿性、機械的強度のいずれかまた
は全てが低下していることがわかる。

【００２６】表−１、２の注 ・ＥＯＣＮ−１０２Ｓ：ｏ−クレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂（日本化薬製） ・ＭＹ−７２０：４，４’−ジアミノジフェニルメタン
型エポキシ樹脂（チバガイギー製） ・ＢＲＧ＃５５８：フェノールノボラック樹脂（昭和高
分子製） ・Ｃ１１Ｚ：２−ウンデシルイミダゾール（四国ファイ
ンケミカル製） ・無機充填剤：球形溶融シリカ（ハリミックＳ−ＣＯ，
（株）マイクロン製）５０重量部と不定型溶融シリカ
（ヒューズレックスＲＤ−８，（株）龍森製）５０重量
部との混合物 ・シランカップリング剤：（ＳＺ−６０８３，東レダウ
コーニングシリコーン（株）製） ・ガラス転移温度：ＴＭＡ法（島津 ＴＭＡ−システム
ＤＴ−３０で測定） ・曲げ強度、弾性率：ＪＩＳ Ｋ−６９１１ ・煮沸吸水率：１００℃の沸騰水中で２時間煮沸後の重
量増加を測定 ・Ｖ．Ｐ．Ｓテスト：試験用の半導体装置を６５℃、９
５％の恒温恒湿槽に、１６８時間放置した後、直ちに２
１５℃のフロナート液（住友スリーエム（株）製、ＦＣ
−７０）に投入し、パッケージ樹脂にクラックが発生し
た半導体装置の数を数えた。

【００２７】試験値を分数で示し、分子はクラックの発
生した半導体装置の数、分母は試験に供した半導体装置
の数である。

【００２８】

【発明の効果】本発明により提供されるエポキシ樹脂組
成物は、耐熱性と耐湿性に優れ、更に機械的性質、接着
性、耐クラック性、作業性に優れているため、各種マト
リックス樹脂として極めて有用性が高いものである。こ
のことは、例えば、従来性能的に一長一短があるために
使用が制限されていた半導体封止剤分野においても、理
想的な材料を提供するものであり、その貢献するところ
は大きい。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂組成物において、主成分と
   して Ａ）エポキシ樹脂成分として一般式（Ｉ）（化１）で表
   されるナフトールアラルキル樹脂に、 【化１】 （式中、ｍは０〜１００までの整数を示す） 一般式（II）（化２）で表されるエピハロヒドリン 【化２】 （式中、Ｒ₁ は水素原子またはメチル基を、ＸはＣｌ又
   はＢｒを示す。）を反応させて得られるエポキシ樹脂、 Ｂ）硬化剤成分として一般式（III)（化３）で表される
   ノボラック樹脂、 【化３】 （式中、ｎは０〜１０の整数を示し、Ｒ₂ は水素原子ま
   たはメチル基を示す） Ｃ）無機充填剤 の三成分を用いることを特徴とする耐熱性、耐湿性、接
   着性、機械的性質および作業性に優れたエポキシ樹脂組
   成物。