JPH06179737A - 高耐熱性エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

高耐熱性エポキシ樹脂組成物

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JPH06179737A
JPH06179737A JP33182692A JP33182692A JPH06179737A JP H06179737 A JPH06179737 A JP H06179737A JP 33182692 A JP33182692 A JP 33182692A JP 33182692 A JP33182692 A JP 33182692A JP H06179737 A JPH06179737 A JP H06179737A
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Japan
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curing
epoxy resin
acid anhydride
epoxy
resin composition
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JP33182692A
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Hisao Ikeda
久男 池田
Yasuhiro Gunji
康弘 軍司
Masayoshi Shirakawa
雅義 白川
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Nissan Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシ
アヌレート100重量部あたり、室温で液状のビスフェ
ノール系エポキシ樹脂10〜150重量部、ポリカルボ
ン酸無水物を全エポキシ基に対し0.7〜1.1当量、
硬化促進剤を全エポキシ基に対し0.1〜5重量部配合
して成る樹脂組成物、及び本組成物をエポキシ基反応率
を95%以上、酸無水物基反応率を95%以上に硬化反
応させる樹脂組成物の硬化方法に関する。 【効果】 本発明により得られたエポキシ樹脂組成物は
保存安定性に優れ、硬化作業性が良好であり、又得られ
た硬化物は耐熱性で高温時の電気特性が良好であり、低
吸水性である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体パッケージ材
料、ポッテイング、電気/電力部品の耐熱絶縁埋込や含
浸用注型材料、半導体チップとリードフレームとの接着
剤であるダイボンデイングペースト、ICチップの直接
搭載用チップオンボード、塗料、接着剤、積層板用材料
として好適な、優れた電気特性及び耐熱性を有するエポ
キシ樹脂組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂は電気的特性、機械的特
性、接着性が良好で半導体パッケージ材料、ポッテイン
グ、電気/電力部品の耐熱絶縁埋込や含浸用注型材料、
塗料、接着剤、積層板用材料として多く使用されるが、
一般のエポキシ樹脂から得られる硬化物は、耐熱性や高
温時の電気特性や耐候性は充分でない。そのため硬化物
の耐熱性や高温時の電気特性に優れ、かつ作業性が良好
なエポキシ樹脂組成物が強く要求されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】トリス(2,3−エポ
キシプロピル)イソシアヌレ−ト(以下、TEPICと
略称する)は1分子中に3つのエポキシ基を持ち、得ら
れる硬化物は架橋密度が高く、耐熱性に優れることはよ
く知られている。又骨格がトリアジン環であるため、耐
候性、光学特性及び高温時の電気特性が優れている特徴
も有している。
【0004】しかしTEPICを使用する場合は下記の
如く幾つかの短所がある。 (1)TEPICは溶媒や他のエポキシ樹脂に比較的相溶
しにくい結晶であるため、TEPICと硬化剤とを混合
する際、脂肪族アミン系硬化剤では加熱溶解させる工程
において硬化反応が急速に起こり硬化ひずみが生じやす
い。従ってTEPICの硬化剤としては反応が穏やかな
ポリカルボン酸無水物がよく使われている。(2)このT
EPICと酸無水物の反応では未反応官能基が残りやす
い。これは硬化反応末期では未反応官能基の接近が困難
となるためである。未反応基量の増大は電気特性の低下
や吸水性の増大につながる。 (3)TEPIC自体が高い極性密度を持つため、ビスフ
ェノール型のエポキシ樹脂硬化物に比べ吸水性がやや高
い。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、 下記組成により特定された重量部で構成されるエポキ
シ樹脂組成物 a.トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレ−
ト:100重量部 b.室温で液状のビスフェノール系エポキシ樹脂:10〜150
重量部 c.ポリカルボン酸無水物:全エポキシ基に対して0.7〜
1.1当量 d.硬化促進剤:全エポキシ基に対して0.1〜5重量部、及
び 硬化促進剤、硬化温度、硬化時間の組合せにより、エ
ポキシ基反応率95%以上、酸無水物基反応率95%以
上に硬化反応させることを特徴とする上記記載のエポ
キシ樹脂組成物の硬化方法、に関するものである。
【0006】即ち、本発明はTEPICとポリカルボン
酸無水物との組合せにおいて、室温で液状のエポキシ樹
脂を併用し、更に硬化促進剤や硬化温度及び硬化時間を
組合せて、エポキシ基の反応率を95%以上、酸無水物
基の反応率を95%以上に硬化反応を設定させることに
より、TEPIC本来の耐熱性を低下させず、硬化作業
性が良好で、高温下の電気特性に優れ、耐水性が改善さ
れた硬化物を与える液状エポキシ樹脂組成物及びその硬
化方法に関するものである。ここで液状エポキシ樹脂を
併用する効果は以下のように考えられる。
【0007】液状エポキシ樹脂は、TEPICとポリカ
ルボン酸無水物との相溶性を高める効果があり、TEP
IC、ポリカルボン酸無水物及び液状エポキシ樹脂を一
旦相溶させたものは数日間結晶析出がなく安定であり、
これにより硬化作業性が高められる。
【0008】また液状エポキシ樹脂の柔軟構造により、
反応終了時点での未反応官能基の接近が容易となり、液
状エポキシ樹脂無配合時よりもかなり低い硬化温度で反
応を進めることが出来、その結果、未反応基が少ない電
気特性や耐水性が優れた硬化物が得られる。更には液状
エポキシ樹脂の併用により、TEPIC硬化物の欠点で
あった吸水性が改善される効果がある。
【0009】しかし液状エポキシ樹脂が過剰過ぎると、
TEPIC硬化物の本来の特性を低下させる。液状エポ
キシ樹脂の配合はTEPICに対して10部から150部が
良く、好ましくは20部から130部が機械的強度、熱的強
度、電気的特性、耐水性などにおいて、最もバランスの
良い特性を与える。液状エポキシ樹脂としては例えば、
エホ゜キシ当量190ー200付近のビスフェノールA型エポ キシ樹
脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂などが挙げられ、
これらを単独又は混合して使用される。
【0010】ポリカルボン酸無水物としては例えば、メ
チルハイミック酸無水物(MHAC)、メチルヘキサハ
イドロフタル酸無水物(MHHPA)、メチルテトラハ
イドロフタル酸無水物(MTHPA)又はヘキサハイド
ロフタル酸無水物(HHPA)等が挙げられ、これらを
単独又は2種以上混合して使用される。ポリカルボン酸
無水物の使用量は、全エポキシ基に対して0.7〜1.1当量
が好ましい。
【0011】不飽和の酸無水物例えばMHACの場合
は、MHAC当量数/全エホ゜キシ当量数=0.9が好ましく、
飽和の酸無水物例えばHHPAの場合は、HHPA当量
数/全エホ゜キシ当量数=1が最も良い物性を与 える。硬化
促進剤としてはイミダゾール、DBU、(2、4、6)ートリ(シ゛メチ
ルアミノメチル)フェノール(以後DMP-30と略称)またはトリフェニ
ルホスホニウム系 などが挙げられる。
【0012】硬化促進剤の使用量は全エポキシ基に対し
て0.1〜5重量部が好ましい。充填剤は耐湿信頼性の向上
や線膨張率の低減のためなどに使用しても良く、例えば
溶融シリカ、水酸化アルモニウム、マイカ、ガラス繊維
又はこれらの混合物が挙げられる。又これらは必要に応
じて、表面処理剤、カップリング剤で表面処理して使用
しても良い。
【0013】硬化は通常二段階以上に分けて昇温する
か、連続的に昇温する方式が取られる。おもに終盤の硬
化条件すなわち後硬化条件により、エポキシ基の反応率
や酸無水物基の反応率が決まってしまう。本発明ではエ
ポキシ基反応率95%以上、酸無水物基反応率95%以
上にすることを硬化方法の特徴としているが、そのため
の後硬化条件は、酸無水物や硬化促進剤の種類の差によ
っても当然異なってくる。以下に例を示すがこれに限定
されるものでない。
【0014】 酸無水物 硬化促進剤 液状エホ゜キシ樹脂 後硬化温度 後硬化時間 (対TEPIC重量部) MHAC 0.9当量 DMPー30 3phr 0部 230℃ 約3時間 MHAC 0.9当量 DMPー30 3phr 100部 180℃ 約3時間 HHPA 1.0当量 DMPー30 1phr 0部 230℃ 約3時間 HHPA 1.0当量 DMPー30 1phr 100部 180℃ 約3時間 DMP:東京化成工業株式会社製 試薬 次に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら
の実施例のみに限定されるものでない。
【0015】
【実施例】
実施例 1〜4及び比較例1〜4 TEPICーS(日産化学工業株式会社製)、エヒ゜コート#828(油
化シェルエポキシ株式会社製)及び酸無水物硬化剤MHAC
を、表1及び2に記載される 重量部で混合して、80℃
で30分間加熱混合後、減圧脱気後硬化促進剤DMP-30を添
加混合して液状エポキシ樹脂組成物を得た。これを、シリ
コン系離型剤処理した2枚のカ゛ラス板の間に、厚さ3mmのシリ
コンコ゛ム製スヘ゜ーサーを挟んだカ゛ラス注型具へ注型して、オーフ゛ンに
て100゜Cで2時間更に180℃又は230℃で3時間加熱硬化後
放冷して物性を測定した。これらの結果を表1及び表2
に示した。
【0016】 表1 実施例1 実施例2 比較例1 比較例2 比較例3 組成(重量部) TEPICーS 70 50 100 0 70 エヒ゜コート#828 30 50 0 100 30 MHAC 138 122.5 160 85 138 DMP-30 3 3 3 3 3 前硬化条件 100゜C/2H 100゜C/2H 100゜C/2H 100゜C/2H 100゜C/2H 後硬化条件 180゜C/3H 180゜C/3H 180゜C/3H 180゜C/3H 150゜C/3H 反応率 エホ゜キシ基 (%) 96 98 90 〜100 89 酸無水物(%) 95 96 90 99 86 IZOD衝撃強度ノッチ付 (kg.cm/cm) 3.8 2.8 2.7 3.1 3.9 曲げ強度 (kg/mm2) 11 12 11 12 12 曲げ弾性率(kg/mm2) 412 405 455 280 405カ゛ラス 転移点Tg(゜C) 212 210 211 156 185 煮沸吸水率(%)1hr 0.4 0.3 0.6 0.2 0.6
【0017】 表2 硬化条件 100゜C/2H+230゜C/3H 実施例3 実施例4 比較例4 組成(重量部) TEPICーS 100 50 0 エヒ゜コート828 0 50 100 MHAC 160 122.5 85 DMP-30 3 3 3 反応率 エホ゜キシ基 (%) 96 99 99 酸無水物(%) 96 99 99 IZOD衝撃強度ノッチ付(kg.cm/cm) 3 3 3 曲げ強度 (kg/mm2) 11 9 15 曲げ弾性率(kg/mm2) 380 344 340 カ゛ラス 転移点Tg(゜C) 262 236 175 連続使用温度(゜C) 190 180 煮沸吸水率(%)1hr 0.4 0.3 0.2 体積抵抗率Ω.cm ×1015 23゜C 57 120 85 150゜C 0.14 0.1 0.005 200゜C 0.003 0.001 0.00001 誘電率 23゜C 4.0 3.7 3.4 150゜C 4.0 4.0 4.0 200゜C 4.5 4.1 6.0 誘電正接 23゜C 6 8 9 ×10-3 150゜C 4-17 4 20 200゜C 10-40 12 250
【0018】実施例 5〜8及び比較例5〜7 TEPICーS、エヒ゜コート#828および酸無水物硬化剤HHPAを、表
3及び4に記載される重量部で混合して、80℃で30分間
加熱混合後、減圧脱気後硬化促進剤DMP-30を添加混合し
てエポキシ樹脂組成物を得た。これをカ゛ラス注型具へ注型
して100℃で2時間及び180℃または230℃で3時間の加熱
硬後、硬化物の物性を測定した。これらの結果を表3〜
表4に示した。
【0019】 表3 硬化条件:100゜C/2H+180゜C/3H 実施例5 実施例6 比較例5 比較例6 組成(重量部) TEPICーS 80 50 0 100 エヒ゜コート828 20 50 100 0 HHPA 140 117 80 154 DMP-30 1 1 1 1 反応率 エホ゜キシ基 (%) 96 99 99 92 酸無水物(%) 97 98 99 96 IZOD衝撃強度ノッチ付 3.2 2.8 3.3 3.1 (kg.cm/cm) 曲げ強度 (kg/mm2) 12 13 15 12 曲げ弾性率(kg/mm2) 323 293 278 328カ゛ラス 転移点Tg(゜C) 197 196 152 199 煮沸吸水率(%)100hr 2.3 3.6 1.4 3.2
【0020】 表4 硬化条件:100゜C/2H+230゜C/3H 実施例7 実施例8 比較例7 組成(重量部) TEPICーS 100 50 0 エヒ゜コート828 0 50 100 HHPA 154 117 80 DMP-30 1 1 1 反応率 エホ゜キシ基 (%) 96 99 99 酸無水物(%) 98 99 99 IZOD衝撃強度ノッチ付 3 3 3 (kg.cm/cm) 曲げ強度 (kg/mm2) 9-11 12 14 曲げ弾性率(kg/mm2) 340 320 290カ゛ラス 転移点Tg(゜C) 235 210 170 体積抵抗率Ω.cm ×1015 23゜C 30 40 50 150゜C 0.4 0.3 0.001 200゜C 0.02 0.01 0.00005 誘電率 23゜C 4.0 4.0 4.0 150゜C 4.0 4.1 5.0 200゜C 4.0 4.3 6.0 誘電正接 23゜C 23 20 19 ×10-3 150゜C 7 10 80 200゜C 9 15 80 煮沸吸水率(%)100hr 3.1 1.5 1.3
【0021】長期加熱虐待後の物性変化 実施例4で得た硬化物を240℃のオーブンで120日間加熱
した後の曲げ強度と体積抵抗率の変化を測定した。表5
に記載したように曲げ強度は約半分に減少し、これから
外挿した連続使用温度は180℃付近でありH種に相当す
る。体積抵抗率は低下するものの、 汎用エポキシ樹脂
岸系の硬化物に比べると、まだ充分に高いレベルにある
と言える。この結果を表5に示した。
【0022】 表5 長期加熱虐待後の物性変化 実施例4 実施例4 比較例4 組成(重量部) TEPICーS 50 同左 0 エヒ゜コート828 50 同左 100 MHAC 122.5 同左 85 DMP-30 3 同左 3 長期加熱処理 なし 240℃/120日後 なし 曲げ強度 (kg/mm2) 9 5 15 体積抵抗率Ω.cm ×1015 23゜C 120 60 85 150゜C 0.1 0.03 0.005 200゜C 0.001 0.002 0.00001
【0023】硬化物の物性測定は以下の方法による。 耐熱性試験カ゛ラス 転移温度:Tg 、TMA 試験片 3〜4mm×3〜4mm 圧縮法 10g、昇温速度 10℃/min,空気中 熱変形温度 :HDT JIS-K7207(ASTM D648) 東洋精機
(株)製 試験片 12.7×3.1×127 mm 昇温速度 2℃/min、荷重264PSI(18.6kg/cm2)の応力下
で試験片のたわみが0.254ミリ (1/100インチ)となる温度 連続使用温度:(UL温度インテ゛ックス) 外挿法で100000時間
後の特性値が半分になる温度、曲げ強度にて測定 機械物性 IZOD衝撃強度:JIS-K7110 曲げ試験 :JIS-K6911 線膨張率 :TMA法 カ゛ラス転移温度以下で測定 電気特性 体積固有抵抗:JIS-K6911 500V, 電極
61φアルミ蒸着 誘電率 :JIS-K6911 周波数 1kHz,1V ,電極
20φアルミ蒸着 誘電正接 :JIS-K6911 周波数 1kHz,1V ,電極
20φアルミ蒸着
【0024】未反応官能基の定量エホ゜キシ 基 :硬化物を約10μm位に粉砕後、Et4NBr/アセト
ン/酢酸=7:50:50の滴定溶液に採り、20分間超音波洗浄
装置にかけてサンフ゜ルを滴定溶液に膨潤させた後、0.1N-HC
lO4/AcOH溶液にて電位差滴定を行なう。使用したアミン触
媒量は補正する。 酸無水物基:硬化物を約10μm位に
粉砕後、アセトン/純水=1:1の滴定溶液に採り、0.1N-N
aOH/水溶液にて電位差滴定を行なう。分析値は酸として
定量されるので、この値を1/2にして酸無水物の残量と
する。
【0025】 使用原材料 TEPICーS 高純度グレード エホ゜キシ当量 100 日産化学工業(株)製 エヒ゜コート#828 エホ゜キシ当量 189 油化シェルエホ゜キシ(株)製 酸無水物 HHPA ヘキサハイト゛ロ無水フタル酸 当量 154 新日本理化(株)製 MHAC 無水メチルハイナッミ酸 当量 178 日立化成工業(株)製 MHHPAメチルヘキサハイト゛ロ無水フタル酸 当量 154 新日本理化(株)製
【0026】
【発明の効果】TEPICとポリカルボン酸無水物の組
成物に於いて、室温で液状のエポキシ樹脂を特定の重量
比以下で配合し、更にエポキシ基反応率95%以上、酸
無水物基反応率95%以上に反応させ得る硬化促進剤、
後硬化温度と後硬化時間を選ぶことにより、保存安定性
に優れ、硬化作業性が良好で、耐熱性と高温時の電気特
性並びに低吸水性に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂
組成物及びその硬化方法に関するものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記組成により特定された重量部で構成
    されるエポキシ樹脂組成物。 a.トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレ−
    ト:100重量部 b.室温で液状のビスフェノール系エポキシ樹脂:10〜150
    重量部 c.ポリカルボン酸無水物:全エポキシ基に対して0.7〜
    1.1当量 d.硬化促進剤:全エポキシ基に対して0.1〜5重量部
  2. 【請求項2】 硬化促進剤、硬化温度、硬化時間の組合
    せにより、エポキシ基反応率95%以上、酸無水物基反
    応率95%以上に硬化反応させることを特徴とする請求
    項1記載のエポキシ樹脂組成物の硬化方法。
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