JPWO2018180451A1 - エポキシ樹脂、製造方法、エポキシ樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents

エポキシ樹脂、製造方法、エポキシ樹脂組成物及びその硬化物 Download PDF

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Abstract

流動性、硬化性に優れ、得られる硬化物の耐湿性、機械強度も良好であり、半導体封止材料、回路基板等に好適に用いることができるエポキシ樹脂、その製造方法、および当該エポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物とその硬化物を提供することを課題とする。具体的には、芳香環上の置換基として炭素数1〜8のアルキル基を有していてもよいジヒドロキシベンゼンのエポキシ化物を主成分とするエポキシ樹脂(A)であって、GPC測定における最大ピークの面積比率が90%以上であることを特徴とするエポキシ樹脂、その製造方法、これを用いるエポキシ樹脂組成物、及びその硬化物である。

Description

本発明は、流動性、硬化性に優れ、得られる硬化物の耐湿性、機械強度も良好であり、半導体封止材料、回路基板等に好適に用いることができるエポキシ樹脂、その製造方法、および当該エポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物とその硬化物に関する。
エポキシ樹脂と各種硬化剤とを用いる硬化性樹脂組成物は、接着剤、成型材料、塗料、フォトレジスト材料、顕色材料等に用いられるほか、得られる硬化物が耐熱性や耐湿性などに優れる点から半導体封止材やプリント配線板用絶縁材料等の電気・電子分野で幅広く用いられている。
前記半導体封止材としては、電子機器の小型化・軽量化の流れに伴い、従来の固形封止に代わり、薄くかつ局部的に半導体接続部を樹脂封止することができる液状封止が用いられることが多い。そこで用いられる液状エポキシ樹脂には、優れた流動性、硬化性、耐湿性、接着性、機械強度、絶縁信頼性が求められている。
半導体封止材として好適に用いることができるエポキシ樹脂として、例えば、ビスフェノール骨格の芳香環上にアリル基を置換基として有するエポキシ樹脂が提供されている(例えば、特許文献1参照)。
前記エポキシ樹脂を硬化性樹脂組成物の主剤として用いることにより、一般的なビスフェノール型エポキシ樹脂を用いる場合よりも、組成物の流動性や硬化物の強度に一定の効果が得られるものの、近年要求される樹脂組成物の流動性、硬化性、低吸湿性、機械的強度のバランスレベルを十分満足できるものではなく、さらなる改良が求められている。
特開2015−000952号公報
従って、本発明が解決しようとする課題は、流動性、硬化性に優れ、得られる硬化物の耐湿性、機械強度も良好であり、半導体封止材料、回路基板等に好適に用いることができるエポキシ樹脂、その製造方法、および当該エポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物とその硬化物を提供することにある。
本発明者らは、前記課題を解決するため、鋭意検討した結果、芳香環上の置換基として炭素数1〜8のアルキル基を有していてもよいジヒドロキシベンゼンのエポキシ化物を主成分とするエポキシ樹脂であって、GPC測定における最大ピークの面積比率が90%以上であるエポキシ樹脂を硬化性組成物の1成分として用いると、加熱硬化時の成形性、耐湿性、機械強度のバランス等に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、芳香環上の置換基として炭素数1〜8のアルキル基を有していてもよいジヒドロキシベンゼンのエポキシ化物を主成分とするエポキシ樹脂(A)であって、GPC測定における最大ピークの面積比率が90%以上であることを特徴とするエポキシ樹脂とその製造方法、およびこれ含むエポキシ樹脂組成物とその硬化物を提供するものである。
本発明によれば、流動性、硬化性に優れ、得られる硬化物の耐湿性、機械強度も良好であり、半導体封止材料、回路基板等に好適に用いることができるエポキシ樹脂、その製造方法、および当該エポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物とその硬化物、半導体封止材料、半導体装置、プリプレグ、回路基板、ビルドアップフィルム、ビルドアップ基板、繊維強化複合材料、及び繊維強化成型品を提供できる。
図1は合成例1で得られたエポキシ樹脂(A’−1)のGPCチャートである。 図2は実施例1で得られたエポキシ樹脂(A−1)のGPCチャートである。
<エポキシ樹脂>
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のエポキシ樹脂は、芳香環上の置換基として炭素数1〜8のアルキル基を有していてもよいジヒドロキシベンゼンのエポキシ化物を主成分とするエポキシ樹脂(A)であって、GPC測定における最大ピークの面積比率が90%以上であることを特徴とする。
前記芳香環上の置換基として炭素数1〜8のアルキル基を有していてもよいジヒドロキシベンゼンとしては、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンの芳香環上に、炭素数1〜8の直鎖又は分岐状のアルキル基を1〜4個有するものである。これらの中でも、得られるエポキシ樹脂が低粘度であり、原料の入手容易性の観点から、カテコールの芳香環上にアルキル基を有するものであることが好ましい。
前記エポキシ樹脂としては、例えば、下記構造式(1)
Figure 2018180451
〔構造式(1)中、Rは水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基であり、Rは水素原子又はグリシジル基であり、mは1〜4であり、nは繰り返す数を示し、平均値で0.01〜5であり、繰り返し毎にR、R、mは同一でも異なっていてもよい。〕
で表されるものを挙げることができる。
前記構造式(1)で表されるエポキシ樹脂の中でも、Rが水素原子であるものが好ましく、また、原料の入手容易性、硬化性の観点から、Rはブチル基又はオクチル基であることが好ましく、特にt−ブチル基、t−オクチル基であることが好ましい。また、反応性の観点からRがアルキル基の場合のmは0〜2であることが好ましく、1であることが特に好ましい。さらにnは0.01〜2の範囲であることがより好ましく、n=0の含有量が70質量%以上であることが特に好ましい。
芳香環上の置換基として炭素数4、又は8の分岐状のアルキル基を有することに依り、その嵩高さに起因して硬化反応時の架橋密度が適切に調整され、加熱硬化後の耐湿性と機械強度、及びそれらの耐久性のバランスにより優れるものになると考えられる。特に後述するような硬化剤を用いて硬化物を得る際に、硬化反応が良好に進行する観点と、硬化物の架橋密度がより適切な範囲としやすい観点から、t−ブチル基であることが好ましく、前記ブチルジヒドロキシベンゼンがt−ブチルカテコールであることが最も好ましい。
また、本発明でのエポキシ樹脂は、そのGPC測定における最大ピークの面積比率が90%以上であることを特徴とする。
本発明におけるGPC測定は下記の方法である。
<GPC測定条件>
測定装置 :東ソー株式会社製「HLC−8320 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(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPCワークステーション EcoSEC−WorkStation」
測定条件: カラム温度 40℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン
流速 1.0ml/分
標準 : 前記「GPCワークステーション EcoSEC―WorkStation」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)。
GPC測定で得られるチャートでは、主に分子量によってそのピークが分裂するものであるが、本発明では、その面積比率が最大になるピークの面積比率が90%以上、好ましくは、93%以上であることを特徴とする。このような分子量分布がきわめて狭いエポキシ樹脂とすることで、低粘度でかつ塩素等の不純物含有率が低減され、半導体封止剤等の電気電子分野に好適に用いることができる。
特に原料としてカテコール及びその誘導体を用いた場合、このような最大ピーク中に含まれるエポキシ樹脂には、前記構造式(1)におけるn=0の理論構造の化合物に加え、隣り合う2個の水酸基由来の酸素原子を含む環状構造を有する化合物や、一方の水酸基がグリシジル化されずに水酸基のままとなっている化合物が前記GPCの測定条件では分離されずに含まれる可能性がある。本願におけるエポキシ樹脂は、そのような低分子量の化合物が副成分として含まれていても、硬化物における物性には影響を与えるものではないことを見出したため、前記構造式(1)におけるn=0の理論構造の化合物のみを含むエポキシ樹脂であることを意味するものではない。
このようなGPC測定における最大ピークにおける面積比率が90%以上であって、原料として例えば、ブチル基を1個有するブチルジヒドロキシベンゼンを用いた場合、そのエポキシ当量は190〜205g/eqの範囲であることが好ましい。エポキシ当量をこの範囲とすることで、硬化性、粘度が適正で取り扱いが良好であるとともに、硬化物の耐湿性にも優れたものとすることが容易である。この時のエポキシ樹脂(A)の25℃における粘度は、400〜1000mPa・sの範囲であることが、より流動性に優れる点から好ましい。
更に、本発明のエポキシ樹脂(A)の全塩素含有量が2000ppm以下であることが、電材用途に使用する場合特に好ましく、1500ppm以下であることが最も好ましい。
なお、本発明におけるエポキシ樹脂(A)のエポキシ当量、粘度、全塩素含有量は、下記の方法によって測定したものである。
エポキシ当量:JIS K7236
粘度:JIS K7233 単一円筒回転粘度計法
全塩素含有量:JIS K7243−3
<エポキシ樹脂の製造方法>
前記のように、本発明のエポキシ樹脂(A)を得る方法としては、芳香環上の置換基として炭素数1〜8のアルキル基を有していてもよいジヒドロキシベンゼンのエポキシ化物から、GPC測定における最大ピークに含まれる特定の化合物を分取する等の精製工程を必要とする。
前記芳香環上の置換基として炭素数1〜8のアルキル基を有していてもよいジヒドロキシベンゼンとしては、前述したとおりの化合物であって、1種のみからなるものであっても、2種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、得られるエポキシ樹脂の流動性と、硬化物の機械的強度のバランスの観点から、より嵩高い構造のアルキル基を有していて且つ水酸基が隣接していることが好ましく、t−ブチルカテコールを用いることが最も好ましい。
本発明のエポキシ樹脂の製造方法は、前記のように原料のジヒドロキシベンゼンを、エピハロヒドリンと反応させてエポキシ化する。
この時、エピハロヒドリンは、原料に含まれる水酸基1モルに対し、1〜10モルを添加し、更に、原料ブチルジヒドロキシベンゼン類1モルに対し0.9〜2.0モルの塩基性触媒を一括添加または徐々に添加しながら20〜120℃の温度で0.5〜10時間反応させる方法が挙げられる。この塩基性触媒は固形でもその水溶液を使用してもよく、水溶液を使用する場合は、連続的に添加すると共に、反応混合物中から減圧下、または常圧下、連続的に水及びエピハロヒドリン類を留出せしめ、更に分液して水は除去しエピハロヒドリン類は反応混合物中に連続的に戻す方法でもよい。
なお、工業生産を行う際、エポキシ樹脂生産の初バッチでは仕込みに用いるエピハロヒドリン類の全てが新しいものであるが、次バッチ以降は、粗反応生成物から回収されたエピハロヒドリン類と、反応で消費される分で消失する分に相当する新しいエピハロヒドリン類とを併用することが好ましい。この際、グリシドール等、エピクロルヒドリンと水、有機溶剤等との反応により誘導される不純物を含有していても良い。この時、使用するエピハロヒドリンは特に限定されないが、例えば、エピクロルヒドリン、エピブロモヒドリン、β−メチルエピクロルヒドリン等が挙げられる。これらの中でも、工業的に入手が容易なことからエピクロルヒドリンが好ましい。
また、前記塩基性触媒は、具体的には、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩及びアルカリ金属水酸化物等が挙げられる。特にエポキシ樹脂合成反応の触媒活性に優れる点からアルカリ金属水酸化物が好ましく、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。使用に際しては、これらの塩基性触媒を10質量%〜55質量%程度の水溶液の形態で使用してもよいし、固形の形態で使用しても構わない。また、有機溶媒を併用することにより、エポキシ樹脂の合成における反応速度を高めることができる。このような有機溶媒としては特に限定されないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、メタノール、エタノール、1−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、セカンダリーブタノール、ターシャリーブタノール等のアルコール類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のセロソルブ類、テトラヒドロフラン、1、4−ジオキサン、1、3−ジオキサン、ジエトキシエタン等のエーテル類、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。これらの有機溶媒は、それぞれ単独で使用してもよいし、また、極性を調製するために適宜二種以上を併用してもよい。
続いて、前述のエポキシ化反応の反応物を水洗後、加熱減圧下、蒸留によって未反応のエピハロヒドリンや併用する有機溶媒を留去する。また更に加水分解性ハロゲンの少ないエポキシ樹脂とするために、得られたエポキシ樹脂を再びトルエン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトンなどの有機溶媒に溶解し、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液を加えてさらに反応を行うこともできる。この際、反応速度の向上を目的として、4級アンモニウム塩やクラウンエーテル等の相関移動触媒を存在させてもよい。相関移動触媒を使用する場合のその使用量としては、用いるエポキシ樹脂に対して0.1質量%〜3.0質量%の範囲が好ましい。反応終了後、生成した塩を濾過、水洗などにより除去し、更に、加熱減圧下トルエン、メチルイソブチルケトンなどの溶剤を留去することによりエポキシ化物を得ることができる。
前記で得られたエポキシ化物には、高分子量の成分やエポキシ環にならずにエピハロヒドリン由来のハロゲン原子が結合してなる化合物が含まれている。このような成分が一定以上含まれると、エポキシ樹脂としての流動性が不足するとともに、硬化性を阻害したり、電材用途等に用いる場合の悪影響を及ぼしたりすることがあるため、本発明のエポキシ樹脂(A)とするためには、精製工程を行うことが好ましい。
精製方法としては、エポキシ樹脂(A)のGPC測定における最大ピークに含まれる化合物をカラム等を用いて分取する方法や、従来知られているような、例えば、エポキシ化物に非プロトン性極性溶媒を添加し、次いでこの溶液に塩基を加えて反応させ、エポキシ化物中に含まれるハロゲン不純物を除去する方法と、トルエン、ヘキサン等の溶媒に溶解して不溶部分を分液して除去することで高分子量成分を除去する方法を組みあわて行う方法等が挙げられ、より工業的に優れる方法としては蒸留精製方法が挙げられる。蒸留精製方法では、高分子量成分とハロゲン原子を多く含む副成分とを同時に除去できる点から好ましい。
最終的に本発明のエポキシ樹脂(A)を得るためには、蒸留前のエポキシ化物における加水分解性塩素含有量を、600ppm以下に調整しておくことが好ましく、より好ましくは400ppm以下となるよう各種反応条件を調整しておくことが好ましい。ただし、処理条件が厳しすぎると、高分子量化等の副反応が増加し、蒸留精製工程での収率が下がるため、エポキシ化物のエポキシ当量を、300g/eq以下、好ましくは250g/eq.以下となるよう各種反応条件を調整することが好ましい。
蒸留精製工程に先だって、副生塩等を濾別または水洗等の方法で除去することもできる。特に、アルカリ金属水酸化物が残存していると蒸留時に高分子化やゲル化を引き起こす危険性がある。また、有機溶剤、水等の揮発分は減圧留去等の方法で除去しておく。
蒸留精製工程は、上記のようにして得られたエポキシ化物を蒸留し、高分子化合物、無機化合物、ハロゲン原子含有化合物等を除去する事により、高純度で低粘度なエポキシ樹脂を得る工程である。その方法に特に指定はないが、蒸留釜を用いたバッチ蒸留、ロータリーエバポレーターなどを用いた連続蒸留、円盤型、流下膜型などの薄膜分子蒸留などがある。その蒸留条件は、前工程終了時のエポキシ化物の品質、除去する不純物の沸点などにより異なるが、通常温度は、130℃〜240℃、好ましくは、170℃〜230℃、滞留時間はバッチ蒸留の場合30分〜5時間、連続蒸留の場合0.5分〜10分、圧力は0.001Torr〜1Torrである。
<エポキシ樹脂組成物>
本発明のエポキシ樹脂(A)は、硬化剤を併用できるものである。前記エポキシ樹脂(A)に硬化剤を配合することで、硬化性のエポキシ樹脂組成物を作製することができる。
ここで用いることのできる硬化剤としては、例えば、アミン系化合物、アミド系化合物、酸無水物系化合物、フェノール系化合物などの各種の公知のエポキシ樹脂用の硬化剤が挙げられる。
具体的には、アミン系化合物としてはジアミノジフェニルメタン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジアミノジフェニルスルホン、イソホロンジアミン、イミダゾ−ル、BF−アミン錯体、グアニジン誘導体等が挙げられ、アミド系化合物としては、ジシアンジアミド、リノレン酸の2量体とエチレンジアミンとより合成されるポリアミド樹脂等が挙げられる。酸無水物系化合物としては、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、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等が挙げられる。フェノール系化合物としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール付加型樹脂、フェノールアラルキル樹脂(ザイロック樹脂)、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェニロールメタン樹脂、テトラフェニロールエタン樹脂、ナフトールノボラック樹脂、ナフトール−フェノール共縮ノボラック樹脂、ナフトール−クレゾール共縮ノボラック樹脂、ビフェニル変性フェノール樹脂(ビスメチレン基でフェノール核が連結された多価フェノール性水酸基含有化合物)、ビフェニル変性ナフトール樹脂(ビスメチレン基でフェノール核が連結された多価ナフトール化合物)、アミノトリアジン変性フェノール樹脂(メラミン、ベンゾグアナミンなどでフェノール核が連結された多価フェノール性水酸基含有化合物)やアルコキシ基含有芳香環変性ノボラック樹脂(ホルムアルデヒドでフェノール核及びアルコキシ基含有芳香環が連結された多価フェノール性水酸基含有化合物)等の多価フェノール性水酸基含有化合物が挙げられる。
更に、本発明のエポキシ樹脂組成物には、前記で規定するエポキシ樹脂(A)以外のエポキシ樹脂(C)を本発明の効果を損なわない範囲で併用することができる。
前記エポキシ樹脂(C)としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂、ポリヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノール付加反応型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール−フェノール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール−クレゾール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂型エポキシ樹脂、ビフェニル変性ノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂の中でも、特に熱時弾性率と成型収縮率が優れる硬化物が得られる点においては、ノボラック型エポキシ樹脂を用いることが好ましく、難燃性に優れる硬化物が得られる点においては、テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ポリヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂を用いることが好ましく、誘電特性に優れる硬化物が得られる点においては、ジシクロペンタジエン−フェノール付加反応型エポキシ樹脂が好ましい。また、その他のエポキシ樹脂(C)を併用する場合、前記エポキシ樹脂(A)とエポキシ樹脂(C)との合計100質量部に対し、本発明のエポキシ樹脂(A)を20〜100質量部で含むことが、本発明の効果を容易に発現することができる観点から好ましいものである。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、前記エポキシ樹脂(A)と硬化剤との配合量は、硬化性に優れる観点より、前記エポキシ樹脂(A)と必要により併用される前記エポキシ樹脂(C)中のエポキシ基の合計1当量に対して、前記硬化剤中の活性基の合計が0.8〜1.2当量となる割合であることが好ましい。
また、前記エポキシ樹脂組成物は、その他の熱硬化性樹脂を併用しても良い。
その他の熱硬化性樹脂としては、例えば、シアネートエステル樹脂、ベンゾオキサジン構造を有する樹脂、マレイミド化合物、活性エステル樹脂、ビニルベンジル化合物、アクリル化合物、スチレンとマレイン酸無水物の共重合物などが挙げられる。前記した他の熱硬化性樹脂を併用する場合、その使用量は本発明の効果を阻害しなければ特に制限をうけないが、熱硬化性樹脂組成物100質量部中1〜50質量部の範囲であることが好ましい。
前記シアネートエステル樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールF型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールE型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールS型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールスルフィド型シアネートエステル樹脂、フェニレンエーテル型シアネートエステル樹脂、ナフチレンエーテル型シアネートエステル樹脂、ビフェニル型シアネートエステル樹脂、テトラメチルビフェニル型シアネートエステル樹脂、ポリヒドロキシナフタレン型シアネートエステル樹脂、フェノールノボラック型シアネートエステル樹脂、クレゾールノボラック型シアネートエステル樹脂、トリフェニルメタン型シアネートエステル樹脂、テトラフェニルエタン型シアネートエステル樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノール付加反応型シアネートエステル樹脂、フェノールアラルキル型シアネートエステル樹脂、ナフトールノボラック型シアネートエステル樹脂、ナフトールアラルキル型シアネートエステル樹脂、ナフトール−フェノール共縮ノボラック型シアネートエステル樹脂、ナフトール−クレゾール共縮ノボラック型シアネートエステル樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂型シアネートエステル樹脂、ビフェニル変性ノボラック型シアネートエステル樹脂、アントラセン型シアネートエステル樹脂等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
これらのシアネートエステル樹脂の中でも、特に耐熱性に優れる硬化物が得られる点においては、ビスフェノールA型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールF型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールE型シアネートエステル樹脂、ポリヒドロキシナフタレン型シアネートエステル樹脂、ナフチレンエーテル型シアネートエステル樹脂、ノボラック型シアネートエステル樹脂を用いることが好ましく、誘電特性に優れる硬化物が得られる点においては、ジシクロペンタジエン−フェノール付加反応型シアネートエステル樹脂が好ましい。
ベンゾオキサジン構造を有する樹脂としては、特に制限はないが、例えば、ビスフェノールFとホルマリンとアニリンの反応生成物(F−a型ベンゾオキサジン樹脂)やジアミノジフェニルメタンとホルマリンとフェノールの反応生成物(P−d型ベンゾオキサジン樹脂)、ビスフェノールAとホルマリンとアニリンの反応生成物、ジヒドロキシジフェニルエーテルとホルマリンとアニリンの反応生成物、ジアミノジフェニルエーテルとホルマリンとフェノールの反応生成物、ジシクロペンタジエン−フェノール付加型樹脂とホルマリンとアニリンの反応生成物、フェノールフタレインとホルマリンとアニリンの反応生成物、ジフェニルスルフィドとホルマリンとアニリンの反応生成物などが挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
前記マレイミド化合物としては、例えば、下記構造式(i)〜(iii)の何れかで表される各種の化合物等が挙げられる。
Figure 2018180451
(式中Rはm価の有機基であり、α及びβはそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基の何れかであり、sは1以上の整数である。)
Figure 2018180451
(式中Rは水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基の何れかであり、sは1〜3の整数、tは繰り返し単位の平均で0〜10である。)
Figure 2018180451
(式中Rは水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基の何れかであり、sは1〜3の整数、tは繰り返し単位の平均で0〜10である。)これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。
前記活性エステル樹脂としては、特に制限はないが、一般にフェノールエステル類、チオフェノールエステル類、N−ヒドロキシアミンエステル類、複素環ヒドロキシ化合物のエステル類等の反応活性の高いエステル基を1分子中に2個以上有する化合物が好ましく用いられる。前記活性エステル樹脂は、カルボン酸化合物及び/又はチオカルボン酸化合物と、ヒドロキシ化合物及び/又はチオール化合物との縮合反応によって得られるものが好ましい。特に耐熱性向上の観点から、カルボン酸化合物又はそのハライドとヒドロキシ化合物とから得られる活性エステル樹脂が好ましく、カルボン酸化合物又はそのハライドと、フェノール化合物及び/又はナフトール化合物とから得られる活性エステル樹脂がより好ましい。カルボン酸化合物としては、例えば安息香酸、酢酸、コハク酸、マレイン酸、イタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ピロメリット酸等、又はそのハライドが挙げられる。フェノール化合物又はナフトール化合物としては、ハイドロキノン、レゾルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ジヒドロキシジフェニルエーテル、フェノールフタレイン、メチル化ビスフェノールA、メチル化ビスフェノールF、メチル化ビスフェノールS、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、カテコール、α−ナフトール、β−ナフトール、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシベンゾフェノン、トリヒドロキシベンゾフェノン、テトラヒドロキシベンゾフェノン、フロログルシン、ベンゼントリオール、ジシクロペンタジエン−フェノール付加型樹脂等が挙げられる。
活性エステル樹脂として、具体的にはジシクロペンタジエン−フェノール付加構造を含む活性エステル系樹脂、ナフタレン構造を含む活性エステル樹脂、フェノールノボラックのアセチル化物である活性エステル樹脂、フェノールノボラックのベンゾイル化物である活性エステル樹脂等が好ましく、なかでもピール強度の向上に優れるという点で、ジシクロペンタジエン−フェノール付加構造を含む活性エステル樹脂、ナフタレン構造を含む活性エステル樹脂がより好ましい。ジシクロペンタジエン−フェノール付加構造を含む活性エステル樹脂として、より具体的には下記一般式(iv)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2018180451
但し、式(iv)中、Rはフェニル基又はナフチル基であり、uは0又は1を表し、nは繰り返し単位の平均で0.05〜2.5である。なお、樹脂組成物の硬化物の誘電正接を低下させ、耐熱性を向上させるという観点から、Rはナフチル基が好ましく、uは0が好ましく、また、nは0.25〜1.5が好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂組成物のみでも硬化は進行するが、硬化促進剤を併用してもよい。硬化促進剤としてはイミダゾール、ジメチルアミノピリジンなどの3級アミン化合物;トリフェニルホスフィンなどの燐系化合物;3フッ化ホウ素、3フッ化ホウ素モノエチルアミン錯体などの3フッ化ホウ素アミン錯体;チオジプロピオン酸等の有機酸化合物;チオジフェノールベンズオキサジン、スルホニルベンズオキサジン等のベンズオキサジン化合物;スルホニル化合物等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。これら触媒の添加量は、エポキシ樹脂組成物100質量部中0.001〜15質量部の範囲であることが好ましい。
また、本発明のエポキシ樹脂組成物に高い難燃性が求められる用途に用いる場合には、実質的にハロゲン原子を含有しない非ハロゲン系難燃剤を配合してもよい。
前記非ハロゲン系難燃剤は、例えば、リン系難燃剤、窒素系難燃剤、シリコーン系難燃剤、無機系難燃剤、有機金属塩系難燃剤等が挙げられ、それらの使用に際しても何等制限されるものではなく、単独で使用しても、同一系の難燃剤を複数用いても良く、また、異なる系の難燃剤を組み合わせて用いることも可能である。
前記リン系難燃剤は、無機系、有機系のいずれも使用することができる。無機系化合物としては、例えば、赤リン、リン酸一アンモニウム、リン酸二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム等のリン酸アンモニウム類、リン酸アミド等の無機系含窒素リン化合物が挙げられる。
また、前記赤リンは、加水分解等の防止を目的として表面処理が施されていることが好ましく、表面処理方法としては、例えば、(i)水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛、水酸化チタン、酸化ビスマス、水酸化ビスマス、硝酸ビスマス又はこれらの混合物等の無機化合物で被覆処理する方法、(ii)水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛、水酸化チタン等の無機化合物、及びフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂の混合物で被覆処理する方法、(iii)水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛、水酸化チタン等の無機化合物の被膜の上にフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂で二重に被覆処理する方法等が挙げられる。
前記有機リン系化合物は、例えば、リン酸エステル化合物、ホスホン酸化合物、ホスフィン酸化合物、ホスフィンオキシド化合物、ホスホラン化合物、有機系含窒素リン化合物等の汎用有機リン系化合物の他、9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキシド、10−(2,5―ジヒドロオキシフェニル)−10H−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキシド、10−(2,7−ジヒドロオキシナフチル)−10H−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキシド等の環状有機リン化合物及びそれをエポキシ樹脂やフェノール樹脂等の化合物と反応させた誘導体等が挙げられる。
これらリン系難燃剤の配合量としては、リン系難燃剤の種類、樹脂組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、非ハロゲン系難燃剤及びその他の充填材や添加剤等全てを配合した樹脂組成物100質量部中、赤リンを非ハロゲン系難燃剤として使用する場合には0.1質量部〜2.0質量部の範囲で配合することが好ましく、有機リン化合物を用いる場合には同様に0.1質量部〜10.0質量部の範囲で配合することが好ましく、0.5質量部〜6.0質量部の範囲で配合することがより好ましい。
また前記リン系難燃剤を使用する場合、該リン系難燃剤にハイドロタルサイト、水酸化マグネシウム、ホウ素化合物、酸化ジルコニウム、黒色染料、炭酸カルシウム、ゼオライト、モリブデン酸亜鉛、活性炭等を併用してもよい。
前記窒素系難燃剤は、例えば、トリアジン化合物、シアヌル酸化合物、イソシアヌル酸化合物、フェノチアジン等が挙げられ、トリアジン化合物、シアヌル酸化合物、イソシアヌル酸化合物が好ましい。
前記トリアジン化合物は、例えば、メラミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、メロン、メラム、サクシノグアナミン、エチレンジメラミン、ポリリン酸メラミン、トリグアナミン等の他、例えば、(1)硫酸グアニルメラミン、硫酸メレム、硫酸メラムなどの硫酸アミノトリアジン化合物、(2)フェノール、クレゾール、キシレノール、ブチルフェノール、ノニルフェノール等のフェノール類と、メラミン、ベンゾグアナミン、アセトグアナミン、ホルムグアナミン等のメラミン類及びホルムアルデヒドとの共縮合物、(3)前記(2)の共縮合物とフェノールホルムアルデヒド縮合物等のフェノール樹脂類との混合物、(4)前記(2)、(3)を更に桐油、異性化アマニ油等で変性したもの等が挙げられる。
前記シアヌル酸化合物は、例えば、シアヌル酸、シアヌル酸メラミン等を挙げることができる。
前記窒素系難燃剤の配合量としては、窒素系難燃剤の種類、樹脂組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、非ハロゲン系難燃剤及びその他の充填材や添加剤等全てを配合した樹脂組成物100質量部中、0.05〜10質量部の範囲で配合することが好ましく、0.1質量部〜5質量部の範囲で配合することがより好ましい。
また前記窒素系難燃剤を使用する際、金属水酸化物、モリブデン化合物等を併用してもよい。
前記シリコーン系難燃剤は、ケイ素原子を含有する有機化合物であれば特に制限がなく使用でき、例えば、シリコーンオイル、シリコーンゴム、シリコーン樹脂等が挙げられる。前記シリコーン系難燃剤の配合量としては、シリコーン系難燃剤の種類、樹脂組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、非ハロゲン系難燃剤及びその他の充填材や添加剤等全てを配合した樹脂組成物100質量部中、0.05〜20質量部の範囲で配合することが好ましい。また前記シリコーン系難燃剤を使用する際、モリブデン化合物、アルミナ等を併用してもよい。
前記無機系難燃剤は、例えば、金属水酸化物、金属酸化物、金属炭酸塩化合物、金属粉、ホウ素化合物、低融点ガラス等が挙げられる。
前記金属水酸化物は、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ドロマイト、ハイドロタルサイト、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ジルコニウム等を挙げることができる。
前記金属酸化物は、例えば、モリブデン酸亜鉛、三酸化モリブデン、スズ酸亜鉛、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化コバルト、酸化ビスマス、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化銅、酸化タングステン等を挙げることができる。
前記金属炭酸塩化合物は、例えば、炭酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウム、炭酸鉄、炭酸コバルト、炭酸チタン等を挙げることができる。
前記金属粉は、例えば、アルミニウム、鉄、チタン、マンガン、亜鉛、モリブデン、コバルト、ビスマス、クロム、ニッケル、銅、タングステン、スズ等を挙げることができる。
前記ホウ素化合物は、例えば、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸、ホウ砂等を挙げることができる。
前記低融点ガラスは、例えば、シープリー(ボクスイ・ブラウン社)、水和ガラスSiO−MgO−HO、PbO−B系、ZnO−P−MgO系、P−B−PbO−MgO系、P−Sn−O−F系、PbO−V−TeO系、Al−HO系、ホウ珪酸鉛系等のガラス状化合物を挙げることができる。
前記無機系難燃剤の配合量としては、無機系難燃剤の種類、樹脂組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、非ハロゲン系難燃剤及びその他の充填材や添加剤等全てを配合した樹脂組成物100質量部中、0.05質量部〜20質量部の範囲で配合することが好ましく、0.5質量部〜15質量部の範囲で配合することがより好ましい。
前記有機金属塩系難燃剤は、例えば、フェロセン、アセチルアセトナート金属錯体、有機金属カルボニル化合物、有機コバルト塩化合物、有機スルホン酸金属塩、金属原子と芳香族化合物又は複素環化合物がイオン結合又は配位結合した化合物等が挙げられる。
前記有機金属塩系難燃剤の配合量としては、有機金属塩系難燃剤の種類、樹脂組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、非ハロゲン系難燃剤及びその他の充填材や添加剤等全てを配合した樹脂組成物100質量部中、0.005質量部〜10質量部の範囲で配合することが好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて無機充填材を配合することができる。前記無機充填材は、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、水酸化アルミ等が挙げられる。前記無機充填材の配合量を特に大きくする場合は溶融シリカを用いることが好ましい。前記溶融シリカは破砕状、球状のいずれでも使用可能であるが、溶融シリカの配合量を高め且つ成型材料の溶融粘度の上昇を抑制するためには、球状のものを主に用いる方が好ましい。更に球状シリカの配合量を高めるためには、球状シリカの粒度分布を適当に調整することが好ましい。その充填率は難燃性を考慮して、高い方が好ましく、エポキシ樹脂組成物の全質量に対して20質量%以上が特に好ましい。また導電ペーストなどの用途に使用する場合は、銀粉や銅粉等の導電性充填剤を用いることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、この他、必要に応じて、シランカップリング剤、離型剤、顔料、乳化剤等の種々の配合剤を添加することができる。
<エポキシ樹脂組成物の用途>
本発明のエポキシ樹脂組成物は、半導体封止材料、半導体装置、プリプレグ、プリント回路基板、ビルドアップ基板、ビルドアップフィルム、繊維強化複合材料、繊維強化樹脂成型品、導電ペースト等に適用することができる。
1.半導体封止材料
本発明のエポキシ樹脂組成物から半導体封止材料を得る方法としては、前記エポキシ樹脂組成物、前記硬化促進剤、及び無機充填剤等の配合剤とを必要に応じて押出機、ニ−ダ、ロ−ル等を用いて均一になるまで充分に溶融混合する方法が挙げられる。その際、無機充填剤としては、通常、溶融シリカが用いられるが、パワートランジスタ、パワーIC用高熱伝導半導体封止材として用いる場合は、溶融シリカよりも熱伝導率の高い結晶シリカ,アルミナ,窒化ケイ素などの高充填化、または溶融シリカ、結晶性シリカ、アルミナ、窒化ケイ素などを用いるとよい。その充填率はエポキシ樹脂組成物100質量部当たり、無機充填剤を30質量%〜95質量%の範囲で用いることが好ましく、中でも、難燃性や耐湿性や耐半田クラック性の向上、線膨張係数の低下を図るためには、70質量部以上がより好ましく、80質量部以上であることがさらに好ましい。
2.半導体装置
本発明のエポキシ樹脂組成物から半導体装置を得る方法としては、前記半導体封止材料を注型、或いはトランスファー成型機、射出成型機などを用いて成型し、さらに50〜200℃で2〜10時間の間、加熱する方法が挙げられる。
3.プリプレグ
本発明のエポキシ樹脂組成物からプリプレグを得る方法としては、有機溶剤を配合してワニス化した硬化性樹脂組成物を、補強基材(紙、ガラス布、ガラス不織布、アラミド紙、アラミド布、ガラスマット、ガラスロービング布など)に含浸したのち、用いた溶剤種に応じた加熱温度、好ましくは50〜170℃で加熱することによって、得る方法が挙げられる。この時用いる樹脂組成物と補強基材の質量割合としては、特に限定されないが、通常、プリプレグ中の樹脂分が20質量%〜60質量%となるように調製することが好ましい。
ここで用いる有機溶剤としては、メチルエチルケトン、アセトン、ジメチルホルムアミド、メチルイソブチルケトン、メトキシプロパノール、シクロヘキサノン、メチルセロソルブ、エチルジグリコールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられ、その選択や適正な使用量は用途によって適宜選択し得るが、例えば、下記のようにプリプレグからプリント回路基板をさらに製造する場合には、メチルエチルケトン、アセトン、ジメチルホルムアミド等の沸点が160℃以下の極性溶剤を用いることが好ましく、また、不揮発分が40質量%〜80質量%となる割合で用いることが好ましい。
4.プリント回路基板
本発明のエポキシ樹脂組成物からプリント回路基板を得る方法としては、前記プリプレグを、常法により積層し、適宜銅箔を重ねて、1〜10MPaの加圧下に170〜300℃で10分〜3時間、加熱圧着させる方法が挙げられる。
5.ビルドアップ基板
本発明のエポキシ樹脂組成物からビルドアップ基板を得る方法としては、工程1〜3を経由する方法が挙げられる。工程1では、まず、ゴム、フィラーなどを適宜配合した前記硬化性樹脂組成物を、回路を形成した回路基板にスプレーコーティング法、カーテンコーティング法等を用いて塗布した後、硬化させる。工程2では、必要に応じて、エポキシ樹脂組成物が塗布された回路基板に所定のスルーホール部等の穴あけを行った後、粗化剤により処理し、その表面を湯洗することによって、前記基板に凹凸を形成させ、銅などの金属をめっき処理する。工程3では、工程1〜2の操作を所望に応じて順次繰り返し、樹脂絶縁層及び所定の回路パターンの導体層を交互にビルドアップしてビルドアップ基板を成型する。なお、前記工程において、スルーホール部の穴あけは、最外層の樹脂絶縁層の形成後に行うとよい。また、本発明のビルドアップ基板は、銅箔上で当該樹脂組成物を半硬化させた樹脂付き銅箔を、回路を形成した配線基板上に、170〜300℃で加熱圧着することで、粗化面を形成、メッキ処理の工程を省き、ビルドアップ基板を作製することも可能である。
6.ビルドアップフィルム
本発明のエポキシ樹脂組成物からビルドアップフィルムを得る方法としては、例えば、支持フィルム上に硬化性樹脂組成物を塗布したのち、乾燥させて、支持フィルムの上に樹脂組成物層を形成する方法が挙げられる。本発明のエポキシ樹脂組成物をビルドアップフィルムに用いる場合、該フィルムは、真空ラミネート法におけるラミネートの温度条件(通常70℃〜140℃)で軟化し、回路基板のラミネートと同時に、回路基板に存在するビアホール或いはスルーホール内の樹脂充填が可能な流動性(樹脂流れ)を示すことが肝要であり、このような特性を発現するよう前記各成分を配合することが好ましい。
ここで、回路基板のスルーホールの直径は通常0.1〜0.5mm、深さは通常0.1〜1.2mmであり、通常この範囲で樹脂充填を可能とするのが好ましい。なお回路基板の両面をラミネートする場合はスルーホールの1/2程度充填されることが望ましい。
前記したビルドアップフィルムを製造する具体的な方法としては、有機溶剤を配合してワニス化したエポキシ樹脂組成物を調製した後、支持フィルム(Y)の表面に、前記組成物を塗布し、更に加熱、あるいは熱風吹きつけ等により有機溶剤を乾燥してエポキシ樹脂組成物の層(X)を形成する方法が挙げられる。
ここで用いる有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、カルビトールアセテート等の酢酸エステル類、セロソルブ、ブチルカルビトール等のカルビトール類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等を用いることが好ましく、また、不揮発分30質量%〜60質量%となる割合で使用することが好ましい。
なお、形成される前記樹脂組成物の層(X)の厚さは、通常、導体層の厚さ以上とする必要がある。回路基板が有する導体層の厚さは通常5〜70μmの範囲であるので、樹脂組成物層の厚さは10〜100μmの厚みを有するのが好ましい。なお、本発明における前記樹脂組成物の層(X)は、後述する保護フィルムで保護されていてもよい。保護フィルムで保護することにより、樹脂組成物層表面へのゴミ等の付着やキズを防止することができる。
前記した支持フィルム及び保護フィルムは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート(以下「PET」と略称することがある。)、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、更には離型紙や銅箔、アルミニウム箔等の金属箔などを挙げることができる。なお、支持フィルム及び保護フィルムはマッド処理、コロナ処理の他、離型処理を施してあってもよい。支持フィルムの厚さは特に限定されないが、通常10〜150μmであり、好ましくは25〜50μmの範囲で用いられる。また保護フィルムの厚さは1〜40μmとするのが好ましい。
前記した支持フィルム(Y)は、回路基板にラミネートした後に、或いは加熱硬化することにより絶縁層を形成した後に、剥離される。ビルドアップフィルムを構成するエポキシ樹脂組成物層が加熱硬化した後に支持フィルム(Y)を剥離すれば、硬化工程でのゴミ等の付着を防ぐことができる。硬化後に剥離する場合、通常、支持フィルムには予め離型処理が施される。
なお、前記のようにして得られたビルドアップフィルムから多層プリント回路基板を製造することができる。例えば、前記樹脂組成物の層(X)が保護フィルムで保護されている場合はこれらを剥離した後、前記樹脂組成物の層(X)を回路基板に直接接するように回路基板の片面又は両面に、例えば真空ラミネート法によりラミネートする。ラミネートの方法はバッチ式であってもロールでの連続式であってもよい。また必要により、ラミネートを行う前にビルドアップフィルム及び回路基板を必要により加熱(プレヒート)しておいてもよい。ラミネートの条件は、圧着温度(ラミネート温度)を70〜140℃とすることが好ましく、圧着圧力を1〜11kgf/cm(9.8×10〜107.9×10N/m)とすることが好ましく、空気圧を20mmHg(26.7hPa)以下の減圧下でラミネートすることが好ましい。
7.繊維強化複合材料
本発明のエポキシ樹脂組成物から繊維強化複合材料(樹脂が強化繊維に含浸したシート状の中間材料)を得る方法としては、エポキシ樹脂組成物を構成する各成分を均一に混合してワニスを調整し、次いでこれを強化繊維からなる強化基材に含浸した後、重合反応させることにより製造する方法が挙げられる。
かかる重合反応を行う際の硬化温度は、具体的には、50〜250℃の温度範囲であることが好ましく、特に、50〜100℃で硬化させ、タックフリー状の硬化物にした後、更に、120〜200℃の温度条件で処理することが好ましい。
ここで、強化繊維は、有撚糸、解撚糸、又は無撚糸などいずれでも良いが、解撚糸や無撚糸が、繊維強化プラスチック製部材の成型性と機械強度を両立することから、好ましい。さらに、強化繊維の形態は、繊維方向が一方向に引き揃えたものや、織物が使用できる。織物では、平織り、朱子織りなどから、使用する部位や用途に応じて自由に選択することができる。具体的には、機械強度や耐久性に優れることから、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維などが挙げられ、これらの2種以上を併用することもできる。これらの中でもとりわけ成型品の強度が良好なものとなる点から炭素繊維が好ましく、かかる、炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レーヨン系などの各種のものが使用できる。中でも、容易に高強度の炭素繊維が得られるポリアクリロニトリル系のものが好ましい。ここで、ワニスを強化繊維からなる強化基材に含浸して繊維強化複合材料とする際の強化繊維の使用量は、該繊維強化複合材料中の強化繊維の体積含有率が40%〜85%の範囲となる量であることが好ましい。
8.繊維強化樹脂成型品
本発明のエポキシ樹脂組成物から繊維強化成型品(樹脂が強化繊維に含浸したシート状部材が硬化した成型品)を得る方法としては、型に繊維骨材を敷き、前記ワニスを多重積層してゆくハンドレイアップ法やスプレーアップ法、オス型・メス型のいずれかを使用し、強化繊維からなる基材にワニスを含浸させながら積み重ねて成型、圧力を成型物に作用させることのできるフレキシブルな型をかぶせ、気密シールしたものを真空(減圧)成型する真空バッグ法、あらかじめ強化繊維を含有するワニスをシート状にしたものを金型で圧縮成型するSMCプレス法、繊維を敷き詰めた合わせ型に前記ワニスを注入するRTM法などにより、強化繊維に前記ワニスを含浸させたプリプレグを製造し、これを大型のオートクレーブで焼き固める方法などが挙げられる。なお、前記で得られた繊維強化樹脂成型品は、強化繊維とエポキシ樹脂組成物の硬化物とを有する成型品であり、具体的には、繊維強化成型品中の強化繊維の量は、40質量%〜70質量%の範囲であることが好ましく、強度の点から50質量%〜70質量%の範囲であることが特に好ましい。
9.導電ペースト
本発明のエポキシ樹脂組成物から導電ペーストを得る方法としては、例えば、微細導電性粒子を該硬化性樹脂組成物中に分散させる方法が挙げられる。前記導電ペーストは、用いる微細導電性粒子の種類によって、回路接続用ペースト樹脂組成物や異方性導電接着剤とすることができる。
次に本発明を実施例、比較例により具体的に説明するが、以下において「部」及び「%」は特に断わりのない限り質量基準である。
合成例1:4−ターシャリブチルカテコールとエピクロルヒドリンとの重縮合物の合成
温度計、適下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、4−t−ブチルカテコール200g、エピクロルヒドリン892g、イソプロピルアルコール268gを仕込み、撹拌、溶解させ、40℃に加熱した。その後適下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液の554gを3時間かけて適下した。適下終了後30分間撹拌を続け、反応を完結させた。その後撹拌を停止し静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、過剰のエピクロルヒドリン、イソプロピルアルコール、水を蒸留回収した。得られた粗樹脂をトルエン503gで溶解させ、5%水酸化ナトリウム水溶液を50g加え、80℃、3時間撹拌した。その後水洗により生成した塩、及びアルカリを油水分離させて、除去し、脱水、濾過を経てトルエンを蒸留回収させてエポキシ樹脂(A’−1)を得た。このエポキシ樹脂(A’−1)のGPC測定で得られたチャートを図1に示す。GPC測定における最大ピークの面積比率は80%であった。
尚、GPC測定は、下記の方法にて実施した。
<GPC測定条件>
測定装置 :東ソー株式会社製「HLC−8320 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(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「GPCワークステーション EcoSEC−WorkStation」
測定条件: カラム温度 40℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン
流速 1.0ml/分
標準 : 前記「GPCワークステーション EcoSEC―WorkStation」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)。
実施例1
合成例1で得られたエポキシ樹脂(A’−1)を、伝熱面積 約0.03mの流下薄膜式分子蒸留装置(柴田科学社製)を用い、2〜20Paの真空度で、供給液速度100ml/h、蒸発面の温度220〜250℃にて処理し、蒸留分として、収率71%で、エポキシ樹脂(A−1)を得た。エポキシ樹脂(A−1)のGPC測定のチャートを図2に示す。GPC測定における最大ピークの面積比率は95%であった。
実施例2
合成例1で得られたエポキシ樹脂(A’−1)を、伝熱面積 約0.03mの流下薄膜式分子蒸留装置(柴田科学社製)を用い、2〜20Paの真空度で、供給液速度100ml/h、蒸発面の温度180〜210℃にて処理し、蒸留分として、収率57%で、エポキシ樹脂(A−2)を得た。エポキシ樹脂(A−2)のGPC測定における最大ピークの面積比率は96%であった。
実施例3
合成例1で得られたエポキシ樹脂(A’−1)を、伝熱面積 約0.03m2の流下薄膜式分子蒸留装置(柴田科学社製)を用い、2〜20Paの真空度で、供給液速度100ml/h、蒸発面の温度140〜170℃にて処理し、蒸留分として、収率48%で、エポキシ樹脂(A−3)を得た。エポキシ樹脂(A−3)のGPC測定における最大ピークの面積比率は97%であった。
比較用に用いたエポキシ樹脂(A’−2)はビスフェノールA型液状エポキシ樹脂 EPICLON 850−S(DIC株式会社製)であり、エポキシ樹脂(A’−3)はビスフェノールF型液状エポキシ樹脂 EPICLON 830−S(DIC株式会社製)である。
実施例1〜3で得られたエポキシ樹脂と比較例で使用したエポキシ樹脂の物性値を表1に記載する。
Figure 2018180451
<硬化物の作製方法>
離型剤を塗布した厚さ2mmのガラス板とガラス板との間に、25℃でエポキシ樹脂と硬化剤(Me−THPA:メチルテトラヒドロフタル酸無水物)と硬化促進剤を混合・脱気した樹脂組成物を注型し、80℃1時間加熱後、110℃4時間加熱し、硬化物を作製した。
<ゲルタイムの測定方法>
150℃に加熱したホットプレート上で、25℃で混合・脱気した樹脂組成物を1ml加熱し、ゲルタイムを測定した。
<吸湿率の測定方法>
硬化物を幅25mm、長さ75mmのサイズに切り出し、これを試験片として、HAST装置((株)平山製作所製)を用いて121℃/100%RHの雰囲気下4時間放置し、処理前後の重量変化を測定した。
<機械的強度の測定方法>
硬化物を幅10mm、長さ80mmのサイズに切り出し、これを試験片として、万能試験機((株)島津製作所製 AGI)を用いて室温での曲げ強度・曲げ弾性率を求めた。なお、n=3で測定し、平均値を用いた。また、試験片の膜厚及び幅は、5点測定し、平均値を計算値に用いた。
Figure 2018180451

Claims (17)

  1. 芳香環上の置換基として炭素数1〜8のアルキル基を有していてもよいジヒドロキシベンゼンのエポキシ化物を主成分とするエポキシ樹脂(A)であって、GPC測定における最大ピークの面積比率が90%以上であることを特徴とするエポキシ樹脂。
  2. 前記エポキシ樹脂(A)が下記構造式(1)
    Figure 2018180451
    〔構造式(1)中、Rは水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基であり、Rは水素原子又はグリシジル基であり、mは1〜4であり、nは繰り返す数を示し、平均値で0.01〜5であり、繰り返し毎にR、R、mは同一でも異なっていてもよい。〕
    で表されるエポキシ樹脂である請求項1記載のエポキシ樹脂。
  3. 前記エポキシ樹脂(A)中の全塩素含有量が2000ppm以下である請求項1又は2記載のエポキシ樹脂。
  4. 前記構造式(1)中のRがブチル基であり、mが1である請求項2又は3記載のエポキシ樹脂。
  5. エポキシ当量が190〜205g/eqの範囲である請求項4記載のエポキシ樹脂。
  6. 前記エポキシ樹脂(A)の25℃における粘度が400〜1000mPa・sの範囲である請求項4又は5記載のエポキシ樹脂。
  7. 前記ジヒドロキシベンゼンがt−ブチルカテコールである請求項1〜6の何れか1項記載のエポキシ樹脂。
  8. 請求項1〜7の何れか1項記載のエポキシ樹脂と、硬化剤とを必須成分とするエポキシ樹脂組成物。
  9. 請求項8記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物。
  10. 請求項8記載のエポキシ樹脂組成物と無機充填材とを含有する半導体封止材料。
  11. 請求項10に記載の半導体封止材料の硬化物である半導体装置。
  12. 請求項8記載のエポキシ樹脂組成物と補強基材とを有する含浸基材の半硬化物であるプリプレグ。
  13. 請求項8記載のエポキシ樹脂組成物の板状賦形物と銅箔とからなる回路基板。
  14. 請求項8記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物と基材フィルムとからなるビルドアップフィルム。
  15. 請求項8記載のエポキシ樹脂組成物と強化繊維とを含有する繊維強化複合材料。
  16. 請求項15記載の繊維強化複合材料の硬化物である繊維強化成形品。
  17. 芳香環上の置換基として炭素数1〜8のアルキル基を有していてもよいジヒドロキシベンゼンとエピハロヒドリンとを反応させたのち、蒸留精製する工程を有することを特徴とするエポキシ樹脂の製造方法。
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