KR102436208B1 - 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물 및 정전 용량형 센서 - Google Patents

정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물 및 정전 용량형 센서 Download PDF

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스미토모 베이클리트 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명의 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물은, 정전 용량형 센서에 있어서의 봉지막을 형성하기 위하여 이용되는 수지 조성물이며, 에폭시 수지와, 경화제와, 충전제를 포함하고, 하기 조건 1에 의하여 얻어지는 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 수축률이 0.19% 미만이다.
(조건 1: 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물을, 175℃, 2분간의 조건에서 열처리한 후, 175℃, 4시간의 조건에서 열처리함으로써 얻어지는 경화물을 시험편으로 한다.)

Description

정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물 및 정전 용량형 센서{RESIN COMPOSITION FOR ENCAPSULATING CAPACITIVE SENSOR, AND CAPACITIVE SENSOR}
본 발명은, 정전 용량형 센서 봉지용(封止用) 수지 조성물 및 정전 용량형 센서에 관한 것이다.
정전 용량형 센서에 대해서는, 다양한 기술이 검토되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 정전 용량 방식에 의하여 지문 정보를 검출하는 반도체 지문 센서에 대하여 검토되고 있다.
특허문헌 1에는, 실리콘 등의 기판 상에, 층간막을 통하여, 복수의 센서 칩이 어레이형으로 배치되어, 그 상면을 절연막(봉지막)으로 오버코트한 지문 판독 센서가 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2004-234245호
정전 용량형 센서의 각종 특성에 대하여 요구되는 기술 수준은, 점점 높아지고 있다. 본 발명자는, 종래의 정전 용량형 센서에 관하여, 이하와 같은 과제를 발견했다.
종래의 정전 용량형 센서에 구비되는 봉지막의 표면에 있어서, 센서 칩이 배치되어 있는 영역과, 그렇지 않은 영역의 사이에, 다이 마크라고 불리는 미세한 단차가 발생하는 경우가 있었다. 그리고, 본 발명자들은, 상술한 미세한 단차가 종래의 정전 용량형 센서에 형성된 경우에, 그 센서의 외관 불량을 억제하여, 수율을 충분히 향상시키는 점에 있어서, 개선의 여지가 있는 것을 발견했다.
따라서, 본 발명은, 외관 불량이 없는 정전 용량형 센서를 양호한 수율로 제조할 수 있는 수지 조성물 및 감도가 우수한 정전 용량형 센서를 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 상기 과제를 달성하기 위하여 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 본 발명자들이 고안한 소정의 조건에서 경화시켜 얻어진 수지 조성물의 경화물로 이루어지는 시험편의 수축률이라는 척도가 이러한 설계 지침으로서 유효한 것을 발견하여, 본 발명에 도달했다.
본 발명에 의하면, 정전 용량형 센서에 있어서의 봉지막을 형성하기 위하여 이용되는, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물로서,
에폭시 수지와,
경화제와,
충전제를 포함하고,
하기 조건 1에 의하여 얻어지는 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 수축률이 0.19% 미만인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물이 제공된다.
(조건 1: 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물을, 175℃, 2분간의 조건에서 열처리한 후, 175℃, 4시간의 조건에서 열처리함으로써 얻어지는 경화물을 상기 시험편으로 한다.)
또, 본 발명에 의하면, 기판과,
상기 기판 상에 마련된 검출 전극과,
상기 검출 전극을 봉지하고, 또한, 상기 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성된 봉지막을 구비하는 정전 용량형 센서가 제공된다.
본 발명에 의하면, 외관 불량이 없는 정전 용량형 센서를 양호한 수율로 제조할 수 있는 수지 조성물 및 감도가 우수한 정전 용량형 센서를 제공할 수 있다.
상술한 목적, 및 그 외의 목적, 특징 및 이점은, 이하에 설명하는 적합한 실시형태, 및 그에 부수되는 이하의 도면에 의하여 더 명확해진다.
도 1은 본 실시형태에 관한 정전 용량형 센서를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 실시형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.
<정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물>
본 실시형태에 관한 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물(이하, 본 수지 조성물이라고도 함)은, 정전 용량형 센서에 있어서의 봉지막을 형성하기 위하여 이용되는 것이다. 그리고, 본 수지 조성물은, 에폭시 수지와, 경화제와, 충전제를 포함하고 있으며, 하기 조건 1에 의하여 얻어지는 당해 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 수축률이 0.19% 미만이 되도록 제어된 것이다. 이렇게 함으로써, 정전 용량형 센서에 구비되는 봉지막의 표면에 미세한 단차가 발생하는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 이로써, 정전 용량형 센서의 표면에 다이 마크라고 불리는 외관 불량이 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 결과로서, 외관 불량이 없는 정전 용량형 센서를 양호한 수율로 제작하는 것이 가능해진다.
(조건 1: 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물을, 175℃, 2분간의 조건에서 열처리한 후, 175℃, 4시간의 조건에서 열처리함으로써 얻어지는 경화물을 상기 시험편으로 한다.)
본 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 상기 수축률은, 그 수지 조성물에 포함되는 각 성분의 종류나 함유량, 본 수지 조성물의 입도 분포 등을 각각 적절히 조정함으로써 제어하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 있어서는, 예를 들면 충전제, 경화제, 커플링제 등의 종류나 함유량을 조정하는 것을 들 수 있다. 더 구체적으로는, 예를 들면, 충전제의 함유량을 조정하거나, 충전제의 평균 입경을 조정하거나, 다관능인 수지 재료를 사용하거나, 에폭시 수지와 경화제의 당량비를 조정하는 등의 방법을 실시함으로써, 본 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 상기 수축률의 값을 제어할 수 있다.
여기에서, 본 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 상기 수축률의 상한값은, 0.19% 미만인데, 바람직하게는, 0.17% 이하이고, 보다 바람직하게는, 0.165% 이하이며, 더 바람직하게는, 0.16% 이하이다.
한편, 본 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 상기 수축률의 하한값에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 0% 이상이어도 되고, 0.01% 이상이어도 되며, 0.1% 이상이어도 된다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 하기 조건 2에 의하여 얻어지는 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물로 이루어지는 시험편에 대하여, 150℃의 온도 조건하에서, JIS K7161에 준거한 방법으로 측정한 파단 신도가, 바람직하게는 2mm 이상이고, 보다 바람직하게는 2.4mm 이상이며, 더 바람직하게는 4mm 이상이다. 이렇게 함으로써, 정전 용량형 센서에 구비되는 봉지막의 표면에 미세한 단차가 발생하는 것을 억제하면서, 정전 용량형 센서에 있어서 봉지막과 전극의 사이의 접합 계면 등의 영역에 크랙이 발생하는 것도 억제할 수 있다. 한편, 상술한 파단 신도의 상한값은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 100mm 이하여도 되고, 70mm 이하여도 된다.
(조건 2: 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물을, 175℃, 2분간의 조건에서 열처리한 후, 175℃, 4시간의 조건에서 열처리함으로써 얻어지며, 또한 JIS K7161에 준한 덤벨 형상이 되도록 성형된 경화물을 상기 시험편으로 한다.)
본 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 상기 파단 신도는, 그 수지 조성물에 포함되는 각 성분의 종류나 함유량, 본 수지 조성물의 입도 분포 등을 각각 적절히 조정함으로써 제어하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 있어서는, 예를 들면 충전제, 경화제, 커플링제 등의 종류나 함유량을 조정하는 것을 들 수 있다. 더 구체적으로는, 예를 들면, 충전제의 함유량과 수지 재료의 함유량의 밸런스를 조정하거나, 가교점 간 거리가 긴 수지 성분을 함유시키거나, 유리 전이 온도가 특정 범위가 되도록 각 성분을 설정하는 등의 방법을 실시함으로써, 본 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 상기 파단 신도의 값을 제어할 수 있다.
또, 본 수지 조성물의 하기 조건 3에 의하여 측정되는 겔 타임은, 바람직하게는 30초 이상 90초 이하이고, 보다 바람직하게는 35초 이상 85초 이하이며, 더 바람직하게는 40초 이상 80초 이하이다. 이렇게 함으로써, 정전 용량형 센서에 구비되는 봉지막의 표면에 플로 마크가 발생하는 것을 억제하는 것이 가능해져, 결과로서, 그 정전 용량형 센서의 수율을 보다 더 향상시킬 수 있다.
(조건 3: 큐어래스토미터를 이용하여, 금형 온도 175℃에서 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화 토크를 경시적으로 측정했을 때의 최대 토크값을 T로 했을 때, 측정을 개시한 후, 상기 경화 토크의 값이 0.1T에 도달할 때까지의 소요 시간을 상기 겔 타임으로 한다.)
본 수지 조성물에 관한 상기 겔 타임의 값은, 그 수지 조성물에 포함되는 각 성분의 종류나 함유량 등을 각각 적절히 조정함으로써 제어하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 있어서는, 예를 들면 수지 조성물 전체량에 대한 경화 촉진제의 함유량을 줄이는 등의 방법을 실시함으로써, 본 수지 조성물에 관한 상기 겔 타임의 값을 제어할 수 있다.
이하, 본 수지 조성물에 대하여 상세하게 설명한다.
(에폭시 수지)
에폭시 수지로서는, 1분자 내에 에폭시기를 2개 이상 갖는 모노머, 올리고머, 폴리머 전반을 이용할 수 있고, 그 분자량이나 분자 구조는 특별히 한정되지 않는다.
본 실시형태에 있어서, 에폭시 수지로서는, 예를 들면 비페닐형 에폭시 수지; 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 테트라메틸비스페놀 F형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지; 스틸벤형 에폭시 수지; 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지; 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페닐메탄형 에폭시 수지 등의 다관능 에폭시 수지; 페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 비페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬형 에폭시 수지 등의 아랄킬형 에폭시 수지; 디히드록시나프탈렌형 에폭시 수지, 디히드록시나프탈렌의 2량체를 글리시딜에테르화하여 얻어지는 에폭시 수지 등의 나프톨형 에폭시 수지; 트리글리시딜이소시아누레이트, 모노알릴디글리시딜이소시아누레이트 등의 트리아진 핵 함유 에폭시 수지; 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지 등의 유교 환상 탄화 수소 화합물 변성 페놀형 에폭시 수지를 들 수 있으며, 이들은 1종류를 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다.
이들 중, 내습신뢰성과 성형성의 밸런스를 향상시키는 관점에서는, 비스페놀형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지(비페놀형 에폭시 수지), 비페닐아랄킬형 에폭시 수지 등의 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 및 트리페닐메탄형 에폭시 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것이 보다 바람직하고, 비페닐형 에폭시 수지 및 페놀아랄킬형 에폭시 수지 중 적어도 한쪽을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
에폭시 수지로서는, 하기 식 (1)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 에폭시 수지, 하기 식 (2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 에폭시 수지, 및 하기 식 (3)으로 나타내는 구조 단위를 포함하는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112017091390172-pat00001
(식 (1) 중, Ar1은 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Ar1이 나프틸렌기인 경우, 글리시딜에테르기는 α위, β위 중 어느 하나에 결합하고 있어도 된다. Ar2는 페닐렌기, 비페닐렌기 또는 나프틸렌기 중 어느 하나의 기를 나타낸다. Ra 및 Rb는, 각각 독립적으로 탄소수 1~10의 탄화 수소기를 나타낸다. g는 0~5의 정수이며, h는 0~8의 정수이다. n3은 중합도를 나타내고, 그 평균값은 1~3이다.)
[화학식 2]
Figure 112017091390172-pat00002
(식 (2) 중, 복수 존재하는 Rc는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1~4의 탄화 수소기를 나타낸다. n5는 중합도를 나타내고, 그 평균값은 0~4이다.)
[화학식 3]
Figure 112017091390172-pat00003
(식 (3) 중, 복수 존재하는 Rd 및 Re는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1~4의 탄화 수소기를 나타낸다. n6은 중합도를 나타내고, 그 평균값은 0~4이다.)
본 수지 조성물 중에 있어서의 에폭시 수지의 함유량은, 본 수지 조성물의 고형분 전체량을 100중량%로 했을 때, 2중량% 이상인 것이 바람직하고, 3중량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 4중량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 에폭시 수지의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 성형 시에 있어서, 충분한 유동성을 실현하여, 충전성이나 성형성의 향상을 도모할 수 있다.
한편으로, 본 수지 조성물 중에 있어서의 에폭시 수지의 함유량은, 본 수지 조성물의 고형분 전체량을 100중량%로 했을 때, 30중량% 이하인 것이 바람직하고, 20중량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 10중량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 에폭시 수지의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 본 수지 조성물의 경화물을 봉지막으로서 이용하는 정전 용량형 센서에 대하여, 내습 신뢰성이나 내(耐)리플로성을 향상시킬 수 있다.
에폭시 수지의 에폭시 당량의 하한값으로서는, 예를 들면 70g/eq 이상인 것이 바람직하고, 100g/eq 이상인 것이 보다 바람직하며, 120g/eq 이상인 것이 더 바람직하고, 140g/eq 이상인 것이 한층 바람직하며, 160g/eq 이상인 것이 특히 바람직하다. 이로써, 가교점 간 거리를 크게 할 수 있다.
또, 에폭시 수지의 에폭시 당량의 상한값으로서는, 예를 들면 400g/eq 이하로 해도 되고, 300g/eq 이하로 해도 된다.
(충전제)
본 실시형태에 관한 충전제는 비유전율(1MHz)이 4 이상인 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 얻어지는 본 수지 조성물의 경화물의 비유전율을 특히 향상시킬 수 있는 관점에서, 실리카, 알루미나, 산화 티타늄 및 티타늄산 바륨으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 이용하는 것이 바람직하고, 수지의 산화 열화를 억제하는 관점에서, 실리카, 알루미나 및 티타늄산 바륨으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 이용하는 것이 더 바람직하다. 비유전율이 높은 충전재를 이용함으로써, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물을 지문 센서에 이용했을 때의 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 외관 불량이 없는 정전 용량형 센서를 양호한 수율로 제작 가능한 기술을 제공하는 관점에서, 평균 입경 D50이 다른 2종 이상의 충전제를 병용하는 것이 바람직하다.
본 수지 조성물 중에 있어서의 충전제의 함유량의 하한값은, 본 수지 조성물의 고형분 전체량을 100중량%로 했을 때, 본 수지 조성물 전체에 대하여 50중량% 이상인 것이 바람직하고, 60중량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 70중량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 충전제의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 본 수지 조성물의 유전 특성을 보다 더 향상시켜, 정전 용량형 센서의 감도를 보다 더 향상시킬 수 있다.
한편으로, 본 수지 조성물 중에 있어서의 충전제의 함유량의 상한값은, 본 수지 조성물의 고형분 전체량을 100중량%로 했을 때, 90중량% 이하인 것이 바람직하고, 89중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 충전제의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 본 수지 조성물의 성형 시에 있어서의 유동성이나 충전성을 보다 효과적으로 향상시키는 것이 가능해진다.
충전제의 평균 입경 D50의 상한값은, 예를 들면 8μm 이하인 것이 바람직하고, 5μm 이하인 것이 보다 바람직하며, 4μm 이하인 것이 더 바람직하고, 3.5μm 이하인 것이 보다 더 바람직하다. 이로써, 본 수지 조성물 중에 충전재를 균일 분산할 수 있어, 수축률이 국소적으로 향상되는 것을 억제할 수 있다. 또, 게이트 막힘 등이 발생하는 것을 확실히 억제할 수 있다.
또, 충전재의 평균 입경 D50의 하한값은, 예를 들면 0.2μm 이상인 것이 바람직하고, 0.5μm 이상인 것이 보다 바람직하다. 이로써, 비표면적이 증가한 충전제가 응집하게 되는 것을 억제할 수 있다. 또, 본 수지 조성물의 유동성을 양호한 것으로 하고, 성형성을 보다 효과적으로 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 평균 입경 D50은, 시판 중인 레이저식 입도 분포계(예를 들면, (주)시마즈 세이사쿠쇼제, SALD-7000)를 이용하여, 입자의 입도 분포를 체적 기준으로 측정하여, 그 메디안 직경을 평균 입경 D50으로 할 수 있다.
(경화제)
본 수지 조성물은, 예를 들면 경화제를 포함할 수 있다. 경화제로서는, 에폭시 수지와 반응하여 경화시키는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 에틸렌디아민, 트리메틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민 등의 탄소수 2~20의 직쇄 지방족 디아민, 메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민, 파라크실렌디아민, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐프로판, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐설폰, 4,4'-디아미노디시클로헥산, 비스(4-아미노페닐)페닐메탄, 1,5-디아미노나프탈렌, 메타크실렌디아민, 파라크실렌디아민, 1,1-비스(4-아미노페닐)시클로헥산, 디시아노디아미드 등의 아민류; 아닐린 변성 레졸 수지나 디메틸에테르레졸 수지 등의 레졸형 페놀 수지; 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, tert-부틸페놀 노볼락 수지, 노닐페놀 노볼락 수지 등의 노볼락형 페놀 수지; 트리스페놀메탄형 페놀 수지(트리페닐메탄형 페놀 수지) 등의 다관능형 페놀 수지; 페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬 수지, 비페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬형 페놀 수지(비페닐아랄킬형 페놀 수지) 등의 페놀아랄킬 수지; 나프탈렌 골격이나 안트라센 골격과 같은 축합 다환 구조를 갖는 페놀 수지; 폴리파라옥시스티렌 등의 폴리옥시스티렌; 헥사히드로 무수 프탈산(HHPA), 메틸테트라히드로 무수 프탈산(MTHPA) 등의 지환족 산무수물, 무수 트리멜리트산(TMA), 무수 피로멜리트산(PMDA), 벤조페논테트라카복실산(BTDA) 등의 방향족 산무수물 등을 포함하는 산무수물 등; 폴리설파이드, 티오에스테르, 티오에테르 등의 폴리머캅탄 화합물; 이소시아네이트 프리폴리머, 블록화 이소시아네이트 등의 이소시아네이트 화합물; 카복실산 함유 폴리에스테르 수지 등의 유기산류를 들 수 있다. 이들은 1종류를 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상을 조합하여 이용해도 된다.
본 수지 조성물 중에 있어서의 경화제의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 본 수지 조성물의 고형분 전체량을 100중량%로 했을 때, 0.5중량% 이상 20중량% 이하인 것이 바람직하고, 1.5중량% 이상 20중량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 2중량% 이상 15중량% 이하인 것이 더 바람직하고, 2중량% 이상 10중량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
경화제가 페놀 수지인 경우, 수산기 당량의 하한값으로서는, 예를 들면 70g/eq 이상인 것이 바람직하고, 80g/eq 이상인 것이 보다 바람직하며, 90g/eq 이상인 것이 더 바람직하고, 100g/eq인 것이 보다 더 바람직하다. 이로써, 가교점 간 거리를 크게 할 수 있다.
또, 경화제가 페놀 수지인 경우, 수산기 당량의 상한값으로서는, 예를 들면 400g/eq 이하로 해도 되고, 300g/eq 이하로 해도 된다.
경화제가 페놀 수지인 경우, 에폭시 수지와 페놀 수지는, 전체 에폭시 수지의 에폭시기 수를 EP로 하고, 전체 페놀 수지의 수산기 수를 OH로 했을 때, (EP)/(OH)에 의하여 정해지는 당량비의 상한값이, 예를 들면 1.50 이하인 것이 바람직하고, 1.40 이하인 것이 보다 바람직하며, 1.30 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1.15 이하인 것이 보다 더 바람직하며, 1.05 이하인 것이 특히 바람직하다. 이로써, 적절한 가교 구조를 형성할 수 있다. 따라서, 수축률을 상기 수치 범위 내로 할 수 있다.
또, 경화제가 페놀 수지인 경우, (EP)/(OH)에 의하여 정해지는 당량비의 하한값은, 예를 들면 0.7 이상이어도 되고, 0.8 이상이어도 되며, 0.9 이상이어도 되고, 1.0이상이어도 된다.
(커플링제)
본 수지 조성물은, 예를 들면 커플링제를 포함할 수 있다. 커플링제로서는, 예를 들면 에폭시실란, 머캅토실란, 아미노실란, 알킬실란, 우레이도실란, 비닐실란 등의 각종 실란계 화합물, 티타늄계 화합물, 알루미늄 킬레이트류, 알루미늄/지르코늄계 화합물 등의 공지의 커플링제를 이용할 수 있다.
이들을 예시하면, 비닐트리클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-아닐리노프로필트리메톡시실란, γ-아닐리노프로필메틸디메톡시실란, γ-[비스(β-히드록시에틸)]아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-(β-아미노에틸)아미노프로필디메톡시메틸실란, N-(트리메톡시실릴프로필)에틸렌디아민, N-(디메톡시메틸실릴이소프로필)에틸렌디아민, 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, N-β-(N-비닐벤질아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-클로로프로필트리메톡시실란, 헥사메틸디실란, 비닐트리메톡시실란, γ-머캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸-부틸리덴)프로필아민의 가수분해물 등의 실란계 커플링제, 이소프로필트리이소스테아로일티타네이트, 이소프로필트리스(디옥틸피로포스페이트)티타네이트, 이소프로필트리(N-아미노에틸-아미노에틸)티타네이트, 테트라옥틸비스(디트리데실포스파이트)티타네이트, 테트라(2,2-디알릴옥시메틸-1-부틸)비스(디트리데실)포스파이트티타네이트, 비스(디옥틸피로포스페이트)옥시아세테이트티타네이트, 비스(디옥틸피로포스페이트)에틸렌티타네이트, 이소프로필트리옥탄오일티타네이트, 이소프로필디메타크릴이소스테아로일티타네이트, 이소프로필트리도데실벤젠설폰일티타네이트, 이소프로필이소스테아로일디아크릴티타네이트, 이소프로필트리(디옥틸포스페이트)티타네이트, 이소프로필트리큐밀페닐티타네이트, 테트라이소프로필비스(디옥틸포스파이트)티타네이트 등의 티타네이트계 커플링제를 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
본 수지 조성물 중에 있어서의 커플링제의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 본 수지 조성물의 고형분 전체량을 100중량%로 했을 때, 0.01중량% 이상 3중량% 이하인 것이 바람직하고, 0.1중량% 이상 2중량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 커플링제의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 본 수지 조성물 중에 있어서의 충전제의 분산성을 양호한 것으로 할 수 있다. 또, 커플링제의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 본 수지 조성물의 유동성을 양호한 것으로 하여, 성형성의 향상을 도모할 수 있다.
(그 외의 성분)
본 수지 조성물은, 상기 성분 외에, 예를 들면 유기 포스핀, 테트라 치환 포스포늄 화합물, 포스포베타인 화합물, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물, 혹은 포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물 등의 인 원자 함유 화합물, 또는 1,8-디아자비시클로(5.4.0)운데센-7, 이미다졸 등의 아미딘계 화합물, 벤질디메틸아민 등의 3급 아민이나 상기 화합물의 4급 오늄염인 아미디늄염, 혹은 암모늄염 등으로 대표되는 질소 원자 함유 화합물 등의 경화 촉진제; 카본 블랙 등의 착색제; 천연 왁스, 스테아릴알코올 변성 올레핀/말레산 공중합체 등의 합성 왁스, 고급 지방산 혹은 그 금속염류, 파라핀, 산화 폴리에틸렌 등의 이형제; 폴리부타디엔 화합물, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 등의 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 화합물, 실리콘 오일, 실리콘 고무 등의 저응력제; 히드로탈사이트 등의 이온 포착제; 수산화 알루미늄 등의 난연제; 산화 방지제 등의 각종 첨가제를 포함할 수 있다.
또한, 테트라페닐포스포늄/비스페놀 S 염이나 테트라페닐포스포늄/2,3-디히드록시나프탈렌염에 대해서도, 상술한 경화 촉진제로서 본 수지 조성물 중에 함유시킬 수 있다.
본 수지 조성물 중에 있어서의 경화 촉진제의 함유량의 상한값은, 예를 들면 본 수지 조성물의 고형분 전체량을 100중량%로 했을 때, 5.5중량% 이하인 것이 바람직하고, 5.2중량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 5.0중량% 이하인 것이 더 바람직하다. 이로써, 본 수지 조성물에 관한 겔 타임의 값을 상기 수치 범위 내로 할 수 있다. 따라서, 정전 용량형 센서의 표면에 플로 마크가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 본 수지 조성물 중에 있어서의 경화 촉진제의 함유량의 하한값은, 예를 들면 0.1중량% 이상이어도 되고, 0.5중량% 이상이어도 된다.
본 수지 조성물 중에 있어서의 수지 성분의 합계 함유량(RC)의 상한값은, 수지 조성물 중의 충전제의 함유량을 100중량%로 했을 때, 예를 들면 15.0중량% 이하인 것이 바람직하고, 14.0중량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 13.0중량% 이하인 것이 더 바람직하다. 이로써, 본 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 수축률의 값을 상기 수치 범위 내로 할 수 있다. 따라서, 정전 용량형 센서의 표면에 다이 마크라고 불리는 외관 불량이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 본 수지 조성물 중에 있어서의 수지 성분의 합계 함유량(RC)의 하한값은, 수지 조성물 중의 충전제의 함유량을 100중량%로 했을 때, 예를 들면 1중량% 이상이어도 되고, 3중량% 이상이어도 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 수지 성분이란, 에폭시 수지와, 경화제와, 경화 촉진제의 합계를 나타낸다.
본 수지 조성물의 경화물의 1MHz에 있어서의 비유전율(εr)은, 바람직하게는 4 이상이고, 보다 바람직하게는 5 이상이며, 더 바람직하게는 6 이상이고, 특히 바람직하게는 6.5 이상이다. 비유전율(εr)이 상기 하한값 이상이면, 본 수지 조성물의 유전 특성을 보다 더 향상시켜, 정전 용량형 센서의 감도를 보다 더 향상시킬 수 있다.
본 수지 조성물의 경화물은, 예를 들면 압축 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 성형 압력 9.8MPa, 경화 시간 300초의 조건에서, 상기 고유전 수지 조성물을 압축 성형함으로써 얻어진다. 이 경화물은, 예를 들면 직경 50mm, 두께 3mm이다.
경화물의 비유전율(εr)은, 예를 들면 요코가와-휴렛팩커드(YOKOGAWA-HEWLETT PACKARD)사제 Q-미터(METER) 4342A에 의하여 측정할 수 있다.
비유전율(εr)의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 300 이하이다.
또, 본 수지 조성물의 경화물의 1MHz에 있어서의 유전 정접(tanδ)은, 바람직하게는 0.005 이상이고, 보다 바람직하게는 0.006 이상이며, 더 바람직하게는 0.007 이상이다.
유전 정접(tanδ)이 상기 하한값 이상이면, 본 수지 조성물의 유전 특성을 보다 더 향상시켜, 정전 용량형 센서의 감도를 보다 더 향상시킬 수 있다.
본 수지 조성물의 경화물은, 예를 들면 압축 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 성형 압력 9.8MPa, 경화 시간 300초의 조건에서, 본 수지 조성물을 압축 성형함으로써 얻어진다. 이 경화물은, 예를 들면 직경 50mm, 두께 3mm이다.
경화물의 유전 정접(tanδ)은, 예를 들면 요코가와-휴렛팩커드사제 Q-미터 4342A에 의하여 측정할 수 있다.
유전 정접(tanδ)의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.07 이하이다.
상기 비유전율(εr) 및 상기 유전 정접(tanδ)은, 본 수지 조성물을 구성하는 각 성분의 종류나 배합 비율을 적절히 조절함으로써 제어하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 있어서는, 특히 충전제의 종류나 함유량을 적절히 선택하는 것을, 상기 비유전율(εr) 및 상기 유전 정접(tanδ)을 제어하기 위한 인자로서 들 수 있다. 예를 들면, 유전율이 큰 무기 충전제를 많이 사용할수록, 본 수지 조성물의 경화물의 상기 비유전율(εr) 및 상기 유전 정접(tanδ)을 향상시킬 수 있다.
본 수지 조성물은, 스파이럴 플로 측정에 의하여 측정되는 유동 길이가, 예를 들면 30cm 이상 200cm 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 본 수지 조성물의 성형성의 향상을 도모할 수 있다. 본 수지 조성물의 스파이럴 플로 측정은, 예를 들면 트랜스퍼 성형기를 이용하여, EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로 측정용 금형에 금형 온도 175℃, 주입 압력 9.8MPa, 주입 시간 15초, 경화 시간 120~180초의 조건에서 본 수지 조성물을 주입하고, 유동 길이를 측정함으로써 행해진다.
본 수지 조성물의 경화물의 유리 전이 온도는, 100℃ 이상인 것이 바람직하고, 120℃ 이상인 것이 보다 바람직하며, 140℃ 이상인 것이 더 바람직하고, 159℃ 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 이로써, 정전 용량형 센서의 내열성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또, 상기 유리 전이 온도의 상한값은, 예를 들면 250℃ 이하로 해도 되고, 200℃ 이하로 하는 것이 바람직하며, 180℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 175℃ 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 이로써, 본 수지 조성물의 경화 후의 분자쇄의 구속성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 하중에 의하여 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 수지 조성물의 경화물의 유리 전이 온도 이하에 있어서의 선팽창 계수(CTE1)가, 3ppm/℃ 이상인 것이 바람직하고, 6ppm/℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 유리 전이 온도 이하에 있어서의 선팽창 계수(CTE1)는, 예를 들면 50ppm/℃ 이하인 것이 바람직하고, 30ppm/℃ 이하인 것이 보다 바람직하며, 15ppm/℃ 이하인 것이 더 바람직하다. CTE1을 이와 같이 제어함으로써, 기판(예를 들면, 실리콘 칩)과 봉지막의 선팽창 계수의 차에 기인한 정전 용량형 센서의 왜곡을 보다 확실히 억제할 수 있다.
본 수지 조성물의 경화물의 유리 전이 온도 초과에 있어서의 선팽창 계수(CTE2)가, 10ppm/℃ 이상인 것이 바람직하다. 또, 유리 전이 온도 초과에 있어서의 선팽창 계수(CTE2)는, 예를 들면 100ppm/℃ 이하인 것이 바람직하고, 50ppm/℃ 이하인 것이 보다 바람직하며, 47ppm/℃ 이하인 것이 더 바람직하다. CTE2를 이와 같이 제어함으로써, 특히 고온 환경하에 있어서, 기판(예를 들면, 실리콘 칩)과 봉지막의 선팽창 계수의 차에 기인한 정전 용량형 센서의 왜곡을 보다 확실히 억제할 수 있다.
본 수지 조성물의 경화물의 상기 유리 전이 온도, 및 상기 선팽창 계수(CTE1, CTE2)는, 예를 들면 다음과 같이 측정할 수 있다.
본 수지 조성물의 경화물은, 예를 들면 압축 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 성형 압력 9.8MPa, 경화 시간 300초의 조건에서, 본 수지 조성물을 압축 성형함으로써 얻어진다. 이 경화물은, 예를 들면 길이 10mm, 폭 4mm, 두께 4mm이다.
이어서, 얻어진 경화물을 175℃, 4시간 동안 후경화시킨 후, 열기계 분석 장치(세이코 덴시 고교(주)제, TMA100)를 이용하여, 측정 온도 범위 0℃~320℃, 승온 속도 5℃/분의 조건하에서 측정을 행한다. 이 측정 결과로부터, 유리 전이 온도, 유리 전이 온도 이하에 있어서의 선팽창 계수(CTE1), 유리 전이 온도 초과에 있어서의 선팽창 계수(CTE2)를 산출한다.
본 수지 조성물의 경화물의 260℃에 있어서의 굽힘 탄성률은, 예를 들면 200MPa 이상인 것이 바람직하고, 250MPa 이상인 것이 보다 바람직하며, 300MPa 이상인 것이 더 바람직하고, 400MPa 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 또, 260℃에 있어서의 굽힘 탄성률은, 예를 들면 1500MPa 이하인 것이 바람직하다.
260℃에 있어서의 굽힘 탄성률을 이와 같이 제어함으로써, 특히 경화 공정 후부터 실온으로 냉각될 때까지의 사이에 있어서의 봉지막의 변형을 억제할 수 있어, 그 후의 정전 용량형 센서의 왜곡을 보다 확실히 억제할 수 있다.
또, 260℃에 있어서의 굽힘 탄성률을 상기 상한값 이하로 함으로써, 외부로부터의 응력이나, 열응력을 효과적으로 완화시켜, 내땜납성 등을 향상시켜, 정전 용량형 센서의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
본 수지 조성물의 경화물의 260℃에 있어서의 굽힘 탄성률은, 예를 들면 다음과 같이 측정할 수 있다.
본 수지 조성물의 경화물은, 예를 들면 압축 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 성형 압력 9.8MPa, 경화 시간 300초의 조건에서, 본 수지 조성물을 압축 성형함으로써 얻어진다. 이 경화물은, 예를 들면 길이 80mm, 폭 10mm, 두께 4mm이다.
이어서, 얻어진 경화물을 175℃, 4시간 동안 후경화시킨 후, 경화물의 260℃에 있어서의 굽힘 탄성률을 JIS K 6911에 준하여 측정한다.
본 수지 조성물의 경화물에 관한 상기 선팽창 계수(CTE1) 및 상기 선팽창 계수(CTE2)는, 그 수지 조성물에 포함되는 각 성분의 종류나 함유량, 본 수지 조성물의 입도 분포 등을 각각 적절히 조정함으로써 제어하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 있어서는, 예를 들면 충전제의 함유량을 늘리거나, 사용하는 수지 성분의 가교 밀도를 향상시키는 등의 방법을 실시함으로써, 본 수지 조성물의 경화물에 관한 상기 선팽창 계수(CTE1) 및 상기 선팽창 계수(CTE2)의 값을 제어할 수 있다.
<정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 제조 방법>
이하, 본 수지 조성물의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 수지 조성물은, 상기 성분을 혼합 혼련한 후, 분쇄, 조립(造粒), 압출 절단 및 체가름 등의 각종 수법을 단독 또는 조합함으로써, 과립으로 할 수 있다. 과립을 얻는 방법으로서는, 예를 들면 각 원료 성분을 믹서로 예비 혼합하고, 이것을 롤, 니더 또는 압출기 등의 혼련기에 의하여 가열 혼련한 후, 복수의 작은 구멍을 갖는 원통 형상 외주부와 원반 형상의 바닥면으로 구성되는 회전자의 내측에 용융 혼련된 수지 조성물을 공급하여, 그 수지 조성물을, 회전자를 회전시켜 얻어지는 원심력에 의하여 작은 구멍을 통과시켜 얻는 방법(원심 제분법); 상기와 마찬가지로 혼련한 후, 냉각, 분쇄 공정을 거쳐 분쇄물로 한 것을, 체를 이용하여 조립(粗粒)과 미분의 제거를 행하여 얻는 방법(분쇄 체가름법); 각 원료 성분을 믹서로 예비 혼합한 후, 스크루 선단부에 소경을 복수 배치한 다이를 설치한 압출기를 이용하여, 가열 혼련을 행함과 함께, 다이에 배치된 작은 구멍으로부터 스트랜드상으로 압출되어 오는 용융 수지를 다이면에 대략 평행하게 슬라이딩 회전하는 커터로 절단하여 얻는 방법(이하, "핫컷법"이라고도 함) 등을 들 수 있다. 어느 방법에 있어서도, 혼련 조건, 원심 조건, 체가름 조건 및 절단 조건 등을 선택함으로써, 원하는 입도 분포를 갖는 과립상의 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물을 얻을 수 있다.
<정전 용량형 센서>
이하, 본 실시형태에 관한 정전 용량형 센서(100)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
본 실시형태에 관한 정전 용량형 센서(100)는, 예를 들면 손가락과의 정전 용량을 감지하는 정전 용량 방식에 의하여, 지문 정보를 판독하는 지문 센서이다. 여기에서, 지문 센서는, 당해 지문 센서에 올려진 손가락의 요철을 판독한다. 예를 들면, 정전 용량형 센서(100)에는, 지문의 요철보다 미세한 검출 칩(103)이 마련되어 있다. 그리고, 지문의 요철과 검출 칩(103)의 사이에 축적되는 정전 용량에 의하여 지문의 요철을 나타낸 2차원 화상을 작성한다. 예를 들면, 지문의 볼록부와 오목부에서는 검출되는 정전 용량이 다르기 때문에, 이 정전 용량의 차로부터 지문의 요철을 나타낸 2차원 화상을 작성할 수 있다. 이 2차원 화상에 의하여 지문 정보를 판독할 수 있다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 정전 용량형 센서(100)를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
본 실시형태에 관한 정전 용량형 센서(100)는, 기판(101)과, 기판(101) 상에 마련된 검출 칩(103)과, 그 검출 칩(103)을 봉지하는 봉지막(105)을 구비하고 있다.
본 실시형태에 의하면, 검출 칩(103)을 봉지하는 봉지막(105)은, 본 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성된다. 이와 같은 경화물은 유전 특성이 우수하다. 이로 인하여, 정전 용량형 센서(100)의 감도를 향상시킬 수 있다. 여기에서, 본 실시형태에 있어서, 유전 특성이 우수하다란, 예를 들면 비유전율 및 유전 정접이 높고, 정전 용량이 큰 것을 의미한다.
정전 용량형 센서(100)의 감도를 향상시키기 위하여, 기판(101)(예를 들면, 실리콘 칩) 상의 봉지막(105)의 두께(D)는, 예를 들면 100μm 이하, 보다 바람직하게는 75μm 이하, 더 바람직하게는 50μm 이하, 특히 바람직하게는 30μm 이하이다.
본 수지 조성물에 의하면, 봉지막(105)의 두께(D)가 상기 상한값 이하인 경우에 있어서도, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 충전 불량 등의 문제를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 본 수지 조성물에 의하면, 봉지막(105)의 두께(D)가 얇고, 보다 더 감도가 우수한 정전 용량형 센서를 양호한 수율로 제조할 수 있다.
기판(101)은, 예를 들면 칩형의 실리콘 기판이다. 검출 칩(103)은, 예를 들면 Al막에 의하여 형성되고, 기판(101) 상에 층간막(107)을 통하여 1차원 또는 2차원 어레이형으로 배치되어 있다. 층간막(107)은, 예를 들면 SiO2 등에 의하여 형성된다.
검출 칩(103)의 상면은 봉지막(105)에 의하여 피복되어 있다. 검출 칩(103)은, 예를 들면 와이어 본딩이 실시되어 있다.
본 실시형태에 관한 정전 용량형 센서(100)는 공지의 정보에 근거하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 다음과 같이 제조된다.
먼저, 기판(101) 상에 층간막(107)을 마련한 후, 층간막(107) 상에 검출 칩(103)을 형성한다. 이어서, 검출 칩(103)을, 본 수지 조성물에 의하여 봉지 성형한다. 성형법으로서는, 예를 들면 압축 성형법을 들 수 있다. 이어서, 본 수지 조성물을 열경화시켜, 봉지막(105)을 형성한다. 이로써, 본 실시형태에 관한 정전 용량형 센서(100)가 얻어지게 된다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.
이하, 참고 형태의 예를 부기한다.
1. 정전 용량형 센서에 있어서의 봉지막을 형성하기 위하여 이용되는, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물로서,
에폭시 수지와,
경화제와,
충전제를 포함하고,
하기 조건 1에 의하여 얻어지는 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 수축률이 0.19% 미만인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
(조건 1: 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물을, 175℃, 2분간의 조건에서 열처리한 후, 175℃, 4시간의 조건에서 열처리함으로써 얻어지는 경화물을 상기 시험편으로 한다.)
2. 하기 조건 2에 의하여 얻어지는 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물로 이루어지는 시험편에 대하여, 150℃의 온도 조건하에서, JIS K7161에 준거한 방법으로 측정한 파단 신도가 2mm 이상인, 1.에 기재된 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
(조건 2: 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물을, 175℃, 2분간의 조건에서 열처리한 후, 175℃, 4시간의 조건에서 열처리함으로써 얻어지며, 또한 JIS K7161에 준한 덤벨 형상이 되도록 성형된 경화물을 상기 시험편으로 한다.)
3. 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 하기 조건 3에 의하여 측정되는 겔 타임이, 30초 이상 90초 이하인, 1. 또는 2.에 기재된 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
(조건 3: 큐어래스토미터를 이용하여, 금형 온도 175℃에서 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화 토크를 경시적으로 측정했을 때의 최대 토크값을 T로 했을 때, 측정을 개시한 후, 상기 경화 토크의 값이 0.1T에 도달할 때까지의 소요 시간을 상기 겔 타임으로 한다.)
4. 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화물의 1MHz에 있어서의 비유전율(εr)이 4 이상인, 1. 내지 3. 중 어느 하나에 기재된 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
5. 상기 충전제가, 실리카, 알루미나, 산화 티타늄 및 티타늄산 바륨으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 1. 내지 4. 중 어느 하나에 기재된 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
6. 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물 전체량에 대한 상기 충전제의 함유량이, 50중량% 이상 90중량% 이하인, 1. 내지 5. 중 어느 하나에 기재된 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
7. 상기 정전 용량형 센서가 정전 용량형 지문 센서인, 1. 내지 6. 중 어느 하나에 기재된 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
8. 기판과,
상기 기판 상에 마련된 검출 전극과,
상기 검출 전극을 봉지하고, 또한, 1. 내지 7. 중 어느 하나에 기재된 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성된 봉지막을 구비하는 정전 용량형 센서.
실시예
이하, 본 실시형태를, 실시예·비교예를 참조하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 실시형태는, 이들 실시예의 기재에 한정되는 것은 아니다.
(정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 제작)
먼저, 표 1에 따라 배합된 각 원재료를, 2축형 혼련 압출기를 이용하여 110℃, 7분의 조건에서 혼련했다. 이어서, 얻어진 혼련물을, 탈기, 냉각을 행한 후에 분쇄기로 분쇄하여, 과립을 얻었다. 실시예 1~9 및 비교예 1에 있어서는, 이것에 의하여 얻어진 과립을 추가로 체가름함으로써, 과립상의 수지 조성물을 얻었다. 표 1 중에 있어서의 각 성분의 상세는 하기와 같다. 또, 표 1 중의 단위는 중량%이다.
각 실시예 및 각 비교예에서 이용한 원료 성분을 하기에 나타냈다.
(에폭시 수지)
·에폭시 수지 1: 상기 식 (2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 비페닐형 에폭시 수지(미쓰비시 가가쿠사제, YX4000K, 에폭시 당량 185g/eq)
·에폭시 수지 2: 상기 식 (3)으로 나타내는 구조 단위를 포함하는 트리페닐메탄형 에폭시 수지와 비페닐형 에폭시 수지의 혼합물(JER사제, YL6677, 에폭시 당량 163g/eq)
·에폭시 수지 3: 상기 식 (1)로 나타내는 구조 단위를 포함하고, Ar1이 페닐렌기, Ar2가 비페닐렌기인 비페닐아랄킬형 에폭시 수지(닛폰 가야쿠사제, NC3000L, 에폭시 당량 270g/eq)
(경화제)
·경화제 1: 포름알데히드로 변성한 트리페닐메탄형 페놀 수지(에어·워터사제, HE910-20, 수산기 당량 101g/eq)
·경화제 2: 비페닐아랄킬형 페놀 수지(닛폰 가야쿠사제, GPH-65, 수산기 당량 198g/eq)
(경화 촉진제)
·경화 촉진제 1: 테트라페닐포스포늄/비스페놀 S 염(스미토모 베이클라이트사제)
·경화 촉진제 2: 테트라페닐포스포늄/2,3-디히드록시나프탈렌염(스미토모 베이클라이트사제)
(충전제)
·충전제 1: 구상 알루미나(신닛테츠 머티리얼즈사제, AX3-10R, 비중 4, 평균 입경 D50: 3μm)
·충전제 2: 구상 알루미나(신닛테츠 머티리얼즈사제, AX3-15R, 비중 4, 평균 입경 D50: 3.9μm)
·충전제 3: 용융 구상 실리카(아드마텍스사제, SC220G-SQ, 평균 입경 D50: 0.5μm)
(그 외의 성분)
·커플링제: 페닐아미노프로필트리메톡시실란(도레이·다우코닝사제, CF4083)
·이형제 1: 스테아릴알코올 변성 올레핀/말레산 공중합체(에어·워터사제, 하프 에스테르)
·이형제 2: 몬탄산 에스테르계 왁스(클라리언트 재팬사제, WE-4)
·이형제 3: 디에탄올아민·디몬탄산 에스테르(이토세이유사제, NC-133)
·착색제: 카본 블랙(도카이 카본사제, ERS-2001)
·이온 포착제: 히드로탈사이트(도아 고세이사제, IXE-700F)
·저응력제: 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(PTI 재팬사제, CTBN1008SP)
얻어진 수지 조성물을 이용하여 이하의 평가 및 측정을 실시했다.
·수축률: 먼저, 트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 성형 압력 9.8MPa, 경화 시간 2분의 조건하에서 얻어진 수지 조성물을 금형 캐비티 내에 주입 성형하여 원반 형상의 시험편(직경 90mm×두께 12mm)을 제작했다. 이어서, 시험편을 175℃, 4시간의 조건에서 열처리한 후, 25℃까지 냉각했다. 여기에서, 175℃에 있어서의 금형 캐비티의 내경 치수와, 25℃에 있어서의 시험편의 외형 치수로부터 이하와 같이 하여 수축률 S(%)를 산출했다.
S={(175℃에 있어서의 금형 캐비티의 내경 치수)-(25℃에 있어서의 시험편의 외경 치수)}/(175℃에 있어서의 금형 캐비티의 내경 치수)×100
·비유전율 및 유전 정접: 압축 성형기(도와(TOWA)(주)제, PMC1040)를 이용하여, 금형에, 금형 온도 175℃, 성형 압력 9.8MPa, 경화 시간 300초의 조건에서, 얻어진 수지 조성물을 압축 성형함으로써 그 수지 조성물의 경화물을 얻었다. 이 경화물은, 직경 50mm, 두께 3mm였다.
이어서, 얻어진 경화물에 대하여, 요코가와-휴렛팩커드사제 Q-미터 4342A에 의하여, 1MHz, 실온(25℃)에 있어서의 비유전율 및 유전 정접을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
·경화물의 유리 전이 온도(Tg)와 선팽창 계수(CTE1, CTE2): 압축 성형기(도와(주)제, PMC1040)를 이용하여, 금형에, 금형 온도 175℃, 성형 압력 9.8MPa, 경화 시간 300초의 조건에서, 얻어진 수지 조성물을 압축 성형함으로써 그 수지 조성물의 경화물을 얻었다. 이 경화물은, 길이 10mm, 폭 4mm, 두께 4mm였다.
이어서, 얻어진 경화물을 175℃, 4시간 동안 후경화시킨 후, 열기계 분석 장치(세이코 덴시 고교(주)제, TMA100)를 이용하여, 측정 온도 범위 0℃~320℃, 승온 속도 5℃/분의 조건하에서 측정을 행했다. 이 측정 결과로부터, 유리 전이 온도(Tg), 유리 전이 온도 이하에 있어서의 선팽창 계수(CTE1), 유리 전이 온도 초과에 있어서의 선팽창 계수(CTE2)를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
·경화물의 260℃에 있어서의 굽힘 탄성률: 먼저, 압축 성형기(도와(주)제, PMC1040)를 이용하여, 금형 온도 175℃, 성형 압력 9.8MPa, 경화 시간 300초의 조건에서, 얻어진 수지 조성물을 압축 성형함으로써, 길이 80mm, 폭 10mm, 두께 4mm의 경화물을 얻었다. 이어서, 얻어진 경화물을 175℃, 4시간 동안 후경화시켰다. 이어서, 경화물의 260℃에 있어서의 굽힘 탄성률을 JIS K 6911에 준하여 측정했다. 굽힘 탄성률의 단위는 MPa이다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
·파단 신도: 먼저, 얻어진 수지 조성물을, 175℃, 2분간의 조건에서 열처리한 후, 175℃, 4시간 동안 열처리함으로써, JIS K7161에 준한 덤벨 형상이 되도록 성형된 경화물을 시험편으로서 얻었다. 다음으로, 이러한 시험편에 대하여, 150℃의 온도 조건하에서, JIS K7161에 준거한 방법으로 인장 시험을 실시하여, 수직 응력(stress)과 수직 변형(strain)의 관계를, 그래프화한 곡선(응력-변형 곡선)을 작성했다. 그리고, 얻어진 곡선으로부터, 시험편의 파단 신도의 값을 구했다. 또한, 단위는 mm이다.
·겔 타임: 큐어래스토미터(오리엔테크(주)제, JSR 큐어래스토미터 IVPS형)를 이용하여, 금형 온도 175℃에서 수지 조성물의 경화 토크를 경시적으로 측정했다. 얻어진 측정 결과로부터, 그 측정 결과에 있어서의 최대 토크값을 T로 했을 때, 측정을 개시한 후, 경화 토크의 값이 0.1T에 도달할 때까지의 소요 시간을 겔 타임으로서 산출했다. 또한, 단위는 초이다.
·정전 용량형 센서의 외관 1(다이 마크): 얻어진 과립상의 수지 조성물을 이용하여 도 1에 나타내는 정전 용량형 센서를 제작했다. 구체적으로는, 그 수지 조성물을 이용한 봉지막(105)의 성형은, 압축 성형기(도와(주)제, PMC1040)를 이용하여, 금형 온도 175℃, 성형 압력 9.8MPa, 경화 시간 300초의 조건에서 실시했다. 이와 같이 하여 성형한 봉지막(105)을 구비하는 정전 용량형 지문 센서의 외관을, 이하의 기준에 따라 육안으로 평가했다.
○: 봉지막(105)의 표면에 검출 칩(103)에서 유래하는 단차가 발생하지 않은 것이 확인되었다.
△: 봉지막(105)의 표면에, 매우 적지만 검출 칩(103)에서 유래하는 단차가 발생했지만, 실용상, 정전 용량형 지문 센서의 외관에 영향을 주는 것은 아닌 것이 확인되었다.
×: 봉지막(105)의 표면에 검출 칩(103)에서 유래하는 단차가 발생하였고, 그 단차가, 실용상, 정전 용량형 지문 센서의 외관에 영향을 주는 레벨인 것이 확인되었다.
·정전 용량형 센서의 외관 2(크랙): 상기 "정전 용량형 센서의 외관 1(다이 마크)"의 평가에 사용하기 위하여 제작한 정전 용량형 센서를, -50℃에서 150℃까지의 온도 영역을 10℃/분의 조건에서 변온 정치 보관하는 처리를 1사이클로 했을 때, 그 처리를 1000사이클 실시했다. 그리고, 본 평가에 있어서는, 정전 용량형 지문 센서 중에 있어서의 봉지막에 크랙이 발생했는지 여부를 이하의 기준으로 평가했다.
○: 1000사이클의 처리를 실시한 후에 있어서도, 봉지막(105)에 크랙은 발생하지 않은 것이 확인되었다.
△: 500사이클 이상 1000사이클 미만의 처리에서, 봉지막(105)에 크랙이 발생한 것을 확인했다.
×: 500사이클 미만의 처리에서, 봉지막(105)에 크랙이 발생한 것을 확인했다.
·정전 용량형 센서의 외관 3(플로 마크): 상기 "정전 용량형 센서의 외관 1(다이 마크)"의 평가에 사용하기 위하여 제작한 정전 용량형 센서에 있어서의 봉지막(105)의 표면을 육안으로 관찰하여, 그 봉지막(105)의 표면 오염의 점에 있어서 이하의 기준으로 평가했다.
○: 봉지막(105)의 표면에는, 얻어진 과립상의 수지 조성물 중에 배합되어 있는 이형 성분이나 오일 성분에 기인한 표면 오염이 발생하지 않은 것이 확인되었다.
△: 봉지막(105)의 표면에, 매우 적지만, 얻어진 과립상의 수지 조성물 중에 배합되어 있는 이형 성분이나 오일 성분에 기인한 표면 오염이 발생했지만, 실용상, 정전 용량형 센서의 외관에 영향을 주는 것은 아닌 것이 확인되었다.
×: 봉지막(105)의 표면에, 얻어진 과립상의 수지 조성물 중에 배합되어 있는 이형 성분이나 오일 성분에 기인한 표면 오염이 발생하였고, 그 표면 오염이, 실용상, 정전 용량형 센서의 외관에 영향을 주는 레벨인 것이 확인되었다.
[표 1]
Figure 112017091390172-pat00004
각 실시예의 수지 조성물을 이용하여 제작한 봉지막(105)을 구비하는 정전 용량형 지문 센서는, 모두, 실용상 외관 불량이 없는 것이 확인되었다.
이 출원은, 2016년 9월 27일에 일본에서 특허 출원된 특원 2016-188338호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전부를 여기에 원용한다.

Claims (22)

  1. 정전 용량형 센서에 있어서의 봉지막을 형성하기 위하여 이용되는, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물로서,
    에폭시 수지와,
    경화제와,
    충전제를 포함하고,
    상기 충전제가 알루미나를 포함하며,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물 중의 상기 알루미나의 함유량이 70중량% 이상 90중량% 이하이고,
    상기 알루미나의 평균 입경 D50이 3.5μm 이하이며,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화물의 유리 전이 온도가 159℃ 이상 250℃ 이하이며,
    하기 조건 1에 의하여 얻어지는 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물로 이루어지는 시험편의 수축률이 0.19% 미만인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
    (조건 1: 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물을, 175℃, 2분간의 조건에서 열처리한 후, 175℃, 4시간의 조건에서 열처리함으로써 얻어지는 경화물을 상기 시험편으로 한다.)
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 하기 조건 3에 의하여 측정되는 겔 타임이, 30초 이상 90초 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
    (조건 3: 큐어래스토미터를 이용하여, 금형 온도 175℃에서 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화 토크를 경시적으로 측정했을 때의 최대 토크값을 T로 했을 때, 측정을 개시한 후, 상기 경화 토크의 값이 0.1T에 도달할 때까지의 소요 시간을 상기 겔 타임으로 한다.)
  4. 청구항 1에 있어서,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화물의 1MHz에 있어서의 비유전율(εr)이 4 이상인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화물의 1MHz에 있어서의 유전 정접(tanδ)이 0.005 이상인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화물의 유리 전이 온도 이하에 있어서의 선팽창 계수(CTE1)가, 3ppm/℃ 이상 50ppm/℃ 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화물의 유리 전이 온도 초과에 있어서의 선팽창 계수(CTE2)가, 10ppm/℃ 이상 100ppm/℃ 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화물의 260℃에 있어서의 굽힘 탄성률은 200MPa 이상 1500MPa 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 에폭시 수지의 에폭시 당량이, 70g/eq 이상 400g/eq 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 에폭시 수지가, 하기 식 (1)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 에폭시 수지, 하기 식 (2)로 나타내는 구조 단위를 포함하는 에폭시 수지, 및, 하기 식 (3)으로 나타내는 구조 단위를 포함하는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하는, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112017091390172-pat00005

    (식 (1) 중, Ar1은 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Ar1이 나프틸렌기인 경우, 글리시딜에테르기는 α위, β위 중 어느 하나에 결합하고 있어도 된다. Ar2는 페닐렌기, 비페닐렌기 또는 나프틸렌기 중 어느 하나의 기를 나타낸다. Ra 및 Rb는, 각각 독립적으로 탄소수 1~10의 탄화 수소기를 나타낸다. g는 0~5의 정수이며, h는 0~8의 정수이다. n3은 중합도를 나타내고, 그 평균값은 1~3이다.)
    [화학식 2]
    Figure 112017091390172-pat00006

    (식 (2) 중, 복수 존재하는 Rc는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1~4의 탄화 수소기를 나타낸다. n5는 중합도를 나타내고, 그 평균값은 0~4이다.)
    [화학식 3]
    Figure 112017091390172-pat00007

    (식 (3) 중, 복수 존재하는 Rd 및 Re는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1~4의 탄화 수소기를 나타낸다. n6은 중합도를 나타내고, 그 평균값은 0~4이다.)
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 경화제가 페놀 수지이며,
    상기 페놀 수지의 수산기 당량이 70g/eq 이상 400g/eq 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 에폭시 수지의 에폭시기 수를 EP로 하고, 상기 페놀 수지의 수산기 수를 OH로 했을 때, (EP)/(OH)에 의하여 정해지는 당량비가, 0.7 이상 1.50 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전제가, 실리카, 산화 티타늄 및 티타늄산 바륨으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  15. 청구항 1에 있어서,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 고형분 전체량에 대한 상기 충전제의 함유량이, 50중량% 이상 90중량% 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미나의 평균 입경 D50은, 0.2μm 이상 3.5μm 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전제는, 상기 알루미나와 평균 입경 D50이 다른 1종 이상을 더 포함하는, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  18. 청구항 1에 있어서,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물은 경화 촉진제를 더 포함하는, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  19. 청구항 18에 있어서,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 상기 경화 촉진제의 함유량은, 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 고형분 전체량을 100중량%로 했을 때, 0.1중량% 이상 5.5중량% 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  20. 청구항 18에 있어서,
    당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물 중에 있어서의, 상기 에폭시 수지와, 상기 경화제와, 상기 경화 촉진제의 합계인 수지 성분의 합계 함유량(RC)은, 당해 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물 중의 충전제의 함유량을 100중량%로 했을 때, 1중량% 이상 15.0중량% 이하인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 정전 용량형 센서가 정전 용량형 지문 센서인, 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물.
  22. 기판과,
    상기 기판 상에 마련된 검출 전극과,
    상기 검출 전극을 봉지하고, 또한, 청구항 1에 기재된 정전 용량형 센서 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성된 봉지막을 구비하는 정전 용량형 센서.
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