KR20090087903A - 경화성 에폭시 수지 조성물, 이의 경화물, 및 이의 용도 - Google Patents

경화성 에폭시 수지 조성물, 이의 경화물, 및 이의 용도 Download PDF

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KR20090087903A
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히로시 우에키
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다우 코닝 도레이 캄파니 리미티드
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Abstract

경화성 에폭시 수지 조성물로서, 적어도
(I) 에폭시 수지;
(II) 에폭시 수지용 경화제;
(III) 분자쇄 양 말단에 평균단위식 (XR1 2SiO1 /2)a(SiO4 /2)b의 실록산 잔기 라디칼(여기서, R1은 불포화 지방족 결합이 없는 1가 탄화수소 그룹을 나타내고, X는 단일 결합, 수소 원자, R1로 표시되는 그룹, 에폭시-함유 1가 유기 그룹 또는 알콕시실릴알킬 그룹이며; 단, 한 분자에서 "X"로 표시되는 하나 이상의 그룹은 단일 결합이고, "X"로 표시되는 두 개 이상의 그룹은 에폭시-함유 알킬 그룹이고; a는 양수이고; b는 양수이며; a/b는 0.2 내지 4 범위의 수이다)을 갖는 디오가노실록산 및
(IV) 무기 충전제
를 포함하는 경화성 에폭시 수지 조성물은 낮은 탄성률(낮은 응력)을 가짐에도 불구하고, 높은 강도의 경화물을 제조할 수 있다.
에폭시 수지, 디오가노실록산. 무기 충전제, 경화물, 강도.

Description

경화성 에폭시 수지 조성물, 이의 경화물, 및 이의 용도 {Curable epoxy resin composition, cured body thereof, and use thereof}
본 발명은 경화성 에폭시 수지 조성물, 및 상기 조성물의 경화물 및 상기 조성물의 용도에 관한 것이다.
경화성 에폭시 수지 조성물은 전기 또는 전자 장치의 봉지제 및 결합제로서 사용되는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 통상적인 경화성 에폭시 수지 조성물을 경화시켜 수득한 경화물은 높은 탄성률을 특징으로 하고, 이에 따라 높은 강성을 특징으로 하기 때문에, 이러한 경화물을 전기 또는 전자 장치와 함께 사용하는 것은 열팽창 및 경화수축의 조건하에 일어나는 높은 응력의 발생과 같은 문제점과 관련이 된다. 상기 언급한 조성물의 경화물에서 탄성률을 감소시키기 위하여, 경화성 에폭시 수지 조성물과 에폭시 그룹을 함유하는 디오가노폴리실록산을 배합하는 것이 제안되었다. 미심사된 일본국 특허출원 공보(이후에는, "공개공보"로 언급함) 제H06-56999호에 개시된 이러한 디오가노폴리실록산은 분자쇄 말단에 에폭시 그룹을 갖는 실록산 잔기 라디칼을 갖는 디오가노폴리실록산이다. 제H06-56999호 에 기술된 이러한 디오가노폴리실록산은 상기 언급한 경화성 에폭시 수지 조성물의 조성의 특정 예를 제공하지 못한다. 그러나, 권장된 디오가노폴리실록산을 경화성 에폭시 수지 조성물에 첨가하는 경우에, 이러한 첨가에 의해 제공되는 경화물에서의 탄성률의 감소는 강도의 감소를 수반할 수 있다.
한편, 일본 공개공보 제2006-257115호에서는 경화성 에폭시 수지 조성물을 분자쇄 양 말단에 에폭시 그룹을 갖는 실리콘 잔기 라디칼을 갖는 디오가노폴리실록산 및 에폭시 수지용 경화제로 구성된 경화성 실리콘 조성물로 대체하는 것이 제안되었다. 이러한 경화성 실리콘 조성물이 우수한 탄성률 및 접착성을 갖는 경화물을 제공하기는 하지만, 이러한 조성물의 사용은 여전히 제한적인데, 그 이유는 경화물이 충분하게 강하지 않기 때문이다.
본 발명의 목적은, 우수한 성형성을 특징으로 하고, 경화시, 낮은 탄성률(낮은 응력)을 가짐에도 불구하고, 강도가 높은 경화물을 형성하는 경화성 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다. 다른 목적은 반도체 장치용 봉지제로서 사용하기에 적합한 경화성 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 낮은 탄성률(낮은 응력)과 높은 강도가 조합된 경화물을 제공하는 것이다.
발명에 대한 개시
상기 문제점들은, 경화성 에폭시 수지 조성물로서, 적어도
(I) 에폭시 수지;
(II) 에폭시 수지용 경화제;
(III) 상기 성분 (I)과 상기 성분 (II)의 합 100 중량부당 0.1 내지 100 중량부의 양으로 사용되며, 하기 화학식 1로 표시되는 디오가노실록산 및
(IV) 무기 충전제(20 중량% 이상의 양으로 당해 조성물에 함유됨)
를 포함하는 경화성 에폭시 수지 조성물을 제공하는 본 발명에 의해 해결된다.
A-R2-(R1 2SiO)nR1 2Si-R2-A
상기 화학식 1에서,
R1은 동일하거나 상이한, 불포화 지방족 결합이 없는 치환되지 않거나 치환된 1가 탄화수소 그룹을 나타내며,
R2는 2가 유기 그룹이고,
A는 평균단위식 (XR1 2SiO1 /2)a(SiO4 /2)b의 실록산 잔기 라디칼(여기서, R1은 상기 정의한 바와 같고, X는 단일 결합, 수소 원자, R1로 표시되는 그룹, 에폭시-함유 1가 유기 그룹 또는 알콕시실릴알킬 그룹이며; 단, 한 분자에서 "X"로 표시되는 하나 이상의 그룹은 단일 결합이고, "X"로 표시되는 두 개 이상의 그룹은 에폭시-함유 알킬 그룹이고; a는 양수이고; b는 양수이며; a/b는 0.2 내지 4 범위의 수이다)이며,
n은 1 이상의 정수이다.
본 발명의 경화성 에폭시 수지 조성물은 반도체 장치용 봉지제 또는 접착제로서 사용됨을 특징으로 한다.
본 발명의 경화물은 본 발명의 조성물을 경화시킴으로써 수득된다.
발명의 효과
본 발명의 경화성 에폭시 수지 조성물은 우수한 성형성을 갖고, 경화시, 낮은 탄성률(낮은 응력)을 가짐에도 불구하고, 높은 강도를 갖는 경화물을 형성할 수 있다는 점에서 효율적이다. 더욱이, 본 발명의 조성물의 경화물은 낮은 탄성률(낮은 응력) 및 높은 강도를 특징으로 한다.
발명에 대한 상세한 설명
성분 (I)을 구성하는 에폭시 수지는 본 발명의 조성물의 주성분이다. 성분 (I)이 글리시딜 그룹 또는 지환족 에폭시 그룹과 같은 에폭시 그룹을 함유하는 한, 성분 (I)에 대하여 특별한 제한은 없다. 성분 (I)로서, 노볼락-형 에폭시 수지, 크레졸-노볼락형 에폭시 수지, 트리페놀-알칸형 에폭시 수지, 아르알킬-형 에폭시 수지, 비페닐 골격을 갖는 아르알킬-형 에폭시 수지, 비페닐-형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔-형 에폭시 수지, 헤테로사이클릭-형 에폭시 수지, 나프탈렌-환 함유 에폭시 수지, 비스페놀-A형 에폭시 수지, 비스페놀-F형 에폭시 수지, 스틸벤-형 에폭시 수지, 트리메틸올프로판-형 에폭시 수지, 터펜-변성된 에폭시 수지, 올레핀 결합을 퍼옥시 산, 예를 들면, 퍼아세트산으로 산화시켜 수득한 선형 지방족 에폭시 수지, 지환족 에폭시 수지 또는 황-함유 에폭시 수지를 예로 들 수 있다. 성분 (I)은 하나 이상의 상기 언급한 에폭시 수지로 구성될 수 있다. 성분 (I)로서 사용하기에 가장 바람직한 것은 비페닐 골격을 갖는 아르알킬-형 에폭시 수지, 비페닐-형 에폭시 수지 또는 비페닐 그룹을 함유하는 유사한 에폭시 수지이다.
성분 (I)은 일반적으로 시판중이다. 예를 들면, 비페닐-형 에폭시 수지는 상표명 YX-4000으로 재팬 에폭시 레진 캄파니, 리미티드(Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)에서 생산하여 시판중이고; 비스페놀-F형 에폭시 수지는 상표명 VSLV-80XY로 니폰 스틸 케미칼 캄파니, 리미티드(Nippon Steel Chemical Co., Ltd.)에서 생산하여 시판중이며; 비페닐 골격을 갖는 아르알킬-형 에폭시 수지는 상표명 NC-3000 및 CER-3000L(페닐-형 에폭시 수지와의 혼합물)로 니폰 카야쿠 캄파니, 리미티드(Nippon Kayaku Co., Ltd.)에서 생산되고; 나프톨-아르알킬형 에폭시 수지는 상표명 ESN-175로 니폰 스틸 케미칼 캄파니, 리미티드에서 생산되고 있다.
본 발명의 조성물이 반도체 장치용 봉지제 또는 접착제로서 사용되는 경우에, 성분 (I)은 가수분해성 염소를 1000 ppm 이하, 바람직하게는 500 ppm 이하의 양으로 함유하도록 권장된다. 성분 (I)에서 나트륨 및 칼륨의 함량은 각각 10 ppm을 초과해서는 안된다. 가수분해성 염소의 함량이 권장된 상한선을 초과하는 경우에, 또는 나트륨 및 칼륨의 함량이 각각 권장된 상한선을 초과하는 경우, 이는, 반도체 장치가 고온 고습 조건에서 작동되는 경우에, 본 발명의 조성물을 사용하여 봉지되거나 접착된 부분을 갖는 반도체 장치의 내습성에 손상을 줄 것이다.
성분 (II)는, 성분 (I)의 에폭시 그룹과 반응하여 본 발명의 조성물을 경화시키는데 사용되는 에폭시 수지용 경화제이다. 성분 (II)가 페놀성 하이드록실 그룹을 함유하는 화합물, 예를 들면, 페놀-노볼락 수지, 나프탈렌-환을 함유하는 페놀 수지, 아르알킬-형 페놀 수지, 트리페놀알칸-형 페놀 수지, 비페닐 함유 페놀 수지, 지환족 페놀 수지, 헤테로사이클릭 페놀 수지, 비스페놀-A 또는 비스페놀-F일 것이 권장된다. 성분 (II)는 페놀성 하이드록실 그룹을 갖는 상기 화합물들 중의 두 개 이상의 화합물로 구성될 수 있다. 비페닐-함유 아르알킬-형 페놀 수지 또는 유사한 비페닐-함유 페놀 수지 형태의 성분 (II)를 사용하는 것이 바람직하다.
성분 (II)는 용이하게 구입할 수 있다. 예를 들면, 아르알킬-형 페놀 수지는 상표명 Milex XLC-3L로 미쓰이 케미칼 캄파니, 리미티드(Mitsui Chemical Co., Ltd.)에서, 그리고 상표명 MEH-781로 메이와 플라스틱 인더스트리즈 캄파니, 리미티드(Meiwa Plastic Industries Co., Ltd.)에서 생산 시판중이고; 나프탈렌-환-함유 페놀 수지는 상표명 SN-475 및 SN-170으로 니폰 스틸 케미칼 캄파니, 리미티드에서 생산중이며; 페놀-노볼락 수지는 상표명 MEH-7500으로 메이와 플라스틱 인더스트리즈 캄파니, 리미티드에서 생산중이고; 비페닐-함유 페놀 수지는 상표명 MEH 7851M으로 메이와 플라스틱 인더스트리즈 캄파니, 리미티드에서 생산중이다.
성분 (II)의 양이 성분 (I)을 경화시키기에 충분한 한, 성분 (II)가 사용될 수 있는 양에 대해 특별한 제한은 없다. 그러나, 성분 (II)의 에폭시-반응성 작용 그룹은 성분 (I)의 에폭시 그룹 1 mole당 0.5 내지 2.5 mole의 범위로 존재하도록 권장된다. 예를 들면, 성분 (II)가 페놀성 하이드록실 그룹을 함유하는 화합물인 경우, 성분 (II)의 페놀성 하이드록실 그룹의 함량은 성분 (I)의 에폭시 그룹 1 mole당 0.5 내지 2.5 mole의 범위로 존재해야 한다. 성분 (II)가 권장된 하한선 미만인 양으로 함유된다면, 조성물의 완전한 경화를 제공하기 어려우며, 한편 성분 (II)의 함량이 권장된 상한선을 초과한다면, 이는 경화물의 강도를 감소시킬 것이다.
성분 (III)은 본 발명의 조성물의 성형성을 개선하고, 본 발명의 조성물의 경화물에서의 탄성률을 감소시키기 위하여 본 발명의 조성물에 사용된다. 성분 (III)은 하기 화학식 1의 디오가노실록산이다:
화학식 1
A-R2-(R1 2SiO)nR1 2Si-R2-A
상기 화학식 1에서, R1로 표시되는 그룹은 동일하거나 상이한, 불포화 지방족 결합이 없는 치환되거나 치환되지 않은 1가 탄화수소 그룹을 구성한다. 이러한 그룹의 특정 예로는 다음이 있다: 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 옥틸, 데실, 옥타데실 또는 유사한 알킬 그룹; 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헵틸 또는 유사한 사이클로알킬 그룹; 페닐, 톨릴, 크실릴 또는 유사한 아릴 그룹; 벤질, 펜에틸, 페닐프로필 또는 유사한 아르알킬 그룹; 및 3-클로로프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필 또는 유사한 할로겐화 알킬 그룹. 알킬 그룹, 특히 메틸 그룹 이 가장 바람직하다. 상기 화학식에서, R2는 2가 유기 그룹을 나타낸다. 이들 그룹은 특히 에틸렌, 메틸에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌 또는 유사한 알킬렌 그룹; 에틸렌옥시에틸렌, 에틸렌옥시프로필렌, 에틸렌옥시부틸렌, 프로필렌옥시프로필렌 또는 유사한 알킬렌옥시알킬렌 그룹을 예로 들 수 있다. 알킬렌 그룹, 특히 에틸렌 그룹이 바람직하다. 상기 화학식에서, "n"은 1 이상의 정수이며 분자의 주쇄에 함유된 디오가노실록산의 중합도를 나타낸다. 본 발명의 조성물의 경화물의 개선된 가요성 측면에서, "n"은 10 이상이어야 한다. "n"의 상한값에 대한 특별한 제한은 없지만, "n"의 값이 500을 초과하지 않을 것이 권장된다.
상기 화학식에서, "A"는 하기 평균단위식으로 표시되는 실록산 잔기 라디칼이다:
(XR1 2SiO1 /2)a(SiO4 /2)b.
상기 평균단위식에서, R1은 동일하거나 상이한, 불포화 지방족 결합이 없는 치환되거나 치환되지 않은 1가 탄화수소 그룹을 나타낸다. 이들 그룹으로서, 이들에 대해 위에서 언급한 것과 동일한 그룹을 예로 들 수 있으며, 알킬 그룹, 특히 메틸 그룹이 가장 바람직하다. "X"는 단일 결합, 수소 원자, R1로 표시되는 그룹, 에폭시-함유 1가 유기 그룹 또는 알콕시실릴알킬 그룹을 나타낸다. 그러나, 한 분자에서 "X"로 표시되는 하나 이상의 그룹은 단일 결합이고, 이는 상기 언급한 디오가노폴리실록산에서 R2에 대한 결합을 위해 사용된다. 더우기, "X"로 표시되는 두 개 이상의 그룹은 에폭시-함유 알킬 그룹이다.
R1로 표시되는 그룹은 R1에 대해 상기 언급한 것과 동일한 그룹을 예로 들 수 있다. "X"로 표시되는 하나 이상의 그룹은 탄소수가 6이상인 1가 탄화수소 그룹이어야 한다. 본 발명의 조성물의 유동성을 개선하기 위하여, 성분 (III)은 성분 (I) 및 성분 (II)와 혼화성이어야 한다. 1가 탄화수소 그룹은 헥실, 옥틸, 데실, 옥타데실 또는 유사한 알킬 그룹; 사이클로헥실, 사이클로헵틸 또는 유사한 사이클로알킬 그룹; 및 페닐, 톨릴, 크실릴 또는 유사한 아릴 그룹; 벤질, 펜에틸, 페닐프로필 또는 유사한 아르알킬 그룹으로 나타낼 수 있으며, 알킬 그룹이 바람직하다.
에폭시-함유 알킬 그룹으로는, 2-글리시독시에틸, 3-글리시독시프로필, 4-글리시독시부틸 또는 유사한 글리시독시알킬 그룹; 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸, 3-(3,4-에폭시클로로헥실)프로필 또는 유사한 3,4-에폭시사이클로헥실알킬 그룹 및 4-옥시라닐부틸, 8-옥시라닐옥틸 또는 유사한 옥시라닐알킬 그룹을 예로 들 수 있다. 이들 그룹중 글리시독시알킬, 특히 3-글리시독시프로필 그룹이 가장 바람직하다.
알콕시실릴알킬 그룹으로는, 트리메톡시실릴에틸, 트리메톡시실릴프로필, 디메톡시메틸실릴프로필, 메톡시디메틸실릴프로필, 트리에톡시실릴에틸 또는 트리프로폭시실릴프로필 그룹을 예로 들 수 있다. 그러나, 한 분자에서 "X"로 표시되는 하나 이상의 그룹은 알콕시실릴알킬, 바람직하게는 트리메톡시실릴에틸 그룹이어야 한다.
상기 평균단위식에서, "a"는 양수이고, "b"는 양수이며, "a/b"는 0.2 내지 4 범위의 수이다.
성분 (III)의 중량-평균 분자량에 대한 특별한 제한은 없지만, 이 값이 500 내지 1,000,000의 범위가 되도록 권장될 수 있다. 또한, 25℃에서 성분 (III)의 형태에 대한 특별한 제한은 없지만, 액체 형태가 바람직하다. 성분 (III)은 25℃에서 50 내지 1,000,000 mPa·s의 범위의 점도를 갖도록 권장된다. 성분 (III)의 제조방법이, 예를 들면, 일본 공개공보 제H06-56999호에 기술되어 있다.
본 발명의 조성물에서, 성분 (III)은 성분 (I)과 성분 (II)의 합 100 중량부당 0.1 내지 100 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 50 중량부 및 가장 바람직하게는 0.1 내지 20 중량부의 양으로 사용된다. 성분 (III)이 권장된 하한선 미만인 양으로 사용된다면, 이는 경화물의 탄성률을 증가시킬 것이다. 한편, 성분 (III)의 양이 권장된 상한선을 초과한다면, 이는 경화물의 강도를 감소시킬 것이다.
성분 (IV)는 조성물의 경화물을 강화하기 위하여 첨가되는 무기 충전제이다. 무기 충전제를 경화성 에폭시 수지 조성물에 가하는 경우에, 이는 통상 상기 조성물로부터의 경화물의 강도를 개선하지만, 동시에, 상기 조성물의 유동성은 주목할 만하게 손상되며, 상기 조성물의 성형성은 악화된다. 더욱이, 경화물의 탄성률은 상당히 증가된다. 이와는 대조적으로, 상기 언급한 성분 (III)과 성분 (IV)의 병용으로 조성물의 유동성 및 성형성이 손실되는 것을 방지하며, 탄성률의 감소(낮은 응력)에도 불구하고, 고강도의 경화물을 수득할 수 있도록 한다.
성분 (IV)를 구성하는 충전제에 대한 특별한 제한은 없으며, 통상적인 경화성 에폭시 수지 조성물과 통상 혼합되는 무기 충전제가 본 발명의 목적을 위하여 사용될 수 있다. 이러한 충전제로는, 유리 섬유, 석면, 알루미나 섬유, 알루미나와 실리카로 구성된 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 지르코니아 섬유, 탄화규소 섬유, 금속 섬유 또는 유사한 섬유상 충전제; 무정형 실리카, 결정성 실리카, 침강 실리카, 퓸드 실리카, 베이킹 실리카(baked silica), 산화아연, 베이킹 점토, 카본 블랙, 유리 비이드, 활석, 탄산칼슘, 점토, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 황산바륨, 이산화티탄, 질화알루미늄, 질화붕소, 탄화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화티탄, 산화베릴륨, 카올린, 운모, 지르코니아 또는 유사한 분말 충전제를 예로 들 수 있다. 성분 (IV)는 둘 이상의 이러한 충전제로 구성될 수 있다. 성분 (IV)의 충전제 입자 형태에 대한 특별한 제한은 없다. 분말 입자는 구형, 침상, 평판형, 파쇄형(즉, 불규칙한 형태) 등일 수 있다. 성형성 면에서, 구형이 바람직하다. 성분 (IV)가 구형 무정형 실리카를 포함하는 것이 또한 바람직하다. 성분 (IV)의 입자의 평균 입자직경에 대한 특별한 제한은 없지만, 개선된 성형성 면에서, 입자의 평균 입자직경은 0.1 내지 50 ㎛의 범위여야 한다. 평균 입자직경이 상이한 2종 이상의 무기 충전제가 배합되어 사용될 수 있다.
성분 (I)에 대한 친화성을 개선하기 위하여, 성분 (IV)를 실란 커플링제, 티타네이트 커플링제 또는 다른 유사한 커플링제로 표면 처리할 수 있다. 이러한 실란 커플링제는 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 메틸디에톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실) 에틸트리메톡시실란 또는 유사한 에폭시-함 유 알콕시실란; N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란, 3-아미노프로필 트리에톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필 트리메톡시실란 또는 유사한 아민-함유 알콕시실란; 3-머캅토프로필 트리메톡시실란 또는 유사한 머캅토-함유 알콕시실란; 및 3-이소시아네이트프로필 트리에톡시실란 또는 3-우레이도프로필 트리메톡시실란으로 나타낼 수 있다. 또한, 이러한 티타네이트 커플링제는 티탄 트리스(이소스테아레이트) i-프로폭사이드로 나타낼 수 있다. 이들 커플링제는 둘 이상의 배합물로 사용될 수 있다. 상기 언급한 커플링제가 사용될 수 있는 양에 대한 특별한 제한은 없다. 또한, 표면 처리 방법에 대한 특별한 제한은 없다.
화합물 (IV)는 조성물의 20 중량% 이상, 바람직하게는 30 중량% 이상, 보다 바람직하게는 50 중량% 이상, 가장 바람직하게는 80 중량% 이상의 양으로 사용되어야 한다. 성분 (IV)가 권장된 하한선 미만인 양으로 사용된다면, 조성물의 경화물에 충분한 강도를 부여하기 어렵다.
본 발명의 조성물에서, 성분 (IV)는 성분 (I) 또는 성분 (II)에 분산시킬 수 있다. 성분 (I) 또는 (II)에 대한 성분 (IV)의 친화성을 개선하기 위하여, 커플링제, 예를 들면, 실란 커플링제 또는 티타네이트 커플링제를 혼합물에 가할 수 있다. 이들 커플링제는 상기 언급한 것과 동일한 화합물로 예시될 수 있다.
본 발명의 조성물은 경화 촉진제(V)를 추가로 함유할 수 있다. 이러한 성분 (V)는 트리페닐포스핀, 트리부틸포스핀, 트리(p-메틸페닐)포스핀, 트리(노닐페닐)포스핀, 트리페닐포스핀-트리페닐보레이트, 테트라페닐포스핀-테트라페닐보레이트 또는 유사한 인 화합물; 트리에틸아민, 벤질디메틸아민, α-메틸벤질디메틸아민, 1,8-디아조비사이클로[5.4.0]운데센-7 또는 유사한 3급 아민 화합물; 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸 또는 유사한 이미다졸 화합물로 나타낼 수 있다.
성분 (V)가 조성물에 첨가될 수 있는 양에 대한 특별한 제한은 없지만, 일반적으로 이 성분이 성분 (I) 100 중량부당 0.001 내지 20 중량부의 범위로 함유되도록 권장될 수 있다. 성분 (V)의 함량이 권장된 하한선 미만인 경우에, 성분 (I)과 (II) 사이의 반응을 촉진시키기 어렵다. 한편, 성분 (V)의 함량이 권장된 상한선을 초과한다면, 이는 경화물의 강도에 손상을 줄 것이다.
경우에 따라, 본 발명의 조성물을 응력-감소제, 예를 들면, 열가소성 수지, 열가소성 탄성 중합체, 유기 합성 고무, 실리콘 등; 왁스, 예를 들면, 카나우바 왁스, 고급 지방산, 합성 왁스 등; 착색제, 예를 들면, 카본 블랙; 할로겐-트랩제(halogen-trap agent) 등과 추가로 배합할 수 있다.
본 발명의 조성물의 제조방법에 대한 제한은 없으며, 본 발명의 조성물은 성분 (I) 내지 성분 (IV)를 단순히 균일하게 혼합하여 제조할 수 있으며, 경우에 따라, 임의 성분을 첨가할 수 있다. 성분 (I)과 성분 (II)를 예비혼합하여 수득한 조성물에 성분 (III)을 가하여 혼합하는 경우에 성분 (III)의 분산 상태가 개선될 수 있다. 또는, 성분 (II), 성분 (III) 및 임의 성분을, 성분 (I)과 성분 (IV)의 예비 혼합물에 가하여 균일하게 혼합할 수 있다. 이 경우에, 제조방법은 커플링제를 성분 (I)과 성분 (IV)에 가하는 소위 인테그럴-블렌드법(integral-blend method), 또는 커플링제로 표면 처리한 성분 (IV)를 성분 (I)과 예비 혼합하는 방 법을 예로 들 수 있다. 혼합은 일축형 또는 이축형 연속 혼합기, 2-롤 밀, Ross
Figure 112009033701120-PCT00001
혼합기, 혼련기 또는 헨쉘 혼합기(Henschel mixer) 등에 의해 수행할 수 있다.
본 발명의 조성물은, 경화 전에 우수한 성형성을 갖기 때문에, 봉지제, 페인트, 피복제, 충전제, 접착제 또는 유사한 전기 또는 전자 장치용 제제로서 사용하기에 적합하며, 낮은 탄성률 및 높은 강도의 경화물을 형성하기 위하여 이송 성형(transfer molding), 사출 성형, 폿팅(potting), 캐스팅, 분체 도장, 침적 도포, 적하 방법 등에 의해 가공할 수 있다.
본 발명의 경화성 에폭시 수지 조성물을, 실시예를 참조로 보다 상세히 기술할 것이다. 실시예에 사용된 모든 점도값은 25℃에서의 점도값이다.
경화성 에폭시 수지 조성물 및 당해 조성물의 경화물의 특성은 하기 기술되는 방법에 의해 측정한다. 조성물을 70 kgf/㎠의 압력하에 175℃에서 2분 동안 트랜스퍼 프레스-경화(transfer press-curing)시켜 예비 경화시킨 다음, 180℃에서 5시간 동안 후-경화시킨다.
[성형성]
- 스파이럴 플로우(spiral flow); EMMI 표준에 의해 기술된 방법에 의해 175℃ 및 70 kgf/㎠에서 측정함.
- 금형 오염: 직경이 5 ㎜이고 두께가 2 ㎜인 5개의 디스크를 줄지어 연속으로 성형한 후에, 금형의 크롬-도금된 표면의 변색(tarnishing)을 육안으로 관찰하고, 금형 오염이 없는 경우를 [Ｏ]으로서, 금형 표면에 얇은 변색층이 있는 경우를 [△]로서, 금형 표면에 오염이 있는 경우를 [Ｘ]로서 나타낸다.
[기계적 특성]
- 굴곡 탄성률: JIS K 6911에 의해 명시된 바와 같이 측정함.
- 굴곡 강도: JIS K 6911에 의해 명시된 바와 같이 측정함.
[실시예 1]
핫 2-롤 밀을 사용하여 하기 성분들을 용융시키고 균일하게 혼합하여 경화성 에폭시 수지 조성물을 제조한다: 비페닐-아르알킬형 에폭시 수지(상표명: NC-3000으로 니폰 카야쿠 캄파니, 리미티드에서 제조함; 에폭시 당량 = 275; 연화점 = 56℃) 51 중량부; 비페닐-아르알킬형 페놀 수지(상표명 MEH7851M으로 메이와 플라스틱 인더스트리즈 캄파니, 리미티드에서 제조함; 페놀성 하이드록실 그룹 당량 = 207; 연화점 = 80℃) 39.0 중량부; 화학식 A-CH2CH2(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]97Si(CH3)2CH2CH2-A의 디메틸폴리실록산(여기서, A는 화학식 [X(CH3)2SiO1 /2]1.6(SiO4 /2)1.0으로 나타내며, 이때 "X"는 단일 결합 및 3-글리시독시프로필 그룹으로 구성되고; 한 분자에서 하나 이상의 "X"는 단일 결합이며, "X"의 나 머지 부분은 3-글리시독시프로필 그룹으로 이루어진다) 3.0 중량부; 평균 입자 크기가 14 ㎛인 구형 무정형 실리카[상표명 FB-48X로 공지된 덴키 가가쿠 고교 캄파니, 리미티드(Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.)의 제품] 510 중량부; 트리페닐포스핀 1.0 중량부 및 카나우바 왁스 1.0 중량부. 상기 언급한 경화성 에폭시 수지 조성물 및 경화물의 특성을 측정한다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 2]
핫 2-롤 밀을 사용하여 하기 성분들을 용융시키고 균일하게 혼합하여 경화성 에폭시 수지 조성물을 제조한다: 비페닐-아르알킬형 에폭시 수지(상표명: NC-3000으로 니폰 카야쿠 캄파니, 리미티드에서 제조함; 에폭시 당량 = 275; 연화점 = 56℃) 51.1 중량부; 비페닐-아르알킬형 페놀 수지(상표명 MEH7851M으로 메이와 플라스틱 인더스트리즈 캄파니, 리미티드에서 제조함; 페놀성 하이드록실 그룹 당량 = 207; 연화점 = 80℃) 38.9 중량부; 화학식 A-CH2CH2(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]97Si(CH3)2CH2CH2-A의 디메틸폴리실록산(여기서, A는 화학식 [X(CH3)2SiO1/2]1.6(SiO4/2)1.0으로 나타내며, 이때 "X"는 단일 결합, 트리메톡시실릴프로필 그룹 및 3-글리시독시프로필 그룹으로 구성되고; 한 분자에서 하나 이상의 "X"는 단일 결합이며, "X"의 나머지 부분은 1:4의 몰 비로 사용되는 트리메톡시실릴프로필 그룹 및 3-글리시독시프로필 그룹으로 이루어진다) 3.0 중량부; 평균 입자 크기가 14 ㎛인 구형 무정형 실리카(상표명 FB-48X로 공지된 덴키 가가쿠 고교 캄파니, 리미티드의 제품) 510 중량부; 트리페닐포스핀 1.0 중량부 및 카나우바 왁스 1.0 중량부. 상기 언급한 경화성 에폭시 수지 조성물 및 경화물의 특성을 측정한다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 3]
핫 2-롤 밀을 사용하여 하기 성분들을 용융시키고 균일하게 혼합하여 경화성 에폭시 수지 조성물을 제조한다: 비페닐-아르알킬형 에폭시 수지(상표명: NC-3000으로 니폰 카야쿠 캄파니, 리미티드에서 제조함; 에폭시 당량 = 275; 연화점 = 56℃) 51.2 중량부; 비페닐-아르알킬형 페놀 수지(상표명 MEH7851M으로 메이와 플라스틱 인더스트리즈 캄파니, 리미티드에서 제조함; 페놀성 하이드록실 그룹 당량 = 207; 연화점 = 80℃) 38.8 중량부; 화학식 A-CH2CH2(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]162Si(CH3)2CH2CH2-A의 디메틸폴리실록산(여기서, A는 화학식 [X(CH3)2SiO1 /2]1.6(SiO4 /2)1.0으로 나타내며, 이때 "X"는 단일 결합, 트리메톡시실릴프로필 그룹 및 3-글리시독시프로필 그룹으로 구성되고; 한 분자에서 하나 이상의 "X"는 단일 결합이며, "X"의 나머지 부분은 1:4의 몰 비로 사용되는 트리메톡시실릴프로필 그룹 및 3-글리시독시프로필 그룹으로 이루어진다) 3.0 중량부; 평균 입자 크기가 14 ㎛인 구형 무정형 실리카(상표명 FB-48X로 공지된 덴키 가가쿠 고교 캄파니, 리미티드의 제품) 510 중량부; 트리페닐포스핀 1.0 중량부 및 카나우바 왁스 1.0 중량부. 상기 언급한 경화성 에폭시 수지 조성물 및 경화물의 특성을 측정 한다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 4]
핫 2-롤 밀을 사용하여 하기 성분들을 용융시키고 균일하게 혼합하여 경화성 에폭시 수지 조성물을 제조한다: 비페닐-아르알킬형 에폭시 수지(상표명: NC-3000으로 니폰 카야쿠 캄파니, 리미티드에서 제조함; 에폭시 당량 = 275; 연화점 = 56℃) 50.3 중량부; 비페닐-아르알킬형 페놀 수지(상표명 MEH7851M으로 메이와 플라스틱 인더스트리즈 캄파니, 리미티드에서 제조함; 페놀성 하이드록실 그룹 당량 = 207; 연화점 = 80℃) 39.7 중량부; 화학식 A-CH2CH2(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]162Si(CH3)2CH2CH2-A의 디메틸폴리실록산(여기서, A는 화학식 [X(CH3)2SiO1 /2]0.8[(CH3)3SiO1 /2]0.8(SiO4 /2)1.0으로 나타내며, 이때 "X"는 단일 결합, 옥틸 그룹 및 글리시독시프로필 그룹으로 구성되고; 한 분자에서 하나 이상의 "X"는 단일 결합이며, "X"의 나머지 부분은 1:4의 몰 비로 사용되는 옥틸 그룹 및 3-글리시독시프로필 그룹으로 이루어진다) 3.0 중량부; 평균 입자 크기가 14 ㎛인 구형 무정형 실리카(상표명 FB-48X로 공지된 덴키 가가쿠 고교 캄파니, 리미티드의 제품) 510 중량부; 트리페닐포스핀 1.0 중량부 및 카나우바 왁스 1.0 중량부. 상기 언급한 경화성 에폭시 수지 조성물 및 경화물의 특성을 측정한다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교 실시예 1]
핫 2-롤 밀을 사용하여 하기 성분들을 용융시키고 균일하게 혼합하여 경화성 에폭시 수지 조성물을 제조한다: 비페닐-아르알킬형 에폭시 수지(상표명: NC-3000으로 니폰 카야쿠 캄파니, 리미티드에서 제조함; 에폭시 당량 = 275; 연화점 = 56℃) 51.5 중량부; 비페닐-아르알킬형 페놀 수지(상표명 MEH7851M으로 메이와 플라스틱 인더스트리즈 캄파니, 리미티드에서 제조함; 페놀성 하이드록실 그룹 당량 = 207; 연화점 = 80℃) 38.5 중량부; 평균 입자 크기가 14 ㎛인 구형 무정형 실리카(상표명 FB-48X로 공지된 덴키 가가쿠 고교 캄파니, 리미티드의 제품) 510 중량부; 트리페닐포스핀 1.0 중량부 및 카나우바 왁스 1.0 중량부. 상기 언급한 경화성 에폭시 수지 조성물 및 경화물의 특성을 측정한다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교 실시예 2]
핫 2-롤 밀을 사용하여 하기 성분들을 용융시키고 균일하게 혼합하여 경화성 에폭시 수지 조성물을 제조한다: 비페닐-아르알킬형 에폭시 수지(상표명: NC-3000으로 니폰 카야쿠 캄파니, 리미티드에서 제조함; 에폭시 당량 = 275; 연화점 = 56℃) 41.5 중량부; 비페닐-아르알킬형 페놀 수지(상표명 MEH7851M으로 메이와 플라스틱 인더스트리즈 캄파니, 리미티드에서 제조함; 페놀성 하이드록실 그룹 당량 = 207; 연화점 = 80℃) 38.5 중량부; 화학식
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]130[Z(CH3)SiO]3[CH3CO{OCH(CH3)CH2}24(OCH2CH2)24OCH2CH2CH2(CH3)SiO] 7Si(CH3)3의 디오가노폴리실록산(여기서, "Z"는 3-글리시독시프로필 그룹이다) 3.0 중량부; 평균 입자 크기가 14 ㎛인 구형 무정형 실리카(상표명 FB-48X로 공지된 덴키 가가쿠 고교 캄파니, 리미티드의 제품) 510 중량부; 트리페닐포스핀 1.0 중량부 및 카나우바 왁스 1.0 중량부. 상기 언급한 경화성 에폭시 수지 조성물 및 경화물의 특성을 측정한다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 특성 실시예 비교 실시예
1 2 3 4 1 2
스파이럴 플로우 (inch) 17 17 17 22 25 23
금형 오염 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｘ
굴곡 탄성률 (kgf/㎟) 2260 2160 2240 2180 2380 2320
굴곡 강도 (kgf/㎟) 13.1 13.0 13.0 13.0 11.9 10.7
본 발명의 경화성 에폭시 수지 조성물은, 경화 전의 우수한 성형성을 특징으로 하며, 경화시, 낮은 탄성률(낮은 응력)에도 불구하고, 높은 강도를 갖는 경화물을 형성하기 때문에, 반도체 장치용 봉지제로서 사용하기에 적합하다.

Claims (12)

  1. 경화성 에폭시 수지 조성물로서, 적어도
    (I) 에폭시 수지;
    (II) 에폭시 수지용 경화제;
    (III) 상기 성분 (I)과 상기 성분 (II)의 합 100 중량부당 0.1 내지 100 중량부의 양으로 사용되며, 하기 화학식 1로 표시되는 디오가노실록산 및
    (IV) 무기 충전제(20 중량% 이상의 양으로 당해 조성물에 함유됨)
    를 포함하는 경화성 에폭시 수지 조성물.
    화학식 1
    A-R2-(R1 2SiO)nR1 2Si-R2-A
    상기 화학식 1에서,
    R1은 동일하거나 상이한, 불포화 지방족 결합이 없는 치환되지 않거나 치환된 1가 탄화수소 그룹을 나타내며,
    R2는 2가 유기 그룹이고,
    A는 평균단위식 (XR1 2SiO1 /2)a(SiO4 /2)b의 실록산 잔기 라디칼(여기서, R1은 상기 정의한 바와 같고, X는 단일 결합, 수소 원자, R1로 표시되는 그룹, 에폭시-함유 1가 유기 그룹 또는 알콕시실릴알킬 그룹이며; 단, 한 분자에서 "X"로 표시되는 하나 이상의 그룹은 단일 결합이고, "X"로 표시되는 두 개 이상의 그룹은 에폭시-함유 알킬 그룹이고; a는 양수이고; b는 양수이며; a/b는 0.2 내지 4 범위의 수이다)이며,
    n은 1 이상의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서, 성분 (I)이 비페닐 그룹을 함유하는 에폭시 수지인, 경화성 에폭시 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 성분 (II)가 페놀성 하이드록실 그룹을 함유하는 화합물인, 경화성 에폭시 수지 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 페놀성 하이드록실 그룹을 함유하는 화합물이 비페닐-함유 페놀 수지인, 경화성 에폭시 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 성분 (II)가, 성분 (II)중 에폭시 반응성 작용기의 함량이 성분 (I)의 에폭시 그룹 1 mole당 0.5 내지 2.5 mole의 범위인 양으로 함유되는, 경화성 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 성분 (III)에서, "X"로 표시되는 하나 이상의 그룹이 탄소 수가 6개 이상인 1가 탄화수소 그룹인, 경화성 에폭시 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 성분 (III)에서, "X"로 표시되는 하나 이상의 그룹이 알콕시실릴알킬 그룹인, 경화성 에폭시 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 성분 (IV)가 구형 무기 충전제인, 경화성 에폭시 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 성분 (IV)가 구형 무정형 실리카인, 경화성 에폭시 수지 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 에폭시 수지용 경화 촉진제(V)가 추가로 제공되는, 경화성 에폭시 수지 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 반도체 장치용 봉지제인, 경화성 에폭시 수지 조성물.
  12. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 따르는 경화성 에폭시 수지 조성물을 경화시켜 수득한 경화물.
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