KR20100029759A - 에폭시계 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

에폭시 수지와 열 카티온 중합 개시제를 함유하고, 열 카티온 중합시에 불소 이온 생성량을 줄여 내전식성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 저온 속경화성도 우수한 에폭시계 수지 조성물은, 열 카티온 중합 개시제로서 식 (1) 로 나타내는 술포늄보레이트 착물을 사용한다.
Figure 112009076045061-PCT00015
식 (1) 중, R1 은 아르알킬기이고, R2 는 저급 알킬기이다. 단, R2 가 메틸기일 때, R1 은 벤질기가 아니다. X 는 할로겐 원자이고, n 은 1 ∼ 3 의 정수이다.

Description

에폭시계 수지 조성물 {EPOXY RESIN COMPOSITION}
본 발명은 신규 열 카티온 중합 개시제를 함유하는 에폭시계 수지 조성물, 및 그것에 의해 배선 기판과 전자 부품이 접합되어 이루어지는 접속 구조체에 관한 것이다.
종래부터, IC 칩 등의 전자 부품을 배선 기판에 실장할 때에 사용하는 접착제의 1 종으로서, 광 카티온 중합성의 에폭시계 수지 조성물이 사용되고 있다. 이러한 광 카티온 중합성의 에폭시계 수지 조성물에는 광에 의해 프로톤을 발생하여 카티온 중합을 개시시키는 광 카티온 중합 개시제가 배합되어 있고, 그와 같은 광 카티온 중합 개시제로서 술포늄안티모네이트 착물이 알려져 있다.
그러나, 술포늄안티모네이트 착물은, 불소 원자가 금속인 안티몬에 결합되어 있는 SbF6 - 를 카운터 아니온으로서 갖기 때문에, 카티온 중합시에 불소 이온을 다량으로 발생시키고, 이종 금속 사이에 마이그레이션을 유발하여, 금속 배선이나 접속 패드를 부식시킨다는 문제가 있었다. 이 때문에, SbF6 - 를 대신하여, 불소 원자가 탄소 원자에 결합되어 있는 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 아니온 [(C6F5)4B-] 을 사용한 술포늄보레이트 착물을 카티온 중합 개시제로서 사용하는 것이 제안되어 있고 (특허 문헌 1), 실제로 이하의 식 (1c) 의 착물 [p-히드록시페닐-벤질-메틸술포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트] 가 시판되고 있다.
[화학식 1]
Figure 112009076045061-PCT00001
그런데, 전자 부품을 배선 기판에 실장할 때에, 접합부에 광 조사를 할 수 없는 경우도 다수 발생한다. 이 때문에, 특허 문헌 1 의 실시예에 개시되어 있는 구체적인 술포늄보레이트 착물을, 열 카티온 중합성의 에폭시 수지 조성물을 위한 열 카티온 중합 개시제로 전용(轉用)하는 것이 시도되고 있다. 그 경우, 카티온 중합시에 불소 이온의 발생량을 줄여 에폭시계 수지 조성물의 내전식성(耐電食性)을 향상시킬 뿐만 아니라, 생산성 향상을 위해 에폭시계 수지 조성물의 저온 속경화성을 향상시키는 것도 요망되고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평9-176112호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 식 (1c) 의 착물을 에폭시계 수지 조성물용 열 카티온 중합 개시제로서 사용한 경우, 열 카티온 중합시에 발생하는 불소 이온의 양을 어느 정도 줄여서 내전식성을 향상시킬 수 있지만, 에폭시계 수지 조성물의 저온 속경화성은 충분하다고 할 수 없었다.
본 발명은 이상의 종래 기술의 문제점을 해결하는 것으로, 열 카티온 중합시에 불소 이온 생성량을 줄여 내전식성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 저온 속경화성도 우수한 에폭시계 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자는, 에폭시계 수지 조성물용 열 카티온 중합 개시제로서, 특정한 3 가지 치환기의 신규 조합을 갖는 신규 술포늄보레이트 착물을 사용함으로써 상기 서술한 목적을 달성할 수 있음을 알아내어, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은, 에폭시 수지와 열 카티온 중합 개시제를 함유하는 에폭시계 수지 조성물로서, 그 열 카티온 중합 개시제가 식 (1) 로 나타내는 술포늄보레이트 착물인 것을 특징으로 하는 에폭시계 수지 조성물을 제공한다.
[화학식 2]
Figure 112009076045061-PCT00002
식 (1) 중, R1 은 아르알킬기이고, R2 는 저급 알킬기이다. 단, R2 가 메틸기일 때, R1 은 벤질기가 아니다. X 는 할로겐 원자이고, n 은 1 ∼ 3 의 정수이다.
또한, 본 발명은, 배선 기판 상에 전자 부품이 상기 서술한 에폭시계 수지 조성물의 열경화물에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 접속 구조체를 제공한다.
발명의 효과
본 발명의 에폭시계 수지 조성물은, 에폭시 수지에 열 카티온 중합 개시제로서 신규한 식 (1) 의 술포늄보레이트 착물을 사용한다. 이 때문에, 열 카티온 중합시에는, 불소 이온 생성량이 감소하여 내전식성이 향상되고, 또한 저온 속경화성을 실현할 수 있다.
도 1 은 참고예 1 의 술포늄보레이트 착물의 1H-NMR 차트이다.
도 2 는 참고예 2 의 술포늄보레이트 착물의 1H-NMR 차트이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 에폭시계 수지 조성물은, 에폭시 수지와, 열 카티온 중합 개시제로서 식 (1) 로 나타내는 신규 술포늄보레이트 착물을 함유한다.
[화학식 3]
Figure 112009076045061-PCT00003
식 (1) 중, R1 의 아르알킬기로서는, 벤질기, o-메틸벤질기, (1-나프틸)메틸기, 피리딜메틸기, 안트라세닐메틸기 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 양호한 속경화성 및 입수 용이성 면에서 (1-나프틸)메틸기가 바람직하다.
R2 의 저급 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 양호한 속경화성 및 입수 용이성 면에서 메틸기가 바람직하다. 단, R2 의 저급 알킬기가 메틸기일 때, 전술한 R1 의 아르알킬기는 벤질기가 아니다.
술포늄 잔기에 결합되어 있는 페닐기의 수산기의 개수를 나타내는 n 은 1 ∼ 3 의 정수이다. n 이 1 인 경우, 4-히드록시페닐기, 2-히드록시페닐기 또는 3-히드록시페닐기이고, n 이 2 인 경우, 2,4-디히드록시페닐기, 2,6-디히드록시페닐기, 3,5-디히드록시페닐기, 2,3-디히드록시페닐기 등이고, n 이 3 인 경우, 2,4,6-트리히드록시페닐기, 2,4,5-트리히드록시페닐기, 2,3,4-트리히드록시페닐기 등이다. 그 중에서도, 양호한 속경화성 및 입수 용이성 면에서 n 이 1 이고, 파라 위치에 수산기가 결합되어 있는 4-히드록시페닐기가 바람직하다.
X 의 할로겐 원자로서는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원 자이다. 그 중에서도, 반응성 향상 면에서 높은 전자 흡인성을 갖는 불소 원자가 바람직하다.
본 발명의 에폭시계 수지 조성물에 있어서 열 카티온 중합 개시제로서 사용되는 신규한 식 (1) 의 술포늄보레이트 착물은, 이하의 반응식에 따라서 제조할 수 있다. 또, 식 (1), (2) 또는 (3) 에 있어서, R1 은 아르알킬기이고, R2 는 저급 알킬기이고, X 는 할로겐 원자이고, n 은 1 ∼ 3 의 정수이다.
[화학식 4]
Figure 112009076045061-PCT00004
즉, 식 (2) 의 술포늄안티모네이트 착물 (합성 방법은 일본 공개특허공보 평10-245378호 참조) 을 아세트산에틸 등의 유기 용매에 용해하고, 그 용액에 식 (3) 의 나트륨보레이트염 (합성 방법은 일본 공개특허공보 평10-310587호 참조) 의 수용액을 등몰량으로 혼합하고, 얻어진 2 층계 혼합물을 20 ∼ 80 ℃ 의 온도에서 1 ∼ 3 시간 교반하여, 식 (2) 의 술포늄안티모네이트 착물에 식 (3) 의 나트륨보레이트염을 반응시킴으로써 식 (1) 의 술포늄보레이트 착물을 얻을 수 있다. 식 (1) 의 술포늄보레이트 착물의 단리는, 유기 용매층을 분액하여 건조시킨 후, 유기 용매를 감압 증발 제거함으로써 증발 잔류물로서 목적물을 얻는 것으로 실시할 수 있다.
본 발명의 에폭시계 수지 조성물을 구성하는 에폭시 수지로서는, 종래부터 전자 재료의 접합에 사용되고 있는 열경화형 에폭시 수지를 적절히 사용할 수 있다. 이러한 열경화형 에폭시 수지로서는 액상이어도 되고 고체상이어도 되며, 에폭시 당량이 통상 100 ∼ 4000 정도로서, 분자 중에 2 이상의 에폭시기를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 비스페놀 A 형 에폭시 화합물, 페놀 노볼락형 에폭시 화합물, 크레졸 노볼락형 에폭시 화합물, 에스테르형 에폭시 화합물, 지환형 에폭시 화합물 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 이들 화합물에는 모노머나 올리고머가 포함된다.
본 발명의 에폭시계 수지 조성물에 있어서는, 에폭시 수지 100 질량부에 대한 식 (1) 의 술포늄보레이트 착물의 배합량은 지나치게 적으면 경화가 불충분하고, 지나치게 많으면 보존 안정성이 저하되기 때문에, 바람직하게는 0.1 ∼ 10 질량부, 보다 바람직하게는 0.5 ∼ 5 질량부이다.
본 발명의 에폭시계 수지 조성물에 있어서는, 전술한 바와 같은 열경화형 에폭시 수지에 추가하여 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 열경화형 요소 (尿素) 수지, 열경화형 멜라민 수지, 열경화형 페놀 수지 등의 열경화형 수지나, 폴리에스테르 수지나 폴리우레탄 수지 등의 열가소성 수지를 병용할 수 있다.
본 발명의 에폭시계 수지 조성물에는 필요에 따라서 실리카, 운모 등의 충전 제, 안료, 대전 방지제, 실란 커플링제 등을 함유시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 에폭시계 수지 조성물의 형태로서는, 톨루엔 등의 용매에 용해한 용액, 페이스트, 막 형성한 필름으로서 사용할 수 있다.
본 발명의 에폭시계 수지 조성물은, 에폭시 수지 및 열 카티온 중합 개시제와, 필요에 따라 첨가되는 실란 커플링제, 열경화형 수지, 충전제 등의 다른 첨가제를 통상적인 방법에 따라서 균일하게 혼합 교반함으로써 제조할 수 있다.
이렇게 해서 얻어진 본 발명의 에폭시계 수지 조성물은, 열 카티온 중합 개시제로서 신규 술포늄보레이트 착물을 사용하고 있기 때문에, 열 카티온 중합시에는, 불소 이온 생성량이 감소하여 내전식성이 향상되고, 또한 저온 속경화성을 실현할 수 있다.
따라서, 본 발명의 에폭시계 수지 조성물은, 배선 기판 상에 전자 부품을 탑재하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다. 이 경우, 배선 기판 상에 전자 부품이 이 에폭시계 수지 조성물의 열경화물에 의해 접합되어 이루어지는, 내전식성이 우수한 접속 구조체가 얻어진다. 이 접속 구조체도 본 발명의 일부이다.
배선 기판으로서는, 플렉시블 인쇄 기판, 유리 에폭시 기판, 유리 기판, 테이프 기판 등을 들 수 있다. 전자 부품으로서는, IC 칩, 저항 소자, 콘덴서 소자, 안테나 소자, 스위칭 소자 등을 들 수 있다.
본 발명의 에폭시계 수지 조성물 (페이스트상, 필름 형상 등) 의 열 카티온 중합은 100 ∼ 250 ℃ 로 가열함으로써 실시할 수 있다.
실시예
참고예 1, 2 및 3
식 (1d), (1e) 및 (1f) 의 술포늄안티모네이트 착물 (합성 방법은 일본 공개특허공보 평10-245378호 참조) 을 아세트산에틸에 용해하고, 당해 착물의 10 질량％ 아세트산에틸 용액을 각각 조제하였다. 이들과는 별도로 식 (3) 의 나트륨보레이트염 (합성 방법은 일본 공개특허공보 평10-310587호 참조) 의 10 질량％ 수용액을 조제하였다.
다음으로, 당해 착물의 10 질량％ 아세트산에틸 용액에, 식 (3) 의 나트륨보레이트염의 10 질량％ 수용액을 등몰량으로 실온하에서 혼합하고, 그대로 30 분간 교반하였다. 그 후, 반응 혼합액으로부터 아세트산에틸층을 분액하고, 건조시켜, 아세트산에틸을 감압 제거하였다. 증발 잔류물로서, 참고예 1 의 식 (1a) 의 술포늄보레이트 착물, 참고예 2 의 식 (1b) 의 술포늄보레이트 착물 및 참고예 3 의 (1c) 의 술포늄보레이트 착물을 얻었다.
[화학식 5]
Figure 112009076045061-PCT00005
신규 화합물인 식 (1a) 및 (1b) 의 술포늄보레이트 착물에 관해서, 질량 분석 (측정 기기 : AQUITY UPLC 시스템, WATERS 사), 원소 분석 (측정 기기 : PHOENYX, EDAX 사), IR 측정 (측정 기기 : 7000e FT-IR, VARIAN 사), 1H-NMR 분석 (측정 기기 : MERCURY PLUS, VARIAN 사) 을 실시하였다. 얻어진 결과로부터, 목적 화합물인 것을 확인할 수 있었다.
식 (1a) 의 술포늄보레이트 착물 [4-히드록시페닐-메틸-1-나프틸메틸술포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트] 의 분석 결과
<MS 분석 결과>
M＋ = 281 (술포늄 잔기)
M＋ = 679 (보레이트 잔기)
<원소 분석 결과>
실측치 C ; 52.51 H ; 1.89
이론치 C ; 52.52 H ; 1.78
<IR 분석 결과 (cm-1) >
Figure 112009076045061-PCT00006
<1H-NMR 분석 결과 (δ 값), 도 1 참조 (THF 사용)>
Figure 112009076045061-PCT00007
[화학식 6]
Figure 112009076045061-PCT00008
식 (1b) 의 술포늄보레이트 착물 [4-히드록시페닐-메틸-(2-메틸벤질)술포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트] 의 분석 결과
<MS 분석 결과>
M＋= 245 (술포늄 잔기)
M＋ = 679 (보레이트 잔기)
<원소 분석 결과>
실측치 C ; 50.39 H ; 1.77
이론치 C ; 50.60 H ; 1.80
<IR 분석 결과 (cm-1) >
Figure 112009076045061-PCT00009
<1H-NMR 분석 결과 (δ 값), 도 2 참조 (THF 사용)>
Figure 112009076045061-PCT00010
[화학식 7]
Figure 112009076045061-PCT00011
(착물의 불소 이온 생성 평가)
참고예 1 ∼ 3 의 술포늄보레이트 착물 및 식 (1d), (1e) 및 (1f) 의 각 술포늄안티모네이트 착물에 관해서, 열 카티온 중합시의 온도 조건하에서의 불소 이온 생성량을 측정하였다. 즉, 각각의 착물 0.2 g 을 순수 10 ㎖ 에 투입하고, 100 ℃ 에서 10 시간 가온한 후, 상청액의 불소 이온량을 이온 크로마토그래피 분석 (다이오닉스사) 에 의해 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1 에 나타낸다. 실용상, 10 ppm 미만인 것이 요망된다.
Figure 112009076045061-PCT00012
표 1 로부터, 술포늄보레이트 착물이 매우 적은 불소 이온 생성량을 나타내기 때문에, 그 점에서 열 카티온 중합 개시제로서 유용하다는 것을 알 수 있다.
실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 8
표 2 의 조성의 성분을 균일하게 혼합함으로써 에폭시계 수지 조성물을 조제하였다. 그리고, 각 에폭시계 수지 조성물에 관해서 이하에 설명하는 바와 같이 시차 열분석 측정 (DSC 측정) 을 실시하고, 또한 내전식성 시험을 실시하였다.
<DSC 측정>
에폭시계 수지 조성물에 관해서, 열분석 장치 (DSC 5100, 세이코 인스트루먼트사) 를 사용하여 승온 속도 10 ℃/분으로 시차 열분석 (발열 개시 온도, 피크 온도, 발열량) 을 실시하였다. 얻어진 결과를 표 2 에 나타낸다.
또, 발열 개시 온도는, 착물로부터 프로톤이 생성되어, 카티온 중합을 시작한 온도이다. 발열 개시 온도가 낮을수록 저온 경화성이 높아지지만, 보존 안정성이 저하되는 경향이 생기기 때문에, 실용상 60 ∼ 110 ℃ 가 바람직하다. 발열 피크 온도가 지나치게 낮으면 보존 안정성이 저하되고, 지나치게 높으면 경화 불량이 생기는 경향이 있으므로, 실용상 100 ∼ 140 ℃ 이다. 발열량은 반응열이고, 지나치게 적으면 경화 불량이 생기는 경향이 있으므로, 사용하는 에폭시 수지에 따라서 상이하지만 일반적으로는 100 J/g 이상이 바람직하다.
<내전식성 시험 (마이그레이션 시험)>
유리 기판 상에 Al/Cr/ITO 전극 또는 Mo/ITO 전극을 20 ㎛ 갭으로 빗살 형상으로 형성하여 이루어지는 유리 배선 기판에, 시험할 에폭시계 수지 조성물을 20 ㎛ 두께가 되도록 도포하고, 200 ℃ 에서 10 분간 가열하여 경화시켜 시험편을 얻었다. 얻어진 시험편을, 85 ℃, 85 ％RH 의 항온조 중에 넣고, 전극간에 30 V 의 전압을 인가한 상태에서 12 시간 방치하였다. 그 후, 전극에 변색이나 결함, 단선 등이 발생했는지 여부를 유리 배선 기판의 표면 및 이면에서 광학 현미경을 사용하여 관찰하고, 이하의 기준에 따라서 평가하였다. 얻어진 결과를 표 2 에 나타낸다.
내전식성 평가 기준
G : 변색·결함·단선 등이 인정되지 않는 경우
NG : 변색·결함·단선 등이 인정되는 경우
Figure 112009076045061-PCT00013
실시예 1 ∼ 4 의 에폭시계 수지 조성물은, 각각 신규한 식 (1) 또는 (2) 의 술포늄보레이트 착물을 사용하고 있기 때문에, DSC 측정에 있어서의 반응 개시 온도가 60 ∼ 110 ℃ 의 범위에 있고, 발열 피크 온도가 100 ∼ 140 ℃ 의 범위에 있고, 발열량도 100 J/g 이상이며, 또한 내전식성 평가도 G 로서, 실용상 만족할 수 있는 것이었다.
한편, 실시예와 상이한 착물을 사용하고 있는 비교예 1, 2 의 경우에는 반응 개시 온도, 발열 피크 온도의 평가 항목, 비교예 3 ∼ 6 의 경우에는 내전식성의 평가 항목, 비교예 7, 8 의 경우에는 반응 개시 온도, 발열 피크 온도, 내전식성의 평가 항목에서 문제가 있었다.
본 발명의 에폭시계 수지 조성물은 에폭시 수지에 열 카티온 중합 개시제로서 신규한 식 (1) 의 술포늄보레이트 착물을 사용한다. 이 때문에, 열 카티온 중합시에는, 불소 이온 생성량이 감소하여 내전식성이 향상되고, 또한 저온 속경화성을 실현할 수 있다. 따라서, 배선 기판에 전자 부품을 탑재할 때에 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 에폭시 수지와 열 카티온 중합 개시제를 함유하는 에폭시계 수지 조성물로서, 그 열 카티온 중합 개시제가 식 (1) 로 나타내는 술포늄보레이트 착물인 것을 특징으로 하는 에폭시계 수지 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112009076045061-PCT00014
    (식 (1) 중, R1 은 아르알킬기이고, R2 는 저급 알킬기이다. 단, R2 가 메틸기일 때, R1 은 벤질기가 아니다. X 는 할로겐 원자이고, n 은 1 ∼ 3 의 정수이다)
  2. 제 1 항에 있어서,
    R1 이 o-메틸벤질기 또는 (1-나프틸)메틸기인 에폭시계 수지 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    n 이 1 이고, OH 기가 파라 위치에 결합하고 있는 에폭시계 수지 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    R2 가 메틸기인 에폭시계 수지 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    X 가 불소 원자인 에폭시계 수지 조성물.
  6. 배선 기판 상에 전자 부품이 제 1 항에 기재된 에폭시계 수지 조성물의 열경화물에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 접속 구조체.
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