KR20150011747A - 포스포늄 이온 함유 화합물, 이를 포함하는 에폭시수지 조성물, 및 이를 사용하여 제조된 장치 - Google Patents
포스포늄 이온 함유 화합물, 이를 포함하는 에폭시수지 조성물, 및 이를 사용하여 제조된 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 화학식 1의 포스포늄 이온 함유 화합물, 이를 포함하는 에폭시수지 조성물, 및 이를 사용하여 제조된 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 포스포늄 이온 함유 화합물, 이를 포함하는 에폭시수지 조성물 및 이를 사용하여 제조된 장치에 관한 것이다.
에폭시수지는 반응수축성이 낮고 전기적, 기계적 성질이 우수하며 가공성, 내약품성이 우수한 재료로 전기, 전자, 건축, 복합재료의 매트릭스 및 코팅 등에 사용되고 있다. 예를 들면, 에폭시수지는 반도체 소자 밀봉 용도, 접착필름, 프리프레그(prepreg) 등의 절연수지시트, 회로기판, 솔더레지스트, 언더필제, 다이본딩재, 부품 보충 수지 등에 사용되고 있다.
에폭시수지는 단독으로 사용되기보다는 경화제와 혼합되어, 경화된 후 사용된다. 이때 경화 후 생성되는 3차원 구조에 의해 에폭시수지의 성능이 좌우되므로 경화제의 선택이 중요하다. 기존 에폭시수지용 경화제가 많이 개발되었지만, 경화 반응을 촉매하기 위해 경화 촉매를 함께 사용한다. 에폭시수지 조성물이 사용되는 장치에 있어서, 생산성의 향상을 목적으로 저온에서도 경화 가능하게 하는 저온경화성과, 물류 보관시의 취급성의 향상을 목적으로 원하는 경화 온도가 될 때에만 경화를 촉매시키고 원하는 경화 온도가 아닐 때에는 경화 촉매 활성이 없는 저장안정성이 높은 경화 촉매가 요구되고 있다. 트리페닐포스핀(triphenylphosphine)과 1,4-벤조퀴논(1,4-benzoquinone)의 부가생성물인 경화촉매는 비교적 저온에서도 경화촉진효과가 나타나서 경화 이전에 에폭시수지 등과 혼합될 때 발생하는 열 또는 외부로부터 더해지는 열에 의해 에폭시수지 조성물의 경화를 일부 진행시킬 수 있고 수지 조성물의 각 성분을 혼합한 후 에폭시수지 조성물을 상온에서 보관하는 경우에도 경화를 촉진시킴으로써 저장안정성이 떨어진다는 문제점이 있다. 이러한 경화반응의 진행은 에폭시수지 조성물이 액체인 경우 점도의 상승, 유동성 저하를 가져올 수 있고, 에폭시수지 조성물이 고체인 경우 점성을 발현시킬 수 있고, 이러한 상태의 변화는 에폭시수지 조성물 내에서 균일하게 나타나지 않는다. 따라서, 실제로 에폭시수지 조성물을 고온에서 경화 반응시켰을 때 유동성 저하에 따른 성형성 저하, 성형 제품의 기계적, 전기적, 화학적 특성이 저하될 수 있다.
이와 관련하여, 한국등록특허 제10-0290448호는 바이사이클릭 아미딘의 카르복시산염인 에폭시수지 경화 촉매를 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 에폭시수지의 경화를 촉매할 수 있는 경화촉매용 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저온에서도 에폭시수지의 경화를 촉매할 수 있는 경화촉매용 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 원하는 경화 온도가 될 때에만 경화를 촉매시키고 원하는 경화 온도가 아닐 때에는 경화 촉매 활성이 없게 하는 저장안정성이 높은 경화촉매용 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 포스포늄 이온 함유 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10은 하기 상세한 설명에서 정의한 바와 같다).
본 발명의 에폭시수지 조성물은 에폭시수지, 경화제, 및 경화촉매를 포함하고, 상기 경화촉매는 상기 포스포늄 이온 함유 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 장치는 상기 에폭시수지 조성물을 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명은 에폭시수지의 경화를 촉매할 수 있고, 저온에서도 에폭시수지의 경화를 촉진할 수 있는 경화촉매용 화합물을 제공하였다. 또한, 본 발명은 원하는 경화온도가 될 때에만 경화를 촉매시키고 원하는 경화 온도가 아닐 때에는 경화 촉매 활성이 없게 하는 저장안정성이 높은 경화촉매용 화합물을 제공하였다. 또한, 본 발명은 에폭시수지, 경화제 등을 포함하는 혼합물에서 소정 범위의 시간 및 온도 조건에서도 점도 변화를 최소화하여 에폭시수지 조성물을 고온에서 경화 반응시켰을 때 유동성 저하에 따른 성형성 저하, 성형 제품의 기계적, 전기적, 화학적 특성이 저하가 없게 하는 경화촉매용 화합물을 제공하였다.
본 발명 일 실시예의 포스포늄 이온 함유 화합물은 포스포늄 양이온과 술폰아미드 음이온(*-SO2-N--*)을 포함하고, 예를 들면 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, R4은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 21의 아릴알킬기이고,
R5는 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 20의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 또는 하기 화학식 2이다.
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서, *는 화학식 1에서 N에 대한 연결 부위이고,
R11은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기 또는, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 20의 아릴알킬기이다)
R6, R7, R8, R9, R10은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 21의 아릴알킬기, 또는 -NR'R"(상기에서, R', R"은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 7 내지 21의 아릴알킬기이다)이다).
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 해당 작용기 중 하나 이상의 수소 원자가 수산기, 아미노기, 니트로기, 할로겐, 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기, 탄소수 7 내지 21의 아릴알킬기, 탄소수 1 내지 10의 헤테로알킬기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 '아릴기'는 환형인 치환기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지며 p-오비탈이 공액을 형성하는 치환기를 의미하고, 모노 또는 융합 (즉, 탄소 원자들이 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함한다. 본 명세서에서 '헤테로아릴기'는 아릴기 내에 질소, 산소, 황 및 인으로 이루어진 군에서 선택되는 원자가 1 내지 3개 포함되고 나머지는 탄소인 것을 의미한다. 본 명세서에서 '헤테로시클로알킬기', '헤테로아릴기', '헤테로시클로알킬렌기', '헤테로아릴렌기'에서 '헤테로'는 질소, 산소, 황 또는 인 원자를 의미한다.
예를 들면, R1, R2, R3, R4는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 10의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 12의 아릴알킬기이고, R5는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 또는 상기 화학식 2이고, R8은 -NH2, -NHR', 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, R6, R7, R9, R10는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 10의 아릴기이다.
예를 들면, R5는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 예를 들면 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기 등의 디아지닐기, 피리딜기, 트리아지닐기, 티아졸기, 옥사진기, 이속사졸기, 푸라닐기, 티오페닐기, 퀴놀리닐기, 인돌릴기, 푸린기, 벤조푸란기, 벤조피리딘기, 벤조티오펜기, 벤조티에핀기, 벤조퀴놀린기, 피라졸기, 피란기, 아제핀기, 피리미디논기, 티아디아진기, 퀴녹살린기, 피롤린기, 테트라히드로피리딘기, 옥사졸린기, 디하이드로티아디아진기, 또는 R11이 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 10의 아릴기인 화학식 2, 예를 들면 아세틸기 또는 벤조일기일 수 있다.
포스포늄 이온 함유 화합물은 유리전이온도가 100 내지 130℃, 예를 들면 120 내지 125℃가 될 수 있고, 포스포늄 이온 함유 화합물은 시차주사열량계(DSC)에 의한 경화개시온도가 90 내지 120℃, 경화피크온도가 120 내지 180℃가 될 수 있다. 상기 범위에서, 저온 경화의 효과가 있을 수 있다. 경화개시온도는 포스포늄 이온 함유 화합물을 포함하는 에폭시수지 조성물을 일정 승온 속도로 가열하였을 때 발열 중합 반응이 시작되는 온도를 의미하고, 경화피크온도는 상기 조건에서 반응시켰을 때 발열 피크가 최대가 되는 온도를 의미한다. 발열은 DSC로 측정할 수 있으나, 제한되지 않는다.
포스포늄 이온 함유 화합물은 수불용성 화합물 또는 염 형태의 수용성 화합물이 될 수 있다.
포스포늄 이온 함유 화합물은 에폭시 수지, 경화제 중 하나 이상을 포함하는 조성물을 위한 잠재성 경화 촉매로 사용될 수 있다. 즉, 포스포늄 이온 함유 화합물은 열 등의 외부 에너지를 받게 되면, 90 내지 175℃에서 하기 반응식 1과 같이 포스핀 화합물, 및 음이온과 양이온의 화합물로 분해된다.
<반응식 1>
(상기 반응식 1에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다).
생성된 포스핀 화합물이 에폭시수지 내 에폭사이드기와 반응하여 개환 반응을 하게 되고, 개환 반응 후 에폭시수지 내 수산기와의 반응에 의한 에폭사이드기의 개환 반응, 활성화된 에폭시수지의 사슬 말단과 에폭사이드의 반응 등으로 인해 경화반응을 촉매하게 된다.
포스포늄 이온 함유 화합물은 에폭시수지와 경화제의 경화반응을 촉매함과 동시에, 저온 경화성과 저장안정성이 높고, 에폭시수지, 경화제 등을 포함하는 혼합물에서 소정 범위의 시간 및 온도 조건에서도 점도 변화를 최소화할 수 있는 에폭시수지 조성물을 제공할 수 있는 효과가 있다. 상기 "저장 안정성"은 원하는 경화 온도가 될 때에만 경화를 촉매시키고 원하는 경화온도가 아닐 때에는 경화 촉매 활성이 없는 활성으로서, 그 결과 점도 변화 없이도 에폭시수지 조성물을 장시간 동안 저장할 수 있게 한다. 일반적으로 경화반응의 진행은 에폭시수지 조성물이 액체인 경우 점도의 상승, 유동성 저하를 가져올 수 있고, 에폭시수지 조성물이 고체인 경우 점성을 발현시킬 수 있다.
일 구체예에 따르면, 에폭시수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 것으로, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지 등의 비스페놀형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, tert-부틸 카테콜형 에폭시수지, 나프탈렌형 에폭시수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 선형 지방족에폭시수지, 지환식에폭시수지, 복소환식 에폭시수지, 스피로환 함유 에폭시수지, 시클로헥산디메탄올형 에폭시수지, 할로겐화 에폭시 수지 등이 될 수 있고, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 포함될 수도 있다. 예를 들면, 에폭시수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기 및 1개 이상의 수산기를 갖는 에폭시수지일 수 있다. 에폭시수지는 고상의 에폭시수지, 액상의 에폭시수지, 중 하나 이상을 포함할 수 있고 바람직하게는 고상의 에폭시수지를 사용할 수 있다.
일 구체예에 따르면, 경화제는 페놀아랄킬형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 크레졸 노볼락형 페놀수지, 나프톨형 페놀수지, 테르펜형 페놀수지, 다관능형 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물, 무수 말레인산 및 무수 프탈산을 포함하는 산무수물, 메타-페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐설폰 등의 방향족 아민 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 경화제는 1개 이상의 수산기를 갖는 페놀수지일 수 있다.
포스포늄 이온 함유 화합물은 에폭시수지 조성물 중 0.01 내지 10중량%, 예를 들면 0.01 내지 5중량%, 예를 들면 0.02 내지 1.5중량%, 예를 들면 0.05 내지 1.5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 경화 반응 시간이 지연되지 않고, 조성물의 유동성이 확보될 수 있다.
포스포늄 이온 함유 화합물은 통상의 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 하기 화학식 3의 포스포늄 양이온 함유 화합물과, 하기 화학식 4의 음이온 함유 화합물을 반응시켜 제조될 수 있다:
<화학식 3>
(상기 화학식 3에서, R1, R2, R3, R4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고, X는 할로겐이다)
<화학식 4>
(상기 화학식 4에서, R5, R6, R7, R8, R9, R10는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고, M은 알칼리금속 또는 Ag이다)
할로겐은 플루오르, 염소, 브롬 또는 요오드이고, 알칼리금속은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 또는 프란슘 등이다.
포스포늄 양이온 함유 화합물은 용매 하에 포스핀 화합물과 알킬 할라이드, 아릴 할라이드 또는 아랄킬 할라이드 등을 결합시켜 제조되거나, 포스포늄 양이온 함유 염(예:테트라페닐포스포늄 할라이드)이 될 수 있다. 포스핀 화합물은 트리페닐포스핀, 메틸디페닐포스핀, 디메틸페닐포스핀, 에틸디페닐포스핀, 디페닐프로필포스핀, 이소프로필디페닐포스핀, 디에틸페닐포스핀 등이 될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 음이온 함유 화합물은 음이온 함유 염이 될 수 있다.
화학식 3과 화학식 4의 반응은 메틸렌클로라이드, 아세토니트릴, N,N-디메틸포름아미드, 톨루엔 등의 유기 용매에서 수행될 수 있고, 10 내지 50℃ 예를 들면 20 내지 30℃에서, 1 내지 30시간 예를 들면 10 내지 30시간 수행될 수 있고, 포스포늄 양이온 함유 화합물: 음이온 함유 화합물은 1:0.9 내지 1:2의 몰수비로 반응할 수 있다. 상기 반응은 화학식 3과 화학식 4를 각각 혼합하여 수행될 수 있고, 또는 포스핀 화합물과 알킬 할라이드, 아릴 할라이드 또는 아랄킬 할라이드 등을 결합시켜 포스포늄 양이온 함유 화합물을 제조하고, 추가적인 분리 공정 없이 in situ로 음이온 함유 화합물을 첨가하여 반응시킬 수도 있다.
본 발명 일 실시예의 에폭시수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제 및 경화 촉매를 포함하고, 경화 촉매는 포스포늄 이온 함유 화합물을 포함할 수 있다. 그 결과, 에폭시수지 조성물은 저온에서도 경화 가능하고, 저장 안정성 등이 좋을 수 있다.
에폭시수지
에폭시수지는 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지 등의 비스페놀형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, tert-부틸 카테콜형 에폭시수지, 나프탈렌형 에폭시수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 선형 지방족에폭시수지, 지환식에폭시수지, 복소환식 에폭시수지, 스피로환 함유 에폭시수지, 시클로헥산디메탄올형 에폭시수지, 할로겐화 에폭시 수지 등이 될 수 있고, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 포함될 수도 있다.
일 구체예에서, 에폭시수지는 하기 화학식 5의 비페닐형 에폭시수지, 하기 화학식 6의 페놀아랄킬형 에폭시수지가 될 수 있다:
<화학식 5>
(상기 화학식 5에서, R은 탄소수 1 내지 4의 알킬기, n의 평균치는 0 내지 7이다.)
<화학식 6>
(상기 화학식 6에서, n의 평균치는 1 내지 7이다).
에폭시수지는 조성물 중 고형분 기준으로 1 내지 90중량%, 예를 들면 2 내지 17중량%, 예를 들면 3 내지 15중량%, 예를 들면 3 내지 12중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
경화제
경화제는 페놀아랄킬형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 크레졸 노볼락형 페놀수지, 나프톨형 페놀수지, 테르펜형 페놀수지, 다관능형 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물, 무수 말레인산 및 무수 프탈산을 포함하는 산무수물, 메타-페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐설폰 등의 방향족 아민 등을 들수 있다. 경화제는 하나 이상의 수산기를 갖는 페놀수지를 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 경화제는 하기 화학식 7의 자일록형 페놀수지, 하기 화학식 8의 페놀아랄킬형 페놀수지를 사용할 수 있다:
<화학식 7>
(상기 화학식 7에서, n의 평균치는 0 내지 7이다)
<화학식 8>
(상기 화학식 8에서 n의 평균치는 1 내지 7이다)
경화제는 에폭시수지 조성물 중 고형분 기준으로 0.1 내지 90중량%, 예를 들면 0.5 내지 13중량%, 예를 들면 1 내지 10중량%, 예를 들면 2 내지 8중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
경화 촉매는 본 발명 일 실시예의 포스포늄 이온 함유 화합물을 포함할 수 있다.
에폭시수지 조성물은 포스포늄 이온을 포함하지 않는 비-포스포늄 경화 촉매를 더 포함할 수 있다. 비-포스포늄 경화촉매는 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸, 및 붕소화합물 등이 사용 가능하다. 3급 아민에는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산염 등이 있다. 유기 금속화합물에는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등이 있다. 유기인화합물에는 트리스(4-메톡시페닐)포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등이 있다. 이미다졸류에는 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있다. 붕소화합물에는 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등이 있다. 이외에도 1,5-디아자바이시클로[4.3.0]논-5-엔(1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-ene: DBN), 1,8-디아자바이시클로[5.4.0]운덱-7-엔(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene: DBU) 및 페놀노볼락 수지염 등을 사용할 수 있다. 경화촉매는 에폭시수지 또는 경화제와 선반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다.
전체 경화촉매 중 본 발명 일 실시예의 포스포늄 이온 함유 화합물은 10 내지 100중량%, 예를 들면 60 내지 100중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위에서 경화 반응 시간이 지연되지 않고, 조성물의 유동성이 확보 효과가 있을 수 있다.
경화 촉매는 에폭시수지 조성물 중 0.01 내지 10중량%, 예를 들면 0.01 내지 5중량%, 예를 들면 0.02 내지 1.5중량%, 예를 들면 0.05 내지 2.0중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 경화 반응 시간이 지연되지 않고, 조성물의 유동성이 확보될 수 있다.
에폭시수지 조성물은 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체예에서, 첨가제는 커플링제, 이형제, 응력 완화제, 가교 증진제, 레벨링제, 착색제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
커플링제는 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란 및 알콕시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 커플링제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1중량%로 포함될 수 있다.
이형제는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 이형제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1중량%로 포함될 수 있다.
응력 완화제는 변성 실리콘 오일, 실리콘 엘라스토머, 실리콘 파우더 및 실리콘 레진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 응력 완화제는 에폭시 수지 조성물 중 0 내지 6.5중량%, 예를 들면 0 내지 1중량%, 예를 들면 0.1 내지 1중량%로 함유되는 것이 바람직한데, 선택적으로 함유될 수도 있고, 양자 모두 함유될 수도 있다. 이때, 변성 실리콘 오일로는 내열성이 우수한 실리콘 중합체가 좋으며, 에폭시 관능기를 갖는 실리콘 오일, 아민 관능기를 갖는 실리콘 오일 및 카르복실 관능기를 갖는 실리콘 오일 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 전체 에폭시 수지 조성물에 대해 0.05 내지 1.5 중량% 사용할 수 있다. 다만, 실리콘 오일을 1.5 중량% 이상 초과할 경우에는 표면 오염이 발생하기 쉽고 레진 블리드(bleed)가 길어질 우려가 있으며, 0.05 중량% 미만으로 사용 시에는 충분한 저탄성률을 얻을 수가 없게 되는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 실리콘 파우더는 중심입경이 15㎛ 이하인 것이 성형성 저하의 원인으로 작용하지 않기에 특히 바람직하며, 전체 수지 조성물에 대하여 0 내지 5중량%, 예를 들면 0.1 내지 5중량%로 함유될 수 있다.
착색제는 카본블랙 등이 될 수 있고, 에폭시수지 조성물 중 0.1 내지 3중량%로 포함될 수 있다.
첨가제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 10중량%, 예를 들면 0.1 내지 3중량%로 포함될 수 있다.
에폭시수지 조성물은 무기충전제를 더 포함할 수 있다. 무기충전제는 조성물의 기계적 물성의 향상과 저응력화를 높일 수 있다. 무기충전제의 예로는 용융 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는 저응력화를 위해서 선팽창계수가 낮은 용융실리카를 사용한다. 용융실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다. 용융실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경 5 내지 30㎛의 구상용융실리카를 50 내지 99중량%, 평균입경 0.001 내지 1㎛의 구상용융실리카를 1 내지 50중량%를 포함한 용융실리카 혼합물을 전체 충전제에 대하여 40 내지 100중량%가 되도록 포함하는 것이 좋다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45㎛, 55㎛, 및 75㎛ 중 어느 하나로 조정해서 사용할 수가 있다. 상기 용융구상실리카에는 도전성의 카본이 실리카 표면에 이물질로서 포함되는 경우가 있으나 극성 이물질의 혼입이 적은 물질을 선택하는 것도 중요하다.
무기충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온강도 등의 요구 물성에 따라 다르다. 구체예에서는 무기충전제는 에폭시수지 조성물 중 70 내지 95중량%, 예를 들면 75 내지 92중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시수지 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
에폭시수지 조성물은 저온에서도 경화가능하고, 예를 들면 경화개시온도는 90 내지 120℃가 될 수 있다. 상기 범위에서, 저온에서도 경화가 충분히 진행되어, 저온 경화의 효과가 있을 수 있다.
에폭시수지 조성물은 포스포늄 이온 함유 화합물을 포함함으로써 저장안정성이 높아, 소정 범위의 온도에서 소정 시간 저장하더라도 경화가 진행되지 않아 점도의 변화가 낮다. 일 구체예에 따르면, 에폭시수지 조성물은 하기 식 1의 점도변화율이 16% 이하, 예를 들면 0 내지 15.5%가 될 수 있다:
<식 1>
점도변화율 = |B-A| / A x 100
(상기 식 1에서, A는 에폭시수지 조성물의 25℃에서 측정한 점도(단위:cPs), B는 에폭시수지 조성물을 25℃ 조건에서 24 시간 방치한 후 25℃에서 측정한 점도(단위:cPs)이다) 상기 범위에서, 저장안정성이 높아 원하는 경화 온도가 될 때에만 경화를 촉매시키고 원하는 경화 온도가 아닐 때에는 경화 촉매 활성이 없고, 실제로 고온에서 경화 반응시켰을 때 유동성 저하에 따른 성형성 저하, 성형 제품의 기계적, 전기적, 화학적 특성 저하가 없을 수 있다.
에폭시수지 조성물은 EMMI-1-66에서 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스에 의한 유동길이가 59 내지 75inch가 될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시수지 조성물의 용도로 사용될 수 있다.
에폭시수지 조성물은 하기 식 2에 의해 측정된 경화수축률이 0.4% 미만, 예를 들면 0.01 내지 0.39%가 될 수 있다:
[식 2]
경화수축률 = |C - D|/ C x 100
(상기 식 2에서, C는 에폭시수지 조성물을 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스하여 얻은 시편의 길이, D는 상기 시편을 170~180℃에서 4시간 후경화하고, 냉각시킨 후 얻은 시편의 길이이다). 상기 범위에서, 경화수축률이 낮아 에폭시수지 조성물의 용도로 사용될 수 있다.
본 발명의 에폭시수지 수지 조성물의 용도는 반도체 소자 밀봉용도, 접착필름, 프리프레그 등의 절연수지시트, 회로기판, 솔더레지스트, 언더필제, 다이본딩재, 부품 보충 수지 용도 등의 에폭시수지 조성물이 필요로 하는 광범위한 용도에 적용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
(1)반도체 소자 밀봉용도
본 발명의 에폭시수지 조성물은 반도체 소자 밀봉용도로 사용될 수 있고, 에폭시수지, 경화제, 포스포늄 이온 함유 화합물 함유 경화촉매, 무기충진제, 첨가제를 포함할 수 있다.
일 구체예에 의하면, 에폭시수지 2 내지 17중량%, 예를 들면 3 내지 12중량%로 포함될 수 있고 상기 범위에서 에폭시 수지 조성물의 유동성, 난연성, 신뢰성이 좋을 수 있고, 포스포늄 이온 화합물 함유 경화 촉매 0.01 내지 5중량%, 예를 들면 0.05 내지 1.5중량%를 포함할 수 있고 상기 범위에서 미반응된 에폭시기 및 페놀성 수산기가 다량 발생하지 않아 신뢰성이 우수할 수 있고, 경화제 0.5 내지 13중량%, 예를 들면 2 내지 8중량%로 포함될 수 있고 상기 범위에서 미반응된 에폭시기 및 페놀성 수산기가 다량 발생하지 않아 신뢰성이 우수할 수 있고, 무기충진제 70 내지 95중량%, 예를 들면 75 내지 92중량%를 포함할 수 있고 상기 범위에서 에폭시 수지 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있고, 첨가제 0.1 내지 10중량%, 예를 들면 0.1 내지 3중량%를 포함할 수 있다.
에폭시수지 조성물 중 에폭시수지는 단독으로 사용되거나, 경화제, 경화촉매, 이형제, 커플링제, 및 응력완화제 등의 첨가제와 멜트 마스터 배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물로도 포함될 수 있다. 에폭시 수지 조성물을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 조성물에 포함되는 각 구성성분을 헨셀 믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 후, 롤 밀이나 니이더로 90~120℃에서 용융 혼련하고, 냉각 및 분쇄 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
본 발명의 조성물을 이용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법은 저압 트랜스퍼 성형 방법이 가장 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나, 인젝션(injection) 성형 방법이나 캐스팅(casting) 방법 등의 방법으로도 성형될 수 있다. 상기 방법에 의해 구리 리드프레임, 철 리드프레임, 또는 상기 리드프레임에 니켈 및 구리로 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 프리플레이팅된 리드프레임, 또는 유기계 라미네이트 프레임의 반도체 소자를 제조할 수 있다.
(2)접착 필름
에폭시수지 조성물은 지지필름 위에 도포하고 경화시켜 프린트 배선판용 접착필름 용도로 사용될 수 있다. 접착필름은 당업자에게 공지된 방법, 예를 들면 유기 용제 조성물을 용해시키고, 지지필름을 지지체로 하여 조성물을 도포하고, 가열 또는 열풍 분사 등에 의해 유기용제를 건조시켜 형성할 수 있고, 유기 용제로는 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤류, 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 아세트산에스테르류, 셀로솔브, 부틸카르비톨 등의 카르비톨류, 톨루엔 등의 방향족 탄화수소류, 디케틸포름아미드 등의 아미드계 용제 등이 될 수 있고, 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 건조 조건은 특별히 제한되지 않지만, 도포층 중 유기용제의 함유율이 10중량% 이하가 되도록 건조시키는 것으로서, 50 내지 100℃에서 1 내지 10분 동안 건조시킬 수 있다. 지지필름으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리이미드 등이 될 수 있고, 지지필름의 두께는 10 내지 150㎛가 될 수 있다.
(3)프리프레그
에폭시수지 조성물은 시트형 보강기재에 함침시키고, 가열하여 반경화시킴으로써 프리프레그로 사용할 수 있고, 보강기재로는 특별한 제한되는 것은 없고 프리프레그에 상용되는 것으로서, 유리 크로스, 아라미드 섬유 등의 프리프레그용 섬유가 될 수 있다.
본 발명 일 실시예의 장치는 상기 에폭시수지 조성물을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 장치는 에폭시수지 조성물을 사용하여 밀봉된 반도체 소자, 에폭시수지 조성물로부터 형성된 접착필름을 포함하는 다층 배선 기판 등이 될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 실시예에 의거 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
Triphenylphosphine 2.6g 및 4-Nitrobenzyl bromide 2.2g을 Toluene 30ml에 녹인 후 110℃에서 3시간 동안 반응을 진행시키고 생성된 침전을 거르고 건조하여 고형물 3.0g을 얻어내었다. 얻어낸 고형물 3.0g을 Methylene chloride 50ml에 녹인 후 Sodium Sulfadiazine 1.2g과 25℃에서 24시간 반응시킨 후 침전을 걸러낸 뒤 얻어낸 liquid를 감압증류(evaporating)과정을 통해 고형물 1.0g을 얻었고, NMR 데이타로 하기 화학식 9의 화합물임을 확인하였다.
<화학식 9>
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.30 (d, J = 2.2 Hz, 2H), 8.10 (m, 2H), 7.93 (m, 3H), 7.82-7.65 (m, 14H), 7.27 (m, 2H), 6.75 (d, J = 2.2 Hz, 2H), 6.50 (m, 1H), 5.45 (d, J= 5.2Hz, 2H), 1,62 (br s, 2H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 169.2, 157.8, 157.7, 151.9, 145.5, 135.1, 134.4, 131.2, 130.2, 130.1, 129.9, 129.8, 128.1, 128.0, 122.4, 122.8, 118.8, 118.1, 116.6, 116.5, 110.5 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.29 ppm; LC-MS m/z = 647 (M+); Anal. Calcd for C35H30N5O4PS: C, 64.90; H, 4.67; N, 10.81; S, 4.95. Found: C, 64.97; H, 4.56; N, 10.99; S, 4.58.
실시예
2
Triphenylphosphine 2.6g 및 Benzyl bromide 1.7g을 Toluene 30ml에 녹인 후 110℃에서 3시간 동안 반응을 진행시키고 생성된 침전을 거르고 건조하여 고형물 3.0g을 얻어내었다. 얻어낸 고형물 3.0g을 Methylene chloride 50ml에 녹인 후 Sodium Sulfadiazine 1.2g과 상온에서 24시간 반응시킨 후 침전을 걸러낸 뒤 얻어낸 liquid를 감압증류(evaporating)과정을 통해 고형물 1.0g을 얻었고, NMR 데이타로 하기 화학식 10의 화합물임을 확인하였다.
<화학식 10>
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.31 (d, J = 2.2 Hz, 2H), 7.90-6.94 (m, 22H), 6.74 (d, J = 2.2 Hz, 2H), 6.58 (m, 1H), 5.48 (d, J= 5.4Hz, 2H), 2.1 (br s, 2H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 169.3, 157.9, 157.8, 151.6, 135.1, 134.5, 134.4, 131.2, 130.2, 130.1, 129.9, 129.8, 129.7, 128.3, 128.2, 128.1, 127.8, 118.8, 118.1, 116.6, 116.5, 110.3 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.15 ppm; LC-MS m/z = 602 (M+); Anal. Calcd for C35H31N4O2PS: C, 69.75; H, 5.18; N, 9.30; S, 5.31. Found: C, 69.48; H, 5.37; N, 9.33; S, 5.52.
실시예
3
Tetraphenylphosphonium Bromide 3.0g을 Methylene chloride 50ml에 녹인 후 Silver 4-amino-N-(5-methyl-2-pyrimidinyl)-Benzenesulfonamide 1.2g과 상온에서 24시간 반응시킨 후 침전을 걸러낸 뒤 얻어낸 liquid를 감압증류(evaporating)과정을 통해 고형물 1.0g을 얻었고, NMR 데이타로 하기 화학식 11의 화합물임을 확인하였다.
<화학식 11>
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.17 (s, 2H), 8.05-7.65 (m, 22H), 6.74 (d, J = 2.2 Hz, 2H), 2.0 (br s, 2H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 167.0, 157.7, 157.6, 151.6, 135.1, 134.2, 134.1, 130.3, 130.2, 130.0,129.7, 128.1, 128.0, 118.8, 118.5, 118.0, 116.6, 116.5, 24.3 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.30 ppm; LC-MS m/z = 602 (M+); Anal. Calcd for C35H31N4O2PS: C, 69.75; H, 5.18; N, 9.30; S, 5.31. Found: C, 69.76; H, 5.44; N, 9.57; S, 5.64.
실시예
4
Tetraphenylphosphonium Bromide 3.0g을 Methylene chloride 50ml에 녹인 후 Silver 4-(methylamino)-N-(pyrimidin-2-yl)benzenesulfonamide 1.2g과 상온에서 24시간 반응시킨 후 침전을 걸러낸 뒤 얻어낸 liquid를 감압증류(evaporating)과정을 통해 고형물 1.0g을 얻었고, NMR 데이타로 하기 화학식 12의 화합물임을 확인하였다.
<화학식 12>
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.38 (d, J = 2.2 Hz, 2H), 8.05-7.65 (m, 22H), 6.71 (d, J = 2.2 Hz, 2H), 6.58 (m, 1H), 3.40 (br s, 1H), 2.78 (s, 3H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 169.1, 157.9, 157.8, 150.8, 135.1, 134.2, 134.1, 130.3, 130.2, 128.2, 128.1, 128.0, 118.8, 118.5, 113.9, 113.8, 110.3, 29.7 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.28 ppm; LC-MS m/z = 602 (M+); Anal. Calcd for C35H31N4O2PS: C, 69.75; H, 5.18; N, 9.30; S, 5.31. Found: C, 69.43; H, 5.15; N, 9.64; S, 5.38.
실시예
5
Tetraphenylphosphonium Bromide 3.0g과 Sodium 4-methyl-N-propylbenzenesulfonamide 2.5g을 Methylene chloride/ H2O 1:1 용액 50ml에 녹인 후 상온에서 24시간 반응시킨 후 침전을 걸러낸 뒤 얻어낸 liquid를 감압증류(evaporating)과정을 통해 고형물 3.0g을 얻었고, NMR 데이타로 하기 화학식 13의 화합물임을 확인하였다.
<화학식 13>
1H NMR (400 MHz, DMSO) 7.96 (t, J = 2.4 Hz, 4H), 7.85-7.80 (m, 8H), 7.75-7.70 (m, 8H), 7.69 (d, J = 6.0 Hz, 2H), 7.27 (d, J = 6.0 Hz, 2H), 3.16 (t, J = 6.4 Hz, 2H), 2.35 (s, 3H), 1.59 (m, 2H), 0.96 (t, J = 7.2 Hz, 2H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 141.6, 137.4, 137.3, 129.4, 128.9, 128.8, 127.2, 45.0, 24.3, 22.3, 11.2 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.20 ppm; LC-MS m/z = 551 (M+); Anal. Calcd for C34H34NO2PS: C, 74.02; H, 6.21; N, 2.54; S, 5.81. Found: C, 74.34; H, 6.19; N, 2.87; S, 5.69.
실시예
6
Tetraphenylphosphonium Bromide 3.0g과 Sodium N-(4-aminophenylsulfonyl)benzamide 3.0g을 Methylene chloride/ H2O 1:1 용액 50ml에 녹인 후 상온에서 24시간 반응시킨 후 침전을 걸러낸 뒤 얻어낸 liquid를 감압증류(evaporating)과정을 통해 고형물 3.2g을 얻어내었고, NMR 데이타로 하기 화학식 14의 화합물임을 확인하였다.
<화학식 14>
1H NMR (400 MHz, DMSO) 7.97 (t, J = 2.6 Hz, 4H), 7.88 (d, J = 2.2 Hz, 2H), 7.84-7.81 (m, 8H), 7.76-7.72 (m, 8H), 7.52 (d, J = 6.0 Hz, 2H), 7.31-7.25 (m, 3H), 6.47 (d, J = 6.0 Hz, 2H), 5.23 (s, 2H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 170.1, 151.6, 137.3, 134.2, 132.2, 129.7, 128.9, 128,8, 128.1, 127.5, 116.6 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.10 ppm; LC-MS m/z = 614 (M+); Anal. Calcd for C37H31N2O3PS: C, 72.30; H, 5.08; N, 4.56; S, 5.22. Found: C, 72.42; H, 5.14; N, 4.75; S, 5.38.
실시예
7
Tetraphenylphosphonium Bromide 3.0g과 Sodium Sulfacetamide 2.7g을 Methylene chloride/ H2O 1:1 용액 50ml에 녹인 후 상온에서 24시간 반응시킨 후 침전을 걸러낸 뒤 얻어낸 liquid를 감압증류(evaporating)과정을 통해 고형물 3.0g을 얻어내었고, NMR 데이타로 하기 화학식 15의 화합물임을 확인하였다.
<화학식 15>
1H NMR (400 MHz, DMSO) 7.97 (t, J = 2.6 Hz, 4H), 7.84-7.81 (m, 8H), 7.76-7.72 (m, 8H), 7.42 (d, J = 6.6 Hz, 2H), 6.47 (d, J = 6.6 Hz, 2H), 5.23 (s, 2H), 1.66 (s, 3H)ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 173.2, 151.6, 137.4, 137.3, 129.7, 128.9, 128.8, 128.1, 116.6, 21.9 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.30 ppm; LC-MS m/z = 552 (M+); Anal. Calcd for C32H29N2O3PS: C, 69.55; H, 5.29; N, 5.07; S, 5.80. Found: C, 69.48; H, 5.37; N, 5.11; S, 5.74.
실시예
8
Triphenylphosphine 2.6g과 4-bromophenol 1.6g을 Ethylene glycol 5ml에서 녹인 후 180℃에서 5시간 동안 반응을 진행시키고 침전을 거르고 건조하여 고형물 2.2g을 얻어내었다. 얻어낸 고형물 3.0g을 Sodium sulfacetamide 2.7g과 Methylene chloride/ H2O 1:1 용액 50ml에 녹인 후 상온에서 24시간 반응시킨 후 MC 층을 취하여 얻어낸 liquid를 감압증류(evaporating)과정을 통해 고형물 4.0g을 얻어내었고, NMR 데이타로 하기 화학식 16의 화합물임을 확인하였다.
<화학식 16>
1H NMR (400 MHz, DMSO) 7.97-7.90 (m, 3H), 7.78-7.65 (m, 12H), 7.42 (d, J = 6.6 Hz, 2H), 7.38 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 6.97 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 6.47 (d, J = 6.6 Hz, 2H), 5.54 (s, 1H), 4.12 (br, 2H), 1.66 (s, 3H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 173.1, 158.6, 151.6, 138.7, 137.4, 137.3, 129.7, 128.9, 128.8, 128.1, 116.6, 115.9, 21.9 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.20 ppm; LC-MS m/z = 568 (M+); Anal. Calcd for C32H29N2O4PS: C, 67.59; H, 5.14; N, 4.93; S, 5.64. Found: C, 67.47; H, 5.29; N, 4.84; S, 5.49.
실시예
9
비페닐형 에폭시수지(NC-3000, Nippon Kayaku) 7.5중량부, 자일록형 페놀수지(HE100C-10, Air Water) 4.7중량부, 실시예 1의 화합물 0.2중량부, 평균입경 18㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1중량비의 혼합물인 무기충전제 86중량부, 머캡토프로필트리메톡시실란(KBM-803, Shinetsu) 0.3중량부와 메틸트리메톡시실란(SZ-6070, Dow Corning Chemical)의 0.3중량부의 혼합물인 커플링제 0.6중량부, 이형제로 카르나우바왁스 0.5중량부, 착색제로 카본블랙(MA-600, Matsusita Chemical) 0.5중량부를 혼합하고, 헨젤 믹서를 사용하여 균일하게 혼합하여 분말 상태의 조성물을 얻었다. 그런 다음, 연속 니이더를 이용하여 95℃에서 용융 혼련한 후 냉각 및 분쇄하여 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
10
실시예 9에서, 실시예 1의 화합물 대신에, 실시예 2의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
11
실시예 9에서, 실시예 1의 화합물 대신에, 실시예 3의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
12
실시예 9에서, 실시예 1의 화합물 대신에, 실시예 4의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
13
실시예 9에서, 비페닐형 에폭시수지 7.5중량부, 자일록형 페놀수지 4.8중량부, 실시예 1의 화합물 0.1중량부, 무기충전제 86중량부, 커플링제 0.6중량부, 이형제 0.5중량부, 착색제 0.5중량부를 혼합한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
14
실시예 9에서, 비페닐형 에폭시수지 대신에 페놀아랄킬형 에폭시수지를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
15
실시예 9에서, 비페닐형 에폭시수지 대신에 크레졸노볼락형 에폭시수지를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
16
실시예 9에서, 자일록형 페놀수지 대신에 페놀노볼락형 페놀수지를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
17
실시예 9에서, 자일록형 페놀수지 대신에 페놀아랄킬형 페놀수지를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
18
실시예 9에서, 실시예 1의 화합물 0.2중량부 대신에, 실시예 1의 화합물 0.1중량부와 트리페닐포스핀 0.1중량부의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
19
실시예 9에서, 실시예 1의 화합물 대신에, 실시예 5의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
20
실시예 9에서, 실시예 1의 화합물 대신에, 실시예 6의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
21
실시예 9에서, 실시예 1의 화합물 대신에, 실시예 7의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예
22
실시예 9에서, 실시예 1의 화합물 대신에, 실시예 8의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
비교예
1
실시예 9에서, 실시예 1의 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
비교예
2
실시예 9에서, 실시예 1 화합물의 대신에 트리페닐포스핀을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
비교예
3
실시예 9에서, 실시예 1 화합물의 대신에 트리페닐포스핀과 1,4-벤조퀴논의 부가 생성물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
실시예와 비교예에서 제조한 에폭시수지 조성물에 대해 하기 표 1과 표 2의 물성을 평가하였다.
실시예 | |||||||||||
9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |||
기본물성 | 유동성(inch) | 73 | 71 | 74 | 73 | 67 | 65 | 71 | 69 | 68 | |
경화수축률 (%) |
0.35 | 0.34 | 0.37 | 0.38 | 0.33 | 0.35 | 0.34 | 0.33 | 0.33 | ||
유리전이온도 (℃) |
122 | 123 | 124 | 124 | 121 | 123 | 121 | 123 | 121 | ||
흡습율(%) | 0.24 | 0.25 | 0.24 | 0.24 | 0.25 | 0.25 | 0.24 | 0.24 | 0.25 | ||
부착력(kgf) | 77 | 74 | 75 | 74 | 76 | 74 | 75 | 77 | 76 | ||
점도변화율 (%) |
8.1 | 7.8 | 7.7 | 7.9 | 8.2 | 7.8 | 7.9 | 7.6 | 7.7 | ||
패키지평가 | 경화시간별 경화도 (Shore-D) |
50초 | 71 | 69 | 72 | 70 | 68 | 69 | 70 | 69 | 71 |
60초 | 73 | 71 | 74 | 72 | 70 | 71 | 72 | 72 | 74 | ||
70초 | 75 | 73 | 76 | 75 | 73 | 75 | 75 | 74 | 75 | ||
80초 | 78 | 76 | 76 | 76 | 74 | 75 | 76 | 74 | 76 | ||
90초 | 78 | 76 | 78 | 77 | 74 | 75 | 76 | 74 | 76 | ||
저장안정성 | 24hr | 98% | 97% | 97% | 96% | 98% | 97% | 98% | 98% | 98% | |
48hr | 94% | 95% | 94% | 92% | 96% | 94% | 96% | 96% | 95% | ||
72hr | 91% | 93% | 90% | 89% | 92% | 91% | 92% | 93% | 92% | ||
신뢰성 | 외관크랙발생수 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
박리발생수 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
시험한 반도체 수 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 |
실시예 | 비교예 | |||||||||
18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 1 | 2 | 3 | |||
기본물성 | 유동성(inch) | 59 | 70 | 71 | 72 | 74 | x* | 52 | 58 | |
경화수축률(%) | 0.39 | 0.35 | 0.33 | 0.34 | 0.33 | x | 0.42 | 0.40 | ||
유리전이온도(℃) | 122 | 124 | 124 | 123 | 123 | x | 121 | 122 | ||
흡습율(%) | 0.25 | 0.24 | 0.25 | 0.24 | 0.24 | x | 0.25 | 0.26 | ||
부착력(kgf) | 74 | 73 | 74 | 75 | 75 | x | 72 | 74 | ||
점도변화율(%) | 15.2 | 8.3 | 8.0 | 7.7 | 7.5 | x | 27.3 | 30.2 | ||
패키지평가 | 경화시간별경화도(Shore-D) | 50초 | 62 | 69 | 70 | 71 | 69 | x | 52 | 60 |
60초 | 63 | 71 | 72 | 73 | 71 | x | 60 | 64 | ||
70초 | 66 | 72 | 73 | 74 | 72 | x | 64 | 66 | ||
80초 | 69 | 73 | 75 | 74 | 73 | x | 67 | 70 | ||
90초 | 71 | 73 | 75 | 74 | 73 | x | 67 | 71 | ||
저장안정성 | 24hr | 91% | 97% | 97% | 97% | 97% | x | 90% | 92% | |
48hr | 87% | 95% | 94% | 95% | 95% | x | 84% | 88% | ||
72hr | 81% | 91% | 93% | 94% | 91% | x | 74% | 79% | ||
신뢰성 | 외관크랙발생수 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | x | 0 | 0 | |
박리발생수 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | x | 45 | 20 | ||
시험한반도체수 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 |
*참고: x*는 경화가 되지 않아 데이터 측정이 불가하였음.
(1) 유동성(inch): EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 유동 길이를 측정하였다. 측정값이 높을수록 유동성이 우수하다.
(2)경화 수축율(%): 굴곡 강도 시편 제작용 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 성형시편(125mm×12.6mm×6.4mm)을 얻었다. 얻은 시편을 170~180℃의 오븐에 넣어 4시간 동안 후경화(PMC:post molding cure)시킨 다음 냉각한 후 시험편의 길이를 캘리퍼스로 측정하였다. 경화 수축율은 다음과 같은 식 2로부터 계산하였다.
[식 2]
경화수축률 = |C - D|/ C x 100
(상기 식 2에서, C는 에폭시 수지 조성물을 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스하여 얻은 시편의 길이, D는 상기 시편을 170~180℃에서 4시간 후경화하고, 냉각시킨 후 얻은 시편의 길이이다).
(3) 유리전이온도(℃): 수지 조성물의 열기계 분석기(Thermomechanical Analyzer, TMA)를 이용하여 측정하였다. 이때 TMA는 25℃에서 분당 10℃씩 온도를 상승시켜 300℃까지 측정하는 조건으로 설정하였다.
(4) 흡습율(%): 상기 실시예와 비교예에서 제조된 수지 조성물을 금형 온도 170~180℃, 클램프 압력 70kgf/cm2, 이송 압력 1000psi, 이송 속도 0.5~1cm/s, 경화 시간 120초의 조건으로 성형하여 직경 50mm, 두께 1.0mm의 디스크 형태의 경화 시편을 얻었다. 얻은 시편을 170~180℃의 오븐에 넣어 4시간 동안 후경화(PMC:post molding cure)시킨 직후 85℃, 85RH% 상대 습도 조건 하에서 168시간 동안 방치시킨 후 흡습에 의한 무게 변화를 측정하여 다음 식 3에 의하여 흡습율을 계산하였다.
[식 3]
흡습율 = (흡습 후 시험편의 무게-흡습 전 시험편의 무게)÷(흡습 전 시험편의 무게) × 100
(5) 부착력(kgf): 구리 금속 소자를 부착 측정용 금형에 맞는 규격으로 준비하고, 준비된 시험편에 상기 실시예와 비교예에서 제조된 수지 조성물을 금형 온도 170~180℃, 클램프 압력 70kgf/cm2, 이송 압력 1000psi, 이송 속도 0.5~1cm/s, 경화 시간 120초의 조건으로 성형하여 경화 시편을 얻었다. 얻은 시편을 170~180℃의 오븐에 넣어 4시간 동안 후경화(PMC:post molding cure)시켰다. 이때 시편에 닿는 에폭시 수지 조성물의 면적은 40±1mm2이고, 부착력 측정은 각 측정 공정당 12개의 시편에 대하여 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정한 후 평균값으로 계산하였다.
(6) 점도변화율: 에폭시수지 조성물의 25℃에서 점도를 측정하고, 에폭시수지 조성물을 25℃조건에서 24시간 방치한 후 25℃에서 점도를 측정하고, 하기 식 1에 따라 계산하였다. 점도는 말콤 사제 모두축 이중 원통형 회전식 점도계 PM-2 A를 사용하여 측정하였다. 점도변화율이 낮을수록 에폭시수지 조성물이 경화되지 않아 저장안정성이 높음을 의미한다.
<식 1>
점도변화율 = |B-A| / A x 100
(상기 식 1에서, A는 에폭시수지 조성물의 25℃에서 측정한 점도(단위:cPs), B는 에폭시수지 조성물을 25℃조건에서 24시간 방치한 후 25℃에서 측정한 점도(단위:cPs)이다)
(7) 경화도(shore-D): 구리 금속 소자를 포함하는 가로 24mm, 세로 24mm, 두께 1mm인 eTQFP(exposed Thin Quad Flat Package) 패키지용 금형이 장착된 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 이용하여 175℃에서 50, 60, 70, 80 그리고 90초간 평가하고자 하는 에폭시 수지 조성물을 경화시킨 후 금형 위의 패키지에 직접 Shore-D형 경도계로 경화시간에 따른 경화물의 경도를 측정하였다. 값이 높을 수록 경화도가 우수하다.
(8) 저장안정성: 에폭시수지 조성물을 25℃/50% RH(상대습도)로 설정된 항온항습기에 1주간 보존하면서 24시간 간격으로 상기 (1)의 유동성 측정과 같은 방법으로 유동길이를 측정하고, 제조 직후의 유동길이에 대한 백분율(%)을 구했다. 이 백분율의 수치가 클수록 저장안정성이 양호한 것을 나타낸다.
(9) 신뢰성: 상기 휨 특성 평가용 eTQFP 패키지를 125℃에서 24시간 동안 건조시킨 후 5 사이클(1 사이클은 패키지를 -65℃에서 10분, 25℃에서 10분, 150℃에서 10분씩 방치하는 것을 나타냄)의 열충격 시험을 수행하였다. 이후 패키지를 85℃, 60% 상대 습도 조건 하에서 168시간 동안 방치시킨 후 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 이후에 패키지의 외관 크랙 발생 유무를 광학 현미경으로 관찰하였다. 이후 비파괴 검사인 C-SAM(Scanning Acoustic Microscopy)를 이용하여 에폭시 수지 조성물과 리드프레임 간의 박리 발생 유무를 평가하였다. 패키지의 외관 크랙이 발생하거나 에폭시 수지 조성물과 리드프레임간의 박리가 발생할 경우에는 패키지의 신뢰성을 확보할 수 없다.
상기 표 1과 표 2에서와 같이, 본 발명의 포스포늄 이온 함유 화합물을 포함하는 조성물은 유동성이 높고 경화수축률이 낮으며, 경화시간별 경화도를 비교할 때 짧은 경화시간에도 높은 경화도를 갖는 것으로 확인되었다. 또한, 72시간 이후에도 유동성의 차이가 없고 점도 변화율도 낮아서 저장안정성이 높음을 확인하였다. 또한, 외관 크랙이 발생하지 않고 내크랙성이 양호하며 박리발생이 없음을 확인하였다.
반면에, 본 발명의 포스포늄 이온 함유 화합물을 포함하지 않거나, 포스포늄 이온 함유 화합물 대신에 포스포늄 이온을 포함하지 않는 경화 촉매를 포함하는 비교예의 조성물은 저장안정성이 낮고, 경화수축률도 높고, 유동성도 낮으며, 패키지에 사용시 본 발명의 효과를 구현할 수 없음을 확인하였다.
Claims (18)
- 하기 화학식 1로 표시되는 포스포늄 이온 함유 화합물:
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, R4은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 21의 아릴알킬기이고,
R5는 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 20의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 또는 하기 화학식 2이다.
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서, *는 화학식 1에서 N에 대한 연결부위이고,
R11은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기 또는, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 20의 아릴알킬기이다)
R6, R7, R8, R9, R10은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 21의 아릴알킬기, 또는 -NR'R"(상기에서, R', R"은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 7 내지 21의 아릴알킬기이다)이다). - 제1항에 있어서, 상기 R5는 치환 또는 비치환된 탄소수 1-4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 또는 R11이 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 10의 아릴기인 화학식 2인 포스포늄 이온 함유 화합물.
- 하기 화학식 1로 표시되는 경화촉매:
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, R4은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 21의 아릴알킬기이고,
R5는 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 20의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 또는 하기 화학식 2이다.
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서, *는 화학식 1에서 N에 대한 연결부위이고,
R11은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기 또는, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 20의 아릴알킬기이다)
R6, R7, R8, R9, R10은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 21의 아릴알킬기, 또는 -NR'R"(상기에서, R', R"은 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 7 내지 21의 아릴알킬기이다)이다). - 에폭시수지, 경화제, 및 경화촉매를 포함하고,
상기 경화촉매는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 포스포늄 이온 함유 화합물을 포함하는 에폭시수지 조성물. - 제5항에 있어서, 상기 에폭시수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기 및 1개 이상의 수산기를 갖는 에폭시수지를 포함하는 에폭시수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 에폭시수지는 비스페놀형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, tert-부틸 카테콜형 에폭시수지, 나프탈렌형 에폭시수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 선형 지방족에폭시수지, 지환식 에폭시수지, 복소환식 에폭시수지, 스피로환 함유 에폭시수지, 시클로헥산디메탄올형 에폭시수지, 할로겐화 에폭시 수지 수지 중 하나 이상을 포함하는 에폭시수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 경화제는 페놀수지를 포함하는 에폭시수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 경화제는 페놀아랄킬형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 크레졸 노볼락형 페놀수지, 나프톨형 페놀수지, 테르펜형 페놀수지, 다관능형 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐, 산무수물, 메타-페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐설폰 중 하나 이상을 포함하는 에폭시수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 포스포늄 이온 함유 화합물은 상기 에폭시수지 조성물 중 0.01 내지 5중량%로 포함되는 에폭시수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 포스포늄 이온 함유 화합물은 상기 경화촉매 중 10 내지 100중량%로 포함되는 에폭시수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 에폭시수지 조성물은 무기충진제를 더 포함하는 에폭시수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 에폭시수지 조성물은 경화개시온도가 90 내지 120℃인 에폭시수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 에폭시수지 조성물은 하기 식 1의 점도변화율이 16% 이하인 에폭시수지 조성물:
<식 1>
점도변화율 = |B-A| / A x 100
(상기 식 1에서, A는 에폭시수지 조성물의 25℃에서 측정한 점도(단위:cPs), B는 에폭시수지 조성물을 25℃조건에서 24 시간 방치한 후 25℃에서 측정한 점도(단위:cPs)이다). - 제5항에 있어서, 상기 에폭시수지 조성물은 EMMI-1-66에 의해 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스에 의한 유동길이가 59-75inch인 에폭시수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 에폭시수지 조성물은 하기 식 2의 경화수축률이 0.4% 미만인 에폭시수지 조성물:
[식 2]
경화수축률 = |C - D|/ C x 100
(상기 식 2에서, C는 에폭시 수지 조성물을 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스하여 얻은 시편의 길이, D는 상기 시편을 170~180℃에서 4시간 후경화하고, 냉각시킨 후 얻은 시편의 길이이다). - 제5항의 에폭시수지 조성물을 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물.
- 제5항의 에폭시수지 조성물을 사용하여 제조된 장치.
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