KR20170026356A - 전자 재료용 에폭시 수지 조성물, 그의 경화물 및 전자 부재 - Google Patents

전자 재료용 에폭시 수지 조성물, 그의 경화물 및 전자 부재 Download PDF

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Abstract

트리글리시딜옥시비페닐 또는 테트라글리시딜옥시비페닐인 다관능 비페닐형 에폭시 수지와, 경화제 또는 경화 촉진제 중 적어도 1종을 함유하는, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 제공한다. 또한, 필러, 특히 열전도성 필러를 더 함유하는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 제공한다. 또한, 당해 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 경화시켜 이루어지는 경화물, 및 당해 경화물을 함유하는 전자 부재를 제공한다.

Description

전자 재료용 에폭시 수지 조성물, 그의 경화물 및 전자 부재{EPOXY RESIN COMPOSITION FOR ELECTRONIC MATERIAL, CURED PRODUCT THEREOF AND ELECTRONIC MEMBER}
본 발명은 얻어지는 경화물의 내열성, 저열팽창성 및 열전도성이 우수한 전자 재료용 에폭시 수지 조성물, 그의 경화물 및 전자 부재에 관한 것이다.
에폭시 수지와 경화제 또는 경화 촉진제를 필수 성분으로 하는 에폭시 수지 조성물은 내열성, 내흡습성 등의 제물성이 우수한 점에서 반적층판 수지 재료, 전기 절연 재료, 반도체 밀봉 재료, 섬유 강화 복합 재료, 도장 재료, 성형 재료, 접착제료 등에 널리 이용되고 있다. 근년 전자 부품 분야에서는 소형화 및 고밀도 실장화에 의해 발열 밀도의 증가가 현저해지고 있어 각 구성 부재에 사용되는 에폭시 수지 조성물에는 내열성, 열팽창성 및 열전도성의 향상이 더한층 요구되고 있다. 특히 절연부에 이용되는 에폭시 수지 조성물은 방열 필러의 사용에 의한 고열전도화로는 한계가 있어 매트릭스인 에폭시 수지 자신의 열전도성 향상이 요구되고 있다.
열전도성이 우수한 에폭시 수지로서는 메소겐 골격을 갖는 것이 알려져 있으며, 예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 비페놀형 에폭시 수지 및 여러 메소겐 골격을 포함하는 에폭시 수지가 기재되어 있다. 그러나 이들 에폭시 수지는 에폭시 관능기량이 낮기 때문에 내열성이 나빠, 금후 고온 조건하에서의 가일층의 안정성이 요구되는 전자 재료 용도에는 사용이 어려웠다. 특히 특허문헌 2에 기재된 메소겐 구조를 갖는 에폭시 수지는 고융점이며 용제 용해성이 나쁘기 때문에, 합성이 어려운 점, 작업성이 나쁜 점이 문제였다.
특허문헌 3 및 특허문헌 4에는 트리글리시딜옥시비페닐 및 테트라글리시딜옥시비페닐인 다관능 비페닐형 에폭시 수지를 전자 재료 용도에 사용할 수 있는 취지가 기재되어 있고, 다른 많은 특허문헌에도 마찬가지의 기재가 있다. 그러나 어느 특허문헌에도 그 물성은 상세하게 설명되어 있지는 않고, 그 에폭시 수지의 열전도성에 착안하여 기재된 것은 없다.
일본 특허 공개 제2010-001427호 일본 특허 공개 평11-323162호 일본 특허 제2953661호 일본 특허 제5416367호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 우수한 내열성, 열팽창성 및 고열전도성을 발현하고, 또한 그 저점도 특성 및 양호한 용제 용해성으로부터 양호한 작업성을 실현하는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물 및 그의 경화물을 제공하는 데 있다.
본 발명자들은 예의 검토한 결과, 트리글리시딜옥시비페닐 또는 테트라글리시딜옥시비페닐인 다관능 비페닐형 에폭시 수지는 저융점이고 또한 저점도이며 용제 용해성이 좋아, 그의 조성물은 양호한 저점도 특성과 용제 용해성을 나타내고, 또한 그의 경화물은 비페닐 골격 유래의 고열전도성과, 다관능 설계에서 유래되는 우수한 내열성, 고온 영역에서의 저열팽창성을 나타내는 것을 알아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 상기 에폭시 수지는 용융시에 매우 저점도가 되기 때문에 저융점 및 저점도화를 위해서 다른 저열전도율의 희석제를 병용할 필요가 없으므로, 실용적인 조성물로 한 경우에도 열전도율이 높은 경화물을 얻을 수 있었다.
즉, 본 발명은 하기 식 (1)로 표시되는 에폭시 수지인 트리글리시딜옥시비페닐 또는 테트라글리시딜옥시비페닐인 다관능 비페닐형 에폭시 수지와 경화제 또는 경화 촉진제 중 적어도 1종을 필수 성분으로 하는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
Figure pct00001
(식 중 n, m은 각각 0 내지 4의 정수를 나타내고, n과 m의 합은 3 또는 4임)
또한, 본 발명은 상기한 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 필러를 더 함유하는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 필러로서 실리카를 함유하는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 필러로서 열전도성 필러를 함유하는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 섬유질 기재를 더 함유하는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 열전도성 접착제인 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 반도체 밀봉 재료용인 전자 재료용 에폭시 수지 조성에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전자 회로 기판 재료용인 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 경화 반응시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 재료용 에폭시 수지 경화물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 전자 재료용 에폭시 수지 경화물을 함유하는 전자 부재에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 열전도 접착제, 반도체 밀봉재, 전자 회로 기판인 전자 부재에 관한 것이다.
본 발명의 에폭시 수지는 저점도이며 양호한 용제 용해성을 실현하는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물, 및 우수한 내열성, 저열팽창성 및 고열전도성을 발현하는 전자 재료용 에폭시 수지 경화물을 제공할 수 있고, 열전도 접착제, 반도체 밀봉 재료, 프린트 배선 기판 재료, 플렉시블 배선 기판 재료, 빌드 업 기판용 층간 절연 재료, 도전 페이스트, 빌드 업용 접착 필름 재료, 레지스트 잉크, 수지 주형 재료, 접착제 등의 전자 재료에 적합하게 사용할 수 있다. 특히 본 발명의 에폭시 수지는 열전도성이 우수한 점에서 열전도성 재료용으로서 특히 적합하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 이용하는 에폭시 수지는 트리글리시딜옥시비페닐 또는 테트라글리시딜옥시비페닐인 다관능 비페닐형 에폭시 수지이고, 상기 식 (1)로 표시되는 에폭시 수지이다. 상기 식 (1)로 표시되는 에폭시 수지로서는 예를 들어 2,3,4-트리글리시딜옥시비페닐, 2,3,5-트리글리시딜옥시비페닐, 2,3,6-트리글리시딜옥시비페닐, 2,4,5-트리글리시딜옥시비페닐, 2,4,6-트리글리시딜옥시비페닐, 3,4,5-트리글리시딜옥시비페닐, 2,2',3-트리글리시딜옥시비페닐, 2,2',4-트리글리시딜옥시비페닐, 2,2',5-트리글리시딜옥시비페닐, 2,2',6-트리글리시딜옥시비페닐, 2,3',4'-트리글리시딜옥시비페닐, 2,3',5'-트리글리시딜옥시비페닐, 2,3,3'-트리글리시딜옥시비페닐, 2,3',4-트리글리시딜옥시비페닐, 2,3',5-트리글리시딜옥시비페닐, 2,3',6-트리글리시딜옥시비페닐, 3,3',4-트리글리시딜옥시비페닐, 3,3'5-트리글리시딜옥시비페닐, 2,3,4'-트리글리시딜옥시비페닐, 2,4,4'-트리글리시딜옥시비페닐, 2,4',5-트리글리시딜옥시비페닐, 2,4',6-트리글리시딜옥시비페닐, 3,4,4'-트리글리시딜옥시비페닐, 3,4',5-트리글리시딜옥시비페닐, 2,3,4,5-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3,4,6-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3,5,6-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',3,4-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',3,5-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',3,6-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',4,5-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',4,6-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3',4',5'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3,3',4-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3,3',5-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3,3',6-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3',4,5-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3',4,6-테트라글리시딜옥시비페닐, 3,3',4,5-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3,4,4'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3,4',5-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3,4',6-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,4,4',5-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,4,4',6-테트라글리시딜옥시비페닐, 3,4,4',5-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',3,3'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',3,4'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',3,5'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',3,6'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3,3',4'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3,3',5'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',4,4'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',4,5'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',4,6'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3',4,4'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3',4,5'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',5,5'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',5,6'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3',4',5-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3',5,5'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',6,6'-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3',4',6-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,3',5',6-테트라글리시딜옥시비페닐, 3,3',4,4'-테트라글리시딜옥시비페닐, 3,3',4,5'-테트라글리시딜옥시비페닐, 3,3',5,5'-테트라글리시딜옥시비페닐을 들 수 있다. 그 중에서도 에폭시 수지의 고열전도화에는 분자의 배향성이 높은 구조가 유리하기 때문에, 4,4'위치에 치환기를 갖는 2,4,4'-트리글리시딜옥시비페닐, 2,4,4',6-테트라글리시딜옥시비페닐, 2,2',4,4'-테트라글리시딜옥시비페닐; 분자 대칭성이 우수한 2,4',6-트리글리시딜옥시비페닐, 3,4',5-트리글리시딜옥시비페닐, 2,2',5,5'-테트라글리시딜옥시비페닐, 3,3',5,5'-테트라글리시딜옥시비페닐이 적합하다.
또한, 상기 식 (1)로 표시되는 에폭시 수지는 방향환에 결합한 수소의 일부가 탄화수소기로 치환되어 있어도 된다. 상기 탄화수소기로서는 치환기를 갖고 있어도 좋은 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기이고, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 시클로헥실기 등의 알킬기; 비닐기, 알릴기, 시클로프로페닐기 등의 알케닐기; 에티닐기, 프로피닐기 등의 알키닐기; 페닐기, 톨릴기, 크실릴기, 나프틸기 등의 아릴기; 벤질기, 페네틸기, 나프틸메틸기 등의 아르알킬기를 들 수 있다. 상기 치환기는 본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물 및 그의 경화물에 현저한 영향을 미치는 것이 아니면 어떠한 치환기를 갖고 있어도 된다. 에폭시 수지의 저용융 점도화에는 운동성이 높은 장쇄 형상의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기가 바람직하지만, 운동성이 높은 치환기는 에폭시 수지 경화물의 내열성을 저하시킨다. 또한, 부피가 큰 치환기는 분자의 배향을 저해하여 열전도율을 저하시킨다. 따라서, 본 발명의 에폭시 수지에 있어서는 치환기를 갖지 않거나, 또는 탄소수 1 내지 4의 탄화수소기가 바람직하고, 치환기를 갖지 않거나, 또는 메틸기, 알릴기가 더욱 바람직하다.
본 발명의 식 (1)로 표시되는 다관능 비페닐형 에폭시 수지의 원료가 되는 트리히드록시비페닐 또는 테트라히드록시비페닐은 레조르시놀 등 제조시의 부생성물이어도 되고, 또한 공지 관용의 방법을 이용하여 의도적으로 제조한 것이어도 된다. 상기 화합물을 의도적으로 합성하는 방법으로서는, 예를 들어 벤젠, 모노히드록시벤젠, 디히드록시벤젠, 트리히드록시벤젠 및 테트라히드록시벤젠 또는 이들의 유도체를 이량화하는 여러 가지 반응, 예를 들어 벤젠, 모노히드록시벤젠, 디히드록시벤젠, 트리히드록시벤젠, 테트라히드록시벤젠 및 이들의 할로겐화물, 실란 유도체, 주석 유도체, 리튬 유도체, 붕소산 유도체, 트리플루오로메탄술폰산 등의 술폰산 유도체, 알콕시 유도체, 마그네슘 할라이드 유도체, 아연 할라이드 유도체 등 중, 단독 또는 어느 2개와 금속 촉매를 반응시켜, 비페닐 골격을 구축하는 커플링 반응을 들 수 있다. 상기 중에서도 철이나 구리 등의 금속 촉매를 이용하는 산화 커플링 반응(Tetrahedron Letters, 1977, 50, 4447), 구리나 팔라듐 등의 금속 촉매를 사용하는 울만 반응(Chem. Ber. 1901, 34, 2174)이나 스즈키 커플링 반응(J. Organomet. Chem., 576, 147(1999); Synth. Commun., 11, 513(1981)) 등의 커플링 반응은 간편하고 수율이 좋아 적합하다.
본 발명의 식 (1)로 표시되는 에폭시 수지의 제조법에 특별히 제한은 없고, 공지 관용의 방법으로 제조할 수 있고, 트리히드록시비페닐 또는 테트라히드록시비페닐에 에피할로히드린을 반응시키는 제조법이나, 트리히드록시비페닐 또는 테트라히드록시비페닐에 알릴 할라이드를 반응시켜 알릴에테르화한 후, 산화 반응 또는 할로히드린체를 경유하여 에폭시환화하는 제조법 등을 들 수 있다. 공업적으로는 트리히드록시비페닐 또는 테트라히드록시비페닐에 에피할로히드린을 반응시키는 제조법이 유의하여, 그 일례를 이하에 상세하게 설명한다.
페놀 화합물에 에피할로히드린을 반응시키는 제조법은 구체적으로는, 예를 들어 페놀 화합물 중의 페놀성 수산기의 몰수에 대하여 에피할로히드린을 2 내지 10배량(몰 기준)이 되는 비율로 첨가하고, 또한 페놀성 수산기의 몰수에 대하여 0.9 내지 2.0배량(몰 기준)의 염기성 촉매를 일괄 첨가 또는 서서히 첨가하면서 20 내지 120℃의 온도에서 0.5 내지 10시간 반응시키는 방법을 들 수 있다. 이 염기성 촉매는 고형이어도 되고 그의 수용액을 사용하여도 되고, 수용액을 사용하는 경우에는 연속적으로 첨가함과 함께, 반응 혼합물 중으로부터 감압하 또는 상압하 연속적으로 물 및 에피할로히드린류를 유출(留出)시키고, 또한 분액하여 물은 제거하고 에피할로히드린은 반응 혼합물 중에 연속적으로 복귀시키는 방법이어도 된다.
또한, 공업 생산을 행할 때, 에폭시 수지 생산의 첫 배치(batch)에서는 투입에 이용하는 에피할로히드린류의 모두가 새로운 것이지만, 다음 배치 이후는 조(粗)반응 생성물로부터 회수된 에피할로히드린류와, 반응에서 소비되는 분(分)으로 소실되는 분에 상당하는 새로운 에피할로히드린류를 병용하는 것이 가능하여 경제적으로 바람직하다. 이때 사용하는 에피할로히드린은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 에피클로로히드린, 에피브로모히드린, β-메틸에피클로로히드린 등을 들 수 있다. 그 중에서도 공업적 입수가 용이한 점에서 에피클로로히드린이 바람직하다.
또한, 상기 염기성 촉매는 구체적으로는 알칼리 토금속 수산화물, 알칼리 금속 탄산염 및 알칼리 금속 수산화물 등을 들 수 있다. 특히 에폭시 수지 합성 반응의 촉매 활성이 우수한 점에서 알칼리 금속 수산화물이 바람직하고, 예를 들어 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을 들 수 있다. 사용시에는 이들 염기성 촉매를 10 내지 55질량% 정도의 수용액의 형태로 사용해도 되고, 고형의 형태로 사용해도 상관없다. 또한, 유기 용매를 병용함으로써 에폭시 수지의 합성에 있어서의 반응 속도를 높일 수 있다. 이러한 유기 용매로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤류, 메탄올, 에탄올, 1-프로필알코올, 이소프로필알코올, 1-부탄올, 세컨더리 부탄올, tert-부탄올 등의 알코올류, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브 등의 셀로솔브류, 테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,3-디옥산, 디에톡시에탄 등의 에테르류, 아세토니트릴, 디메틸술폭시드, 디메틸포름아미드 등의 비프로톤성 극성 용매 등을 들 수 있다. 이들 유기 용매는 각각 단독으로 사용해도 되고, 또한 극성을 조정하기 위해서 적절히 2종 이상을 병용해도 된다.
전술한 에폭시화 반응의 반응물을 수세 후, 가열 감압하, 증류에 의해 미반응된 에피할로히드린이나 병용하는 유기 용매를 증류 제거한다. 또한 추가로 가수분해성 할로겐이 적은 에폭시 수지로 하기 위해서, 얻어진 에폭시 수지를 다시 톨루엔, 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤 등의 유기 용매에 용해하고, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리 금속 수산화물의 수용액을 첨가하여 반응을 더 행할 수도 있다. 이때 반응 속도의 향상을 목적으로 하여 4급 암모늄염이나 크라운 에테르 등의 상관 이동 촉매를 존재시켜도 된다. 상관 이동 촉매를 사용하는 경우의 그 사용량으로서는 사용하는 에폭시 수지 100질량부에 대하여 0.1 내지 3.0질량부가 되는 비율인 것이 바람직하다. 반응 종료 후, 생성된 염을 여과, 수세 등에 의해 제거하고, 또한 가열 감압하에 톨루엔, 메틸이소부틸케톤 등의 용제를 증류 제거함으로써 목적으로 하는 본 발명의 필수 성분인 식 (1)로 표시되는 에폭시 수지를 얻을 수 있다.
이어서 본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 이상 상세히 설명한 식 (1)로 표시되는 에폭시 수지와 경화제 또는 경화 촉진제를 필수 성분으로 하는 것이지만, 해당 에폭시 수지는, 올리고머 성분을 함유하는 제조시의 반응 생성물로서 이용해도 된다.
여기서 이용하는 경화제는 특별히 한정은 없으며, 통상의 에폭시 수지 경화제로서 상용되고 있는 화합물은 모두 사용할 수 있고, 예를 들어 아민계 화합물, 아미드계 화합물, 산 무수물계 화합물, 페놀계 화합물 등을 들 수 있다. 구체적으로는 아민계 화합물로서는 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐에탄, 디아미노디페닐에테르, 디아미노디페닐술폰, 오르토페닐렌디아민, 메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민, 메타크실렌디아민, 파라크실렌디아민, 디에틸톨루엔디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 이소포론디아민, 이미다졸, BF3-아민 착체, 구아니딘 유도체, 구아나민 유도체 등을 들 수 있고, 아미드계 화합물로서는 디시안디아미드, 리놀렌산의 이량체와 에틸렌디아민으로부터 합성되는 폴리아미드 수지 등을 들 수 있고, 산 무수물계 화합물로서는 무수 프탈산, 무수 트리멜리트산, 무수 피로멜리트산, 무수 말레산, 테트라히드로 무수 프탈산, 메틸테트라히드로 무수 프탈산, 무수 메틸나드산, 헥사히드로 무수 프탈산, 메틸헥사히드로 무수 프탈산 등을 들 수 있고, 페놀계 화합물로서는 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S, 레조르신, 카테콜, 하이드로퀴논, 플루오렌 비스페놀, 4,4'-비페놀, 4,4',4"-트리히드록시트리페닐메탄, 나프탈렌디올, 1,1,2,2-테트라키스(4-히드록시페닐)에탄, 칼릭스아렌, 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지 변성 페놀 수지, 디시클로펜타디엔 페놀 부가형 수지, 페놀 아르알킬 수지(자일록 수지), 레조르신 노볼락 수지로 대표되는 다가 히드록시 화합물과 포름알데히드로부터 합성되는 다가 페놀 노볼락 수지, 나프톨아르알킬 수지, 트리메틸올메탄 수지, 테트라페닐올에탄 수지, 나프톨 노볼락 수지, 나프톨-페놀 공축 노볼락 수지, 나프톨-크레졸 공축 노볼락 수지, 비페닐 변성 페놀 수지(비스메틸렌기로 페놀핵이 연결된 다가 페놀 화합물), 비페닐 변성 나프톨 수지(비스메틸렌기로 페놀핵이 연결된 다가 나프톨 화합물), 아미노 트리아진 변성 페놀 수지(멜라민, 벤조구아나민 등으로 페놀핵이 연결된 다가 페놀 화합물)이나 알콕시기 함유 방향환 변성 노볼락 수지(포름알데히드로 페놀핵 및 알콕시기 함유 방향환이 연결된 다가 페놀 화합물) 등의 다가 페놀 화합물을 들 수 있다. 이들 경화제는 단독이어도 2종류 이상의 병용이어도 상관없다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 경화 촉진제를 단독으로, 또는 상기 경화제와 병용할 수도 있다. 경화 촉진제로서 에폭시 수지의 경화 반응을 촉진하는 여러 가지 화합물을 사용할 수 있고, 예를 들어 인계 화합물, 제3급 아민 화합물, 이미다졸 화합물, 유기산 금속염, 루이스산, 아민 착염 등을 들 수 있다. 그 중에서도 이미다졸 화합물, 인계 화합물, 제3급 아민 화합물의 사용이 바람직하고, 특히 반도체 밀봉 재료 용도로서 사용하는 경우에는 경화성, 내열성, 전기 특성, 내습 신뢰성 등이 우수한 점으로부터, 인계 화합물에서는 트리페닐포스핀, 제3급 아민에서는 1,8-디아자비시클로-[5.4.0]-운데센(DBU)이 바람직하다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 있어서 에폭시 수지 성분으로서, 상기한 트리글리시딜옥시비페닐 또는 테트라글리시딜옥시비페닐인 식 (1)로 표시되는 다관능 비페닐형 에폭시 수지를 단독으로 이용해도 되지만, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 다른 에폭시 수지를 병용해서 이용해도 된다. 구체적으로는 에폭시 수지 성분의 전체 질량에 대하여 상기 에폭시 수지가 30질량% 이상, 바람직하게는 40질량% 이상이 되는 범위에서 다른 에폭시 수지를 병용할 수 있다.
여기서 상기 트리글리시딜옥시비페닐 또는 테트라글리시딜옥시비페닐인 식 (1)로 표시되는 다관능 비페닐형 에폭시 수지와 병용될 수 있는 다른 에폭시 수지로서는 여러 가지 에폭시 수지를 이용할 수 있지만, 예를 들어 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지; 레조르시놀디글리시딜에테르형 에폭시 수지, 하이드로퀴논디글리시딜에테르형 에폭시 수지 등의 벤젠형 에폭시 수지; 테트라메틸비페놀형 에폭시 수지, 비페놀형 에폭시 수지 등의 비페닐형 에폭시 수지; 1,6-디글리시딜옥시나프탈렌형 에폭시 수지, 1-(2,7-디글리시딜옥시나프틸)-1-(2-글리시딜옥시나프틸)메탄, 1,1-비스(2,7-디글리시딜옥시나프틸)메탄, 1,1-비스(2,7-디글리시딜옥시나프틸)-1-페닐-메탄, 1,1-비(2,7-디글리시딜옥시나프틸) 등의 나프탈렌형 에폭시 수지; 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 페놀류와 페놀성 수산기를 갖는 방향족 알데히드의 축합물의 에폭시화물, 비페닐 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨-페놀 공축 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨-크레졸 공축 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지; 페놀아르알킬형 에폭시 수지, 나프톨아르알킬형 에폭시 수지 등의 아르알킬형 에폭시 수지; 트리페닐메탄형 에폭시 수지; 테트라페닐에탄형 에폭시 수지; 디시클로펜타디엔-페놀 부가 반응형 에폭시 수지; 10-(2,5-디히드록시페닐)-10H-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥시드 등을 이용하여 합성되는 인 함유 에폭시 수지; 플루오렌형 에폭시 수지; 크산텐형 에폭시 수지; 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르 등의 지방족 에폭시 수지; 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 비스-(3,4-에폭시시클로헥실)아디페이트 등의 지환식 에폭시 수지; 트리글리시딜이소시아누레이트 등의 헤테로환 함유 에폭시 수지; 프탈산디글리시딜에스테르, 테트라히드로프탈산디글리시딜에스테르, 헥사히드로프탈산디글리시딜에스테르, 디글리시딜p-옥시벤조산, 다이머산글리시딜에스테르, 트리글리시딜에스테르 등의 글리시딜에스테르형 에폭시 수지; 디글리시딜아닐린, 테트라글리시딜아미노디페닐메탄, 트리글리시딜-p-아미노페놀, 테트라글리시딜메타크실릴렌디아민, 디글리시딜톨루이딘, 테트라글리시딜비스아미노메틸시클로헥산 등의 글리시딜아민형 에폭시 수지; 디글리시딜히단토인, 글리시딜글리시독시알킬히단토인 등의 히단토인형 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 또한, 이들 에폭시 수지는 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 혼합해도 된다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 조성물은 필러를 더 함유할 수 있다. 여기서 이용하는 필러는 무기계 필러가 바람직하고, 수지 조성물에 내열성의 향상, 난연성, 저 선팽창 계수화나 저유전율화 등의 특성을 부여할 수 있다. 특히 열전도율이 높은 무기계 필러를 이용함으로써 본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 열전도율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 이용되는 필러로서, 내열성의 향상, 난연성의 부여, 저유전율의 저하나 선팽창 계수의 저하 등을 위해서 용융 실리카, 결정 실리카, 알루미나, 질화규소, 수산화알루미늄 등의 각종 필러가 이용된다. 반도체 밀봉재용으로 이용하는 필러로서 실리카를 이용하는 것이 바람직하고, 내열성 향상이나 선팽창 계수의 저하가 가능하다. 실리카로서는 예를 들어 용융 실리카, 결정 실리카를 들 수 있다. 상기 필러의 배합량을 특히 크게 하는 경우에는 용융 실리카를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 용융 실리카는 파쇄상, 구상의 어느 것이든 사용 가능하지만, 용융 실리카의 배합량을 높이고 또한 성형 재료의 용융 점도 상승을 억제하기 위해서는 구상의 것을 주로 이용하는 편이 바람직하다. 또한 구상 실리카의 배합량을 높이기 위해서는 구상 실리카의 입도 분포를 적당히 조정하는 것이 바람직하다. 그의 충전율은 난연성을 고려하여 높은 쪽이 바람직하고, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 전체량에 대하여 65질량% 이상이 바람직하다. 또한, 전자 회로 기판 등에는, 난연성 부여를 위해서 수산화알루미늄이 바람직하게 이용된다.
또한, 본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에, 열전도성을 더 높이기 위해서 열전도성 필러를 이용할 수 있다. 열전도성 필러로서 공지 관용의 금속계 필러, 무기 화합물 필러, 탄소계 필러 등이 사용된다. 구체적으로는 예를 들어 은, 구리, 알루미늄, 철, 스테인리스 등의 금속계 필러, 알루미나, 마그네시아, 베릴리아, 실리카, 질화붕소, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 탄화붕소, 탄화티타늄 등의 무기계 필러, 다이아몬드, 흑연, 그래파이트, 탄소 섬유 등의 탄소계 필러 등을 들 수 있다. 적어도 1종의 열전도성 필러가 선택되어 사용되지만, 결정형, 입자 사이즈 등이 상이한 1종 또는 복수종의 열전도성 필러를 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 전자 기기 등의 용도에서 방열성이 필요한 경우에는 전기 절연성이 요구되는 경우가 많아，이들 필러 중 열전도성과 부피 고유 저항이 모두 높은 알루미나, 산화마그네슘, 산화아연, 베릴리아, 질화붕소, 질화알루미늄, 질화규소, 다이아몬드로부터 선택되는 적어도 1종의 절연성의 열전도성 필러의 사용이 바람직하다. 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 대한 열전도성 필러의 충전량에 한계가 있고, 충전량이 너무 많아지면 예를 들어 열전도성 접착제로서 이용할 때의 접착성 등의 물성을 저하시키기 때문에 열전도율이 높은 열전도성 필러의 사용이 바람직하고, 10W/m/K 이상의 열전도성 필러의 사용이 보다 바람직하다. 그 중에서도 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 산화마그네슘이 열전도성과 절연성의 확보의 점에서 바람직하고, 특히 알루미나가 열전도성과 절연성 외에 수지에 대한 충전성이 좋아지므로 보다 바람직하다.
이들 열전도성 필러로서 표면 처리를 행한 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어 무기계 필러 등은 실란계, 티타네이트계 및 알루미네이트계 커플링제 등으로 표면 개질된 것을 사용할 수 있다.
상기 열전도성 필러의 평균 입자 직경은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한이 0.2㎛, 바람직한 상한이 50㎛이다. 상기 열전도성 필러의 평균 입자 직경이 0.2㎛ 미만이면 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 점도가 높아져서 작업성 등이 저하되는 경우가 있다. 상기 열전도성 필러의 평균 입자 직경이 50㎛를 초과한 것을 다량으로 사용하면, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 경화물과 기재와의 접착력이 부족하여 전자 부품의 휨이 커지거나, 냉열 사이클하 등에 있어서 크랙 또는 박리가 발생하거나, 접착 계면에서 박리가 발생하거나 하는 경우가 있다. 상기 열전도성 필러의 평균 입자 직경의 보다 바람직한 하한은 0.4㎛, 더 바람직한 상한은 30㎛이다.
상기 열전도성 필러의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 유동성으로부터는 구에 가까운 쪽이 바람직하다. 예를 들어 애스펙트비(입자의 짧은 직경의 길이에 대한 입자의 긴 직경의 길이의 비(긴 직경의 길이/짧은 직경의 길이))는 특별히 한정되지 않지만, 1에 가까울수록 바람직하고, 바람직하게는 1 내지 80이고, 더욱 바람직하게는 1 내지 10이다.
상기 열전도성 필러의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물 중의 함유량은 특별히 한정되지 않고, 용도에서 요구되는 열전도율의 정도에 따라 배합되지만, 바람직하게는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 100중량부 중 상기 열전도성 필러의 함유량은 40 내지 95중량부이다. 상기 열전도성 필러의 함유량이 40중량부 미만이면 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 충분한 열전도성이 얻어지지 않는다. 상기 열전도성 필러의 함유량이 95중량부를 초과하면 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 경화물과 기재의 접착력이 부족하여 전자 부품의 휨이 커지거나, 냉열 사이클하 등에 있어서 크랙 또는 전자 부품의 박리가 발생하거나, 접착 계면에서 박리가 발생하거나 한다. 또한, 상기 열전도성 필러의 함유량이 95중량부를 초과하면 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 점도가 높아져서 도포성, 작업성 등이 저하된다. 열전도성 필러의 기능을 효과적으로 발현하여 높은 열전도성을 얻기 위해서는 열전도성 필러가 고충전되어 있는 쪽이 바람직하고, 60 내지 90중량부의 사용이 바람직하다. 에폭시 수지 조성물의 유동성도 고려하면 보다 바람직하게는 60 내지 85중량부의 사용이다.
상기 열전도성 필러는 2종류 이상의 입자 직경이 상이한 것을 혼합하여 이용하는 것이 바람직하고, 이에 의해 큰 입자 직경의 열전도성 필러의 공극에 작은 입자 직경의 열전도성 필러가 패킹됨으로써, 단일 입자 직경의 열전도성 필러만을 사용하는 것보다 촘촘히 충전되기 때문에 더 높은 열전도율을 발휘하는 것이 가능하다. 구체적으로는 알루미나를 사용한 경우, 열전도성 필러 중 평균 입자 직경 5 내지 20㎛(큰 입자 직경)를 45 내지 75중량%, 평균 입자 직경 0.4 내지 1.0㎛(작은 입자 직경)를 25 내지 55중량%의 범위의 비율로 혼합하면 열전도율의 온도 의존성이 작아지므로 바람직하다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 섬유질 기재를 더 함유할 수 있다. 섬유질 기재를 첨가함으로써 본 발명의 전자 재료용 수지 조성물에 대하여 강도 및 저 선팽창 계수를 부여할 수 있고, 섬유 강화 수지로서 적합하게 사용 가능하다. 여기서 사용되는 섬유질 기재는 예를 들어 식물 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 등이 있고, 직포 형상이어도 부직포 형상이어도 섬유의 집합체여도 분산체여도 된다. 섬유질 기재로서는 구체적으로는 종이, 유리 천, 유리 부직포, 아라미드지, 아라미드 천, 아라미드 부직포, 유리 매트, 유리 로빙 천 등을 들 수 있고, 예를 들어 전자 회로 기판으로서 이용하는 경우, 강도나 저 선팽창 계수를 부여할 수 있는 점에서 유리 섬유가 바람직하다. 예를 들어 유리 섬유를 이용한 프리프레그의 제작의 경우, 수지의 유동성(함침성)의 관점에서 바람직한 것은 유리 섬유의 직경 10㎛ 이하, 섬유의 밀도가 40 내지 80개/인치이고, 또한 에폭시 실란 커플링제 또는 아미노 실란 커플링제 등의 실란 커플링제로 처리한 유리 천이다. 더욱 적합하게는 종사와 횡사의 망의 간극을 최대한 없애는 처리를 실시한 것이 좋다. 유리 부직포로서는 단위 면적당 중량 15g/m2, 두께 약 0.1mm 내지 단위 면적당 중량 120g/m2, 두께 약 1.0mm의 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 이용하는 섬유질 기재는 두께 100㎛ 이하인 것이 사용 목적의 관점에서 바람직하다.
또한, 본 발명의 필러는 표면 처리를 행한 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어 무기계 필러 등은 실란계, 티타네이트계 및 알루미네이트계 커플링제 등으로 표면 개질된 것을 사용할 수 있다. 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 유동성 등으로부터 상기 커플링제로 처리한 필러를 이용한 편이 좋은 경우가 많고, 예를 들어 표면 처리에 의해 경화물에 있어서의 수지와 필러의 밀착성이 더 높아진다. 예를 들어 열전도성 필러의 경우, 수지와 열전도성 필러의 사이에서의 계면 열저항이 저하되고, 열전도성이 향상된다.
커플링제 중에서도 실란계 커플링제의 사용이 바람직하고, 예를 들어 실란 커플링제로서는 비닐트리클로로실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, β(3,4에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리실메톡시프로필메틸디에톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-클로로프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
표면 처리는 공지 관용의 필러의 표면 개질 방법에 의해 행할 수 있고, 예를 들어 유체 노즐을 이용한 분무 방식, 전단력이 있는 교반, 볼 밀, 믹서 등의 건식법, 수계 또는 유기 용제계 등의 습식법을 채택할 수 있다. 전단력을 이용한 표면 처리는 필러의 파괴가 일어나지 않을 정도로 하여 행하는 것이 바람직하다.
건식법에 있어서의 계내 온도 내지는 습식법에 있어서의 처리 후의 건조 온도는 표면 처리제의 종류에 따라 열분해되지 않는 영역에서 적절히 결정된다. 예를 들어 γ-아미노프로필트리에톡시실란으로 처리하는 경우에는 80 내지 150℃의 온도가 바람직하다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 우수한 용제 용해성을 발현하는 것을 특징으로 하고 있다. 따라서, 본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 유기 용제를 배합해도 된다. 여기서 사용할 수 있는 유기 용제로서는 특별히 한정은 없지만, 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸포름아미드, 메틸이소부틸케톤, 메톡시프로판올, 시클로헥사논, 메틸셀로솔브, 에틸디글리콜아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 등을 들 수 있고, 그의 선택이나 적정한 사용량은 용도에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어 프린트 배선 기판 용도에서는 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸포름아미드 등의 비점이 160℃ 이하인 극성 용제인 것이 바람직하고, 또한 불휘발분 40 내지 80질량%가 되는 비율로 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 빌드 업용 접착 필름 용도에서는 유기 용제로서 예를 들어 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 셀로솔브아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 카르비톨아세테이트 등의 아세트산에스테르류, 셀로솔브, 부틸카르비톨 등의 카르비톨류, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등의 아미드류 등을 이용하는 것이 바람직하고, 또한 불휘발분 30 내지 60질량%가 되는 비율로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 난연성을 발휘시키기 위해서 예를 들어 전자 회로 기판의 분야에 있어서는 실질적으로 할로겐 원자를 함유하지 않는 비할로겐계 난연제를 배합해도 된다.
상기 비할로겐계 난연제로서는 예를 들어 인계 난연제, 질소계 난연제, 실리콘계 난연제, 무기계 난연제, 유기 금속염계 난연제 등을 들 수 있고, 이들의 사용시에도 하등 제한되는 것이 아니고, 단독으로 사용해도, 동일계의 난연제를 복수 이용해도 되고, 또한 상이한 계의 난연제를 조합하여 이용하는 것도 가능하다.
상기 인계 난연제로서는 무기계, 유기계를 모두 사용할 수 있다. 무기계 화합물로서는 예를 들어 적린, 인산1암모늄, 인산2암모늄, 인산3암모늄, 폴리인산암모늄 등의 인산암모늄류, 인산 아미드 등의 무기계 질소 함유 인 화합물을 들 수 있다.
상기 유기 인계 화합물로서는 예를 들어 인산에스테르 화합물, 포스폰산 화합물, 포스핀산 화합물, 포스핀옥시드 화합물, 포스포란 화합물, 유기계 질소 함유 인 화합물 등의 범용 유기 인계 화합물 외에 9,10-디히드로-9-옥사―10-포스파페난트렌=10-옥시드, 10-(2,5-디히드로옥시페닐)-10H-9-옥사-10-포스파페난트렌=10-옥시드, 10-(2,7-디히드로옥시나프틸)-10H-9-옥사-10-포스파페난트렌=10-옥시드 등의 환상 유기 인 화합물, 및 이것을 에폭시 수지나 페놀 수지 등의 화합물과 반응시킨 유도체 등을 들 수 있다.
이들의 배합량으로서는 인계 난연제의 종류, 경화성 수지 조성물의 다른 성분, 원하는 난연성의 정도에 따라 적절히 선택되는 것이지만, 예를 들어 에폭시 수지, 경화제, 비할로겐계 난연제 및 그 밖의 충전재나 첨가제 등 모두를 배합한 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 대하여 적린을 비할로겐계 난연제로서 사용하는 경우에는 0.1 내지 2.0질량%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하고, 유기 인 화합물을 사용하는 경우에는 마찬가지로 0.1 내지 10.0질량%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하고, 특히 0.5 내지 6.0질량%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하다.
또한 상기 인계 난연제를 사용하는 경우, 해당 인계 난연제에 히드로탈사이트, 수산화마그네슘, 붕화합물, 산화지르코늄, 흑색 염료, 탄산칼슘, 제올라이트, 몰리브덴산아연, 활성탄 등을 병용해도 된다.
상기 질소계 난연제로서는 예를 들어 트리아진 화합물, 시아누르산 화합물, 이소시아누르산 화합물, 페노티아진 등을 들 수 있고, 트리아진 화합물, 시아누르산 화합물, 이소시아누르산 화합물이 바람직하다.
상기 트리아진 화합물로서는 예를 들어 멜라민, 아세토구아나민, 벤조구아나민, 멜론, 멜람, 숙시노구아나민, 에틸렌디멜라민, 폴리인산멜라민, 트리구아나민 등의 외에, 예를 들어 (ⅰ) 황산구아닐멜라민, 황산멜렘, 황산멜람 등의 황산아미노트리아진 화합물, (ⅱ) 페놀, 크레졸, 크실레놀, 부틸페놀, 노닐페놀 등의 페놀류와, 멜라민, 벤조구아나민, 아세토구아나민, 포름구아나민 등의 멜라민류 및 포름알데히드와의 공축합물, (ⅲ) 상기 (ⅱ)의 공축합물과 페놀 포름알데히드 축합물 등의 페놀 수지류와의 혼합물, (ⅳ) 상기 (ⅱ), (ⅲ)을 또한 동유(桐油), 이성화 아마인유 등으로 변성한 것 등을 들 수 있다.
상기 시아누르산 화합물의 구체예로서는 예를 들어 시아누르산, 시아누르산멜라민 등을 들 수 있다.
상기 질소계 난연제의 배합량으로서는 질소계 난연제의 종류, 경화성 수지 조성물의 다른 성분, 원하는 난연성의 정도에 따라 적절히 선택되는 것이지만, 예를 들어 에폭시 수지, 경화제, 비할로겐계 난연제 및 그 밖의 충전재나 첨가제 등 모두를 배합한 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.05 내지 10질량%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하고, 특히 0.1 내지 5질량%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 질소계 난연제를 사용할 때, 금속 수산화물, 몰리브덴 화합물 등을 병용해도 된다.
상기 실리콘계 난연제로서는 규소 원자를 함유하는 유기 화합물이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들어 실리콘 오일, 실리콘 고무, 실리콘 수지 등을 들 수 있다.
상기 실리콘계 난연제의 배합량으로서는 실리콘계 난연제의 종류, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 다른 성분, 원하는 난연성의 정도에 따라 적절히 선택되는 것이지만, 예를 들어 전자 재료용 에폭시 수지 조성물, 비할로겐계 난연제 및 그 밖의 충전재나 첨가제 등 모두를 배합한 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.05 내지 20질량%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 실리콘계 난연제를 사용할 때 몰리브덴 화합물, 알루미나 등을 병용해도 된다.
상기 무기계 난연제로서는 예를 들어 금속 수산화물, 금속 산화물, 금속 탄산염 화합물, 금속분, 붕소 화합물, 저융점 유리 등을 들 수 있다.
상기 금속 수산화물의 구체예로서는 예를 들어 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 돌로마이트, 히드로탈사이트, 수산화칼슘, 수산화바륨, 수산화지르코늄 등을 들 수 있다.
상기 금속 산화물의 구체예로서는 예를 들어 몰리브덴산아연, 3산화몰리브덴, 주석산아연, 산화주석, 산화알루미늄, 산화철, 산화티타늄, 산화망간, 산화지르코늄, 산화아연, 산화몰리브덴, 산화코발트, 산화비스무트, 산화크롬, 산화니켈, 산화구리, 산화텅스텐 등을 들 수 있다.
상기 금속 탄산염 화합물의 구체예로서는 예를 들어 탄산아연, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 탄산바륨, 염기성 탄산마그네슘, 탄산알루미늄, 탄산철, 탄산코발트, 탄산티타늄 등을 들 수 있다.
상기 금속분의 구체예로서는 예를 들어 알루미늄, 철, 티타늄, 망간, 아연, 몰리브덴, 코발트, 비스무트, 크롬, 니켈, 구리, 텅스텐, 주석 등을 들 수 있다.
상기 붕소 화합물의 구체예로서는 예를 들어 붕산아연, 메타붕산아연, 메타붕산바륨, 붕산, 붕사 등을 들 수 있다.
상기 저융점 유리의 구체예로서는 예를 들어 시프리(보쿠스이·브라운사), 수화(水和) 유리 SiO2-MgO-H2O, PbO-B2O3계, ZnO-P2O5-MgO계, P2O5-B2O3-PbO-MgO계, P-Sn-O-F계, PbO-V2O5-TeO2계, Al2O3-H2O계, 붕규산납계 등의 유리 형상 화합물을 들 수 있다.
상기 무기계 난연제의 배합량으로서는 무기계 난연제의 종류, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 다른 성분, 원하는 난연성의 정도에 따라 적절히 선택되는 것이지만, 예를 들어 전자 재료용 에폭시 수지 조성물, 비할로겐계 난연제 및 그 밖의 충전재나 첨가제 등 모두를 배합한 경화성 수지 조성물에 대하여 0.5 내지 50질량%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하고, 특히 5 내지 30질량%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하다.
상기 유기 금속염계 난연제로서는 예를 들어 페로센, 아세틸아세토네이트 금속 착체, 유기 금속 카르보닐 화합물, 유기 코발트염 화합물, 유기 술폰산 금속염, 금속 원자와 방향족 화합물 또는 복소환 화합물이 이온 결합 또는 배위 결합한 화합물 등을 들 수 있다.
상기 유기 금속염계 난연제의 배합량으로서는 유기 금속염계 난연제의 종류, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 다른 성분, 원하는 난연성의 정도에 따라 적절히 선택되는 것이지만, 예를 들어 전자 재료용 에폭시 수지 조성물, 비할로겐계 난연제 및 그 밖의 충전재나 첨가제 등 모두를 배합한 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.005 내지 10질량%의 범위에서 배합하는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 필요에 따라 커플링제, 이형제, 안료, 유화제 등의 다양한 배합제를 첨가할 수 있다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 상기한 각 성분을 균일하게 혼합함으로써 얻어진다. 본 발명의 식 (1)로 표시되는 에폭시 수지, 경화제 또는 경화 촉진제가 배합된 본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 종래 알려져 있는 방법과 마찬가지의 방법으로 용이하게 경화물로 할 수 있다. 해당 경화물로서는 적층물, 주형물, 접착층, 도막, 필름 등의 성형 경화물을 들 수 있다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 반도체 밀봉 재료, 전자 회로 기판용 재료 등에 적합하게 이용할 수 있다. 특히 본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지는 열전도성이 우수한 점에서, 전자 재료용 중에서도 방열 재료용으로서 특히 적합하게 사용할 수 있고, 열전도성 접착제 등에 특히 바람직하게 사용할 수 있다.
[열전도성 접착제]
예를 들어 열전도성 접착제로서 이용하는 경우, 파워 모듈 등의 전기·전자 기기의 방열시키고자 하는 부위와 방열 부재(예를 들어 금속판이나 히트 싱크)를 접착시키고, 양호한 방열을 발현시키기 위해서 사용된다. 이때의 사용되는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 형태에는 특별히 제한은 없지만, 액상 또는 페이스트상으로 설계한 전자 재료용 에폭시 수지 조성물의 경우에는 액상 또는 페이스트상의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 접착면의 계면에 주입 후, 접착하고, 경화시키면 된다. 고형상으로 설계된 것은 분체 형상, 칩 형상 또는 시트 형상으로 한 것을 접착면의 계면에 놓고, 열 용융시킴으로써 접착하고, 경화시키면 된다. 또한, 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 반경화한 상태의 것을 열전도성 접착제로서 이용해도 되고, 예를 들어 시트 형상으로 한 에폭시 수지 조성물을 반경화시킨 상태로 접착시키고자 하는 부재와 접촉시킨 후, 최종 경화시킴으로써도 사용할 수 있다.
[반도체 밀봉 재료]
예를 들어 반도체 밀봉 재료에 이용되는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 제작하기 위해서는 상기 트리글리시딜옥시비페닐 또는 테트라글리시딜옥시비페닐인 다관능 비페닐형 에폭시 수지와 상기 경화제를, 예를 들어 압출기, 니더, 롤 등을 이용하여 균일해질 때까지 충분히 혼합하여 용융 혼합형의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 얻으면 된다. 이때 필러로서는 실리카, 알루미나, 질화규소, 질화붕소, 질화알루미늄이 이용되고, 그의 충전율은 전자 재료용 에폭시 수지 조성물 100질량부당 충전제를 30 내지 95질량%의 범위에서 이용된다. 그 중에서도 난연성이나 내습성이나 내땜납 크랙성의 향상, 선팽창 계수의 저하를 도모하기 위해서는 65질량% 이상이 바람직하고, 70질량% 이상이 특히 바람직하고, 이들 효과를 현저히 올리기 위해서는 80질량% 이상이 그 효과를 더한층 높일 수 있다.
반도체 패키지 성형으로서는 해당 조성물을 주형, 또는 트랜스퍼 성형기, 사출 성형기 등을 이용하여 성형하고, 또한 50 내지 200℃에서 2 내지 10시간 가열함으로써 성형물인 반도체 장치를 얻는 방법이 있다.
본 발명의 반도체 밀봉 재료에 이용되는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에는 수지 성분과 무기 충전제의 접착성을 높이기 위해서, 필요에 따라 커플링제를 이용해도 된다. 커플링제로서는 에폭시실란, 머캅토실란, 아미노실란, 알킬실란, 우레이도실란, 비닐실란 등의 각종 실란계 화합물, 티타늄계 화합물, 알루미늄계 화합물, 지르코늄계 화합물, 인계 화합물, 알루미늄 킬레이트류 등을 들 수 있다.
상기 커플링제의 배합량은 필러에 대하여 0.01 내지 5질량%인 것이 바람직하고, 0.05 내지 2.5 질량%가 보다 바람직하다. 0.01질량% 미만에서는 각종 패키지 구성 부재와의 접착성이 저하되는 경향이 있고, 5질량%를 초과하면 보이드 등의 성형 불량이 발생하기 쉬운 경향이 있다.
또한, 본 발명의 반도체 밀봉 재료에 이용되는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에는 그 밖의 첨가제로서 이형제, 착색제, 응력 완화제, 밀착성 향상제, 계면 활성제 등을 필요에 따라 배합할 수 있다.
이형제로서는 예를 들어 카르나우바 왁스나 탄화수소계, 지방족계, 아미드계, 에스테르계, 고급 알코올계, 고급 지방산 금속염계 등을 들 수 있다.
상기 탄화수소계로서는 파라핀 왁스, 폴리올레핀계 왁스 등을 들 수 있다. 폴리올레핀계 왁스는 산화되어 있지 않은 무극성의 폴리올레핀 왁스와 산화 폴리올레핀 왁스로 크게 구별되고, 각각에 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계 및 아세트산비닐-에틸렌 공중합계가 있다.
지방산계로서는 몬탄산, 스테아르산, 베헨산, 12-히드록시스테아르산, 아미드계로서는 스테아르산아미드, 올레산아미드, 메틸렌비스스테아르산아미드, 에스테르계로서는 스테아르산부틸, 스테아르산모노글리세라이드, 스테아르산스테아릴, 고급 알코올계로서는 스테아릴알코올, 고급 지방산 금속염으로서는 스테아르산칼슘, 스테아르산아연, 스테아르산마그네슘 등을 들 수 있다.
착색제로서는 벵갈라, 카본 블랙, 유리 조성물 등의 무기계 착색제나 프탈로시아닌계 화합물, 안트라퀴논계, 메틴계, 인디고이드계, 아조계의 유기 화합물의 색소가 모두 사용 가능하지만, 착색 효과가 우수한 점에서 카본 블랙이 바람직하다.
저응력화제(응력 완화제)로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들어 실리콘 오일, 액상 고무, 고무 분말, 열가소성 수지 등의 아크릴산메틸-부타디엔-스티렌 공중합체, 메타크릴산메틸-부타디엔-스티렌 공중합체 등의 부타디엔계 공중합체 고무나 실리콘계 화합물에 기재된 것 등을 들 수 있다.
또한, 내습 신뢰성 테스트에 있어서의 신뢰성 향상을 목적으로 하여 히드로탈사이트류나 수산화비스무트 등의 이온 트랩제를 배합해도 된다.
밀착성 향상제로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들어 N-시클로헥실-2-벤조티아졸릴술판아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아졸릴술판아미드, N,N-디시클로헥실-2-벤조티아졸릴술판아미드, N-t-부틸-2-벤조티아졸릴술판아미드, 벤조티아졸 골격을 갖는 화합물, 인덴 수지, 가교한 디알릴프탈레이트 수지 분말 및 부타디엔계 고무 입자 등을 들 수 있다.
계면 활성제로서는 예를 들어 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 지방산 모노글리세라이드 등을 들 수 있다.
본 발명의 반도체 밀봉 재료에 사용되는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 각종 원재료를 균일하게 분산 혼합할 수 있는 것이라면 어떠한 방법을 이용해도 제조할 수 있지만, 일반적인 방법으로서 소정의 배합량의 원재료를 믹서 등에 의해 충분히 혼합한 후, 믹싱 롤, 압출기 등에 의해 용융 혼련한 후, 냉각, 분쇄하는 방법을 들 수 있다. 성형 조건에 맞는 치수 및 질량으로 태블릿화하면 쓰기 쉽다.
본 발명에서 얻어지는 반도체 밀봉 재료에 이용되는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물에 의해 밀봉한 소자를 구비한 전자 부품 장치로서는 리드 프레임, 배선 완료의 테이프 캐리어, 배선판, 유리, 실리콘 웨이퍼 등의 지지 부재에, 반도체 칩, 트랜지스터, 다이오드, 사이리스터 등의 능동 소자, 콘덴서, 저항체, 코일 등의 수동 소자 등의 소자를 탑재하고, 필요한 부분을 본 발명의 반도체 밀봉 재료로 밀봉한 전자 부품 장치 등을 들 수 있다. 이러한 전자 부품 장치로서는 구체적으로는 1) 리드 프레임 위에 반도체 소자를 고정하고, 본딩 패드 등의 소자의 단자부와 리드부를 와이어 본딩이나 범프로 접속한 후, 본 발명의 반도체 밀봉 재료를 이용하여 트랜스퍼 성형 등에 의해 밀봉하여 이루어지는, DIP, PLCC, QFP, SOP, SOJ, TSOP, TQFP 등의 일반적인 수지 밀봉형 IC, 2) 테이프 캐리어에 범프로 접속한 반도체 칩을 본 발명의 반도체 밀봉 재료로 밀봉한 TCP, 배선판이나 유리 상에 형성한 배선에 와이어 본딩, 플립 칩 본딩, 땜납 등으로 접속한 반도체 칩, 3) 트랜지스터, 다이오드, 사이리스터 등의 능동 소자 또는 콘덴서, 저항체, 코일 등의 수동 소자를 본 발명의 반도체 밀봉 재료로 밀봉한 COB 모듈, 4) 하이브리드 IC, 멀티칩 모듈, 마더 보드 접속용 단자를 형성한 인터포저 기판에 반도체 칩을 탑재하고, 범프 또는 와이어 본딩에 의해 반도체 칩과 인터포저 기판에 형성된 배선을 접속한 후, 본 발명의 반도체 밀봉 재료로 반도체 칩 탑재측을 밀봉한 BGA, CSP, MCP 등의 편면 밀봉 패키지를 들 수 있다. 그 중에서도 본 발명에서 얻어지는 반도체 밀봉 재료에 이용되는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물로 밀봉한 소자를 구비한 편면 밀봉형 패키지는 휨량이 작다는 특징을 갖는다.
상기 리드 프레임으로서는 구리(구리 합금도 포함함)의 리드 프레임, 동판 등의 표면에 도금 등의 방법으로 Ni층을 형성하고 있는 Ni 도금한 리드 프레임, 42 알로이제 리드 프레임을 사용할 수 있다.
본 발명의 반도체 밀봉 재료에 이용되는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 소자를 밀봉하는 방법으로서는 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적이지만, 인젝션 성형법, 압축 성형법 등을 이용해도 된다.
[전자 회로 기판]
본 발명의 전자 회로 기판에 이용되는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 구체적으로는 프린트 배선 기판 재료, 플렉시블 배선 기판 재료, 빌드 업 기판용 층간 절연 재료, 도전 페이스트, 빌드 업용 접착 필름 재료, 레지스트 잉크, 수지 주형 재료, 접착제 등에 이용된다. 또한, 이들 각종 용도 중 프린트 배선 기판, 플렉시블 배선 기판 재료, 빌드 업 기판용 층간 절연 재료 및 빌드 업용 접착 필름의 용도에서는 콘덴서 등의 수동 부품이나 IC 칩 등의 능동 부품을 기판 내에 매립한, 소위 전자 부품 내장용 기판용의 절연 재료로서 이용할 수 있다. 이들 중에서도 고난연성, 고내열성, 저열팽창성 및 용제 용해성과 같은 특성으로부터 플렉시블 배선 기판용 수지 조성물, 빌드 업 기판용 층간 절연 재료에 이용하는 것이 바람직하다.
여기서 본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물로부터 프린트 배선 기판을 제조하기 위해서는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물 외에 유기 용제를 배합하여 바니시화한 에폭시 수지 조성물로 하고, 보강 기재에 함침하고 구리박을 겹쳐 가열 압착시키는 방법을 들 수 있다. 여기서 사용할 수 있는 보강 기재란 본 발명의 섬유질 기재이고, 종이, 유리 천, 유리 부직포, 아라미드지, 아라미드 천, 유리 매트, 유리 로빙 천 등을 들 수 있다. 이러한 방법을 더욱 상세하게 설명하면, 우선 상기한 바니시 형상의 경화성 수지 조성물을 이용한 용제종에 따른 가열 온도, 바람직하게는 50 내지 170℃에서 가열함으로써 경화물인 프리프레그를 얻는다. 이 때 이용하는 수지 조성물과 섬유질 기재의 질량 비율로서는 특별히 한정되지 않지만, 통상 프리프레그 중의 수지 분(分)이 20 내지 60질량%가 되도록 제조하는 것이 바람직하다. 계속해서 상기와 같이 하여 얻어진 프리프레그를 통상의 방법에 의해 적층하고, 적절히 구리박을 겹쳐 1 내지 10MPa의 가압하에 170 내지 250℃에서 10분 내지 3시간 가열 압착시킴으로써 목적으로 하는 프린트 배선 기판을 얻을 수 있다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물로부터 플렉시블 배선 기판을 제조하기 위해서는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물 외에 인 원자 함유 화합물, 경화 촉진제 및 유기 용제를 배합하여 리버스 롤 코터, 콤마 코터 등의 도포기를 이용하여 전기 절연성 필름에 도포한다. 계속해서 가열기를 이용하여 60 내지 170℃에서 1 내지 15분간 가열하고, 용매를 휘발시켜 접착제 조성물을 B-스테이지화한다. 계속해서 가열 롤 등을 이용하여 접착제에 금속박을 열 압착한다. 이때의 압착 압력은 2 내지 200N/cm, 압착 온도는 40 내지 200℃가 바람직하다. 그래서 충분한 접착 성능이 얻어지면 여기서 종료해도 상관없지만, 완전 경화가 필요한 경우에는 추가로 100 내지 200℃에서 1 내지 24시간의 조건으로 후경화시키는 것이 바람직하다. 최종적으로 경화시킨 후의 접착제 조성물 막의 두께는 5 내지 100㎛의 범위가 바람직하다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물로부터 빌드 업 기판용 층간 절연 재료를 얻는 방법으로서는, 예를 들어 전자 재료용 에폭시 수지 조성물 외에 고무, 필러 등을 적절히 배합하고, 회로를 형성한 배선 기판에 스프레이 코팅법, 커튼 코팅법 등을 이용하여 도포한 후, 경화시킨다. 그 후, 필요에 따라 소정의 스루홀부 등의 펀칭을 행한 후, 조면화제에 의해 처리하고, 그 표면을 탕세(湯洗)함으로써 요철을 형성시키고, 구리 등의 금속을 도금 처리한다. 상기 도금 방법으로서는 무전해 도금, 전해 도금 처리가 바람직하고, 또한 상기 조면화제로서는 산화제, 알칼리, 유기 용제 등을 들 수 있다. 이러한 조작을 목적에 따라 순차 반복하고, 수지 절연층 및 소정의 회로 패턴의 도체층을 교대로 빌드 업하여 형성함으로써 빌드 업 기판을 얻을 수 있다. 단, 스루홀부의 펀칭은 최외층의 수지 절연층의 형성 후에 행한다. 또한, 구리박 상에서 당해 수지 조성물을 반경화시킨 수지 부착 구리박을, 회로를 형성한 배선 기판 상에 170 내지 250℃에서 가열 압착함으로써 조면화면을 형성, 도금 처리의 공정을 생략하고, 빌드 업 기판을 제작하는 것도 가능하다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물로부터 빌드 업용 접착 필름을 제조하는 방법은, 예를 들어 전자 재료용 에폭시 수지 조성물 외에 유기 용제를 배합하여 바니시화한 에폭시 수지 조성물로 하고, 지지 필름 상에 도포하여 수지 조성물층을 형성시켜 다층 프린트 배선판용 접착 필름으로 하는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 빌드 업용 접착 필름에 이용하는 경우, 해당 접착 필름은 진공 라미네이트법에 있어서의 라미네이트의 온도 조건(통상 70℃ 내지 140℃)으로 연화하고, 회로 기판의 라미네이트와 동시에 회로 기판에 존재하는 비아홀 또는 스루홀 내의 수지 충전이 가능한 유동성(수지 흐름)을 나타내는 것이 긴요하고, 이러한 특성을 발현하도록 상기 각 성분을 배합하는 것이 바람직하다.
여기서, 다층 프린트 배선판의 스루홀의 직경은 통상 0.1 내지 0.5mm, 깊이는 통상 0.1 내지 1.2mm이고, 통상 이 범위에서 수지 충전을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 또한 회로 기판의 양면을 라미네이트하는 경우에는 스루홀에 1/2 정도 충전되는 것이 바람직하다.
상기한 접착 필름을 제조하는 방법은 구체적으로는 바니시 형상의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 지지 필름의 표면에 도포하고, 또한 가열 또는 열풍 분사 등에 의해 유기 용제를 건조시켜 에폭시 수지 조성물의 층을 형성시킴으로써 제조할 수 있다.
형성되는 층의 두께는 통상 도체층의 두께 이상으로 한다. 회로 기판이 갖는 도체층의 두께는 통상 5 내지 70㎛의 범위이므로 수지 조성물층의 두께는 10 내지 100㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 층은 후술하는 보호 필름으로 보호되어 있어도 된다. 보호 필름으로 보호함으로써 수지 조성물층 표면에의 티끌 등의 부착이나 흠집을 방지할 수 있다.
상기 지지 필름 및 보호 필름은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐 등의 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 「PET」라고 약칭하는 경우가 있음), 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리이미드, 나아가 이형지나 구리박, 알루미늄박 등의 금속박 등을 들 수 있다. 또한, 지지 필름 및 보호 필름은 매트 처리, 코로나 처리 외에 이형 처리를 실시하고 있어도 된다.
지지 필름의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 통상 10 내지 150㎛이고, 바람직하게는 25 내지 50㎛의 범위에서 이용된다. 또한 보호 필름의 두께는 1 내지 40㎛로 하는 것이 바람직하다.
상기 지지 필름은 회로 기판에 라미네이트한 후에, 또는 가열 경화함으로써 절연층을 형성한 후에 박리된다. 접착 필름을 가열 경화한 후에 지지 필름을 박리하면 경화 공정에서의 티끌 등의 부착을 방지할 수 있다. 경화 후에 박리하는 경우, 통상 지지 필름에는 미리 이형 처리가 실시된다.
이어서 상기와 같이 하여 얻어진 접착 필름을 이용하여 다층 프린트 배선판을 제조하는 방법은, 예를 들어 층이 보호 필름으로 보호되어 있는 경우에는 이들을 박리한 후, 층을 회로 기판에 직접 접하도록 회로 기판의 편면 또는 양면에 예를 들어 진공 라미네이트법에 의해 라미네이트한다. 라미네이트의 방법은 배치식이어도 롤에 의한 연속식이어도 된다. 또한 라미네이트를 행하기 전에 접착 필름 및 회로 기판을 필요에 따라 가열(예열)해 두어도 된다.
라미네이트의 조건은 압착 온도(라미네이트 온도)를 바람직하게는 70 내지 140℃, 압착 압력을 바람직하게는 1 내지 11kgf/cm2(9.8×104 내지 107.9×104N/m2)로 하고, 공기압 20mmHg(26.7hPa) 이하의 감압하에서 라미네이트하는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 도전 페이스트로서 사용하는 경우에는, 예를 들어 미세 도전성 입자를 해당 경화성 수지 조성물 중에 분산시켜 이방성 도전막용 조성물로 하는 방법, 실온에서 액상인 회로 접속용 페이스트 수지 조성물이나 이방성 도전 접착제로 하는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 레지스트 잉크로서 사용하는 경우에는, 예를 들어 해당 에폭시 수지 조성물의 촉매로서 양이온 중합 촉매를 이용하고, 또한 안료, 탈크 및 필러를 첨가하여 레지스트 잉크용 조성물로 한 후, 스크린 인쇄 방식으로 프린트 기판 상에 도포한 후, 레지스트 잉크 경화물로 하는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 조성물로부터 경화물을 얻는 방법으로서는 일반적인 경화성 수지 조성물의 경화 방법에 준거하면 되는데, 예를 들어 가열 온도 조건은 조합하는 경화제의 종류나 용도 등에 따라 적절히 선택하면 되지만, 상기 방법에 의해 얻어진 조성물을 실온 내지 250℃ 정도의 온도 범위에서 가열하면 된다.
따라서 해당 에폭시 수지를 이용함으로써, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물은 저점도이며 용제 용해성이 좋아, 그의 경화물은 매우 우수한 내열성, 고열전도성 및 저열팽창성을 발현하는 점에서 고온 안정성 또한 고방열성이 요구되는 전자 재료 용도, 특히 방열 재료용으로서 적합하게 사용 가능하고, 열전도성 접착제, 고성능 반도체의 밀봉 재료 및 전자 회로 기판 재료에 적합하게 사용할 수 있다.
[실시예]
본 발명을 실시예, 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 또한, 150℃에서의 용융 점도 및 융점, GPC는 이하의 조건에서 측정하였다.
1) 150℃에서의 용융 점도: ASTM D4287에 준거하여 이하의 기기로 측정하였다.
기기명: (주)코덱스 제조 MODEL CV-1S
2) 융점: 시차열 열량 중량 동시 측정 장치(히타치 하이테크 사이언스사 제조 TG/DTA6200)를 이용하여 측정하였다.
측정 조건
측정 온도: 실온 내지 300℃
측정 분위기: 질소
승온 속도: 10℃/min
3) GPC: 측정 조건은 이하와 같음.
측정 장치: 쇼와 덴코 가부시키가이샤 제조 「Shodex GPC-104」,
칼럼: 쇼와 덴코 가부시키가이샤 제조 「Shodex KF-401HQ」
+쇼와 덴코 가부시키가이샤 제조 「Shodex KF-401HQ」
+쇼와 덴코 가부시키가이샤 제조 「Shodex KF-402HQ」
+쇼와 덴코 가부시키가이샤 제조 「Shodex KF-402HQ」
검출기: RI(시차 굴절률계)
데이터 처리: 워터스 가부시키가이샤 제조 「Empower 2」
측정 조건: 칼럼 온도 40℃
이동상: 테트라히드로푸란
유속: 1.0ml/분
표준: (사용 폴리스티렌)
워터스 가부시키가이샤 제조 「Polystyrene Standard 400」
워터스 가부시키가이샤 제조 「Polystyrene Standard 530」
워터스 가부시키가이샤 제조 「Polystyrene Standard 950」
워터스 가부시키가이샤 제조 「Polystyrene Standard 2800」
시료: 수지 고형분 환산으로 1.0질량%의 테트라히드로푸란 용액을 마이크로 필터로 여과한 것(50μl).
[합성예 1]
(2,4,4'-트리글리시딜옥시비페닐의 합성)
온도계, 적하 깔때기, 냉각관, 교반기를 설치한 플라스크에 질소 가스 퍼지를 실시하면서 2,4,4'-트리히드록시비페닐 43g, 에피클로로히드린 295g, n-부탄올 103g을 투입하여 용해시켰다. 40℃로 승온한 후에 48질량% 수산화나트륨 수용액 53g을 8시간을 요하여 첨가하고, 그 후 50℃로 더 승온하여 1시간 더 반응시켰다. 반응 종료 후, 물 83g을 추가하여 정치한 후, 하층을 기각하였다. 그 후, 150℃ 감압하에서 미반응 에피클로로히드린을 증류 제거하였다. 그래서 얻어진 조(粗)에폭시 수지에 메틸이소부틸케톤 118g을 첨가하여 용해하였다. 또한 이 용액에 10질량% 수산화나트륨 수용액 67g을 첨가하여 80℃에서 2시간 반응시킨 후에 세정액의 pH가 중성이 될 때까지 수세를 3회 반복하였다. 계속해서 공비에 의해 계 내를 탈수하고, 정밀 여과를 거친 후에 용매를 감압하에서 증류 제거하여 목적으로 하는 에폭시 수지인 2,4,4'-트리글리시딜옥시비페닐 (A-1) 63g을 얻었다. 얻어진 에폭시 수지 (A-1)은 943Pa·s의 액상에서 용융 점도(측정법: ICI 점도계법, 측정 온도: 150℃)는 0.14dPa·s, 에폭시 당량은 131g/당량이었다. GPC 측정에 의해 면적비로 80% 이상이 목적물이고, MS 측정에 의해 2,4,4'-트리글리시딜옥시비페닐 (A-1)을 나타내는 370의 피크를 확인하였다.
[합성예 2]
(3,4',5-트리글리시딜옥시비페닐의 합성)
온도계, 적하 깔때기, 냉각관, 교반기를 설치한 플라스크에 질소 가스 퍼지를 실시하면서 3,4',5-트리히드록시비페닐 43g, 에피클로로히드린 295g, n-부탄올 103g을 투입하여 용해시켰다. 40℃로 승온한 후에 48질량% 수산화나트륨 수용액 53g을 8시간 요하여 첨가하고, 그 후 50℃로 더 승온하고 1시간 더 반응시켰다. 반응 종료 후, 물 83g을 추가하여 정치한 후, 하층을 기각하였다. 그 후, 150℃ 감압하에서 미반응 에피클로로히드린을 증류 제거하였다. 그래서 얻어진 조에폭시 수지에 메틸이소부틸케톤 118g을 첨가하여 용해하였다. 또한 이 용액에 10질량% 수산화나트륨 수용액 67g을 첨가하여 80℃에서 2시간 반응시킨 후에 세정액의 pH가 중성이 될 때까지 수세를 3회 반복하였다. 계속해서 공비에 의해 계 내를 탈수하고, 정밀 여과를 거친 후에 용매를 감압하에서 증류 제거하여 목적으로 하는 에폭시 수지인 3,4',5-트리글리시딜옥시비페닐 (A-2) 62g을 얻었다. 얻어진 에폭시 수지 (A-2)는 상온에서 융점 97℃의 결정이고, 용융 점도(측정법: ICI 점도계법, 측정 온도: 150℃)는 0.27dPa·s, 에폭시 당량은 135g/당량이었다. GPC 측정에 의해 면적비로 79% 이상이 목적물이고, MS 스펙트럼으로부터 3,4',5-트리글리시딜옥시비페닐 (A-2)를 나타내는 370의 피크가 검출되었다.
[합성예 3]
(3,3',5,5'-테트라글리시딜옥시비페닐의 합성)
온도계, 적하 깔때기, 냉각관, 교반기를 설치한 플라스크에 질소 가스 퍼지를 실시하면서 3,3',5,5'-테트라히드록시비페닐 35g, 에피클로로히드린 297g, n-부탄올 104g을 투입하여 용해시켰다. 40℃로 승온한 후에 48% 수산화나트륨 수용액 53g을 8시간을 요하여 첨가하고, 그 후 50℃로 더 승온하고 1시간 더 반응시켰다. 반응 종료 후, 물 84g을 추가하여 정치한 후, 하층을 기각하였다. 그 후, 150℃ 감압하에서 미반응 에피클로로히드린을 증류 제거하였다. 그래서 얻어진 조에폭시 수지에 메틸이소부틸케톤에 106g을 첨가하여 용해하였다. 또한 이 용액에 10질량% 수산화나트륨 수용액 67g을 첨가하여 80℃에서 2시간 반응시킨 후에 세정액의 pH가 중성이 될 때까지 수세를 3회 반복하였다. 계속해서 공비에 의해 계 내를 탈수하고, 정밀 여과를 거친 후에 용매를 감압하에서 증류 제거하여 목적으로 하는 에폭시 수지인 3,3',5,5'-테트라글리시딜옥시비페닐 (A-3) 60g을 얻었다. 얻어진 에폭시 수지 (A-3)은 융점 115℃의 고체이고, 용융 점도(측정법: ICI 점도계법, 측정 온도: 150℃)는 0.57dPa·s, 에폭시 당량은 121g/당량이었다. GPC 측정에 의해 면적비로 78% 이상이 목적물이고, MS 스펙트럼으로부터 3,3',5,5'-테트라글리시딜옥시비페닐 (A-3)을 나타내는 442의 피크가 검출되었다.
[실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2]
합성예 1 내지 3에서 얻어진 본 발명의 에폭시 수지 (A-1, A-2, A-3) 및 비교용 에폭시 수지로서 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-비페놀형 에폭시 수지 (A-4), 경화 촉진제로서 이미다졸(2E4MZ(시코쿠가세이고교(주)사 제조))을 이용하여 표 1에 나타낸 조성으로 배합하고, 각각 배합물을 6cm×11cm×0.8mm의 형 프레임에 유입하고, 110℃의 온도에서 2시간 가경화한 후, 형 프레임으로부터 성형물을 취출하고, 계속해서 250℃의 온도에서 2시간 경화하여 경화물을 제작하였다. 또한, 나프탈렌형 4관능 에폭시 수지 HP-4700(DIC(주)사 제조) (A-5), 경화 촉진제로서 이미다졸(2PHZ-PW(시코쿠가세이고교(주)사 제조))을 이용하여 표 1에 나타낸 조성으로 배합하고, 배합물을 6cm×11cm×0.8mm의 형 프레임에 유입하고, 170℃의 온도에서 2시간 경화하여 경화물을 제작하였다. 얻어진 경화물에 대하여 내열성, 선팽창 계수, 열전도도를 평가하였다. 또한, 본 발명의 에폭시 수지 (A-1, A-2, A-3) 및 비교용의 에폭시 수지 (A-4, A-5)에 대한 용제 용해성을 다음의 방법으로 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<내열성(유리 전이 온도)>
점탄성 측정 장치(DMA: 레오메트릭사 제조 고체 점탄성 측정 장치 RSAII, 렉탕귤러 텐션법; 주파수 3.5Hz, 승온 속도 3℃/min)를 이용하여 탄성률 변화가 최대가 되는(tanδ 변화율이 가장 큰) 온도를 유리 전이 온도로서 평가하였다.
<내열성(5% 중량 감소 온도)>
시차열 열량 중량 동시 측정 장치(SII·나노테크놀로지사 제조 TG/DTA6200)를 이용하여 알루미늄 팬 용기에 수지 도막을 칭량하고, 실온부터 500℃까지 승온하고, 5% 중량 감소 온도를 측정하였다.
측정 조건
측정 온도: 실온 내지 500℃
측정 분위기: 질소
승온 속도: 10℃/min
<선팽창 계수>
열 기계 분석 장치(TMA: 시마즈 세이사쿠쇼사 제조 TMA-50)를 이용하여 인장 모드에서 열 기계 분석을 하였다.
측정 조건
하중: 1.5g
승온 속도: 10℃/분으로 2회
측정 온도 범위: 50℃ 내지 300℃
상기 조건에서의 측정을 동일 샘플에 대하여 2회 실시하고, 2회째의 측정에 있어서의 25℃ 내지 280℃의 온도 범위에 있어서의 평균 팽창 계수를 선팽창 계수로서 평가하였다.
<열전도도>
열전도율(λ)을 비중(ρ), 열확산율(α), 비열 용량(C)을 이용하여 λ=αρC의 식에 기초하여 산출하였다. 비중, 열확산율 및 비열 용량은 각각 이하에 나타내는 방법에 의해 구하였다.
(1) 비중
전자 천칭 CP224S 및 비중 측정 키트 YDK01CP(싸토리우스사 제조)를 이용하여 비중을 측정하였다.
(2) 열확산율
열확산율 측정 장치 LFA447Nanoflash(NETZSCH사 제조)를 이용하여 25℃에서의 열확산율을 측정하였다.
(3) 비열 용량 시차 주사 열량계 EXSTAR7200(히타치 하이테크 사이언스사 제조)에 의해 25℃에서의 비열용량을 산출하였다.
측정 조건
측정 온도: -20 내지 100℃
측정 분위기: 질소
승온 속도: 10℃/min
<용제 용해성>
에폭시 수지 10부와 메틸에틸케톤 4.3부를 샘플 병 중에서 밀폐 상태 60℃에서 용해시켰다. 그 후, 25℃까지 냉각하고, 결정이 석출되는지를 평가하였다. 결정이 석출되지 않은 경우에는 ○, 결정이 석출된 경우에는 ×로서 판정하였다.
Figure pct00002
[실시예 4 및 비교예 3 내지 5]
합성예 1에서 얻어진 본 발명의 에폭시 수지 (A-1) 및 비교용 에폭시 수지로서 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-비페놀형 에폭시 수지 (A-4), 나프탈렌형 4관능 에폭시 수지 HP-4700(DIC(주)사 제조) (A-5), 반응성 희석제로서 트리메틸올프로판폴리글리시딜에테르(SR-TMPL(사카모토 야쿠힌 고교(주)사 제조), 경화 촉진제로서 이미다졸(2P4MHZ-PW(시코쿠 가세이 고교(주)사 제조)), 무기 충전재로서 시판하고 있는 실란 커플링 처리 알루미나(애드마텍스(주)사 제조, AC9500-SCX)를 이용하여 표 2에 나타낸 조성으로 배합하고, 3개 롤로 수지의 용융 온도 이상에서 혼련하고, 탈포함으로써 수지 조성물을 제작하였다. 얻어진 수지 조성물을 이용하여 열 프레스 성형에 의해 수지 경화물 시험편(60×110×0.8mm)을 작성하였다(가경화 조건 170℃×20분, 본경화 조건 170℃×2시간). 얻어진 경화물에 대하여 상기한 방법으로 열전도도를 측정하였다. 또한, 얻어진 경화물을 175℃의 건조기 내에서 1000시간 방치한 후, 열전도도를 측정하고, 열전도율의 유지율이 90% 이상인 경우를 ○, 90% 이하인 경우를 ×로 판정하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pct00003
표 1 및 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 트리글리시딜옥시비페닐 또는 테트라글리시딜옥시비페닐인 본 발명의 식 (1)로 표시되는 다관능 비페닐형 에폭시 수지는 저융점이고 또한 저점도이며 용제 용해성이 좋아, 그의 경화물은 비페닐 골격 유래의 우수한 고열전도성과, 다관능 설계에서 유래되는 우수한 내열성, 고온 영역에서의 우수한 저열팽창성을 나타낸다. 또한, 본 발명의 에폭시 수지는 저점도이기 때문에 내열성 및 열전도성이 낮은 희석제를 병용하는 일 없이 단독으로 무기 필러를 고충전할 수 있다. 그 때문에 무기 필러를 함유하는 경화물은 수지 자신의 고열전도성과 필러 고충전에 의한 열전도성 향상 효과에 의해 매우 우수한 열전도성을 나타낸다. 또한, 본 발명의 전자 재료용 에폭시 수지 경화물은 내열성이 우수하기 때문에 내열 시험 후에도 우수한 열전도성을 유지할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 전자 재료, 특히 방열 재료에 유용하고, 특히 열전도성 접착제, 반도체 밀봉 재료 및 전자 회로 기판용 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 에폭시 수지와, 경화제 또는 경화 촉진제 중 적어도 1종을 함유하는 에폭시 수지 조성물이며, 상기 에폭시 수지가 하기 식 (1)로 표시되는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 전자 재료용 에폭시 수지 조성물.
    Figure pct00004

    (식 중, n, m은 각각 0 내지 4의 정수를 나타내고, n과 m의 합은 3 또는 4임)
  2. 제1항에 있어서, 필러를 더 함유하는, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 필러가 실리카인, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 필러가 열전도성 필러인, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 열전도성 필러가 10W/m/K 이상의 열전도율을 갖는, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 열전도성 필러가 알루미나, 산화마그네슘, 산화아연, 베릴리아, 질화붕소, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 탄화붕소, 탄화티타늄, 다이아몬드로부터 선택되는 적어도 1종인, 에폭시 수지 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유질 기재를 더 함유하는, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 열전도성 접착제인, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 반도체 밀봉 재료용인, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 전자 회로 기판 재료용인, 전자 재료용 에폭시 수지 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 전자 재료용 에폭시 수지 조성물을 경화 반응시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 재료용 에폭시 수지 경화물.
  12. 제11항에 기재된 전자 재료용 에폭시 수지 경화물을 함유하는 전자 부재.
  13. 제12항에 있어서, 열전도 접착제인, 전자 부재.
  14. 제12항에 있어서, 반도체 밀봉재인, 전자 부재.
  15. 제12항에 있어서, 전자 회로 기판인, 전자 부재.
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