WO2015137299A1 - エポキシ樹脂混合物、硬化性樹脂組成物、その硬化物、および半導体装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an epoxy resin mixture that gives a cured product having excellent heat resistance and thermal decomposition characteristics.
- the present invention is applied to electrical and electronic materials that require high functionality, in particular, an epoxy resin mixture, a curable resin composition, and a cured product thereof suitable as a sealing material for semiconductors and thin film substrate materials, and a semiconductor obtained thereby. Relates to the device.
- Curable resin compositions are widely used in the fields of electrical and electronic parts, structural materials, adhesives, paints, etc. due to their workability and excellent electrical properties, heat resistance, adhesion, moisture resistance (water resistance), etc. It is used.
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- An epoxy resin having high heat resistance generally becomes an epoxy resin having a high crosslinking density.
- an epoxy resin having a high crosslinking density has a high water absorption rate, is fragile, and deteriorates thermal decomposition characteristics.
- the electrical characteristics tend to deteriorate.
- thermal decomposition characteristics are important but also electric characteristics are important, which is not preferable.
- Lowering the crosslinking density improves these properties, but lowers heat resistance and lowers the glass transition point (Tg). When the driving temperature exceeds the glass transition point, the volume resistivity generally decreases after Tg, and thus the electrical characteristics deteriorate.
- an object of the present invention is to provide an epoxy resin having fluidity suitable for semiconductor encapsulation and having excellent heat resistance and thermal decomposition characteristics.
- the present invention relates to the following (1) to (8).
- the content of the bifunctional epoxy resin is 20 area% or less as an area percentage in a gel permeation chromatography (GPC) measurement chart,
- An epoxy resin mixture having a softening point of 80 to 110 ° C. (according to ISO 4625-2).
- n represents the number of repetitions.
- N is an average value of 2 to 10. Further, not all A are the same.
- a curable resin composition comprising the epoxy resin mixture according to any one of (1) to (4) and a curing agent.
- a curable resin composition comprising the epoxy resin mixture according to any one of (1) to (4) and a polymerization catalyst.
- a semiconductor device obtained by molding the curable resin composition according to (5) or (6) above into a granular or tablet shape, covering the semiconductor chip, and molding at 175 ° C. or more and 250 ° C. or less.
- the epoxy resin mixture of the present invention gives a curable resin composition excellent in fluidity and a cured product excellent in heat resistance and thermal decomposition characteristics. Further, the curable resin composition of the present invention is extremely useful for sealing semiconductors, particularly for sealing semiconductor elements for power devices, and a good semiconductor device can be obtained.
- the epoxy resin mixture of the present invention contains a naphthol-cresol mixed novolac type epoxy resin and 4,4'-bisglycidyloxybiphenyl.
- the epoxy resin mixture of the present invention is mainly composed of a naphthol-cresol mixed novolac type epoxy resin, and the content of 4,4′-bisglycidyloxybiphenyl in the epoxy resin mixture is 2 to 18 area% (gel permeation). Chromatography (detector: RI) area percentage in the measurement chart) is preferable, more preferably 2 to 17.5 area%, and particularly preferably 3 to 17 area%.
- the content of 4,4′-bisglycidyloxybiphenyl is useful for improving the fluidity, but the content is preferably 18 area% or less because it is more effective in the thermal decomposition resistance and water resistance.
- the shape of the epoxy resin mixture of the present invention is preferably a solid resin shape with crystallinity when homogeneously mixed, and the softening point (according to ISO 4625-2) at that time is handling property, Due to the problem of moldability at the time of curing, the temperature is 80 to 110 ° C, preferably 100 to 110 ° C.
- General resins tend to be sticky when handled at room temperature, and are preferably used at least at a softening point of 50 ° C. or lower.
- electronic materials can be produced in Southeast Asia, so it is assumed that the room will exceed 40 ° C. Therefore, the softening point exceeding 100 ° C will not only make the handling at room temperature very convenient.
- the softening point is too high, there is a problem that it does not dissolve cleanly at the time of kneading, and there is a high possibility that a reaction will occur at the time of kneading if the temperature is too high for melting. Therefore, the upper limit of the softening point is 110 ° C.
- the epoxy resin mixture of the present invention preferably has a melt viscosity at 150 ° C. of 1.0 Pa ⁇ s or less, more preferably 0.05 Pa ⁇ s to 0.5 Pa ⁇ s, particularly 0.1 Pa ⁇ s to 0. It is preferably 5 Pa ⁇ s or less.
- a melt viscosity at 150 ° C. 1.0 Pa ⁇ s or less, more preferably 0.05 Pa ⁇ s to 0.5 Pa ⁇ s, particularly 0.1 Pa ⁇ s to 0. It is preferably 5 Pa ⁇ s or less.
- the wire since the wire is thick, it can be sealed even if the viscosity is high. However, if it exceeds 1.0 Pa ⁇ s, there is a tendency that a problem arises in moldability.
- the epoxy resin mixture of the present invention may be mixed uniformly with each epoxy resin.
- a naphthol-cresol mixed novolak resin and 4,4′-biphenol are mixed as a phenol resin mixture, It is preferably obtained by reacting with epihalohydrin under conditions.
- the epoxidation of the naphthol-cresol mixed novolac and the epoxidation of 4,4′-biphenol are performed separately.
- a reaction occurs in which naphthol-cresol mixed novolaks partially polymerize and 4,4′-biphenols partially bond during epoxidation.
- partial polymerization with cresol novolacs increases the viscosity at a stretch.
- those in which 4,4′-biphenols are bonded together have very high crystallinity and poor compatibility, so that it is difficult to dissolve them homogeneously. It also induces a decrease in heat resistance.
- a naphthol-cresol mixed novolak used in the present invention (hereinafter also referred to as a phenol resin used in the present invention) is composed of naphthol (1-naphthol and / or 2-naphthol), cresol (no substitution position is limited) and formaldehyde synthesis equivalent. (It means formalin, paraformaldehyde, etc.) is an essential component and is synthesized.
- the phenol resin used in the present invention is naphthol and cresol for water, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, ketones such as methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone and cyclopentanone, and alcohols such as methanol, ethanol and propanol. It can be obtained by dissolving in the above-mentioned solvent (or water) or mixing in a two-layer system and reacting with a formaldehyde synthesis equivalent under acidic or basic conditions. When a solvent is used, the amount used is usually in the range of 5 to 500 parts by weight, preferably 10 to 300 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total amount of naphthol and cresol.
- acidic catalysts either acidic or basic catalysts can be used.
- acidic catalysts include mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid; organic acids such as oxalic acid, toluenesulfonic acid and acetic acid; heteropolyacids such as tungstic acid, activated clays, inorganic acids, stannic chloride , Zinc chloride, ferric chloride, and other acidic catalysts such as organic and inorganic acid salts that are usually used for producing novolak resins.
- basic catalysts include alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide, alkaline earth metal hydroxides such as magnesium hydroxide and calcium hydroxide, sodium methoxide.
- Alkali metal alkoxides such as sodium ethoxide, potassium methoxide, potassium ethoxide and potassium tert-butoxide, and alkaline earth metal alkoxides such as magnesium methoxide and magnesium ethoxide.
- An amine-based catalyst can also be used, and examples thereof include triethylamine, ethanolamine, pyridine, piperidine, morpholine and the like. In particular, when an amine-based catalyst is used, it can also be used as a solvent.
- the dimer having a structure represented by the following formula (4) can be reduced by passing through this step, and a raw material for the epoxy resin used in the present invention can be produced.
- the resulting epoxy resin can be an epoxy resin with excellent thermal decomposition characteristics.
- the steps (b) and (c) may be performed simultaneously, and the catalyst at this time is the acidic catalyst shown above. If the step (a) is acidic, the catalyst is used as it is, or an acid catalyst is used. If the step (a) is basic, it is preferable to add an acidic catalyst after the step (a) and react under acidic conditions. These catalysts may be acidic or basic, respectively, and are preferably twice or less of the total number of moles of naphthol and cresol used at the maximum.
- the amount required for neutralization is usually 0.01 to 0.3 mole equivalent% for an acidic catalyst, more preferably 0.01 to 0.25 mole equivalent%, and for a basic catalyst.
- the reaction temperature is preferably controlled at 0 to 110 ° C.
- the primary reaction is performed at 0 to 70 ° C. and then the secondary reaction is performed at 30 to 110 ° C. Preferably it is done.
- the weight average molecular weight is preferably 500 to 1500.
- the total amount of the structure represented by the above formula (3) and the structure represented by the formula (4) is preferably 10 area% or less in terms of area percentage in the GPC measurement chart, and particularly 8 area% or less. Preferably there is.
- the structure represented by the above formula (3) and the structure represented by the formula (4) are each 5% by area or less. About such a thing, it becomes possible to obtain more target resin by going through (b) and (c) process.
- the naphthol used in the step (a) is preferably a mixture of ⁇ -naphthol and ⁇ -naphthol.
- the amount of formaldehyde synthesis equivalents used in step (a) is preferably 0.5 to 1.5 moles, particularly preferably naphthol used. It is 0.7 to 1.2 mole times.
- the total number of moles of naphthol and cresol is preferably less than 1.0 mole times, particularly preferably 0.5 to 0.95 mole times.
- the amount of formaldehyde synthesis equivalent used in step (c) depends on the amount of formaldehyde synthesis equivalent used in step (a), although it depends on the amount of residual naphthol and the residue of the structure represented by formula (4). Usually, it can be added at a ratio of 1 to 20% by weight. More preferably, it is 1 to 15% by weight.
- the naphthol-cresol mixed novolak used in the phenol resin mixture used in the present invention obtained in this way can be used without purification depending on the use, but usually after the reaction is completed, the reaction mixture is neutralized and then heated. It is used after purification by removing unreacted raw materials and solvents under reduced pressure. In this neutralization step, various bases, salts such as phosphates, buffers, and the like may be added, or washing with water is possible. However, using both together is more convenient and effective.
- the amount of residual naphthol is preferably 2% or less, preferably 1% or less by thin film distillation, bubbling of an inert gas such as nitrogen.
- the naphthol-cresol mixed novolak used in the phenol resin mixture used in the present invention preferably has a softening point of 100 to 140 ° C. and a hydroxyl group equivalent of preferably 140 to 160 g / eq. It becomes.
- the content of the compounds having the structures of the above formulas (3) and (4) is 12 area% or less in terms of area percentage in the GPC (gel permeation chromatography, detector: RI) measurement chart. It is preferable because the thermal decomposition characteristics can be improved. In this invention, Preferably it is 10 area% or less, Most preferably, it is 6 area% or less. Moreover, it is preferable that the total amount is 17 area% or less.
- the characteristic of the epoxy resin mixture of this invention can be satisfy
- the purity is preferably 99% or more.
- it When it has been partially oxidized by oxidation or the like, it becomes monofunctional and may cause a decrease in heat resistance.
- the method for reacting the mixture of the phenol resin and 4,4'-biphenol used in the present invention with epihalohydrin is not particularly limited, but an example of the synthesis method will be described below.
- the phenol resin (BN) and 4,4'-biphenol (BP) used in the present invention are simultaneously reacted with epihalohydrin to obtain an epoxy resin mixture.
- the mixture of (BN) and (BP) is also referred to as a phenol resin mixture used in the present invention.
- the epihalohydrin is preferably epichlorohydrin which is industrially easily available.
- the amount of epihalohydrin used is usually 3.0 to 15 mol, preferably 3.0 to 10 mol, more preferably 3.5 to 8.5 mol with respect to 1 mol of the hydroxyl group of the phenol resin mixture used in the present invention. Particularly preferred is 4.0 to 6.0 moles.
- the amount is less than 3.0 mol, the epoxy equivalent may be increased, and the workability of the resulting epoxy resin may be deteriorated.
- the amount exceeds 15 mol the amount of the solvent may be increased.
- the amount of epichlorohydrin is preferably 6.0 mol or less. As a result, the bond between the naphthol-cresol mixed novolak and the biphenol can be adjusted.
- the amount of biphenol taken into the naphthol-cresol mixed novolak resin is preferably 1 to 10% by area, particularly preferably 1 to 8% by area, as an area percentage in the GPC measurement chart.
- This amount can be roughly calculated from the number of moles of biphenol and cresol and GPC data by NMR or the like, and can also be roughly calculated from the theoretical reaction ratio and GPC area% when charged during synthesis.
- the theoretical amount of diglycidyloxybiphenyl is confirmed from the charged amount.
- the content is confirmed by the peak area of diglycidyloxybiphenyl (detector: RI) from the area ratio of GPC. This subtraction is taken in and becomes the amount.
- an alkali metal hydroxide for the reaction with epihalohydrin.
- the alkali metal hydroxide that can be used include sodium hydroxide, potassium hydroxide, and the like, and a solid substance may be used, or an aqueous solution thereof may be used. From the viewpoint of property and handling, it is preferable to use a solid material molded into a flake shape.
- the amount of the alkali metal hydroxide used is usually 0.90 to 1.5 mol, preferably 0.95 to 1.25 mol, more preferably 0.99 to 1 mol per mol of the hydroxyl group in the phenol resin mixture. .15 moles.
- quaternary ammonium salt such as tetramethylammonium chloride, tetramethylammonium bromide or trimethylbenzylammonium chloride may be added as a catalyst.
- the amount of the quaternary ammonium salt used is usually 0.1 to 15 g, preferably 0.2 to 10 g, per 1 mol of the hydroxyl group of the phenol mixture used in the present invention.
- a nonpolar protic solvent dimethylsulfoxide, dioxane, dimethylimidazolidinone, etc., dimethylsulfoxide and dioxane are preferred in the present invention
- an alcohol having 1 to 5 carbon atoms are used in combination. Is preferred. Examples of the alcohol having 1 to 5 carbon atoms include alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol (methanol is preferred in the present invention).
- the amount of the nonpolar protic solvent or alcohol having 1 to 5 carbon atoms is usually 2 to 50% by weight, preferably 4 to 25% by weight, based on the amount of epihalohydrin used.
- epoxidation may be performed while controlling the moisture in the system by a technique such as azeotropic dehydration.
- a technique such as azeotropic dehydration.
- the electrical reliability of the obtained epoxy resin mixture may be lowered, and it is preferable to synthesize with the water content controlled to 5% or less.
- an epoxy resin mixture is obtained using a nonpolar proton solvent, an epoxy resin mixture having excellent electrical reliability can be obtained, and therefore a nonpolar proton solvent can be suitably used.
- the reaction temperature is usually 30 to 90 ° C, preferably 35 to 80 ° C. In particular, in the present invention, 60 ° C. or higher is preferable for higher-purity epoxidation, and reaction under conditions close to reflux conditions is particularly preferable.
- the reaction time is usually 0.5 to 10 hours, preferably 1 to 8 hours, particularly preferably 1 to 3 hours. If the reaction time is short, the reaction cannot proceed, and if the reaction time is long, a by-product may be formed. After the reaction product of these epoxidation reactions is washed with water or without washing with water, the epihalohydrin, the solvent and the like are removed under heating and reduced pressure.
- the recovered epoxy resin mixture is a ketone compound having 4 to 7 carbon atoms (for example, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, etc.).
- a ketone compound having 4 to 7 carbon atoms for example, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, etc.
- the amount of the alkali metal hydroxide used is usually 0.01 to 0.3 mol, preferably 0.05 to 0.2, based on 1 mol of the hydroxyl group of the phenol resin mixture used in the present invention used for epoxidation. Is a mole.
- the reaction temperature is usually 50 to 120 ° C., and the reaction time is usually 0.5 to 2 hours.
- the produced salt is removed by filtration, washing with water, etc., and the solvent is distilled off under heating and reduced pressure to obtain the epoxy resin mixture of the present invention.
- a plate-like body plate shape, sheet shape, belt shape or the like having a temperature of 100 ° C. or less, more preferably 80 ° C. or less.
- a stepwise cooling method of cooling at 60 ° C. or lower after cooling at 80 ° C. or lower may be used.
- the solid material obtained in this step shows a transparent amorphous state or a cloudy shape in which crystals are dispersed. Even if the solid material is a transparent amorphous state, it is heated at 50 to 100 ° C. for 30 minutes to 10 hours. By doing so, it becomes a cloudy shape in which crystals are dispersed.
- the epoxy resin as described in said Formula (1) is contained.
- an epoxy resin mixture in which the content of the polymer having n 5 or more is 10 to 35 area% in terms of area percentage in the GPC measurement chart.
- area% in this specification indicates an area percentage (area%) in a chart obtained by measurement with GPC (gel permeation chromatography, detector: RI).
- n represents the number of repetitions.
- N is an average value of 2 to 10. Further, not all A are the same.
- the compounds represented by the following formulas (5) and (6) are advantageous in terms of heat resistance and fluidity, but adversely affect the thermal decomposition characteristics. That is, the content of the compounds represented by the following formulas (5) and (6) is 9 area% or less (gel permeation chromatography, detector: RI), thereby further improving the thermal decomposition characteristics. Is preferable.
- the epoxy resin mixture of the present invention contains the following compounds as the same bifunctional component. Similarly, it is preferable that the present compound has little thermal decomposition characteristics. Its content is 20 area%, and a preferred range is 2 to 18 area%. In the gel permeation chromatography, the compounds of the above formulas (5) and (6) and the compound of the following formula (2) cannot be clearly separated but can be roughly separated, and the ratio can be judged. Calculation is difficult. In the epoxy resin mixture of the present invention, it is particularly preferable to manage the total amount of the compounds of the above formulas (5) and (6) and the compound of the following formula (2), and the total amount is preferably 2 to 20% by area, 5 to 18 area% is preferable.
- the compound of the formula (5) easily breaks the methylene structure that connects the naphthalene structures and easily lowers the molecular weight, so that it is easily decomposed and released at the time of thermal decomposition.
- the compound of the formula (6) has a low molecular weight. In this network, it is not preferable that a part of the ring-opened epoxy group is cut off because it easily volatilizes.
- the softening point of such an epoxy resin mixture is preferably 85 to 100 ° C.
- the curable resin composition of the present invention has a heat resistance exceeding 150 ° C. in thermomechanical property (TMA) measurement when cured with a phenol novolac having a softening point of 80 to 90 ° C.
- TMA thermomechanical property
- glycidoxynaphthalene is contained, it is usually contained in an amount of 0.01 to 1 area%, more preferably 0.01 to 0.9 area%, and particularly preferably 0.01 to 0.8 area%. If glycidoxynaphthalene exceeds 1% by area, it may affect the human body due to volatilization during kneading and molding, as well as dirt on the furnace, mold contamination, and poor mold release during molding. . If it is less than 0.01% by area, a large amount of energy and waste is generated, which is not preferable for the environment and industry.
- the width of the molecular weight distribution falls within this range, the viscosity can be easily reduced while having high heat resistance, and the thermal decomposition characteristics can be further improved.
- Preferred resin properties of the epoxy resin mixture of the present invention include an epoxy equivalent of 180 to 230 g / eq. And more preferably 200 to 220 g / eq. It is.
- Epoxy equivalent is 230 g / eq.
- the ring of the epoxy is not completely closed, and many compounds having no functional group may be contained, and the epoxy equivalent may not be lowered.
- Many of these compounds that could not be ring-closed often contain chlorine, and as an electronic material application, the release of chlorine ions under high-temperature and high-humidity conditions and the resulting corrosion of wiring may occur.
- the melt viscosity at 150 ° C. is preferably 0.5 Pa ⁇ s or less, and if the viscosity is too high, the flowability is poor during transfer molding or compression molding, and an unfilled part is formed. Since it may become a defective product, it is not preferable. Even if the viscosity is too low, voids are easily picked up.
- 0.05 to 0.5 Pa ⁇ s is particularly preferable, and 0.05 to 0.4 Pa ⁇ s is particularly preferable.
- the total chlorine remaining in the epoxy resin mixture of the present invention is preferably 1500 ppm or less, more preferably 1200 ppm or less, and particularly preferably 900 ppm or less.
- about chlorine ion and sodium ion, 5 ppm or less is preferable respectively, More preferably, it is 3 ppm or less.
- the harmful effects of chloride ions are as described above. Cations such as sodium ions are also very important factors particularly in power device applications, and contribute to a defective mode when a high voltage is applied.
- curable resin composition of this invention containing the epoxy resin mixture of this invention.
- a curing agent or a polymerization catalyst is used as an essential component.
- the curable resin composition of the present invention preferably contains an inorganic filler.
- inorganic fillers include crystalline silica, fused silica, alumina, zircon, calcium silicate, calcium carbonate, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, zirconia, fosterite, steatite, spinel, titania, talc, and the like. Examples thereof include, but are not limited to, spherical beads. These may be used alone or in combination of two or more.
- the content of these inorganic fillers is preferably 60 to 95% by weight, particularly 70 to 90% by weight in the curable resin composition of the present invention.
- polymerization catalyst that can be used (hereinafter also referred to as a curing accelerator) include imidazoles such as 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2- (dimethylamino), and the like.
- Counter ion is halogen, organic acid ion, water Such as hydride ion, particularly specification is not, in particular organic acid ion, a hydroxide ion.) Include metal compounds such as tin octylate. When a curing accelerator is used, 0.01 to 5.0 parts by weight is usually used as needed
- the proportion in the total epoxy resin is preferably 30% by weight or more, particularly preferably 40% by weight or more.
- epoxy resins include novolac type epoxy resins, bisphenol A type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, triphenylmethane type epoxy resins, phenol aralkyl type epoxy resins, and the like.
- bisphenol A bisphenol S, thiodiphenol, fluorene bisphenol, terpene diphenol, 4,4′-biphenol, 2,2′-biphenol, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl- [ 1,1′-biphenyl] -4,4′-diol, hydroquinone, resorcin, naphthalenediol, tris- (4-hydroxyphenyl) methane, 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethane, phenol (Phenol, alkyl-substituted phenol, naphthol, alkyl-substituted naphthol, dihydroxybenzene, dihydroxynaphthalene, etc
- the curing agent contained in the curable resin composition of the present invention examples include phenol resins, phenolic compounds, amine compounds, acid anhydride compounds, amide compounds, carboxylic acid compounds, and the like.
- the proportion of the curing agent is preferably 30% by weight or more, particularly preferably 40% by weight or more.
- Specific examples of the curing agent that can be used are as follows.
- Phenolic resins phenolic compounds; bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, fluorene bisphenol, terpene diphenol, 4,4'-biphenol, 2,2'-biphenol, 3,3 ', 5,5'-tetramethyl- [ 1,1′-biphenyl] -4,4′-diol, hydroquinone, resorcin, naphthalenediol, tris- (4-hydroxyphenyl) methane, 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethane, phenol (Phenol, alkyl-substituted phenol, naphthol, alkyl-substituted naphthol, dihydroxybenzene, dihydroxynaphthalene, etc.) and formaldehyde, acetaldehyde, benzaldehyde, p-hydroxybenzaldehyde, o-hydroxybenzaldehyde, p-hy Roxyace
- phenol resins in combination include phenol aralkyl resins (resins having an aromatic alkylene structure), particularly preferably a structure having at least one selected from phenol, naphthol, and cresol, and an alkylene portion serving as a linker thereof. And a resin characterized by being at least one selected from a benzene structure and a naphthalene structure (specific examples include zylock, naphthol zylock, and phenol-naphthalene novolak resin).
- Acid anhydride compounds carboxylic acid compounds; phthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, maleic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methyl nadic anhydride, nadic anhydride, hexahydro Phthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, butanetetracarboxylic anhydride, bicyclo [2.2.1] heptane-2,3-dicarboxylic anhydride, methylbicyclo [2.2.1] heptane-2, Acid anhydrides such as 3-dicarboxylic acid anhydride, cyclohexane-1,3,4-tricarboxylic acid-3,4-anhydride, etc .; by addition reaction of various alcohols, carbinol-modified silicone, and the above-mentioned acid anhydrides Although the obtained carboxylic acid resin is mentioned, it is not
- curing agents that can be used in combination include, but are not limited to, imidazole, trifluoroborane-amine complexes, guanidine derivative compounds, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. In the present invention, it is particularly preferable to use a phenol resin from the viewpoint of reliability.
- the amount of the curing agent used is preferably 0.7 to 1.2 equivalents relative to 1 equivalent of the epoxy groups of all epoxy resins.
- curing may be incomplete and good cured properties may not be obtained.
- a curing accelerator may be used in combination with a curing agent.
- Specific examples of the curing accelerator that can be used include those described above.
- 0.01 to 5.0 parts by weight is usually used as needed with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin.
- the curable resin composition of the present invention may contain a phosphorus-containing compound as a flame retardant component.
- the phosphorus-containing compound may be a reactive type or an additive type.
- Specific examples of phosphorus-containing compounds include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tricresyl phosphate, trixylylenyl phosphate, cresyl diphenyl phosphate, cresyl-2,6-dixylylenyl phosphate, 1,3-phenylenebis ( Phosphoric esters such as dixylylenyl phosphate), 1,4-phenylenebis (dixylylenyl phosphate), 4,4′-biphenyl (dixylylenyl phosphate); 9,10-dihydro-9-oxa Phosphanes such as -10-phosphaphenanthrene-10-oxide, 10 (2,5-dihydroxyphenyl) -10H-9-oxa-10-pho
- Phosphate esters, phosphanes or phosphorus-containing epoxy compounds are preferable, and 1,3-phenylenebis (dixylylenyl phosphate), 1,4-phenylenebis (dixylylene). Nyl phosphate), 4,4′-biphenyl (dixylylenyl phosphate) or phosphorus-containing epoxy compounds are particularly preferred.
- antioxidant to the curable resin composition of this invention as needed.
- Antioxidants that can be used include phenol-based, sulfur-based, and phosphorus-based antioxidants. Antioxidants can be used alone or in combination of two or more.
- the amount of the antioxidant used is usually 0.008 to 1 part by weight, preferably 0.01 to 0.5 part by weight, per 100 parts by weight of the resin component in the curable resin composition of the present invention.
- phenolic antioxidants include 2,6-di-t-butyl-p-cresol, butylated hydroxyanisole, 2,6-di-t-butyl-p-ethylphenol, stearyl- ⁇ - (3 , 5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate, isooctyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate, 2,4-bis- (n-octylthio)- Monophenols such as 6- (4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino) -1,3,5-triazine, 2,4-bis [(octylthio) methyl] -o-cresol; 2'-methylenebis (4-methyl-6-tert-butylphenol), 2,2'-methylenebis (4-ethyl-6-tert-butylphenol), 4,4'-thiobis (3 Methyl-6-tert-butyl
- sulfur antioxidant examples include dilauryl-3,3′-thiodipropionate, dimyristyl-3,3′-thiodipropionate, distearyl-3,3′-thiodipropionate, and the like.
- phosphorus antioxidants include triphenyl phosphite, diphenylisodecyl phosphite, phenyl diisodecyl phosphite, tris (nonylphenyl) phosphite, diisodecylpentaerythritol phosphite, tris (2,4-di-t- Butylphenyl) phosphite, cyclic neopentanetetraylbis (octadecyl) phosphite, cyclic neopentanetetraylbi (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite, cyclic neopentanetetraylbi (2,4 -Phosphites such as -di-t-butyl-4-methylphenyl) phosphite, bis [2-tert-butyl-6-methyl
- antioxidants can be used alone, but two or more kinds may be used in combination.
- a phosphorus-based antioxidant is particularly preferable.
- HALS hindered amine-based light stabilizers
- HALS is not particularly limited, but typical examples include dibutylamine, 1,3,5-triazine, N, N′-bis (2,2,6,6-tetramethyl-4- Polycondensate of piperidyl-1,6-hexamethylenediamine and N- (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) butylamine, dimethyl-1- (2-hydroxyethyl) -4-hydroxy succinate -2,2,6,6-tetramethylpiperidine polycondensate, poly [ ⁇ 6- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) amino-1,3,5-triazine-2,4-diyl ⁇ ⁇ (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) imino ⁇ hexamethylene ⁇ (2,2,6,6-tetramethyl
- a binder resin can be blended with the curable resin composition of the present invention as required.
- the binder resin include butyral resins, acetal resins, acrylic resins, epoxy-nylon resins, NBR-phenol resins, epoxy-NBR resins, polyamide resins, polyimide resins, and silicone resins.
- the blending amount of the binder resin is preferably in a range that does not impair the flame retardancy and heat resistance of the cured product, and is usually 0.05 to 50 parts by weight, preferably 0.05 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin component. 20 parts by weight are used as needed.
- the curable resin composition of the present invention may be blended with a resin for improving heat resistance such as cyanate resin, maleimide resin, benzoxazine as necessary, and the blending amount thereof is an epoxy resin component.
- a resin for improving heat resistance such as cyanate resin, maleimide resin, benzoxazine
- the blending amount thereof is an epoxy resin component.
- 10 to 50 parts by weight, preferably 15 to 40 parts by weight, are used as needed with respect to 100 parts by weight.
- the curable resin composition of the present invention includes various agents such as silane coupling agents, mold release agents such as stearic acid, palmitic acid, zinc stearate, and calcium stearate, surfactants, dyes, pigments, and ultraviolet absorbers.
- a compounding agent and various thermosetting resins can be added, and they are usually 0.05% to 1.5% by weight, particularly 0.05 to 1.0% by weight, based on the total amount of the curable resin composition. .
- the curable resin composition of the present invention can be obtained by uniformly mixing each component.
- the curable resin composition of the present invention can be easily made into a cured product by a method similar to a conventionally known method. For example, an epoxy resin mixture and a curing agent and / or a curing accelerator, a phosphorus-containing compound, a binder resin, an inorganic filler, a compounding agent, and the like are pulverized as necessary and then mixed and cured using an extruder, kneader, roll, or the like.
- a curable resin composition is obtained, and the curable resin composition is further pulverized, tableted or granulated and molded at 140 to 220 ° C. using a transfer molding machine or a compression molding machine, and further at 100 to 220 ° C. for 1 to
- the cured product of the present invention can be obtained by heating for 10 hours.
- the semiconductor device of the present invention is obtained by mounting a semiconductor element on a printed wiring board, molding the epoxy resin composition of the present invention into a granular or tablet shape, covering the semiconductor chip, and molding at 175 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.
- the mounting method and the sealing method of the semiconductor element are not particularly limited.
- a flip chip bonder or the like is used to align the connection electrode portions on the multilayer printed wiring board and the solder bumps of the semiconductor element. Thereafter, the solder bumps are heated to the melting point or more, and the printed wiring board and the solder bumps are connected by fusion bonding. Next, a liquid sealing resin is filled between the printed wiring board and the semiconductor element and cured. Thereby, a semiconductor device is obtained. Since the semiconductor device thus obtained has excellent heat resistance and heat decomposition resistance, it is particularly useful for an in-vehicle power device.
- the content of the compound of the formula (3) was 1.5 area%
- the compound of the formula (4) was 31 area%
- the residual naphthol was 4 area%.
- a nitrogen-purged flask equipped with a stirrer, reflux condenser, and stirrer was charged with this solution. Further, 1 part of paratoluenesulfonic acid was added, the temperature was raised to 80 ° C., and 15 parts of formalin was added. In addition, after stirring for 1 hour, the temperature was raised while gradually draining water to 110 ° C., and the reaction was performed under reflux conditions for 3 hours.
- a phenol resin (BN1) used in the present invention had a softening point of 138.1 ° C., 0.2 area% of the compound of the above formula (3), 4.8 area% of the compound of (4), 0.2 naphthol residual naphthol, It was 0.1% or less.
- the hydroxyl equivalent is 141 g / eq. Met.
- the resulting phenol resin had a softening point of 134.4 ° C., the compound of formula (3) was 1.9 area%, the compound of (4) was 4.7 area%, the residual naphthol was 0.8 area%, the residual Cresol was 0.1% or less.
- the hydroxyl equivalent is 148 g / eq. Met.
- the reaction solution was washed with water until neutrality, and the solvent of the oil layer was distilled off under reduced pressure under heating to obtain 410 parts of phenol resin BN3.
- the resulting phenol resin had a softening point of 108 ° C., the compound of formula (3) was 8 area%, the compound of (4) was 36 area%, the residual naphthol was 3.5 area%, and the residual cresol was 0.1%. It was the following.
- the hydroxyl equivalent is 140 g / eq. Met.
- Example 1 A flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, and a stirrer is purged with nitrogen, and 92.6 parts of phenol resin (BN1) used in the present invention, 21.2 parts of 4,4′-biphenol, epichlorohydrin 416 parts and 95.8 parts of dimethyl sulfoxide were added and dissolved under stirring, and the temperature was raised to 45 ° C. Next, 42 parts of flaky sodium hydroxide were added in portions over 90 minutes, and then reacted at 45 ° C. for 2 hours and at 70 ° C. for 75 minutes. After completion of the reaction, excess solvents such as epichlorohydrin were distilled off from the oil layer under reduced pressure using a rotary evaporator.
- phenol resin (BN1) used in the present invention 92.6 parts of phenol resin (BN1) used in the present invention, 21.2 parts of 4,4′-biphenol, epichlorohydrin 416 parts and 95.8 parts of dimethyl sulfoxide were added and
- the residue was dissolved by adding 352 parts of methyl isobutyl ketone, washed with water, and heated to 75 ° C. Under stirring, 13 parts of a 30% by weight aqueous sodium hydroxide solution was added and the reaction was performed for 1 hour, followed by washing with water until the washing water of the oil layer became neutral. From the resulting solution, the pressure was reduced using a rotary evaporator. Methyl isobutyl ketone and the like were distilled off below to obtain 153 parts of the epoxy resin mixture (EP1) of the present invention. The epoxy equivalent of the obtained epoxy resin was 187 g / eq. The ICI melt viscosity at a softening point of 108 ° C. and 150 ° C.
- Example 2 In a flask equipped with a reflux condenser and a stirrer, while purging with nitrogen, 92.6 parts of phenol resin (BN2) used in the present invention, 21.2 parts of 4,4′-biphenol, 416 parts of epichlorohydrin , 95.8 parts of dimethyl sulfoxide was added, dissolved under stirring, and the temperature was raised to 45 ° C. Next, 42 parts of flaky sodium hydroxide were added in portions over 90 minutes, and then reacted at 45 ° C. for 2 hours and at 70 ° C. for 75 minutes. After completion of the reaction, excess solvents such as epichlorohydrin were distilled off from the oil layer under reduced pressure using a rotary evaporator.
- TMA measurement conditions Thermomechanical measuring device: TA-instruments, TMA-2980 Measurement temperature range: 40 ° C-280 ° C Temperature increase rate: 2 ° C./min ⁇ DMA measurement conditions> Dynamic viscoelasticity measuring device: manufactured by TA-instruments, DMA-2980 Measurement temperature range: -30 ° C to 280 ° C Temperature rate: 2 ° C./min Test piece size: 5 mm ⁇ 50 mm cut out (thickness is about 800 ⁇ m). Analysis condition Tg: The peak point of tan ⁇ (tan ⁇ MAX) in DMA measurement was defined as Tg.
- ⁇ Measurement conditions for thermal decomposition characteristics Measured with TG-DTA (Td5) Measurement sample: powder (100 ⁇ m mesh, 75 ⁇ m mesh on) 5-10 mg Measurement conditions: heating rate 10 ° C./min. Air flow 200 ml / min. The 5% weight loss temperature was measured.
- the cured product of the composition using the epoxy resin mixture of the present invention can achieve both high heat resistance and heat decomposition resistance.
- the curable resin composition containing the epoxy resin mixture of the present invention is used for electrical and electronic materials, particularly for semiconductor encapsulants and thin film substrate materials. Useful as.
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Abstract
耐熱性、熱分解特性に優れたエポキシ樹脂混合物、硬化性樹脂組成物、その硬化物を提供することを目的とする。本発明のエポキシ樹脂混合物は、下記式(1)で表される化合物と下記式(2)で表される化合物を含有し、2官能エポキシ樹脂の含有量が、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定チャートにおける面積百分率で20面積%以下であり軟化点が80~110℃(ISO 4625-2準拠)である。(式(1)中、nは繰り返し数を示す。nは平均値で2~10の数である。また全てのAが同一となることはない。)
Description
本発明は耐熱性、また耐熱分解特性に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂混合物に関する。
さらに、本発明は高機能が要求される電気電子材料用途、特に半導体の封止材、薄膜基板材料として好適なエポキシ樹脂混合物、硬化性樹脂組成物、およびその硬化物、並びにそれにより得られる半導体装置に関する。
硬化性樹脂組成物は作業性及びその硬化物の優れた電気特性、耐熱性、接着性、耐湿性(耐水性)等により電気・電子部品、構造用材料、接着剤、塗料等の分野で幅広く用いられている。
しかし近年、電気・電子分野においてはその発展に伴い、樹脂組成物の高純度化をはじめ耐湿性、密着性、誘電特性、フィラー(無機または有機充填剤)を高充填させるため、低粘度化、成型サイクルを短くするための反応性のアップ等の諸特性の一層の向上が求められている。又、構造材としては航空宇宙材料、レジャー・スポーツ器具用途などにおいて軽量で機械物性の優れた材料が求められている。特に近年、省エネの視点からパワーデバイスへの注目が大きくなってきている(非特許文献1)。
従来、パワーデバイスはシリコンゲルでの封止が主流であったが、今後、生産性やコストの面、さらにその強度、信頼性の面から熱硬化性の樹脂への変換がこれから大きく進展しようとしている。さらにこのパワーデバイスの駆動温度は年々上昇していく傾向にあり、シリコン系の半導体では150℃以上での駆動温度で設計されており、150℃を超える非常に高い耐熱が求められている(非特許文献2)。
従来、パワーデバイスはシリコンゲルでの封止が主流であったが、今後、生産性やコストの面、さらにその強度、信頼性の面から熱硬化性の樹脂への変換がこれから大きく進展しようとしている。さらにこのパワーデバイスの駆動温度は年々上昇していく傾向にあり、シリコン系の半導体では150℃以上での駆動温度で設計されており、150℃を超える非常に高い耐熱が求められている(非特許文献2)。
"2008年 STRJ報告 半導体ロードマップ専門委員会 平成20年度報告"、第8章、p1-17、[online]、平成21年3月、JEITA (社)電子情報技術産業協会 半導体技術ロードマップ専門委員会、[平成24年5月30日検索]、インターネット<URL:http://strj-jeita.elisasp.net/strj/nenjihoukoku-2008.cfm>
高倉信之他、松下電工技報 車関連デバイス技術 車載用高温動作IC、74号、日本、2001年5月31日、35-40頁
耐熱性の高いエポキシ樹脂は一般に架橋密度の高いエポキシ樹脂となる。
しかし、架橋密度の高いエポキシ樹脂は吸水率が高く、もろく、熱分解特性が悪くなる。また電気特性が悪くなる傾向になる。高温駆動の半導体の場合、熱分解特性が重要であるばかりか、電気特性が重要となり、好ましくない。架橋密度を下げるとこれらの特性は改善されるが、耐熱性が低くなり、ガラス転移点(Tg)が低下する。駆動温度がガラス転移点を超える場合、一般にTg以降で体積抵抗率が低下することから、電気特性が悪化する。
こういった特性を改善しようとした場合、樹脂自体の分子量を大きくすることで耐熱性を向上させるという手法が用いられる場合があるが、非常に粘度が高くなるため、半導体の封止においては半導体全体をきれいに覆う必要があり、ボイド等の未充填部ができ、半導体封止材としては適当でない。
即ち、本発明は、半導体封止用に好適な流動性を有し、かつ耐熱性、熱分解特性に優れたエポキシ樹脂を提供することを目的とする。
しかし、架橋密度の高いエポキシ樹脂は吸水率が高く、もろく、熱分解特性が悪くなる。また電気特性が悪くなる傾向になる。高温駆動の半導体の場合、熱分解特性が重要であるばかりか、電気特性が重要となり、好ましくない。架橋密度を下げるとこれらの特性は改善されるが、耐熱性が低くなり、ガラス転移点(Tg)が低下する。駆動温度がガラス転移点を超える場合、一般にTg以降で体積抵抗率が低下することから、電気特性が悪化する。
こういった特性を改善しようとした場合、樹脂自体の分子量を大きくすることで耐熱性を向上させるという手法が用いられる場合があるが、非常に粘度が高くなるため、半導体の封止においては半導体全体をきれいに覆う必要があり、ボイド等の未充填部ができ、半導体封止材としては適当でない。
即ち、本発明は、半導体封止用に好適な流動性を有し、かつ耐熱性、熱分解特性に優れたエポキシ樹脂を提供することを目的とする。
本発明者らは前記したような実状に鑑み、鋭意検討した結果、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、下記(1)~(8)に関する。
(1) 下記式(1)で表される化合物と下記式(2)で表される化合物を含有し、
2官能エポキシ樹脂の含有量が、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定チャートにおける面積百分率で20面積%以下であり、
軟化点が80~110℃(ISO 4625-2準拠)であるエポキシ樹脂混合物。
すなわち本発明は、下記(1)~(8)に関する。
(1) 下記式(1)で表される化合物と下記式(2)で表される化合物を含有し、
2官能エポキシ樹脂の含有量が、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定チャートにおける面積百分率で20面積%以下であり、
軟化点が80~110℃(ISO 4625-2準拠)であるエポキシ樹脂混合物。
(式(1)中、nは繰り返し数を示す。nは平均値で2~10の数である。また全てのAが同一となることはない。)
(2) 前記式(2)で表される化合物の含有量が、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定チャートにおける面積百分率で2~18面積%である前項(1)に記載のエポキシ樹脂混合物。
(3) 軟化点が120~150℃であるナフトール-クレゾール混合ノボラック樹脂と4,4’-ビフェノールを混合し、塩基性条件下、エピハロヒドリンと反応させて得られる前項(1)又は(2)に記載のエポキシ樹脂混合物。
(4) 150℃における溶融粘度が0.05Pa・s以上0.5Pa・s以下である前項(1)~(3)のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂混合物。
(5) 前項(1)~(4)のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂混合物と硬化剤を含有する硬化性樹脂組成物。
(6) 前項(1)~(4)のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂混合物と重合触媒を含有する硬化性樹脂組成物。
(7) 前項(5)又は(6)に記載の硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物。
(8) 前項(5)又は(6)に記載の硬化性樹脂組成物を粒状またはタブレット状に成型後、半導体チップを覆い、175℃以上250℃以下で成型して得られる半導体装置。
(3) 軟化点が120~150℃であるナフトール-クレゾール混合ノボラック樹脂と4,4’-ビフェノールを混合し、塩基性条件下、エピハロヒドリンと反応させて得られる前項(1)又は(2)に記載のエポキシ樹脂混合物。
(4) 150℃における溶融粘度が0.05Pa・s以上0.5Pa・s以下である前項(1)~(3)のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂混合物。
(5) 前項(1)~(4)のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂混合物と硬化剤を含有する硬化性樹脂組成物。
(6) 前項(1)~(4)のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂混合物と重合触媒を含有する硬化性樹脂組成物。
(7) 前項(5)又は(6)に記載の硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物。
(8) 前項(5)又は(6)に記載の硬化性樹脂組成物を粒状またはタブレット状に成型後、半導体チップを覆い、175℃以上250℃以下で成型して得られる半導体装置。
本発明のエポキシ樹脂混合物は流動性に優れた硬化性樹脂組成物、耐熱性、耐熱分解特性に優れた硬化物を与える。また本発明の硬化性樹脂組成物は半導体の封止、特にパワーデバイス用の半導体素子の封止にきわめて有用であり、良好な半導体装置を得ることができる。
本発明のエポキシ樹脂混合物は、ナフトール-クレゾール混合ノボラック型エポキシ樹脂と4,4’-ビスグリシジルオキシビフェニルを含有する。
本発明のエポキシ樹脂混合物において、ナフトール-クレゾール混合ノボラック型エポキシ樹脂を主成分とするが、エポキシ樹脂混合物中、4,4’-ビスグリシジルオキシビフェニルの含有量は2~18面積%(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(検出器:RI)の測定チャートにおける面積百分率)が好ましく、より好ましくは2~17.5面積%、特に好ましくは3~17面積%である。
4,4’-ビスグリシジルオキシビフェニルの含有は流動性の向上に役立つが、その含有量は18面積%以下であることで耐熱分解特性、耐水特性により有効であるため好ましい。
4,4’-ビスグリシジルオキシビフェニルの含有は流動性の向上に役立つが、その含有量は18面積%以下であることで耐熱分解特性、耐水特性により有効であるため好ましい。
本発明のエポキシ樹脂混合物の形状としては、均質に混合されている場合、結晶性を帯びた固形樹脂形状を持つことが好ましく、その際の軟化点(ISO 4625-2準拠)はハンドリング性、また硬化時の成形性の問題から、80~110℃であり、好ましくは100~110℃である。
一般の樹脂は室温で取り扱うとベタつきを生じやすく、少なくとも軟化点の50℃以下の温度で使用することが好ましいとされる。特に電子材料に関しては東南アジアでの生産が考えられるため、室内が40℃を超えることが想定されるため、軟化点が100℃を超えることで、室温での取り扱いが非常に簡便になるだけでなく、粉砕、混練性に優れるため好ましい。しかしながら軟化点が高すぎる場合、混練時にきれいに溶解しないという課題があるばかりか、溶融させようと温度をかけすぎると、混練時に反応をしてしまう可能性が高い。したがって軟化点の上限は110℃となる。
一般の樹脂は室温で取り扱うとベタつきを生じやすく、少なくとも軟化点の50℃以下の温度で使用することが好ましいとされる。特に電子材料に関しては東南アジアでの生産が考えられるため、室内が40℃を超えることが想定されるため、軟化点が100℃を超えることで、室温での取り扱いが非常に簡便になるだけでなく、粉砕、混練性に優れるため好ましい。しかしながら軟化点が高すぎる場合、混練時にきれいに溶解しないという課題があるばかりか、溶融させようと温度をかけすぎると、混練時に反応をしてしまう可能性が高い。したがって軟化点の上限は110℃となる。
本発明のエポキシ樹脂混合物はその150℃における溶融粘度が1.0Pa・s以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.05Pa・s以上0.5Pa・s以下、特に0.1Pa・s以上0.5Pa・s以下であることが好ましい。
特にパワーデバイスにおいてはワイヤが太いため、粘度が高くても封止ができるが、1.0Pa・sを超えると、成型性に課題が出てくる傾向にある。
特にパワーデバイスにおいてはワイヤが太いため、粘度が高くても封止ができるが、1.0Pa・sを超えると、成型性に課題が出てくる傾向にある。
本発明のエポキシ樹脂混合物はそれぞれのエポキシ樹脂を均一に混合しても構わないが、本発明においては、フェノール樹脂混合物としてナフトール-クレゾール混合ノボラック樹脂と4,4’-ビフェノールを混合し、塩基性条件下で、エピハロヒドリンと反応させることで得ることが好ましい。
単純に混合する場合、ナフトール-クレゾール混合ノボラックのエポキシ化と、4,4’-ビフェノールのエポキシ化を別々に行う。その場合、エポキシ化時にナフトール-クレゾール混合ノボラック同士が一部重合する、また4,4’-ビフェノール同士が一部結合するという反応がおこる。この場合、クレゾールノボラック同士による一部重合は粘度を一気に上げる。また、4,4’-ビフェノール同士が結合したものは結晶性が非常に高く、相溶性が悪いため、均質に溶解させることが難しい。また耐熱性の低下も誘引する。
これに対し、同時にエポキシ化する場合、ナフトール-クレゾール混合ノボラックとビフェノールの一部結合した化合物ができることでクレゾールノボラック同士の重合を抑え、低粘度化を促進する。さらに、本化合物はクレゾールノボラックとビフェノール両方の特性を有し、相溶性にもすぐれ、また耐熱性の低下をより抑えることができる。
これに対し、同時にエポキシ化する場合、ナフトール-クレゾール混合ノボラックとビフェノールの一部結合した化合物ができることでクレゾールノボラック同士の重合を抑え、低粘度化を促進する。さらに、本化合物はクレゾールノボラックとビフェノール両方の特性を有し、相溶性にもすぐれ、また耐熱性の低下をより抑えることができる。
本発明に使用するナフトール-クレゾール混合ノボラック(以下、本発明で使用するフェノール樹脂とも称す)は、ナフトール(1-ナフトールおよびまたは2-ナフトール)とクレゾール(置換位置を限定しない)とホルムアルデヒド合成等価体(ホルマリン、パラホルムアルデヒド等を意味する。)を必須成分とし、合成される。
本発明で使用するフェノール樹脂はナフトールとクレゾールを水、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン等のケトン類、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類にあげられる溶剤(もしくは水)中に溶解、または2層系で混合し、酸性、もしくは塩基性条件下でホルムアルデヒド合成等価体と反応させることで得ることができる。溶媒を使用する場合、その使用量はナフトールとクレゾールの総量100重量部に対し、通常5~500重量部、好ましくは10~300重量部の範囲である。
本発明で使用するフェノール樹脂はナフトールとクレゾールを水、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン等のケトン類、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類にあげられる溶剤(もしくは水)中に溶解、または2層系で混合し、酸性、もしくは塩基性条件下でホルムアルデヒド合成等価体と反応させることで得ることができる。溶媒を使用する場合、その使用量はナフトールとクレゾールの総量100重量部に対し、通常5~500重量部、好ましくは10~300重量部の範囲である。
触媒としては酸性、塩基性いずれの触媒でも使用できる。
用いうる酸性触媒の具体例としては塩酸、硫酸、リン酸等の鉱酸類;シュウ酸、トルエンスルホン酸、酢酸等の有機酸類;タングステン酸等のヘテロポリ酸、活性白土、無機酸、塩化第二錫、塩化亜鉛、塩化第二鉄等、その他酸性を示す有機、無機酸塩類、等のノボラック樹脂製造用に通常使用される酸性触媒などが挙げられる。
用いうる塩基性触媒の具体例としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウム-tert-ブトキシド等のアルカリ金属アルコキシド、マグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシド等のアルカリ土類金属アルコキシド等が挙げられる。
またアミン系の触媒を使用することもでき、トリエチルアミン、エタノールアミン、ピリジン、ピペリジン、モルホリン等が挙げられる。特にアミン系の触媒を使用する場合は溶媒として兼用することもできる。
これら触媒は、前述に挙げた物に限定されるものではなく、単独でも2種以上を併用してもよい。
用いうる酸性触媒の具体例としては塩酸、硫酸、リン酸等の鉱酸類;シュウ酸、トルエンスルホン酸、酢酸等の有機酸類;タングステン酸等のヘテロポリ酸、活性白土、無機酸、塩化第二錫、塩化亜鉛、塩化第二鉄等、その他酸性を示す有機、無機酸塩類、等のノボラック樹脂製造用に通常使用される酸性触媒などが挙げられる。
用いうる塩基性触媒の具体例としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウム-tert-ブトキシド等のアルカリ金属アルコキシド、マグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシド等のアルカリ土類金属アルコキシド等が挙げられる。
またアミン系の触媒を使用することもでき、トリエチルアミン、エタノールアミン、ピリジン、ピペリジン、モルホリン等が挙げられる。特にアミン系の触媒を使用する場合は溶媒として兼用することもできる。
これら触媒は、前述に挙げた物に限定されるものではなく、単独でも2種以上を併用してもよい。
本発明においては、特に(a)ナフトールとクレゾールとのノボラック化反応;(b)ナフトールの二量体(下記式(3))の熱分解反応;(c)ホルムアルデヒド等価体を添加し、(b)工程で分解生成したナフトールを用いたナフトール-クレゾールノボラックに結合させる反応の3工程が行われる。
当該工程を経ることにより下記式(4)で表される構造の2量体を低減し、本発明で使用するエポキシ樹脂の原料を作製することができる。
本工程により、得られるエポキシ樹脂は耐熱分解特性に優れたエポキシ樹脂とすることができる。なお、(b)(c)の工程は同時に行っても構わず、この際の触媒は前記に示す酸性触媒であり、(a)の工程が酸性であればそのままの触媒で、もしくは酸触媒を追加しても構わず、(a)の工程が塩基性であれば、(a)の工程終了後、酸性触媒を添加し、酸性条件下で反応させることが好ましい。なお、これら触媒についてはそれぞれ酸性または塩基性になれば構わず、最大使用するナフトール、クレゾールの総モル数に対し、2倍以下であることが好ましい。また中和にかかる量を差し引いた場合、酸性触媒であれば通常0.01~0.3モル当量%、より好ましくは0.01~0.25モル当量%であり、塩基性触媒であればナフトール、クレゾールの総モル数に対し、通常0.5~1.3モル当量%、特に0.5~1.1モル当量%が好ましい。反応温度は工程(a)においては0~110℃でコントロールすることが好ましく、特に分子量分布を狭めるためには0~70℃で1次反応を行った後、30~110℃で2次反応を行うことが好ましい。また分子量制御を行う場合、塩基性触媒を1.0モル当量%以上使用し、選択的にナフトールのモノメチロール体を製造し、それを反応させることで分子量分布を制御するという手法も用いることができる。
ここで、(a)の工程であるナフトールとクレゾールとのノボラック化反応により得られるノボラック型フェノール樹脂においては、重量平均分子量として500~1500が好ましい。ここで、上記式(3)で表される構造及び式(4)で表される構造の総量が、GPC測定チャートにおける面積百分率で10面積%以下であることが好ましく、特に8面積%以下であることが好ましい。また、上記式(3)で表される構造及び式(4)で表される構造が各々5面積%以下であることが特に好ましい。このようなものについて、(b)及び(c)工程を経由させることで、より目的とする樹脂を得ることが可能となる。
尚、(a)の工程で使用するナフトールはα-ナフトールとβ-ナフトールの混合物を使用することが好適である。
尚、(a)の工程で使用するナフトールはα-ナフトールとβ-ナフトールの混合物を使用することが好適である。
前記工程(a)で用いるホルムアルデヒド合成等価体(ホルマリン、パラホルムアルデヒド等を意味する。)の使用量としては使用するナフトールに対し、0.5モル倍~1.5モル倍が好ましく、特に好ましくは0.7~1.2モル倍である。なお、ナフトールとクレゾールの総モル数に対しては1.0モル倍未満が好ましく、特に好ましくは0.5~0.95モル倍である。
前記工程(c)で用いるホルムアルデヒド合成等価体の使用量としては残留ナフトールや前記式(4)で表される構造の残留量にもよるが、工程(a)で用いるホルムアルデヒド合成等価体量に対し、通常1~20重量%の割合で添加できる。より好ましくは1~15重量%である。
前記工程(c)で用いるホルムアルデヒド合成等価体の使用量としては残留ナフトールや前記式(4)で表される構造の残留量にもよるが、工程(a)で用いるホルムアルデヒド合成等価体量に対し、通常1~20重量%の割合で添加できる。より好ましくは1~15重量%である。
このようにして得られる本発明で使用するフェノール樹脂混合物に用いるナフトール-クレゾール混合ノボラックは用途によって、精製せずに用いることもできるが、通常、反応終了後に反応混合物を中和してから、加熱減圧下において未反応原料及び溶媒類を除去する事で精製して使用する。なお、この中和工程は、各種塩基類、リン酸塩等の塩やバッファー等を添加してもよいし、水洗などでも可能であるが、両者を併用するとより簡便で効果的である。また、反応により、ナフトールが十分消費されていない場合、薄膜蒸留、窒素等の不活性ガスのバブリング等により、残留ナフトール量を2%以下、好ましくは1%以下にすることが好ましい。
このようにして得られる本発明で使用するフェノール樹脂混合物に用いるナフトール-クレゾール混合ノボラックとしては軟化点が好ましくは100~140℃、水酸基当量が好ましくは140~160g/eq.となる。
本発明で使用するフェノール樹脂は前記式(3)、式(4)の構造の化合物の含有量がGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、検出器:RI)測定チャートにおける面積百分率で各々12面積%以下であることにより、耐熱分解特性を向上させることができるため好ましい。本発明においては、好ましくは10面積%以下であり、特に好ましくは6面積%以下である。またその総量は17面積%以下であることが好ましい。これにより本発明のエポキシ樹脂混合物の特性を容易に満たすことができ、耐熱分解特性、および耐熱性により優れる。
本発明で使用するフェノール樹脂は前記式(3)、式(4)の構造の化合物の含有量がGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、検出器:RI)測定チャートにおける面積百分率で各々12面積%以下であることにより、耐熱分解特性を向上させることができるため好ましい。本発明においては、好ましくは10面積%以下であり、特に好ましくは6面積%以下である。またその総量は17面積%以下であることが好ましい。これにより本発明のエポキシ樹脂混合物の特性を容易に満たすことができ、耐熱分解特性、および耐熱性により優れる。
4,4’-ビフェノールに関しては純度99%以上であることが好ましい。酸化等により一部酸化されてしまっている場合、一官能となってしまうことから耐熱性の低下を招く恐れがある。
本発明で使用するフェノール樹脂と4,4’-ビフェノールを混合物とエピハロヒドリンとの反応の手法としては特に限定しないが、以下にその合成方法の一例を記載する。
本発明のエポキシ樹脂混合物を得る反応において、本発明で使用するフェノール樹脂(BN)と4,4’-ビフェノール(BP)を同時にエピハロヒドリンと反応させることでエポキシ樹脂混合物とする。ここで(BN)と(BP)の比率(重量比)としてはBN/BP=1~70が好ましく、より好ましくは4~62、特に好ましくは4.5~22である。耐熱性、難燃性、流動性のバランスの面から本範囲が好ましい。(なお、以下、(BN)と(BP)の混合物を本発明で使用するフェノール樹脂混合物とも称す。)
本発明のエポキシ樹脂混合物を得る反応において、エピハロヒドリンとしては工業的に入手が容易なエピクロルヒドリンが好ましい。エピハロヒドリンの使用量は本発明で使用するフェノール樹脂混合物の水酸基1モルに対し通常3.0~15モル、好ましくは3.0~10モル、より好ましくは3.5~8.5モルであり、特に好ましくは4.0~6.0モルである。
3.0モルを下回るとエポキシ当量が大きくなることがあり、また、できたエポキシ樹脂の作業性が悪くなることがあり、15モルを超えると溶剤量が多量になることがある。
特に本発明においては、本発明で使用するフェノール樹脂混合物に用いるナフトール-クレゾール混合ノボラックとビフェノールの反応物が特性に寄与するため、6.0モル以下のエピクロルヒドリン量であることが好ましい。これによりナフトール-クレゾール混合ノボラックとビフェノールの結合を調整することができる。
3.0モルを下回るとエポキシ当量が大きくなることがあり、また、できたエポキシ樹脂の作業性が悪くなることがあり、15モルを超えると溶剤量が多量になることがある。
特に本発明においては、本発明で使用するフェノール樹脂混合物に用いるナフトール-クレゾール混合ノボラックとビフェノールの反応物が特性に寄与するため、6.0モル以下のエピクロルヒドリン量であることが好ましい。これによりナフトール-クレゾール混合ノボラックとビフェノールの結合を調整することができる。
この際、ビフェノールのナフトール-クレゾール混合ノボラック樹脂への取り込まれ量としては、GPC測定チャートにおける面積百分率で1~10面積%が好ましく、特に好ましくは1~8面積%である。この量はNMR等でビフェノールとクレゾールのモル数とGPCデータとからおおよそ算出できるほか、合成時に仕込んだ際の理論的な反応比率とGPCの面積%からおおよそ算出することができる。具体的な算出方法としては、仕込み量から理論上のジグリシジルオキシビフェニルの量を確認する。これに対し、GPCの面積比より、ジグリシジルオキシビフェニルのピーク面積(検出器:RI)にて含有量を確認する。この差引分が取り込まれ量となる。ビフェノールのみであるとビフェノール同士の結合が優先的であるが、クレゾールノボラックの量が多い条件下においては確率論からクレゾールノボラックに優先的に取り込まれることから、その差引分が取り込まれ量と判断して差し支えないと判断する。なお、NMRでの測定においては各々のベンゼン核のプロトン、あるいはカーボンのピーク面積比率によりモル比率を算出する。そのモル比率より理論上のジグリシジルオキシビフェニル量を確認する。後は上記と同様である。なお、仕込み比率から算出される理論エポキシ当量に対する実際のエポキシ当量との差異により大雑把には算出することも可能である。
上記反応において、エピハロヒドリンとの反応にはアルカリ金属水酸化物の使用が好ましい。使用しうるアルカリ金属水酸化物としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられ、固形物を利用してもよく、その水溶液を使用してもよいが、本発明においては特に、水分、溶解性、ハンドリングの面からフレーク状に成型された固形物の使用が好ましい。
アルカリ金属水酸化物の使用量はフェノール樹脂混合物の水酸基1モルに対して通常0.90~1.5モルであり、好ましくは0.95~1.25モル、より好ましくは0.99~1.15モルである。
アルカリ金属水酸化物の使用量はフェノール樹脂混合物の水酸基1モルに対して通常0.90~1.5モルであり、好ましくは0.95~1.25モル、より好ましくは0.99~1.15モルである。
反応を促進するためにテトラメチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムブロマイド、トリメチルベンジルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩を触媒として添加してもかまわない。4級アンモニウム塩の使用量としては本発明で使用するフェノール混合物の水酸基1モルに対し通常0.1~15gであり、好ましくは0.2~10gである。
本反応においては上記エピハロヒドリンに加え、非極性プロトン溶媒(ジメチルスルホキシド、ジオキサン、ジメチルイミダゾリジノン等、本発明においてはジメチルスルホキシド、ジオキサンが好ましい。)や、炭素数1~5のアルコールを併用することが好ましい。炭素数1~5のアルコールとしてはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類である(本発明においてはメタノールが好ましい。)。非極性プロトン溶媒もしくは炭素数1~5のアルコールの使用量はエピハロヒドリンの使用量に対し通常2~50重量%、好ましくは4~25重量%である。また、共沸脱水等の手法により、系内の水分をコントロールしながらエポキシ化を行ってもかまわない。
反応系中の水分が多い場合には、得られたエポキシ樹脂混合物において電気信頼性が低下することがあり、水分は5%以下にコントロールして合成することが好ましい。また、非極性プロトン溶媒を使用してエポキシ樹脂混合物を得た際には、電気信頼性に優れるエポキシ樹脂混合物が得られるため、非極性プロトン溶媒は好適に使用できる。
反応系中の水分が多い場合には、得られたエポキシ樹脂混合物において電気信頼性が低下することがあり、水分は5%以下にコントロールして合成することが好ましい。また、非極性プロトン溶媒を使用してエポキシ樹脂混合物を得た際には、電気信頼性に優れるエポキシ樹脂混合物が得られるため、非極性プロトン溶媒は好適に使用できる。
反応温度は通常30~90℃であり、好ましくは35~80℃である。特に本発明においては、より高純度なエポキシ化のために60℃以上が好ましく、還流条件に近い条件での反応が特に好ましい。反応時間は通常0.5~10時間であり、好ましくは1~8時間、特に好ましくは1~3時間である。反応時間が短いと反応が進みきらず、反応時間が長くなると副生成物ができることがある。
これらのエポキシ化反応の反応物を水洗後、または水洗無しに加熱減圧下でエピハロヒドリンや溶媒等を除去する。また更に加水分解性ハロゲンの少ないエポキシ樹脂混合物とするために、回収したエポキシ樹脂混合物を炭素数4~7のケトン化合物(たとえば、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等が挙げられる。)を溶剤として溶解し、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液を加えて反応を行い、閉環を確実なものにすることも出来る。この場合アルカリ金属水酸化物の使用量はエポキシ化に使用した本発明で使用するフェノール樹脂混合物の水酸基1モルに対して通常0.01~0.3モル、好ましくは0.05~0.2モルである。反応温度は通常50~120℃、反応時間は通常0.5~2時間である。
これらのエポキシ化反応の反応物を水洗後、または水洗無しに加熱減圧下でエピハロヒドリンや溶媒等を除去する。また更に加水分解性ハロゲンの少ないエポキシ樹脂混合物とするために、回収したエポキシ樹脂混合物を炭素数4~7のケトン化合物(たとえば、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等が挙げられる。)を溶剤として溶解し、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液を加えて反応を行い、閉環を確実なものにすることも出来る。この場合アルカリ金属水酸化物の使用量はエポキシ化に使用した本発明で使用するフェノール樹脂混合物の水酸基1モルに対して通常0.01~0.3モル、好ましくは0.05~0.2モルである。反応温度は通常50~120℃、反応時間は通常0.5~2時間である。
反応終了後、生成した塩を濾過、水洗などにより除去し、更に加熱減圧下溶剤を留去することにより本発明のエポキシ樹脂混合物が得られる。なお、加熱減圧下、溶剤を留去した後、110~170℃に保った後、100℃以下、より好ましくは80℃以下の板状体(プレート状、シート状、ベルト状等の形状のもの)上に流延もしくは滴下することで、板状、水滴状(マーブル状)等の形状に成型し、取り出すことが好ましい。なお、80℃以下での冷却後、さらに60℃以下で冷却するという段階的な冷却方法でもかまわない。本工程で得られる固形物は透明なアモルファス状、もしくは結晶が分散した白濁した形状を示すが、もし、固形物は透明なアモルファス状であっても50~100℃で30分~10時間加温することで、結晶が分散した白濁した形状となる。
本発明のエポキシ樹脂混合物としては、上記式(1)に記載のエポキシ樹脂を含有する。
好適には、下記式(1)に記載のエポキシ樹脂であって、式中、n=1である成分、すなわち前記式(5)及び(6)に記載のエポキシ樹脂の含有量が少ないエポキシ樹脂混合物である。また好適にはn=5以上であるポリマーの含有量がGPC測定チャートにおける面積百分率で10~35面積%であるエポキシ樹脂混合物である。
以下、本明細書において面積%とは特に断りがない限りGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、検出器:RI)で測定して得られたチャートにおける面積百分率(面積%)を示す。
好適には、下記式(1)に記載のエポキシ樹脂であって、式中、n=1である成分、すなわち前記式(5)及び(6)に記載のエポキシ樹脂の含有量が少ないエポキシ樹脂混合物である。また好適にはn=5以上であるポリマーの含有量がGPC測定チャートにおける面積百分率で10~35面積%であるエポキシ樹脂混合物である。
以下、本明細書において面積%とは特に断りがない限りGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、検出器:RI)で測定して得られたチャートにおける面積百分率(面積%)を示す。
(式中、nは繰り返し数を示す。nは平均値で2~10の数である。また全てのAが同一となることはない。)
下記式(5)及び下記式(6)で表される化合物は、耐熱性、流動性の面では有利であるが、熱分解特性に悪影響を及ぼす。すなわち、下記式(5)及び(6)で表される化合物の含有量が各々9面積%以下(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、検出器:RI)であることにより、耐熱分解特性をより向上させることができるため好ましい。
また本発明のエポキシ樹脂混合物においては同様の2官能成分として以下の化合物を含有する。本化合物も同様に熱分解特性においては少ないことが好ましい。その含有量は20面積%であり、好ましい範囲としては2~18面積%である。ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおいては前記式(5)及び(6)の化合物と下記式(2)の化合物が明確に分離できないがおおよそ分離でき、その比率を判断することができるが、正確な値の算出は困難である。
本発明のエポキシ樹脂混合物においては特に、前記式(5)及び(6)の化合物と下記式(2)の化合物の総量で管理することが好ましく、その総量は2~20面積%が好ましく、特に5~18面積%が好ましい。
本発明のエポキシ樹脂混合物においては特に、前記式(5)及び(6)の化合物と下記式(2)の化合物の総量で管理することが好ましく、その総量は2~20面積%が好ましく、特に5~18面積%が好ましい。
特に前記式(5)の化合物はナフタレン構造同士をつなぐメチレン構造が切れやすく、低分子量化しやすいため熱分解時に分解し放出されやすく、前記式(6)の化合物に関しては分子量が小さいため、硬化物のネットワークにおいてエポキシ基の開環した部分が一部切れると揮発しやすくなるため好ましくない。
また、前記式(1)においてn=5以上であるポリマーが35面積%を超えると粘度が高くなりすぎてしまうため、成型が困難になるため好ましくない。ただし、耐熱性の面で10面積%以上あることが好ましい。
このようなエポキシ樹脂混合物の軟化点は85~100℃(環球法)であることが好ましく、特に85~95℃の範囲が好ましい。また100℃を超えると粘度の上昇も大きくなり、成型性の面で好ましくない。尚、本発明の硬化性樹脂組成物は軟化点80~90℃のフェノールノボラックと硬化させた際に熱機械特性(TMA)の測定において耐熱性で150℃を超える。
また、前記式(1)においてn=5以上であるポリマーが35面積%を超えると粘度が高くなりすぎてしまうため、成型が困難になるため好ましくない。ただし、耐熱性の面で10面積%以上あることが好ましい。
このようなエポキシ樹脂混合物の軟化点は85~100℃(環球法)であることが好ましく、特に85~95℃の範囲が好ましい。また100℃を超えると粘度の上昇も大きくなり、成型性の面で好ましくない。尚、本発明の硬化性樹脂組成物は軟化点80~90℃のフェノールノボラックと硬化させた際に熱機械特性(TMA)の測定において耐熱性で150℃を超える。
本発明のエポキシ樹脂混合物において前記式(1)におけるn=0の化合物が1面積%以下であることが好ましく、特に、グリシドキシナフタレンが1面積%以下であることが熱分解特性の面から好ましい。グリシドキシナフタレンを含有する場合、通常0.01~1面積%、さらに好ましくは0.01~0.9面積%、特に好ましくは0.01~0.8面積%含有する。
グリシドキシナフタレンが1面積%を超える場合、混練や成型時の揮発による人体への悪影響、および炉の汚れ、また金型汚れ、成型時の脱型性の悪さなどに影響を及ぼす恐れがある。0.01面積%を下回ろうとすると、多大なエネルギーおよび廃棄物を生成するため、環境・産業として好ましくない。
グリシドキシナフタレンが1面積%を超える場合、混練や成型時の揮発による人体への悪影響、および炉の汚れ、また金型汚れ、成型時の脱型性の悪さなどに影響を及ぼす恐れがある。0.01面積%を下回ろうとすると、多大なエネルギーおよび廃棄物を生成するため、環境・産業として好ましくない。
また本発明のエポキシ樹脂混合物では、前記式(1)においてn=2、3、4の総計が40~85面積%であることが好ましい。分子量分布の幅がこの範囲になることで容易に高い耐熱性を持ちながら粘度を低減でき、かつ熱分解特性をより向上させることができる。ここで、n=2の化合物が耐熱性、熱分解性に優れ、さらに高分子量となりすぎるものでないことから20~50面積%含有していることでより好適な物性を確保することができ、特に20~40面積%であることが好ましい。
なお、本発明における前記式(1)においてナフトール構造とクレゾール構造は必ず含有し、いずれも0にはならない。具体的にはナフトール構造:クレゾール構造=1:1~5:1が好ましく、特に好ましくは1:1~3:1であり、ナフトール構造の方が多く存在する方が好ましい。
なお、本発明における前記式(1)においてナフトール構造とクレゾール構造は必ず含有し、いずれも0にはならない。具体的にはナフトール構造:クレゾール構造=1:1~5:1が好ましく、特に好ましくは1:1~3:1であり、ナフトール構造の方が多く存在する方が好ましい。
本発明のエポキシ樹脂混合物の好ましい樹脂特性としてはエポキシ当量が180~230g/eq.であることが好ましく、より好ましくは200~220g/eq.である。エポキシ当量が上記範囲内にあることで、硬化物の耐熱性、電気信頼性により優れたエポキシ樹脂を得ることができる。エポキシ当量が230g/eq.を越えている場合、エポキシの環が閉環しきらず、官能基を有さない化合物が多く含まれることがあり、エポキシ当量が下がっていないことがある。またこれら閉環しきらなかった化合物の多くには塩素が含有されている場合が多く、電子材料用途としては高温多湿条件での塩素イオンの遊離、およびそれによる配線の腐食が生じることがある。
なお、150℃における溶融粘度(ICI溶融粘度 コーンプレート法)は0.5Pa・s以下が好ましく粘度が高すぎる場合、トランスファー成型、もしくはコンプレッション成型時に流動性が悪く、未充填部ができてしまい、不良品となってしまう場合があり好ましくなく、粘度が低すぎても、ボイドをかんでしまいやすくなるため、ある程度の粘度はあった方が好ましい。本発明においては特に、0.05~0.5Pa・sが好ましく、特に0.05~0.4Pa・sが好ましい。
なお、150℃における溶融粘度(ICI溶融粘度 コーンプレート法)は0.5Pa・s以下が好ましく粘度が高すぎる場合、トランスファー成型、もしくはコンプレッション成型時に流動性が悪く、未充填部ができてしまい、不良品となってしまう場合があり好ましくなく、粘度が低すぎても、ボイドをかんでしまいやすくなるため、ある程度の粘度はあった方が好ましい。本発明においては特に、0.05~0.5Pa・sが好ましく、特に0.05~0.4Pa・sが好ましい。
また、本発明のエポキシ樹脂混合物に残存している全塩素としては、好ましくは1500ppm以下、より好ましくは1200ppm以下、特に900ppm以下であることが好ましい。なお、塩素イオン、ナトリウムイオンについては各々5ppm以下が好ましく、より好ましくは3ppm以下である。塩素イオンによる弊害は先に記載した通りである。ナトリウムイオン等のカチオンも、特にパワーデバイス用途においては非常に重要なファクターとなり、高電圧がかかった際の不良モードの一因となる。
以下、本発明のエポキシ樹脂混合物を含有する本発明の硬化性樹脂組成物(以下、硬化性樹脂組成物とも称する)について記載する。
本発明の硬化性樹脂組成物においては、硬化剤または重合触媒を必須成分として使用する。
本発明の硬化性樹脂組成物においては、硬化剤または重合触媒を必須成分として使用する。
本発明の硬化性樹脂組成物には無機フィラーを含有することが好ましい。無機フィラーとしては、結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコニア、フォステライト、ステアタイト、スピネル、チタニア、タルク等の粉体またはこれらを球形化したビーズ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。これら無機充填剤の含有量は、本発明の硬化性樹脂組成物中において通常60~95重量%、特に70~90重量%を占める量が好適に用いられる。
60重量%をきると吸水率、線膨張率が高すぎる恐れがあり、また95重量%を超えると均一に混練ができなくなる恐れがある。また流動性に課題が出て、未充填なく封止することが難しくなる場合がある。
60重量%をきると吸水率、線膨張率が高すぎる恐れがあり、また95重量%を超えると均一に混練ができなくなる恐れがある。また流動性に課題が出て、未充填なく封止することが難しくなる場合がある。
以下、本発明の硬化性樹脂組成物の配合比率、および他の配合物について記載する。
用い得る重合触媒(以下、硬化促進剤ともいう。)の具体例としては、2-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール等のイミダゾ-ル類、2-(ジメチルアミノメチル)フェノール、1,8-ジアザ-ビシクロ(5,4,0)ウンデセン-7等の第3級アミン類、トリフェニルホスフィン等のホスフィン類、テトラブチルアンモニウム塩、トリイソプロピルメチルアンモニウム塩、トリメチルデカニルアンモニウム塩、セチルトリメチルアンモニウム塩などの4級アンモニウム塩、トリフェニルベンジルフォスフォニウム塩、トリフェニルエチルフォスフォニウム塩、テトラブチルフォスフォニウム塩などの4級フォスフォニウム塩(4級塩のカウンターイオンはハロゲン、有機酸イオン、水酸化物イオンなど、特に指定は無いが、特に有機酸イオン、水酸化物イオンが好ましい。)、オクチル酸スズ等の金属化合物等が挙げられる。硬化促進剤を用いる場合は、エポキシ樹脂100重量部に対して通常0.01~5.0重量部が必要に応じ用いられる。
硬化性樹脂組成物において、本発明のエポキシ樹脂混合物以外に他のエポキシ樹脂を併用することが出来る。併用する場合、全エポキシ樹脂中に占める割合は30重量%以上が好ましく、特に40重量%以上が好ましい。
他のエポキシ樹脂の具体例としては、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂などが挙げられる。具体的には、ビスフェノールA、ビスフェノールS、チオジフェノール、フルオレンビスフェノール、テルペンジフェノール、4,4’-ビフェノール、2,2’-ビフェノール、3,3’,5,5’-テトラメチル-[1,1’-ビフェニル]-4,4’-ジオール、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール、トリス-(4-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,2,2-テトラキス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、フェノール類(フェノール、アルキル置換フェノール、ナフトール、アルキル置換ナフトール、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシナフタレン等)とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、p-ヒドロキシベンズアルデヒド、o-ヒドロキシベンズアルデヒド、p-ヒドロキシアセトフェノン、o-ヒドロキシアセトフェノン、ジシクロペンタジエン、フルフラール、4,4’-ビス(クロルメチル)-1,1’-ビフェニル、4,4’-ビス(メトキシメチル)-1,1’-ビフェニル、1,4-ビス(クロロメチル)ベンゼン、1,4-ビス(メトキシメチル)ベンゼン等との重縮合物及びこれらの変性物、テトラブロモビスフェノールA等のハロゲン化ビスフェノール類、アルコール類から誘導されるグリシジルエーテル化物、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、グリシジルエステル系エポキシ樹脂等のシルセスキオキサン系のエポキシ樹脂(鎖状、環状、ラダー状、あるいはそれら少なくとも2種以上の混合構造のシロキサン構造にグリシジル基、および/またはエポキシシクロヘキサン構造を有するエポキシ樹脂)等の固形または液状エポキシ樹脂が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明の硬化性樹脂組成物が含有する硬化剤としては、例えばフェノール樹脂、フェノール系化合物、アミン系化合物、酸無水物系化合物、アミド系化合物、カルボン酸系化合物などが挙げられる。併用する場合、硬化剤中に占める割合は30重量%以上が好ましく、特に40重量%以上が好ましい。
用いうる硬化剤の具体例としては以下の通りである。
フェノール樹脂、フェノール化合物;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、フルオレンビスフェノール、テルペンジフェノール、4,4’-ビフェノール、2,2’-ビフェノール、3,3’,5,5’-テトラメチル-[1,1’-ビフェニル]-4,4’-ジオール、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール、トリス-(4-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,2,2-テトラキス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、フェノール類(フェノール、アルキル置換フェノール、ナフトール、アルキル置換ナフトール、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシナフタレン等)とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、p-ヒドロキシベンズアルデヒド、o-ヒドロキシベンズアルデヒド、p-ヒドロキシアセトフェノン、o-ヒドロキシアセトフェノン、ジシクロペンタジエン、フルフラール、1,4’-ビス(クロロメチル)ベンゼン、1,4’-ビス(メトキシメチル)ベンゼン等との重縮合物及びこれらの変性物、テトラブロモビスフェノールA等のハロゲン化ビスフェノール類、テルペンとフェノール類の縮合物などのポリフェノール類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
用いうる硬化剤の具体例としては以下の通りである。
フェノール樹脂、フェノール化合物;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、フルオレンビスフェノール、テルペンジフェノール、4,4’-ビフェノール、2,2’-ビフェノール、3,3’,5,5’-テトラメチル-[1,1’-ビフェニル]-4,4’-ジオール、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール、トリス-(4-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,2,2-テトラキス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、フェノール類(フェノール、アルキル置換フェノール、ナフトール、アルキル置換ナフトール、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシナフタレン等)とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、p-ヒドロキシベンズアルデヒド、o-ヒドロキシベンズアルデヒド、p-ヒドロキシアセトフェノン、o-ヒドロキシアセトフェノン、ジシクロペンタジエン、フルフラール、1,4’-ビス(クロロメチル)ベンゼン、1,4’-ビス(メトキシメチル)ベンゼン等との重縮合物及びこれらの変性物、テトラブロモビスフェノールA等のハロゲン化ビスフェノール類、テルペンとフェノール類の縮合物などのポリフェノール類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
併用において好ましいフェノール樹脂としては、フェノールアラルキル樹脂(芳香族アルキレン構造を有する樹脂)が挙げられ、特に好ましくはフェノール、ナフトール、クレゾールから選ばれる少なくとも一種を有する構造であり、そのリンカーとなるアルキレン部が、ベンゼン構造、ナフタレン構造から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする樹脂(具体的にはザイロック、ナフトールザイロック、フェノール-ナフタレンノボラック樹脂などが挙げられる。)である。
アミン系化合物、アミド系化合物;ジアミノジフェニルメタン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジアミノジフェニルスルホン、イソホロンジアミン、ジシアンジアミド、リノレン酸の2量体とエチレンジアミンより合成されるポリアミド樹脂などの含窒素化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
酸無水物系化合物、カルボン酸系化合物;無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水ナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ブタンテトラカルボン酸無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3-ジカルボン酸無水物、メチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3-ジカルボン酸無水物、シクロヘキサン-1,3,4-トリカルボン酸-3,4-無水物、などの酸無水物;各種アルコール、カルビノール変性シリコーン、と前述の酸無水物との付加反応により得られるカルボン酸樹脂が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
その他の併用し得る硬化剤としては、イミダゾール、トリフルオロボラン-アミン錯体、グアニジン誘導体の化合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
本発明においては特に信頼性の面からフェノール樹脂の使用が好ましい。
本発明においては特に信頼性の面からフェノール樹脂の使用が好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物において硬化剤の使用量は、全エポキシ樹脂のエポキシ基1当量に対して0.7~1.2当量が好ましい。エポキシ基1当量に対して、0.7当量に満たない場合、あるいは1.2当量を超える場合、いずれも硬化が不完全となり良好な硬化物性が得られないことがある。
本発明の硬化性樹脂組成物においては、硬化剤とともに硬化促進剤を併用しても差し支えない。用い得る硬化促進剤の具体例としては前記のものが挙げられる。硬化促進剤を用いる場合は、エポキシ樹脂100重量部に対して通常0.01~5.0重量部が必要に応じ用いられる。
本発明の硬化性樹脂組成物には、リン含有化合物を難燃性付与成分として含有させることもできる。リン含有化合物としては反応型のものでも添加型のものでもよい。リン含有化合物の具体例としては、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシリレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、クレジル-2,6-ジキシリレニルホスフェート、1,3-フェニレンビス(ジキシリレニルホスフェート)、1,4-フェニレンビス(ジキシリレニルホスフェート)、4,4’-ビフェニル(ジキシリレニルホスフェート)等のリン酸エステル類;9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキサイド、10(2,5-ジヒドロキシフェニル)-10H-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキサイド等のホスファン類;エポキシ樹脂と前記ホスファン類の活性水素とを反応させて得られるリン含有エポキシ化合物、赤リン等が挙げられるが、リン酸エステル類、ホスファン類またはリン含有エポキシ化合物が好ましく、1,3-フェニレンビス(ジキシリレニルホスフェート)、1,4-フェニレンビス(ジキシリレニルホスフェート)、4,4’-ビフェニル(ジキシリレニルホスフェート)またはリン含有エポキシ化合物が特に好ましい。リン含有化合物の含有量はリン含有化合物/全エポキシ樹脂=0.1~0.6(重量比)が好ましい。0.1以下では難燃性が不十分である恐れがあり、0.6以上では硬化物の吸湿性、誘電特性が低下することがある。
さらに本発明の硬化性樹脂組成物には、必要に応じて酸化防止剤を添加しても構わない。使用できる酸化防止剤としては、フェノール系、イオウ系、リン系酸化防止剤が挙げられる。酸化防止剤は単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。酸化防止剤の使用量は、本発明の硬化性樹脂組成物中の樹脂成分100重量部に対して、通常0.008~1重量部、好ましくは0.01~0.5重量部である。
フェノール系酸化防止剤の具体例として、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニソール、2,6-ジ-t-ブチル-p-エチルフェノール、ステアリル-β-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、イソオクチル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,4-ビス-(n-オクチルチオ)-6-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルアニリノ)-1,3,5-トリアジン、2,4-ビス[(オクチルチオ)メチル]-o-クレゾール、等のモノフェノール類;2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4’-ブチリデンビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、トリエチレングリコール-ビス[3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,6-ヘキサンジオール-ビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、N,N’-ヘキサメチレンビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナマミド)、2,2-チオ-ジエチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジルフォスフォネート-ジエチルエステル、3,9-ビス[1,1-ジメチル-2-{β-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ}エチル]2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、ビス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジルスルホン酸エチル)カルシウム等のビスフェノール類;1,1,3-トリス(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)ブタン、1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テトラキス-[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、ビス[3,3’-ビス-(4’-ヒドロキシ-3’-t-ブチルフェニル)ブチリックアシッド]グリコールエステル、トリス-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-イソシアヌレイト、1,3,5-トリス(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシベンジル)-S-トリアジン-2,4,6-(1H,3H,5H)トリオン、トコフェノール等の高分子型フェノール類が例示される。
イオウ系酸化防止剤の具体例として、ジラウリル-3,3’-チオジプロピオネート、ジミリスチル-3,3’-チオジプロピオネート、ジステアリル-3,3’-チオジプロピオネート等が例示される。
リン系酸化防止剤の具体例として、トリフェニルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、ジイソデシルペンタエリスリトールホスファイト、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビス(オクタデシル)ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビ(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビ(2,4-ジ-t-ブチル-4-メチルフェニル)ホスファイト、ビス[2-t-ブチル-6-メチル-4-{2-(オクタデシルオキシカルボニル)エチル}フェニル]ヒドロゲンホスファイト等のホスファイト類;9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキサイド、10-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキサイド、10-デシロキシ-9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキサイド等のオキサホスファフェナントレンオキサイド類などが例示される。
これらの酸化防止剤はそれぞれ単独で使用できるが、2種以上を組み合わせて併用しても構わない。特に本発明においてはリン系の酸化防止剤が好ましい。
さらに本発明の硬化性樹脂組成物には、必要に応じて光安定剤を添加しても構わない。
光安定剤としては、ヒンダートアミン系の光安定剤、特にHALS等が好適である。HALSとしては特に限定されるものではないが、代表的なものとしては、ジブチルアミン・1,3,5-トリアジン・N,N’―ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル-1,6-ヘキサメチレンジアミンとN-(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)ブチルアミンの重縮合物、コハク酸ジメチル-1-(2-ヒドロキシエチル)-4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン重縮合物、ポリ〔{6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)アミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル}{(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ}ヘキサメチレン{(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ}〕、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)〔〔3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドリキシフェニル〕メチル〕ブチルマロネート、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)セバケート、ビス(1-オクチロキシ-2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート、2-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-2-n-ブチルマロン酸ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)、等が挙げられる。HALSは1種のみが用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
光安定剤としては、ヒンダートアミン系の光安定剤、特にHALS等が好適である。HALSとしては特に限定されるものではないが、代表的なものとしては、ジブチルアミン・1,3,5-トリアジン・N,N’―ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル-1,6-ヘキサメチレンジアミンとN-(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)ブチルアミンの重縮合物、コハク酸ジメチル-1-(2-ヒドロキシエチル)-4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン重縮合物、ポリ〔{6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)アミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル}{(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ}ヘキサメチレン{(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ}〕、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)〔〔3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドリキシフェニル〕メチル〕ブチルマロネート、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)セバケート、ビス(1-オクチロキシ-2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート、2-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-2-n-ブチルマロン酸ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)、等が挙げられる。HALSは1種のみが用いられても良いし、2種類以上が併用されても良い。
さらに本発明の硬化性樹脂組成物には、必要に応じてバインダー樹脂を配合することも出来る。バインダー樹脂としてはブチラール系樹脂、アセタール系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ-ナイロン系樹脂、NBR-フェノール系樹脂、エポキシ-NBR系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。バインダー樹脂の配合量は、硬化物の難燃性、耐熱性を損なわない範囲であることが好ましく、エポキシ樹脂成分100重量部に対して通常0.05~50重量部、好ましくは0.05~20重量部が必要に応じて用いられる。
また、本発明の硬化性樹脂組成物には、必要に応じてシアネート樹脂、マレイミド樹脂、ベンゾオキサジン等の耐熱性向上のための樹脂を配合しても構わず、その配合量は、エポキシ樹脂成分100重量部に対して通常10~50重量部、好ましくは15~40重量部が必要に応じて用いられる。
更に本発明の硬化性樹脂組成物には、シランカップリング剤、ステアリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の離型剤、界面活性剤、染料、顔料、紫外線吸収剤等の種々の配合剤、各種熱硬化性樹脂を添加することができ、硬化性樹脂組成物の総量に対し、通常0.05重量%~1.5重量%、特に0.05~1.0重量%である。
更に本発明の硬化性樹脂組成物には、シランカップリング剤、ステアリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の離型剤、界面活性剤、染料、顔料、紫外線吸収剤等の種々の配合剤、各種熱硬化性樹脂を添加することができ、硬化性樹脂組成物の総量に対し、通常0.05重量%~1.5重量%、特に0.05~1.0重量%である。
本発明の硬化性樹脂組成物は、各成分を均一に混合することにより得られる。本発明の硬化性樹脂組成物は従来知られている方法と同様の方法で容易にその硬化物とすることができる。例えばエポキシ樹脂混合物と硬化剤および/または硬化促進剤、リン含有化合物、バインダー樹脂、無機充填材及び配合剤などを必要に応じて粉砕後、押出機、ニーダ、ロール等を用いて混合して硬化性樹脂組成物を得、その硬化性樹脂組成物をさらに粉砕、タブレット状もしくは粒状としトランスファー成型機、もしくは圧縮成型機などを用いて140~220℃で成型し、さらに100~220℃で1~10時間加熱することにより本発明の硬化物を得ることができる。
本発明の半導体装置は、プリント配線板に半導体素子を実装、本発明のエポキシ樹脂組成物を粒状またはタブレット状に成型後、半導体チップを覆い、175℃以上250℃以下で成型して得られる。半導体素子の実装方法、封止方法は特に限定されない。例えば、フリップチップボンダーなどを用いて多層プリント配線板上の接続用電極部と半導体素子の半田バンプの位置合わせを行う。その後、半田バンプを融点以上に加熱し、プリント配線板と半田バンプとを溶融接合することにより接続する。次に、プリント配線板と半導体素子との間に液状封止樹脂を充填し、硬化させる。これにより、半導体装置が得られる。こうして得られた半導体装置は、優れた耐熱性および耐熱分解性を有することから、特に車載用のパワーデバイスなどに有用である。
次に本発明を実施例により更に具体的に説明するが、以下において部は特に断わりのない限り重量部である。尚、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
以下に実施例で用いた各種分析方法について記載する。
エポキシ当量: JIS K 7236 (ISO 3001)に準拠
ICI溶融粘度: JIS K 7117-2 (ISO 3219)に準拠
軟化点: JIS K 7234 に準拠
GPC:
カラム(Shodex KF-603、KF-602.5、KF-602、KF-601x2)
連結溶離液はテトラヒドロフラン
流速は0.5ml/min.
カラム温度は40℃
検出:RI(示差屈折検出器)
以下に実施例で用いた各種分析方法について記載する。
エポキシ当量: JIS K 7236 (ISO 3001)に準拠
ICI溶融粘度: JIS K 7117-2 (ISO 3219)に準拠
軟化点: JIS K 7234 に準拠
GPC:
カラム(Shodex KF-603、KF-602.5、KF-602、KF-601x2)
連結溶離液はテトラヒドロフラン
流速は0.5ml/min.
カラム温度は40℃
検出:RI(示差屈折検出器)
以下、実施例、比較例により本発明を具体的に説明する。
(合成例1)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらβ-ナフトール144部、オルソクレゾール65部、メチルイソブチルケトン220部を加え、ここに48部の25%の濃度の水酸化ナトリウム水溶液を添加後、10℃で35%の濃度のホルマリン88.4部を滴下し、10℃で2時間撹拌した後、35%の濃塩酸を32部加え、中和した後、30℃で3時間撹拌した。得られた反応液にメチルイソブチルケトン100部、水100部を加えた後、水層を廃棄し、さらにパラホルムアルデヒド4.6部とp-トルエンスルホン酸を加え75℃で4時間かけて前記式(3)の化合物を熱分解しながらノボラック化反応を行った。
反応終了後30%の水酸化ナトリウム水溶液5部を添加し、水洗後、有機層を取り出し、溶剤をロータリーエバポレータで留去した。
再度この樹脂をトルエン300部に溶解した。この時の前記式(3)の化合物の含有量は1.5面積%、前記式(4)の化合物は31面積%、残留ナフトールは4面積%であった。
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら、この溶液を仕込んだ後、更にパラトルエンスルホン酸1部を加え、80℃に昇温した後、ホルマリン15部を加え、1時間撹拌後、110℃まで徐々に水を抜きながら昇温し、還流条件で3時間反応を行った。その後水洗し、得られた有機層をロータリーエバポレータで減圧下で溶剤を留去することで本発明で使用するフェノール樹脂(BN1)213部を得た。
得られたフェノール樹脂の軟化点は138.1℃、前記式(3)の化合物0.2面積%、(4)の化合物4.8面積%、残留ナフトールは0.2面積%、残留クレゾールは0.1%以下であった。また、水酸基当量は141g/eq.であった。
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらβ-ナフトール144部、オルソクレゾール65部、メチルイソブチルケトン220部を加え、ここに48部の25%の濃度の水酸化ナトリウム水溶液を添加後、10℃で35%の濃度のホルマリン88.4部を滴下し、10℃で2時間撹拌した後、35%の濃塩酸を32部加え、中和した後、30℃で3時間撹拌した。得られた反応液にメチルイソブチルケトン100部、水100部を加えた後、水層を廃棄し、さらにパラホルムアルデヒド4.6部とp-トルエンスルホン酸を加え75℃で4時間かけて前記式(3)の化合物を熱分解しながらノボラック化反応を行った。
反応終了後30%の水酸化ナトリウム水溶液5部を添加し、水洗後、有機層を取り出し、溶剤をロータリーエバポレータで留去した。
再度この樹脂をトルエン300部に溶解した。この時の前記式(3)の化合物の含有量は1.5面積%、前記式(4)の化合物は31面積%、残留ナフトールは4面積%であった。
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら、この溶液を仕込んだ後、更にパラトルエンスルホン酸1部を加え、80℃に昇温した後、ホルマリン15部を加え、1時間撹拌後、110℃まで徐々に水を抜きながら昇温し、還流条件で3時間反応を行った。その後水洗し、得られた有機層をロータリーエバポレータで減圧下で溶剤を留去することで本発明で使用するフェノール樹脂(BN1)213部を得た。
得られたフェノール樹脂の軟化点は138.1℃、前記式(3)の化合物0.2面積%、(4)の化合物4.8面積%、残留ナフトールは0.2面積%、残留クレゾールは0.1%以下であった。また、水酸基当量は141g/eq.であった。
(合成例2)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらβ-ナフトール134部、α-ナフトール10部、オルソクレゾール55部、メチルイソブチルケトン150部を加え、ここに35%濃塩酸20部を加えた後、ホルマリン75部を添加し、10℃で5時間、45℃で4時間反応した。この際、前記式(3)の化合物の含有量は39面積%、前記式(4)の化合物は21面積%であった。
ここで、水層を抜き出した後、さらにパラホルムアルデヒド15部、p-トルエンスルホン酸2部を加え80℃まで昇温し、前記式(3)を熱分解しながらノボラック化反応を行った。
反応終了後30%の水酸化ナトリウム水溶液5部を添加し、水洗後、有機層を取り出し、溶剤をロータリーエバポレータで留去することで本発明で使用するフェノール樹脂(BN2)212部を得た。
得られたフェノール樹脂の軟化点は134.4℃、前記式(3)の化合物は1.9面積%、(4)の化合物は4.7面積%、残留ナフトールは0.8面積%、残留クレゾールは0.1%以下であった。また、水酸基当量は148g/eq.であった。
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらβ-ナフトール134部、α-ナフトール10部、オルソクレゾール55部、メチルイソブチルケトン150部を加え、ここに35%濃塩酸20部を加えた後、ホルマリン75部を添加し、10℃で5時間、45℃で4時間反応した。この際、前記式(3)の化合物の含有量は39面積%、前記式(4)の化合物は21面積%であった。
ここで、水層を抜き出した後、さらにパラホルムアルデヒド15部、p-トルエンスルホン酸2部を加え80℃まで昇温し、前記式(3)を熱分解しながらノボラック化反応を行った。
反応終了後30%の水酸化ナトリウム水溶液5部を添加し、水洗後、有機層を取り出し、溶剤をロータリーエバポレータで留去することで本発明で使用するフェノール樹脂(BN2)212部を得た。
得られたフェノール樹脂の軟化点は134.4℃、前記式(3)の化合物は1.9面積%、(4)の化合物は4.7面積%、残留ナフトールは0.8面積%、残留クレゾールは0.1%以下であった。また、水酸基当量は148g/eq.であった。
(合成例3)
日本国特許3935584号公報に準拠し、下記の合成を行った。
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらβ-ナフトール288部、オルソクレゾール108部、メチルイソブチルケトン841部を加えた。ここにパラホルムアルデヒドを67部添加し、25℃で2時間反応を行った。反応終了後、35%濃塩酸41部を加え中和した後、p-トルエンスルホン酸5.7部を添加し、25℃で2時間、80℃で2時間反応を行った。その後反応液が中性になるまで水洗し、油層の溶剤などを加熱減圧下留去し、フェノール樹脂BN3を410部を得た。
得られたフェノール樹脂の軟化点は108℃、前記式(3)の化合物は8面積%、(4)の化合物は36面積%、残留ナフトールは3.5面積%、残留クレゾールは0.1%以下であった。また、水酸基当量は140g/eq.であった。
日本国特許3935584号公報に準拠し、下記の合成を行った。
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらβ-ナフトール288部、オルソクレゾール108部、メチルイソブチルケトン841部を加えた。ここにパラホルムアルデヒドを67部添加し、25℃で2時間反応を行った。反応終了後、35%濃塩酸41部を加え中和した後、p-トルエンスルホン酸5.7部を添加し、25℃で2時間、80℃で2時間反応を行った。その後反応液が中性になるまで水洗し、油層の溶剤などを加熱減圧下留去し、フェノール樹脂BN3を410部を得た。
得られたフェノール樹脂の軟化点は108℃、前記式(3)の化合物は8面積%、(4)の化合物は36面積%、残留ナフトールは3.5面積%、残留クレゾールは0.1%以下であった。また、水酸基当量は140g/eq.であった。
(実施例1)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら本発明で使用するフェノール樹脂(BN1)92.6部、4,4’-ビフェノール21.2部、エピクロロヒドリン416部、ジメチルスルホキシド95.8部を加え、撹拌下で溶解し、45℃にまで昇温した。次いでフレーク状の水酸化ナトリウム42部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間、70℃で75分反応を行った。反応終了後,油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン352部を加え溶解し、水洗後、75℃にまで昇温した。撹拌下で30重量%の水酸化ナトリウム水溶液13部を加え、1時間反応を行った後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することで本発明のエポキシ樹脂混合物(EP1)153部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は187g/eq.、軟化点108℃、150℃におけるICI溶融粘度は0.60Pa・sであった。
原料から算出したジグリシジルオキシビフェニルの理論量は20%。これに対し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーより算出したジグリシジルオキシビフェニルの量は約16.9面積%であった。このことから約3.1%のビフェノール構造がクレゾールノボラック構造に取り込まれたことがわかる。なお、上記式(1)のn=2よりも分子量の小さな化合物の総量は19.6面積%であり、かつn=5以上の化合物は23面積%であった。
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら本発明で使用するフェノール樹脂(BN1)92.6部、4,4’-ビフェノール21.2部、エピクロロヒドリン416部、ジメチルスルホキシド95.8部を加え、撹拌下で溶解し、45℃にまで昇温した。次いでフレーク状の水酸化ナトリウム42部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間、70℃で75分反応を行った。反応終了後,油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン352部を加え溶解し、水洗後、75℃にまで昇温した。撹拌下で30重量%の水酸化ナトリウム水溶液13部を加え、1時間反応を行った後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することで本発明のエポキシ樹脂混合物(EP1)153部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は187g/eq.、軟化点108℃、150℃におけるICI溶融粘度は0.60Pa・sであった。
原料から算出したジグリシジルオキシビフェニルの理論量は20%。これに対し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーより算出したジグリシジルオキシビフェニルの量は約16.9面積%であった。このことから約3.1%のビフェノール構造がクレゾールノボラック構造に取り込まれたことがわかる。なお、上記式(1)のn=2よりも分子量の小さな化合物の総量は19.6面積%であり、かつn=5以上の化合物は23面積%であった。
(実施例2)
還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら本発明で使用するフェノール樹脂(BN2)92.6部、4,4’-ビフェノール21.2部、、エピクロロヒドリン416部、ジメチルスルホキシド95.8部を加え、撹拌下で溶解し、45℃にまで昇温した。次いでフレーク状の水酸化ナトリウム42部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間、70℃で75分反応を行った。反応終了後,油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン352部を加え溶解し、水洗後、75℃にまで昇温した。撹拌下で30重量%の水酸化ナトリウム水溶液13部を加え、1時間反応を行った後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することで本発明のエポキシ樹脂混合物(EP2)160部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は187g/eq.、軟化点109℃、150℃におけるICI溶融粘度は0.29Pa・s、平均分子量Mwは2019であった。
原料から算出したジグリシジルオキシビフェニルの理論量は9.8%。これに対し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーより算出したジグリシジルオキシビフェニルの量は8.1面積%であった。このことから1.2%のビフェノール構造がクレゾールノボラック構造に取り込まれたことがわかる。なお、上記式(1)のn=2よりも分子量の小さな化合物の総量は10.5面積%であり、かつn=5以上の化合物は22面積%であった。
還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながら本発明で使用するフェノール樹脂(BN2)92.6部、4,4’-ビフェノール21.2部、、エピクロロヒドリン416部、ジメチルスルホキシド95.8部を加え、撹拌下で溶解し、45℃にまで昇温した。次いでフレーク状の水酸化ナトリウム42部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間、70℃で75分反応を行った。反応終了後,油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン352部を加え溶解し、水洗後、75℃にまで昇温した。撹拌下で30重量%の水酸化ナトリウム水溶液13部を加え、1時間反応を行った後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することで本発明のエポキシ樹脂混合物(EP2)160部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は187g/eq.、軟化点109℃、150℃におけるICI溶融粘度は0.29Pa・s、平均分子量Mwは2019であった。
原料から算出したジグリシジルオキシビフェニルの理論量は9.8%。これに対し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーより算出したジグリシジルオキシビフェニルの量は8.1面積%であった。このことから1.2%のビフェノール構造がクレゾールノボラック構造に取り込まれたことがわかる。なお、上記式(1)のn=2よりも分子量の小さな化合物の総量は10.5面積%であり、かつn=5以上の化合物は22面積%であった。
(比較例A)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらフェノール樹脂(BN3)90.0部、4,4’-ビフェノール23.3部、エピクロロヒドリン416部、ジメチルスルホキシド95.8部を加え、撹拌下で溶解し、45℃にまで昇温した。次いでフレーク状の水酸化ナトリウム42部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間、70℃で75分反応を行った。反応終了後,油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン352部を加え溶解し、水洗後、75℃にまで昇温した。撹拌下で30重量%の水酸化ナトリウム水溶液13部を加え、1時間反応を行った後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することで比較例のエポキシ樹脂混合物(EP3)149部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は179g/eq.、軟化点111℃、150℃におけるICI溶融粘度は0.43Pa・s、平均分子量Mwは2410であった。
原料から算出したジグリシジルオキシビフェニルの理論量は22面積%。これに対し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーより算出したジグリシジルオキシビフェニルの量は19.3面積%であった。このことから2.7%のビフェノール構造がクレゾールノボラック構造に取り込まれたことがわかる。なお、上記式(1)のn=2よりも分子量の小さな化合物の総量は24.5面積%であり、かつn=5以上の化合物は19面積%であった。
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらフェノール樹脂(BN3)90.0部、4,4’-ビフェノール23.3部、エピクロロヒドリン416部、ジメチルスルホキシド95.8部を加え、撹拌下で溶解し、45℃にまで昇温した。次いでフレーク状の水酸化ナトリウム42部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間、70℃で75分反応を行った。反応終了後,油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン352部を加え溶解し、水洗後、75℃にまで昇温した。撹拌下で30重量%の水酸化ナトリウム水溶液13部を加え、1時間反応を行った後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することで比較例のエポキシ樹脂混合物(EP3)149部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は179g/eq.、軟化点111℃、150℃におけるICI溶融粘度は0.43Pa・s、平均分子量Mwは2410であった。
原料から算出したジグリシジルオキシビフェニルの理論量は22面積%。これに対し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーより算出したジグリシジルオキシビフェニルの量は19.3面積%であった。このことから2.7%のビフェノール構造がクレゾールノボラック構造に取り込まれたことがわかる。なお、上記式(1)のn=2よりも分子量の小さな化合物の総量は24.5面積%であり、かつn=5以上の化合物は19面積%であった。
(比較例1)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらKAYAHARD CBN(軟化点は89℃、前記式(5)の化合物0.3面積%、(6)の化合物31面積%、残留ナフトールは1.6面積%、残留クレゾールは0.1%以下であった。また、水酸基当量は140g/eq.)98.4部、4,4’-ビフェノール16.8部、エピクロロヒドリン416部、ジメチルスルホキシド95.8部を加え、撹拌下で溶解し、45℃にまで昇温した。次いでフレーク状の水酸化ナトリウム42部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間、70℃で75分反応を行った。反応終了後,油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン352部を加え溶解し、水洗後、75℃にまで昇温した。撹拌下で30重量%の水酸化ナトリウム水溶液13部を加え、1時間反応を行った後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することで比較例のエポキシ樹脂混合物(EP4)149部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は195g/eq.、軟化点98℃、150℃におけるICI溶融粘度は0.95Pa・sであった。
原料から算出したジグリシジルオキシビフェニルの理論量は15.7%。これに対し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーより算出したジグリシジルオキシビフェニルの量は13.1面積%であった。このことから2.6%のビフェノール構造がクレゾールノボラック構造に取り込まれたことがわかる。なお、上記式(1)のn=2よりも分子量の小さな化合物の総量は40.3面積%であり、かつn=5以上の化合物は3面積%であった。
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらKAYAHARD CBN(軟化点は89℃、前記式(5)の化合物0.3面積%、(6)の化合物31面積%、残留ナフトールは1.6面積%、残留クレゾールは0.1%以下であった。また、水酸基当量は140g/eq.)98.4部、4,4’-ビフェノール16.8部、エピクロロヒドリン416部、ジメチルスルホキシド95.8部を加え、撹拌下で溶解し、45℃にまで昇温した。次いでフレーク状の水酸化ナトリウム42部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間、70℃で75分反応を行った。反応終了後,油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン352部を加え溶解し、水洗後、75℃にまで昇温した。撹拌下で30重量%の水酸化ナトリウム水溶液13部を加え、1時間反応を行った後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することで比較例のエポキシ樹脂混合物(EP4)149部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は195g/eq.、軟化点98℃、150℃におけるICI溶融粘度は0.95Pa・sであった。
原料から算出したジグリシジルオキシビフェニルの理論量は15.7%。これに対し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーより算出したジグリシジルオキシビフェニルの量は13.1面積%であった。このことから2.6%のビフェノール構造がクレゾールノボラック構造に取り込まれたことがわかる。なお、上記式(1)のn=2よりも分子量の小さな化合物の総量は40.3面積%であり、かつn=5以上の化合物は3面積%であった。
(比較例2)
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらKAYAHARD NHN(軟化点は89℃、前記式(5)、(6)の化合物の総量が6.8面積%、残留ナフトールは4.3面積%、残留クレゾールは0.1%以下であった。また、水酸基当量は143g/eq.)107部、4,4’-ビフェノール23.3部、エピクロロヒドリン416部、ジメチルスルホキシド95.8部を加え、撹拌下で溶解し、45℃にまで昇温した。次いでフレーク状の水酸化ナトリウム42部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間、70℃で75分反応を行った。反応終了後,油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン352部を加え溶解し、水洗後、75℃にまで昇温した。撹拌下で30重量%の水酸化ナトリウム水溶液13部を加え、1時間反応を行った後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することで比較例のエポキシ樹脂混合物(EP5)175部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は196g/eq.、軟化点98℃、150℃におけるICI溶融粘度は0.15Pa・sであった。
前記式(1)におけるn=2よりも分子量の小さな化合物の総量は24面積%であった。かつn=5以上の化合物は15面積%以下(明確にピークがわかれない)であった。
撹拌機、還流冷却管、撹拌装置を備えたフラスコに、窒素パージを施しながらKAYAHARD NHN(軟化点は89℃、前記式(5)、(6)の化合物の総量が6.8面積%、残留ナフトールは4.3面積%、残留クレゾールは0.1%以下であった。また、水酸基当量は143g/eq.)107部、4,4’-ビフェノール23.3部、エピクロロヒドリン416部、ジメチルスルホキシド95.8部を加え、撹拌下で溶解し、45℃にまで昇温した。次いでフレーク状の水酸化ナトリウム42部を90分かけて分割添加した後、更に45℃で2時間、70℃で75分反応を行った。反応終了後,油層からロータリーエバポレーターを用いて減圧下、過剰のエピクロルヒドリン等の溶剤類を留去した。残留物にメチルイソブチルケトン352部を加え溶解し、水洗後、75℃にまで昇温した。撹拌下で30重量%の水酸化ナトリウム水溶液13部を加え、1時間反応を行った後、油層の洗浄水が中性になるまで水洗を行い、得られた溶液から、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下にメチルイソブチルケトン等を留去することで比較例のエポキシ樹脂混合物(EP5)175部を得た。得られたエポキシ樹脂のエポキシ当量は196g/eq.、軟化点98℃、150℃におけるICI溶融粘度は0.15Pa・sであった。
前記式(1)におけるn=2よりも分子量の小さな化合物の総量は24面積%であった。かつn=5以上の化合物は15面積%以下(明確にピークがわかれない)であった。
実施例4~7および比較例3~6
<TMA測定条件>
熱機械測定装置:TA-instruments製、TMA-2980
測定温度範囲:40℃~280℃
昇温速度:2℃/分
<DMA測定条件>
動的粘弾性測定器:TA-instruments製、DMA-2980
測定温度範囲:-30℃~280℃
温速度:2℃/分
試験片サイズ:5mm×50mmに切り出した物を使用した(厚みは約800μm)。
解析条件
Tg:DMA測定に於けるTanδのピーク点(tanδMAX)をTgとした。
<耐熱分解特性測定条件>
TG-DTAにて測定(Td5)
測定サンプル:粉状(100μmメッシュ通過、75μmメッシュオン)5-10mg
測定条件:昇温速度 10℃/min. Air flow 200ml/min.
5%重量減少温度を測定した。
<TMA測定条件>
熱機械測定装置:TA-instruments製、TMA-2980
測定温度範囲:40℃~280℃
昇温速度:2℃/分
<DMA測定条件>
動的粘弾性測定器:TA-instruments製、DMA-2980
測定温度範囲:-30℃~280℃
温速度:2℃/分
試験片サイズ:5mm×50mmに切り出した物を使用した(厚みは約800μm)。
解析条件
Tg:DMA測定に於けるTanδのピーク点(tanδMAX)をTgとした。
<耐熱分解特性測定条件>
TG-DTAにて測定(Td5)
測定サンプル:粉状(100μmメッシュ通過、75μmメッシュオン)5-10mg
測定条件:昇温速度 10℃/min. Air flow 200ml/min.
5%重量減少温度を測定した。
本結果より、本発明のエポキシ樹脂混合物を用いた組成物の硬化物は高い耐熱性と耐熱分解特性を両立できることがわかる。
本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を離れることなく様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。
なお、本出願は、2014年3月11日付で出願された日本国特許出願(特願2014-047563)に基づいており、その全体が引用により援用される。また、ここに引用されるすべての参照は全体として取り込まれる。
なお、本出願は、2014年3月11日付で出願された日本国特許出願(特願2014-047563)に基づいており、その全体が引用により援用される。また、ここに引用されるすべての参照は全体として取り込まれる。
本発明のエポキシ樹脂混合物は、耐熱性が高くかつ耐熱分解特性に優れるので、本発明のエポキシ樹脂混合物を含む硬化性樹脂組成物は、電気電子材料用途、特に半導体の封止剤、薄膜基板材料として有用である。
Claims (8)
- 前記式(2)で表される化合物の含有量が、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定チャートにおける面積百分率で2~18面積%である請求項1に記載のエポキシ樹脂混合物。
- 軟化点が120~150℃であるナフトール-クレゾール混合ノボラック樹脂と4,4’-ビフェノールを混合し、塩基性条件下、エピハロヒドリンと反応させて得られる請求項1又は2に記載のエポキシ樹脂混合物。
- 150℃における溶融粘度が0.05Pa・s以上0.5Pa・s以下である請求項1~3のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂混合物。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂混合物と硬化剤を含有する硬化性樹脂組成物。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂混合物と重合触媒を含有する硬化性樹脂組成物。
- 請求項5又は6に記載の硬化性樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物。
- 請求項5又は6に記載の硬化性樹脂組成物を粒状またはタブレット状に成型後、半導体チップを覆い、175℃以上250℃以下で成型して得られる半導体装置。
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