JPH06298902A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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JPH06298902A
JPH06298902A JP5126469A JP12646993A JPH06298902A JP H06298902 A JPH06298902 A JP H06298902A JP 5126469 A JP5126469 A JP 5126469A JP 12646993 A JP12646993 A JP 12646993A JP H06298902 A JPH06298902 A JP H06298902A
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epoxy resin
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epoxy
composition
pts
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Hideyasu Asakage
秀安 朝蔭
Michio Aritomi
道夫 有冨
Giyouri Go
暁利 呉
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    • C07D303/00Compounds containing three-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D303/02Compounds containing oxirane rings
    • C07D303/12Compounds containing oxirane rings with hydrocarbon radicals, substituted by singly or doubly bound oxygen atoms
    • C07D303/18Compounds containing oxirane rings with hydrocarbon radicals, substituted by singly or doubly bound oxygen atoms by etherified hydroxyl radicals
    • C07D303/20Ethers with hydroxy compounds containing no oxirane rings
    • C07D303/24Ethers with hydroxy compounds containing no oxirane rings with polyhydroxy compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 一般式〔I〕(化1)で表されるエポキシ樹
脂を少なくとも5重量%以上含有して成るエポキシ樹脂
成分とエポキシ硬化剤、無機充填材を必須構成成分とす
るエポキシ樹脂組成物。 【化1】 〔式中R及びRは、C〜Cのアルキル基を表し、
nは0〜10の整数の繰り返し単位を表す。〕 【効果】 本発明によるエポキシ樹脂組成物を成型材料
とした場合、吸水率が低く、曲げ弾件圭が低い(低応力
化)という効果を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として電気、雷子産
業特にIC用封止材に好適なエポキシ樹脂組成物に関す
る。さらに詳しくは、ハイドロキノンの2,5位に特定
の構造を有する官能基を含有して成る誘導体のエポキシ
樹脂とエポキシ硬化剤、無機充填材を含有し、その成型
物が低応力化、低吸水率化、高耐熱化を計ることができ
るエポキシ樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂はLSI、積層板などに代
表される電子機器あるいは電子部品を構成するための基
材に使用されており、特に近年では技術革新の激しいエ
レクトロニクスの分野におけるIC用封止材料として注
目されている。
【0003】一般にこれらエポキシ樹脂成型材料に使用
されるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、
硬化促進剤、充填材、難燃剤、カップリング剤、離型
剤、着色剤を配合して製造するものであり、これらを混
練して、組成物となし、成型材料として使用されてい
る。
【0004】従来、これらの成型材料用エポキシ樹脂と
して耐熱性、成型性、電気特性に優れるところからオル
ソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が多く用いられ
ている。しかしながら、近年、半導体素子の高集積化、
パッケージの小型・薄肉化あるいは実装効率の向上など
によりこれらの用途用のエポキシ樹脂組成物において
は、より一層の高耐熱化、低吸水率化、低応力化が要求
されている。
【0005】エポキシ樹脂組成物の低応力化を改良する
ため組成物の熱膨張係数を小さくする溶融シリカを主と
したフィラー等の無機充填材を増量するのが効果的であ
り、またこの様な無機充填材は、耐熱性、低吸水性に著
しく優れることから高耐熱化、低吸水率化、低応力化の
要求に対して優れた方法である。
【0006】しかしながら、従来広く用いられてきたオ
ルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を使用し無機
充填材を増量した場合、成型加工時の溶融粘度の増加や
流動性の著しい低下を招き、成型加工が困難となつたり
封止される微細な電子素子に損傷を与えると言う問題点
があつた。このため成型加工温度付近で低粘度を示すエ
ポキシ樹脂の使用が好ましい。
【0007】低粘度型エポキシ樹脂として常温で液状の
ビスフェノールA型エポキシ樹脂やさらに低粘度のビス
フェノールF型エポキシ樹脂などが挙げられるが、液状
であるため液状封止には馴染みやすいが、現在広く利用
されている低圧モールディング法には設備の大幅な更新
や新たな導入が必要となつたり作業性の低下をさせたり
経済的、工業的に不利である。
【0008】この様な観点から結晶性を有するエポキシ
樹脂が注目されている。結晶性エポキシ樹脂は、常温で
固形であるため現行設備に十分対応可能でありさらに結
晶融点を越えると急激な流動性を示すことから無機充填
材を増量しても成型加工上の問題や微細な電子素子への
損傷などの問題にも対応可能となる。
【0009】この様な結晶性のエポキシ樹脂としてハイ
ドロキノンとエピクロルヒドリンを反応させて得られる
ハイドロキノンのエポキシ樹脂が知られている。この樹
脂は結晶融点90〜110℃で成型加工温度(150〜
180℃)では十分な低粘度を示すが樹脂自体の吸水率
が高いため、その組成物は信頼性に欠ける傾向にある。
【0010】また、ジヒドロキシビフェニル類とエピク
ロルヒドリンを反応させて得られるエポキシ樹脂も結晶
性エポキシ樹脂として知られているが成型温度付近での
粘度は、上昇する傾向にあり無機充填材を高充填した組
成物の流動性は、十分満足できるものでなかつた。
【0011】また、βナフトールとホルマリンを縮合し
て得られるポリナフトール類とエピクロルヒドリンを反
応させて得られるエポキシ樹脂も結晶性であるがその結
晶融点が高く使用し難い面があつた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術では達成できなかつた低吸水率化、低応力化、高耐
熱化に優れたエポキシ樹脂組成物を提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、低吸水率
化、低応力化、高耐熱化に優れたエポキシ樹脂組成物を
得るべく鋭意研究に取り組んだ結果本発明に到達したも
ので、本発明は、 (1)一般式〔I〕(化2)で表されるエポキシ樹脂を
少なくとも5重量%以上含有して成るエポキシ樹脂成分
とエポキシ硬化剤、無機充填材を必須構成成分とするエ
ポキシ樹脂組成物。
【化2】〔式中R及びRは、C〜Cのアルキル基
を表し、nは0〜10の整数の繰り返し単位を表す。〕
【0014】(2)一般式[I〕で表されるエポキシ樹
脂が結晶性でありその結晶融点が50℃以上150℃以
下である請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
【0015】(3)一般式〔I〕で表されるエポキシ樹
脂の150℃での溶融粘度が0.1ポイズ以下である請
求項1記載のエポキシ樹脂組成物である。
【0016】一般式〔I〕で示されるエポキシ樹脂の例
として例えば2,5−ジ−tert−ブチル−ハイドロ
キノンジグリシジルエーテル、2,5−ジ−see−ブ
チル−ハイドロキノンジグリシジルエーテル、2,5−
ジエチルハイドロキノンジグリシジルエーテル、2,5
−ジ−tert−アミルハイドロキノンジグリシジルエ
ーテル等が挙げられるが、これらに限定されるものでは
ない。
【0017】一般式〔I〕で示されるエポキシ樹脂は、
ハイドロキノンの2,5位にC〜Cのアルキル基を
含有して成る誘導体のエポキシ樹脂であり常温で結晶で
あり結晶融点が50℃以上150℃以下でかつ、150
℃での溶接粘度が0.1ポイズ以下という特徴を有す
る。
【0018】ハイドロキノンにアルキル基が1つ置換し
た化合物例えば2−メチルハイドロキノンのエポキシ樹
脂や、ハイドロキノンにアルキル基が3つ置換した化合
物例えば2,3,5−トリメチルハイドロキノンのエポ
キシ樹脂などの場合は、分子の対象性が崩れる傾向にあ
りそのため十分な結晶性を示さず常温で液状あるいは、
半固形状となる傾向にあり好ましくない。
【0019】また、ハイドロキノンの2,6位にアルキ
ル基を有する化合物例えば2,6−ジ−tert−ブチ
ルハイドロキノンのエポキシ樹脂などは、エポキシ基に
対して立体障害的作用をするものと考えられエポキシ樹
脂の硬化速度を遅延させる傾向にあり、成型加工上生産
性に劣る欠点がある。
【0020】また、置換アルキルとしてはCであると
十分な耐湿性が得られなく、またC以上であると溶融
粘度の上昇や結晶性の低下を招き易いためC〜C
あることが好ましい。特に、tert−ブチル基やse
e−ブチル基が好適である。
【0021】さらに、塩素や臭素等のハロゲンで置換し
たものは、近年の脱ハロゲン化等の公害・環境上の問題
から好ましくない。
【0022】また、結晶融点が50℃より低い場合、室
温下一部の結晶が融解し融着を起こして取扱上の問題が
ある。また、150℃を越える場合、成型加工温度を高
温にしなければ低粘度を実現できないためエネルギーコ
スト的に不利となる。
【0023】本発明で言う結晶融点とは、示差走査熱分
析計(DSC)により窒素気流下10℃/分の昇温速度
で室温から昇温したときの結晶融解ピークのピークトッ
プの温度である。
【0024】また、その溶融粘度は150℃で0.1ポ
イズより高い場合、無機充填材を高充填した組成物の流
動性は、成型加工に支障をきたしたり、微細な電子素子
に損傷を与える危険があつたり好ましくない。
【0025】本発明で言う溶融粘度は、ICIコーンア
ンドプレート型粘度計で150℃で測定した値である。
【0026】本発明の一般式〔I〕で示されるエポキシ
樹脂は、2,5−ジーアルキル置換(但しアルキル基
は、C〜Cである)ハイドロキノンとエピクロルヒ
ドリンを反応させることによつて得られる。この方法
は、公知の方法によつて得られ特に、制限されるもので
はない。
【0027】即ち、2,5−ジ−アルキル置換(但しア
ルキル基は、C〜Cである)ハイドロキノンの水酸
基にたいして1〜20倍モルのエピクロルヒドリンを添
加し水酸化ナトリウムのようなアルカリの存在下30〜
120℃で0.5〜10時間反応させるかあるいは、
2,5−ジ−アルキル置換(但しアルキル基は、C
である)ハイドロキノンの水酸基にたいして1〜2
0倍モルのエピクロルヒドリンを添加し、テトラエチル
アンモニウムクロライド等の第四アンモニウム塩の存在
下30〜150℃で0.5〜10時間反応させて得られ
るポリハロヒドリンに、水酸化ナトリウムのようなアル
カリの存在下30〜120℃で0.5〜10時間反応さ
せることにより得られる。この際必要に応じてアルコー
ル類、ケトン類、非プロトン系極性溶媒等を使用しても
良い。
【0028】これらの反応で得られた2,5−ジ−アル
キル置換(但しアルキル基は、C〜Cである)ハイ
ドロキノンのエポキシ樹脂は、未反応のエピクロルヒド
リン等の溶剤とアルカリ金属塩化物を含有しているので
反応混合物より蒸発等での未反応のエピクロルヒドリン
及び水による抽出等によるアルカリ金属塩化物の除去を
行い、目的とするエポキシ樹脂を得ることができる。
【0029】本発明において、本発明の一般式〔I〕で
示されるエポキシ樹脂に適当な割合で他のエポキシ樹脂
を混合して使用することができる。混合するエポキシ樹
脂としてはビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェ
ノールF型エポキシ樹脂、テトラブロムビスフェノール
A型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノ
ールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂、臭素化フェノールノボラック型
エポキシ樹脂、N,N,N,N−テトラグリシジルジア
ミノジフェニルメタン、1,1,2,2−テトラキス
(グリシジルオキシフェニル)エタンなどが挙げられる
が、これらに限定されるものではない。これらのエポキ
シ樹脂の混合量としては、本発明の一般式〔I〕で示さ
れるエポキシ樹脂とこれらのエポキシ樹脂の比率が重量
比で100:0〜10:90の割合である。
【0030】本発明の新規エポキシ樹脂組成物は従来公
知のエポキシ硬化剤によつて硬化できる。これに使用で
きるエポキシ硬化剤はアミン類、酸無水物、アミノポリ
アミド樹脂、ポリスルフィド樹脂、フェノールノボラッ
ク樹脂、三弗化ホウ素アミンコンプレックス、ジシアン
ジアマイドなどを挙げることができる。
【0031】具体例としては、ジエチレントリアミン、
トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン、メタキ
シリレンジアミン、メタフェニレンジアミン、パラフェ
ニレンジアミン、4,4′−ジアミノジフェニルメタ
ン、4,4′−ジアミノジフェニルスルホン、4,4′
−ジアミノジフェニルエーテル、アニリン−ホルマリン
樹脂などのアミン類。無水フタル酸、無水ヘキサヒドロ
フタル酸、ナジック酸無水物、メチルナジック酸無水
物、トリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物、ベ
ンゾフェノンテトラカルボン酸無水物などの酸無水物。
ダイマー酸とジエチレントリアミン、トリエチレンテト
ラミン等との縮合物であるアミノポリアミド樹脂。メル
カプタン基を末端に持つポリスルフィド樹脂。三弗化ホ
ウ素とアニリン、ベンジルアミン、エチルアミンなどと
の三弗化ホウ素アミンコンプレックス。フェノール、ク
レゾール、キシレノール、レゾルシンなどとホルマリン
の縮合反応により得られるノボラック樹脂。ジシアンジ
アマイド、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ヒドラ
ジド等の潜在性硬化剤を含む。
【0032】これらの中で、封止用成型材料の用途では
ノボラック樹脂で硬化することが好ましく、中でもフェ
ノールノボラック樹脂が特に好ましく、一方、印刷回路
用積層板の用途ではジシアンジアマイドで硬化すること
が多い。
【0033】本発明の新規エポキシ樹脂組成物に用いら
れるこれら硬化剤の使用量はアミン類、ポリアミド樹
脂、ポリスルフィド樹脂、三弗化ホウ素アミンコンプレ
ックス、ノボラック樹脂の場合においては、当該エポキ
シ樹脂成分中のエポキシ基量に対して、これら硬化剤中
の活性水素量が0.5〜1.5当量、好ましくは0.8
〜1.2当量になるように、酸無水物の場合においては
当該エポキシ樹脂成分中のエポキシ基量に対して0.5
〜1.0無水酸当量、好ましくは0.7〜0.9当量に
なるように、また、ジシアンジアマイドの場合において
は活性水素量が0.3〜0.7当量が好ましい。
【0034】本発明の新規エポキシ樹脂組成物において
は必要に応じて硬化促進剤を用いる事ができる。硬化促
進剤の具体例としては、トリエチルアミン、トリブチル
アミン、ジメチルベンジルアミン、ジエチルベンジルア
ミンなどの第3級アミン、ベンジルトリメチルアンモニ
ウムクロライド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロ
ライドなどの4級アンモニウム塩、トリエチルホスフィ
ン、トリフェニルホスフィンなどのホスフィン類、n−
ブチルトリフェニルホスホニウムブロマイドなどのホス
ホニウム塩、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4
−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類、またはこ
れらの酢酸などの有機酸塩類を挙げる事ができる。これ
らの中で好ましい硬化促進剤はイミダゾール類、ホスフ
ィン類である。
【0035】本発明のエポキシ樹脂組成物は前記硬化剤
と必要に応じて硬化促進剤を加え、そのまま硬化できる
がアセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、ジオ
キサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル類、ジ
メチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミ
ド類、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化
水素などに溶解させ、これに硬化剤及び必要に応じて硬
化促進剤を加えて、均一に分散または溶解させてから溶
媒を除去して硬化する事もできる。
【0036】また、本発明のエポキシ樹脂組成物を封止
用樹脂として使用する場合は硬化剤、必要に応じて硬化
促進剤、他に、シリカ粉末、アルミナ、三酸化アンチモ
ン、タルク、炭酸カルシウムなどの無機質充填材、天然
ワックス類、パラフィン類、直鎖脂肪酸の金属塩などの
離型剤、塩化パラフィン、ヘキサブロムベンゼンなどの
難燃剤、チタンホワイト、カーボンブラック、ベンガラ
などの着色剤、シランカップリング剤などを適宜添加配
合してもよい。
【0037】本発明のエポキシ樹脂組成物100部中に
は、一般式〔I〕のエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成
分が26〜5重量部、硬化剤(硬化促進剤を含む)が1
4〜2重量部、無機充填材が60〜93重量部含まれて
いることが好ましい。
【0038】
【作用】本発明の新規エポキシ樹脂組成物の硬化物は吸
水率が小さく、低応力化に優れているところから、封止
用成型材料、印刷回路用積層材料に好適である。以下、
実施例にて本発明を具体的に説明するが、実施例に限定
されるものではない。
【0039】
【参考例、実施例、比較例】
参考例1 2,5−ジ−tert−ブチル−ハイドロキノンジグリ
シジルエーテルの合成2,5−ジ−tert−ブチル−
ハイドロキノン100部にエピクロルヒドリン500部
とジエチレングリコールジメチルエーテル100部を加
えて100℃に加温した。98〜102℃の温度に保ち
ながら、49重量%水酸化ナトリウム水溶液72部を6
時間で滴下した。この間エピクロルヒドリンは水と共沸
させて、留出してくる水は順次系外へ除去した。
【0040】反応終了後、最終5mmHg、160℃な
る条件でエピクロルヒドリンを回収し、メチルイソブチ
ルケトン330部を加えて生成物を溶解した。その後、
10重量%水酸化ナトリウム水溶液20部を加えて、8
0〜90℃なる温度で2時間反応させ、180部の水を
加えて副生した食塩を溶解し、静置して下層の食塩水を
分離除去した。リン酸水溶液にて中和したのち、水洗液
が中性になるまで樹脂液を水洗し、ろ過した。5mmH
gの減圧下、160℃に加温してメチルイソブチルケト
ンを留去し、目的とする2,5−ジ−tert−ブチル
−ハイドロキノンジグリシジルエーテル144部を得
た。
【0041】このものは冷却すると淡黄色の結晶とな
り、エポキシ当量181g/当量、融点135℃、全塩
素量1200ppm、150℃における溶融粘度0.1
ポイズ以下であり、EEWが181であることよりn≒
0.1である。
【0042】実施例1〜3、比較例1〜2 封止用成型材料としての評価 参考例1で得られたエポキシ樹脂、オルソクレゾールノ
ボラックエポキシYDCN−702P(東都化成(株)
製、エポキシ当量203g/当量、軟化点75℃)、フ
ェノールノボラック樹脂BRG−557(昭和高分子
(株)製、水酸基当量105g/当量、軟化点86
℃)、臭素化エポキシ樹脂YDB−400(東都化成
(株)製、エポキシ当量400g/当量、臭素含有量4
9.3重量%、軟化点66℃)、トリフェニルホスフィ
ン(キシダ化学(株)製、試薬特級)、溶融シリカ
((株)龍森製、ヒューレックスRD−8)、三酸化ア
ンチモン(日本精鉱(株)製、ATOX−S)、ステア
リン酸カルシウム(正同化学(株)製)、カーボンブラ
ック(三菱化成(株)製、MA−100)及びシランカ
ップリング剤(日本ユニカー(株)製、A−187)を
次表に示す配合割合で、2軸混練機SIKRCニーダー
(栗本鉄工(株)製)を用いて140〜150℃で溶融
混合し、急冷後粉砕して成型材料を得た。次に金型を用
い、65kg/cm、120℃、10分間の条件で圧
縮成型し予備硬化させた。その後180℃、8時間なる
条件で硬化させ、物性測定用の試験片とした。物性測定
の結果を表1に示す。尚、物性値は以下の方法により測
定した。
【0043】ガラス転移温度(Tg):熱機械測定装置
(TMA)島津製作所製TMC−30型にて測定。 曲げ強度、曲げ弾性率 :JIS K6911に準拠。 吸水率 :直径50mm、厚み2mm円
盤状成型品をプレシャークッカーテスターを用い、4.
8気圧、150℃、100%RHで40時間後の重量変
化。
【0044】
【発明の効果】本発明によるエポキシ樹脂組成物は表1
に示すように成型材料とした塩合、吸水率が低く、曲げ
弾性率が低い(低応力化)という効果を奏する。
【0045】
【表1】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式〔I〕(化1)で表されるエポキ
    シ樹脂を少なくとも5重量%以上含有して成るエポキシ
    樹脂成分とエポキシ硬化剤、無機充填材を必須構成成分
    とするエポキシ樹脂組成物。 【化1】 〔式中R及びRは、C〜Cのアルキル基を表し、
    nは0〜10の整数の繰り返し単位を表す。〕
  2. 【請求項2】 一般式〔I〕で表されるエポキシ樹脂が
    結晶性でありその結晶融点が50℃以上150℃以下で
    ある請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 一般式〔I〕で表されるエポキシ樹脂の
    150℃での溶接粘度が0.1ポイズ以下である請求項
    1記載のエポキシ樹脂組成物。
JP5126469A 1993-04-16 1993-04-16 エポキシ樹脂組成物 Pending JPH06298902A (ja)

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