JP3225574B2 - 一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物

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    • H05K3/28Applying non-metallic protective coatings
    • H05K3/285Permanent coating compositions

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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子・電気部品の封止、
含浸用成型材料などの各種電子部品及び産業機器分野へ
広く使用可能な50〜180℃の範囲で硬化させること
ができる一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、エポキシ樹脂は硬化後の優れた物
性から塗料、注型品、接着剤等に広く利用されている。
従来エポキシ樹脂組成物は、使用時に主剤と硬化剤より
なる二成分を混合するいわゆる二液型のものが多く使用
されている。二液型エポキシ樹脂組成物は、室温で硬化
しうる反面、主剤と硬化剤の計量、混合あるいは攪拌な
どの精密な作業を要するという欠点や主剤と硬化剤の混
合後の可使時間が短いために混合後は速に作業せねばな
らないなどの問題点がある。そこでこれらの欠点のない
予め硬化剤とエポキシ樹脂を混合した一液型熱硬化性エ
ポキシ樹脂組成物が開発されている。
【0003】一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、そ
の硬化剤として、ジシアンジアミドやメラミンやイミダ
ゾールなどの潜在性硬化剤や圧力、熱等で物理的に破壊
されるマイクロカプセルを設けて、その内に反応性の高
い硬化剤を内包したものなどが使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、前者の場合硬化温度が高くかつ、硬化時間
も長く、硬化性を高めるためには別途硬化促進剤等の併
用を必要とするという問題点があった。また、硬化促進
剤を使用すると主剤と硬化剤を混合した後、短時間で硬
化するため混合後は手早く使用しなければならず取扱い
難いという問題点を有していた。後者の場合は、破壊特
性の良いマイクロカプセルの入手が困難で、貯蔵安定性
や、硬化物の物性について未だ満足するものが得られて
いない。また、一般的にエポキシ樹脂の硬化物は電気的
特性や物理的特性等が非常に優れている反面、硬くて熱
的なヒートサイクル性に弱いという欠点を持っている。
その対策として長鎖アルキル基エポキサイド等の反応性
希釈剤を使用することで幾分、ヒートサイクル性を改善
することはできるが、その反面熱硬化の反応性が低下す
るという問題点があった。
【0005】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、低温下で速い硬化速度で硬化し、かつ貯蔵安定性に
優れるとともに、取扱いが容易で電子機器の封止作業の
作業性を著しく向上させる一液型熱硬化性エポキシ樹脂
組成物を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項1の一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成
物は、エポキシ当量125〜250の二官能性エポキシ
樹脂100重量部と、潜在性硬化剤2〜35重量部と、
酸無水物型硬化剤30〜115重量部と、一般式C l
2l+1OOC(CH2mCOOCn2n+1(但し、2≦m
≦6,6≦l,n≦12)で示されるカルボン酸エステ
0.5〜40重量部と、からなる構成を有し、請求項
2の一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、請求項1の
一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物にメルカプトベンゾ
チアゾール若しくはその誘導体又はそれらの混合物を
0.1〜10重量部添加した構成からなり、請求項3の
一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、エポキシ当量1
66〜194の二官能性エポキシ樹脂100重量部と、
潜在性硬化剤5〜25重量部と、酸無水物型硬化剤50
〜90重量部と、一般式C l 2l+1 OOC(CH 2 m
OOC n 2n+1 (但し、2≦m≦6,6≦l,n≦1
2)で示されるカルボン酸エステル1〜30重量部と、
からなる構成を有し、請求項4の一液型熱硬化性エポキ
シ樹脂組成物は、請求項3の一液型熱硬化性エポキシ樹
脂組成物にメルカプトベンゾチアゾール若しくはその誘
導体又はそれらの混合物を1〜5重量部添加した構成か
なる。
【0007】ここで、二官能性エポキシ樹脂としては、
特にビスフェノールA型やビスフェノールF型等のビス
フェノール型が好ましい。電子部品を封止した際機械
的、電気的特性が特に優れているためである。エポキシ
当量が125未満では硬化物の破壊強度が弱くなるとい
う欠点があり、250を越えると反応性が低下するとい
う欠点がある。特に164〜194の範囲が反応性及び
機械・電気特性の面から好ましい。
【0008】潜在性硬化剤としては、アミンアダクト型
のものが好ましい。アミンアダクト型のものとしては味
の素(株)製のアミキュア等が用いられる。潜在性硬化
剤が2重量部未満では反応性が低下し、35重量部を超
えると反応熱による硬化時の残留応力が大きくなるので
好ましくない。特に5〜25重量部の範囲が反応性、物
性の面から好ましい。
【0009】酸無水物型硬化剤としては、無水フタル
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、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、無水ナジック酸、メチル無水ナジ
ック酸、クロレンディック酸無水物、ドデシニル無水コ
ハク酸、メチル無水コハク酸、無水ピロメリット酸、無
水マレイン酸、ベンゾフェノン無水テトラカルボン酸等
が挙げられる。これらは、単独または2種以上の混合物
として使用される。作業性の点からは、一価の酸無水物
や液状の酸無水物で十分であるが特に耐熱性や機械特性
などが重要な場合には、多価の酸無水物を単独か、若し
くは液状酸無水物との混合で使用するのが望ましい。
【0010】一般式Cl2l+1OOC(CH2mCOO
n2n+1(但し、2≦m≦6,6≦l,n≦12)と
しては、アジピン酸ジイソデシル(CH24(COOC
10212,ジオクチルアジペート又はジイソオクチル
アジペート(CH24(COOC8172,アジピン酸
デシルイソオクチルC817OOC(CH24COOC1
021等が好適に用いられる。
【0011】添加量としては、0.5〜40重量部好ま
しくは1〜30重量部用いられる。硬化物の電気的、機
械的等の物性を劣化させないためである。0.5重量部
未満ではヒートサイクル性が悪く、40重量部を越える
場合には反応性が低下するので好ましくなく、1〜30
重量部では機械的強度や電気的物性等が優れていること
から特に好ましい。
【0012】特に低温で速い硬化速度が要求される場合
は、硬化促進剤として一般式C7H5NS2で示されるメ
ルカプトベンゾチアゾール及びその誘導体を単独又はそ
の混合物を0.1〜10重量部好ましくは1〜5重量部
添加するとよい。0.1重量部未満では弾性付与効果が
なく、10を越えると粘度が上昇し、作業性を悪くする
ためである。
【0013】メルカプトベンゾチアゾールとしては、α
−メルカプトベンゾチアゾールやその2量体あるいはそ
の混合物が好ましい。硬化物に適度に弾性を付与できる
からである。その他用途に応じて、ゼオライト、石英粉
等の無機フィラーを添加してもよい。
【0014】
【作用】この構成によって、これまで一般にジシアンジ
アミドを中心に構成されていた従来の一液型熱硬化性エ
ポキシ樹脂組成物では達成し得なかった低温での速い硬
化速度(70℃−1時間硬化)を実現することができ
る。
【0015】また、貯蔵安定性においても室温で(25
℃)6ヵ月以上という安定性を有し、作業性を著しく改
善することができる。また、得られた硬化物は優れたヒ
ートサイクル性を有し、電子・電気機器の封止部の耐久
性を著しく向上することができる。
【0016】
【実施例】以下本発明の実施例について詳細に説明す
る。
【0017】(実施例1〜7,比較例1〜3) 〈試料の準備〉 a.エポキシ樹脂 ビスフェノールA型エポキシ樹脂 エポキシ当量184〜194 (シェル化学(株)製,エピコート828) ビスフェノールF型エポキシ樹脂 エポキシ当量166〜175 (シェル化学(株)製,エピコート807) b.潜在性アミンアダクト型硬化剤 アミンアダクト硬化剤(1)として アミキュアPN−23(味の素(株)製) アミンアダクト硬化剤(2)として アミキュアMY−24(味の素(株)製) c.酸無水物型硬化剤 無水フタル酸を主成分とするHN−2200(日立化成
(株)製) d.カルボン酸エステル ・(CH24(COOC10212 アジピン酸ジイソ
デシル(Diisodecyl Adipate)
(ファイザー(株)製,モルフレックス330) ・(CH24(COOC8172 ジオクチルアジペー
ト(DioctylAdipate) (大八化学
(株)製,DOA) e.硬化促進剤 硬化促進剤(1)として (化1)で示されるα−メルカプトベンゾチアゾール
(川口化学(株)製,アクセルM)
【0018】
【化1】
【0019】硬化促進剤(2)として (化2)で示されるα−メルカプトベンゾチアゾールの
2量体(川口化学(株)製,アクセルDM)
【0020】
【化2】
【0021】f.従来の硬化剤 ジシアンジアミン(日本カーバイト(株)製) 2−メチルイミダゾール(四国化成(株)製) 〈実験例〉上記原料を用い、(表1)に示す配合割合で
プラネタリミキサー等で混合し、一液型熱硬化性エポキ
シ樹脂組成物を作成し、70〜120℃で1時間硬化さ
せた。
【0022】
【表1】
【0023】次いで、次の特性評価を行なった。 (1)ゲル化時間の測定 所定の温度にあらかじめ保温したアルミ製ホットプレー
ト上に上記試料を1.5g採取し、鋼製針状物で攪拌
し、樹脂の流動性がなくなるまでの時間をゲル化時間と
した。
【0024】(2)ガラス転移点温度の測定 100℃で1時間硬化させた硬化物を熱機械分析(TM
A)によって測定し、線膨張係数の変曲点をガラス転移
点温度とした。
【0025】(3)可使用温度の測定 上記のように作成した試料を初期に粘度計で25℃の雰
囲気で粘度を測定し、その後25℃に保温した容器内に
入れ放置し一週間毎に粘度を測定し、その値が初期値の
2倍になるまでの期間を可使用時間とした。
【0026】(4)せん断接着強さ 接着面積15mm×30mmの試験片を作成し、JIS K
6850に準拠して測定した。
【0027】その結果を(表2)に示した。
【0028】
【表2】
【0029】次に、従来の硬化剤を用いて実験例と同一
の条件で硬化させその特性評価を行った。その結果を
(表3)に示す。
【0030】
【表3】
【0031】(表2)より明らかなように、本実施例の
ものは25℃保存下において可使時間が6ヵ月以上も認
められるのに対し、(表3)の比較例のものは10日弱
しか認められなかった。硬化反応時には70℃〜100
℃で1時間で硬化するような低温での速硬化反応を示
し、かつてみられないような潜在性をもった一液性のエ
ポキシ樹脂組成物であることがわかった。
【0032】また、得られた硬化物は、電気的特性、物
理的特性(特にヒートサイクル特性)に優れた効果が認
められた。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明の一液型熱硬化性エ
ポキシ樹脂組成物は、低温で硬化速度が速くかつ貯蔵安
定性に優れており、特に従来の二液性エポキシ樹脂のよ
うに主剤と硬化剤を混合して直ちに使用しなければなら
ないものと比較すると、取扱いが楽であり、精密電子部
品や電気部品類の封止材料として用いると作業性を著し
く向上させることができる。
【0034】また、本発明の一液性熱硬化型エポキシ樹
脂組成物は接着力も非常に優れており、金属−金属、金
属−プラスチック、金属−セラミックス等のアドバンス
ト・コンポジット材料の接着や、ハイブリッドICのポ
ッティング材料などの分野へ応用可能であり、各種部品
等の信頼性耐久性を大きく向上させることができる優れ
た一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物を実現できるもの
である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−72722(JP,A) 特開 平3−139517(JP,A) 特開 昭64−40516(JP,A) 特開 昭63−183920(JP,A) 特開 昭58−154251(JP,A) 特開 平5−43661(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 59/42 C08G 59/66 C08G 59/40 C08L 63/00 - 63/02 C08K 5/10

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エポキシ当量125〜250の二官能性
    エポキシ樹脂100重量部と、潜在性硬化剤2〜35
    量部と、酸無水物型硬化剤30〜115重量部と、一般
    式C l 2l+1OOC(CH2mCOOCn2n+1(但し、
    2≦m≦6,6≦l,n≦12)で示されるカルボン酸
    エステル0.5〜40重量部と、からなることを特徴と
    する一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1の一液型熱硬化性エポキシ樹脂
    組成物にメルカプトベンゾチアゾール若しくはその誘導
    体又はそれらの混合物を0.1〜10重量部添加してな
    ることを特徴とする一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成
    物。
  3. 【請求項3】 エポキシ当量166〜194の二官能性
    エポキシ樹脂100重量部と、潜在性硬化剤5〜25
    量部と、酸無水物型硬化剤50〜90重量部と、一般式
    l 2l+1OOC(CH2mCOOCn2n+1(但し、2
    ≦m≦6,6≦l,n≦12)で示されるカルボン酸エ
    ステル1〜30重量部と、からなることを特徴とする一
    液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 請求項3の一液型熱硬化性エポキシ樹脂
    組成物にメルカプトベンゾチアゾール若しくはその誘導
    体又はそれらの混合物を1〜5重量部添加してなること
    を特徴とする一液型熱硬化性エポキシ樹脂組成物。
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