以下、本発明の樹脂組成物、樹脂シート、及び放熱デバイスについて詳細に説明する。
[樹脂組成物]
本発明の樹脂組成物は、(A)エラストマー、(B-1)25℃で液状のエポキシ樹脂、(C)熱伝導性フィラー、及び(D)ゴム粒子を含有する。
(A)~(D)成分を用いることで、熱伝導率、及び低温での金属層に対する密着強度に優れる絶縁層を得ることが可能となる。
樹脂組成物は、必要に応じて、さらに(B-2)(B-1)成分以外のエポキシ樹脂、(E)硬化剤、(F)硬化促進剤、及び(G)任意の添加剤を含み得る。以下、樹脂組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。
本明細書では、(B-1)成分及び(B-2)成分をまとめて「(B)エポキシ樹脂」ということもある。
また、「樹脂成分」とは、樹脂組成物を構成する不揮発成分のうち、後述する(C)熱伝導性フィラーを除いた成分をいう。但し、任意成分として無機充填材を含む場合、「樹脂成分」は、樹脂組成物を構成する不揮発成分のうち、(C)熱伝導性フィラー及び無機充填材を除いた成分をいう。
<(A)エラストマー>
樹脂組成物は、(A)エラストマーを含む。本発明において(A)エラストマーは柔軟性を有する樹脂を意味し、有機溶剤に溶解する不定形の樹脂成分であり、ゴム弾性を有する樹脂または他の成分と重合してゴム弾性を示す樹脂が好ましい。ゴム弾性としては、例えば、日本工業規格(JIS K7161)に準拠し、温度25℃、湿度40%RHにて、引っ張り試験を行った場合に、1GPa以下の弾性率を示す樹脂が挙げられる。(A)成分を用いることにより、低温での金属層に対する密着強度に優れる絶縁層を得ることが可能となる。さらに、(A)成分により、通常は絶縁層の弾性率を小さくしたり伸びに対する耐性を高めたりすることも可能である。
一実施形態において、(A)成分は、分子内にポリブタジエン構造、ポリシロキサン構造、ポリ(メタ)アクリレート構造、ポリアルキレン構造、ポリアルキレンオキシ構造、ポリイソプレン構造、ポリイソブチレン構造、及びポリカーボネート構造から選択される1種以上の構造を有する樹脂であることが好ましく、より柔軟性を高める観点からポリブタジエン構造及びポリカーボネート構造から選択される1種以上の構造を有する樹脂であることがより好ましい。
また、別の一実施形態において、(A)成分は、ガラス転移温度(Tg)が25℃以下の樹脂及び25℃以下で液状である樹脂から選択される1種以上であることが好ましい。ガラス転移温度(Tg)が25℃以下である樹脂のガラス転移温度は、好ましくは20℃以下、より好ましくは15℃以下である。ガラス転移温度の下限は特に限定されないが、通常-15℃以上とし得る。また、25℃で液状である樹脂としては、好ましくは20℃以下で液状である樹脂、より好ましくは15℃以下で液状である樹脂である。
より好適な一実施形態として、(A)成分は、ガラス転移温度が25℃以下、及び25℃で液状である樹脂から選択される1種以上であり、且つ分子内にポリブタジエン構造、ポリシロキサン構造、ポリ(メタ)アクリレート構造、ポリアルキレン構造、ポリアルキレンオキシ構造、ポリイソプレン構造、ポリイソブチレン構造、及びポリカーボネート構造から選択される1種以上の構造を有する樹脂が好ましい。
ポリブタジエン構造は、ブタジエンを重合して形成される構造だけでなく、当該構造に水素添加して形成される構造も含む。また、ブタジエン構造は、その一部のみが水素添加されていてもよく、その全てが水素添加されていてもよい。さらに、ポリブタジエン構造は、(A)成分において、主鎖に含まれていてもよく、側鎖に含まれていてもよい。
ポリブタジエン樹脂の好ましい例としては、水素化ポリブタジエン骨格含有樹脂、ヒドロキシ基含有ポリブタジエン樹脂、フェノール性水酸基含有ポリブタジエン樹脂、カルボキシ基含有ポリブタジエン樹脂、酸無水物基含有ポリブタジエン樹脂、エポキシ基含有ポリブタジエン樹脂、イソシアネート基含有ポリブタジエン樹脂、ウレタン基含有ポリブタジエン樹脂等が挙げられる。中でも、フェノール性水酸基含有ポリブタジエン樹脂が更に好ましい。ここで、「水素化ポリブタジエン骨格含有樹脂」とは、ポリブタジエン骨格の少なくとも一部が水素化された樹脂をいい、必ずしもポリブタジエン骨格が完全に水素化された樹脂である必要はない。水素化ポリブタジエン骨格含有樹脂としては、例えば、水素化ポリブタジエン骨格含有エポキシ樹脂等が挙げられる。また、フェノール性水酸基含有ポリブタジエン樹脂としては、ポリブタジエン構造を有し、かつフェノール性水酸基を有する樹脂等が挙げられる。
ポリブタジエン構造を分子内に有する樹脂であるポリブタジエン樹脂の具体例としては、クレイバレー社製の「Ricon 657」(エポキシ基含有ポリブタジエン)、「Ricon 130MA8」、「Ricon 130MA13」、「Ricon 130MA20」、「Ricon 131MA5」、「Ricon 131MA10」、「Ricon 131MA17」、「Ricon 131MA20」、「Ricon 184MA6」(酸無水物基含有ポリブタジエン)、日本曹達社製の「JP-100」、「JP-200」(エポキシ化ポリブタジエン)、「GQ-1000」(水酸基、カルボキシル基導入ポリブタジエン)、「G-1000」、「G-2000」、「G-3000」(両末端水酸基ポリブタジエン)、「GI-1000」、「GI-2000」、「GI-3000」(両末端水酸基水素化ポリブタジエン)、ダイセル社製の「PB3600」、「PB4700」(ポリブタジエン骨格エポキシ化合物)、「エポフレンドA1005」、「エポフレンドA1010」、「エポフレンドA1020」(スチレンとブタジエンとスチレンブロック共重合体のエポキシ化合物)、ナガセケムテックス社製の「FCA-061L」(水素化ポリブタジエン骨格エポキシ化合物)、「R-45EPT」(ポリブタジエン骨格エポキシ化合物)、等が挙げられる。
また、好ましいポリブタジエン樹脂の例としては、ヒドロキシル基末端ポリブタジエン、ジイソシアネート化合物及び四塩基酸無水物を原料とする線状ポリイミド(特開2006-37083号公報、国際公開第2008/153208号に記載のポリイミド)も挙げられる。該ポリイミド樹脂のポリブタジエン構造の含有率は、好ましくは60質量%~95質量%、より好ましくは75質量%~85質量%である。該ポリイミド樹脂の詳細は、特開2006-37083号公報、国際公開第2008/153208号の記載を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。
ポリシロキサン構造は、シロキサン結合を含む構造であり、例えばシリコーンゴムに含まれる。ポリシロキサン構造は、(A)成分において、主鎖に含まれていてもよく、側鎖に含まれていてもよい。
ポリシロキサン構造を分子内に有する樹脂であるポリシロキサン樹脂の具体例としては、信越シリコーン社製の「SMP-2006」、「SMP-2003PGMEA」、「SMP-5005PGMEA」、アミン基末端ポリシロキサン、四塩基酸無水物を原料とする線状ポリイミド(国際公開第2010/053185号)等が挙げられる。
ポリ(メタ)アクリレート構造は、アクリル酸又はアクリル酸エステルを重合して形成される構造であり、メタクリル酸又はメタクリル酸エステルを重合して形成される構造も含む。(メタ)アクリレート構造は、(A)成分において、主鎖に含まれていてもよく、側鎖に含まれていてもよい。ここで「(メタ)アクリレート」とは、メタクリレート及びアクリレートを指す。
ポリ(メタ)アクリレート構造を分子内に有する樹脂であるポリ(メタ)アクリレート樹脂の好ましい例としては、ヒドロキシ基含有ポリ(メタ)アクリレート樹脂、フェノール性水酸基含有ポリ(メタ)アクリレート樹脂、カルボキシ基含有ポリ(メタ)アクリレート樹脂、酸無水物基含有ポリ(メタ)アクリレート樹脂、エポキシ基含有ポリ(メタ)アクリレート樹脂、イソシアネート基含有ポリ(メタ)アクリレート樹脂、ウレタン基含有ポリ(メタ)アクリレート樹脂等が挙げられる。
ポリ(メタ)アクリレート樹脂の具体例としては、ナガセケムテックス社製のテイサンレジン「SG-70L」、「SG-708-6」、「WS-023」、「SG-700AS」、「SG-280TEA」(カルボキシ基含有アクリル酸エステル共重合体樹脂、酸価5~34mgKOH/g、重量平均分子量40万~90万、Tg-30℃~5℃)、「SG-80H」、「SG-80H-3」、「SG-P3」(エポキシ基含有アクリル酸エステル共重合体樹脂、エポキシ当量4761~14285g/eq、重量平均分子量35万~85万、Tg11℃~12℃)、「SG-600TEA」、「SG-790」」(ヒドロキシ基含有アクリル酸エステル共重合体樹脂、水酸基価20~40mgKOH/g、重量平均分子量50万~120万、Tg-37℃~-32℃)、根上工業社製の「ME-2000」、「W-116.3」(カルボキシ基含有アクリル酸エステル共重合体樹脂)、「W-197C」(水酸基含有アクリル酸エステル共重合体樹脂)、「KG-25」、「KG-3000」(エポキシ基含有アクリル酸エステル共重合体樹脂)等が挙げられる。
ポリアルキレン構造は、所定の炭素原子数を有することが好ましい。ポリアルキレン構造の具体的な炭素原子数は、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、特に好ましくは5以上であり、好ましくは15以下、より好ましくは10以下、特に好ましくは6以下である。また、ポリアルキレン構造は、(A)成分において、主鎖に含まれていてもよく、側鎖に含まれていてもよい。
ポリアルキレンオキシ構造は、所定の炭素原子数を有することが好ましい。ポリアルキレンオキシ構造の具体的な炭素原子数は、好ましくは2以上、好ましくは3以上、より好ましくは5以上であり、好ましくは15以下、より好ましくは10以下、特に好ましくは6以下である。ポリアルキレンオキシ構造は、(A)成分において、主鎖に含まれていてもよく、側鎖に含まれていてもよい。
ポリアルキレン構造を分子内に有する樹脂であるポリアルキレン樹脂及びポリアルキレンオキシ構造を分子内に有する樹脂であるポリアルキレンオキシ樹脂の具体例としては、旭化成せんい社製の「PTXG-1000」、「PTXG-1800」、三菱ケミカル社製の「YX-7180」(エーテル結合を有するアルキレン構造を含有する樹脂)、DIC Corporation社製の「EXA-4850-150」、「EXA-4816」、「EXA-4822」、ADEKA社製の「EP-4000」、「EP-4003」、「EP-4010」、「EP-4011」、新日本理化社製の「BEO-60E」、「BPO-20E」、三菱ケミカル社製の「YL7175」、「YL7410」等が挙げられる。
ポリイソプレン構造は、(A)成分において、主鎖に含まれていてもよく、側鎖に含まれていてもよい。ポリイソプレン構造を分子内に有する樹脂であるポリイソプレン樹脂の具体例としては、クラレ社製の「KL-610」、「KL-613」等が挙げられる。
ポリイソブチレン構造は、(A)成分において、主鎖に含まれていてもよく、側鎖に含まれていてもよい。ポリイソブチレン構造を分子内に有する樹脂であるポリイソブチレン樹脂の具体例としては、カネカ社製の「SIBSTAR-073T」(スチレン-イソブチレン-スチレントリブロック共重合体)、「SIBSTAR-042D」(スチレン-イソブチレンジブロック共重合体)等が挙げられる。
ポリカーボネート構造は、(A)成分において、主鎖に含まれていてもよく、側鎖に含まれていてもよい。
ポリカーボネート構造を分子内に有する樹脂であるポリカーボネート樹脂の好ましい例としては、ヒドロキシ基含有ポリカーボネート樹脂、フェノール性水酸基含有ポリカーボネート樹脂、カルボキシ基含有ポリカーボネート樹脂、酸無水物基含有ポリカーボネート樹脂、エポキシ基含有ポリカーボネート樹脂、イソシアネート基含有ポリカーボネート樹脂、ウレタン基含有ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
ポリカーボネート樹脂の具体例としては、旭化成ケミカルズ社製の「T6002」、「T6001」(ポリカーボネートジオール)、クラレ社製の「C-1090」、「C-2090」、「C-3090」(ポリカーボネートジオール)等が挙げられる。
また、好ましいポリカーボネート樹脂の例としては、ヒドロキシル基末端ポリカーボネート、ジイソシアネート化合物及び四塩基酸無水物を原料とする線状ポリイミドも挙げられる。該ポリイミド樹脂のポリカーボネート構造の含有率は、好ましくは60質量%~95質量%、より好ましくは75質量%~85質量%である。該ポリイミド樹脂の詳細は、国際公開第2016/129541号の記載を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。
(A)成分は、さらにイミド構造を有することが好ましい。イミド構造を有することにより、(A)成分の耐熱性を高めクラック耐性を効果的に高めることができる。
(A)成分は、直鎖状、分枝状、及び環状のいずれの構造であってもよいが、本発明の所望の効果を発揮する観点から直鎖状であることが好ましい。
(A)成分は、さらに(B)成分と反応できる官能基を有することが好ましく、(B-1)成分と反応できる官能基を有することが特に好ましい。この官能基には、加熱によって現れる反応基も含まれる。(A)成分が官能基を有することにより、樹脂組成物の硬化物の機械的強度を向上させることができる。
官能基としては、カルボキシ基、ヒドロキシ基、酸無水物基、フェノール性水酸基、エポキシ基、イソシアネート基、およびウレタン基などが挙げられる。中でも、本発明の効果を顕著に得る観点から、官能基としては、ヒドロキシル基、酸無水物基、フェノール性水酸基、エポキシ基、イソシアネート基及びウレタン基から選択される1種以上の官能基を有することが好ましく、フェノール性水酸基が特に好ましい。
(A)成分は、1種類単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(A)成分は、優れた柔軟性を発揮する観点から、高分子量であることが好ましい。(A)成分の具体的な数平均分子量Mnは、好ましくは4000以上、より好ましくは4500以上、更に好ましくは5000以上、特に好ましくは5500以上であり、好ましくは100000以下、より好ましくは95000以下、特に好ましくは90000以下である。(A)成分の数平均分子量Mnが前記の範囲にあることにより、本発明の所望の効果を顕著に得ることができる。(A)成分の数平均分子量Mnは、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を使用して測定されるポリスチレン換算の数平均分子量である。
また、(A)成分の具体的な重量平均分子量は、本発明の所望の効果を顕著に得る観点から、好ましくは5500~100000であり、より好ましくは10000~90000であり、さらに好ましくは15000~80000である。(A)成分の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量である。
(A)成分が官能基を有する場合、(A)成分の官能基当量は、好ましくは100以上、より好ましくは200以上、更に好ましくは1000以上、特に好ましくは2500以上であり、好ましくは50000以下、より好ましくは30000以下、更に好ましくは10000以下、特に好ましくは5000以下である。官能基当量は、1グラム当量の官能基を含む樹脂のグラム数である。例えば、エポキシ基当量は、JIS K7236に従って測定することができる。また、例えば、水酸基当量はJIS K1557-1に従って測定した水酸基価でKOHの分子量を割ることで算出することができる。
(A)成分の量は、樹脂成分100質量%に対して、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上、特に好ましくは20質量%以上であり、好ましくは40質量%以下、より好ましくは35質量%以下、特に好ましくは30質量%以下である。(A)成分の量が前記の範囲にあることにより、本発明の所望の効果を顕著に得ることができる。
<(B-1)25℃で液状のエポキシ樹脂>
樹脂組成物は、(B-1)25℃で液状のエポキシ樹脂を含む。(B-1)成分は25℃で液状であるため柔軟性に優れる。よって、樹脂組成物に(B-1)成分を含有させることで、反りが抑制されるとともに低温での金属層に対する密着強度に優れる絶縁層を得ることができる。さらに、(B-1)成分により、通常は絶縁層の伸びに対する耐性を高めることができる。
(B-1)成分は、反りが抑制され、低温であっても金属層に対する密着強度に優れる絶縁層を得る観点から、通常25℃で液状であり、好ましくは20℃以下で液状であり、より好ましくは15℃以下で液状である。
(B-1)成分としては、25℃で液状であれば特に限定されないが、例えば、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、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、エステル骨格を有する脂環式エポキシ樹脂、シクロヘキサン型エポキシ樹脂、シクロヘキサンジメタノール型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、及びブタジエン構造を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。
(B-1)成分の具体例としては、三菱ケミカル社製の高反発弾性エポキシ樹脂「YX7400」、超可撓性エポキシ樹脂「YX7105」、DIC社製の「HP4032」、「HP4032D」、「HP4032SS」(ナフタレン型エポキシ樹脂)、三菱ケミカル社製の「828US」、「jER828EL」、「825」、「エピコート828EL」(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)、「jER807」、「1750」(ビスフェノールF型エポキシ樹脂)、「jER152」(フェノールノボラック型エポキシ樹脂)、「630」、「630LSD」(グリシジルアミン型エポキシ樹脂)、新日鉄住金化学社製の「ZX1059」(ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合品)、ナガセケムテックス社製の「EX-721」(グリシジルエステル型エポキシ樹脂)、ダイセル社製の「セロキサイド2021P」(エステル骨格を有する脂環式エポキシ樹脂)、「PB-3600」(ブタジエン構造を有するエポキシ樹脂)、新日鉄住金化学社製の「ZX1658」、「ZX1658GS」(液状1,4-グリシジルシクロヘキサン型エポキシ樹脂)、三菱ケミカル社製の「630LSD」(グリシジルアミン型エポキシ樹脂)等が挙げられる。中でも、反りが抑制され、低温であっても金属層に対する密着強度に優れる絶縁層を得る観点から、三菱ケミカル社製の高反発弾性エポキシ樹脂「YX7400」、超可撓性エポキシ樹脂「YX7105」が好ましい。これらは、1種類単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(B-1)成分は、反りが抑制され、低温であっても金属層に対する密着強度に優れる絶縁層を得る観点から、25℃で液状であり、エポキシ当量が250g/eq以上であることが好ましい。
(B-1)成分のエポキシ当量は、好ましくは250g/eq以上、より好ましくは300g/eq以上、さらに好ましくは350g/eq以上又は400g/eq以上である。下限は特に限定されないが、好ましくは1000g/eq以下、より好ましくは800g/eq以下、さらに好ましくは500g/eq以下である。エポキシ当量が斯かる範囲内にある(B-1)成分の分子は柔軟であるので、反りが効果的に抑制され、低温での金属層に対する密着強度が特に優れる絶縁層を得ることができる。
(B-1)成分の重量平均分子量は、本発明の所望の効果を顕著に得る観点から、好ましくは100~5000であり、より好ましくは250~3000であり、さらに好ましくは400~1500である。エポキシ樹脂等の樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量である。
(B-1)成分の量は、反りが抑制され、低温での金属層に対する密着強度に優れる絶縁層を得る観点から、樹脂組成物中の不揮発成分100質量%に対して、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、特に好ましくは3質量%以上であり、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、特に好ましくは10質量%以下である。
(B-1)成分の含有量をxとし、樹脂組成物中に含まれる全エポキシ樹脂の合計量をyとしたとき、x/yは、好ましくは0.6以上、より好ましくは0.65以上、さらに好ましくは0.7以上である。上限は通常1以下である。(B-1)成分の含有量を全エポキシ樹脂に対して斯かる範囲内となるようにすることにより、低温での金属層に対する密着強度が特に優れる絶縁層を得ることができるようになる。ここで、全エポキシ樹脂とは、(B)エポキシ樹脂のことをいい、(B-1)成分及び後述する(B-2)成分の合計含有量を意味する。(B-1)成分が、25℃で液状であり、エポキシ当量が250g/eq以上のエポキシ樹脂である場合も、上記範囲を満たすことが好ましい。
<(C)熱伝導性フィラー>
樹脂組成物は(C)熱伝導性フィラーを含む。(C)熱伝導性フィラーを含有させることで熱伝導率に優れる絶縁層を得ることができる。ここで、熱伝導性フィラーとは、熱伝導率が20W/m・K以上の無機充填材を意味する。
(C)熱伝導性フィラーの材料は、熱伝導率が上記範囲内であれば特に限定されないが、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。これらの中でも、アルミナが特に好適である。(C)熱伝導性フィラーは1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、2種以上の同一材料を組み合わせて用いてもよい。
(C)熱伝導性フィラーの平均粒子径は、熱伝導率及び低温での金属層に対する密着強度に優れる絶縁層を得る観点から、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは1.0μm以上、さらに好ましくは1.5μm以上であり、好ましくは10μm以下、より好ましくは7μm以下、さらに好ましくは5μm以下である。
(C)熱伝導性フィラー等の粒子の平均粒子径は、ミー(Mie)散乱理論に基づくレーザー回折・散乱法により測定することができる。具体的にはレーザー回折散乱式粒子径分布測定装置により、無機充填材の粒子径分布を体積基準で作成し、そのメディアン径を平均粒子径とすることで測定することができる。測定サンプルは、(C)熱伝導性フィラーを超音波により水中に分散させたものを好ましく使用することができる。レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置としては、堀場製作所社製「LA-500」、島津製作所社製「SALD2200」等を使用することができる。具体的には、後述する実施例に記載の方法に従って測定することができる。
(C)熱伝導性フィラーの比表面積は、熱伝導率及び低温であっても金属層に対する密着強度に優れる絶縁層を得る観点から、好ましくは0.1m2/g以上、より好ましくは0.5m2/g以上、さらに好ましくは1m2/g以上であり、好ましくは5m2/g以下、より好ましくは4m2/g以下、さらに好ましくは3m2/g以下である。(C)熱伝導性フィラーの比表面積は、窒素BET法により測定することができる。具体的には自動比表面積測定装置を使用して測定することができる。自動比表面積測定装置としては、マウンテック社製「Macsorb HM-1210」等が挙げられる。具体的には、後述する実施例に記載の方法に従って測定することができる。
(C)熱伝導性フィラーは、耐湿性及び分散性を高める観点から、表面処理剤で表面処理されていてもよい。表面処理剤としては、例えば、アミノシラン系カップリング剤、エポキシシラン系カップリング剤、メルカプトシラン系カップリング剤、シラン系カップリング剤、アルコキシシラン化合物、オルガノシラザン化合物、チタネート系カップリング剤等が挙げられ、中でも、エポキシ樹脂との混練性に優れ、ピール強度の優れる絶縁層を得る観点からアミノシラン系カップリング剤で表面処理されていることが好ましい。表面処理剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
表面処理剤の市販品としては、例えば、信越化学工業社製「KBM403」(3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)、信越化学工業社製「KBM803」(3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン)、信越化学工業社製「KBE903」(3-アミノプロピルトリエトキシシラン)、信越化学工業社製「KBM573」(N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン)、信越化学工業社製「KBM5783」(N-フェニル-3-アミノオクチルトリメトキシシラン)、信越化学工業社製「SZ-31」(ヘキサメチルジシラザン)、信越化学工業社製「KBM103」(フェニルトリメトキシシラン)、信越化学工業社製「KBM-4803」(長鎖エポキシ型シランカップリング剤)等が挙げられる。
表面処理剤による表面処理の程度は、(C)熱伝導性フィラーの単位表面積当たりのカーボン量によって評価することができる。(C)熱伝導性フィラーの単位表面積当たりのカーボン量は、(C)熱伝導性フィラーの分散性向上の観点から、0.02mg/m2以上が好ましく、0.05mg/m2以上がより好ましく、0.1mg/m2以上が更に好ましい。一方、樹脂ワニスの溶融粘度及びシート形態での溶融粘度の上昇を抑制する観点から、1mg/m2以下が好ましく、0.8mg/m2以下がより好ましく、0.5mg/m2以下が更に好ましい。
(C)熱伝導性フィラーの単位表面積当たりのカーボン量は、表面処理後の(C)熱伝導性フィラーを溶剤(例えば、メチルエチルケトン(MEK))により洗浄処理した後に測定することができる。具体的には、溶剤として十分な量のMEKを表面処理剤で表面処理された(C)熱伝導性フィラーに加えて、25℃で5分間超音波洗浄する。上澄液を除去し、固形分を乾燥させた後、カーボン分析計を用いて(C)熱伝導性フィラーの単位表面積当たりのカーボン量を測定することができる。カーボン分析計としては、堀場製作所社製「EMIA-320V」等を使用することができる。
(C)熱伝導性フィラーの含有量は、熱伝導率及び低温での金属層に対する密着強度に優れる絶縁層を得る観点から、樹脂組成物中の不揮発成分を100質量%としたとき、好ましくは70質量%以上、より好ましくは75質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上である。上限は、好ましくは95質量%以下、より好ましくは93質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下である。
<(D)ゴム粒子>
樹脂組成物は、(D)ゴム粒子を含む。(D)ゴム粒子は、ゴム成分の分子量を有機溶剤及び樹脂成分に溶解しない水準まで大きくし、粒子状とすることで製造できる。そのため有機溶剤に溶解せず、エポキシ樹脂や硬化剤などの他の成分とも相溶しないため、樹脂ワニス中及び樹脂組成物中において分散状態で存在できる。通常、ゴム弾性を有する有機充填材として機能する。この(D)ゴム粒子を含むことにより、樹脂組成物の硬化物の低温時での密着性を改善することができる。また、(D)成分を樹脂組成物に含ませることによりタック性を小さくすることができ、樹脂組成物の硬化物の取り扱い性を向上させることができる。さらに、(D)成分により、通常は、絶縁層の弾性率を低くしたり伸びに対する耐性を高めたりすることができる。
(D)ゴム粒子の例を挙げると、コアシェル型ゴム粒子、架橋アクリロニトリルブタジエンゴム粒子、架橋スチレンブタジエンゴム粒子、アクリルゴム粒子などが挙げられる。中でも、本発明の所望の効果を顕著に得る観点から、コアシェル型ゴム粒子が好ましい。
コアシェル型ゴム粒子は、当該粒子の表面にあるシェル層と、そのシェル層の内部にあるコア層とを含むゴム粒子である。例えば、相対的に高いガラス転移温度を有する重合体で形成されたシェル層と、相対的に低いガラス転移温度を有する重合体で形成されたコア層とを含むコアシェル型ゴム粒子が挙げられる。中でも、シェル層がガラス状重合体で形成され、コア層がゴム状重合体で形成されたコアシェル型ゴム粒子が好ましい。このようなコアシェル型ゴム粒子は、シェル層によって、ゴム粒子の凝集を抑制したりゴム粒子の(A)成分、(B)成分及び後述する硬化剤等の樹脂成分への分散性を高めたりでき、且つ、コア層によって、優れたゴム弾性を発揮することができる。コアシェル型ゴム粒子は、例えば、各層に対応した1種類又は2種類以上のモノマーを、複数段階に分けてシード重合することによって製造できる。
コアシェル型ゴム粒子は、シェル層及びコア層のみを含む2層構造を有していてもよいが、更に任意の層を含む3層以上の構造を有していてもよい。例えば、コアシェル型ゴム粒子は、シェル層とコア層との間に任意の層を含んでいてもよく、コア層の内部に任意の層を含んでいてもよい。具体例を挙げると、コアシェル型ゴム粒子は、ガラス状重合体で形成されたシェル層と、ゴム状重合体で形成されたコア層と、コア層の内部にガラス状重合体で形成された任意の層とを含む3層構造を有していてもよい。
前記のコアシェル型ゴム粒子において、ガラス状重合体としては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系重合体;ポリスチレン、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体等のスチレン系重合体;などが挙げられる。中でも、アクリル系重合体が好ましく、ポリメチルメタクリレートが特に好ましい。他方、ゴム状ポリマーとしては、ブチルアクリレート等のアクリルモノマーの単独重合体又は共重合体などのアクリルゴム;ポリブタジエン等のブタジエンゴム;イソプレンゴム;ブチルゴム;などが挙げられる。中でも、アクリルゴム及びブタジエンゴムが好ましく、アクリルゴムが特に好ましい。ここで、前記の用語「アクリルモノマー」には、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、及びこれらの組み合わせが包含される。
コアシェル型ゴム粒子の具体例としては、アイカ工業社製のスタフィロイド「AC3832」、「AC3816N」、「IM401-改7-17」;三菱ケミカル社製の「メタブレンKW-4426」;ダウ・ケミカル日本社製のパラロイド「EXL-2655」などが挙げられる。
架橋アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)粒子の具体例としては、JSR社製「XER-91」(平均粒子径0.5μm);などが挙げられる。
架橋スチレンブタジエンゴム(SBR)粒子の具体例としては、JSR社製「XSK-500」(平均粒子径0.5μm);などが挙げられる。
アクリルゴム粒子の具体例としては、三菱ケミカル社製のメタブレン「W300A」(平均粒子径0.1μm)、「W450A」(平均粒子径0.2μm);などが挙げられる。
(D)ゴム粒子は、1種類単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(D)ゴム粒子は、通常、樹脂組成物の硬化物の靱性を高める作用を有する。よって、(D)ゴム粒子を含む樹脂組成物の硬化物で形成された絶縁層は、機械的強度に優れる。また、(D)ゴム粒子は、通常、応力緩和作用を有する。よって、(D)ゴム粒子を含む樹脂組成物の硬化物で形成された絶縁層は、その形成時に生じる内部応力が(D)ゴム粒子によって緩和される。したがって、絶縁層の残留応力を小さくできるので、これによっても、絶縁層の機械的強度を高めることができる。よって、低温であっても絶縁層の剥離(デラミネーション)を抑制することができる。
(D)ゴム粒子の平均粒子径は、好ましくは0.005μm以上、より好ましくは0.2μm以上であり、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.6μm以下である。(D)ゴム粒子の平均粒子径は、動的光散乱法を用いて測定できる。具体的には、適切な有機溶剤にゴム粒子を超音波等の方法により均一に分散させ、濃厚系粒径アナライザー(大塚電子社製「FPAR-1000」)を用いて、ゴム粒子の粒径分布を質量基準で作成し、そのメディアン径を平均粒子径として測定できる。
(D)ゴム粒子の含有量は、樹脂組成物の硬化物の低温時での密着性及びタック性を改善する観点から、樹脂組成物中の不揮発成分100質量%に対して、通常0.3質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、特に好ましくは1質量%以上であり、通常6質量%以下、好ましくは5質量%以下、特に好ましくは4質量%以下である。
<(B-2)(B-1)成分以外のエポキシ樹脂>
樹脂組成物は、(B-2)(B-1)成分以外のエポキシ樹脂を含み得る。(B-2)成分は、通常、温度20℃で固体状のエポキシ樹脂(「固体状エポキシ樹脂」ということがある。)であることが好ましい。
(B-2)成分は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を含むことが好ましい。本発明の所望の効果を顕著に得る観点から、(B-2)成分の不揮発成分100質量%に対して、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂の割合は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、特に好ましくは70質量%以上である。
固体状エポキシ樹脂としては、1分子中に3個以上のエポキシ基を有する固体状エポキシ樹脂が好ましい。固体状エポキシ樹脂としては、例えば、ビキシレノール型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ナフタレン型4官能エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂、トリスフェノール型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂等が挙げられる。脂肪族系エポキシ樹脂としては、例えば、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂などが挙げられる。
(B-2)成分としては、本発明の所望の効果を得る観点から、脂肪族系エポキシ樹脂が好ましい。中でも、本発明の所望の効果を顕著に得る観点から、(B-2)成分は、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂であることが好ましい。
固体状エポキシ樹脂の具体例としては、DIC社製の「HP4032H」(ナフタレン型エポキシ樹脂);DIC社製の「HP-4700」、「HP-4710」(ナフタレン型4官能エポキシ樹脂);DIC社製の「N-690」(クレゾールノボラック型エポキシ樹脂);DIC社製の「N-695」(クレゾールノボラック型エポキシ樹脂);DIC社製の「HP-7200」(ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂);DIC社製の「HP-7200HH」、「HP-7200H」、「EXA-7311」、「EXA-7311-G3」、「EXA-7311-G4」、「EXA-7311-G4S」、「HP6000」(ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂);日本化薬社製の「EPPN-502H」(トリスフェノール型エポキシ樹脂);日本化薬社製の「NC7000L」(ナフトールノボラック型エポキシ樹脂);日本化薬社製の「NC3000H」、「NC3000」、「NC3000L」、「NC3100」(ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂);新日鉄住金化学社製の「ESN475V」(ナフトール型エポキシ樹脂);新日鉄住金化学社製の「ESN485」(ナフトールノボラック型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「YX4000H」、「YX4000」、「YL6121」(ビフェニル型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「YX4000HK」(ビキシレノール型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「YX8800」(アントラセン型エポキシ樹脂);大阪ガスケミカル社製の「PG-100」、「CG-500」(ビスフェノールAF型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「YL7760」(ビスフェノールAF型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「YL7800」(フルオレン型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「jER1010」(固体状ビスフェノールA型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「jER1031S」(テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂);が挙げられる。これらは、1種類単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(B-2)成分のエポキシ当量は、好ましくは50~5000、より好ましくは50~3000、さらに好ましくは80~2000、特に好ましくは110~1000である。(A)エポキシ樹脂のエポキシ当量が前記の範囲にあることにより、樹脂組成物の硬化物の架橋密度が十分となり、表面粗さの小さい絶縁層を得ることができる。なお、エポキシ当量は、1当量のエポキシ基を含む樹脂の質量であり、JIS K7236に従って測定することができる。
(B-2)成分の重量平均分子量は、本発明の所望の効果を顕著に得る観点から、好ましくは100~5000であり、より好ましくは250~3000であり、さらに好ましくは400~1500である。エポキシ樹脂等の樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量である。
樹脂組成物が(B-2)成分を含む場合、(B-2)成分の量は、良好な機械強度及び絶縁信頼性を示す絶縁層を得る観点から、樹脂組成物中の不揮発成分100質量%に対して、好ましくは0.3質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、特に好ましくは1.0質量%以上であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、特に好ましくは3質量%以下である。
<(E)硬化剤>
樹脂組成物は、(E)硬化剤を含み得る。硬化剤としては、(B)成分等の樹脂を硬化する機能を有する限り特に限定されず、例えば、フェノール系硬化剤、ナフトール系硬化剤、活性エステル系硬化剤、ベンゾオキサジン系硬化剤、シアネートエステル系硬化剤、及びカルボジイミド系硬化剤などが挙げられる。硬化剤は1種単独で用いてもよく、又は2種以上を併用してもよい。(E)成分は、フェノール系硬化剤、ナフトール系硬化剤、活性エステル系硬化剤及びシアネートエステル系硬化剤から選択される1種以上であることが好ましく、フェノール系硬化剤、及び活性エステル系硬化剤から選択される1種以上であることが好ましく、ナフトール系硬化剤を含むことがより好ましい。
フェノール系硬化剤及びナフトール系硬化剤としては、耐熱性及び耐水性の観点から、ノボラック構造を有するフェノール系硬化剤、又はノボラック構造を有するナフトール系硬化剤が好ましい。また、配線層との密着性の観点から、含窒素フェノール系硬化剤が好ましく、トリアジン骨格含有フェノール系硬化剤がより好ましい。中でも、耐熱性、耐水性、及び配線層との密着性を高度に満足させる観点から、トリアジン骨格含有フェノールノボラック硬化剤が好ましい。
フェノール系硬化剤及びナフトール系硬化剤の具体例としては、明和化成社製の「MEH-7700」、「MEH-7810」、「MEH-7851」、日本化薬社製の「NHN」、「CBN」、「GPH」、新日鉄住金社製の「SN170」、「SN180」、「SN190」、「SN475」、「SN485」、「SN495V」、「SN375」、「SN395」、DIC社製の「TD-2090」、「LA-7052」、「LA-7054」、「LA-1356」、「LA-3018-50P」、「EXB-9500」、「HPC-9500」、「KA-1160」、「KA-1163」、「KA-1165」、群栄化学社製の「GDP-6115L」、「GDP-6115H」等が挙げられる。
活性エステル系硬化剤としては、特に制限はないが、一般にフェノールエステル類、チオフェノールエステル類、N-ヒドロキシアミンエステル類、複素環ヒドロキシ化合物のエステル類等の反応活性の高いエステル基を1分子中に2個以上有する化合物が好ましく用いられる。当該活性エステル系硬化剤は、カルボン酸化合物及び/又はチオカルボン酸化合物とヒドロキシ化合物及び/又はチオール化合物との縮合反応によって得られるものが好ましい。特に耐熱性向上の観点から、カルボン酸化合物とヒドロキシ化合物とから得られる活性エステル系硬化剤が好ましく、カルボン酸化合物とフェノール化合物及び/又はナフトール化合物とから得られる活性エステル系硬化剤がより好ましい。カルボン酸化合物としては、例えば安息香酸、酢酸、コハク酸、マレイン酸、イタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ピロメリット酸等が挙げられる。フェノール化合物又はナフトール化合物としては、例えば、ハイドロキノン、レゾルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、フェノールフタリン、メチル化ビスフェノールA、メチル化ビスフェノールF、メチル化ビスフェノールS、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、カテコール、α-ナフトール、β-ナフトール、1,5-ジヒドロキシナフタレン、1,6-ジヒドロキシナフタレン、2,6-ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシベンゾフェノン、トリヒドロキシベンゾフェノン、テトラヒドロキシベンゾフェノン、フロログルシン、ベンゼントリオール、ジシクロペンタジエン型ジフェノール化合物、フェノールノボラック等が挙げられる。ここで、「ジシクロペンタジエン型ジフェノール化合物」とは、ジシクロペンタジエン1分子にフェノール2分子が縮合して得られるジフェノール化合物をいう。
具体的には、ジシクロペンタジエン型ジフェノール構造を含む活性エステル化合物、ナフタレン構造を含む活性エステル化合物、フェノールノボラックのアセチル化物を含む活性エステル化合物、フェノールノボラックのベンゾイル化物を含む活性エステル化合物が好ましく、中でもナフタレン構造を含む活性エステル化合物、ジシクロペンタジエン型ジフェノール構造を含む活性エステル化合物がより好ましい。「ジシクロペンタジエン型ジフェノール構造」とは、フェニレン-ジシクロペンチレン-フェニレンからなる2価の構造を表す。
活性エステル系硬化剤の市販品としては、ジシクロペンタジエン型ジフェノール構造を含む活性エステル化合物として、「EXB9451」、「EXB9460」、「EXB9460S」、「HPC-8000-65T」、「HPC-8000H-65TM」、「EXB-8000L-65TM」(DIC社製)、ナフタレン構造を含む活性エステル化合物として「EXB9416-70BK」(DIC社製)、フェノールノボラックのアセチル化物を含む活性エステル化合物として「DC808」(三菱ケミカル社製)、フェノールノボラックのベンゾイル化物を含む活性エステル化合物として「YLH1026」(三菱ケミカル社製)、フェノールノボラックのアセチル化物である活性エステル系硬化剤として「DC808」(三菱ケミカル社製)、フェノールノボラックのベンゾイル化物である活性エステル系硬化剤として「YLH1026」(三菱ケミカル社製)、「YLH1030」(三菱ケミカル社製)、「YLH1048」(三菱ケミカル社製)等が挙げられる。
ベンゾオキサジン系硬化剤の具体例としては、昭和高分子社製の「HFB2006M」、四国化成工業社製の「P-d」、「F-a」が挙げられる。
シアネートエステル系硬化剤としては、例えば、ビスフェノールAジシアネート、ポリフェノールシアネート、オリゴ(3-メチレン-1,5-フェニレンシアネート)、4,4’-メチレンビス(2,6-ジメチルフェニルシアネート)、4,4’-エチリデンジフェニルジシアネート、ヘキサフルオロビスフェノールAジシアネート、2,2-ビス(4-シアネート)フェニルプロパン、1,1-ビス(4-シアネートフェニルメタン)、ビス(4-シアネート-3,5-ジメチルフェニル)メタン、1,3-ビス(4-シアネートフェニル-1-(メチルエチリデン))ベンゼン、ビス(4-シアネートフェニル)チオエーテル、及びビス(4-シアネートフェニル)エーテル等の2官能シアネート樹脂、フェノールノボラック及びクレゾールノボラック等から誘導される多官能シアネート樹脂、これらシアネート樹脂が一部トリアジン化したプレポリマーなどが挙げられる。シアネートエステル系硬化剤の具体例としては、ロンザジャパン社製の「PT30」及び「PT60」(いずれもフェノールノボラック型多官能シアネートエステル樹脂)、「BA230」、「BA230S75」(ビスフェノールAジシアネートの一部又は全部がトリアジン化され三量体となったプレポリマー)等が挙げられる。
カルボジイミド系硬化剤の具体例としては、日清紡ケミカル社製の「V-03」、「V-07」等が挙げられる。
樹脂組成物が(E)成分を含有する場合、樹脂組成物中の硬化剤の含有量は特に限定されないが、樹脂組成物中の不揮発成分を100質量%としたとき、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは2質量%以下である。また、下限は特に制限はないが0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましい。
<(F)硬化促進剤>
本発明の樹脂組成物は、(F)硬化促進剤を含み得る。硬化促進剤としては、例えば、リン系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、グアニジン系硬化促進剤、金属系硬化促進剤等が挙げられ、リン系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、金属系硬化促進剤が好ましく、アミン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、金属系硬化促進剤がより好ましい。硬化促進剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
リン系硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、ホスホニウムボレート化合物、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、n-ブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラブチルホスホニウムデカン酸塩、(4-メチルフェニル)トリフェニルホスホニウムチオシアネート、テトラフェニルホスホニウムチオシアネート、ブチルトリフェニルホスホニウムチオシアネート等が挙げられ、トリフェニルホスフィン、テトラブチルホスホニウムデカン酸塩が好ましい。
アミン系硬化促進剤としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン等のトリアルキルアミン、4-ジメチルアミノピリジン、ベンジルジメチルアミン、2,4,6,-トリス(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)-ウンデセン等が挙げられ、4-ジメチルアミノピリジン、1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)-ウンデセンが好ましい。
イミダゾール系硬化促進剤としては、例えば、2-メチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-ウンデシルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加物、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2,3-ジヒドロ-1H-ピロロ[1,2-a]ベンズイミダゾール、1-ドデシル-2-メチル-3-ベンジルイミダゾリウムクロライド、2-メチルイミダゾリン、2-フェニルイミダゾリン等のイミダゾール化合物及びイミダゾール化合物とエポキシ樹脂とのアダクト体が挙げられ、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾールが好ましい。
イミダゾール系硬化促進剤としては、市販品を用いてもよく、例えば、三菱ケミカル社製の「P200-H50」等が挙げられる。
グアニジン系硬化促進剤としては、例えば、ジシアンジアミド、1-メチルグアニジン、1-エチルグアニジン、1-シクロヘキシルグアニジン、1-フェニルグアニジン、1-(o-トリル)グアニジン、ジメチルグアニジン、ジフェニルグアニジン、トリメチルグアニジン、テトラメチルグアニジン、ペンタメチルグアニジン、1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン、7-メチル-1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン、1-メチルビグアニド、1-エチルビグアニド、1-n-ブチルビグアニド、1-n-オクタデシルビグアニド、1,1-ジメチルビグアニド、1,1-ジエチルビグアニド、1-シクロヘキシルビグアニド、1-アリルビグアニド、1-フェニルビグアニド、1-(o-トリル)ビグアニド等が挙げられ、ジシアンジアミド、1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エンが好ましい。
金属系硬化促進剤としては、例えば、コバルト、銅、亜鉛、鉄、ニッケル、マンガン、スズ等の金属の、有機金属錯体又は有機金属塩が挙げられる。有機金属錯体の具体例としては、コバルト(II)アセチルアセトナート、コバルト(III)アセチルアセトナート等の有機コバルト錯体、銅(II)アセチルアセトナート等の有機銅錯体、亜鉛(II)アセチルアセトナート等の有機亜鉛錯体、鉄(III)アセチルアセトナート等の有機鉄錯体、ニッケル(II)アセチルアセトナート等の有機ニッケル錯体、マンガン(II)アセチルアセトナート等の有機マンガン錯体等が挙げられる。有機金属塩としては、例えば、オクチル酸亜鉛、オクチル酸錫、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸スズ、ステアリン酸亜鉛等が挙げられる。
樹脂組成物が(F)成分を含有する場合、樹脂組成物中の硬化促進剤の含有量は特に限定されないが、樹脂組成物中の不揮発成分を100質量%としたとき、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.03質量%以上、特に好ましくは0.05質量%以上であり、好ましくは3質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下、特に好ましくは1質量%以下である。
<(G)任意の添加剤>
樹脂組成物は、さらに必要に応じて、他の添加剤を含んでいてもよく、斯かる他の添加剤としては、例えば、無機充填材((C)成分に相当するものは除く)、熱可塑性樹脂、有機銅化合物、有機亜鉛化合物及び有機コバルト化合物等の有機金属化合物、並びに、バインダー、増粘剤、消泡剤、レベリング剤、密着性付与剤、及び着色剤等の樹脂添加剤等が挙げられる。
無機充填材は熱伝導率が20W/m・K未満の無機充填材である。無機充填材の材料としては、例えば、シリカ、ガラス、コーディエライト、シリコン酸化物、硫酸バリウム、炭酸バリウム、タルク、クレー、雲母粉、酸化亜鉛、ハイドロタルサイト、ベーマイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、窒化マンガン、ホウ酸アルミニウム、炭酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸ビスマス、酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、リン酸ジルコニウム、及びリン酸タングステン酸ジルコニウム等が挙げられる。
無機充填材の平均粒子径は、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.05μm以上、さらに好ましくは0.1μm以上であり、また、好ましくは5μm以下、より好ましくは2.5μm以下、さらに好ましくは2.2μm以下、特に好ましくは2μm以下である。
無機充填材としては、市販品を用いてもよく、例えば、アドマテックス社製「YC100C」、「YA050C」、「YA050C-MJE」、「YA010C」;電気化学工業社製「UFP-30」;トクヤマ社製「シルフィルNSS-3N」、「シルフィルNSS-4N」、「シルフィルNSS-5N」;アドマテックス社製「SC2500SQ」、「SO-C6」、「SO-C4」、「SO-C2」、「SO-C1」;等が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えばフェノキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、市販品を用いてもよく、例えば、三菱ケミカル社製の「YX7553BH30」、「YX7891BH30」、積水化学工業社製のKSシリーズ、新日本理化社製の「リカコートSN20」、「リカコートPN20」、三菱ガス化学社製の「OPE-2St 1200」等が挙げられる。
<樹脂組成物の物性>
本発明の樹脂組成物を180℃で90分間熱硬化させた硬化物は、通常、金属層との密着強度(ピール強度)に優れるという特性を示す。ピール強度としては、好ましくは0.4kgf/cm以上、より好ましくは0.45kgf/cm以上、さらに好ましくは0.5kgf/cm以上である。一方、ピール強度の上限値は特に限定されないが、2.0kgf/cm以下、1.5kgf/cm以下等とし得る。ピール強度の評価は、後述する実施例に記載の方法に従って測定することができる。
金属層としては、好ましくは銅を含む金属層であり、より好ましくは電解銅箔である。
本発明の樹脂組成物を180℃で90分間熱硬化させた硬化物は、通常、熱伝導率に優れるという特性を示す。熱伝導率としては、好ましくは1.5W/m・K以上、より好ましくは1.8W/m・K以上、さらに好ましくは2W/m・K以上である。熱伝導率の上限は特に限定されないが、5.0W/m・K以下、4.5W/m・K以下、又は4.0W/m・K以下とし得る。熱伝導率の評価は、後述する実施例に記載の方法に従って測定することができる。
本発明の樹脂組成物を180℃で90分間熱硬化させた硬化物は、通常、25℃における弾性率が低いという特性を示す。即ち弾性率が低い絶縁層をもたらす。弾性率は、好ましくは5GPa以下、より好ましくは3GPa以下、さらに好ましくは1.5GPa以下である。下限は0.1GPa以上等とし得る。弾性率は、後述する実施例に記載の方法に従って測定することができる。
本発明の樹脂組成物を180℃で90分間熱硬化させた硬化物は、通常、25℃における伸びが高いという特性を示す。即ち伸び率が高い絶縁層をもたらす。伸び率は、好ましくは4%以上、より好ましくは4.5%以上、さらに好ましくは5%以上である。上限は15%以下等とし得る。伸びは、後述する実施例に記載の方法に従って測定することができる。
本発明の樹脂組成物を180℃で90分間熱硬化させた硬化物は、通常、-50℃で30分間の処理及び60℃で30分間の処理を連続的に行うサーマルサイクル試験で良好な結果を示す。即ち低温であっても金属層との密着強度(ピール強度)に優れるという特性を示す。-50℃で30分間の処理及び60℃で30分間の処理を連続的に100サイクル行っても、金属層と絶縁層との間で剥離が見られない。
一般に、低温時では硬化物が収縮するので金属層と硬化物との間での密着強度が弱まると推測される。本発明の樹脂組成物は、柔軟性に優れる(A)成分に加えて(B-1)成分、及び(D)成分を含有する。その結果、低温時であっても伸び及び柔軟性に優れることから低温による収縮の影響が抑制され、低温での密着強度に優れる硬化物が得られるようになる。
本発明の樹脂組成物は、熱伝導率及び低温であっても密着強度に優れる絶縁層をもたらすことができる。したがって本発明の樹脂組成物は、半導体チップパッケージの絶縁層を形成するための樹脂組成物(半導体チップパッケージの絶縁層用樹脂組成物)、回路基板(プリント配線板を含む)の絶縁層を形成するための樹脂組成物(回路基板の絶縁層用樹脂組成物)として好適に使用することができる。また、本発明の樹脂組成物は、半導体チップを封止するための樹脂組成物(半導体チップ封止用樹脂組成物)、半導体チップに配線を形成するための樹脂組成物(半導体チップ配線形成用樹脂組成物)としても好適に使用することができる。さらに、本発明の樹脂組成物は、発熱体の接着に好適に使用することができる。即ち発熱体とヒートシンクとの接着層として好適に使用することができる。
前記の樹脂組成物の硬化物で形成された封止層又は絶縁層を適用できる半導体チップパッケージとしては、例えば、FC-CSP、MIS-BGAパッケージ、ETS-BGAパッケージ、Fan-out型WLP(Wafer Level Package)、Fan-in型WLP、Fan-out型PLP(Panel Level Package)、Fan-in型PLPが挙げられる。
さらに、前記の樹脂組成物は、樹脂シート、プリプレグ等のシート状積層材料、ソルダーレジスト、ダイボンディング材、穴埋め樹脂、アンダーフィル材、MUF(Molding Under Filling)の材料、部品埋め込み樹脂等、樹脂組成物が用いられる広範な用途に使用できる。
[樹脂シート]
本発明の樹脂シートは、支持体と、該支持体上に設けられた樹脂組成物層と、を有する。樹脂組成物層は、本発明の樹脂組成物を含む層であり、通常は、樹脂組成物で形成されている。
樹脂組成物層の厚さは、薄型化の観点から、好ましくは200μm以下、より好ましくは150μm以下、更に好ましくは100μm以下である。樹脂組成物層の厚さの下限は、特に限定されず、例えば、1μm以上、5μm以上、10μm以上、等でありうる。
支持体としては、例えば、プラスチック材料からなるフィルム、金属箔、離型紙が挙げられ、プラスチック材料からなるフィルム、金属箔が好ましい。
支持体としてプラスチック材料からなるフィルムを使用する場合、プラスチック材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(以下「PET」と略称することがある。)、ポリエチレンナフタレート(以下「PEN」と略称することがある。)等のポリエステル;ポリカーボネート(以下「PC」と略称することがある。);ポリメチルメタクリレート(以下「PMMA」と略称することがある。)等のアクリルポリマー;環状ポリオレフィン;トリアセチルセルロース(以下「TAC」と略称することがある。);ポリエーテルサルファイド(以下「PES」と略称することがある。);ポリエーテルケトン;ポリイミド;等が挙げられる。中でも、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートが好ましく、安価なポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。
支持体として金属箔を使用する場合、金属箔としては、例えば、銅箔、アルミニウム箔等が挙げられる。中でも、銅箔が好ましい。銅箔としては、銅の単金属からなる箔を用いてもよく、銅と他の金属(例えば、スズ、クロム、銀、マグネシウム、ニッケル、ジルコニウム、ケイ素、チタン等)との合金からなる箔を用いてもよい。
支持体は、樹脂組成物層と接合する面に、マット処理、コロナ処理、帯電抑制処理等の処理が施されていてもよい。
また、支持体としては、樹脂組成物層と接合する面に離型層を有する離型層付き支持体を使用してもよい。離型層付き支持体の離型層に使用する離型剤としては、例えば、アルキド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ウレタン樹脂、及びシリコーン樹脂からなる群から選択される1種以上の離型剤が挙げられる。離型剤の市販品としては、例えば、アルキド樹脂系離型剤としてのリンテック社製の「SK-1」、「AL-5」、「AL-7」;等が挙げられる。また、離型層付き支持体としては、例えば、東レ社製の「ルミラーT60」、帝人社製の「ピューレックス」、ユニチカ社製の「ユニピール」等が挙げられる。
支持体の厚みとしては、5μm~75μmの範囲が好ましく、10μm~60μmの範囲がより好ましい。なお、離型層付き支持体を使用する場合、離型層付き支持体全体の厚さが上記範囲であることが好ましい。
樹脂シートは、例えば、有機溶剤に樹脂組成物を溶解した樹脂ワニスを調製し、この樹脂ワニスを、ダイコーター等の塗布装置を用いて支持体上に塗布し、更に乾燥させて樹脂組成物層を形成させることにより、製造することができる。
有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)及びシクロヘキサノン等のケトン溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及びカルビトールアセテート等の酢酸エステル溶剤;セロソルブ及びブチルカルビトール等のカルビトール溶剤;トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素溶剤;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド(DMAc)及びN-メチルピロリドン等のアミド系溶剤;等を挙げることができる。有機溶剤は、1種類単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
乾燥は、加熱、熱風吹きつけ等の公知の方法により実施してよい。乾燥は、樹脂組成物層中の有機溶剤の含有量が、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下となるように行う。樹脂ワニス中の有機溶剤の沸点によっても異なるが、例えば30質量%~60質量%の有機溶剤を含む樹脂ワニスを用いる場合、50℃~150℃で3分間~10分間乾燥させることにより、樹脂組成物層を形成することができる。
樹脂シートは、必要に応じて、支持体及び樹脂組成物層以外の任意の層を含んでいてもよい。例えば、樹脂シートにおいて、樹脂組成物層の支持体と接合していない面(即ち、支持体とは反対側の面)には、支持体に準じた保護フィルムが設けられていてもよい。保護フィルムの厚さは、例えば、1μm~40μmである。保護フィルムにより、樹脂組成物層の表面へのゴミ等の付着やキズを抑制できる。樹脂シートが保護フィルムを有する場合、保護フィルムを剥がすことによって樹脂シートが使用可能となる。樹脂シートは、ロール状に巻きとって保存することが可能である。
樹脂シートにおける樹脂組成物層は、本発明の樹脂組成物を含む層であり、通常は、樹脂組成物で形成されている。よって、樹脂シートは、本発明の樹脂組成物と同様の用途として使用することができ、発熱体接着用樹脂シートとして特に好適に使用することができる。
[放熱デバイス]
本発明の放熱デバイスは、本発明の樹脂組成物の硬化物により形成された接着層を含む。この放熱デバイスの一実施形態としては、例えば、発熱体と、接着層と、ヒートシンクとをこの順で備える態様である。また一実施形態としては、ヒートシンクと、接着層と、ヒートシンクとを有し、接着層中に発熱体が埋め込まれている態様である。ヒートシンクとしては、放熱性を有するものであれば特に制限されない。
放熱デバイスとしては、例えば、LED、パワーモジュール、静電チャック等が挙げられる。
接着層の形成は、通常、樹脂シートと発熱体及びヒートシンクとを積層することによって行われる。この積層は、例えば、樹脂シートの保護フィルムを除去後、支持体側から樹脂シートを発熱体に加熱圧着することにより、発熱体に樹脂組成物層を貼り合わせることで、行うことができる。樹脂シートを発熱体に加熱圧着する部材(以下、「加熱圧着部材」ということがある。)としては、例えば、加熱された金属板(SUS鏡板等)又は金属ロール(SUSロール)等が挙げられる。なお、加熱圧着部材を樹脂シートに直接プレスするのではなく、発熱体の表面凹凸に樹脂シートが十分に追随するよう、耐熱ゴム等の弾性材を介してプレスするのが好ましい。
発熱体と樹脂シートとの積層は、例えば、真空ラミネート法により実施してよい。真空ラミネート法において、加熱圧着温度は、好ましくは60℃~160℃、より好ましくは80℃~140℃の範囲である。加熱圧着圧力は、好ましくは0.098MPa~1.77MPa、より好ましくは0.29MPa~1.47MPaの範囲である。加熱圧着時間は、好ましくは20秒間~400秒間、より好ましくは30秒間~300秒間の範囲である。積層は、好ましくは圧力13hPa以下の減圧条件下で実施する。
積層の後に、常圧下(大気圧下)、例えば、加熱圧着部材を支持体側からプレスすることにより、積層された樹脂シートの平滑化処理を行ってもよい。平滑化処理のプレス条件は、上記積層の加熱圧着条件と同様の条件とすることができる。なお、積層と平滑化処理は、真空ラミネーターを用いて連続的に行ってもよい。
積層の後に、樹脂シートの支持体を剥離し、発熱体と樹脂組成物層が積層された積層体の樹脂組成物層にヒートシンクが接合するように積層する。積層方法は上記したとおりである。
ヒートシンク上に樹脂組成物層を形成した後、樹脂組成物層を熱硬化して接着層を形成する。樹脂組成物層の熱硬化条件は、樹脂組成物の種類等によっても異なるが、硬化温度は通常120℃~240℃の範囲(好ましくは150℃~220℃の範囲、より好ましくは170℃~200℃の範囲)、硬化時間は通常5分間~120分間の範囲(好ましくは10分間~100分間、より好ましくは15分間~90分間)である。
樹脂組成物層を熱硬化させる前に、樹脂組成物層に対して、硬化温度よりも低い温度で加熱する予備加熱処理を施してもよい。例えば、樹脂組成物層を熱硬化させるのに先立ち、通常50℃以上120℃未満(好ましくは60℃以上110℃以下、より好ましくは70℃以上100℃以下)の温度にて、樹脂組成物層を、通常5分間以上(好ましくは5分間~150分間、より好ましくは15分間~120分間)、予備加熱してもよい。
以上のようにして、放熱デバイスを製造できる。接着層を形成する際、先に樹脂シートと発熱体とを積層する方法を記載したが、先に樹脂シートとヒートシンクとを積層させてもよい。
[回路基板]
本発明の回路基板は、本発明の樹脂組成物の硬化物により形成された絶縁層を含む。この回路基板は、例えば、下記の工程(1)及び工程(2)を含む製造方法によって、製造できる。
(1)基材上に、樹脂組成物層を形成する工程。
(2)樹脂組成物層を熱硬化して、絶縁層を形成する工程。
このような回路基板の製造方法の詳細は、特開2015-178620号公報の段落0053~0062の記載を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。
[半導体チップパッケージ]
本発明の第一実施形態に係る半導体チップパッケージは、上述した回路基板と、この回路基板に搭載された半導体チップとを含む。この半導体チップパッケージは、回路基板に半導体チップを接合することにより、製造できる。
回路基板と半導体チップとの接合条件は、半導体チップの端子電極と回路基板の回路配線とが導体接続できる任意の条件を採用できる。例えば、半導体チップのフリップチップ実装において使用される条件を採用できる。また、例えば、半導体チップと回路基板との間に、絶縁性の接着剤を介して接合してもよい。
接合方法の例としては、半導体チップを回路基板に圧着する方法が挙げられる。圧着条件としては、圧着温度は通常120℃~240℃の範囲、圧着時間は通常1秒間~60秒間の範囲である。また、半導体チップを回路基板にリフローして接合してもよい。
半導体チップを回路基板に接合した後、半導体チップをモールドアンダーフィル材で充填してもよい。このモールドアンダーフィル材として、上述した樹脂組成物を用いてもよく、また、上述した樹脂シートを用いてもよい。
本発明の第二実施形態に係る半導体チップパッケージは、半導体チップと、この半導体チップを封止する前記樹脂組成物の硬化物とを含む。このような半導体チップパッケージでは、通常、樹脂組成物の硬化物は封止層として機能する。第二実施形態に係る半導体チップパッケージとしては、例えば、Fan-out型WLPが挙げられる。
Fan-out型WLPのような半導体チップパッケージの製造方法は、
(A)基材に仮固定フィルムを積層する工程、
(B)半導体チップを、仮固定フィルム上に仮固定する工程、
(C)本発明の樹脂シートの樹脂組成物層を、半導体チップ上に積層、又は本発明の樹脂組成物を半導体チップ上に塗布し、熱硬化させて封止層を形成する工程、
(D)基材及び仮固定フィルムを半導体チップから剥離する工程、
(E)半導体チップの基材及び仮固定フィルムを剥離した面に再配線形成層(絶縁層)を形成する工程、
(F)再配線形成層(絶縁層)上に導体層(再配線層)を形成する工程、及び
(G)導体層上にソルダーレジスト層を形成する工程、を含む。また、半導体チップパッケージの製造方法は、(H)複数の半導体チップパッケージを個々の半導体チップパッケージにダイシングし、個片化する工程を含み得る。
このような半導体チップパッケージの製造方法の詳細は、国際公開第2016/035577号の段落0066~0081の記載を参酌することができ、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の第三実施形態に係る半導体チップパッケージは、例えば第二実施形態の半導体チップパッケージにおいて、再配線形成層又はソルダーレジスト層を、本発明の樹脂組成物の硬化物で形成した半導体チップパッケージである。
[半導体装置]
上述した半導体チップパッケージが実装される半導体装置としては、例えば、電気製品(例えば、コンピューター、携帯電話、スマートフォン、タブレット型デバイス、ウェラブルデバイス、デジタルカメラ、医療機器、及びテレビ等)及び乗物(例えば、自動二輪車、自動車、電車、船舶及び航空機等)等に供される各種半導体装置が挙げられる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の記載において、「部」及び「%」は、別途明示のない限り、それぞれ「質量部」及び「質量%」を意味する。
<ピール強度(密着強度)測定用サンプルの調製>
(1)内層回路基板の下地処理
内層回路を形成したガラス布基材エポキシ樹脂両面銅張積層板(銅箔の厚さ18μm、基板厚み0.3mm、パナソニック社製R5715ES)の両面をメック社製CZ8100に浸漬して銅表面の粗化処理を行った。
(2)樹脂シートの作製
実施例及び比較例で作製した樹脂ワニスをアルキド樹脂系離型剤(リンテック社製「AL-5」)で離型処理したPETフィルム(東レ社製「ルミラーR80」、厚み38μm、軟化点130℃、以下「離型PET」ということがある。)上に、乾燥後の樹脂組成物層の厚さが100μmとなるようにダイコーターにて塗布し、80℃~100℃(平均90℃)で7分間乾燥し樹脂シートを得た。
(3)樹脂シートのラミネート
作製した樹脂シートを、バッチ式真空加圧ラミネーター(ニッコー・マテリアルズ社製2ステージビルドアップラミネーター「CVP700」)を用いて、樹脂組成物層が内層回路基板と接合するように、内層回路基板の両面に積層した。積層は、30秒間減圧して気圧を13hPa以下とした後、120℃、圧力0.74MPaにて30秒間圧着させることにより実施した。次いで、120℃、圧力0.5MPaにて60秒間熱プレスを行った。
(4)金属層(銅箔)とのラミネート
その後、支持体を剥離し、露出した樹脂組成物層の表面に、樹脂組成物層と電解銅箔の粗化面とが接合するように、電解銅箔(JX日鉱日石金属社製「JTCP」、厚み35μm、粗化面の最大高さ(Rz:JIS B0601-2001):6μm)を積層した。次いで、上記ラミネーター装置を用いて、同条件にて積層した。
(5)樹脂組成物の硬化
積層後、180℃、90分の硬化条件で樹脂組成物層を硬化した。このようにしてピール強度測定用サンプルを得た。
<銅箔の引き剥がし強さ(ピール強度)の測定及び評価>
ピール強度測定用サンプルの電解銅箔に、幅10mm、長さ100mmの部分の切込みをいれ、この一端を剥がしてつかみ具(ティー・エス・イー社製のオートコム型試験機「AC-50C-SL」)で掴み、室温中にて、50mm/分の速度で垂直方向に20mmを引き剥がした時の荷重(kgf/cm)を測定し、ピール強度を求めた。
<硬化物の熱伝導率の測定>
(1)硬化物試料の調製
実施例及び比較例で作製した樹脂ワニスを離型PET上に、乾燥後の樹脂組成物層の厚さが100μmとなるようにダイコーターにて塗布し、80℃~100℃(平均90℃)で7分間乾燥し樹脂シートを得た。
作製した樹脂シートを、バッチ式真空加圧ラミネーター(ニッコー・マテリアルズ社製2ステージビルドアップラミネーター「CVP700」)を用いて、樹脂組成物層を3枚重ね合わせた後、180℃、90分の硬化条件で樹脂組成物層を硬化し、試料を得た。ラミネートは、30秒間減圧して気圧を13hPa以下とし、その後20秒間、120℃、圧力0.4MPaでプレスすることにより硬化物試料を得た。
(2)熱拡散率αの測定
硬化物試料について、該硬化物試料の厚さ方向の熱拡散率α(m2/s)を、ai-Phase社製「ai-Phase Mobile 1u」を用いて温度波分析法により測定した。同一試料について3回測定を行い、平均値を算出した。
(3)比熱容量Cpの測定
硬化物試料について、示差走査熱量計(SIIナノテクノロジー社製「DSC7020」)を用いて、-40℃から80℃まで10℃/分で昇温し、測定することにより、硬化物試料の25℃での比熱容量Cp(J/kg・K)を算出した。
(4)密度ρの測定
硬化物試料の密度(kg/m3)を、メトラー・トレド社製分析天秤XP105(比重測定キット使用)を用いて測定した。
(5)熱伝導率λの算出
上記(2)乃至(4)で得られた熱拡散率α(m2/s)、比熱容量Cp(J/kg・K)、及び密度ρ(kg/m3)を下記式(I)に代入して、熱伝導率λ(W/m・K)を算出した。
λ=α×Cp×ρ (I)
<硬化物の弾性率および伸びの測定>
実施例及び比較例で調製した樹脂ワニスを、離型PTFEフィルム(アフレックス50N:旭硝子社製)上にバーコーターを用いて塗布し、180℃90分にて硬化した。硬化体の厚みは100μmであった。その後、PTFEフィルムを剥離した。日本工業規格(JIS K7161)に準拠し、温度25℃(室温)、引っ張り速度50mm/分にてテンシロン万能試験機(エー・アンド・デイ社製)を用いて引っ張り試験を行い、弾性率及び伸びを測定した。
<サーマルサイクル試験>
ピール強度測定用サンプルと同様の方法で評価基板を作製し、10cm角に切り出した。小型冷熱衝撃装置(エスペック社製「TSE-11」)を用いて、-50℃で30分間の処理a及び60℃で30分間の処理bを連続的に行う処理を1サイクルとしてこれを100サイクル行うサーマルサイクル試験を行った。その後銅箔の状態を確認し、剥離が見られなかったものを○、剥離が見られたものは×として評価した。
<合成例1:エラストマー1の合成>
反応容器にG-3000(2官能性ヒドロキシル基末端ポリブタジエン、数平均分子量=5047(GPC法)、ヒドロキシル基当量=1798g/eq.、固形分100質量%:日本曹達社製)50gと、イプゾール150(芳香族炭化水素系混合溶媒:出光石油化学社製)23.5g、ジブチル錫ラウレート0.005gを混合し均一に溶解させた。均一になったところで50℃に昇温し、更に撹拌しながら、トルエン-2,4-ジイソシアネート(イソシアネート基当量=87.08g/eq.)4.8gを添加し約3時間反応を行った。次いで、この反応物を室温まで冷却してから、これにベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(酸無水物当量=161.1g/eq.)9.2gと、トリエチレンジアミン0.07gと、エチルジグリコールアセテート(ダイセル社製)40.4gを添加し、攪拌しながら130℃まで昇温し、約4時間反応を行った。FT-IRより2250cm-1のNCOピークの消失の確認を行った。NCOピーク消失の確認をもって反応の終点とみなし、反応物を室温まで降温してから100メッシュの濾布で濾過して、イミド構造、ウレタン構造、及びポリブタジエン構造を有するエラストマー1(不揮発分50質量%)を得た。数平均分子量は21000であった。
<合成例2:エラストマー2の合成>
反応容器にポリカーボネートジオール(数平均分子量:約2,000、水酸基当量:1000g/eq、固形分:100%、クラレ社製「C-2015N」)80gとジブチル錫ジラウレート0.01gを、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート(沸点:217℃、ダイセル社製「エチルジグリコールアセテート」)37.6g中に均一に溶解させた。次いで、該混合物を50℃に昇温し、さらに撹拌しながら、トルエン-2,4-ジイソシアネート(イソシアネート基当量:87.08g/eq)13.9gを添加し、約3時間反応を行った。次いで、この反応物を室温まで冷却してから、これにベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(酸無水物当量:161.1g/eq)14.3g、トリエチレンジアミン0.11g、およびジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート(沸点:217℃、(株)ダイセル製「エチルジグリコールアセテート」)70.5gを添加し、撹拌しながら130℃まで昇温し、約4時間反応を行った。FT-IRより2250cm-1のNCOピークの消失の確認を行った。NCOピーク消失の確認をもって反応の終点とみなし、反応物を室温まで降温してから、目開きが100メッシュの濾布で濾過して、イミド構造、ウレタン構造およびポリカーボネート構造を有するエラストマー2(不揮発性分50質量%)を得た。数平均分子量は11500であった。
<熱伝導性フィラーの平均粒子径の測定>
20mlのバイアル瓶に、熱伝導性フィラー0.01g、ノニオン系分散剤(日本油脂社製「T208.5」)0.2g、純水10gを加え、超音波洗浄機にて10分間超音波分散を行い、サンプルを調製した。次いでレーザー回折式粒子径分布測定装置(島津製作所社製「SALD2200」)にサンプルを投入し、循環させながら超音波を10分間照射した。その後、超音波を止め、サンプルの循環を維持したまま粒度分布の測定を行い、熱伝導性フィラーの平均粒子径を求めた。なお、測定時の屈折率は1.45-0.001iに設定した。
<熱伝導性フィラーの比表面積の測定>
比表面積は、自動比表面積測定装置(マウンテック社製「Macsorb HM-1210」)を用い、窒素BET法により求めた。
<使用した熱伝導性フィラー>
アルミナ1:平均粒子径及び比表面積の異なるアルミナの混合物、平均粒子径3μm、比表面積1.5m2/g、信越化学工業社製「KBM573」(N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン)で表面処理したもの
アルミナ2:平均粒子径及び比表面積の異なるアルミナの混合物、平均粒子径3μm、比表面積1.5m2/g、信越化学工業社製「KBM5783」(N-フェニル-3-アミノオクチルトリメトキシシラン)で表面処理したもの
<実施例1>
エラストマー1(固形分50質量%、数平均分子量21000)14部、高反発弾性エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製「YX7400」、エポキシ当量418g/eq)8部、超可撓性エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製「YX7105」、エポキシ当量484g/eq)5部、アルミナ1を180部、固体状ナフトール系硬化剤(新日鉄住金化学社製「SN485」、水酸基当量215g/eq、固形分50%のMEK溶液)4部、ゴム粒子(ガンツ化成社製「スタフィロイドAC3816N」)6部、硬化促進剤(4-ジメチルアミノピリジン(DMAP)、固形分5質量%のMEK溶液)3部、メチルエチルケトン30部を混合し、高速回転ミキサーで均一に分散して、樹脂ワニスを作製した。
<実施例2>
実施例1において、ゴム粒子(ガンツ化成社製「スタフィロイドAC3816N」)の量を6部から4部に変えた。以上の事項以外は実施例1と同様にして樹脂ワニスを作製した。
<実施例3>
実施例1において、エラストマー1(固形分50質量%、数平均分子量21000)14部を、エラストマー2(固形分50質量%、数平均分子量11500)14部に変えた。以上の事項以外は実施例1と同様にして樹脂ワニスを作製した。
<実施例4>
実施例1において、アルミナ1の量を180部から150部に変えた。以上の事項以外は実施例1と同様にして樹脂ワニスを作製した。
<実施例5>
実施例1において、アルミナ1 180部を、アルミナ2 180部に変えた。以上の事項以外は実施例1と同様にして樹脂ワニスを作製した。
<実施例6>
実施例1において、
1)高反発弾性エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製「YX7400」、エポキシ当量440g/eq)の量を8部から6部に変え、
2)ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(DIC社製「HP-7200H」、エポキシ当量280g/eq、固形分75%のMEK溶液)2.7部を加えた。
以上の事項以外は実施例1と同様にして樹脂ワニスを作製した。
<実施例7>
実施例1において、
1)高反発弾性エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製「YX7400」、エポキシ当量440g/eq)の量を8部から5部に変え、
2)超可撓性エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製「YX7105」、エポキシ当量480g/eq)の量を5部から4部に変え、
3)ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(DIC社製「HP-7200H」、エポキシ当量280g/eq、固形分75%のMEK溶液)5.3部を加えた。
以上の事項以外は実施例1と同様にして樹脂ワニスを作製した。
<実施例8>
実施例1において、ゴム粒子(ガンツ化成社製「スタフィロイドAC3816N」)6部を、ゴム粒子(コアシェル型ゴム粒子(アイカ工業社製「IM401-改7-17」、コアはポリブタジエン、シェルはスチレン・ジビニルベンゼン共重合体)6部に変えた。以上の事項以外は実施例1と同様にして樹脂ワニスを作製した。
<比較例1>
実施例1において、ゴム粒子(ガンツ化成社製「スタフィロイドAC3816N」)6部を含有させなかった。以上の事項以外は実施例1と同様にして樹脂ワニスを作製した。
<比較例2>
実施例1において、
1)ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(DIC(株)製「HP-7200H」、エポキシ当量280g/eq、固形分75%のMEK溶液)17.3部加え、
2)高反発弾性エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製「YX7400」、エポキシ当量440g/eq)8部、及び超可撓性エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製「YX7105」、エポキシ当量480g/eq)5部を含有させなかった。
以上の事項以外は実施例1と同様にして樹脂ワニスを作製した。
<比較例3>
実施例1において、エラストマー1(固形分50質量%、数平均分子量21000)14部を、フェノキシ樹脂(三菱ケミカル社製「YX7553BH30」、固形分30質量%のシクロヘキサノン:メチルエチルケトン(MEK)の1:1溶液)23部に変えた。以上の事項以外は実施例1と同様にして樹脂ワニスを作製した。
下記表中の略語等は以下のとおりである。
エラストマー1:合成例1で製造したエラストマー
エラストマー2:合成例2で製造したエラストマー
YX7400:高反発弾性エポキシ樹脂、エポキシ当量418g/eq、三菱ケミカル社製
YX7105:超可撓性エポキシ樹脂、エポキシ当量484g/eq、三菱ケミカル社製
HP-7200H:ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、エポキシ当量280g/eq、DIC社製
アルミナ1:平均粒子径及び比表面積の異なるアルミナの混合物、平均粒子径3μm、比表面積1.5m2/g、信越化学工業社製「KBM573」(N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン)で表面処理したもの
アルミナ2:平均粒子径及び比表面積の異なるアルミナの混合物、平均粒子径3μm、比表面積1.5m2/g、信越化学工業社製「KBM5783」(N-フェニル-3-アミノオクチルトリメトキシシラン)で表面処理したもの
SN485:固体状ナフトール系硬化剤、水酸基当量215g/eq、新日鉄住金化学社製
AC3816N:ゴム粒子、ガンツ化成社製
IM401-改7-17:コアシェル型ゴム粒子(アイカ工業社製「IM401-改7-17」、コアはポリブタジエン、シェルはスチレン・ジビニルベンゼン共重合体)
DMAP:硬化促進剤、4-ジメチルアミノピリジン、固形分5質量%のMEK溶液
YX7553BH30:フェノキシ樹脂、三菱ケミカル社製、固形分30質量%のシクロヘキサノン:メチルエチルケトン(MEK)の1:1溶液
(A)成分の含有量:樹脂成分を100質量%としたときの含有量(質量%)。
x/y:(B-1)成分の含有量/樹脂組成物中に含まれる全エポキシ樹脂の合計量
(C)成分の含有量:樹脂組成物の不揮発成分を100質量%としたときの含有量(質量%)。
実施例1~8における(A)~(D)成分を含有する樹脂組成物から形成された絶縁層は、熱伝導率及び金属層(導体層)に対するピール強度に優れることがわかる。また、実施例1~8は、伸びが高いことから、柔軟性も向上しており、弾性率が低いことから反りの発生も抑制されていることが分かる。さらに、実施例1~8はTCT試験が良好な結果であることから、低温での密着強度も向上していることがわかる。
一方、(D)成分を含まない比較例1は、伸び及びTCT試験が実施例1~8と比較して劣っていることがわかる。
(A)又は(B-1)成分を含有しない比較例2~3は、ピール強度、伸び及びTCT試験が実施例1~8と比較して劣っていることがわかる。
(E)及び(F)成分を含有しない場合であっても、程度に差はあるものの上記実施例と同様の結果に帰着することを確認している。