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JP2019052258A - 多価ヒドロキシ樹脂、その製造方法、エポキシ樹脂用硬化剤、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物、その硬化物、半導体封止材および積層板 - Google Patents

多価ヒドロキシ樹脂、その製造方法、エポキシ樹脂用硬化剤、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物、その硬化物、半導体封止材および積層板 Download PDF

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JP2019052258A
JP2019052258A JP2017177966A JP2017177966A JP2019052258A JP 2019052258 A JP2019052258 A JP 2019052258A JP 2017177966 A JP2017177966 A JP 2017177966A JP 2017177966 A JP2017177966 A JP 2017177966A JP 2019052258 A JP2019052258 A JP 2019052258A
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polyvalent hydroxy
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resin
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JP2017177966A
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English (en)
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健児 生山
Kenji Ikuyama
健児 生山
祐介 上井
Yusuke Uei
祐介 上井
幸雄 阿部
Yukio Abe
幸雄 阿部
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Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

【課題】エポキシ樹脂用硬化剤として用いたときに、低弾性率で耐熱性および密着性に優れた硬化物が得られる多価ヒドロキシ樹脂の提供。【解決手段】式(1)で表される構成単位と式(2)で表される構成単位とを有し、式(m2)で表される化合物を含みまたは含まず、式(2)で表される構成単位と式(m2)で表される化合物との合計の含有量が20〜50質量%であり、式(m2)で表される化合物の含有量が10質量%以下であり、軟化点が50〜100℃である多価ヒドロキシ樹脂。R1は水素原子、メチル基、水酸基またはアリル基を示し、q、r、s、tおよびuはそれぞれ独立に0または1を示し、nは1〜15の整数を示し、R4は炭素数10〜25の直鎖または分岐状の炭化水素基を示し、mおよびnはそれぞれ独立に0または1を示し、Xは水素原子または水酸基を示し、Yは水素原子またはメチル基を示す。[化1]【選択図】なし

Description

本発明は、多価ヒドロキシ樹脂、その製造方法、エポキシ樹脂用硬化剤、エポキシ樹脂組成物、その硬化物、エポキシ樹脂、半導体封止材および積層板に関する。
近年スマートフォン、パソコン、タブレット等に代表されるように、電子機器の小型化・薄型化が進み、それに伴い、電子部品の高密度化、高集積化、高密度実装化が加速している。また、その中で使用される半導体装置は、配線ピッチの狭小化による高密度化の傾向が著しく、環境側面より鉛フリーの高融点はんだが増加してきている。また、半導体装置の実装方法も、回路基板上に半導体素子を直接搭載するBGA等の表面実装方式が主流になってきている。その中でフェノール樹脂は、エポキシ樹脂の優れた硬化剤として強度、耐熱性を有し、電子材料用途に広く使用されている。
電子機器に使用される高密度実装対応のプリント配線板や封止材は、従来にも増して、薄型化、小型化かつ高密度化の傾向にあり、薄型化や片面封止等に伴う反りが課題となっている。この課題に対して、エポキシ樹脂に特定のフェノール樹脂系硬化剤を組合わせたエポキシ樹脂組成物が提案されている(特許文献1)。
しかし、特許文献1に記載のエポキシ樹脂の硬化物は高弾性率であり、柔軟性に乏しく脆いため、高温高湿といった過酷な条件下でクラックが生じ易い。また、金属等の他材への密着性が弱く、硬化物表面に配線が設けられたときに配線剥離が生じ易い。
樹脂材料を低弾性率化する手法としては一般的にゴム成分の配合が効果的である(たとえば特許文献2)。
しかし、ゴム成分は極性が低く、他樹脂成分と相溶しにくい。そのため、相溶しない樹脂組成物の硬化系では、均一硬化しにくく、海島構造となり、硬化物性に局所的に差が生じる懸念がある。
長鎖炭化水素基を有するフェノール樹脂が提案されている(たとえば特許文献3〜5)。特許文献3〜5では、このフェノール樹脂は、硬化剤により硬化物とされている。硬化剤としてはヘキサメチレンテトラミン等が推奨されている。
しかし、ヘキサメチレンテトラミンを用いてフェノール樹脂を硬化させる際にはガスが発生する。封止材用途や基板材料用途においては、硬化時にガスが発生する材料は使用が困難である。
長鎖炭化水素基を有するフェノール樹脂をエポキシ樹脂用硬化剤として用いることが提案されている(特許文献6)。
しかし、特許文献6のフェノール樹脂を用いてエポキシ樹脂を硬化させた硬化物の耐熱性、低弾性率、密着性のバランスは十分ではない。たとえば樹脂構造中の長鎖炭化水素基の含有量が高い場合には、得られる硬化物は低弾性率であるものの耐熱性が低い。
特開2013−209442号公報 特開2013−256615号公報 特開2007−2032号公報 特開2007−269843号公報 特開2013−209439号公報 特開2015−89940号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、エポキシ樹脂用硬化剤として用いたときに、低弾性率で耐熱性および密着性に優れた硬化物が得られる多価ヒドロキシ樹脂およびその製造方法、ならびに上記多価ヒドロキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂用硬化剤、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物、その硬化物、半導体封止材および積層板を提供することを目的とする。
本発明は、以下の態様を有する。
〔1〕下記式(1)で表される構成単位と下記式(2)で表される構成単位とを有し、下記式(m2)で表される化合物を含みまたは含まず、
前記式(2)で表される構成単位と前記式(m2)で表される化合物との合計の含有量が20〜50質量%であり、前記式(m2)で表される化合物の含有量が10質量%以下であり、軟化点が50〜100℃である多価ヒドロキシ樹脂。
Figure 2019052258
[式中、Arはベンゼン環またはナフタレン環を示し、Rは下記式(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)または(r6)で表される基を示し、Rは水素原子、メチル基、水酸基またはアリル基を示し、q、r、s、tおよびuはそれぞれ独立に0または1を示し、q、r、s、tおよびuのうち少なくとも1つは1であり、nは1〜15の整数を示し、
は炭素数10〜25の直鎖または分岐状の炭化水素基を示し、mおよびnはそれぞれ独立に0または1を示し、Xは水素原子または水酸基を示し、Yは水素原子またはメチル基を示す。]
Figure 2019052258
〔2〕質量平均分子量が1000〜5000である〔1〕の多価ヒドロキシ樹脂。
〔3〕150℃における溶融粘度が0.1P〜6Pである〔1〕または〔2〕の多価ヒドロキシ樹脂。
〔4〕〔1〕〜〔3〕のいずれかの多価ヒドロキシ樹脂の製造方法であって、
少なくとも2種のフェノール成分の一部と、ホルムアルデヒドとを塩基性触媒の存在下で反応させて第1の反応生成物を得る第1工程と、
前記少なくとも2種のフェノール成分の残部と、前記第1の反応生成物とを酸性触媒の存在下で反応させて多価ヒドロキシ樹脂を得る第2工程と、を有し、
前記少なくとも2種のフェノール成分は、下記式(m1)で表される化合物と前記式(m2)で表される化合物とを含み、
前記式(m2)で表される化合物の全量は、前記第1工程で反応させ、
前記式(m1)で表される化合物の少なくとも一部は、前記第2工程で反応させる、多価ヒドロキシ樹脂の製造方法。
Figure 2019052258
[式中、Ar、R、Rおよびnはそれぞれ前記と同義であり、
およびRはそれぞれ独立に、水素原子またはメチル基を示す。]
〔5〕前記式(m1)で表される化合物の全量のうち、2核体の含有量が3質量%以下である〔4〕の多価ヒドロキシ樹脂の製造方法。
〔6〕前記第1工程で反応させるホルムアルデヒドの量が、前記式(m2)で表される化合物に対して10〜80質量%であり、
前記少なくとも2種のフェノール成分における前記式(m1)で表される化合物:前記式(m2)で表される化合物の質量比が50:50〜80:20である〔4〕または〔5〕の多価ヒドロキシ樹脂の製造方法。
〔7〕〔1〕〜〔3〕のいずれかの多価ヒドロキシ樹脂からなるエポキシ樹脂用硬化剤。
〔8〕〔1〕〜〔3〕のいずれかの多価ヒドロキシ樹脂の水酸基の少なくとも一部がエポキシ化されたエポキシ樹脂。
〔9〕エポキシ樹脂と、〔7〕のエポキシ樹脂用硬化剤とを含有するエポキシ樹脂組成物。
〔10〕〔9〕のエポキシ樹脂組成物を硬化した硬化物。
〔11〕〔10〕の硬化物を含む半導体封止材。
〔12〕繊維質基材と〔10〕の硬化物とを含む積層板。
本発明によれば、エポキシ樹脂用硬化剤として用いたときに、低弾性率で耐熱性および密着性に優れた硬化物が得られる多価ヒドロキシ樹脂およびその製造方法、ならびに上記多価ヒドロキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂用硬化剤、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物、その硬化物、半導体封止材および積層板を提供できる。
<多価ヒドロキシ樹脂>
本発明の多価ヒドロキシ樹脂は、下記式(1)で表される構成単位(以下、構成単位(1)ともいう。)と、下記式(2)で表される構成単位(以下、構成単位(2)ともいう。)とを有する。本発明の多価ヒドロキシ樹脂は、構成単位(1)および構成単位(2)以外の他の構成単位をさらに有していてもよい。「構成単位」は、重合体を構成する単位を示す。
Figure 2019052258
[式中、Arはベンゼン環またはナフタレン環を示し、Rは下記式(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)または(r6)で表される基を示し、Rは水素原子、メチル基、水酸基またはアリル基を示し、q、r、s、tおよびuはそれぞれ独立に0または1を示し、q、r、s、tおよびuのうち少なくとも1つは1であり、nは1〜15の整数を示し、
は炭素数10〜25の直鎖または分岐状の炭化水素基を示し、mおよびnはそれぞれ独立に0または1を示し、Xは水素原子または水酸基を示し、Yは水素原子またはメチル基を示す。]
Figure 2019052258
上記各式中、「−*」は結合手を示す。
式(1)中の6つの結合手のうち少なくとも1つは他の構成単位(別の構成単位(1)、構成単位(2)等)に結合し、式(2)中の3つの結合手のうち少なくとも1つは他の構成単位(別の構成単位(2)、構成単位(1)等)に結合する。各式中の結合手のうち、他の構成単位に結合しない結合手は、水素原子に結合する。
ただし、構成単位(1)中のArと構成単位(2)中のベンゼン環とはメチレン基を介して結合し、直接結合しない。また、同一分子中に2以上の構成単位(1)を有し、構成単位(1)同士が直接結合している場合、各構成単位(1)中のArはメチレン基を介して結合し、直接結合しない。同様に、同一分子中に2以上の構成単位(2)を有し、構成単位(2)同士が直接結合している場合、各構成単位(2)中のベンゼン環はメチレン基を介して結合し、直接結合しない。
つまり、式(1)中のArから伸びる結合手は、他の構成単位(別の構成単位(1)、mおよびnの少なくとも一方が1である構成単位(2)等)のメチレン基に結合するか、または水素原子に結合する。式(1)中のメチレン基から伸びる結合手は、他の構成単位の芳香環(構成単位(2)のベンゼン環、別の構成単位(1)のAr等)に結合するか、または水素原子に結合する。
式(2)中のベンゼン環から伸びる結合手は、他の構成単位(構成単位(1)、mおよびnの少なくとも一方が1である別の構成単位(2)等)のメチレン基に結合するか、または水素原子に結合する。
式(1)中のq(またはr、またはs、またはt、またはu)が0である場合、−(CH−*(または−(CH−*、または−(CH−*、または−(CH−*、または−(CH−*)は、Arから伸びる結合手と同様の結合手(−*)を示す。すなわち、他の構成単位のメチレン基に結合するか、または水素原子に結合する。
式(1)中のq(またはr、またはs、またはt、またはu)が0である場合、−(CH−*(または−(CH−*、または−(CH−*、または−(CH−*、または−(CH−*)は、メチレン基から伸びる結合手と同様の結合手(−*)を示す。すなわち、他の構成単位の芳香環に結合するか、または水素原子に結合する。
q、r、s、tおよびuのうち少なくとも1つは1である。つまりメチレン基から延びる結合手は少なくとも1つ存在する。また、メチレン基から延びる結合手の少なくとも1つは他の構成単位に結合し、−(CH−*、−(CH−*、−(CH−*、−(CH−*、および−(CH−*が全て水素原子に結合することはない。
式(2)中のm(またはn)が0である場合、−(CH−*(または−(CH−*)は、ベンゼン環から伸びる結合手と同様の結合手(−*)を示す。すなわち、他の構成単位のメチレン基に結合するか、または水素原子に結合する。
式(2)中のm(またはn)が1である場合、−(CH−*(または−(CH−*)はメチレン基であり、その結合手は、他の構成単位の芳香環に結合するか、または水素原子に結合してメチル基を形成する。ただし、mおよびnの両方が1である場合、−(CH−*および−(CH−*の少なくとも一方は他の構成単位のベンゼン環に結合する。つまり式(2)中のベンゼン環にメチル基が2個結合することはない。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂には、非重合体が含まれていてもよい。たとえば、多価ヒドロキシ樹脂の製造に用いた原料(フェノール類等)が残存していてもよい。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂は、典型的には、下記式(m1)で表される化合物(以下、化合物(m1)ともいう。)と下記式(m2)で表される化合物(以下、化合物(m2)ともいう。)とを含む少なくとも2種のフェノール成分と、ホルムアルデヒドとの反応生成物である。つまり、上記少なくとも2種のフェノール成分をホルムアルデヒドで重縮合させた重縮合体である。
フェノール成分は、化合物(m1)および化合物(m2)以外の他のフェノール成分をさらに含んでいてもよい。
Figure 2019052258
[式中、Ar、R、R、n、R、およびXはそれぞれ前記と同義であり、
、R、およびYはそれぞれ独立に、水素原子またはメチル基を示す。]
本発明の多価ヒドロキシ樹脂は、化合物(m2)を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。多価ヒドロキシ樹脂が化合物(m2)を含む場合、この化合物(m2)は、典型的には、多価ヒドロキシ樹脂の製造時に反応せずに残存したものである。フェノール成分とホルムアルデヒドとの反応(重縮合)の際には、未反応の化合物(m2)が残ることがある。化合物(m2)は沸点が高く、蒸留では除去できずに多価ヒドロキシ樹脂中に残存しやすい。
(構成単位(1))
構成単位(1)は、硬化物の耐熱性の向上に寄与する。
上記式(1)中、(n+1)個のRはそれぞれ同じであってもよく異なっていてもよい。q、r、s、tも同様である。nが2以上である場合、n個のRはそれぞれ同じであってもよく異なっていてもよい
nの平均値は1〜20が好ましく、1〜15がより好ましい。
Rとしては、原料の入手のしやすさ、コストの点で、上記式(r1)で表される基が好ましい。
構成単位(1)は化合物(m1)に由来する。
化合物(m1)としては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、下記式(i)で表される1価または2価のフェノール成分と架橋剤との反応生成物(以下、フェノール樹脂(I)ともいう。)等が挙げられる。フェノール樹脂(I)である場合、式(m1)中のRは架橋剤に由来する架橋基である。
Figure 2019052258
[式中、R〜Rはそれぞれ前記と同義である。]
1価のフェノール成分(式(i)中のRが水素原子、メチル基、またはアリル基である化合物)としては、フェノール、オルソクレゾール、パラクレゾール、メタクレゾール、アリルフェノール、エチルフェノール、プロピルフェノール、オクチルフェノール、ノニルフェノール、1−ナフトール、2−ナフトール等が挙げられる。
2価のフェノール成分(式(i)中のRが水酸基である化合物)としては、ハイドロキノン、レゾルシン、カテコール、ナフタレンジオール類等が挙げられる。
架橋剤としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、パラヒドロキシベンズアルデヒド、パラキシリレングリコール、パラキシリレングリコールジメチルエーテル、ジビニルベンゼン、ジイソプロペニルベンゼン、ジメトキシメチルビフェニル類、ジビニルビフェニル、ジイソプロペニルビフェニル類、ビスクロロメチルビフェニル、パラキシリレンジクロライド等が挙げられる。
フェノール樹脂(I)の具体例としては、フェノールノボラック、オルソクレゾールノボラック、アリルフェノールノボラック、ナフトールノボラック、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェニルメタン型フェノールノボラック等が挙げられる。
フェノール樹脂(I)は市販のものを用いてもよく公知の製造方法により製造したものを用いてもよい。フェノール樹脂(I)は、1価または2価のフェノール成分と架橋剤とを反応させることよにより製造できる。上記反応は、常法により実施できる。
フェノール樹脂(I)の質量平均分子量(Mw)は、200〜5000が好ましく、300〜4000がより好ましい。Mwが上記下限値以上であると、得られる樹脂が低粘度となり、得られる硬化物が低弾性率に優れ、上記上限値以下であると、得られる硬化物が耐熱性に優れる。
Mwは、標準物質をポリスチレンとしたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
多価ヒドロキシ樹脂の製造に用いられる化合物(m1)の全量のうち、2核体の含有量は、3質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましい。下限は特に限定されず、0質量%であってもよい。2核体の含有量が上記上限値以下であれば、多価ヒドロキシ樹脂中の4核体以上の多核体の含有量が十分に多くなり、硬化物の耐熱性がより優れる。
2核体とは、芳香環を2つ有する化合物である。2核体としては、たとえば上記式(m1)中のnが1であり、Rが式(r1)、(r2)または(r6)で表される基である化合物が挙げられる。
(構成単位(2))
構成単位(2)は、化合物(m2)に由来する構成単位であり、硬化物の低弾性率化および密着性の向上に寄与する。
式(2)中、Rは炭素数10〜25の直鎖または分岐状の炭化水素基である。炭素数が10以上であれば、多価ヒドロキシ樹脂の溶融粘度を低くしやすく、また低弾性率および高密着性の硬化物を得やすい。炭素数が25以下であれば、硬化物の耐熱性が優れる。
上記炭化水素基の炭素数は10〜25が好ましく、15〜20がより好ましい。
上記炭化水素基は、飽和炭化水素基でもよく、不飽和結合(炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合等)を有する不飽和炭化水素基でもよい。不飽和炭化水素基に含まれる不飽和結合の数は1つでも2つ以上でもよい。
上記炭化水素基の具体例としては、−(CH14CH、−(CHCH=CH(CHCH、−(CHCH=CHCHCH=CH(CHCH、−(CHCH=CHCHCH=CHCH=CHCH、−(CHCH=CHCHCH=CHCHCH=CH等が挙げられる。
式(2)中、Xは、硬化物の吸水性が低い点で、水素原子であることが好ましい。
式(2)中、ベンゼン環におけるRの結合位置は、ホルムアルデヒドとの反応性の点で、水酸基の結合した位置(1位)に対してメタ位(3位または5位)が好ましい。なお、Xが水酸基である場合、1位は、Xの結合位置ではなく、式中に「OH」として示される水酸基の結合位置を示すものとする。
ベンゼン環におけるXの結合位置は特に限定されない。Xが水酸基である場合、ホルムアルデヒドとの反応性の点で、式中に「OH」として示される水酸基の結合した位置(1位)に対してメタ位が好ましい。
構成単位(2)において、ベンゼン環におけるメチレン基の結合位置は特に限定されない。典型的には、水酸基の結合した位置(1位)に対してオルソ位(2位または6位)およびパラ位(4位)のいずれかである。
構成単位(2)は、化合物(m2)に由来する。
化合物(m2)において、ベンゼン環におけるYの結合位置は特に限定されない。Yがメチル基である場合、水酸基の結合した位置(1位)に対してオルソ位が好ましい。
多価ヒドロキシ樹脂の製造に用いられる化合物(m2)は、単一の化合物からなるものでもよく2種以上の混合物でもよく、たとえばカシューナットシェルリキッドおよびその精製物、カルダノール、カルドール(カードルともいう。)、2−メチルカルドール、アナカルド酸、ウルシオール等が挙げられる。
化合物(m2)としては、比較的安価であり、反応性の制御が容易であり、得られる多価ヒドロキシ樹脂が低粘度特性を示しやすく、低弾性率の硬化物を得やすいことから、カシューナットシェルリキッドまたはその精製物が好ましい。カシューナットシェルリキッドおよびその精製物には、カルダノールを含む複数の化合物(m2)が含まれることが多い。
カシューナットシェルリキッドまたはその精製物としては、カシューナットシェルリキッドまたはその精製物の全質量に対し、カルダノールの含有量が70〜100質量%、カルドールの含有量が0〜25質量%、メチルカルダノールの含有量が0〜5%であり、カルダノールとカルドールとメチルカルダノールとの合計量(有効成分量)が70質量%以上であるものが好ましい。
(他のフェノール成分)
他の構成単位としては、化合物(m1)および化合物(m2)以外の他のフェノール成分由来の構成単位が挙げられる。
他のフェノール成分としては、たとえばフェノール、オルソクレゾール、パラクレゾール、メタクレゾール、アリルフェノール、エチルフェノール、プロピルフェノール、オクチルフェノール、ノニルフェノール等が挙げられる。反応に用いられる他のフェノール成分は、単一の化合物からなるものでもよく2種以上の混合物でもよい。
上記の中では、安価であり、反応性に優れ、低沸点であるため容易に除去でき、大量に使用しても容易にリサイクル可能であることから、フェノール、オルソクレゾール、パラクレゾール、アリルフェノールが好ましい。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂中、構成単位(2)と化合物(m2)との合計の含有量は、多価ヒドロキシ樹脂の総質量に対し、20〜50質量%であり、30〜40質量%が好ましい。構成単位(2)および化合物(m2)はいずれも、Rを有する。構成単位(2)および化合物(m2)の合計の含有量が上記下限値以上であれば、充分な量のRが存在し、硬化物を低弾性率および高密着性にできる。構成単位(2)と化合物(m2)との合計の含有量が上記上限値以下であれば、エポキシ樹脂を硬化させる際の硬化性、および硬化物の耐熱性が優れる。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂中、化合物(m2)の含有量は、多価ヒドロキシ樹脂の総質量に対し、10質量%以下であり、5質量%以下が好ましい。下限は特に限定されず、0質量%であってもよい。化合物(m2)の含有量が上記上限値以下であれば、硬化物の耐熱性が優れる。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂中、構成単位(1)の含有量は、多価ヒドロキシ樹脂の総質量に対し、50〜80質量%が好ましく、60〜70質量%がより好ましい。構成単位(1)の含有量が上記下限値以上であれば、硬化物の耐熱性がより優れる。構成単位(1)の含有量が上記上限値以下であれば、硬化物をより低弾性率および高密着性にできる。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂中、他の構成単位の含有量は、多価ヒドロキシ樹脂の総質量に対し、0〜30質量%が好ましく、0〜20質量%がより好ましい。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂は、環境面およびエポキシ樹脂との硬化速度の点から、化合物(m2)以外の未反応のフェノール成分およびホルムアルデヒドを含まないことが好ましい。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂の軟化点は、50〜100℃であり、60〜90℃が好ましい。軟化点が上記下限値以上であれば、多価ヒドロキシ樹脂の溶融時の流動性が優れ、無機フィラーの高配合が可能となる。また、得られる硬化物の耐熱性および低弾性率に優れる。軟化点が上記上限値以下であれば、成形性および硬化物の耐熱性に優れる。
多価ヒドロキシ樹脂の軟化点は、JIS K 6910に従って測定される。
多価ヒドロキシ樹脂の軟化点は、化合物(m1)と化合物(m2)との質量比および反応条件等により調整できる。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂の150℃における溶融粘度は、0.1P〜6Pが好ましく、0.2P〜4Pがより好ましい。溶融粘度が上記下限値以上であると、多価ヒドロキシ樹脂の溶融時の流動性が優れ、無機フィラーの高配合が可能となる。溶融粘度が上記上限値以下であると、流動性に優れる。
多価ヒドロキシ樹脂の溶融粘度は、JIS K 7117−2に準拠した方法により測定される。
多価ヒドロキシ樹脂の溶融粘度は、多価ヒドロキシ樹脂の質量平均分子量(Mw)、構成単位(2)および化合物(m2)の合計の含有量等により調整できる。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂の質量平均分子量(Mw)は、1000〜5000が好ましく、1500〜4500がより好ましい。Mwが上記下限値以上であると、エポキシ樹脂との反応性に優れ、硬化物の耐熱性がより優れる。Mwが上記上限値以下であると、多価ヒドロキシ樹脂の溶融時の流動性がより優れる。
多価ヒドロキシ樹脂の分散度(Mw/数平均分子量(Mn))は、1.5〜4.5が好ましく、2.0〜4.0がより好ましい。
MwおよびMnは、標準物質をポリスチレンとしたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂の水酸基当量は、110〜160g/eqが好ましく、115〜150g/eqがより好ましい。水酸基当量が上記下限値以上であると、硬化物の耐熱性がより優れる。水酸基当量が上記上限値以下であると、硬化物がより低弾性率になる。
多価ヒドロキシ樹脂の水酸基当量は、無水酢酸によるアセチル化法により測定される。
<多価ヒドロキシ樹脂の製造方法>
本発明の多価ヒドロキシ樹脂は、化合物(m1)および化合物(m2)を含む少なくとも2種のフェノール成分と、ホルムアルデヒドとを反応させることにより製造できる。
上記フェノール成分とホルムアルデヒドとを反応させると、フェノール成分に対するホルムアルデヒドの付加反応(メチロール化反応)と、生成したメチロール体とフェノール成分との縮合反応が進行する。これにより、多価ヒドロキシ樹脂が生成する。
上記少なくとも2種のフェノール化合物において、化合物(m1):化合物(m2)の質量比は、50:50〜80:20が好ましい。化合物(m1):化合物(m2)の質量比が上記範囲内であれば、多価ヒドロキシ樹脂中の構成単位(2)と化合物(m2)との合計の含有量が20〜50質量%の範囲内となりやすい。
上記少なくとも2種のフェノール化合物において、他のフェノール成分:化合物(m1)と化合物(m2)との合計質量の質量比は、0:100〜60:40が好ましく、0:100〜50:50がより好ましい。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂の製造方法としては、以下の製造方法が好ましい。
上記少なくとも2種のフェノール成分の一部と、ホルムアルデヒドとを塩基性触媒の存在下で反応させて第1の反応生成物を得る第1工程と、
上記少なくとも2種のフェノール成分の残部と、上記第1の反応生成物とを酸性触媒の存在下で反応させて多価ヒドロキシ樹脂を得る第2工程と、を有し、
化合物(m2)の全量は第1工程で反応させ、
化合物(m1)の少なくとも一部は第2工程で反応させる、多価ヒドロキシ樹脂の製造方法。
化合物(m1)と化合物(m2)とでは、化合物(m2)の方がホルムアルデヒドとの反応性が低い。そのため、これらを一括してホルムアルデヒドと反応させると、反応生成物中に未反応の化合物(m2)が残留しやすい。化合物(m2)が多価ヒドロキシ樹脂中に残留すると、硬化物性の低下を招く。また、化合物(m2)は高沸点であるため、残留した化合物(m2)は容易に除去できない。
そこで、まず、化合物(m2)の全量をホルムアルデヒドと反応させ、その後に化合物(m1)の少なくとも一部を反応させる。なお、化合物(m1)の一部は化合物(m2)と共に第1工程で反応させてもよい。
化合物(m2)とホルムアルデヒドとを塩基性触媒の存在下で反応させると、化合物(m2)に1〜3分子のホルムアルデヒドが付加して下記式(3)で表されるメチロール体が生成する。このようにして生成したメチロール体に化合物(m1)を付加することで、多価ヒドロキシ樹脂中に化合物(m2)が残留することを抑制できる。
Figure 2019052258
[式中、R、XおよびYはそれぞれ前記と同義であり、kは1〜3の整数を示す。]
メチロール体と化合物(m1)との反応は、塩基性触媒の存在下でも進行するが、塩基性触媒の存在下では、メチロール体同士が反応し、構成単位(1)を含まない重合体が生成する反応や、メチロール体が反応することで生成されるホルムアルデヒドにより、さらにメチロール体が生成される反応等の副反応が生じやすい。
対して酸性触媒の存在下では、1段目の反応で生成したメチロール体と、過剰にある化合物(m1)との反応が優先的に進行しやすく、メチロール体の反応により生成されるホルムアルデヒドが過剰にある化合物(m1)と優先的に反応し、上記のような副反応が生じにくい。
上記製造方法において、フェノール成分として他のフェノール成分を反応させる場合、他のフェノール成分は、第1工程で反応させてもよく、第2工程で反応させてもよく、両方の工程で反応させてもよい。他のフェノール成分を反応させるタイミングは、ホルムアルデヒドとの反応性に応じて適宜設定できる。たとえばアリルフェノールは、化合物(m1)と同様、化合物(m2)よりもホルムアルデヒドとの反応性が高いため、第2工程で反応させることが好ましい。
以下、第1工程および第2工程について詳しく説明する。
(第1工程)
第1工程では、上述の少なくとも2種のフェノール成分の一部と、ホルムアルデヒドとを塩基性触媒の存在下で反応させて第1の反応生成物を得る。
第1工程で反応させるフェノール成分には、化合物(m2)の全量が含まれる。必要に応じて、化合物(m1)の一部、他のフェノール成分の一部または全部が含まれていてもよい。
第1工程で反応させるフェノール成分中の化合物(m1)や他のフェノール成分の割合が多くなると、構成単位(2)を有しない重合体が増えたり、未反応のまま残存する化合物(m2)の量が増えたりして、硬化物性が低下するおそれがある。そのため、より優れた硬化物性を得る観点からは、第1工程で反応させる化合物(m1)は、化合物(m2)に対し、20質量%以下が好ましい。また、第1工程で反応させる他のフェノール成分は、化合物(m2)に対し、20質量%以下が好ましい。化合物(m2)に対する化合物(m1)および他のフェノール成分それぞれの割合の下限は特に限定されず、0質量%であってもよい。
ホルムアルデヒドは、固形のものを用いても水溶液を用いてもよい。安価であり、反応の制御が容易である点から、水溶液を用いることが好ましい。
第1工程で反応させるホルムアルデヒドの量は、化合物(m2)に対して10〜80質量%が好ましく、20〜60質量%がより好ましい。
ホルムアルデヒドと化合物(m2)とのモル比(ホルムアルデヒド/化合物(m2))は、0.5〜4.0が好ましく、1.0〜3.0がより好ましい。
ホルムアルデヒドの量が上記範囲内で少ないほど、多価ヒドロキシ樹脂中の構成単位(2)および化合物(m2)の合計の含有量が多くなる傾向がある。ホルムアルデヒドの量が上記範囲内で多いほど、上記合計の含有量に対する化合物(m2)の割合が少なくなる傾向がある。
ホルムアルデヒドの量が少なすぎると、生成した多価ヒドロキシ樹脂中に未反応の化合物(m2)が多く残留し、ガラス転移温度や、硬化速度等の硬化物性が低下するおそれがある。ホルムアルデヒドの量が多すぎると、生成した多価ヒドロキシ樹脂中に余剰のホルムアルデヒドが残留し、その除去が必要であり、コストアップに繋がり好ましくない。
なお、カシューナットシェルリキッドには化合物(m2)以外の成分が含まれることがある。カシューナットシェルリキッドを用いる場合、カシューナットシェルリキッドの有効成分の量(カルダノールとカルドールとメチルカルダノールとの合計量)が化合物(m2)の量である。
塩基性触媒としては、反応が進行すれば特に制限はない。たとえばアルカリ金属の水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等)、アンモニア水、3級アミン(トリエチルアミン等)、カルシウム、マグネシウム、バリウム等のアルカリ土類金属の酸化物及び水酸化物、炭酸ナトリウム等のアルカリ性物質が挙げられる。塩基性触媒は1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
第1工程において、塩基性触媒の使用量は、化合物(m2)に対して1.3〜40質量%が好ましく、6.7〜20質量%がより好ましい。
塩基性触媒と化合物(m2)とのモル比(塩基性触媒/化合物(m2))は、0.1〜3.0が好ましく、0.5〜1.5がより好ましい。
塩基性触媒の使用量が少なすぎると反応速度が遅く、使用量が多すぎると反応が急激に進み反応をコントロールすることが難しくなる。
第1工程は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の炭素数1〜4のアルコールの存在下で行うことが好ましい。これにより、反応中に化合物(m2)や反応生成物が凝集することを防止できる。
炭素数1〜4のアルコールは1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。炭素数1〜4のアルコールとしては、メタノールが特に好ましい。
炭素数1〜4のアルコールの使用量は、化合物(m2)に対して10〜100質量%が好ましい。
この後の酸性触媒下での化合物(m1)との反応(第2工程)において、反応系に残存する炭素数1〜4のアルコールはアルキル化剤としても機能する。第1工程でメチロール化された化合物(m2)(上記式(3)のメチロール体)のメチロール基(−CHOH)が炭素数1〜4のアルコールのアルキル基(以下、Rと略記する。)でキャップされ、−CHO−Rとなる(キャップ化メチロール体)。これにより、メチロール基がそのままの状態で存在している場合に比べて、第2工程の反応の際に化合物(m2)のメチロール体同士が反応するような副反応が生じにくい。
一方、上記メチロール体及びキャップ化メチロール体は、過剰に存在する化合物(m1)とは容易に反応するため、目的の樹脂が得られやすい。
第1工程での反応温度は、0〜100℃が好ましく、30〜60℃がより好ましい。反応温度があまりに低いと反応は進まず、あまりに高すぎると反応をコントロールすることが難しくなり、目的の多価ヒドロキシ樹脂を安定的に得ることが難しくなる。
第1工程での反応の終了時、反応系に酸を添加して塩基性触媒を中和してもよい。
(第2工程)
第2工程では、上述の少なくとも2種のフェノール成分の残部(第1工程で反応させなかったフェノール成分)と、第1工程で得られた第1の反応生成物とを酸性触媒の存在下で反応させる。
第2工程で反応させるフェノール成分には、化合物(m1)の一部または全部が含まれる。必要に応じて、他のフェノール成分の一部または全部が含まれていてもよい。
酸性触媒としては、反応が進行すれば特に制限はない。たとえば塩酸、硫酸、リン酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、3フッ化ホウ素、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化亜鉛等が挙げられる。酸性触媒は1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
上記の内、リン酸、シュウ酸が好ましい。これらの酸性触媒は、比較的安価に入手できる。また、Rが不飽和結合を含む場合等、原料や反応生成物が不飽和結合を含む場合に、不飽和結合の重合反応が生じにくい。
第2工程において、酸性触媒の使用量は、第1工程で使用した化合物(m2)に対して0.04〜12.6質量%が好ましく、0.4〜4.2質量%がより好ましい。
酸性触媒と化合物(m2)とのモル比(酸性触媒/化合物(m2))は、0.001〜0.3が好ましく、0.01〜0.1がより好ましい。
酸性触媒の使用量が少なすぎると反応速度が遅く、使用量が多すぎると反応が急激に進み反応をコントロールすることが難しくなる。
第2工程での反応温度は、30〜150℃が好ましく、80〜120℃がより好ましい。反応温度があまりに低いと反応は進まず、あまりに高すぎると反応をコントロールすることが難しくなり、目的の多価ヒドロキシ樹脂を安定的に得ることが難しくなる。
第2工程で得られる反応生成物は、そのまま本発明の多価ヒドロキシ樹脂とすることができる。
第2工程での反応の後、必要に応じて、反応生成物に対し、蒸留等による未反応の原料の除去、濃縮、精製(洗浄、カラムクロマトグラフィー、等)等の処理を行ってもよい。未反応のホルムアルデヒドは洗浄や蒸留等により除去することが好ましい。他のフェノール成分を用いた場合は他のフェノール成分も除去することが好ましい。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂にあっては、構成単位(1)と構成単位(2)とを有し、構成単位(2)と化合物(m2)との合計の含有量が20〜50質量%であり、化合物(m2)の含有量が10質量%以下であり、軟化点が50〜100℃であるため、エポキシ樹脂用硬化剤として用いたときに、低弾性率で耐熱性および密着性に優れた硬化物が得られる。また、エポキシ樹脂との硬化速度が速い、硬化時に未硬化の部分が生じにくい、硬化物の靱性が優れる等の効果を得ることも可能である。
従来、長鎖炭化水素基を有する多価ヒドロキシ樹脂の一般的な合成方法としては、化合物(m2)、他のフェノール類、アルデヒド類等を触媒の存在下で一括反応させる方法が挙げられる。かかる製造方法で得られる多価ヒドロキシ樹脂は、モノマー成分である化合物(m2)が残存しやすい。また、化合物(m2)は沸点が高いため除去が困難である。
多価ヒドロキシ樹脂を用いてエポキシ樹脂を硬化させる場合、多価ヒドロキシ樹脂をヘキサメチレンテトラミンで硬化させる場合とは異なり、フェノール性水酸基(芳香環に結合した水酸基)が反応する。多価ヒドロキシ樹脂中に化合物(m2)が残存していると、硬化時に化合物(m2)のフェノール性水酸基も反応し、分子量成長が阻害される。化合物(m2)の残存は、環境面で悪影響を及ぼすだけでなく、エポキシ樹脂の硬化速度低下及び未硬化を引き起こし、硬化物の物性および信頼性の著しい低下が懸念される。残存する化合物(m2)をより反応、消費させると、分子量が大きくなるため、流動性が低下する。また、硬化物が低弾性、高密着性になるが、Tgが低くなり耐熱性が低下する。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂にあっては、化合物(m2)の含有量が10質量%以下であるため、硬化時に分子量成長が阻害されにくく、エポキシ樹脂の硬化速度低下、未硬化、硬化物の物性の低下等が生じにくい。構成単位(2)と化合物(m2)との合計の含有量が20質量%以上であるため、構成単位(2)または化合物(m2)由来の長鎖炭化水素基(R)によって硬化物が低弾性、高密着性になる。高密着性は、長鎖炭化水素基の他材に対するアンカー効果によると考えられる。一方で、長鎖炭化水素基が過剰に存在すると、Tgが低くなり、耐熱性が低下する。該合計の含有量が50質量%以下であるため、硬化物が高耐熱性になる。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂の用途は、特に限定されず、フェノール樹脂等の多価ヒドロキシ樹脂の用途として公知の各種の用途に用いることができる。
たとえば、本発明の多価ヒドロキシ樹脂は、複数の水酸基を有することから、水酸基と反応する官能基(エポキシ基、カルボキシル基、イソシアネート基、ハロゲン化物等)を有する化合物の硬化剤(架橋剤)として用いることができる。上記効果を奏することから、本発明の多価ヒドロキシ樹脂は、エポキシ樹脂用硬化剤として好適である。
また、本発明の多価ヒドロキシ樹脂は、エポキシ樹脂を製造するための材料として用いることができる。たとえば多価ヒドロキシ樹脂の水酸基をエポキシ化することでエポキシ樹脂を得ることができる。
<エポキシ樹脂用硬化剤>
本発明のエポキシ樹脂用硬化剤は、前述の本発明の多価ヒドロキシ樹脂からなる。すなわち、本発明のエポキシ樹脂用硬化剤の好ましい態様は、本発明の多価ヒドロキシ樹脂の好ましい態様と同様である。
<エポキシ樹脂>
本発明のエポキシ樹脂は、本発明の多価ヒドロキシ樹脂の水酸基の少なくとも一部がエポキシ化されたものである。
水酸基のエポキシ化は、公知の方法により実施できる。たとえば多価ヒドロキシ樹脂とエピクロロヒドリンとを反応させることで、多価ヒドロキシ樹脂の水酸基(構成単位(1)、構成単位(2)等におけるフェノール性水酸基等)の一部又は全部が−OZ(ここで、Zはグリシジル基である。)となった構造のエポキシ樹脂を得ることができる。
<エポキシ樹脂組成物>
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、前述の本発明のエポキシ樹脂用硬化剤とを含む。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、エポキシ樹脂及び本発明のエポキシ樹脂用硬化剤以外の他の成分をさらに含んでもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、溶剤を含んでもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物に溶剤を配合し、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂用硬化剤等を溶剤に溶解させることで樹脂ワニスとすることができる。かかる樹脂ワニスは、積層板の製造に用いられる積層材料として有用である。
本発明のエポキシ樹脂組成物を封止材料(半導体封止材料等)として用いる場合、本発明のエポキシ樹脂組成物は溶剤を含まないことが好ましい。
エポキシ樹脂としては、特に限定されず、公知のエポキシ樹脂であってよく、たとえば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、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、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、キシリレン型エポキシ樹脂、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、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂、リン原子含有エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂はいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を組合わせて用いてもよい。
エポキシ樹脂として、本発明のエポキシ樹脂(本発明の多価ヒドロキシ樹脂の水酸基の少なくとも一部がエポキシ化されたエポキシ樹脂)を用いてもよい。
エポキシ樹脂組成物中、本発明のエポキシ樹脂用硬化剤の含有量は、硬化物特性が良好であることから、エポキシ樹脂のエポキシ当量/本発明のエポキシ樹脂用硬化剤の水酸基当量が0.7〜1.5となる量であることが好ましく、硬化物の耐熱性、低弾性率、密着性がより優れることから、0.9〜1.1となる量であることがより好ましい。
他の成分としては、本発明のエポキシ樹脂用硬化剤以外の硬化剤(以下、他の硬化剤ともいう。)、硬化促進剤、充填材(フィラー)、離型剤、表面処理剤、着色剤、可撓性付与剤等が挙げられる。
他の硬化剤としては、エポキシ樹脂に用いられる硬化剤として従来公知のものを用いることができ、たとえばフェノールノボラック樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂等のフェノール樹脂、酸無水物、アミン樹脂等が挙げられる。
硬化促進剤としては、特に限定されず、公知の硬化促進剤であってよい。たとえばリン系化合物、第3級アミン、イミダゾール化合物、有機酸金属塩、ルイス酸、アミン錯塩等が挙げられる。リン系化合物としては、トリフェニルホスフィン、トリス−2,6−ジメトキシフェニルホスフィン、トリ−p−トリルホスフィン、亜リン酸トリフェニル等が挙げられる。第3級アミンとしては、2−ジメチルアミノメチルフェノール、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7等が挙げられる。イミダゾール化合物としては、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、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、2−エチル−4−メチルイミダゾール等が挙げられる。これらの硬化促進剤はいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を組合わせて用いてもよい。
硬化促進剤としては、硬化性、耐熱性、電気特性がより優れる点、耐湿信頼性が低下しにくい点で、リン系化合物(特にトリフェニルホスフィン)、イミダゾール化合物が好ましい。
硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂に対し、0.1〜5質量%が好ましい。
充填材(フィラー)としては、結晶性シリカ粉、溶融性シリカ粉、石英ガラス粉、タルク、ケイ酸カルシウム粉、ケイ酸ジルコニウム粉、アルミナ粉、炭酸カルシウム粉等が挙げられ、結晶性シリカ粉、溶融性シリカ粉が好ましい。
離型剤としては、たとえばカルナバワックス等の各種ワックス類等が挙げられる。
表面処理剤としては、公知のシランカップリング剤等が挙げられる。
着色剤としては、カーボンブラック等が挙げられる。
可撓性付与剤としては、シリコーン樹脂、ブタジエン−アクリロニトリルゴム等が挙げられる。
溶剤としては、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤等を溶解するものであれば特に制限はなく、典型的には、極性溶剤が用いられる。極性溶剤としては、たとえばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、エタノール、ブタノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルセロソルブ、エチルジグリコールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、本発明のエポキシ樹脂用硬化剤と、必要に応じて他の成分と、を混合することにより調製できる。混合は、常法により行うことができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、熱硬化性を有し、熱硬化性成形材料として使用できる。
本発明のエポキシ樹脂組成物の用途としては、特に制限はなく、公知の熱硬化性成形材料の用途と同様であってよい。たとえば封止材料、フィルム材料、積層材料等が挙げられる。
<硬化物>
本発明の硬化物は、本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化してなるものである。
エポキシ樹脂組成物の硬化は、温度を100〜200℃に制御して行うことが好ましい。
硬化操作の一例としては、一旦、上記の好適な温度で30秒間以上1時間以下の硬化を行った後、さらに、上記の好適な温度で1〜20時間の後硬化を行う方法が挙げられる。
<半導体封止材>
本発明の半導体封止材は、本発明の硬化物を含む。
封止材の形状は、特に限定されず、公知の半導体等で採用される封止材の形状と同様の形状を採用できる。
本発明の封止材を形成する方法としては、特に限定されず、トランスファー成成法、圧縮成成法等の公知の成形方法を採用できる。
<積層板>
本発明の積層板は、繊維質基材と本発明の硬化物とを含む。
繊維質基材を構成する繊維としては、たとえば、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、ステンレス繊維等の無機繊維;綿、麻、紙等の天然繊維;ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の合成有機繊維が挙げられる。これらの繊維は、いずれか1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
繊維質基材の形状は、特に限定されず、たとえば、短繊維、ヤーン、マット、シート等が挙げられる。
本発明の積層板は、エポキシ樹脂と本発明のエポキシ樹脂用硬化剤と溶剤とを含む樹脂ワニスを用いて製造できる。たとえば、繊維質基材に樹脂ワニスを含浸させたプリプレグを含む積層物を加熱加圧し、硬化させることで積層板が得られる。
樹脂ワニスは、溶剤を必須成分とする以外は、上述の本発明のエポキシ樹脂組成物と同様である。
樹脂ワニス中の溶剤の含有量は、樹脂ワニスの固形分濃度に応じて適宜設定される。樹脂ワニスの固形分濃度は、用途によっても異なるが、30〜80質量%が好ましく、50〜70質量%がより好ましい。
なお、樹脂ワニスの固形分濃度は、樹脂ワニスの総質量に対する、樹脂ワニスから溶剤を除いた質量の割合である。
プリプレグは、樹脂ワニスを繊維質基材に含浸させ、乾燥し、溶剤を除去することにより得られる。
繊維質基材に含浸させる樹脂ワニスの量としては、特に限定されず、たとえば、含浸される樹脂ワニスの固形分量が、繊維質基材(100質量%)に対して30〜50質量%程度となるようにする。
積層物におけるプリプレグの積層数は、1層であってもよく2層以上であってもよい。
積層物においては、プリプレグ以外の他の基材を積層してもよい。他の基材としては、たとえば、銅箔等の金属箔が挙げられる。
積層物を加熱加圧する際の加熱温度は、前述の硬化温度が好ましい。加圧条件としては、2〜20kN/mが好ましい。
上記のようにして製造される積層板は、繊維質基材と樹脂ワニスの硬化物とを含む繊維強化樹脂層を備える。積層板が備える繊維強化樹脂層の数は1層でもよく2層以上でもよい。積層板は、銅箔等の金属箔層を有していてもよい。
以下に、本発明を実施例によってさらに詳しく説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
以下において「%」は、特に限定のない場合は「質量%」を示す。
多価ヒドロキシ樹脂の特性の測定方法、多価ヒドロキシ樹脂の製造に用いた原料を以下に示す。
<測定方法>
[質量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)]
多価ヒドロキシ樹脂の質量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)は、下記のGPC装置及びカラムを使用し、標準物質をポリスチレンとして測定した。
GPC装置:東ソー社製、HLC8120GPC。
カラム:TSKgel G3000H+G2000H+G2000H。
[水酸基当量]
多価ヒドロキシ樹脂の水酸基当量は、自動滴定装置(平沼産業製COM−1700S)を用い、無水酢酸によるアセチル化法で測定した。
[溶融粘度]
多価ヒドロキシ樹脂の溶融粘度は、150℃に設定した粘度計(ブルックフィールド社製CAP2000 VISCOMETER)により測定した。
[軟化点]
多価ヒドロキシ樹脂の軟化点は、JIS K 6910に従って測定した。
<使用原料>
カシューナットシェルリキッド(CNSL):GOLDEN CASHEW PRODUCTS PVT社製、商品名:CARDANOL、成分:カルダノール含有量90.44%、カルドール含有量4.02%、メチルカルドール1.04%で、それらの合計(有効成分量)95.5%。
LVR8210DL:フェノールノボラック、群栄化学工業株式会社製、商品名:LVR8210DL、軟化点69℃、150℃溶融粘度0.5P、質量平均分子量(Mw)508、2核体の含有量0.8%。
PS−4271:フェノールノボラック、群栄化学工業株式会社製、商品名:PS−4271、軟化点70℃、150℃溶融粘度0.7P、質量平均分子量(Mw)800、2核体の含有量27%。
これらのフェノールノボラックの軟化点、溶融粘度、Mwは上記と同様の測定方法により測定した。2核体の含有量はGPC面積%により測定した。
なお、フェノールノボラックは、上記式(m1)中のR〜Rが水素原子、Rが式(r1)で表される化合物の1種以上からなる。GPCによれば、LVR8210DLの主成分は、nが2である化合物(約80面積%)であり、PS−4271の主成分は、nが1である化合物(約27面積%)であった。主成分はGPC分布中の最も構造の割合が高い構造を意味する。
<実施例1>
温度計、攪拌機、冷却管を備えた内容量3Lのガラス製フラスコに、CNSL300g、メタノール150g、50%ホルムアルデヒド水溶液180g(3.0モル、CNSLに対し60%)を仕込み、その混合液に30%水酸化ナトリウム水溶液133gを35℃で1.5時間かけて滴下した。その後、60℃にてCNSLのメチロール化反応を4時間行った。次いで、メチルイソブチルケトンを1200gを添加し、30%酢酸220gを用いて中和した後、水洗を行い、中和塩を除去後、LVR8210DLを1200g(CNSL:LVR8210DL=20:80)及び、シュウ酸6gを添加して系内を酸性にし、100℃で4時間の付加反応を行った。次いで、水洗を行い、その後、メチルイソブチルケトンを留去し、多価ヒドロキシ樹脂Aを得た。
多価ヒドロキシ樹脂Aの軟化点は78℃、150℃における溶融粘度は1.5P、ゲル浸透クロマトグラフ分析(GPC)における質量平均分子量(Mw)は2260、分散度(Mw/Mn)は2.980、水酸基当量は116g/eqであった。また、多価ヒドロキシ樹脂Aの全質量に対し、構成単位(2)および化合物(m2)の合計の含有量は20.0%(残部が80.0%)で、化合物(m2)の含有量は0.13%であった。これらの含有量は、多価ヒドロキシ樹脂Aの質量、使用したCNSL量及びガスクロマトグラフィーにより求めた。
<実施例2>
温度計、攪拌機、冷却管を備えた内容量3Lのガラス製フラスコに、CNSL300g、メタノール150g、50%ホルムアルデヒド水溶液135g(2.25モル、CNSLに対し45%)を仕込み、その混合液に30%水酸化ナトリウム水溶液133gを35℃で1.5時間かけて滴下した。その後、60℃にてCNSLのメチロール化反応を4時間行った。次いで、メチルイソブチルケトンを450gを添加し、30%酢酸220gを用いて中和した後、水洗を行い、中和塩を除去後、LVR8210DLを700g(CNSL:LVR8210DL=30:70)及び、シュウ酸7.5gを添加して系内を酸性にし、100℃で4時間の付加反応を行った。次いで、水洗を行い、その後、メチルイソブチルケトンを留去し、多価ヒドロキシ樹脂Bを得た。
多価ヒドロキシ樹脂Bの軟化点は78℃、150℃における溶融粘度は3.2P、ゲル浸透クロマトグラフ分析(GPC)における質量平均分子量(Mw)は2941、分散度(Mw/Mn)は2.977、水酸基当量は125g/eqであった。また、多価ヒドロキシ樹脂Bの全質量に対し、構成単位(2)および化合物(m2)の合計の含有量は30.0%(残部が70.0%)で、化合物(m2)の含有量は0.05%であった。これらの含有量は、多価ヒドロキシ樹脂Bの質量、使用したCNSL量及びガスクロマトグラフィーにより求めた。
<実施例3>
温度計、攪拌機、冷却管を備えた内容量3Lのガラス製フラスコに、CNSL300g、メタノール150g、50%ホルムアルデヒド水溶液135g(2.25モル、CNSLに対し45%)を仕込み、その混合液に30%水酸化ナトリウム水溶液133gを35℃で1.5時間かけて滴下した。その後、60℃にてCNSLのメチロール化反応を4時間行った。次いで、メチルイソブチルケトンを450gを添加し、30%酢酸220gを用いて中和した後、水洗を行い、中和塩を除去後、PS−4271を700g(CNSL:PS−4271=30:70)及び、シュウ酸7.5gを添加して系内を酸性にし、100℃で4時間の付加反応を行った。次いで、水洗を行い、その後、メチルイソブチルケトンを留去し、多価ヒドロキシ樹脂Cを得た。
多価ヒドロキシ樹脂Cの軟化点は83℃、150℃における溶融粘度は4.1P、ゲル浸透クロマトグラフ分析(GPC)における質量平均分子量(Mw)は3819、分散度(Mw/Mn)は3.566、水酸基当量は125g/eqであった。また、多価ヒドロキシ樹脂Cの全質量に対し、構成単位(2)および化合物(m2)の合計の含有量は30.0%(残部が70.0%)で、化合物(m2)の含有量は0.16%であった。これらの含有量は、多価ヒドロキシ樹脂Cの質量、使用したCNSL量及びガスクロマトグラフィーにより求めた。
<実施例4>
温度計、攪拌機、冷却管を備えた内容量3Lのガラス製フラスコに、CNSL300g、メタノール150g、50%ホルムアルデヒド水溶液120g(2.0モル、CNSLに対し40%)を仕込み、その混合液に30%水酸化ナトリウム水溶液133gを35℃で1.5時間かけて滴下した。その後、35℃にてCNSLのメチロール化反応を6時間行った。次いで、メチルイソブチルケトンを450gを添加し、30%酢酸220gを用いて中和した後、水洗を行い、中和塩を除去後、LVR8210DLを450g(CNSL:LVR8210DL=40:60)及び、シュウ酸7.5gを添加して系内を酸性にし、100℃で4時間の付加反応を行った。次いで、水洗を行い、その後、メチルイソブチルケトンを留去し、多価ヒドロキシ樹脂Dを得た。
多価ヒドロキシ樹脂Dの軟化点は60℃、125℃における溶融粘度は3.0P、150℃における溶融粘度は0.2P、ゲル浸透クロマトグラフ分析(GPC)における質量平均分子量(Mw)は1880、分散度(Mw/Mn)は2.148、水酸基当量は140g/eqであった。また、多価ヒドロキシ樹脂Dの全質量に対し、構成単位(2)および化合物(m2)の合計の含有量は40.0%(残部が60.0%)で、化合物(m2)の含有量は3.6%であった。これらの含有量は、多価ヒドロキシ樹脂Dの質量、使用したCNSL量及びガスクロマトグラフィーにより求めた。
<実施例5>
温度計、攪拌機、冷却管を備えた内容量3Lのガラス製フラスコに、CNSL300g、メタノール150g、50%ホルムアルデヒド水溶液120g(2.0モル、CNSLに対し40%)を仕込み、その混合液に30%水酸化ナトリウム水溶液133gを35℃で1.5時間かけて滴下した。その後、60℃にてCNSLのメチロール化反応を4時間行った。次いで、メチルイソブチルケトンを450gを添加し、30%酢酸220gを用いて中和した後、水洗を行い、中和塩を除去後、LVR8210DLを450g(CNSL:LVR8210DL=40:60)及び、シュウ酸7.5gを添加して系内を酸性にし、100℃で4時間の付加反応を行った。次いで、水洗を行い、その後、メチルイソブチルケトンを留去し、多価ヒドロキシ樹脂Eを得た。
多価ヒドロキシ樹脂Eの軟化点は79℃、150℃における溶融粘度は3.7P、ゲル浸透クロマトグラフ分析(GPC)における質量平均分子量(Mw)は4293、分散度(Mw/Mn)は3.522、水酸基当量は148g/eqであった。また、多価ヒドロキシ樹脂Eの全質量に対し、構成単位(2)および化合物(m2)の合計の含有量は40.0%(残部が60.0%)で、化合物(m2)の含有量は0.23%であった。これらの含有量は、多価ヒドロキシ樹脂Eの質量、使用したCNSL量及びガスクロマトグラフィーにより求めた。
<比較例1>
フェノールノボラック樹脂(群栄化学工業株式会社製、商品名:PS−4261、軟化点82℃、150℃溶融粘度2.2P、水酸基当量104g/eq)を多価ヒドロキシ樹脂Fとした。
<比較例2>
フェノールノボラック樹脂(群栄化学工業株式会社製、商品名:PS−4271、軟化点70℃、150℃溶融粘度0.7P、水酸基当量104g/eq)を多価ヒドロキシ樹脂Gとした。
表1に、多価ヒドロキシ樹脂A〜Gの特性をまとめて示した。
Figure 2019052258
<評価>
表2に示す組成にて硬化剤、エポキシ樹脂および硬化促進剤を混合してエポキシ樹脂組成物を得た。エポキシ樹脂および硬化剤は、エポキシ樹脂中のエポキシ基当量と、硬化剤中の水酸基当量との当量比が1となるように配合量を設定した。
表2中、硬化剤A〜Gはそれぞれ、上記の多価ヒドロキシ樹脂A〜Gである。
エポキシ樹脂は、オルソクレゾール型エポキシ樹脂(日本化薬株式会社製、製品名:EOCN1020)である。
硬化促進剤は、トリフェニルホスフィン(試薬:和光純薬工業株式会社製)である。
得られたエポキシ樹脂組成物について、以下の評価を行った。結果を表2に示した。
[成形物(硬化物)の作製]
得られたエポキシ樹脂組成物を110℃で溶融させ、幅100mm×長さ100mm×厚さ1mmの金型に流し込み、180℃でプレス成型後、180℃5時間アフターベークを行い、幅100mm×長さ100mm×厚さ1mmの成形物(硬化物)を得た。
[硬化物のガラス転移温度、貯蔵弾性率]
作製した成形物を幅10.0mm×長さ5.5mm×厚さ1.0mmに加工して試験片とした。上記試験片について、粘弾性測定装置(日立ハイテクサイエンス製、DMA7100)を用いて、2℃/分の昇温速度で30℃〜300℃の範囲で粘弾性測定を行い、ガラス転移温度(Tg)および120℃における貯蔵弾性率を求めた。
[硬化物の5%熱減少温度]
作製した成形物を微粉砕し、示差熱熱重量同時測定装置(セイコーインスツルメンツ社製TG/DTA6300)により、エアー雰囲気下、10℃/分の昇温速度で30℃〜600℃の範囲での熱重量減量を測定し、5%熱減少温度を求めた。
[曲げ強度、曲げ弾性率]
作製した成形物を幅25.0mm×長さ30.0mm×厚さ1.0mmに加工して試験片とした。上記試験片について、株式会社東洋精機製引張圧縮試験機(ストログラフV10−C)を使用し、JIS K 6911:1955に従って、25℃における曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
[せん断強度]
無酸素銅版C1020P(幅10mm×長さ50mm×厚さ1mm)を2枚用意した。
得られたエポキシ樹脂組成物を110℃で溶融させ、一方の無酸素銅版C1020Pの片面上に塗布し、その上に他方の無酸素銅版C1020Pを重ね、エポキシ樹脂組成物による接着面がおおよそ10mm×10mmとなる様に接着した。その後、180℃、5時間にてエポキシ樹脂組成物の硬化処理を実施し、一対の無酸素銅版C1020Pがエポキシ樹脂組成物の硬化物からなる層を介して積層した試験片を得た。
上記試験片について、株式会社東洋精機製引張圧縮試験機(ストログラフV10−C)を使用し、室温、チャック間距離70mm、せん断速度5mm/minの条件にて引っ張り試験を行い、試験片破断時の荷重(N)と試験片接着面積(mm)より、せん断強度(N/mm)を算出した。
Figure 2019052258
実施例1〜5の多価ヒドロキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は、ガラス転移温度および5%熱分解温度が十分に高く、耐熱性に優れていた。また、120℃貯蔵弾性率、25℃曲げ弾性率が低く、低弾性率であった。また、せん断強度が高く、密着性に優れていた。また、25℃曲げ強度が十分に高く、靱性にも優れていた。
比較例1〜2の多価ヒドロキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は、高弾性率で、密着性に劣っていた。
本発明の多価ヒドロキシ樹脂をエポキシ樹脂用硬化剤として用いることで、硬化物に低弾性率、高耐熱性および高密着性を付与する事が可能である。したがって、本発明の多価ヒドロキシ樹脂およびこれを用いたエポキシ樹脂組成物は、高機能性高分子材料として極めて有用であり、物理的、電気的に優れた材料として半導体封止材、アンダーフィル材、電気絶縁材料、銅張り積層板用樹脂、導電ペースト用樹脂、電子部品の封止用樹脂、塗料、各種コーティング剤、接着剤、ビルドアップ積層板材料等の幅広い用途に使用することができる。

Claims (12)

  1. 下記式(1)で表される構成単位と下記式(2)で表される構成単位とを有し、下記式(m2)で表される化合物を含みまたは含まず、
    前記式(2)で表される構成単位と前記式(m2)で表される化合物との合計の含有量が20〜50質量%であり、前記式(m2)で表される化合物の含有量が10質量%以下であり、軟化点が50〜100℃である多価ヒドロキシ樹脂。
    Figure 2019052258
    [式中、Arはベンゼン環またはナフタレン環を示し、Rは下記式(r1)、(r2)、(r3)、(r4)、(r5)または(r6)で表される基を示し、Rは水素原子、メチル基、水酸基またはアリル基を示し、q、r、s、tおよびuはそれぞれ独立に0または1を示し、q、r、s、tおよびuのうち少なくとも1つは1であり、nは1〜15の整数を示し、
    は炭素数10〜25の直鎖または分岐状の炭化水素基を示し、mおよびnはそれぞれ独立に0または1を示し、Xは水素原子または水酸基を示し、Yは水素原子またはメチル基を示す。]
    Figure 2019052258
  2. 質量平均分子量が1000〜5000である請求項1に記載の多価ヒドロキシ樹脂。
  3. 150℃における溶融粘度が0.1P〜6Pである請求項1または2に記載の多価ヒドロキシ樹脂。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の多価ヒドロキシ樹脂の製造方法であって、
    少なくとも2種のフェノール成分の一部と、ホルムアルデヒドとを塩基性触媒の存在下で反応させて第1の反応生成物を得る第1工程と、
    前記少なくとも2種のフェノール成分の残部と、前記第1の反応生成物とを酸性触媒の存在下で反応させて多価ヒドロキシ樹脂を得る第2工程と、を有し、
    前記少なくとも2種のフェノール成分は、下記式(m1)で表される化合物と前記式(m2)で表される化合物とを含み、
    前記式(m2)で表される化合物の全量は、前記第1工程で反応させ、
    前記式(m1)で表される化合物の少なくとも一部は、前記第2工程で反応させる、多価ヒドロキシ樹脂の製造方法。
    Figure 2019052258
    [式中、Ar、R、Rおよびnはそれぞれ前記と同義であり、
    およびRはそれぞれ独立に、水素原子またはメチル基を示す。]
  5. 前記式(m1)で表される化合物の全量のうち、2核体の含有量が3質量%以下である請求項4に記載の多価ヒドロキシ樹脂の製造方法。
  6. 前記第1工程で反応させるホルムアルデヒドの量が、前記式(m2)で表される化合物に対して10〜80質量%であり、
    前記少なくとも2種のフェノール成分における前記式(m1)で表される化合物:前記式(m2)で表される化合物の質量比が50:50〜80:20である請求項4または5に記載の多価ヒドロキシ樹脂の製造方法。
  7. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の多価ヒドロキシ樹脂からなるエポキシ樹脂用硬化剤。
  8. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の多価ヒドロキシ樹脂の水酸基の少なくとも一部がエポキシ化されたエポキシ樹脂。
  9. エポキシ樹脂と、請求項7に記載のエポキシ樹脂用硬化剤とを含有するエポキシ樹脂組成物。
  10. 請求項9に記載のエポキシ樹脂組成物を硬化した硬化物。
  11. 請求項10に記載の硬化物を含む半導体封止材。
  12. 繊維質基材と請求項10に記載の硬化物とを含む積層板。
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