JP7270201B2 - エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止基板 - Google Patents

Description

本開示は、一般にエポキシ樹脂組成物及び樹脂封止基板に関し、より詳細にはエポキシ樹脂と硬化剤とを含有するエポキシ樹脂組成物及び樹脂封止基板に関する。

特許文献１は、低光沢熱硬化性エポキシ樹脂組成物を開示している。この低光沢熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、１分子中に２個以上のエポキシ基を含むエポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、無機充填材と、２５℃において固体状の熱可塑性樹脂粒子と、を含んでいる。

また特許文献２は、封止用エポキシ樹脂無機複合シートを開示している。この封止用エポキシ樹脂無機複合シートは、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を必須の成分とするエポキシ樹脂組成物を、キャリア材の表面に塗布し、加熱乾燥させて半硬化状態に形成させたものである。

特開２０１８－０３５２９２号公報 特開２０１４－０９５０６３号公報

近年、ウェアラブル分野の研究開発が活発化しているが、特許文献１の低光沢熱硬化性エポキシ樹脂組成物及び特許文献２の封止用エポキシ樹脂無機複合シートは、柔軟性及び伸縮性の点でウェアラブル機器への適用は難しい。

本開示の目的は、柔軟性及び伸縮性に優れた成形物を得ることができるエポキシ樹脂組成物及び樹脂封止基板を提供することにある。

本開示の一態様に係るエポキシ樹脂組成物は、基板に搭載された電子部品の封止用に用いられるエポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材と、を含有する。前記エポキシ樹脂が、下記式（１）で表されるエポキシ樹脂を含む。下記式（１）で表されるエポキシ樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂の全質量に対して５０質量％以上である。前記硬化剤が、下記式（２）で表されるフェノール樹脂を含む。前記基板が、柔軟性及び伸縮性を有するフィルムである。

本開示の一態様に係る樹脂封止基板は、前記基板と、前記基板上に搭載された電子部品と、前記電子部品を封止する封止樹脂層と、を備える。前記封止樹脂層が、前記エポキシ樹脂組成物の成形物である。

本開示によれば、柔軟性及び伸縮性に優れた成形物を得ることができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る樹脂封止基板の斜視図である。 図２は、上記樹脂封止基板の概略断面図である。

１．概要
本実施形態に係るエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、を含有する。

エポキシ樹脂は、下記式（１）で表されるエポキシ樹脂を含む。下記式（１）で表されるエポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂の全質量に対して５０質量％以上である。

硬化剤は、下記式（２）で表されるフェノール樹脂を含む。

本実施形態に係るエポキシ樹脂組成物によれば、式（１）で表されるエポキシ樹脂及び式（２）で表されるフェノール樹脂の組合せにより、柔軟性及び伸縮性に優れた成形物を得ることができる。

２．詳細
２．１ エポキシ樹脂組成物
本実施形態に係るエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、を含有する。エポキシ樹脂組成物は常温で液状である。

エポキシ樹脂は、プレポリマー（低重合体又はオリゴマーともいう）である。具体的には、エポキシ樹脂は、下記式（１）で表されるエポキシ樹脂を含む。

式（１）中のＲ１は、炭素数２以上の２価の有機基であり、主鎖を構成し得る。エポキシ樹脂組成物の成形時における流動性の観点から、Ｒ１の炭素数は、好ましくは１００以下、より好ましくは５０以下である。Ｒ１の炭素数が１であると、成形物が伸縮性能を発揮しないおそれがある。

２価の有機基は、例えば、メチレン直鎖である。メチレン直鎖は、２個以上のメチレン基が直列に結合している構造である。メチレン直鎖の少なくとも一部の水素原子は、炭素数１以上２０以下のアルキル基などの置換基で置換されていてもよい。主鎖がベンゼン環を含んでいてもよい。成形物の柔軟性及び伸縮性の観点から、Ｒ１は長いほど好ましい。

式（１）で表されるエポキシ樹脂は、分子中にエポキシ基を２個含む化合物である。エポキシ基は、主鎖の両端に１個ずつ結合している。好ましくは、Ｒ１は、エポキシ基を含まない。このように、Ｒ１の部分にエポキシ基が存在しないことで、主鎖の両端以外の部分で架橋しないようにすることができ、成形物の柔軟性及び伸縮性が損なわれることを抑制することができる。

好ましくは、Ｒ１は、シロキサン結合を含まない。このことで、樹脂封止基板１（図２参照）において、エポキシ樹脂組成物の成形物である封止樹脂層４と、基板２及び電子部品３との間の密着性の低下を抑制することができる。

エポキシ樹脂は、式（１）で表されるエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂（以下「その他のエポキシ樹脂」という場合がある）を含んでもよい。その他のエポキシ樹脂の具体例として、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Ａ／Ｄ型エポキシ樹脂、及びビフェニル型エポキシ樹脂が挙げられる。

エポキシ樹脂が、その他のエポキシ樹脂を含む場合、式（１）で表されるエポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂の全質量に対して５０質量％以上であり、好ましくは７０質量％以上である。式（１）で表されるエポキシ樹脂の含有量が５０質量％未満であると、柔軟性及び伸縮性を成形物に付与することができないおそれがある。例えば、その他のエポキシ樹脂が剛直な骨格を有する場合には、その影響が大きくなり、式（１）で表されるエポキシ樹脂による柔軟性及び伸縮性の付与効果が減殺されて、成形物が硬くて脆くなるおそれがある。

硬化剤は、下記式（２）で表されるフェノール樹脂を含む。式（２）中のＲ２は、炭素数１以上、好ましくは１以上１００以下、より好ましくは１以上５０以下の２価の有機基であり、主鎖を構成し得る。２価の有機基は、例えば、メチレン直鎖である。メチレン直鎖の少なくとも一部の水素原子は、アルキル基などの置換基で置換されていてもよい。主鎖がベンゼン環を含んでいてもよい。成形物の柔軟性及び伸縮性の観点から、Ｒ２は長いほど好ましい。

式（２）で表されるフェノール樹脂は、分子中に、２個以上のフェノール性水酸基を含み、好ましくは１個以上、より好ましくは２個以上のアリル基を含む化合物である。フェノール性水酸基は、主鎖の両端にそれぞれ少なくとも１個ずつ結合している。２個以上のアリル基を含む場合には、主鎖の両端にそれぞれ少なくとも１個ずつのアリル基が結合していることが好ましい。このように、主鎖の両端に結合しているアリル基が、成形物の柔軟性及び伸縮性の向上に関与し得ると推定される。

好ましくは、式（２）で表されるフェノール樹脂は、シロキサン結合を含まない。このことで、樹脂封止基板１（図２参照）において、エポキシ樹脂組成物の成形物である封止樹脂層４と、基板２及び電子部品３との間の密着性の低下を抑制することができる。

好ましくは、Ｒ２は、エポキシ基を含まない。このように、Ｒ２の部分にエポキシ基が存在しないことで、主鎖の両端以外の部分で架橋しないようにすることができ、成形物の柔軟性及び伸縮性が損なわれることを抑制することができる。

硬化剤は、式（２）で表されるフェノール樹脂以外の硬化剤（以下「その他の硬化剤」という場合がある）を含んでもよい。その他の硬化剤の具体例として、酸無水物、アミン及びフェノールノボラック樹脂が挙げられる。

エポキシ樹脂に対する硬化剤の化学量論上の当量比（硬化剤／エポキシ樹脂）は、０．５以上２．０以下の範囲内であることが好ましい。

好ましくは、エポキシ樹脂組成物は、無機充填材を更に含有する。このことで、耐湿性を成形物に付与することができる。つまり、成形物を吸湿しにくくすることができる。耐湿性は、水蒸気透過度などで評価可能である。無機充填材の具体例として、溶融シリカ、結晶性シリカ及びアルミナが挙げられる。エポキシ樹脂組成物の成形時の流動性の観点から、溶融シリカが好ましい。

エポキシ樹脂組成物が無機充填材を更に含有する場合、無機充填材の含有量は、エポキシ樹脂組成物の全質量に対して７０質量％以下であることが好ましい。無機充填材の含有量が７０質量％以下であることで、成形物の柔軟性及び伸縮性を維持しながら、成形物の耐湿性を向上させることができる。さらに無機充填材の含有量が７０質量％以下であれば、エポキシ樹脂組成物の粘度の上昇が抑えられ、流動性を保持することができるので、エポキシ樹脂組成物を狭い隙間にも容易に充填することができる。すなわち、エポキシ樹脂組成物を、基板２と電子部品３との間の隙間を充填する封止樹脂層４を形成するためのアンダーフィル材として使用可能である（図２参照）。無機充填材の含有量の下限値は特に限定されないが、例えば１質量％である。

エポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤を更に含有してもよい。硬化促進剤の具体例として、２－エチル－４－メチルイミダゾール、含窒素化合物及びリン化合物が挙げられる。

エポキシ樹脂組成物は、上述のエポキシ樹脂及び硬化剤を適宜の混合装置で混合し、必要に応じてこの混合物に上述の無機充填材及び硬化促進剤を添加して混合することによって調製することができる。

エポキシ樹脂組成物の粘度は、好ましくは１００Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは２０Ｐａ・ｓ以下である。このことで、エポキシ樹脂組成物の流動性が向上し、エポキシ樹脂組成物をアンダーフィル材として好適に用いることができる。エポキシ樹脂組成物を、基板２と電子部品３との間の隙間に充填して封止樹脂層４を形成する際、この封止樹脂層４中にボイドが発生することを抑制することができる。なお、粘度は、室温（２５℃）での粘度を意味する。

エポキシ樹脂組成物の成形物は、エポキシ樹脂組成物を加熱して硬化反応させることによって得られる。このようにして得られた成形物は、柔軟性に優れている。すなわち、成形物は、容易に折り曲げることができ、折り曲げても割れにくい。さらに成形物は、伸縮性に優れている。すなわち、成形物は、容易に伸び縮みすることができ、伸ばしたり縮めたりしても元に戻りやすい。このように、本実施形態に係るエポキシ樹脂組成物によれば、柔軟性及び伸縮性に優れた成形物を得ることができる。

エポキシ樹脂組成物の成形物の破断伸び率は、好ましくは３０％以上、より好ましくは１００％以上、更に好ましくは３００％以上である。破断伸び率が３０％以上であることで、例えば封止樹脂層４として成形物が、柔軟性及び伸縮性を有する基板２と一体化されている場合には、この基板２の特性を損ないにくくなる。すなわち、基板２と一緒に封止樹脂４も折り曲げたり、伸ばしたり縮めたりすることができる。

ここで、上記の破断伸び率は、引張試験を行うことにより得られる。引張試験では、エポキシ樹脂組成物で試験片を作製し、この試験片に平行な２本の標線をつけ、これらの標線に垂直な方向に、破断するまで引っ張る。そして、標線間距離の増加量を、初めの標線間距離（例えば２５ｍｍ）で除した値を、破断伸び率とする。標線間距離の増加量は、破断後の標線間距離と初めの標線間距離との差である。破断後の標線間距離は、破断した試験片を突き合わせて測定される。なお、エポキシ樹脂組成物の成形物の破断伸び率の上限値は特に限定されないが、例えば５００％である。

好ましくは、エポキシ樹脂組成物は、基板２に搭載された電子部品３の封止用に用いられる。つまり、エポキシ樹脂組成物を液状封止材として用いることが好ましい。比較的安価な設備で液状封止材による樹脂封止を行うことができ、実装形態の多様化への対応が容易であり、少量多品種生産に向いている。

２．２ 樹脂封止基板
図１に本実施形態に係る樹脂封止基板１を示す。樹脂封止基板１は、フィルム状又はシート状である。樹脂封止基板１は、基板２と、電子部品３と、封止樹脂層４と、を備える。

基板２は、電気的絶縁性を有する。基板２の厚さ、平面視の形状、大きさ及び材質は特に限定されない。基板２の表面には、導体配線２０が形成されている。導体配線２０は、例えば、導電性ペーストなどで形成されている。

好ましくは、基板２は、ストレッチャブル樹脂フィルム２１である。ストレッチャブル樹脂フィルム２１は、柔軟性及び伸縮性を有するフィルムである。例えば、ストレッチャブル樹脂フィルム２１の引張り伸びは２．５倍以上である。基板２がストレッチャブル樹脂フィルム２１であることで、成形物の伸縮性という真価を十分に発揮させることができる。なお、もちろん基板２は、柔軟性及び伸縮性を有しないものでもよい。

電子部品３は、基板２上に搭載されている。電子部品３の数は特に限定されない。電子部品３には、能動部品（半導体素子など）及び受動部品（チップ抵抗、チップコンデンサ及びチップインダクタなど）が含まれる。さらに電子部品３には、半導体素子等が搭載されたパッケージも含まれる。基板２と電子部品３とは接触していてもよいが、図２に示すようにバンプ３１を介して離れていてもよい。バンプ３１は、基板２の導体配線２０と電子部品３とを電気的に接続している。

封止樹脂層４は、エポキシ樹脂組成物の成形物である。封止樹脂層４は、電子部品３を封止している。より詳細には、封止樹脂層４は、電子部品３を全体的又は部分的に封止している。ここで、電子部品３を全体的に封止するとは、例えば、図２に示すように、電子部品３の全体が封止樹脂層４内に埋もれるように封止することをいう。一方、電子部品３を部分的に封止するとは、例えば、基板２の導体配線２０と電子部品３とを電気的に接続している部分（バンプ３１など）の周辺のみを封止して、その他の部分を封止しないことをいう。このように電子部品３を全体的又は部分的に封止することで、封止樹脂層４で封止された部分（電子部品３の全体又は一部）は、外部環境から保護される。好ましくは、封止樹脂層４は、導体配線２０も封止している。このようにして導体配線２０も、外部環境から保護され、断線が抑制される。封止樹脂層４の厚さは、特に限定されないが、例えば、５μｍ以上１００００μｍ（１ｃｍ）以下の範囲内である。

樹脂封止基板１は、次のようにして製造することができる。まず基板２の表面に導電性ペーストなどで導体配線２０を形成する。次にこの基板２に、はんだ付けなどの適宜の実装方法により電子部品３を搭載する。これにより基板２の導体配線２０と電子部品３とがバンプ３１などを介して電気的に接続される（図２参照）。次に電子部品３及び導体配線２０を被覆するようにエポキシ樹脂組成物を塗布する。このとき基板２と電子部品３との間の隙間にボイドを残すことなく、エポキシ樹脂組成物を充填することができる。その後、エポキシ樹脂組成物を加熱して硬化反応させることによって封止樹脂層４を形成する。このようにして図１に示すような樹脂封止基板１を製造することができる。

このようにして得られた樹脂封止基板１は、柔軟性に優れている。すなわち、樹脂封止基板１は、容易に折り曲げることができ、折り曲げても割れにくい。

さらに樹脂封止基板１は、伸縮性に優れている。すなわち、樹脂封止基板１は、容易に伸び縮みすることができ、伸ばしたり縮めたりしても元に戻りやすい。

このように、本実施形態に係る樹脂封止基板１は、柔軟性及び伸縮性に優れている。すなわち、特に基板２がストレッチャブル樹脂フィルム２１である場合には、電子部品３を保護し、かつ導体配線２０の断線などを抑制しつつ、樹脂封止基板１全体を自由に折り曲げたり伸縮させたりすることができる。そのため、様々な自由曲面上に樹脂封止基板１を追従させて設置することができる。したがって、ウェアラブル、センサ、ディスプレイ及びロボットなど幅広い分野において樹脂封止基板１を利用することが可能である。

３．態様
上記実施形態から明らかなように、本開示は、下記の態様を含む。以下では、実施形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。

第１の態様に係るエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、を含有する。前記エポキシ樹脂が、下記式（１）で表されるエポキシ樹脂を含む。下記式（１）で表されるエポキシ樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂の全質量に対して５０質量％以上である。前記硬化剤が、下記式（２）で表されるフェノール樹脂を含む。

この態様によれば、柔軟性及び伸縮性に優れた成形物を得ることができる。

第２の態様に係るエポキシ樹脂組成物は、第１の態様において、無機充填材を更に含有する。

この態様によれば、耐湿性を成形物に付与することができる。

第３の態様に係るエポキシ樹脂組成物は、第２の態様において、前記無機充填材の含有量が、前記エポキシ樹脂組成物の全質量に対して７０質量％以下である。

この態様によれば、成形物の柔軟性及び伸縮性を維持しながら、成形物の耐湿性を向上させることができる。

第４の態様に係るエポキシ樹脂組成物は、第１～３のいずれかの態様において、前記エポキシ樹脂組成物の成形物の破断伸び率が３０％以上である。

この態様によれば、封止樹脂層（４）として成形物が、柔軟性及び伸縮性を有する基板（２）と一体化されている場合には、この基板（２）の特性を損ないにくくなる。

第５の態様に係るエポキシ樹脂組成物は、第１～４のいずれかの態様において、基板（２）に搭載された電子部品（３）の封止用に用いられる。

この態様によれば、比較的安価な設備で液状封止材による樹脂封止を行うことができ、実装形態の多様化への対応が容易であり、少量多品種生産に向いている。

第６の態様に係る樹脂封止基板（１）は、基板（２）と、前記基板（２）上に搭載された電子部品（３）と、前記電子部品（３）を封止する封止樹脂層（４）と、を備える。前記封止樹脂層（４）が、第１～５のいずれかの態様に係るエポキシ樹脂組成物の成形物である。

この態様によれば、特に基板（２）がストレッチャブル樹脂フィルム（２１）である場合には、電子部品（３）を保護し、かつ導体配線（２０）の断線などを抑制しつつ、樹脂封止基板（１）全体を自由に折り曲げたり伸縮させたりすることができる。

以下、本開示を実施例によって具体的に説明するが、本開示は実施例に限定されない。

［エポキシ樹脂組成物］
表１に示す配合組成（質量％）で各成分を配合し、プラネタリーミキサーで混合し、さらに３本ロールで分散することによって、実施例１～５及び比較例１の液状のエポキシ樹脂組成物を調製した。なお、各成分の詳細は、以下のとおりである。

（エポキシ樹脂）
・エポキシ樹脂１：三菱ケミカル株式会社製「ＹＸ７４００」、エポキシ当量４４０ｇ／ｅｑ、式（１）で表されるエポキシ樹脂
・エポキシ樹脂２：新日鉄住金化学株式会社製「ＹＤＦ－８１７０Ｃ」、エポキシ当量１５５～１６５ｇ／ｅｑ、式（１）で表されるエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂
（硬化剤）
・明和化成株式会社製「ＭＥＨ－８０００Ｈ」、水酸基当量１３９～１４３ｇ／ｅｑ、式（２）で表されるフェノール樹脂
（無機充填材）
・デンカ株式会社製「ＦＢ－５ＳＤＣ」、溶融シリカ、球状、平均粒子径４．１μｍ
（硬化促進剤）
・２－エチル－４－メチルイミダゾール（２Ｅ４ＭＺ）
［評価試験］
各エポキシ樹脂組成物について、以下の評価試験を行った。各評価試験の結果を表１に示す。

（粘度）
各エポキシ樹脂組成物の粘度を室温（２５℃）にてＢ型粘度計を用いて測定した。

（破断伸び率）
各エポキシ樹脂組成物でダンベル状の試験片（厚さ５０μｍ、６号形、平行部幅４ｍｍ、平行部長さ２５ｍｍ）を作製した。次に、ＩＳＯ ３３８４に準拠した引張試験機（株式会社島津製作社製「オートグラフＡＧＳ－Ｘ」）を用いて、上記の試験片について、引張速度２５ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行い、破断伸び率を求めた。

（水蒸気透過度）
ＪＩＳ Ｋ７１２９附属書Ｂに準拠して、各エポキシ樹脂組成物で試験片を作製し、この試験片について水蒸気透過度を測定した。

１ 樹脂封止基板
２ 基板
３ 電子部品
４ 封止樹脂層

Claims (4)

1. 基板に搭載された電子部品の封止用に用いられるエポキシ樹脂組成物であって、
   前記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材と、を含有し、
   前記エポキシ樹脂が、下記式（１）で表されるエポキシ樹脂を含み、
   下記式（１）で表されるエポキシ樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂の全質量に対して５０質量％以上であり、
   前記硬化剤が、下記式（２）で表されるフェノール樹脂を含み、
   前記基板が、柔軟性及び伸縮性を有するフィルムである、
   エポキシ樹脂組成物。
   

   
2. 前記無機充填材の含有量が、前記エポキシ樹脂組成物の全質量に対して７０質量％以下である、
   請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
3. 前記エポキシ樹脂組成物の成形物の破断伸び率が３０％以上である、
   請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組成物。
4. 前記基板と、前記基板上に搭載された電子部品と、前記電子部品を封止する封止樹脂層と、を備え、
   前記封止樹脂層が、請求項１～３のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物の成形物である、
   樹脂封止基板。

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