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JP7828288B2 - 硬化性組成物、熱伝導材料、熱伝導シート、熱伝導層付きデバイス - Google Patents
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JP7828288B2 - 硬化性組成物、熱伝導材料、熱伝導シート、熱伝導層付きデバイス - Google Patents

硬化性組成物、熱伝導材料、熱伝導シート、熱伝導層付きデバイス

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Description

本発明は、硬化性組成物、熱伝導材料、熱伝導シート、及び、熱伝導層付きデバイスに関する。
パーソナルコンピュータ、一般家電、及び自動車等の様々な電気機器に用いられているパワー半導体デバイスは、近年、小型化が急速に進んでいる。小型化に伴い高密度化されたパワー半導体デバイスから発生する熱の制御が困難になっている。
このような問題に対応するため、パワー半導体デバイスからの放熱を促進する熱伝導材料が用いられている。
例えば、特許文献1には、硬化後には高い熱伝導率を達成可能な樹脂組成物として、多官能エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂と、所定の構造単位を有するノボラック樹脂を含む硬化剤と、窒化物粒子を含む無機充填材とを含有する樹脂組成物が挙げられている(請求項1)。
特開2016-104862号公報
ところで、熱伝導材料には、熱伝導性に優れることとともに、高温下で継続的に使用していても性能の劣化が生じにくい優れた耐熱性を有することも求められている。
高温下で熱伝導材料の性能が劣化するのは、熱伝導材料のTg(ガラス転移点)が不十分であることに要因がある。すなわち、熱伝導材料のTgが不十分であると、高温下において、熱伝導材料と熱伝導材料が熱を移動させるべき対象物との間での密着が弱くなり、熱伝導材料が対象物から熱を移動させる効率が劣化する。熱伝導材料のTgが十分に高ければ、熱伝導材料は優れた熱伝導性を発揮し続けることができ、耐熱性が良好になる。本明細書では、熱伝導材料のTgが高いことを、熱伝導材料の耐熱性が優れるともいう。
以上のような事情を鑑みて、本発明は、熱伝導性及び耐熱性に優れた熱伝導材料を与える硬化性組成物を提供することを課題とする。
また、本発明は、上記硬化性組成物に関する熱伝導材料、熱伝導シート、及び、熱伝導層付きデバイスを提供することをも課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
〔1〕
フェノール化合物と、
1つ以上のマレイミド基を有するマレイミド化合物、及び、1つ以上のシアネート基を有するシアネート化合物の一方又は両方と、
無機物と、を含み、
上記無機物が、無機窒化物を含む、硬化性組成物。
〔2〕
上記マレイミド化合物を含み、
上記マレイミド化合物が、一般式(1)で表される化合物である、〔1〕に記載の硬化性組成物。

一般式(1)中、mは、0又は1を表す。
nは、0又は1を表す。
及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
は、2価の連結基を表す。
〔3〕
上記一般式(1)中、mが1を表し、nが1を表し、Lで表される上記2価の連結基の炭素数が3~15である、〔2〕に記載の硬化性組成物。
〔4〕
上記マレイミド化合物を含み、
上記マレイミド化合物が、2つの上記マレイミド基を有する、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔5〕
上記無機物が、窒化ホウ素を含む、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔6〕
上記窒化ホウ素が、平均粒径が20μm以上である凝集状窒化ホウ素を含む、〔5〕に記載の硬化性組成物。
〔7〕
更に、表面修飾剤を含み、
上記窒化ホウ素が、上記窒化ホウ素の表面上に吸着した上記表面修飾剤とともに、表面修飾窒化ホウ素を構成している、〔5〕又は〔6〕に記載の硬化性組成物。
〔8〕
更に、エポキシ化合物を含む、〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔9〕
上記マレイミド化合物を含み、かつ、
上記エポキシ化合物が、25℃における粘度が1000mPa・s未満のエポキシ化合物を含む、〔8〕に記載の硬化性組成物。
〔10〕
上記マレイミド化合物を含み、かつ、
上記硬化性組成物中、フェノール化合物に含まれる水酸基の数に対する、上記エポキシ化合物に含まれる合計のエポキシ基の数との比が、1.2/1.0~2.0/1.0である、〔8〕又は〔9〕に記載の硬化性組成物。
〔11〕
上記フェノール化合物がトリアジン骨格を有するフェノール化合物を含むこと、及び、上記エポキシ化合物がトリアジン骨格を有するエポキシ化合物を含むこと、の少なくとも一方の要件を満たす、〔8〕~〔10〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔12〕
更に、硬化促進剤を含む、〔1〕~〔11〕のいずれかに記載の硬化性組成物。
〔13〕
上記硬化促進剤が、リン原子を含む化合物を含む、〔12〕に記載の硬化性組成物。
〔14〕
上記硬化促進剤が、ホスホニウム塩を含む、〔12〕又は〔13〕に記載の硬化性組成物。
〔15〕
上記硬化促進剤の分子量が、430以上である、〔12〕~〔14〕のいずれか1つに記載の硬化性組成物。
〔16〕
上記硬化促進剤が、一般式(P3)で表される化合物を含む、〔12〕又は〔13〕に記載の硬化性組成物。

一般式(P3)中、Rp31~Rp34は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
〔17〕
更に、イオン捕捉剤を含む、〔1〕~〔16〕のいずれか1つに記載の硬化性組成物。
〔18〕
〔1〕~〔17〕のいずれか1つに記載の硬化性組成物を硬化して得られる、熱伝導材料。
〔19〕
〔18〕に記載の熱伝導材料からなる、熱伝導シート。
〔20〕
下記式で求められる質量変化率が、1.0%未満となる、〔19〕に記載の熱伝導シート。
質量変化率(%)=(W2-W1)/W1×100
W1:120℃の環境下で2時間乾燥させた後の乾燥状態の熱伝導シートの質量
W2:上記乾燥状態の熱伝導シートを85℃、85RH%の環境下に24時間おいた後の、吸湿状態の熱伝導シートの質量
〔21〕
デバイスと、上記デバイス上に配置された〔19〕又は〔20〕に記載の熱伝導シートを含む熱伝導層とを有する、熱伝導層付きデバイス。
本発明によれば、熱伝導性及び耐熱性に優れた熱伝導材料を与える硬化性組成物を提供できる。
また、本発明によれば、上記硬化性組成物に関する熱伝導材料、熱伝導シート、及び、熱伝導層付きデバイスを提供できる。
以下、本発明の硬化性組成物、熱伝導材料、熱伝導シート、及び、熱伝導層付きデバイスについて詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされる場合があるが、本発明はそのような実施態様に制限されない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、「(メタ)アクリロイル基」との記載は、「アクリロイル基及びメタクリロイル基のいずれか一方又は双方」の意味を表す。また、「(メタ)アクリルアミド基」との記載は、「アクリルアミド基及びメタクリルアミド基のいずれか一方又は双方」の意味を表す。「(メタ)アクリル」との記載は、「アクリル及びメタクリルのいずれか一方又は双方」の意味を表す。
本明細書において、酸無水物基は、1価の基であってもよく、2価の基であってもよい。なお、酸無水物基が1価の基を表す場合、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、及び、無水トリメリット酸等の酸無水物から任意の水素原子を除いて得られる置換基が挙げられる。また、酸無水物基が2価の基を表す場合、*-CO-O-CO-*で表される基を意図する(*は結合位置を表す)。
なお、本明細書において、置換又は無置換を明記していない置換基等については、可能な場合、目的とする効果を損なわない範囲で、その基に更に置換基(例えば、後述する置換基群Y)を有していてもよい。例えば、「アルキル基」という表記は、目的とする効果を損なわない範囲で、置換又は無置換のアルキル基(置換基を有してもよいアルキル基)を意味する。
また、本明細書において、「置換基を有していてもよい」という場合の置換基の種類、置換基の位置、及び置換基の数は特に制限されない。置換基の数としては、例えば、1個、又は、2個以上が挙げられる。置換基としては、例えば、水素原子を除く1価の非金属原子団が挙げられ、以下の置換基群Yから選択される基が好ましい。
本明細書において、ハロゲン原子としては、例えば、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、及び、ヨウ素原子が挙げられる。
置換基群Y:
ハロゲン原子(-F、-Br、-Cl、-I等)、水酸基、アミノ基、カルボン酸基及びその共役塩基基、無水カルボン酸基、シアネートエステル基、不飽和重合性基、エポキシ基、オキセタニル基、アジリジニル基、チオール基、イソシアネート基、チオイソシアネート基、アルデヒド基、アルコキシ基、アリーロキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルジチオ基、アリールジチオ基、N-アルキルアミノ基、N,N-ジアルキルアミノ基、N-アリールアミノ基、N,N-ジアリールアミノ基、N-アルキル-N-アリールアミノ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、N-アルキルカルバモイルオキシ基、N-アリールカルバモイルオキシ基、N,N-ジアルキルカルバモイルオキシ基、N,N-ジアリールカルバモイルオキシ基、N-アルキル-N-アリールカルバモイルオキシ基、アルキルスルホキシ基、アリールスルホキシ基、アシルチオ基、アシルアミノ基、N-アルキルアシルアミノ基、N-アリールアシルアミノ基、ウレイド基、N’-アルキルウレイド基、N’,N’-ジアルキルウレイド基、N’-アリールウレイド基、N’,N’-ジアリールウレイド基、N’-アルキル-N’-アリールウレイド基、N-アルキルウレイド基、N-アリールウレイド基、N’-アルキル-N-アルキルウレイド基、N’-アルキル-N-アリールウレイド基、N’,N’-ジアルキル-N-アルキルウレイド基、N’,N’-ジアルキル-N-アリールウレイド基、N’-アリール-N-アルキルウレイド基、N’-アリール-N-アリールウレイド基、N’,N’-ジアリール-N-アルキルウレイド基、N’,N’-ジアリール-N-アリールウレイド基、N’-アルキル-N’-アリール-N-アルキルウレイド基、N’-アルキル-N’-アリール-N-アリールウレイド基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリーロキシカルボニルアミノ基、N-アルキル-N-アルコキシカルボニルアミノ基、N-アルキル-N-アリーロキシカルボニルアミノ基、N-アリール-N-アルコキシカルボニルアミノ基、N-アリール-N-アリーロキシカルボニルアミノ基、ホルミル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基、カルバモイル基、N-アルキルカルバモイル基、N,N-ジアルキルカルバモイル基、N-アリールカルバモイル基、N,N-ジアリールカルバモイル基、N-アルキル-N-アリールカルバモイル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、スルホ基(-SOH)及びその共役塩基基、アルコキシスルホニル基、アリーロキシスルホニル基、スルフィナモイル基、N-アルキルスルフィナモイル基、N,N-ジアルキルスルフィナモイル基、N-アリールスルフィナモイル基、N,N-ジアリールスルフィナモイル基、N-アルキル-N-アリールスルフィナモイル基、スルファモイル基、N-アルキルスルファモイル基、N,N-ジアルキルスルファモイル基、N-アリールスルファモイル基、N,N-ジアリールスルファモイル基、N-アルキル-N-アリールスルファモイル基、N-アシルスルファモイル基及びその共役塩基基、N-アルキルスルホニルスルファモイル基(-SONHSO(alkyl))及びその共役塩基基、N-アリールスルホニルスルファモイル基(-SONHSO(aryl))及びその共役塩基基、N-アルキルスルホニルカルバモイル基(-CONHSO(alkyl))及びその共役塩基基、N-アリールスルホニルカルバモイル基(-CONHSO(aryl))及びその共役塩基基、アルコキシシリル基(-Si(Oalkyl))、アリーロキシシリル基(-Si(Oaryl))、ヒドロキシシリル基(-Si(OH))及びその共役塩基基、ホスホノ基(-PO)及びその共役塩基基、ジアルキルホスホノ基(-PO(alkyl))、ジアリールホスホノ基(-PO(aryl))、アルキルアリールホスホノ基(-PO(alkyl)(aryl))、モノアルキルホスホノ基(-POH(alkyl))及びその共役塩基基、モノアリールホスホノ基(-POH(aryl))及びその共役塩基基、ホスホノオキシ基(-OPO)及びその共役塩基基、ジアルキルホスホノオキシ基(-OPO(alkyl))、ジアリールホスホノオキシ基(-OPO(aryl))、アルキルアリールホスホノオキシ基(-OPO(alkyl)(aryl))、モノアルキルホスホノオキシ基(-OPOH(alkyl))及びその共役塩基基、モノアリールホスホノオキシ基(-OPOH(aryl))及びその共役塩基基、シアノ基、ニトロ基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、及びアルキル基。また、上述の各基は、可能な場合、更に置換基(例えば、上述の各基のうちの1以上の基)を有してもよい。例えば、置換基を有してもよいアリール基も、置換基群Yから選択可能な基として含まれる。
置換基群Yから選択される基が炭素原子を有する場合、上記基が有する炭素数としては、例えば、1~20である。
置換基群Yから選択される基が有する水素原子以外の原子の数としては、例えば、1~30である。
また、これらの置換基は、可能であるならば置換基同士、又は置換している基と結合して環を形成してもよいし、していなくてもよい。例えば、アルキル基(又は、アルコキシ基のように、アルキル基を部分構造として含む基におけるアルキル基部分)は、環状のアルキル基(シクロアルキル基)でもよく、部分構造として1以上の環状構造を有するアルキル基でもよい。
[組成物]
本発明の硬化性組成物(以下、単に「組成物」とも言う)は、フェノール化合物と1つ以上のマレイミド基を有するマレイミド化合物、及び、1つ以上のシアネート基を有するシアネート化合物の一方又は両方と、無機物と、を含む。
また、上記無機物は、無機窒化物を含む。
1つ以上のマレイミド基を有するマレイミド化合物、及び、1つ以上のシアネート基を有するシアネート化合物を総称して「特定化合物」ともいう。
本発明の組成物が、上記のような構成で本発明の課題が解決されるメカニズムは必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。
まず、本発明の組成物は、無機物として、熱伝導性に優れる無機窒化物を含む。
更に、有機成分として、フェノール化合物、及び、特定化合物を含む。組成物中の特定化合物はフェノール化合物と反応して無機窒化物を含む熱伝導材料(硬化物)を形成でき、このような熱伝導材料の高分子構造は密度が高く、熱伝導材料の熱伝導性及び耐熱性(Tg)の向上が実現できた、と推測されている。
また、後述の通り組成物は、エポキシ化合物を含むこともでき、このような場合、熱伝導材料の熱伝導性及び耐熱性(Tg)がより優れる。これは、フェノール化合物が特定化合物と反応して生じる高分子構造と、フェノール化合物がエポキシ化合物と反応して生じる高分子構造とが、IPN構造(相互侵入網目構造)を形成したり、更に、エポキシ基から生成する水酸基が特定化合物と架橋反応(エポキシ基由来の水酸基とマレイミド基の二重結合との反応等)したりして、より密な高分子構造が形成されたためと推測されている。
また、熱伝導材料中により密な高分子構造が形成されるため、熱伝導材料中に水が浸入しにくくなり吸湿性も抑制され、加えて、熱伝導材料が高温にさらされた場合において構成成分が熱分解して熱伝導材料中に揮発性の低分子が生成されることも抑制される。その結果、熱伝導材料を高温下に置いた場合でも、熱伝導材料から揮発性成分が気化して接着性が低下することが抑制され、熱伝導材料のハンダ耐熱性がより向上する、と考えられている。
更に、本発明の組成物から形成される熱伝導材料は、絶縁性も良好である。
以下、本発明の組成物を用いて形成される熱伝導材料の熱伝導性、耐熱性、絶縁性、吸湿性の抑制性、及び、ハンダ耐熱性の少なくとも1つが優れることを、本発明の効果が優れるともいう。
以下、組成物に含まれる成分について詳述する。
〔フェノール化合物〕
本発明の組成物はフェノール化合物を含む。
フェノール化合物は、芳香環基に直接結合する水酸基(フェノール性水酸基)を1以上(好ましくは2以上、より好ましくは2~10)有する化合物である。
中でも、フェノール化合物は、トリアジン骨格を有することが好ましい。
フェノール化合物が「トリアジン骨格を有する」とは、化合物中に1個以上(例えば1~5個)のトリアジン環基を有することを意味する。
フェノール化合物は、一般式(Z)で表される化合物が好ましい。
上記一般式(Z)中、同一の符号で表される基が複数存在する場合、特段の断りがない限り、複数存在する同一の符号で表される基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
一般式(Z)中、E~Eは、それぞれ独立に、単結合、-NH-、又は、-NR-を表す。
Rは、置換基を表す。Rの表す置換基としては、例えば、炭素数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。
~Eは、それぞれ独立に、-NH-、又は、-NR-が好ましく、-NH-がより好ましい。
一般式(Z)中、Bは、単結合又はk+1価の有機基を表す。
は、単結合又はl+1価の有機基を表す。
は、単結合又はm+1価の有機基を表す。
は、単結合又はn+1価の有機基を表す。
上記k+1価の有機基、l+1価の有機基、m+1価の有機基、及び、n+1価の有機基におけるk、l、m、及び、nの値は、一般式(Z)中に明示される、k、l、m、及び、nの値と一致する。
なお、rが2以上であって、複数存在するmの値が異なる場合、Bで表されるm+1価の有機基におけるmの値は、そのBが結合するXの数を示すmの値と同一である。
~Bが表す有機基としては、例えば、炭素数1~20のヘテロ原子を有していてもよい炭化水素からj個の水素原子を除いた基等が挙げられる。なお、j個とは、k+1個、l+1個、m+1個、又は、n+1個のことをいう。
ここで、j個の水素原子を除く前の上記炭化水素としては、例えば、置換基を有していてもよい炭素数1~20の脂肪族炭化水素、置換基を有していてもよい炭素数3~20の脂肪族環、及び、置換基を有していてもよい炭素数3~20の芳香環からなる群から選択される1以上の炭化水素が挙げられる。また、上記1以上の炭化水素に対して、更に、-O-、-S-、-CO-、-NR-(Rは水素原子又は置換基)、及び、-SO-からなる群から選択される2価の連結基の1以上を組み合わせてもよい。
炭素数1~20の脂肪族炭化水素としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、及び、ヘプタン等が挙げられる。
炭素数3~20の脂肪族環としては、例えば、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、ノルボルナン環、及び、アダマンタン環等が挙げられる。
炭素数3~20の芳香環としては、例えば、炭素数6~20の芳香族炭化水素、及び、炭素数3~20の芳香族複素環等が挙げられる。
炭素数6~20の芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等が挙げられ、炭素数3~20の芳香族複素環としては、例えば、フラン環、ピロール環、チオフェン環、ピリジン環、チアゾール環、カルバゾール環、インドール環、及び、ベンゾチアゾール環等が挙げられる。
一般式(Z)中、k、l、m、及び、nは、それぞれ独立に、0以上の整数を表す。ただし、k、l、r×m、及び、nの合計は2以上であり、2~12の整数であることが好ましく、4~8の整数であることがより好ましい。
なお、「r×m」におけるmの値は、複数存在し得るmの平均値である。
k、l、m、及び、nは、それぞれ独立に、0~5の整数が好ましく、1~2の整数がより好ましい。
例えば、kが1以上(例えば1~2)であるのが好ましく、lが1以上(例えば1~2)であるのが好ましく、mが1以上(例えば1~2)であるのが好ましく、nが1以上(例えば1~2)であるのが好ましい。
なお、kが0の場合、BはXを有さない。lが0の場合、BはXを有さない。mが0の場合、BはXを有さない。nが0の場合、BはXを有さない。
また、Bが単結合の場合、kは1である。Bが単結合の場合、lは1である。Bが単結合の場合、mは1である。Bが単結合の場合、nは1である。
Lは、2価の有機基を表す。
2価の有機基としては、例えば、置換基を有していてもよい2価の芳香環基、置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい2価の脂肪族環基、-N(RNA)-、-CO-、及び、これらを組み合わせた基が挙げられる。RNAは有機基を表す。上記2価の有機基として例示される基は、更に、-O-、-S-、-N(R)-、、及び、これらを組み合わせた基を有していてもよい。
は、置換基を表す。Rの表す置換基としては、例えば、炭素数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基等が挙げられる。
また、上記芳香環基、上記脂肪族炭化水素基、及び、上記脂肪族環基が有していてもよい置換基としては、例えば、炭素数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基等が挙げられる。
2価の芳香環基としては、例えば、炭素数6~20の2価の芳香族炭化水素基、及び、炭素数3~20の2価の芳香族複素環基が挙げられる。
炭素数6~20の2価の芳香族炭化水素基を構成する芳香環としては、例えば、ベンゼン環等の単環式芳香環;ナフタレン環、及び、アントラセン環等の多環式芳香環;等が挙げられ、炭素数3~20の2価の芳香族複素環基を構成する芳香族複素環としては、例えば、フラン環、ピロール環、チオフェン環、ピリジン環、及び、チアゾール環等の単環式芳香環;ベンゾチアゾール環、カルバゾール環、及び、インドール環等の多環式芳香環;等が挙げられる。
なお、Lとしての2価の芳香環基は、上記例示から2個の水素原子を除いた基が挙げられる。
2価の脂肪族炭化水素基としては、例えば、炭素数1~12のアルキレン基等が挙げられ、具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、メチルヘキシレン基、及び、へプチレン基等が挙げられる。
2価の脂肪族環基を構成する脂肪族環としては、例えば、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、ノルボルナン環、及び、アダマンタン環等が挙げられる。
なお、Lとしての脂肪族環基は、上記例示から2個の水素原子を除いた基が挙げられる。
置換基を有していてもよい2価の芳香環基、置換基を有していてもよい2価の脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい2価の脂肪族環基、又は、-O-、-S-、-NR-若しくは-CO-を組み合わせた基としては、これらの2つ以上の組み合わせからなる2価の連結基だけでなく、同種の基(例えば、芳香環基)を単結合を介して2つ以上組み合わせた2価の連結基であってもよい。
本発明においては、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる点から、Lの両末端が炭素原子であることが好ましい。末端の炭素原子は環状構造の一部でもよい。
また、本発明においては、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる点から、上記一般式(P2)中のLが、置換基を有していてもよい2価の芳香環基、置換基を有していてもよい2価の脂肪族環基、及び、炭素数2以上の分岐を有していてもよいアルキレン基からなる群から選択される少なくとも1種を有する2価の有機基であることが好ましく、熱伝導性がより優れるとの理由から置換基を有していてもよい2価の芳香環基を有する2価の有機基がより好ましい。
一般式(Z)中、rは0以上の整数である。
rは0~20の整数であることが好ましく、0~10の整数であることがより好ましい。
一般式(Z)中、X~X4は、それぞれ独立に、フェノール性水酸基を有する芳香環基を表す。
「フェノール性水酸基を有する芳香環基」は、芳香環に直接結合する水酸基(フェノール性水酸基)を1個以上(例えば1~4個)有する芳香環基であればよい。上記芳香環基は上記水酸基以外の置換基を有しいてもよく、有していなくてもよい。上記芳香環基は、単環でも多環でもよく、環員原子としてヘテロ原子を有していてもよい。上記芳香環基の環員原子の数は5~15が好ましく、6~10がより好ましく、6が更に好ましい。
上記芳香環基は、ベンゼン環基が好ましい。
上記芳香環基が上記水酸基以外に有し得る置換基としては、炭素数1~6の置換基が好ましく、炭素数1~6の炭化水素基がより好ましく、炭素数1~6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が更に好ましい。
一般式(Z)中、k個存在するX、l個存在するX、r×m個存在するX、及び、n個存在するXのうちの少なくとも1個は、フェノール性水酸基とフェノール性水酸基のオルト位に配置された置換基とを有する芳香環基であることも好ましい。上記置換基は、上記フェノール性水酸基のオルト位の一方だけに存在してもよいし、両方に存在してもよい。
なお、「r×m」におけるmの値は、複数存在し得るmの平均値である。
また、「オルト位に配置された置換基」は、炭素数1~6の置換基が好ましく、炭素数1~6の炭化水素基がより好ましく、炭素数1~6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が更に好ましい。
言い換えると、(k+l+r×m+n)個存在するX~Xのいずれかで表される「フェノール性水酸基を有する芳香環基」のうち、少なくとも1個(好ましくは30%以上、より好ましくは50%以上、更に好ましくは65%以上。好ましくは100%以下、より好ましくは90%以下、更に好ましくは80%以下)が「フェノール性水酸基とフェノール性水酸基のオルト位に配置された置換基とを有する芳香環基」を表してもよい。
~X4で表されるフェノール性水酸基を有する芳香環基において、「フェノール性水酸基とフェノール性水酸基のオルト位に配置された置換基とを有する芳香環基」以外の芳香環基は、水酸基(フェノール性水酸基)以外の置換基を有してもよく有してなくてもよい。
「フェノール性水酸基とフェノール性水酸基のオルト位に配置された置換基とを有する芳香環基」以外の芳香環基は、例えば、ヒドロキシフェニル基が挙げられる。
(k+l+r×m+n)個存在するX~Xのいずれかで表される「フェノール性水酸基を有する芳香環基」のうち、少なくとも1個(例えば1~2個)が「フェノール性水酸基とフェノール性水酸基のオルト位に配置された置換基とを有する芳香環基」以外の芳香環基であることも好ましい。
~X4で表されるフェノール性水酸基を有する芳香環基において、「フェノール性水酸基とフェノール性水酸基のオルト位に配置された置換基とを有する芳香環基」以外の芳香環基も存在していることで、化合物全体としての対称性が崩れ、化合物の融点が低下し、組成物から形成される半硬化膜の取り扱い性が向上すると考えられている。
フェノール化合物は、一般式(Z1)で表される化合物であることも好ましい。
フェノール化合物は、一般式(Z1)で表される化合物を含むことが好ましく、フェノール化合物が一般式(Z1)で表される化合物そのものであってもよい。一般式(Z1)で表される化合物の含有量は、フェノール化合物の全質量に対して、10~100質量%が好ましく、25~100質量%がより好ましく、50~100質量%が更に好ましい。
一般式(Z1)中、rは0以上の整数を表す。rは0~20の整数であることが好ましく、0~10の整数であることがより好ましい。
Lは、2価の有機基を表す。一般式(Z1)におけるLで表される2価の有機基は、例えば、一般式(Z1)におけるLで表される2価の有機基と同様である。
は、水素原子又は置換基を表す。
で表される置換基は、炭素数1~6の置換基であることが好ましく、炭素数1~6の炭化水素基であることがより好ましく、炭素数1~6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることが更に好ましい。
一般式(Z1)中に(3+r)個存在するRの少なくとも1個(好ましくは30%以上、より好ましくは50%以上、更に好ましくは65%以上。好ましくは90%以下、より好ましくは80%以下)は置換基を表してもよい。
一般式(Z1)中に(3+r)個存在するRの少なくとも1個(例えば1~2個)は水素原子を表してもよい。
一般式(Z1)中におけるR(好ましくは置換基であるR)及びOHが結合したベンゼン環基において、上記R(好ましくは置換基であるR)は、上記ベンゼン環基が結合するNHに対するパラ位に存在していることも好ましい。
フェノール化合物は、一般式(Z2)で表される化合物であることも好ましい。
フェノール化合物は、一般式(Z2)で表される化合物を含むことが好ましく、フェノール化合物が一般式(Z2)で表される化合物そのものであってもよい。一般式(Z2)で表される化合物の含有量は、フェノール化合物の全質量に対して、10~100質量%が好ましく、25~100質量%がより好ましく、50~100質量%が更に好ましい。
一般式(Z2)中、Rは、水素原子又は置換基を表す。
2個存在するRの少なくとも一方は置換基を表すことも好ましく、両方が置換基を表すことも好ましい。
で表される置換基は、炭素数1~6の置換基であることが好ましく、炭素数1~6の炭化水素基であることがより好ましく、炭素数1~6のアルキル基であることが更に好ましい。
上記アルキル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。上記アルキル基は無置換であることも好ましい。
一般式(Z2)中の2個のRは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
その他にもフェノール化合物としては、例えば、ビスフェノールA、F、S、AD、ベンゼンジオール若しくはベンゼントリオール等のベンゼンポリオール、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール付加型樹脂、フェノールアラルキル樹脂、多価ヒドロキシ化合物とホルムアルデヒドとから合成される多価フェノールノボラック樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリメチロールメタン樹脂、テトラフェニロールエタン樹脂、ナフトールノボラック樹脂、ナフトールフェノール共縮ノボラック樹脂、ナフトールクレゾール共縮ノボラック樹脂、ビフェニル変性フェノール樹脂、ビフェニル変性ナフトール樹脂、アミノトリアジン変性フェノール樹脂、又は、アルコキシ基含有芳香環変性ノボラック樹脂等も好ましい。
フェノール化合物の分子量は、225~2000が好ましく、225~1000がより好ましい。
なお、上記分子量に分子量分布がある場合、上記分子量は重量平均分子量である。
フェノール化合物の水酸基含有量は、2.0mmol/g以上が好ましく、4.0mmol/g以上がより好ましい。上限値は、25.0mmol/g以下が好ましく、10.0mmol/g以下がより好ましい。
なお、上記水酸基含有量は、フェノール化合物1gが有する、水酸基(好ましくはフェノール性水酸基)の数を意図する。
また、フェノール化合物は、水酸基以外にも、エポキシ化合物と重合反応できる活性水素含有基(カルボン酸基等)を有していてもよいし、有していなくてもよい。フェノール化合物の活性水素の含有量(水酸基及びカルボン酸基等における水素原子の合計含有量)の下限値は、2.0mmol/g以上が好ましく、4.0mmol/g以上がより好ましい。上限値は、25.0mmol/g以下が好ましく、10.0mmol/g以下がより好ましい。
なお、本発明の組成物は、フェノール化合物以外にも、エポキシ化合物と反応可能な基を有する化合物(「その他の活性水素含有化合物」ともいう)を含んでもよい。
ただし、本発明の組成物において、フェノール化合物の含有量に対する、その他の活性水素含有化合物の含有量の質量比は、0~1が好ましく、0~0.1がより好ましく、0~0.05が更に好ましい。
組成物中、フェノール化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、3~90質量%が好ましく、5~50質量%がより好ましく、7~40質量%が更に好ましい。
なお、固形分とは、熱伝導材料を形成する成分を意図し、溶媒は含まれない。ここでいう、熱伝導材料を形成する成分は、熱伝導材料を形成する際に反応(重合)して化学構造が変化する成分でもよい。また、熱伝導材料を形成する成分であれば、その性状が液体状であっても、固形分とみなす。
〔エポキシ化合物〕
本発明の組成物はエポキシ化合物を含むことも好ましい。
エポキシ化合物は、1分子中に、少なくとも1つのエポキシ基(オキシラニル基)を有する化合物である。
上記エポキシ基は、オキシラン環から1以上の水素原子(好ましくは1の水素原子)を除いてなる基である。上記エポキシ基は、可能な場合、更に置換基(直鎖状又は分岐鎖状の炭素数1~5のアルキル基等)を有していてもよい。
エポキシ化合物が有するエポキシ基の数は、1分子中、2以上が好ましく、2~1000がより好ましく、2~40が更に好ましい。
エポキシ化合物の分子量は、150以上が好ましく、300以上がより好ましい。上記分子量の上限に制限はなく、例えば100000以下が好ましく、10000以下がより好ましい。
なお、上記分子量に分子量分布がある場合、上記分子量は重量平均分子量である。
本明細書において、数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算で求めた重量平均分子量である。
エポキシ化合物のエポキシ基含有量は、2.0~20.0mmol/gが好ましく、5.0~15.0mmol/gがより好ましい。
なお、上記エポキシ基含有量は、エポキシ化合物1gが有する、エポキシ基の数を意図する。
エポキシ化合物は、芳香環基(好ましくは芳香族炭化水素環基)を有するのも好ましい。
芳香環基を有するエポキシ化合物の含有量は、全エポキシ化合物に対して、5~100質量%が好ましく、50~100質量%がより好ましく、70~100質量%が更に好ましい。
エポキシ化合物は、液晶性を示してもよく示さなくてもよい。
つまり、エポキシ化合物は、液晶化合物であってよい。言い換えれば、エポキシ基を有する液晶化合物であってもよい。
エポキシ化合物(液晶性のエポキシ化合物であってもよい)としては、例えば、少なくとも部分的に棒状構造を含む化合物(棒状化合物)、及び、少なくとも部分的に円盤状構造を含む化合物(円盤状化合物)が挙げられる。
以下、棒状化合物及び円盤状化合物について詳述する。
(棒状化合物)
棒状化合物であるエポキシ化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、及び、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が挙げられる。以上のような低分子化合物だけではなく、高分子化合物も使用できる。上記高分子化合物は、低分子の反応性基を有する棒状化合物が重合した高分子化合物である。
好ましい棒状化合物としては、下記一般式(XXI)で表される棒状化合物が挙げられる。
一般式(XXI):Q-L111-A111-L113-M-L114-A112-L112-Q
一般式(XXI)中、Q及びQはそれぞれ独立に、エポキシ基であり、L111、L112、L113、及び、L114はそれぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。A111及びA112はそれぞれ独立に、炭素数1~20の2価の連結基(スペーサ基)を表す。Mはメソゲン基を表す。
及びQのエポキシ基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。
一般式(XXI)中、L111、L112、L113、及び、L114はそれぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
111、L112、L113、及び、L114で表される2価の連結基としては、それぞれ独立に、-O-、-S-、-CO-、-NR112-、-CO-O-、-O-CO-O-、-CO-NR112-、-NR112-CO-、-O-CO-、-CH-O-、-O-CH-、-O-CO-NR112-、-NR112-CO-O-、及び、-NR112-CO-NR112-からなる群より選ばれる2価の連結基であるのが好ましい。上記R112は炭素数1~7のアルキル基又は水素原子である。
中でも、L113及びL114は、それぞれ独立に、-O-が好ましい。
111及びL112は、それぞれ独立に、単結合が好ましい。
一般式(XXI)中、A111及びA112は、それぞれ独立に、炭素数1~20の2価の連結基を表す。
2価の連結基は、隣接していない酸素原子及び硫黄原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。中でも、炭素数1~12の、アルキレン基、アルケニレン基、又は、アルキニレン基が好ましい。上記、アルキレン基、アルケニレン基、又は、アルキニレン基がエステル基を有していてもよいし、有していなくてもよい。
2価の連結基は直鎖状であるのが好ましく、また、上記2価の連結基は置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、及び、臭素原子)、シアノ基、メチル基、及び、エチル基が挙げられる。
中でも、A111及びA112は、それぞれ独立に、炭素数1~12のアルキレン基が好ましく、メチレン基がより好ましい。
一般式(XXI)中、Mはメソゲン基を表し、上記メソゲン基としては、公知のメソゲン基が挙げられる。中でも、下記一般式(XXII)で表される基が好ましい。
一般式(XXII):-(W-L115-W
一般式(XXII)式中、W及びWは、それぞれ独立に、2価の環状アルキレン基、2価の環状アルケニレン基、アリーレン基、又は、2価のヘテロ環基を表す。L115は、単結合又は2価の連結基を表す。nは、1~4の整数を表す。
及びWとしては、例えば、1,4-シクロヘキセンジイル、1,4-シクロヘキサンジイル、1,4-フェニレン、ピリミジン-2,5-ジイル、ピリジン-2,5-ジイル、1,3,4-チアジアゾール-2,5-ジイル、1,3,4-オキサジアゾール-2,5-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、ナフタレン-1,5-ジイル、チオフェン-2,5-ジイル、及び、ピリダジン-3,6-ジイルが挙げられる。1,4-シクロヘキサンジイルの場合、トランス体及びシス体の構造異性体のどちらの異性体であってもよく、任意の割合の混合物でもよい。中でも、トランス体が好ましい。
及びWは、それぞれ置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、上述した置換基群Yで例示された基が挙げられ、より具体的には、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及び、ヨウ素原子)、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、及び、プロピル基等)、炭素数1~10のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、及び、エトキシ基等)、炭素数1~10のアシル基(例えば、ホルミル基、及び、アセチル基等)、炭素数1~10のアルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル基、及び、エトキシカルボニル基等)、炭素数1~10のアシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、及び、プロピオニルオキシ基等)、ニトロ基、トリフルオロメチル基、及び、ジフルオロメチル基等が挙げられる。
が複数存在する場合、複数存在するWは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
一般式(XXII)式中、L115は、単結合又は2価の連結基を表す。L115で表される2価の連結基としては、上述したL111~L114で表される2価の連結基の具体例が挙げられ、例えば、-CO-O-、-O-CO-、-CH-O-、及び、-O-CH-が挙げられる。
115が複数存在する場合、複数存在するL115は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
上記一般式(XXII)で表されるメソゲン基の基本骨格で好ましい骨格を、以下に例示する。上記メソゲン基は、これらの骨格に置換基が置換していてもよい。
上記骨格の中でも、得られる熱伝導材料の熱伝導性がより優れる点でビフェニル骨格が好ましい。
なお、一般式(XXI)で表される化合物は、特表平11-513019号公報(WO97/00600)に記載の方法を参照して合成できる。
棒状化合物は、特開平11-323162号公報及び特許4118691号に記載のメソゲン基を有するモノマーであってもよい。
また、一般式(XXI)で表される化合物において、「Q-L111-」及び「-L112-Q」の一方又は両方が、ジグリシジルアミノ基に置き換わった化合物も好ましい。
中でも、棒状化合物は、一般式(E1)で表される化合物であるのが好ましい。
一般式(E1)中、LE1は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
中でも、LE1は、2価の連結基が好ましい。
2価の連結基は、-O-、-S-、-CO-、-NH-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、置換意を有していてもよいアルキレン基、又は、これらの2以上の組み合わせからなる基が好ましく、-O-アルキレン基-又は-アルキレン基-O-がより好ましい。
なお上記アルキレン基は、直鎖状、分岐鎖状、及び、環状のいずれでもよいが、炭素数1~2の直鎖状アルキレン基が好ましい。
複数存在するLE1は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
一般式(E1)中、LE2は、それぞれ独立に、単結合、-CH=CH-、-CO-O-、-O-CO-、-C(-CH)=CH-、-CH=C(-CH)-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-C≡C-、-N=N(-O)-、-N(-O)=N-、-CH=N(-O)-、-N(-O)=CH-、-CH=CH-CO-、-CO-CH=CH-、-CH=C(-CN)-、又は、-C(-CN)=CH-を表す。
中でも、LE2は、それぞれ独立に、単結合、-CO-O-、又は、-O-CO-が好ましい。
E2が複数存在する場合、複数存在するLE2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
一般式(E1)中、LE3は、それぞれ独立に、単結合、又は、置換基を有していてもよい、5員環若しくは6員環の芳香環基又は5員環若しくは6員環の非芳香環基、又は、これらの環からなる多環基を表す。
E3で表される芳香環基及び非芳香環基の例としては、置換基を有していてもよい、1,4-シクロヘキサンジイル基、1,4-シクロヘキセンジイル基、1,4-フェニレン基、ピリミジン-2,5-ジイル基、ピリジン-2,5-ジイル基、1,3,4-チアジアゾール-2,5-ジイル基、1,3,4-オキサジアゾール-2,5-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、ナフタレン-1,5-ジイル基、チオフェン-2,5-ジイル基、及び、ピリダジン-3,6-ジイル基が挙げられる。1,4-シクロヘキサンジイル基の場合、トランス体及びシス体の構造異性体のどちらの異性体であってもよく、任意の割合の混合物でもよい。中でも、トランス体であるのが好ましい。
中でも、LE3は、単結合、1,4-フェニレン基、又は、1,4-シクロヘキセンジイル基が好ましい。
E3で表される基が有する置換基は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、又は、アセチル基が好ましく、アルキル基(好ましくは炭素数1)がより好ましい。
なお、置換基が複数存在する場合、置換基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
E3が複数存在する場合、複数存在するLE3は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
一般式(E1)中、peは、0以上の整数を表す。
peが2以上の整数である場合、複数存在する(-LE3-LE2-)は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
中でも、peは、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0が更に好ましい。
一般式(E1)中、LE4は、それぞれ独立に、置換基を表す。
置換基は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、又は、アセチル基が好ましく、アルキル基(好ましくは炭素数1)がより好ましい。
複数存在するLE4は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、次に説明するleが2以上の整数である場合、同一の(LE4le中に複数存在するLE4も、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
一般式(E1)中、leは、それぞれ独立に、0~4の整数を表す。
中でも、leは、それぞれ独立に、0~2が好ましい。
複数存在するleは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
また、一般式(E1)で表される化合物において、2個存在する「エポキシ基-LE1-」の一方又は両方が、ジグリシジルアミノアルキレン基(好ましくはジグリシジルアミノメチレン基)に置き換わった化合物も好ましい。
棒状化合物は、得られる熱伝導材料の熱伝導性がより優れる点でビフェニル骨格を有するのも好ましい。
言い換えると、エポキシ化合物は、ビフェニル骨格を有するのも好ましく、この場合のエポキシ化合物は棒状化合物であるのが好ましい。
(円盤状化合物)
円盤状化合物であるエポキシ化合物は、少なくとも部分的に円盤状構造を有する。
円盤状構造は、少なくとも、脂環又は芳香族環を有する。特に、円盤状構造が、芳香族環を有する場合、円盤状化合物は、分子間のπ-π相互作用によるスタッキング構造の形成により柱状構造を形成しうる。
円盤状構造として、具体的には、Angew.Chem.Int. Ed. 2012, 51, 7990-7993又は特開平7-306317号公報に記載のトリフェニレン構造、並びに、特開2007-002220号公報及び特開2010-244038号公報に記載の3置換ベンゼン構造等が挙げられる。
エポキシ化合物として円盤状化合物を用いれば、高い熱伝導性を示す熱伝導材料が得られる。その理由としては、棒状化合物が直線的(一次元的)にしか熱伝導できないのに対して、円盤状化合物は法線方向に平面的(二次元的)に熱伝導できるため、熱伝導パスが増え、熱伝導率が向上する、と考えられる。
上記円盤状化合物は、エポキシ基を3つ以上有するのが好ましい。3つ以上のエポキシ基を有する円盤状化合物を含む組成物の硬化物はガラス転移温度が高く、耐熱性が高い傾向がある。
円盤状化合物が有するエポキシ基の数は、8以下が好ましく、6以下より好ましい。
円盤状化合物の具体例としては、C. Destrade et al., Mol. Crysr. Liq. Cryst., vol. 71, page 111 (1981) ;日本化学会編、季刊化学総説、No.22、液晶の化学、第5章、第10章第2節(1994);B. Kohne et al., Angew. Chem. Soc. Chem. Comm., page 1794 (1985);J. Zhang et al., J. Am. Chem. Soc., vol. 116, page 2655 (1994)、及び特許第4592225号に記載されている化合物等において末端の少なくとも1つ(好ましくは3つ以上)をエポキシ基とした化合物が挙げられる。
円盤状化合物としては、Angew.Chem.Int. Ed. 2012, 51, 7990-7993、及び特開平7-306317号公報に記載のトリフェニレン構造、並びに、特開2007-002220号公報、及び、特開2010-244038号公報に記載の3置換ベンゼン構造において末端の少なくとも1つ(好ましくは3つ以上)をエポキシ基とした化合物等が挙げられる。
円盤状化合物としては、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、以下に示す式(D1)~(D16)のいずれかで表される化合物が好ましい。
まず、式(D1)~(D15)について説明し、その後、式(D16)について説明する。
なお、以下の式中、「-LQ」は「-L-Q」を表し、「QL-」は「Q-L-」を表す。
式(D1)~(D15)中、Lは2価の連結基を表す。
熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、Lは、それぞれ独立に、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、-CO-、-NH-、-O-、-S-、及び、これらの組み合わせからなる群より選ばれる基であるのが好ましく、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、-CO-、-NH-、-O-、及び、-S-からなる群より選ばれる基を2個以上組み合わせた基であるのがより好ましい。
上記アルキレン基の炭素数は、1~12が好ましい。上記アルケニレン基の炭素数は、2~12が好ましい。上記アリーレン基の炭素数は、10以下が好ましい。
アルキレン基、アルケニレン基、及び、アリーレン基は、置換基(好ましくは、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ、アルコキシ基、及び、アシルオキシ基等)を有していてもよい。
Lの例を以下に示す。以下の例では、左側の結合手が式(D1)~(D15)のいずれかで表される化合物の中心構造(以下、単に「中心環」ともいう)の側に結合し、右側の結合手がQに結合する。
ALはアルキレン基又はアルケニレン基を意味し、ARはアリーレン基を意味する。
ALで表されるアルキレン基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数は例えば1~12である。ALで表されるアルケニレン基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数は例えば2~12である。ARで表されるアリーレン基は、単環でも多環でもよく、環員原子数は6~12が好ましい。
L101:-AL-CO-O-AL-
L102:-AL-CO-O-AL-O-
L103:-AL-CO-O-AL-O-AL-
L104:-AL-CO-O-AL-O-CO-
L105:-CO-AR-O-AL-
L106:-CO-AR-O-AL-O-
L107:-CO-AR-O-AL-O-CO-
L108:-CO-NH-AL-
L109:-NH-AL-O-
L110:-NH-AL-O-CO-
L111:-O-AL-
L112:-O-AL-O-
L113:-O-AL-O-CO-
L114:-O-AL-O-CO-NH-AL-
L115:-O-AL-S-AL-
L116:-O-CO-AL-AR-O-AL-O-CO-
L117:-O-CO-AR-O-AL-CO-
L118:-O-CO-AR-O-AL-O-CO-
L119:-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-CO-
L120:-O-CO-AR-O-AL-O-AL-O-AL-O-CO-
L121:-S-AL-
L122:-S-AL-O-
L123:-S-AL-O-CO-
L124:-S-AL-S-AL-
L125:-S-AR-AL-
L126:-O-CO-AL-
L127:-O-CO-AL-O-
L128:-O-CO-AR-O-AL-
L129:-O-CO-
L130:-O-CO-AR-O-AL-O-CO-AL-S-AR-
L131:-O-CO-AL-S-AR-
L132:-O-CO-AR-O-AL-O-CO-AL-S-AL-
L133:-O-CO-AL-S-AR-
L134:-O-AL-S-AR-
L135:-AL-CO-O-AL-O-CO-AL-S-AR-
L136:-AL-CO-O-AL-O-CO-AL-S-AL-
L137:-O-AL-O-AR-
L138:-O-AL-O-CO-AR-
L139:-O-AL-NH-AR-
L140:-O-CO-AL-O-AR-
L141:-O-CO-AR-O-AL-O-AR-
L142:-AL-CO-O-AR-
L143:-AL-CO-O-AL-O-AR-
式(D1)~(D15)中、Qは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
置換基としては、上述した置換基群Yで例示される基が挙げられる。より具体的には、置換基としては、上記反応性官能基、ハロゲン原子、イソシアネート基、シアノ基、不飽和重合性基、エポキシ基、オキセタニル基、アジリジニル基、チオイソシアネート基、アルデヒド基、及び、スルホ基が挙げられる。
ただし、Qがエポキシ基以外の基である場合、Qはエポキシ基に対して安定であるのが好ましい。
なお、式(D1)~(D15)中、1つ以上(好ましくは2つ以上)のQは、エポキシ基を表す。中でも、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、すべてのQがエポキシ基を表すのが好ましい。
なお、式(D1)~(D15)で表される化合物は、エポキシ基の安定性の点からは、-NH-を有さないのが好ましい。
式(D1)~(D15)で表される化合物の中でも、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、式(D4)で表される化合物が好ましい。言い換えると、円盤状化合物の中心環はトリフェニレン環であるのが好ましい。
式(D4)で表される化合物としては、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、式(XI)で表される化合物が好ましい。
式(XI)中、R11、R12、R13、R14、R15、及び、R16は、それぞれ独立に、*-X11-L11-P11、又は、*-X12-L12-Y12を表す。
なお、*はトリフェニレン環との結合位置を表す。
11、R12、R13、R14、R15、及び、R16のうち、2個以上は、*-X11-L11-P11であり、3個以上が*-X11-L11-P11であるのが好ましい。
中でも、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、R11及びR12のいずれか1個以上、R13及びR14のいずれか1個以上、並びに、R15及びR16のいずれか1個以上が、*-X11-L11-P11であるのが好ましい。
11、R12、R13、R14、R15、及び、R16が、全て、*-X11-L11-P11であるのがより好ましい。加えて、R11、R12、R13、R14、R15、及び、R16が、全て同一であるのが更に好ましい。
11は、それぞれ独立に、単結合、-O-、-CO-、-NH-、-O-CO-、-O-CO-O-、-O-CO-NH-、-O-CO-S-、-CO-O-、-CO-NH-、-CO-S-、-NH-CO-、-NH-CO-O-、-NH-CO-NH-、-NH-CO-S-、-S-、-S-CO-、-S-CO-O-、-S-CO-NH-、又は、-S-CO-S-を表す。
中でも、X11は、それぞれ独立に、-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-O-CO-NH-、-CO-O-、-CO-NH-、-NH-CO-、又は、-NH-CO-O-が好ましく、-O-、-O-CO-、-CO-O-、-O-CO-NH-、又は、-CO-NH-がより好ましく、-O-CO-又は-CO-O-が更に好ましい。
11は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
2価の連結基の例としては、-O-、-O-CO-、-CO-O-、-S-、-NH-、アルキレン基(炭素数は、1~10が好ましく、1~8がより好ましく、1~7が更に好ましい。)、アリーレン基(炭素数は、6~20が好ましく、6~14がより好ましく、6~10が更に好ましい。)、又は、これらの組み合わせからなる基が挙げられる。
上記アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、及び、ヘプチレン基が挙げられる。
上記アリーレン基としては、1,4-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,4-ナフチレン基、1,5-ナフチレン基、及び、アントラセニレン基が挙げられ、1,4-フェニレン基が好ましい。
上記アルキレン基及び上記アリーレン基はそれぞれ置換基を有していてもよい。置換基の数は、1~3が好ましく、1がより好ましい。置換基の置換位置は特に制限されない。置換基としては、ハロゲン原子又は炭素数1~3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
上記アルキレン基及び上記アリーレン基は無置換であるのも好ましい。中でも、アルキレン基は無置換であるのが好ましい。
-X11-L11-の例として、上述のLの例であるL101~L143が挙げられる。
11は、エポキシ基を表す。上記エポキシ基は置換基を有していてもよく、有していなくてもよい。
12は、X11と同様であり、好適な条件も同様である。
12は、L11と同様であり、好適な条件も同様である。
-X12-L12-の例として、上述のLの例であるL101~L143が挙げられる。
12は、水素原子、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは、環状のアルキル基、又は、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは、環状のアルキル基において1個又は2個以上のメチレン基が-O-、-S-、-NH-、-N(CH)-、-CO-、-O-CO-、又は-CO-O-で置換された基を表す。
12が、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは、環状のアルキル基、又は、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは、環状のアルキル基において1個又は2個以上のメチレン基が-O-、-S-、-NH-、-N(CH)-、-CO-、-O-CO-、又は-CO-O-で置換された基の場合、Y12に含まれる水素原子の1個以上がハロゲン原子で置換されていてもよい。
式(XI)で表される化合物の具体例については、特開平7-281028号公報の段落番号0028~0036、特開平7-306317号公報、特開2005-156822号公報の段落番号0016~0018、特開2006-301614号公報の段落番号0067~0072、及び、液晶便覧(平成12年丸善株式会社発刊)330頁~333頁に記載の化合物において、末端の少なくとも1つ(好ましくは3つ以上)をエポキシ基とした化合物が挙げられる。
式(XI)で表される化合物は、特開平7-306317号公報、特開平7-281028号公報、特開2005-156822号公報、及び、特開2006-301614号公報に記載の方法に準じて合成できる。
また、熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、円盤状化合物として、式(D16)で表される化合物も好ましい。
式(D16)中、A2X、A3X、及び、A4Xは、それぞれ独立に、-CH=又は-N=を表す。中でも、A2X、A3X、及び、A4Xが、いずれも-CH=であること、又は、いずれも-N=であることが好ましい。つまり、A2X、A3X、及び、A4Xを含む6員環(中心環)が、ベンゼン環であること、又は、トリアジン環であることが好ましい。
17X、R18X、及び、R19Xは、それぞれ独立に、*-X211X-(Z21X-X212Xn21X-L21X-Qを表す。*は、中心環との結合位置を表す。
211X及びX212Xは、それぞれ独立に、単結合、-O-、-CO-、-NH-、-O-CO-、-O-CO-O-、-O-CO-NH-、-O-CO-S-、-CO-O-、-CO-NH-、-CO-S-、-NH-CO-、-NH-CO-O-、-NH-CO-NH-、-NH-CO-S-、-S-、-S-CO-、-S-CO-O-、-S-CO-NH-、又は、-S-CO-S-を表す。
21Xは、それぞれ独立に、5員環若しくは6員環の芳香環基、又は、5員環若しくは6員環の非芳香環基を表す。
21Xは、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、式(D1)~(D15)におけるQと同義であり、好ましい条件も同様である。式(D16)中、複数存在するQのうち、少なくとも1つ(好ましくは全部)のQは、エポキシ基を表す。
n21Xは、0~3の整数を表す。n21Xが2以上の場合、複数存在する(Z21X-X212X)は、同一でも異なっていてもよい。
式(D16)で表される化合物としては、式(XII)で表される化合物が好ましい。
式(XII)中、A、A、及び、Aは、それぞれ独立に、-CH=又は-N=を表す。中でも、A、A、及び、Aが、いずれも-CH=であること、又は、いずれも-N=であることが好ましい。つまり、A、A、及び、Aを含む6員環(中心環)が、ベンゼン環であること、又は、トリアジン環であることが好ましい。
17、R18、及び、R19は、それぞれ独立に、*-X211-(Z21-X212n21-L21-P21、又は、*-X221-(Z22-X222n22-Y22を表す。*は中心環との結合位置を表す。
17、R18、及び、R19のうち2個以上は、*-X211-(Z21-X212n21-L21-P21である。熱伝導材料の熱伝導性がより優れる観点から、R17、R18、及び、R19は全てが、*-X211-(Z21-X212n21-L21-P21であるのが好ましい。
加えて、R17、R18、及び、R19が、全て同一であるのが好ましい。
211、X212、X221、及び、X222は、それぞれ独立に、単結合、-O-、-CO-、-NH-、-O-CO-、-O-CO-O-、-O-CO-NH-、-O-CO-S-、-CO-O-、-CO-NH-、-CO-S-、-NH-CO-、-NH-CO-O-、-NH-CO-NH-、-NH-CO-S-、-S-、-S-CO-、-S-CO-O-、-S-CO-NH-、又は、-S-CO-S-を表す。
中でも、X211、X212、X221、及び、X222としては、それぞれ独立に、単結合、-NH-、-O-、-CO-O-、又は、-O-CO-が好ましい。
21及びZ22は、それぞれ独立に、5員環若しくは6員環の芳香環基、又は、5員環若しくは6員環の非芳香環基を表し、例えば、ベンゼン環基(1,4-フェニレン基及び1,3-フェニレン基等)、並びに、芳香族複素環基が挙げられる。
上記芳香環基及び上記非芳香環基は、置換基を有していてもよい。置換基を有する場合、置換基の数は、1~4が好ましく、1又は2がより好ましく、1が更に好ましい。置換基の置換位置は、特に制限されない。置換基としては、ハロゲン原子又はメチル基が好ましい。上記芳香環基及び上記非芳香環基は無置換であるのも好ましい。また、置換基として、更に「-X212-L21-P21」で表される基を有していてもよい。
芳香族複素環基としては、例えば、以下の芳香族複素環基が挙げられる。
式中、*はX211又はX221に結合する部位を表す。**はX212又はX222に結合する部位を表す。A41及びA42は、それぞれ独立に、メチン基又は窒素原子を表す。Xは、酸素原子、硫黄原子、又は、イミノ基を表す。
41及びA42は、少なくとも一方が窒素原子であるのが好ましく、両方が窒素原子であるのがより好ましい。また、Xは、酸素原子であるのが好ましい。
後述するn21及びn22が2以上の場合、複数存在する(Z21-X212)及び(Z22-X222)は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
21は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表し、上述した式(XI)におけるL11と同義である。L21としては、-O-、-O-CO-、-CO-O-、-S-、-NH-、アルキレン基(炭素数は、1~10が好ましく、1~8がより好ましく、1~7が更に好ましい。)、アリーレン基(炭素数は、6~20が好ましく、6~14がより好ましく、6~10が更に好ましい。)、又は、これらの組み合わせからなる基が好ましい。
後述するn22が1以上の場合において、-X212-L21-の例としては、上述の式(D1)~(D15)におけるLの例であるL101~L143が同様に挙げられる。ただしこの場合、L101~L143における左側の結合手が化合物の中心構造(以下、単に「中心環」ともいう)の側に結合し、右側の結合手がP21に結合する。
21は、エポキシ基を表す。上記エポキシ基は置換基を有していてもよく、有していなくてもよい。
22は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは、環状のアルキル基、又は、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状、若しくは、環状のアルキル基において1個又は2個以上のメチレン基が-O-、-S-、-NH-、-N(CH)-、-CO-、-O-CO-、又は、-CO-O-で置換された基を表し、一般式(XI)におけるY12と同義であり、好ましい範囲も同様である。
n21及びn22はそれぞれ独立に、0~3の整数を表し、熱伝導性がより優れる観点から、1~3の整数が好ましい。中でも、A、A、及び、Aが、いずれも-CH=である場合はn21及びn22がそれぞれ独立に2~3の整数であることがより好ましく、A、A、及び、Aが、いずれも-N=である場合はn21及びn22がそれぞれ独立に1であることがより好ましい。
円盤状化合物の好ましい例としては、以下の化合物が挙げられる。



なお、下記構造式中、Rは、-X212-L21-P21を表す。
式(XII)で表される化合物の詳細、及び具体例については、特開2010-244038号公報の段落0013~0077に記載の化合物において、末端の少なくとも1つ(好ましくは3つ以上)をエポキシ基とした化合物を参照でき、その内容は本明細書に組み込まれる。
式(XII)で表される化合物は、特開2010-244038号公報、特開2006-076992号公報、及び、特開2007-002220号公報に記載の方法に準じて合成できる。
なお、電子密度を減らしてスタッキングを強くし、カラム状集合体を形成しやすくなるという観点から、円盤状化合物は水素結合性官能基を有する化合物であるのも好ましい。水素結合性官能基としては、-O-CO-NH-、-CO-NH-、-NH-CO-、-NH-CO-O-、-NH-CO-NH-、-NH-CO-S-、又は、-S-CO-NH-等が挙げられる。
(その他のエポキシ化合物)
上述のエポキシ化合物以外にも、エポキシ化合物は、例えば、フェノール化合物の説明中で述べた一般式(Z)、一般式(Z1)、又は、一般式(Z2)において、フェノール性水酸基をエポキシ含有基に代えた一般式で表される化合物も使用できる。
エポキシ含有基は、エポキシ基そのものである基、又は、エポキシ基を一部分に含む一価の基である。
上記エポキシ基を一部分に含む一価の基は、基全体の中にエポキシ基を1個以上(好ましくは1~8個)有する基である。
上記エポキシ基を一部分に含む一価の基は、「-(2価の炭化水素基)M1-(-O-2価の炭化水素基-)M2-エポキシ基」で表される基が好ましい。上記基において、M1は、0又は1を表す。M2は、1以上(好ましくは1~10)の整数を表す。上記基における2価の炭化水素基としては、例えば、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6)、アルケニレン基(-CH=CH-等。好ましくは炭素数2~6)、アルキニレン基(-C≡C-等。好ましくは炭素数2~6)、アリーレン基(フェニレン基等。好ましくは炭素数6~15)、及び、これらを組み合わせた基が挙げられる。上記2価の炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよく、上記2価の炭化水素基が置換基として更にエポキシ含有基を有してもよい。複数存在してもよい上記2価の炭化水素基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
また、その他のエポキシ化合物としては、例えば、一般式(DN)で表されるエポキシ化合物も挙げられる。
一般式(DN)中、nDNは、0以上の整数を表し、0~5の整数が好ましく、1がより好ましい。
DNは、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、-O-、-O-CO-、-CO-O-、-S-、アルキレン基(炭素数は、1~10が好ましい。)、アリーレン基(炭素数は、6~20が好ましい。)、又は、これらの組み合わせからなる基が好ましく、アルキレン基がより好ましく、メチレン基がより好ましい。
その他のエポキシ化合物としては、一般式(E2)で表されるエポキシ化合物も挙げられる。
(V-)4-UC(-W) (E2)
一般式(E2)中、Cは、炭素原子を表す。
一般式(E2)中、Uは、3又は4の整数を表す。
一般式(E2)中において、Vの数を示す「4-U」中の「U」と、Wの数を示す「U」とは同じ値を示す。つまり、一般式(E2)は、「V-C(-W)」又は「C(-W)」である。
一般式(E2)中、Vは、エポキシ基を有さない置換基又は水素原子を表す。
上記エポキシ基を有さない置換基は、エポキシ基以外の置換基であり、かつ、置換基の一部分としてもエポキシ基を含むことがない置換基である。
上記エポキシ基を有さない置換基としては、例えば、置換基群Yから選択される基であって、エポキシ基及びエポキシ基を一部分に含む基を除いた基が挙げられる。
上記エポキシ基を有さない置換基は、アルキル基が好ましく、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。上記アルキル基は、炭素数1~5が好ましい。
一般式(E2)中、Wは、エポキシ含有基を表す。
エポキシ含有基は、エポキシ基そのものである基、又は、エポキシ基を一部分に含む一価の基である。
上記エポキシ基を一部分に含む一価の基は、基全体の中にエポキシ基を1個以上(好ましくは1~8個)有する基である。
上記エポキシ基を一部分に含む一価の基は、「-(2価の炭化水素基)M1-(-O-2価の炭化水素基-)M2-エポキシ基」で表される基が好ましい。上記基において、M1は、0又は1を表す。M2は、1以上(好ましくは1~10)の整数を表す。上記基における2価の炭化水素基としては、例えば、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6)、アルケニレン基(-CH=CH-等。好ましくは炭素数2~6)、アルキニレン基(-C≡C-等。好ましくは炭素数2~6)、アリーレン基(フェニレン基等。好ましくは炭素数6~15)、及び、これらを組み合わせた基が挙げられる。上記2価の炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよく、上記2価の炭化水素基が置換基として更にエポキシ含有基を有してもよい。複数存在してもよい上記2価の炭化水素基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
一般式(E2)中に複数存在するWは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
その他のエポキシ化合物としては、エポキシ基が、縮環している化合物も挙げられる。このような化合物としては、例えば、3,4:8,9-ジエポキシビシクロ[4.3.0]ノナン等が挙げられる。
その他のエポキシ化合物としては、一般式(E3)で表されるエポキシ化合物も挙げられる。
エポキシ基-CH-O-(アルキレン基-O)-CH-エポキシ基 (E3)
一般式(E3)中、Xは、1以上の整数を表し、1~50の整数が好ましく、1~15の整数がより好ましく、1~3の整数が更に好ましい。
一般式(E3)中のアルキレン基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。上記アルキレン基の炭素数は1~10が好ましく、2~3がより好ましく、2が更に好ましい。上記アルキレン基が一般式(E3)中に複数存在する場合、複数存在する上記アルキレン基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
その他のエポキシ化合物としては、他にも、例えば、ビスフェノールA、F、S、AD等のグリシジルエーテルであるビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールS型エポキシ化合物、ビスフェノールAD型エポキシ化合物等;水素添加したビスフェノールA型エポキシ化合物、水素添加したビスフェノールAD型エポキシ化合物等;フェノールノボラック型のグリシジルエーテル(フェノールノボラック型エポキシ化合物)、クレゾールノボラック型のグリシジルエーテル(クレゾールノボラック型エポキシ化合物)、ビスフェノールAノボラック型のグリシジルエーテル等;ジシクロペンタジエン型のグリシジルエーテル(ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物);ジヒドロキシペンタジエン型のグリシジルエーテル(ジヒドロキシペンタジエン型エポキシ化合物);レゾルシノール等のジヒドロキシベンゼンのグリシジルエーテルのようなポリヒドロキシベンゼン型のグリシジルエーテル(ポリヒドロキシベンゼン型エポキシ化合物);ベンゼンポリカルボン酸型のグリシジルエステル(ベンゼンポリカルボン酸型エポキシ化合物);トリスフェノールメタン型エポキシ化合物;フェノキシ樹脂等;及び、側鎖にエポキシ基を有するアクリル樹脂、が挙げられる。上述の各化合物におけるグリシジルエーテル基及び/又はグリシジルエステル基の1個又は2個以上が、ジグリシジルアミノ基又はジグリシジルアミノアルキレン基(ジグリシジルアミノメチレン基等)に置き換わった化合物をエポキシ化合物として使用してもよい。
上述の各化合物は、置換基を有していてもよい。例えば、上述の各化合物に含まれる芳香環基、シクロアルカン環基、及び/又は、アルキレン基等が、グリシジルエーテル基、グリシジルエステル基、ジグリシジルアミノ基、及び/又は、ジグリシジルアミノアルキレン基以外の置換基を有していてもよい。
エポキシ化合物は、ポリヒドロキシベンゼン型のグリシジルエーテル、ビスフェノールF型のグリシジルエーテル、一般式(DN)で表されるエポキシ化合物、棒状化合物(好ましくはビフェニル骨格を有する棒状化合物)、円盤状化合物(好ましくは中心環がビフェニレン環である円盤状化合物、中心環がトリアジン環である円盤状化合物、又は、中心環がベンゼン環である円盤状化合物)、フェノールノボラック型のグリシジルエーテル、フェノキシ樹脂、一般式(E2)で表されるエポキシ化合物、及び、一般式(E3)で表されるエポキシ化合物からなる群から選択される1種以上を含むことが好ましい。
エポキシ化合物がこれらの化合物を含む場合、その含有量は、エポキシ化合物の全質量に対して、0質量%超100質量%以下であり、30~100質量%が好ましく、60~100質量%がより好ましく、90~100質量%が更に好ましい。
エポキシ化合物が、25℃における粘度が1000mPa・s未満のエポキシ化合物(「低粘度エポキシ化合物」ともいう)を含むことも好ましい。
また、特に、組成物が後述のマレイミド化合物を含む場合において、エポキシ化合物が、上記低粘度エポキシ化合物を含むことが好ましい。
エポキシ化合物が低粘度エポキシ化合物を含むことで、組成物から形成される半硬化膜に柔軟性が導入されて保存安定性が向上し、形成してから一定時間経過した後の上記半硬化膜のハンドリング性が良好になる。このような改善効果は、組成物が後述のマレイミド化合物を含む場合において特に顕著である。
低粘度エポキシ化合物の25℃における粘度は、1000mPa・s未満であり、500mPa・s以下が好ましく、300mPa・s以下がより好ましい。上記粘度の下限は特に制限されないが、例えば、1mPa・s以上である。
なお、エポキシ化合物の粘度は、RheoStress RS6000(英弘精機株式会社製)を用いて25℃で測定し、測定開始から1分経過後の値を読み取って得られる値である。せん断速度は10(1/s)とする。
エポキシ化合物が低粘度エポキシ化合物を含む場合、低粘度エポキシ化合物の含有量は、全エポキシ化合物に対して、5~100質量%が好ましく、20~100質量%がより好ましく、60~100質量%が更に好ましい。
低粘度エポキシ化合物としては、例えば、上述のエポキシ化合物のうちの所定の粘度を有するエポキシ化合物を使用でき、より具体的には、例えば、ビスフェノールF型のグリシジルエーテル、Xが1~13の整数である一般式(E3)で表されるエポキシ化合物、及び、ジヒドロキシベンゼン型のグリシジルエーテルが挙げられる。
〔フェノール化合物とエポキシ化合物との関係性〕
エポキシ化合物を含む場合の本発明の組成物において、フェノール化合物がトリアジン骨格を有するフェノール化合物を含むこと(要件1)、及び、エポキシ化合物がトリアジン骨格を有するエポキシ化合物を含むこと(要件2)、の少なくとも一方の要件を満たすことが好ましい。
組成物は、要件1のみを満たしてもよいし、要件2のみを満たしてもよいし、要件1及び要件2の両方を満たしてもよい。
フェノール化合物及びエポキシ化合物が「トリアジン骨格を有する」とは、化合物中に1個以上(例えば1~5個)のトリアジン環基を有することを意味する。
トリアジン骨格を有するフェノール化合物としては、例えば、上述の、一般式(Z)で表される化合物、一般式(Z1)で表される化合物、及び、一般式(Z2)で表される化合物が挙げられる。
トリアジン骨格を有するエポキシ化合物としては、例えば、上述の、式(D16)で表される化合物においてA2X、A3X、及び、A4Xがいずれも-N=である形態の化合物、式(XII)で表される化合物においてA、A、及び、Aがいずれも-N=である形態の化合物、一般式(Z)においてフェノール性水酸基をエポキシ含有基に代えた一般式で表される化合物、一般式(Z1)においてフェノール性水酸基をエポキシ含有基に代えた一般式で表される化合物、及び、一般式(Z2)においてフェノール性水酸基をエポキシ含有基に代えた一般式で表される化合物が挙げられる。
フェノール化合物が、トリアジン骨格を有するフェノール化合物を含む場合(例えば要件1を満たす場合)、その含有量は、フェノール化合物の全質量に対して、0質量%超100質量%以下であり、30~100質量%が好ましく、60~100質量%がより好ましく、90~100質量%が更に好ましい。なお、組成物がエポキシ化合物を含み、上記エポキシ化合物が、トリアジン骨格を有するエポキシ化合物を含む場合(つまり要件2を満たす場合)、トリアジン骨格を有するフェノール化合物の含有量は、上記好適範囲の範囲外であるのも好ましい。
組成物がエポキシ化合物を含み、上記エポキシ化合物が、トリアジン骨格を有するエポキシ化合物を含む場合(つまり要件2を満たす場合)、その含有量は、エポキシ化合物の全質量に対して、0質量%超100質量%以下であり、30~100質量%が好ましく、60~100質量%がより好ましく、90~100質量%が更に好ましい。なお、フェノール化合物が、トリアジン骨格を有するフェノール化合物を含む場合(つまり要件1を満たす場合)、トリアジン骨格を有するエポキシ化合物の含有量は、上記好適範囲の範囲外であってもよい。
組成物がエポキシ化合物を含む場合、フェノール化合物とエポキシ化合物との少なくとも一部がトリアジン骨格を有する化合物以外であることも好ましい。
フェノール化合物の全部又は一部がトリアジン骨格を有する化合物以外でもよく、エポキシ化合物の全部又は一部がトリアジン骨格を有する化合物以外でもよい。
組成物がエポキシ化合物を含む場合、架橋密度を調整し本発明の効果をより向上させる点から、トリアジン骨格を有するフェノール化合物とトリアジン骨格を有するエポキシ化合物との合計含有量は、全フェノール化合物と全エポキシ化合物との合計含有量に対して、0質量%超100質量%未満が好ましく、1~90質量%がより好ましく、5~80質量%が更に好ましい。
また、組成物中、エポキシ化合物とフェノール化合物との合計含有量は、組成物の全固形分に対して、3~90質量%が好ましく、5~50質量%がより好ましく、7~40質量%が更に好ましい。
エポキシ化合物及び/又はフェノール化合物は、1種単独で使用してもよく2種以上使用してもよい。
組成物において、フェノール化合物に含まれる合計の水酸基(好ましくはフェノール性水酸基)の数に対する、エポキシ化合物に含まれる合計のエポキシ基の数との比(エポキシ基の数/水酸基の数)は、通常3/97~97/3であり、30/70~70/30が好ましく、40/60~60/40がより好ましく、45/55~55/45が更に好ましい。
つまり、組成物中の、フェノール化合物とエポキシ化合物との含有量の比は、上記「エポキシ基の数/フェノール性水酸基の数」が上記範囲内になるような比であるのが好ましい。
また、組成物において、エポキシ化合物のエポキシ基と、活性水素(フェノール性水酸基に由来する活性水素であってもよく、その他の活性水素含有化合物の活性水素であってもよい)との当量比(エポキシ基の数/活性水素の数)は、通常3/97~97/3であり、30/70~70/30が好ましく、40/60~60/40がより好ましく、45/55~55/45が更に好ましい。
また、組成物において、フェノール化合物に含まれる合計の水酸基(好ましくはフェノール性水酸基)の数に対する、エポキシ化合物に含まれる合計のエポキシ基の数との比(エポキシ基の数/水酸基の数)が、1.1/1.0~3.0/1.0であることも好ましく、1.2/1.0~2.0/1.0であることがより好ましく、1.3/1.0~1.8/1.0であることが更に好ましい。言い換えると、フェノール化合物に含まれる合計の水酸基(好ましくはフェノール性水酸基)の数に対する、エポキシ化合物に含まれる合計のエポキシ基の数の比(エポキシ基の数/水酸基の数)は、1.1~3.0であることも好ましく、1.2~2.0であることがより好ましく、1.3~1.8であることが更に好ましい。
また、特に、組成物が後述のマレイミド化合物を含む場合において、上記比が、上記範囲内になることが好ましい。
上記比が所定値以上であれば、組成物から形成される半硬化膜に柔軟性が導入されて保存安定性が向上し、形成してから一定時間経過した後でも上記半硬化膜のハンドリング性が良好になる。上記比が所定値以下であれば、組成物から形成される熱伝導材料の耐熱性がより優れる。このような改善効果は、組成物が後述のマレイミド化合物を含む場合において特に顕著である。
組成物は、エポキシ化合物をほとんど含まないか、全く含まなくてもよい。この場合、組成物における、フェノール化合物に含まれる水酸基(好ましくはフェノール性水酸基)の数に対する、エポキシ化合物に含まれる合計のエポキシ基の数との比(エポキシ基の数/水酸基の数)は、例えば、0/100以上3/97未満(好ましくは0/100以上1/99以下(0以上0.031未満、好ましくは0以上0.011以下))である。
〔特定化合物〕
組成物は、特定化合物を含む。
特定化合物は、1つ以上のマレイミド基を有するマレイミド化合物、及び、1つ以上のシアネート基を有するシアネート化合物の総称である。
つまり、組成物は、マレイミド化合物、及び、シアネート化合物の一方又は両方を含む。
なお、本明細書において、マレイミド基とシアネート基との両方を有する化合物については以下のように分類する。すなわち、上記化合物が有するマレイミド基とシアネート基とのうち、マレイミド基の数の方が多い場合は上記化合物をマレイミド化合物に分類し、シアネート基の数の方が多い場合は上記化合物をシアネート化合物に分類し、マレイミド基とシアネート基との数が同数の場合は上記化合物をマレイミド化合物に分類する。
特定化合物の合計含有量は、組成物の全固形分に対して、0.1~40質量%が好ましく、1~25質量%がより好ましく、3.5~15質量%が更に好ましい。
特定化合物の合計含有量は、エポキシ化合物とフェノール化合物との合計含有量に対して、5~200質量%が好ましく、10~180質量%がより好ましく、20~160質量%が更に好ましい。なお、上記合計含有量は、組成物がエポキシ化合物を含まない場合は、フェノール化合物単独の含有量を意味する。
組成物が、マレイミド化合物とシアネート化合物とのうち、実質的に一方のみを含むことも好ましい。この場合、例えば、マレイミド化合物とシアネート化合物とのうちの一方の含有量が、特定化合物の全質量に対して、98質量%超100質量以下であることが好ましく、99~100質量%であることがより好ましく、99.9~100質量%であることが更に好ましい。
組成物が、マレイミド化合物とシアネート化合物との両方を含む場合、組成物中でのマレイミド化合物の含有量に対するシアネート化合物の含有量の質量比(シアネート化合物の含有質量/マレイミド化合物の含有質量)は、2/98~98/2が好ましく、70/30~70/30がより好ましく、40/60~60/40が更に好ましい。
<マレイミド化合物>
組成物は、特定化合物のうち、少なくともマレイミド化合物を含むことも好ましい。
マレイミド化合物は、1つ以上のマレイミド基を有する化合物である。
マレイミド化合物が有するマレイミド基の数は、1以上であり、1~100が好ましく、2~10がより好ましく、2が更に好ましい。
マレイミド化合物は、高分子化合物でも低分子化合物でもよい。
例えば、マレイミド化合物の分子量は、100~3000が好ましく、200~2000がより好ましく、300~1000が更に好ましい。
マレイミド化合物が有するマレイミド基は、下記一般式(M)で表される基であることが好ましい。
一般式(M)中、*は、結合位置を表す。
X及びYは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
X及びYは、それぞれ独立に、水素原子が好ましい。
マレイミド化合物は、芳香環基(ベンゼン環基等)を1個以上(好ましくは1~10個)有する化合物であることも好ましい。
なかでも、マレイミド化合物は、下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(1)中、mは0又は1を表す。mは1が好ましい。
nは0又は1を表す。nは1が好ましい。
一般式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
上記置換基としては、アルキル基が好ましい。上記アルキル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数は1~10が好ましい。
置換基である場合のR及び/又はRは、例えば、ベンゼン環基上において、マレイミド基と隣接した位置に存在することも好ましい。
及びRが両方とも置換基の場合、R及びRはそれぞれ異なる置換基であることも好ましく、例えば、Rがメチル基でRがエチル基であることも好ましい。
一般式(1)中、Lは2価の連結基を表す。
上記2価の連結基としては、例えば、エーテル基(-O-)、カルボニル基(-CO-)、エステル基(-COO-)、チオエーテル基(-S-)、-SO-、-NR-(Rは、水素原子、又は、アルキル基)、2価の脂肪族炭化水素基(例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基(-CH=CH-等)、アルキニレン基(-C≡C-等))、2価の芳香環基(アリーレン基、及び、ヘテロアリーレン基)、並びに 、これらを組み合わせた基が挙げられる。
一般式(1)中、Lの炭素数は、1以上が好ましく、1~100がより好ましく、3~15が更に好ましい。
中でも、Lは、「*-(L-Ar)-*」で表される基が好ましい。
は、マレイミド基と直接結合する側の結合位置を表し、*は、反対側の結合位置を表す。
kは、1以上の整数を表し、1~10が好ましく、1がより好ましい。
は、単結合、-C(R)(R)-、-O-、又は、-CO-を表し、-C(R)(R)-が好ましい。
及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、アルキル基(直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数は例えば1~10)が好ましい。
Arは、アリーレン基を表す。上記アリーレン基の環員原子の数は6~15が好ましく、6がより好ましい。上記アリーレン基が置換基を有する場合、その数は、1~4が好ましく、1又は2がより好ましい。上記アリーレン基が有してもよい置換基としてはアルキル基(直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数は例えば1~10)が好ましい。Arがなり得る構造としては、一般式(1)中に明示される、R及びRと結合するベンゼン環基がなり得る構造も挙げられる。
及びArが複数存在する場合、複数存在するL同士、及び、複数存在するAr同士は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
nが1の場合の一般式(1)中、R及びRと結合するベンゼン環基上において、マレイミド基と、「-(L-マレイミド基」で表される基との2つの基は、互いに、オルト位に配置されてもよく、メタ位に配置されてもよく、パラ位に配置されてもよい。なかでも、上記2つの基は、メタ位又はパラ位に配置されていることが好ましい。
中でも、一般式(1)で表される化合物は、mが1を表し、nが1を表し、かつ、Lで表される2価の連結基の炭素数が3~15であることが好ましい。
マレイミド化合物は、1種のみを使用していてもよいし、2種以上を使用してもよい。
マレイミド化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.1~40質量%が好ましく、1~15質量%がより好ましく、組成物から形成される半硬化膜のハンドリング性がより優れる点からは、3.5~8質量%が更に好ましい。
また、得られる熱伝導剤材料の熱伝導性、及び/又は、絶縁性がより優れる点からは、マレイミド化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、6質量%以上(例えば6~12質量%)であることも好ましい。
組成物がエポキシ化合物を含む場合、マレイミド化合物の含有量は、エポキシ化合物とフェノール化合物との合計含有量に対して、例えば1~200質量%であり、5~100質量%が好ましく、10~70質量%がより好ましく、20~60質量%が更に好ましい。
マレイミド化合物の含有量は、フェノール化合物の含有量に対して、例えば1~500質量%であり、20~300質量%が好ましく、50~200質量%がより好ましく、70~130質量%が更に好ましい。
<シアネート化合物>
組成物は、特定化合物のうち、少なくともシアネート化合物を含むことも好ましい。
シアネート化合物は、1以上のシアネート基(-OCN)を有する化合物である。
シアネート化合物が有するシアネート基の数は、1以上であり、1~100が好ましく、2~50がより好ましい。
シアネート化合物は、高分子化合物でも低分子化合物でもよい。
例えば、シアネート化合物の分子量は、100~3000が好ましく、200~2000がより好ましく、300~1000が更に好ましい。
シアネート化合物は、芳香環基(ベンゼン環基等)を1個以上(好ましくは1~10個)有する化合物であることも好ましい。
なかでも、シアネート化合物は、下記一般式(2)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(2)中、ncは0以上の整数を表す。
ncは、0~100の整数が好ましい。
一般式(2)中、Lは、単結合又は2価の連結基を表す。
上記2価の連結基としては、例えば、エーテル基(-O-)、カルボニル基(-CO-)、エステル基(-COO-)、チオエーテル基(-S-)、-SO-、-NR-(Rは、水素原子、又は、アルキル基)、2価の脂肪族炭化水素基(例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基(-CH=CH-等)、アルキニレン基(-C≡C-等))、2価の芳香環基(アリーレン基、及び、ヘテロアリーレン基)、並びに、これらを組み合わせた基が挙げられる。
中でも、上記2価の連結基は、アルキレン基、シクロアルキレン基、又は、チオエーテル基、が好ましい。
上記アルキレン基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数は1~8が好ましい。中でも、上記アルキレン基は、-C(R)(R)-が好ましい。R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、又は、アルキル基を表す。上記アルキル基は直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数は1~3が好ましい。上記アルキル基が有してもよい置換基としては、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。上記アルキル基は、パーフルオロアルキル基であることも好ましい。
上記シクロアルキレン基は、単環でも多環でもよく、炭素数は3~20が好ましい。上記シクロアルキレン基としては、テトラヒドロジシクロペンタジエン環基が好ましい。
一般式(2)中、Lが複数存在する場合、複数存在するLはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
一般式(2)中、Arは、芳香環基を表す。
上記芳香環基は、単環でも多環でもよく、環員原子数は、5~20が好ましい。
上記芳香環基は、芳香族炭化水素環基でもよく、芳香族複素環基でもよく、芳香族炭化水素環基が好ましい。
中でも、上記芳香環基はベンゼン環基が好ましい。
上記芳香環基は、一般式(2)中に明示されるシアネート基(-OCN)以外にも置換基を1個以上(例えば1~4個)有していてもよい。上記置換基としては、アルキル基(直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数は1~3が好ましい)が好ましい。
また、一般式(2)中に明示されるシアネート基(-OCN)以外の置換基として、更にシアネート基を有していてもよい。
一般式(2)中、Arが複数存在する場合、複数存在するArはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
シアネート化合物は予備重合品を使用してもよく、例えば、上述の一般式(2)で表される化合物の予備重合品を使用してもよい。
ここでいう予備重合品とは、シアネート化合物同士(好ましくは上述の一般式(2)で表される化合物同士)で一定程度重合反応させてから反応を停止させたプレポリマー状態のシアネート化合物である。
シアネート化合物としては、例えば、以下に例示する化合物、及び、以下に例示する化合物から選択される1以上の化合物の予備重合品が使用できる。
下記の例示中、nは1以上の整数を表す。
シアネート化合物としては、市販品を使用してもよい。
市販品としては、例えば、CYTESTER TA、TA-100、TA-1500、P-201(いずれも三菱ガス化学社製)、並びに、AROCY XU371(Huntsman社製)が挙げられる。
シアネート化合物は、1種のみを使用していてもよいし、2種以上を使用してもよい。
シアネート化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.1~40質量%が好ましく、1~15質量%がより好ましく、3.5~10質量%が更に好ましい。
組成物がエポキシ化合物を含む場合、シアネート化合物の含有量は、エポキシ化合物とフェノール化合物との合計含有量に対して、例えば1~300質量%であり、5~250質量%が好ましく、10~200質量%がより好ましく、20~150質量%が更に好ましい。
シアネート化合物の含有量は、フェノール化合物の含有量に対して、例えば1~600質量%であり、20~500質量%が好ましく、50~400質量%がより好ましく、70~300質量%が更に好ましい。
〔無機物〕
組成物は、無機物を含む。
無機物は、1種のみを使用していてもよいし、2種以上を使用してもよい。
無機物としては、従来から熱伝導材料の無機フィラーに用いられているいずれの無機物を用いてもよい。
また、上記無機物は、少なくとも無機窒化物(好ましくは窒化ホウ素)を含む。
上記無機物は、無機窒化物に加え、更に無機酸化物(好ましくは酸化アルミニウム)を含んでもよい。
無機物の形状は特に制限されず、粒子状であってもよく、フィルム状であってもよく、又は板状であってもよい。粒子状無機物の形状は、米粒状、球形状、立方体状、紡錘形状、鱗片状、凝集状、及び、不定形状が挙げられる。
無機物の大きさは特に制限されないが、無機物の分散性がより優れる点で、無機物の平均粒径は500μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましく、200μm以下が更に好ましい。下限は特に制限されないが、取り扱い性の点で、10nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましい。
無機物の平均粒径としては、市販品を用いる場合、カタログ値を採用する。カタログ値が無い場合、上記平均粒径の測定方法としては、電子顕微鏡を用いて、100個の無機物を無作為に選択して、それぞれの無機物の粒径(長径)を測定し、それらを算術平均して求める。
熱伝導材料の熱伝導性がより優れる点で、組成物は、平均粒径が20μm以上(好ましくは、30μm以上)の無機物(好ましくは、無機窒化物又は無機酸化物、より好ましくは無機窒化物、更に好ましくは窒化ホウ素、特に好ましくは凝集状窒化ホウ素)を少なくとも含むのが好ましい。
無機物の一形態である無機窒化物としては、例えば、窒化ホウ素(BN)、窒化炭素(C)、窒化ケイ素(Si)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化クロム(CrN)、窒化銅(CuN)、窒化鉄(FeN)、窒化鉄(FeN)、窒化ランタン(LaN)、窒化リチウム(LiN)、窒化マグネシウム(Mg)、窒化モリブデン(MoN)、窒化ニオブ(NbN)、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)、窒化タングステン(WN)、窒化タングステン(WN)、窒化イットリウム(YN)、及び、窒化ジルコニウム(ZrN)等が挙げられる。
上記の無機窒化物は、1種のみを使用していてもよいし、2種以上を使用していてもよい。
無機窒化物は、アルミニウム原子、ホウ素原子、又は、珪素原子を含むのが好ましく、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、又は、窒化珪素を含むのがより好ましく、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素を含むのが更に好ましく、窒化ホウ素を含むのが特に好ましい。窒化ホウ素は、平均粒径が20μm以上である凝集状窒化ホウ素を少なくとも含むのが最も好ましい。
無機物中における無機窒化物(好ましくは窒化ホウ素及び/又は窒化アルミニウム、より好ましくは平均粒径が20μm以上である凝集状窒化ホウ素)の含有量は、無機物の全質量に対して10~100質量%が好ましく、40~100質量%がより好ましく、60~100質量%が更に好ましい。
無機物の一形態である無機酸化物としては、例えば、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化チタン(TiO)、酸化ケイ素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化鉄(Fe、FeO、Fe)、酸化銅(CuO、CuO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化イットリウム(Y)、酸化ニオブ(Nb)、酸化モリブデン(MoO)、酸化インジウム(In、InO)、酸化スズ(SnO)、酸化タンタル(Ta)、酸化タングステン(WO、W)、酸化鉛(PbO、PbO)、酸化ビスマス(Bi)、酸化セリウム(CeO、Ce)、酸化アンチモン(Sb、Sb)、酸化ゲルマニウム(GeO、GeO)、酸化ランタン(La)、及び、酸化ルテニウム(RuO)等が挙げられる。
無機酸化物は、後述の無機系イオン捕捉剤とは異なることも好ましい。
無機酸化物は、1種のみを使用していてもよいし、2種以上を使用していてもよい。
無機酸化物は、酸化チタン、酸化アルミニウム(アルミナ)、又は酸化亜鉛が好ましく、酸化アルミニウムがより好ましい。
無機酸化物は、非酸化物として用意された金属が、環境下等で酸化して生じている酸化物であってもよい。
無機物は、イオン捕捉剤に該当する無機物(無機系イオン捕捉剤)を含んでもよい。
無機系イオン捕捉剤としては、例えば、イオン交換により陽イオンを捕捉する陽イオン吸着剤、イオン交換により陰イオンを捕捉する陰イオン吸着剤、及び、イオン交換により陽イオンと陰イオンの両方を捕捉する両イオン捕捉剤などの無機イオン吸着剤が挙げられる。
無機系イオン捕捉剤としては、例えば、アンチモン、ビスマス、ジルコニウム、チタン、スズ、及び、マグネシウムからなる群から選択される1種以上(好ましくは2種以上)を含む無機物(好ましくは複合無機物)が挙げられる。上記1種以上(好ましくは2種以上)を含む無機物(好ましくは複合無機物)としては、例えば、酸化物(好ましくは複合酸化物)、酸化水和物(好ましくは複合酸化水和物)、及び、水酸化物(好ましくは複合水酸化物)が挙げられる。
他にも、無機系イオン捕捉剤としては、アンチモン、ビスマス、ジルコニウム、チタン、スズ、及び、マグネシウムからなる群から選択される1種以上と、アルミニウムとの、複合無機物(複合酸化物、複合酸化水和物、及び、複合水酸化物等)も挙げられる。
複合酸化物としては、例えば、酸化アルミニウム/酸化マグネシウム固溶体が挙げられる。
複合物である無機系イオン捕捉剤は、アンチモン、ビスマス、ジルコニウム、マグネシウム、及び、アルミニウムからなる群から選択される2種以上の、酸化物(複合酸化物)、酸化水和物(複合酸化水和物)、又は、水酸化物(複合水酸化物)が好ましい。
中でも、無機系イオン捕捉剤は、マグネシウム、アルミニウム、及び、ジルコニウムの3成分系複合物(複合酸化物、複合酸化水和物、若しくは、複合水酸化物等)、ビスマス及びジルコニウムの2成分系複合物(複合酸化物、複合酸化水和物、若しくは、複合水酸化物等)、ビスマス及びアンチモンの2成分系複合物(複合酸化物、複合酸化水和物、若しくは、複合水酸化物等)、又は、マグネシウム及びアルミニウムを含む複合物(複合酸化物、複合酸化水和物、若しくは、複合水酸化物等)が好ましく、ビスマス及びジルコニウムの2成分系複合物、又は、マグネシウム及びアルミニウムの2成分系複合物がより好ましい。
無機系イオン捕捉剤が2種以上の金属原子を含む場合、無機系イオン捕捉剤は、無機系イオン捕捉剤の全金属原子に対する含有量が1~99モル%の範囲となる金属原子を2種以上(例えば2~4種)含むことが好ましく、無機系イオン捕捉剤の全金属原子に対する含有量が5~95モル%の範囲となる金属原子を2種以上(例えば2~4種)含むことがより好ましい。
無機系イオン捕捉剤の含有量は、全無機物に対して、0.01~40質量%が好ましく、0.1~20質量%がより好ましく、0.2~10質量%が更に好ましい。
組成物中の無機物は、実質的に無機窒化物と無機系イオン吸着剤とのみからなることも好ましく、例えば、無機窒化物と無機系イオン吸着剤との合計含有量が、全無機物に対して、98~100質量%であることがより好ましく、99.95~100質量%であることが更に好ましく、99.995~100質量%であることが特に好ましい。
組成物が含む無機物(好ましくは無機窒化物又は無機酸化物、より好ましくは無機窒化物、更に好ましくは窒化ホウ素及び/又は窒化アルミニウム)は、実質的に平均粒径が20μm以上(好ましくは、30μm以上)の無機物のみであるのも好ましい。無機物が、実質的に平均粒径が20μm以上の無機物のみであるとは、無機物の全質量に対して、平均粒径が20μm以上の無機物の含有量が99質量%超であることを言う。
また、無機物は、平均粒径が異なる無機物をそれぞれ有するのも好ましく、例えば、平均粒径が20μm以上の無機物である無機物Xと、平均粒径が20μm未満の無機物である無機物Yとの両方を含むのも好ましい。
上記無機物Xの平均粒径は、20~300μmが好ましく、30~200μmがより好ましい。上記無機物Yの平均粒径は、1nm以上20μm未満が好ましく、10nm以上15μm以下がより好ましい。
無機物Xは、無機窒化物又は無機酸化物が好ましく、無機窒化物がより好ましく、窒化ホウ素が更に好ましい。無機物Xは、凝集状であることも好ましい。
無機物Yは、無機窒化物又は無機酸化物が好ましく、窒化ホウ素又は酸化アルミニウムがより好ましい。無機物Yは、凝集状以外であることも好ましい。
無機物X及び無機物Yは、それぞれ、1種単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。
無機物中、無機物Xの含有量と無機物Yの含有量との質量比(無機物Xの含有量/無機物Yの含有量)は、50/50~99/1が好ましく、60/40~95/5がより好ましく、60/40~90/10が更に好ましい。
無機物(特に窒化ホウ素)は、表面処理されていてもよい。なお表面処理とは、後述する表面修飾剤を用いた表面修飾とは異なる処理を意図する。
このような処理を行うことで、無機物の表面に官能基が導入され、無機物がフェノール化合物、エポキシ化合物、及び/又は、後述の表面修飾剤等と相互作用しやすくなり、形成される熱伝導材料の熱伝導性及びピール強度等がより改善すると考えられている。
表面処理としては、例えば、プラズマ処理(真空プラズマ処理、大気圧プラズマ処理、及び、アクアプラズマ処理等)、紫外線照射処理、コロナ処理、電子線照射処理、オゾン処理、焼成処理、火炎処理、及び、酸化剤処理等が挙げられる。上記酸化剤処理としては、酸性条件で行ってもよいし塩基性条件(pH12以上等)で行ってもよい。
組成物中における無機物の含有量は、組成物の全固形分に対して、20質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましく、70質量%以上が特に好ましい。上限は100質量%未満であり、95質量%以下が好ましく、83質量%以下がより好ましい。
〔表面修飾剤、表面修飾無機物〕
本発明の組成物は、上述の成分とは異なる成分として、更に表面修飾剤を含んでいてもよい。
表面修飾剤は、上述の無機物を表面修飾する成分である。
本明細書において、「表面修飾」とは無機物の表面の少なくとも一部に有機物が吸着している状態を意味する。吸着の形態は特に限定されず、結合している状態であればよい。すなわち、表面修飾は、有機物の一部が脱離して得られる有機基が無機物表面に結合している状態も含む。結合は、共有結合、配位結合、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス結合、及び、金属結合等、いずれの結合であってもよい。表面修飾は、表面の少なくとも一部に単分子膜を形成するようになされていてもよい。単分子膜は、有機分子の化学吸着によって形成される単層膜であり、Self-AssembledMonoLayer(SAM)として知られている。なお、本明細書において、表面修飾は、無機物の表面の一部のみであっても、全体であってもよい。
本明細書において、「表面修飾無機物」は、表面修飾剤により表面修飾されている無機物である。すなわち、表面修飾無機物は、無機物と上記無機物の表面上に吸着した表面修飾剤とを含む材料である。
つまり、本発明の組成物において、無機物は、無機物の表面上に吸着した表面修飾剤とともに、表面修飾無機物を構成していてもよい。
また、本発明において、組成物が表面修飾無機物を含むことによって、組成物が無機物及び表面修飾剤を含むことになっていてもよい。
組成物中の無機物は、その一部又は全部が表面修飾剤とともに表面修飾無機物を構成していてよい。例えば、組成物中で、一部の無機物の表面修飾無機物を構成し、同時に、表面修飾無機物の構成に関与しない無機物が存在していてもよい。
組成物中の表面修飾剤は、その一部又は全部が無機物とともに表面修飾無機物を構成していてよい。例えば、組成物中で、一部の表面修飾剤が表面修飾無機物を構成し、同時に、表面修飾無機物の構成に関与しない表面修飾剤が存在していてもよい。
中でも、組成物は、表面修飾無機物を構成する無機物が無機窒化物(好ましくは窒化ホウ素、より好ましくは平均粒径が20μm以上である凝集状窒化ホウ素)である、表面修飾無機窒化物(好ましくは表面修飾窒化ホウ素)を含むことが好ましい。組成物中の無機窒化物(好ましくは窒化ホウ素)は、その一部又は全部が、表面修飾剤とともに表面修飾無機窒化物(好ましくは表面修飾窒化ホウ素)を構成していてよい。
また、組成物は表面修飾無機物を構成する無機物が無機酸化物(好ましくは酸化アルミニウム)である、表面修飾無機酸化物(好ましくは表面修飾アルミニウム)を含んでもよい。組成物中の無機酸化物(好ましくは酸化アルミニウム)は、その一部又は全部が、表面修飾剤とともに表面修飾無機酸化物(好ましくは表面修飾酸化アルミニウム)を構成していてよい。
表面修飾無機物は、例えば、無機物と表面修飾剤とを接触させて形成できる。例えば、無機物と、表面修飾剤と、本発明の組成物を構成する他の成分とを混合し、本発明の組成物を製造する過程で組成物中に表面修飾無機物を形成してもよい。
また、例えば、溶媒中で、無機物と表面修飾剤とを混合して、表面修飾無機物を含む混合液を調製し、上記混合液から、ろ別等の手段で、表面修飾無機物を分離し、分離された表面修飾無機物を得てもよい。分離された表面修飾無機物を用いて、本発明の組成物を調製してもよい。
表面修飾剤としては、長鎖アルキル脂肪酸等のカルボン酸、有機ホスホン酸、有機リン酸エステル、有機シラン分子(シランカップリング剤)等従来公知の表面修飾剤を使用できる。その他、例えば、特開2009-502529号公報、特開2001-192500号公報、特許4694929号に記載の表面修飾剤を利用してもよい。
上記シランカップリング剤は、例えば、Si原子に直接結合した加水分解性基を有する化合物である。
上記加水分解性基としては、アルコキシ基(好ましくは炭素数1~10)、及び、塩素原子等のハロゲン原子が挙げられる。
シランカップリング剤が有する、Si原子に直接結合した加水分解性基の数は、1以上が好ましく、2以上がより好ましく、3以上が更により好ましい。上記数に上限はなく、例えば、10000以下である。
シランカップリング剤は、反応性基を有することも好ましい。
上記反応性基の具体例としては、エポキシ基、オキセタニル基、ビニル基、(メタ)クリル基、スチリル基、アミノ基、イソシアネート基、メルカプト基、及び、酸無水物基が挙げられる。
シランカップリング剤が有する、反応性基の数は、1以上が好ましく、2以上がより好ましく、3以上が更により好ましい。上記数に上限はなく、例えば、10000以下である。
シランカップリング剤としては、例えば、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトトリエトキシシラン、及び、3-ウレイドプロピルトリエトキシシランが挙げられる。
本発明の組成物が表面修飾剤を含む場合、事前に表面修飾無機物を作製して、これを組成物の原料の一部として使用してもよい。すなわち、事前に作製された表面修飾無機物を組成物のその他の各種成分と混合することで、事前に作製された表面修飾無機物に含まれた形態として、表面修飾剤及び無機物の全部又は一部を組成物中に導入してもよい。
また、表面修飾無機物に含まれた形態で導入される表面修飾剤及び無機物以外の、表面修飾無機物を形成していない状態の表面修飾剤及び/又は無機物を、組成物のその他の成分と混合し、組成物中に表面修飾剤及び/又は無機物の全部又は一部を導入してもよい。この場合、混合の過程で、表面修飾剤が無機物の表面に吸着し、組成物中で、表面修飾無機物を形成することも好ましい。また、この場合、表面修飾剤の一部は、表面修飾無機物の形成に寄与してしない状態で組成物中に存在していてもよい。
表面修飾剤は、1種単独で使用してもよく2種以上使用してもよい。
組成物が表面修飾剤を含む場合、表面修飾剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.005~5質量%が好ましく、0.05~3質量%がより好ましい。
組成物が表面修飾剤を含む場合、表面修飾剤の含有量は、全無機物に対して、0.01~10質量%が好ましく、0.10~5質量%がより好ましい。
表面修飾無機物中における、表面修飾剤と無機物との質量比(無機物表面上に吸着している表面修飾剤の質量/無機物の質量)は、0.00001~0.5が好ましく、0.0001~0.1がより好ましい。
組成物が表面修飾無機物を含む場合、表面修飾無機物の含有量は、組成物の全固形分に対して、20質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましく、75質量%以上が特に好ましい。上限は100質量%未満であり、95質量%以下が好ましく、83質量%以下がより好ましい。
組成物が表面修飾窒化物(好ましくは表面修飾窒化ホウ素)を含む場合、表面修飾窒化物(好ましくは表面修飾窒化ホウ素)の含有量は、全表面修飾無機物に対して、10~100質量%が好ましく、40~100質量%がより好ましく、60~100質量%が更に好ましい。
〔硬化促進剤〕
組成物は、更に、硬化促進剤を含むことも好ましい。
硬化促進剤は、一般式(P1)で表される化合物及び一般式(P2)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、一般式(P3)で表される化合物を含むことがより好ましい。
硬化促進剤に含まれる化合物が、光学異性体が存在する場合、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体を混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)は90以上が好ましく、95以上がより好ましい。なお、下記に示す一般式(P1)~(P3)においても同様に、光学異性体が存在する場合、いずれの光学異性体が含まれてもよい。
一般式(P1)中、Lは、単結合又は2価の連結基を表す。
上記2価の連結基としては、例えば、エーテル基(-O-)、カルボニル基(-CO-)、エステル基(-COO-)、チオエーテル基(-S-)、-SO-、-NR-(Rは、水素原子、又は、アルキル基)、2価の脂肪族炭化水素基(例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基(-CH=CH-等)、アルキニレン基(-C≡C-等))、2価の芳香環基(アリーレン基、及び、ヘテロアリーレン基)、並びに、これらを組み合わせた基が挙げられる。上記2価の連結基は、更に置換基を有していてもよい。上記置換基としては、上記置換基群Yで例示される置換基が挙げられる。
上記アリーレン基は、単環でも多環でもよく、炭素数は6~25が好ましい。
上記アリーレン基としては、フェニレン基、ナフチレン基、アントラセニレン基又はビナフチレン基が好ましく、ビナフチレン基がより好ましい。
としては、2価の脂肪族炭化水素基又は2価の芳香環基が好ましく、アルキレン基又はアリーレン基がより好ましい。
p11~Rp14は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
上記置換基としては、上記置換基群Yで例示される置換基が挙げられ、アルキル基が好ましく、炭素数1~3の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。
は、0又は1を表す。nとしては、1が好ましい。
一般式(P2)中、Rp21~Rp24は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
上記置換基としては、上記置換基群Yで例示される置換基が挙げられ、アルキル基が好ましく、炭素数1~3の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。
は、アニオンを表す。
上記アニオンとしては、水酸化物イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、テトラフェニルホウ酸イオン、ジシアナミドイオン、アルキルリン酸イオン(例えば、ジエチルリン酸イオン等)、硫酸水素イオン、リン酸二水素イオン、リン酸水素イオン、スルファミン酸イオン、過塩素酸塩イオン、ベンゾトリアゾリドアニオン、テトラトリルボラートアニオン(例えば、テトラ-p-トリルボラートアニオン等)が挙げられる。
上記アニオンとしては、テトラトリルボラートアニオンが好ましい。
一般式(P3)中、Rp31~Rp34は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
上記置換基としては、上記置換基群Yで例示される置換基が挙げられ、アルキル基が好ましく、炭素数1~3の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。
硬化促進剤としては、例えば、トリスオルトトリルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリスパラトリルホスフィン、トリ-t-ブチルホスフィン、トリ-i-ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリ-2-フリルホスフィン、ジシクロヘキシルフェニルホスフィン、ジt-ブチルフェニルホスフィン、1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、シス-1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エチレン、1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン、1,4-ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン、1,5-ビス(ジフェニルホスフィノ)ペンタン、4-(ジフェニルホスフィノ)スチレン、2-(ジフェニルホスフィノ)安息香酸、4-(ジフェニルホスフィノ)安息香酸、、1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)ベンゼン、ビス[2-(ジフェニルホスフィノ)フェニル]エーテル、1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン(dppf)、BINAP(2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル)、TolBINAP(2,2’-ビス[(4-メチルフェニル)ホスフィノ]-1,1’-ビナフチル)、XylBINAP(2,2’-ビス[(3,5-ジメチルフェニル)ホスフィノ]-1,1’-ビナフチル)、tBuBINAP(2,2’-ビス(ジ-p-t-ブチルフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル)、2,2’-ビス[(4-t-ブチルフェニル)ホスフィノ]-1,1’-ビナフチル、2,2’-ビス[(4-イソプロピルフェニル)ホスフィノ]-1,1’-ビナフチル、2,2’-ビス[(ナフタレン-1-イル)ホスフィノ]-1,1’-ビナフチル、2,2’-ビス[(ナフタレン-2-イル)ホスフィノ]-1,1’-ビナフチル、BICHEMP(2,2’-ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)-6,6’-ジメチル-1,1’-ビフェニル)、BPPFA(1-[1,2-ビス-(ジフェニルホスフィノ)フェロセニル]エチルアミン)、CHIRAPHOS(2,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン)、CYCPHOS(1-シクロヘキシル-1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン)、DEGPHOS(1-置換-3,4-ビス(ジフェニルホスフィノ)ピロリジン)、DIOP(2,3-イソプロピリデン-2,3-ジヒドロキシ-1,4-ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン)、SKEWPHOS(2,4-ビス(ジフェニルホスフィノ)ペンタン)、DuPHOS(置換-1,2-ビス(ホスホラノ)ベンゼン)、DIPAMP(1,2-ビス[(o-メトキシフェニル)フェニルホスフィノ]エタン)、NORPHOS(5,6-ビス(ジフェニルホスフィノ)-2-ノルボルネン)、PROPHOS(1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン)、PHANEPHOS(4,12-ビス(ジフェニルホスフィノ)-[2,2’]-パラシクロファン)、置換-2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビピリジン、SEGPHOS((4,4’-ビス-1,3-ベンゾジオキソール)-5,5’-ジイル-ビス(ジフェニルホスフィノ))、及び、BIFAP(2,2’-ビス(ジフェニルホスファニル)-1,1’-ビジベンゾフラニル)等のリン原子を含む化合物が挙げられる。
硬化促進剤としては、例えば、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート(TPP-K)、テトラフェニルホスホニウムテトラ-p-トリルボラート(TPP-MK)、テトラ-n-ブチルホスホニウムラウレート(TBP-LA)、ビス(テトラ-n-ブチルホスホニウム)ピロメリテート、及び、テトラフェニルホスホニウムのビス(ナフタレン-2,3-ジオキシ)フェニルシリケート付加物のような四級ホスホニウム系化合物(ホスホニウム塩)等のオニウム塩系硬化促進剤も挙げられる。
また、三フッ化ホウ素アミン錯体、及び、特開2012-067225号公報の段落0052に記載の化合物も挙げられる。
その他にも、2-メチルイミダゾール(商品名;2MZ)、2-ウンデシルイミダゾール(商品名;C11-Z)、2-ヘプタデシルイミダゾール(商品名;C17Z)、1,2-ジメチルイミダゾール(商品名;1.2DMZ)、2-エチル-4-メチルイミダゾール(商品名;2E4MZ)、2-フェニルイミダゾール(商品名;2PZ)、2-フェニル-4-メチルイミダゾール(商品名;2P4MZ)、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール(商品名;1B2MZ)、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール(商品名;1B2PZ)、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール(商品名;2MZ-CN)、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール(商品名;C11Z-CN)、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(商品名;2PZCNS-PW)、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(商品名;2MZ-A)、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(商品名;C11Z-A)、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(商品名;2E4MZ-A)、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(商品名;2MA-OK)、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール(商品名;2PHZ-PW)、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール(商品名;2P4MHZ-PW)、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール(商品名;2PZ-CN)、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(商品名;2MZA-PW)、及び、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(商品名;2MAOK-PW)等のイミダゾール系硬化促進剤等が挙げられる(いずれも四国化成工業(株)製)。更に、トリアリールホスフィン系の硬化促進剤として特開2004-043405号公報の段落0052に記載の化合物も挙げられる。トリアリールホスフィンにトリフェニルボランが付加したリン系硬化促進剤として、特開2014-005382号公報の段落0024に記載の化合物も挙げられる。
硬化促進剤の分子量は、200以上の場合が多く、250以上が好ましく、400以上がより好ましく、430以上が更に好ましく、600以上が特に好ましい。上限としては、1万以下が好ましく、1000以下がより好ましく、800以下が更に好ましい。
硬化促進剤の分子量が250以上である場合、高温で加熱処理(例えば、実施例の欄におけるハンダ耐熱性IIの評価)を施した際に、硬化促進剤自体、及び/又は、硬化促進剤の熱分解物が揮散することをより抑制でき、ハンダ耐熱性がより優れる。また、硬化促進剤の分子量が1万以下である場合、硬化促進剤として機能しやすい。
中でも、硬化促進剤は、本発明の効果がより優れる点から、リン原子を含む化合物を含むことが好ましく、ホスホニウム塩を含むことも好ましい。硬化促進剤は、リン原子を含む化合物又はホスホニウム塩そのものであってもよい。硬化促進剤としてホスホニウム塩を使用すると、組成物から形成された半硬化膜の保存安定性も良好になる。
リン原子を含む化合物又はホスホニウム塩の含有量は、硬化促進剤の全質量に対して、10~100質量%が好ましく、50~100質量%がより好ましく、80~100質量%が更に好ましい。
硬化促進剤は、1種単独で使用してもよく2種以上使用してもよい。
硬化促進剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.002質量%以上が好ましく、0.02質量%以上がより好ましく、0.07質量%以上が更に好ましい。硬化促進剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、5質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましく、1質量%以下が更に好ましい。
硬化促進剤の含有量は、全エポキシ化合物に対して、0.01質量%以上が好ましく、0.10質量%以上がより好ましく、0.55質量%以上が更に好ましい。硬化促進剤の含有量は、全エポキシ化合物に対して、40質量%以下が好ましく、12質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましく、5質量%以下が特に好ましい。
〔イオン捕捉剤〕
本発明の組成物は、イオン捕捉剤を含んでいてもよい。
イオン捕捉剤は、組成物中又は組成物を用いて形成される熱伝導材料中においてイオン性の不純物を吸着する。これにより、組成物中又熱伝導材料が吸湿した場合でも、熱伝導材料の絶縁性をより良好に維持できる。
イオン捕捉剤としては、例えば、上述したような無機系イオン捕捉剤、及び、有機系イオン捕捉剤が挙げられる。
有機系イオン捕捉剤としては、例えば、トリアジンチオール化合物;トリアジンアミン化合物;ベンゾイミダゾール化合物;ベンゾトリアゾール化合物;アミノトリアゾール化合物;並びに、ビスフェノール系還元剤が挙げられる。
なお、上述の無機物の全部又は一部が、イオン捕捉剤としての機能を兼ねていてもよい。
トリアジンチオール化合物としては、例えば、2-ジブチルアミノ-4,6-ジメルカプト-s-トリアジンが挙げられる。
ベンゾイミダゾール化合物としては、例えば、ベンゾイミダゾールが挙げられる。
ベンゾトリアゾール化合物としては、例えば、1H-ベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-5’-tert-オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-5’-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、及び、2,2’-メチレンビス[6-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-tert-オクチルフェノール]が挙げられる。
アミノトリアゾール化合物としては、例えば、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、及び、3,5-ジアミノ-1,2,4-トリアゾールが挙げられる。
ビスフェノール系還元剤としては、例えば、2,2’-メチレンビス-(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)、及び、4,4’-ブチリデンビス-(6-t-ブチル-3-メチルフェノール)が挙げられる。
イオン捕捉剤は市販品を用いてもよく、例えば、DHF-4A、DHT-4A、DHT-4A-2、DHT-4C、キョーワード500、KW-2000、及び、KW-2100(商品名、協和化学社製);IXE-100、IXE-500、IXE-600、IXE-700F、IXE-800、IXE-6107、IXEPLAS-A1、IXEPLAS-A2、及び、IXEPLAS-B1(商品名、東亞合成社製);ジスネットDB(商品名、三協製薬社製);VD-3、及び、VD-5(商品名、四国化成社製);並びに、ヨシノックスBB(商品名、吉富製薬社製)が挙げられる。
組成物がイオン捕捉剤を含む場合、イオン捕捉剤(無機系イオン捕捉剤、及び/又は、有機系イオン捕捉剤)の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.01~10質量%が好ましく、0.1~20質量%がより好ましく、0.2~10質量%が更に好ましい。
なお、イオン捕捉剤が無機系イオン捕捉剤を含む場合、イオン捕捉剤の一部又は全部が同時に無機物に該当していてもよい。
イオン捕捉剤は、1種単独で使用してもよく2種以上使用してもよい。
〔溶媒〕
組成物は、更に、溶媒を含んでいてもよい。
溶媒の種類は特に制限されず、有機溶媒であるのが好ましい。有機溶媒としては、例えば、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、メチルエチルケトン、ジクロロメタン、及び、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
組成物が溶媒を含む場合、溶媒の含有量は、組成物の固形分濃度を、20~90質量%とする量が好ましく、30~85質量%とする量がより好ましく、50~80質量%とする量が更に好ましい。
溶媒の含有量は、組成物の全質量に対して、10~80質量%が好ましく、15~70質量%がより好ましく、20~50質量%が更に好ましい。
〔組成物の製造方法〕
組成物の製造方法は特に制限されず、公知の方法を採用でき、例えば、上述した各種成分を混合して製造できる。混合する際には、各種成分を一括で混合しても、順次混合してもよい。
成分を混合する方法に特に制限はなく、公知の方法を使用できる。混合に使用する混合装置は、液中分散機が好ましく、例えば、自転公転ミキサー、高速回転せん断型撹拌機等の撹拌機、コロイドミル、ロールミル、高圧噴射式分散機、超音波分散機、ビーズミル、及び、ホモジナイザーが挙げられる。混合装置は1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。混合の前後に、及び/又は、同時に、脱気処理を行ってもよい。
〔組成物の硬化方法〕
本発明の組成物は熱伝導材料形成用組成物であるのが好ましい。
本発明の組成物を硬化処理して熱伝導材料が得られる。
組成物の硬化方法は、特に制限されないが、熱硬化反応が好ましい。
熱硬化反応の際の加熱温度は特に制限されない。例えば、50~250℃の範囲で適宜選択すればよい。また、熱硬化反応を行う際には、温度の異なる加熱処理を複数回にわたって実施してもよい。
硬化処理は、フィルム状又はシート状とした組成物について行うのが好ましい。具体的には、例えば、組成物を塗布成膜し硬化反応を行えばよい。
硬化処理を行う際は、基材上に組成物を塗布して塗膜を形成してから硬化させるのが好ましい。この際、基材上に形成した塗膜に、更に異なる基材を接触させてから硬化処理を行ってもよい。硬化後に得られた硬化物(熱伝導材料)は、基材の一方又は両方と分離してもよいし分離しなくてもよい。
また、硬化処理を行う際に、別々の基材上に組成物を塗布して、それぞれ塗膜を形成し、得られた塗膜同士を接触させた状態で硬化処理を行ってもよい。硬化後に得られた硬化物(熱伝導材料)は、基材の一方又は両方と分離してもよいし分離しなくてもよい。
硬化処理は、組成物を半硬化状態にした時点で終了してもよい。また、組成物を半硬化状態にした後、更に硬化処理を実施して、硬化を完全にしてもよい。
組成物を半硬化状態にするための硬化処理(「半硬化処理」ともいう)と、硬化を完全にするための硬化処理(「本硬化処理」ともいう)とを、別々の工程に分けて行ってもよい。
例えば、半硬化処理では、基材上に組成物を塗布して塗膜を形成した後、そのまま無加圧で基材上の塗膜を加熱等して半硬化状態の熱伝導材料(「半硬化膜」又は「半硬化シート」ともいう)としてもよいし、プレス加工を併用しながら基材上の塗膜を加熱等して半硬化膜としてもよい。プレス加工をする場合、プレス加工は、上記加熱等の、前後に実施されてもよいし、最中に実施されてもよい。半硬化処理においてプレス加工を実施すると、得られる半硬化膜の膜厚の調整、及び/又は、半硬化膜中のボイド量の低減をしやすい場合がある。
半硬化処理において、別々の基材上に形成した塗膜同士を積層させた状態で半硬化処理を行ってもよいし、塗膜同士を積層させずに半硬化処理を行ってもよい。半硬化処理は、組成物から形成された塗膜と、更に、上記塗膜以外の材料とを接触させた状態で実施してもよい。
得られた、半硬化膜を、そのまま熱伝導材料として使用してもよいし、半硬化膜に更に本硬化処理を施してから完全に硬化した熱伝導材料として使用してもよい。
本硬化処理においては、半硬化膜を、そのまま無加圧で加熱等してもよいし、プレス加工を行ってから、又は、行いながら加熱等してもよい。この際、本硬化処理において、別々の半硬化膜同士を積層させた状態で本硬化処理を行ってもよいし、半硬化膜同士を積層させずに本硬化処理を行ってもよい。
また、本硬化処理は、半硬化膜を、使用されるデバイス等に接触するように配置した状態で実施してもよい。本硬化処理によって、デバイスと本発明の熱伝導材料とが接着するのも好ましい。
半硬化処理及び/又は本硬化処理等における硬化処理の際に実施してもよいプレス加工に使用するプレスに制限はなく、例えば、平板プレスを使用してもよいしロールプレスを使用してもよい。
ロールプレスを使用する場合は、例えば、基材上に塗膜を形成して得た塗膜付き基材を、2本のロールが対向する1対のロールに挟持し、上記1対のロールを回転させて上記塗膜付き基材を通過させながら、上記塗膜付き基材の膜厚方向に圧力を付加するのが好ましい。上記塗膜付き基材は、塗膜の片面にのみ基材が存在していてもよいし、塗膜の両面に基材が存在していてもよい。上記塗膜付き基材は、ロールプレスに1回だけ通過させてもよいし複数回通過させてもよい。
半硬化処理及び/又は本硬化処理等における硬化処理の際に、平板プレスによる処理とロールプレスによる処理とは一方のみを実施してもよいし両方を実施してもよい。
硬化反応を含む熱伝導材料の作製については、「高熱伝導性コンポジット材料」(シーエムシー出版、竹澤由高著)も参照できる。
熱伝導材料の形状に特に制限はなく、用途に応じて様々な形状に成形できる。成形された熱伝導材料の典型的な形状としては、例えば、シート状が挙げられる。
つまり、本発明の組成物を用いて得られる熱伝導材料は、熱伝導シートであるのも好ましい。
また、本発明の組成物を用いて得られる熱伝導材料の熱伝導性は異方的ではなく等方的であるのが好ましい。
熱伝導材料(好ましくは熱伝導シート)は吸湿性が抑制されていることも好ましい。
具体的には、熱伝導材料(好ましくは熱伝導シート)は、下記式で求められる質量変化率が、1.0%未満となることが好ましく、0.7%未満となることがより好ましく、0.5%未満となることが更に好ましい。上記質量変化率の下限は、通常0質量%以上である。
W1:120℃の環境下で2時間乾燥させた後の乾燥状態の熱伝導材料(好ましくは熱伝導シート)の質量
W2:前記乾燥状態の熱伝導材料(好ましくは熱伝導シート)を85℃、85RH%の環境下に24時間おいた後の、吸湿状態の熱伝導材料(好ましくは熱伝導シート)の質量
なお、W1を求める際の120℃の環境下での乾燥は、十分に除湿された環境下で行うこととする。
熱伝導材料は、絶縁性(電気絶縁性)であるのが好ましい。言い換えると、本発明の組成物は、熱伝導性絶縁組成物であるのが好ましい。
例えば、熱伝導材料の23℃相対湿度65%における体積抵抗率は、1010Ω・cm以上が好ましく、1012Ω・cm以上がより好ましく、1014Ω・cm以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、通常1018Ω・cm以下である。
〔熱伝導材料の用途〕
本発明の組成物を用いて得られる熱伝導材料は放熱シート等の放熱材として使用でき、各種デバイスの放熱用途に使用できる。より具体的には、デバイス上に本発明の熱伝導材料を含む熱伝導層を配置して熱伝導層付きデバイスを作製して、デバイスからの発熱を効率的に熱伝導層で放熱できる。上記熱伝導層は、後述する熱伝導性多層シート含む熱伝導層であってもよい。
本発明の組成物を用いて得られる熱伝導材料は十分な熱伝導性を有するとともに、高い耐熱性を有しているため、パーソナルコンピュータ、一般家電、及び、自動車等の様々な電気機器に用いられているパワー半導体デバイスの放熱用途に適している。
更に、本発明の組成物を用いて得られる熱伝導材料は、半硬化状態であっても十分な熱伝導性を有するため、各種装置の部材の隙間等の、光硬化のための光を到達させるのが困難な部位に配置する放熱材としても使用できる。また、接着性にも優れるため、熱伝導性を有する接着剤としての使用も可能である。
本発明の組成物を用いて得られる熱伝導材料は、本組成物から形成される部材以外の、他の部材と組み合わせて使用されてもよい。
例えば、熱伝導材料(熱伝導シート等)は、本組成物から形成された層の他の、支持体(被着材)と組み合わせられていてもよい。
支持体(被着材)としては、例えば、プラスチック材料、金属材料、又は、ガラスが挙げられる。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(PET)等のポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリオレフィン、セルロース誘導体、及び、シリコーンが挙げられる。金属材料としては、例えば、銅及びアルミが挙げられる。
支持体(被着材)は、シート状であることも好ましい。
シート状の熱伝導材料(熱伝導シート)の膜厚は、100~300μmが好ましく、150~250μmがより好ましい。
また、熱伝導材料(好ましくは熱伝導シート)に対して、接着剤層及び/又は粘着剤層を組み合わせてもよい。
このような接着剤層及び/又は粘着剤層を介して、熱伝導材料をデバイスのような熱を移動させるべき対象物と接合することで、熱伝導材料と対象物との、より強固な接合を実現できる。本発明の組成物から形成される熱伝導材料は、接着剤層及び粘着剤層との密着性も良好で、熱伝導材料と接着剤層又は粘着剤層との界面における剥離も抑制できる。
例えば、熱伝導性多層シートとして、熱伝導シートと、上記熱伝導シートの片面又は両面に設けられた、接着剤層又は粘着剤層と、を有する、熱伝導性多層シートを作製してもよい。
なお、上記熱伝導シートの片面又は両面には、それぞれ接着剤層及び粘着剤層の一方が設けられていてもよく、両方が設けられていてもよい。上記熱伝導シートの一面に接着剤層が設けられていて、他の面に粘着剤層が設けられていてもよい。また、上記熱伝導シートの片面又は両面には、接着剤層及び/又は粘着剤層が部分的に設けられていてもよく、全面的に設けられていてもよい。
なお、上述の通り、本発明において熱伝導シート等の熱伝導材料は半硬化状態(半硬化膜)であってもよく、熱伝導性多層シートにおける熱伝導シートが半硬化状態であってもよい。熱伝導性多層シートにおける接着剤層は硬化していてもよく半硬化状態であってもよく未硬化状態であってもよい。
以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更できる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきではない。
<<試験X>>
以下に示す通り条件及び手順等に基づき、まず、試験X(実施例1~75、比較例1~2)を実施した。
[組成物の調製及び評価]
〔各種成分〕
以下に、実施例及び比較例で使用した各種成分を示す。
なお、以下には、後述する試験Yで使用されるための成分も示す。
<フェノール化合物>
以下に、実施例及び比較例で使用したフェノール化合物を示す。
・A-3:MEH-7500(明和化成製、トリアジン骨格を有さないフェノール化合物)
<エポキシ化合物>
以下に、実施例及び比較例で使用したエポキシ化合物を示す。
B-8の重量平均分子量は3000であり、B-9のnの値の平均値は10である。
<マレイミド化合物>
以下に、実施例及び比較例で使用したマレイミド化合物を示す。
<シアネート化合物>
以下に、実施例及び比較例で使用したシアネート化合物を示す。
・G-1:TA(三菱ガス化学社製、2,2’-ジ(4-シアナトフェニル)プロパン)
・G-2:TA-100(三菱ガス化学社製、2,2’-ジ(4-シアナトフェニル)プロパンの予備重合品)
・G-3: AROCY XU371(HUNSMAN社製、フェノールノボラックシアネート)
・G-4:P-201(三菱ガス化学社製)
<無機窒化物、無機酸化物、又は、その表面修飾物>
以下に、実施例及び比較例で使用した無機窒化物、無機酸化物、又は、その表面修飾物(表面修飾無機窒化物若しくは表面修飾無機酸化物)を示す。なお、いずれの表面修飾物(表面修飾無機窒化物若しくは表面修飾無機酸化物)においても、その表面修飾物の全質量に対する表面修飾剤の含有量は、0質量%超1質量%未満であった。
・HP-40:凝集状窒化ホウ素、平均粒径:40μm、水島合金鉄社製
・AA-3:酸化アルミニウム、平均粒径:3μm、住友化学社製
・PTX-60:凝集状窒化ホウ素、平均粒径:60μm、モメンティブ社製
・SP-3:鱗片状窒化ホウ素、平均粒径:4μm、デンカ社製
・BN1:下記に示す製造方法1で製造された表面修飾窒化ホウ素
・BN2:下記に示す製造方法2で製造された表面修飾窒化ホウ素
・BN3:下記に示す製造方法3で製造された表面修飾窒化ホウ素
・BN4:下記に示す製造方法4で製造された表面修飾窒化ホウ素
・BN5:下記に示す製造方法5で製造された表面修飾窒化ホウ素
・BN6:下記に示す製造方法6で製造された表面修飾窒化ホウ素
・BN7:下記に示す製造方法7で製造された表面修飾窒化ホウ素
・BN8:下記に示す製造方法8で製造された表面修飾窒化ホウ素
・BN9:下記に示す製造方法9で製造された表面修飾窒化ホウ素
・BN10:下記に示す製造方法10で製造された表面修飾窒化ホウ素
(製造方法1(BN1の製造))
NaOH水(NaOH:40g/水:400ml)に窒化ホウ素(上述のPTX-60)(50g)を添加して攪拌した。上記NaOH水に、更に、過硫酸ナトリウム水(過硫酸ナトリウム:9.6g/水:100ml)を添加した後、上記NaOH水を50℃に昇温し、更に3時間攪拌した(変性工程)。攪拌には新東科学株式会社製スリーワンモーターを用い、150rpmで行った。
上記NaOH水を室温まで冷却した後、上記NaOH水中の窒化ホウ素をろ取し、ろ取された窒化ホウ素を、水(500ml)、及び、アセトニトリル(250ml)で洗浄することで変性窒化ホウ素1を得た。
得られた変性窒化ホウ素1をアセトニトリル(100ml)中で攪拌し、上記アセトニトリル中に更に、シランカップリング剤(信越化学社製:X12-984S)の加水分解調整液(1.25g)を添加した。上記アセトニトリルを室温で3時間攪拌して、吸着処理を行った(吸着工程)。
上記アセトニトリル中の変性窒化ホウ素1をろ取した後、ろ取された変性窒化ホウ素1をアセトニトリル(100ml)で洗浄し、40℃のオーブンで乾燥させることで、表面修飾窒化ホウ素1(「BN1」ともいう)を得た。
なお、シランカップリング剤の加水分解調整液は、シランカップリング剤(1g)と、エタノール(500μl)、2-プロパノール(500μl)、水(720μl)、酢酸(100μl)を混合し、1時間攪拌することで調整した。以降の製造方法においても、シランカップリング剤の加水分解調整液の配合は、特段の断りがない限り、同様である。
また、「X12-984S」は、エポキシ基及びエトキシシリル基を有する、ポリマータイプのシランカップリング剤である。
なお、製造方法1において、NaOH水(NaOH:40g/水:400ml)、窒化ホウ素50g、及び、過硫酸ナトリウム水(過硫酸ナトリウム:9.6g/水:100ml)が混合された液(水溶液)のpHは14だった。
(製造方法2(BN2の製造))
水(400ml)に窒化ホウ素(上述のPTX-60)(50g)を添加して攪拌して混合液を得た。上記混合液に更に30質量%過酸化水素水(30ml)を添加した後、上記混合液を50℃に昇温し、更に3時間攪拌した。攪拌には新東科学株式会社製スリーワンモーターを用い、150rpmで行った。
上記混合液を室温まで冷却した後、上記混合液中の窒化ホウ素をろ取し、ろ取された窒化ホウ素を、水(500ml)、及び、アセトニトリル(250ml)で洗浄し、変性窒化ホウ素を得た。
得られた変性窒化ホウ素をアセトニトリル(100ml)中で攪拌し、上記アセトニトリル中に更に、シランカップリング剤(KBM-403)の加水分解調整液(1.25g)を添加した。上記アセトニトリルを室温で3時間攪拌して、吸着処理を行った。
上記アセトニトリル中の変性窒化ホウ素をろ取した後、ろ取された変性窒化ホウ素を、アセトニトリル(100ml)で洗浄し、40℃のオーブンで乾燥させることで、表面修飾窒化ホウ素2(「BN2」ともいう)を得た。
なお、「KBM-403」は3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランである。
なお、製造方法2において、水(400ml)、窒化ホウ素50g、及び、30質量%過酸化水素水(30ml)が混合された液(水溶液)のpHは5だった。
(製造方法3(BN3の製造))
製造方法1のNaOH水を(NaOH:0.02g/水:400ml)に変更した以外は製造方法1と同様の製法で表面修飾窒化ホウ素3(「BN3」ともいう)を得た。
なお、製造方法3において、NaOH水(NaOH:0.02g/水:400ml)、窒化ホウ素50g、及び、過硫酸ナトリウム水(過硫酸ナトリウム:9.6g/水:100ml)が混合された液(水溶液)のpHは11だった。
(製造方法4(BN4の製造))
酸化雰囲気中で、窒化ホウ素(上述のPTX-60)(50g)を1000℃で1時間加熱して変性窒化ホウ素を得た。
得られた変性窒化ホウ素をアセトニトリル(100ml)中で攪拌し、上記アセトニトリル中に更に、シランカップリング剤(KBM-403)の加水分解調整液(1.25g)を添加した。上記アセトニトリルを室温で3時間攪拌して、吸着処理を行った。
上記アセトニトリル中の変性窒化ホウ素をろ取した後、ろ取された変性窒化ホウ素を、アセトニトリル(100ml)で洗浄し、40℃のオーブンで乾燥させることで、表面修飾窒化ホウ素4(「BN4」ともいう)を得た。
(製造方法5(BN5の製造))
窒化ホウ素(上述のPTX-60)(50g)をアセトニトリル(100ml)中で攪拌し、上記アセトニトリル中に更に、シランカップリング剤(KBM-403)の加水分解調整液(1.25g)を添加した。上記アセトニトリルを室温で3時間攪拌して、吸着処理を行った。
上記アセトニトリル中の窒化ホウ素をろ取した後、ろ取された窒化ホウ素を、アセトニトリル(100ml)で洗浄し、40℃のオーブンで乾燥させることで、表面修飾窒化ホウ素5(「BN5」ともいう)を得た。
(製造方法6(BN6の製造))
窒化ホウ素(上述のHP-40)(15g)に対し、プラズクリーナーPDC210(ヤマト科学社製)を用いて、真空プラズマ処理(ガス種:O、圧力:30Pa、出力:500W)を行った。真空プラズマ処理を5分行うごとに、処理対象の窒化ホウ素を撹拌し、合計処理時間が30分になるまで真空プラズマ処理を行い、変性窒化ホウ素粒子を得た。
得られた変性窒化ホウ素をアセトニトリル(30ml)中で攪拌し、上記アセトニトリル中に更に、シランカップリング剤(信越化学工業社製:X12-984S)の加水分解調整液(0.42g)を添加した。上記アセトニトリルを室温で3時間攪拌して、吸着処理を行った。
上記アセトニトリル中の変性窒化ホウ素をろ取した後、ろ取された変性窒化ホウ素をアセトニトリル(30ml)で洗浄し、40℃のオーブンで乾燥させることで、表面修飾窒化ホウ素6(「BN6」ともいう)を得た。
また、「X12-984S」は、エポキシ基及びエトキシシリル基を有する、ポリマータイプのシランカップリング剤である。
(製造方法7(BN7の製造))
NaOH水溶液(NaOH:40g/水:400ml)に、窒化ホウ素(上述のHP-40、50g)を添加して攪拌した。上記NaOH水溶液に、更に、過硫酸ナトリウム水(過硫酸ナトリウム:9.6g/水:100ml)を添加した後、上記NaOH水溶液を50℃に昇温し、更に3時間攪拌した。攪拌には、スリーワンモーター(新東科学社製)を用いて回転数150rpmで行った。上記NaOH水溶液を室温まで冷却した後、上記NaOH水溶液中の窒化ホウ素をろ取し、ろ取された窒化ホウ素を、水(500ml)、及び、アセトニトリル(250ml)で洗浄することで変性窒化ホウ素を得た。
得られた変性窒化ホウ素をアセトニトリル(100ml)中で攪拌し、上記アセトニトリル中に更に、シランカップリング剤(信越化学工業社製:X12-984S)の加水分解調整液(1.25g)を添加した。上記アセトニトリルを室温で3時間攪拌して、吸着処理を行った。上記アセトニトリル中の変性窒化ホウ素をろ取した後、ろ取された変性窒化ホウをアセトニトリル(100ml)で洗浄し、40℃のオーブンで乾燥させることで、表面修飾窒化ホウ素7(「BN7」ともいう)を得た。
(製造方法8(BN8の製造))
水(400ml)に窒化ホウ素(上述のHP-40、50g)を添加して攪拌して混合液を得た。上記混合液に更に次亜塩素酸ナトリウム水(次亜塩素酸ナトリウム5水和物:48g/水:100ml)を添加した後、上記混合液を50℃に昇温し、更に3時間攪拌した。攪拌には新東科学株式会社製スリーワンモーターを用い、150rpmで行った。
上記混合液を室温まで冷却した後、上記混合液中の窒化ホウ素をろ取し、ろ取された窒化ホウ素を、水(500ml)、及び、アセトニトリル(250ml)で洗浄し、変性窒化ホウ素を得た。
得られた変性窒化ホウ素をアセトニトリル(100ml)中で攪拌し、上記アセトニトリル中に更に、シランカップリング剤(信越化学工業社製:X12-984S)の加水分解調整液(1.25g)を添加した。上記アセトニトリルを室温で3時間攪拌して、吸着処理を行った。上記アセトニトリル中の変性窒化ホウ素をろ取した後、ろ取された変性窒化ホウ素を、アセトニトリル(100ml)で洗浄し、40℃のオーブンで乾燥させることで、表面修飾窒化ホウ素8(「BN8」ともいう)を得た。
(製造方法9(BN9の製造))
窒化ホウ素(上述のHP-40、50g)を1000℃で1時間加熱して変性窒化ホウ素を得た。得られた変性窒化ホウ素を水(500ml)でリスラリー洗浄、ろ過した後、アセトニトリル(100ml)中で攪拌し、上記アセトニトリル中に更に、シランカップリング剤(信越化学工業社製:KBM-403)の加水分解調整液(1.25g)を添加した。上記アセトニトリルを室温で3時間攪拌して、吸着処理を行った。上記アセトニトリル中の変性窒化ホウ素をろ取した後、ろ取された変性窒化ホウ素を、アセトニトリル(100ml)で洗浄し、40℃のオーブンで乾燥させることで、表面修飾窒化ホウ素9(「BN9」ともいう)を得た。
なお、「KBM-403」は、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランである。
(製造方法10(BN10の製造))
窒化ホウ素(上述のHP-40、50g)を900℃で4時間加熱して変性窒化ホウ素を得た。得られた変性窒化ホウ素を水(500ml)でリスラリー洗浄、ろ過した後、アセトニトリル(100ml)中で攪拌し、上記アセトニトリル中に更に、シランカップリング剤(信越化学工業社製:KBM-403)の加水分解調整液(1.25g)を添加した。上記アセトニトリルを室温で3時間攪拌して、吸着処理を行った。上記アセトニトリル中の変性窒化ホウ素をろ取した後、ろ取された変性窒化ホウ素を、アセトニトリル(100ml)で洗浄し、40℃のオーブンで乾燥させることで、表面修飾窒化ホウ素10(「BN10」ともいう)を得た。
<硬化促進剤>
以下に、実施例及び比較例で使用した硬化促進剤を示す。
なお、各化合物名の後においてかっこ書きで示す値は、各化合物の分子量を示す。
・C-1:トリスオルトトリルホスフィン(304.37)
・C-2:トリフェニルホスフィン(262.29)
・C-3:2PHZ-PW(2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール)(204.23)
・C-4:TPP-MK(テトラフェニルホスホニウムテトラ-p-トリルボラート)(658.62)
・C-5:(S)-(-)-BINAP((S)-(-)-2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル)(622.69)
・C-6:(S)-(-)-TolBINAP((S)-(-)-2,2’-ビス(ジ-p-トリルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル)(678.80)
・C-7:(S)-(-)-XylBINAP((S)-(-)-2,2’-ビス[ジ(3,5-キシリル)ホスフィノ]-1,1’-ビナフチル)(734.90)
・C-8:(R)-(+)-BINAP((R)-(+)-2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル)(622.69)
・C-9:(R)-(+)-TolBINAP((R)-(+)-2,2’-ビス(ジ-p-トリルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル)(678.80)
・C-10:(R)-(+)-XylBINAP((R)-(+)-2,2’-ビス[ジ(3,5-キシリル)ホスフィノ]-1,1’-ビナフチル)(734.90)
・C-11:(±)-BINAP((±)-2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル)(622.69)
<イオン捕捉剤>
以下に、実施例及び比較例で使用したイオン捕捉剤を示す。
・F-1:KW-2000、酸化アルミニウム/酸化マグネシウム固溶体(Mg0.7Al0.31.15)、協和化学工業社製
・F-2:KW-2100、酸化アルミニウム/酸化マグネシウム固溶体、協和化学工業社製
・F-3:KW-2200、酸化アルミニウム/酸化マグネシウム固溶体、協和化学工業社製
・F-4:IXE-600、Bi,Sb系、東亞合成社製
・F-5:IXE-700F、Mg,Al系、東亞合成社製
・F-6:IXE-6107、Zr,Bi系、東亞合成社製
<溶媒>
溶媒として、シクロペンタノンを使用した。
〔組成物の調製〕
溶媒、フェノール化合物、所望に応じて使用するエポキシ化合物、所望に応じて使用するイオン捕捉剤、特定化合物(マレイミド化合物及び/又はシアネート化合物)、並びに、硬化促進剤の順で混合した後、無機物又は表面修飾無機物を添加した。得られた混合物を自転公転ミキサー(THINKY社製、あわとり練太郎ARE-310)で5分間処理して、各実施例又は比較例の組成物(硬化性組成物)を得た。
ここで、溶媒の添加量は、組成物の固形分濃度が50~80質量%になる量とした。
なお、組成物の固形分濃度は、組成物の粘度がそれぞれ同程度になるように、上記範囲内で組成物ごとに調整した。
組成物がフェノール化合物とエポキシ化合物との両方を含む場合、エポキシ化合物とフェノール化合物との合計含有量が組成物の全固形分に対して表1中の「合計量(質量%)」欄に示す量になり、かつ、エポキシ化合物とフェノール化合物とはそれぞれ当量(エポキシ化合物のエポキシ基の数と、フェノール化合物の水酸基の数とが等しくなる量)になるように添加量を調整した。
組成物がフェノール化合物とエポキシ化合物との一方のみを含む場合、その一方の成分の含有量が組成物の全固形分に対して表1中の「合計量(質量%)」欄に示す量になるように添加量を調整した。
組成物中、硬化促進剤、無機物(無機窒化物、無機酸化物、又は、その表面修飾物)、イオン捕捉剤、マレイミド化合物、及び、シアネート化合物の量は、それぞれ、組成物の全固形分に対して、表1中の各マスにおけるカッコ内に示す量(質量%)になるようにした。
[評価]
〔半硬化シート(半硬化膜)の作製〕
マイクロメーター付きアプリケーターを用いて、離型処理したPETフィルム(PET756501リンテック社製、膜厚75μm)の離型面上に、調製した組成物を均一に塗布し、120℃で4分間乾燥して半硬化シート(半硬化膜)を作製した。
〔熱伝導シートの作製〕
得られた半硬化シートの上記PETフィルムとは反対側の表面に、離型処理したPETフィルムを被せ、空気下で熱プレス(熱板温度180℃、圧力20MPaで5分間処理)した。その後、常圧下で180℃、90分加熱処理して樹脂シートを得た。樹脂シートの両面にあるPETフィルムを剥がし、平均膜厚120μmの熱伝導シート(熱伝導材料)を得た。
〔熱伝導率の評価方法〕
(1)NETZSCH社製の「LFA467」を用いて、レーザーフラッシュ法で熱伝導シートの厚み方向の熱拡散率を測定した。
(2)メトラー・トレド社製の天秤「XS204」を用いて、熱伝導シートの比重をアルキメデス法(「固体比重測定キット」使用)で測定した。
(3)セイコーインスツル社製の「DSC320/6200」を用い、10℃/分の昇温条件の下、25℃における熱伝導シートの比熱を求めた。
(4)得られた熱拡散率に比重及び比熱を乗じて、熱伝導シートの熱伝導率を算出した。
熱伝導シートの熱伝導率を、下記基準に照らして区分し、各実施例又は比較例の組成物を用いて得られた熱伝導シート(熱伝導材料)の熱伝導性の評価とした。
A+:17W/mK以上
A :15W/mK以上17W/mK未満
B :13W/mK以上15W/mK未満
C :10W/mK以上13W/mK未満
D :10W/mK未満
〔Tg(耐熱性)の評価〕
得られた熱伝導シートのTgを測定した。
測定には、ユービーエム社製の動的粘弾性測定装置「Rheogel-E4000」を使用し、周波数1HzのときのtanδピークをTgとした。昇温速度は、5℃/minで、25~300℃の範囲で測定を実施した。
熱伝導シートのTgを、下記基準に照らして区分し、各実施例又は比較例の組成物を用いて得られた熱伝導シート(熱伝導材料)の耐熱性の評価とした。
A+:180℃以上
A :170℃以上180℃未満
B :160℃以上170℃未満
C :150℃以上160℃未満
D :150℃未満
〔絶縁性の評価〕
85℃、85%RHの環境下で試料(上述の方法で作製した膜厚120μmの熱伝導シート)に1kVの電圧を印加して、試料が絶縁破壊されるまでの時間を計測した。
試料が絶縁破壊されるまでの時間を、下記基準に照らして区分し、各実施例又は比較例の組成物を用いて得られた熱伝導シート(熱伝導材料)の絶縁性の評価とした。
A:500時間以上
B:100時間以上500時間未満
C:50時間以上100時間未満
D:50時間未満
〔吸湿性の評価〕
得られた熱伝導シートの吸湿性を評価した。
熱伝導シートを十分に除湿された乾燥機を用いて120℃で2時間乾燥させて、乾燥状態の熱伝導シートとした。乾燥状態の熱伝導シートを85℃、85RH%の環境下に24時間置いて、吸湿状態の熱伝導シートとした。
これらの熱伝導シートの質量を下記式に照らして質量変化率を求め、下記区分に照らして熱伝導シートの吸湿性を評価した。質量変化率が小さいほど、吸湿性が抑制されていて好ましい。
質量変化率(%)=(W2-W1)/W1×100
W1:120℃の環境下で2時間乾燥させた後の乾燥状態の熱伝導シートの質量
W2:乾燥状態の熱伝導シートを、85℃、85RH%の環境下に24時間おいた後の吸湿状態の熱伝導シートの質量
A :質量変化率が0.5%未満
B :質量変化率が0.5%以上0.7%未満
C :質量変化率が0.7%以上1.0%未満
D :質量変化率が1.0%以上
〔ハンダ耐熱性の評価〕
得られた半硬化シートからPETフィルムを剥離した後、厚み2mmの銅基板と厚み0.15mmの銅箔に挟んで、空気下で熱プレス(熱板温度180℃、圧力20MPaで5分間処理)して、「銅基板-熱伝導シート-銅箔」の構成を有する積層体を得た。
積層体における0.15mmの銅箔を、直径2cmの円形状にエッチング処理して、上記積層体を「銅基板-熱伝導シート-直径2cmの円形状の銅箔」の構成を有するハンダ耐熱性試験用のサンプルとした。
上記サンプルに対して、300℃で3分加熱してから室温(25℃)にまで冷却する加熱処理を1回以上実施した。その後、1回以上の加熱処理をされた上記サンプルから、直径2cmの円形状の銅箔を剥離した。
剥離したサンプルの破壊状態を目視で観察し、剥離した全面で熱伝導シートの凝集破壊が生じている場合は合格とし、「銅基板-熱伝導シート」間、及び/又は、「熱伝導シート-直径2cmの円形状の銅箔」間の一部又は全面で界面剥離が生じている場合は不合格とした。
加熱処理の回数に対する合格及び不合格の関係性に基づき、下記区分に照らして熱伝導シートのハンダ耐熱性を評価した。
A :加熱処理を3回行っても合格であった
B :加熱処理を2回行っても合格であったが、3回行ったら不合格となった
C :加熱処理を1回行っても合格であったが、2回行ったら不合格となった
D :加熱処理を1回行った時点で不合格となった
〔ハンダ耐熱性IIの評価〕
上記〔ハンダ耐熱性の評価〕において、加熱温度を300℃から320℃に変更した以外は、同様の手順で、ハンダ耐熱性IIを評価した。
[結果]
以下、表1を示す。
表1には、各実施例又は比較例における組成物の固形分の配合と試験結果とを示す。
表に示す結果より、本発明の組成物を使用すれば本発明の効果を実現できることが確認された。
中でも、無機物が、実質的に窒化ホウ素及び無機系イオン捕捉剤のみを含む場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例5、21、22の結果の比較等を参照)。
組成物が、表面修飾窒化ホウ素を含む場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例5、24~28、54~58の結果の比較等を参照)。
硬化促進剤が、リン原子を含む化合物又はホスホニウム塩を含む場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例2~5の結果の比較等を参照)。
また、硬化促進剤が、一般式(P3)で表される化合物を含む場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例3、59~65の結果の比較等を参照)。
マレイミド化合物が2つのマレイミド基を有することが場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例3と51の結果の比較等を参照)。
マレイミド化合物が、mが1であり、nが1であり、かつ、Lが炭素数3~15の2価の連結基である一般式(1)で表される化合物の場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例5~9の結果の比較等を参照)。
フェノール化合物がトリアジン骨格を有し、かつ、トリアジン骨格を有するフェノール化合物とトリアジン骨格を有するエポキシ化合物との合計含有量は、全フェノール化合物と全エポキシ化合物との合計含有量に対して5~80質量%である場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例5、10~20の結果の比較等を参照)。
組成物の全固形分に対する無機物の含有量が83質量%以下である場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例24と30との結果の比較等を参照)。
マレイミド化合物の含有量が、エポキシ化合物とフェノール化合物との合計含有量に対して100質量%以下である場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例24と29との結果の比較等を参照)。
組成物がイオン捕捉剤を含む場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例9、31、32の結果の比較等を参照)。
組成物のイオン捕捉剤が、マグネシウムとアルミニウムとの複合物、又は、ジルコニウムとビスマスとの複合物である場合、本発明の効果がより優れることが確認された(実施例9と31との比較、実施例24、33~36の結果の比較等を参照)。
形成される熱伝導材料の吸湿の抑制性及びハンダ耐熱性がより優れる点から、エポキシ化合物は、ポリヒドロキシベンゼン型のグリシジルエーテル、ビスフェノールF型のグリシジルエーテル、棒状化合物、フェノキシ樹脂、又は、円盤状化合物を含むのが好ましいことが確認された(実施例5、11~20の結果の比較等を参照)。
また、形成される熱伝導材料の吸湿の抑制性及びハンダ耐熱性がより優れる点から、エポキシ化合物として中心環がトリアジン環であるエポキシ化合物を含む場合、トリアジン骨格を有するフェノール化合物とトリアジン骨格を有するエポキシ化合物との合計含有量は、全フェノール化合物と全エポキシ化合物との合計含有量に対して5~80質量%であるのが好ましいことが確認された(実施例10と実施例20との結果の比較等を参照)。
組成物の硬化促進剤の分子量が、250以上である場合、ハンダ耐熱性IIがより優れることが確認され、組成物の硬化促進剤の分子量が、430以上である場合、ハンダ耐熱性IIが更に優れることが確認された(実施例2~5、24、29、30、59~75の結果の比較等を参照)。
<<試験Y>>
以下に示す通り条件及び手順等に基づき、試験Y(実施例76以降)を実施した。
[組成物の調製]
溶媒(シクロペンタノン)、フェノール化合物、エポキシ化合物、所望に応じて使用するイオン捕捉剤、特定化合物(マレイミド化合物)、及び、硬化促進剤の順で混合した後、無機物又は表面修飾無機物を添加した。得られた混合物を自転公転ミキサー(THINKY社製、あわとり練太郎ARE-310)で5分間処理して、各実施例の組成物(硬化性組成物)を得た。
ここで、溶媒の添加量は、組成物の固形分濃度が42.5体積%(質量基準にしていずれも52~58質量%の範囲内)になる量とした。
なお、組成物の固形分濃度は、組成物の粘度がそれぞれ同程度になるように、上記範囲内で組成物ごとに調整した。
エポキシ化合物とフェノール化合物との合計含有量は、組成物の全固形分に対して表2中の「合計量(質量%)」欄に示す量になり、かつ、エポキシ化合物のエポキシ基の合計数と、フェノール化合物の水酸基の合計数との比が、表2中の「[エポキシ/フェノール]官能基比」欄に示す比になるように調整した。
なお、試験Yにおける実施例76の組成物の固形分の配合は、それぞれ、試験Xにおける実施例11の組成物の固形分の配合と同様である。
[評価]
〔熱伝導率、Tg(耐熱性)、絶縁性の評価〕
試験Xにおける〔熱伝導率の評価方法〕、〔Tg(耐熱性)の評価〕、及び、〔絶縁性の評価〕で示したのと同様の方法及び評価基準で、試験Yの各実施例の組成物についても、熱伝導率、Tg(耐熱性)、及び、絶縁性を、それぞれ試験し、評価した。
〔ハンドリング性(経時保存性)の評価〕
試験Xにおける〔半硬化シート(半硬化膜)の作製〕に示した方法で、試験Yの各実施例の組成物を用いた半硬化シート(半硬化膜)を作製した。
得られた半硬化シートからPETフィルムを剥離し、作製直後から1時間、室温(25℃)で静置した。
静置後の半硬化シートを、5cm×10cmの短冊状に切り出し、折り曲げ試験用のサンプルを作製した。得られたサンプルを、更に、23時間、室温(25℃)で静置した。
静置後のサンプルについて、円筒形マンドレル試験機(コーテック株式会社製)を用いて、JIS K 5600-5-1に記載の方法に従って、折り曲げ試験を行った。それぞれの直径が25mm、及び、20mm、及び、16mmである円筒形マンドレルを使用し、サンプルが破断又は破損したときの折り曲げ試験に使用したマンドレルの直径から、下記の評価基準に基づいて作製1日後(24時間後)の半硬化シートのハンドリング性を評価した。
サンプルが破損したときに使用したマンドレルの直径が短いほど、半硬化シートの経時保存後のハンドリング性がより優れる。
破断時のマンドレルの直径を下記基準に照らして区分し、ハンドリング性(経時保存性)を評価した。
A+:25mm、20mm及び16mmで破損がない
A:25mm及び20mmで破損せず、16mmで破損
B:25mmで破損せず、20mm及び16mmで破損
C:25mm、20mm及び16mmで破損
[結果]
以下、表2を示す。
表2には、各実施例における組成物の固形分の配合と試験結果とを示す。
表中、エポキシ化合物の「種類」欄では、エポキシ化合物を複数種類使用する場合において、各エポキシ化合物の含有量の質量比を「X/Y」の形式で示した。
表中、「粘度(mPa・s,25℃)」欄は、使用したエポキシ化合物の、25℃における粘度を示す。粘度の測定方法は、明細書中に示した通りである。
「[エポキシ/フェノール]官能基比」欄は、組成物中における、エポキシ化合物のエポキシ基の合計数と、フェノール化合物の水酸基の合計数との比(上記エポキシ基の合計数/上記水酸基の合計数)を示す。
試験Yにおいても、本発明の組成物を使用すれば熱伝導性及び耐熱性に優れた熱伝導材料を形成できることが確認された。また、本発明の組成物を用いて形成された熱伝導材料は、絶縁性にも優れることが確認された。
また、エポキシ化合物が、低粘度エポキシ化合物を含む場合、組成物を用いて形成される半硬化膜のハンドリング性がより優れることが確認された。
(実施例80、91の結果の比較などを参照)
得られる熱伝導材料の耐熱性(Tg)がより優れる点で、エポキシ化合物が、芳香環基を有するエポキシ化合物であること、又は、Xが1~3の整数である一般式(E3)で表されるエポキシ化合物であることが好ましく、芳香環基を有するエポキシ化合物であることがより好ましいことが確認された。
(実施例77、79、88、90の結果の比較、実施例80、89、91の結果の比較などを参照)。
得られる熱伝導剤材料の熱伝導性、及び/又は、絶縁性がより優れる点からは、マレイミド化合物の含有量は、組成物の全固形分に対して、6質量%以上が好ましいことが確認された(実施例77、78の結果の比較などを参照)。
半硬化膜のハンドリング性、及び/又は、得られる熱伝導材料の耐熱性(Tg)がより優れる点で、フェノール化合物に含まれる合計の水酸基の数に対する、エポキシ化合物に含まれる合計のエポキシ基の数との比(エポキシ基の数/水酸基の数)は、1.1/1.0~3.0/1.0であることが好ましく、1.2/1.0~2.0/1.0であることがより好ましく、1.3/1.0~1.8/1.0であることが更に好ましいことが確認された。
(実施例85~87の結果の比較、実施例77と84の結果の比較、実施例78と85の結果の比較、等を参照)。

Claims (17)

  1. フェノール化合物と、
    1つ以上のマレイミド基を有するマレイミド化合物、及び、1つ以上のシアネート基を有するシアネート化合物の一方又は両方と、
    無機物と、
    硬化促進剤と、を含み、
    前記無機物が、無機窒化物を含み、
    前記硬化促進剤が、一般式(P3)で表される化合物を含む、硬化性組成物。
    一般式(P3)中、R p31 ~R p34 は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいフェニル基を表す。
  2. 前記マレイミド化合物を含み、
    前記マレイミド化合物が、一般式(1)で表される化合物である、請求項1に記載の硬化性組成物。
    一般式(1)中、mは、0又は1を表す。
    nは、0又は1を表す。
    及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
    は、2価の連結基を表す。
  3. 前記一般式(1)中、mが1を表し、nが1を表し、Lで表される前記2価の連結基の炭素数が3~15である、請求項2に記載の硬化性組成物。
  4. 前記マレイミド化合物を含み、
    前記マレイミド化合物が、2つの前記マレイミド基を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  5. 前記無機物が、窒化ホウ素を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  6. 前記窒化ホウ素が、平均粒径が20μm以上である凝集状窒化ホウ素を含む、請求項5に記載の硬化性組成物。
  7. 更に、表面修飾剤を含み、
    前記窒化ホウ素が、前記窒化ホウ素の表面上に吸着した前記表面修飾剤とともに、表面修飾窒化ホウ素を構成している、請求項5又は6に記載の硬化性組成物。
  8. 更に、エポキシ化合物を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  9. 前記マレイミド化合物を含み、かつ、
    前記エポキシ化合物が、25℃における粘度が1000mPa・s未満のエポキシ化合物を含む、請求項8に記載の硬化性組成物。
  10. 前記マレイミド化合物を含み、かつ、
    前記硬化性組成物中、前記フェノール化合物に含まれる合計の水酸基の数に対する、前記エポキシ化合物に含まれる合計のエポキシ基の数との比が、1.2/1.0~2.0/1.0である、請求項8又は9に記載の硬化性組成物。
  11. 前記フェノール化合物がトリアジン骨格を有するフェノール化合物を含むこと、及び、前記エポキシ化合物がトリアジン骨格を有するエポキシ化合物を含むこと、の少なくとも一方の要件を満たす、請求項8~10のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  12. 前記硬化促進剤の分子量が、430以上である、請求項1~11のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  13. 更に、イオン捕捉剤を含む、請求項1~12のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  14. 請求項1~13のいずれか1項に記載の硬化性組成物を硬化して得られる、熱伝導材料。
  15. 請求項14に記載の熱伝導材料からなる、熱伝導シート。
  16. 下記式で求められる質量変化率が、1.0%未満となる、請求項15に記載の熱伝導シート。
    質量変化率(%)=(W2-W1)/W1×100
    W1:120℃の環境下で2時間乾燥させた後の乾燥状態の熱伝導シートの質量
    W2:前記乾燥状態の熱伝導シートを85℃、85RH%の環境下に24時間おいた後の、吸湿状態の熱伝導シートの質量
  17. デバイスと、前記デバイス上に配置された請求項15又は16に記載の熱伝導シートを含む熱伝導層とを有する、熱伝導層付きデバイス。
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