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Research for improving mechanical properties and lowering curing temperature of cyanate ester resin

伊豆 佳祐 横浜国立大学 DOI:info:doi/10.18880/00013341

2022.02.15

概要

電力の制御および供給を行うためのパワーデバイスは、電気・ハイブリッド自動車をはじめとする様々な分野で活用されており、省エネルギー化および低炭素社会実現のためのキーデバイスとなっている。そのため、パワーデバイスには電力密度の飛躍的な向上による高効率化および省スペース化が求められており、その結果として今後さらなる高温動作化が予測されている。これらの要求を実現するため、パワーデバイスに使用される半導体は、従来の 175℃以下でのみ動作する Si から電力損失が少なく 200℃以上でも動作可能な SiC 等への移行が進められつつあり、それに伴いパワー半導体用封止樹脂にも従来を大幅に上回る高耐熱性が必要とされるようになっている。また, 熱サイクルによる応力がクラックを発生させる可能性があるため、封止樹脂には破壊靭性に優れていることなども求められている。

シアナート基の環化三量化反応によって硬化が進行し、高耐熱性・低吸水性・高絶縁性などの優れた特性を示す硬化物を与えるシアナート樹脂は、SiC パワー半導体用封止樹脂の候補材料の一つとして期待されている。しかし、一般的にシアナート樹脂は、硬化物作製時に 250℃以上の高温・長時間での加熱が必要であるという欠点を有しており、応用展開における障害となっている。また、他の熱硬化性樹脂と同じく、硬化反応により高架橋度の三次元網目構造をするため、硬化物が脆いという問題も有している。

よって本研究では、シアナート樹脂の硬化温度低減および硬化物の機械特性向上を実現することを目的とし、in situ 重合法の適用および新規有機触媒の探索について検討を行った。In situ 重合法とは、ラジカル重合性ビニルモノマーを熱硬化性樹脂に添加し、樹脂の硬化反応とモノマーのラジカル重合を同時に行うことにより、熱硬化性樹脂の硬化系中で改質剤となるビニルポリマーを生成させる手法である。In situ重合法では、樹脂マトリックスと改質剤間の相容性が向上するため、高強度・高靭性の硬化物が得られると期待される。また、シアナート樹脂の硬化触媒としては銅や亜鉛などのカルボン酸塩を含む金属触媒系が常用されているが、硬化後に金属イオンが残存するという問題がある。よって本研究では、高性能の有機触媒系を探索することにより、金属触媒非存在下での硬化の達成を目指した。結果は以下の 5 章の構成にまとめた。

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