CN110475782A - 三唑硅烷化合物、该化合物的合成方法及其利用 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供新型的三唑硅烷化合物及其合成方法以及以该三唑硅烷化合物作为成分的硅烷偶联剂、以及提供使用了该三唑硅烷化合物的表面处理液、表面处理方法和材质不同的两种材料的粘接方法。本发明的三唑硅烷化合物是由化学式(I)表示的化合物。
Description
技术领域
本发明涉及新型的三唑硅烷化合物、以及使用了该三唑硅烷化合物的表面处理液、表面处理方法及其利用。
背景技术
作为硅烷偶联剂的成分,使用由有机物和硅构成的物质。该物质在分子中具有种类不同的官能团,通常作为连接不相容的有机材料与无机材料的中介物而发挥功能。因此,在复合材料的开发、生产中是不可欠缺的试剂。
专利文献1中,提出了各种使三唑、噻二唑等含氮杂环与三甲氧基甲硅烷基、三乙氧基甲硅烷基等甲硅烷基经由具有硫醚(sulfide)键等的有机基团键合而成的结构的物质作为玻璃、金属与橡胶的粘接用引物中使用的硅烷偶联剂的成分。
专利文献2中,提出了1N-三甲氧基甲硅烷基丙基-1,2,4-三唑作为铝和镁合金的腐蚀抑制剂中使用的硅烷化合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-363189号公报
专利文献2:美国专利申请公开第2012/0021232号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供新型的三唑硅烷化合物及其合成方法、以及以新型的三唑硅烷化合物作为成分的硅烷偶联剂。
另外,目的在于提供使用了该三唑硅烷化合物的表面处理液、表面处理方法和不同材料的粘接方法。
用于解决问题的方法
本发明人为了解决上述问题反复进行了深入研究,结果发现,通过使三唑化合物与卤代烷基硅烷化合物反应,可合成新型的三唑硅烷化合物,从而完成了本发明。
即,本发明如下述[1]~[34]所述。
[1]一种三唑硅烷化合物,其由化学式(I)表示。
(式中,X1和X2相同或不同,表示氢原子、碳原子数1~12的直链状或支链状的烷基、苯基、苄基、氨基或碳原子数1~6的烷硫基。m表示1~12的整数。R表示甲基或乙基。但是,X1与X2同时为氢原子的情况除外。)
[2]上述[1]所述的三唑硅烷化合物的合成方法,其特征在于,使化学式(II)所表示的三唑化合物与化学式(III)所表示的卤代烷基硅烷化合物反应。
(式中,X1和X2与前述相同。)
(式中,R和m与前述相同。Hal表示氯原子、溴原子或碘原子。)
[3]一种硅烷偶联剂,其特征在于,以下述化学式(IV)所表示的三唑硅烷化合物作为成分。
(式中,X1和X2相同或不同,表示氢原子、碳原子数1~12的直链状或支链状的烷基、苯基、苄基、氨基或碳原子数1~6的烷硫基。m表示1~12的整数。n表示0或1~3的整数。R表示甲基或乙基。但是,X1与X2同时为氢原子的情况除外。)
[4]一种表面处理液,其含有下述化学式(IV)所表示的三唑硅烷化合物。
(式中,X1和X2相同或不同,表示氢原子、碳原子数1~12的直链状或支链状的烷基、苯基、苄基、氨基或碳原子数1~6的烷硫基。m表示1~12的整数。n表示0或1~3的整数。R表示甲基或乙基。但是,X1与X2同时为氢原子的情况除外。)
[5]如上述[4]所述的表面处理液,其用于对选自由金属、无机材料和树脂材料组成的组中的至少一种的表面进行处理。
[6]如上述[4]所述的表面处理液,其用于将选自由金属、无机材料和树脂材料组成的组中的两种材料粘接。
[7]如上述[5]或[6]所述的表面处理液,其中,上述金属为选自由铜、铝、钛、镍、锡、铁、银、金和它们的合金组成的组中的至少一种。
[8]如上述[5]或[6]所述的表面处理液,其中,上述金属为铜或铜合金。
[9]如上述[5]或[6]所述的表面处理液,其中,上述无机材料为选自由硅、陶瓷和玻璃组成的组中的至少一种。
[10]如上述[9]所述的表面处理液,其中,上述陶瓷为选自由氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅和钛酸钡组成的组中的至少一种。
[11]如上述[5]或[6]所述的表面处理液,其中,上述树脂材料为选自由丙烯酸酯树脂、环氧树脂、烯烃树脂、聚苯并唑树脂、有机硅树脂和聚酰亚胺树脂组成的组中的至少一种。
[12]一种金属的表面处理方法,其中,使上述[4]所述的表面处理液与金属的表面接触。
[13]如上述[12]所述的金属的表面处理方法,其中,上述金属为选自由铜、铝、钛、镍、锡、铁、银、金和它们的合金组成的组中的至少一种。
[14]如上述[12]所述的金属的表面处理方法,其中,上述金属为铜或铜合金。
[15]如上述[14]所述的金属的表面处理方法,其中,在使上述表面处理液与铜或铜合金的表面接触之前,使含有铜离子的水溶液与上述铜或铜合金的表面接触。
[16]如上述[14]或[15]所述的金属的表面处理方法,其中,在使上述表面处理液与铜或铜合金的表面接触之后,使酸性水溶液或碱性水溶液与上述铜或铜合金的表面接触。
[17]一种无机材料的表面处理方法,其中,使上述[4]所述的表面处理液与无机材料的表面接触。
[18]如上述[17]所述的无机材料的表面处理方法,其中,上述无机材料为选自由硅、陶瓷和玻璃组成的组中的至少一种。
[19]如上述[18]所述的无机材料的表面处理方法,其中,上述陶瓷为选自由氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅和钛酸钡组成的组中的至少一种。
[20]一种树脂材料的表面处理方法,其中,使上述[4]所述的表面处理液与树脂材料的表面接触。
[21]如上述[20]所述的树脂材料的表面处理方法,其中,上述树脂材料为选自由丙烯酸酯树脂、环氧树脂、烯烃树脂、聚苯并唑树脂、有机硅树脂和聚酰亚胺树脂组成的组中的至少一种。
[22]一种金属与树脂材料的粘接方法,其中,使上述[4]所述的表面处理液与金属和树脂材料中的至少一者接触而在该至少一者上形成化学转化覆膜,利用上述化学转化覆膜使上述金属与上述树脂材料相互粘接。
[23]一种无机材料与树脂材料的粘接方法,其中,使上述[4]所述的表面处理液与无机材料和树脂材料中的至少一者接触而在该至少一者上形成化学转化覆膜,利用上述化学转化覆膜使上述无机材料与上述树脂材料相互粘接。
[24]一种金属与无机材料的粘接方法,其中,使上述[4]所述的表面处理液与金属和无机材料中的至少一者接触而在该至少一者上形成化学转化覆膜,利用上述化学转化覆膜使上述金属与上述无机材料相互粘接。
[25]一种印刷布线板,其中,利用由上述[4]所述的表面处理液形成的化学转化覆膜将选自由金属、无机材料和树脂材料组成的组中的两种材料粘接。
[26]一种半导体晶片,其中,利用由上述[4]所述的表面处理液形成的化学转化覆膜将选自由金属、无机材料和树脂材料组成的组中的两种材料粘接。
[27]一种电子器件,其中,利用由上述[4]所述的表面处理液形成的化学转化覆膜将选自由金属、无机材料和树脂材料组成的组中的两种材料粘接。
[28]一种绝缘性组合物,其含有上述[3]所述的硅烷偶联剂以及树脂材料或无机材料。
[29]如上述[28]所述的绝缘性组合物,其中,上述树脂材料为选自由丙烯酸酯树脂、环氧树脂、烯烃树脂、苯并唑树脂、有机硅树脂和聚酰亚胺树脂组成的组中的至少一种。
[30]如上述[28]所述的绝缘性组合物,其中,上述无机材料为选自由硅、陶瓷和玻璃组成的组中的至少一种。
[31]一种绝缘材料,其含有上述[28]~[30]中任一项所述的绝缘性组合物。
[32]一种印刷布线板,其具有由上述[28]~[30]中任一项所述的绝缘性组合物得到的绝缘层。
[33]一种半导体晶片,其具有由上述[28]~[30]中任一项所述的绝缘性组合物得到的绝缘层。
[34]一种电子器件,其具有由上述[28]~[30]中任一项所述的绝缘性组合物得到的绝缘层。
发明效果
本发明的三唑硅烷化合物是分子中同时具有烷氧基甲硅烷基和1,2,4-三唑环的物质,因此,能够期待通过以其作为成分而制成兼具作为三唑化合物的特征的防止金属生锈的功能和使环氧树脂、氨基甲酸酯树脂固化的功能的硅烷偶联剂。
另外,根据含有本发明的三唑硅烷化合物的表面处理液,能够提高材质不同的两种材料、即金属与无机材料、金属与树脂材料以及无机材料与树脂材料的粘接性。
具体实施方式
以下,对本发明进行详细说明。需要说明的是,本发明并非限定于以下说明的实施方式。
(三唑硅烷化合物)
本发明的三唑硅烷化合物为上述化学式(I)所表示的三唑硅烷化合物(以下有时称为三唑硅烷化合物(I)),可以列举例如:3-甲基-1-[2-(三乙氧基甲硅烷基)乙基]-1,2,4-三唑、5-甲基-1-[4-(三甲氧基甲硅烷基)丁基]-1,2,4-三唑、3-乙基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-丙基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-异丙基-1-[10-(三甲氧基甲硅烷基)癸基]-1,2,4-三唑、3-丁基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-己基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、5-甲基-3-辛基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-十二烷基-1-[6-(三乙氧基甲硅烷基)己基]-1,2,4-三唑、3,5-二甲基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3,5-二异丙基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-苯基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-甲基-5-苯基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-乙基-5-苯基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3,5-二苯基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-苄基-1-[4-(三乙氧基甲硅烷基)丁基]-1,2,4-三唑、3-苄基-5-苯基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-己硫基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、5-丙基-3-苄基-1-[6-(三乙氧基甲硅烷基)己基]-1,2,4-三唑、3-氨基-1-(三乙氧基甲硅烷基)甲基-1,2,4-三唑、3-氨基-1-[2-(三甲氧基甲硅烷基)乙基]-1,2,4-三唑、3-氨基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、5-氨基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、5-氨基-3-乙基-1-[6-(三甲氧基甲硅烷基)己基]-1,2,4-三唑、3-氨基-5-苯基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-氨基-5-苄基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-氨基-1-[6-(三甲氧基甲硅烷基)己基]-1,2,4-三唑、3-氨基-1-[6-(三乙氧基甲硅烷基)己基]-1,2,4-三唑、3-氨基-1-[12-(三甲氧基甲硅烷基)十二烷基]-1,2,4-三唑、3,5-二氨基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3,5-二氨基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3,5-二氨基-1-[6-(三甲氧基甲硅烷基)己基]-1,2,4-三唑、3,5-二氨基-1-[12-(三甲氧基甲硅烷基)十二烷基]-1,2,4-三唑、3-甲硫基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-异丙硫基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-己硫基-1-[10-(三乙氧基甲硅烷基)癸基]-1,2,4-三唑、3-乙硫基-5-异丙基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3,5-双(甲硫基)-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-甲硫基-5-己硫基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、3-氨基-5-甲硫基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、5-氨基-3-甲硫基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、5-氨基-3-甲硫基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑、5-氨基-3-异丙硫基-1-[6-(三乙氧基甲硅烷基)己基]-1,2,4-三唑、3-氨基-5-己硫基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑等。
本发明的三唑硅烷化合物可以通过使上述化学式(II)所表示的三唑化合物(以下有时称为三唑化合物(II))与上述化学式(III)所表示的卤代烷基硅烷化合物(以下有时称为卤代烷基硅烷化合物(III))在脱卤化氢剂的存在下在适量的反应溶剂中以适当的反应温度和反应时间发生反应而大体上以高收率合成(参照反应路线(A))。
反应路线(A)
(式中,X1、X2、R、Hal和m与前述相同。)
作为上述三唑化合物(II),可以列举:3-甲基-1,2,4-三唑、3-乙基-1,2,4-三唑、3-丙基-1,2,4-三唑、3-异丙基-1,2,4-三唑、3-丁基-1,2,4-三唑、3-己基-1,2,4-三唑、3-十二烷基-1,2,4-三唑、3,5-二甲基-1,2,4-三唑、3,5-二异丙基-1,2,4-三唑、3-乙基-5-辛基-1,2,4-三唑、5-甲基-3-辛基-1,2,4-三唑、3-苯基-1,2,4-三唑、3-甲基-5-苯基-1,2,4-三唑、3-乙基-5-苯基-1,2,4-三唑、3,5-二苯基-1,2,4-三唑、3-苄基-1,2,4-三唑、5-丙基-3-苄基-1,2,4-三唑、3-苄基-5-苯基-1,2,4-三唑、3-氨基-1,2,4-三唑、3-氨基-5-乙基-1,2,4-三唑、3-氨基-5-苯基-1,2,4-三唑、3-氨基-5-苄基-1,2,4-三唑、3,5-二氨基-1,2,4-三唑、3-甲硫基-1,2,4-三唑、3-乙硫基-5-异丙基-1,2,4-三唑、3-异丙硫基-1,2,4-三唑、3-己硫基-1,2,4-三唑、3,5-双(甲硫基)-1,2,4-三唑、3-甲硫基-5-己硫基-1,2,4-三唑、3-氨基-5-甲硫基-1,2,4-三唑、3-氨基-5-异丙硫基-1,2,4-三唑和3-氨基-5-己硫基-1,2,4-三唑等。
作为上述卤代烷基硅烷化合物(III),可以列举:1-氯甲基三甲氧基硅烷、1-氯甲基三乙氧基硅烷、2-氯乙基三甲氧基硅烷、2-氯乙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3-溴丙基三甲氧基硅烷、3-溴丙基三乙氧基硅烷、3-碘丙基三甲氧基硅烷、3-碘丙基三乙氧基硅烷、4-溴丁基三甲氧基硅烷、4-溴丁基三乙氧基硅烷、5-溴戊基三甲氧基硅烷、5-溴戊基三乙氧基硅烷、6-溴己基三甲氧基硅烷、6-溴己基三乙氧基硅烷、8-溴辛基三甲氧基硅烷、8-溴辛基三乙氧基硅烷、10-溴癸基三甲氧基硅烷、10-溴癸基三乙氧基硅烷、12-溴十二烷基三甲氧基硅烷和12-溴十二烷基三乙氧基硅烷等。
作为上述反应溶剂,只要是对三唑化合物(II)和卤代烷基硅烷化合物(III)呈惰性的溶剂就没有特别限定,可以列举例如:己烷、甲苯、二甲苯等烃类溶剂;乙醚、四氢呋喃、二氧杂环己烷、环戊基甲醚等醚类溶剂;乙酸乙酯、乙酸丁酯等酯类溶剂;甲醇、乙醇等醇类溶剂;N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等酰胺类溶剂;丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮等酮类溶剂;乙腈、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺等。
作为上述脱卤化氢剂,可以列举:甲醇钠、乙醇钠、甲醇钾、叔丁醇钾等碱金属醇盐;碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾等碳酸碱金属盐;二氮杂双环十一烯等有机碱、氢化钠等。
三唑化合物(II)与卤代烷基硅烷化合物(III)的反应如上述反应路线(A)所示以化学计量比进行,但关于相对于三唑化合物(II)的使用量(投入量)的、卤代烷基硅烷化合物(III)的使用量(投入量),考虑反应温度、反应时间、以及所使用的原料、反应溶剂的种类、反应规模等因素,优选设定为0.8~1.2倍摩尔的范围内的适当比例。
卤代烷基硅烷化合物(III)的投入量多于1.2倍摩尔时,担心该化合物发生聚合而凝胶化,少于0.8倍摩尔时,担心产物的纯度降低或者产物的分离操作变得复杂等。
另外,脱卤化氢剂是为了对由三唑化合物(II)与卤代烷基硅烷化合物(III)的反应副生成的卤化氢进行中和而使用的,因此,其使用量(投入量)相对于卤代烷基硅烷化合物(III)的使用量为等摩尔以上即可。
上述的反应温度只要在三唑化合物(II)的1位NH与卤代烷基硅烷化合物(III)发生反应的温度范围内就没有特别限定,优选为0~150℃的范围、更优选为5~100℃的范围。
上述的反应时间根据设定的反应温度来适当决定,优选为30分钟~10小时的范围、更优选为1~8小时的范围。
(硅烷偶联剂)
本发明的硅烷偶联剂以上述化学式(IV)所表示的三唑硅烷化合物(以下有时称为三唑硅烷化合物(IV))作为成分。
使用本发明的硅烷偶联剂时,可以采用与现有的硅烷偶联剂的情况同样的表面处理方法。
作为该表面处理方法,可以列举例如:(a)向基材喷涂利用有机溶剂将适当量的硅烷偶联剂稀释而得到的处理液的方法;(b)向基材喷涂利用水-有机溶剂将该硅烷偶联剂稀释而得到的处理液的方法;(c)向基材喷涂利用水将该硅烷偶联剂稀释而得到的处理液的方法;(d)将基材浸渍在利用有机溶剂将该硅烷偶联剂稀释而得到的处理液中的方法;(e)将基材浸渍在利用水-有机溶剂将该硅烷偶联剂稀释而得到的处理液中的方法;(f)将基材浸渍在利用水将该硅烷偶联剂稀释而得到的处理液中的方法等。
作为上述有机溶剂,可以列举:苯、甲苯、二甲苯、庚烷、己烷、环己烷、正辛烷等烃类溶剂;二氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳、氯仿、氯苯、二氯苯、三氯苯等卤代烃类溶剂;丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮等酮类溶剂;乙醚、四氢呋喃、二氧杂环己烷、乙二醇单甲醚(甲基溶纤剂)、乙二醇单乙醚(乙基溶纤剂)、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚等醚类溶剂;甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、正丁醇、2-丁醇、叔丁醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇等醇类溶剂等。
作为本发明中使用的基材,可以列举例如:由金属、无机材料、树脂材料等形成的粒状、针状、纤维状、织物状、板状、箔状、无定形等的基材。
作为上述金属,可以列举例如:铜、铝、钛、镍、锡、铁、银、金和它们的合金等,可以将由这些金属构成的板、箔、镀膜等作为基材。
作为上述合金的具体例,对于铜合金而言,只要是含有铜的合金就没有特别限定,可以列举例如:Cu-Ag系、Cu-Te系、Cu-Mg系、Cu-Sn系、Cu-Si系、Cu-Mn系、Cu-Be-Co系、Cu-Ti系、Cu-Ni-Si系、Cu-Zn-Ni系、Cu-Cr系、Cu-Zr系、Cu-Fe系、Cu-Al系、Cu-Zn系、Cu-Co系等的合金。
另外,对于其他合金而言,可以列举:铝合金(Al-Si合金)、镍合金(Ni-Cr合金)、铁合金(Fe-Ni合金、不锈钢、钢)等。
这些金属中,优选铜和铜合金。
作为上述无机材料,可以列举例如:硅、陶瓷、作为填料使用的无机材料和玻璃等。
具体而言,可以列举:硅、碳化硅、二氧化硅、玻璃、硅藻土、硅酸钙、滑石、玻璃珠、绢云母、活性白土、膨润土、铝硅酸盐、云母等硅化合物、氧化铝、氧化锌、氧化铁、氧化镁、氧化锡、氧化钛等氧化物、氢氧化镁、氢氧化铝、碱性碳酸镁等氢氧化物、碳酸钙、碳酸锌、水滑石、碳酸镁等碳酸盐、硫酸钡、石膏等硫酸盐、钛酸钡等钛酸盐、氮化铝、氮化硅等氮化物、碳纤维等。
这些无机材料中,优选硅、陶瓷(氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅和钛酸钡等)和玻璃。
作为上述树脂材料,可以列举:尼龙、丙烯酸酯树脂、环氧树脂、烯烃树脂、聚苯并唑树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、聚苯醚树脂(polyphenylene ether resins)、聚苯醚树脂(polyphenylene oxideresins)、烯烃树脂、含氟树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂、液晶树脂等,也可以是将它们混合或者相互改性后组合而得到的物质。
这些树脂材料中,优选丙烯酸酯树脂、环氧树脂、烯烃树脂、聚苯并唑树脂、有机硅树脂和聚酰亚胺树脂。
通过对基材实施这样的表面处理,能够提高基材的表面的亲油性,能够提高对树脂等的亲和性(粘接性、密合性)。
需要说明的是,为了进一步发挥由上述处理带来的效果,可以对表面处理后的基材进一步进行加热处理。
(表面处理液)
<含有化学式(IV)所表示的三唑硅烷化合物的表面处理液>
本发明的表面处理液是含有上述三唑硅烷化合物(IV)的表面处理液,该三唑硅烷化合物(IV)包含下述化学式(I)和化学式(IVa)~(IVc)所表示的三唑硅烷化合物。
(式中,X1、X2、R和m与前述相同。)
即,三唑硅烷化合物(I)是上述化学式(IV)中n为0时的三唑硅烷化合物(三烷氧基体)。
同样地,化学式(IVa)所表示的三唑硅烷化合物(以下有时称为三唑硅烷化合物(IVa))是n为1时的三唑硅烷化合物,化学式(IVb)所表示的三唑硅烷化合物(以下有时称为三唑硅烷化合物(IVb))是n为2时的三唑硅烷化合物,化学式(IVc)所表示的三唑硅烷化合物(以下有时称为三唑硅烷化合物(IVc))是n为3时的三唑硅烷化合物。
三唑硅烷化合物(IVa)~(IVc)是表面处理液中存在的三唑硅烷化合物(I)水解而生成的种类,它们适合与三烷氧基体的三唑硅烷化合物(I)一起作为硅烷偶联剂的成分。另外,三唑硅烷化合物(IVa)~(IVc)例如可以通过从表面处理液中除去挥发成分而从表面处理液中提取后使用。
在本发明的实施中,作为制备表面处理液时的原料,优选使用三唑硅烷化合物(I)。
作为该三唑硅烷化合物(I)的示例,如前所述。
本发明的表面处理液通过将三唑硅烷化合物(I)与有机溶剂混合或者将三唑硅烷化合物(I)与增溶剂与水混合来制备。作为增溶剂,可以列举酸、碱、有机溶剂。这些增溶剂可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
需要说明的是,关于使用增溶剂与水时的表面处理液的制备方法,可以在将该三唑硅烷化合物与水混合之后添加增溶剂,也可以将该三唑硅烷化合物与水和增溶剂的混合液进行混合,还可以在将该三唑硅烷化合物与增溶剂混合之后添加水。
另外,作为表面处理液的制备中所使用的水,优选离子交换水、蒸馏水等纯水。
作为上述酸,可以列举例如:盐酸、硫酸、硝酸等无机酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、2-乙基丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、十七烷酸、油酸、硬脂酸、乙醇酸、乳酸、葡萄糖酸、甘油酸、丙二酸、琥珀酸、乙酰丙酸、苯甲酸、草酸、酒石酸、苹果酸、氨基酸等有机酸等。这些酸可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
作为上述碱,可以列举例如:氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属的氢氧化物、氨、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、丙胺、异丙胺、丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺、壬胺、烯丙胺、乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、单丙醇胺、二丙醇胺、三丙醇胺、单异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、2-氨基-1-丙醇、N,N-二甲基乙醇胺、环己胺、苯胺、吡咯烷、哌啶、哌嗪、吡啶等胺类等。这些碱可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
作为上述有机溶剂,可以列举例如:甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、甘油、二乙二醇、三乙二醇、乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇二乙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇二乙醚、四氢糠醇、糠醇、丙酮、四氢呋喃、二氧杂环己烷、乙腈、2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、环丁砜、碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮等。这些有机溶剂可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
作为增溶剂的含量,在表面处理液中优选为0.1~50重量%。增溶剂的含量为0.1重量%以上时,提高三唑硅烷化合物在表面处理液中的溶解性的作用显著。另外,超过50重量%时,不经济,因此,优选将50重量%设定为上限。增溶剂的含量在表面处理液中更优选为0.5重量%以上,进一步优选为1重量%以上,另外,更优选为30重量%以下,进一步优选为20重量%以下。
<三唑硅烷化合物的水解>
如上所述,本发明的三唑硅烷化合物(I)与水接触时发生水解,将其水解的方式以路线(B)表示。
在该路线(B)中,示出了上述三唑硅烷化合物(I)、(IVa)和(IVb)所具有的甲硅烷基发生水解的方式、即三烷氧基甲硅烷基逐渐变化为二烷氧基羟基甲硅烷基、二羟基烷氧基甲硅烷基、三羟基甲硅烷基的情形。
路线(B)
通常已知,分子中具有烷氧基甲硅烷基的物质作为硅烷偶联剂发挥作用。
例如,以铜与树脂材料的粘接来举例时,本发明的实施中使用的三唑硅烷化合物在分子中具有三唑环和烷氧基甲硅烷基(-Si-OR),三唑环与树脂和铜相互作用而形成化学键。
另外,烷氧基甲硅烷基水解而转变为羟基甲硅烷基(-Si-OH),该羟基甲硅烷基与散布在铜的表面的氧化铜化学键合。
因此,通过使铜与表面处理液接触,在该铜的表面上利用与三唑环、羟基甲硅烷基的键合形成来源于三唑硅烷化合物(IV)的化学转化覆膜,在该化学转化覆膜的表面上形成由树脂材料构成的树脂层,这种情况与在铜的表面上直接形成树脂层的情况相比,能够提高铜与树脂材料的粘接性。
在本发明的实施中,表面处理液中的三唑硅烷化合物(IV)的浓度以换算成三烷氧基体的三唑硅烷化合物(I)的浓度计优选为0.001~10重量%,更优选为0.01~5重量%。
该浓度低于0.001重量%时,粘接性的提高效果不充分,该浓度超过10重量%时,粘接性的提高效果基本达到顶点,仅是三唑硅烷化合物的使用量增加,是不经济的。
另外,在表面处理液中生成的具有羟基甲硅烷基的三唑硅烷化合物(IVa)~(IVc)逐渐相互反应而发生脱水缩合,羟基甲硅烷基形成硅氧烷键(Si-O-Si)(参照路线(B)),转变为难溶于水的硅烷低聚物(具有路线(B)中的化学式(e)所表示的基团的三唑硅烷化合物)。需要说明的是,化学式(e)所表示的基团的X是表示重复单元的数量的整数。
表面处理液中的硅烷低聚物的生成量增多时,不溶成分析出(处理液发生白浊),附着于处理槽、与处理槽连接的配管、浸渍在处理液中用于检测处理液的温度和液面的传感器类上,担心顺利的表面处理会受到阻碍。
为了避免上述情况,在表面处理液的制备中,优选使表面处理液中含有有机溶剂作为难溶于水的硅烷低聚物的增溶剂。另外,在表面处理液的制备中,为了促进三唑硅烷化合物的溶解,优选含有酸、碱。需要说明的是,上述有机溶剂还具有提高三唑硅烷化合物的溶解性的功能,因此,在本发明的表面处理液中,优选含有选自由酸、碱、有机溶剂组成的组中的至少一种作为增溶剂。
同样地,为了提高表面处理液的稳定性、化学转化覆膜的均匀性,还可以使用生成氯离子、溴离子、碘离子等卤素离子、铜离子、铁离子、锌离子等金属离子的物质。
另外,在不损害本发明效果的范围内,可以组合使用公知的偶联剂。作为公知的偶联剂,可以列举具有硫醇基(巯基)、乙烯基、环氧基、(甲基)丙烯酰基、氨基、氯丙基等的硅烷类偶联剂。
作为这样的硅烷类偶联剂的示例,可以列举例如:3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷等巯基硅烷化合物;乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等乙烯基硅烷化合物;对苯乙烯基三甲氧基硅烷等苯乙烯基硅烷化合物;2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷等环氧硅烷化合物;3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等丙烯酰氧基硅烷化合物;3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷等甲基丙烯酰氧基硅烷化合物;N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1,3-二甲基亚丁基)丙胺、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷等氨基硅烷化合物;3-脲基丙基三乙氧基硅烷等脲基硅烷化合物;3-氯丙基三甲氧基硅烷等氯丙基硅烷化合物;双(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物等硫化物硅烷化合物;和3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷等异氰酸酯基硅烷化合物等。
除此以外,还可以列举:铝系偶联剂、钛系偶联剂、锆系偶联剂等。
(处理方法)
作为使本发明的表面处理液与基材的表面接触的方法,没有特别限制,可以与上述的硅烷偶联剂的情况同样地采用喷雾、浸渍、涂布等方法。
关于使表面处理液与基材接触的时间(处理时间),优选设定为1秒~10分钟,更优选设定为5秒~3分钟。处理时间少于1秒时,在基材表面形成的化学转化覆膜的膜厚变薄,不能充分地得到材质不同的材料间的粘接力,另一方面,即使长于10分钟,化学转化覆膜的膜厚也没有大的差异,也不能期待粘接性的提高。
另外,关于使表面处理液与基材表面接触时的处理液的温度,优选设定为5~50℃,根据前述的与处理时间的关系适当设定即可。
使本发明的表面处理液与基材接触后,可以在进行水洗后进行干燥,也可以不进行水洗而使其干燥。
干燥优选设定为室温~150℃的温度。
需要说明的是,作为水洗中使用的水,优选离子交换水、蒸馏水等纯水,水洗的方法、时间没有特别限制,可以为依据喷雾、浸渍等方法而定的适当时间。
在本发明中,也可以对干燥后的化学转化覆膜进行等离子体、激光、离子束、臭氧、加热、加湿等处理而使化学转化覆膜的表面改性。或者,可以使用等离子体、激光、离子束、浮石刷等机械抛光、钻头等加工方法进行以除去金属表面的树脂和离子残渣为目的的清洁。
可以在使本发明的表面处理液与铜或铜合金(以下有时在指两者时简称为铜)的表面接触之前对该铜的表面进行选自酸洗处理、碱处理、粗糙化处理、耐热处理、防锈处理或化学转化处理中的至少一种预处理。
上述酸洗处理是为了除去附着于铜的表面的油脂成分以及为了除去铜的表面的氧化覆膜而进行的处理。在该酸洗处理中,可以使用盐酸类溶液、硫酸类溶液、硝酸类溶液、硫酸-过氧化氢类溶液、有机酸类溶液、无机酸-有机溶剂类溶液、有机酸-有机溶剂类溶液等溶液。
上述碱处理是为了除去附着于铜的表面的油脂成分、为了除去上一工序的残渣(例如用于形成铜电路的干膜抗蚀剂等)而进行的处理。在该碱处理中,可以使用含有氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属的氢氧化物、氨、乙醇胺、单丙醇胺、四甲基氢氧化铵等胺类、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵、碳酸氢铵、乙酸钠、乙酸钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸钾、磷酸氢二钾等的水溶液、有机溶剂类溶液等溶液。
上述粗糙化处理是指为了通过锚定效应提高铜与树脂的粘接性而进行的处理,能够对铜的表面赋予凹凸形状,能够提高铜与树脂材料的密合性。在该粗糙化处理中,可以采用微蚀刻法、电镀法、化学镀法、氧化法(黑色氧化处理、棕色氧化处理)、氧化还原法、刷抛光法、喷射擦拭法等方法。
在微蚀刻法中,例如可以使用有机酸-铜离子系、硫酸-过氧化氢系、过硫酸盐系、氯化铜系、氯化铁系的各蚀刻剂。在电镀法中,通过在铜的表面析出微细的铜粒子,在铜的表面形成凹凸。
在上述耐热处理中,在铜的表面形成选自镍、镍-磷、锌、锌-镍、铜-锌、铜-镍、铜-镍-钴或镍-钴中的至少一种的覆膜。该覆膜的形成可以采用利用公知的电镀的方法进行,但并非限定于电镀,也可以使用作为其他方法的蒸镀。
上述防锈处理是指为了防止铜的表面发生氧化腐蚀而进行的处理,可以采用在铜的表面形成锌或锌合金组成的镀覆膜、电解铬酸盐的镀覆膜的方法。另外,也可以使含有苯并三唑类防锈剂等有机化合物类的防锈剂的处理液与铜的表面接触。
在上述化学转化处理中,可以采用形成锡的钝化膜的方法、形成氧化铜的钝化膜的方法。
可以在使本发明的表面处理液与铜的表面接触之前使含有铜离子的水溶液与上述铜的表面接触。该含有铜离子的水溶液具有使在铜的表面形成的化学转化覆膜的厚度变得均匀的功能。
作为含有铜离子的水溶液的铜离子源,只要是在水中溶解的铜盐就没有特别限定,可以列举硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、甲酸铜、乙酸铜等铜盐。为了使铜盐在水中可溶,可以添加氨、盐酸等。
可以在使本发明的表面处理液与铜的表面接触之后使酸性水溶液或碱性水溶液与上述铜的表面接触。与上述含有铜离子的水溶液同样,该酸性水溶液或碱性水溶液也具有使在铜的表面形成的化学转化覆膜的厚度变得均匀的功能。
酸性水溶液和碱性水溶液没有特别限定,作为酸性水溶液,可以列举:含有硫酸、硝酸、盐酸等无机酸的水溶液、含有甲酸、乙酸、乳酸、乙醇酸、氨基酸等有机酸的水溶液等。作为碱性水溶液,可以列举:含有氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属的氢氧化物、氨、乙醇胺、单丙醇胺、四甲基氢氧化铵等胺类、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵、碳酸氢铵、乙酸钠、乙酸钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸钾、磷酸氢二钾等的水溶液。
可以在使本发明的表面处理液与铜的表面接触之前使含有公知的偶联剂的水溶液与上述铜的表面接触。
可以在使本发明的表面处理液与铜的表面接触之后使含有公知的偶联剂的水溶液与上述铜的表面接触。
可以在使本发明的表面处理液与铜的表面接触之后使含有例如苯并三唑类的防锈剂等公知的有机化合物类防锈剂的处理液与铜的表面接触。
本发明的表面处理液可以用于对选自由上述金属、无机材料和树脂材料组成的组中的至少一种基材的表面进行处理。通过使用本发明的表面处理液对基材的表面进行处理,能够在基材表面形成化学转化覆膜,能够提高与其他材料的粘接性。
在本发明中,可以使用本发明的表面处理液使选自由上述金属、无机材料、树脂材料组成的组中的两种材料粘接。通过利用由本发明的表面处理液形成的化学转化覆膜的层将两种材料粘接,能够提高相互的亲和性,因此,即使是材质不同的材料彼此也能够更牢固地粘接。
(粘接方法)
作为粘接方法,可以通过公知的方法进行。可以列举如下方法:使本发明的表面处理液与由金属、无机材料或树脂材料构成的基材的表面接触而形成化学转化覆膜,通过涂布、压接、混合等手段、粘接剂、粘接片(膜)的利用或者组合这些手段而在所形成的化学转化覆膜的一部分或整体上粘接其他基材。
另外,可以列举如下方法:使本发明的表面处理液与选自金属、无机材料、树脂材料中的两种基材的表面接触,在两种基材的表面上分别形成化学转化覆膜,通过涂布、压接、混合等手段、粘接剂、粘接片(膜)的利用或者组合这些手段而将两种基材粘接。
如上所述,通过使用本发明的表面处理液,能够使两种材料、特别是材质不同的两种材料粘接,由此,能够适合用于各种电气/电子部件、半导体晶片、印刷布线板等电子器件。
需要说明的是,在本发明中,对于由金属、特别是铜或铜合金形成的基材,本发明的表面处理液可以适合地使用。例如,适合于以提高铜电路(铜布线层)与半固化或固化的预浸料或阻焊剂、半固化或固化的干膜抗蚀剂(绝缘树脂层)之间的粘接性(密合性)为目的的铜或铜合金的表面处理,在与铜布线层相邻接地具有绝缘树脂层的印刷布线板中,能够提高铜布线层与绝缘树脂层之间的粘接性。
在半导体晶片的使用例中,适合于以提高在半导体晶片上形成的半导体电路与保护膜、例如缓冲涂层或防撞保护膜等绝缘性保护膜之间的粘接性(密合性)为目的的半导体电路的表面处理。
另外,在半导体晶片上形成再布线层的封装基板(WL-CSP)中,适合于以提高铜电路再布线层与绝缘材料的粘接性(密合性)为目的的铜电路再布线层的表面处理。
作为上述保护膜、绝缘材料,可以列举例如:聚酰亚胺树脂、聚苯并唑树脂、有机硅树脂等。
上述印刷布线板可以通过如下方法制作:使本发明的表面处理液与铜布线的表面接触,然后进行水洗、干燥后,在铜布线表面上形成绝缘树脂层。关于该接触的方法,如上所述,使铜布线浸渍在表面处理液中或利用该处理液对铜布线进行喷雾等简便且可靠,因此优选。
另外,关于上述水洗的方法,也没有特别限制,使铜布线浸渍在清洗水中或利用清洗水对铜布线表面进行喷雾简便且可靠,因此优选。
上述绝缘树脂层的形成可以采用公知的方法、例如粘贴半固化的树脂材料的方法、涂布含有溶剂的液态树脂材料的方法等。接着,为了使上下布线导通,形成导通孔。通过反复进行上述工艺,可以制作多层印刷布线板。
在上述印刷布线板的电路形成方法中,将使用本发明的表面处理液的半加成法工艺的示例如下示出。
在包含至少一个以上的下述工序的电路基板的制造方法中,使本发明的表面处理液与在第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔(スルーホール貫通孔)和导通孔(ビア孔)内壁的第一导电层、第二导电层和第三导电层、绝缘树脂基板、用作蚀刻抗蚀剂层、镀覆抗蚀剂层的光交联性树脂层、绝缘树脂叠层中的至少一种以上的金属层或抗蚀剂层接触,制造印刷布线板。
(a)准备在绝缘性基板或具有通孔贯通孔和导通孔的绝缘性基板的第一表面和与第一表面为相反侧的第二表面以及通孔贯通孔和导通孔内壁上具有第一导电层的绝缘性基板的工序;
(b)在第一表面和第二表面上形成光交联性树脂层和掩模层,利用光交联性树脂层和掩模层覆盖第一表面和第二表面以及通孔贯通孔和导通孔内壁的第一导电层的工序;
(c)对第一表面和第二表面以及通孔贯通孔和导通孔周围的光交联性树脂层进行图案曝光的工序;
(d)除去第一表面和第二表面以及通孔贯通孔和导通孔周围的掩模层的工序;
(e)使用光交联性树脂层除去液,将第一表面和第二表面以及通孔贯通孔和导通孔周围的未固化光交联性树脂层显影除去,使第一表面上的第一导电层和第二表面上的第一导电层以及通孔贯通孔和导通孔周围的第一导电层露出的工序;
(f)通过电镀处理在第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔内壁露出的第一导电层上形成第二导电层的工序;
(g)除去第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔周围的固化光交联性树脂层,使第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔内壁的第一导电层和第二导电层露出的工序;
(h)对露出的第一导电层进行闪蚀而除去的工序;
(i)通过化学镀和电镀处理在第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔内壁的第一导电层和第二导电层上形成第三导电层的工序;
(j)在第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔内壁的第一导电层、第二导电层和第三导电层上层叠绝缘树脂层的工序。
此外,在上述印刷布线板的电路形成方法中,将使用本发明的表面处理液的减成工艺的示例如下示出。
在包含至少一个以上的下述工序的电路基板的制造方法中,使本发明的表面处理液与在第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔内壁的第一导电层、第二导电层和第三导电层、绝缘树脂基板、用作蚀刻抗蚀剂层、镀覆抗蚀剂层的光交联性树脂层、绝缘树脂叠层中的至少一种以上的金属层或抗蚀剂层接触,制造印刷布线板。
(a)准备在绝缘性基板或具有通孔贯通孔和导通孔的绝缘性基板的第一表面和与第一表面为相反侧的第二表面以及通孔贯通孔和导通孔内壁具有第一导电层的绝缘性基板的工序;
(b)在第一表面和第二表面上形成光交联性树脂层和掩模层,利用光交联性树脂层和掩模层覆盖第一表面和第二表面以及通孔贯通孔和导通孔内壁的第一导电层的工序;
(c)对第一表面和第二表面以及通孔贯通孔和导通孔周围的光交联性树脂层进行图案曝光的工序;
(d)除去第一表面和第二表面以及通孔贯通孔和导通孔周围的掩模层的工序;
(e)使用光交联性树脂层除去液,将第一表面和第二表面以及通孔贯通孔和导通孔周围的未固化光交联性树脂层显影除去,使第一表面上的第一导电层和第二表面上的第一导电层以及通孔贯通孔和导通孔周围的第一导电层露出的工序;
(f)对在第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔内壁露出的第一导电层进行蚀刻而除去的工序;
(g)除去第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔周围的固化光交联性树脂层,使第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔内壁的第一导电层和第二导电层露出的工序;
(h)通过化学镀和电镀处理在第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔内壁的第一导电层和第二导电层上形成第三导电层的工序;
(i)在第一表面上和第二表面上以及通孔贯通孔和导通孔内壁的第一导电层、第二导电层和第三导电层上层叠绝缘树脂层的工序。
关于上述铜布线、导电层,可以是通过化学镀法、电镀法、蒸镀法、溅射法、镶嵌法等任何方法制作而成的铜布线、导电层,可以包含内部导通孔、通孔、连接端子等。
另外,本发明的“铜”是指在印刷布线板、引线框架等电子器件、装饰品、建材等中使用的箔(电解铜箔、压延铜箔、带树脂的铜箔、带载体的铜箔、化学镀铜箔、溅射铜箔、薄铜箔)、镀膜(化学镀铜膜、电解镀铜膜)、通过蒸镀法、溅射法、镶嵌法等形成的薄膜、粒、针、纤维、线、棒、管、板等用途/形态中使用的铜。需要说明的是,在近年来的流通高频电信号的铜布线的情况下,优选铜的表面是平均粗糙度为0.1μm以下的平滑面。可以对铜的表面实施镍、锌、铬、锡等的镀覆作为预处理。
另外,利用本发明的表面处理液处理的带载体的铜箔是指在包括通过半加成法、减成法、部分加成法或改良式半加成法中的任一种方法形成电路的工序的印刷布线板中使用的极薄电解铜箔,是具备铜箔载体、层叠于铜箔载体上的剥离层和层叠于剥离层上的极薄铜层的铜箔。可以对铜的表面实施选自由酸洗处理、粗糙化处理、耐热处理、防锈处理或化学转化处理组成的组中的至少一种预处理。
(绝缘性组合物)
通过使树脂材料或无机材料含有本发明的硅烷偶联剂,能够制成绝缘性组合物。
另外,也可以通过将三唑硅烷化合物(IV)溶解在有机溶剂等中并与树脂材料或无机材料混合而得到绝缘性组合物。
绝缘性组合物中的三唑硅烷化合物(IV)的含量优选为0.001~10重量%,更优选为0.01~5重量%。三唑硅烷化合物(IV)的含量在绝缘性组合物中低于0.001重量%时,粘接性的提高效果不充分,该浓度超过10重量%时,粘接性的提高效果基本达到顶点,仅是三唑硅烷化合物(IV)的使用量增加,是不经济的。
上述绝缘性组合物可以通过公知的方法来制作。例如,使三唑硅烷化合物(IV)溶解在有机溶剂中,混合在固态或液态的树脂材料中,由此能够制作出绝缘性组合物。另外,也可以将三唑硅烷化合物(IV)直接添加在液态的树脂材料中并进行混合而制作出绝缘性组合物。
本发明的绝缘性组合物可提供具有高粘接强度的绝缘材料,因此能够适合用于各种电气/电子部件等、印刷布线板等电子器件。
另外,在日本特开2009-19266号公报中记载了涉及硅烷偶联剂覆膜的形成方法的发明,其特征在于,包括:在金属表面上涂布含有硅烷偶联剂的液体的工序;对上述涂布液体后的金属表面在25~150℃的温度且5分钟以内的条件下进行干燥的工序;和对干燥后的金属表面进行水洗的工序。
另外,可以在上述金属表面上预先利用浸渍镀液形成锡等的粘接性金属层作为表面处理。
本发明的表面处理液可以以含有上述硅烷偶联剂的液体的形式使用。需要说明的是,该专利公报中记载的事项通过引用而构成本说明书的一部分。
实施例
以下,通过实施例(合成试验、评价试验)对本发明具体地进行说明,但本发明不限于此。
需要说明的是,合成试验中所使用的原料三唑化合物和卤代烷基硅烷化合物如下所述。
[三唑化合物]
·3,5-二氨基-1,2,4-三唑:东京化成工业公司制造
·3,5-二甲基-1,2,4-三唑:同上
·3-苯基-1,2,4-三唑:按照“J.Org.Chem.,44卷,4160页(1979年)”中记载的方法合成而得到。
·3-氨基-5-甲硫基-1,2,4-三唑:东京化成工业公司制造
·5-甲基-3-辛基-1,2,4-三唑:按照美国专利第5,098,920号说明书中记载的方法合成而得到。
·3-氨基-1,2,4-三唑:东京化成工业公司制造
[卤代烷基硅烷化合物]
·3-氯丙基三甲氧基硅烷:信越化学工业公司制造
·3-氯丙基三乙氧基硅烷:东京化成工业公司制造
·6-溴己基三乙氧基硅烷:按照“Tetrahedron,63卷,5076页(2007年)”中记载的方法合成而得到。
比较例1(评价试验)中使用的三唑硅烷化合物如下所述。
[三唑硅烷化合物]
·1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑:按照专利文献2中记载的方法合成而得到。
将作为硅烷偶联剂的评价试验所采用的、铜与树脂的粘接性的试验方法如下示出。
[粘接性试验]
(1)试验片
使用电解铜箔(厚度:35μm)作为试验片。
(2)试验片的处理
按照以下工序a~b进行。
a.酸清洁/1分钟(室温)、水洗、干燥/1分钟(100℃)
b.浸渍在实施例和比较例的表面处理液中/1分钟(室温)、水洗、干燥/1分钟(100℃)
(3)试验片与树脂的粘接
在处理后的试验片的S面(光泽面)上层压玻璃布环氧树脂浸渍预浸料(FR-4级),将试验片与树脂粘接。
(4)粘接性的评价
按照“JIS C6481(1996)”,制作出宽度10mm的试验片,进行压力锅处理(121℃/湿度100%/100小时)后,测定铜箔的剥离强度(kN/m)。
[实施例1]
<3,5-二氨基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑的合成>
在室温下向由3,5-二氨基-1,2,4-三唑15.0g(0.151mol)和脱水N,N-二甲基甲酰胺100mL构成的悬浮液中添加28%甲醇钠甲醇溶液29.2g(0.151mol)而制成均匀溶液,搅拌30分钟后,添加3-氯丙基三甲氧基硅烷30.1g(0.151mol),在77~80℃搅拌4小时。
将悬浮状的反应液冷却至3℃后,过滤除去不溶物,减压馏去滤液的溶剂,得到褐色粘稠物35.7g(0.137mol、产率90.5%)。
所得到的粘稠物的1H-NMR图谱数据如下。
1H-NMR(DMSO-d6)δ:0.51(t,2H),1.62(m,2H),3.46(s,9H),3.58(t,2H),4.69(s,2H),5.11(s,2H).
根据该1H-NMR图谱数据,所得到的粘稠物鉴定为化学式(V)所表示的标题的三唑硅烷化合物。
[实施例2]
<3,5-二氨基-1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑的合成>
在室温下向由3,5-二氨基-1,2,4-三唑15.6g(0.157mol)和脱水N,N-二甲基甲酰胺100mL构成的悬浮液中添加20%乙醇钠乙醇溶液53.5g(0.157mol),加热至55~60℃并搅拌20分钟后,添加3-氯丙基三乙氧基硅烷37.9g(0.157mol),在87~90℃搅拌6小时。
将悬浮状的反应液冷却至3℃后,过滤除去不溶物,减压馏去滤液的溶剂,得到褐色粘稠物42.3g(0.139mol、产率88.8%)。
所得到的粘稠物的1H-NMR图谱数据如下。
1H-NMR(DMSO-d6)δ:0.49(t,2H),1.14(t,9H),1.62(m,2H),3.56(t,2H),3.73(q,6H),4.67(s,2H),5.11(s,2H).
根据该1H-NMR图谱数据,所得到的粘稠物鉴定为化学式(VI)所表示的标题的三唑硅烷化合物。
[实施例3]
<3,5-二甲基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑的合成>
在室温下向由3,5-二甲基-1,2,4-三唑10.5g(0.108mol)和脱水N,N-二甲基甲酰胺60mL构成的溶液中添加28%甲醇钠甲醇溶液20.7g(0.107mol),搅拌20分钟后,添加3-氯丙基三甲氧基硅烷21.6g(0.109mol),在90~93℃搅拌4小时。
将悬浮状的反应液冷却至2℃后,过滤除去不溶物,接着,减压馏去滤液的溶剂,过滤除去所生成的少量的不溶物,得到浅褐色液体24.6g(0.095mol、产率87.8%)。
所得到的液体的1H-NMR图谱数据如下。
1H-NMR(DMSO-d6)δ:0.54(t,2H),1.76(m,2H),2.15(s,3H),2.31(s,3H),3.47(s,9H),3.94(t,2H).
根据该1H-NMR图谱数据,所得到的液体鉴定为化学式(VII)所表示的标题的三唑硅烷化合物。
[实施例4]
<3-苯基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑的合成>
在室温下向由3-苯基-1,2,4-三唑17.4g(0.120mol)和脱水N,N-二甲基甲酰胺90mL构成的溶液中添加28%甲醇钠甲醇溶液23.3g(0.121mol),搅拌20分钟后,添加3-氯丙基三甲氧基硅烷23.8g(0.120mol),在88~90℃搅拌4小时。
将悬浮状的反应液冷却至2℃后,过滤除去不溶物,接着,减压馏去滤液的溶剂,过滤除去所生成的少量的不溶物,得到浅桃色液体34.2g(0.111mol、产率92.7%)。
所得到的液体的1H-NMR图谱数据如下。
1H-NMR(DMSO-d6)δ:0.58(t,2H),1.90(m,2H),3.48(s,9H),4.20(t,2H),7.41-7.48(m,2H),8.01-8.05(m,3H),8.67(s,1H).
根据该1H-NMR图谱数据,所得到的液体鉴定为化学式(VIII)所表示的标题的三唑硅烷化合物。
[实施例5]
<5-氨基-3-甲硫基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑的合成>
在室温下向由3-氨基-5-甲硫基-1,2,4-三唑10.0g(0.0768mol)和脱水N,N-二甲基甲酰胺60mL构成的溶液中添加28%甲醇钠甲醇溶液14.8g(0.0767mol),搅拌20分钟后,添加3-氯丙基三甲氧基硅烷15.4g(0.0775mol),在88~90℃搅拌4小时。
将悬浮状的反应液冷却至2℃后,过滤除去不溶物,接着,减压馏去滤液的溶剂,过滤除去少量的不溶物,得到红褐色液体21.5g(0.0735mol、产率95.7%)。
所得到的液体的1H-NMR图谱数据如下。
1H-NMR(DMSO-d6)δ:0.54(t,2H),1.70(m,2H),2.38(s,3H),3.47(s,9H),3.75(t,2H).
根据该1H-NMR图谱数据,所得到的液体鉴定为化学式(IX)所表示的标题的三唑硅烷化合物。
[实施例6]
<5-甲基-3-辛基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑的合成>
在室温下向由5-甲基-3-辛基-1,2,4-三唑9.0g(0.0461mol)和脱水N,N-二甲基甲酰胺50mL构成的溶液中添加28%甲醇钠甲醇溶液9.00g(0.0466mol),搅拌20分钟后,添加3-氯丙基三甲氧基硅烷9.26g(0.0466mol),在90~92℃搅拌4小时。
将悬浮状的反应液冷却至2℃后,过滤除去不溶物,接着,减压馏去滤液的溶剂,过滤除去少量的不溶物,得到淡褐色液体14.3g(0.0400mol、产率86.8%)。
所得到的液体的1H-NMR图谱数据如下。
1H-NMR(DMSO-d6)δ:0.52(m,2H),0.85(br s,3H),1.1-1.3(br s,10H),1.58(br s,2H),1.75(m,2H),2.16(s,3H),2.62(t,2H),3.46(s,9H),3.94(t,2H).
根据该1H-NMR图谱数据,所得到的液体鉴定为化学式(X)所表示的标题的三唑硅烷化合物。
[实施例7]
<3-氨基-1-[6-(三乙氧基甲硅烷基)己基]-1,2,4-三唑的合成>
在室温下向由3-氨基-1,2,4-三唑5.50g(0.0654mol)和脱水N,N-二甲基甲酰胺50mL构成的溶液中添加20%乙醇钠乙醇溶液22.3g(0.0655mol),加热至51~52℃并搅拌20分钟后,用5分钟滴加6-溴己基三乙氧基硅烷21.3g(0.0651mol),在78~80℃搅拌3小时。
将悬浮状的反应液冷却至2℃后,过滤除去不溶物,将滤液在减压下浓缩至28g。向其中添加乙醚50mL后,过滤除去不溶物,接着,减压馏去滤液的溶剂,得到淡褐色液体19.8g(0.0600mol、产率91.6%)。
所得到的液体的1H-NMR图谱数据如下。
1H-NMR(CDCl3)δ:0.61(t,2H),1.22(t,9H),1.2-1.4(m,6H),1.62(m,2H),3.42(t,2H),3.48(q,6H),7.64(s,1H).
根据该1H-NMR图谱数据,所得到的液体鉴定为化学式(XI)所表示的标题的三唑硅烷化合物。
[实施例8]
<3-氨基-1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑的合成>
在室温下向由3-氨基-1,2,4-三唑20.4g(0.243mol)和脱水N,N-二甲基甲酰胺100mL构成的溶液中添加28%甲醇钠甲醇溶液46.7g(0.242mol),搅拌30分钟后,添加3-氯丙基三甲氧基硅烷48.3g(0.243mol),在86~90℃搅拌8小时。
将悬浮状的反应液冷却至3℃后,过滤除去不溶物,减压馏去滤液的溶剂,得到黄褐色液体57.6g(0.234mol、产率96.4%)。
所得到的液体的1H-NMR图谱数据如下。
1H-NMR(DMSO-d6)δ:0.51(t,2H),1.73(m,2H),3.46(s,9H),3.86(t,2H),5.21(s,2H),7.91(s,1H).
根据该1H-NMR图谱数据,所得到的液体鉴定为化学式(XII)所表示的标题的三唑硅烷化合物。
<铜的表面处理液的制备和粘接性试验>
[实施例9]
使用实施例1中合成的三唑硅烷化合物作为硅烷偶联剂成分而制备铜的表面处理液。
即,在该三唑硅烷化合物10g中添加乙二醇单丁醚200g,接着添加水790g,在室温下搅拌2小时,制备出铜的表面处理液(以下称为处理液A)。
对于该处理液A,确认到该三唑硅烷化合物的三甲氧基甲硅烷基水解为三羟基甲硅烷基,进行粘接性试验。
所得到的试验结果如表1所示。
[实施例10~16]
与实施例9同样地操作,使用实施例2~8中合成的三唑硅烷化合物代替实施例1中合成的三唑硅烷化合物,制备铜的表面处理液(以下分别称为处理液B、C、D、E、F、G、H)。
确认到这些处理液中的三唑硅烷化合物的三甲氧基甲硅烷基或三乙氧基甲硅烷基水解为三羟基甲硅烷基,进行粘接性试验。
所得到的试验结果如表1所示。
[比较例1]
与实施例9同样地操作,使用1-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,2,4-三唑代替实施例1中合成的三唑硅烷化合物,制备铜的表面处理液(以下称为处理液I)。
对于该处理液I,确认到该三唑硅烷化合物的三甲氧基甲硅烷基水解为三羟基甲硅烷基,进行粘接性试验。
所得到的试验结果如表1所示。
[比较例2]
除了不使用硅烷偶联剂成分以外,制备具有与上述处理液A同样的组成的铜的表面处理液(以下称为处理液J),进行粘接性试验。
所得到的试验结果如表1所示。
[表1]
根据表1所示的试验结果发现,使用在1,2,4-三唑环的3位和/或5位具有取代基的本发明的三唑硅烷化合物作为硅烷偶联剂成分的铜的表面处理液发挥了提高铜与树脂的粘接力的优良效果。
特别是在具有氨基或苯基的三唑硅烷化合物的情况下,提高铜与树脂的粘接力的效果显著,其中,在具有两个氨基的三唑硅烷化合物的情况下,上述粘接力飞跃性地提高。
参考特定的实施方式对本发明详细地进行了说明,但对于本领域技术人员而言显而易见的是,在不脱离本发明的精神和范围内可以进行各种变更和修改。需要说明的是,本申请以2017年4月7日提出的日本专利申请(日本特愿2017-077019)为基础,通过引用而援引其整体。另外,在此引用的全部参考以整体的方式引入。
产业上的可利用性
本发明的三唑硅烷化合物能够制成兼具作为三唑化合物的特征的防止金属生锈的功能和使环氧树脂、氨基甲酸酯树脂固化的功能的硅烷偶联剂,因此,可期待用于如种类不同的原材料大量组合而制造的印刷布线板那样的复合材料。
另外,根据本发明,能够充分地确保金属、无机材料和树脂材料的粘接性(密合性),因此,能够将基材的表面保持于平滑的状态,而不会粗糙化。因此,本发明可以大大地有助于实现多层印刷布线板的小型化、薄型化、高频化、高密度化等,因此,产业上的可利用性非常大。
Claims (34)
1.一种三唑硅烷化合物,其由化学式(I)表示,
式(I)中,X1和X2相同或不同,表示氢原子、碳原子数1~12的直链状或支链状的烷基、苯基、苄基、氨基或碳原子数1~6的烷硫基,m表示1~12的整数,R表示甲基或乙基,但是,X1与X2同时为氢原子的情况除外。
2.权利要求1所述的三唑硅烷化合物的合成方法,其特征在于,使化学式(II)所表示的三唑化合物与化学式(III)所表示的卤代烷基硅烷化合物反应,
式(II)中,X1和X2与前述相同,
Hal-(CH2)m-Si(OR)3 (III)
式(III)中,R和m与前述相同,Hal表示氯原子、溴原子或碘原子。
3.一种硅烷偶联剂,其特征在于,以下述化学式(IV)所表示的三唑硅烷化合物作为成分,
式(IV)中,X1和X2相同或不同,表示氢原子、碳原子数1~12的直链状或支链状的烷基、苯基、苄基、氨基或碳原子数1~6的烷硫基,m表示1~12的整数,n表示0或1~3的整数,R表示甲基或乙基,但是,X1与X2同时为氢原子的情况除外。
4.一种表面处理液,其含有下述化学式(IV)所表示的三唑硅烷化合物,
式(IV)中,X1和X2相同或不同,表示氢原子、碳原子数1~12的直链状或支链状的烷基、苯基、苄基、氨基或碳原子数1~6的烷硫基,m表示1~12的整数,n表示0或1~3的整数,R表示甲基或乙基,但是,X1与X2同时为氢原子的情况除外。
5.如权利要求4所述的表面处理液,其用于对选自由金属、无机材料和树脂材料组成的组中的至少一种的表面进行处理。
6.如权利要求4所述的表面处理液,其用于将选自由金属、无机材料和树脂材料组成的组中的两种材料粘接。
7.如权利要求5或权利要求6所述的表面处理液,其中,所述金属为选自由铜、铝、钛、镍、锡、铁、银、金和它们的合金组成的组中的至少一种。
8.如权利要求5或权利要求6所述的表面处理液,其中,所述金属为铜或铜合金。
9.如权利要求5或权利要求6所述的表面处理液,其中,所述无机材料为选自由硅、陶瓷和玻璃组成的组中的至少一种。
10.如权利要求9所述的表面处理液,其中,所述陶瓷为选自由氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅和钛酸钡组成的组中的至少一种。
11.如权利要求5或权利要求6所述的表面处理液,其中,所述树脂材料为选自由丙烯酸酯树脂、环氧树脂、烯烃树脂、聚苯并唑树脂、有机硅树脂和聚酰亚胺树脂组成的组中的至少一种。
12.一种金属的表面处理方法,其中,使权利要求4所述的表面处理液与金属的表面接触。
13.如权利要求12所述的金属的表面处理方法,其中,所述金属为选自由铜、铝、钛、镍、锡、铁、银、金和它们的合金组成的组中的至少一种。
14.如权利要求12所述的金属的表面处理方法,其中,所述金属为铜或铜合金。
15.如权利要求14所述的金属的表面处理方法,其中,在使所述表面处理液与铜或铜合金的表面接触之前,使含有铜离子的水溶液与所述铜或铜合金的表面接触。
16.如权利要求14或权利要求15所述的金属的表面处理方法,其中,在使所述表面处理液与铜或铜合金的表面接触之后,使酸性水溶液或碱性水溶液与所述铜或铜合金的表面接触。
17.一种无机材料的表面处理方法,其中,使权利要求4所述的表面处理液与无机材料的表面接触。
18.如权利要求17所述的无机材料的表面处理方法,其中,所述无机材料为选自由硅、陶瓷和玻璃组成的组中的至少一种。
19.如权利要求18所述的无机材料的表面处理方法,其中,所述陶瓷为选自由氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅和钛酸钡组成的组中的至少一种。
20.一种树脂材料的表面处理方法,其中,使权利要求4所述的表面处理液与树脂材料的表面接触。
21.如权利要求20所述的树脂材料的表面处理方法,其中,所述树脂材料为选自由丙烯酸酯树脂、环氧树脂、烯烃树脂、聚苯并唑树脂、有机硅树脂和聚酰亚胺树脂组成的组中的至少一种。
22.一种金属与树脂材料的粘接方法,其中,使权利要求4所述的表面处理液与金属和树脂材料中的至少一者接触而在该至少一者上形成化学转化覆膜,利用所述化学转化覆膜使所述金属与所述树脂材料相互粘接。
23.一种无机材料与树脂材料的粘接方法,其中,使权利要求4所述的表面处理液与无机材料和树脂材料中的至少一者接触而在该至少一者上形成化学转化覆膜,利用所述化学转化覆膜使所述无机材料与所述树脂材料相互粘接。
24.一种金属与无机材料的粘接方法,其中,使权利要求4所述的表面处理液与金属和无机材料中的至少一者接触而在该至少一者上形成化学转化覆膜,利用所述化学转化覆膜使所述金属与所述无机材料相互粘接。
25.一种印刷布线板,其中,利用由权利要求4所述的表面处理液形成的化学转化覆膜将选自由金属、无机材料和树脂材料组成的组中的两种材料粘接。
26.一种半导体晶片,其中,利用由权利要求4所述的表面处理液形成的化学转化覆膜将选自由金属、无机材料和树脂材料组成的组中的两种材料粘接。
27.一种电子器件,其中,利用由权利要求4所述的表面处理液形成的化学转化覆膜将选自由金属、无机材料和树脂材料组成的组中的两种材料粘接。
28.一种绝缘性组合物,其含有权利要求3所述的硅烷偶联剂以及树脂材料或无机材料。
29.如权利要求28所述的绝缘性组合物,其中,所述树脂材料为选自由丙烯酸酯树脂、环氧树脂、烯烃树脂、聚苯并唑树脂、有机硅树脂和聚酰亚胺树脂组成的组中的至少一种。
30.如权利要求28所述的绝缘性组合物,其中,所述无机材料为选自由硅、陶瓷和玻璃组成的组中的至少一种。
31.一种绝缘材料,其含有权利要求28~权利要求30中任一项所述的绝缘性组合物。
32.一种印刷布线板,其具有由权利要求28~权利要求30中任一项所述的绝缘性组合物得到的绝缘层。
33.一种半导体晶片,其具有由权利要求28~权利要求30中任一项所述的绝缘性组合物得到的绝缘层。
34.一种电子器件,其具有由权利要求28~权利要求30中任一项所述的绝缘性组合物得到的绝缘层。
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