DE10312341B4 - Use of a vinyl ester - Google Patents
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Abstract
Verwendung eines Vinylester für die Herstellung von gedruckten Schaltungen, wobei der Vinylester zumindest durch Reaktion von zumindest einer Epoxidverbindung mit einer Carbonsäure hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion der Epoxidverbindung bezogen auf ein Epoxidäquivalent mit 0,7 bis 0,9 mol zumindest einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure und 0,1 bis 0,3 rot zumindest einer gesättigten Carbonsäure erfolgt ist.Use of a vinyl ester for the production of printed circuits, wherein the vinyl ester is prepared at least by reaction of at least one epoxide compound with a carboxylic acid, characterized in that the reaction of the epoxide compound based on an epoxide equivalent with 0.7 to 0.9 mol of at least one ethylenic unsaturated carboxylic acid and 0.1 to 0.3 red at least one saturated carboxylic acid is carried out.
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Vinylesters für die Herstellung von gedruckten Schaltungen, wobei der Vinylester zumindest durch Reaktion von zumindest einer Epoxidverbindung mit einer Carbonsäure hergestellt ist.The invention relates to the use of a vinyl ester for the production of printed circuits, wherein the vinyl ester is prepared at least by reaction of at least one epoxide compound with a carboxylic acid.
Derartige Verbindungen werden als photohärtende Präpolymere oder als Lackrohstoffe eingesetzt. Sie zeichnen sich durch gute elektrische Eigenschaften sowie durch hohe Haftung auf nahezu allen Substraten und durch gute Chemikalienbeständigkeit aus.Such compounds are used as photocuring prepolymers or as coating raw materials. They are characterized by good electrical properties and high adhesion to almost all substrates and good chemical resistance.
Weiterhin offenbart die
Weiterhin wurde festgestellt, dass für die Aufbringung von weiteren Leiterbahnen auf die Lackschicht erforderliche Beständigkeit in Nickel/Gold-Ätzbädern nicht in jedem Fall ausreichend ist.Furthermore, it has been found that in the case of the application of further strip conductors to the lacquer layer required resistance in nickel / gold etching baths is not always sufficient.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Vinylester für gedruckte Schaltungen bereitzustellen, der dem gehärteten Harz einerseits eine verbesserte Haftung auf Kupfer andererseits auch eine höhere Beständigkeit in Nickel/Gold-Ätzbädern verleiht, wobei gleichzeitig keine Verschlechterung der Wärmebeständigkeit in Kauf genommen werden muss.The object of the invention is to provide a vinyl ester for printed circuits, which on the one hand imparts improved adhesion to copper on the other hand also higher resistance in nickel / gold etching baths, while at the same time no deterioration of the heat resistance has to be accepted.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch Vinylester, bei deren die Reaktion der Epoxidverbindung bezogen auf ein Epoxidäquivalent mit 0,7 bis 0,9 mol zumindest einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure und 0,1 bis 0,3 mol zumindest einer gesättigten Carbonsäure erfolgt. Solche Vinylester ermöglichen ein Herauswaschen der unvernetzten Reste nach der Härtung mittels Lösungsmittel (z. B. Glykolether).The object is achieved by vinyl esters, in which the reaction of the epoxide compound based on an epoxide equivalent with 0.7 to 0.9 mol of at least one ethylenically unsaturated carboxylic acid and 0.1 to 0.3 mol of at least one saturated carboxylic acid. Such vinyl esters allow the uncrosslinked residues to be washed out after curing by means of solvents (for example glycol ethers).
Es ist aber auch möglich, dass nach der Reaktion der Epoxidverbindung mit der ethylenisch ungesättigten Carbonsäure und der gesättigten Carbonsäure das Reaktionsprodukt anschließend mit einem gesättigten oder ungesättigten polybasischen Säureanhydrid umgesetzt wird. Solche Umsetzungen führen zu Produkten, bei denen nach der Härtung die unvernetzten Bestandteile in wässriger alkalischer Lösung entwickelbar sind, was aus Umweltaspekten von Vorteil ist.However, it is also possible that after the reaction of the epoxide compound with the ethylenically unsaturated carboxylic acid and the saturated carboxylic acid, the reaction product is subsequently reacted with a saturated or unsaturated polybasic acid anhydride. Such reactions lead to products in which, after curing, the uncrosslinked constituents can be developed in an aqueous alkaline solution, which is advantageous for environmental reasons.
Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass nach der Härtung des Harzes trotz der Zugabe einer gesättigten Carbonsäure während der Herstellung des Vinylesters ein unerwartet hoher Vernetzungsgrad erreicht werden konnte, so dass die Wärmebeständigkeit des Lackes nicht negativ beeinflusst wird. Gleichzeitig konnte sowohl die Haftung auf Kupferlaminaten als auch die Nickel/Goldbeständigkeit verbessert werden.Surprisingly, it was found that after the curing of the resin despite the addition of a saturated carboxylic acid during the preparation of the vinyl ester, an unexpectedly high degree of crosslinking could be achieved, so that the heat resistance of the paint is not adversely affected. At the same time, both the adhesion to copper laminates and the nickel / gold resistance could be improved.
Als Epoxidverbindung (bevorzugtes Äquivalentgewicht 200 bis 220) zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vinylester können alle an sich bekannten monomeren und oligomeren Verbindungen, Glycidylether, Glycidylester oder N-glycidyl-Verbindungen mit einer oder mehreren Epoxidgruppen eingesetzt werden. Bevorzugt werden Epoxidverbindungen mit zwei und mehr Epoxidgruppen im Molekül, insbesondere Diglycidylether von Bisphenolen sowie Glycidylether von Novolaken auf Basis von Phenol, Kresol oder Bisphenolen.As epoxide compound (preferred equivalent weight 200 to 220) for the preparation of the vinyl esters according to the invention, it is possible to use all monomeric and oligomeric compounds known per se, glycidyl ethers, glycidyl esters or N-glycidyl compounds having one or more epoxide groups. Preference is given to epoxide compounds having two or more epoxide groups in the molecule, in particular diglycidyl ethers of bisphenols and glycidyl ethers of novolaks based on phenol, cresol or bisphenols.
Als ethylenisch ungesättigte Carbonsäure können im Prinzip alle aromatischen oder aliphatischen Carbonsäuren dienen. Beispiele hiefür sind die Croton-, Vinylessig-, Zimt- oder Furan-2-acrylsäure. Die bevorzugten Säuren sind Acrylsäure und Methacrylsäure.In principle, all aromatic or aliphatic carboxylic acids can serve as the ethylenically unsaturated carboxylic acid. Examples of these are crotonic, vinylacetic, cinnamic or furan-2-acrylic acid. The preferred acids are acrylic acid and methacrylic acid.
Erfindungsgemäß werden gesättigte Carbonsäuren in einer Konzentration bezogen auf ein Epoxidäquivalent von 0,1 mol bis 0,3 mol, bevorzugt 0,1 bis 0,2 mol, eingesetzt.According to the invention, saturated carboxylic acids are used in a concentration based on an epoxide equivalent of 0.1 mol to 0.3 mol, preferably 0.1 to 0.2 mol.
Bevorzugt finden Monocarbonsäuren wie Essigsäure oder wiederum bevorzugt aliphatische Monocarbonsäuren mit einer Gesamtkohlenstoffzahl von 9 bis 20 wie z. B. Laurinsäure, Palmitinsäure und Stearinsäure Anwendung. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Neodecansäure aufgrund der schnellen Reaktionszeit und guter Verträglichkeit. Preferably, monocarboxylic acids such as acetic acid or, in turn, preferably aliphatic monocarboxylic acids having a total carbon number of 9 to 20 such as. As lauric acid, palmitic acid and stearic acid application. Especially preferred is the use of neodecanoic acid due to the fast reaction time and good compatibility.
Die Umsetzung der Epoxidverbindungen mit den ethylenisch ungesättigten Säuren erfolgt in an sich bekannter Weise durch Zusammenfügen der Komponenten in entsprechender Menge, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Lösungsmittels (z. B. Methoxypropylacetat) und eines Katalysators.The reaction of the epoxide compounds with the ethylenically unsaturated acids is carried out in a manner known per se by combining the components in an appropriate amount, if appropriate with the aid of a solvent (for example methoxypropyl acetate) and a catalyst.
Der Katalysator wird ausgewählt aus den an sich bekannten Gruppen Metallsalze, wie z. B. Dibutylzinndilaurat, Zinnoktoat, Phosphorverbindungen wie z. B. Triphenylphosphin oder Ethyltriphenylphosphoniumbromid, tert. Aminen, wie z. B. Dimethylaminopyridin oder Benzyldimethylamin oder quarternäre Ammoniumverbindungen, wie z. B. Tetraethylammoniumbromid.The catalyst is selected from the known groups of metal salts, such as. As dibutyltin dilaurate, tin octoate, phosphorus compounds such. B. triphenylphosphine or Ethyltriphenylphosphoniumbromid, tert. Amines, such as. For example, dimethylaminopyridine or benzyldimethylamine or quaternary ammonium compounds, such as. B. tetraethylammonium bromide.
Danach erfolgt ein mehrstündiges Erwärmen des jeweiligen Reaktionsgemisches bei Temperaturen im Bereich von 80–120°C. Bevorzugt wird bei dieser Reaktion Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas durch das Reaktionsgemisch geleitet, um eine Polymerisation zu verhindern.This is followed by several hours of heating of the respective reaction mixture at temperatures in the range of 80-120 ° C. Preferably, in this reaction, oxygen or an oxygen-containing gas is passed through the reaction mixture to prevent polymerization.
Dem entstandenen Vinylester werden, z. B. zur Herstellung von Schaltungsdrucklacken Zusatzstoffe wie z. B. Photoinitiatoren, Füllstoffe (z. B. Talkum, Schwerspat, Siliciumdioxid), Farbstoffe, Pigmente, Lackadditive und Lösungsmittel zugesetzt.The resulting vinyl ester, z. B. for the production of circuit printing coatings additives such. As photoinitiators, fillers (eg., Talc, barite, silica), dyes, pigments, paint additives and solvents added.
Nach partieller Belichtung mit aktinischem Licht sind die abgedeckten Lackflächen z. B. in Polyglykolen, Glykolethern und deren Ester entwickelbar.After partial exposure to actinic light, the covered lacquer surfaces are z. B. in polyglycols, glycol ethers and their esters developable.
Soll der entsprechende Lack aber anstatt in den genannten Lösungsmitteln mit wässrigen alkalischen Medien entwickelbar sein, muss eine zusätzliche Umsetzung mit einem gesättigten oder ungesättigten Säureanhydrid (z. B. Maleinsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid oder Tetrahydrophthalsäureanhydrid) erfolgen. Das Verhältnis des eingesetzten Säureanhydrides sollte, bezogen auf das Reaktionsproduktes der Reaktion der Epoxidverbindung mit Carbonsäure, im Molverhältnis 4 bis 8:1 liegen. Wenn dieser erfindungsgemäße Vinylester zur Herstellung von Schaltungsdrucklacken verwendet werden soll, ist es von Vorteil wenn die Lackzusammensetzung zusätzlich zu den bereits erwähnten Zusatzstoffen eine Epoxidverbindung mit einer oder mehreren Epoxidgruppen pro Molekül enthält.If, however, the corresponding coating is to be developable with aqueous alkaline media instead of in the abovementioned solvents, additional reaction with a saturated or unsaturated acid anhydride (eg maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride or tetrahydrophthalic anhydride) must be carried out. The ratio of the acid anhydride used should, based on the reaction product of the reaction of the epoxy compound with carboxylic acid, in the molar ratio 4 to 8: 1. When this vinyl ester according to the invention is to be used for the production of circuit printing lacquers, it is advantageous if, in addition to the already mentioned additives, the lacquer composition contains an epoxide compound having one or more epoxide groups per molecule.
Vorzugsweise werden feste Epoxidharze auf der Nasis von Bisphenol A oder Bisphenol F bzw. Novolakepoxidharze auf der Basis von Phenol, o-Kresolen oder Bisphenolen eingesetzt. Wiederum bevorzugt ist, wenn Partialester mehrfach funktioneller Epoxidverbindungen, die in einem Molekül neben Epoxidgruppen zusätzlich Doppelbindungen enthalten, verwendet werden. Diese entstehen in der Regel durch Umsetzung einer entsprechenden Epoxidverbindung mit einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure.Preference is given to using solid epoxy resins based on bisphenol A or bisphenol F or novolak epoxy resins based on phenol, o-cresols or bisphenols. It is again preferred if partial esters of polyfunctional epoxide compounds which additionally contain double bonds in a molecule in addition to epoxide groups are used. These are generally formed by reacting a corresponding epoxide compound with an ethylenically unsaturated carboxylic acid.
In der Regel werden flüssige Lacksysteme erhalten, die nach den üblichen Applikationsverfahren (z. B. Siebdruck, Vorhanggießen, elektrostatisches Spritzen) nach Vortrocknung bei 80 bis 120°C einen klebfreien Lackfilm ergeben. Diese Lackoberfläche wird mit einem Negativ abgedeckt und z. B. mit UV-Licht vernetzt. Die durch das Negativ abgedeckten und nicht belichteten Partien können anschließend, je nach System entweder z. B. mit Glykolethern oder wässrigen alkalischen Lösungen entfernt werden. Nach einer thermischen Nachhärtung bei 120 bis 150°C entsteht ein Polymerfilm, der eine ausgezeichnete Haftung sowohl auf Kupfer als auch Kunststoffoberflächen besitzt. Die Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln, wie Methylenchlorid als auch gegenüber Ätz- und Galvanikbädern, konnte im Vergleich zu bisher bekannten Lacken deutlich verbessert werden, obwohl die geringe Vernetzungsdichte der erfindungsgemäßen Vinylester eine solche Eigenschaft nicht vermuten ließ.As a rule, liquid coating systems are obtained which, after predrying at 80 ° to 120 ° C., give a tack-free coating film by the customary application methods (eg screen printing, curtain coating, electrostatic spraying). This paint surface is covered with a negative and z. B. crosslinked with UV light. The covered by the negative and unexposed games can then, depending on the system either z. B. be removed with glycol ethers or aqueous alkaline solutions. After a thermal post-curing at 120 to 150 ° C, a polymer film is formed which has excellent adhesion to both copper and plastic surfaces. The resistance to solvents, such as methylene chloride as well as to etching and electroplating baths, could be significantly improved compared to previously known paints, although the low crosslink density of the vinyl esters of the invention did not suggest such a property.
Aufgrund ihrer Eigenschaften werden die Vinylester erfindungsgemäß eingesetzt zur Herstellung von gedruckten Schaltungen.Due to their properties, the vinyl esters are used according to the invention for the production of printed circuits.
Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden:Reference to the following embodiments, the invention will be explained in more detail:
Produkt 1Product 1
1760 g Bakelite® EPR 680 (8 Äquivalent) (o-Kresol-Novolak-Epoxidharz mit einer Epoxifunktionalität von 8 Oxirangruppen pro Molekül) werden in 1054 g Methoxypropylacetat gelöst und in einem Vierhalskolben mit Thermometer, Rührwerk, Tropftrichter und Gaseinleitung vorgelegt und auf 100°C erhitzt. Nach Zugabe von 4 g Hydrochinonmonomethylether und 16 g Triphenylphosphin werden 175 g Neodecansäure (1 mol) und 504 g Acrylsäure (7 mol) bei ca. 100°C in 3 h zugetropft. Anschließend wird unter ständiger Lufteinleitung nachreagiert bis eine Säurezahl < 5 mg KOH/g erreicht worden ist.
Viskosität bei 25°C: 14000–18000 mPas
Festkörper: ca. 70%
Säurezahl: < 5 mg KOH/g1,760 g of Bakelite EPR 680 ® (8 equivalent) (o-cresol novolac epoxy resin having an epoxy functionality of 8 oxirane groups per molecule) are dissolved in 1054 g methoxypropyl acetate and in a four-necked flask presented with thermometer, stirrer, dropping funnel and gas inlet and heated to 100 ° C. After addition of 4 g of hydroquinone monomethyl ether and 16 g of triphenylphosphine 175 g of neodecanoic acid (1 mol) and 504 g of acrylic acid (7 mol) are added dropwise at about 100 ° C in 3 h. The mixture is subsequently reacted with constant introduction of air until an acid number of <5 mg KOH / g has been reached.
Viscosity at 25 ° C: 14000-18000 mPas
Solids: approx. 70%
Acid value: <5 mg KOH / g
Produkt 2Product 2
3513 g Reaktionsprodukt aus Beispiel 1 (1 mol Reaktionsprodukt enthält 8 sekundäre OH-Gruppen), das sich in einem Vierhalskolben mit ständiger Lufteinleitung befindet, wird unter ständigem Rühren mit 539 g Methoxypropylacetat weiter verdünnt. Nach Zugabe von 2 g Hydrochinonmonomethylether und 500 g Bernsteinsäureanhydrid (5 mol) wird 6 h bei ca. 90°C nachreagiert, bis das Anhydrid an die OH-Gruppen angelagert ist.
Viskosität bei 25°C: 6000–10000 mPas
Festkörper: ca. 65%
Säurezahl: 60–65 mg KOH/g3513 g reaction product from Example 1 (1 mol reaction product contains 8 secondary OH groups), which is located in a four-necked flask with constant introduction of air, is further diluted with 539 g of methoxypropyl acetate with constant stirring. After addition of 2 g of hydroquinone monomethyl ether and 500 g of succinic anhydride (5 mol) is post-reacted at about 90 ° C for 6 h, until the anhydride is attached to the OH groups.
Viscosity at 25 ° C: 6000-10000 mPas
Solids: approx. 65%
Acid value: 60-65 mg KOH / g
Produkt 3 – VergleichProduct 3 - Comparison
1760 g Bakelite® EPR 680 (8 Äquivalent) (o-Kresol-Novolak-Epoxidharz mit einer Epoxifunktionalität von 8 Oxirangruppen pro Molekül) werden in 1010 g Methoxypropylacetat gelöst und in einem Vierhalskolben mit Thermometer, Rührwerk, Tropftrichter und Gaseinleitung vorgelegt und auf 100°C erhitzt. Nach Zugabe von 4 g Hydrochinonmonomethylether und 16 g Triphenylphosphin wird 576,5 g Acrylsäure (8 mol) bei ca. 100°C in 3 h zugetropft. Anschließend wird unter ständiger Lufteinleitung nachreagiert bis eine Säurezahl < 5 mg KOH/g erreicht worden ist.
Viskosität bei 25°C: 12000–15000 mPas
Festkörper: ca. 70%
Säurezahl: < 5 mg KOH/g1,760 g Bakelite ® EPR 680 (8 equivalent) (o-cresol novolac epoxy resin having an epoxy functionality of 8 oxirane groups per molecule) are dissolved in 1010 g methoxypropyl acetate and placed in a four-necked flask equipped with thermometer, stirrer, dropping funnel and gas inlet and at 100 ° C heated. After addition of 4 g of hydroquinone monomethyl ether and 16 g of triphenylphosphine, 576.5 g of acrylic acid (8 mol) are added dropwise at about 100 ° C in 3 h. The mixture is subsequently reacted with constant introduction of air until an acid number of <5 mg KOH / g has been reached.
Viscosity at 25 ° C: 12000-15000 mPas
Solids: approx. 70%
Acid value: <5 mg KOH / g
Produkt 4 – VergleichProduct 4 - Comparison
3366,5 g Reaktionsprodukt aus Beispiel 1 (1 mol Reaktionsprodukt enthält 8 sekundäre OH-Gruppen), das sich in einem Vierhalskolben mit ständiger Lufteileitung befindet wird unter ständigem Rühren mit 526,5 g Methoxypropylacetat weiter verdünnt. Nach Zugabe von 2 g Hydrochinonmonomethylether und 500 g Bernsteinsäureanhydrid (5 mol) wird 6 h bei ca. 90°C nachreagiert, bis das Anhydrid an die OH-Gruppen angelagert ist.
Viskosität bei 25°C: 5000–9000 mPas
Festkörper: ca. 65%
Säurezahl: 60–65 mg KOH/g3366.5 g of reaction product from Example 1 (1 mol reaction product contains 8 secondary OH groups), which is located in a four-necked flask with continuous air line is further diluted with continuous stirring with 526.5 g of methoxypropyl acetate. After addition of 2 g of hydroquinone monomethyl ether and 500 g of succinic anhydride (5 mol) is post-reacted at about 90 ° C for 6 h, until the anhydride is attached to the OH groups.
Viscosity at 25 ° C: 5000-9000 mPas
Solids: approx. 65%
Acid value: 60-65 mg KOH / g
In der folgenden Tabelle 1 sind Zusammensetzungen für Schaltungsdrucklacken angegeben. Die Angabe der Bestandteile bezieht sich auf 100 Teile des gesamten Gewichtes aller Bestandteile. Tabelle l
Die Zusammensetzung der Tabelle 1 wurde im Siebdruckverfahren auf entsprechende Materialien (Cu, Au, Sn) aufgebracht und bei ca. 90°C vorgetrocknet. Die Oberfläche wurde mit einem Negativ abgedeckt und die nicht abgedeckten Stellen wurden mit UV-Licht (Fe-dotiertem 6000 W-Strahler, 20 Sekunden) vorvernetzt. Nach der Vorvernetzung konnten in den Beispielen 1 und 2 die abgedeckten Stellen mit Butyldiglykol entwickelt werden und die in den Beispielen 3–6 sowohl mit Lösungsmittel als auch mit wässrigen alkalischen Medien. Die Nachhärtung erfolgte bei 130°C, 30 min.The composition of Table 1 was screen-printed on appropriate materials (Cu, Au, Sn) and pre-dried at about 90 ° C. The surface was covered with a negative and the uncovered spots were pre-crosslinked with UV light (6000 W spot-doped radiator, 20 seconds). After precrosslinking, in Examples 1 and 2 the covered areas could be developed with butyldiglycol and those in Examples 3-6 both with solvent and with aqueous alkaline media. The postcuring was carried out at 130 ° C, 30 min.
In der Tabelle 2 sind die Eigenschaften der Lackzusammensetzungen nach der Nachhärtung angegeben:
Die Lötbadbeständigkeit, der Isolationswiderstand und die Beständigkeit in Ni/Au-Galvanikbädern wurden nach herkömmlichen Methoden bestimmt.Table 2 shows the properties of the coating compositions after post-curing:
The solder bath resistance, the insulation resistance and the resistance in Ni / Au electroplating baths were determined by conventional methods.
Die Werte GT0, GT1, GT2 und GT3 wurden mittels eines Gitterschnitttestes in Anlehnung an EN ISO 2409 bestimmt. GT0 bedeutet einen positiven Wert und GT3 eine entsprechend verschlechterte Eigenschaft. Tabelle 2
Aus Tabelle 2 wird ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen Lackzusammensetzungen der Beispiele 1, 3 und 5 sowohl eine gute Haftung auf Kupfer, Gold und Zinn als auch eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Nickel/Gold-Galvanikbeständigkeit aufweisen. Außerdem besitzen sie einen gewünscht hohen Isolationswiderstand. Besonders überraschend war, dass die Lötbadbeständigkeit verbessert werden konnte, was – wie bereits erwähnt – durch die Verwendung von gesättigten Carbonsäuren bei der Herstellung des Vinylesters nicht zu erwarten war.It can be seen from Table 2 that the coating compositions of Examples 1, 3 and 5 according to the invention have both a good adhesion to copper, gold and tin and a nickel / gold electroplating resistance improved in comparison with the prior art. In addition, they have a desired high insulation resistance. It was particularly surprising that the Lötbadbeständigkeit could be improved, which - as already mentioned - was not expected by the use of saturated carboxylic acids in the production of the vinyl ester.
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