JP2004244621A

JP2004244621A - 繊維強化基板

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Publication number: JP2004244621A
Application number: JP2004003917A
Authority: JP
Inventors: Shiro Katagiri; 史朗片桐; Satoshi Okamoto; 敏岡本
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: JP4954446B2

Abstract

【課題】２６０℃以上の高温でハンダ付けする際、変形が少ない繊維強化基板を提供すること。
【解決手段】下記溶媒１００重量部および芳香族液晶ポリエステル０．５〜１００重量部を含有してなる芳香族液晶ポリエステル溶液を、シート状繊維強化材に含浸せしめ、溶媒を除去して得られる繊維強化基板。
溶媒：下記一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物を３０重量％以上含有する溶媒。

（式中、Ａはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｉはＡの個数であって１〜５の整数を表わし、ｉが２以上の場合に複数あるＡは互いに同一でも異なっていてもよい。）
【選択図】なし

Description

本発明は、繊維強化基板に関する。

近年、電子・電子機器分野において、耐熱性、低吸湿性、寸法安定性、高周波特性などの特性の優れた絶縁樹脂基材の開発が望まれている。
絶縁樹脂基材としては、従来からガラスクロス等のシート状繊維強化材にエポキシ樹脂を含浸させた繊維強化基材が知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、近年のハンダ鉛フリー化に伴うハンダ付け温度の高温化（２６０℃以上）により、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた繊維強化基材では耐熱性が不十分であり、２６０℃以上の高温でハンダ付けを行うと、エポキシ樹脂が熱劣化して繊維強化基材が変形するという問題があった（特許文献１参照）。

特開平５−８２２４号公報

本発明の目的は、２６０℃以上の高温でハンダ付けする際、変形が少ない繊維強化基板を提供することにある。

即ち本発明は、下記溶媒１００重量部および芳香族液晶ポリエステル０．５〜１００重量部を含有してなる芳香族液晶ポリエステル溶液を、シート状繊維強化材に含浸せしめ、溶媒を除去して得られる繊維強化基板にかかるものである。
溶媒：下記一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物を３０重量％以上含有する溶媒。

（式中、Ａはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｉはＡの個数であって１〜５の整数を表わし、ｉが２以上の場合に複数あるＡは互いに同一でも異なっていてもよい。）

本発明によれば、２６０℃以上の高温でハンダ付けする際、変形が少ない繊維強化基板を提供することが可能となる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の繊維強化基板は、芳香族液晶ポリエステル溶液をシート状繊維強化材に含浸せしめ、溶媒を除去して得られる。
本発明で使用される芳香族液晶ポリエステルは、サーモトロピック液晶ポリマーと呼ばれるポリエステルであり、４５０℃以下の温度で光学的に異方性を示す溶融体を形成するものである。

芳香族液晶ポリエステルとしては、例えば、
（１）芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸および芳香族ジオールの組み合わせを重合して得られるもの、
（２）異種の芳香族ヒドロキシカルボン酸を重合して得られるもの、
（３）芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールとの組み合わせを重合して得られるもの、
（４）ポリエチレンテレフタレートなどの結晶性ポリエステルに芳香族ヒドロキシカルボン酸を反応させたもの
などが挙げられる。
なお、これらの芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸または芳香族ジオールの代わりに、それらのエステル形成性誘導体を使用してもよい。

カルボン酸のエステル形成性誘導体としては、例えば、カルボキシル基が、ポリエステル生成反応を促進するような、酸塩化物、酸無水物などの反応性が高い誘導体となっているもの、カルボキシル基が、エステル交換反応によりポリエステルを生成するようなアルコール類やエチレングリコールなどとエステルを形成しているものなどが挙げられる。
また、フェノール性水酸基のエステル形成性誘導体としては、例えば、エステル交換反応によりポリエステルを生成するように、フェノール性水酸基がカルボン酸類とエステルを形成しているものなどが挙げられる。

また、芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸および芳香族ジオールは、エステル形成性を阻害しない程度であれば、塩素原子、フッ素原子などのハロゲン原子、メチル基、エチル基などのアルキル基、フェニル基などのアリール基などで置換されていてもよい。

該芳香族液晶ポリエステルの繰り返し構造単位としては、下記のものを例示することができるが、これらに限定されるものではない。

芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する繰り返し構造単位：

上記の繰り返し構造単位は、ハロゲン原子またはアルキル基で置換されていてもよい。

芳香族ジカルボン酸に由来する繰り返し構造単位：

上記の繰り返し構造単位は、ハロゲン原子、アルキル基またはアリール基で置換されていてもよい。

芳香族ジオールに由来する繰り返し構造単位：

なお、上記のアルキル基としては、炭素数１〜１０のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基またはブチル基がより好ましい。上記のアリール基としては、炭素数６〜２０のアリール基が好ましく、フェニル基がより好ましい。

耐熱性、機械物性のバランスから芳香族液晶ポリエステルは、前記Ａ_１式で表される繰り返し単位を少なくとも３０モル％含むことが好ましい。
繰り返し構造単位の好ましい組み合わせとしては、例えば、下記（ａ）〜（ｆ）が挙げられる。
（ａ）：
前記繰り返し構造単位（Ａ_１）、（Ｂ_２）および（Ｃ_３）の組み合わせ、
前記繰り返し構造単位（Ａ_２）、（Ｂ_２）および（Ｃ_３）の組み合わせ、
前記繰り返し構造単位（Ａ_１）、（Ｂ_１）、（Ｂ_２）および（Ｃ_３）の組み合わせ、または、
前記繰り返し構造単位（Ａ_２）、（Ｂ_１）、（Ｂ_２）および（Ｃ_３）の組み合わせ。
（ｂ）：前記（ａ）の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｃ_３）の一部または全部を（Ｃ_１）に置換した組み合わせ。
（ｃ）：前記（ａ）の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｃ_３）の一部または全部を（Ｃ_２）に置換した組み合わせ。
（ｄ）：前記（ａ）の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｃ_３）の一部または全部を（Ｃ_４）に置換した組み合わせ。
（ｅ）：前記（ａ）の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｃ_３）の一部または全部を（Ｃ_４）と（Ｃ_５）の混合物に置換した組み合わせ。
（ｆ）：前記（ａ）の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ａ_１）の一部を（Ａ₂）に置換した組み合わせ。

該芳香族液晶ポリエステルとしては、耐熱性の観点から、ｐ−ヒドロキシ安息香酸および２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物に由来する繰り返し構造単位３０〜８０ｍｏｌ％、ヒドロキノンおよび４，４’−ジヒドロキシビフェニルからなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物に由来する繰り返し構造単位１０〜３５ｍｏｌ％、テレフタル酸およびイソフタル酸からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物に由来する繰り返し構造単位１０〜３５ｍｏｌ％からなることが好ましい。

また、芳香族液晶ポリエステルの重量平均分子量は、特に限定されないが、１００００〜１０００００であることが好ましい。

本発明に用いられる芳香族液晶ポリエステルの製造方法は、特に限定されないが、例えば、芳香族ヒドロキシカルボン酸および芳香族ジオールからなる群から選ばれる少なくとも１種を過剰量の脂肪酸無水物によりアシル化してアシル化物を得、得られたアシル化物と、芳香族ヒドロキシカルボン酸および芳香族ジカルボン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種とをエステル交換（重縮合）することにより溶融重合する方法が挙げられる。アシル化物としては、予めアシル化して得た脂肪酸エステルを用いてもよい。

アシル化反応においては、脂肪酸無水物の添加量がフェノール性水酸基の１．０〜１．２倍当量であることが好ましく、より好ましくは１．０５〜１．１倍当量である。脂肪酸無水物の添加量が少ないと、エステル交換（重縮合）時にアシル化物や芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸などが昇華し、反応系が閉塞し易い傾向があり、また、多すぎると、得られる芳香族液晶ポリエステルの着色が著しくなる傾向がある。

アシル化反応は、１３０〜１８０℃で５分間〜１０時間反応させることが好ましく、１４０〜１６０℃で１０分間〜３時間反応させることがより好ましい。

アシル化反応に使用される脂肪酸無水物は，特に限定されないが、例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、無水イソ酪酸、無水吉草酸、無水ピバル酸、無水２エチルヘキサン酸、無水モノクロル酢酸、無水ジクロル酢酸、無水トリクロル酢酸、無水モノブロモ酢酸、無水ジブロモ酢酸、無水トリブロモ酢酸、無水モノフルオロ酢酸、無水ジフルオロ酢酸、無水トリフルオロ酢酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水β−ブロモプロピオン酸などが挙げられ、これらは２種類以上を混合して用いてもよい。価格と取り扱い性の観点から、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、または無水イソ酪酸が好ましく用いられ、より好ましくは、無水酢酸が用いられる。

エステル交換においては、アシル化物のアシル基がカルボキシル基の０．８〜１．２倍当量であることが好ましい。

エステル交換は、１３０〜４００℃で０．１〜５０℃／分の割合で昇温しながら行なうことが好ましく、１５０〜３５０℃で０．３〜５℃／分の割合で昇温しながら行なうことがより好ましい。

アシル化して得た脂肪酸エステルとカルボン酸とをエステル交換させる際、平衡を移動させるため、副生する脂肪酸と未反応の脂肪酸無水物は、蒸発させるなどして系外へ留去することが好ましい。

なお、アシル化反応、エステル交換は、触媒の存在下に行なってもよい。該触媒としては、従来からポリエステルの重合用触媒として公知のものを使用することができ、例えば、酢酸マグネシウム、酢酸第一錫、テトラブチルチタネート、酢酸鉛、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、三酸化アンチモンなどの金属塩触媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノピリジン、Ｎ−メチルイミダゾールなどの有機化合物触媒などを挙げることができる。該触媒は、通常、モノマー類の投入時に投入され、アシル化後も除去することは必ずしも必要ではなく、該触媒を除去しない場合にはそのままエステル交換を行なうことができる。

エステル交換による重縮合は、通常、溶融重合により行なわれるが、溶融重合と固層重合とを併用してもよい。固相重合は、溶融重合工程からポリマーを抜き出し、その後、粉砕してパウダー状もしくはフレーク状にした後、公知の固相重合方法により行うことが好ましい。具体的には、例えば、窒素などの不活性雰囲気下、２０〜３５０℃で、１〜３０時間固相状態で熱処理する方法などが挙げられる。固相重合は、攪拌しながらでも、攪拌することなく静置した状態で行ってもよい。なお適当な攪拌機構を備えることにより溶融重合槽と固相重合槽とを同一の反応槽とすることもできる。固相重合後、得られた芳香族液晶ポリエステルは、公知の方法によりペレット化し、成形してもよい。
芳香族液晶ポリエステルの製造は、例えば、回分装置、連続装置等を用いて行うことができる。

本発明において芳香族液晶ポリエステル溶液を得るために用いられる溶媒は、下記一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物を３０重量％以上含有する溶媒であり、常温または加熱下に芳香族液晶ポリエステルを溶解する。該溶媒としては、該フェノール化合物を６０重量％以上含有する溶媒であることが好ましく、実質的に１００重量％の該フェノール化合物を溶媒として用いることが、他成分と混合する必要がないためさらに好ましい。

式中、Ａはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｉはＡの個数であって１〜５の整数を表わす。ｉが２以上の場合、複数あるＡは互いに同一でも異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
ｉは好ましくは１〜３であり、より好ましくは１または２である。ｉが１のときのＡの置換位置は４位であることが好ましく、ｉが２以上のとき少なくとも一つのＡの置換位置は４位であることが好ましい（水酸基の置換位置を１位とする）。

ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、よう素原子が挙げられ、フッ素原子、または塩素原子が好ましく、塩素原子が特に好ましい。
ハロゲン原子がフッ素原子である一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物の例としては、ペンタフルオロフェノール、テトラフルオロフェノール等が挙げられる。
ハロゲン原子が塩素原子である一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物の例としては、ｏ−クロロフェノール、ｐ−クロロフェノールが挙げられ、溶解性の観点からｐ−クロロフェノールが好ましい。

トリハロゲン化メチル基のハロゲンとしては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、よう素原子が挙げられる。
トリハロゲン化メチル基のハロゲンがフッ素原子である一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物の例としては、３，５−ビストリフルオロメチルフェノールが挙げられる。

一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物としては、価格と入手性の観点から、ｏ−クロロフェノール、ｐ−クロロフェノールなどの塩素置換フェノール化合物が好ましく使用され、溶解性の観点から、ｐ−クロロフェノールがより好ましく使用される。

該溶媒中には、溶液の保存時または後述の流延時に芳香族液晶ポリエステルを析出させるものでなければ、該ハロゲン置換フェノール化合物以外に他の成分を含有していてもよい。
含有していてもよい他の成分は、特に限定されるものではないが、例えば、クロロホルム、塩化メチレン、テトラクロロエタン等の塩素系化合物などが挙げられる。

本発明で使用される芳香族液晶ポリエステル溶液は、前記溶媒１００重量部に対して、芳香族液晶ポリエステルを０．５〜１００重量部含有し、作業性あるいは経済性の観点から、１〜５０重量部含有することが好ましく、３〜１０重量部含有することがより好ましい。芳香族液晶ポリエステルの量が少ないと、生産効率が低下する傾向があり、多いと溶解が困難になる傾向がある。

本発明で使用される芳香族液晶ポリエステル溶液は、芳香族液晶ポリエステルを前記溶媒に溶解させることにより得ることができるが、該溶液は、必要に応じて、フィルターなどによってろ過して溶液中に含まれる微細な異物を除去することが好ましい。

また、該芳香族液晶ポリエステル溶液には、本発明の目的を損なわない範囲で、シリカ、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウムなどの無機フィラー、硬化エポキシ樹脂、架橋ベンゾグアナミン樹脂、架橋アクリルポリマーなどの有機フィラー、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルエーテルおよびその変性物、ポリエーテルイミド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート樹脂等の熱硬化性樹脂、シランカップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの各種添加剤が一種または二種以上添加されていてもよい。

本発明で使用されるシート状繊維強化材としては、例えば、強化繊維からなる織物、編物、不織布などが挙げられる。
強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、セラミックス繊維、ポリエステル繊維やアラミド繊維などの樹脂繊維が挙げられ、価格や耐熱性の面から、ガラス繊維が好ましく使用される。
ガラス繊維は、特に限定されないが、例えば、含アルカリガラス繊維、無アルカリガラス繊維、低誘電ガラスなどを使用することができる。
なお、強化繊維はアミノシラン系カップリング剤、エポキシシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤などのカップリング処理剤等で表面処理されていてもよい。
シート状繊維強化材の厚さは、通常、５〜５００μｍ程度である。

本発明の繊維強化基板は、前記芳香族液晶ポリエステル溶液を前記シート状繊維強化材に含浸させ、溶媒を除去させることで得られるが、その厚みは、通常、１０〜１０００μｍ程度である。

溶媒除去の方法は、特に限定されないが、溶媒の蒸発により行うことが好ましい。溶媒を蒸発させる方法としては、加熱、減圧、通風などの方法が挙げられる。
得られた繊維強化基板には、必要に応じて、熱処理を行ってもよい。

得られた繊維強化基板は、単独で使用してもよいが、他のシートや膜などを積層して用いてもよい。
積層の方法は、特に限定されないが、得られた繊維強化基板に他のシートやフィルム（膜）などを接着剤により接着させる方法、熱プレスにより熱融着させる方法などが挙げられる。
ここで、積層される他のシートやフィルム（膜）としては、例えば、金属膜、樹脂製フィルムなどが挙げられる。

本発明の繊維強化基板は、該繊維強化基板の片面または両面に導電層を有することが好ましい。導電層の形成方法は、前述のように金属膜を積層させる方法、金属粉を繊維強化基板上にコートして導電層を形成させる方法等が一般的である。本発明の繊維強化基板は、該繊維強化基板の少なくとも片面に金属膜を積層せしめてなるものがより好ましい。
金属膜や金属粉の金属としては、銅、アルミ、銀等が挙げられるが、導電性やコストの観点から、銅が好ましく使用される。
金属膜の積層方法は、接着剤を用いて金属膜とガラス繊維強化基板とを接着する方法、熱プレスにより熱融着させる方法が一般的である。また、金属粉のコート方法としては、めっき法、スクリーン印刷法、スパッタリング法などが利用できる。
片面または両面に導電層を有する繊維強化基板は、プリント配線基材として使用することができる。
得られたプリント配線基材上には、導電層を保護する目的でカバーフィルムを更に積層してもよい。

本発明の繊維強化基板は、耐熱性が高いという特徴の他に、芳香族液晶ポリエステル由来の低吸湿性などの優れた特性を生かして、携帯電話、半導体パッケージ、マザーボード用等の多層プリント基板、フレキシブルプリント配線板、リジットプリント配線板などのプリント配線板に好適に使用される。

以下、本発明を実施例を用いて説明するが、本発明が実施例により限定されるものでないことは言うまでもない。

実施例１
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却器を備えた反応器に、ｐ−ヒドロキシ安息香酸１４１ｇ（１．０２モル）、４，４’−ジヒドロキシビフェニル６３．３ｇ（０．３４モル）、イソフタル酸５６．５ｇ（０．３４モル）および無水酢酸１９１ｇ（１．８７モル）を仕込んだ。反応器内を十分に窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下で１５分かけて１５０℃まで昇温し、温度を保持して３時間還流させた。
その後、留出する副生酢酸および未反応の無水酢酸を留去しながら１７０分かけて３２０℃まで昇温し、トルクの上昇が認められる時点を反応終了とみなし、内容物を取り出した。得られた固形分は室温まで冷却し、粗粉砕機で粉砕後、窒素雰囲気下２５０℃で３時間保持し、固層で重合反応を進めた。得られた粉末は３５０℃で偏向顕微鏡により液晶相に特有のシュリーレン模様が観察された。

得られた芳香族液晶ポリエステル粉末０．４ｇを、１００ｋｇ荷重下、２５０℃で１０分間、島津製作所（株）製フローテスタＣＦＴ−５００を用いて圧縮成形し、厚さ３ｍｍの円盤状の試験片を得た。この試験片を用いて、東洋製作所製の恒温恒湿機ＡＤＶＡＮＴＥＣＡＧＸ型により８５℃／８５％ＲＨ・１６８時間における吸水率を測定した結果、吸水率は０．１％以下であることを確認した。

上記工程により得られた芳香族液晶ポリエステル粉末０．５ｇをｐ−クロロフェノール９．５ｇに加え、１２０℃に加熱した結果、完全に溶解した溶液が得られた。この溶液をシート状繊維強化材であるガラスクロス（⇒旭ファイバーグラス製ＭＳ１００厚み１１０μｍ）に含浸させ、ホットプレートにより設定温度１００℃、１時間加熱して溶媒を蒸発させた。更にその後、熱風式乾燥機により３００℃、１時間熱処理を行い、厚み１００μｍの芳香族液晶ポリエステル樹脂含浸シートを得た。得られた芳香族液晶ポリエステル樹脂含浸シートを一層単独で繊維強化基板として使用し、はんだ温度２８０℃のはんだ浴に１分間浸漬させ表面状態を観察した。該繊維強化基板は変形や膨れも見られなかった。

比較例１
エポキシ樹脂をガラスクロスに含浸させたもの（ＦＲ−４、日立化成製）をはんだ温度２８０℃のはんだ浴に１分間浸漬させ表面状態を観察した。ＦＲ−４は一部が熱劣化しており基板自体の変形も見られた。

Claims

下記溶媒１００重量部および芳香族液晶ポリエステル０．５〜１００重量部を含有してなる芳香族液晶ポリエステル溶液を、シート状繊維強化材に含浸せしめ、溶媒を除去して得られる繊維強化基板。
溶媒：下記一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物を３０重量％以上含有する溶媒。

（式中、Ａはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｉはＡの個数であって１〜５の整数を表わし、ｉが２以上の場合に複数あるＡは互いに同一でも異なっていてもよい。）
さらに、少なくとも片面に導電層を有する請求項１記載の繊維強化基板。
プリント配線基板用である請求項２記載の繊維強化基板。