JP2009138074A - 樹脂組成物、それを用いたプリプレグ、および積層板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱硬化性樹脂、無機充填材およびテトラフルオロエチレン樹脂粉末を含む樹脂組成物であって、前記無機充填材の含有量が樹脂組成物全体に対して30〜70体積%、かつ、テトラフルオロエチレン樹脂粉末の含有量が熱硬化性樹脂100質量部に対して1〜10質量部である樹脂組成物、前記樹脂組成物を用いたプリプレグ、および前記プリプレグを用いて積層成形した積層板。
【選択図】なし
Description
実装時、半導体パッケージに生じるそりの主な原因の1つと言われているのが、半導体パッケージに使われている積層板とシリコンチップとの熱膨張率差であり、そのために、半導体パッケージ用積層板においては、熱膨張率をシリコンチップに近付ける、すなわち低熱膨張化する努力が行われている。
積層板を低熱膨張化する手法は種々考えられるが、その中でも積層板用の樹脂の低熱膨張化や樹脂組成物中の無機充填材の高充填化が有効である。特に無機充填材の高充填化は、低熱膨張化とともに耐熱性や難燃性の向上も期待できるため、優れた手法であると言える。
しかし、無機充填材を高充填した樹脂組成物を用いて積層板を作製すると、積層板のドリル加工性が低下してしまうという問題があった。
すなわち、本発明は、
1.熱硬化性樹脂、無機充填材およびテトラフルオロエチレン樹脂粉末を含む樹脂組成物であって、前記無機充填材の含有量が樹脂組成物全体に対して30〜70体積%、かつ、テトラフルオロエチレン樹脂粉末の含有量が熱硬化性樹脂100質量部に対して1〜10質量部であることを特徴とする樹脂組成物、
2.テトラフルオロエチレン樹脂粉末の累積50%粒子径が20μm以下、かつ比表面積が5m2/g以下である上記1記載の樹脂組成物、
3.上記1または2に記載の樹脂組成物を用いたことを特徴とするプリプレグ、
4.上記3記載のプリプレグを用いて積層成形した積層板、
に関するものである。
本発明の樹脂組成物は、熱硬化性樹脂、無機充填材およびテトラフルオロエチレン樹脂粉末を必須成分として含むものである。
このうち熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和イミド樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、オキセタン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、シリコーン樹脂、トリアジン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。これらの中で、成形性や電気絶縁性に優れるエポキシ樹脂が好ましい。
このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールFノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、多官能フェノール類及びアントラセンやナフタレン等の多環芳香族類のグリシジルエーテル化合物等が挙げられる。
ここで累積50%粒子径とは、粉末の全体積を100%として粒子径による累積度数分布曲線を求めた時、ちょうど体積50%に相当する点の粒子径のことであり、レーザ回折散乱法を用いた粒度分布測定装置等で測定することができる。
本発明では、樹脂組成物中の無機充填材の含有量は樹脂組成物全体の30〜70体積%である必要があり、40〜65体積%であることが好ましく、さらに45〜60体積%であることがより好ましい。
無機充填材の含有量が樹脂組成物全体の30〜70体積%であると、熱膨張率の低減効果が十分となり、かつ適度な流動性を有して成形性が優れる。
これに対して、無機充填材の含有量が樹脂組成物全体の30体積%未満となると、熱膨張率の低減効果が不十分となったり、逆に70体積%を超えると、流動性が低下して成形性が悪化する傾向が出てくるので、好ましくない。
ここで、無機充填材の体積%とは、樹脂組成物全体の体積に対する無機充填材の占める体積を百分率で示したものである。
粒子径が20μm以下、かつ比表面積が5m2/g以下のテトラフルオロエチレン樹脂粉末を使用すると、配合時の分散性に優れる他、流動性の低下が少なく、成形性が良好となるので、好ましい。
また、比表面積とは、単位重量の粉末中に含まれる全粒子の表面積の総和のことであり、BET法を用いた比表面積測定装置等で測定することができる。
前記テトラフルオロエチレン樹脂粉末の含有量は熱硬化性樹脂100質量部に対して1〜10質量部であり、好ましくは2〜5質量部である。
このテトラフルオロエチレン樹脂粉末の含有量が1〜10質量部の範囲内であると、無機充填材を高充填化しても、ドリル加工性の低下防止効果が得られ、かつ熱膨張率の増大や耐熱性の低下を招くことが少ない。
これに対して、テトラフルオロエチレン樹脂粉末のこの含有量が1質量部未満では、ドリル加工性の低下防止効果が不十分となったり、逆に10質量部を超えると、熱膨張率の増大や耐熱性の低下を招く傾向が出てくるので、好ましくない。
硬化剤の例としては、例えば、エポキシ樹脂を用いる場合には、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等の多官能フェノール化合物;ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等のアミン化合物;無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、無水マレイン酸共重合体等の酸無水物;等を用いることができる。これら硬化剤は何種類かを併用することもできる。
硬化促進剤の例としては、例えばエポキシ樹脂の硬化促進剤として、イミダゾール類及びその誘導体;有機リン系化合物;第二級アミン類、第三級アミン類、及び第四級アンモニウム塩;等が挙げられる。
このようなイミダゾール類及びその誘導体としては、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、4、5−ジフェニルイミダゾール、2−メチルイミダゾリン、2−フェニルイミダゾリン、2−ウンデシルイミダゾリン、2−ヘプタデシルイミダゾリン、2−イソプロピルイミダゾール、2、4−ジメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾリン、2−イソプロピルイミダゾリン、2、4−ジメチルイミダゾリン、2−フェニル−4−メチルイミダゾリン等が挙げられる。これらイミダゾール系化合物はマスク剤によりマスクされていてもよい。
このようなマスク化剤としては、アクリロニトリル、フェニレンジイソシアネート、トルイジンイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、メチレンビスフェニルイソシアネート、メラミンアクリレート等が挙げられる。
有機リン系化合物としては、エチルホスフィン、プロピルホスフィン、ブチルホスフ
ィン、フェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチル
ホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホ
スフィン、トリフェニルホスフィン/トリフェニルボラン錯体、テトラフェニルホスホニ
ウムテトラフェニルボレート等が挙げられる。
第2級アミン類としては、モルホリン、ピペリジン、ピロリジン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジベンジルアミン、ジシクロヘキシルアミン、N−アルキルアリールアミン、ピペラジン、ジアリルアミン、チアゾリン、チオモルホリン等が挙げられる。
第3級アミン類としては、ベンジルジメチルアミン、2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6−トリス(ジアミノメチル)フェノール等が挙げられる。
第4級アンモニウム塩としては、テトラブチルアンモニウムアイオダイド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムフルオライド、塩化ベンザルコニウム、ベンジルジ(2−ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムクロライド、デシルジ(2−ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムブロマイド等が挙げられる。
なお、上記硬化促進剤の種類や配合量は、2種類以上を併用しても良い。
エラストマーの例としては、ポリブタジエン、アクリロニトリル、エポキシ変性ポリブタジエン、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、フェノール変性ポリブタジエンおよびカルボキシ変性アクリロニトリル等が挙げられる。
難燃剤の例としては、臭素や塩素を含有する含ハロゲン系難燃剤、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリスジクロロプロピルホスフェート、ホスファゼン、赤リン等のリン系難燃剤;三酸化アンチモン;等の無機系難燃剤が挙げられる。
その他、紫外線吸収剤の例としてはベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、酸化防止剤の例としてはヒンダードフェノール系やスチレン化フェノール系酸化防止剤、密着性向上剤の例としては尿素シラン等の尿素化合物やシランカップリング剤が挙げられる。
このうち、シランカップリング剤としては、具体的には、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピル(メチル)ジメトキシシラン、2−(2,3−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランのようなエポキシ基含有シラン;3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル(メチル)ジメトキシシランのようなアミノ基含有シラン;3−(トリメトキシリル)プロピルテトラメチルアンモニウムクロリドのようなカチオン性シラン;ビニルトリエトキシシランのようなビニル基含有シラン;3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランのようなアクリル基含有シラン;および3−メルカプトプロピルトリメトキシシランのようなメルカプト基含有シランが挙げられる。
この際用いる有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類;テトラヒドロフラン等のエーテル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等の窒素原子含有溶媒;ジメチルスルホキシド等の硫黄原子含有溶媒;等が挙げられ、単独または2種以上を混合して使用できる。
これらの中で、溶解性の点からメチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、メチルセロソルブが好ましく、低毒性である点からメチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルがより好ましい。
また、配合の順序は、無機充填材をあらかじめ有機溶媒中に分散させた後、無機充填材以外の成分と配合することが好ましい。
このように配合することによって、無機充填材とテトラフルオロエチレン樹脂粉末等の成分が良く混り合い、ドリル加工性の低下防止効果を十分発揮させることができる。さらに、無機充填材を有機溶媒中に分散させる際は、分散性向上のためにビーズミル、ホモジナイザー、ジェットミル等の分散機を使うことができる。また、無機充填材をシラン系やチタネート系等のカップリング剤、シリコーンオリゴマー等の表面処理剤で前処理、あるいはインテグラルブレンド処理することも好ましい。
最終的に得られるワニス中の樹脂組成物は、ワニス全体の40〜90質量%であることが好ましく、50〜80質量%であることがより好ましい。ワニス中の樹脂組成物の含有量が少な過ぎると、適切な樹脂組成物の付着量のプリプレグを作製することが難しくなり、逆に多過ぎると、ワニスの粘度が高くなり塗工性が低下する。
本発明のプリプレグは、上記の樹脂組成物を基材に含浸、吹付け、押出し等の方法で塗工し、加熱等により半硬化して製造することができる。特に、上記樹脂組成物ワニスを用いて基材に含浸塗工し、加熱半硬化する方法が生産性に優れているので好ましい。
本発明のプリプレグに用いる基材としては、Eガラス、Dガラス、SガラスおよびQガラス等の無機繊維、アラミド、ポリエステルおよびテトラフルオロエチレン等の有機繊維、並びにそれらの混合物が挙げられる。
これらの基材は、例えば、織布、不織布、ロービンク、チョップドストランドマットおよびサーフェシングマット等の形状を有するが、材質および形状は目的とする積層板の用途や性能により選択され、必要により、単独または2種類以上の材質および形状を組み合せることができる。特にシランカップリング剤等で表面処理したもの、または機械的に開繊処理を施したものが、耐熱性や耐湿性、加工性の面から好ましい。
基材の厚さは、例えば0.01〜0.2mmのものを採用することができる。
実施例1〜2、比較例1〜2
表1に示した樹脂組成物の配合のうち、まず無機充填材を無機充填材全体に対して0.5質量%のシランカップリング剤(信越化学工業(株)製、商品名:KBM403)を用いて乾式処理した後、メチルイソブチルケトン中に攪拌しながら加えて分散した。次に、熱硬化性樹脂および硬化剤をプロピレングリコールモノメチルエーテル中に加えて完全に溶解した後、テトラフルオロエチレン樹脂粉末を加え、樹脂粉末が均一に分散するまで攪拌した。さらに、上記無機充填材の分散液を攪拌しながら加え、分散液とその他の成分が十分混合してから硬化促進剤を加えて全体が均一になるまで攪拌した。最後に、樹脂組成物の含有量が70質量%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加えて濃度を調整し、樹脂組成物のワニスを得た。
このワニスを厚さ0.1mmのEガラスクロス(日東紡(株)製、商品名:WEA116E)に含浸塗工し、160℃で5分加熱乾燥して樹脂組成物の含有量が50質量%のプリプレグを得た。
次に、このプリプレグを4枚重ね、18μmの電解銅箔を上下に配置し、温度185℃、圧力3.5MPaで1.5時間積層成形を行って銅張積層板を得た。
このようにして得られた銅張積層板を用いて、ドリル加工性、熱膨張率、はんだ耐熱性、および難燃性について以下の方法で測定、評価した。表2に評価結果を示す。
(1)ドリル加工性の評価
銅張積層板を2枚重ねたものの上に厚さ0.1mmのアルミニウム箔、下に厚さ1.5mmの紙フェノール板を配置し、直径0.105mmのドリル(ユニオンツール(株)製、商品名:KMD J464)を用いて回転数300krpm、送り速度2.1m/min、チップロード7.0μm/revの条件で2000穴の穴あけ加工を行い、以下の方法でドリル刃磨耗状態、穴位置精度、穴内壁粗さを観察、測定することによりドリル加工性を評価した。
a)ドリル刃磨耗状態
穴あけ終了後のドリル刃部分を、工具顕微鏡を用いて観察することにより、磨耗が大きいか、または小さいかで評価した。
b)穴位置精度
2枚重ねの銅張積層板のうち、2枚目(下側)出口側の穴位置精度を、穴位置精度測定機(日立ビアメカニクス(株)製、商品名:HT−1AM)を用いて測定し、位置ずれ量の平均+3σ(σ:標準偏差)を求めることにより評価した。
c)穴内壁粗さ
穴あけ終了後の銅張積層板に無電解銅めっきおよび電気銅めっきを行って穴内壁が銅めっきされた評価基板を作製した。この評価基板を樹脂により注型し、1991〜2000ショットの10穴について、穴断面が観察できるよう切断、研磨し、各穴における穴内壁面からの銅めっき最大染込み距離を測定して、その平均を求めることにより評価した。
(2)熱膨張率の測定
銅張積層板の銅箔をエッチング液により取除いた後、5mm角の大きさに切断して評価基板を作製した。この評価基板のガラス転移温度以下の温度における縦方向(X方向)熱膨張率を、TMA試験装置(TAインスツルメント社製、商品名:TMA2940)を用いて測定した。
(3)はんだ耐熱性の評価
銅張積層板の銅箔をエッチング液により取除いた後、5cm角の大きさに切断して評価基板を作製した。この評価基板を、プレッシャー・クッカー試験装置((株)平山製作所製)を用いて、温度121℃、圧力0.2MPa、処理時間4時間の条件で処理した後、288℃のはんだ浴に20秒間浸漬し、ふくれや剥がれが生じないかどうかを観察することによりはんだ耐熱性を評価した。
(4)難燃性の評価
銅張積層板の銅箔をエッチング液により取除いた後、長さ127mm、幅12.7mmの大きさに切断して評価基板を作製した。この評価基板を用いて、UL94規格(垂直燃焼試験)に準じて難燃性を評価した。
また、各成分はそれぞれ次のものを用いた。
・熱硬化性樹脂:フェノールノボラック型エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業(株)
製、商品名:エピクロンN−770)
・硬化剤:クレゾールノボラック型フェノール樹脂(大日本インキ化学工業(株)製、
商品名:KA−1163)
・硬化促進剤:2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成(株)製、商品名:
2E4MI)
・テトラフルオロエチレン樹脂粉末1:累積50%粒子径9μm、比表面積1.3
m2/gの粉末(旭硝子(株)製、商品名:ルブリカントL150J)
・テトラフルオロエチレン樹脂粉末2:比表面積8.2m2/gの粉末(旭硝子(株)
製、商品名:ルブリカントL170J)
・無機充填材:球状非晶質シリカ(電気化学工業(株)製、商品名:SFP−30M)
・水酸化アルミニウム(住友化学(株)製、商品名:CL−310)
一方、比較例1は、熱膨張率、はんだ耐熱性、難燃性には優れるもののドリル加工性が劣っている。また、比較例2は、難燃性およびドリル加工性のうちドリル刃磨耗状態や穴位置精度には優れるものの穴内壁粗さが劣っており、さらに熱膨張率、はんだ耐熱性は大きく劣る。
本発明により、ドリル加工性および低熱膨張性、耐熱性、難燃性に優れ、半導体パッケージやプリント配線板用に好適な樹脂組成物、それを用いたプリプレグ、および積層板を得ることができる。
Claims (4)
- 熱硬化性樹脂、無機充填材およびテトラフルオロエチレン樹脂粉末を含む樹脂組成物であって、前記無機充填材の含有量が樹脂組成物全体に対して30〜70体積%、かつ、テトラフルオロエチレン樹脂粉末の含有量が熱硬化性樹脂100質量部に対して1〜10質量部であることを特徴とする樹脂組成物。
- テトラフルオロエチレン樹脂粉末の累積50%粒子径が20μm以下、かつ比表面積が5m2/g以下である請求項1記載の樹脂組成物。
- 請求項1または2に記載の樹脂組成物を用いたことを特徴とするプリプレグ。
- 請求項3記載のプリプレグを用いて積層成形した積層板。
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