JP2009527632A - ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、プリント回路基板用の接着剤として主として使用される、ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物に関する。本組成物は、可撓性プリント回路基板の高い可撓性を維持しながら難燃性を提供するために、追加の難燃剤の添加量を減らすハロゲンを含まないリン含有エポキシ樹脂を含む。

Description

本発明は、ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物に関する。具体的には、それは、可撓性プリント回路基板に適用できるハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物に関する。
可撓性プリント回路基板は、全ての電子製品のための基盤である。環境保護の世界的な潮流と足並みを揃えるために、例えば、危険有害性物質の欧州連合制限(European Union Restriction of Hazardous Substance)は、電気および電子製品のために使用される臭素を含有する2つのタイプの難燃剤を制限した。すなわち、0.1%より多いポリ臭素化ビフェニル(PBB)、ポリ臭素化ジフェニルエーテル(PBDE)および同じカテゴリー材料は全く許可されない。加えて、物質中の全ハロゲン含有率が1600ppm未満でなければならない日本国での基準はさらにより厳しい。これらの基準は、従来のハロゲンを含有する難燃剤がもはや現在の市場での可撓性プリント回路基板で引き続き使用され得ないことを暗示する。それ故、ハロゲンを含まない材料が製造業者にとって重要な開発プロジェクトになりつつある。
可撓性プリント基板(Flexible Printing Circuit)(FPC、手短に言えば可撓性基板とも呼ばれる)は、その可撓性、制限された空間および提供される特別な形状での3次元配線可能性のために、ノート型パソコン、携帯電話、液晶ディスプレイ、およびカメラなどの電子製品のために幅広く使用されてきた、可撓性基材で製造されたプリント回路基板であり、重量が軽い、薄い、短い、および小さいサイズに対する要求を満たす。
エポキシ樹脂が可撓性回路基板用の接着剤として長い間使用されてきた。近年、ハロゲンを含まない材料の開発は、環境保護に対する要求を満たすために、全世界的に環境保護規制の要件に徐々になってきた。しかしながら、普通のハロゲンを含まないエポキシ樹脂接着剤は難燃性のないエポキシ樹脂を含有し、追加の難燃剤が難燃性効果を達成するために添加された。現在のところ、接着剤のほとんどは、難燃性を達成するために成分中に難燃剤を含有する。しかしながら、電子材料難燃性試験に合格するために、添加された大量のフィラーは樹脂固体の可撓性を低下させるであろう。例えば、(特許文献1)の実施例は、他の無機難燃剤と組み合わせたリン難燃剤を単に加えることによる方法を開示し、追加物の重量部は全固体原料の約31%を占める。ハロゲンを含有する材料によって引き起こされる環境汚染問題を解決するために、本発明の目的は、プリント回路基板、特に可撓性プリント回路基板のために使用される臭素を含有する接着剤に取って代わるであろう、ハロゲンを含まない接着剤を開発することである。商業的に入手可能なハロゲンを含まない接着剤は普通、ある一定の難燃性効果を達成するために、大量の防炎難燃剤を加えるので、加えられた大量の難燃剤は、最終固体材料の可撓性への悪影響につながる。これは、可撓性を要求する可撓性プリント回路基板の接着性に影響を与えるであろう。それ故、本発明は、可撓性回路基板のために使用される接着剤の可撓性に焦点を合わせ、固化および形成後に製品の可撓性の劣化を引き起こす、難燃性を達成するための大量の難燃剤を加えられた普通のハロゲンを含まない接着剤を改良しようと試みたし、本発明は、可撓性プリント回路基板のために使用される元のハロゲンを含有する接着剤を置き換えるために用いることができる。
R.O.C.特許第092003号明細書
ハロゲンを含有する材料によって引き起こされる環境汚染問題を解決するために、本発明の目的は、プリント回路基板、特に可撓性プリント回路基板のために使用される臭素を含有する接着剤を置き換えるために使用することができる、ハロゲンを含まない接着剤を開発することである。本発明の接着剤は、高い可撓性、低い吸水性、低下した樹脂フロー、良好な信頼性ならびに金属およびプラスチック基材への優れた接着強度を持たなければならない。
上述の目的を達成するために、本発明は、
ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂部分と、
硬化剤部分と、
触媒部分と、
エラストマー部分と、
フィラー部分と
を含む、ハロゲンを含まないリン組成物を提供する。
それらのうち、上述のリン・エポキシ樹脂は、次式(I)
Figure 2009527632
(式中、Aは、
Figure 2009527632
または水素、またはハロゲンを含まない置換されたアルキル基、もしくはアルコキシ基であり、Rは、水素、ハロゲンを含まない置換されたヒドロキシル、アルキル基またはアルコキシ基である)
に示されるような構造を有する。
前記ハロゲンを含まない樹脂は、ハロゲンを含まないエポキシ樹脂またはハロゲンを含まないフェノール・ホルムアルデヒド樹脂を含む。
前記組成物はシラン化合物をさらに含有してもよい。
本発明のハロゲンを含まない組成物がポリイミドフィルム上にコートされ、そして積層および熱プレスによって高温で銅箔と捲縮(crimp)させられた後、それは次の特性を備えている:難燃性はUL94VTM−0標準に達し、90°剥離強度は0.6kg/cmより大きく(IPC TM650基準)、MITは800回より多く(JIS C6471 R=0.38)、耐高温性(260℃、10秒でのはんだフロート;IPC TM650)、耐高温性および防湿(85%RH/85 24時間での90°剥離強度は0.6kg/cmより大きい)、そして樹脂フロー特性は250μmより小さい。
本発明は、フィラーの高い含有率が不満足な可撓性につながる可能性があるので、組成物中のフィラーの総重量部を15%以下に低下させて大量の粉状物の添加による最終固体製品の可撓性の劣化を防ぐ。本発明のハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物は、高程度の可撓性を有し、プリント回路基板用の、特に可撓性プリント回路基板用の接着剤として使用することができる。
本発明のハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物は、ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂と、ハロゲンを含まない樹脂と、硬化剤と、触媒と、エラストマーと、フィラーとを含み、ここで、前記リン・エポキシ樹脂は次式(I):
Figure 2009527632
(式中、Aは、
Figure 2009527632
または水素、または非置換もしくはハロゲンを含まないアルキル基、もしくはアルコキシ基であり、Rは、水素、非置換もしくはハロゲンを含まない置換されたヒドロキシル、アルキル基もしくはアルコキシ基である)
に示されるような構造を有する。
好ましい実施形態では、ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂は、次式:
Figure 2009527632
(式中、Aは、
Figure 2009527632
であり、Rは、水素(与えられる例は、好ましい実施形態と定義され、優位性の点でランク付けすることを意図されない)であり、そのとき、9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキシドDOPOである)
で示されるような構造を有する。
本発明で言及されるハロゲンを含まない樹脂は、当業者によってよく知られるような接着剤のために使用されるハロゲンを含まない樹脂成分である、ハロゲンを含まないエポキシ樹脂またはハロゲンを含まないフェノール・ホルムアルデヒド樹脂を含むが、それらに限定されない。
当業者によってよく知られる硬化材または固化材である、本発明で述べられる硬化剤は、ジアミノジフェニルスルホン(DDS)、ジシアンジアミド(DICY)、アジピン酸ジヒドラジド(ADH)、およびフェノール−ノボラック樹脂またはそれらの混合物を含むが、それらに限定されない。当業者によってよく知られるような可撓性を与えるために使用される物質である、本発明で述べられるエラストマーは、カルボキシ末端ブタジエン・アクリロニトリル(CTBN)、アミン末端ブタジエン・アクリロニトリル(ATBN)、ポリアミド、ポリエステルまたはそれらの混合物を含むが、それらに限定されない。
当業者によってよく知られるような硬化または固化反応を触媒するために使用される物質である、本発明で述べられる触媒は、2−メチルイミダゾール(2MI)、2−エチル−4−メチルイミダゾール(2E4MI)、トリフェニルホスフェート(TPP)、またはそれらの混合物を含むが、それらに限定されない。
当業者によってよく知られるような難燃性を与えるために使用される物質である、本発明で述べられるフィラーは、ハロゲンを含まない難燃剤、無機粉末、およびそれらの混合物を含むが、それらに限定されない。ハロゲンを含まない難燃剤は、アンモニウムポリホスフェート(APP)、メラミンポリホスフェート(MPP)、メラミンシアヌレート(MC)、メラミンピロホスフェート(MP)、またはそれらの混合物を含むが、それらに限定されない。無機粉末は、水酸化マグネシウム、シリカ、窒化ホウ素(BN)、またはそれらの混合物を含むが、それらに限定されない。
普通の実施形態では、本発明の組成物の成分の重量百分率は次の通りである:5〜50重量%のハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂、5〜50重量%のハロゲンを含まない樹脂、5〜20重量%の硬化剤、0.01〜1重量%の触媒、10〜50重量%のエラストマー、および5重量%以上のフィラー。本組成物が積層および熱プレスによって基材上にコートされた後、次の特性が得られる:難燃性はUL94VTM−0標準に達し、90°剥離強度は0.6kg/cmより大きく(IPC TM650基準)、MITは1,000回より多く(JIS C6471 R=0.38)、そして樹脂フロー性(IPC TM650 2.3.17.1)は200μmより下である。
好ましい実施形態では、本発明の組成物の成分の重量百分率は次の通りである:5〜50重量%のハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂、5〜50重量%のハロゲンを含まない樹脂、5〜20重量%の硬化剤、0.01〜1重量%の触媒、10〜50重量%のエラストマー、および5重量%以上のフィラー。本組成物が積層および熱プレスによって基材上にコートされた後、それは次の特性を備えている:難燃性はUL94VTM−0標準に達し、90°剥離強度は0.6kg/cmより大きく(IPC TM650基準)、MITは1,600回より多く(JIS C6471 R=0.38)、耐高温性(260℃、10秒でのはんだフロート;IPC TM650)、耐熱性および耐湿性(85%RH/85 24時間での90°剥離強度は0.6kg/cmより大きい)であり、そして樹脂フロー性(IPC TM650 2.3.17.1)は150μmより下である。
以下の実施例は、本発明の利点をさらに明確にするために提供され、かつ、本発明の範囲を限定することを意図されない。
(実施例1)
ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物を、5gのCTBNと30gのメチルエチルケトン(MEK)とを反応容器中で溶解させることによって調製し、完全に溶解するまで十分に撹拌し、次に3gのMg(OH)と、0.6gのDDSと、0.2gの2E4MIとを加え、常温に維持し、撹拌し、均一に混合する。次に10gのハロゲンを含まないエポキシ樹脂と10gのMEKとを加え、均一分散した粘着性溶液状態に達するまで連続的に撹拌する。こうして、ハロゲンを含まないエポキシ樹脂組成物(リンを全く含有しない)を得る。
(測定)
前述の組成物溶液を基材上にコートし、フィルム厚さは5〜50μmの範囲であり、基材は金属またはプラスチック薄膜であることができた。プラスチック基材上のコーティングをオーブン中(温度範囲は75℃〜200℃である)、それがいつでも使用できるまでベークし、多層組成物(b)を得る。可撓性回路基板用のカバーレイを、組成物(a)をフィルムと積層した後に形成する。組成物(a)を銅箔と圧入し、硬化させるとき、3層生成物が形成される。裏ゴム銅箔を、組成物(b)をフィルムと積層した後に形成する。
本発明のハロゲンを含まない組成物を高温で積層および熱プレスによって基材上にコートした後、それは次の特性を備えている:難燃性はUL94VTM−0標準に達し、90°剥離強度は0.6kg/cmより大きく(IPC TM650基準)、MITは800回より多く(JIS C6471 R=0.38)、耐高温性(260℃、10秒でのはんだフロート;IPC TM650)、耐熱性および耐湿性(85%RH/85 24時間での90°剥離強度は0.6kg/cmより大きい)であり、そして樹脂フロー性は250μm未満である。
(実施例2)
ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物を、4gのCTBNと40gのメチルエチルケトン(MEK)とを反応浴で溶解させることによって調製し、完全に溶解するまで十分に撹拌し、次に13gのMg(OH)と、0.9gのDDSと、0.1gの2E4MIとを加え、常温に維持し、撹拌し、均一に混合する。次に10gのハロゲンを含まないエポキシ樹脂と10gのMEKとを加え、均一分散した粘着性溶液状態に達するまで連続的に撹拌する。こうして、ハロゲンを含まないエポキシ樹脂組成物(リンを全く含有しない)を得る。
測定方法は実施例1と同一である。
(実施例3)
ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物を、5gのCTBNと30gのメチルエチルケトン(MEK)とを反応浴で溶解させることによって調製し、完全に溶解するまで十分に撹拌し、次に1.5gのMg(OH)と、7gのSiOと、1gのDDSと、0.1gの2E4MIとを加え、常温に維持し、撹拌し、均一に混合する。次に8gのハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂と、2gのリン含有率なしのエポキシ樹脂と、10gのMEKとを加え、均一分散した粘着性溶液状態に達するまで連続的に撹拌する。こうして、ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物を得る。
測定方法は実施例1と同一である。
(実施例4)
ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物を、5gのCTBNと、6gのポリエステルと、30gのメチルエチルケトン(MEK)とを反応浴で溶解させることによって調製し、完全に溶解するまで十分に撹拌し、次に5gのMPP(メラミンポリホスフェート)と、1.1gのDDSと、0.05gの2E4MIとを加え、常温に維持し、撹拌し、均一に混合する。次に10gのリン含有率なしのエポキシ樹脂と、10gのMEKとを加え、均一分散した粘着性溶液状態に達するまで連続的に撹拌する。こうして、ハロゲンを含まないエポキシ樹脂組成物(リンを全く含有しない)を得る。
測定方法は実施例1と同一である。
(実施例5)
ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物を、3gのCTBNと30gのメチルエチルケトン(MEK)とを反応浴で溶解させることによって調製し、完全に溶解するまで十分に撹拌し、次に2gのSiOと、1gのAPPと、2gのMg(OH)と、0.9gのDDSと、0.121gの2MIとを加え、常温に維持し、撹拌し、均一に混合する。次に4gのリン・エポキシ樹脂と、6gのリン含有率なしのエポキシ樹脂と、10gのMEKとを加え、均一分散した粘着性溶液状態に達するまで連続的に撹拌する。こうして、ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物が得られ、リンを含有する難燃剤組成物に追加される。
測定方法は実施例1と同一である。
(実施例6)
ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物を、5gのCTBNと30gのメチルエチルケトン(MEK)とを反応浴で溶解させることによって調製し、完全に溶解するまで十分に撹拌し、次に3gのSiOと、3gのAPPと、4gのMg(OH)と、1gのDDSと、0.093gの2MIとを加え、常温に維持し、撹拌し、均一に混合する。次に4gのリン・エポキシ樹脂と、7gのリン含有率なしのエポキシ樹脂と、10gのMEKとを加え、均一分散した粘着性溶液状態に達するまで連続的に撹拌する。こうして、ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物が得られ、リンを含有する難燃剤組成物に追加される。
測定方法は実施例1と同一である。
(実施例7)
ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物を、5gのCTBNと30gのメチルエチルケトン(MEK)とを反応浴で溶解させることによって調製し、完全に溶解するまで十分に撹拌し、次に3gのSiOと、3gのAPPと、4gのMg(OH)と、1gのDDSと、0.093gの2MIとを加え、常温に維持し、撹拌し、均一に混合する。次に4gのリン・エポキシ樹脂と、7gのリン含有率なしのエポキシ樹脂と、10gのMEKとを加え、均一分散した粘着性溶液状態に達するまで連続的に撹拌する。こうして、ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物が得られ、リンを含有する難燃剤組成物に追加される。
測定方法は実施例1と同一である。
前述の実施例で調製した組成物を含む接着剤の様々な特性を測定した。測定した特性は樹脂フロー(流動性、好ましくは<200μm/25μm)、難燃性(好ましくはUL94VTM0標準に合格する)、MIT(好ましくはJIS C6471 R=0.38に従った測定方法を遵守して、MIT>1,000回)、および耐熱性(288℃、10秒でのはんだフロートに合格する)を含む。
Figure 2009527632
実施例の結果から、実施例1および2のケースでのようにリンを含まないエポキシ樹脂が使用されたとき、樹脂フロー特性は200μm要件を辛うじて満たすが、さらなる改善が難燃特性、MIT、および耐熱特性に関して予期されることは明らかである。
実施例4のケースに関しては、リン難燃剤が使用されたが、高温で適用されたときに特性欠陥がある。しかしながら、本発明のハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物の適用(実施例3)は、領域の全ての態様で極上の特性を示したし、リンを含有する難燃剤がさらに組み合わせられる場合(実施例5〜7)、MITおよび剥離強度をはじめとする他の特性をさらに高めることができる。
結論として、本発明のハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物は、その優れた可撓性のためにプリント回路基板用の、特に可撓性プリント回路基板用の接着剤として使用することができる。ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂の含量(content)は、高い可撓性および必要とされる難燃特性を維持しながら、さらに追加される燃焼防止剤の量を減らす。
本明細書に開示される全ての特性は、他の方法と組み合わせることができ、本発明に開示される特性のそれぞれは、同一の、同等の、類似の目的の特性によって選択的に置き換えることができる。それ故、特に明らかな特性を除いて、本明細書に開示される特性は、同等のまたは類似の特性の例の1つに過ぎない。
本発明の現在好ましい実施形態が示され、説明されてきたが、本開示は例示の目的のためであること、かつ、様々な変更および修正が添付の特許請求の範囲に記載されるような本発明の範囲から逸脱することなく行われるかもしれないことは理解されるべきである。

Claims (12)

  1. リンを含有しハロゲンを含まないエポキシ樹脂組成物部分と、
    ハロゲンを含まない樹脂部分と、
    触媒部分と、
    エラストマー部分と、
    フィラー部分と
    を含む、接着剤として使用される、リンを含有しハロゲンを含まないエポキシ樹脂組成物の一種であって、
    前記ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂が次式(I)
    Figure 2009527632
    (式中、Aは、
    Figure 2009527632
    または水素、またはハロゲンを含まないアルキル基、もしくはアルコキシ基であり、Rは、水素、ハロゲンを含まない置換されたアルキル基もしくはアルコキシ基である)
    に示されるような構造を有することを特徴とする組成物。
  2. 5〜50重量%部のリンを含有しハロゲンを含まないエポキシ樹脂と、
    5〜50重量%部のハロゲンを含まない樹脂と、
    5〜20重量%部の硬化剤と、
    0.1〜1重量%部の触媒と、
    10〜50重量%部のエラストマーと、
    5重量%部以上のフィラー(添付の好ましい比を追加することを考慮して)と
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  3. 前記ハロゲンを含まない樹脂が、ハロゲンを含まないエポキシ樹脂またはハロゲンを含まないフェノール・ホルムアルデヒド樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  4. 前記硬化剤がジアミノジフェニルスルホン(DDS)、ジシアンジアミド(DICY)、アジピン酸ジヒドラジド(ADH)、およびフェノール−アルデヒド樹脂またはそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  5. 前記エラストマーがカルボキシ末端ブタジエン・アクリロニトリル(CTBN)、アミン末端ブタジエン・アクリロニトリル(ATBN)、ポリアミン、ポリエチレンテレフタレートまたはそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  6. 前記触媒が2−メチルイミダゾール(2MI)、2−エチル−4−メチルイミダゾール(2E4MI)、トリフェニルホスフェート(TPP)、またはそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  7. 前記フィラーが、ハロゲンを含まない難燃剤、無機粉末、またはそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  8. 前記ハロゲンを含まない難燃剤がアンモニウムポリホスフェート(APP)、メラミンポリホスフェート(MPP)、メラミンシアヌレート(MC)、メラミンピロホスフェートまたはそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項7に記載の組成物。
  9. 前記無機粉末が水酸化マグネシウム、シリカ、水酸化ケイ酸マグネシウム、窒化ホウ素(BN)、またはそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  10. プリント回路基板用の接着剤として使用されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  11. 前記プリント回路基板が可撓性プリント回路基板であることを特徴とする請求項10に記載の組成物。
  12. ハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂と、ハロゲンを含まない樹脂と、硬化剤と、触媒と、エラストマーと、フィラーとを含む本発明のハロゲンを含まないリン・エポキシ樹脂組成物であって、前記リン・エポキシ樹脂が次式(I):
    Figure 2009527632
    (式中、Aは、
    Figure 2009527632
    または水素、または非置換もしくはハロゲンを含まないアルキル基もしくはアルコキシ基であり、Rは、水素、非置換もしくはハロゲンを含まない置換されたヒドロキシル、アルキル基もしくはアルコキシ基である)
    に示される構造を有し、本発明のハロゲンを含まない組成物がポリアミドフィルム上にコートされ、そして積層および熱プレスによって高温で銅箔と捲縮させられた後、次の特性:難燃性がUL94VTM−0標準に達し、90°剥離強度が0.6kg/cmより大きく(IPC TM650基準)、MITが800回より多く(JIS C6471 R=0.38)、耐高温性(260℃、10秒でのはんだフロート;IPC TM650)、耐高温性および防湿(85%RH/85 24時間での90°剥離強度が0.6kg/cmより大きい)であり、そして樹脂フロー特性が250μmより小さい、を備えていることを特徴とする組成物。
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