JP2010077382A - 熱硬化性ポリイミド樹脂組成物 - Google Patents

熱硬化性ポリイミド樹脂組成物 Download PDF

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Abstract

【課題】耐熱性、柔軟性、硬化前の保存安定性も優れる熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
【解決手段】式(1)および/または式(2)、並びに式(3)で示される構造を有する樹脂中の式(3)が有するYの含有率が50〜90重量%であるポリイミド樹脂、エポキシ樹脂およびヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)を含有する熱硬化性樹脂組成物。
Figure 2010077382

Figure 2010077382

Figure 2010077382

【選択図】なし

Description

本発明は、耐熱性、電気特性、および柔軟性に優れる硬化物が得られ、また、硬化前の保存安定性も優れ、各種耐熱性コーティング材料や電気絶縁材料、例えばプリント配線基板の層間絶縁材料、ビルドアップ材料、半導体の絶縁材料、耐熱性接着剤等の分野に好ましく用いることができる熱硬化性ポリイミド樹脂組成物に関する。
近年、電気電子産業を中心に各種分野に用いる樹脂の耐熱性、電気特性、機械物性、保存安定性の向上が要望されている。こうした中、上記要望に対して、フェノール系化合物の構造残基と、フェノール性水酸基およびイソシアネート基の反応にて生成されるウレタン結合とを有するポリウレタン樹脂と、エポキシ樹脂とを含有する樹脂組成物の硬化物は、耐熱特性は優れているが伸度が低く、柔軟性の特性が十分ではない。
特開2007−277518号公報
本発明の課題は、耐熱性、柔軟性に優れる硬化物が得られ、また、硬化前の保存安定性も優れる熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の製造方法を提供することにある。
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、下記の知見を見出した。
(1)フェノール系化合物の構造残基とフェノール性水酸基とイソシアネート基との反応にて生成されるウレタン結合とを有するポリイミド樹脂とエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物を用いて得られる硬化物は、耐熱性に優れる。
(2)上記フェノール系化合物の構造残基とフェノール性水酸基とイソシアネート基との反応にて生成されるウレタン結合とを有するポリイミド樹脂構造中に、更に、ポリオール化合物をウレタン結合で樹脂中に導入した構造を有するポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、を含有する樹脂組成物を用いて得られる硬化物は、伸度が大きく、十分な柔軟性が得られる。
(3)そして、前記ポリオール化合物をウレタン結合で樹脂中に導入した構造を有するポリイミド樹脂の中でも、得られるポリイミド樹脂中のポリオール化合物から2つの水酸基を除いた残基の含有率が50〜90重量%となるようにポリオール化合物を用いて得られるポリイミド樹脂を用いた組成物は耐熱性に加え、より柔軟性にも優れる硬化物が得られる。
(4)前記樹脂組成物は保存安定性にも優れる。
(6)前記樹脂組成物に含まれる前記ポリイミド樹脂は、2個以上のフェノール性水酸基を有するポリフェノール化合物とポリイソシアネート化合物と酸無水物とポリオール化合物を反応させることにより容易に製造することができる。
本発明は上記の知見を基に完成したものである。
即ち、本発明は、下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される構造、並びに下記一般式(3)で示される構造を有するポリイミド樹脂で、該ポリイミド樹脂中の一般式(3)で示される構造が有するYの含有率が50〜90重量%であるポリイミド樹脂(A)、エポキシ樹脂(B)およびヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)を含有することを特徴とする熱硬化性ポリイミド樹脂組成物を提供するものである。
Figure 2010077382
Figure 2010077382
Figure 2010077382
また、本発明は前記熱硬化性ポリイミド樹脂組成物を硬化させてなることを特徴とする硬化物を提供するものである。
本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物は、ポリイミド骨格の持つ耐熱性を有しながら機械物性として特に柔軟性に優れる硬化物を提供できる。従って、本発明で得られる熱硬化性ポリイミド樹脂組成物は耐熱性柔軟コーティング材料や電気絶縁材料に好適に使用できる。
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)は、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表されるようにウレタン結合としてイソシアネート基とフェノール性水酸基が連結した構造を有し、更に、前記一般式(3)で表される構造を有する。ポリイミド樹脂(A)としては、なかでも有機溶剤に溶解するポリイミド樹脂が取り扱い易いことから好ましい。
前記一般式(1)で表される構造を有するポリイミド樹脂としては、例えば、下記一般式(1−1)で表される構造を有するポリイミド樹脂等が挙げられる。
Figure 2010077382
(上記式中RxおよびRxは同一でも異なっていても良く、ポリイソシアネート化合物から二つのイソシアネート基を除いた残基を示す。Xは1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物から2個のフェノール性水酸基を除いた残基を示す。)
また、前記一般式(2)で表される構造を有するポリイミド樹脂としては、例えば、下記一般式(2−1)で表される構造を有するポリイミド樹脂等が挙げられる。
Figure 2010077382
(上記式中Rxはポリイソシアネート化合物から二つのイソシアネート基を除いた残基を示す。Xは1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物から2個のフェノール性水酸基を除いた残基を示す。)
また、前記一般式(3)で表される構造を有するポリイミド樹脂としては、例えば、下記一般式(3−1)で表される構造を有するポリイミド樹脂等が挙げられる。
Figure 2010077382
(式中、Yは1分子中に2個以上のアルコール性水酸基を有するポリオール化合物から2つの水酸基を除いた残基を示す。式中RxおよびRxは同一でも異なっていても良く、ポリイソシアネート化合物から2つのイソシアネート基を除いた残基を示す。)
ここで、前記一般式(1−1)においてRxおよび/またはRxが後述する一般式(15)のRに該当すると、一般式(15)に一般式(1)が結合した構造を有した分岐状ポリイミド樹脂となる。上記一般式(2−1)においてRxが前記一般式(15)のRに該当すると、一般式(15)に一般式(2)が結合した構造を有した分岐状ポリイミド樹脂となる。そして、前記一般式(3−1)においてRxおよび/またはRxが後述する一般式(15)のRに該当すると、一般式(15)に一般式(3)が結合した構造を有した分岐状ポリイミド樹脂となる。
前記一般式(1)及び一般式(2)中のXとしては、例えば、下記構造等が挙げられる。
Figure 2010077382
(式中Rは、単結合あるいは2価の連結基であり、Rは同一でも異なっていても良く、水素原子または炭素原子数1〜18のアルキル基を示す。)
Figure 2010077382
(式中Rは、直接結合あるいは2価の連結基であり、Rは同一でも異なっていても良く、水素原子または炭素原子数1〜18のアルキル基を示す。aとbとcとの合計は1以上である。)
Figure 2010077382
(式中Rは、水素原子または炭素原子数1〜18のアルキル基または下記式(7)で示される構造を示す。)
Figure 2010077382
Figure 2010077382
Figure 2010077382
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)としては、一般式(1)及び(2)のXとして前記一般式(4)、(5)、(6)、(8)及び(9)からなる群から選ばれる一種以上の構造を有するポリイミド樹脂が耐熱性に優れる硬化物が得られる硬化性ポリイミド樹脂組成物が得られることから好ましく、中でも、一般式(4)および一般式(5)で表される構造がより好ましく、一般式(5)で示される構造が好ましい。
前記一般式(4)や一般式(5)で示される構造中のRとしては、例えば、直接結合;カルボニル基、スルホニル基、メチレン基、イソプロピリデン基、ヘキサフルオロイソプロピリデン基、オキソ基、ジメチルシリレン基、フルオレン−9−ジイル基、およびトリシクロ[5.2.1.02,8]デカン−ジイル基等の2価の連結基等が挙げられる。Rとしては、例えば、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、およびステアリル基等の炭素原子数1〜18のアルキル基等が挙げられる。また、一般式(5)で示される構造中のRとしての炭素原子数1〜18のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、およびステアリル基等が挙げられる。
尚、本発明において、カルボニル基は下記構造式(1a)、スルホニル基は下記構造式(1b)、メチレン基は下記構造式(1c)、イソプロピリデン基は下記構造式(1d)、ヘキサフルオロイソプロピリデン基は下記構造式(1e)、オキソ基は下記構造式(1f)、ジメチルシリレン基は下記構造式(1g)、フルオレン−9−ジイル基は下記構造式(1h)、そしてトリシクロ[5.2.1.02,8]デカン−ジイル基は下記構造式(1i)で表される。これらは、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ナフタレンジオール、およびジシクロペンタジエン変性ビスフェノール等の残基である。(なお、図中の*は結合部位を表す。)また、ポリフェノール化合物、例えば、フェノールノボラック樹脂やクレゾールノボラック樹脂、ナフトールとアルキルフェノールとホルムアルデヒド縮合物とから合成されるポリフェノール樹脂等から2つの水酸基を除いた構造残基等でもよい。
Figure 2010077382
前記一般式(4)や一般式(5)で表される中のRの中でも、直接結合、前記一般式(1b)、一般式(1c)、および一般式(1d)で示される構造が溶解性、相溶性に優れる熱硬化性ポリイミド樹脂組成物が得られ、また、ポリイミド樹脂(A)を得る際の合成もしやすいことから好ましい。また、前記Rの中でも、水素原子およびメチル基が好ましい。また、前記一般式(6)中のRの中でも前記一般式(1i)で示される構造が耐熱性に優れる熱硬化性ポリイミド樹脂組成物が得られることから好ましい。尚、前記式(1i)で示される構造は以下、下記に示す式(1i)として表す。
Figure 2010077382
前記一般式(3)中のYで示される1分子中に2個以上のアルコール性水酸基を有するポリオール化合物から2つの水酸基を除いた残基(残基構造)としては、例えば、1分子中に2個以上のアルコール性水酸基を有するポリオレフィンポリオールから2つの水酸基を除いた残基、1分子中に2個以上のアルコール性水酸基を有するポリエーテルポリオールから2つの水酸基を除いた残基、1分子中に2個以上のアルコール性水酸基を有するポリカーボネートポリオールから2つの水酸基を除いた残基、1分子中に2個以上のアルコール性水酸基を有するポリエステルポリオールから2つの水酸基を除いた残基および1分子中に2個以上のアルコール性水酸基を有するポリシロキサンポリオールから2つの水酸基を除いた残基等を好ましく挙げることができる。さらにこれらの残基構造から選ばれる1種以上の残基構造及び/又は共重縮合体としてもよい。
塗膜の柔軟性に加えて特に誘電特性等を向上させたい場合は、前記一般式(3)中のYは1分子中に2個以上のアルコール性水酸基を有するポリオレフィンポリオールから2つの水酸基を除いた残基であることが好ましい。破断伸度等の機械物性と耐加水分解性とを向上させたい場合は、1分子中に2個以上のアルコール性水酸基を有するポリカーボネートポリオールから2つの水酸基を除いた残基が好ましい。
前記一般式(3)中のYとしては、硬化物の伸度が大きく、且つ、柔軟性を保有させることができることから、その数平均分子量は300〜5,000が好ましく、500〜3,000がより好ましい。また、一般式(13)中のYのガラス転移温度(Tg)としては0℃以下が好ましく、0〜−150℃がより好ましい。
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)としては、前記一般式(1)で表される構造および/または一般式(2)で表される構造ならびに一般式(3)で表される構造を有すれば良いが、中でも前記一般式(1)で表される構造、一般式(2)で表される構造及び一般式(3)で表される構造を有するポリイミド樹脂が柔軟性と耐熱性に優れる硬化物となるとともに、硬化性も良好な熱硬化性樹脂組成物が得られることから好ましい。ここで、前記一般式(1)で示される構造及び前記一般式(2)で示される構造中のXは同一でも良いし異なっていても良い。
ポリイミド樹脂(A)の中でも、前記一般式(2)で表される構造を有するポリイミド樹脂は末端にフェノール性水酸基を有しており、後述するエポキシ樹脂(B)と反応し硬化することが可能である。一般のフェノール化合物とエポキシ樹脂との硬化物では、ガラス転移温度(Tg)や耐熱性、誘電特性、機械物性、および線膨張等の面で限界があるが、前記一般式(2)で表される構造を有するポリイミド樹脂は樹脂骨格にイミド構造を有しているために従来の技術では得られない高い性能を有する硬化物を得ることが可能である。
更に、ポリイミド樹脂(A)は一般式(1)および/または一般式(2)で示される様にフェノール性水酸基とイソシアネート基とからなるウレタン結合の構造を有する。一般に、フェノール性水酸基とイソシアネート基とによるウレタン結合は解離温度が低い為、フェノールやクレゾール等の低分子モノフェノール化合物などが、イソシアネート基のブロック剤として使用されることがある。しかしながらこうしたブロック剤は、塗膜や成型物の硬化反応において解離して揮発成分となり、気泡やボイドを発生させるため好ましいものではない。本発明では、2価以上のポリフェノール化合物を用いてフェノール性水酸基の導入を行うので、硬化時の高温状況下で樹脂から解離しても揮発せず系内に残存する為、ポリイミド樹脂(A)は積極的にエポキシ樹脂との架橋反応してより硬化する。さらにイソシアネート基は、このフェノール−エポキシ間の反応により生成する水酸基とさらにウレタン化反応を行い、分子の新たな架橋構造の構築を行う。これにより、誘電特性に不利な水酸基をブロックすると考えられる。つまり、生成するウレタン結合により、樹脂骨格である剛直なイミド構造を結びつけるネットワークが形成され良好な耐熱性あるいは機械物性を発現すると本発明者らは考えている。
前記一般式(1)および/または一般式(2)、ならびに一般式(3)で表される構造を有するポリイミド樹脂としては、例えば、下記一般式(10)で表される構造を有するポリイミド樹脂等が挙げられる。
Figure 2010077382
一般式(10)においてRxはポリイソシアネート化合物から2つのイソシアネート基を除いた残基である。Bは一般式(1)、(3)、(12)、(13)、(14)で示される構造からなる群から選ばれる構造であるが、必ず一般式(3)で示される構造と、一般式(12)、(13)及び(14)からなる群から選ばれる一種以上の構造を有する。また、mは1〜100である。
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)としては、下記一般式(11)で示される構造にて分岐しているポリイミド樹脂が、他の樹脂成分との相溶性、溶剤溶解性の向上や得られる硬化塗膜の耐熱性が良好なことから好ましい。
Figure 2010077382
(式中Rはジイソシアネート化合物からイソシアネート基を除いた残基構造を示す。)
ここで、前記一般式(1)においてRxおよび/またはRxが前記一般式(11)のRに該当すると、一般式(11)に一般式(1)が結合した構造を有した分岐状ポリイミド樹脂となる。上記一般式(3)においてRxおよび/またはRxが前記一般式(11)のRに該当すると、一般式(11)に一般式(3)が結合した構造を有した分岐状ポリイミド樹脂となる。
前記一般式(11)中のRとしては、例えば、芳香族系の残基構造、脂肪属系の残基構造、および脂環族系等の残基構造等が挙げられる。中でも、炭素原子数が4から13のものを好ましく使用することができる。Rの構造は、結晶化の防止や溶解性向上の面から2種以上の構造を併用したほうが好ましい。特に芳香族系の残基構造と脂肪族あるいは脂環族の残基構造との併用が好ましい。
前記一般式(11)で示される構造にて分岐しているポリイミド樹脂は、例えば、原料としてイソシアヌレート型ポリイソシアネート化合物を用いて合成することにより得られる。
また、本発明で用いるポリイミド樹脂(A)は下記一般式(12)、下記一般式(13)または下記一般式(14)で示されるイミド結合を有するポリイミド樹脂が好ましい。
Figure 2010077382
Figure 2010077382
一般式(12)中のRはテトラカルボン酸無水物から酸無水物基を除いた残基構造を示す。一般式(13)および(14)中のRはトリカルボン酸無水物から酸無水物基とカルボキシル基とを除いた残基構造を示す。
上述したとおり、前記Rは、テトラカルボン酸無水物の酸無水物基を除いた残基である。こうした構造としては、例えば以下の構造が例示される。
Figure 2010077382
上述したとおり、前記Rは、トリカルボン酸無水物から酸無水物基とカルボキシル基を除いた残基構造である。こうした構造としては、例えば以下の構造が例示される。
Figure 2010077382
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)は、例えば、2個以上のフェノール性水酸基を有するポリフェノール化合物(a1)とポリイソシアネート(a2)と酸無水物(a3)とポリオール化合物(a4)とを、得られるポリイミド樹脂中の前記一般式(3)で示される構造が有するYの含有率が50〜90重量%となるように前記(a1)、(a2)、(a3)及び(a4)の使用量を適宜選択して反応させる製造方法により容易に得ることができる。尚、本発明で用いるポリイミド樹脂は前記一般式(3)で示される構造が有するYの含有率が50〜90重量%有することにより柔軟性と耐熱性とを兼ね備えた硬化物が得られる熱硬化性樹脂組成物が得られる。一般式(3)で示される構造が有するYの含有率が50重量%よりも小さいと柔軟性が劣る硬化物となる。また、一般式(3)で示される構造が有するYの含有率が90重量%よりも大きいと耐熱性が劣る硬化物となる。Yの含有率は60〜85重量%が好ましい。
前記2個以上のフェノール性水酸基を有するポリフェノール化合物(a1)としては、例えば、ハイドロキノン、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、エチリデンビスフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、シクロヘキシリデンビスフェノール(ビスフェノールZ)、ジメチルブチリデンビスフェノール、4,4’−(1−メチルエチリデン)ビス〔2,6−ジメチルフェノール〕、4,4’−(1−フェニルエチリデン)ビスフェノール、5,5’−(1−メチルエチリデン)ビス〔1,1’−ビフェニル−2−オール〕、ナフタレンジオール、ジシクロペンタジエン変性ビスフェノール、9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−フォスファフェナンスレン−10−オキサイドとハイドロキノンとの反応生成物等が挙げられる。
ポリフェノール化合物(a1)として、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂及びノニルフェノールノボラック樹脂等のアルキルフェノールのノボラック樹脂等の3官能以上のフェノール化合物も使用可能である。
ポリフェノール化合物(a1)としては2個のフェノール性水酸基を含有するポリフェノール化合物、つまり2官能のポリフェノール化合物を使用することが好ましい。中でも、ビスフェノールA、ビスフェノールF、およびビスフェノールS等のビスフェノール系化合物がより好ましい。
また、難燃性や耐熱性に優れる硬化物が得られることから、ポリイミド樹脂(A)を得る際に、ナフタレンジオールや9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−フォスファフェナンスレン−10−オキサイドとハイドロキノンとの反応生成物を使用することが好ましい。
尚、本発明の効果を損なわない範囲で一部、フェノールやクレゾール等の一官能性のフェノール化合物を併用しても良い。
また、2個のフェノール性水酸基を含有するポリフェノール化合物以外のポリフェノール化合物として3官能以上のポリフェノール化合物、例えば、フェノールノボラックやクレゾールノボラック、ノニルフェノールノボラック等のアルキルフェノールノボラックやザイロック型ポリフェノール樹脂等も使用できる。更に、フェノールやクレゾール等の一官能性のフェノール化合物も本発明の効果を損なわない範囲で使用できる。
前記ポリイソシアネート(a2)としては、例えば、芳香族ポリイソシアネート化合物、脂肪族ポリイソシアネート化合物等が挙げられる。
前記芳香族ポリイソシアネート化合物としては、例えば、p−フェニレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−キシレンジイソシアネート、m−キシレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3′−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアネート、3,3′−ジエチルジフェニル−4,4′−ジイソシアネート、m−キシレンジイソシアネート、p−キシレンジイソシアネート、1,3−ビス(α,α−ジメチルイソシアナートメチル)ベンゼン、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、ジフェニレンエーテル−4,4′−ジイソシアネート、およびナフタレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート化合物等が挙げられる。
前記脂肪族ポリイソシアネート化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、トリメチルヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、水素添加キシレンジイソシアネート、およびノルボヌレンジイソシアネート等が挙げられる。
また前記ポリイソシアネート化合物(a2)として、前記ポリイソシアネート化合物(a2)と各種ポリオール成分とをイソシアネート基過剰で予め反応させたイソシアネートプレポリマーを使用または併用することも可能である。
本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物に用いるポリイミド樹脂(A)は、分岐構造をとることにより、溶剤溶解性や硬化剤等その他の樹脂成分との相溶性が向上するためより好ましい。かかる分岐の手法としては、ポリイソシアネート化合物(a2)のイソシアヌレート体であるイソシアヌレート環を有する3官能以上のポリイソシアネート化合物の単独、あるいはこうしたイソシアヌレート型ポリイソシアネート化合物と他のポリイソシアネートとの混合物を使用することが好ましい。
前記イソシアヌレート環を有するポリイソシアネート化合物は、例えば、1種または2種以上のジイソシアネート化合物を第4級アンモニウム塩等のイソシアヌレート化触媒の存在下あるいは非存在下において、イソシアヌレート化することにより得られるものであって、3量体、5量体、7量体等のイソシアヌレートの混合物からなるもの等が挙げられる。前記ポリイソシアネート化合物のイソシアヌレート体の具体例としては、イソホロンジイソシアネートのイソシアヌレート型ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型ポリイソシアネート、水素添加キシレンジイソシアネートのイソシアヌレート型ポリイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネートのイソシアヌレート型ポリイソシアネート等脂肪族系ポリイソシアネート類やジフェニルメタンジイソシアネートのイソシアヌレート型ポリイソシアネート、トリレンジイソシアネートのイソシアヌレート型ポリイソシアネート、キシレンジイソシアネートのイソシアヌレート型ポリイソシアネート、ナフタレンジイソシアネートのイソシアヌレート型ポリイソシアネート等が挙げられる。
ポリイソシアネート化合物(a2)としては、ジイソシアネート化合物とイソシアヌレート環を有するジイソシアネート化合物と併用する場合はジイソシアネート化合物として、芳香族ジイソシアネートを、イソシアヌレート型ポリイソシアネートとして脂肪族ジイソシアネートのイソシヌレート型ポリイソシアネートおよび/または脂環式ジイソシアネートのイソシヌレート型ポリイソシアネートを含有する混合物を用いるのが好ましい。
前記ポリイソシアネート化合物(a2)としては、脂肪族ジイソシアネート化合物を用いると溶解性に優れる熱硬化性ポリイミド樹脂組成物が得られ、且つ、電気特性が良好な硬化塗膜が得られることからより好ましい。更に柔軟性に優れる硬化塗膜が得られることからトリメチルヘキサンジイソシアネートが好ましい。
前記酸無水物(a3)としては、例えば、1個の酸無水物基を有する酸無水物や2個の酸無水物基を有する酸無水物等が挙げられる。前記1個の酸無水物基を有する酸無水物としては、例えば、無水トリメリット酸、ナフタレン−1,2,4−トリカルボン酸無水物等の芳香族トリカルボン酸無水物等が挙げられる。
前記2個の酸無水物基を有する酸無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、ベンゾフェノン−3,3′,4,4′−テトラカルボン酸二無水物、ジフェニルエーテル−3,3′,4,4′−テトラカルボン酸二無水物、ベンゼン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、ビフェニル−3,3′,4,4′−テトラカルボン酸二無水物、ビフェニル−2,2′,3,3′−テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、デカヒドロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、4,8−ジメチル−1,2,3,5,6,7−ヘキサヒドロナフタレン−1,2,5,6−テトラカルボン酸二無水物、2,6−ジクロロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、2,7−ジクロロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−テトラクロロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、フェナントレン−1,3,9,10−テトラカルボン酸二無水物、ベリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,3−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、
エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、プロピレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、ブタンジオールビスアンヒドロトリメリテート、ヘキサメチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、ポリエチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、ポリプロピレンレングリコールビスアンヒドロトリメリテートやその他アルキレングリコールビスアンヒドロキシトリメリテートなどが挙げられる。
前記酸無水物(a3)のなかでもピロメリット酸二無水物、ベンゾフェノン−3,3′,4,4′−テトラカルボン酸二無水物、ジフェニルエーテル−3,3′,4,4′−テトラカルボン酸二無水物、ビフェニル−3,3′,4,4′−テトラカルボン酸二無水物、ビフェニル−2,2′,3,3′−テトラカルボン酸二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテートが好ましい。
酸無水物(a3)としては、これらの1種又は2種以上を用いることが可能である。また、芳香族テトラカルボン酸二酸無水物に芳香族トリカルボン酸無水物や芳香族テトラカルボン酸一酸無水物を混合して使用してもよい。
前記ポリオール化合物(a4)としては、例えば、ポリオレフィンポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリオール、ポリシロキサンポリオール等が挙げられる。ポリオール化合物(a4)は単独あるいは2種以上を併用しても良い。また、ポリオール化合物(a4)としては、前記ポリオレフィンポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリオール、ポリシロキサンポリオール等の2種以上の共重縮合構造を有するポリオール類も使用しても良い。
前記ポリオレフィンポリオールとしては、例えば、ポリオレフィン構造やポリジエン構造を有するポリオール化合物等が挙げられる。具体的には、例えば、ポリエチレン系ポリオール、ポリプロピレン系ポリオール、ポリブタジエンポリオール、水素添加ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、水素添加ポリイソプレンポリオール等が挙げられる。ポリオレフィンポリオールとしてはポリブタジエンポリオールおよび/または水素添加ポリブタジエンポリオールが好ましく、なかでも、水素添加ポリブタジエンポリオールがより好ましく、ポリオレフィンジオールが更に好ましい。また、ポリオレフィンポリオールとしては脂肪族構造部分の数平均分子量が300〜6,000のポリオレフィンポリオールが好ましい。
前記ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリブチレングリコール等アルキレンエーテルポリオールやこれらポリアルキレンポリオールの共重合体が挙げられる。また、単独で用いても2種類以上併用しても良い。
前記ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、プロピレンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、メチルペンタンジオール、シクロヘキサンジメタノール等から得られるポリアルキレンカーボネートポリオールやビスフェノールAやビスフェノールF,S等のアルキレンオキサイド付加ジオール等から得られるポリカーボネートポリオールやこれらの共重合体等が挙げられる。
前記ポリエステルポリオールとしては、例えば、アルキレンジオールと多価カルボン酸とのエステル化物、あるいは多価カルボン酸のアルキルエステルとのエステル交換反応物、εカプロラクトン系ポリラクトンポリオール等のポリラクトンポリオール等が挙げられる。
前記ポリシロキサンポリオールとしては、例えば、ジメチルポリシロキサンポリオールやメチルフェニルポリシロキサンポリオール等挙げられる。
本発明で用いるポリオール化合物(a4)としては、特に誘電特性等を向上させたい場合は、ポリオレフィンポリオールやポリシロキサンポリオールが好ましく、物性と耐加水分解性を向上させたい場合は、ポリカーボネートポリオールが好ましい。
本発明で用いるポリオール化合物(a4)としては、水酸基を1.5〜4個有するポリオール化合物が合成しやすいので好ましく、水酸基を2個有するポリオール化合物(ジオール化合物)がより好ましい。
前記ジオール化合物の中でも、ポリオレフィンジオール、ポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール、ポリエステルジオール、ポリシロキサンジオールからなる群から選ばれる1種以上のポリオール化合物が種々の物性が良好なポリイミド樹脂が得られることから好ましい。
また、前記ポリオール化合物(a4)としては、十分な伸度が得られ、且つ、強度も強い塗膜が得られることから数平均分子量300〜5,000のポリオール化合物が好ましく、数平均分子量500〜3,000がより好ましい。ポリオール化合物(a4)のTgは0℃以下であることが硬化物の伸度を高く設計できる点で好ましく、0〜−150℃がより好ましい。
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)を製造する際にはポリイソシアネート化合物(a2)に対してポリフェノール化合物(a1)と酸無水物(a3)とポリオール化合物(a4)がおのおの反応する。末端をフェノール性水酸基として残存させる為にポリフェノール化合物(a1)中のフェノール性水酸基:m(a1)モルと酸無水物(a3)中の酸無水物基:m(a3)モルとポリオール化合物(a4)中のアルコール性水酸基m(a4)モルとの合計モル量がポリイソシアネート化合物(a2)中のイソシアネート基:m(a2)モルより大きくなる条件で反応させることが好ましい。特に好ましい範囲として合成上の安定性や硬化物の各種性能の面で、〔{m(a1)+m(a3)+m(a4)}/m(a2)〕が1から10の範囲であり、より好ましくは1.1から7の範囲である。またm(a2)とm(a3)とm(a4)の合計のモル数に対してm(a2)、m(a3)、m(a4)はおのおの5%以上存在していることがより好ましく、10%以上存在していることがより好ましい。
反応は、イソシアネート基がほぼ全て反応するまで行った方が得られるポリイミド樹脂の安定性が良好となることから好ましい。また、若干残存するイソシアネート基に対して、アルコールや、フェノール化合物、オキシム化合物等を添加し反応させても良い。
本発明のポリイミド樹脂の製造方法は1段反応で製造を行っても、2段以上の反応工程を有する反応で製造を行っても良い。1段反応で製造を行う場合は、例えば、反応容器にポリフェノール化合物(a1)とポリイソシアネート化合物(a2)と酸無水物(a3)とポリオール化合物(a4)等の原料を仕込み、攪拌を行いながら昇温することでイミド化反応とウレタン化反応とを行うことにより製造することができる。2段以上の反応工程を有する反応で製造する場合には例えば、以下の方法等が挙げられる。
1.ポリイソシアネート化合物(a2)の存在下に酸無水物(a3)を仕込んで(混合して)イミド化反応中あるいはイミド化反応後に、残存するイソシアネート基とポリフェノール化合物(a1)のフェノール性水酸基とポリオール化合物(a4)のアルコール性水酸基とを反応させて、ウレタン化反応を行う方法
2.ポリフェノール化合物(a1)とポリオール化合物(a4)とポリイソシアネート化合物(a2)とを仕込んでウレタン化反応中あるいはウレタン化反応後、残存するイソシアネート基と酸無水物(a3)の酸無水物基とを反応させてイミド化反応を行う方法
3.ポリフェノール化合物(a1)および/またはポリオール化合物(a4)存在下に酸無水物(a3)を仕込んで(混合して)、反応中あるいは反応後にポリイソシアネート化合物(a2)を添加してウレタン化反応とイミド化反応を行う方法。
4.ポリイソシアネート化合物(a2)とポリオール化合物(a4)とを仕込んで(混合して)ウレタン化反応を行って、ポリフェノール化合物(a1)を添加し更にウレタン化反応させた後、更に酸無水物(a3)を添加し残存するイソシアネート基と酸無水物基とのイミド化反応を行う方法。
5.ポリイソシアネート化合物(a2)とポリオール化合物(a4)とを仕込んで(混合して)ウレタン化反応を行った後、ポリフェノール化合物(a1)と酸無水物(a3)を添加し残存するイソシアネート基と酸無水物基とのイミド化反応及びポリイソシアネート化合物(a2)とポリフェノール化合物(a1)とのウレタン化反応を行う方法。
6.ポリイソシアネート化合物(a2)とポリオール化合物(a4)とを仕込んで(混合して)ウレタン化反応を行った後、酸無水物(a3)を添加し、イソシアネート基と酸無水物基とのイミド化反応を行い、更にポリフェノール化合物(a1)を添加し反応させる方法。
前記製造方法の中でも6.の方法が末端にポリフェノール化合物が存在する可能性が高く、エポキシ樹脂との硬化性を向上させることができることから好ましい。
2個以上のフェノール性水酸基を有するポリフェノール化合物(a1)とポリイソシアネート化合物(a2)と酸無水物(a3)とポリオール化合物(a4)とを反応させる際の反応温度は50℃から250℃の範囲で行うことが可能であり、反応速度と副反応防止の面から70℃から180℃の温度で行うことが好ましい。
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)を製造する際に2個以上のフェノール性水酸基を有するポリフェノール化合物(a1)と、ポリイソシアネート化合物(a2)と、酸無水物(a3)と、ポリオール化合物(a4)を、(a1)、(a2)〔トリメチルヘキサンジイソシアネートとポリイソシアネート化合物(a2)の合計重量〕、(a3)、(a4)の合計重量に対してそれぞれ5〜50重量%、10〜70重量%、10〜70重量%、10〜70重量%となるように用いて反応させるのが好ましい。
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)を製造するに際して、有機溶剤を使用することと均一な反応を進行できるため好ましい。ここで有機溶剤は、系中にあらかじめ存在させてから反応を行っても、途中で導入してもよい。また、この反応に際して適切な反応速度を維持するために系中の有機溶剤の割合は、反応系の80重量%以下であるが好ましく、10〜70重量%であることがより好ましい。かかる有機溶剤としては、原料成分としてイソシアネート基を含有する化合物を使用するため、水酸基やアミノ基等の活性プロトンを有しない非プロトン性極性有機溶剤が好ましい。
前記非プロトン性極性有機溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルフォキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトンなどの極性有機溶媒を使用することができる。また、溶解可能であれば、その他エーテル系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、石油系溶剤等を使用しても良い。また、各種溶剤を混合して使用しても良い。
かかるエーテル系溶剤としては、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル等のエチレングリコールジアルキルエーテル類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジブチルエーテル等のポリエチレングリコールジアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のポリエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;
プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル等のプロピレングリコールジアルキルエーテル類;ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジブチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジブチルエーテル等のポリプロピレングリコールジアルキルエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;低分子のエチレン−プロピレン共重合体等の共重合ポリエーテルグリコールのジアルキルエーテル類;共重合ポリエーテルグリコールのモノアセテートモノアルキルエーテル類;共重合ポリエーテルグリコールのアルキルエステル類;共重合ポリエーテルグリコールのモノアルキルエステルモノアルキルエーテル類等が挙げられる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。ケトン系溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等が挙げられる。また、石油系溶剤として、トルエン、キシレンやその他高沸点の芳香族溶剤等や、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族、脂環族溶剤を使用することも可能である。
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)の調製に際し、種々のイミド化触媒を用いてイミド化反応を進めても良い。イミド化触媒としては、例えば、テトラメチルブタンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、N,N'ージメチルピペリジン、αーメチルベンジルジメチルアミン、N−メチルモルホリン、トリエチレンジアミン等の三級アミンや、ジブチル錫ラウレート、ジメチル錫ジクロライド、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸亜鉛等の有機金属触媒等が挙げられる。イミド化触媒は単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。イミド化触媒としてはトリエチレンジアミンが好ましい。
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)は前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される構造、並びに下記一般式(3)で示される構造を有するポリイミド樹脂で、該ポリイミド樹脂中の一般式(3)で示される構造が有するYの含有率が50〜90重量%である。Yの含有率としては耐熱性と柔軟性に優れる硬化塗膜が得られる樹脂組成物となることから60〜90重量%が好ましく、60〜80重量%がより好ましい。
本発明において、ポリイミド樹脂(A)中の一般式(3)で示される構造が有するYの含有率は下記の方法に従って求めることができる。例えば、第一の方法として、ポリイミド樹脂(A)を合成する際に用いる少なくとも2個のアルコール性水酸基を有するポリオール化合物(a4)の使用量が分かる場合、使用したポリオール(a4)中の水酸基分の重量を差し引いた値(重量)を求め、この値(重量)の得られるポリイミド樹脂(A)の重量に対する重量百分率を求めることにより得られる。また、第二の方法としてポリイミド樹脂(A)を合成した際に用いたポリオール化合物(a4)の使用量が分からない場合、ポリイミド樹脂(A)に有機アミン(例えば、トリエチルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、エタノールアミン、ジエタノールアミン等)や無機アルカリ(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等)を添加し、ポリイミド樹脂(A)中のウレタン結合を切断する。この切断によりポリイミド樹脂(A)からYが遊離してくるので、この遊離したYを抽出により分離・分析し、この分析結果から重量を求め、この値(重量)の得られるポリイミド樹脂(A)の重量に対する重量百分率を求めることにより得られる。尚、ポリイミド樹脂(A)の合成の際に用いるポリオール(a4)の使用量が分かっている場合でも前記第二の方法を用いても良い。
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)の重量平均分子量は溶剤溶解性が良好な熱硬化性ポリイミド樹脂組成物が得られ、且つ、種々の物性に優れる硬化塗膜が得られることから800〜50,000が好ましく、1,000〜20,000がより好ましい。
本発明で用いるポリイミド樹脂(A)のフェノール性水酸基当量は、400〜10000が好ましい。
尚、本発明で用いるポリイミド樹脂(A)等の樹脂の重量平均分子量の測定は、ゲルパーミエーションクロマトグラフを用い、下記の条件でポリスチレン換算により求めた。
測定装置 ; 東ソー株式会社製 HLC−8220GPC
カラム ; 東ソー株式会社製ガードカラムSUPER HZ−H
+東ソー株式会社製 TSKgel SUPER HZm−mを4本
検出器 ; RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製 GPC−8020
測定条件: カラム温度 40℃
溶媒 テトラヒドロフラン
流速 0.35ml/min
標準 ;ポリスチレン
試料 ;樹脂固形分換算で0.2重量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィルターでろ過したもの(100ml)
本発明で用いるエポキシ樹脂(B)は分子内に2個以上のエポキシ基を有していることが好ましい。こうした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S型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂;フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型ノボラック等のノボラック型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエンと各種フェノール類と反応させて得られる各種ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂のエポキシ化物;2,2′,6,6′−テトラメチルビフェノールのエポキシ化物等のビフェニル型エポキシ樹脂;ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂;フルオレン骨格を有するエポキシ樹脂等の芳香族系エポキシ樹脂やこれら芳香族系エポキシ樹脂の水素添加物;ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等の脂肪族エポキシ樹脂;3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビス−(3,4−エポキヒシクロヘキシル)アジペート等の脂環式エポキシ樹脂;トリグリシジルイソシアヌレート等のごときヘテロ環含有エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、芳香族系エポキシ樹脂が、硬化塗膜の機会物性に優れる熱硬化性ポリイミド樹脂組成物が得られることから好ましく、中でもノボラック型エポキシ樹脂がより好ましい。
本発明で用いるヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)とは、水酸基に対して少なくともオルト位に置換基を有するフェノール性化合物をいう。ヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)を用いることにより、主に、前記ポリイミド樹脂(A)をエポキシ樹脂(B)で硬化させる際のラジカル連鎖禁止剤効果によって、硬化物の柔軟性を高める効果がある。
本発明で用いるヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)としては、例えば、1,3,5−トリス[(4−Tert−ブチル−3−ヒドロキシー2,6−キシリル)メチル]−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、2,6−ジ−Tert−ブチル−4−(4,6−ビス(オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ)フェノール、2´,3−ビス[[3−[3,5−ジ−Tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジド、モノ−t−ブチル−p−クレゾール、モノ−t−ブチル−m−クレゾール、4−t−ブチルカテコール、2,5−ジ−t−ブチルハイドロキノン、2,5−ジ−t−アミルハイドロキノン、プロピルガレード、4,4´−メチレンビス(2,6−t−ブチルフェノール)、4,4´−イソプロピリデンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)、4,4´−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、ブチルヒドロキシアニソール、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、2,6−ジ−t−ブチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、2,4,6−トリ−t−ブチルフェノール、4−ハイドロキシメチル−2,6−ジ−t−ブチル、オクタデシル−3−(4−ハイドロキシ−3´,5´−ジ−t−ブチルフェニル)プロピオネート、ジステアリル(4−ハイドロキシ−3−メチル−5−t−ブチル)ベンジルマロネート、6−(4−ハイドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)2,4−ビスオクチルチオ−1,3,5−トリアジン、2,6−ジフェル−4−オクタデカノキシフェノール、2,2´−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェール)、2,2´−メチレンビス(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2´−イソブチリデンビス(4,6−ジメチルフェノール)、2,2´−ジハイドロキシ−3,3´−ジ−(α−メチルシクロヘキシル)−5,5´−ジメチルジフェニルメタン、2,2´−メチレンビス(4−メチル−6−シクロヘキシルフェノール)、トリス〔β−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ハイドロキシフェニル)プロピオニルオキシエチル〕イソシアヌレート、1,3,5−トリス(2,6−ジメチル−3−ハイドロキシ−4−t−ブチルベンジル)イソシアヌレート、トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ハイドロキシフェノール)イソシアヌレート、1,1,3´−トリス(2−メチル−4−ハイドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、2,6−ビス(2´−ハイドロキシ−3´−t−ブチル−5´−メチルベンジル)4−メチルフェノール、N,N´−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ハイドロキシハイドロシンナメート)、ヘキサメチレングルコールビス〔β−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ハイドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリエチレングリコールビス〔β−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、テトラキス〔メチレン−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ハイドロキシフェニル)プロピオネート〕メタン、1,3,5,−トリス(3,5−ジ−Tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンが挙げられる。ヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)は一種類のみを用いてもよく、また、二種類以上を併用してもよい。
本発明で用いるヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)としては、ポリイミド樹脂(A)中のY構造の酸化劣化をより防ぐことができることから、1,3,5−トリス[(4−Tert−ブチルー3−ヒドロキシ−2,6−キシリル)メチル]−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、2,6−ジ−Tert−ブチル−4−(4,6−ビス(オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ)フェノール、2´,3−ビス[[3−[3,5−ジ−Tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジドからなる群から選ばれる一種以上の酸化防止剤が好ましい。
本発明の熱硬化性組成物中のヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)の含有量としては、柔軟な硬化物が得られることから、ポリイミド樹脂(A)、エポキシ樹脂(B)およびヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)の合計100重量部に対して0.0001〜10重量部が好ましく、0.0005〜5重量部がよりこのましく、さらには0.1〜3重量部がより好ましい。
更に、本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物には、必要に応じてヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)以外の酸化防止剤を含有させても良い。ヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)以外の酸化防止剤以外の酸化防止剤としては、例えば、イオウ系酸化防止剤やリン系酸化防止剤およびヒドロキシルアミン系酸化防止剤からなる群から選ばれる一種以上の酸化防止剤(D)を好ましく挙げる事ができる。酸化防止剤(D)としては、中でも、リン系酸化防止剤およびヒドロキシルアミン系酸化防止剤の混合物が好ましい。酸化防止剤(D)はイオウ原子、リン原子又は窒素原子を有しており、主に、前記熱硬化性ポリイミド樹脂(A)をエポキシ樹脂(B)で硬化させる際の過酸化物分解剤効果によって、硬化物の柔軟性を高める効果がある。
前記イオウ系酸化防止剤としては、例えば、ジラウリル−3,3´−チオジプロピオネート、ラウジリルチオジチオネート、ジトリデシル−3,3´−チオジプロピオネート、ジミリスチル−3,3´−チオジプロピオネート、ジステアリル−3,3´−チオジプロピオネート、テトラキス−メチレン−3−ラウリルチオプロピオネートメタン、ジステアリル−3,3´−メチル−3,3´−チオジプロピオネート、ラウリルステアリル−3,3´−チオジプロピオネート、ビス[2−メチル−4−(3−n−アルキルチオプロピオニルオキシ)−5−t−ブチルフェニル]スルフィド、β−ラウリルチオプロピオネート、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプト−5−メチルベンゾイミダゾール等が挙げられる。
前記リン系酸化防止剤としては、例えば、トリス(イソデシル)フォスファイト、トリス(トリデシル)フォスファイト、フェニルジイソオクチルフォスファイト、フェニルジイソデシルフォスファイト、フェニルジ(トリデシル)フォスファイト、ジフェニルイソオクチルフォスファイト、ジフェニルイソデシルフォスファイト、ジフェニルトリデシルフォスファイト、フォスフォン酸[1,1−ジフェニル−4,4´−ジイルビステトラキス−2,4−ビス(1,1−ジメチルエチル)フェニル]エステル、トリフェニルフォスファイト、トリス(ノニルフェニル)フォスファイト、4,4´−イソプロピリデンジフェノールアルキルフォスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト、トリス(ビフェニル)フォスファイト、ジステアリルペンタエリスリトールジフォスファイト、ジ(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジフォスファイト、ジ(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジフォスファイト、フェニルビスフェノールAペンタエリスリトールジフォスファイト、テトラ(トリデシル)−4,4´−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)ジフォスファイト、ヘキサ(トリデシル)−1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタントリフォスファイト、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジルフォスフェートジエチルエステル、ソディウム−ビス(4−t−ブチルフェニル)フォスフェート、ソディウム−2,2´−メチレン−ビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)フォスフェート、1,3−ビス(ジフェノキシフォスフォニルオキシ)ベンゼン等のリン系二次酸化防止剤が挙げられる。
前記ヒドロキシルアミン系酸化防止剤としては、例えば、ジオクタデシルヒドロキシルアミン等のジアルキルアミン、N,O―ジアルキルヒドロキシルアミン、1−ナフトヒドロキサム酸、4,5−ジブロモ−N−メトキシ−N−メチル−2−フランカルボキサミド、4−(ヒドロキシアミノ)キノリンN−オキシド、アセトヒドロキサム酸、ベンゼンスルホヒドロキサム酸、ベンゾヒドロキサム酸、ヒドロキシ尿素、L−カナバニン硫酸塩水和物、N,N´−ジメトキシ−N,N´−ジメチルオキサミド、N,N,O−トリアセチルヒドロキシルアミン、N,N,O−トリス(トリメチルシリル)ヒドロキシルアミン、N,N−ジベンジルヒドロキシルアミン、N,N−ジエチルヒドロキシルアミン、N,O−ビス(トリフルオロアセチル)ヒドロキシルアミン、N,O−ビス(トリメチルシリル)ヒドロキシルアミン、N,O−ジメチルヒドロキシルアミン塩酸塩、N−(ジエチルカルバモイル)−N−メトキシホルムアミド、N−(tert−ブチル)ヒドロキシルアミン塩酸塩、N−ベンゾイル−N−フェニルヒドロキシルアミン、N−カルボベンゾキシヒドロキシルアミン、N−シンナモイル−N−(2,3−キシリル)ヒドロキシルアミン、N−ヒドロキシウレタン、N−メトキシ−N,O−ビス(トリメチルシリル)カルバマート、N−メトキシ−N−メチル−2−フランカルボキサミド、N−メトキシ−N−メチルアセトアミド、N−メトキシジアセトアミド、N−メチル−2−ジメチルアミノアセトヒドロキサム酸、N−メチル−N,O−ビス(トリメチルシリル)ビドロキシルアミン、N−メチルフロヒドロキサム酸、N−メチルヒドロキシルアミン塩酸塩、オクタノヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、ベンゾヒドロキサム酸ナトリウム水和物、オクタノヒドロキサム酸ナトリウム水和物、N−(ベンジルオキシ)カルバミン酸tert−ブチル、N−ヒドロキシカルバミン酸tert−ブチル、[ビス(4−メトキシフェニル)ホスフィニルオキシ]カルバミン酸tert−ブチル、4,5−ジブロモ−N−メトキシ−N−メチル−2−フランカルボキサミド、カルボキシメトキシルアミンヘミ塩酸塩、ヒドロキシルアミン−O−スルホン酸、L−カナバニン硫酸塩水和物、N,N´−ジメトキシ−N,N´−ジメチルオキサミド、N,N,O−トリアセチルヒドロキシルアミン、N,N,O−トリス(トリメチルシリル)ヒドロキシルアミン、N,O−ビス(トリフルオロアセチル)ヒドロキシルアミン、N,O−ビス(トリメチルシリル)ヒドロキシルアミン、N,O−ジメチルヒドロキシルアミン塩酸塩、N−(ジエチルカルバモイル)−N−メトキシホルムアミド、N−メトキシ−N,O−ビス(トリメチルシリル)カルバマート、N−メトキシ−N−メチル−2−フランカルボキサミド、N−メトキシ−N−メチルアセトアミド、N−メトキシジアセトアミド、N−メチル−N,O−ビス(トリメチルシリル)ビドロキシルアミン、O−(2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンジル)ヒドロキシルアミン塩酸塩、O−(2−トリメチルシリルエチル)ヒドロキシルアミン塩酸塩、O−(トリメチルシリル)ヒドロキシルアミン、O−4−ニトロベンジルヒドロキシルアミン塩酸塩、O−アリルヒドロキシルアミン塩酸塩、O−ベンジルヒドロキシルアミン塩酸塩、O−イソブチルヒドロキシルアミン塩酸塩、O−メチルヒドロキシルアミン塩酸塩、N−(ベンジルオキシ)カルバミン酸tert−ブチル、[ビス(4−メトキシフェニル)ホスフィニルオキシ]カルバミン酸tert−ブチル等が挙げられる。
酸化防止剤(D)の中でも、リン系酸化防止剤およびヒドロキシルアミン系酸化防止剤の混合物が好ましいが、この混合物の中でもトリス(2,4−ジ−Tert−ブチルフェニル)フォスファイトとジオクタデシルヒドロキシルアミンとの混合物がより好ましい。
本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物にヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)以外の酸化防止剤を含有させる場合、該酸化防止剤の含有量としては、ポリイミド樹脂(A)、エポキシ樹脂(B)、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)および該酸化防止剤の合計100重量部に対して0.0001〜10重量部が均一に柔軟な硬化物を得る理由から好ましく、0.0005〜5重量部がより好ましく、さらには0.1〜3重量部がより好ましい。
そして、本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物に酸化防止剤(D)を含有させる場合、該酸化防止剤の含有量としては、ポリイミド樹脂(A)、エポキシ樹脂(B)、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)ならびにイオウ系酸化防止剤および/またはリン系酸化防止剤(D)の合計100重量部に対して0.0001〜10重量部が柔軟な硬化物を得る理由から好ましく、0.0005〜5重量部がより好ましく、さらには0.1〜3重量部がより好ましい。
また、前記酸化防止剤(D)としてリン系酸化防止剤およびヒドロキシルアミン系酸化防止剤の混合物を用いる場合のそれぞれの使用量としては、重量比で、リン系酸化防止剤:ヒドロキシルアミン系酸化防止剤=1:0.9〜9が好ましく、1:0.3〜0.7がより好ましい。
前記ポリイミド樹脂(A)とエポキシ樹脂(B)との配合量は、樹脂分の重量比として(A)/(B)が1/100から50/1の割合で使用することができ、さらに好ましくは、1/10から20/1である。
本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物には、更に、前記ポリイミド樹脂(A)が有するフェノール性水酸基と反応する化合物を添加することができる。具体的には、例えば、前記エポキシ樹脂(B)以外のエポキシ化合物、イソシアネート化合物、シリケート、およびアルコキシシラン化合物等が挙げられる。
前記イソシアネート化合物としては、例えば、芳香族系のイソシアネート化合物、脂肪族系のイソシアネート化合物および脂環族系のイソシアネート化合物等が使用できる。好ましくは、1分子中に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物が好ましい。また、ブロックイソシアネート化合物も使用可能である。
更に本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物にはポリエステル、フェノキシ樹脂、PPS樹脂、PPE樹脂、ポリアリレーン樹脂等のバインダー樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アルコキシシラン系硬化剤、多塩基酸無水物、シアネート化合物等の硬化剤あるいは反応性化合物やメラミン、ジシアンジアミド、グアナミンやその誘導体、イミダゾール類、アミン類、水酸基を1個有するフェノール類、有機フォスフィン類、ホスホニュウム塩類、4級アンモニュウム塩類、光カチオン触媒等の硬化触媒や硬化促進剤、さらにフィラー、その他添加剤等添加することも可能である。
また、上記硬化促進剤として、ウレタン化触媒の併用が好ましい。かかるウレタン化触媒としては、例えば、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン‐7(以下DBU)やその有機塩化合物、トリエチレンジアミン、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート等のジアルキル錫のアルキルエステル類、ビスマスのカルボキシレート等挙げられる。
本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の調製法には、特に限定はないが各種成分を機械的に混合しても、熱溶融により混合しても、溶剤に希釈してから混合しても良い。
また、本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物は、更に必要に応じて、種々の充填材、有機顔料、無機顔料、体質顔料、防錆剤等を添加することができる。これらは単独でも2種以上を併用してもよい。
前記充填材としては、例えば、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化けい素酸粉、微粒状酸化けい素、シリカ、タルク、クレー、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、水酸化アルムニウム、雲母等が挙げられる。
前記有機顔料としては、アゾ顔料;フタロシアニン・ブルー、フタロシアニン・グリーンの如き銅フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料等が挙げられる。
前記無機顔料としては、例えば、黄鉛、ジンククロメート、モリブデート・オレンジの如きクロム酸塩;紺青の如きフェロシアン化物、酸化チタン、亜鉛華、ベンガラ、酸化鉄;炭化クロムグリーンの如き金属酸化物、カドミウムイエロー、カドミウムレッド;硫化水銀の如き金属硫化物、セレン化物;硫酸鉛の如き硫酸塩;群青の如き珪酸塩;炭酸塩、コバルト・バイオレッド;マンガン紫の如き燐酸塩;アルミニウム粉、亜鉛末、真鍮粉、マグネシウム粉、鉄粉、銅粉、ニッケル粉の如き金属粉;カーボンブラック等が挙げられる。
また、その他の着色、防錆、体質顔料のいずれも使用することができる。これらは単独でも2種以上を併用してもよい。
本発明の硬化物は、本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物を硬化させてなる。この硬化物は、例えば、回路基板の絶縁層として好適に用いることができる。
本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物は、フレキシブル回路基板の製造用として好適な形態である、熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層(A層)及び支持体フィルム(B層)からなる接着フィルムの形態で使用することができる。
接着フィルムは、種々の方法に従って、例えば、本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物を有機溶剤に溶解した樹脂ワニスを調製し、支持体フィルムにこの樹脂ワニスを塗布し、加熱又は熱風吹きつけ等により有機溶剤を乾燥させて熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層を形成させることにより製造することができる。
支持体フィルム(B層)は、接着フィルムを製造する際の支持体となるものであり、フレキシブル回路基板の製造において、最終的には剥離または除去されるものである。支持体フィルムとしては、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」と略称することがある。)、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、更には離型紙や銅箔等の金属箔などを挙げることができる。なお、銅箔を支持体フィルムとして使用する場合は、塩化第二鉄、塩化第二銅等のエッチング液でエッチングすることにより除去することができる。支持フィルムはマット(mat)処理、コロナ処理の他、離型処理を施してあってもよいが、剥離性を考慮すると離型処理が施されている方がより好ましい。支持フィルムの厚さは特に限定されないが、通常10〜150μmであり、好ましくは25〜50μmの範囲で用いられる。
ワニスを調製するための有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、カルビトールアセテート等の酢酸エステル類、セロソルブ、ブチルカルビトール等のカルビトール類、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を挙げることができる。有機溶剤は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
乾燥条件は特に限定されないが、接着フィルムの接着能力を保持するため、乾燥時に熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の硬化をできる限り進行させないことが重要となる。また、接着フィルム内に有機溶剤が多く残留すると、硬化後に膨れが発生する原因となるため、熱硬化性ポリイミド樹脂組成物中への有機溶剤の含有割合が通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下となるように乾燥させる。具体的な乾燥条件は、熱硬化性樹脂組成物の硬化性やワニス中の有機溶媒量によっても異なるが、例えば30〜60質量%の有機溶剤を含むワニスにおいては、通常80〜120℃で3〜13分程度乾燥させることができる。当業者は、簡単な実験により適宜、好適な乾燥条件を設定することができる。
熱硬化性樹脂組成物層(A層)の厚さは通常5〜500μmの範囲とすることができる。A層の厚さの好ましい範囲は接着フィルムの用途により異なり、ビルドアップ工法により多層フレキシブル回路基板の製造に用いる場合は、回路を形成する導体層の厚みが通常5〜70μmであるので、層間絶縁層に相当するA層の厚さは10〜100μmの範囲であるのが好ましい。
A層は保護フィルムで保護されていてもよい。保護フィルムで保護することにより、樹脂組成物層表面へのゴミ等の付着やキズを防止することができる。保護フィルムはラミネートの際に剥離される。保護フィルムとしては支持フィルムと同様の材料を用いることができる。保護フィルムの厚さは特に限定されないが、好ましくは1〜40μmの範囲である。
本発明の接着フィルムは特に多層フレキシブル回路基板の製造に好適に使用することができる。以下に、多層フレキシブル回路基板を製造する方法について説明する。本発明の接着フィルムは真空ラミネーターにより好適にフレキシブル回路基板にラミネートすることができる。ここで使用するフレキシブル回路基板は、主として、ポリエステル基板、ポリイミド基板、ポリアミドイミド基板、液晶ポリマー基板等の基板の片面又は両面にパターン加工された導体層(回路)はもちろん、回路と絶縁層が交互に層形成され、片面又は両面が回路形成されている多層フレキシブル回路基板を更に多層化するために使用することもできる。なお回路表面は過酸化水素/硫酸、メックエッチボンド(メック(株)社製)等の表面処理剤により予め粗化処理が施されていた方が絶縁層の回路基板への密着性の観点から好ましい。
市販されている真空ラミネーターとしては、例えば、ニチゴー・モートン(株)製 バキュームアップリケーター、(株)名機製作所製 真空加圧式ラミネーター、日立テクノエンジニアリング(株)製 ロール式ドライコータ、日立エーアイーシー(株)製真空ラミネーター等を挙げることができる。
ラミネートにおいて、接着フィルムが保護フィルムを有している場合には該保護フィルムを除去した後、接着フィルムを加圧及び加熱しながら回路基板に圧着する。ラミネートの条件は、接着フィルム及び回路基板を必要によりプレヒートし、圧着温度を好ましくは70〜140℃、圧着圧力を好ましくは1〜11kgf/cmとし、空気圧20mmHg以下の減圧下でラミネートするのが好ましい。また、ラミネートの方法はバッチ式であってもロールでの連続式であってもよい。
接着フィルムを回路基板にラミネートした後、室温付近に冷却し支持体フィルムを剥離する。次いで、回路基板にラミネートされた熱硬化性ポリイミド樹脂組成物を加熱硬化させる。加熱硬化の条件は通常150℃〜220℃で20分〜180分の範囲で選択され、より好ましくは160℃〜200℃で30〜120分の範囲で選択される。なお支持体フィルムが離型処理やシリコン等の剥離層を有する場合は、熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の加熱硬化後あるいは加熱硬化及び穴開け後に支持体フィルムを剥離することもできる。
熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の硬化物である絶縁層が形成された後、必要に応じて回路基板にドリル、レーザー、プラズマ、又はこれらの組み合わせ等の方法により穴開けを行いビアホールやスルーホールを形成してもよい。特に炭酸ガスレーザーやYAGレーザー等のレーザーによる穴開けが一般的に用いられる。
次いで絶縁層(熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の硬化物)の表面処理を行う。表面処理はデスミアプロセスで用いられる方法を採用することができ、デスミアプロセスを兼ねた形で行うことができる。デスミアプロセスに用いられる薬品としては酸化剤が一般的である。酸化剤としては、例えば、過マンガン酸塩(過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム等)、重クロム酸塩、オゾン、過酸化水素/硫酸、硝酸等が挙げられる。好ましくはビルドアップ工法による多層プリント配線板の製造における絶縁層の粗化に汎用されている酸化剤である、アルカリ性過マンガン酸溶液(例えば過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウムの水酸化ナトリウム水溶液)を用いて処理を行うのが好ましい。酸化剤で処理する前に、膨潤剤による処理を行うこともできる。また酸化剤による処理の後は、通常、還元剤による中和処理が行われる。
表面処理を行った後、絶縁層表面にメッキにより導体層を形成する。導体層形成は無電解メッキと電解メッキを組み合わせた方法で実施することができる。また導体層とは逆パターンのメッキレジストを形成し、無電解メッキのみで導体層を形成することもできる。導体層形成後、150〜200℃で20〜90分アニール(anneal)処理することにより、導体層のピール強度をさらに向上、安定化させることができる。
導体層をパターン加工し回路形成する方法としては、例えば当業者に公知のサブトラクティブ法、セミアディディブ法などを用いることができる。サブトラクティブ法の場合、無電解銅メッキ層の厚みは0.1乃至3μm、好ましくは0.3乃至2μmである。その上に電気メッキ層(パネルメッキ層)を3乃至35μm、好ましくは5乃至20μmの厚みで形成した後、エッチングレジストを形成し、塩化第二鉄、塩化第二銅等のエッチング液でエッチングすることにより導体パターンを形成した後、エッチングレジストを剥離することにより、回路基板を得ることが出来る。また、セミアディティブ法の場合には、無電解銅メッキ層の厚みを0.1乃至3μm、好ましくは0.3乃至2μmで無電解銅メッキ層を形成後、パターンレジストを形成し、次いで電気銅メッキ後に剥離することにより、回路基板を得ることができる。
支持体フィルムを耐熱樹脂層(耐熱樹脂フィルム)で置き換えた形態のフィルム、すなわち、熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層(A層)及び耐熱樹脂層(C層)からなるフィルムは、フレキシブル回路基板用のベースフィルムとして使用できる。また熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層(A層)、耐熱樹脂層(C層)及び銅箔(D層)からなるフィルムも同様にフレキシブル回路基板のベースフィルムとして使用できる。この場合ベースフィルムはA層、C層、D層の順の層構成を有する。以上のようなベースフィルムでは、耐熱樹脂層は剥離されずに、フレキシブル回路基板の一部を構成することとなる。
本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の硬化物からなる絶縁層(A'層)が耐熱樹脂層(C層)上に形成されたフィルムは片面フレキシブル回路基板用のベースフィルムとして使用できる。また、A'層、C層及びA'層の順の層構成を有するフィルム、及びA'層、C層及び銅箔(D層)からなり、A'層、C層及びD層の順の層構成を有するフィルムも同様に両面フレキシブル回路基板用のベースフィルムとして使用できる。
耐熱樹脂層に用いられる耐熱樹脂は、ポリイミド樹脂、アラミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、液晶ポリマーなどを挙げることができる。特に、ポリイミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂が好ましい。またフレキシブル回路基板に用いる特性上、破断強度が100MPa以上、破断伸度が5%以上、20〜150℃間の熱膨張係数が40ppm以下、およびガラス転移温度が200℃以上又は分解温度が300℃以上である耐熱樹脂を用いるのが好ましい。
このような特性を満たす耐熱樹脂としては、フィルム状で市販されている耐熱樹脂を好適に用いることができ、例えば、宇部興産(株)製ポリイミドフィルム「ユーピ レックス−S」、東レ・デュポン(株)製ポリイミドフィルム「カプトン」、鐘淵化学工業(株)製ポリイミドフィルム「アピカル」、帝人アドバンストフィルム(株)製「アラミカ」、(株)クラレ製液晶ポリマーフィルム「ベクスター」、住友ベークライト(株)製ポリエーテルエーテルケトンフィルム「スミライトFS−1100C」等が知られている。
耐熱樹脂層の厚さは、通常2〜150μmであり、好ましくは10〜50μmの範囲とするのがよい。耐熱樹脂層(C層)は表面処理を施したものを用いてもよい。表面処理としては、マット(mat)処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等の乾式処理、溶剤処理、酸処理、アルカリ処理等の化学処理、サンドブラスト処理、機械研磨処理などが挙げられる。特にA層との密着性の観点から、プラズマ処理が施されているのが好ましい。
絶縁層(A')と耐熱樹脂層(C)からなる片面フレキシブル回路基板用のベースフィルムは以下のようにして製造することができる。まず、前述した接着フィルムと同様に、本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物を有機溶剤に溶解した樹脂ワニスを調製し、耐熱樹脂フィルム上にこの樹脂ワニスを塗布し、加熱又は熱風吹きつけ等により有機溶剤を乾燥させて熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層を形成させる。有機溶剤、乾燥条件等の条件は前記接着フィルムの場合と同様である。熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層の厚さは5〜15μmの範囲とするのが好ましい 。
次に熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層を加熱硬化させ、熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の硬化物である絶縁層を形成させる。加熱硬化の条件は通常150℃〜220℃で20分〜180分の範囲で選択され、より好ましくは160℃〜200℃で30〜120分の範囲で選択される。
絶縁層(A'層)、耐熱樹脂層(C)層及び銅箔(D層)の3層からなる両面フレキシブル回路基板用フィルムのベースフィルムの製造は、耐熱樹脂層(C層)と銅箔(D層)よりなる銅張積層フィルム上に熱硬化性樹脂組成物を層形成し、上記と同様にして製造すればよい。銅張積層フィルムとしては、キャスト法2層CCL(Copper-clad laminate)、スパッタ法2層CCL、ラミネート法2層CCL、3層CCLなどが挙げられる。銅箔の厚さは12μm、18μmのものが好適に使用される。
市販されている2層CCLとしては、エスパネックスSC(新日鐵化学社製)、ネオフレックスI<CM>、ネオフレックスI<LM>(三井化学社製)、S'PERFLEX(住友金属鉱山社製)等が挙げられ、また市販されている3層CCLとしては、ニカフレックスF−50VC1(ニッカン工業社製)等が挙げられる。
絶縁層(A'層)、耐熱樹脂層(C層)及び絶縁層(A'層)の3層からなる両面フレキシブル回路基板用フィルムのベースフィルムの製造は以下のようにして行うことができる。まず前述した接着フィルムと同様に、本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物を有機溶剤に溶解した樹脂ワニスを調製し、支持体フィルム上にこの樹脂ワニスを塗布し、加熱又は熱風吹きつけ等により有機溶剤を乾燥させて熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層を形成させる。有機溶剤、乾燥条件等の条件は前記接着フィルムの場合と同様である。熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層の厚さは5〜15μmの範囲とするのが好ましい。
次に、この接着フィルムを耐熱樹脂フィルムの両面にラミネートする。ラミネートの条件は前記と同様である。また耐熱フィルムの片面に予め熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層が設けられていれば、ラミネートは片面のみでよい。次に熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層を加熱硬化させ、熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の硬化物である絶縁層を形成させる。加熱硬化の条件は通常150℃〜220℃で20分〜180分の範囲で選択され、より好ましくは160℃〜200℃で30〜120分の範囲で選択される。
フレキシブル回路基板用のベースフィルムからフレキシブル回路基板を製造する方法について説明する。A'層、C層及びA'層からなるベースフィルムの場合は、まず加熱硬化後、回路基板にドリル、レーザー、プラズマ等の方法により穴開けし、両面の導通のためのスルーホールを形成する。A'層、C層及びD層からなるベースフィルムの場合は、同様の方法により穴開けし、ビアホールを形成する。特に炭酸ガスレーザーやYAGレーザー等のレーザーによる穴開けが一般的に用いられる。
次いで絶縁層(熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の硬化物)の表面処理を行う。表面処理については、前述した接着フィルムの場合と同様である。表面処理を行った後、絶縁層表面にメッキにより導体層を形成する。メッキによる導体層形成については、前述した接着フィルムの場合と同様である。導体層形成後、150〜200℃で20〜90分アニール処理することにより、導体層のピール強度をさらに向上、安定化させることができる。
次に、導体層をパターン加工し回路形成しフレキシブル回路基板とする。A層、C層及びD層からなるベースフィルムを使用した場合は、D層である銅箔にも回路形成を行う。回路形成の方法としては、例えば当業者に公知のサブトラクティブ法、セミアディディブ法などを用いることができる。詳細は前述の接着フィルムの場合と同様である。
このようにして得られた片面又は両面フレキシブル回路基板は、例えば、前述したように、本発明の接着フィルムを用いて多層化することで、多層フレキシブル回路基板を製造することができる。
また、本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物は半導体とサブストレート基板間の応力緩和層を形成するための材料としても有用である。例えば、前記と同様にして、本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物を用いて得られた接着フィルムによりサブストレート基板の最も上部の絶縁層の全部または一部を形成し、半導体を接続することにより、該熱硬化性ポリイミド樹脂組成物の硬化物を介して半導体とサブストレート基板が接着された半導体装置を製造することができる。この場合、接着フィルムの熱硬化性ポリイミド樹脂組成物層の厚みは10〜1000μmの範囲で適宜選択される。本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物はメッキにより導体層の形成が可能であり、サブストレート基板上に設けた応力緩和用の絶縁層上にも簡便にメッキにより導体層を形成し回路パターンを作製することも可能である。
次に、本発明を実施例および比較例によりさらに具体的に説明する。以下において、部および「%」は特に断りのない限り、すべて「重量%」である。
合成例1〔ポリイミド樹脂(A)の製造〕
攪拌装置、温度計およびコンデンサーを付けたフラスコに、エチルジグリコールアセテート 5157.5gとソルベッソ150 5157.5gを仕込み、次いでIPDI(イソホロンジイソシアネート)888g(4モル)を混合溶解させた。 次いでポリブタジエンジオール(分子量 3573) 7146g(2モル)を攪拌しながら加えた。 完全に均一に溶解した後にフラスコを50℃に昇温して3時間ウレタン化反応を行った。 次いでフラスコにTMEG(エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート)410g(1モル)と、ノニルフェノールノボラック樹脂(水酸基当量229.4g/モル 平均4.27官能 ) 1959g(2モル)を仕込み、攪拌を行いながら150℃まで昇温した後、この温度で4時間反応させた。反応は炭酸ガスの発泡とともに進行し、系内は黒茶色の液体となった。 25℃での粘度が10Pa・sでソフトセグメントの含有率が68.6%であるポリイミド樹脂(A−1)の溶液(樹脂分50%)を得た。
得られたポリイミド樹脂(A−1)の溶液をKBr板に塗装し、溶剤を揮発させた試料の赤外線吸収スペクトルを測定した結果、イソシアネート基の特性吸収である2270cm−1が完全に消滅し、725cm−1と1780cm−1と1720cm−1にイミド環の特性吸収が確認された。また炭酸ガスの発生量は、フラスコ仕込み重量の変化で追跡し、88g(2モル)であった。これよりTMEGの酸無水物基の全量モル(1モルのTMEGは、2モルの酸無水物基を有する)がイミド結合に変換していて、残りのイソシアネート基は、ポリブタジエンジオールとノニルフェノールノボラック樹脂とウレタン結合にて樹脂に連結されている構造と結論される。
合成例2(同上)
攪拌装置、温度計およびコンデンサーを付けたフラスコに、ガンマブチロラクトン(GBL) 7203gとソルベッソ150 7203gを仕込み、次いでTMDI(トリメチルヘキサンジイソシアネート)1260g(6モル)を混合溶解させた。 次いでポリブタジエンジオール(分子量 3573) 10719g(3モル)を攪拌しながら加えた。完全に均一に溶解した後にフラスコを50℃に昇温して3時間ウレタン化反応を行った。次いでフラスコにBPDA(ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物)644g(2モル)と、ノニルフェノールノボラック樹脂(水酸基当量229.4g/モル 平均4.27官能 ) 1959g(2モル)を仕込み、攪拌を行いながら150℃まで昇温した後、この温度で4時間反応させた。反応は炭酸ガスの発泡とともに進行し、系内は黒茶色の液体となった。25℃での粘度が15Pa・sでソフトセグメントの含有率が73.6%であるポリイミド樹脂(A−2)の溶液(樹脂分50%)を得た。
得られたポリイミド樹脂(A−2)の溶液をKBr板に塗装し、溶剤を揮発させた試料の赤外線吸収スペクトルを測定した結果、イソシアネート基の特性吸収である2270cm−1が完全に消滅し、725cm−1と1780cm−1と1720cm−1にイミド環の特性吸収が確認された。また炭酸ガスの発生量は、フラスコ仕込み重量の変化で追跡し、176g(4モル)であった。これよりBPDAの酸無水物基の全量モル(1モルのBPDAは、2モルの酸無水物基を有する)がイミド結合に変換していて、残りのイソシアネート基は、ポリブタジエンジオールとノニルフェノールノボラック樹脂とウレタン結合にて樹脂に連結されている構造と結論される。
実施例1
第1表に示す配合にて本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1を調製した。得られた熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1を用いて相溶性、塗膜造膜性、耐熱性、機械物性、電気特性、寸法安定性及び保存安定性を下記方法に従って評価した。その結果を第3表に示す。尚、表中の配合量(重量部)は全て固形文換算重量である。
(1)相溶性の評価
熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1を調製した際の相溶状態と、調製後の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1をガラス板に塗装し、120℃で乾燥した後の塗膜の状態を、下記の評価基準で評価した。
評価基準
◎:熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1の調製において攪拌により容易に均一となり、塗膜面にも異物等が見られない。
○:熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1の調製において攪拌により均一となり、塗膜面にも異物等が見られない。
△:熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1の調製において攪拌により均一になりにくく、塗膜面にもやや異物等が見られる。
×:熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1の調製において均一に溶解せず、塗膜面は、はじき、異物、不溶解物が確認できる。
(2)塗膜造膜性の評価
熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1を乾燥後の膜厚が30μmになるようにブリキ板にアプリケーターにて塗布後、110℃で30分間乾燥させて得た試験片を、室温にて24時間放置し、塗膜外観を以下の評価基準で評価した。
評価基準
○:塗膜にクラック等の異常は見られない。
△:塗膜に若干クラックが見られる。
×:塗膜全面にクラックが発生した。
(3)耐熱性の評価
<試験片の作製>
熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1を硬化後の膜厚が50μmになるように銅泊がラミネートされたガラスエポキシ基板上に塗装し、70℃の乾燥機で30分間乾燥した後、170℃でそれぞれ1時間硬化させた後、室温まで冷却し硬化塗膜を作成した。
<耐熱性試験方法>
硬化塗膜を260℃の溶融ハンダ浴に30秒浸漬し、室温に冷却した。このハンダ浴の浸漬操作を合計3回行い、硬化塗膜の外観について以下の評価基準で評価した。
○:塗膜に外観異常は見られない。
△:塗膜にフクレ、はがれ等異常が若干見られる。
×:塗膜全面にフクレ、はがれ等異常が見られる。
(4)機械物性の評価
機械物性は塗膜の引張試験を行い、弾性率と破断伸度を求めることにより評価した。
<試験片の作製>
熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1を硬化後の膜厚が50μmになるように銅箔上に塗装し、塗装板を得た。次いで、この塗装板を70℃の乾燥機で20分間乾燥した後、170℃で1時間硬化させて硬化塗膜を作成した。室温まで冷却した後、硬化塗膜を所定の大きさに切り出し、基板から単離して測定用試料とした。
<引張試験測定方法>
測定用試料を5枚作成し、下記の条件で引張試験を行い、破断伸度を求めた。破断伸度の値が高いほど柔軟性に優れる塗膜であることを表す。また、弾性率の値が低いほど柔軟性に優れる塗膜であることを表す。
測定機器:東洋ボールドウィン社製テンシロン
サンプル形状:10mm×70mm
チャック間:20mm
引張速度:10mm/min
測定雰囲気:22℃、45%RH
(5)保存安定性(熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1の保存安定性)
熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1を25mlのガラス容器に20ml入れて密封した。この状態で室温にて1週間放置した後の状態を観察した。
(6)電気特性の評価
電気特性は塗膜の誘電率(ε)と誘電損失(Tanδ)とを測定することにより評価した。熱硬化性ポリイミド樹脂組成物1を硬化後の膜厚が80μmになるようにブリキ基板上に塗装し、70℃の乾燥機で20分間乾燥した後、200℃で1時間硬化させ冷却した後、剥離した硬化塗膜を切り出した測定用試料を、アジレントテクノロジー社製4291Bを用いて、周波数は100MHzの条件で、測定雰囲気の温度は23度の条件で誘電率(ε)と誘電損失(Tanδ)とを測定した。
実施例2〜8及び比較例1〜2
第1表〜第3表に示す配合で調製し、本発明の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物及び比較対照用ポリイミド樹脂組成物を得た。実施例1と同様の評価を実施し、その結果を第4表〜第6表に示す。
Figure 2010077382
Figure 2010077382
Figure 2010077382
Figure 2010077382
Figure 2010077382
Figure 2010077382
表の脚注
N680:クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量214 軟化点81℃
BOTIAF:2,6−ジーTert−ブチルー4−(4,6−ビス(オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ)フェノール。
BHFPPH:2´,3−ビス[[3−[3,5−ジ−Tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジド
BHXMTATO:1,3,5−トリス[(4−Tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−キシリル)メチル]−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン
BHBTATO1,3,5,−トリス(3,5−ジ−Tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン
DTP:ジドデシル3,3´−チオジプロピオネート
MEPPA:ビス[2,4−ビス(1,1−ジメチルエチル)−6−メチルフェニル]エチルエステル亜リン酸
TBPP:トリス(2,4−ジ−Tert−ブチルフェニル)フォスファイト
DODHA:ジオクタデシルヒドロキシルアミン
2E4MZ:2−エチル−4−メチル−イミダゾール
DBTA:ジブチルティンアセテート

Claims (21)

  1. 下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される構造、並びに下記一般式(3)で示される構造を有するポリイミド樹脂で、該ポリイミド樹脂中の一般式(3)で示される構造が有するYの含有率が50〜90重量%であるポリイミド樹脂(A)、エポキシ樹脂(B)およびヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)を含有することを特徴とする熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
    Figure 2010077382
    Figure 2010077382
    Figure 2010077382
  2. 前記ヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)が、1,3,5−トリス[(4−Tert−ブチル−3−ヒドロキシー2,6−キシリル)メチル]−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、2,6−ジ−Tert−ブチル−4−(4,6−ビス(オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ)フェノール、2´,3−ビス[[3−[3,5−ジ−Tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジド、1,3,5,−トリス(3,5−ジ−Tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンからなる群から選ばれる一種以上の酸価防止剤である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  3. 前記ヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)の含有量がポリイミド樹脂(A)、エポキシ樹脂(B)およびヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)の合計100重量部に対して0.1〜3重量部である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  4. 更に、イオウ系酸化防止剤、リン系酸化防止剤およびヒドロキシルアミン系酸化防止剤からなる一種以上の酸化防止剤(D)を含有する請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  5. 前記酸化防止剤(D)がリン系酸化防止剤およびヒドロキシルアミン系酸化防止剤の混合物である請求項4記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  6. 前記リン系酸化防止剤およびヒドロキシルアミン系酸化防止剤の混合物がトリス(2,4−ジ−Tert−ブチルフェニル)フォスファイトとジオクタデシルヒドロキシルアミンとの混合物である請求項5記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  7. 前記酸化防止剤(D)の含有量がポリイミド樹脂(A)、エポキシ樹脂(B)、ヒンダードフェノール系酸化防止剤(C)及び酸化防止剤(D)の合計100重量部に対して0.1〜3重量部である請求項4記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  8. 前記ポリイミド樹脂(A)が、下記一般式(12)で表される構造単位および/または一般式(13)で表される構造を含有するポリイミド樹脂である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
    Figure 2010077382
    Figure 2010077382
    (式中R5はテトラカルボン酸無水物から酸無水物基を除いた残基構造を示し、R6はトリカルボン酸無水物から酸無水物基とカルボキシル基とを除いた残基構造を示す。)
  9. 前記一般式(1)および/または一般式(2)中のXが一般式(4)、一般式(6)および一般式(8)で示される構造の群から選ばれる一種以上の構造である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
    Figure 2010077382
    (式中Rは、直接結合あるいは2価の連結基であり、Rは同一でも異なっていても良く、水素原子または炭素原子数1〜16のアルキル基を示す。)
    Figure 2010077382
    (式中Rは、水素原子または炭素原子数1〜16のアルキル基または下記一般式(7)で示される構造を示す。)
    Figure 2010077382
    Figure 2010077382
  10. 前記一般式(1)および/または一般式(2)中のXが一般式(5)で示される構造である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
    Figure 2010077382
    (式中Rは、直接結合あるいは2価の連結基であり、Rは同一でも異なっていても良く、水素原子または炭素原子数1〜18のアルキル基を示す。aとbとcとの合計は1以上である。)
  11. 前記一般式(5)中のRがメチレン基および/または下記式(1i)で示される構造である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
    Figure 2010077382
  12. 前記ポリイミド樹脂(A)が下記一般式(11)で示される構造にて分岐しているポリイミド樹脂である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
    Figure 2010077382
    (式中Rはジイソシアネート化合物からイソシアネート基を除いた残基構造を示す。)
  13. 前記一般式(3)で表される構造が、該構造中のYとして数平均分子量が300〜5,000であるポリオール化合物から2つの水酸基を除いた残基を有する構造である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  14. 前記一般式(3)で表される構造が、該構造中のYとしてガラス転移温度が−150〜0℃である残基を有する構造である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  15. 前記一般式(3)中のYが1分子中に少なくとも2個のアルコール性水酸基を有するポリオレフィンポリオールから2つの水酸基を除いた残基、1分子中に少なくとも2個のアルコール性水酸基を有するポリエーテルポリオールから2つの水酸基を除いた残基、1分子中に少なくとも2個のアルコール性水酸基を有するポリカーボネートポリオールから2つの水酸基を除いた残基、1分子中に少なくとも2個のアルコール性水酸基を有するポリエステルポリオールから2つの水酸基を除いた残基および1分子中に少なくとも2個のアルコール性水酸基を有するポリシロキサンポリオールから2つの水酸基を除いた残基からなる群から選ばれる1種以上の残基である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  16. 前記ポリイミド樹脂(A)が、樹脂中の一般式(3)で示される構造が有するYの含有率が60〜80重量%であるポリイミド樹脂である請求項1記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  17. 前記エポキシ樹脂(B)が芳香族系エポキシ樹脂である請求項1〜16のいずれか1項記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  18. 前記芳香族系エポキシ樹脂がノボラック型エポキシ樹脂である請求項17記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  19. 硬化触媒を含有する請求項1〜16のいずれか1項記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  20. 更に、ウレタン化触媒を含有する請求項1〜16のいずれか1項記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物。
  21. 請求項1〜20のいずれか1項記載の熱硬化性ポリイミド樹脂組成物を硬化させてなることを特徴とする硬化物。
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