JP2011157445A - 熱硬化性樹脂組成物、並びにこれを用いたプリプレグ及び積層板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)1分子中に少なくとも2個のシアネート基を有する化合物と、(B)ヒドロキシナフタレン、ヒドロキシアントラセン、ロイコキニザリン、キニザリン、9,10−ジヒドロキシ−1,4−アントラキノン、ヒドロキシフェニルフルオレン及びナフトールから選ばれる化合物の少なくとも1種と、(C)1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物と、(D)熱分解温度が300℃以上である金属水和物と、を含有する熱硬化性樹脂組成物、並びにこれを用いたプリプレグ及び積層板である。
【選択図】なし
Description
また、近年の環境問題から、鉛フリーはんだによる電子部品の搭載やハロゲンフリーによる難燃化が要求され、そのため従来のものよりも高い耐熱性及び難燃性が必要とされる。さらに、製品の安全性や作業環境の向上化のため、毒性の低い成分のみで構成され、毒性ガス等が発生しない熱硬化性樹脂組成物が望まれている。
この点に関して、シアネート化合物は、低誘電特性、難燃性に優れる熱硬化性樹脂であるが、このシアネート化合物をエポキシ硬化系の熱硬化性樹脂にそのまま使用した場合、耐熱性や強靭性が不足するという問題や、薄物パッケージ基板材料等に対応するような低熱膨張性が不足するという問題があった。
また、特許文献4および5には、シアネート樹脂とアラルキル変性エポキシ樹脂を必須成分として含有する熱硬化性樹脂組成物が開示されている。
また、特許文献4および5に記載の熱硬化性樹脂組成物は、必須成分であるシアネート樹脂が靭性や硬化反応性に劣る樹脂であるため、この熱硬化性樹脂組成物の硬化反応性や強靭性の改良が依然不足であり、これらを銅張積層板や層間絶縁材料として使用した場合も、耐熱性や信頼性、加工性等が不足する場合がある。
例えば、微細配線形成のため銅箔接着性としては、銅箔引き剥がし強さが1.0kN/m以上であること、特に1.2kN/m以上であることが望まれている。
また、高密度化に伴い基板はより薄型化される方向にあり、熱処理時における基板のそりが小さいことが必要となる。低そり化のためには基板が低熱膨張性であることが有効であり、その線熱膨張係数は基板の厚み方向(Z方向)で、25ppm/℃以下であること、特に20ppm/℃以下であることが望まれている。
また、高密度化に伴い基板はより信頼性が要求される方向にあり、ドリル加工時のドリル穴の内壁粗さも小さいことが必要となる。ドリル穴の内壁粗さの評価は、めっき銅の染み込み性により評価され、めっき染み込み長さの最大が20μm以下であること、特に15μm以下であることが望まれている。
さらに、高速応答性の要求も増え続けており、基板の比誘電率は5.0以下であること、また誘電正接は0.010以下であることが望まれている。
すなわち、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、銅箔接着性、低熱膨張性、耐熱性(高ガラス転移温度、はんだ耐熱性、銅付き耐熱性等)、難燃性、低誘電特性、ドリル加工性等に優れる熱硬化性樹脂組成物、並びにこれを用いたプリプレグ及び積層板を提供することを目的とするものである。
〔1〕 (A)1分子中に少なくとも2個のシアネート基を有する化合物と、
(B)ヒドロキシナフタレン類、ヒドロキシアントラセン類、ヒドロキシアントラキノン類、ヒドロキシフェニルフルオレン類から選ばれる化合物の少なくとも1種と、
(C)1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物と、
(D)熱分解温度が300℃以上である金属水和物と、
を含有する熱硬化性樹脂組成物、
〔2〕 さらに、(E)硬化促進剤を含有する上記〔1〕に記載の熱硬化性樹脂組成物、
〔3〕 さらに、(F)熱分解温度が300℃以上である金属水和物以外の無機充填材を含有する上記(1)又は(2)に記載の熱硬化性樹脂組成物。
〔4〕 上記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物を含有するプリプレグ、
〔5〕 上記〔4〕に記載のプリプレグを積層形成した積層板、
を提供するものである。
本発明の(A)成分である1分子中に少なくとも2個のシアネート基を有する化合物としては、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノールA型シアネート樹脂、ビスフェノールE型シアネート樹脂、ビスフェノールF型シアネート樹脂、テトラメチルビスフェノールF型シアネート樹脂等が挙げられ、1種又は2種以上を混合して使用することができる。これらの中で、誘電特性、耐熱性、及び価格の観点から、ノボラック型シアネート樹脂及びビスフェノールA型シアネート樹脂がより好ましく、難燃性や低熱膨張性に優れる点から、下記一般式(1)に示すノボラック型シアネート樹脂が特に好ましい。
本発明の(A)成分である1分子中に少なくとも2個のシアネート基を有する化合物は、プレ反応を行いその分子量を調整することが可能である。その分子量は、特に限定されないが重量平均分子量が500〜100,000の範囲にあることが好ましく、さらに500〜30,000であることが好ましい。この値が500以上であれば、プリプレグにタック性やべた付きが生じることがなく、この値が100,000以下であれば、良好な成形性を有するからである。
ヒドロキシナフタレン類としては、ジヒドロキシナフタレン、トリヒドロキシナフタレン、テトラヒドロキシナフタレン、ナフトール等が挙げられるが、特に、1,5−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン及び1,1'−ビ−2−ナフトールが好ましい。
ヒドロキシアントラセン類としては、ジヒドロキシアントラセン、トリヒドロキシアントラセン、テトラヒドロキシアントラセン等が挙げられるが、特に、1,5−ジヒドロキシアントラセン、2,6−ジヒドロキシアントラセン及び9,10−ジヒドロキシアントラセンが好ましい。
ヒドロキシアントラキノン類としては、ロイコキニザリン、キニザリン、9,10−ジヒドロキシ−1,4−アントラキノン等が挙げられる。
ヒドロキシフェニルフルオレン類としては、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン等が挙げられる。
例えば、イミダゾール系化合物としては、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、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、2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテートなど、有機ホスフィン系化合物としては、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィンなど、有機ホスファイト系化合物としては、トリメチルホスファイト、トリエチルホスファイトなど、ホスホニウム塩化合物としては、エチルトリフェニルホスホニウムブロミド、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレートなど、アミン系化合物としては、トリエチルアミン、トリブチルアミンなどのトリアルキルアミン、4−ジメチルアミノピリジン、ベンジルジメチルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)−ウンデセン−7など、第四級アンモニウム塩化合物としては、テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラプロピルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムブロミド、テトラヘキシルアンモニウムブロミド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリドなどを挙げることができる。これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
(A)成分は、(A)〜(C)固形分換算総質量100質量部当たり、好ましくは10〜80質量部、より好ましくは20〜70質量部、さらに好ましくは30〜70重量部である。この量が10質量部以上であれば、十分な難燃性を付与し、この量が80質量部以下であれば、十分な耐熱性及び加工性を付与することができる。
(C)成分は、(A)〜(C)固形分換算総質量100質量部当たり、好ましくは5〜80質量部、より好ましくは10〜80質量部、さらに好ましくは10〜50質量部である。この量が5質量部以上であれば、十分な耐熱性を付与し、この量が80質量部以下であれば、十分な低熱膨張性や銅箔接着性等を付与することができる。
さらに、(E)成分である硬化促進剤の含有量は、(A)成分及び(B)成分の固形分換算質量の総和100質量部当たり、0.1〜20質量部とすることが好ましく、0.1〜10質量部とすることがより好ましい。この量が0.1質量部以上であれば、十分な耐熱性、難燃性及び銅箔接着性等を付与し、この量が10質量部以下であれば、十分な耐熱性、経日安定性を付与することができる。
熱可塑性樹脂の例としては、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。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、カルボキシ変性アクリロニトリル等が挙げられる。有機充填材の例としては、シリコーンパウダー、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル等の有機物粉末等が挙げられる。
本発明に用いる基材としては、各種の電気絶縁材料用積層板に用いられている周知の機材を使用することができる。この基材の材質の例としては、Eガラス、Dガラス、Sガラス、Qガラス等の無機物繊維、ポリイミド、ポリエステル、テトラフルオロエチレン等の有機繊維、それらの混合物などが挙げられる。そして、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、サーフェシングマット等の形状を有するが、材質及び形状は、目的とする成形物の用途や性能により選択され、必要により、単独又は2種類以上の材質及び形状を組み合わせることができる。基材の厚さは、特に制限されず、例えば、約0.03〜0.5mmのものを使用することができ、シランカップリング剤等で表面処理したもの又は機械的に開繊処理を施したものが、耐熱性、耐湿性及びドリル加工性の面から好ましい。この基材に対する本発明の熱硬化性樹脂組成物の付着量が乾燥後のプリプレグの樹脂含有率で20〜90重量%となるように、当該熱硬化性樹脂組成物を基材に含浸又は塗工した後、通常、100〜200℃の温度で1〜30分加熱乾燥し、半硬化(Bステージ化)させることにより、本発明のプリプレグを得ることができる。
また、積層板の形成条件は、例えば、積層板等の材料用積層板及び多層板の手法が適用でき、例えば多段プレス、多段真空プレス、連続成形、オートクレーブ成形機等を使用し、温度100〜250℃、圧力2〜100kg/cm2、加熱時間0.1〜5時間の範囲で成形することができる。また、本発明のプリプレグと内層用配線板とを組合せ、積層成形して、多層板を製造することもできる。
(実施例1〜16、比較例1〜6)
表1及び2に示すような、(A)成分である1分子中に少なくとも2個のシアネート基を有する化合物、(B)成分であるヒドロキシナフタレン、ヒドロキシアントラセン、ロイコキニザリン、キニザリン、9,10−ジヒドロキシ−1,4−アントラキノン、ヒドロキシフェニルフルオレン及びナフトールから選ばれる化合物、(C)成分である1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物、(D)成分である熱分解温度が300℃以上である金属水和物、(E)成分である硬化促進剤、(F)成分である熱分解温度が300℃以上である金属水和物以外の無機充填材を使用し、さらに希釈溶剤にシクロヘキサノンとメチルエチルケトンを使用して、表1及び2に示した各成分の配合割合(質量部)でこれらの成分を混合して樹脂分70質量%(無機充填材を除いた樹脂固形分)の均一なワニスを得た。
さらに、これらのプリプレグを4枚重ね、18μmの電解銅箔を上下に配置し、圧力25kg/cm2、温度185℃で90分間プレス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、銅箔接着性(銅箔ピール強度)、耐熱性(ガラス転移温度(Tg)及びはんだ耐熱性)、難燃性、誘電特性(比誘電率(1GHz)及び誘電正接(1GHz))並びにドリル加工性について以下の方法で測定・評価した。その結果を表3及び4に示した。
銅張積層板を銅エッチング液に浸漬することにより1cm幅の銅箔を形成して評価基板を作製し、引張り試験機を用いて銅箔の接着性(ピール強度)を測定した。
(2)線熱膨張係数の測定
銅張積層板を銅エッチング液に浸漬することにより銅箔を取り除いた5mm角の評価基板を作製し、TMA試験装置(デュポン社製、TMA2940)を用い、評価基板の厚み方向(Z方向)の0℃〜100℃の線熱膨張係数を測定した。
(3)ガラス転移温度(Tg)の測定
銅張積層板を銅エッチング液に浸漬することにより銅箔を取り除いた5mm角の評価基板を作製し、TMA試験装置(デュポン社製、TMA2940)を用い、評価基板の厚み方向(Z方向)の熱膨張特性から測定した。
銅張積層板を銅エッチング液に浸漬することにより銅箔を取り除いた5cm角の評価基板を作製し、平山製作所(株)製プレッシャー・クッカー試験装置を用いて、121℃、2atmの条件で4時間プレッシャー・クッカー処理を行った後、温度288℃のはんだ浴に、評価基板を20秒間浸漬した後、外観を観察することによりはんだ耐熱性を評価した。
(5)銅付き耐熱性(T−300)の評価
銅張積層板から5mm角の評価基板を作製し、TMA試験装置(デュポン社製、TMA2940)を用い、300℃で評価基板の膨れが発生するまでの時間を測定することにより評価した。
(6)難燃性の評価
銅張積層板を銅エッチング液に浸漬することにより銅箔を取り除いた評価基板から、長さ127mm、幅12.7mmに切り出した試験片を作製し、UL94の試験法(V法)に準じて評価した。
得られた銅張積層板を銅エッチング液に浸漬することにより銅箔を取り除いた評価基板を作製し、Hewlett・Packard社製比誘電率測定装置(製品名:HP4291B)を用いて、周波数1GHzでの比誘電率及び誘電正接を測定した。
(8)ドリル加工性
ドリルにΦ0.105mm(ユニオンツールMV J676)を用い、回転数:160000rpm、送り速度:0.8m/min、重ね枚数:1枚の条件でドリル加工を行い、6000ヒットさせて評価基板を作製し、ドリル穴の内壁粗さを評価した。内壁粗さの評価は、無電解銅めっきを行い(めっき厚:15μm)、穴壁へのめっき染み込み長さの最大値を測定することにより評価した。
*1:ビスフェノールA型シアネート樹脂(旭化成エポキシ社製;商品名Arocy B−30)
*2:ノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製;商品名プリマセットPT−60,重量平均分子量2,000〜3,000)
*3:ノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製;商品名プリマセットPT−30,重量平均分子量500〜1,000)
*4:ノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製;商品名プリマセットPT−30,重量平均分子量300〜500)
*5:1,5−ジヒドロキシナフタレン
*6:2,6−ジヒドロキシナフタレン
*7:1,6−ジヒドロキシアントラセン
*8:2,7−ジヒドロキシアントラセン
*9:ロイコキニザリン
*10:キニザリン
*12:9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン
*13:1,1'−ビ−2−ナフトール
*14 :ビフェニルアラルキルエポキシ樹脂(日本化薬社製;商品名NC−3000H,エポキシ当量290)
*15:ビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパン エポキシ レジン社製;商品名YX−4000,エポキシ当量190)
*16:ベーマイト型水酸化アルミニウム(熱分解温度:400℃)
*17:水酸化マグネシウム(熱分解温度:350℃)
*18:1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテート
*19:ギブサイト型水酸化アルミニウム(熱分解温度:250℃)
これに対し、(B)成分を含有しない比較例1、(A)成分を含有しない比較例2、(D)成の熱分解温度が300℃以上である金属水和物の代わりに分熱分解温度が250℃であるギブサイト型水酸化アルミニウムを用いた比較例3、(C)成分を含有せず、かつ(D)成の熱分解温度が300℃以上である金属水和物の代わりに分熱分解温度が250℃であるギブサイト型水酸化アルミニウムを用いた比較例4は、銅箔接着性、低熱膨張性、高ガラス転移温度、はんだ耐熱性、銅付き耐熱性、難燃性、低誘電特性、ドリル加工性の全てを満たすものは無く、いずれかの特性が劣ったプリプレグ及び積層板が得られた。
Claims (5)
- (A)1分子中に少なくとも2個のシアネート基を有する化合物と、
(B)ヒドロキシナフタレン類、ヒドロキシアントラセン類、ヒドロキシアントラキノン類及びヒドロキシフェニルフルオレン類から選ばれる化合物の少なくとも1種と、
(C)1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物と、
(D)熱分解温度が300℃以上である金属水和物と、
を含有する熱硬化性樹脂組成物。 - さらに、(E)硬化促進剤を含有する請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- さらに、(F)熱分解温度が300℃以上である金属水和物以外の無機充填材を含有する請求項1又は2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物が含浸、乾燥されてなるプリプレグ。
- 請求項4に記載のプリプレグを積層形成した積層板。
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