JP2012193279A - 熱硬化性樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)分子中に1つ以上のカルボキシル基を含有する樹脂、(B)オキシラン環を含有する化合物、及び(C)リン原子を含有する有機フィラーを含む熱硬化性樹脂組成物であって、前記分子中に1つ以上のカルボキシル基を含有する樹脂(A)が、ポリカーボネートポリオール化合物(a)とジイソシアネート化合物(b)を反応させて得られる末端ヒドロキシル基含有ウレタンプレポリマー(c)と、テトラカルボン酸二無水物(d)とを反応させて得られるカルボキシル基含有樹脂であることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
(1)(A)分子中に1つ以上のカルボキシル基を含有する樹脂、
(B)オキシラン環を含有する化合物、及び
(C)リン原子を含有する有機フィラー
を含む熱硬化性樹脂組成物であって、前記分子中に1つ以上のカルボキシル基を含有する樹脂(A)が、ポリカーボネートポリオール化合物(a)とジイソシアネート化合物(b)を反応させて得られる末端ヒドロキシル基含有ウレタンプレポリマー(c)と、テトラカルボン酸二無水物(d)とを反応させて得られるカルボキシル基含有樹脂であることを特徴とする熱硬化性樹脂組成物。
(2)分子中に1つ以上のカルボキシル基を含有する樹脂(A)の酸価が250〜2000当量/106gであることを特徴とする(1)に記載の熱硬化性樹脂組成物。
(3)分子中に1つ以上のカルボキシル基を含有する樹脂(A)の数平均分子量が1000〜100000であることを特徴とする(1)に記載の熱硬化性樹脂組成物。
(4)オキシラン環を含有する化合物(B)がエポキシ化合物であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
(5)リン原子を含有する有機フィラー(C)がホスフィン酸塩からなることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
(6)カルボキシル基を含有する樹脂(A)と、オキシラン環を含有する化合物(B)と、リン原子を含有する有機フィラー(C)の質量比率が、(A)/(B)/(C)=30〜95/1〜50/2〜55であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
(7)カルボキシル基を含有する樹脂(A)と、オキシラン環を含有する化合物(B)と、リン原子を含有する有機フィラー(C)を合わせた質量が、熱硬化性樹脂組成物中の20質量%以上であることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
(8)(D)硬化促進剤をさらに含有することを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
(9)(1)〜(8)のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物をレジスト層として使用することを特徴とするプリント回路基板。
本発明に使用されるカルボキシル基含有樹脂(A)は、ポリカーボネートポリオール化合物(a)とジイソシアネート化合物(b)を反応させて末端ヒドロキシル基含有ウレタンプレポリマー(c)を生成し、さらにテトラカルボン酸二無水物(d)を反応させてエステル化による鎖延長反応をすることにより得られるカルボキシル基含有樹脂である。カルボキシル基含有樹脂(A)は、上記の反応で得られるような構造を有する限り、上記の反応順序に限定されない。例えば、ポリカーボネートポリオール化合物(a)とジイソシアネート化合物(b)を反応させて末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー(e)を生成した後、テトラカルボン酸二無水物(d)の両末端がエステル結合を介してポリ
カーボネートジオール化合物(a)と結合した末端ヒドロキシ含有化合物と前記(e)成分とを反応させて得られるカルボキシル含有樹脂もカルボキシル基含有樹脂(A)の範ちゅうに含まれる。
本発明に使用されるオキシラン環を有する化合物(B)としては、オキシラン環が分子内に含有されていれば特に限定されず、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ基含有化合物や、ノボラック型オキセタン樹脂などのオキセタン基含有化合物などが挙げられる。
リン原子を含有する有機フィラー(C)は、難燃性を向上させるためのものであり、リン含有率が大きく、難燃化効率が大きく、また加水分解を起こしにくく、疎水性であり、電気特性を低下させない性質を有する。従って、これを用いることにより、難燃性および電気絶縁性に優れた熱硬化性樹脂組成物を得ることができる。本発明において、有機フィラーとは、微粉末状の有機化合物であり、有機溶剤や水等に難溶または不溶なものである。
(式(I)中、R1およびR2は、それぞれ独立に直鎖状のまたは枝分かれした炭素数1〜6のアルキル基またはアリール基であり、Mは、Mg、Ca、Al、Sb、Sn、Ge、Ti、Fe、Zr、Zn、Ce、Bi、Sr、Mn、Li、Na、Kまたはプロトン化した窒素塩基であり、mは1〜4の整数である。)
本発明の熱硬化性樹脂組成物には、密着性、耐薬品性、耐熱性等の特性をより一層向上するために、硬化促進剤(D)が添加されることができる。硬化促進剤としては、上記のカルボキシル基含有樹脂(A)とオキシラン環を含有する化合物(B)の間の硬化反応を促進できるものであればよく、特に制限はない。
本発明の熱硬化性樹脂組成物を用いてレジストインキを製造する場合、塗工や印刷時の作業性及び被膜形成前後の膜特性を向上させるため、無機あるいはリン原子を含有しない有機フィラーを添加することが好ましい。例えば、カルボキシル基含有樹脂(A)の溶液中に分散してレジストインキを形成し、そのレジストインキにチキソトロピー性を付与できるものであればよく、特に制限はない。無機フィラーとしては、例えば、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、チタニア(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、ジルコニア(ZrO2)、窒化硅素(Si3N4)、チタン酸バリウム(BaO・TiO2)、炭酸バリウム(BaCO3)、チタン酸鉛(PbO・TiO2)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)、酸化ガリウム(Ga2O3)、スピネル(MgO・Al2O3)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)、コーディエライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)、タルク(3MgO・4SiO2・H2O)、チタン酸アルミニウム(TiO2−Al2O3)、イットリア含有ジルコニア(Y2O3−ZrO2)、硅酸バリウム(BaO・8SiO2)、窒化ホウ素(BN)、炭酸カルシウム(CaCO3)、硫酸カルシウム(CaSO4)、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸マグネシウム(MgO・TiO2)、硫酸バリウム(BaSO4)、有機ベントナイト、カーボン(C)などを使用することができ、これらは単独でも二種以上を組み合わせて用いても構わない。得られるレジストインキの色調、透明性、機械特性、チキソトロピー性付与の点から、シリカ微粒子(例えば日本アエロジル(株)製の商品名アエロジェル)が好ましい。
レジストインキは、本発明の熱硬化性樹脂組成物を用いることにより調製されることができる。具体的には、レジストインキは、前述の(A)、(B)、(C)、(D)の成分、及び溶剤、さらに必要に応じその他の配合成分を好適な割合で配合し、ロールミル、ミキサー等で均一に混合することにより得られる。混合方法は、十分な分散が得られれば特に制限はないが、3本ロールによる複数回の混練が好ましい。
カルボキシル基含有樹脂を重クロロホルムに溶解し、VARIAN社製のNMR装置400―MRを用いて、1H−NMR分析を行い、その積分比よりモル比を求めた。
カルボキシル基含有樹脂などの試料を、樹脂濃度が0.5重量%程度となるようにテトラヒドロフランで溶解および/または希釈し、孔径0.5μmのポリ四フッ化エチレン製メンブランフィルターで濾過したものを測定用試料として、テトラヒドロフランを移動相とし、示差屈折計を検出器とするゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により数平均分子量を測定した。流速は1mL/分、カラム温度は30℃とした。カラムには昭和電工製KF−802、804L、806Lを用いた。分子量標準には単分散ポリスチレンを使用した。
カルボキシル基含有樹脂0.2gを20mlのN−メチルピロリドンに溶解し、0.1Nの水酸化カリウムエタノール溶液で滴定し、カルボキシル基含有樹脂106gあたりの当量(当量/106g)を求めた。
試料中のリン濃度にあわせて試料を三角フラスコに量りとり、硫酸3ml、過塩素酸0.5mlおよび硝酸3.5mlを加え、電熱器で半日かけて徐々に加熱分解した。溶液が透明になった後、さらに加熱して硫酸白煙を生じさせ、室温まで放冷し、この分解液を50mlメスフラスコに移し、2%モリブデン酸アンモニウム溶液5mlおよび0.2%硫酸ヒドラジン溶液2mlを加え、純水にてメスアップし、内容物をよく混合した。沸騰水浴中に10分間、前記メスフラスコをつけて加熱発色した後、室温まで水冷し、超音波にて脱気し、溶液を吸収セル10mmに採り、分光光度計(波長830nm)にて空試験液を対照にして吸光度を測定した。先に作成しておいた検量線からリン含有量(重量%)を求め、試料中のリン原子濃度(リン含有率)を算出した。
厚さ25μmのポリイミドフィルム(カネカ(株)製アピカルNPI)に、レジストインキを塗布した後、80℃×5分間乾燥して乾燥塗膜(厚み15μm)を調製した。次いで、120℃で1時間の熱処理を行なった。得られた積層フィルムについて、UL94規格に従い、難燃性を評価した。難燃性は,UL94規格において、VTM−1以上が好ましく、VTM−0が最も好ましい。
厚さ25μmのポリイミドフィルム(カネカ(株)製アピカルNPI)に、レジストインキを塗布した後、80℃×5分間乾燥して乾燥塗膜(厚み15μm)を調製した。次いで、120℃で1時間の熱処理を行なった。得られた積層フィルムを10cm×10cmに切り出した。次いで、この積層フィルムを25℃、相対湿度65%で、24時間調湿して測定試料とし、下に凸の状態で水平なガラス板に載せ、四隅の高さの平均を以下の基準で評価した。
◎:高さ1mm未満
○:高さ2mm未満
△:高さ10mm未満
×:高さ10mm以上
電解銅箔にレジストインキを塗布した後、80℃×5分間乾燥して乾燥塗膜(厚み15μm)を調製した。次いで、120℃で1時間の熱処理を行い、レジスト膜積層体を得た(以下、同様に作製したものをレジスト膜積層体と称する)。このレジスト膜に、ロジン系フラックスEC−19S−10(タムラ科研(株)製)を塗布した後、JIS−C6481に準じて280℃の半田浴に30秒間浸漬し、剥がれや膨れ等の外観異常の有無を以下の基準で評価した。
○:外観異常なし
△:わずかに外観異常あり
×:全面外観異常あり
上記のレジスト膜積層体に対して、JIS−K5400に準拠して評価を行った。心棒の直径は2mmとし、クラック発生の有無を以下の基準で評価した。
○:クラックの発生なし
×:クラックの発生あり
上記のレジスト膜積層体を、5cm×5cmの大きさにカットした試験片を2つ用意し、レジスト塗布面同士を重ね合わせたものを一組とした。これを150℃×100時間熱処理した後、試験片を引き離し、ブロッキングの有無について以下の基準で評価した。
○:ブロッキングの発生なし
×:ブロッキングの発生あり
撹拌器及び温度計を装備した四つ口フラスコにおいて、ポリカーボネートポリオール化合物(a)としてポリカーボネートジオール(クラレポリオール C−2050:(株)クラレ製、Mn=2000)1400重量部を、溶剤であるγ−ブチロラクトン1521重量部に溶解し、65℃にて撹拌・溶解した。そこへ、ジイソシアネート化合物(b)として4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)52.6重量部を添加・撹拌し、ここに触媒であるジブチルスズジラウレート0.1重量部を添加し、100℃×2時間反応させた。次いで、テトラカルボン酸二無水物(d)として無水ピロメリット酸(PMDA)68.7重量部を添加・撹拌し、ここに触媒である4−ジメチルアミノピリジン3.9重量部を添加し、100℃×8時間反応させた。その後、γ−ブチロラクトン331重量部を加えて希釈し、室温まで冷却することで固形分濃度45重量%のカルボキシル基含有樹脂(1−1)を得た。この樹脂の組成と物性を表1に示す。
原料の組成を表1に記載のようにそれぞれ変更したこと以外は合成例1−1と同様にして、カルボキシル基含有樹脂(1−2〜1−5)を得た。これらの樹脂の組成と物性を表1に示す。
C−2050 :(株)クラレ製、ポリカーボネートジオール(3−メチル−
1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール)、
数平均分子量約2,000
UH−CARB100:宇部興産(株)製、ポリカーボネートジオール(1,6−
ヘキサンジオール)、数平均分子量約1,000
G3452 :旭化成ケミカルズ(株)製、ポリカーボネートジオール(2−
メチル−1,3−プロパンジオール/1,4−ブタンジオー
ル)、数平均分子量約2,000
T5650E :旭化成ケミカルズ(株)製、ポリカーボネートジオール(1,
5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール)、数平均
分子量約500
MDI :4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート
HDI :1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート
IPDI :イソホロンジイソシアネート
BTDA :3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物
PMDA :ピロメリット酸二無水物
OPDA :4,4’−オキシジフタル酸二無水物
撹拌器及び温度計を装備した四つ口フラスコにおいて、ポリカーボネートポリオール化合物としてポリカーボネートジオール(クラレポリオール C−2050:(株)クラレ製、Mn=2000)553重量部、カルボキシル基含有ジヒドロキシ化合物として2,2−ジメチロールブタン酸(DMBA)62.2重量部を、溶剤であるγ−ブチロラクトン787重量部に溶解し、90℃にて撹拌・溶解した。反応液の温度を70℃まで下げ、そこへ、ジイソシアネート化合物として4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)172重量部を添加・撹拌し、ここに触媒であるジブチルスズジラウレート0.2重量部を添加し、100℃×4時間反応を行い、ほぼイソシアネートが消失したことを確認した。その後、γ−ブチロラクトン175重量部を加えて希釈し、室温まで冷却することで固形分濃度45重量%のカルボキシル基含有樹脂(2−1)を得た。得られたカルボキシル基含有樹脂は、数平均分子量が8,800であり、固形分の酸価が560eq/tであった。
撹拌器及び温度計を装備した四つ口フラスコにおいて、ポリカーボネートポリオール化合物としてポリカーボネートジオール(PLACCEL CD−220:ダイセル化学(株)製、Mn=2000)1000重量部を、溶剤であるγ−ブチロラクトン833.5重量部に溶解し、65℃にて撹拌・溶解した。そこへ、ジイソシアネート化合物として4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)250.3重量部を添加・撹拌し、140℃×5時間反応させた。次いで、カルボン酸無水物としてトリメリット酸無水物288.2重量部、ジイソシアネート化合物として4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)125.1重量部、及び溶剤であるγ−ブチロラクトン1361重量部を添加・撹拌し、160℃×6時間反応させた。その後、室温まで冷却することで固形分濃度54重量%の樹脂(2−2)を得た。得られた樹脂は、数平均分子量が18,000であり、固形分の酸価が400eq/tであった。
合成例1−1で得られたカルボキシル基含有樹脂(1−1)の樹脂分100重量部に対して、エピクロンHP−7200(DIC(株)製、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の商品名)21重量部を加え、γ−ブチロラクトンで希釈した。さらに難燃剤としてエクソリットOP−935(クラリアントジャパン(株)製、トリスジエチルホスフィン酸アルミニウムの商品名)を52重量部、硬化促進剤としてUCAT−5002(サンアプロ(株)製)を1.2重量部、消泡剤としてBYK−054(ビックケミー(株)製)を3.0重量部、レベリング剤としてBYK−358(ビックケミー(株)製)を3.1重量部、フィラーとしてアエロジェル300(日本アエロジル(株)製、親水性シリカ微粒子)を4.6質量部加え、まず粗混練りし、次いで高速3本ロールを用いて3回混練りを繰り返すことで、均一にフィラーが分散しチキソトロピー性を有する、熱硬化性樹脂組成物からなるレジストインキを得た。γ−ブチロラクトンで粘度を調整したところ、溶液粘度が250ポイズ、揺変度は2.7であった。厚さ18μmの電解銅箔の光沢面、または厚さ25μmのポリイミドフィルム(カネカ製、アピカルNPI)、または2層CCL(東洋紡製、商品名:バイロフレックス)上に線間50μmの櫛型パターンを作成した回路に、得られた熱硬化性樹脂組成物からなるレジストインキを乾燥後の厚さ15μmになるよう塗布した。80℃で10分熱風乾燥した後、空気雰囲気下、120℃で60分加熱して積層フィルムを得た。レジストインキの配合及び塗膜物性を表2に示す。
配合組成を表2に記載のようにそれぞれ変更した以外は同様にして実施例2〜10、比較例1〜5のレジストインキを得て評価した。レジストインキの配合及び塗膜物性を表2に示す。
HP−7200 :DIC(株)製、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂
EXA−4816 :DIC(株)製、脂肪族変性エポキシ樹脂
jER−152 :ジャパンエポキシレジン(株)製、フェノールノボラック型
エポキシ樹脂
OP−935 :クラリアントジャパン(株)製、トリスジエチルホスフィン
酸アルミニウム
OP−930 :クラリアントジャパン(株)製、トリスジエチルホスフィン
酸アルミニウム
HCA−HQ :(株)三光製、10−(2,5―ジヒドロオキシフェニル)
−10H−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン=
10−オキシド
BCA :(株)三光製、10H−9−オキサ−10−フォスファ−
10−フェナンスリルメチルベンゼン
PHOSMEL−200:日産化学工業(株)製、ポリリン酸メラミン・メラム・
メレム
UCAT−5002 :サンアプロ(株)製、硬化促進剤、DBU系テトラフェニル
ボレート塩
BYK−054 :ビックケミー(株)製、消泡剤
BYK−354 :ビックケミー(株)製、レベリング剤
アエロジェル300 :日本アエロジル(株)製、親水性シリカ微粒子
Claims (9)
- (A)分子中に1つ以上のカルボキシル基を含有する樹脂、
(B)オキシラン環を含有する化合物、及び
(C)リン原子を含有する有機フィラー
を含む熱硬化性樹脂組成物であって、前記分子中に1つ以上のカルボキシル基を含有する樹脂(A)が、ポリカーボネートポリオール化合物(a)とジイソシアネート化合物(b)を反応させて得られる末端ヒドロキシル基含有ウレタンプレポリマー(c)と、テトラカルボン酸二無水物(d)とを反応させて得られるカルボキシル基含有樹脂であることを特徴とする熱硬化性樹脂組成物。 - 分子中に1つ以上のカルボキシル基を含有する樹脂(A)の酸価が250〜2000当量/106gであることを特徴とする請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 分子中に1つ以上のカルボキシル基を含有する樹脂(A)の数平均分子量が1000〜100000であることを特徴とする請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- オキシラン環を含有する化合物(B)がエポキシ化合物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
- リン原子を含有する有機フィラー(C)がホスフィン酸塩からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
- カルボキシル基を含有する樹脂(A)と、オキシラン環を含有する化合物(B)と、リン原子を含有する有機フィラー(C)の質量比率が、(A)/(B)/(C)=30〜95/1〜50/2〜55であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
- カルボキシル基を含有する樹脂(A)と、オキシラン環を含有する化合物(B)と、リン原子を含有する有機フィラー(C)を合わせた質量が、熱硬化性樹脂組成物中の20質量%以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
- (D)硬化促進剤をさらに含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物をレジスト層として使用することを特徴とするプリント回路基板。
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