JP2014015528A - プリプレグおよび積層板 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラス繊維織物に樹脂組成物を含浸した際の熱伝導率の低下が小さく、また低い熱膨張性を有するプリプレグ、および積層板を提供する。
【解決手段】熱硬化性樹脂として特定の構造を有するエポキシ樹脂と、硬化剤として特定の構造を有するポリイミド樹脂と、を含有する樹脂組成物を、ガラス繊維基材に含浸、塗工してなるプリプレグ。樹脂組成物において、特定の構造を有するエポキシ樹脂の含有量が、30〜50質量%である、前記のプリプレグ。さらに樹脂組成物が無機充填材を含み、該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%であり、該無機充填材が酸化アルミニウムを少なくとも含む、前記のプリプレグ。
【選択図】なし
【解決手段】熱硬化性樹脂として特定の構造を有するエポキシ樹脂と、硬化剤として特定の構造を有するポリイミド樹脂と、を含有する樹脂組成物を、ガラス繊維基材に含浸、塗工してなるプリプレグ。樹脂組成物において、特定の構造を有するエポキシ樹脂の含有量が、30〜50質量%である、前記のプリプレグ。さらに樹脂組成物が無機充填材を含み、該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%であり、該無機充填材が酸化アルミニウムを少なくとも含む、前記のプリプレグ。
【選択図】なし
Description
本発明は、半導体パッケージやプリント配線板用に好適な、放熱性に優れる樹脂組成物とガラス繊維機材を用いたプリプレグおよび積層板に関する。
近年、携帯電話やモバイル機器など、電子機器の小型軽量化または薄型化が顕著である。これにより、電子機器内部のプリント配線板に搭載されたICやLSI等の電子部品は高密度化してきており、それに伴って電子機器内部の発熱密度も大きくなっている。電子機器内の発熱密度が大きくなると、電子機器内部の発熱に伴う温度上昇は顕著になり、電子部品の動作信頼性は低下する。したがって、電子部品や導体から発生した熱を速やかに外部に放出するために、プリント配線基板の放熱性を向上させる必要がある。上記問題を解決する手段として、様々な方法が提案されている。
特許文献1では、メソゲン骨格を有するにもかかわらず製造が容易であり、有機溶剤への溶解性に優れ、強靭性、熱伝導性に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂を提供するとある。特許文献2では、熱伝導性エポキシ樹脂成形体におけるエポキシ樹脂の配向度αは、0.5以上1.0未満の範囲にすることで、優れた熱伝導性を発揮することができる熱伝導性エポキシ樹脂成形体及びその製造方法を提供するとある。
しかしながら、熱伝導性に優れた樹脂組成物が得られた場合であっても、ガラス繊維織物に含浸して得られるプリプレグや積層板は、樹脂組成物の熱伝導性よりも劣ることが多かった。特に、樹脂組成物の熱伝導性がガラス繊維織物の熱伝導性を上回る場合に、プリプレグ、積層板の熱伝導低下が著しい傾向が見られる。また、ガラス繊維織物の割合を少なくし、樹脂組成物を多くすることで熱伝導率は改善するが、その場合積層板の剛性や熱膨張性が低下してしまい、薄い積層板を作ることができないという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、ガラス繊維織物に樹脂組成物を含浸した際の熱伝導率の低下が小さく、また低い熱膨張性を有するプリプレグ、および積層板を提供するものである。
本発明は、上記課題を達成するために鋭意検討をした結果、完成されたものである。すなわち本発明は以下の通りである。
(1) 熱硬化性樹脂として(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂と、硬化剤として(式2)又は(式3)に示す構造を有するポリイミド樹脂と、を含有する樹脂組成物を、ガラス繊維基材に含浸、塗工してなるプリプレグ。
(1) 熱硬化性樹脂として(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂と、硬化剤として(式2)又は(式3)に示す構造を有するポリイミド樹脂と、を含有する樹脂組成物を、ガラス繊維基材に含浸、塗工してなるプリプレグ。
(2) 樹脂組成物において、(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂の含有量が、30〜50質量%である、(1)に記載のプリプレグ。
(3) さらに樹脂組成物が無機充填材を含み、該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%であり、該無機充填材が酸化アルミニウムを少なくとも含むことを特徴とする、(1)又は(2)に記載のプリプレグ。
(4) プリプレグ中のガラス繊維基材の含有量が、プリプレグ全体に対して10〜40体積%であることを特徴とする(1)〜(3)いずれかに記載のプリプレグ。
(5) (1)〜(4)いずれかに記載のプリプレグを用いて積層成形して成る、25℃における熱伝導率が1.5W/mK以上の積層板。
(3) さらに樹脂組成物が無機充填材を含み、該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%であり、該無機充填材が酸化アルミニウムを少なくとも含むことを特徴とする、(1)又は(2)に記載のプリプレグ。
(4) プリプレグ中のガラス繊維基材の含有量が、プリプレグ全体に対して10〜40体積%であることを特徴とする(1)〜(3)いずれかに記載のプリプレグ。
(5) (1)〜(4)いずれかに記載のプリプレグを用いて積層成形して成る、25℃における熱伝導率が1.5W/mK以上の積層板。
本発明により、ガラスクロス織物を用いた積層板の熱伝導率の低下が小さく、また低い熱膨張性を有する、半導体パッケージやプリント配線板用に好適なプリプレグ、および積層板を提供することができる。
以下、本発明のプリプレグ、それを用いた積層板について詳細に説明する。
本発明のプリプレグは、熱硬化性樹脂として(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂と、硬化剤として(式2)又は(式3)に示す構造を有するポリイミド樹脂と、を含有する樹脂組成物を、ガラス繊維基材に含浸、塗工してなるものである。
本発明のプリプレグは、熱硬化性樹脂として(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂と、硬化剤として(式2)又は(式3)に示す構造を有するポリイミド樹脂と、を含有する樹脂組成物を、ガラス繊維基材に含浸、塗工してなるものである。
本発明に使用される樹脂組成物は、一般的に、熱硬化性樹脂と硬化剤とを含む熱硬化性のものである。このうち、熱硬化性樹脂としては、前記(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂を使用する。前記(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂は、溶融粘度が低く、フィラ充填性に優れ、また耐熱性や熱伝導性にも優れるビフェニル型のグリシジルエーテル化合物として好ましい。
また、硬化剤としては、高強度、高耐熱を有するほか、きわめて低い熱膨張性を有することから、(式2)又は(式3)に示す構造を有するポリイミド樹脂を使用する。具体的には、(式2)又は(式3)に示す構造を有するポリイミド樹脂として、ビスマレイミド化合物とアミノフェノール化合物を反応させたものが、低熱膨張性、溶剤溶解性などの観点から有効である。
また、前記のエポキシ樹脂とポリイミド樹脂を含む樹脂組成物において、(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂の含有量が、30〜50質量%であることが好ましい。
また、硬化剤としては、高強度、高耐熱を有するほか、きわめて低い熱膨張性を有することから、(式2)又は(式3)に示す構造を有するポリイミド樹脂を使用する。具体的には、(式2)又は(式3)に示す構造を有するポリイミド樹脂として、ビスマレイミド化合物とアミノフェノール化合物を反応させたものが、低熱膨張性、溶剤溶解性などの観点から有効である。
また、前記のエポキシ樹脂とポリイミド樹脂を含む樹脂組成物において、(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂の含有量が、30〜50質量%であることが好ましい。
本発明に使用される樹脂組成物は、さらに、無機充填材を含むことが好ましい。無機充填材としては、シランカップリング剤もしくはシリコーンオリゴマーのアルコキシ基や加水分解してできるシラノール基が強い吸着性、反応性を持つ絶縁材料が好ましい。それは表面にOH基をもった無機材料であり、例えば酸化珪素、酸化アルミニウムなどはシランカップリング剤もしくはシリコーンオリゴマーの効果が顕著に現れる。その中でも25℃における熱伝導率が3W/mK以上の熱伝導率の高い無機充填材を用いるのが好ましく、酸化アルミニウム(25℃における熱伝導率:20〜30W/mK)が好ましい無機充填材である。
ここで、熱伝導率は温度の依存性があるため、測定上の制約が少なく管理も容易な温度である25℃における熱伝導率を無機充填材、樹脂組成物、プリプレグ、積層板等の熱伝導率として使用した。
また、無機充填材の形状は、樹脂に高充填した際に流動性の低下が少ない球状の粒子が好ましい。無機充填材の粒子径は、累積50%粒子径が0.1〜10μmが好ましい。この粒子径の領域では、粒子径が大きいほどフィラの充填性が向上するが、粒子径は5μm以上になるとガラス繊維織物を含むプリプレグの厚さを薄くすることが困難となるため、特に0.3〜5μmのものが好ましい。
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などで測定することができる。
ここで、熱伝導率は温度の依存性があるため、測定上の制約が少なく管理も容易な温度である25℃における熱伝導率を無機充填材、樹脂組成物、プリプレグ、積層板等の熱伝導率として使用した。
また、無機充填材の形状は、樹脂に高充填した際に流動性の低下が少ない球状の粒子が好ましい。無機充填材の粒子径は、累積50%粒子径が0.1〜10μmが好ましい。この粒子径の領域では、粒子径が大きいほどフィラの充填性が向上するが、粒子径は5μm以上になるとガラス繊維織物を含むプリプレグの厚さを薄くすることが困難となるため、特に0.3〜5μmのものが好ましい。
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など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%が好ましく、40〜65体積%であることがより好ましく、45〜60体積%であることがさらに好ましい。
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、無機充填材による樹脂組成物の熱伝導率を高める効果が大きく、また樹脂組成物の熱膨張率が低減し、適度な流動性を有し優れた成形性を有する樹脂組成物が得られるからである。
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、熱伝導効果が不十分となり、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。
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、無機充填材による樹脂組成物の熱伝導率を高める効果が大きく、また樹脂組成物の熱膨張率が低減し、適度な流動性を有し優れた成形性を有する樹脂組成物が得られるからである。
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、熱伝導効果が不十分となり、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。
また、プリプレグ中のガラス繊維基材の含有量は、プリプレグ全体の10〜40体積%であることが好ましく、15〜35体積%であることがより好ましく、20〜30体積%であることが更に好ましい。
ガラス繊維基材の含有量がプリプレグ全体の10〜40体積%であると、樹脂組成物の熱伝導率を高める効果が大きく、またガラス繊維基材による熱膨張率低減効果も得られるプリプレグが得られるからである。
これに対して、ガラス繊維基材の含有量がプリプレグ全体の10体積%未満となると、熱伝導効果はより高まるものの熱膨張性が悪化し、プリプレグの剛性も大きく損なわれてしまう。逆に40体積%を超えると、熱伝導効果が不十分となってしまうため好ましくない。
ガラス繊維基材の含有量がプリプレグ全体の10〜40体積%であると、樹脂組成物の熱伝導率を高める効果が大きく、またガラス繊維基材による熱膨張率低減効果も得られるプリプレグが得られるからである。
これに対して、ガラス繊維基材の含有量がプリプレグ全体の10体積%未満となると、熱伝導効果はより高まるものの熱膨張性が悪化し、プリプレグの剛性も大きく損なわれてしまう。逆に40体積%を超えると、熱伝導効果が不十分となってしまうため好ましくない。
本発明に使用される樹脂組成物には、上記成分以外に硬化促進剤、熱可塑性樹脂、エラストマー、難燃剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤および密着性向上剤等を添加することができる。
硬化促進剤の例としては、たと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、マスク化剤によりマスクされていても良い。
このようなマスク化剤としては、アクリルニトリル、フェニレンジイソシアネート、トルイジンイソシアニネート、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。
硬化促進剤の例としては、たと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、マスク化剤によりマスクされていても良い。
このようなマスク化剤としては、アクリルニトリル、フェニレンジイソシアネート、トルイジンイソシアニネート、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、エチレンホスフィン、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。
第二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。
第三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。
第四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)エ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。
第三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。
第四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)エ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。
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。
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。
本発明に使用される樹脂組成物は、プリプレグに用いられるため、各成分が有機溶媒中に溶解もしくは分散された状態で配合され、最終的にはワニスの状態で提供されることが好ましい。
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。
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。
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(樹脂固形分)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(樹脂固形分)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。
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(樹脂固形分)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(樹脂固形分)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。
次に上記の樹脂組成物を用いたプリプレグについて説明する。
本発明のプリプレグは、上記の樹脂組成物をガラス繊維基材に含浸、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ガラス繊維基材に含浸塗工し、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ガラス繊維基材としては、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が挙げられる。
これらのガラス繊維基材は、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。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。また熱伝導性を高める場合には、未開繊のものを使用することが好ましい。
ガラス繊維基材の厚さは、例えば0.01〜0.2mmのものを採用することができる。
本発明のプリプレグは、上記の樹脂組成物をガラス繊維基材に含浸、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ガラス繊維基材に含浸塗工し、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ガラス繊維基材としては、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が挙げられる。
これらのガラス繊維基材は、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。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。また熱伝導性を高める場合には、未開繊のものを使用することが好ましい。
ガラス繊維基材の厚さは、例えば0.01〜0.2mmのものを採用することができる。
本発明の積層板は、本発明のプリプレグを用いて積層成形してなるものである。例えば、本発明のプリプレグを1〜20枚重ね、その片面または両面に銅またはアルミニウム等の金属箔を配置した構成で、多段プレス、多段真空プレス、連続成形機、オートクレーブ成形機等を使用し、温度100〜250℃、圧力0.2〜10MPa、加熱時間0.1〜5時間の範囲で積層成形して、金属箔張積層板を製造することができる。金属箔は、電子部品用途で用いるものであれば特に制限されない。また、本発明のプリプレグと内層用配線板とを組合せて積層成形し、多層板を製造することもできる。
(熱伝導率の評価方法)
樹脂組成物、プリプレグおよび積層板の熱伝導率は、熱拡散率と定圧比熱容量と密度の積で求めることができる。熱拡散率や定圧比熱容量は、フラッシュ法によって測定することができる。フラッシュ法にはレーザーフラッシュ法やキセノンフラッシュ法などがある。また、定圧比熱容量は示差走査熱量測定(DSC)によって求めることもできる。密度は、アルキメデス法等によって測定することができる。熱伝導率は温度の依存性があるため、すべての測定は同一温度で測定することが好ましい。そして、本発明の積層板は、25℃における熱伝導率が1.5W/mK以上であることが好ましい。
樹脂組成物、プリプレグおよび積層板の熱伝導率は、熱拡散率と定圧比熱容量と密度の積で求めることができる。熱拡散率や定圧比熱容量は、フラッシュ法によって測定することができる。フラッシュ法にはレーザーフラッシュ法やキセノンフラッシュ法などがある。また、定圧比熱容量は示差走査熱量測定(DSC)によって求めることもできる。密度は、アルキメデス法等によって測定することができる。熱伝導率は温度の依存性があるため、すべての測定は同一温度で測定することが好ましい。そして、本発明の積層板は、25℃における熱伝導率が1.5W/mK以上であることが好ましい。
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
(実施例1〜2、比較例1〜5)
表1に示した樹脂組成物の配合のうち、まず無機充填材として酸化アルミニウムを用い、その最小被覆面積を満たすシランカップリング剤(信越化学工業株式会社製、商品名:KBM573)を添加して乾式処理した後、メチルエチルケトン中に撹拌しながら加えて分散した。
次に、熱硬化性樹脂66.67質量部と、硬化剤100質量部とをシクロヘキサノンとメチルエチルケトンの混合溶媒中に加えて加熱し、均一に分散するまで撹拌した。
さらに、上記無機充填材の分散液を撹拌しながら加え、分散液とその他の成分が十分混合してから硬化促進剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業株式会社製、商品名:2E4MZ)を0.92質量部加えて全体が均一になるまで攪拌した。最後に、塗工に適切な粘度になるようにメチルエチルケトンとシクロヘキサノンを加えて濃度を調整し、樹脂固形分73質量%の樹脂組成物のワニスを得た。
(実施例1〜2、比較例1〜5)
表1に示した樹脂組成物の配合のうち、まず無機充填材として酸化アルミニウムを用い、その最小被覆面積を満たすシランカップリング剤(信越化学工業株式会社製、商品名:KBM573)を添加して乾式処理した後、メチルエチルケトン中に撹拌しながら加えて分散した。
次に、熱硬化性樹脂66.67質量部と、硬化剤100質量部とをシクロヘキサノンとメチルエチルケトンの混合溶媒中に加えて加熱し、均一に分散するまで撹拌した。
さらに、上記無機充填材の分散液を撹拌しながら加え、分散液とその他の成分が十分混合してから硬化促進剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業株式会社製、商品名:2E4MZ)を0.92質量部加えて全体が均一になるまで攪拌した。最後に、塗工に適切な粘度になるようにメチルエチルケトンとシクロヘキサノンを加えて濃度を調整し、樹脂固形分73質量%の樹脂組成物のワニスを得た。
(樹脂組成物及び積層板の熱伝導率)
また、上記樹脂組成物のワニスをガラス板に塗工し、150℃で5分加熱乾燥して得られた膜から樹脂組成物の粉末を得た。この樹脂組成物の粉末を温度185℃、圧力4MPaで1.5時間成形を行って、樹脂板を得た。この樹脂板を10mm角(縦10mm、横10mm)の大きさに切断して、熱伝導率評価用樹脂板を作製した(樹脂組成物の熱伝導率測定用)。
また、上記樹脂組成物のワニスをガラス板に塗工し、150℃で5分加熱乾燥して得られた膜から樹脂組成物の粉末を得た。この樹脂組成物の粉末を温度185℃、圧力4MPaで1.5時間成形を行って、樹脂板を得た。この樹脂板を10mm角(縦10mm、横10mm)の大きさに切断して、熱伝導率評価用樹脂板を作製した(樹脂組成物の熱伝導率測定用)。
次に上記樹脂組成物のワニスを、Eガラスクロス(旭化成イーマテリアルズ株式会社製、商品名:AS750、厚さ0.06mm)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70体積%のプリプレグを得た。すなわち、プリプレグ中のガラス繊維基材(Eガラスクロス)の含有量は30体積%である。
次に、このプリプレグを6枚重ね、18μmの電解銅箔を上下に配置し、温度185℃、圧力4MPaで1.5時間積層成形を行って銅張積層板を得た。銅張積層板の銅箔をエッチング液により取除いた後、10mm角(縦10mm、横10mm)の大きさに切断して熱伝導率評価基板を作製した(積層板の熱伝導率測定用)。
なお、熱伝導率評価基板(積層板)の樹脂組成物の含有量は75体積%である。
次に、このプリプレグを6枚重ね、18μmの電解銅箔を上下に配置し、温度185℃、圧力4MPaで1.5時間積層成形を行って銅張積層板を得た。銅張積層板の銅箔をエッチング液により取除いた後、10mm角(縦10mm、横10mm)の大きさに切断して熱伝導率評価基板を作製した(積層板の熱伝導率測定用)。
なお、熱伝導率評価基板(積層板)の樹脂組成物の含有量は75体積%である。
熱拡散率はキセノンフラッシュ法(Nano Flash LEA447、NETZSCH社製)を用いて、定圧比熱容量はDSC(PE Pyris Series Pyris1、パーキンエルマー社製)を用いて、密度は電子比重計(SD−200L、アルファミラージュ社製)を用いて測定し、これらの積によって、熱伝導率を算出した。なお、熱拡散率、密度は25℃で測定し、定圧比熱容量測定についても25℃の比熱容量を測定により導いた。
(樹脂組成物のガラス転移温度)
前記の評価用樹脂板を使用し、動的粘弾性スペクトロメータ(レオロジー社製、DVE−V4型)を用い、チャック間距離20mm、周波数10Hz、昇温速度3℃/分の条件で、50℃におけるガラス転移温度(Tg)を測定した。
前記の評価用樹脂板を使用し、動的粘弾性スペクトロメータ(レオロジー社製、DVE−V4型)を用い、チャック間距離20mm、周波数10Hz、昇温速度3℃/分の条件で、50℃におけるガラス転移温度(Tg)を測定した。
(積層板の熱膨張率)
前記の評価基板を使用し、熱機械分析装置(Seiko Instruments社製、SSC/5200)を用い、昇温速度2℃/分、測定モードを引張りモードとし、40℃〜120℃の値から測定した。
前記の評価基板を使用し、熱機械分析装置(Seiko Instruments社製、SSC/5200)を用い、昇温速度2℃/分、測定モードを引張りモードとし、40℃〜120℃の値から測定した。
また、各成分はそれぞれ次のものを用いた。
・樹脂A:ビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名:YL6121H);(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂
・樹脂B:ビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名:YX4000);(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂
・樹脂C:ナフタレン型エポキシ樹脂(DIC株式会社製、商品名:HP4032D)
・樹脂D:ナフタレン型エポキシ樹脂(DIC株式会社製、商品名:EXA4070)
・樹脂E:フェノールノボラック型エポキシ樹脂(DIC株式会社製、商品名:N770M70)
・硬化剤F:ポリイミド樹脂;(式2)又は(式3)に示す構造を有するポリイミド樹脂(ビスマレイミド化合物(ケイ・アイ化成株式会社製、商品名BMI−LA)とパラアミノフェノール化合物(イハラケミカル工業株式会社製)の反応物)
・硬化剤G:カテコール・レゾルシノールノボラック
・硬化剤H: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式会社製、商品名:KA−1165)
・硬化促進剤:2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業株式会社製、商品名:2E4MZ)
・無機充填材:酸化アルミニウムAl2O3(住友化学株式会社製、商品名:AA−3、AA−0.4)
表1の実施例1〜2、比較例1〜2を比較すると、樹脂組成物の熱伝導率は共に2.15W/mK程度であるが、Tg、および熱膨張率はポリイミドを用いた実施例のほうが優れていることが分かる。また、比較例3〜4ではナフタレン型骨格を有するエポキシ樹脂を用いているが、実施例と比較して熱伝導率及び熱膨張率で下回っている。比較例1〜4の結果から、エポキシ樹脂および硬化剤のいずれかが実施例と異なっても、熱伝導率と熱膨張率で低い値をとることが分かる。また、エポキシ樹脂、硬化剤とも実施例と異なる比較例5では、いずれの特性も実施例より劣る結果となった。したがって、本発明を用いることで、熱伝導率に優れ、熱膨張率の低い基板(積層板)を得ることができる。
以上のことから、本発明により、熱伝導性に優れ、低い熱膨張性を有する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を用いたプリプレグ、および積層板を得ることができる。
以上のことから、本発明により、熱伝導性に優れ、低い熱膨張性を有する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を用いたプリプレグ、および積層板を得ることができる。
本発明の樹脂組成物、それを用いたプリプレグ、および積層板は、半導体パーケージやプリント配線板の製造に好適に用いられる。
Claims (5)
- 樹脂組成物における(式1)に示す構造を有するエポキシ樹脂の含有量が、30〜50質量%である、請求項1に記載のプリプレグ。
- さらに樹脂組成物が無機充填材を含み、該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%であり、該無機充填材が酸化アルミニウムを少なくとも含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載のプリプレグ。
- プリプレグ中のガラス繊維基材の含有量が、プリプレグ全体に対して10〜40体積%であることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載のプリプレグ。
- 請求項1〜4いずれかに記載のプリプレグを用いて積層成形して成る、25℃における熱伝導率が1.5W/mK以上の積層板。
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