JP2016047811A - アリーロキシシランオリゴマー、エポキシ樹脂硬化剤、およびその用途 - Google Patents
アリーロキシシランオリゴマー、エポキシ樹脂硬化剤、およびその用途 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】式(1)で示されるアリーロキシシランオリゴマー並びにその製法、前記オリゴマーを含むエポキシ樹脂硬化剤、これを含む組成物並びにその用途、及び前記組成物を硬化してなるエポキシ樹脂硬化物。
(R1は各々独立にC1〜12の炭化水素基;Xは2官能フェノール化合物残基;Yはアミノフェノール化合物残基;Zはビスマレイミド化合物残基;nは1〜20の整数;mは1〜20の整数)
【選択図】なし
Description
一般式(1)中、R1はそれぞれ同一または異なる炭素数1〜12の炭化水素基を示す。かかる炭化水素基は、例えばハロゲン、酸素等の異種原子を含んでいてもよく、例えば、メチル、エチル、イソプロピル、n−プロピル、イソブチル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、2−エチルヘキシル、シクロヘキシル、ベンジル、トリフルオロメチル、2−エトキシエチルなどの置換または非置換のアルキル基;ビニル基;フェニル、2−メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル、2−エチルフェニル、3−エチルフェニル、4−エチルフェニル、2−イソプロピルフェニル、3−イソプロピルフェニル、4−イソプロピルフェニル、2−イソブチルフェニル、3−イソブチルフェニル、4−イソブチルフェニル、2−tert−ブチルフェニル、3−tert−ブチルフェニル、4−tert−ブチルフェニル、2−ベンジルフェニル、3−ベンジルフェニル、4−ベンジルフェニル、2−クロルフェニル、3−クロルフェニル、4−クロルフェニル、2−エトキシエチルフェニ、3−エトキシエチルフェニ、4−エトキシエチルフェニル、2−フェニルフェニル、3−フェニルフェニル、4−フェニルフェニル、α−ナフチル、またはβ−ナフチルなどの置換または非置換のアリール基;を挙げることができる。
一般式(1)中、mは1〜20の整数である。mの好適な数値は1〜10、1〜5、または1〜3とすることができる。製造工程において、2級アミンと反応し得るマレイミド基を十分に残存させる観点からである。
前駆体オリゴマーを製造する工程は、一般式(2)で示される化合物、一般式(3)で示される化合物、および一般式(4)で示される化合物を縮合反応する工程(特開2005−145911号公報(特許文献4)参照)である。
一般式(3)中、lは0〜4の整数である。
R4はそれぞれ同一または異なる炭素数1〜4のアルキル基を示し、例えばメチル、エチル、イソプロピル、n−プロピル、イソブチル、n−ブチル、sec−ブチル、またはtert−ブチルなどの置換または非置換のアルキル基を挙げることができる。
一般式(4)で示されるジアルコキシシラン化合物は、縮合反応により副生するアルコール類が、合成上の観点から留去容易なアルコールとなる化合物を用いることができる。具体的には例えば、ジエトキシジメチルシラン、ジプロポキシジメチルシラン、ジブトキシジメチルシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン、ジメトキシジフェニルシランなどを挙げることができる。中でも、ジメトキシジフェニルシランが好ましい。
多価フェノール類とアミノフェノール類の比率としては、水酸基の当量比で90/10〜20/80の比率が好ましく、耐熱性、誘電特性をバランスよく付与することを考慮すると75/25〜35/65の比率がより好ましい。
これらのうち、溶解性の点からはプロピレングリコールモノメチルエーテルおよびジプロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましく、低毒性および揮発性が高い点からはプロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましい。
有機溶媒の使用量は、最終生成物である一般式(1)のアリーロキシシランオリゴマーの濃度が15〜95重量%となる量が好ましく、35〜85重量%となる量がより好ましい。
なお、本発明のマレイミド基含有のアリーロキシシランオリゴマーの官能基当量は、2官能フェノール化合物およびアミノフェノール化合物のフェノール性水酸基とジアルコキシシラン化合物の縮合反応から生成するアリーロキシシリル基の当量を原料仕込み比から算出した理論値を用いる。その官能基当量を基にエポキシ樹脂の配合量を設定し、エポキシ樹脂との組成物およびその硬化物を作製するのが好ましい。
一般式(1)中、R1、X、Y、Z、n、およびmはそれぞれ上述の通りである。
これら多価フェノール類および/またはフェノール系硬化剤を含む場合の、一般式(1)で示されるアリーロキシシランオリゴマーのエポキシ樹脂硬化剤全体における割合は、50〜100重量%とすることができる。良好な誘電特性を得る観点からである。
これらエポキシ樹脂の中でも、フェノールビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、フェノール、ナフトールなどのキシリレン結合によるアラルキル樹脂のエポキシ化物、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のようなエポキシ当量が大きい樹脂を使用するのが好ましい。良好な誘電特性を得る観点からである。
中でも、3級アミン化合物、イミダゾール類、ホスホニウム塩、またはベタイン状有機リン化合物が好ましい。一般式(1)で示される重縮合型アリーロキシシラン化合物による硬化を、スムーズに行う観点からである。
また優れた成形性を維持しつつ、充填剤の配合量を高めるためには、細密充填を可能とするような粒度分布の広い球形の充填剤を使用することが好ましい。その場合、粒径が0.1〜3μmの小粒径の球形無機充填剤5〜40重量%、粒径が5〜30μmの大粒径の球形無機充填剤95〜60重量%の割合で混合して使用するのが好ましい。
離型剤の例としてはカルナバワックス、パラフィンワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィンワックスなどをあげることができる。
また着色剤としては、カーボンブラックなどを挙げることができる。
難燃剤の例としては、ハロゲン化エポキシ樹脂、ハロゲン化合物、リン化合物など、また難燃助剤としては三酸化アンチモンなどを挙げることができる。
低応力剤の例としては、シリコンゴム、変性ニトリルゴム、変性ブタジエンゴム、変性シリコンオイルなどを挙げることができる。
熱硬化は、公知の方法により行うことができる。例えば、本発明のアリーロキシシランオリゴマーを含むエポキシ樹脂硬化促進剤と公知のエポキシ樹脂とを溶媒中で混合し、得られた混合溶液を基材に塗工して、加熱により乾燥、硬化させる。得られた硬化塗膜を基材から剥して本発明のエポキシ樹脂硬化物を得ることができる。
例えば、本発明のエポキシ樹脂組成物を溶剤に溶解させることにより、回路基板に塗布して絶縁層とするための層間絶縁用ワニスとすることができ、ワニス状のエポキシ樹脂組成物を繊維状補強材に含浸させて加熱処理を行うことにより該用途のプリプレグとすることができ、ワニス状のエポキシ樹脂組成物を支持フィルム上で加熱処理してフィルム状とすれば該用途の接着シートとすることができる。これらはいずれの形態で使用しても多層プリント配線基板における層間絶縁層とすることができる。
本発明の層間絶縁材料を、半導体封止用に使用する場合は、さらに上述したような無機充填剤を添加するのが好ましい。
前述のワニス状のエポキシ樹脂組成物を上記繊維状補強材に塗布または含浸した後、乾燥工程を経てプリプレグを製造するが、塗布方法、含浸方法、乾燥方法は従来公知の方法が用いられ、特に限定されるものではない。
窒素ガス導入管、温度計、および撹拌機を備えた四口の300mLフラスコに、2,7−ジヒドロキシナフタレン78.5g、3−アミノフェノール45.8g、およびジメトキシジフェニルシラン176.2gを仕込み、攪拌しながら温度を150〜160℃にした。続いて、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(以下「DBU」という)0.30gを加え、反応で生成するメタノールを系外へ除去した後、60時間保持した。その後冷却し、末端にアミノ基を有する前駆体オリゴマーを得た。得られたオリゴマーの150℃での溶融粘度は1.4ポイズであった。
次に、窒素ガス導入管、温度計、および撹拌機を備えた四口の300mLフラスコに、得られた前駆体オリゴマー100.0g、およびプロピレングリコールモノメチルエーテル85.7gを仕込み、120℃に昇温して溶解した。さらにビス(4−マレイミドフェニル)メタン59.2gを添加して、120〜125℃で10時間保持した後冷却して末端にマレイミド基を含有するフェノキシシランオリゴマー溶液(A−1)を得た。A−1の不揮発分は65.9%、理論官能基当量は289g/eqであった。
窒素ガス導入管、温度計、撹拌機を備えた四口の300mLフラスコにビフェノール90.8g、3−アミノフェノール35.5g、およびジメトキシジフェニルシラン163.6gを仕込み、攪拌しながら温度を150〜160℃にした。続いて、DBU0.29gを加え、反応で生成するメタノールを系外へ除去して、50時間保持した。その後冷却して、末端にアミノ基を含有する前駆体オリゴマーを得た。得られたオリゴマーの150℃での溶融粘度は4.2ポイズであった。
次に、窒素ガス導入管、温度計、および撹拌機を備えた四口の300mLフラスコに得られた前駆体オリゴマー80.0g、およびプロピレングリコールモノメチルエーテル63.4gを仕込み、120℃に昇温して溶解した。さらにビス(4−マレイミドフェニル)メタン37.7gを添加し、120〜125℃の温度で10時間保持した後冷却して末端にマレイミド基を含有するフェノキシシランオリゴマー溶液(A−2)を得た。A−2の不揮発分は66.1%、理論官能基当量は280g/eqであった。
窒素ガス導入管、温度計、撹拌機を備えた四口の300mLフラスコにビスフェノールフルオレン125.3g、3−アミノフェノール42.0g、およびジメトキシジフェニルシラン135.7gを仕込み、攪拌しながら温度を150〜160℃にした。続いて、DBU0.30gを加え、反応で生成するメタノールを系外へ除去して、56時間保持した。その後冷却して末端にアミノ基を含有する前駆体オリゴマーを得た。得られたオリゴマーの150℃での溶融粘度は20ポイズであった。
次に、窒素ガス導入管、温度計、および撹拌機を備えた四口の300mLフラスコに得られた前駆体オリゴマー120.0g、およびプロピレングリコールモノメチルエーテル105.8gを仕込み、120℃に昇温して溶解した。さらに3,3−ジメチル−5,5−ジエチル−4,4−ジフェニルメタンビスマレイミド76.4gを添加し、120〜125℃で24時間保持した後冷却して末端にマレイミド基を含有するフェノキシシランオリゴマー溶液(A−3)を得た。A−3の不揮発分は65.2%、理論官能基当量は398g/eqであった。
窒素ガス導入管、温度計、撹拌機を備えた四口の300mLフラスコに、ビスフェノールF100.1g、およびジメトキシジフェニルシラン117.3gを仕込み、攪拌しながら温度を150〜160℃にした。続いて、DBU0.22gを加え、反応で生成するメタノールを系外へ除去して、64時間保持した。その後冷却してフェノキシシランオリゴマーを得た。得られたオリゴマーの150℃での溶融粘度は0.9ポイズであった。
得られたオリゴマーを、不揮発分が65%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルで希釈して理論官能基当量187g/eqのフェノキシシランオリゴマー溶液(A−4)を得た。
窒素ガス導入管、温度計、撹拌機を備えた四口の300mLフラスコに、ビフェノール93.1g、およびジメトキシジフェニルシラン117.3gを仕込み、攪拌しながら温度を150〜160℃にした。続いて、DBU0.21gを加え、反応で生成するメタノールを系外へ除去して、72時間保持した。その後冷却してフェノキシシランオリゴマーを得た。得られたオリゴマーの150℃での溶融粘度は9.0ポイズであった。
得られたオリゴマーを、不揮発分が65%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルで希釈して理論官能基当量180g/eqのフェノキシシランオリゴマー溶液(A−5)を得た。
窒素ガス導入管、温度計、撹拌機を備えた四口の300mLフラスコに、2,7−ジヒドロキシナフタレン80.1g、およびジメトキシジフェニルシラン117.3gを仕込み、攪拌しながら温度を150〜160℃にした。次いで、DBU0.20gを加え、反応で生成するメタノールを系外へ除去して、70時間保持した。その後冷却して理論官能基当量167g/eqのフェノキシシランオリゴマーを得た。得られたオリゴマーの、150℃の溶融粘度は3.2ポイズであった。
次に、窒素ガス導入管、温度計、および撹拌機を備えた四口の300mLフラスコに得られたフェノキシシランオリゴマー65.0g、2,7−ジヒドロキシナフタレン5.0g、および4,4’−ジフェニルメタンビスマレイミド30.0gを仕込み、攪拌しながら温度を150〜160℃にした。1時間保持した後、不揮発分が65%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルで希釈して、理論官能基当量221g/eqの、マレイミド化合物含有のフェノキシシランオリゴマー溶液(A−6)を得た。
フェノキシシランオリゴマー溶液(A−1〜A−6)、またはナフトールアラルキル樹脂(SN485、新日鉄住金化学社製)(A−7)、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(NC−3000H、日本化薬社製、エポキシ当量290g/eq)の固形分75%のメチルエチルケトン(MEK)溶液、および2−エチル−4−メチルイミダゾール(2E4MZ;硬化促進剤)を攪拌して混合した。配合量は、それぞれ表1に記載の通りであった。得られた混合溶液を銅箔上に乾燥膜厚が約80μmとなるように塗工して、100℃で8分間乾燥した後、200℃で3時間保持して硬化させた。その後、銅箔から引き剥がして硬化物を得た。
フェノキシシランオリゴマー溶液(A−3)、またはナフトールアラルキル樹脂(SN485、新日鉄住金化学社製)(A−7)、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(NC3000H)、無機充填剤(SC2500-SQ、アドマテックス社製)の固形分75%のメチルエチルケトン(MEK)溶液、および2−エチル−メチルイミダゾール(硬化促進剤)を加えて攪拌して混合し、樹脂ワニスを調製した。
これをガラスクロス(1078L、旭化成イーマテリアルズ社製)に含浸し、230℃で3時間乾燥して、プリプレグを得た。このプリプレグを2枚重ね合わせ、さらにその上下の最外層に18μmの銅箔を配して、4MPaの圧力で、230℃、3時間の加熱条件で成形し銅張積層板を得た。
誘電特性評価用の銅張積層板は、上記プリプレグを10枚重ね合わせ、さらにその上下の最外層にセパニウムを配して、4MPaの圧力で、230℃、3時間の加熱条件で成形した積層板を得た。
実施例4〜7、および比較例4〜8で得られた硬化物を、所定の大きさにカットしてガラス転移点測定のサンプルとした。以下の条件にてサンプルのガラス転移温度を測定した。
測定機器 :リガク社製 熱機械分析装置TMA8310evo
サンプル寸法:5mm×15mm×約0.08mm
雰囲気 :窒素中
測定温度 :25〜300℃
昇温速度 :10℃/min.
測定モ−ド :引張
実施例4〜7、および比較例4〜8で得られた硬化物を、所定の大きさにカットして、誘電率測定ならびに誘電正接測定のサンプルとした。誘電率および誘電正接を、アジレントテクノロジー社製ネットワークアナライザ−HP8510Cを用い、空洞共振法にて、それぞれ測定した。測定条件は以下の通りであった。
サンプル寸法:3mm×0.08mm×100mm
前処理 :室温22±1℃、湿度60±5%で90時間保管
測定環境 :室温22℃、湿度61%
周波数 :1GHz
Claims (18)
- 一般式(1)において、Xが芳香環を2個以上有する2官能フェノール化合物残基である請求項1に記載のアリーロキシシランオリゴマー。
- 一般式(1)において、Zが芳香環を2個以上有するビスマレイミド化合物残基である請求項1または2に記載のアリーロキシシランオリゴマー。
- 前記アリーロキシシランオリゴマーに、一般式(5)で示される化合物を反応温度60℃〜180℃で反応させることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。
- 前記反応温度が90℃〜150℃である請求項4または5に記載の製造方法。
- 一般式(1)において、Xが芳香環を2個以上有する2官能フェノール化合物残基である請求項7に記載のエポキシ樹脂硬化剤。
- 一般式(1)において、Zが芳香環を2個以上有するビスマレイミド化合物残基である請求項7または8に記載のエポキシ樹脂硬化剤。
- 請求項7〜9のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化剤とエポキシ樹脂とを含むエポキシ樹脂組成物。
- さらに硬化促進剤を含む請求項10に記載のエポキシ樹脂組成物。
- さらに無機充填材を含む請求項10または11に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項10〜12のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物を熱硬化してなるエポキシ樹脂硬化物。
- 請求項10〜12のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物からなる層間絶縁材料。
- 請求項10〜12のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物を、繊維状補強材に含浸させ加熱乾燥し、半硬化させて得られたプリプレグである、請求項14に記載の層間絶縁材料。
- 請求項15に記載のプリプレグを一枚以上成形してなる積層板。
- 請求項15に記載のプリプレグないし、請求項16に記載の積層板を用いてなる多層プリント配線板。
- 請求項10〜12のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物を加熱硬化させて得られた層間絶縁フィルムである、請求項14に記載の層間絶縁材料。
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