JP2021109914A - ポリフェニレンエーテルを含む硬化性組成物、ドライフィルム、プリプレグ、硬化物、積層板、および電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
少なくとも条件1を満たすフェノール類を含む原料フェノール類から得られ、コンフォメーションプロットで算出された傾きが0.6未満であるポリフェニレンエーテル、および
架橋ポリスチレン系粒子を含む硬化性組成物である。
前記ポリフェニレンエーテルが、さらに、不飽和炭素結合を含む官能基を有することを特徴とする、本発明(1)の硬化性組成物である。
前記発明(1)又は(2)の硬化性組成物を基材に塗布または含侵して得られることを特徴とするドライフィルムまたはプリプレグである。
前記発明(1)又は(2)の硬化性組成物を硬化して得られることを特徴とする硬化物である。
前記発明(4)の硬化物を含むことを特徴とする積層板である。
前記発明(4)の硬化物を有することを特徴とする電子部品である。
本発明の硬化性組成物は、分岐構造を有するポリフェニレンエーテル、および架橋ポリスチレン系粒子、を含む。
また、本発明の硬化性組成物は、必要に応じて過酸化物、架橋型硬化剤等を含んでいてもよい。
さらに、本発明の硬化性組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲で、その他の成分を含んでいてもよい。
以下、それぞれの成分について説明する。
本発明の硬化性組成物を構成するポリフェニレンエーテルは、少なくとも条件1を満たすフェノール類を含む原料フェノール類から得られ、分岐構造を有するポリフェニレンエーテルである。このようなポリフェニレンエーテルを、所定ポリフェニレンエーテルとする。
(条件1)
オルト位およびパラ位に水素原子を有する
なお、本発明において「不飽和炭素結合」は、特に断らない限り、エチレン性またはアセチレン性の炭素間多重結合(二重結合または三重結合)を示す。
このような不飽和炭素結合を含む官能基としては、特に限定されないが、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基)、アルキニル基(例えば、エチニル基)、または、(メタ)アクリルロイル基であることが好ましく、硬化性に優れる観点からビニル基、アリル基、(メタ)アクリルロイル基であることがより好ましく、低誘電特性に優れる観点からアリル基であることがさらに好ましい。これらの不飽和炭素結合を有する官能基は、炭素数を、例えば15以下、10以下、8以下、5以下、3以下等とすることができる。
このような不飽和炭素結合を含む官能基を所定ポリフェニレンエーテルに導入する方法としては、特に限定されないが、次の[方法1]または[方法2]が挙げられる。
方法1は、
原料フェノール類として、
少なくとも下記条件1および下記条件2をいずれも満たすフェノール類(A)を含ませる(形態1)、または、少なくとも下記条件1を満たし下記条件2を満たさないフェノール類(B)と下記条件1を満たさず下記条件2を満たすフェノール類(C)の混合物を含ませる(形態2)方法である。
(条件1)
オルト位およびパラ位に水素原子を有する
(条件2)
パラ位に水素原子を有し、不飽和炭素結合を含む官能基を有する
方法2は、
分岐ポリフェニレンエーテルの末端水酸基を、不飽和炭素結合を含む官能基に変性させ、末端変性ポリフェニレンエーテルとする方法である。
方法2によって得られる所定ポリフェニレンエーテルは、末端変性分岐ポリフェニレンエーテルである。
本発明の硬化性組成物中、前述した所定ポリフェニレンエーテルの含有量は、典型的には、組成物の固形分全量基準で、5〜30質量%または10〜20質量%である。また、別の観点では、硬化性組成物中の所定ポリフェニレンエーテルの含有量は、組成物の固形分全量基準で、20〜60質量%である。
<分岐度>
所定ポリフェニレンエーテルの分岐構造(分岐の度合い)は、以下の分析手順に基づいて確認することができる。
ポリフェニレンエーテルのクロロホルム溶液を、0.1、0.15、0.2、0.25mg/mLの間隔で調製後、0.5mL/minで送液しながら屈折率差と濃度のグラフを作成し、傾きから屈折率増分dn/dcを計算する。次に、下記装置運転条件にて、絶対分子量を測定する。RI検出器のクロマトグラムとMALS検出器のクロマトグラムを参考に、分子量と回転半径の対数グラフ(コンフォメーションプロット)から、最小二乗法による回帰直線を求め、その傾きを算出する。
装置名 :HLC8320GPC
移動相 :クロロホルム
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試料溶媒 :移動相と同じ。試料5mgを移動相10mLで溶解
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STD濃度 :1.5mg/mL
STD溶媒 :移動相と同じ。試料15mgを移動相10mLで溶解
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本発明の硬化性組成物を構成する所定ポリフェニレンエーテルは、数平均分子量が2,000〜30,000であることが好ましく、5,000〜30,000であることがより好ましく、8,000〜30,000であることが更に好ましく、8,000〜25,000であることが特に好ましい。分子量をこのような範囲とすることで、溶媒への溶解性を維持しつつ、硬化性樹脂組成物の製膜性を向上させることができる。さらに、本発明の硬化性組成物を構成する所定ポリフェニレンエーテルは、多分散指数(PDI:重量平均分子量/数平均分子量)が、1.5〜20であることが好ましい。
本発明の硬化性組成物を構成する所定ポリフェニレンエーテルの水酸基価は、数平均分子量(Mn)が2,000〜30,000の範囲において、15.0以下であることが好ましく、より好ましくは2以上10以下、さらに好ましくは3以上8以下である。
本発明の硬化性組成物を構成する所定ポリフェニレンエーテル1gは、25℃で、好ましくは100gのシクロヘキサノンに対して(より好ましくは、100gの、シクロヘキサノン、DMFおよびPMAに対して)可溶である。なお、ポリフェニレンエーテル1gが100gの溶媒(例えば、シクロヘキサノン)に対して可溶とは、ポリフェニレンエーテル1gと溶媒100gとを混合したときに、濁りおよび沈殿が目視で確認できないことを示す。この所定ポリフェニレンエーテルは、25℃で、100gのシクロヘキサノンに対して、1g以上可溶であることがより好ましい。
本発明の硬化性組成物を構成する所定ポリフェニレンエーテルは、原料フェノール類として特定のものを使用すること以外は、従来公知のポリフェニレンエーテルの合成方法(重合条件、触媒の有無および触媒の種類等)を適用して製造することが可能である。
重合溶液調製工程は、後述する重合工程において重合されるフェノール類を含む各原料を混合し、重合溶液を調製する工程である。重合溶液の原料としては、原料フェノール類、触媒、溶媒が挙げられる。
触媒は特に限定されず、ポリフェニレンエーテルの酸化重合において使用される適宜の触媒とすればよい。
溶媒は特に限定されず、ポリフェニレンエーテルの酸化重合において使用される適宜の溶媒とすればよい。溶媒は、フェノール性化合物および触媒を溶解または分散可能なものを用いることが好ましい。
重合溶液は、本発明の効果を阻害しない範囲でその他の原料を含んでいてもよい。
酸素供給工程は、重合溶液中に酸素含有ガスを通気させる工程である。
重合工程は、重合溶液中に酸素が供給された状況下、重合溶液中のフェノール類を酸化重合させる工程である。
本発明の硬化性組成物を構成する架橋ポリスチレン系粒子は、スチレン構造を含むモノマーを3次元に架橋してなるポリスチレン系の粒子である。この架橋ポリスチレン系粒子は、一般的なポリスチレンと異なり、組成物中で溶解せず、粒子として分散される。そして、所定ポリフェニレンエーテルと、該架橋ポリスチレン系粒子とを併用した硬化性組成物によれば、低誘電特性を示し、さらに耐熱性や引張特性等にも優れる硬化膜が得られる。
本発明の硬化性組成物は、架橋ポリスチレン系粒子以外に公知のフィラー成分を含むことで、さらに組成物の製膜性、硬化物の熱寸法安定性、熱伝導性、難燃性の付与、誘電率および誘電正接といった特性を調整することができる。
フィラー成分は、例えば、無機フィラー、有機フィラー等が挙げられる。
無機フィラーとしては、シリカ、アルミナ、酸化チタンなどの金属酸化物;水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物;タルク、マイカなどの粘土鉱物;チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムなどのフェロブスカイト型結晶構造を有するフィラー;窒化ホウ素、ホウ酸アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等を使用できる。
有機フィラーとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン/エチレンの共重合体(ETFE)、テトラフルオロエチレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル系共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン系共重合体(FEP)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂フィラー;シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)等の炭化水素系樹脂フィラー等を使用できる。
上述した無機フィラーの中でも、シリカは組成物の製膜性を向上させ、硬化物に難燃性を付与することができ、さらに、低誘電正接化や低熱膨張化を高いレベルで実現することができる。
本発明の硬化性組成物は、所定ポリフェニレンエーテルが不飽和炭素結合を有する場合、過酸化物を含むことが好ましい。
本発明の硬化性組成物は、所定ポリフェニレンエーテルが不飽和炭素結合を有する場合、架橋型硬化剤を含むことが好ましい。
硬化性組成物は、通常、ポリフェニレンエーテルが溶媒(溶剤)に溶解した状態で提供または使用される。本発明のポリフェニレンエーテルは、従来のポリフェニレンエーテルに比べて溶媒に対する溶解性が高いため、硬化性組成物の用途に応じて、使用する溶媒の選択肢を幅広いものとすることができる。
その他の成分としては、公知の成分、例えば、難燃性向上剤(リン系化合物等)、セルロースナノファイバー、シアネートエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノ−ルノボラック樹脂、エラストマー、分散剤、熱硬化触媒、密着性付与剤等の成分を含んでもよい。これらは、1種のみが使用されてもよいし、2種以上が使用されてもよい。
本発明のドライフィルムまたはプリプレグは、上述した硬化性組成物を基材に塗布又は含浸して得られるものである。
本発明の硬化物は、上述した硬化性組成物を硬化することで得られる。
本発明においては、上述のプリプレグを用いて積層板を作製することができる。
上述した硬化物は、優れた誘電特性や耐熱性を有するため、電子部品用等に使用可能である。
以下に各樹脂組成物(実施例1〜6、および比較例1〜2の組成物)の作製手順を説明する。
<分岐型PPE>
3Lの二つ口ナスフラスコに、ジ−μ−ヒドロキソ−ビス[(N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン)銅(II)]クロリド(Cu/TMEDA)2.6gと、テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)3.18mL を加えて十分に溶解させ酸素を供給した。原料フェノール類である2,6−ジメチルフェノール100gと2−アリルフェノールと12.2gとをトルエン1.5Lに溶解させ原料溶液を調製した。この原料溶液をフラスコに滴下し、攪拌しながら40℃で6時間反応させた。反応終了後、メタノール20L:濃塩酸22mLの混合液で再沈殿させてろ過にて取り出し、80℃で24時間乾燥させ分岐型PPEを得た。
原料フェノール類として2−アリル−6−メチルフェノール4.5g、2,6−ジメチ
ルフェノール33g、溶媒としてトルエン0.23Lを用いた以外は分岐型PPEと同様の手順で合成した。コンフォメーションプロットの傾きは0.61であった。
各PPEの溶媒溶解性を確認した。この溶媒溶解性の評価は、前述した通りである。
以下のようにして、各実施例及び各比較例に係る樹脂組成物を得た。
分岐PPE11.93質量部と、架橋型硬化剤としてTAIC(三菱ケミカル株式会社製)13.25質量部、密着性付与剤として、タフテックH1051(旭化成社製)6.2質量部、シクロヘキサノン100質量部を加え、攪拌した。得られたPPEを含む溶液に、架橋ポリスチレン系粒子(積水化成社製:商品名「SBX」、粒径:0.8μm、形状:真球状、比重:1.06)1.33質量部と、フィラー成分として球状シリカ(アドマテックス株式会社製:商品名「SC2500−SVJ」)58.4質量部、を添加してこれを混合した後、三本ロールミルで分散させた。
最後に、過酸化物であるα,α’−ビス(t−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン(日本油脂株式会社製:商品名「パーブチルP」)を0.53質量部配合し、マグネチックスターラーにて攪拌した。
以上のようにして、実施例1の樹脂組成物を得た。
表1に示すように、使用するPPE、フィラー成分および各成分の含有量を変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2−9及び比較例1−2に係る樹脂組成物を得た。
各実施例及び各比較例に係る樹脂組成物について、以下の評価を行った。
厚さ18μm銅箔のシャイン面に、得られた各樹脂組成物を、硬化物の厚みが50μmになるようにアプリケーターで塗布する。
次に、熱風式循環式乾燥炉で90℃30分乾燥させる。
その後、イナートオーブンを用いて窒素を完全に充満させて200℃まで昇温後、60分硬化させる。
その後、銅箔をエッチングし硬化物(硬化膜)を得る。
溶媒としてシクロヘキサノンが用いられた樹脂組成物を「〇」、溶媒としてクロロホルムが用いられた樹脂組成物を「×」とした。上述の通り、非分岐PPEはシクロヘキサノンに溶解しないが、分岐型PPEはシクロヘキサノンに可溶である。
誘電特性である比誘電率Dkおよび誘電正接Dfは、以下の方法に従って測定した。
作製した硬化膜を長さ80mm、幅45mm、厚み50μmに切断したものを試験片として、SPDR(Split Post Dielectric Resonator)共振器法により測定した。測定器には、キーサイトテクノロジー合同会社製のベクトル型ネットワークアナライザE5071C、SPDR共振器、計算プログラムはQWED社製のものを用いた。条件は、周波数10GHz、測定温度25℃とした。
Dfが0.0015未満のものを「◎」、Dfが0.0015以上0.002未満のものを「○」、Dfが0.002以上のものを「×」とした。
耐熱性の指標としてTMA測定によるガラス転移温度(Tg)を測定した。ガラス転移温度(Tg)は、以下の方法に従って測定されたものである。
測定装置として日立ハイテクサイエンス社製の「TMA/SS120」を用い、試験片:長さ1cm、幅0.3cm、厚み50μm、昇温速度:5℃/分、測定温度範囲:30〜250℃の条件で測定を行った。
Tgが205℃以上のものを◎、Tgが190℃以上205℃未満のものを○、Tgが190℃未満のものを×とした。
架橋密度(n)は、硬化膜を長さ1cm、幅0.3cm、厚み50μmに切り出し、以下の測定装置、測定条件により動的粘弾性試験を行い、E’(貯蔵弾性率)、E”(損失弾性率)を得、以下の式を用いて求めた。
測定装置:日立ハイテクサイエンス社製
形式:DMA7100
測定条件:測定温度:20〜300℃
昇温速度:5℃/分
周波数:1、10Hz
変形モード:引っ張り・正弦波モード
計算式:n(mol/cc)=E’min/(3ΦRT×1000)
式中、nは架橋密度、E’minは貯蔵弾性率E’の最小値、Φはフロント係数(Φ≒1)、Rは気体定数8.31(J/mol・K)、TはE’minの絶対温度を表わす。
架橋密度が20mol/cc以上のものを「◎」、10mol/cc以上20mol/cc未満のものを「○」、10mol/cc未満のものを「×」と評価した。
硬化膜を長さ8cm、幅0.5cm、厚み50μmに切り出し、引張破断伸びおよび引張強度を下記条件にて測定した。
[測定条件]
試験機:引張試験機EZ−SX(株式会社島津製作所製)
チャック間距離:50mm
試験速度:1mm/min
伸び計算:(引張移動量/チャック間距離)×100
Claims (6)
- 少なくとも条件1を満たすフェノール類を含む原料フェノール類から得られ、コンフォメーションプロットで算出された傾きが0.6未満であるポリフェニレンエーテル、および
架橋ポリスチレン系粒子を含むことを特徴とする、硬化性組成物。
(条件1)
オルト位およびパラ位に水素原子を有する - 前記ポリフェニレンエーテルが、さらに、不飽和炭素結合を含む官能基を有することを特徴とする、請求項1に記載の硬化性組成物。
- 請求項1又は2に記載の硬化性組成物を基材に塗布または含侵して得られることを特徴とするドライフィルムまたはプリプレグ。
- 請求項1又は2に記載の硬化性組成物を硬化して得られることを特徴とする硬化物。
- 請求項4に記載の硬化物を含むことを特徴とする積層板。
- 請求項4に記載の硬化物を有することを特徴とする電子部品。
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