JP4017801B2 - 難燃性コンポジット積層板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハロゲン系難燃剤を使用しなくても優れた難燃性を有する耐トラッキング性のコンポジット積層板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
民生用電子機器、産業用電子機器の小型化、高機能化が進む中で、コンピューター、計測器等の高電圧が印加される回路基板においては、トランスやトランジスタ等の重量物が搭載されるため、強度面からエポキシ樹脂ガラス銅張積層板、又はエポキシ樹脂コンポジット銅張積層板が多く使用されている。更に、これに加えて高密度化のために、安全性を確保する立場から耐トラッキング性に優れた基板が要求されており、そのためコストパフォーマンスに優れた耐トラッキング性を有するエポキシ樹脂コンポジット銅張積層板の需要が多くなっている。
一方、エポキシ樹脂等に代表される熱硬化性樹脂はその優れた特性から電気及び電子機器部品等に広く使用されており、火災に対する安全性を確保するため難燃性が付与されている場合が多い。これらの樹脂の難燃化は従来臭素化エポキシ樹脂等のハロゲン含有化合物を用いることが一般的であるが、これらのハロゲン含有化合物は高度な難燃性を有するが、特に芳香族臭素化合物では熱分解で腐食性の臭素、臭化水素を分離するだけでなく、酸素存在下で分解した場合に毒性の高いポリブロムジベンゾフランやポリジブロモベンゾオキシンを形成する可能性がある。また、臭素を含有する老朽廃材やゴミの処理は極めて困難である。このような理由から臭素含有難燃剤に代わる難燃剤としてリン化合物が広く検討されている。しかし、エポキシ樹脂系にリン化合物を単独で用いると十分な難燃性を得るには多量のリン化合物を添加する必要があり、機械的、化学的、あるいは電気的特性を著しく劣化させるという欠点が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の問題点を解決すべく種々検討された結果なされたものであり、ハロゲン含有化合物を添加することなく高度な難燃性を有し、かつ耐トラッキング性の優れたコンポジット積層板を提供するものである。
【０００４】
前述のように、エポキシ樹脂系積層板に難燃剤としてリン化合物のみを用いる場合、十分な難燃性を得るためには多量のリン化合物を添加する必要があり、機械的、化学的、電気的特性を著しく低下するという欠点が生じる。本発明においてはこのような問題を解決するため、エポキシ樹脂に難燃性の高い骨格を持つノボラック型エポキシ樹脂を使用することによりリン成分の量を減らし、難燃性と耐熱性を両立させることを技術的な骨子とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス織布とガラス不織布にそれぞれエポキシ樹脂組成物を含浸、乾燥して得たプリプレグを組み合わせて積層し加熱加圧成形してなるコンポジット積層板において、中間層が、（Ａ）ノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、（Ｃ）リン化合物及び（Ｄ）無機充填材として水酸化アルミニウム及び又は水酸化マグネシウムを必須成分とし、（Ａ）ノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ基数と（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂のＯＨ基数の比が、エポキシ基／ＯＨ基＝０．８〜１．４であり、（Ｃ）リン化合物のリン成分の含有量が（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）成分の合計１００重量部に対して、０．５〜５重量部であり、かつ（Ｄ）無機充填材が（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）成分の合計量１００重量部に対して１００〜２５０重量部である難燃性エポキシ樹脂組成物が含浸されたガラス不織布からなり、表面層が、非臭素化エポキシ樹脂を主成分とし、リン又はリン化合物を含有せず、かつ、表面層の樹脂１００重量部に対して水酸化アルミニウム又は水酸化マグネシウムが１０〜２００重量部含有されているエポキシ樹脂が含浸されたガラス織布からなることを特徴とするコンポジット積層板、を要旨とするものである。
【０００６】
本発明で使用される（Ａ）ノボラック型エポキシ樹脂としては、フェノール型、ビスフェノールＡ型、クレゾール型等があり、これらは単独または２種以上混合して使用することができるが、高い難燃性を得るためには、脂肪族炭化水素部分の少ないフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
本発明で使用される（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂は、主としてノボラック型エポキシ樹脂の架橋反応に預かるものであり、耐熱性向上のために配合するものである。種類としては、フェノール型、ビスフェノールＡ型、クレゾール型等があり、これらは単独または２種以上混合して使用することができる。
（Ａ）ノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ基数と（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂のＯＨ基数の比は、エポキシ基／ＯＨ基＝０．８〜１．４、望ましくは０．９〜１．２である。０．８未満では硬化物が硬くてもろく積層板としたときの打ち抜き性が悪くなり、１．４を越えると耐熱性、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低下するため好ましくない。
【０００７】
本発明で使用される（Ｃ）リン化合物としては、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリ−２−エチルヘキシルホスフェート、トリブトキシエチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、キシレニルジフェニルホスフェート、２−エチルヘキシルジフェニルホスフェート、トリス（２、６−ジメチルフェニル）ホスフェート、レゾルシンジフェニルホスフェート等のリン酸エステル、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸アミド、リン酸グアニジン、ジアルキルヒドロキシメチルホスホネート等の縮合リン酸エステル等が例示されるが、特にこれらに限定されるものではない。好ましいリン化合物は、難燃性において効果的であるトリフェニルホスフェートである。
【０００８】
（Ｃ）リン化合物は、リン成分として（Ａ）ノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂及び（Ｃ）リン化合物の合計１００重量部に対し０．５〜５重量部である。０．５重量部未満であると難燃性に対する効果が小さく、５重量部を越えると耐熱性を低下させるため好ましくない。（Ｄ）成分の無機充填材は（Ａ）ノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、及び（Ｃ）リン化合物の合計１００重量部に対して１００〜２５０重量部含有することが好ましい。
【０００９】
上記の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）成分からなる難燃性エポキシ樹脂組成物をガラス不織布に含浸してプリプレグを得る。更に、このプリプレグの所定枚数と表面層用エポキシ樹脂含浸ガラス織布プリプレグと必要により銅箔を重ね、加熱加圧成形して積層板が得られる。
表面層のエポキシ樹脂組成物として非臭素化エポキシ樹脂を主成分とし、リン又はリン化合物を含有せず、かつ好ましくは、エポキシ樹脂と硬化剤の合計１００重量部に対して水酸化アルミニウムを１０〜２００重量部含有するエポキシ樹脂組成物を含浸したガラス織布を用いる。しかしながら、この場合、表面層の難燃性は必ずしも十分ではない。このため薄い積層板構成で、表面層の体積比率が４０％より大きくなる場合、前記配合量が５０重量部より少ないと難燃性が不十分である。また２００重量部を越えると耐熱性を低下させ、また、樹脂中への均一分散が困難となるので、好ましくは、水酸化アルミニウムの配合量はエポキシ樹脂と硬化剤の合計１００重量部に対して５０〜１５０重量部である。
【００１０】
臭素化エポキシ樹脂は極めて炭化しやすいため、耐トラッキング性に乏しく、非臭素化エポキシ樹脂を使用することが必須となる。また、樹脂１００重量部に対して、水酸化アルミニウム、又は水酸化マグネシウムが１０〜２００重量部、好ましくは２０〜１５０重量部含有される。含有量が１０重量部以下では耐トラッキングに対する効果は低く、２００重量部以上では樹脂粘度が高くなりすぎて、ガラス織布への含浸が困難となり、いずれも好ましくない。
【００１１】
耐トラッキング性を付与するためには、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム以外にもシリカ、タルク、マイカ、クレー等の無機充填材を配合することもできるが、難燃性の点から水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムが好ましい。
表面層のエポキシ樹脂中に配合された無機充填材が耐トラッキング性を向上させる理由は、形成された積層板表面に無機充填材が存在し、それにより表面の樹脂の割合が減少するためと考えられる。無機充填材としては水酸化アルミニウム（水和アルミナ）が好ましいが、その理由は放電の熱により水酸化アルミニウムが分解して水を発生し、水と放電により分解した有機物とが反応して揮発性の物質を生じることによりトラックの形成が防止されるためと考える。
【００１２】
また、難燃性向上のため表面層へリン又はリン化合物を含有させると、銅箔の引き剥がし強度が低下することがあり、電子部品のリペア作業に支障を来したり、実装された電子部品の信頼性が低下するなどの問題が生じ得る。このため、本発明においては、表面層にはリン又はリン化合物を含有せず、中間層の耐燃性を高めている。
【００１３】
本発明の難燃性エポキシ樹脂組成物は種々の形態で使用されるが、積層板を得るために繊維基材に含浸する際には通常溶剤が使用される。用いられる溶剤は組成の一部に対して良好な溶解性を示すことが必要であるが、溶剤の一部として悪影響を及ぼさない範囲で貧溶媒を使用しても構わない。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。部は重量部を示す。なお、リン含有率は、エポキシ樹脂、硬化剤及びリン化合物の合計量に対する割合である。
【００１５】
実施例１
アセトン１２０部に２−フェニル−４メチルイミダゾール０．５部を溶解させた後に、フェノールノボラック型エポキシ樹脂（大日本インキ化学製エピクロンＮ−７７０、Ｅｐ当量１９０）１００部、ノボラック型フェノール樹脂（ＯＨ当量１０４）５５部、及びトリフェニルホスフェート６０部（リン含有率９．５％）を溶解した。更に、水酸化アルミニウム１６０部、及び水酸化マグネシウム１６０部を加えて攪拌・分散し、ワニスＡを調製した。
このワニスＡを用いて、ガラス不織布（厚さ０．４ｍｍ、日本バイリーン製） １００部に対しワニス固形分で７００部含浸させて、１５０℃の乾燥胴で５分乾燥させプリプレグを作製した。
【００１６】
次にアセトン３０部とメチルセルソルブ２０部の混合液に、２−フェニル−４−メチルイミダゾール０．１５部およびジシアンジアミド４部を溶解し、次に非臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル製Ｅｐ−８５０）１００部を溶解した。更に、水酸化アルミニウム５０重量部を加えて攪拌・分散し、ワニスＢを調製した。
このワニスＢをガラス織布（厚さ０．１８ｍｍ、日東紡績製）１００重量部にワニス固形分で１００重量部含浸させて、１５０℃の乾燥胴で５分乾燥させプリプレグを作製した。
【００１７】
ガラス不織布使用プリプレグ３枚の上下にガラス織布使用プリプレグを各一枚重ね、更に上下に厚さ１８μｍの電解銅箔を重ねて、圧力２ＭＰａ、温度１７０℃で１２０分加熱加圧成形を行い、厚さ１．６ｍｍの両面銅張積層板を得た。
【００１８】
実施例２及び比較例１〜８
表１に示した配合処方で、これ以外は全て実施例１と同様の方法で両面銅張積層板を作製した。評価結果を表１下欄に示す。実施例で得られた積層板はいずれも耐燃性、半田耐熱性に優れ、耐トラッキング性、銅箔引き剥がし強度も良好である。
【００１９】
【表１】

【００２０】
得られた積層板の特性の測定方法は以下の通りである。
１．耐トラッキング性：銅箔をエッチング後、０．１％塩化アンモニウム水溶液を ５０滴以上滴下しても短絡しなかった時の印加電圧値を求めた。
２．半田耐熱性：ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準じて測定し、煮沸２時間の吸湿処理を行った後、２６０℃の半田槽に１８０秒浮かべた後の外観の異常の有無をみた。
○：異常なし，×：フクレ発生
３．銅箔引き剥がし強度： ＪＩＳ Ｃ６４８１による。
４．難燃性：ＵＬ−９４規格に従い垂直法により評価した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の難燃性樹脂組成物は、ハロゲン含有化合物を添加することなく高度な難燃性を有し、かつ優れた半田耐熱性を有し、今後要求されるハロゲン含有材料を使用しない積層板用として有用である。
また、この難燃性樹脂組成物を用いると、表面層に非臭素化エポキシ樹脂を主成分としたリン又はリン化合物を含有しない樹脂組成物を用いても難燃性に優れているため、耐トラッキング性に優れ、かつ銅箔引き剥がし強度の強いハロゲンフリーエポキシ樹脂コンポジット銅張積層板を得ることができる。

Claims (1)

1. ガラス織布とガラス不織布にそれぞれエポキシ樹脂組成物を含浸、乾燥して得たプリプレグを組み合わせて積層し加熱加圧成形してなるコンポジット積層板において、中間層が、（Ａ）ノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、（Ｃ）リン化合物及び（Ｄ）無機充填材として水酸化アルミニウム及び又は水酸化マグネシウムを必須成分とし、（Ａ）ノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ基数と（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂のＯＨ基数の比が、エポキシ基／ＯＨ基＝０．８〜１．４であり、（Ｃ）リン化合物のリン成分の含有量が（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）成分の合計１００重量部に対して、０．５〜５重量部であり、かつ（Ｄ）無機充填材が（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）成分の合計量１００重量部に対して１００〜２５０重量部である難燃性エポキシ樹脂組成物が含浸されたガラス不織布からなり、表面層が、非臭素化エポキシ樹脂を主成分とし、リン又はリン化合物を含有せず、かつ、表面層の樹脂１００重量部に対して水酸化アルミニウム又は水酸化マグネシウムが１０〜２００重量部含有されているエポキシ樹脂が含浸されたガラス織布からなることを特徴とするコンポジット積層板。