JP4132673B2 - 接着剤組成物 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は接着剤組成物に関する。さらに詳しくは難燃性、接着性、半田耐熱性、耐熱老化性およびタックフリー性に優れ、印刷回路基板用、特にフレキシブル印刷回路基板用として有用な接着剤組成物および印刷回路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
印刷回路は、カメラ、電卓、電話機(家庭用、PHS)、プリンター、DVDを始めとするオーディオ機器等の多分野に使用されている。印刷回路には印刷回路用薄板上に銅箔、アルミニウム箔等の金属箔を接着させた印刷回路基板が用いられている。近年これらの電気、電子機器は益々軽薄短小化し、回路がより複雑化するにつれてフレキシブル印刷回路が多用されるようになってきた。フレキシブル印刷回路用の基板には、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム等が一般的に使用されている。印刷回路用基板においては、回路用薄板と金属箔を接着させる接着剤が重要な役割を果たしている。特にフレキシブル印刷回路においては、接着剤の選択は重要である。これまで接着剤には種々の改良が試みられてきたが、現在なおより優れた接着剤の改良が求められている。
【0003】
印刷回路用の接着剤、特にフレキシブル印刷回路用の接着剤には、接着性は基より、より高い半田耐熱性、耐熱老化性が要求されてきている。また、近年環境への適合性の点で、材料の難燃性や燃焼時の安全性に対する要求も厳しくなってきている。
従来からフレキシブル印刷回路基板用接着剤として知られているフッ素樹脂系接着剤、ポリエステル樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤およびウレタン樹脂系接着剤は、これらの特性、中でも特に半田耐熱性、耐熱老化性の点で、十分満足する性能を備えていない。
【0004】
接着剤については、その特性を改善する試みが行われてきた。例えば特開昭61−76579等には、接着性、半田耐熱性、難燃性に優れたブロム化エポキシ樹脂/三酸化アンチモン系難燃性接着剤組成物が提案されている。しかしながら、ブロム化エポキシ樹脂については、1994年ドイツ連邦会議でのダイオキシン規制法案可決に代表されるように、近年ヨーロッパをはじめ各国で環境問題に注目されるようになり、臭素を含まない接着剤が望まれるようになってきた。一方、三酸化アンチモンは劇物であるため、取り扱いに注意が必要であることから、接着剤のノンアンチモン化が求められている。また、上記ブロム化エポキシ樹脂系難燃性接着剤は、長時間高熱に晒されると遊離する臭素により変色し、耐熱老化性に欠点があった。さらにブロム化エポキシでは、臭素による難燃効果を得るために特定量以上の臭素含量が必要となり、配合組成上制約があった。
【0005】
本発明者等は臭素もアンチモンも含まないで、優れた特性を有する接着剤の開発に注力し、本発明に到達した。
【0006】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は臭素もアンチモンも含まないで、難燃性、接着性、半田耐熱性、耐熱老化性およびタックフリー性に優れた印刷回路基板用に適した接着剤組成物を提供する。
また、本発明は臭素もアンチモンも含まないで、難燃性、接着性、半田耐熱性、耐熱老化性およびタックフリー性に優れたフレキシブル印刷回路基板用に適した接着剤組成物を提供する。
【0007】
課題の解決に当たり、ブロム化エポキシ樹脂系より自由度の大きい配合が可能になること、又、臭素遊離もなく、高熱暴露時の変色も少ないであろうことから、本発明者等はリン化合物を基に改良を加えることによって、前記課題を解決することとした。
【0008】
リン系化合物を種々検討した結果、リン酸エステルにより優れた難燃性を得られることが判明した。しかし、フレキシブル印刷回路材料とした際に、リン酸エステル単独で難燃性を得る場合、多量の添加が必要であること、この結果タック性が生じることが明らかとなった。タック性は回路の形成後の暴露表面に埃等を吸着して、回路の絶縁不良を起こすケースがあることから問題となる。また他に、半田耐熱性が低下するといった問題も存在する。
【0009】
本発明者等はさらに検討を加えた結果、リン酸エステルにフェノール性水酸基含有芳香族化合物を共存させることにより、難燃性が飛躍的に向上することを見出した。これにより、難燃性を維持しつつリン酸エステルの添加量を大幅に削減させることが可能になり、リン酸エステルが内包する問題を著しく軽減させることが可能となった。また、フェノール性水酸基含有芳香族化合物は、カルボキシル基含有ニトリルブタジエンゴムとの相溶性も良く、柔軟性も高いことから、フレキシブル印刷回路材料にも最適であることが分かり、本発明に至った。
【0010】
【課題を解決する手段】
すなわち本発明は、(1)下記一般式(I)で示されるリン酸エステル、(2)軟化点が60〜200℃であるフェノール性水酸基含有芳香族化合物、(3)1分子中に2個以上のエポキシ基を含有するエポキシ樹脂および(4)カルボキシル基含有ニトリルブタジエンゴムを含有し、(2)〜(4)成分の割合が重量比で0<(2)成分/((3)成分+(4)成分)<1であって、前記リン酸エステルの含量は接着剤組成物の無機成分を除いた固形分中1〜8重量%であり、前記フェノール性水酸基含有芳香族化合物が下記の一般式 (IX) で表されるノボラック型フェノール樹脂であることを特徴とする接着剤組成物を提供する。
【0011】
【化4】
ここでnは0以上の整数であり、R1、R2およびR3はそれぞれ独立に、水素または水素および炭素以外の原子を含んでいてもよいアルキル基または芳香族炭化水素基を示す。
【0012】
【化5】
(ここでnは0以上の整数であり、R 6 はそれぞれ独立に、水素または炭素数 1 〜6のアルキル基を示す。)
【0013】
本発明の接着剤組成物は、印刷回路基板用に適しており、特にフレキシブル印刷回路基板用に適している。
本発明の接着剤組成物を使用して得られる印刷回路もまた優れた特性を有している。
【0014】
【発明を実施する具体的態様】
以下に本発明を具体的に説明する。本発明に於ける接着剤組成物は、(1)リン酸エステル、(2)軟化点が60〜200℃であるフェノール性水酸基含有芳香族化合物、(3)エポキシ樹脂、(4)カルボキシル基含有ニトリルブタジエンゴムを含む樹脂組成物である。
【0015】
(1)リン酸エステルは、マトリックス樹脂と良好な相溶性を有するものであり、次のような一般式(I)で示される化合物である。
【0016】
【化6】
ここでnは0以上の整数であり、R1、R2およびR3はそれぞれ独立に、水素または水素および炭素以外の原子を含んでいてもよいアルキル基または芳香族炭化水素基を示す。
【0017】
R1、R2およびR3のアルキル基の例としては、メチル、エチル、n−ブチル等があり、また芳香族炭化水素基の例としてはフェニル、p−ニトロフェニル等が挙げられる。 このようなリン酸エステルとしては、例えば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、テトラフェニルピロフォスフェート、テトラエチルピロフォスフェート等が挙げられる。
【0018】
R1、R2およびR3は水素および炭素以外の原子を含んでいる芳香族炭化水素基であってもよい。これらの例として酸素および/またはリン原子を含有する芳香族炭化水素基を挙げることができる。具体的な好適例として、下記式(II)で表される基を挙げることができる。
【0019】
【化7】
(式中R4およびR5はそれぞれ独立に、アルキル基または芳香族炭化水素基を表す。)
【0020】
アルキル基としては、メチル、エチル、n−ブチルなどの炭素数1〜8のアルキル基を、また芳香族炭化水素基としては、置換基を有していてよいフェニル基を挙げることができる。中でも、置換基を有していてよいフェニル基が好ましい。上記式(II)においてR4およびR5がともに置換基を有していてよいフェニル基である場合、当該基は下記式(II−1)となる。
【0021】
【化8】
(ここでRはそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基または芳香族炭化水素基を示し、Arは芳香族炭化水素基を示す。)
【0022】
上記一般式(I)で示されるリン酸エステルにおいて、nが0で、R1が上記式(II−1)で表される窒素およびリンを含む芳香族炭化水素基であり、R2およびR3が置換基を有していてよいフェニル基である場合、リン酸エステルは下記式(III)の芳香族縮合リン酸エステルである。
【0023】
【化9】
(ここでRはそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜10のアルキル基または芳香族炭化水素基を示し、Arは芳香族炭化水素基を示す。)
【0024】
アルキル基の例としては、メチル、エチル、イソプロピルなどの炭素数1〜8のアルキル基が、芳香族炭化水素基の例としては、フェニル、ナフチル等の炭素数6〜20の芳香族炭化水素基が挙げられる。
【0025】
本発明のリン酸エステルのなかでは、不揮発性、リン含量および耐加水分解性の点から、芳香族縮合リン酸エステルが好ましく、なかでも上記一般式(III)で示される化合物が好ましい。
【0026】
上記一般式(III)を有する芳香族縮合リン酸エステルとしては、レゾルシノールビス−(ジフェニルフォスフェート)、および下記(IV)〜(VIII)の構造を有する化合物などが挙げられる。
【化10】
【化11】
【化12】
【化13】
【化14】
【0027】
本発明の(1)リン酸エステルの含有割合は、接着剤組成物の固形分(ただし、無機フィラーのような無機成分は除く)中に占めるリン含量で1〜8重量%、好ましくは3〜6重量%程度である。リン酸エステルの含有割合がこのような範囲であると、良好な難燃性、接着性、半田耐熱性およびタックフリー性を得ることが出来る。
【0028】
本発明の(2)フェノール性水酸基含有芳香族化合物とは、軟化点が60〜200℃であり、かつフェノール骨格を有するものであれば良い。このような化合物としては、例えばフェノール樹脂、フェノール・アラルキル樹脂、P−ヒドロキシスチレン樹脂、メチリデントリスフェノール等が挙げられる。これら化合物は単独でもしくは2種以上を混合して使用することが出来る。
【0029】
フェノール性水酸基含有芳香族化合物のなかでは、安価、豊富な誘導体、可撓性の点から、ノボラック型フェノール樹脂が好ましく、なかでも下記一般式(IX)で表わされるフェノール型、アルキル変性フェノール型等が好ましい。これらは単独もしくは2種以上混合して使用することが出来る。
【0030】
【化15】
(ここでnは0以上の整数であり、0〜5の整数が好ましく、さらには0〜3の整数が好ましい。またR6は水素または炭素数1〜6のアルキル基を示す。炭素数1〜6のアルキル基としては、メチル、ブチル、イソペンチルなどがある。)
【0031】
本発明の(2)フェノール性水酸基含有芳香族化合物の軟化点はブロッキング性、溶媒への溶解性から、60〜200℃、好ましくは75〜200℃が良い。
本発明で使用する(3)エポキシ樹脂とは、1分子中に2個以上のエポキシ基を含有するものである。この様なエポキシ樹脂としては例えば、2,2−ビス(4’−オキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)エタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,2,2−テトラキス(4’−ヒドロキシフェニル)エタン、4−ヒドロキシジフェニルエーテル、p−(4−ヒドロキシフェニル)フェノール等のポリフェノール化合物類のグリシジルエーテル系エポキシ樹脂、および前記ポリフェノール化合物類の芳香核水素化物のグリシジルエーテル系エポキシ樹脂、カテコール、レゾルシン、ハイドロキノン等多価フェノール類のグリシジルエーテル系エポキシ樹脂、p−t−ブチルフェノールノボラック、オルソクレゾール、フェノールノボラック等のノボラック型エポキシ樹脂、ビニルシクロヘキセンジオキシド、リモネンジオキシド、ジシクロペンタジエンジオキシド等の脂環族系エポキシ樹脂、フタル酸、シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸等ポリカルボン酸のエステル縮合物のポリグリシジルエステル系エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート、テトラグリシジルメタキシリレンジアミン等のポリグリシジルアミン系エポキシ樹脂などが挙げられる。
【0032】
本発明の(4)カルボキシル基含有ニトリルブタジエンゴムとは、例えばアクリロニトリルとブタジエンとが3/97〜60/40、耐熱性、可撓性の点でより好ましくは5/95〜45/55のモル比で共重合したアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムの末端をカルボキシル化したもの、あるいはアクリロニトリル及びブタジエンと共に、さらにアクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基含有重合性単量体を3元共重合させた共重合ゴム等が用いられる。
【0033】
共重合ゴム中のカルボキシル基含有量は0.5〜13重量%、接着性、耐熱性の点で1〜8重量%のものがより好ましい。又、該カルボキシル基を含有するニトリルゴムは、条件により有機溶剤に溶解あるいは分散させた形でも用いることが出来る。使用できる有機溶剤としてはメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、イソプロパノール、メチルセロソルブ等が、価格面、Bステージ化の乾燥性の点から好ましい。
【0034】
上記した(2)成分、(3)成分および(4)成分の比は、0<(2)成分/((3)成分+(4)成分)<1であり、好ましくは0.05<(2)成分/((3)成分+(4)成分)<0.7である。
【0035】
また、(3)成分と(4)成分の割合は重量比で好ましくは、(3)成分/(4)成分=95/5〜50/50、より好ましくは85/15〜60/40である。(3)成分の割合が小さすぎると耐熱性が低下する傾向にあり、割合が大きすぎると接着強度、可撓性が低下する傾向にある。
【0036】
(1)〜(4)成分の配合は、目的に応じた方法を適宜選択しうる。通常(1)〜(4)成分を1つの溶液として利用するが、適宜各成分を2以上の溶液とし、使用直前に混合してから使用する方法を採っても構わない。
【0037】
エポキシ樹脂の酸化あるいは分解防止などを目的として、安定剤を添加することができる。安定剤としては着色が起こらない非汚染性のものが好ましく、テトラキス[メチレン−3−(3’,5’−ジ−tert−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、4、4’−メチレン−ビス(2、6−ジ−tert−ブチル)フェノール、1,3,5−トリメチル−2、4、6−トリス(3、5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン等のヒンダードフェノール系安定剤、4,4’−チオビス(6−tert−ブチル−3−メチル)フェノール、2,2’−チオビス(6−tert−ブチル−4−メチル)フェノール等のチオビスフェノール系安定剤、ジラウリルチオジプロピオネート等の脂肪族チオエステル系安定剤等を挙げることが出来る。これらは用途に応じて任意の量を設定することが出来るが、通常、接着強度の点から固形分重量5%以内、好ましくは3%以内程度に設定するのが良い。
【0038】
本発明の接着剤組成物の実施にあたっては硬化剤が使用される。硬化剤については、必須成分として含まれる(2)フェノール性水酸基含有芳香族を硬化剤として利用しても良いし、脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミン、イミダゾール類、ポリアミド類、酸無水物、フェノール類、ポリメルカプタン等、一般に知られている化合物を硬化剤として用いても構わない。
【0039】
(2)フェノール性水酸基含有芳香族以外の化合物を硬化剤として使用する際には、(1)〜(4)成分に予め混合して使用することが好ましい。
【0040】
本発明の組成物は通常、溶媒に溶解して接着剤として被着体に塗布する。使用可能な溶媒としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジオキサン、エタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、トルエン、キシレン等が挙げられ、用途に応じて任意の量でこれらを単独あるいは混合して使用する。
【0041】
これらの中でも、コストおよび溶解性の点から、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、トルエン、キシレン、N,N−ジメチルホルムアミドが好ましい。
【0042】
上記接着剤組成物は、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム等の被着体に塗布し、Bステージ化後、ロール式あるいはバッチ式プレスにて銅箔、アルミニウム箔等の金属箔に圧着することにより、優れた特性を有する印刷回路基板が得られる。圧着温度は50〜350℃、圧着圧力は0.1〜30MPaの範囲で行うことが好ましいが、より優れた接着強度、半田耐熱性を得る為には、圧着温度は80〜300℃、圧着圧力は0.5〜20MPaの範囲で行うことが特に好ましい。又、80〜350℃、より好ましくは100〜300℃で後硬化すると、さらに半田耐熱性を向上させることが出来る。
かくして製造される接着層を介した基板は、印刷回路基板、特にフレキシブル印刷回路基板として有効である。
【0043】
【実施例】
以下に本発明を実施例、比較例によりさらに具体的に説明するが、本発明は以下の例に留まるものではなく、またそれらの例によりなんら制限されるものでもない。
【0044】
(実施例1)
(1)主剤の調製:カルボキシル基含有ニトリルブタジエンゴム(商品名ニポール1072B、日本ゼオン社製)27g、エポキシ樹脂(商品名R301、三井化学社製)50g、リン酸エステルとして芳香族縮合リン酸エステル(商品名PX−200、大八化学工業社製)50g、フェノール性水酸基含有芳香族化合物としてノボラック型フェノール樹脂(商品名HF−3、軟化点 94〜98℃、明和化成社製)10g及びメチルエチルケトン270gを、500mlガラス製セパラブル式フラスコ内へ一括に仕込み、室温下1時間激しく撹拌した。撹拌終了後、325メッシュ金網フィルターにて常圧濾過を施すことにより、主剤を調製した。
【0045】
(2)硬化剤の調製:3,3’−ジアミノジフェニルスルホン7.0g、1,4−ジアザビシクロ[5.4.0]7−ウンデセン(サンアプロ社製)1.0g及びプロピレングリコールモノメチルエーテルとしてハイソルブMP(商品名、東邦化学社製)42.0gを、100mlガラス製フラスコ内へ一括に仕込み、室温下30分激しく撹拌した。撹拌終了後、325メッシュ金網フィルターにて常圧濾過を施すことにより硬化剤を調製した。
【0046】
(3)性能評価方法:上記主剤と硬化剤を重量比8/1で混合し、1分間良く振り混ぜた後、カプトンH(厚み25μm)上にアプリケーター(クリアランス200μm)を用い塗布したものを、オーブン内130℃で4分間乾燥し、Bステージ化した。このBステージ品を圧延銅箔(厚み35μm)マット面と貼り合わせ、1MPa、170℃で120分間プレスした。以上の様にして作製した試験片を、以下の方法により評価した。評価結果を表1および表2に示した。
【0047】
(1)接着性:JIS C 6481に準拠し、90°および180°剥離強度(銅引き)を測定した。
(2)半田耐熱性:JIS C 6481に準拠し、所定環境下(常態:温度23℃、湿度60%、加湿:温度40℃、湿度80%)で24時間放置したものを、所定温度下半田浴に10秒浸漬後、ポリイミド表面の膨れの観察を測定した。
(3)難燃性:UL規格94に準拠した。
評価結果をつぎの4段階で表示した。
V−0:試験片を垂直方向にしたテストで、N=5(繰返し数)の
燃焼試験において
燃焼時間が平均で5秒以内、最大でも10秒以内であり、
グロー消滅が30秒以内で、
かつ滴下物による綿の発火がない。
V−1:上記と同様の燃焼試験において、
燃焼時間が平均で25秒以内、最大でも30秒以内であり、
グロー消滅が60秒以内で
かつ滴下物による綿の発火がない。
V−2:上記と同様の燃焼試験において、
燃焼時間とグロー消滅についてはV−1と同じ条件で
滴下物による綿の発火がある。
HB:試験片を水平にしたN=3の燃焼試験において、
燃焼速度が2.5インチ/分以下である。
(4)タック性:接着表面を指で軽く押して、粘着性の有無を確かめ、結果を次の表示で示した。
○:指につかない。
×:指につく。
【0048】
(実施例2)
リン酸エステルとして、実施例1で使用したPX−200の代わりにトリフェニルホスフェート(TPP、大八化学社製)50gを使用し、HF−3を45gに、ニポール1072Bを50gに変更した以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作成し評価を行った。評価結果を表1に示す。
【0049】
(実施例3)
フェノール性水酸基含有芳香族化合物として、実施例1で使用したHF−3の代わりにカヤハードNHN(日本化薬株式会社、軟化点139〜147)50gを使用し、PX−200を30gに、ニポール1072Bを45gに変更した以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作成し評価を行った。評価結果を表1に示す。
【0050】
(実施例4)
リン酸エステルとして、実施例1で使用したPX−200を50g使用し、さらにTPPを30g使用し、またフェノール性水酸基含有芳香族化合物として、HF−3をマルカリンカ−M(丸善石油化学、軟化点約120℃)5gに変更し、ニポール1072Bの量を20gに変更した以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作成し評価を行った。評価結果を表1に示す。
【0051】
(実施例5)
リン酸エステルとして、実施例1で使用したPX−200の代わりにトリメチルホスフェート(TMP、大八化学社製)50gを使用し、フェノール性水酸基含有芳香族化合物としてHF−3の代わりにミレックス(三井化学社製、軟化点85℃)50gを使用し、ニポール1072Bを30gに変更した以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作成し評価を行った。評価結果を表1に示す。
【0052】
【表1】
【0053】
(比較例1〜5)
主剤の組成比を表−2のように変更し、実施例1同様の評価を行った。結果を表2に示す。
【0054】
【表2】
【0055】
【産業上の利用可能性】
本発明の接着剤組成物は、接着性、半田耐熱性、難燃性、耐熱老化性およびタックフリー性に優れ、難燃性接着剤、特にフレキシブル印刷回路基板用接着剤として有用である。
Claims (5)
- (1)下記一般式(I)で示されるリン酸エステル、(2)軟化点が60〜200℃であるフェノール性水酸基含有芳香族化合物、(3)1分子中に2個以上のエポキシ基を含有するエポキシ樹脂および(4)カルボキシル基含有ニトリルブタジエンゴムを含有し、(2)〜(4)成分の割合が重量比で0<(2)成分/((3)成分+(4)成分)<1であって、前記リン酸エステルの含量は接着剤組成物の無機成分を除いた固形分中1〜8重量%であり、前記フェノール性水酸基含有芳香族化合物が下記の一般式 (IX) で表されるノボラック型フェノール樹脂であることを特徴とする接着剤組成物。
- 前記(1)リン酸エステルが、芳香族縮合リン酸エステルであることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の接着剤組成物。
- 請求の範囲第1〜3項のいずれかに記載の接着剤組成物の印刷回路基板への使用。
- 請求の範囲第1〜3項のいずれかに記載の接着剤組成物を用いた印刷回路基板。
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