JP4267073B2 - ノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させた溶液 - Google Patents
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Description
本発明は、ノルボルネン系重合体と熱硬化性樹脂とを必須成分として含有するノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させた溶液、該溶液から溶媒を除去して得られる成形物、該溶液をガラスクロスなどの補強基材に含浸させたプリプレグ、該プリプレグを積層してなる積層体、該溶液から溶媒を除去して得られるフィルムを金属層に積層させた積層体などに関する。
本発明で使用するノルボルネン系重合体組成物は、誘電率や誘電正接等の電気特性に優れ、かつ、導電体としての金属箔との剥離強度(密着性)にも優れている。
<背景技術>
電子計算機、通信機などの精密機器に装備されている回路は、技術の進歩に伴い、演算処理の高速化や高信頼化、高密度化などの要求が高まり、回路基板の多層化、高精度化、微細化などの高性能化が進んでいる。
このような回路基板は、例えば、ガラスクロスなどの補強基材に樹脂ワニスを含浸させ、乾燥処理した半硬化状態のシート(プリプレグ)を作製し、次いで、銅箔または外層用銅張板、プリプレグ、内層用銅張板などを鏡面板の間に順にレイアップした後、加圧・加熱プレスして樹脂を完全硬化させることにより製造されている。従来、樹脂材料としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリブタジエン樹脂などが用いられてきている。
しかしながら、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂は、一般に、誘電率が4.0以上で、誘電正接が0.01以上と高く、電気特性が充分ではないため、これらの熱硬化性樹脂を用いた回路基板では、演算処理の高速化や高信頼化が困難であった。
一方、ノルボルネン系単量体に由来する繰り返し単位を有するノルボルネン系重合体は、低吸湿性、優れた誘電特性、低不純物性などの諸特性を有することから、各種成形品、電子部品の封止材料、絶縁材料などとして好適であることが知られている。例えば、テトラシクロドデセンとエチレンの付加共重合体やメチルメトキシカルボニルテトラシクロドデセンの開環重合体の水素添加物を、回路基板の絶縁材料や電子部品の封止材料に利用することが提案されている。なかでも、ノルボルネン系単量体を付加重合したノルボルネン系(共)重合体は、耐熱性に優れるため、電子部品の封止材料、絶縁材料などとして好適である。
しかしながら、ノルボルネン系重合体は、金属に対する密着性が不充分であるという欠点を有している。そのため、例えば、ノルボルネン系重合体皮膜が金属層から剥離したり、クラックが生じるなどの問題点があった。
従来、熱可塑性ノルボルネン系重合体を有機過酸化物で架橋させることにより、誘電率や誘電正接等の電気特性に優れた回路基板を製造する方法が提案されている。例えば、特開昭62−34924号公報には、ノルボルネン系の環状オレフィンとエチレンとを付加重合させたノルボルネン系共重合体と架橋助剤とを混練した後粉砕し、それに有機過酸化物溶液を含浸させ、溶液を除去した後、プレス成形して架橋シートを得る方法が開示されている。
特開平6−248164号公報には、溶媒中にノルボルネン系樹脂、有機過酸化物、架橋助剤、及び難燃化剤を均一分散させた後、溶媒を除去し、熱架橋する方法が開示されている。該公報には、この方法により、積層シートやプリプレグを作製した実施例が示されている。
しかしながら、これらの従来法では、得られるシートやプリプレグに銅箔等の金属箔を積層しても、金属箔との剥離強度(密着性)が充分ではないという問題点があった。
<発明の開示>
本発明の目的は、誘電率や誘電正接等の電気特性に優れ、かつ、金属との密着性にも優れたノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させた溶液を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、このような優れた諸特性を有するノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させた溶液を用いて、各種成形物、シート、フィルム、プリプレグ、回路基板などとして好適な積層体を提供することにある。
本発明者らは、前記従来技術の有する問題点を克服するために鋭意研究した結果、熱可塑性ノルボルネン系重合体に特定量の熱硬化性樹脂を配合したノルボルネン系重合体組成物を用いて、該組成物を架橋することにより、誘電率や誘電正接などの電気特性に優れ、かつ、金属との密着性に優れた成形体、プリプレグ、積層体などの得られることを見いだした。
また、ノルボルネン系重合体として、未変性のノルボルネン系重合体に、エポキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基などの極性基を例えばグラフト変性法により導入した変性ノルボルネン系重合体を用いることにより、熱硬化性樹脂との相溶性及び金属との密着性を改善することができる。さらに、ノルボルネン系重合体として、ガラス転移温度の高いものを使用すると、ハンダ耐熱性などの耐熱性を向上させることができる。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。
かくして本発明によれば、ノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させた溶液であって、該ノルボルネン系重合体組成物が、ノルボルネン系モノマーの開環重合体の水素添加物(a)、ノルボルネン系モノマーの付加重合体(b)、ノルボルネン系モノマーとその他のモノマーとの付加重合体(c)、及びこれらのノルボルネン系重合体にエポキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エステル基、シラノール基、アミノ基、ハロゲン基、アシル基、スルホン酸基、及び無水カルボン酸基からなる群より選ばれる極性基を導入した変性物(d)からなる群より選ばれる熱可塑性ノルボルネン系重合体100重量部に対して、エポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂1〜150重量部、およびイミダゾール類からなる硬化促進剤0.1〜30重量部を含有してなるノルボルネン系重合体組成物であることを特徴とするノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させた溶液が提供される。
また、本発明によれば、(1)該溶液から溶媒を除去して得られる成形物、(2)該溶液を補強基材に含浸してなるプリプレグ、(3)該溶液から溶媒を除去して得られるシート状成形物及び/またはプリプレグを積層し、架橋してなる積層体、(4)該溶液から溶媒を除去して得られるフィルム(皮膜)を金属層に積層させた積層体などが提供される。
<発明を実施するための最良の形態>
熱可塑性ノルボルネン系重合体
本発明に使用される熱可塑性ノルボルネン系重合体は、特開平3−14882号や特開平3−122137号などに開示されている公知の重合体であり、具体的には、ノルボルネン系モノマーの開環重合体の水素添加物、ノルボルネン系モノマーの付加重合体、ノルボルネン系モノマーとその他のモノマー(例えば、オレフィン)との付加重合体、及びこれらの重合体の変性物などが挙げられる。変性物としては、これらのノルボルネン系重合体に、例えばグラフト変性法により、エポキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基などの極性基を導入したものが、熱硬化性樹脂との相溶性及び金属との密着性の観点から好ましい。
(1)モノマー
ノルボルネン系モノマーは、上記公報や特開平2−227424号公報、特開平2−276842号公報などに開示されている公知のモノマーである。例えば、ノルボルネン構造を有する多環炭化水素;そのアルキル、アルケニル、アルキリデン、芳香族等の置換誘導体;ハロゲン、水酸基、エステル基、アルコキシ基、シアノ基、アミド基、イミド基、シリル基等の極性基置換誘導体;これら極性基を有するアルキル、アルケニル、アルキリデン、芳香族等の置換誘導体;などが挙げられる。これらの中でも、ノルボルネン構造を有する多環炭化水素、及びそのアルキル、アルケニル、アルキリデン、芳香族等の置換誘導体などが、耐薬品性や耐湿性等に特に優れ好適である。具体的には、以下のようなノルボルネン系モノマーを挙げることができる。
ノルボルネン系モノマーの具体例としては、例えば、5−メチル−2−ノルボルネン、5,5−ジメチル−2−ノルボルネン、5−エチル−2−ノルボルネン、5−ブチル−2−ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、5−メトキシカルボニル−2−ノルボルネン、5−シアノ−2−ノルボルネン、5−メチル−5−メトキシカルボニル−2−ノルボルネン、5−フェニル−2−ノルボルネン、5−フェニル−5−メチル−2−ノルボルネン等;ジシクロペンタジエン、その上記と同様の置換誘導体等、例えば、2,3−ジヒドロジシクロペンタジエン等;ジメタノオクタヒドロナフタレン、その上記と同様の置換誘導体等、例えば、6−メチル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−エチル−1,4:5,8,ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−エチリデン−1,4:5,8,ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−クロロ−1,4:5,8,ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−シアノ−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−ピリジル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン、6−メトキシカルボニル−1,4:5,8−ジメタノ−1,4,4a,5,6,7,8,8a−オクタヒドロナフタレン等;シクロペンタジエンとテトラヒドロインデン等との付加物、その上記と同様の置換誘導体等、例えば、1,4−ジメタノ−1,4,4a,4b,5,8,8a,9a−オクタヒドロフルオレン、5,8−メタノ−1,2,3,4,4a,5,8,8a−オクタヒドロ−2,3−シクロペンタジエノナフタレン等;シクロペンタジエンの多量体、その上記と同様の置換誘導体等、例えば、4,9:5,8−ジメタノ−3a,4,4a,5,8,8a,9,9a−オクタヒドロ−1H−ベンゾインデン、4,11:5,10:6,9−トリメタノ−3a,4,4a,5,5a,6,9,9a,10,10a,11,11a−ドデカヒドロ−1H−シクロペンタアントラセン等;などが挙げられる。
これらのノルボルネン系モノマーは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。熱可塑性ノルボルネン系重合体中のノルボルネン系モノマー結合単位の含有量の割合は、使用目的に応じて適宜選択されるが、通常30重量%以上、好ましくは50重量%以上、より好ましくは70重量%以上である時に耐熱性が高く好適である。
ノルボルネン系付加重合体は、耐熱性に優れた重合体を得やすいので、高いハンダ耐熱性が要求される分野では、該ノルボルネン系付加重合体を用いることが好ましい。ノルボルネン系付加重合体を製造するためのノルボルネンまたは置換基を有するノルボルネン系モノマーとしては、例えば、(a)重合反応に関与する炭素−炭素不飽和結合以外の不飽和結合を持たないノルボルネン系モノマー、(b)重合反応に関与する炭素−炭素不飽和結合以外の不飽和結合を持つノルボルネン系モノマー、(c)芳香環を持つノルボルネン系モノマー、(d)極性基を有するノルボルネン系モノマーなどを挙げることができる。
そこで、前記と重複するものもあるが、これら(a)〜(d)に属するノルボルネン系モノマーについて、それぞれ例示する。
(a)重合反応に関与する炭素−炭素不飽和結合以外に不飽和結合を持たないノルボルネン系モノマーの具体例としては、例えば、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(即ち、ノルボルネン)、5−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン(即ち、5−メチル−2−ノルボルネン)、5−エチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ブチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヘキシルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−デシルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンなどのビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン誘導体;テトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン、8−メチルテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン、8−エチルテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エンなどのテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン誘導体;トリシクロ[4.3.12,5.0]デカ−3−エン;5−シクロヘキシルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−シクロペンチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンなどの環状置換基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン誘導体、などが挙げられる。
(b)重合反応に関与する炭素−炭素不飽和結合以外に不飽和結合を持つノルボルネン系単量体の具体例としては、例えば、5−エチリデンビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ビニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−プロペニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンなどの環外に不飽和結合を持つビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン誘導体;8−メチリデンテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン、8−エチリデンテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン、8−ビニルテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン、8−プロペニルテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン、などの環外に不飽和結合を持つテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン誘導体;トリシクロ[4.3.12,5.0]デカ−3,7−ジエン;5−シクロヘキセニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−シクロペンテニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンなどの不飽和結合を持つ環状置換基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン誘導体などが挙げられる。
(c)芳香環を有するノルボルネン系単量体の具体例としては、例えば、5−フェニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、テトラシクロ[6.5.12,5.01,6.08,13]トリデカ−3,8,10,12−テトラエン(即ち、1,4−メタノ−1,4,4a,9a−テトラヒドロフルオレン)、テトラシクロ[6.6.12,5.01,6.08,13]テトラデカ−3,8,10,12−テトラエン(即ち、1,4−メタノ−1,4,4a,5,10,10a−ヘキサヒドロアントラセン)などが挙げられる。
(d)極性基を有するノルボルネン系単量体の具体例としては、例えば、5−メトキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−エトキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メチル−5−メトキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−メチル−5−エトキシカルボニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エニル−2−メチルプロピオネイト、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エニル−2−メチルオクタネイト、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン−5,6−ジカルボン酸無水物、5−ヒドロキシメチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジ(ヒドロキシメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5−ヒドロキシ−i−プロピルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、5,6−ジカルボキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エンなどの酸素原子を含む置換基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン誘導体;8−メトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン、8−メチル−8−メトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン、8−ヒドロキシメチルテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン、8−カルボキシテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エンなどの酸素原子を含む置換基を有するテトラシクロ[4.4.12,5.17,10.0]ドデカ−3−エン誘導体;5−シアノビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン−5,6−ジカルボン酸イミドなどの窒素原子を含む置換基を有するビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン誘導体などが挙げられる。
これらのノルボルネン系モノマーは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。熱硬化性樹脂との相溶性を向上させたい場合には、芳香環を有するノルボルネンまたは極性基を有するノルボルネン系モノマーを5〜100モル%の割合で付加(共)重合させるのが好ましい。
ノルボルネン系モノマーと共重合可能なその他のモノマーとしては、各種ビニル化合物を挙げることができる。ビニル化合物としては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、3−エチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ヘキセン、4,4−ジメチル−1−ヘキセン、4,4−ジメチル−1−ペンテン、4−エチル−1−ヘキセン、3−エチル−1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、1−エイコセンなどの炭素数2〜20のエチレンまたはα−オレフィン;シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、3,4−ジメチルシクロペンテン、3−メチルシクロヘキセン、2−(2−メチルブチル)−1−シクロヘキセン、シクロオクテン、3a,5,6,7a−テトラヒドロ−4,7−メタノ−1H−インデンなどのシクロオレフィン;1,4−ヘキサジエン、4−メチル−1,4−ヘキサジエン、5−メチル−1,4−ヘキサジエン、1,7−オクタジエンなどの非共役ジエン;スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−クロロスチレン、ジビニルベンゼンなどのスチレン類;1,3−ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエン;エチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテルなどのビニルエーテル類;などが挙げられる。これらのビニル化合物は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。ノルボルネン系モノマーと共重合可能であれば、例えば、一酸化炭素などのその他の化合物をコモノマーとして用いることもできる。
熱硬化性樹脂との相溶性を改善したい場合には、ノルボルネン系モノマーとスチレン類とを付加共重合することが好ましい。
付加共重合体において、ノルボルネン系モノマーに由来する繰り返し単位は、重合体の全繰り返し単位中、好ましくは40モル%以上、より好ましくは50モル%以上とすることが、耐熱性の観点から好ましい。
(2)重合法
ノルボルネン系モノマーまたはノルボルネン系モノマーと共重合可能なモノマーとの重合方法及び水素添加方法は、格別な制限はなく公知の方法に従って行うことができる。
ノルボルネン系モノマーの開環重合は、開環重合触媒を用いて行う。開環重合触媒としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、及び白金などから選ばれる金属のハロゲン化物、硝酸塩またはアセチルアセトン化合物と、還元剤とからなる触媒系;チタン、バナジウム、ジルコニウム、タングステン、及びモリブデンから選ばれる金属のハロゲン化物またはアセチルアセトン化合物と、有機アルミニウム化合物とからなる触媒系;などを用いることができる。
上記触媒系に第三成分を加えて、重合活性や開環重合の選択性を高めることができる。第三成分の具体例としては、分子状酸素、アルコール、エーテル、過酸化物、カルボン酸、酸無水物、酸クロリド、エステル、ケトン、含窒素化合物、含硫黄化合物、含ハロゲン化合物、分子状ヨウ素、その他のルイス酸などが挙げられる。含窒素化合物としては、脂肪族または芳香族第三級アミンが好ましく、具体例としては、トリエチルアミン、ジメチルアニリン、トリ−n−ブチルアミン、ピリジン、α−ピコリンなどが挙げられる。
開環重合は、溶媒を用いなくても可能であるが、不活性有機溶媒中でも実施することができる。溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、n−ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素、スチレンジクロリド、ジクロルエタン、ジクロルエチレン、テトラクロルエタン、クロルベンゼン、ジクロルベンゼン、トリクロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。
重合温度は、通常、−50℃〜100℃、好ましくは−30℃〜80℃、より好ましくは−20℃〜60℃であり、重合圧力は、通常、0〜50kg/cm2、好ましくは0〜20kg/cm2である。
ノルボルネン系モノマーまたはノルボルネン系モノマーとその他のモノマーとの付加重合は、例えば、モノマー成分を炭化水素溶媒中でまたは溶媒が存在しない条件下で、溶媒またはノルボルネン系モノマーに可溶のバナジウム化合物と有機アルミニウム化合物、好ましくはハロゲン含有有機アルミニウム化合物とからなる触媒の存在下で共重合させる方法を挙げることができる。炭化水素溶媒として、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、灯油などの脂肪族炭化水素;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂環族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素等が挙げられる。
重合温度は、通常、−50℃〜100℃、好ましくは−30℃〜80℃、より好ましくは−20℃〜60℃であり、重合圧力は、通常、0〜50kg/cm2、好ましくは0〜20kg/cm2である。
(3)水素添加法
ノルボルネン系重合体であって水素添加した重合体(水素化物)は、常法に従って、不飽和結合を有するノルボルネン系重合体を水素添加触媒の存在下に、分子状水素により水素化する方法により得ることができる。
水素添加触媒としては、遷移金属化合物とアルキル金属化合物の組み合わせからなる触媒、例えば、酢酸コバルト/トリエチルアルミニウム、ニッケルアセチルアセトナート/トリイソブチルアルミニウム、チタノセンジクロリド/n−ブチルリチウム、ジルコノセンジクロリド/sec−ブチルリチウム、テトラブトキシチタネート/ジメチルマグネシウム等の組み合わせが挙げられる。
水素添加反応は、通常、不活性有機溶媒中で実施する。有機溶媒としては、生成する水素添加物の溶解性に優れていることから、炭化水素系溶媒が好ましく、環状炭化水素系溶媒がより好ましい。このような炭化水素系溶媒としては、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素;n−ペンタン、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン、デカリン等の脂環族炭化水素;テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;等が挙げられ、これらの2種以上を混合して使用することもできる。通常は、重合反応溶媒と同じでよく、重合反応液にそのまま水素添加触媒を添加して反応させればよい。
ノルボルネン系重合体は、耐候性や耐光劣化性が高いことが好ましく、そのために、開環重合体は、主鎖構造中の不飽和結合の通常95%以上、好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上は飽和していることが好ましい。芳香環構造については、水素化してもよいが、耐熱性の観点からは、通常20%以上、好ましくは30%以上、好ましくは40%以上が残存していることが望ましい。主鎖構造中の不飽和結合と芳香環構造中の不飽和結合とは、1H−NMRによる分析により区別して認識することができる。付加重合体であっても、側鎖中に不飽和結合を有する場合には、必要に応じて、水素化してもよい。
主鎖構造中の不飽和結合を主として水素添加するには、−20℃〜120℃、好ましくは0〜100℃、より好ましくは20〜80℃の温度で、0.1〜50kg/cm2、好ましくは0.5〜30kg/cm2、より好ましくは1〜20kg/cm2の水素圧力で水素添加反応を行うことが望ましい。
(4)ノルボルネン系重合体
熱可塑性ノルボルネン系重合体の分子量は、特に限定されないが、トルエンを溶媒とするゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)で表すと、通常、500〜500,000、好ましくは1,000〜300,000、より好ましくは5,000〜250,000、最も好ましくは8,000〜200,000の範囲である。熱可塑性ノルボルネン系重合体の数平均分子量(Mn)がこの範囲にあるときに、機械的強度と成形加工性が高度にバランスされ、好適である。
熱可塑性ノルボルネン系重合体の分子量分布は、格別な限定はないが、トルエンを溶媒とするGPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が、通常4.0以下、好ましくは3.0以下、より好ましくは2.5以下であるときに、機械的強度が高度に高められ、好適である。
熱可塑性ノルボルネン系重合体のガラス転移温度(Tg)は、使用目的に応じて適宜選択すればよいが、示差走査熱量計(DSC)による測定にて、通常50〜400℃、好ましくは100〜350℃、より好ましくは120〜330℃である。特に、高度の耐熱性やハンダ耐熱性が要求される分野では、熱可塑性ノルボルネン系重合体のガラス転移温度は、通常160℃以上、好ましくは180℃以上、より好ましくは200℃以上、最も好ましくは250℃以上である。熱可塑性ノルボルネン系重合体のガラス転移温度が高いと、特に電子部品などの実装温度や信頼性試験温度などの高温領域での機械的強度の低下が小さく、粘度特性にも優れるために好ましい。
これらの熱可塑性ノルボルネン系重合体は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
(5)変性法
前記で得られたノルボルネン系重合体や水素添加物を、特開平3−95235号公報などで公知の方法により、α,β−不飽和カルボン酸及び/またはその誘導体、スチレン系炭化水素、オレフィン系不飽和結合及び加水分解可能な基を持つ有機ケイ素化合物、不飽和エポキシ化合物等を用いて変性させてもよい。本発明では、熱可塑性ノルボルネン系重合体として、変性ノルボルネン系重合体を使用することができるが、変性物の中でも、ノルボルネン系重合体に極性基を導入したものが、熱硬化性樹脂との相溶性及び金属との密着性の観点から特に好ましい。
極性基は、熱硬化性樹脂との相溶性を向上させるような極性基であれば特に制限はされず、その具体例として、エポキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エステル基、シラノール基、アミノ基、ニトリル基、ハロゲン基、アシル基、スルホン基、無水カルボン酸基などが挙げられる。これらの中でも、最も一般的な熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂との相溶性の向上のためには、エポキシ基、カルボキシル基、無水カルボン酸基などが好ましい。
ノルボルネン系重合体を変性して極性基を導入する方法としては、例えば、(1)ノルボルネン系重合体に、不飽和エポキシ化合物や不飽和カルボン酸化合物などの極性基含有不飽和化合物をグラフトさせる方法、(2)ノルボルネン系重合体中に存在する炭素−炭素不飽和結合に、エポキシ化剤などの変性剤を反応させる方法が挙げられる。
(1)グラフト変性法では、通常、極性基を有するモノマー(グラフトモノマー)をノルボルネン系重合体にグラフト反応させる。グラフトモノマーとしては、不飽和エポキシ化合物、不飽和カルボン酸化合物などが代表的なものである。
不飽和エポキシ化合物としては、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、p−スチリルカルボン酸グリシジル等の不飽和カルボン酸のグリシジルエステル類;エンド−シス−ビシクロ[2,2,1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸、エンド−シス−ビシクロ[2,2,1]ヘプト−5−エン−2−メチル−2,3−ジカルボン酸等の不飽和ポリカルボン酸のモノグリシジルエステルあるいはポリグリシジルエステル類;アリルグリシジルエーテル、2−メチルアリルグリシジルエーテル、o−アリルフェノールのグリシジルエーテル、m−アリルフェノールのグリシジルエーテル、p−アリルフェノールのグリシジルエーテル等の不飽和グリシジルエーテル類;2−(o−ビニルフェニル)エチレンオキシド、2−(p−ビニルフェニル)エチレンオキシド、2−(o−アリルフェニル)エチレンオキシド、2−(p−アリルフェニル)エチレンオキシド、2−(o−ビニルフェニル)プロピレンオキシド、2−(p−ビニルフェニル)プロピレンオキシド、2−(o−アリルフェニル)プロピレンオキシド、2−(p−アリルフェニル)プロピレンオキシド、p−グリシジルスチレン、3,4−エポキシ−1−ブテン、3,4−エポキシ−3−メチル−1−ブテン、3,4−エポキシ−1−ペンテン、3,4−エポキシ−3−メチル−1−ペンテン、5,6−エポキシ−1−ヘキセン、ビニルシクロヘキセンモノオキシド、アリル−2,3−エポキシシクロペンチルエーテル等が挙げられる。これらの中でも、アリルグリシジルエステル類及びアリルグリシジルエーテル類が好ましく、アリルグリシジルエーテル類が特に好ましい。
不飽和カルボン酸化合物としては、不飽和カルボン酸またはその誘導体を使用することができる。このような不飽和カルボン酸の例としては、アクリル酸、マレイン酸、フマール酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、ナジック酸(エンドシス−ビシクロ[2,2,1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸)を挙げることができる。さらに、上記の不飽和カルボン酸の誘導体としては、不飽和カルボン酸無水物、不飽和カルボン酸ハライド、不飽和カルボン酸アミド、不飽和カルボン酸イミド及び不飽和カルボン酸のエステル化合物などを挙げることができる。このような誘導体の具体的な例としては、塩化マレニル、マレイミド、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル、グリシジルマレエートなどを挙げることができる。これらの中でも、不飽和ジカルボン酸またはその酸無水物が好ましく、さらにマレイン酸、ナジック酸またはこれらの酸無水物が特に好ましい。
これらのグラフトモノマーは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
変性ノルボルネン系重合体は、上記のようなグラフトモノマーとノルボルネン系重合体とを、種々の方法を採用してグラフト変性することにより製造することができる。例えば、(1)ノルボルネン系重合体を溶融させ、グラフトモノマーを添加してグラフト重合させる方法、あるいは(2)ノルボルネン系重合体を溶媒に溶解させてからグラフトモノマーを添加してグラフト共重合させる方法などがある。
グラフトモノマーを効率よくグラフト共重合させるためには、通常ラジカル開始剤の存在下に反応を実施することが好ましい。ラジカル開始剤としては、例えば、有機パーオキシド、有機パーエステル、アゾ化合物などが挙げられる。これらの中でも、ラジカル開始剤としては、ベンゾイルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、ジ−tert−ブチルパーオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシド)ヘキシン−3、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、1,4−ビス(tert−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン等のジアルキルパーオキシドが好ましく用いられる。ラジカル開始剤の使用割合は、未変性ノルボルネン系重合体100重量部に対して、通常0.001〜10重量部、好ましくは0.01〜5重量部、より好ましくは0.1〜2.5重量部の範囲である。
グラフト変性反応は、特に限定はなく、常法に従って行うことができる。反応温度は、通常0〜400℃、好ましくは60〜350℃で、反応時間は、通常1分〜24時間、好ましくは30分〜10時間の範囲である。
(2)変性剤を反応させる方法では、主鎖または側鎖中に炭素−炭素不飽和結合を有するノルボルネン系重合体に、エポキシ化剤などの変性剤を反応させて極性基を導入する。
ノルボルネン系重合体としては、ノルボルネン系モノマーの開環重合体、該開環重合体の部分水素添加物、側鎖中にアルキリデン基などの炭素−炭素不飽和結合を有するノルボルネン系モノマーの付加(共)重合体などが用いられる。
変性剤として、例えば、過酸化物を用いると、ノルボルネン系重合体の主鎖または側鎖中の炭素−炭素不飽和結合をエポキシ化することができる。過酸化物としては、例えば、過酢酸、過安息香酸、メタクロル過安息香酸、トリフルオロ過酢酸などの過酸類;過酸化水素、ターシャリーブチルハイドロパーオキシド、クメンパーオキシドなどのハイドロパーオキシド類;などが挙げられる。
エポキシ化反応は、ノルボルネン系重合体と過酸化物とを混合して、加熱すればよく、通常、溶媒の存在下で行われる。溶媒としては、ノルボルネン系重合体を溶解ないしは分散できるものであれば格別な制限はなく、例えば、前記ノルボルネン系重合体の製造法で例示した溶媒と同様なものを用いることができる。溶媒の使用量は、ノルボルネン系重合体に対する重量比で、通常1〜100倍量、好ましくは2〜80倍量、より好ましくは5〜50倍量の範囲である。
反応条件は、過酸化物の種類に応じて適宜選択すればよいが、反応温度は、通常0〜300℃、好ましくは50〜200℃、反応時間は、通常0.1〜10時間、好ましくは0.5〜5時間の範囲である。反応終了後は、メタノール等の貧溶媒を多量に反応系に添加してポリマーを析出させ、濾別洗浄後、減圧乾燥等によりエポキシ変性ポリマーを得ることができる。
ヒドロキシ変性ノルボルネン系重合体を得るには、例えば、炭素−炭素不飽和結合を有するノルボルネン系重合体に、ギ酸と過酸化水素とを反応させ、次いで、アルカリ(例えば、水酸化ナトリウム)で中和する方法が挙げられる。
変性ノルボルネン系重合体の変性率は、使用目的に応じて適宜選択されるが、重合体中の総モノマー単位数を基準として、通常0.1〜100モル%、好ましくは1〜50モル%、より好ましくは5〜30モル%の範囲である。変性ノルボルネン系重合体の変性率がこの範囲にあるときに、誘電率等の電気的特性を低下させることなく、熱硬化性樹脂との相溶性や金属との密着性を高める上で好ましい。
変性率は、下式(1)で表される。
変性率(モル%)=(X/Y)×100 (1)
X:極性基全モル数(1H−NMRで測定する。)
Y:ポリマーの総モノマー単位数(ポリマー重量平均分子量/モノマーの平均分子量)
さらに、重合体の繰り返し構造単位中に長鎖の置換基を有するものは、溶媒溶解時の粘度が低いため、熱硬化性樹脂が容易に均一分散するので好ましい。繰り返し構造単位中に長鎖の置換基を有する重合体の例としては、(1)2−ブチルノルボルネン、2−ヘキシルノルボルネン、5−ブトキシカルボニル−2−ノルボルネンなどの炭素数4個以上の置換基を有するノルボルネンの付加(共)重合体、または(2)1−ドデセン、1−ヘキサデセン、アリルエチルエーテル、ブチルアクリレート、スチレンなどの炭素原子を4個以上有するビニル化合物をグラフト反応により付加したノルボルネン系重合体を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
熱硬化性樹脂
熱硬化性樹脂は、特に制限はなく、樹脂工業で一般的に使用されているものであり、例えば、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。これらの中でも、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂が好ましい。本発明では、エポキシ樹脂を用いる。
熱硬化性樹脂の多くは、低分子量原料と硬化剤とからなる。例えば、エポキシ樹脂の場合は、エポキシ化合物と種々の硬化剤とで構成される。エポキシ化合物としては、分子中にエポキシ基を有する化合物であれば特に制限はなく、ビスフェノール型、ノボラック型、脂環式型、複素環型、グリセリン型、ジシクロペンタジエン型などのエポキシ樹脂として用いられている化合物を挙げることができる。これらの中でも、式(E1)に示すハロゲン化ビスフェノール型エポキシ化合物が好ましい。
(式中、Xはハロゲン原子であり、Rは二価の炭化水素基であり、mは1〜3であり、nは0または1以上の整数である。)
式(E1)のエポキシ化合物において、mがすべて2であり、nが実質的に0であり、ハロゲン原子Xが臭素原子であり、Rがイソプロピリデン基であるものが好ましい。
また、式(E2)に示すノボラック型エポキシ化合物が好ましく用いられる。
(式中、R’は、水素原子、または炭素原子数1〜20のアルキル基であり、pは、0または1以上の整数である。)
式(E2)のエポキシ化合物において、pの平均値が0〜5であり、R’が水素原子またはメチル基であるものが好ましい。
これらのエポキシ化合物は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。難燃性を重視する場合には、式(E1)のビスフェノール型エポキシ化合物が好ましく、耐熱性、耐薬品性を向上させたい場合には、式(E2)のノボラック型エポキシ化合物が好ましい。式(E1)のエポキシ化合物の具体例として、式(E3)で表される化合物を挙げることができる。
式(E3)で表されるハロゲン化ビスフェノール型エポキシ化合物としては、例えば、Br含有率が20重量%のものや50重量%のものなどが市販されている。
エポキシ樹脂の硬化剤としては、例えば、アミン系化合物、イミダゾール系化合物、ジアザビシクロウンデセンのような含窒素複素環式化合物、有機ホスフィン、有機ボロン錯体、第四級アンモニウム化合物、第四級ホスホニウム等公知のものを用いることができる。
ポリイミド樹脂としては、例えば、ナジック酸末端ポリイミド、アセチレン末端ポリイミドなどの付加型芳香族ポリイミド;ポリアミノビスマレイミド(PI)樹脂、PIにエポキシ化合物、アリル化合物、アクリル化合物、ビニル化合物などを加えた変性イミド樹脂、ビスマレイミド・トリアジン(BT)樹脂などのビスマレイミド型ポリイミド;などが挙げられる。
これらの熱硬化性樹脂は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いられる。熱硬化性樹脂の配合量は、熱可塑性ノルボルネン系重合体100重量部に対して、通常1〜150重量部、好ましくは5〜120重量部、特に好ましくは10〜100重量部である。熱硬化性樹脂の配合量が過度に少ないと金属との密着性に劣り、過度に多いと誘電率や誘電正接等の電気特性に劣り、いずれも好ましくない。
ノルボルネン系重合体組成物
本発明で使用するノルボルネン系重合体組成物は、後述するようにイミダゾール類からなる硬化促進剤を含み、上記成分に必要に応じて、架橋剤、架橋助剤、充填剤、難燃剤、その他の配合剤、溶媒などを配合することができる。
(1)架橋剤
熱可塑性ノルボルネン系重合体組成物を架橋するには、例えば、放射線を照射して架橋する方法などがあるが、通常は、架橋剤を配合して架橋させる方法が採用される。架橋剤としては、特に限定されないが、(1)有機過酸化物、(2)熱により効果を発揮する架橋剤、(3)光によって効果を発揮する架橋剤などが用いられる。
(1)有機過酸化物
有機過酸化物としては、例えば、メチルエチルケトンパーオキシド、シクロヘキサノンパーオキシドなどのケトンパーオキシド類;1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタンなどのパーオキシケタール類;t−ブチルハイドロパーオキシド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキシドなどのハイドロパーオキシド類;ジクミルパーオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、α,α′ビス(t−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼンなどのジアルキルパーオキシド類:オクタノイルパーオキシド、イソブチリルパーオキシドなどのジアシルパーオキシド類;パーオキシジカーボネートなどのパーオキシエステル類;が挙げられる。これらの中でも、架橋後の樹脂の性能から、ジアルキルパーオキシドが好ましく、アルキル基の種類は、成形温度によって変えるのがよい。
有機過酸化物は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。有機過酸化物の配合量は、熱可塑性ノルボルネン系重合体100重量部に対して、通常0.001〜30重量部、好ましくは0.01〜25重量部、より好ましくは1〜20重量部の範囲である。有機過酸化物の配合量がこの範囲にあるときに、架橋性及び架橋物の電気特性、耐薬品性、耐水性などの特性が高度にバランスされ好適である。
(2)熱により効果を発揮する架橋剤
熱により効果を発揮する架橋剤(硬化剤)は、加熱によって架橋反応させうるものであれば特に限定されないが、ジアミン、トリアミンまたはそれ以上の脂肪族ポリアミン、脂環族ポリアミン、芳香族ポリアミン、ビスアジド、酸無水物、ジカルボン酸、ジオール、多価フェノール、ポリアミド、ジイソシアネート、ポリイソシアネートなどが挙げられる。具体的な例としては、例えば、ヘキサメチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミンなどの脂肪族ポリアミン類;ジアミノシクロヘキサン、3(4),8(9)−ビス(アミノメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン;1,3−(ジアミノメチル)シクロヘキサン、メンセンジアミン、イソホロンジアミンN−アミノエチルピペラジン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンなどの脂環族ポリアミン類;4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、α,α′−ビス(4−アミノフェニル)−1,3−ジイソプロピルベンゼン、α,α′−ビス(4−アミノフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、4,4′−ジアミノジフェニルスルフォン、メタフェニレンジアミン等の芳香族ポリアミン類;4,4−ビスアジドベンザル(4−メチル)シクロヘキサノン、4,4′−ジアジドカルコン、2,6−ビス(4′−アジドベンザル)シクロヘキサノン、2,6−ビス(4′−アジドベンザル)−4−メチル−シクロヘキサノン、4,4′−ジアジドジフェニルスルホン、4,4′−ジアジドジフェニルメタン、2,2′−ジアジドスチルベンなどのビスアジド類;無水フタル酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、ナジック酸無水物、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性ノルボルネン樹脂等の酸無水物類;フマル酸、フタル酸、マレイン酸、トリメリット酸、ハイミック酸等のジカルボン酸類;1,3′ブタンジオール、1,4′−ブタンジール、ヒドロキノンジヒドロキシジエチルエーテル、トリシクロデカンジメタノールなどのジオール類;1,1,1−トリメチロールプロパンなどのトリオール類;フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂などの多価フェノール類;トリシクロデカンジオール、ジフェニルシランジオール、エチレングリコール及びその誘導体、ジエチレングリコール及びその誘導体、トリエチレングリコール及びその誘導体などの多価アルコール類;ナイロン−6、ナイロン−66、ナイロン−610、ナイロン−11、ナイロン−612、ナイロン−12、ナイロン−46、メトキシメチル化ポリアミド、ポリヘキサメチレンジアミンテレフタルアミド、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド等のポリアミド類;ヘキサメチレンジイソシアネート、トルイレンジイソシアネートなどのジイソシアネート類;ジイソシアネート類の2量体もしくは3量体、ジオール類もしくはトリオール類へのジイソシアネート類のアダクト物などのポリイソシアネート類;イソシアネート部をブロック剤により保護したブロック化イソシアネート類などが挙げられる。
これらは、1種でも2種以上の混合物として使用してもよい。これらの中でも、架橋物の耐熱性、機械強度、密着性、誘電特性(低誘電率、低誘電正接)に優れるなどの理由により、芳香族ポリアミン類、酸無水物類、多価フェノール類、多価アルコール類が好ましく、中でも4,4−ジアミノジフェニルメタン(芳香族ポリアミン類)、無水マレイン酸変性ノルボルネン樹脂(酸無水物)、多価フェノール類などが特に好ましい。
前記架橋剤の配合量は、特に制限はないものの、架橋反応を効率良く行い、かつ、得られる架橋物の物性改善を計ること及び経済性の面などから、熱可塑性ノルボルネン系重合体100重量部に対して、通常0.001〜30重量部、好ましくは0.01〜25重量部、より好ましくは1〜20重量部の範囲である。架橋剤の量が少なすぎると架橋が起こりにくく、充分な耐熱性、耐溶剤性を得ることができず、多すぎると架橋した樹脂の吸水性、誘電特性などの特性が低下するため好ましくない。よって、配合量が上記範囲にある時に、これらの特性が高度にバランスされて好適である。
また、必要に応じて架橋促進剤(硬化促進剤)を配合して、架橋反応の効率を高めることも可能である。
硬化促進剤としては、ピリジン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリベンジルアミン、ジメチルホルムアミド、イミダゾール類等のアミン類などが挙げられ、架橋速度の調整を行ったり、架橋反応の効率をさらに良くする目的で添加される。硬化促進剤の配合量は、特に制限はないものの、熱可塑性ノルボルネン系重合体100重量部に対して、通常、0.1〜30重量部、好ましくは1〜20重量部の範囲で使用される。効果促進剤の配合量がこの範囲にあるときに、架橋密度と、誘電特性、吸水率などが高度にバランスされて好適である。また、なかでもイミダゾール類が誘電特性に優れて好適であるので、本発明で用いる。
(3)光によって効果を発揮する架橋剤
光により効果を発揮する架橋剤(硬化剤)は、g線、h線、i線等の紫外線、遠紫外線、x線、電子線等の活性光線の照射により、熱可塑性ノルボルネン系重合体と反応し、架橋化合物を生成する光反応性物質であれば特に限定されるものではないが、例えば、芳香族ビスアジド化合物、光アミン発生剤、光酸発生剤などが挙げられる。
芳香族ビスアジド化合物の具体例としては、4,4′−ジアジドカルコン、2,6−ビス(4′−アジドベンザル)シクロヘキサノン、2,6−ビス(4′−アジドベンザル)4−メチルシクロヘキサノン、4,4′−ジアジドジフェニルスルフォン、4,4′−ジアジドベンゾフェノン、4,4′−ジアジドジフェニル、2,7−ジアジドフルオレン、4,4′−ジアジドフェニルメタン等が代表例として挙げられる。これらは、1種類でも2種類以上組み合わせても使用できる。
光アミン発生剤の具体例としては、芳香族アミンあるいは脂肪族アミンのo−ニトロベンジロキシカルボニルカーバメート、2,6−ジニトロベンジロキシカルボニルカーバメートあるいはα,α−ジメチル−3,5−ジメトキシベンジロキシカルボニルカーバメート体等が挙げられる。より具体的には、アニリン、シクロヘキシルアミン、ピペリジン、ヘキサメチレンジアミン、トリエチレンテトラアミン、1,3−(ジアミノメチル)シクロヘキサン、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、フェニレンジアミンなどのo−ニトロベンジロキシカルボニルカーバメート体が挙げられる。これらは、1種類でも2種類以上組み合わせても使用できる。
光酸発生剤とは、活性光線の照射によって、ブレンステッド酸あるいはルイス酸を生成する物質であって、例えば、オニウム塩、ハロゲン化有機化合物、キノンジアジド化合物、α,α−ビス(スルホニル)ジアゾメタン系化合物、α−カルボニル−α−スルホニル−ジアゾメタン系化合物、スルホン化合物、有機酸エステル化合物、有機酸アミド化合物、有機酸イミド化合物等が挙げられる。これらの活性光線の照射により解裂して酸を生成可能な化合物は、単独でも2種類以上混合して用いても良い。
これらの光反応性化合物の配合量は、特に制限はないが、熱可塑性ノルボルネン系重合体との反応を効率良く行い、かつ、得られる架橋樹脂の物性を損なわないこと及び経済性などの面から、該重合体100重量部に対して、通常0.001〜30重量部、好ましくは0.01〜25重量部、より好ましくは1〜20重量部の範囲である。光反応性物質の添加量が少なすぎると架橋が起こりにくく、充分な耐熱性、耐溶剤性を得ることができず、多すぎると架橋した樹脂の吸水性、誘電特性などの特性が低下するため好ましくない。よって配合量が上記範囲にある時に、これらの特性が高度にバランスされて好適である。
(2)架橋助剤
本発明においては、架橋助剤(硬化助剤)を使用することにより、架橋性及び配合剤の分散性をさらに高めることができるので好適である。
本発明で使用する架橋助剤は、特に限定されるものではないが、特開昭62−34924号公報等に開示されている公知のものでよく、例えば、キノンジオキシム、ベンゾキノンジオキシム、p−ニトロソフェノール等のオキシム・ニトロソ系架橋助剤;N,N−m−フェニレンビスマレイミド等のマレイミド系架橋助剤;ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート等のアリル系架橋助剤;エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート等のメタクリレート系架橋助剤;ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、ジビニルベンゼンなどのビニル系架橋助剤;等が例示される。これらの中でも、アリル系架橋助剤、メタクリレート系架橋助剤が、均一に分散させやすく好ましい。
架橋助剤の添加量は、架橋剤の種類により適宜選択されるが、架橋剤1重量部に対して、通常、0.1〜10重量部、好ましくは0.2〜5重量部である。架橋助剤の添加量は、少なすぎると架橋が起こりにくく、逆に、添加量が多すぎると、架橋した樹脂の電気特性、耐水性、耐湿性等が低下するおそれが生じる。
(3)充填剤
ノルボルネン系重合体組成物は、特に機械強度(強靭性)の向上と線膨張係数の低減を目的とし、充填剤を配合してもよい。充填剤としては、無機または有機充填剤を挙げることができる。
無機充填剤としては、特に限定はないが、例えば、炭酸カルシウム(軽質炭酸カルシウム、重質ないし微粉化カルシウム、特殊カルシウム系充填剤)、クレー(ケイ酸アルミニウム;霞石閃長石微粉末、焼成クレー、シラン改質クレー)タルク、シリカ、アルミナ、ケイ藻土、ケイ砂、軽石粉、軽石バルーン、スレート粉、雲母粉、アスベスト(石綿)、アルミナコロイド(アルミナゾル)、アルミナ・ホワイト、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、リトポン、硫酸カルシウム、二硫化モリブデン、グラファイト(黒鉛)、ガラス繊維、ガラスビーズ、ガラスフレーク、発泡ガラスビーズ、フライアッシュ球、火山ガラス中空体、合成無機中空体、単結晶チタン酸カリ、カーボン繊維、炭素中空球、無煙炭粉末、人造氷晶石(クリオライト)、酸化チタン、酸化マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、ドロマイト、チタン酸カリウム、、亜硫酸カルシウム、マイカ、アスベスト、ケイ酸カルシウム、モンモリロナイト、ベントナイト、グラファイト、アルミニウム粉、硫化モリブデン、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などが挙げられる。
有機充填剤としては、例えば、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、フッ素繊維、エボナイト粉末、熱硬化性樹脂中空球、サラン中空球、セラック、木粉、コルク粉末、ポリビニルアルコール繊維、セルロースパウダ、木材パルプ、などが挙げられる。
(4)難燃剤
難燃剤は、必須成分ではないが、熱可塑性ノルボルネン系重合体組成物を電子部品用に使用するには、添加するのが好ましい。難燃剤としては、特に制約はないが、架橋剤(硬化剤)によって分解、変性、変質しないものが好ましい。
ハロゲン系難燃剤としては、塩素系及び臭素系の種々の難燃剤が使用可能であるが、難燃化効果、成形時の耐熱性、樹脂への分散性、樹脂の物性への影響等の面から、ヘキサブロモベンゼン、ペンタブロモエチルベンゼン、ヘキサブロモビフェニル、デカブロモジフェニル、ヘキサブロモジフェニルオキサイド、オクタブロモジフェニルオキサイド、デカブロモジフェニルオキサイド、ペンタブロモシクロヘキサン、テトラブロモビスフェノールA、及びその誘導体[例えば、テトラブロモビスフェノールA−ビス(ヒドロキシエチルエーテル)、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2,3−ジブロモプロピルエーテル)、テトラブロモビスフェノールA−ビス(ブロモエチルエーテル)、テトラブロモビスフェノールA−ビス(アリルエーテル)等]、テトラブロモビスフェノールS、及びその誘導体[例えば、テトラブロモビスフェノールS−ビス(ヒドロキシエチルエーテル)、テトラブロモビスフェノールS−ビス(2,3−ジブロモプロピルエーテル)等]、テトラブロモ無水フタル酸、及びその誘導体[例えば、テトラブロモフタルイミド、エチレンビステトラブロモフタルイミド等]、エチレンビス(5,6−ジブロモノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド)、トリス−(2,3−ジブロモプロピル−1)−イソシアヌレート、ヘキサクロロシクロペンタジエンのディールス・アルダー反応の付加物、トリブロモフェニルグリシジルエーテル、トリブロモフェニルアクリレート、エチレンビストリブロモフェニルエーテル、エチレンビスペンタブロモフェニルエーテル、テトラデカブロモジフェノキシベンゼン、臭素化ポリスチレン、臭素化ポリフェニレンオキサイド、臭素化エポキシ樹脂、臭素化ポリカーボネート、ポリペンタブロモベンジルアクリレート、オクタブロモナフタレン、ヘキサブロモシクロドデカン、ビス(トリブロモフェニル)フマルアミド、N−メチルヘキサブロモジフェニルアミン等を使用するのが好ましい。なお、前記熱硬化性樹脂中のハロゲン化ビスフェノール型エポキシ化合物も難燃剤の一種である。
難燃剤の添加量は、熱可塑性ノルボルネン系重合体100重量部に対して、通常、1〜150重量部、好ましくは10〜140重量部、特に好ましくは15〜120重量部である。
難燃剤の難燃化効果をより有効に発揮させるための難燃助剤として、例えば、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、アンチモン酸ナトリウム、三塩化アンチモン等のアンチモン系難燃助剤を用いることができる。これらの難燃助剤は、難燃剤100重量部に対して、通常、1〜30重量部、好ましくは2〜20重量部の割合で使用する。
(5)その他のポリマー成分
熱可塑性ノルボルネン系重合体組成物に柔軟性等を付与する目的で、必要に応じて、ゴム質重合体やその他の熱可塑性樹脂を配合することができる。
ゴム質重合体は、常温(25℃)以下のガラス転移温度を持つポリマーであって、通常のゴム状重合体及び熱可塑性エラストマーが含まれる。ゴム質重合体のムーニー粘度(ML1+4、100℃)は、使用目的に応じて適宜選択され、通常5〜200である。
ゴム状重合体としては、例えば、エチレン−α−オレフィン系ゴム質重合体;エチレン−α−オレフィン−ポリエン共重合体ゴム;エチレン−メチルメタクリレート、エテレン−ブチルアクリレートなどのエチレンと不飽和カルボン酸エステルとの共重合体;エチレン−酢酸ビニルなどのエチレンと脂肪酸ビニルとの共重合体;アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ラウリルなどのアクリル酸アルキルエステルの重合体;ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン−ブタジエンまたはスチレン−イソプレンのランダム共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ブタジエン−イソプレン共重合体、ブタジエン−(メタ)アクリル酸アルキルエステル共重合体、ブタジエン−(メタ)アクリル酸アルキルエステル−アクリロニトリル共重合体、ブタジエン−(メタ)アクリル酸アルキルエステル−アクリロニトリル−スチレン共重合体などのジエン系ゴム;ブチレン−イソプレン共重合体などが挙げられる。
熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、水素化スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−イソプレンブロック共重合体、水素化スチレン−イソプレンブロック共重合体などの芳香族ビニル−共役ジエン系ブロック共重合体、低結晶性ポリブタジエン樹脂、エチレン−プロピレンエラストマー、スチレングラフトエチレン−プロピレンエラストマー、熱可塑性ポリエステルエラストマー、エチレン系アイオノマー樹脂などを挙げることができる。これらの熱可塑性エラストマーのうち、好ましくは、水素化スチレン−ブタジエンブロック共重合体、水素化スチレン−イソプレンブロック共重合体などであり、具体的には、特開平2−133406号公報、特開平2−305814号公報、特開平3−72512号公報、特開平3−74409号公報などに記載されているものを挙げることができる。
その他の熱可塑性樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、セルローストリアセテートなどが挙げられる。
これらのゴム状重合体やその他の熱可塑性樹脂は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができ、その配合量は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜選択されるが、絶縁材料の特性を損なわせないためには30重量部以下であるのが好ましい。
(6)その他の配合剤
本発明で使用する熱可塑性ノルボルネン系重合体組成物には、必要に応じて、耐熱安定剤、耐候安定剤、レベリング剤、帯電防止剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、滑剤、染料、顔料、天然油、合成油、ワックスなどのその他の配合剤を適量添加することができる。
具体的には、例えば、テトラキス[メチレン−3(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、β−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸アルキルエステル、2,2′−オキザミドビス[エチル−3(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]などのフェノール系酸化防止剤;トリスノニルフェニルホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブリルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト等のリン系安定剤;ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、12−ヒドロキシステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩;グリセリンモノステアレート、グリセリンモノラウレート、グリセリンジステアレート、ペンタエリスリトールモノステアレート、ペンタエリスリトールジステアレート、ペンタエリスリトールトリステアレート等の多価アルコール脂肪酸エステル;合成ハイドロタルサイト;アミン系の帯電防止剤;フッ素系ノニオン界面活性剤、特殊アクリル樹脂系レベリング剤、シリコーン系レベリング剤など塗料用レベリング剤;シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、ジルコアルミネートカップリング剤等のカップリング剤;可塑剤;顔料や染料などの着色剤;などを挙げることができる。
これらの配合剤は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて配合することができる。配合割合は、それぞれの機能や使用目的に応じて適宜定めることができる。
(7)溶媒
ノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させて、プリプレグ用の含浸用溶液を調製したり、溶液流延法によりシートを製造したり、塗布法により皮膜を形成したりすることができる。本発明では、ノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させて用いる。
溶媒を用いてノルボルネン系重合体組成物を溶解させる場合は、例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素;n−ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素;シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素;クロルベンゼン、ジクロルベンゼン、トリクロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素;などを挙げることができる。溶媒は、熱可塑性ノルボルネン系重合体、及び必要に応じて配合する各成分を均一に溶解ないしは分散するに足りる量比で用いる。
成形物、プリプレグ、積層体など
ノルボルネン系重合体組成物を成形した後、架橋させて架橋性成形物とすることができる。熱可塑性ノルボルネン系重合体組成物を成形する方法は、成形途中での架橋により成形性の悪化が起こらないように、溶媒に溶解して成形するか、架橋しない温度または架橋速度が充分に遅い温度で溶融して成形する。具体的には、溶媒に溶解したノルボルネン系重合体組成物を流延して溶媒を除去して、シート状に成形するか、基材に含浸させて成形する。
また、ノルボルネン系重合体組成物は、各種成形部品に成形することができる。この場合の成形法としては、(1)熱可塑性樹脂の状態で、射出成形、プレス形成、圧縮成形法などによって成形物に加工する方法、(2)有機溶媒に溶解させた溶液を、溶媒を除去しながらポッティング法、注型成形法などによって成形物にし、硬化させる方法、(3)トランスファー成形などにより、熱硬化型の成形物とする方法などが挙げられる。本発明の溶液は、上記(2)の成形法で用いられる。
(1)プリプレグ
プリプレグは、トルエン、シクロヘキサン、キシレン等の溶媒中に、熱可塑性ノルボルネン系重合体、エポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂、イミダゾール類からなる硬化促進剤、及び各種配合剤を均一に溶解ないしは分散させ、次いで、補強基材を含浸させた後、乾燥させ溶媒を除去して製造される。一般に、プリプレグは、50〜500μm程度の厚さになるようにすることが好ましい。
溶媒の使用量は、固形分濃度が通常1〜90重量%、好ましくは5〜85重量%、より好ましくは10〜80重量%になるように調整される。
補強基材としては、例えば、紙基材(リンター紙、クラフト紙など)、ガラス基材(ガラスクロス、ガラスマット、ガラスペーパークオーツファイバーなど)及び合成樹脂繊維基材(ポリエステル繊維、アラミド繊維など)を用いることができる。これらの補強基材は、シランカップリング剤などの処理剤で表面処理されていてもよい。これらの補強基材は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
補強基材に対する熱可塑性ノルボルネン系重合体組成物の量は、使用目的に応じて適宜選択されるが、補強基材に対して1〜90重量%、好ましくは10〜60重量%の範囲である。
(2)シート
シートを製造する方法は、特に限定されないが、一般には、キャスティング法が用いられる。例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキサン等の溶媒中に、本発明のノルボルネン系重合体組成物を固形分濃度5〜50重量%程度になるように溶解、分散させ、平滑面上に流延または塗布し、乾燥等により溶剤を除去し、平滑面から剥離してシートを得る。乾燥により溶媒を除去する場合は、急速な乾燥により発泡することのない方法を選択することが好ましく、例えば、低温である程度溶媒を揮発させた後、温度を上げて溶媒を充分に揮発させるようにすればよい。
平滑面としては、鏡面処理した金属板や樹脂製のキャリアフィルム等を用いることができる。樹脂製のキャリアフィルムを用いる場合、キャリアフィルムの素材の耐溶剤性、耐熱性に注意して、用いる溶媒や乾燥条件を決める。
キャスティング法により得られるシートは、一般に、10μm〜1mm程度の厚みを有する。これらのシートは、架橋することにより、層間絶縁膜、防湿層成形用フィルム等として用いることができる。また、次に記載する積層体の製造に用いることもできる。
(3)積層体
積層体は、前述のプリプレグ及び/または未架橋のシートを複数枚積み重ね、加熱圧縮成形して架橋・熱融着させることにより、必要な厚さにしたものである。積層板を回路基板として用いる場合には、例えば、金属箔等からなる配線用導電層を積層したり、表面のエッチング処理等により回路を形成する。配線用導電層は、完成品である積層板の外部表面に積層するのみでなく、目的によっては、積層板の内部に積層されていてもよい。エッチング処理等の二次加工時の反り防止のためには、上下対象に組み合わせて積層することが好ましい。例えば、重ねたプリプレグ及び/またはシートの表面を、用いたノルボルネン系樹脂に応じた熱融着温度以上、通常150〜300℃程度に加熱し、30〜80kgf/cm2程度に加圧して、各層の間に架橋・熱融着させて積層板を得る。
これらの絶縁層または基材に金属を適用する他の方法は、蒸着、電気メッキ、スパッター、イオンメッキ、噴霧、及びレヤーリングである。一般に使用される金属としては、銅、ニッケル、錫、銀、金、アルミニウム、白金、チタン、亜鉛及びクロムなどが挙げられる。配線基板においては、銅が最も頻繁に使用されている。
(4)架橋
成形物を単独で、または積層して、架橋させて架橋成形物を得る。架橋する方法は、常法に従って行えばよく、放射線照射する方法、有機過酸化物が配合された場合は一定温度以上に加熱する方法、光架橋剤が配合された場合は紫外線等の光を照射する方法などが挙げられ、これらの中でも、有機過酸化物を配合し加熱して架橋する方法が容易に行えるので好適である。
架橋反応を生じさせる温度は、主として有機過酸化物と架橋助剤の組み合せによって決められるが、通常、80〜350℃、好ましくは120℃〜300℃、より好ましくは150〜250℃の温度に加熱することにより架橋する。また、架橋時間は、有機過酸化物の半減期の4倍程度にするのが好ましく、通常、5〜120分間、好ましくは10〜90分間、さらに好ましくは20〜60分間である。架橋剤として熱により効果を発揮する架橋剤(硬化剤)を用いた場合は、加熱により架橋させる。架橋剤として光架橋剤を用いた場合には、光照射により架橋させることができる。架橋性成形体を積層して架橋する場合、各層の間で熱融着・架橋が起こり、一体の架橋成形物が得られる。
(5)架橋成形物
架橋成形物としては、積層板、回路基板、層間絶縁膜、防湿層成形用フィルム等が例示される。架橋成形体は、通常、吸水率が0.03%以下、1MHzでの誘電率及び誘電正接がそれぞれ2.0〜4.0と0.005〜0.0005であり、従来の熱硬化性樹脂製成形体に比べて、耐湿性や電気特性などに優れている。架橋成形体の耐熱性は、従来の熱硬化性樹脂製成形品と同等であり、銅箔を積層した積層板に260℃のハンダを30秒間接触させても、銅箔の剥離やフクレの発生等の異常は認められない。さらに、架橋成形体は、銅箔との剥離強度が、1.4〜2.2kg/cm2と優れており、従来の熱可塑性ノルボルネン系樹脂に比べてはるかに改善されている。これらのことから、架橋成形体である積層板は、回路基板として好ましいものである。
本発明に用いる熱可塑性ノルボルネン系重合体組成物を熱可塑性樹脂として成形した成形物の場合には、コネクター、リレー、コンデンサなどの電子部品;トランジスターやIC、LSIなど半導体素子の射出成形封止部品などの電子部品に、光学レンズ鏡筒、ポリゴンミラー、Fθミラーなどの部品として有効である。
本発明のように熱可塑性ノルボルネン系重合体組成物を有機溶媒に溶解させた状態で使用する場合は、半導体素子などのポッティング、注型用封止材料などの用途に有効である。
本発明に用いる熱可塑性ノルボルネン系重合体組成物をトランスファー成形材料として使用する場合は、半導体素子のパッケージ(封止)材料などとして有効である。
本発明に用いる熱可塑性ノルボルネン系重合体組成物は、フィルムや膜の形態として使用することができる。フィルムとして使用する場合は、(1)該ノルボルネン系重合体組成物を有機溶媒に溶解させた状態のものを、予めキャスト法などによりフィルムに形成して使用する場合、(2)溶液をコートした後に溶媒を除去してオーバーコート膜として使用する場合、(3)溶液をコートし乾燥して絶縁膜を形成し、その上に配線層を形成し、さらにその上に溶液をコートし乾燥して絶縁膜を形成する操作を必要回数行う場合(逐次多層絶縁膜の形成)などがある。具体的には、例えば、積層板の絶縁シート、層間絶縁膜、半導体素子の液状封止材料、オーバーコート材料などとして有効である。
<実施例>
以下に、合成例、実施例、参考例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。部及び%は、特に断りのない限り、重量基準である。
物性の測定法は、次のとおりである。
(1)分子量は、特に断りのない限り、トルエンを溶媒とするゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算値として測定した。
(2)主鎖と側鎖の水素添加率は、1H−NMRにて測定した。
(3)共重合比率は、1H−NMRにて測定した。
(4)1MHzにおける誘電率、及び誘電正接は、JIS K6911に準じて測定した。
(5)銅箔との密着性(銅箔引剥強さ)は、JIS C6481に従って、18μmの銅メッキ層の1cm幅ピール強度を測定した。より具体的には、積層体から幅20mm、長さ100mmの試験片を取り出し、銅箔面に幅10mmの平行な切り込みを入れた後、引張試験機にて面に対して垂直な方向に50mm/minの速さで連続的に銅箔を引き剥し、その時の応力の最低値を示した。
(6)ガラス転移温度(Tg)は、DSCによって測定した。
(7)耐熱性は、300℃のハンダを1分間接触させた後、外観を観察し、下記の基準で判定した。
良好:剥離やフクレのないもの、
不良:剥離またはフクレの見られるもの。
[合成例1]
窒素で置換した1リットルのフラスコに、8−エチルテトラシクロ[4.4.0.12.5.17.10]−3−ドデセン(以下、ETDと略す)5gとトルエン120gを加え、重合触媒として、トリイソブチルアルミニウム0.287mmolとイソブチルアルコール0.287mmol、分子量調整剤として1−ヘキセン2.30mmolを添加した。ここに、六塩化タングステン0.057mmolを添加し、40℃で5分間撹拌した。その後、ETD45gと、六塩化タングステン0.086mmolを約30分間で連続的に反応系内に滴下し、滴下終了後、さらに30分間撹拌して重合を終了した。
この重合反応液を1リットルのオートクレーブに移し、トルエン160gを加え、次いで、ニッケルアセチルアセトナート0.5gとトリイソブチルアルミニウムの30重量%トルエン溶液5.15gを混合したものを加え、反応器内を水素置換した後、撹拌しながら80℃に昇温した。温度が安定したところで水素圧力を30kg/cm2に昇圧し反応過程で消費される水素を補充しながら3時間反応させた。
次いで、4.2gの水と、活性アルミナ(表面積320cm2/g、細孔容量0.8cm3/g、平均粒径15μm、水澤化学製、ネオビードD粉末)を2.5gを加え、80℃にて1時間撹拌した後、固形分をろ過して除去した水素添加反応液を、3リットルのイソプロピルアルコール中に注いで析出させ、ろ別して回収した。回収した樹脂を100℃、1Torr以下で48時間乾燥させた。合成結果を表1に示した。このポリマーをAとする。
[合成例2]
1−ヘキセン2.30mmolを8.61mmolにかえる以外は、合成例1と同様にして白色粉末を得た。合成結果を表1に示した。このポリマーをBとする。
[合成例3]
ETDを1,4−メタノ−1,4,4a,9a−テトラヒドロフルオレン(以下、MTFと略す)にかえる以外は、合成例1と同様にして白色粉末を得た。合成結果を表1に示した。このポリマーをCとする。
[合成例4]
窒素で置換した1リットルの重合器に、テトラシクロドデセン(以下、TCDと略す)のシクロヘキサン溶液、触媒としてVO(OC2H5)Cl2のシクロヘキサン溶液及びエチルアルミニウムセスキクロライド〔Al(C2H5)1.5Cl1.5〕のシクロヘキサン溶液を重合器内での濃度が、それぞれ60g/リットル、0.5mmol/リットル、4.0mmol/リットルとなるように供給し、これにエチレンを15リットル/Hr、水素を0.5リットル/Hr、で供給し、系内を10℃に制御した。一方、重合器上部から連続的にフラスコ内の重合液の全量が1リットルとなり、平均滞留時間が0.5時間となるように抜き出した。
抜き出した重合液にイソプロピルアルコールを少量添加して重合を停止し、その後、水1リットルに対して濃塩酸5mlを添加した水溶液と重合液を1対1の割合でホモジナイザーを用いて強撹拌下で接触させ、触媒残渣を水相へ移行させた。上記混合液を静置し、水相を除去後さらに蒸留水で2回水洗を行い、重合液を精製分離した。この重合液を3リットルのアセトン中に注いで析出させ、ろ別して回収した。回収した樹脂を100℃、1Torr以下で48時間乾燥させた。白色粉末を得た。合成結果を表1に示した。このポリマーをDとする。
[合成例5]
TCDをMTFにかえる以外は、合成例4と同様にして白色粉末を得た。合成結果を表1に示した。このポリマーをEとする。
[合成例6]
窒素で置換した1リットルのフラスコに、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル18g、1,3−ビス(アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン2.5g、及びN−メチル−ピロリドン300gを入れ、撹拌、溶解した。次いで、この溶液に、3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二水和物32gを徐々に加え、添加終了後、さらに5時間撹拌し、粘度20ポアズ(25℃)のポリアミド酸を得た。この溶液を3リットルのイソプロピルアルコール中に注いで析出させ、ろ別して回収した。回収した樹脂を70℃、1Torr以下で48時間乾燥させた。このポリマーをPIとして、熱硬化性樹脂として用いた。
[実施例1〜13、参考例1〜5]
合成例1〜5で得た各熱可塑性ノルボルネン系重合体と各種成分を、それぞれ表2に示した組成で配合し、各々固形分の濃度が20%になるように、トルエンに溶解してワニスとした。全ての配合品について、沈澱なども生じず均一な溶液であった。
これらの溶液に、Eガラスクロスを浸漬して含浸を行い、その後エアーオーブン中で乾燥させ、硬化性複合材料(プリプレグ)を作製した。プリプレグ中の基材の重量は、プリプレグの重量に対して40%とした。成形後の厚みが0.8mmになるように上記のプリプレグを必要に応じて複数枚重ね合わせ、その両面に厚さ35μmの銅箔を置いて、熱プレス成形機により成形硬化させて架橋積層体を得た。
このようにして得た架橋積層体の諸物性を測定し、それらの結果を表2に示した。表2より、本発明例(実施例1〜13)及び参考例1〜5は、いずれの架橋積層体も良好な誘電特性を示し、かつ、銅箔に対する優れた引き剥がし強さを示していることがわかる。
[比較例1〜6]
合成例1〜5で得た各熱可塑性ノルボルネン系重合体と各種成分を、それぞれ表2に示した組成で配合し、実施例と同様にして架橋積層体を得た。ここで得られた架橋積層体の諸物性を測定し、それらの結果を表2に示した。表2より、配合剤として、熱硬化性樹脂を用いないもの(比較例1〜5)は、いずれの架橋積層体も、銅箔との引き剥し強さに劣っていることがわかる。また、熱硬化性樹脂の配合量が過度に多いもの(比較例6)は、銅箔との引剥強さに優れるものの、その強さは実施例2、3、5、6、7、9、11、13等の値と殆ど変わらず、しかも誘電率や誘電正接等の電気特性が低下し好ましくないことがわかる。
(脚注)
(1)過酸化物a:2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3
(2)TAIC:トリアリルイソシアヌレート
(3)イミダゾール:2−エチル−4−メチルイミダゾール
(4)配合剤b1:旭チバ社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 6071)
(5)配合剤b2:旭チバ社製臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 8010)
(6)配合剤b3:マナック社製臭素化ビスフェノール系難燃剤(プラセフティーEB−242)
(7)PI:合成例6で製造した熱硬化性樹脂
[合成例7](エポキシ変性ノルボルネン系重合体の製造)
(重合)米国特許5,468,819号に記載されている公知の方法によって2−ノルボルネン(NB)と5−フェニル−2−ノルボルネン(PhNB)の付加共重合体〔ポリスチレン換算で数平均分子量(Mn)=66,400、重量平均分子量(Mw)=140,100、モノマー組成比NB/PhNB=68/32(モル比)、Tg=285℃〕を得た。この重合体をFとする。
(エポキシ変性)得られたノルボルネン系付加共重合体28部、5,6−エポキシ1−ヘキセン10部、及びジクミルパーオキシド2部をt−ブチルベンゼン130部に溶解し、140℃で6時間反応を行った。得られた反応生成物溶液を300部のメタノール中に注ぎ、反応生成物を凝固させた。凝固物を100℃で20時間真空乾燥し、エポキシ変性ノルボルネン系付加重合体26部を得た。この変性ポリマーの分子量は、Mn=70,100、Mw=174,200で、Tgは267℃であった。この変性ポリマーの1H−NMRにて測定したエポキシ基含有率は、ポリマーの繰り返し構造単位当たりで7.5%であった。このポリマーをGとする。
[合成例8](エポキシ変性ノルボルネン系重合体の製造)
(重合)合成例7と同様にしてNB/PhNB/5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)三元共重合体を得た〔ポリスチレン換算で数平均分子量(Mn)=54,100、重量平均分子量(Mw)=116,600、共重合組成比はNB/PhNB/ENB=62/23/15(モル比)、Tg=320℃〕を得た。
(エポキシ変性)得られたノルボルネン系共重合体30部を120部のトルエンに加えて、120℃に加熱して溶解し、t−ブチルヒドロパーオキシド1.2部とヘキサカルボニルモリブデン0.09部を加えて2時間還流した。これを100部の冷メタノール中に注ぎ、反応生成物を凝固させた。凝固物を80℃で20時間真空乾燥し、エポキシ変性ノルボルネン系付加重合体30部を得た。この変性ポリマーの分子量は、Mn=55,200、Mw=134,600で、Tg=322℃、1H−NMRにて測定した不飽和結合へのエポキシ変性率は、100%であり、ポリマーの繰り返し構造単位当たりのエポキシ基含有率は15.0%であった。このポリマーをHとする。
[合成例9](マレイン酸変性ノルボルネン系重合体の製造)
(マレイン酸変性)合成例7で得られたノルボルネン系共重合体30部を150部のトルエンに加え、120℃に加熱して溶解し、無水マレイン酸のトルエン溶液(3部/100部)及びジクミルパーオキシドのトルエン溶液(0.3部/45部)を徐々に添加して、4時間反応した。これを600部の冷メタノール中に注ぎ、反応生成物を凝固させた。凝固物を80℃で20時間真空乾燥し、マレイン酸変性ノルボルネン系重合体30部を得た。この変性ポリマーの分子量は、Mn=73、100、Mw=162,400で、Tg=276℃、1H−NMRにて測定したポリマーの繰り返し構造単位当たりの無水マレイン酸含有率は、15.5%であった。このポリマーをIとする。
[合成例10](ヒドロキシ変性ノルボルネン系重合体)
(ヒドロキシ変性)合成例8で得られたノルボルネン系付加重合体30部を300部のトルエンに加え、120℃に加熱して溶解し、90重量%ギ酸50部と30重量%過酸化水素水7.5部を徐々に滴下して2時間還流した。次いで、水酸化ナトリウム溶解メタノールで中和処理した後、700部のアセトン中に注ぎ、反応生成物を凝固させた。凝固物を80℃で20時間真空乾燥し、ヒドロキシ変性ノルボルネン系重合体30部を得た。この変性ポリマーの分子量は、Mn=55,100、Mw=133,400で、Tg=328℃、1H−NMRにて測定した不飽和結合のヒドロキシ変性率は100%であり、ポリマーの繰り返し構造単位当たりのヒドロキシ基含有率は15%であった。このポリマーをJとする。
[合成例11](エポキシ変性ノルボルネン系重合体の製造)
(重合)特開平4−45113に記載の公知の方法により、NB/ジビニルベンゼン(DVB)共重合体を得た〔ポリスチレン換算で数平均分子量(Mn)=34,200、重量平均分子量(Mw)=78,600、共重合組成比はNB/DVB=90/10(モル比)、Tg=302℃〕を得た。
(エポキシ変性)合成例7と同様にして、得られたノルボルネン系共重合体のエポキシ変性体を合成した。この変性ポリマーの分子量は、Mn=35,200、Mw=82,100で、Tg=302℃、1H−NMRにて測定した不飽和結合へのエポキシ変性率は、100%であり、ポリマーの繰り返し構造単位当たりのエポキシ基含有率は、9.5%であった。このポリマーをKとする。
[合成例12](エポキシ変性ノルボルネン系重合体の製造)
(重合)特開平3−45612号公報に記載されている公知の方法にて、NBとエチレンの付加共重合体(NB組成=52モル%、Mn=68,200、Mw=140,100、Tg=154℃)を得た。
(エポキシ変性)得られたノルボルネン/エチレン付加共重合体30部、5,6−エポキシ−1ヘキセン10部、及びジクミルパーオキシド2部をt−ブチルベンゼン130部に溶解し、140℃で6時間反応を行った。得られた反応生成物溶液を300部のメタノール中に注ぎ、反応生成物を凝固させた。凝固物を100℃で20時間真空乾燥し、エポキシ変性ポリマーを29部を得た。この変性ポリマーの分子量は、Mn=72,400、Mw=152,300で、Tgは155℃であった。この変性ポリマーの1H−NMRにて測定したエポキシ基含有率は、ポリマーの繰り返し構造単位当たりで2.4%であった。このポリマーをLとする。
合成例7〜12で製造した変性ポリマーの組成及び物性を表3に示す。
[実施例14]
合成例7で得たポリマーG 60部に、熱硬化性樹脂として旭チバ社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 6071)40部、硬化促進剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール1部を配合し、固形分の濃度が25%になるように、キシレンに溶かしてワニスとした。
この溶液を孔径0.22μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製精密フィルターでろ過した後、スピナーを使用して、4インチの銅つきシリコンウエハ板上に塗布し、90℃、120秒間プリベークし、続いて、窒素雰囲気下で200℃、1時間加熱キュアーを行った。得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定した。1MHzにおける誘電率εは3.00、誘電正接tanδは0.0010、ピール強度(銅箔引剥強さ)は1.8kg/cm2、ハンダ耐熱性は良好であった。
[実施例15]
合成例8で得たポリマーH 70部に、熱硬化性樹脂として旭チバ社製臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 8010)30部、硬化促進剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール1部を配合し、固形分の濃度が25%になるように、キシレンに溶かしてワニスとした。
このワニスを用いたこと以外は、実施例14と同様にして、銅つきシリコンウエハ板上に熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の皮膜を形成した。
得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定したところ、1MHzにおける誘電率εは3.00、誘電正接tanδは0.0010、ピール強度は1.8kg/cm2であり、ハンダ耐熱性は良好であった。
[参考例6]
合成例9で得たポリマーI 70部に、熱硬化性樹脂として合成例6で得たPI 30部、過酸化物として2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3 1部、硬化助剤としてトリアリルイソシアヌレート5部を配合し、固形分の濃度が25%になるように、キシレンに溶かしてワニスとした。
このワニスを用いたこと以外は、実施例14と同様にして、銅つきシリコンウエハ板上に熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の皮膜を形成した。
得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定したところ、1MHzにおける誘電率εは2.90、誘電正接tanδは0.0008、ピール強度は1.5kg/cm2で、ハンダ耐熱性は良好であった。
[実施例16]
合成例10で得たポリマーJ 70部に、熱硬化性樹脂として旭チバ社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 6071)30部、硬化促進剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール1部、過酸化物として2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3 1部、硬化助剤としてトリアリルイソシアヌレート5部を配合し、固形分の濃度が25%になるように、キシレンに溶かしてワニスとした。
このワニスを用いたこと以外は、実施例14と同様にして、銅つきシリコンウエハ板上に熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の皮膜を形成した。
得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定したところ、1MHzにおける誘電率εは3.00、誘電正接tanδは0.0010、ピール強度は1.8kg/cm2で、ハンダ耐熱性は良好であった。
[実施例17]
合成例11で得たポリマーK 70部に、熱硬化性樹脂として旭チバ社製臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 8010)30部、硬化促進剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール1部を配合し、固形分の濃度が25%になるように、キシレンに溶かしてワニスとした。
このワニスを用いたこと以外は、実施例14と同様にして、銅つきシリコンウエハ板上に熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の皮膜を形成した。
得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定したところ、1MHzにおける誘電率εは3.00、誘電正接tanδは0.0010、ピール強度は1.8kg/cm2で、ハンダ耐熱性は良好であった。
[実施例18]
合成例7で得た未変性ノルボルネン系付加重合体F 70部に、熱硬化性樹脂として旭チバ社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 6071)30部、硬化促進剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール1部、過酸化物として2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3 1部、硬化助剤としてトリアリルイソシアヌレート5部を配合し、固形分の濃度が25%になるように、キシレンに溶かしてワニスとした。
このワニスを用いたこと以外は、実施例14と同様にして、銅つきシリコンウエハ板上に熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の皮膜を形成した。
得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定したところ、1MHzにおける誘電率εは3.00、誘電正接tanδは0.0010、ピール強度は1.8kg/cm2で、ハンダ耐熱性は良好であった。
[実施例19]
ポリマーGの替わりに合成例12で得たポリマーLを用いた以外は、実施例14と同様にして実施した。
得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定したところ、1MHzにおける誘電率εは3.00、誘電正接tanδは0.0010、ピール強度は1.4kg/cm2で、いずれも良好であった。ただし、ハンダ耐熱性の評価では、フクレが観察された。これは、使用したポリマーLのガラス転移温度が充分に高くないため、300℃でのハンダ耐熱性が不足していることを示している。
[比較例7]
旭チバ社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 6071)を配合しなかった以外は、実施例14と同様にして実施した。
得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定したところ、1MHzにおける誘電率εは2.65、誘電正接tanδは0.0005、ピール強度は1.0kg/cm2以下で、銅に対する密着性は不充分であった。ハンダ耐熱性は良好であった。
[比較例8]
旭チバ社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 6071)を配合しなかった以外は、実施例18と同様にして実施した。
得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定したところ、1MHzにおける誘電率εは2.65、誘電正接tanδは0.0005、ピール強度は1.0kg/cm2以下で、銅に対する密着性は不充分であった。ハンダ耐熱性は良好であった。
[比較例9]
合成例7で得たノルボルネン系付加重合体Gを30部に変え、熱硬化性樹脂として旭チバ社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 6071)を70部に変えた以外は、実施例14と同様にして実施した。
得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定したところ、1MHzにおける誘電率εは3.55、誘電正接tanδは0.0040であり、電気特性が悪く好ましくない。ピール強度は1.9kg/cm2で、ハンダ耐熱性は良好であった。
実施例14〜19、参考例6及び比較例7〜9の結果を表4に示す。
(脚注)
(1)過酸化物a:2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3
(2)TAIC:トリアリルイソシアヌレート
(3)イミダゾール:2−エチル−4−メチルイミダゾール
(4)配合剤b1:旭チバ社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 6071)
(5)配合剤b2=旭チバ社製臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 8010)
(6)配合剤b3:マナック社製臭素化ビスフェノール系難燃剤(プラセフティーEB−242)
(7)PI:合成例6で製造した熱硬化性樹脂
[合成例13](エポキシ変性ノルボルネン系重合体の製造)
合成例1で得られたポリマーA 50部に、アリルグリシジルエーテル3部、ジクミルパーオキシド0.8部、及びt−ブチルベンゼン120部を混合し、オートクレーブ中にて、150℃、3時間反応を行った後、反応液を大量のイソプロピルアルコール中に注いで析出させ、濾別し、乾燥して、エポキシ変性ポリマーMを得た。結果を表5に示す。
[合成例14](マレイン酸変性ノルボルネン系重合体の製造)
アリルグリシジルエーテルを無水マレイン酸にかえたこと以外は合成例13と同様にして、マレイン酸変性ポリマーNを得た。結果を表5に示す。
[合成例15](エポキシ変性ノルボルネン系重合体の製造)
ポリマーAを合成例3で得られたポリマーCにかえたこと以外は合成例13と同様にして、エポキシ変性ポリマーOを得た。結果を表5に示す。
[合成例16](マレイン酸変性ノルボルネン系重合体の製造)
ポリマーAを合成例3で得られたポリマーCにかえたこと以外は合成例14と同様にして、マレイン酸変性ポリマーPを得た。結果を表5に示す。
[実施例20〜23]
合成例13〜16で得た各熱可塑性ノルボルネン系重合体と各種成分を、それぞれ表6に示した組成で配合し、各々固形分の濃度が25%になるように、キシレンに溶解してワニスとした。
これらのワニスを用いたこと以外は、実施例14と同様にして、銅つきシリコンウエハ板上に熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の皮膜を形成した。
得られた熱硬化ノルボルネン系重合体組成物の諸物性を測定した結果を表6に示す。
(脚注)
(1)過酸化物a:2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3
(2)TAIC:トリアリルイソシアヌレート
(3)イミダゾール:2−エチル−4−メチルイミダゾール
(4)配合剤b1:旭チバ社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(AER 6071)
<産業上の利用可能性>
本発明によれば、誘電率や誘電正接などの電気特性に優れ、金属との密着性に優れたノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させた溶液、その溶液から溶媒を除去して得られる成形物、該溶液から溶媒を除去して得られるシート、プリプレグ、積層体などが提供される。本発明のノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させた溶液は、電子計算機、通信機などの精密機器の回路基板、半導体素子、電子部品などの広範な分野に適用することができる。
Claims (17)
- ノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させた溶液であって、該ノルボルネン系重合体組成物が、ノルボルネン系モノマーの開環重合体の水素添加物(a)、ノルボルネン系モノマーの付加重合体(b)、ノルボルネン系モノマーとその他のモノマーとの付加重合体(c)、及びこれらのノルボルネン系重合体にエポキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エステル基、シラノール基、アミノ基、ハロゲン基、アシル基、スルホン酸基、及び無水カルボン酸基からなる群より選ばれる極性基を導入した変性物(d)からなる群より選ばれる熱可塑性ノルボルネン系重合体100重量部に対して、エポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂1〜150重量部、およびイミダゾール類からなる硬化促進剤0.1〜30重量部を含有してなるノルボルネン系重合体組成物であることを特徴とするノルボルネン系重合体組成物を溶媒に溶解させた溶液。
- 溶媒が、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、およびハロゲン化炭化水素からなる群より選ばれる溶媒である請求項1記載の溶液。
- ノルボルネン系重合体組成物が、熱可塑性ノルボルネン系重合体100重量部に対し、架橋剤0.001〜30重量部をさらに含有してなる請求項1記載の溶液。
- ノルボルネン系重合体の変性物が、ノルボルネン系重合体に極性基含有不飽和化合物をグラフト反応させることにより極性基を導入したものである請求項1記載の溶液。
- 極性基含有不飽和化合物が不飽和エポキシ化合物であり、導入される極性基がエポキシ基である請求項4記載の溶液。
- 極性基含有不飽和化合物が不飽和カルボン酸化合物であり、導入される極性基がカルボキシル基または無水カルボン酸基である請求項4記載の溶液。
- ノルボルネン系重合体の変性物が、ノルボルネン系重合体の炭素−炭素不飽和結合に変性剤を反応させることにより極性基を導入したものである請求項1記載の溶液。
- 変性剤が過酸化物であり、導入される極性基がエポキシ基である請求項7記載の溶液。
- 変性剤がギ酸及び過酸化水素であり、導入される極性基がヒドロキシル基である請求項7記載の溶液。
- 変性物の変性率が重合体中の総モノマー単位数を基準として0.1〜100モル%である請求項1〜9のいずれか1項に記載の溶液。
- 熱可塑性ノルボルネン系重合体が、ガラス転移温度180℃以上のノルボルネン系モノマーの付加重合体、及び該付加重合体の変性物からなる群より選ばれるものである請求項1〜10のいずれか1項に記載の溶液。
- 架橋剤が、有機過酸化物である請求項3記載の溶液。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の溶液から溶媒を除去して得られる成形物。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の溶液から溶媒を除去して得られる層と金属層とが積層した構造を有する積層体。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の溶液を補強基材に含浸させてなるプリプレグ。
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