JP5053972B2 - 熱硬化性ソルダーレジスト用組成物、ソルダーレジスト形成用フィルム、ソルダーレジストの形成方法及び回路基板 - Google Patents
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Description
一つはポリイミドやポリエステルのフィルムに接着剤が設けられたもので、これを回路基板に貼り付ける(フィルムタイプソルダーレジストと呼ばれる場合がある)。フィルムタイプのソルダーレジストは、元々均一なフィルムであるために、ピンホールなどの欠損も起こりにくく、物性調整等も容易なため、安定したソルダーレジストとして用いることが出来る。このようなソルダーレジストは、部品実装や配線取り出しが必要な場合、ソルダーレジストの該当部分を切り取り、貼り付け時に切り取り部が該当する回路上に位置するように位置合わせを行って貼り付ける。しかしながら、貼り付けの位置精度を確保するのが困難であるため、実際には粗いパターンの基板に限定される。フィルムの材料としてはポリイミド、PET等が一般的に用いられる。
開発が盛んに行われている材料系である。感光性ソルダーレジストも大きく分けて2種類有り、フィルムタイプで回路基板上にラミネートして用いるタイプ、液状で回路基板に塗布するタイプがある。感光性ソルダーレジストの材料は主としてエポキシアクリレート樹脂を主としたものと、感光性ポリイミドを主としたものがある。両者とも炭酸ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液で現像が可能な、ネガ型のフォトレジストが主流である。感光性ソルダーレジストを用いて回路基板上にソルダーレジストを設けるための概略工程は以下の通りである。すなわち、洗浄した回路基板上に感光性ソルダーレジストを塗布またはラミネートし、その後、部品実装や配線とりだし部分が遮光できるフォトマスクを介して紫外線などを照射し、所望の部分のみ光硬化させる。マスクの位置合わせ精度は、前述のフィルム切り取りや印刷等に比べて非常に良好であり、このために、高性能な狭ピッチ基板においてはもっぱらこの方法が用いられている。その後、炭酸ナトリウム水溶液などの現像液で処理し、マスクした部分を洗い流し、開口部を形成する。パターン形成された感光性ソルダーレジストを熱処理し、硬化・安定化させる。特にエポキシアクリレート系の樹脂においてはこの熱処理により、残存カルボン酸をエポキシ基等で封止することを目的として行われるため、重要である。この熱処理工程によりソルダーレジストとしては完成であり、その後、レジストスカムの処理・洗浄、導体及びソルダーレジストの表面処理工程、ハンダ付け、実装工程へと進む。
1.本発明のソルダーレジスト用組成物の詳細
本第1の発明の熱硬化性ソルダーレジスト用組成物は、ソルダーレジスト組成物中に重量平均分子量が1,000以上のポリベンゾオキサジン樹脂を含有し、かつ前記ポリベンゾオキサジン樹脂100重量部に対して、エポキシ樹脂を3〜100重量部含むことを特徴とする。
なお、本発明の熱硬化性ソルダーレジスト用組成物は、その用途に特に制限されるものではないが、主として特に電子回路基板の最外層に配置されるソルダーレジストを形成する熱硬化性ソルダーレジスト用組成物として用いられる。
本発明において、熱硬化性ソルダーレジスト用組成物の原料の一つとして、重量平均分子量が1,000以上のポリベンゾオキサジン樹脂を用いる。
ここで、ベンゾオキサジンとは、式(5)に示す基本構造を有する構造体を指す。
このベンゾオキサジン化合物は熱によりオキサジン環が開裂し、それと同時に近傍のベンゾオキサジンユニットと結合を生じ、結果として三次元架橋構造を形成する。式(5)に示したベンゾオキサジンの開環・架橋構造を式(6)に示す。
まず第一に、架橋反応において、脱離するものがないという特徴である。この架橋反応は結合のつなぎ換えのみであり、水、ガス、その他有機物などを発生しない。このため、膜中に低分子量不純物による絶縁性能の悪化、回路基板汚染、気泡発生、ソルダーレジストの剥がれがない。また、原料に用いる材料が基本的にハロゲンフリーであるため、ベンゾオキサジンもほとんどハロゲンを含まない。これは合成段階でエピクロロヒドリンを用いているエポキシ材料と大きく異なる点である。これらはソルダーレジストとして極めて好ましい物性である。
本発明のソルダーレジストの原料として用いるベンゾオキサジン化合物は、既述の通り、重量平均分子量が1,000以上のポリベンゾオキサジン樹脂であり、好ましくは、2価のフェノール化合物、2価の一級アミン化合物、及びホルムアルデヒドより合成されるベンゾオキサジンが繰り替えし単位となるポリベンゾオキサジンから成る。
本発明において好適に用いるポリベンゾオキサジンの具体的な構造は、下記式(1)に示される構造である。
ここで、有機基としては、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などの直鎖アルキル基、又はイソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基などの分岐アルキル基、あるいはこれらアルキル基の一部の水素がフッ素、塩素、臭素などのハロゲンにより置換されたハロゲン化アルキル基等が挙げられる。
上記2価のフェノール類としては、4,4’−ジヒドロキシビフェニルを好適に用いることができる。また、フェノールがアルキル基を介して結合されたビスフェノールA又はビスフェノールFも好適に用いることができる。更に、フェノールがSO2を介して結合されたビスフェノールS、又はフェノールがエーテル基を介して結合された4,4’−ジヒドロキシフェニルエーテルも好適に用いることができる。
また、上記2価のアミンとしては、1,4−シクロヘキシルアミン、1,3−シクロヘキシルアミン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン)、イソホロンジアミン、1,8−ジアミノ−p−メンタン、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、2,5(6)−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2,2,1]ヘプタン、又は、1,3−ジアミノアダマンタンなどの脂肪族環状ジアミンも好適に用いることができる。
これらアラルキルジアミンを用いて合成されたポリベンゾオキサジンをソルダーレジストとして用いた場合、強度、耐久性及び耐熱性を高めることができる。
また、式(7)中の繰り返し単位数m、nの異なる複数のベンゾオキサジン樹脂を併用して用いても良い。併用すると、アルキレンによる可撓性とアラルキルによる耐熱性、強度を適宜調整することが可能であり、好ましい使用形態の一つである。
本発明の熱硬化性ソルダーレジスト用組成物は、前述したベンゾオキサジンの特性を活かすため、ソルダーレジスト組成物の固形分100重量部に対してポリベンゾオキサジン樹脂は50重量部以上含有することが好ましい。50重量部未満の含有量においても、エポキシやポリイミドなどの他の熱硬化性ソルダーレジストよりも電気的特性は良好であるが、よりベンゾオキサジンの効果を発揮させるためには50重量部以上含有することが望ましく、更に好ましくは70重量部以上が好ましい。
このうち充填材の一つとして無機充填材が挙げられる。無機充填剤は温度変化による線膨張係数が低いため、ソルダーレジストの線膨張係数を低下させることが可能となる。具体的な無機添加剤としては、シリカ、クレイ、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどが挙げられる。
これら無機添加剤のうち、特に好ましく用いることが出来るものとして、シリカが挙げられる。シリカは粒径等の異なる種々のものが容易に入手可能であり、かつ、比較的安価に入手可能である。
無機添加剤は平均粒径が0.1〜10μmとすることが好ましい。より好ましくは、平均粒径は1〜5μmである。平均粒径が0.1以上であるとソルダーレジスト用組成物の流動性を保ちソルダーレジスト層の厚さを薄く形成することが出来る。平均粒径が10μm以下であると表面平滑性に優れたソルダーレジスト層を形成することが出来る。
ソルダーレジスト層の形成時の平坦性を確保する観点からは5重量%以上とすることが好ましく、露光・現像により開口を形成する際に無機絶縁性フィラー残りを生じ難くするという観点からは50重量%以下とすることが好ましい。従って、無機絶縁性フィラー含有量は感光性樹脂組成物100重量%に対して5〜20重量%の範囲にすることが好ましい。
これら無機添加剤は表面をシランカップリング剤等により有機化処理されているものが特に好ましく用いることが出来る。更に好ましくは、有機基が反応性を有するものが好ましい。好ましいシランカップリング剤としてはエポキシ基を有するものが挙げられる。
液状の場合には、上記組成混合物を希釈剤にて適度な濃度とし、提供することが出来る。この際、固形分濃度はそれぞれの使用形態によって適宜調整されるため、一概には言えないが、固形分濃度は通常10〜70重量%が好ましく用いることが出来る。
本発明のソルダーレジスト用組成物は熱硬化性の樹脂組成物であり、それ自体では感光性を有さず、いわゆるフォトレジストとしての機能を有さない。従来の技術で述べたように、感光性(アルカリ現像性)を有することは、すなわち、本質的に絶縁性、電気特性を犠牲にすることに他ならないと考えたためである。しかしながら、ソルダーレジストはその使用目的上、ソルダーレジストの一部を除去して配線を露出せしめ、露出した配線に対してハンダ付けを行ったり、部品実装を行ったり、配線取り出しを行わなければならない。
これら、ソルダーレジストのレーザー加工は種々発明が開示されているが、材料に関する発明は極めて少ないといえる。 具体的には、特許文献7,特許文献8等が挙げられる。
ソルダーレジスト組成物が液状の場合、保護する電子回路基板等の回路基板上に組成物を塗布する。塗布する方法は公知の方法を用いれば良く、例えば、ドクターブレード、カーテンコート、スプレーコート、スクリーン印刷、フレキソ印刷、ロールコートなど、目的に応じた塗布方法を選択する。塗工の際に、配線あるいは実装部分を設けるために、マスクを用いたり、部分印刷を行ったりしても良い。塗布後、必要に応じて希釈剤を揮発させ、固体のソルダーレジストとして膜を形成させる。この希釈剤の乾燥は、150℃以下の温度で行うことが好ましく、100℃以下で行うことが好ましい。150℃以上の乾燥では、ポリベンゾオキサジンなどの硬化が起こる可能性があり、乾燥と同時に硬化が起こると膜の物性が安定しない可能性がある。乾燥時間は特に制限はないが短時間の方が好ましい。加熱方法は特に制限はなく、熱風乾燥、赤外線乾燥など、公知の方法を用いて良い。
以上のようにして、本発明の熱硬化性ソルダーレジスト用組成物を用いた回路基板が形成される。得られたソルダーレジスト被覆回路基板は、ソルダーレジストの良好な絶縁特性、電気特性を反映し、高周波等を取り扱っても良好な性能を発揮する。
島津製高速液体クロマトグラフシステムを使用し、THFを展開媒として、カラム温度40℃、流速1.0ml/分で測定を行った。検出器として「RID−10A」を用い、カラムはShodex製「KF−804L」(排除限界分子量400,000)を2本直列につないで使用した。標準ポリスチレンとして、東ソー製「TSKスタンダードポリスチレン」を用い、重量平均分子量Mw=354,000、189,000、98,900、37,200、17,100、9,830、5,870、2,500、1,050、500のものを使用して較正曲線を作成し、分子量の計算を行った。
撹拌幾、冷却管、水分分離器、窒素導入管を備えたセパラブルフラスコ中で、末端ヒドロキシ化液状ブタジエンオリゴマーの水素添加物(日本曹達製「NISSO−PB GI−1000」)32.44g(水酸基価69.2[KOHmg/g]、GPCによる単分散標準ポリスチレン換算の数平均分子量Mn=2,380)、p−ヒドロキシ安息香酸(上野製薬製)6.62g(0.048mol)、p−トルエンスルホン酸1水和物(和光純薬製)1.0g、ジエチレングリコールジメチルエーテル100ml、トルエン100mlを混合し均一な溶液とした。これを180℃のオイルバスにつけ、窒素ガスを導入しながら4時間反応させた。反応中生成してくる水分を共沸により除去した。その後、系内を弱減圧にして溶媒を少しずつ除去しながら反応を進め、ほぼ揮発分を取り去ることにより、琥珀色の粘調な液体が得られた。
これを150mlのトルエンで希釈して蒸留水で3回洗浄し、水相を分離した後、減圧下でトルエンを留去して、琥珀色の透明粘調液状物を得た。
上記生成物についてGPC測定を行ったところ、数平均分子量Mn=2,460であった。
撹拌幾、冷却管、水分分離器、窒素導入管を備えたセパラブルフラスコ中で、上記で得られた化合物21.76g(数平均分子量による計算値0.0088mol)、ビスフェノールM(三井化学製)20.21g(0.058mol)、ビスアニリンM(三井化学製)24.12g(0.07mol)、パラホルムアルデヒド(三菱ガス化学製、91.6%)9.64g、キシレン90ml、イソブタノール10mlを混合した。この溶液を加熱し、発生する水分を共沸により除去しながら還流下で6時間反応させることにより、琥珀色の透明粘調液を得た。この溶液を少量サンプリングしてGPC測定を行い、分子量を評価したところ、数平均分子量Mn=4,500、重量平均分子量Mw=20,300であった。さらに、上記溶液の一部をとり、減圧下で溶媒を除去することにより、黄色ゴム状樹脂を得た。得られた樹脂を重クロロホルム(CDCl3)に溶解し、1H−NMR測定(日本電子(株)社製ECX−400)を行うことにより、式(7)に示したポリベンゾオキサジン樹脂であることを確認した(式中、m:nは約9:1)。
積層は均一に行われ、また、回路パターンを欠損無く、かつ、平坦にカバーすることが出来た。ソルダーレジスト層の厚みは22μmであった。
また、エキシマレーザー(波長308nm)2ショットにて穿孔可能であることを確認した。
絶縁抵抗(三菱化学製、ハイレスタUP、JIS−K6911準拠)
6.3×1016Ω・cm
電気的特性(アジレントテクノロジー社製、E8801A、1GHz)
誘電率2.82 誘電正接0.005
実施例1と同様にしてPET基材付きフィルム状ソルダーレジストを作成し、回路基板に積層した(温度80℃、圧力0.1MPa)後、基材フィルムを剥離し、180℃オーブンにて2時間熱処理し、硬化をおこなった。
実施例1と同様、積層は均一に行われ、また、回路パターンを欠損無く、かつ、平坦にカバーすることが出来た。ソルダーレジスト層の厚みは23μmであった。
またエキシマレーザーにより穿孔可能であることを確認した。
絶縁抵抗(同上)
1.1×1015Ω・cm
電気的特性(同上)
誘電率2.86 誘電正接0.007
ソルダーレジストは均一に塗布され、また、回路パターンを欠損無く、かつ、平坦にカバーすることが出来た。ソルダーレジスト層の厚みは12μmであった。
また、エキシマレーザー(波長308nm)2ショットにて穿孔可能であることを確認した。
撹拌幾、冷却管、水分分離器、窒素導入管を備えたセパラブルフラスコ中で、合成例1で得られた化合物38.0g(数平均分子量による計算値0.02mol)、ビスフェノールM(三井化学製)34.7g(0.10mol)、ビスアニリンM(三井化学製)41.4g(0.12mol)、パラホルムアルデヒド(三菱ガス化学製、91.6%)16.5g(0.5mol)、トルエン135ml、イソブタノール15mlを混合した。この溶液を加熱し、発生する水分を共沸により除去しながら還流下で8.5時間反応させることにより、琥珀色の透明粘調液を得た。この溶液を少量サンプリングしてGPC測定を行い、分子量を評価したところ、数平均分子量Mn=6,000、重量平均分子量Mw=35,000であった。さらに、上記溶液の一部をとり、減圧下で溶媒を除去することにより、黄色ゴム状樹脂を得た。得られた樹脂をCDCl3に溶解し、1H−NMR測定(日本電子(株)社製ECX−400)を行うことにより、式(7)に示したポリベンゾオキサジン樹脂であることを確認した(式中、m:nは約5:1)。
体積固有抵抗:
1.0×1016Ω・cm
電気的特性(同上)
誘電率 3.00 誘電正接 0.010
積層は均一に行われ、また、電子回路パターンを欠損無く、かつ、平坦にカバーすることが出来た。ソルダーレジスト層の厚みは26μmであった。
また、エキシマレーザー(波長308nm)2ショットにて穿孔可能であることを確認した。
このことから、本発明のソルダーレジスト組成物は高周波・高精細回路基板において好適に用いることが出来ることが明らかである。
Claims (16)
- ソルダーレジスト組成物中に重量平均分子量が2,000〜300,000であるポリベンゾオキサジン樹脂を含有し、かつ
前記ポリベンゾオキサジン樹脂100重量部に対して、エポキシ樹脂を3〜100重量部含むことを特徴とする熱硬化性ソルダーレジスト用組成物。 - 請求項1に記載のソルダーレジスト用組成物であって、組成物中の固形分の100重量部に対して、前記ポリベンゾオキサジン樹脂を50重量部以上含有することを特徴とする熱硬化性ソルダーレジスト用組成物。
- 請求項1に記載のソルダーレジスト用組成物であって、前記ポリベンゾオキサジン樹脂が以下の式(1)で表されることを特徴とする熱硬化性ソルダーレジスト用組成物。
- 請求項3に記載のソルダーレジスト用組成物であって、X2が以下の式(2)で表される水素添加ポリブタジエン構造を含有することを特徴とする熱硬化性ソルダーレジスト用組成物。
- 請求項3に記載のソルダーレジスト用組成物であって、X1が以下の式(3)で表されるアラルキル構造を含有することを特徴とする熱硬化性ソルダーレジスト用組成物。
- 請求項3に記載のソルダーレジスト用組成物であって、X2が以下の式(4)で表されるアラルキル構造を含有することを特徴とする熱硬化性ソルダーレジスト用組成物。
- 請求項1に記載のソルダーレジスト用組成物であって、該組成物がポリベンゾオキサジン樹脂以外に無機充填剤を含有することを特徴とする熱硬化性ソルダーレジスト用組成物。
- 前記無機充填剤がエポキシ基を含有するシランカップリング剤により処理された無機充填剤であることを特徴とする請求項7に記載の熱硬化性ソルダーレジスト用組成物。
- 請求項1に記載のソルダーレジスト用組成物であって、該組成物がフェノール性硬化剤を含むことを特徴とする熱硬化性ソルダーレジスト用組成物。
- 請求項1に記載のソルダーレジスト用組成物が基材フィルム上に3〜200μmの厚さに設けられたことを特徴とするソルダーレジスト形成用フィルム。
- 請求項10に記載のソルダーレジスト形成用フィルムを電子回路用基板に熱ラミネートして基板に密着させた後、更に100〜250℃にて熱硬化することを特徴とするソルダーレジストの形成方法。
- 請求項11に記載のソルダーレジストの形成方法において、熱ラミネート後、レーザー加工により開口部を設けることを特徴とするソルダーレジストの形成方法。
- 請求項1に記載のソルダーレジスト用組成物が希釈剤により固形分濃度が10〜70重量%に調整されたことを特徴とする熱硬化性ソルダーレジスト用組成物。
- 請求項13に記載のソルダーレジスト用組成物を回路基板上に印刷または塗布し、加熱により希釈剤を揮発させて製膜後、更に100〜250℃にて熱硬化することを特徴とするソルダーレジストの形成方法。
- 請求項14に記載のソルダーレジストの形成方法において、製膜後、レーザー加工により開口部を設けることを特徴とするソルダーレジストの形成方法。
- 請求項11、12、14、又は15のいずれかの方法を用いて形成したソルダーレジストを有することを特徴とする回路基板。
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