JP6233637B2 - 熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法及び、それを用いたプリプレグ、積層板、配線板 - Google Patents
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Description
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
(1)1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)を有機溶媒中で40〜70mol%トリアジン環化反応させた熱硬化性樹脂(b)であって、前記熱硬化性樹脂の反応率の比率が最終反応率の20〜80%のときに1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)を配合することを特徴とする熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法。
(2)1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)が、芳香環を有することを特徴とする上記(1)に記載の熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法。
(3)1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)が、多環式化合物を有することを特徴とする上記(1)に記載の熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法。
(4)1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)が、ビフェニル構造を有することを特徴とする上記(1)に記載の熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法。
(5)1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)が、ナフタレン構造を有することを特徴とする上記(1)に記載の熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法。
(6)前記(1)〜(5)のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物ワニスを基材に含浸し乾燥して、得られるプリプレグ。
(7)前記(6)に記載のプリプレグを成形して得られる積層板。
(8)前記(7)に記載の積層板に配線形成して得られる配線板。
[熱硬化性樹脂組成物]
((a)と(c)の配合)
本発明の熱硬化性樹脂組成物ワニスは、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物が有機溶媒中でトリアジン環化反応して得られた熱硬化性樹脂(b)と、1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)を配合したものである。該1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の最終反応率は40〜70mol%が必要であり、その中でも反応率45〜65mol%で終了することが好ましい。前記反応率が40mol%未満であると得られるプリプレグの流動性が大きくなりすぎ、70mol%を超えると得られるプリプレグの流動性が低下する。前記反応率の比率が最終反応率の20〜80%の時、好ましくは最終反応率の30〜70%の時に、1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)を配合する。たとえば、最終反応率50mol%の場合、反応率が10〜40mol%(50×20/100〜50×80/100)の間に1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)を配合する。反応率の比率が最終反応率の20%未満の反応率のときに1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)を加えた場合、デスミア処理に対する耐性が改善されず、反応率の比率が最終反応率の80%を超える場合、1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)と1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応物との相溶性が低下するので好ましくない。
前記1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物のトリアジン環化反応に用いる有機溶媒は、特に限定しないが、トルエン、メシチレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどが挙げられ、特にトルエン、メシチレンが1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)の溶解性が高く好ましい。
1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)を有機溶媒中で40〜70mol%トリアジン環化反応させてシアネート樹脂(熱硬化性樹脂(b))を得るには、触媒を用いることが好ましい。触媒としては、金属系触媒を配合することが好ましい。金属系触媒は、(a)成分の自己重合反応を促進する機能を有するものであり、例えば、遷移金属若しくは12属金属の金属塩及びキレート錯体が挙げられる。金属としては、例えば銅、コバルト、マンガン、鉄、ニッケル、亜鉛等が挙げられ、これらの塩としては、例えばカルボン酸塩(好ましくは2−エチルヘキサン酸塩、ナフテン酸塩)等の金属塩が挙げられ、キレート錯体としては、例えばアセチルアセトン錯体が挙げられる。これらの金属系触媒は、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
金属系触媒の量は、(a)成分に対して、重量で、1〜300ppmとすることが好ましく、より好ましくは1〜200ppmであり、特に好ましくは2〜150ppmである。この範囲で、金属系触媒を配合すると、反応性が十分であり、金属系触媒の添加は、一度にまとめてでも、複数回にわけて行ってもよい。
1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)としては、例えば、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノールA型シアネート樹脂、ビスフェノールE型シアネート樹脂、ビスフェノールF型シアネート樹脂、テトラメチルビスフェノールF型シアネート樹脂等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を混合して使用することができる。これらの中で、誘電特性、耐熱性、難燃性、低熱膨張性、及び安価である点から、ビスフェノールA型シアネート樹脂、又はノボラック型シアネート樹脂が好ましい。ノボラック型シアネート樹脂の平均繰り返し数は、特に限定されないが、1〜30が好ましく、1〜25がより好ましい。1未満では結晶化しやすくなり取り扱いが困難となる場合がある。また、30を超えて多いと硬化物が脆くなる場合がある。
1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)として使用可能なビスフェノールA型シアネート樹脂の市販品としては、ロンザジャパン株式会社製、商品名Arocy B−10が挙げられる。また、ノボラック型シアネート樹脂の市販品としては、ロンザジャパン株式会社製、商品名プリマセットPT−30(重量平均分子量500〜1,000)、商品名プリマセットPT−60(重量平均分子量2,000〜3,000)等が挙げられる。
なお、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)の反応率は、GPC測定の測定結果から求められる。具体的に、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)が配合された反応前の溶液と、この溶液を反応させた後の溶液とで、所定の保持時間付近に出現するシアネート樹脂のピークの面積を比較する。反応前の溶液のピーク面積に対する反応後の溶液のピーク面積の消失率が反応率(mol%)に相当する。
本発明で用いる1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)は、1分子内に2個以上のエポキシ基をもつ化合物であればどのようなものでもよく、例えば、芳香環を有する化合物(c)として、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、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などが挙げられる。
また、多環式化合物として、ナフタレン型エポキシ樹脂、ナフタレンノボラック型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂などが挙げられる。
特にナフタレンノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂などナフタレン構造、ビフェニル構造を有することが好ましい。これらの化合物の分子量はどのようなものでもよく、何種類かを併用することもできる。1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)の配合量は、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)100質量部に対し、10〜100質量部、好ましくは10〜80質量部、特に好ましくは15〜50質量部である。10質量部未満では銅箔との接着強度に乏しく、100質量部を超えると低熱膨張性が発現しなくなる。
本発明の熱硬化性樹脂組成物においては、無機充填剤を配合してもよく、例えば、破砕シリカ、溶融シリカ、マイカ、タルク、ガラス短繊維又は微粉末及び中空ガラス、炭酸カルシウム、石英粉末、金属水和物等が挙げられる。配合量は固形分換算で、熱硬化性樹脂組成物100質量部に対し、10〜300質量部とすることが好ましく、100〜250質量部とすることがより好ましく、150〜250質量部とすることが特に好ましい。10〜300質量部であれば、十分な、基材の剛性、耐湿耐熱性、難燃性、めっき溶液による浸食に対する耐性などが得られる。充填剤は、カップリング剤など市販の表面処理剤、三本ロール、ビーズミル、ナノマイザー等の分散機での処理を行って無機充填剤の分散性を改善してよい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物には、耐熱性や難燃性、銅箔接着性等の向上化のため、硬化促進剤を用いることが望ましい。硬化促進剤の例としては、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸錫、オクチル酸コバルト等の有機金属塩、イミダゾール類及びその誘導体、第三級アミン類及び第四級アンモニウム塩等が挙げられる。
また、任意に公知の熱可塑性樹脂、エラストマー、難燃剤、有機充填剤等の併用ができる。
本発明の熱硬化性樹脂組成物に配合可能な熱可塑性樹脂の例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂及びシリコーン樹脂等が挙げられる。
本発明の熱硬化性樹脂組成物に配合可能なエラストマーの例としては、ポリブタジエン、アクリロニトリル、エポキシ変性ポリブタジエン、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、フェノール変性ポリブタジエン及びカルボキシ変性アクリロニトリル等が挙げられる。
本発明の熱硬化性樹脂組成物に配合可能な有機充填剤の例としては、シリコーンパウダー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、並びにポリフェニレンエーテル等の有機物粉末等が挙げられる。
本発明の熱硬化性樹脂組成物に配合可能な難燃剤の例としては、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリスジクロロプロピルホスフェート、リン酸エステル系化合物、ホスファゼン、赤リン等のリン系難燃剤、三酸化アンチモン、モリブデン酸亜鉛等の無機難燃助剤等が挙げられる。
また、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光重合開始剤、蛍光増白剤及び密着性向上剤等の配合剤が適宜配合されていてもよい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物に配合可能な配合剤の例としては、ベンゾトリアゾール系等の紫外線吸収剤、ヒンダードフェノール系やスチレン化フェノール等の酸化防止剤、ベンゾフェノン類、ベンジルケタール類、チオキサントン系等の光重合開始剤、スチルベン誘導体等の蛍光増白剤、尿素シラン等の尿素化合物やシランカップリング剤等の密着性向上剤等が挙げられる。
本発明のプリプレグは、上記の熱硬化性樹脂組成物ワニスを、シート状補強基材に含浸又は塗工し、乾燥して、Bステージ化して得られるものである。プリプレグのシート状補強基材として、各種の電気絶縁材料用積層板に用いられている周知のものが使用できる。その材質としては、Eガラス、Dガラス、Sガラス及びQガラス等の無機物繊維、ポリイミド、ポリエステル及びポリテトラフルオロエチレン等の有機繊維、並びにそれらの混合物等が挙げられる。これらの基材は、例えば、織布、不織布、ロービンク、チョップドストランドマット及びサーフェシングマット等の形状を有するが、材質及び形状は、目的とする成形物の用途や性能により選択され、必要により、単独又は2種類以上の材質及び形状を組み合わせることができる。
シート状補強基材の厚さは、特に制限されず、例えば、約0.03〜0.5mmを使用することができ、シランカップリング剤等で表面処理したもの又は機械的に開繊処理を施したものが、耐熱性や耐湿性、加工性の面から好適である。該基材に対する樹脂組成物の付着量が、乾燥後のプリプレグの樹脂含有率で、20〜90質量%となるように、基材に含浸又は塗工した後、通常、100〜200℃の温度で1〜30分加熱乾燥し、半硬化(Bステージ化)させて、本発明のプリプレグを得ることができる。
本発明の積層板は、プリプレグを用いて形成されたものである。例えば、プリプレグを1〜20枚重ね、その片面又は両面に銅及びアルミニウム等の金属箔を配置した構成で積層成形することにより製造することができる。金属箔は、電気絶縁材料用途で用いるものであれば特に制限されない。
成形条件は、電気絶縁材料用積層板及び多層板の手法が適用でき、例えば、多段プレス、多段真空プレス、連続成形、オートクレーブ成形機等を使用し、温度100〜250℃、圧力0.2〜10MPa、加熱時間0.1〜5時間の範囲で成形することができる。
また、本発明のプリプレグと内層用配線板とを組合せ、積層成形して、多層板を製造することもできる。
本発明に係る配線板は、前記積層板の表面に回路を形成して製造される。すなわち、本発明に係る積層板の導体層を通常のエッチング法によって配線加工したり、前述のプリプレグを介して配線加工した積層板を複数積層し、加熱プレス加工することによって一括して多層化する。その後、ドリル加工又はレーザ加工によるスルーホール又はブラインドビアホールの形成と、メッキ又は導電性ペーストによる層間配線の形成を経て多層プリント配線板を製造することができる。
温度計、攪拌装置、還流冷却管の付いた加熱及び冷却可能な容積3リットルの反応容器に、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)としてビスフェノールA型シアネート樹脂(ロンザジャパン株式会社製;商品名Primaset BADCy):800.0gと、トルエン:1000.0gを投入した。次いで、攪拌しながら還流温度(約116℃)に昇温し、樹脂固形分が溶解し均一な溶液になっていることを確認した後、ナフテン酸亜鉛の8質量%ミネラルスピリット溶液を0.01g添加し、約110℃で2時間反応を行った。その後、室温(25℃)に冷却し相溶化樹脂(1−1)の溶液を得た。この反応溶液を少量取り出し、GPC測定(ポリスチレン換算、溶離液:テトラヒドロフラン、カラム:東ソー株式会社製HZ2000、HZ3000)を行ったところ、溶出時間が約12.4分付近に出現する合成原料のビスフェノールA型シアネート樹脂のピーク面積が、反応開始時のビスフェノールA型シアネート樹脂のピーク面積と比較し、減少している比率を1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率(mol%)として算出した。前記に従い算出した反応率は25mol%であった。また、約10.9分付近、及び8.0〜10.0付近に出現する熱硬化性樹脂の生成物のピークが確認された。次いで、1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)としてビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製;商品名YX−4000、エポキシ当量;186):200.0g加え、約110℃で2時間反応を行った。その後GPC測定を行い、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率が50mol%であることを確認し反応を終了とし室温まで冷却した。エポキシ化合物投入前の反応率が25mol%、エポキシ化合物投入後の反応率が50mol%であることから、最終反応率に対する反応率の比率が50%である。上記の手法により、反応率の比率:50%の熱硬化性樹脂組成物ワニスを作製した。
エポキシ樹脂を投入する前の反応時間を1時間、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率を13mol%、エポキシ化合物投入後の反応時間を3時間、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率を50mol%にした以外は、製造例1と同様にしてエポキシ化合物を投入したときの反応率の比率:26%の熱硬化性樹脂組成物ワニスを作製した。
エポキシ樹脂を投入する前の反応時間を3時間、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率を38mol%、エポキシ化合物投入後の反応時間を1時間、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率を50mol%にした以外は、製造例1と同様にしてエポキシ化合物を投入したときの反応率の比率:76%の熱硬化性樹脂組成物ワニスを作製した。
エポキシ樹脂投入後の反応時間を3時間とし、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率を63mol%にした以外は、製造例1と同様にしてエポキシ化合物を投入したときの反応率の比率:40%の熱硬化性樹脂組成物ワニスを作製した。
温度計、攪拌装置、還流冷却管の付いた加熱及び冷却可能な容積3リットルの反応容器に、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物としてビスフェノールA型シアネート樹脂(ロンザジャパン株式会社製;商品名Primaset BADCy):800.0gと、ビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製;商品名YX−4000、エポキシ当量;186):200.0g加え、トルエン:1000.0gを投入した。次いで、攪拌しながら還流温度(約116℃)に昇温し、樹脂固形分が溶解し均一な溶液になっていることを確認した後、ナフテン酸亜鉛の8質量%ミネラルスピリット溶液を0.01g添加し、約110℃で4時間反応を行った。その後、室温に冷却し相容化樹脂(2−1)の溶液を得た。この反応溶液を少量取り出し、GPC測定(ポリスチレン換算、溶離液:テトラヒドロフラン)を行ったところ、溶出時間が約12.4分付近に出現する合成原料のビスフェノールA型シアネート樹脂のピーク面積が、反応開始時のビスフェノールA型シアネート樹脂のピーク面積と比較し、ピーク面積の消失率(反応率)が50mol%であった。また、約10.9分付近、及び8.0〜10.0付近に出現する熱硬化性樹脂の生成物のピークが確認され、比較相溶化樹脂(2−1)ワニスを作製した。
反応時間を5時間、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率を63mol%にした以外は、比較製造例1と同様にして比較相溶化樹脂(2−2)ワニスを作製した。
エポキシ樹脂を投入する前の反応時間を0.5時間、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率を8mol%、エポキシ化合物投入後の反応時間を3.5時間、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率を50mol%にした以外は、比較製造例1と同様にしてエポキシ化合物を投入したときの反応率の比率:16%の相溶化樹脂(2−3)ワニスを作製した。
エポキシ樹脂を投入する前の反応時間を3.5時間、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率を44mol%、エポキシ化合物投入後の反応時間を0.5時間、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物の反応率を50mol%にした以外は、比較製造例1と同様にしてエポキシ化合物を投入したときの反応率の比率:88%の比較相溶化樹脂(2−4)ワニスを作製したが、相溶化せず分離した。
シリカ:SO−G1(商品名、アドマテックス株式会社製)700gを、7gのKMB−903(商品名、信越化学工業株式会社製、3−アミノプロピルトリエトキシシラン)を加えた300gのメチルイソブチルケトン溶液に攪拌しながら加え、シリカのメチルイソブチル分散溶液を作製した。シリカのメチルイソブチル分散溶液の中に比較相溶化樹脂(2−1)762g加え、2時間攪拌してワニス(2−5)を作製した。
作製した実施例1〜4、比較例1〜3の銅張積層板をエッチングして50×50mmのサイズに切り出し、下記に示す条件でデスミア処理を行い、デスミア処理前後の重量変化から重量減少量を算出した。
ローム&ハース社製処理液(アルカリ性過マンガン酸塩)
膨潤(MLB−4125) :80℃/5分
粗化(MLB−213) :80℃/5分
中和(MLB−216−2):40℃/5分
Claims (8)
- 1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)を有機溶媒中で40〜70mol%トリアジン環化反応させた熱硬化性樹脂(b)であって、前記熱硬化性樹脂の反応率の比率が最終反応率の20〜80%のときに1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)を配合することを特徴とする熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法であって、前記1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)の含有量が、1分子中に少なくとも2個以上のシアネート基を有する化合物(a)100質量部に対し、10〜100質量部である熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法。
- 1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)が、芳香環を有することを特徴とする請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法。
- 1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)が、多環式化合物を有することを特徴とする請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法。
- 1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)が、ビフェニル構造を有することを特徴とする請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法。
- 1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物(c)が、ナフタレン構造を有することを特徴とする請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物ワニスの製造方法。
- 前記請求項1〜5のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物ワニスを基材に含浸し乾燥して、得られるプリプレグの製造方法。
- 前記請求項6に記載のプリプレグを成形して得られる積層板の製造方法。
- 前記請求項7に記載の積層板に配線形成して得られる配線板の製造方法。
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