JP6443735B2 - 樹脂組成物、それを用いた絶縁フィルムおよび半導体装置 - Google Patents
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Description
また、最近のプリント配線板における伝送信号の高速化要求に伴い、伝送信号の高周波化が顕著に進んでいる。これにより、プリント配線板に使用する材料に対して、高周波領域、具体的には、周波数1GHz以上の領域での電気信号損失を低減できることが求められる。
しかしながら 配線用の金属導体と、PTFE等のフッ素樹脂と、を接着させるためには、フッ素樹脂の融点付近の温度(PTFEの場合は300℃付近)まで加熱する必要があり、高温での処理が必要である。また、高温での処理が必要となるため、フッ素樹脂の分解により有毒なフッ酸が発生するおそれがある等の問題がある。
特許文献2に記載のカバーレイフィルムは、加熱硬化後において高周波での電気特性に優れており、周波数1〜10GHzの領域での誘電率を3.0以下、さらには2.5以下とすることができる。また、周波数1〜10GHzの領域での誘電正接(tanδ)を0.01以下、さらには0.0025以下にすることができる。
(A)末端にスチレン基を有しフェニレンエーテル骨格を有する熱硬化性樹脂、
(B)水添されたスチレン系熱可塑性エラストマー、および、
(C)ポリテトラフルオロエチレンフィラー
を含有し、前記成分(A)〜成分(C)の合計質量に対して、前記成分(C)を40質量%以上80質量%以下含有することを特徴とする樹脂組成物を提供する。
(B−1)スチレン比率が20%以上のスチレン系熱可塑性エラストマー、および、
(B−2)スチレン比率が20%未満のスチレン系熱可塑性エラストマーを含むことが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、以下に示す成分(A)〜成分(C)を必須成分として含有する。
成分(A)の末端にスチレン基を有しフェニレンエーテル骨格を有する熱硬化性樹脂(以下、本明細書において、「成分(A)の熱硬化性樹脂」と記載する。)としては、下記一般式(1)で示される化合物が好ましい。
成分(B)のスチレン系熱可塑性エラストマーとは、スチレン、その同族体もしくはその類似体を含有する熱可塑性エラストマーをいう。但し、分子中の不飽和結合の存在が誘電正接(tanδ)の増大につながるため、成分(B)として、スチレン系熱可塑性エラストマーのうち水添されたものを用いる。すなわち、水添されたスチレン系熱可塑性エラストマーを用いることにより、水添されていないものと比較して低い誘電正接(tanδ)が得られる。
成分(B)としては、例えば、ポリスチレン−ポリ(エチレン−エチレン/プロピレン)ブロック−ポリスチレン(SEEPS)、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック−ポリスチレン(SEPS)、ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)ブロック−ポリスチレン(SEBS)が挙げられる。
ここで例示した化合物は単独で用いられてもよいし、2種以上のものが混合して用いられてもよい。但し、上記で例示した化合物を単独で用いる場合、2種以上のものが混合して用いられる場合のいずれの場合も、成分(B)の水添されたスチレン系熱可塑性エラストマーは、スチレン比率が異なるものを含むことが好ましい。具体的には、(B−1)スチレン比率が20%以上のスチレン系熱可塑性エラストマー、および、(B−2)スチレン比率が20%未満のスチレン系熱可塑性エラストマーを少なくとも含むことが好ましい。
成分(B)として、(B−1)のみを使用した場合、樹脂組成物を用いて作製されるフィルムが割れやすくなり、作業性が悪化するおそれがある。一方、(B−2)のみを使用した場合、樹脂組成物を用いて作製されるフィルムが柔らかくなり過ぎて、作業性が悪化するおそれがある。
成分(B)が多くなると、相対的に成分(A)が減少するため、本発明の樹脂組成物を硬化する際に、流れ出しが発生しやすくなる。反対に、成分(A)が多くなると、相対的に成分(B)が減少するため、絶縁フィルムの成形性が悪化しやすくなる。
成分(C)のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィラーは、本発明の樹脂組成物を用いて形成される絶縁フィルムの高周波での電気特性、具体的には、周波数1〜10GHzの領域で低誘電率(ε)、および、低誘電正接(tanδ)に寄与する。
上述したように、PTFEは、低誘電率(ε)、低誘電正接(tanδ)の材料である。しかしながら、特許文献1に記載のフッ素樹脂基板の製造方法のように、配線用の金属導体と、PTFE等のフッ素樹脂と、を接着させるためには、フッ素樹脂の融点付近の温度(PTFEの場合は300℃付近)まで加熱する必要があり、高温での処理が必要である。また、高温での処理が必要となるため、フッ素樹脂の分解により有毒なフッ酸が発生するおそれがある等の問題がある。
これに対し、本発明の樹脂組成物を用いて形成される絶縁フィルムでは、FPCの配線をなす金属箔や、ポリイミドフィルム等のFPCの基板材料と、該絶縁フィルムと、の接着強度を、成分(A)の熱硬化性樹脂、および、成分(B)の熱可塑性エラストマーにより確保し、成分(C)のPTFEフィラーを以下に述べる所定量含有することで、該絶縁フィルムの高周波での電気特性、具体的には、周波数1〜10GHzの領域で低誘電率(ε)、および、低誘電正接(tanδ)を達成する。また、本発明の樹脂組成物を用いた絶縁フィルムは、200℃程度で配線用の金属導体と接着できるため、接着時に有毒なフッ酸が発生することがない。
成分(C)のPTFEフィラーの含有量は、成分(A)〜成分(C)の合計質量に対し、45〜75質量%含まれることが好ましく、50〜70質量%含まれることがより好ましい。
しかしながら、特開2003−160725号公報に記載のPPO樹脂組成物は、ガラス繊維などに含浸させてプリプレグとして使用することを前提としており、成形性やガラス繊維への含浸性などの観点からフッ素系充填材の配合量に制約があり、フッ素系充填材の配合量は、樹脂成分100質量部に対して1〜60質量部とされている。このフッ素系充填材の配合量の上限を、本発明における成分(C)の含有量に換算すると、成分(A)〜成分(C)の合計質量に対し約37.5質量%であり、所望の高周波での電気特性が得られない。
ここで、PTFEフィラーの形状は特に限定されず、球状、不定形、りん片状等のいずれの形態であってもよい。なお、本明細書におけるPTFEフィラーの平均粒径は、湿式分散後、レーザー回折法によって測定した体積基準のメジアン径である。
成分(C)のPTFEフィラーの平均粒径は0.01〜20μmであることがより好ましく、0.05〜5μmであることがさらに好ましい。
成分(D)として、イオウ原子を含むシランカップリング剤を含有させた場合、樹脂組成物を用いて作製される絶縁フィルムの高周波での電気特性を維持しつつ、FPCの配線として広く用いられる銅箔との接着強度が向上し、接着後の剥がれのリスクを低減できる。
イオウ原子を含むシランカップリング剤としては、メルカプト系シランカップリング剤、スルフィド系シランカップリング剤等を使用できる。
スルフィド系シランカップリング剤としては、たとえば、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(メチルジエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(ジメチルエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(トリエトキシプロピル)ジスルフィド等が挙げられる。
これらの中でも、スルフィド系シランカップリング剤を使用することが、FPCの配線として広く用いられる銅箔との銅箔との接着強度の向上効果が大きくより好ましい。
本発明の樹脂材組成物は、上記成分(A)〜成分(D)以外の成分を必要に応じてさらに含有してもよい。このような成分の具体例としては、消泡剤、流動調整剤、成膜補助剤、分散剤、イオウ原子を含まないシランカップリング剤や無機フィラーなどを配合することができる。また、高周波での電気特性を向上する目的で、PTFE以外のフッ素樹脂や、中空状の有機あるいは無機のフィラーを添加してもよい。各配合剤の種類、配合量は常法通りである。
本発明の樹脂組成物は、慣用の方法により製造することができる。例えば、溶剤の存在下または非存在下で、上記成分(A)〜成分(C)(樹脂組成物が上記成分(D)や他の任意成分を含有する場合はさらにこれらの任意成分)を加熱攪拌混合機により混合する。
上記成分(A)〜成分(C)が所望の含有割合となるように、(樹脂組成物が上記成分(D)や他の任意成分を含有する場合はさらにこれらの任意成分)、所定の溶剤濃度に溶解し、それらを50〜80℃に加温された反応釜に所定量投入し、回転数100〜1000rpmで回転させながら、常圧混合を3時間混合攪拌することができる。
周波数1〜10GHzの領域での誘電率(ε)および誘電正接(tanδ)が上記の範囲であることにより、高周波領域での電気信号損失を低減することができる。
また、PTFEフィラーをワニス中に均一分散させるためにワニスを分散処理することが好ましい。分散方法は特に限定されないが、例えばボールミル、ビーズミル、ジェットミル、ホモジナイザー等の分散装置を用いる方法が挙げられる。
本発明の絶縁フィルムを、FPCの配線をなす金属箔と接着することにより、本発明の支持体付絶縁フィルムである金属箔付絶縁フィルムが得られる。また、本発明の樹脂組成物を溶剤で希釈したワニスを、FPCの配線をなす金属箔に塗布し、乾燥することによっても、本発明の支持体付絶縁フィルムである金属箔付絶縁フィルムが得られる。
また、本発明の絶縁フィルムを、ポリイミドフィルム、液晶ポリマーフィルム等のFPCの基板をなす樹脂からなる基材と接着することにより、本発明の支持体付絶縁フィルムである樹脂基材付絶縁フィルムが得られる。また、本発明の樹脂組成物を溶剤で希釈したワニスを、ポリイミドフィルム、液晶ポリマーフィルム等のFPCの基板をなす樹脂からなる基材に塗布し、乾燥することによっても、本発明の支持体付絶縁フィルムである基材付絶縁フィルムが得られる。
本発明の絶縁フィルムを用いて接着する対象物のうち、一方の対象物の被接着面に本発明の絶縁フィルムを載置した後、もう一方の対象物をその被接着面が絶縁フィルムの露出面と接するように載置する。ここで、支持体付の絶縁フィルムを用いる場合、接着フィルムの露出面が一方の対象物の被接着面に接するように絶縁フィルムを載置して、被着面上に該絶縁フィルムを仮圧着する。ここで、仮圧着時の温度は例えば150℃とすることができる。
次に、仮圧着時に支持体を剥離することによって露出した絶縁フィルムの面上にもう一方の対象物をその被接着面が絶縁フィルムの露出面と接するように載置する。これらの手順を実施した後、所定温度及び所定時間熱圧着させ、その後、加熱硬化させる。
熱圧着時の温度は好ましくは150〜220℃である。熱圧着の時間は好ましくは0.5〜10分である。
加熱硬化の温度は、好ましくは150〜220℃である。加熱硬化時間は、好ましくは30〜120分である。
なお、予めフィルム化したものを使用する代わりに、本発明の樹脂組成物を溶剤で希釈したワニスを、一方の接着対象物の被接着面に塗布し、乾燥させた後に、上記した一方の対象物を載置する手順を実施してもよい。
また、上記の手順によって、本発明の樹脂組成物を溶剤で希釈したワニスを、FPCの配線をなす金属箔に塗布し、その後、該金属箔上に樹脂組成物の硬化物からなる層を形成することにより、本発明の支持体付絶縁体である金属箔付絶縁体が得られる。
また、上記の手順により、本発明の絶縁フィルムを、ポリイミドフィルム、液晶ポリマーフィルム等のFPCの基板をなす樹脂からなる基材と接着し、硬化することにより、本発明の支持体付絶縁体である樹脂基材付絶縁体が得られる。
また、本発明の樹脂組成物を溶剤で希釈したワニスを、ポリイミドフィルム、液晶ポリマーフィルム等のFPCの基板をなすプラスチック基材に塗布し、その後、該金属箔上に樹脂組成物の硬化物からなる層を形成することにより、本発明の支持体付絶縁体である樹脂基材付絶縁体が得られる。
本発明の絶縁フィルムを、主面に配線パターンが形成された配線付樹脂基板の所定の位置、すなわち、配線パターンが形成された側の、絶縁フィルムで被覆する位置に、該カバーレイフィルムを配置した後、所定温度及び所定時間仮圧着、熱圧着、加熱硬化させればよい。なお、仮圧着工程、熱圧着工程は省略しても良い。
仮圧着、熱圧着、加熱硬化の温度と時間は、上記電気・電子用途の接着フィルムとして使用する場合と同様である。
また、本発明のフレキシブル配線板は、ポリイミドフィルム、液晶ポリマーフィルム等の樹脂基板の主面上に配線パターンが形成された配線付樹脂基板の配線パターン側に、本発明の樹脂組成物を溶剤で希釈したワニスを塗布し、その後、該金属箔上に樹脂組成物の硬化物からなる層を形成したものである。
本発明の樹脂組成物や絶縁フィルムの硬化物は、その優れた高周波での電気特性により、主面上に配線パターンが形成される配線付樹脂基板として、フレキシブル配線板に使用できる。
サンプル作製と測定方法
各成分を下記表に示す配合割合(質量部)になるように、計量配合した後トルエンを加え、それらを80℃に加温された反応釜に投入し、回転数150rpmで回転させながら、常圧混合を3時間行った。その後、樹脂組成物を湿式微粒化装置(MN2−2000AR、吉田機械興業株式会社製)にて分散させた。
このようにして得られた樹脂組成物を含むワニスを支持体(離型処理をほどこしたPETフィルム)の片面に塗布し、100℃で乾燥させることにより、支持体付の絶縁フィルム(厚さ30μm)を得た。
なお、表中の略号はそれぞれ以下を表わす。
成分(A)
OPE2200:オリゴフェニレンエーテル(上記一般式(1)で示される変性ポリフェニレンエーテル(式(1)中の−(O−X−O)−が一般式(5)であり、式(1)中の−(Y−O)−が式(8)である)(Mn=2200)、三菱瓦斯化学株式会社製
OPE1200:オリゴフェニレンエーテル(上記一般式(1)で示される変性ポリフェニレンエーテル(式(1)中の−(O−X−O)−が一般式(5)であり、式(1)中の−(Y−O)−が式(8)である)(Mn=1200)、三菱瓦斯化学株式会社製
成分(A´)
HP−7200:ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、DIC株式会社製
成分(B−1)
G1652:ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)ブロック−ポリスチレン(SEBS))、スチレン比率30%、クレイトンポリマージャパン株式会社製
FG1901:ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)ブロック−ポリスチレン(SEBS))、スチレン比率30%、無水マレイン酸変性品、クレイトンポリマージャパン株式会社製
G1642:ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)ブロック−ポリスチレン(SEBS))、スチレン比率21%、クレイトンポリマージャパン株式会社製
セプトン4044:ポリスチレン−ポリ(エチレン−エチレン/プロピレン)ブロック−ポリスチレン(SEEPS)、スチレン比率32%、株式会社クラレ製
成分(B−2)
G1657:ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)ブロック−ポリスチレン(SEBS))、スチレン比率13%、クレイトンポリマージャパン株式会社製
FG1924:ポリスチレン−ポリ(エチレン/ブチレン)ブロック−ポリスチレン(SEBS))、スチレン比率13%、無水マレイン酸変性品、クレイトンポリマージャパン株式会社製
成分(B´)
TR2003:スチレン・ブタジエンブロック共重合体(SBS)、JSR株式会社製
成分(C)
ルブロンL−2:PTFEフィラー、平均粒径が3.5μm、ダイキン工業株式会社製
ルブロンL−5:PTFEフィラー、平均粒径が5μm、ダイキン工業株式会社製
KTL450:PTFEフィラー、平均粒径が22μm、株式会社喜多村製
成分(D)
KBM803:メルカプト系シランカップリング剤、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業株式会社製
KBM846:スルフィド系シランカップリング剤、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、信越化学工業株式会社製
成分(D´)
KBM1403:スチリル系シランカップリング剤、p−スチリルトリメトキシシラン、信越化学工業株式会社製
成分(E)
2E4MZ:2−エチル−4−メチルイミダゾール、四国化成工業株式会社製
誘電率(ε)、誘電正接(tanδ):絶縁フィルムを200℃で加熱硬化させ、支持体から剥離した後、該接着性フィルムから試験片(40±0.5mm×100±2mm)を切り出し、厚みを測定した。試験片を長さ100mm、直径2mm以下の筒状に丸めて、空洞共振器摂動法(10GHz)にて、誘電率(ε)および誘電正接(tanδ)を測定した。誘電率(ε)が2.25未満の場合を◎、2.25以上、2.30未満の場合を○、2.30以上の場合を×とした。誘電正接(tanδ)が0.0010未満の場合を◎、0.0010以上、0.0015未満の場合を○、0.0015以上の場合を×とした。
ピール強度:絶縁フィルムの両面に、粗化面を内側にした銅箔(CF−T9FZSV、福田金属箔粉工業株式会社製、厚さ18μm)を貼り合わせ、プレス機で熱圧着させた(200℃、60min、10kgf)。この試験片を10mm幅でカットし、オートグラフで引きはがして、JIS K6854−2に準拠してピール強度(180度ピール)を測定した。6N/10mm以上の場合を◎、6N/10mm未満 4N/10mm以上の場合を○、4N/10mm未満の場合を×とした。
実施例2:成分(B−1)、(B−2)の併用。
実施例3、4:成分(B−1)、(B−2)の併用。但し、成分(B−1)のSEBSの種類が実施例2とは異なる。
実施例5:成分(B−1)、(B−2)の併用。但し、成分(B−1)としてSEEPSを使用。
実施例6、7:成分(B−1)、(B−2)の併用。成分(C)の含有量が実施例2とは異なる。
実施例8、9:成分(B−1)、(B−2)の併用。成分(C)のPTFEフィラーの平均粒径が実施例2とは異なる。
実施例10:成分(B−1)、(B−2)の併用。成分(D)含有。
実施例11:成分(B−1)、(B−2)の併用。成分(D)含有。成分(D)のシランカップリング剤の種類が実施例10とは異なる。
実施例12:成分(B−1)、(B−2)の併用。成分(D)含有。成分(D)のシランカップリング剤の含有量が実施例11とは異なる。
実施例13:成分(B−1)、(B−2)の併用。成分(D)含有。成分(A)の熱硬化性樹脂の種類が実施例12とは異なる。
実施例14:成分(B−1)、(B−2)の併用。成分(D´)として、イオウ原子を含まないシランカップリング剤を使用。
成分(C)を含有しない比較例1は、高周波の電気特性(誘電率(ε)、誘電正接(tanδ))が劣っていた。
成分(C)の含有量が少なすぎる比較例2は、高周波の電気特性のうち、誘電率(ε)が劣っていた。
成分(B−1)、(B−2)の代わりに、SBSを使用した比較例3は、高周波の電気特性のうち、誘電正接(tanδ)が劣っていた。
成分(B−1)、(B−2)を含有しない比較例4は、フィルム化できなかった。
成分(A)の代わりにエポキシ樹脂(ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂)を使用した比較例5は、ピール強度が低かった。また、高周波の電気特性のうち、誘電正接(tanδ)が劣っていた。
Claims (12)
- (A)末端にスチレン基を有しフェニレンエーテル骨格を有する熱硬化性樹脂、
(B)水添されたスチレン系熱可塑性エラストマー、および、
(C)ポリテトラフルオロエチレンフィラー
を含有し、
前記成分(B)の水添されたスチレン系熱可塑性エラストマーが、少なくとも
(B−1)スチレン比率が20%以上のスチレン系熱可塑性エラストマー、および、
(B−2)スチレン比率が20%未満のスチレン系熱可塑性エラストマーを含み、
前記成分(A)〜成分(C)の合計質量に対して、前記成分(C)を40質量%以上80質量%以下含有することを特徴とする樹脂組成物。 - 前記成分(C)のポリテトラフルオロエチレンフィラーの平均粒子径が20μm以下である、請求項1に記載の樹脂組成物。
- さらに(D)イオウ原子を含むシランカップリング剤を含む、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物より形成される絶縁フィルム。
- 支持体の少なくとも一面に、請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物からなる層が形成された支持体付絶縁フィルム。
- 支持体の少なくとも一面に、請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物からなる層が形成された支持体付絶縁体。
- 樹脂基板の主面上に配線パターンが形成された配線付樹脂基板の配線パターン側に、請求項1〜3のいずれかに記載の本発明の樹脂組成物の硬化物からなる層が形成されたフレキシブル配線板。
- 樹脂基板の主面上に配線パターンが形成された配線付樹脂基板の配線パターン側に、請求項4に記載の絶縁フィルムが接着され、硬化されてなるフレキシブル配線板。
- 主面上に配線パターンが形成される配線付樹脂基板として、請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物を用いたフレキシブル配線板。
- 主面上に配線パターンが形成される配線付樹脂基板として、請求項4に記載の絶縁フィルムの硬化物を用いたフレキシブル配線板。
- 基板間の層間接着に請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂組成物を用いた半導体装置。
- 基板間の層間接着に請求項4に記載の絶縁フィルムを用いた半導体装置。
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