JP6664092B2 - 樹脂組成物、樹脂ワニス、プリプレグ、金属張積層板及びプリント配線板 - Google Patents
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本実施形態に係る樹脂組成物は、水酸基を有するポリフェニレンエーテル及びエポキシ樹脂の反応生成物(A)と、一分子中に平均2個以上のシアネート基を有するシアネート樹脂(B)と、金属石鹸(C)と、破砕状シリカ(D)とを含有し、破砕状シリカ(D)の含有量が、反応生成物(A)及びシアネート樹脂(B)100質量部に対して20〜70質量部であり、破砕状シリカ(D)の平均粒径が1μm〜5μmである。これにより、熱膨張率が低く、常温で放置しても樹脂流動性が経時的に低下しにくく、従来のように冷蔵庫に保管しなくとも、プリプレグや樹脂組成物などの使用可能状態を長期間持続することができ、保管性に優れる。さらに、誘電正接、層間接着強度、耐熱性、煮沸はんだ耐熱性及び耐電圧に優れるプリント配線板とすることができる。ここで、本発明において、破砕状とは、基本的には溶融シリカを粉砕した状態のもので、特に造形処理を施さないものである。また、本発明において、平均粒径とは、体積累積平均径(D50)を意味する。平均粒径の測定には、例えば、レーザ回折式粒度分布測定装置MT−3300(日機装(株)製)を用いることができる。
反応生成物(A)は、水酸基を有するポリフェニレンエーテル(a−1)及びエポキシ樹脂(a−2)の反応生成物である。具体的には、ポリフェニレンエーテル(a−1)の水酸基の少なくとも一部をエポキシ樹脂(a−2)のエポキシ基で反応させることによって得られるものである。シアネート樹脂(B)と硬化反応させる際、ポリフェニレンエーテル(a−1)及びエポキシ樹脂(a−2)を予め反応させた反応生成物(A)を用いることで、ポリフェニレンエーテル(a−1)及びエポキシ樹脂(a−2)をそのまま用いる場合よりも、熱膨張率が低い樹脂組成物やプリプレグとすることができる。さらに層間接着強度及び耐熱性に優れるプリント配線板とすることができる。
シアネート樹脂(B)は、一分子中に平均2個以上のシアネート基を有する。これにより、硬化物の耐熱性を向上させることができる。一分子中に平均2個以上のシアネート基を有するとは、1分子当たりのシアネート基の平均個数(平均シアネート基数)が2個以上である化合物であることを意味する。また、平均シアネート基数とは、シアネート樹脂1モル中に存在する全てのシアネート樹脂の1分子あたりのシアネート基の平均値である。平均シアネート基数は、使用するシアネート樹脂の製品の規格値からわかる。
樹脂組成物は、硬化促進剤として、金属石鹸(C)を含有する。金属石鹸(C)としては、例えば、オクチル酸、ナフテン酸、ステアリン酸、ラウリン酸、リシノール酸、アセチルアセテート等の有機酸と、亜鉛、銅、コバルト、リチウム、マグネシウム、カルシウム及びバリウム等の金属とからなる有機金属塩等が挙げられる。中でも、ナフテン酸銅は、シアネートエステルの三量化反応の活性が低いため、樹脂ワニスやプリプレグのポットライフが比較的良い(しかも、耐熱性は維持しつつ)ため好ましく使用できる。金属石鹸(C)は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂組成物は、破砕状シリカ(D)を含有する。破砕状シリカ(D)の含有量は反応生成物(A)及びシアネート樹脂(B)100質量部に対して、20〜70質量部であり、破砕状シリカ(D)の平均粒径は1μm〜5μmである。これにより、熱膨張率が低く、常温で放置しても樹脂流動性が経時的に低下しにくく保管性に優れる樹脂組成物やプリプレグなどとすることができる。
本実施形態の係る樹脂ワニスは、樹脂組成物と溶媒とを含有する。この樹脂ワニスは、後述するプリプレグの製造に好適に用いられる。
本実施形態の係るプリプレグは、繊維質基材と、この繊維質基材中を充填しており、かつ繊維質基材の表面を被覆してなる、樹脂組成物の半硬化物とを有する。
本実施形態の係る金属張積層板は、プリプレグの硬化物と、この硬化物の片面又は両面に金属箔とを有する。すなわち、金属張積層板の構成は、プリプレグの硬化物と、この硬化物の片面に配置された金属箔とからなる2層構成、又は、プリプレグの硬化物と、この硬化物の両面に配置された金属箔とからなる3層構成である。プリプレグの硬化物は絶縁性を有する絶縁層である。
本実施形態の係るプリント配線板は、プリプレグの硬化物と、この硬化物の片面又は両面に導体パターンとを有する。このプリント配線板はプリプレグの硬化物と、この硬化物の片面又は両面に導体パターンとからなる単層プリント配線板(以下、コア基板という場合がある)や、コア基板の上記導体パターンが形成された面上に、層間絶縁層として機能するプリプレグの硬化物と内層用導体パターンとして機能する導体パターンとが交互に形成されて構成され、最外層に上記導体パターンが形成された多層プリント配線板などを含む。
反応生成物(A)を調製するための各材料として、次のものを用いた。
(ポリフェニレンエーテル)
PPE:SABICイノベーティブプラスチックス社製の「SA90」(数平均分子量:1500、水酸基:1.9個)
(エポキシ樹脂)
DCPD型エポキシ樹脂:DIC(株)製の「HP7200」(ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、1分子中の平均官能基2.3個)
(予備反応時の硬化促進剤)
イミダゾール:四国化成工業(株)製の「2E4MZ」(2−エチル−4−イミダゾール)。
樹脂組成物を調製するための各材料として、次のものを用いた。
・反応生成物(A):上記で調製した反応生成物(A)
・シアネート樹脂(B):ロンザジャパン社製の「BADCy」(2,2−ビス(4−シアネートフェニル)プロパン、数平均分子量:280、平均シアネート基数:2個)
(硬化促進剤)
・金属石鹸(C):DIC(株)製のオクタン酸亜鉛(Zn−OCTOATE)
(無機充填材)
・球状シリカ:(株)アドマテックス製の「SC2500−SEJ」(球状シリカ粒子、平均粒径:0.8μm、比重:2.2g/cm3、エポキシシラン表面処理有り)
・破砕状シリカ1(D):(株)アドマテックス製の「MC3000」(溶融破砕シリカ粒子、平均粒径:1μm、表面処理無し)
・破砕状シリカ2(D):シベルコ・ジャパン(株)製の「Megasil 525」(溶融破砕シリカ粒子、平均粒径:1.6μm、表面処理無し)
・破砕状シリカ3(D):シベルコ・ジャパン(株)製の「Megasil 525RCS」(溶融破砕シリカ粒子、平均粒径1.6μm、エポキシシラン表面処理有り)
・破砕状シリカ4(D):シベルコ・ジャパン(株)製の「Megasil 535」(溶融破砕シリカ粒子、平均粒径:2.4μm、表面処理無し)
・破砕状シリカ5:シベルコ・ジャパン(株)製の「Megasil 503」(溶融破砕シリカ粒子、平均粒径:7μm、表面処理無し)。
樹脂組成物を調製するための各材料として、次のものを用いた。
・PPE:SABICイノベーティブプラスチックス社製の「SA90」(数平均分子量1500、水酸基:1.9個)
・シアネート樹脂(B):ロンザジャパン社製の「BADCy」(2,2−ビス(4−シアネートフェニル)プロパン、数平均分子量:280、平均シアネート基数:2個)
・DCPD型エポキシ樹脂:DIC(株)製の「EPICRON HP7200」(ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、1分子中の平均官能基2.3個)
(硬化促進剤)
・金属石鹸:DIC(株)製のオクタン酸亜鉛(Zn−OCTOATE)
(無機充填材)
・破砕状シリカ2(D):シベルコ・ジャパン(株)製の「Megasil 525」(溶融破砕シリカ粒子、平均粒径:1.6μm、表面処理無し)。
繊維質基材として日東紡績(株)製のガラスクロス(番手:WEA116ES136、厚み:100μm)と日東紡績(株)製のガラスクロス(番手:WEA1067S199、厚み:50μm)を用いた。この繊維質基材に実施例1〜7、比較例1〜6の樹脂ワニスを室温で含浸させた後、150〜160℃で加熱乾燥した。これにより、樹脂ワニス中の溶媒を除去し、樹脂組成物を半硬化させることによって、プリプレグを2種類ずつ製造した。プリプレグのレジンコンテント(樹脂量)は56質量%であった。
得られたプリプレグ(300mm×450mm)を1枚重ね、さらにこの両側に金属箔として銅箔(三井金属鉱業(株)製、厚み:35μm)を重ねて、200℃、3MPaの条件で90分間、加熱加圧成形することによって、評価用の金属張積層板(板厚:0.12mm)を製造した。
評価用の金属張積層板(板厚:0.8mm)の1GHzにおける誘電正接を、IPC−TM−650−2.5.5.9に準拠の方法で測定した。具体的には、インピーダンスアナライザ(アジレント・テクノロジー(株)製のRFインピーダンスアナライザ「HP4291B」)を用い、評価用の金属張積層板の1GHzにおける誘電正接を測定した。
評価用の金属張積層板(板厚:0.8mm)の金属箔から1枚目と2枚目のガラスクロス間の引き剥がし強さをJIS C 6481に準拠して測定した。幅10mm、長さ100mmのパターンを形成し、引っ張り試験機により50mm/分の速度で引き剥がし、その時の引き剥がし強さを測定した。
IPC TM−650に準じて、評価用の金属張積層板(板厚:0.8mm)を使用し、TMA測定装置(セイコーインスツルメンツ製「EXSTAR6000TMA」)を用い、昇温速度10℃/minで288℃まで加熱し、288℃に到達後温度を一定に保持し、288℃到達時からデラミネーションが発生するまでの時間を測定した。
評価用の金属張積層板(板厚:0.8mm)の銅箔をエッチングして取り除いた試験片(5mm×5mm)を作製し、この試験片を使用し、TMA測定装置(セイコーインスツルメンツ(株)製「EXSTAR6000」)を用い、75〜120℃(Tg以下)の昇温時における、試験片の厚み方向(Z軸)の熱膨張率α1(ppm/℃)を測定した。
(初期)
初期の樹脂流動性は、JIS C 6521に準拠して測定した。すなわち、製造した日から1日経過していない評価用のプリプレグを100mm角にカットした初期試料をステンレス鋼板の間に挟み、温度175℃、圧力3MPaで40分間加熱加圧し、初期試料の中央部を直径81.1mmの円板状に切取り、100mm角にカットした初期試料の質量(W0)と、加熱加圧後に切取った円板状初期試料の質量(W1)から、下記式より算出した。
樹脂流動性(%)=100×(W0−2W1)/W0
製造した日から常温(20〜25℃程度)、大気中で90日間放置した評価用のプリプレグを100mm角にカットした経過試料を初期試料の代わりに用いた他は(初期)と同様にして、樹脂流動性(%)を算出した。
初期からの低下率は、下記式より算出した。なお、下記式において、初期とは上記初期の樹脂流動性(%)を意味し、90日後とは上記90日後の樹脂流動性(%)を意味する。
初期からの低下率(%)=[{(初期)−(90日後)}/(初期)]×100
(初期)
製造した日から1日経過していない評価用の金属張積層板(板厚:0.8mm)を初期試料として用いた。この初期試料を2時間煮沸処理した後、流水で30分冷却し、表面の水分を十分にふき取った後、260℃の半田浴に30秒浸漬し、室温まで冷却し、目視により外観を評価した。ふくれやはがれなどの異常がないものを「○」で、異常があるものを「×」で示した。
製造した日から常温(20〜25℃程度)、大気中で90日間放置した評価用の金属張積層板(板厚:0.8mm)を初期試料の代わりに用いた他は、(初期)と同様にして煮沸処理をし、半田槽に浸漬し、室温まで冷却して、目視により外観を評価した。
評価用の金属張積層板(板厚:0.12mm)の表裏に直径100mmの平面の電極を設置し、表1又は表2に示す試験電圧を60秒間印加した。試験電圧の印加中に破壊放電が起きなかった場合を「〇」で、破壊放電が起きた場合を「×」で示した。
Claims (7)
- 水酸基を有するポリフェニレンエーテル及びエポキシ樹脂の反応生成物(A)と、
一分子中に平均2個以上のシアネート基を有するシアネート樹脂(B)と、
金属石鹸(C)と、
破砕状シリカ(D)とを含有し、
前記反応生成物(A)は、エポキシ基を有し、
前記反応生成物(A)において、前記ポリフェニレンエーテルの水酸基と前記エポキシ樹脂のエポキシ基とのモル比(エポキシ基/水酸基)が3〜6であり、
前記シアネート樹脂(B)の含有量が、前記反応生成物(A)及び前記シアネート樹脂(B)の合計100質量部に対して20〜40質量部であり、
前記金属石鹸(C)の含有量が、前記反応生成物(A)及び前記シアネート樹脂(B)の合計100質量部に対して0.001〜1質量部であり、
前記破砕状シリカ(D)の含有量が、反応生成物(A)及びシアネート樹脂(B)の合計100質量部に対して20〜70質量部であり、
前記破砕状シリカ(D)の平均粒径が1μm〜5μmであり、
前記破砕状シリカ(D)の比表面積が0.1〜6.1m 2 /gであることを特徴とする樹脂組成物。 - 前記破砕状シリカ(D)は、その表面がカップリング剤により改質されている請求項1に記載の樹脂組成物。
- 請求項1又は2に記載の樹脂組成物と溶媒とを含有する樹脂ワニス。
- 前記溶媒が、トルエン、シクロヘキサノン及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートからなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項3に記載の樹脂ワニス。
- 繊維質基材と、前記繊維質基材中を充填しており、かつ前記繊維質基材の表面を被覆してなる、請求項1又は2に記載の樹脂組成物の半硬化物とを有するプリプレグ。
- 請求項5に記載のプリプレグの硬化物と、前記硬化物の片面又は両面に金属箔とを有する金属張積層板。
- 請求項5に記載のプリプレグの硬化物と、前記硬化物の片面又は両面に導体パターンとを有するプリント配線板。
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