JP6733845B1 - イミド結合を有する樹脂およびリン化合物を用いた接着剤組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の接着剤組成物に用いるイミド結合を有する樹脂は、樹脂の繰り返し単位中にイミド結合を1個以上有するものであり、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリカーボネートイミド樹脂等が挙げられる。イミド結合は樹脂の繰り返し単位中に2個以上有するものが好ましい。イミド結合を有する樹脂は、酸成分とジイソシアネート成分またはジアミン成分を共重合成分とするものであることが好ましい。以下、ジイソシアネート成分またはジアミン成分をまとめてアミン成分ともいう。酸成分としては、芳香環を有する酸成分(芳香族酸成分)、脂肪族酸成分または脂環族酸成分のいずれでもよいが、好ましくは芳香環を有するポリカルボン酸成分である。また、アミン成分(ジイソシアネート成分またはジアミン成分)としては、芳香環を有するアミン成分、脂肪族アミン成分、または脂環族アミン成分のいずれでもよいが、好ましくは芳香環を有するアミン成分である。すなわち、芳香環を有するポリカルボン酸成分に由来する構成単位と、芳香環を有するジイソシアネート成分又は芳香環を有するジアミン成分に由来する構成単位からなるものであることが好ましい。
本発明の接着剤組成物は、一般式(1)で示されるリン化合物(以下、一般式(1)のリン化合物ともいう。)を含有する。一般式(1)のリン化合物を含有することで、優れた接着性、耐熱性、難燃性および絶縁信頼性を有する接着剤組成物を得ることができる。一般式(1)において、R1〜R4は一般式(2)〜(4)のいずれかであり、R1〜R4のうち少なくとも1つは一般式(2)である。好ましくは2つが一般式(2)であり、より好ましくは3つが一般式(2)である。一般式(2)が2つの場合の好ましい位置は特に限定されず、R1とR2でも良いし、R1とR3でも良い。一般式(1)および一般式(3)において、複数のXはそれぞれ独立に、「*−CH2−*」または「*−C(CH3)2−*」である(*は一般式(1)または一般式(3)の芳香環に直接結合する部位である。以下、単にCH2またはC(CH3)2と表記する)。好ましくは一般式(1)または一般式(3)のいずれかのXがC(CH3)2であり、より好ましくは一般式(1)と一般式(3)のいずれものXがC(CH3)2である。また、一般式(1)および一般式(3)において、複数のYはそれぞれ独立に、水素または水酸基である。ただし、一般式(1)において、複数あるYの少なくとも1つは水酸基であり、好ましくはYの2つが水酸基である。一般式(1)において、Yの少なくとも1つが水酸基であることにより、一般式(1)のリン化合物が反応性官能基を有し、高温高湿環境下でのブリードアウトの抑制および優れた絶縁信頼性を発現することができる。水酸基の位置は、Xに対してオルト位でもパラ位でも良いが、少なくとも1つの水酸基がXに対してパラ位であることが好ましく、2つの水酸基がともにXに対してパラ位であることがより好ましい。一般式(3)において、水酸基は1つ以上であることが好ましく、より好ましくは2つである。その位置は、Xに対してオルト位でもパラ位でも良いが、少なくとも1つの水酸基がXに対してパラ位であることが好ましく、2つの水酸基がともにXに対してパラ位であることがより好ましい。一般式(4)において、R5は水素または炭素数1〜10のアルキル基である。好ましくは炭素数2〜8のアルキル基であり、より好ましくは炭素数3〜5のアルキル基である。アルキル基は直鎖状であっても分岐状であっても構わない。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基(n−プロピル基、イソプロピル基)、ブチル基(n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基)、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられ、好ましくはプロピル基、ブチル基またはペンチル基であり、より好ましくはブチル基である。一般式(1)のリン化合物は単一の化合物であっても良いし、置換基の異なる複数の化合物の混合物であっても良い。
本発明の接着剤組成物において、エポキシ樹脂を配合することができる。エポキシ樹脂の含有量は、イミド結合を有する樹脂100質量部に対して、10質量部以上であることが好ましく、より好ましくは20質量部以上であり、さらに好ましくは25質量部以上である。また、100質量部以下であることが好ましく、より好ましくは80質量以下であり、さらに好ましくは70質量部以下である。前記上限値以下とすることでイミド結合を有する樹脂の含有割合を一定量以上に維持することができる。そのため、エポキシ樹脂が未硬化で残存することがなく、接着剤組成物の硬化後の耐熱性が良好となる。また、前記下限値以上とすることでイミド結合を有する樹脂と十分な架橋反応を形成することができ、接着剤組成物の硬化後の耐熱性や絶縁信頼性が良好となる。
絶縁性フィルムは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、アラミド、ポリカーボネート、ポリアリレート等のプラスチックからなる厚さ1〜200μmのフィルムであり、これらから選ばれる複数のフィルムを積層してもよい。
保護フィルムは、接着剤の特性を損なうことなく剥離可能であれば特に制限はないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンスルフィド等のプラスチックフィルム、及びこれらをシリコーンあるいはフッ化物あるいはその他の離型剤をコーティング処理したフィルム、これらをラミネートした紙、剥離性のある樹脂を含浸あるいはコーティングした紙等が挙げられる。
イミド結合を有する樹脂を、ポリマー濃度が0.5g/dlとなるようにN−メチル−2−ピロリドンに溶解した。得られた溶液の溶液粘度及び溶媒粘度を30℃で、ウベローデ型粘度管により測定して、下記の式に従って対数粘度を計算した。
対数粘度(dl/g)=[ln(V2/V1)]/V3
上記式中、V1は、ウベローデ型粘度管により測定した樹脂溶液粘度を示し、V2は、ウベローデ型粘度管により測定した溶媒粘度を示す。V1及びV2は、樹脂溶液及び溶媒(N−メチル−2−ピロリドン)が粘度管のキャピラリーを通過する時間から求めた。また、V3は、樹脂濃度(g/dl)である。
イミド結合を有する樹脂0.1gを、20mlのN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、チモールフタレインを指示薬にして、0.1NのKOHエタノール溶液で滴定し、樹脂106g当たりのカルボキシル基当量(eq/ton)を測定して、下記の式に従って酸価を計算した。
酸価(mgKOH/g)=[カルボキシル基当量(eq/ton)×56.12]/1000
イミド結合を有する樹脂の溶液を銅箔の光沢面に塗布し、140℃、3分間熱風乾燥機で乾燥させた。その後、250℃、30分間窒素雰囲気下で乾燥させることにより、樹脂付き銅箔を得た。その後、銅箔をエッチングすることにより、厚み20μmの樹脂フィルムを作製した。このようにして作製した樹脂フィルムのガラス転移点を、TMA(熱機械分析装置)引張法により荷重50mN、昇温速度10℃/分の条件で測定した。
接着剤組成物の溶液をポリイミド(PI)フィルム(カネカ製アピカル(登録商標)12.5NPI)に接着剤層の乾燥後厚みが20μmとなるように塗布し、140℃、3分間熱風循環式乾燥器で乾燥させ、Bステージ状態のサンプル(PIフィルム/接着剤層)を得た。このBステージ状態のサンプル(PIフィルム/接着剤層)の接着剤塗布面と圧延銅箔(JX金属製BHY−13F−T:厚み18μm)を、真空プレスラミネート機を用いて、160℃、20kgf、60秒間減圧下で熱圧着させた。その後、170℃で3時間加熱硬化させた。硬化後のサンプル(PIフィルム/接着剤層/圧延銅箔)を、引っ張り試験機(島津製オートグラフAG−X plus)を用いて25℃の雰囲気下でポリイミドフィルムを90°の方向に50mm/minの速度で引き剥がし、接着強度を測定した。
◎:接着強度が0.7N/mm以上またはポリイミドフィルム材破
○:接着強度が0.5N/mm以上0.7N/mm未満
×:接着強度が0.5N/mm未満
接着性の評価と同様に加熱硬化させたサンプル(PIフィルム/接着剤層/圧延銅箔)を作製し、20mm角に切断し、300℃の半田浴にポリイミド面を上にして1分間フロートさせた。外観を評価した。
○:膨れや剥がれなし
×:膨れもしくは剥がれあり
接着剤組成物の溶液をポリイミドフィルム(カネカ製アピカル12.5NPI)に接着剤層の乾燥後厚みが20μmとなるように塗布し、140℃、3分間熱風循環式乾燥器で乾燥させ、Bステージ状態のサンプル(PIフィルム/接着剤層)を得た。このBステージ状態のサンプル(PIフィルム/接着剤層)の接着剤塗布面とポリイミドフィルム(カネカ製アピカル12.5NPI)を、真空プレスラミネート機を用いて、160℃、20kgf、60秒間減圧下で熱圧着させた。その後、170℃で3時間加熱硬化させた。硬化後のサンプル(PIフィルム/接着剤層/PIフィルム)をUL−94VTM規格に準拠して、難燃性を評価した。
○:VTM−0相当
×:VTM−0を満足しない
接着剤組成物の溶液をポリイミドフィルム(カネカ製アピカル12.5NPI)に接着剤層の乾燥後厚みが20μmとなるように塗布し、140℃、3分間熱風循環式乾燥器で乾燥させ、Bステージ状態のサンプル(PIフィルム/接着剤層)を得た。このBステージ状態のサンプル(PIフィルム/接着剤層)の接着剤塗布面とL/S=50/50μmのくし型パターンにエッチング加工した片面銅張り積層板(新日鐵住金化学(株)製の商品名エスパネックス(登録商標)MC12−25−00CEMを使用)を、真空プレスラミネート機を用いて、160℃、20kgf、60秒間減圧下で熱圧着させた。その後、170℃で3時間加熱硬化させた。硬化後のサンプル(PIフィルム/接着剤層/片面銅張り積層板)を温度85℃、湿度85%の環境下、200Vの電圧を250時間印加した。
◎:250時間後の抵抗値が1×1010Ω以上であり、かつデンドライトなし
○:250時間後の抵抗値が1×109Ω以上1×1010Ω未満であり、かつデンドライトの発生なし
×:250時間後の抵抗値が1×109Ω未満もしくはデンドライトの発生あり
××:250時間以内に短絡
撹拌機、冷却管を具備した溶剤回収装置、窒素導入管および温度計を備えた4つ口フラスコに、三光(株)製の商品名HCA(9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイド)558.3gおよびAllnex(株)製の商品名Phenodur(登録商標) PR411(ブタノール中固形分濃度75%)391.6gを加え、攪拌、窒素フローをしながら、フラスコ内温を199℃まで180分かけて昇温した。その過程で原料中に含まれるブタノールおよび反応により生成したブタノールは、溶剤回収装置を介して留出させた。その後、200℃で20分間保持し、反応物に残る揮発分を留出させた。得られた固体をフラスコから取り出し、リン化合物Aを得た。リン化合物Aは化学式(9)の構造を有する。
表1に示す原料の樹脂組成(モル%)で、イミド結合を有する樹脂の重合を行った。具体的には、以下のように重合を行った。
撹拌機、冷却管、窒素導入管および温度計を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、TMA(無水トリメリット酸)110.47g(0.575モル)、セバシン酸80.90g(0.40モル)、NBR(両末端カルボキシル基変性アクリロニトリルブタジエンゴム)87.5g(0.025モル)、MDI(ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート)250.25g(1.00モル)および脱炭酸後の樹脂分の濃度が40質量%となるようジメチルアセトアミド714.50gを加え、窒素下で100℃まで昇温して2時間反応させ、さらに150℃に昇温して5時間反応させた。その後、樹脂分の濃度が30質量%となるようジメチルアセトアミド396.94gを加えて希釈し、イミド結合を有する樹脂1の溶液を得た。
撹拌機、冷却管、窒素導入管および温度計を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、無水トリメリット酸192.13g(1.00モル)、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート225.23g(0.90モル)および脱炭酸後の樹脂分の濃度が40質量%となるようN−メチル−2−ピロリドン494.05gを加え、窒素下で100℃まで昇温して2時間反応させ、さらに150℃に昇温して5時間反応させた。その後、樹脂分の濃度が35質量%となるようジメチルアセトアミド117.63gを加えて希釈し、イミド結合を有する樹脂2の溶液を得た。
表2に示す接着剤配合(固形分(質量%))に従って実施例1〜7及び比較例1〜4の接着剤組成物のジメチルアセトアミド溶液またはN−メチル−2−ピロリドン溶液を作製し、上記の特性の評価を行った。
Claims (11)
- イミド結合を有する樹脂および一般式(1)で示されるリン化合物を含有することを特徴とする接着剤組成物。
(一般式(1)中のR1〜R4は、以下の一般式(2)〜(4)のいずれかであり、R1〜R4のうち少なくとも1つは一般式(2)である。一般式(2)〜(4)における*は、一般式(1)の芳香環に直接結合する部位であることを表す。一般式(1)および一般式(3)中の複数のXはそれぞれ独立に、CH2またはC(CH3)2であり、一般式(1)および一般式(3)中の複数のYはそれぞれ独立に、水素または水酸基である。ただし、一般式(1)において、複数あるYの少なくとも1つは水酸基である。一般式(4)中のR5は水素または炭素数1〜10のアルキル基である。)
- 前記イミド結合を有する樹脂が、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂またはポリカーボネートイミド樹脂である請求項1に記載の接着剤組成物。
- 前記イミド結合を有する樹脂の共重合成分として、トリメリット酸無水物を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の接着剤組成物。
- 前記イミド結合を有する樹脂の共重合成分として、両末端カルボキシル基変性アクリロニトリルブタジエンゴムを含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の接着剤組成物。
- 更にエポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の接着剤組成物。
- 前記エポキシ樹脂の性状が25℃で液状であり、かつ1分子中に2個以上のエポキシ基を有することを特徴とする請求項5に記載の接着剤組成物。
- プリント配線板用途で使用されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の接着剤組成物。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の接着剤組成物を使用したことを特徴とする接着フィルム。
- 請求項8に記載の接着フィルムを使用したことを特徴とするカバーレイフィルム。
- 請求項8に記載の接着フィルムを使用したことを特徴とする銅張り積層板。
- 請求項9に記載のカバーレイフィルム、または請求項10に記載の銅張り積層板を使用したことを特徴とするフレキシブルプリント配線板。
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