JP6995469B2 - 硬化性樹脂組成物、ドライフィルム、硬化物およびプリント配線板 - Google Patents
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前記(A)カルボキシル基含有樹脂の25℃のエチレングリコールブチルエーテル溶液における酸解離定数(pKa)が9.5未満であることを特徴とするものである。
本発明の硬化性樹脂組成物は、(A)カルボキシル基含有樹脂を含有し、(A)カルボキシル基含有樹脂の25℃のエチレングリコールブチルエーテル溶液における酸解離定数(pKa)が9.5未満である。なお、(A)カルボキシル基含有樹脂が2種以上のカルボキシル基含有樹脂を組み合わせた混合物である場合は、混合物(カルボキシル基含有樹脂全体)としてのpKaが9.5未満である。pKaの値は、好ましくは7.5~9.4、より好ましくは8.2~9.0である。
本発明では、25℃のエチレングリコールブチルエーテル溶液における酸解離定数(pKa)を上記の範囲とした(A)カルボキシル基含有樹脂を用いることにより、乾燥塗膜の現像管理幅と硬化塗膜の解像性とを高度に両立することができることがわかった。
本発明の硬化性樹脂組成物は、(B)1分子中に2個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物を含有する。
これらは、要求特性に合わせて、単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、(C)1分子中に2個以上の環状エーテル基および環状チオエーテル基(以下、単に「環状(チオ)エーテル基」とも称する)の少なくともいずれか1種を有する熱硬化性成分を含有する。
(C)熱硬化成分としては、例えば、エポキシ化合物、オキセタン化合物などが挙げられる。特に、本発明においては、エポキシ化合物を好適に用いることができる。
これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(式中、R1は、水素原子または炭素数1~6のアルキル基を示す)により表されるオキセタン環を含有するオキセタン化合物の具体例としては、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン(東亞合成(株)製、商品名OXT-101)、3-エチル-3-(フェノキシメチル)オキセタン(東亞合成(株)製、商品名OXT-211)、3-エチル-3-(2-エチルヘキシロキシメチル)オキセタン(東亞合成(株)製、商品名OXT-212)、1,4-ビス{[(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼン(東亞合成(株)製、商品名OXT-121)、ビス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル(東亞合成(株)製、商品名OXT-221)などが挙げられる。さらに、フェノールノボラックタイプのオキセタン化合物なども挙げられる。これらオキセタン化合物は、上記エポキシ化合物と併用してもよく、また、単独で使用してもよい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、(D)光重合開始剤を含有する。本発明では、酸解離定数(pKa)が特定の値である(A)カルボキシル基含有樹脂と組み合わせて(D)光重合開始剤を含有することにより、現像性と、深部硬化性および表面硬化性とを両立することができる。このことにより、硬化性樹脂組成物のパターン状の硬化物の断面形状がアンダーカット状態(断面上部の幅が断面下部の幅よりも大きくなる場合)やハレーション状態(断面上部の幅が断面下部の幅よりも小さくなる場合)となることを防止でき、乾燥塗膜の現像管理幅と硬化塗膜の解像性とを高度に両立することができる。本発明における解像性とは、硬化性樹脂組成物のパターン状の硬化物の断面形状が設計幅通りの理想状態(断面上部と断面下部との幅が限りなく同じ)であることをいう。
本発明では、上記(A)成分と(D)成分を組み合わせて用いることにより、現像性と、深部硬化性および表面硬化性とを両立することができ、乾燥塗膜の現像管理幅を長くした場合でも硬化塗膜の内部に水分が入り込むことを防ぐことができる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、(E)充填剤を含有する。充填剤は、得られる硬化物の物理的強度等を上げるために用いられる。充填剤としては、例えば、シリカ、結晶性シリカ、ノイブルグ珪土、水酸化アルミニウム、ガラス粉末、タルク、クレー、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、天然マイカ、合成マイカ、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化鉄、酸化チタン、非繊維状ガラス、ハイドロタルサイト、ミネラルウール、アルミニウムシリケート、カルシウムシリケート、亜鉛華等の無機顔料などが挙げられる。中でも、硫酸バリウム、酸化チタン、シリカが好ましい。充填剤は、表面処理されていてもよく、表面処理されていなくてもよいが、表面処理されているものが好ましい。表面処理された充填剤を用いると、現像工程における現像液の汚染をより防止できると考えられる。これらの充填剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
白色の充填剤である酸化チタンは、硫黄濃度が100ppm以下が好ましく、50ppm以下であることがより好ましい。また、硫黄濃度が100ppm以下の市販品の酸化チタンを用いてもよく、硫黄濃度が100ppmを超える市販品の酸化チタンを熱処理や化学処理したり、洗浄、焼成等の精製処理を施すことによって、硫黄濃度を下げて配合してもよい。ここで、酸化チタンに含まれる硫黄とは、分析により検出された硫黄全てを指し、酸化チタンに吸着されている硫黄、および、酸化チタンに不純物として含まれる硫黄を含む。
本発明の硬化性樹脂組成物は、消泡剤を配合してもよい。消泡剤としては、例えば、シリコン系消泡剤、非シリコン系消泡剤等が挙げられるが、中でも、現像液の汚染を低減できることや、シルク(マーキングインキ)の密着性不良を引き起こしにくいとの観点から、非シリコン系消泡剤を用いることが好ましい。消泡剤は、1種を用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の硬化性樹脂組成物は、着色剤を配合してもよい。着色剤の具体例としては、フタロシアニン・ブルー、フタロシアニン・グリーン、アイオジン・グリーン、ジスアゾイエロー、ロイコクリスタルバイオレット、カーボンブラック、ナフタレンブラック、ソルベント・ブルー等が挙げられる。着色剤は、1種を用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(カルボキシル基含有樹脂1)
温度計、撹拌機、滴下ロートおよび還流冷却器を備えたフラスコに、溶媒としてのジプロピレングリコールモノメチルエーテル325.0質量部を110℃まで加熱し、メタクリル酸174.0質量部、ε-カプロラクトン変性メタクリル酸(平均分子量314)174.0質量部、メタクリル酸メチル77.0質量部、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル222.0質量部、および、重合触媒としてのt-ブチルパーオキシ2-エチルヘキサノエート(日油(株)製、パーブチルO)12.0質量部の混合物を、3時間かけて滴下し、さらに110℃で3時間攪拌し、重合触媒を失活させて、樹脂溶液を得た。この樹脂溶液を冷却後、(株)ダイセル製サイクロマーM100を289.0質量部、トリフェニルフォスフィン3.0質量部およびハイドロキノンモノメチルエーテル1.3質量部を加え、100℃に昇温し、攪拌することによってエポキシ基の開環付加反応を行い、カルボキシル基含有樹脂1を得た。
このようにして得られたカルボキシル基含有樹脂1は、不揮発分45.5質量%、固形物の酸価が79.8mgKOH/gであった。
ダイセル・オルネクス社製の「サイクロマーP(ACA) Z230AA」を用いてカルボキシル基含有樹脂2を得た。カルボキシル基含有樹脂2は、固形分濃度が53.0質量%、固形物の酸価が40mgKOH/gであった。
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂のEPICLON N-695(DIC社製、エポキシ当量=214)214部を撹拌機及び還流冷却器の付いた四つ口フラスコに入れ、カルビトールアセテート103部、石油系炭化水素溶剤(ジャパンエナジー社製、商品名:カクタスファインSF-01)103部を加えて加熱溶解した。次に、重合禁止剤としてハイドロキノン0.1部と、反応触媒としてトリフェニルホスフィン2.0部を加えた。この混合物を95~105℃に加熱し、アクリル酸72部を徐々に滴下し、16時間反応させた。得られた反応生成物を80~90℃まで冷却し、テトラヒドロフタル酸無水物91.2部を加えて8時間反応させ、冷却後、取り出した。このようにして得られたカルボキシル基含有樹脂3は、不揮発分65%、固形物の酸価87.5mgKOH/gであった。
ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート600gに、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(DIC社製、EPICLON N-695、軟化点95℃、エポキシ当量214、平均官能基数7.6)1070g(グリシジル基数(芳香環総数):5.0モル)、アクリル酸360g(5.0モル)、およびハイドロキノン1.5gを仕込み、100℃に加熱攪拌し、均一となるまで溶解した。次いで、上記溶液にトリフェニルホスフィン4.3gを仕込み、110℃加熱して2時間反応させた。その後、120℃に昇温してさらに12時間反応を行った。得られた反応液に芳香族系炭化水素(ソルベッソ150)415g、テトラヒドロ無水フタル酸304.0g(2.0モル)を仕込み、110℃で4時間反応を行い、冷却後、固形分酸価65mgKOH/g、固形分65質量%の芳香環を有するカルボキシル基含有樹脂4を得た。
ガス導入菅、撹拌装置、冷却菅、温度計、及び連続滴下用の滴下フロートを備えた反応容器にカルボン酸当量86g/当量の1、4-シクロヘキサンジカルボン酸86部とビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製、エピコート828、エポキシ当量189g/当量)378部を仕込み、窒素雰囲気下にて、撹拌下110℃で溶解させた。その後、トリフェニルホスフィン0.3部を添加し、反応容器内の温度を150℃まで昇温し、温度を150℃で保持しながら、約90分間反応させ、エポキシ当量464g/当量のエポキシ化合物を得た。次に、フラスコ内の温度を40℃まで冷却し、カルビトールアセテート390部を加え、加熱溶解し、メチルハイドロキノン0.46部と、トリフェニルホスフィン1.38部を加え、95~105℃に加熱し、アクリル酸72部を徐々に滴下し、16時間反応させた。この反応生成物を、80~90℃まで冷却し、テトラヒドロフタル酸無水物190部を加え、8時間反応させた。このようにして得られたカルボキシル基含有樹脂5は、不揮発分65%、固形分の酸価100mgKOH/gであった。
温度計、冷却管、撹拌機を備えた耐圧容器に脱イオン水:200質量部、硫酸ナトリウム:0.3質量部仕込み、溶解を確認した。
その後、重合開始剤としてBPO(ベンゾイルパーオキサイド):5質量部と連鎖移動剤としてMSD(α-メチルスチレンダイマー):5質量部をMMA(メタクリル酸メチル):10.4質量部、n-BA(ノルマル-アクリル酸ブチル):5質量部、MAA(メタクリル酸):24.6質量部およびSt(スチレン):60質量部からなる単量体混合物に加え、十分に溶解した。
その後、分散剤を濃度が300ppmになるように加え十分に撹拌し、釜内部を窒素で置換した後昇温させ、懸濁重合を行った。重合終了後、得られた懸濁液を目開き30μmのメッシュで濾過し、40℃の温風で乾燥させ粒状樹脂を得た。このように得られた粒状樹脂(共重合樹脂)を、有機溶剤DPM(ジプロピレングリコールメチルエーテル)を用いて十分溶解させ、カルボキシル基含有樹脂6を得た。このようにして得られたカルボキシル基含有樹脂6は、不揮発分50%、固形物の酸価が160mgKOH/gであった。
下記の表1~4に示す配合に従い、各成分を配合し、攪拌機にて予備混合した後、3本ロールミルで分散させ、混練して、それぞれ硬化性樹脂組成物を調製した。なお、表中の配合量は、質量部を示す。
ここで、得られた各硬化性樹脂組成物の分散度をエリクセン社製グラインドメータによる粒度測定にて評価したところ、全ての組成物の分散度は15μm以下であった。
*2)感光性共重合樹脂、酸価40mgKOH/g
*3)クレゾールノボラック型樹脂、酸価87.5mgKOH/g
*4)クレゾールノボラック型樹脂、酸価65mgKOH/g
*5)ビスフェノールA型変性樹脂、酸価100mgKOH/g
*6)非感光性共重合樹脂、酸価160mgKOH/g
*7)ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
*8)jER828(エポキシ当量186g/eq.)、三菱化学(株)製
*9)TEPIC-HP(エポキシ当量100g/eq.)、日産化学工業(株)製
*10)イルガキュア819、ビスアシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤、BASFジャパン(株)製
*11)イルガキュアOXE-02、オキシムエステル系光重合開始剤、BASFジャパン(株)製
*12)イルガキュア369、α-アミノアセトフェノン系光重合開始剤、BASFジャパン(株)製
*13)B-30、堺化学工業(株)製
*14)Tiona595、塩素法で製造した酸化チタン(製造工程における硫酸の使用なし)、表面処理:Al2O3、ZrO2、TiO2濃度:91%、CRISTAL社製
*15)ジシアンジアミド
*16)シリコン系消泡剤、信越化学工業(株)製
*17)非シリコン系消泡剤、青木油脂工業(株)製
100mlのビーカーに調製したカルボキシル基含有樹脂1~6、または、それらの混合物をそれぞれ0.5g精秤し、ブチルセロソルブ50mlに溶解させた。この溶液を0.1mol/エタノール性水酸カリウム溶液で滴定した。滴定装置は、平沼産業(株)製自動滴定装置(COM-1500)を用いた(半滴定法)。酸解離定数(pKa)は半当量点(当量点の滴定量の半分)とした。
得られた結果を上記表中に示す。なお、カルボキシル基含有樹脂1~6のpKaと、カルボキシル基含有樹脂全体のpKaとを、それぞれ上記表中に示す。
銅厚35μmの回路パターンを有する基材をバフロール研磨後、水洗し、乾燥した。この基材上に、スクリーン印刷法で実施例1~14および比較例1~5の各組成物を全面に塗布し、80℃の熱風循環式乾燥炉で30分間乾燥し、室温まで放冷した。得られた乾燥塗膜を、メタルハライドランプ搭載の露光装置((株)オーク製作所製HMW-680-GW20)を用いて最適露光量で露光し、30℃の1質量%Na2CO3水溶液を用いてスプレー圧0.2MPaの条件で60秒間現像を行い、パターン状の硬化塗膜を得た。この基材を、150℃で60分間加熱して熱硬化(ポストキュア)した。ここで、最適露光量は、上記で得られた乾燥塗膜を、メタルハライドランプ搭載の露光装置を用いて感度が21段のステップタブレットを介して露光し、30℃の1質量%Na2CO3水溶液を用いてスプレー圧0.2MPaの条件で60秒間現像を行った際に残存するステップタブレットのパターンが6段となる露光量とした。このようにして得られる評価基板に対して以下のように特性を評価した。
銅厚35μmの回路パターンを有する基材をバフロール研磨後、水洗し、乾燥した。この基材上に、スクリーン印刷法で実施例1~14および比較例1~5の各組成物を全面に塗布した。その後、80℃の熱風循環式乾燥炉で乾燥時間を30、40、50、60、70分間と変えて乾燥し、乾燥塗膜を得た。得られた乾燥塗膜を、上記評価基板の作製と同様の現像条件で現像し、それぞれの乾燥時間で得られた乾燥塗膜の現像の可否、および、乾燥させた際に熱被りによる現像不良が起こらない時間を試験した。銅上を目視し、硬化性樹脂組成物の成分が残渣として残っていなければ現像可とし、現像可となる乾燥時間を評価基準とした。この現像可となる最長乾燥時間を現像管理幅といい、これが長時間であるほど乾燥によるマージンが広く、基板作製工程による製造管理がしやすいということになる。
評価基準は以下のとおりである。得られた結果を上記表中に示す。
○:60分以上
△:40分以上60分未満
×:40分未満
実施例1~14および比較例1~5の各組成物を、銅厚35μm、ラインアンドスペース300/300の銅回路が形成されたFR-4材に塗布し、80℃の熱風循環式乾燥炉で30分間乾燥した。得られた乾燥塗膜を、幅100μm、長さ2mmのラインが残るように上記評価基板の作製と同様の条件で露光、現像、ポストキュアをして硬化させて得た基板を裁断し、光学顕微鏡を用いて硬化膜のラインの断面形状を確認した。硬化膜のラインの最大幅を測長し、線幅の設計値である100μmよりどの程度変化しているかを評価した。評価基準は以下のとおりである。得られた結果を上記表中に示す。
解像性(アンダーカット)(μm)=(最大線幅-100)÷2
○:10μm未満
△:10μm以上20μm未満
×:20μm以上
上記評価基板の作製方法により得られた評価基板のパターン状の硬化塗膜を、無電解金めっき処理(ニッケル厚;5μm、金厚;0.03μm)し、処理後の硬化塗膜表面の色調が、無電解金めっき処理前と比較して白味を帯びているか目視で確認した。評価基準は以下のとおりである。得られた結果を上記表中に示す。
○:色調変化なし(白味を帯びていない)
△:僅かに色調変化あり(僅かに白味を帯びている)
×:色調変化あり(白味を帯びている)
上記評価基板の作製方法により得られた評価基板のパターン状の硬化塗膜を、無電解金めっき処理(ニッケル厚;5μm、金厚;0.03μm)し、その後、テープピールテストによる硬化塗膜の剥がれの有無を評価した。評価基準は以下のとおりである。得られた結果を上記表中に示す。
○:塗膜の剥がれなし
△:僅かに塗膜の剥がれあり
×:塗膜の剥がれあり
上記評価基板の作製方法により得られた評価基板のパターン状の硬化塗膜に、ロジン系フラックスを塗布し、予め260℃に設定したはんだ槽に30秒間、2回浸漬し、変性アルコールでフラックスを洗浄した。その後、テープピールテストによる硬化塗膜の剥がれの有無を評価した。評価基準は以下のとおりである。得られた結果を上記表中に示す。
○:塗膜の剥がれなし
△:僅かに塗膜の剥がれあり
×:塗膜の剥がれあり
実施例1~14および比較例1~5の各組成物を100mLのスクリュー管に2g精秤した後、80℃で30分間乾燥し、乾燥塗膜を得た。乾燥塗膜が入ったスクリュー管に1質量%Na2CO3水溶液を40g加え、蓋をして10分撹拌させた後、30分間静置した。その後、目視にて水溶液中の沈殿物の有無を確認した。評価基準は以下のとおりである。得られた結果を上記表中に示す。
○:沈殿物なし
△:僅かに沈殿物あり
×:沈殿物が多量にあり
Claims (6)
- (A)カルボキシル基含有樹脂、(B)1分子中に2個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物、(C)1分子中に2個以上の環状エーテル基および環状チオエーテル基の少なくともいずれか1種を有する熱硬化性成分、(D)光重合開始剤、(E)充填剤、および非シリコン系消泡剤を含む硬化性樹脂組成物において、
前記(A)カルボキシル基含有樹脂の25℃のエチレングリコールブチルエーテル溶液における酸解離定数(pKa)が9.5未満であり、
前記(A)カルボキシル基含有樹脂が芳香環を有さないカルボキシル基含有樹脂であり、
前記(E)充填剤が酸化チタンであることを特徴とする硬化性樹脂組成物。 - 銅上に塗布して用いられる請求項1記載の硬化性樹脂組成物。
- ソルダーレジスト形成用である請求項1または2記載の硬化性樹脂組成物。
- 請求項1~3のうちいずれか一項記載の硬化性樹脂組成物が、フィルム上に塗布、乾燥されてなる樹脂層を有することを特徴とするドライフィルム。
- 請求項1~3のうちいずれか一項記載の硬化性樹脂組成物、または、請求項4記載のドライフィルムの樹脂層が、硬化されてなることを特徴とする硬化物。
- 請求項5記載の硬化物を有することを特徴とするプリント配線板。
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