JP6999487B2 - 石英ガラス繊維含有基板 - Google Patents
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Description
石英ガラス繊維と樹脂組成物とを含有する石英ガラス繊維含有プリプレグであって、
前記石英ガラス繊維が、
(A)石英クロス、石英チョップドストランド、石英不織布、石英ウールの中から少なくとも1つ選ばれるものであり、
前記樹脂組成物が、
(B)25℃で固体であり、分子中に少なくとも1つのダイマー酸骨格、少なくとも1つの炭素数6以上の直鎖アルキレン基、及び少なくとも2つのマレイミド基を含有するマレイミド化合物と、
(C)硬化促進剤とを含むものであり、
ウラン及びトリウムの含有量が合計で0~0.1ppmのプリプレグである石英ガラス繊維含有プリプレグを提供する。
石英ガラス繊維と樹脂組成物とを含有する石英ガラス繊維含有プリプレグであって、
前記石英ガラス繊維が、
(A)石英クロス、石英チョップドストランド、石英不織布、石英ウールの中から少なくとも1つ選ばれるものであり、
前記樹脂組成物が、
(B)25℃で固体であり、分子中に少なくとも1つのダイマー酸骨格、少なくとも1つの炭素数6以上の直鎖アルキレン基、及び少なくとも2つのマレイミド基を含有するマレイミド化合物と、
(C)硬化促進剤とを含むものであり、
ウラン及びトリウムの含有量が合計で0~0.1ppmのプリプレグである石英ガラス繊維含有プリプレグである。
本発明の石英ガラス繊維含有プリプレグは、後述する(A)成分である石英ガラス繊維と、後述する(B)、(C)成分を含む樹脂組成物を含むものである。
本発明における石英ガラス繊維は、石英クロス、石英チョップドストランド、石英不織布、石英ウールの中から少なくとも1つ選ばれるものである。繊維状でもガラスクロスと呼ばれる布帛状でも石英チョップドストランドでも不織布でも石英ウールでもよいが、取扱いが容易であるなどの理由で、石英ガラスクロスを用いるのが好ましい。石英ガラスクロスは、例えば、石英ガラスストランド及び/又は石英ガラスヤーンを用いて作製されたものである。石英ガラスストランド及び/又は石英ガラスヤーンは、上記石英ガラス繊維を50本以上500本以下束ねたものである。なお、本明細書においては、繊維を撚らずに束ねたものをストランドと称し、繊維に撚りをかけて束ねたものをヤーンと称する。
本発明における樹脂組成物は、後述する(B)及び(C)成分を必須成分とした熱硬化性の樹脂組成物である。本発明における樹脂組成物の調製方法は、特に限定されず、後述する成分を従来公知の方法で混合することで調製すればよい。
本発明の(B)成分はマレイミド化合物であるが、25℃で固体であるマレイミド化合物であって、分子中に少なくとも1つのダイマー酸骨格及び、少なくとも1つの炭素数6以上の直鎖アルキレン基、及び少なくとも2つのマレイミド基を有するマレイミド化合物である。また、直鎖アルキル基を有していてもよい。炭素数6以上の直鎖アルキレン基を有することで優れた誘電特性を有するだけでなく、相対的にフェニル基の含有比率が低下して耐トラッキング性が向上する。また、直鎖アルキレン基を有することで低弾性化することができ、硬化物による半導体装置へのストレス低減にも効果的である。
[測定条件]
展開溶媒:テトラヒドロフラン
流量:0.35mL/min
検出器:RI
カラム:TSK-GEL Hタイプ(東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃
試料注入量:5μL
BMI-2500、BMI-2560、BMI-3000,BMI-5000、BMI-6100(以上、Designer Molecules Inc.製)等の市販品を用いることができる。
本発明における樹脂組成物には(C)成分として硬化促進剤を添加する。硬化促進剤は(B)成分のマレイミドの反応を促進するためのものだけでなく、後述する(E)成分の硬化性樹脂の反応を促進させるために使用し、その種類に関しては特に限定されない。
本発明の石英ガラス繊維含有プリプレグの硬化物の強度を高めるために、(D)成分として無機充填材を配合することができる。(D)成分の無機充填材としては、特に限定されないが、通常エポキシ樹脂組成物やシリコーン樹脂組成物に配合されるものを使用することができる。例えば、球状シリカ、溶融シリカ及び結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、ガラス繊維及びガラス粒子等が挙げられる。さらに誘電特性改善のためにフッ素樹脂含有、コーティングフィラーも挙げられる。
(E)の硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂及び/又は光硬化性樹脂であることが好ましく、常温(25℃)では液状、半固体状、固体状のどの状態であっても構わない。具体的には、(E1)エポキシ樹脂、(E2)シリコーン樹脂、(E3)硬化性ポリイミド樹脂、(E4)シアネート樹脂、(E5)(メタ)アクリル樹脂などが挙げられる。中でもエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、硬化性ポリイミド樹脂が好適に用いられる。なお、硬化性樹脂は単独でも良いし、複数樹脂の併用でも構わない。
(E1)成分のエポキシ樹脂は、本発明における熱硬化性の樹脂組成物を流動性や機械特性を向上、改善するのに用いることができる後述するエポキシ樹脂の硬化剤や(B)成分のマレイミド化合物と反応することで三次元的な結合を作る。エポキシ樹脂としては1分子中に2個以上のエポキシ基を有するものであれば、特に制限なく使用することができるが、ハンドリング性の観点から室温(25℃)で固体のものが好ましく、より好ましくは融点が40℃以上150℃以下又は軟化点が50以上160℃以下のものである。
エポキシ樹脂の硬化剤としては、フェノール硬化剤、アミン硬化剤、酸無水物硬化剤、ベンゾオキサジン誘導体が挙げられるが、半導体封止材用途としてはフェノール硬化剤やベンゾオキサジン誘導体が好ましい。低誘電用途としては酸無水物硬化剤が好ましい。
シリコーン樹脂は付加硬化型シリコーン樹脂と、縮合硬化型シリコーン樹脂が挙げられる。
(Z1 3SiO1/2)a(Z1 2SiO2/2)b(Z1SiO3/2)c(SiO4/2)d (5)
(式中、Z1は独立に水酸基、炭素数1~10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数6~10のアリール基、及び炭素数2~10のアルケニル基から選ばれる基であり、a、b、c、dは、a≧0、b≧0、c≧0、d≧0、a+b+c+d=1を満足する数である。)
(Z2 3SiO1/2)e(Z2 2SiO2/2)f(Z2SiO3/2)g(SiO4/2)h (6)
(式中、Z2は独立に水素原子、または水酸基、炭素数1~10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数6~10のアリール基から選ばれる基であり、e、f、g、hは、e≧0、f≧0、g≧0、h≧0、e+f+g+h=1を満足する数である。)
(Z3 3SiO1/2)i(Z3 2SiO2/2)j(Z3SiO3/2)k(SiO4/2)l (7)
(式中、Z3は水素原子、アルケニル基をのぞいた、水酸基、アルコキシ基、炭素数1~10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数6~10のアリール基から選ばれる基であり、i、j、k、lは、i≧0、j≧0、k≧0、l≧0、i+j+k+l=1を満足する数である。)
硬化性ポリイミド樹脂はその反応末端基の化学的性質によって分類される。特に限定されることはないが、室温で固体状になるようなポリイミド樹脂が好ましい。
シアネート樹脂はシアネート基を1分子中に2個以上有すものであれば、特に限定されないが、例えば、ハロゲン化シアン化合物とフェノール類やナフトール類とを反応させ、必要に応じて加熱等の方法でプレポリマー化することによって得ることができる。
(メタ)アクリル樹脂としては、例えば(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリル酸エステル及び(メタ)アクリルアミド等の重合体並びに共重合体などが挙げられ、(メタ)アクリル骨格を有する樹脂を示す。アクリロイル基やメタクリロイル基等の反応性基で硬化する樹脂には限定しない。
更に、本発明における樹脂組成物には、以下のような添加材を用いてもよい。
本発明における樹脂組成物には、難燃性を高めるために難燃剤を配合することができる。難燃剤の種類は、特に制限されず、公知のものを使用することができる。難燃剤としては、例えばホスファゼン化合物、シリコーン化合物、モリブデン酸亜鉛担持タルク、モリブデン酸亜鉛担持酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化モリブデン、三酸化アンチモン等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。難燃剤の配合量は、(B)成分、(E)成分の総和100質量部に対して2~20質量部が好ましく、より好ましくは3~10質量部である。
本発明における樹脂組成物には、(B)成分、(E)成分と(D)無機充填材との結合強度を強くしたり、樹脂成分と金属箔との接着性を高くしたりするため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤等のカップリング剤を配合することができる。
熱可塑性樹脂としては、高周波対応基板用に低誘電特性を有するためにフッ素含有熱可塑性樹脂を添加してもよい。好ましくはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリスチレン、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリウレタン、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン樹脂(ABS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド等が挙げられる。低誘電特性及び耐熱性を考慮するとPTFE、PPEなどが好ましい。また、熱可塑性樹脂の表面にシリカなどの無機質を用いて表面修飾していてもよい。
また、本発明では、石英ガラス繊維含有プリプレグ1枚の硬化物又は2枚以上の積層硬化物からなる石英ガラス繊維含有基板を提供する。
下記表1に示すガラスを用いて厚さ0.1mmのガラスクロスを調製した(A―1~A―6)。石英ガラスロッド50本を冶具にセットし、最高温度2,000℃の縦型環状電気炉を下降させ、溶融した端部を、高速で連続に引き出すことで繊維径5μmの合成石英長繊維を経た後、撚糸することにより石英ガラスヤーンを作製した。得られた石英ガラスヤーンを紡織することにより石英ガラスクロスを作製した。A-1は溶融石英ガラスロッド、A-2は合成石英ガラスロッドを用いてクロスを紡織した。ウラン及びトリウムの含有量(U,Th量)をICP-MS(Agilent4500 Agilent社製)で測定し、その合計量を表1に記載した。なお、平均繊維径はJIS R 3420:2013記載のB法によって測定した値である。
(B-1)直鎖アルキル基含有マレイミド化合物-1(BMI-2500:Designer Molecules Inc.製)U,Th量:0.0001ppm
(B-2)直鎖アルキル基含有マレイミド化合物-2(BMI-5000:Designer Molecules Inc.製)U,Th量:0.0001ppm
(C-1)過酸化物(パークミルD、日油(株)製)U,Th量:0.0001ppm
(C-2)イミダゾール系触媒(1B2PZ、四国化成(株)製)U,Th量:0.0002ppm
(D)球状シリカ(SO-25H、(株)アドマテックス製、平均粒径0.5μm)U,Th量:0.001ppm
(E1-1)多官能系エポキシ樹脂(EPPN-501H、日本化薬(株)製、エポキシ当量:165)U,Th量:0.001ppm
(E1-2)ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(HP-7200、DIC(株)、エポキシ当量:259)U,Th量:0.001ppm
(E2-1)
(PhSiO3/2)単位73.5モル%、(MeViSiO2/2)単位1.0モル%、(Me2ViSiO1/2)単位25.5モル%のオルガノシロキサン1 U,Th量: 検出できず
(E2-2)
(PhSiO3/2)単位4.7モル%、(PhMeSiO2/2)単位88.4モル%、(Me2ViSiO1/2)単位2.2モル%及び(MePh2iO1/2)単位4.7モル%のオルガノポリシロキサン2 U,Th量:検出できず
(E2-3)
(Ph2SiO2/2)単位33.3モル%、(Me2HSiO1/2)単位66.7モル%のオルガノハイドロジェンポリシロキサン1 U,Th量:検出できず
フェノール硬化剤
フェノールノボラック型フェノール硬化剤(TD-2131:DIC(株)製、フェノール性水酸基当量:104)U,Th量:0.001ppm
酸無水物硬化剤
リカシッドMH700(新日本理化(株)製、酸無水物当量163)U,Th量:0.001ppm
PTFEの表面にシリカが表面修飾されている熱可塑性樹脂(平均粒径0.5μm、アドマテックス社製)U,Th量:0.001ppm
表2~表4に示す配合(質量部)で、(A)成分以外の各成分を溶融混合し樹脂組成物を調製した。表1に示す各ガラスクロスを調製した樹脂組成物に含浸させた後、100℃で3分間乾燥させることでプリプレグを作製した。また、プリプレグへの樹脂組成物の付着量は全て60質量%であった。更に180℃×4時間で本硬化させることで硬化物を作製した。以下の諸特性を測定した。その結果を表2~表4に示す。
一般銅箔1(CF-T9LK-UN18 厚さ18μm、福田金属箔工業社製)又は高周波対応銅箔(CF-V9S-SV18 厚さ18um、福田金属箔工業社製)と、各実施例及び比較例で作製したプリプレグを5枚積層し、180℃×4時間で本硬化させた。JIS C 6481:1996に準拠して、銅箔とのピール強度(N/25mm)を測定した。また、200℃オーブンで1,000hr耐熱試験した後のピール強度(N/25mm)を測定した。
1GHz用に厚み0.5mm、1片3cm×15.5cmの成形片を作製した。10GHz用に厚み0.15mm、1片3cm×4cmの成型片を作製した。77GHz用には厚み0.2mm、1片1cm×1cmの成形片を作製した。1GHzと10GHzはネットワークアナライザ(キーサイト社製 E5063-2D5)とストリップライン(キーコム株式会社製)を接続し、上記フィルムの周波数1GHz及び10GHzにおける誘電率と誘電正接を測定した。1GHzにおける誘電正接はtanδ2、10GHzにおける誘電正接をtanδ1とし、絶対値を測定した。77GHzにおいてはネットワークアナライザ(キーサイト社製、N5227A)を用いて遮断円筒導波管法により誘電率と誘電正接を測定した。
厚さ18μmの一般銅箔(CF-T9LK-UN18 福田金属箔工業製)2枚と、実施例及び比較例のプリプレグ2枚を180℃×4時間、4MPaの条件で硬化し、積層基板を作製した。直径200μmのドリルで100個のドリル加工を行い、無電解銅メッキを行い、ドリル加工面やメッキ部分に不具合が多数みられたものを×、ほとんど不具合が見られなかったものを○、どこも不具合がなかったものを◎とした。
厚さ18μmの銅箔2枚で当該プリプレグ2枚の両側を挟んで180℃×4時間で硬化させた。L/S(Line&Space)10μmのパターンがある基板を作製して20個のDRAMを搭載し、温度150℃、周波数10GHzで1,000hr駆動させ、1個でも誤動作したものについては×、全く誤動作しなかったものは◎とした。
Claims (6)
- 石英ガラス繊維含有プリプレグ1枚の硬化物又は2枚以上の積層硬化物からなる石英ガラス繊維含有基板であって、10~100GHzの範囲において、比誘電率が3.0以下、誘電正接が0.0005~0.008のものであり、かつ、1GHzにおける誘電正接と10GHzにおける誘電正接との差の絶対値が0~0.01のものである石英ガラス繊維含有基板であって、
前記石英ガラス繊維含有プリプレグが、石英ガラス繊維と樹脂組成物とを含有する石英ガラス繊維含有プリプレグであって、
前記石英ガラス繊維が、
(A)石英クロス、石英チョップドストランド、石英不織布、石英ウールの中から少なくとも1つ選ばれるものであり、
前記樹脂組成物が、
(B)25℃で固体であり、分子中に少なくとも1つのダイマー酸骨格、少なくとも1つの炭素数6以上の直鎖アルキレン基、及び少なくとも2つのマレイミド基を含有するマレイミド化合物と、
(C)硬化促進剤とを含むものであり、
ウラン及びトリウムの含有量が合計で0~0.1ppmのプリプレグであることを特徴とする石英ガラス繊維含有基板。 - 前記樹脂組成物が、さらに(D)成分として、無機充填材を含むことを特徴とする請求項1に記載の石英ガラス繊維含有基板。
- 前記(A)石英ガラス繊維の繊維径が3μm~9μmであり、かつ仮想温度が1,200℃~1,600℃のものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の石英ガラス繊維含有基板。
- 前記樹脂組成物が、さらに(E)成分として、シリコーン樹脂、硬化性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、(メタ)アクリル樹脂から選択される少なくとも1種類の硬化性樹脂を含むものであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の石英ガラス繊維含有基板。
- 前記(B)成分のマレイミド化合物が、下記一般式(1)及び/又は(2)で表されるものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の石英ガラス繊維含有基板。
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