JP7295506B2 - 硬化性樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、硬化性樹脂組成物に関し、プリント配線板のスルーホール等の貫通孔や凹部の穴埋め用充填材として使用できる硬化性樹脂組成物に関する。
近年の電子機器に対する小型化・高機能化の要求に伴い、配線板の分野においても更なる多層化や高密度化求められている。例えば、一つの基板上に電源回路、高周波回路、デジタル回路等の複数の回路要素を実装した配線板等も提案されている。
このような複数の回路要素を実装する基板では、各回路要素から発生するノイズが隣接する回路要素に影響を与えるため、各回路要素を一定の間隔を設けて実装するか、あるいは各回路要素間にシールドを設ける必要がある。そのため、複数の回路要素を実装する基板を小型化、高密度化するのが困難である。
上記問題に対して、例えば特許文献1には、多層配線基板において各基板の間に磁性体層を設けたり、貫通ビアを磁性材料で充填することで、複数の回路要素を多層基板上に実装した場合であっても、小型かつ低コストでノイズを低減できることが提案されている。また、特許文献2には、多層配線板において、電気的な層間接続のために貫通孔やバイアホールに、磁性フィラーを含む導電性ペーストを用いて穴埋めすることが提案されている。
一方、プリント配線板の高機能化に伴い、スルーホールやビアホールの壁面のめっき膜のうち、層間の導通に関係のない余剰な部分を除去することで、周波数特性を向上させることが行われている。例えば、特許文献3には、バックドリル工法と呼ばれる手法を用いてスルーホールやビアホールを途中まで掘削した穴部を備えたプリント配線板が提案されている。
特開2017-017175号公報 特開2001-203463号公報 特表2007-509487号公報
高周波帯用インダクタ素子において、特性として高いQ値が求められる。高周波用インダクタ素子を構成する絶縁層の比透磁率(μ’)を高めることで、Q値を向上させることができる。したがって、絶縁層の比透磁率を高くすることのできる材料が求められている。また、素子の小型化や高密度化に伴い、塗膜の形成、小径や狭ギャップへの充填性が求められており、ペースト状の磁性材料の要求も高まっている。
上記要求に対して、バルク磁性体に近い比透磁率とするためにはペースト状磁性材料中の磁性粉体含有量を増加させればよいと考えられるが、磁性粉体の含有量が高くなるとばらつきのない塗膜を形成しにくくなる。特に、磁性粉体の配合量の多いペースト状磁性材料では、経時的に粘度が変化しやすく、ばらつきのない塗膜を形成することが困難である。また、塗膜形成後も経時的に比透磁率が変化してしまい比透磁率が一定の安定した塗膜を形成することが困難であった。
したがって、本発明の目的は、配線形成の自由度が高いプリント配線板に塗布や充填可能なペーストとして好適に使用できる硬化性樹脂組成物であって、ばらつきのない塗膜形成が可能であり、経時的に安定して高い比透磁率を有する硬化物が得られる硬化性樹脂組成物を提供することである。
本発明者らは、ペースト状磁性材料においてばらつきのない塗膜が形成しにくいことや、経時的に比透磁率が変化してしまう原因を調べたところ、ペースト状磁性材料中の成分が常温でも一定以上に揮発するために経時的に粘度が変化し、ばらつきのない塗膜形成を困難にしているとの知見を得た。また、塗膜形成後においても特定成分の経時的な揮発によって比透磁率が変化してしまうことが判明した。本発明はかかる知見によるものである。即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
[1] 熱硬化性樹脂と、硬化剤と、磁性粉体と、希釈成分と、を含んでなる硬化性樹脂組成物であって、
前記熱硬化性樹脂は、熱重量分析による5%重量減少温度が180℃超であり、
前記希釈成分は、熱重量分析による5%重量減少温度が50℃以上、180℃以下であることを特徴とする、硬化性樹脂組成物。
[2] 前記希釈成分が、前記熱硬化性樹脂および前記希釈成分の総量に対して30質量%以下含まれる、[1]に記載の硬化性樹脂組成物。
[3] 前記熱硬化性樹脂が液状である、[1]に記載の硬化性樹脂組成物。
[4] 前記熱硬化性樹脂は、粘度が1Pa・s以下のエポキシ樹脂を含む、[1]に記載の硬化性樹脂組成物。
[5] 前記エポキシ樹脂を、前記熱硬化性樹脂全体に対して35質量%以上含む、[4]に記載の硬化性樹脂組成物。
[6] プリント配線板の貫通孔または凹部の充填材として使用される、[1]に記載の硬化性樹脂組成物。
本発明によれば、熱硬化性樹脂、硬化剤、および磁性粉体を含む硬化性樹脂組成物において、熱重量分析による5%重量減少温度が180℃超である熱硬化性樹脂と、熱重量分析による5%重量減少温度が50℃以上、180℃以下である希釈成分とを含むことにより、ばらつきのない塗膜の形成が可能であり、経時的に安定して高い比透磁率を有する硬化物が得られる硬化性樹脂組成物とすることができるため、配線形成の自由度が高いプリント配線板に塗布や充填可能なペーストとして好適に使用できる。また、10MHz~200MHzにおいて高い比透磁率が必要とされる高周波用インダクタ素子の絶縁材料として好適に使用することができる。
<硬化性樹脂組成物>
本発明の硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂と、硬化剤と、磁性粉体と、希釈成分とを必須成分として含む。なお、本明細書において「液状」とは、20℃および40℃の少なくとも一方の温度において流動性を有する液状状態または半液体状態(ペースト状態)にあることをいうものとする。以下、各成分について詳述する。
[熱硬化性樹脂]
本発明による硬化性樹脂組成物に含まれる熱硬化性樹脂としては、熱重量分析による5%重量減少温度が180℃超であるものであれば、熱により硬化し得る化合物を特に制限なく使用することができる。より好ましい5%重量減少温度は200℃超である。なお、本明細書において「熱重量分析による5%重量減少温度」とは、示差熱量重量測定装置(例えば、TG/DTA6200、株式会社日立ハイテクサイエンスや、TGA5500、ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社等)を用いて、Air雰囲気下、測定サンプル重量10mg~30mgをアルミパン(非気密型)に入れ、昇温速度10℃/分の条件で20℃から500℃まで昇温した際のサンプルの重量が、加熱前のサンプル重量に対して5%重量減少した温度を意味する。なお、熱硬化性樹脂が溶媒等で希釈されている場合は、当該溶媒を除いた熱硬化性樹脂単体での重量減少温度を測定するものとする。
熱硬化性樹脂としては、イソシアネート化合物、ブロックイソシアネート化合物、アミノ樹脂、カルボジイミド樹脂、シクロカーボネート化合物、エポキシ樹脂、オキセタン化合物、エピスルフィド樹脂、ユリア(尿素)樹脂、メラミン樹脂などのトリアジン環を有する樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド化合物などのマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノールA型シアネート樹脂、ビスフェノールE型シアネート樹脂、テトラメチルビスフェノールF型シアネート樹脂等のビスフェノール型シアネート樹脂などのシアネートエステル樹脂、シリコーン樹脂など公知慣用のものが挙げられる。これらは、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でもエポキシ樹脂が好ましい。
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制限なく使用することができる。例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールE(AD)型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂等のビスフェノール型骨格を有するエポキシ樹脂、後記するフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAのノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、リン含有エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ノルボルネン型エポキシ樹脂、アダマンタン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、後記するアミノフェノール型エポキシ樹脂、アミノクレゾール型エポキシ樹脂、アルキルフェノール型エポキシ樹脂等を挙げることができる。上記したエポキシ樹脂は1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でも、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールE(AD)型エポキシ樹脂が好ましい。また、ビスフェノール型骨格を有するエポキシ樹脂は液状、半固形、固形のいずれでもよいが、充填性の観点から液状であることが好ましい。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の2種を併用して用いることが好ましい。これらの市販品としては、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製のZX-1059(ビスフェノールA型・ビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合品)や三菱ケミカル株式会社製のjER 828、同jER 834、同jER 1001(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)、同jER 807、同jER 4004P(ビスフェノールF型エポキシ樹脂)、エア・ウォーター社製のR710(ビスフェノールE型エポキシ樹脂)等が挙げられる。
また、本発明の硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂として、多官能エポキシ樹脂を含むこともできる。多官能エポキシ樹脂としては、ヒドロキシベンゾフェノン型液状エポキシ樹脂である株式会社ADEKA製のEP-3300E等、アミノフェノール型液状エポキシ樹脂(パラアミノフェノール型液状エポキシ樹脂)である三菱ケミカル株式会社製のjER 630、住友化学株式会社製のELM-100等、グリシジルアミン型エポキシ樹脂である三菱ケミカル株式会社製のjER 604、日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製のエポトートYH-434、住友化学工業株式会社製のスミエポキシELM-120、フェノールノボラック型エポキシ樹脂であるダウ・ケミカル社製のD.E.N.431等が挙げられる。これら多官能エポキシ樹脂は1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明において、熱硬化性樹脂は、硬化性樹脂組成物の塗膜形成性、すなわち印刷適性等の塗布性の観点から、固体状よりも液状であることが好ましい。特に、印刷適性と充填性の観点から、熱硬化性樹脂は、25℃での粘度が5Pa・s以下であることが好ましく、3Pa・s以下がより好ましく、1Pa・s以下がさらに好ましい。
上記した熱硬化性樹脂の配合量は、組成物全体に対して3質量%以上、25質量%以下であることが好ましく、5質量%以上、15質量%以下であることがより好ましい。
また、上記した熱重量分析による5%重量減少温度が180℃超である熱硬化性樹脂として、25℃での粘度が1Pa・s以下のエポキシ樹脂を含むことが好ましい。このような低粘度のエポキシ樹脂を含むことにより、磁性粉体やその他のフィラーを高充填できるとともに、硬化性樹脂組成物の粘度を低くすることができるため印刷適性が向上し、プリント配線板に適用した場合には配線形成の自由度を高くすることができる。なお、本明細書において、粘度は、JIS Z 8803:2011の10「円すい-平板形回転粘度計による粘度測定方法」に準拠して測定した粘度を意味し、具体的には、コーンプレート型粘度計(TVE-33H、東機産業株式会社製)を用い、粘度が10Pa・s未満である液状物では3°×R14のコーン・ロータを使用し、粘度が10~300Pa・sのペースト状物では3°×R9.7のコーン・ロータを使用して、25℃、5.0rpm、30秒の条件にて測定した値をいうものとする。
粘度が1Pa・s以下のエポキシ樹脂の配合量は、熱重量分析による5%重量減少温度が180℃超である熱硬化性樹脂全体に対して35質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましい。
[希釈成分]
本発明による硬化性樹脂組成物は、熱重量分析による5%重量減少温度が50℃以上、180℃以下である希釈成分を含む。このような希釈成分を含むことにより、ばらつきのない塗膜の形成が可能であり、経時的に安定して高い比透磁率を有する硬化物が得られる硬化性樹脂組成物とすることができる。この理由は必ずしも定かではないが以下のように推測される。すなわち、硬化性樹脂組成物が、上記した熱重量分析による5%重量減少温度が180℃超である熱硬化性樹脂と、熱重量分析による5%重量減少温度が50℃以上、180℃以下である希釈成分を含有することによって、塗膜形成時のような室温環境下において、硬化性樹脂組成物中の成分が揮発しにくいため経時的に粘度が急激に変化することが抑制される。その結果、硬化性樹脂組成物の塗布性(印刷適性)が向上し、ばらつきのない膜厚の塗膜を形成し易くなる。また、塗膜形成後も、硬化性樹脂組成物を硬化させるまでの間の粘度変化が少ないため磁性粉体が凝集したり沈殿することが抑制されるため、経時的に比透磁率が低下することのない安定した比透磁率を有する硬化物が得られるものと考えられる。さらに、硬化性樹脂組成物を硬化させる際(すなわち、加熱時)に希釈成分の大部分が揮発して収縮するため、硬化物中の体積あたりの磁性粉体割合が増加し、比透磁率が向上するものと考えられる。しかしながら、上記した作用機序はあくまでも推測の域であって必ずしもこの限りではない。
塗膜の均一性および比透磁率の観点から、希釈成分の熱重量分析による5%重量減少温度は60℃以上、160℃以下であることが好ましく、70℃以上、150℃以下であることがより好ましく、80℃以上、140℃以下がさらに好ましい。
熱重量分析による5%重量減少温度が50℃以上、180℃以下である希釈成分としては、例えば、LDO等の脂環式エポキシ樹脂や、低分子量のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が挙げられ、例えばブチルグリシジルエーテル、エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテルなどを用いることができる。また、有機溶剤であるケトン類、芳香族炭化水素類、グリコールエーテル類、グリコールエーテルアセテート類、エステル類、アルコール類、脂肪族炭化水素、石油系溶剤等を用いることもできる。これら希釈成分は1種を単独で用いてもよく、2種以上の混合物として用いることができる。
上記した希釈成分は、必ずしも硬化性樹脂組成物の硬化時に全てが揮発される必要はなく、一部は熱硬化性樹脂とともに硬化反応時の一成分として作用してもよい。例えばLDO等の脂環式エポキシ樹脂を希釈成分として使用すると、硬化収縮が大きくなるため、硬化物の比透磁率を顕著に向上させることができる。また、熱硬化性樹脂が有する反応性官能基と同じ官能基を有する化合物を希釈成分として使用することにより、熱硬化性樹脂との親和性が向上し、硬化性樹脂組成物の粘度変化を抑制できるため、ばらつきのない塗膜を形成し易くなる。例えば、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場合に、希釈成分としてLDOや、ジプロピレングリコールメチルエーテルやジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等を使用すると樹脂成分と親和性が高く、経時的な塗膜形成性が向上する。
上記した希釈成分の配合量は、熱硬化性樹脂と希釈成分の総量に対して30質量%以下であることが好ましく、比透磁率の経時的安定性と塗膜形成性との観点から5~20質量%であることがより好ましい。
[硬化剤]
本発明による硬化性樹脂組成物は、上記した熱硬化性樹脂を硬化させるための硬化剤を含む。硬化剤としては、熱硬化性樹脂を硬化させるために一般的に使用されている公知の硬化剤を使用することができ、例えばアミン類、イミダゾール類、多官能フェノール類、酸無水物、イソシアネート類、およびこれらの官能基を含むポリマー類があり、必要に応じてこれらを複数用いても良い。アミン類としては、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン等がある。イミダゾール類としては、アルキル置換イミダゾール、ベンゾイミダゾール等がある。また、イミダゾール化合物はイミダゾールアダクト体等のイミダゾール潜在性硬化剤であってもよい。多官能フェノール類としては、ヒドロキノン、レゾルシノール、ビスフェノールAおよびそのハロゲン化合物、さらに、これにアルデヒドとの縮合物であるノボラック、レゾール樹脂等がある。酸無水物としては、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等がある。イソシアネート類としては、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等があり、このイソシアネートをフェノール類等でマスクしたものを使用しても良い。これら硬化剤は1種類を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記した硬化剤のなかでも、アミン類やイミダゾール類を導電部および絶縁部との密着性、保存安定性、耐熱性の観点から好適に使用することができる。炭素数2~6のアルキレンジアミン、炭素数2~6のポリアルキレンポリアミン、炭素数8~15である芳香環含有脂肪族ポリアミンなどの脂肪族ポリアミンのアダクト化合物、またはイソホロンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサンなどの脂環式ポリアミンのアダクト化合物、または上記脂肪族ポリアミンのアダクト化合物と上記脂環式ポリアミンのアダクト化合物との混合物を主成分とするものが好ましい。
上記脂肪族ポリアミンのアダクト化合物としては、当該脂肪族ポリアミンにアリールグリシジルエーテル(特にフェニルグリシジルエーテルまたはトリルグリシジルエーテル)またはアルキルグリシジルエーテルを付加反応させて得られるものが好ましい。また、上記脂環式ポリアミンのアダクト化合物としては、当該脂環式ポリアミンにn-ブチルグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル等を付加反応させて得られるものが好ましい。
脂肪族ポリアミンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミンなど炭素数2~6のアルキレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレントリアミンなど炭素数2~6のポリアルキレンポリアミン、キシリレンジアミンなど炭素数8~15の芳香環含有脂肪族ポリアミンなどが挙げられる。変性脂肪族ポリアミンの市販品の例としては、例えばフジキュアFXE-1000またはフジキュアFXR-1020、フジキュアFXR-1030、フジキュアFXR-1080、フジキュアFXR-1090M2(株式会社T&K TOKA製)、アンカミン2089K、サンマイドP-117、サンマイドX-4150、アンカミン2422、サーウェットR、サンマイドTX-3000、サンマイドA-100(エボニックジャパン株式会社製)等が挙げられる。
脂環式ポリアミンとしては、イソホロンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ノルボルネンジアミン、1,2-ジアミノシクロヘキサン、ラロミン等を例示することができる。変性脂環式ポリアミンの市販品としては、例えばアンカミン1618、アンカミン2074、アンカミン2596、アンカミン2199、サンマイドIM-544、サンマイドI-544、アンカミン2075、アンカミン2280、アンカミン1934、アンカミン2228(エボニックジャパン株式会社製)、ダイトクラールF-5197、ダイトクラールB-1616(大都産業株式会社製)、フジキュアFXD-821、フジキュア4233(株式会社T&K TOKA製)、jERキュア113(三菱ケミカル株式会社製)、ラロミンC-260(BASFジャパン株式会社製)等が挙げられる。その他、ポリアミン型硬化剤として、EH-5015S(株式会社ADEKA製)等が挙げられる。
イミダゾール類としては、例えば、エポキシ樹脂とイミダゾールの反応物等を言う。例えば、2-メチルイミダゾール、4-メチル-2-エチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、4-メチル-2-フェニルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール等を挙げることができる。イミダゾール化合物の市販品としては、例えば、2E4MZ、C11Z、C17Z、2PZ等のイミダゾール類や、2MZ-A、2E4MZ-A等のイミダゾールのAZINE(アジン)化合物、2MZ-OK、2PZ-OK等のイミダゾールのイソシアヌル酸塩、2PHZ、2P4MHZ等のイミダゾールヒドロキシメチル体(これらはいずれも四国化成工業株式会社製)等を挙げることができる。イミダゾール型潜在性硬化剤の市販品としては、例えば、キュアダクトP-0505(四国化成工業株式会社製)等を挙げることができる。
上記した硬化剤の配合量は、組成物全体に対して固形分換算で0.4質量%以上2.5質量%以下であることが好ましい。
[磁性粉体]
本発明による硬化性樹脂組成物は磁性粉体を含む。磁性粉体が含まれることにより、近傍電磁界におけるノイズ電磁波を抑制ないし吸収することができるため、複数の回路要素を実装した場合であってもノイズ抑制等の特性に優れたプリント配線板とすることができる。また、1MHz~200MHzにおいて高い比透磁率が必要とされる高周波用インダクタ素子の絶縁材料として好適に使用することができる。
磁性粉体としては、特に制限なく使用することができ、Mg-Zn系フェライト、Mn-Zn系フェライト、Mn-Mg系フェライト、Cu-Zn系フェライト、Mg-Mn-Sr系フェライト、Ni-Zn系フェライト等のスピネル型フェライト類、Ba-Zn系フェライト、Ba-Mg系フェライト、Ba-Ni系フェライト、Ba-Co系フェライト、Ba-Ni-Co系フェライト等の六方晶型フェライト類、Y系フェライト等のガーネット型フェライト類等の非導電性の磁性材料や、純鉄粉末、Fe-Si系合金粉末、Fe-Si-Al系合金粉末、Ni粉末、Fe-Ni系合金粉末、Fe-Ni-Mo系合金粉末、Fe-Ni-Mo-Cu系合金粉末、Fe-Co系合金粉末、Fe-Ni-Co系合金粉末、Fe-Cr系合金粉末、Fe-Cr-Si系合金粉末、Fe-Ni-Cr系合金粉末、あるいはFe-Cr-Al系合金粉末などのFe合金類、Ni合金類、Fe基アモルファス、Co基アモルファスなどのアモルファス合金類等の導電性磁性材料が挙げられる。
本発明による硬化性樹脂組成物の硬化物に絶縁性が要求される場合には、磁性粉体として非導電性の磁性粉体を使用する必要があるが、導電性磁性粉体であっても、配合量を調整したり、その表面を絶縁性の無機材料または有機材料で被覆することで、非導電性磁性粉体を使用することができる。
また、磁性粉体としては、市販の磁性フィラーを用いることができる。市販の磁性フィラーの具体例としては、山陽特殊製鋼株式会社製「PST-S」、エプソンアトミックス株式会社製「AW2-08PF20F」、「AW2-08PF10F」、「AW2-08PF8F」、「AW2-08PF3F」、「Fe-3.5Si-4.5CrPF20F」、「Fe-50NiPF20F」、「Fe-80Ni-4MoPF20F」、JFEケミカル株式会社製「LD-M」、「LD-MH」、「KNI-106」、「KNI-106GSM」、「KNI-106GS」、「KNI-109」、「KNI-109GSM」、「KNI-109GS」、戸田工業株式会社製「KNS-415」、「BSF-547」、「BSF-029」、「BSN-125」、「BSN-714」、「BSN-828」、日本重化学工業株式会社製「JR09P2」等が挙げられる。磁性体は1種類を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
磁性粉体の形状は、特に制限されるものではなく、球状、針状、板状、鱗片状、中空状、不定形状、六角状、キュービック状、薄片状など挙げられる。
また、これら磁性粉体の平均粒径は、磁性フィラーの分散性、穴部への充填性、穴埋めした部分に配線層を形成した際の平滑性等を考慮すると、0.1μm~25μm、好ましくは0.1μm~15μmの範囲が適当である。なお、平均粒径とは平均一次粒径を意味し、平均粒径(D50)は、レーザー回折/散乱法により測定することができる。
上記した磁性粉体は、硬化性樹脂組成物全体に対して60~94質量%の割合で含まれることが好ましく、75~94質量%の割合がより好ましく、85~94質量%の割合がさらに好ましい。磁性フィラーの含有量を上記範囲内とすることにより、ノイズ抑制等の特性と硬化性樹脂組成物の充填性とを、より高いレベルで両立することができる。
また、硬化性樹脂組成物中での均一分散性の観点から、分散剤を併用してもよい。分散剤として、酸性基または塩基性基またはその両方を有するリン酸エステルやアクリルコポリマー、ポリアミン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアクリレートおよびそれらのリン酸塩、アルキルアンモニウム塩等を好適に使用することができる。上記した分散剤は、単独で使用してもよくまた複数を組み合わせて使用してもよい。
[その他の成分]
本発明による硬化性樹脂組成物は、上記した熱硬化性樹脂と併用して光硬化性樹脂が含まれていてもよい。光硬化性樹脂としては、活性エネルギー線によってラジカル性の付加重合反応により硬化し得る硬化性樹脂が挙げられる。分子中に1個以上のエチレン性不飽和基を有するラジカル性の付加重合反応性成分の具体例としては、例えば、慣用公知のポリエステル(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、カーボネート(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート等が挙げることができる。具体的には、エチレングリコール、メトキシテトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコールのジアクリレート類;N,N-ジメチルアクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド等のアクリルアミド類;N,N-ジメチルアミノエチルアクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリレート等のアミノアルキルアクリレート類;ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリス-ヒドロキシエチルイソシアヌレート等の多価アルコールまたはこれらのエチレオキサイド付加物、プロピレンオキサイド付加物、もしくはε-カプロラクトン付加物等の多価アクリレート類;フェノキシアクリレート、ビスフェノールAジアクリレート、およびこれらのフェノール類のエチレンオキサイド付加物もしくはプロピレンオキサイド付加物等の多価アクリレート類;グリセリンジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレート等のグリシジルエーテルの多価アクリレート類;前記に限らず、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートジオール、水酸基末端ポリブタジエン、ポリエステルポリオール等のポリオールを直接アクリレート化、もしくは、ジイソシアネートを介してウレタンアクリレート化したアクリレート類およびメラミンアクリレート、および前記アクリレートに対応する各メタクリレート類の少なくとも何れか一種等が挙げられる。なお、本明細書において、(メタ)アクリレートとは、アクリレート、メタクリレート及びそれらの混合物を総称する用語で、他の類似の表現についても同様である。上記した光硬化性樹脂は、液状であることが好ましい。
また、本発明の硬化性樹脂組成物においてエポキシ樹脂との熱硬化反応を促進させる場合や、本発明の組成物をアルカリ現像型の硬化性樹脂組成物とする場合には、硬化性樹脂として、カルボキシル基含有樹脂を用いることが好ましい。カルボキシル基含有樹脂は、エチレン性不飽和基を有するカルボキシル基含有感光性樹脂であってもよく、また、芳香環を有しても有さなくてもよい。
本発明の硬化性樹脂組成物に光硬化性樹脂が含まれる場合は、光重合開始剤を添加することが好ましい。この光重合開始剤としては、例えばベンゾイン、ベンゾインメチルエ-テル、ベンゾインエチルエ-テル、ベンゾインイソプロピルエ-テル、ベンゾインイソブチルエ-テル、ベンジルメチルケタ-ルなどのベンゾイン化合物とそのアルキルエ-テル類;アセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジエトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1,1-ジクロロアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノ-プロパン-1-オンなどのアセトフェノン類;メチルアントラキノン、2-エチルアントラキノン、2-ターシャリ-ブチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン、2-アミルアントラキノンなどのアントラキノン類;チオキサントン、2、4-ジエチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントンなどのチオキサントン類;アセトフェノンジメチルケタ-ル、ベンジルジメチルケタ-ルなどのケタ-ル類;ベンゾフェノン、4,4-ビスメチルアミノベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類などが挙げられる。これらは単独または2種類以上を混合して使用することが可能であり、さらにトリエタノ-ルアミン、メチルジエタノ-ルアミン等の第3級アミン;2-ジメチルアミノエチル安息香酸、4-ジメチルアミノ安息香酸エチルなどの安息香酸誘導体などの光重合開始助剤等と組み合わせて使用することができる。
また、本発明による硬化性樹脂組成物は、組成物の硬化収縮による応力緩和や線膨張係数の調整のため、本発明の効果を損なわない範囲で上記した磁性粉体以外のフィラーが含まれていてもよい。フィラーとしては特に制限されるものではなく、従来公知のフィラーを使用することができ、例えば、シリカ、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、マイカ、タルク等が挙げられる。これらフィラーは1種類を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらのフィラーのなかでも、低吸湿性、低体積膨張性に優れる炭酸カルシウムやシリカ、硫酸バリウム、酸化アルミニウムが好適に用いられ、なかでもシリカおよび炭酸カルシウムがより好適に用いられる。シリカとしては、非晶質、結晶のいずれであってもよく、これらの混合物でもよい。特に非晶質(溶融)シリカが好ましい。また、炭酸カルシウムとしては、天然の重質炭酸カルシウム、合成の沈降炭酸カルシウムのいずれであってもよい。
本発明による硬化性樹脂組成物には、チキソ性を付与するために脂肪酸で処理したフィラー、または有機ベントナイト、タルクなどの不定形フィラーを添加することができる。
また、本発明の硬化性樹脂組成物には、シラン系カップリング剤が含まれていてもよい。シラン系カップリング剤を配合することにより、上記した磁性粉体やフィラーと熱硬化性樹脂との密着性を向上させ、その硬化物におけるクラックの発生を抑えることが可能となる。
本発明による硬化性樹脂組成物には、その他必要に応じて、フェノール化合物、ホルマリンおよび第一級アミンを反応させて得られるオキサジン環を有するオキサジン化合物を配合してもよい。オキサジン化合物を含有することにより、プリント配線板の穴部に充填された硬化性樹脂組成物を硬化した後、形成された硬化物上に無電解めっきを行なう際、過マンガン酸カリウム水溶液などによる硬化物の粗化を容易にし、めっきとのピール強度を向上させることができる。
また、本発明による硬化性樹脂組成物には、フタロシアニン・ブルー、フタロシアニン・グリーン、ジスアゾイエロー、酸化チタン、カーボンブラック、ナフタレンブラックなどの公知の着色剤を添加してもよい。
また、保管時の保存安定性を付与するために、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、tert-ブチルカテコール、ピロガロール、フェノチアジンなどの公知の熱重合禁止剤や、粘度などの調整のために、クレー、カオリン、有機ベントナイト、モンモリロナイトなどの公知の増粘剤、チキソトロピー剤を添加することができる。その他、シリコーン系、フッ素系、高分子系などの消泡剤、レベリング剤やイミダゾール系、チアゾール系、トリアゾール系、シランカップリング剤などの密着性付与剤のような公知の添加剤類を配合することができる。特に、有機ベントナイトを用いた場合、穴部表面からはみ出した部分が研磨・除去し易い突出した状態に形成され易く、研磨性に優れたものとなるので好ましい。
本発明による硬化性樹脂組成物は、塗布性(印刷適性)を考慮すると粘度は5~250Pa・sであることが好ましく、7~200Pa・sであることがより好ましく、10~150Pa・sであることがさらに好ましい。硬化性樹脂組成物の粘度は、上記した熱重量分析による5%重量減少温度が50℃以上、180℃以下である希釈成分の配合量や、熱重量分析による5%重量減少温度が180℃超の熱硬化性樹脂の成分の種類やその配合量等によって調整することができる。
<硬化性樹脂組成物の用途>
上記した硬化性樹脂組成物は広く一般的に使用することができるが、プリント配線板の硬化膜の形成用であることが好ましく、永久保護膜の形成用であることがより好ましく、ソルダーレジスト、層間絶縁層、カバーレイまたは穴埋め用の充填(材)として使用することがさらに好ましい。これらの用途のなかでも、穴埋め用充填材、具体的にはプリント配線板のスルーホール等の貫通孔や凹部の穴埋め用充填材として使用するのが特に好ましい。
上記した硬化性樹脂組成物を穴埋め用充填材として使用する場合、充填材は、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、ダイコーティング法、真空印刷法など公知のパターニング方法を用いて、例えば多層プリント配線板の貫通孔の穴部や底部を有する凹部に充填することができる。硬化性樹脂組成物が充填される穴部の内径としては0.05~0.8mm、深さとしては0.4~10mmであることが好ましい。また、硬化性樹脂組成物が充填される凹部の内径としては0.1mm以上、深さ0.8mm以下であることが好ましい。このとき、硬化性樹脂組成物を穴部や凹部から少しはみ出るように完全に充填することが好ましい。
穴部や凹部を液状硬化性樹脂組成物で充填した多層プリント配線板を、例えば80~160℃で30~180分程度加熱することにより、硬化性樹脂組成物が硬化し、硬化物が形成される。硬化物のうち穴埋め後に基板表面からはみ出している不必要部分を物理研磨により容易に除去する観点から、硬化性樹脂組成物の硬化は2段階で行ってもよい。すなわち、より低い温度で硬化性樹脂組成物を予備硬化させておき、その後に本硬化(仕上げ硬化)することができる。予備硬化としての条件は、80~110℃で30~180分程度の加熱が好ましい。予備硬化した硬化物の硬度は比較的に低いため、基板表面からはみ出している不必要部分を物理研磨により容易に除去でき、平坦面とすることができる。その後、加熱して本硬化させる。本硬化としての条件は、130~180℃で30~180分間程度の加熱が好ましい。
硬化は、予備硬化および本硬化のいずれにおいても、熱風循環式乾燥炉、IR炉、ホットプレート、コンベクションオーブン等(蒸気による空気加熱方式の熱源を備えたものを用いて乾燥機内の熱風を向流接触せしめる方法およびノズルより被硬化物に吹き付ける方式)を用いて行うことができる。この中でも特に、熱風循環式乾燥炉が好ましい。この際、低膨張性のために硬化物は殆ど膨張も収縮もせず、寸法安定性良く低吸湿性、密着性、電気絶縁性等に優れた最終硬化物となる。なお、予備硬化物の硬度は、予備硬化の加熱時間、加熱温度を変えることによってコントロールすることができる。
また、本発明においては、必要に応じて、硬化性樹脂組成物に活性エネルギー線を照射して硬化させても良い。硬化性樹脂組成物に、カルボキシル基含有感光性樹脂などの光硬化性樹脂が含まれる場合は、例えば、高圧水銀灯ランプやメタルハライドランプ搭載の紫外線露光機を用いて約500~2000mJ/cmの積算光量で露光(光照射)を行うことにより、露光部(光照射された部分)が硬化する。さらに例えば、約100~180℃の温度に加熱して熱硬化(ポストキュア)させることができる。
上記のようにして硬化性樹脂組成物を硬化させた後、プリント配線板の表面からはみ出した硬化物の不要部分を、公知の物理研磨方法により除去し、平坦化した後、表面の配線層を所定パターンにパターニングして、所定の回路パターンが形成される。なお、必要に応じて過マンガン酸カリウム水溶液などにより硬化物の表面粗化を行った後、無電解めっきなどにより硬化物上に配線層を形成してもよい。
次に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。なお、以下において「部」および「%」とあるのは、特に断りのない限り全て質量基準である。
<硬化性樹脂組成物の調製>
下記表1に示す種々の成分を各表に示す割合(質量部)にて配合し、攪拌機にて混合し、実施例1~6および比較例1、2の各硬化性樹脂組成物を調製した。なお、表中の磁性粉体の配合量は、各硬化性樹脂組成物において重量基準で一定となるように調整した。また、表中の希釈成分含有割合は、熱硬化性樹脂と希釈成分の総量に対しての含有割合(質量%)を表し、粘度が1Pa・s以下のエポキシ樹脂の含有割合は、熱重量分析による5%重量減少温度が180℃超の熱硬化性樹脂全体に対しての含有割合(質量%)を表す。また、磁性粉体の含有割合は、組成物全体に対しての含有割合(質量%)を表す。
なお、表1中の*1~*9は、以下の成分を表す。
*1:脂環式エポキシ樹脂(巴工業株式会社製、LDO、5%重量減少温度:109.1℃)
*2:1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル(三菱ケミカル株式会社、YED216D、5%重量減少温度:172.0℃)
*3:ジプロピレングリコールメチルエーテル(ダウ・ケミカル日本株式会社製、ダワノールDPM、5%重量減少温度:78.5℃)
*4:エタノール、IPA、NPAの混合溶剤(甘糟化学株式会社製、アルコゾールK、熱重量分析による5%重量減少温度:23.4℃(混合溶剤としての5%重量減少温度))
*5:トリグリシジルアミノフェノール型エポキシ樹脂(三菱ケミカル株式会社製、jER 630、粘度:0.5~1Pa・s、液状エポキシ樹脂、5%重量減少温度:250.6℃)
*6:ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の50:50混合品(日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製ZX-1059、粘度:1.9~2.6Pa・s、液状エポキシ樹脂、5%重量減少温度:271.5℃)
*7:アモルファス合金磁性粉体(エプソンアトミックス株式会社製、AW02-08PF8F、平均粒径5μm)
*8:酸基を含む共重合化合物(ビッグケミージャパン株式会社製、DISPERBYK-111)
*9:イミダゾール型硬化剤(四国化成工業株式会社製、2MZA-PW)
混合品)
なお、5%重量減少温度は、示差熱量重量測定装置(TG/DTA6200、株式会社日立ハイテクサイエンス)を用いて、Air雰囲気下、測定サンプル重量10~20mg、アルミパン(非気密型)、10℃/分の昇温速度、20~500℃の測定温度にて行った。
<印刷適性の評価>
調製した各硬化性樹脂組成物を、粘度調整せずに銅箔基板(150mm×95mm、厚さ18μm)表面に80メッシュで2回スクリーン印刷を行い、硬化後の膜厚が100μmとなるように塗膜を形成した。次いで、熱風循環式乾燥炉(ヤマト科学株式会社製DF610)にて150℃×30分の熱処理を2回行うことにより硬化塗膜を形成した。
印刷適性は、硬化塗膜の膜厚にばらつきがあるか(膜厚制御)を確認した。膜厚はデジマチックマイクロメーター(株式会社ミツトヨ製)を用いて、硬化塗膜内の15mm等間隔の5点を測定し、最高値と最低値を確認した。印刷適性の評価基準は以下のとおりとした。
○:最高値と最低値の差が30μm以下
△:最高値と最低値の差が30μm超、50μm以下
×:最高値と最低値の差が50μm超
評価結果は下記の表1に示されるとおりであった。
<印刷適性の経時安定性の評価>
実際の塗膜形成工程を再現するため、調製した各硬化性樹脂組成物を一旦、開放系の容器であるハイレジストBHR-150に50g投入し、25℃で20分間静置した後、上記と同様にして、粘度調整せずに銅箔基板表面に塗膜し、硬化させて硬化塗膜を形成した。
得られた硬化塗膜について、上記と同様にして印刷適性の評価を行った。印刷適性の評価基準は以下のとおりとした。
○:最高値と最低値の差が30μm以下
△:最高値と最低値の差が30μm超、50μm以下
×:最高値と最低値の差が50μm超
評価結果は下記の表1に示されるとおりであった。
<磁性特性の評価>
調製した各硬化性樹脂組成物を、粘度調整を行わずに、エッチアウト板に貼り付けた銅箔表面にスクリーン印刷を行い、硬化後の膜厚が150μmとなるように塗膜を形成した。次いで、熱風循環式乾燥炉(ヤマト科学株式会社製DF610)にて150℃×45分間の熱処理により硬化塗膜を形成した。
続いて、硬化塗膜を銅箔から剥離し、剥離した硬化塗膜を外径1.7cm、内径0.5cmのトロイダル形状に切り出し、評価試験片を作製した。
上記のようにして得られた各評価試験片について、Keysight社製インピーダンスアナライザE4291Bを用いて、温度25℃、100MHzでの比透磁率(μ’)を測定した。測定結果は下記表1に示されるとおりであった。
<磁性特性の経時安定性の評価>
実際の塗膜形成工程を再現するため、調製した各硬化性樹脂組成物を一旦、開放系の容器であるハイレジストBHR-150に50g投入し、25℃で20分間静置した後、上記と同様にして、粘度調整せずにエッチアウト板に貼り付けた銅箔表面に塗膜し、硬化させて硬化塗膜を形成した。
続いて、硬化塗膜を銅箔から剥離し、剥離した硬化塗膜を外径1.7cm、内径0.5cmのトロイダル形状に切り出し、評価試験片を作製し、上記と同様にして比透磁率の測定を行った。磁性特性の経時的安定性の評価基準は以下のとおりとした。
〇:比透磁率が、<磁性特性の評価>において測定した値より低下していない
×:比透磁率が、<磁性特性の評価>において測定した値より低下している
評価結果は下記表1に示されるとおりであった。なお、表中「-」とあるのは、硬化塗膜を形成できず、比透磁率を測定できなかったことを表す。
Figure 0007295506000001
表1の評価結果からも明らかなように、本発明による硬化性樹脂組成物(実施例1~6)は、印刷適性の経時安定性が優れているとともに、比透磁率の経時安定性も優れていることがわかる。さらに、希釈成分を含まない比較例2と比較して、比透磁率を向上させており、磁性特性に優れていることがわかる。
一方、熱重量分析による5%重量減少温度が50℃未満である希釈成分を含む硬化性樹脂組成物(比較例1)では、当該組成物を放置すると室温でも組成物中の成分の一部が揮発し、印刷適性の経時安定性が不十分であることがわかる。
また、希釈成分を含まない硬化性樹脂組成物(比較例2)では、印刷適性が悪く、比透磁率も他と比較して低いことがわかる。
<充填性の評価>
多層プリント配線基板のスルーホール(内径が0.3mm、深さが3.2mm)に、実施例1~6で使用した各硬化性樹脂組成物をスクリーン印刷法により充填し、ラックに立て掛けて基板が載置面に対して90°±10°の角度となるように載置した状態で、熱風循環式乾燥炉(ヤマト科学株式会社製DF610)にて150℃×30分間の熱処理により組成物を硬化させた。
次いで、スルーホールを硬化物で充填した基板を用いて、穴埋めした後のスルーホール断面の光学顕微鏡観察および電子顕微鏡観察を行い、クラック発生の有無およびデラミ(剥離)の有無を確認した。
その結果、いずれの実施例の硬化性樹脂組成物を用いた穴埋めもクラック発生およびデラミ(剥離)の発生は確認されなかった。

Claims (6)

  1. 熱硬化性樹脂と、硬化剤と、磁性粉体と、希釈成分と、を含んでなる硬化性樹脂組成物であって、
    前記熱硬化性樹脂は、熱重量分析による5%重量減少温度が180℃超であり、
    前記希釈成分は、熱重量分析による5%重量減少温度が50℃以上、180℃以下である脂環式エポキシ樹脂または有機溶剤であることを特徴とする、硬化性樹脂組成物。
  2. 前記希釈成分が、前記熱硬化性樹脂および前記希釈成分の総量に対して30質量%以下含まれる、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  3. 前記熱硬化性樹脂が液状である、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  4. 前記熱硬化性樹脂は、粘度が1Pa・s以下のエポキシ樹脂を含む、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  5. 前記エポキシ樹脂を、前記熱硬化性樹脂全体に対して35質量%以上含む、請求項4に記載の硬化性樹脂組成物。
  6. プリント配線板の貫通孔または凹部の充填材として使用される、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
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