JP7316572B2 - 樹脂組成物、並びに、それを用いたプリプレグ、樹脂付きフィルム、樹脂付き金属箔、金属張積層板及び配線基板 - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂組成物、並びに、それを用いたプリプレグ、樹脂付きフィルム、樹脂付き金属箔、金属張積層板及び配線基板に関する。
近年、各種電子機器は、情報処理量の増大に伴い、搭載される半導体デバイスの高集積化、配線の高密度化、及び多層化等の実装技術が急速に進展している。各種電子機器において用いられるプリント配線板の基材を構成するための基板材料には、信号の伝送速度を高め、信号伝送時の損失を低減させるために、誘電率及び誘電正接が低いことが求められる。
最近では、マレイミド化合物が低誘電率や低誘電正接等の誘電特性(以下、低誘電特性ともいう)に優れていることがわかってきた。例えば、特許文献1では、ビニル化合物と芳香族マレイミド化合物とスチレン系熱可塑性エラストマーを含有する硬化性樹脂組成物によって、低比誘電率、低誘電正接等の特性に加えて、酸素存在下や低温でも硬化性に優れる樹脂組成物が得られると報告されている。しかし、このように熱可塑性エラストマーを添加することで誘電特性については維持できると考えられるが、それに伴って耐熱性が悪化することは容易に想像される。
さらに、特許文献2では、飽和または不飽和の2価の炭化水素基を有するマレイミド化合物と、芳香族マレイミド化合物を含有する樹脂組成物を用いることによって、その硬化物における高周波特性(低比誘電率、低誘電正接)を備え、かつ、低熱膨張特性や接着性を備える樹脂組成物を提供できると報告されている。
また、特許文献3は、低分子量ビスマレイミドと高分子量ビスマレイミドと硬化剤(アリルフェノールやアミン化合物)を含む、耐熱性、可撓性、耐電圧性に優れる絶縁組成物が得られることを開示している。
一方で、基板材料等の成形材料として利用する際には、低誘電特性や低熱膨張特性等に優れるだけでなく、外部環境の変化等の影響を受けにくくするために、その硬化物が高いガラス転移温度(Tg)を有することや、耐熱性や密着性を有することが求められる。また、湿度が高い環境下でも配線板を用いることができるように、成形材料の硬化物の吸水性を低くすることによって、配線板の基材への吸湿が抑制されることが求められる。さらに樹脂組成物をプリプレグやフィルムとした際のハンドリング性についても改善が求められている。
以上より、配線板の基材を構成するための基材材料には、吸水性が低く、耐熱性および密着性に優れ、低誘電特性を有する硬化物が得られることや、樹脂組成物またはその半硬化物を含むプリプレグや樹脂付きフィルム、樹脂付き金属箔などにおけるハンドリング性等に優れていることも求められる。
しかしながら、上記特許文献2記載の樹脂組成物では、低誘電特性とある程度までの耐熱性、密着性、低熱膨張特性、低吸水率を得ることはできると考えられるが、昨今、基板材料に対しては、低誘電特性に加えて高Tgや耐熱性、密着性、低熱膨張率、及び低吸水率等の性能におけるさらなる改善がより高い水準で求められている。特許文献2記載の樹脂組成物においてTgを向上させるためには、芳香族マレイミド化合物の含有量を増加させる必要があると考えられるが、そうすると吸水率が上昇してしまうという難点もある。
また、上記特許文献3記載の樹脂組成物では、硬化剤としてアリルフェノールやアミン化合物を使用しており、そのせいで吸水率や低誘電特性が悪化してしまうおそれがある。さらに、特許文献3には、高分子量ビスマレイミドと、架橋成分である硬化性ポリフェニレンエーテルとの配合比率が開示されていないが、配合比率によっては、熱膨張率やTgが悪化してしまうことも予想される。その抑制として低分子量ビスマレイミドを多く添加すると、Tgは上がるが吸水率も増加してしまうおそれがある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、樹脂組成物またはその半硬化物を含むプリプレグや樹脂付きフィルム、樹脂付き金属箔などにおけるハンドリング性、並びに前記樹脂組成物の硬化物における低誘電特性、高い耐熱性、高Tg、低い熱膨張率、密着性、及び低吸水率性を兼ね備えた樹脂組成物を提供することを目的とする。また、前記樹脂組成物を用いたプリプレグ、樹脂付きフィルム、樹脂付き金属箔、金属張積層板、及び配線基板を提供することを目的とする。
特許5649773号公報 特開2016-204639号公報 WO2014/181456
本発明の一態様に係る樹脂組成物は、(A)炭素-炭素不飽和二重結合を有する置換基により末端変性された変性ポリフェニレンエーテル化合物と、(B)フェニルマレイミド基を含有せず、かつ分子内に炭素数が10以上の炭化水素基を有するマレイミド化合物と、(C)フェニルマレイミド基を含有するマレイミド化合物、及び分子内に炭素数が9以下の脂肪族炭化水素基を有するマレイミド化合物から選択される少なくとも1つ、とを含み、かつ、前記(A)成分と前記(B)成分の含有比が質量比で、(A):(B)=20:80~90:10であることを特徴とする。
図1は、本発明の一実施形態に係るプリプレグの構成を示す概略断面図である。 図2は、本発明の一実施形態に係る金属張積層板の構成を示す概略断面図である。 図3は、本発明の一実施形態に係る配線基板の構成を示す概略断面図である。 図4は、本発明の一実施形態に係る樹脂付き金属箔の構成を示す概略断面図である。 図5は、本発明の一実施形態に係る樹脂フィルムの構成を示す概略断面図である。
本発明の実施形態に係る樹脂組成物は、(A)炭素-炭素不飽和二重結合を有する置換基により末端変性された変性ポリフェニレンエーテル化合物と、(B)フェニルマレイミド基を含有せず、かつ分子内に炭素数が10以上の炭化水素基を有するマレイミド化合物と、(C)フェニルマレイミド基を含有するマレイミド化合物、及び分子内に炭素数が9以下の脂肪族炭化水素基を有するマレイミド化合物から選択される少なくとも1つ、とを含み、かつ、前記(A)成分と前記(B)成分の含有比が質量比で、(A):(B)=20:80~90:10であることを特徴とする。
このような構成によれば、樹脂組成物またはその半硬化物を含むプリプレグや樹脂付きフィルム、樹脂付き金属箔などにおけるハンドリング性、並びに前記樹脂組成物の硬化物における低誘電特性、高い耐熱性、高いガラス転移温度(Tg)、低い熱膨張率、密着性、及び低吸水率性を兼ね備えた樹脂組成物を提供できる。さらに本発明によれば、前記樹脂組成物を用いることにより、優れた性能を有するプリプレグ、樹脂付きフィルム、樹脂付き金属箔、金属張積層板、及び配線基板を提供できる。
以下、本実施形態に係る樹脂組成物の各成分について、具体的に説明する。
((A)変性ポリフェニレンエーテル化合物)
本実施形態で使用する(A)変性ポリフェニレンエーテル化合物は、炭素-炭素不飽和二重結合を有する置換基により末端変性された変性ポリフェニレンエーテル化合物であれば、特に限定されない。このような変性ポリフェニレンエーテル化合物を含むことによって、低誘電率や低誘電正接などの誘電特性と高い耐熱性とを兼ね備えることができると考えられる。
前記変性ポリフェニレンエーテル化合物としては、具体的には、例えば、下記式(1)~(3)で示される変性ポリフェニレンエーテル化合物が挙げられる。
Figure 0007316572000001
Figure 0007316572000002
Figure 0007316572000003
上記式(1)~(3)中において、R~R、R~R16並びにR17~R20は、それぞれ独立している。すなわち、R~R、R~R16並びにR17~R20は、それぞれ同一の基であっても、異なる基であってもよい。また、R~R、R~R16並びにR17~R20は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ホルミル基、アルキルカルボニル基、アルケニルカルボニル基、又はアルキニルカルボニル基を示す。この中でも、水素原子及びアルキル基が好ましい。
~R、R~R16並びにR17~R20について、上記で挙げられた各官能基としては、具体的には、以下のようなものが挙げられる。
アルキル基は、特に限定されないが、例えば、炭素数1~18のアルキル基が好ましく、炭素数1~10のアルキル基がより好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、及びデシル基等が挙げられる。
また、アルケニル基は、特に限定されないが、例えば、炭素数2~18のアルケニル基が好ましく、炭素数2~10のアルケニル基がより好ましい。具体的には、例えば、ビニル基、アリル基、及び3-ブテニル基等が挙げられる。
また、アルキニル基は、特に限定されないが、例えば、炭素数2~18のアルキニル基が好ましく、炭素数2~10のアルキニル基がより好ましい。具体的には、例えば、エチニル基、及びプロパ-2-イン-1-イル基(プロパルギル基)等が挙げられる。
また、アルキルカルボニル基は、アルキル基で置換されたカルボニル基であれば、特に限定されないが、例えば、炭素数2~18のアルキルカルボニル基が好ましく、炭素数2~10のアルキルカルボニル基がより好ましい。具体的には、例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ピバロイル基、ヘキサノイル基、オクタノイル基、及びシクロヘキシルカルボニル基等が挙げられる。
また、アルケニルカルボニル基は、アルケニル基で置換されたカルボニル基であれば、特に限定されないが、例えば、炭素数3~18のアルケニルカルボニル基が好ましく、炭素数3~10のアルケニルカルボニル基がより好ましい。具体的には、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、及びクロトノイル基等が挙げられる。
また、アルキニルカルボニル基は、アルキニル基で置換されたカルボニル基であれば、特に限定されないが、例えば、炭素数3~18のアルキニルカルボニル基が好ましく、炭素数3~10のアルキニルカルボニル基がより好ましい。具体的には、例えば、プロピオロイル基等が挙げられる。
また、上記式(1)および(2)中、上述の通り、Aは下記式(4)で、Bは下記式(5)でそれぞれ示される構造である:
Figure 0007316572000004
Figure 0007316572000005
式(4)および(5)において、繰り返し単位であるmおよびnはそれぞれ1~50の整数を示す。
21~R24並びにR25~R28は、それぞれ独立している。すなわち、R21~R24並びにR25~R28は、それぞれ同一の基であっても、異なる基であってもよい。また、本実施形態において、R21~R24並びにR25~R28は水素原子又はアルキル基である。
また、上記式(3)中、sは1~100の整数を示す。
さらに、上記式(2)において、Yとしては、炭素数20以下の直鎖状、分岐状もしくは環状の炭化水素が挙げられる。より具体的には、例えば、下記式(6)で表される構造である:
Figure 0007316572000006
式(6)中、R29及びR30は、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を示す。前記アルキル基としては、例えば、メチル基等が挙げられる。また、式(6)で表される基としては、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、及びジメチルメチレン基等が挙げられる。
上記式(1)~(3)中において、X~Xはそれぞれ独立して下記式(7)または(8)で示される炭素-炭素不飽和二重結合を有する置換基であることが好ましい。XおよびXは同一であっても異なっていてもよい。
Figure 0007316572000007
Figure 0007316572000008
式(8)中、R31は水素原子またはアルキル基を示す。前記アルキル基は、特に限定されず、例えば、炭素数1~18のアルキル基が好ましく、炭素数1~10のアルキル基がより好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、及びデシル基等が挙げられる。
本実施形態における前記置換基X~Xとしては、より具体的には、例えば、p-エテニルベンジル基やm-エテニルベンジル基等のビニルベンジル基(エテニルベンジル基)、ビニルフェニル基、アクリレート基、及びメタクリレート基等が挙げられる。
このような上記式(1)~(3)で示される変性ポリフェニレンエーテル化合物を用いることにより、低誘電率や低誘電正接などの低誘電特性に加えて優れた耐熱性を有し、かつ、高Tg及び密着性を兼ね備えていると考えられる。
なお、上記式(1)~(3)で示される変性ポリフェニレンエーテル化合物はそれぞれ単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて用いることもできる。
本実施形態において、変性ポリフェニレンエーテル化合物の重量平均分子量(Mw)は特に限定されないが、例えば、1000~5000であることが好ましく、1000~4000であることがより好ましい。なお、ここで、重量平均分子量は、一般的な分子量測定方法で測定したものであればよく、具体的には、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)を用いて測定した値等が挙げられる。また、変性ポリフェニレンエーテル化合物が、繰り返し単位(s、m、n)を分子中に有している場合、これらの繰り返し単位は、変性ポリフェニレンエーテル化合物の重量平均分子量がこのような範囲内になるような数値であることが好ましい。
変性ポリフェニレンエーテル化合物の重量平均分子量がこのような範囲内であると、ポリフェニレンエーテルの有する優れた低誘電特性を有し、硬化物の耐熱性により優れるだけではなく、成型性にも優れたものとなる。このことは、以下のことによると考えられる。通常のポリフェニレンエーテルでは、その重量平均分子量がこのような範囲内であると、比較的低分子量のものであるので、硬化物の耐熱性が低下する傾向がある。この点、本実施形態に係る変性ポリフェニレンエーテル化合物は、末端に不飽和二重結合を有するので、硬化物の耐熱性が充分に高いものが得られると考えられる。また、変性ポリフェニレンエーテル化合物の重量平均分子量がこのような範囲内であると、比較的低分子量のものであるので、溶融粘度が低く成形性にも優れると考えられる。よって、このような変性ポリフェニレンエーテル化合物は、硬化物の耐熱性により優れるだけではなく、成形性や外観にも優れたものが得られると考えられる。
また、本実施形態において用いられる変性ポリフェニレンエーテル化合物における、変性ポリフェニレンエーテル1分子当たりの、分子末端に有する、前記置換基の平均個数(末端官能基数)は、特に限定されない。具体的には、1~5個であることが好ましく、1~3個であることがより好ましい。この末端官能基数が少なすぎると、硬化物の耐熱性としては充分なものが得られにくい傾向がある。また、末端官能基数が多すぎると、反応性が高くなりすぎ、例えば、樹脂組成物の保存性が低下したり、樹脂組成物の流動性が低下してしまう等の不具合が発生するおそれがある。すなわち、このような変性ポリフェニレンエーテルを用いると、流動性不足等により、例えば、多層成形時にボイドが発生する等の成形不良が発生し、信頼性の高いプリント配線板が得られにくいという成形性の問題が生じるおそれがあった。
なお、変性ポリフェニレンエーテル化合物の末端官能基数は、変性ポリフェニレンエーテル化合物1モル中に存在する全ての変性ポリフェニレンエーテル化合物の1分子あたりの、前記置換基の平均値を表した数値等が挙げられる。この末端官能基数は、例えば、得られた変性ポリフェニレンエーテル化合物に残存する水酸基数を測定して、変性前のポリフェニレンエーテルの水酸基数からの減少分を算出することによって、測定することができる。この変性前のポリフェニレンエーテルの水酸基数からの減少分が、末端官能基数である。そして、変性ポリフェニレンエーテル化合物に残存する水酸基数の測定方法は、変性ポリフェニレンエーテル化合物の溶液に、水酸基と会合する4級アンモニウム塩(テトラエチルアンモニウムヒドロキシド)を添加し、その混合溶液のUV吸光度を測定することによって、求めることができる。
また、本実施形態において用いられる変性ポリフェニレンエーテル化合物の固有粘度は、特に限定されない。具体的には、0.03~0.12dl/gであればよいが、0.04~0.11dl/gであることが好ましく、0.06~0.095dl/gであることがより好ましい。この固有粘度が低すぎると、分子量が低い傾向があり、低誘電率や低誘電正接等の低誘電性が得られにくい傾向がある。また、固有粘度が高すぎると、粘度が高く、充分な流動性が得られず、硬化物の成形性が低下する傾向がある。よって、変性ポリフェニレンエーテル化合物の固有粘度が上記範囲内であれば、優れた、硬化物の耐熱性及び成形性を実現できる。
なお、ここでの固有粘度は、25℃の塩化メチレン中で測定した固有粘度であり、より具体的には、例えば、0.18g/45mlの塩化メチレン溶液(液温25℃)を、粘度計で測定した値等である。この粘度計としては、例えば、Schott社製のAVS500 Visco System等が挙げられる。
また、本実施形態において好ましく用いられる変性ポリフェニレンエーテル化合物の合成方法は、上述したような置換基X~Xにより末端変性された変性ポリフェニレンエーテル化合物を合成できれば、特に限定されない。具体的には、ポリフェニレンエーテルに、置換基X~Xとハロゲン原子とが結合された化合物を反応させる方法等が挙げられる。
原料であるポリフェニレンエーテルは、最終的に、所定の変性ポリフェニレンエーテルを合成することができるものであれば、特に限定されない。具体的には、2,6-ジメチルフェノールと2官能フェノール及び3官能フェノールの少なくともいずれか一方とからなるポリフェニレンエーテルやポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンオキサイド)等のポリフェニレンエーテルを主成分とするもの等が挙げられる。また、2官能フェノールとは、フェノール性水酸基を分子中に2個有するフェノール化合物であり、例えば、テトラメチルビスフェノールA等が挙げられる。また、3官能フェノールとは、フェノール性水酸基を分子中に3個有するフェノール化合物である。
変性ポリフェニレンエーテル化合物の合成方法の一例として、例えば、上記式(2)で示されるような変性ポリフェニレンエーテル化合物の場合、具体的には、上記のようなポリフェニレンエーテルと、置換基XおよびXとハロゲン原子とが結合された化合物(置換基XおよびXを有する化合物)とを溶媒に溶解させ、攪拌する。そうすることによって、ポリフェニレンエーテルと、置換基XおよびXを有する化合物とが反応し、本実施形態の上記式(2)で示される変性ポリフェニレンエーテルが得られる。
また、この反応の際、アルカリ金属水酸化物の存在下で行うことが好ましい。そうすることによって、この反応が好適に進行すると考えられる。このことは、アルカリ金属水酸化物が、脱ハロゲン化水素剤、具体的には、脱塩酸剤として機能するためと考えられる。すなわち、アルカリ金属水酸化物が、ポリフェニレンエーテルのフェノール基と置換基Xを有する化合物とから、ハロゲン化水素を脱離させ、そうすることによって、ポリフェニレンエーテルのフェノール基の水素原子の代わりに、置換基XおよびXが、フェノール基の酸素原子に結合すると考えられる。
また、アルカリ金属水酸化物は、脱ハロゲン化剤として働きうるものであれば、特に限定されないが、例えば、水酸化ナトリウム等が挙げられる。また、アルカリ金属水酸化物は、通常、水溶液の状態で用いられ、具体的には、水酸化ナトリウム水溶液として用いられる。
また、反応時間や反応温度等の反応条件は、置換基XおよびXを有する化合物等によっても異なり、上記のような反応が好適に進行する条件であれば、特に限定されない。具体的には、反応温度は、室温~100℃であることが好ましく、30~100℃であることがより好ましい。また、反応時間は、0.5~20時間であることが好ましく、0.5~10時間であることがより好ましい。
また、反応時に用いる溶媒は、ポリフェニレンエーテルと、置換基XおよびXを有する化合物とを溶解させることができ、ポリフェニレンエーテルと、置換基XおよびXを有する化合物との反応を阻害しないものであれば、特に限定されない。具体的には、トルエン等が挙げられる。
また、上記の反応は、アルカリ金属水酸化物だけではなく、相間移動触媒も存在した状態で反応させることが好ましい。すなわち、上記の反応は、アルカリ金属水酸化物及び相間移動触媒の存在下で反応させることが好ましい。そうすることによって、上記反応がより好適に進行すると考えられる。このことは、以下のことによると考えられる。相間移動触媒は、アルカリ金属水酸化物を取り込む機能を有し、水のような極性溶剤の相と、有機溶剤のような非極性溶剤の相との両方の相に可溶で、これらの相間を移動することができる触媒であることによると考えられる。具体的には、アルカリ金属水酸化物として、水酸化ナトリウム水溶液を用い、溶媒として、水に相溶しない、トルエン等の有機溶剤を用いた場合、水酸化ナトリウム水溶液を、反応に供されている溶媒に滴下しても、溶媒と水酸化ナトリウム水溶液とが分離し、水酸化ナトリウムが、溶媒に移行しにくいと考えられる。そうなると、アルカリ金属水酸化物として添加した水酸化ナトリウム水溶液が、反応促進に寄与しにくくなると考えられる。これに対して、アルカリ金属水酸化物及び相間移動触媒の存在下で反応させると、アルカリ金属水酸化物が相間移動触媒に取り込まれた状態で、溶媒に移行し、水酸化ナトリウム水溶液が、反応促進に寄与しやすくなると考えられる。このため、アルカリ金属水酸化物及び相間移動触媒の存在下で反応させると、上記反応がより好適に進行すると考えられる。
また、相間移動触媒は、特に限定されないが、例えば、テトラ-n-ブチルアンモニウムブロマイド等の第4級アンモニウム塩等が挙げられる。
本実施形態に係る樹脂組成物には、変性ポリフェニレンエーテルとして、上記のようにして得られた変性ポリフェニレンエーテルを含むことが好ましい。
((B)マレイミド化合物)
次に、本実施形態において用いられる(B)成分、すなわち、フェニルマレイミド基を含有せず、かつ分子内に炭素数が10以上の炭化水素基を有するマレイミド化合物について説明する。本実施形態で用いられる(B)マレイミド化合物は、フェニルマレイミド基を含有せず、かつ分子内に炭素数が10以上の炭化水素基を有するマレイミド化合物であれば特に限定されない。このようなマレイミド化合物を含むことによって、樹脂の可撓性が向上し、半硬化状態にした際の樹脂組成物のハンドリング性(粉落ち等)が向上し、靱性も上がることにより高い密着性も得られると考えられる。さらに、上記炭化水素基は非極性であるため、低誘電特性を維持したまま吸水率を下げることができるという利点もある。
炭化水素基の炭素数としては、10以上であれば特に限定されないが、20以上であることが望ましく、30以上であることがより望ましい。炭化水素基の炭素数がこのような範囲であれば、より確実に高い密着性、低誘電特性、及び低吸水率を得ることができると考えられる。このような炭化水素基は、より極性の小さい脂肪族炭化水素基であることが望ましい。このような脂肪族炭化水素基としては、アルキレン基のような直鎖状であってもよいし、シクロアルカンなどの脂環状炭化水素構造を含んでいてもよい。また、直鎖状、環状脂肪族炭化水素基が、分子内にアルキル基などの脂肪族炭化水素基からなる分岐構造を含んでいてもよい。上述したようなマレイミド化合物としては、より具体的には、例えば、下記式(9)~(12)で示されるマレイミド化合物が好ましい例として挙げられる。なお、これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらのマレイミド化合物は、マレイミド基を末端に有することによって(A)成分と効率よく反応するため、本実施形態の(A)成分と(B)成分との界面密着が向上し高い耐熱性、信頼性が得られる。
Figure 0007316572000009
式(9)中、繰り返し単位であるpは1~10である。pが1~10の範囲であれば、樹脂の流動性が高いため成型性に優れる。
Figure 0007316572000010
式(10)中、繰り返し単位であるqは1~10である。qが1~10の範囲であれば、樹脂の流動性が高いため成型性に優れる。
Figure 0007316572000011
Figure 0007316572000012
式(12)中、繰り返し単位であるrは1~10である。rが1~10の範囲であれば、樹脂の流動性が高いため成型性に優れる。
また、本実施形態において用いられるマレイミド化合物は、重量平均分子量(Mw)が500~4000であることが好ましい。マレイミド化合物の重量平均分子量がマレイミド化合物の重量平均分子量が500以上であることによって、より低い誘電特性が得られると考えられ、また、4000以下であることによって、より樹脂の溶融粘度が低くなりより優れた成型性を得ることができると考えられる。なお、ここで、重量平均分子量は、一般的な分子量測定方法で測定したものであればよく、具体的には、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)を用いて測定した値等が挙げられる。
((C)マレイミド化合物)
次に、本実施形態において用いられる(C)成分、すなわち、フェニルマレイミド基を含有するマレイミド化合物、及び分子内に炭素数が9以下の脂肪族炭化水素基を有するマレイミド化合物から選択される少なくとも1つである、マレイミド化合物について説明する。本実施形態で用いられる(C)マレイミド化合物は、上記(B)成分のマレイミド化合物以外のマレイミド化合物である。つまり、フェニルマレイミド基を含有するマレイミド化合物、及び分子内に炭素数が9以下の炭化水素基を有するマレイミド化合物から選択される少なくとも1つである限り、特に限定はされない。
このような(C)マレイミド化合物を含むことによって、低い熱膨張率と高耐熱性と高Tgをより確実に備え、かつ低誘電特性を悪化させないという利点がある。
前記フェニルマレイミド基を含有するマレイミド化合物としては、具体的には、例えば、4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド、ポリフェニルメタンマレイミド、m-フェニレンビスマレイミド、ビスフェノール A ジフェニルエーテルビスマレイミド、3,3’-ジメチル-5,5’-ジエチル-4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド、4-メチル-1,3-フェニレンビスマレイミド等が挙げられる。
また、下記構造のようなビフェニルアラルキル型ポリマレイミド化合物などを使用することもできる。
Figure 0007316572000013
(式中、nは平均値であり、n=0.5~5を示す。)
このようなマレイミド化合物としては、市販品を使用することもでき、例えば、大和化成工業株式会社製のBMI-4000、BMI-2300、日本化薬株式会社製のMIR-3000等を用いてもよい。
また、分子内に炭素数が9以下の炭化水素基を有するマレイミド化合物としては、1,2-ジマレイミドエタン、1,3-ジマレイミドプロパン、1,6’-ビスマレイミド-(2,2,4-トリメチル)ヘキサン等が挙げられる。
このようなマレイミド化合物としては、市販品を使用することもでき、例えば大和化成工業株式会社製のBMI-TMH等を用いてもよい。
前記(C)マレイミド化合物のマレイミド基の官能基当量は特に限定はされないが、150~500g/eq.であることが望ましく、230~400g/eq.であることがより望ましい。官能基当量がこのような範囲であれば、硬化物のTgを高め、かつ吸水率をより確実に低くすることができると考えられる。
この(C)マレイミド化合物の重量平均分子量は、特に限定はされないが、好ましくは、1000以下であることが望ましい。比較的低分子量体であることにより、硬化物のTgをより高くすることができると考えられる。
前記(C)マレイミド化合物の含有量は、前記(A)と前記(B)と前記(C)成分の合計100質量部に対して5~50質量部であることが好ましい。このような範囲で(C)マレイミド化合物を含むことにより、低い吸水率と高いTgの両立をより確実に達成できると考えられる。
((A)と(B)の含有比)
本実施形態の樹脂組成物において、前記(A)成分と前記(B)成分の含有比は、質量比で20:80~90:10である。前記(A)成分の含有比がこれより少なくなると、前記(B)成分や前記(C)成分との反応性が落ちるため熱膨張率が増加し、十分な密着性や高Tgが得られなくなる可能性がある。一方、前記(B)成分の含有比がこれより少なくなると、プリプレグやフィルム等にした際のハンドリング性に劣る。
より好ましい含有比の範囲は、前記(A)成分:前記(B)成分=20:80~70:30である。
((B)と(C)の含有比)
本実施形態の樹脂組成物において、前記(B)成分と前記(C)成分の含有比は、質量比で87:13~15:85であることが好ましい。前記(B)成分の含有比がこれより少なくなると、低誘電特性や吸水率が悪化する可能性がある。一方、前記(C)成分の含有比がこれより少なくなると、熱膨張率が高くなってしまうそれがある。
より好ましい含有比の範囲は、前記(B)成分:前記(C)成分=85:15~30:70、さらにより好ましい範囲は85:15~50:50である。
(その他の成分)
また、本実施形態に係る樹脂組成物は、前記(A)変性ポリフェニレンエーテル化合物と前記(B)マレイミド化合物と前記(C)マレイミド化合物以外に、他の成分をさらに含んでいてもよい。
例えば、本実施形態に係る樹脂組成物は、さらに充填材を含有してもよい。充填材としては、樹脂組成物の硬化物の、耐熱性や難燃性を高めるために添加するもの等が挙げられ、特に限定されない。また、充填材を含有させることによって、耐熱性や難燃性等をさらに高めることができる。充填材としては、具体的には、球状シリカ等のシリカ、アルミナ、酸化チタン、及びマイカ等の金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、タルク、ホウ酸アルミニウム、硫酸バリウム、及び炭酸カルシウム等が挙げられる。また、充填材としては、この中でも、シリカ、マイカ、及びタルクが好ましく、球状シリカがより好ましい。また、充填材は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、充填材としては、そのまま用いてもよいが、エポキシシランタイプ、ビニルシランタイプ、メタクリルシランタイプ、又はアミノシランタイプのシランカップリング剤で表面処理したものを用いてもよい。このシランカップリング剤としては、充填材に予め表面処理する方法でなく、インテグラルブレンド法で添加して用いてもよい。
また、充填材を含有する場合、その含有量は、有機成分(前記(A)成分および前記(B)成分)の合計100質量部に対して、10~200質量部であることが好ましく、30~150質量部であることが好ましい。
さらに本実施形態の樹脂組成物には難燃剤が含まれていてもよく、難燃剤としては、例えば、臭素系難燃剤等のハロゲン系難燃剤やリン系難燃剤等が挙げられる。ハロゲン系難燃剤の具体例としては、例えば、ペンタブロモジフェニルエーテル、オクタブロモジフェニルエーテル、デカブロモジフェニルエーテル、テトラブロモビスフェノールA、ヘキサブロモシクロドデカン等の臭素系難燃剤や、塩素化パラフィン等の塩素系難燃剤等が挙げられる。また、リン系難燃剤の具体例としては、例えば、縮合リン酸エステル、環状リン酸エステル等のリン酸エステル、環状ホスファゼン化合物等のホスファゼン化合物、ジアルキルホスフィン酸アルミニウム塩等のホスフィン酸金属塩等のホスフィン酸塩系難燃剤、リン酸メラミン、及びポリリン酸メラミン等のメラミン系難燃剤、ジフェニルホスフィンオキサイド基を有するホスフィンオキサイド化合物等が挙げられる。難燃剤としては、例示した各難燃剤を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
さらに、本実施形態に係る樹脂組成物には、上記以外にも各種添加剤を含有してもよい。添加剤としては、例えば、シリコーン系消泡剤及びアクリル酸エステル系消泡剤等の消泡剤、熱安定剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、染料や顔料、滑剤、湿潤分散剤等の分散剤等が挙げられる。
また、本実施形態に係る樹脂組成物は、さらに反応開始剤を含有していてもよい。前記(A)成分と前記(B)成分、前記(C)成分のみでも、硬化反応は進行し得るが、プロセス条件によっては硬化が進行するまで高温にすることが困難な場合があるので、反応開始剤を添加してもよい。反応開始剤は、変性ポリフェニレンエーテル化合物とマレイミド化合物との硬化反応を促進することができるものであれば、特に限定されない。具体的には、例えば、α,α’-ビス(t-ブチルパーオキシ-m-イソプロピル)ベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)-3-ヘキシン,過酸化ベンゾイル、3,3’,5,5’-テトラメチル-1,4-ジフェノキノン、クロラニル、2,4,6-トリ-t-ブチルフェノキシル、t-ブチルペルオキシイソプロピルモノカーボネート、アゾビスイソブチロニトリル等の酸化剤が挙げられる。また、必要に応じて、カルボン酸金属塩等を併用することができる。そうすることによって、硬化反応を一層促進させるができる。これらの中でも、α,α’-ビス(t-ブチルパーオキシ-m-イソプロピル)ベンゼンが好ましく用いられる。α,α’-ビス(t-ブチルパーオキシ-m-イソプロピル)ベンゼンは、反応開始温度が比較的に高いため、プリプレグ乾燥時等の硬化する必要がない時点での硬化反応の促進を抑制することができ、樹脂組成物の保存性の低下を抑制することができる。さらに、α,α’-ビス(t-ブチルパーオキシ-m-イソプロピル)ベンゼンは、揮発性が低いため、プリプレグやフィルム等の乾燥時や保存時に揮発せず、安定性が良好である。また、反応開始剤は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。含有量としては、好ましくは、前記(A)成分、前記(B)成分、および前記(C)成分の合計100質量部に対する添加量が0.1~2質量部となるように反応開始剤を用いる。
(プリプレグ、樹脂付きフィルム、金属張積層板、配線板、及び樹脂付き金属箔)
次に、本実施形態の樹脂組成物を用いたプリプレグ、金属張積層板、配線板、及び樹脂付き金属箔について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るプリプレグ1の一例を示す概略断面図である。なお、各図面における符号は、以下を示す:1 プリプレグ、2 樹脂組成物又は樹脂組成物の半硬化物、3 繊維質基材、11 金属張積層板、12 絶縁層、13 金属箔、14 配線、21 配線基板、31 樹脂付き金属箔、32、42 樹脂層、41 樹脂付きフィルム、43 支持フィルム。
本実施形態に係るプリプレグ1は、図1に示すように、前記樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物2と、繊維質基材3とを備える。このプリプレグ1としては、前記樹脂組成物又はその半硬化物2の中に繊維質基材3が存在するものが挙げられる。すなわち、このプリプレグ1は、前記樹脂組成物又はその半硬化物と、前記樹脂組成物又はその半硬化物2の中に存在する繊維質基材3とを備える。
なお、本実施形態において、「半硬化物」とは、樹脂組成物を、さらに硬化しうる程度に途中まで硬化された状態のものである。すなわち、半硬化物は、樹脂組成物を半硬化した状態の(Bステージ化された)ものである。例えば、樹脂組成物は、加熱すると、最初、粘度が徐々に低下し、その後、硬化が開始し、粘度が徐々に上昇する。このような場合、半硬化としては、粘度が上昇し始めてから、完全に硬化する前の間の状態等が挙げられる。以下に説明する本実施形態のプリプレグ、樹脂付金属箔、樹脂付フィルムについては、樹脂組成物または樹脂組成物の半硬化物は、乾燥または加熱乾燥したものであってもよい。
本実施形態に係る樹脂組成物を用いて得られるプリプレグとしては、上記のような、前記樹脂組成物の半硬化物を備えるものであってもよいし、また、硬化させていない前記樹脂組成物そのものを備えるものであってもよい。すなわち、前記樹脂組成物の半硬化物(Bステージの前記樹脂組成物)と、繊維質基材とを備えるプリプレグであってもよいし、硬化前の前記樹脂組成物(Aステージの前記樹脂組成物)と、繊維質基材とを備えるプリプレグであってもよい。具体的には、例えば、前記樹脂組成物の中に繊維質基材が存在するもの等が挙げられる。
本実施形態に係る樹脂組成物は、前記プリプレグや、後述のRCC等の樹脂付金属箔や金属張積層板等を製造する際には、ワニス状に調製し、樹脂ワニスとして用いられることが多い。このような樹脂ワニスは、例えば、以下のようにして調製される。
まず、(A)変性ポリフェニレンエーテル化合物、(B)マレイミド化合物、(C)マレイミド化合物、反応開始剤等の有機溶媒に溶解できる各成分を、有機溶媒に投入して溶解させる。この際、必要に応じて加熱してもよい。その後、有機溶媒に溶解しない成分、例えば、無機充填材等を添加して、ボールミル、ビーズミル、プラネタリーミキサー、ロールミル等を用いて、所定の分散状態になるまで分散させることにより、ワニス状の樹脂組成物が調製される。ここで用いられる有機溶媒としては、前記(A)変性ポリフェニレンエーテル化合物、前記(B)マレイミド化合物、及び前記(C)マレイミド化合物等を溶解させ、硬化反応を阻害しないものであれば、特に限定されない。具体的には、例えば、トルエン、メチルエチルケトン、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等が挙げられる。これらは単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
本実施形態の樹脂ワニスは、フィルム可撓性や製膜性、及びガラスクロスへの含浸性に優れ、取り扱い易いという利点がある。
得られた樹脂ワニスを用いて本実施形態のプリプレグ1を製造する方法としては、例えば、得られた樹脂ワニス状に調製された樹脂組成物2を繊維質基材3に含浸させた後、乾燥する方法が挙げられる。
プリプレグを製造する際に用いられる繊維質基材としては、具体的には、例えば、ガラスクロス、アラミドクロス、ポリエステルクロス、LCP(液晶ポリマー)不織布、ガラス不織布、アラミド不織布、ポリエステル不織布、パルプ紙、及びリンター紙等が挙げられる。なお、ガラスクロスを用いると、機械強度が優れた積層板が得られ、特に偏平処理加工したガラスクロスが好ましい。本実施形態で使用するガラスクロスとしては特に限定はされないが、例えば、Eガラス、Sガラス、NEガラスやLガラスなどの低誘電率ガラスクロス等が挙げられる。偏平処理加工としては、具体的には、例えば、ガラスクロスを適宜の圧力でプレスロールにて連続的に加圧してヤーンを偏平に圧縮することにより行うことができる。なお、繊維質基材の厚みとしては、例えば、0.01~0.3mmのものを一般的に使用できる。
樹脂ワニス(樹脂組成物2)の繊維質基材3への含浸は、浸漬及び塗布等によって行われる。この含浸は、必要に応じて複数回繰り返すことも可能である。また、この際、組成や濃度の異なる複数の樹脂ワニスを用いて含浸を繰り返し、最終的に希望とする組成(含有比)及び樹脂量に調整することも可能である。
樹脂ワニス(樹脂組成物2)が含浸された繊維質基材3を、所望の加熱条件、例えば、80℃以上、180℃以下で1分間以上、10分間以下で加熱される。加熱によって、ワニスから溶媒を揮発させることによって減少させ又は除去し、硬化前(Aステージ)又は半硬化状態(Bステージ)のプリプレグ1が得られる。
また、図4に示すように、本実施形態の樹脂付金属箔31は、上述した樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物を含む樹脂層32と金属箔13とが積層されている構成を有する。そのような樹脂付金属箔31を製造する方法としては、例えば、上述したような樹脂ワニス状の樹脂組成物を銅箔などの金属箔13の表面に塗布した後、乾燥する方法が挙げられる。前記塗布方法としては、バーコーター、コンマコーターやダイコーター、ロールコーター、グラビアコータ等が挙げられる。
また、図5に示すように、本実施形態の樹脂付きフィルム41は、上述した樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物を含む樹脂層42とフィルム支持基材43とが積層されている構成を有する。そのような樹脂フィルム付き41を製造する方法としては、例えば、上述したような樹脂ワニス状の樹脂組成物をフィルム支持基材43表面に塗布した後、乾燥などによって硬化または半硬化させる方法が挙げられる。前記フィルム支持基材としては、ポリイミドフィルム、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム、ポリエステルフィルム、ポリパラバン酸フィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム、ポリフェニレンスルフィドフィルム、アラミドフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアリレートフィルム等の電気絶縁性フィルム等が挙げられる。
前記金属箔13としては、金属張積層板や配線基板等で使用される金属箔を限定なく用いることができ、例えば、銅箔及びアルミニウム箔等が挙げられる。
上記金属箔13やフィルム支持基材43の厚み等は、所望の目的に応じて、適宜設定することができる。例えば、金属箔13としては、0.2~70μm程度のものを使用できる。金属箔の厚さが例えば10μm以下となる場合などは、ハンドリング性向上のために剥離層及びキャリアを備えたキャリア付銅箔であってもよい。樹脂ワニスの金属箔13やフィルム支持基材43への適用は、塗布等によって行われるが、それは必要に応じて複数回繰り返すことも可能である。また、この際、組成や濃度の異なる複数の樹脂ワニスを用いて塗布を繰り返し、最終的に希望とする組成(含有比)及び樹脂量に調整することも可能である。
樹脂ワニス状の樹脂組成物を塗布した後、半硬化状態にする場合は、所望の加熱条件、例えば、80~170℃で1~10分間加熱して、硬化前の樹脂組成物を含む樹脂層(Aステージ)又は半硬化状態の樹脂層(Bステージ)が得られる。樹脂ワニスを塗布した(プリプレグの場合は、樹脂ワニスを含浸させた)後、加熱によって、ワニスから有機溶媒を揮発させ、有機溶媒を減少又は除去させことができる。こうして樹脂層(Aステージ)又は半硬化状態の樹脂層(Bステージ)を有する樹脂付金属箔31や樹脂フィルム41が得られる。
樹脂付金属箔31や樹脂フィルム41は、必要に応じて、カバーフィルム等を備えてもよい。カバーフィルムを備えることにより異物の混入等を防ぐことができる。カバーフィルムとしては樹脂組成物の形態を損なうことなく剥離することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリオレフィンフィルム、ポリエステルフィルム、TPXフィルム、またこれらのフィルムに離型剤層を設けて形成されたフィルム、さらにはこれらのフィルムを紙基材上にラミネートした紙等を用いることができる。
図2に示すように、本実施形態の金属張積層板11は、上述の樹脂組成物の硬化物または上述のプリプレグの硬化物を含む絶縁層12と、金属箔13とを有することを特徴とする。なお、金属張積層板11で使用する金属箔13としては、上述した金属箔13と同様ものを使用することができる。
また、本実施形態の金属張積層板13は、上述の樹脂付金属箔31や樹脂フィルム41を用いて作成することもできる。
上記のようにして得られたプリプレグ1、樹脂付金属箔31や樹脂フィルム41を用いて金属張積層板を作製する方法としては、プリプレグ1、樹脂付金属箔31や樹脂フィルム41を一枚または複数枚重ね、さらにその上下の両面又は片面に銅箔等の金属箔13を重ね、これを加熱加圧成形して積層一体化することによって、両面金属箔張り又は片面金属箔張りの積層体を作製することができるものである。加熱加圧条件は、製造する積層板の厚みや樹脂組成物の種類等により適宜設定することができるが、例えば、温度を170~220℃、圧力を1.5~5.0MPa、時間を60~150分間とすることができる。
また、金属張積層板11は、プリプレグ1等を用いずに、フィルム状の樹脂組成物を金属箔13の上に形成し、加熱加圧することにより作製されてもよい。
そして、図3に示すように、本実施形態の配線基板21は、上述の樹脂組成物の硬化物又は上述のプリプレグの硬化物を含む絶縁層12と、配線14とを有する。
そのような配線基板21の製造方法としては、例えば、上記で得られた金属張積層体13の表面の金属箔13をエッチング加工等して回路(配線)形成をすることによって、積層体の表面に回路として導体パターン(配線14)を設けた配線基板21を得ることができる。回路形成する方法としては、上記記載の方法以外に、例えば、セミアディティブ法(SAP:Semi Additive Process)やモディファイドセミアディティブ法(MSAP:Modified Semi Additive Process)による回路形成等が挙げられる。
本実施形態の樹脂組成物を用いて得られるプリプレグ、樹脂付きフィルム、樹脂付き金属箔は、良好なハンドリング性に加えて、その硬化物における低誘電特性、高い耐熱性、高Tg及び密着性や低吸水率を兼ね備えているため、産業利用上、非常に有用である。また、低い熱膨張率を有しているため、成形性にも優れている。また、それらを硬化させた金属張積層板及び配線基板は、高耐熱性、高Tg、高密着性、低吸水性及び高い導通信頼性を備える。
本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
本発明の一態様に係る樹脂組成物は、(A)炭素-炭素不飽和二重結合を有する置換基により末端変性された変性ポリフェニレンエーテル化合物と、(B)フェニルマレイミド基を含有せず、かつ分子内に炭素数が10以上の炭化水素基を有するマレイミド化合物と、(C)フェニルマレイミド基を含有するマレイミド化合物、及び分子内に炭素数が9以下の脂肪族炭化水素基を有するマレイミド化合物から選択される少なくとも1つ、とを含み、かつ、前記(A)成分と前記(B)成分の含有比が質量比で、(A):(B)=20:80~90:10であることを特徴とする。
このような構成により、樹脂組成物またはその半硬化物を含むプリプレグや樹脂付きフィルム、樹脂付き金属箔などにおけるハンドリング性、並びに、前記樹脂組成物を硬化物にしたときの低誘電特性、高い耐熱性、高いTg、低熱膨張率、密着性、及び低吸水率兼ね備えた樹脂組成物を提供できると考えられる。
また、前記樹脂組成物において、前記(A)変性ポリフェニレンエーテル化合物が、下記式(1)~(3)で示される構造を少なくとも1つ有する化合物を含むことが好ましい。
Figure 0007316572000014
Figure 0007316572000015
Figure 0007316572000016
(式(1)~(3)中、R~R、R~R16並びにR17~R20は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ホルミル基、アルキルカルボニル基、アルケニルカルボニル基、又はアルキニルカルボニル基を示す。
また、式(1)および(2)中、AおよびBはそれぞれ下記式(4)及び(5)で示される構造である:
Figure 0007316572000017
Figure 0007316572000018
(式(4)および(5)中、mおよびnはそれぞれ1~50の整数を示す。R21~R24並びにR25~R28は、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基を示す。)
式(3)中、sは1~100の整数を示す。
さらに、式(2)中、Yは下記式(6)で示される構造である:
Figure 0007316572000019
(式(6)中、R29及びR30は、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を示す。)
また、X~Xはそれぞれ独立して下記式(7)または(8)で示される炭素-炭素不飽和二重結合を有する置換基を示し、XおよびXは同一であっても異なっていてもよい。
Figure 0007316572000020
Figure 0007316572000021
(式(8)中、R31は水素原子またはアルキル基を示す。)
このような構成により、上述したような効果をより確実に得ることができると考えられる。
また、前記樹脂組成物において、前記(A)変性ポリフェニレンエーテル化合物の重量平均分子量(Mw)が1000~5000であることが好ましい。それにより、耐熱性に加えて、さらに優れた成形性を得ることができると考えられる。
さらに、前記樹脂組成物において、前記(B)マレイミド化合物の重量平均分子量(Mw)が500~4000であることが好ましい。それにより、成型性に優れ、その硬化物において低誘電特性により優れた樹脂組成物を得ることができると考えられる。
また、前記樹脂組成物において、前記(C)マレイミド化合物の含有量が、樹脂成分100質量部に対して5~50質量部であることが好ましい。それにより、高Tgと低吸水率をより確実に達成できると考えられる。
本発明のさらなる他の一態様に係るプリプレグは、上述の樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物と繊維質基材とを有することを特徴とする。
本発明のさらなる他の一態様に係る樹脂付きフィルムは、上述の樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物を含む樹脂層と支持フィルムとを有することを特徴とする。
本発明のさらなる他の一態様に係る樹脂付き金属箔は、上述の樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物を含む樹脂層と金属箔とを有することを特徴とする。
本発明のさらなる他の一態様に係る金属張積層板は、上述の樹脂組成物の硬化物又は上述のプリプレグの硬化物を含む絶縁層と、金属箔とを有することを特徴とする。
また、本発明のさらなる他の一態様に係る配線基板は、上述の樹脂組成物の硬化物又は上述のプリプレグの硬化物を含む絶縁層と、配線とを有することを特徴とする。
上述のような構成によれば、ハンドリング性に優れるプリプレグ、樹脂付きフィルム、および樹脂付き金属箔や、低誘電特性と高Tgと高耐熱性、低熱膨張率を有し、密着性と低吸水性に優れ、高い導通信頼性を有する基板を得ることができるプリプレグ、樹脂付きフィルム、および樹脂付き金属箔、樹脂付き金属箔、金属張積層板、配線基板等を得ることができる。
以下に、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
まず、本実施例において、樹脂組成物を調製する際に用いる成分について説明する。
<A成分:変性ポリフェニレンエーテル化合物>
・OPE-2St 1200:末端ビニルベンジル変性PPE(Mw:約1600、三菱瓦斯化学株式会社製)
・OPE-2St 2200:末端ビニルベンジル変性PPE(Mw:約3600、三菱瓦斯化学株式会社製)
・変性PPE-1:2官能ビニルベンジル変性PPE(Mw:1900)
まず、変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE-1)を合成した。なお、ポリフェニレンエーテル1分子当たりの、分子末端のフェノール性水酸基の平均個数を、末端水酸基数と示す。
ポリフェニレンエーテルと、クロロメチルスチレンとを反応させて変性ポリフェニレンエーテル1(変性PPE―1)を得た。具体的には、まず、温度調節器、攪拌装置、冷却設備、及び滴下ロートを備えた1リットルの3つ口フラスコに、ポリフェニレンエーテル(SABICイノベーティブプラスチックス社製のSA90、固有粘度(IV)0.083dl/g、末端水酸基数1.9個、重量分子量Mw1700)200g、p-クロロメチルスチレンとm-クロロメチルスチレンとの質量比が50:50の混合物(東京化成工業株式会社製のクロロメチルスチレン:CMS)30g、相間移動触媒として、テトラ-n-ブチルアンモニウムブロマイド1.227g、及びトルエン400gを仕込み、攪拌した。そして、ポリフェニレンエーテル、クロロメチルスチレン、及びテトラ-n-ブチルアンモニウムブロマイドが、トルエンに溶解するまで攪拌した。その際、徐々に加熱し、最終的に液温が75℃になるまで加熱した。そして、その溶液に、アルカリ金属水酸化物として、水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム20g/水20g)を20分間かけて、滴下した。その後、さらに、75℃で4時間攪拌した。次に、10質量%の塩酸でフラスコの内容物を中和した後、多量のメタノールを投入した。そうすることによって、フラスコ内の液体に沈殿物を生じさせた。すなわち、フラスコ内の反応液に含まれる生成物を再沈させた。そして、この沈殿物をろ過によって取り出し、メタノールと水との質量比が80:20の混合液で3回洗浄した後、減圧下、80℃で3時間乾燥させた。
得られた固体を、H-NMR(400MHz、CDCl3、TMS)で分析した。NMRを測定した結果、5~7ppmにエテニルベンジルに由来するピークが確認された。これにより、得られた固体が、分子末端において、エテニルベンジル化されたポリフェニレンエーテルであることが確認できた。
また、変性ポリフェニレンエーテルの分子量分布を、GPCを用いて、測定した。そして、その得られた分子量分布から、重量平均分子量(Mw)を算出した結果、Mwは、1900であった。
また、変性ポリフェニレンエーテルの末端官能数を、以下のようにして測定した。
まず、変性ポリフェニレンエーテルを正確に秤量した。その際の重量を、X(mg)とする。そして、この秤量した変性ポリフェニレンエーテルを、25mLの塩化メチレンに溶解させ、その溶液に、10質量%のテトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)のエタノール溶液(TEAH:エタノール(体積比)=15:85)を100μL添加した後、UV分光光度計(株式会社島津製作所製のUV-1600)を用いて、318nmの吸光度(Abs)を測定した。そして、その測定結果から、下記式を用いて、変性ポリフェニレンエーテルの末端水酸基数を算出した。
残存OH量(μmol/g)=[(25×Abs)/(ε×OPL×X)]×106
ここで、εは、吸光係数を示し、4700L/mol・cmである。また、OPLは、セル光路長であり、1cmである。
そして、その算出された変性ポリフェニレンエーテルの残存OH量(末端水酸基数)は、ほぼゼロであることから、変性前のポリフェニレンエーテルの水酸基が、ほぼ変性されていることがわかった。このことから、変性前のポリフェニレンエーテルの末端水酸基数からの減少分は、変性前のポリフェニレンエーテルの末端水酸基数であることがわかった。すなわち、変性前のポリフェニレンエーテルの末端水酸基数が、変性ポリフェニレンエーテルの末端官能基数であることがわかった。つまり、末端官能数が、1.8個であった。これを「変性PPE-1」とする。
・SA-9000:2官能メタクリレート変性PPE(Mw:1700、SABIC社製)
・変性PPE-2:1官能ビニルベンジル変性PPE(Mw:2800)
ポリフェニレンエーテル樹脂(日本ジーイープラスチックス株式会社製:商品名「ノリルPX9701」、数平均分子量14000)を36質量部、フェノール種としてビスフェノールAを1.44質量部、開始剤として過酸化ベンゾイル(日本油脂株式会社製:商品名「ナイパーBW」)を1.90質量部それぞれ配合し、これに溶剤であるトルエンを90質量部加えて80℃にて1時間混合し、分散・溶解させて反応させることによって、ポリフェニレンエーテル樹脂の分子量を低減する処理を行った。そして多量のメタノールで再沈殿させ、不純物を除去して、減圧下80℃/3時間で乾燥して溶剤を完全に除去した。この処理後に得られたポリフェニレンエーテル化合物の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)にて測定したところ、約2400であった。
次に、上記のようにして得たポリフェニレンエーテル化合物の分子末端に存在するフェノール基をエテニルベンジル化することによって、目的物である変性ポリフェニレンエーテル化合物を製造した。
具体的には、温度調節器、撹拌装置、冷却設備及び滴下ロートを備えた1リットルの3つ口フラスコに、上記ポリフェニレンエーテル化合物を200g、クロロメチルスチレン14.51g、テトラ-n-ブチルアンモニウムブロマイド0.818g、トルエン400gを仕込み、撹拌溶解し、液温を75℃にし、水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム11g/水11g)を20分間で滴下し、さらに75℃で4時間撹拌を続けた。次に、10%塩酸水溶液でフラスコ内容物を中和した後、多量のメタノールを追加し、エテニルベンジル化した変性ポリフェニレンエーテル化合物を再沈殿後、ろ過した。ろ過物をメタノール80と水20の比率の混合液で3回洗浄した後、減圧下80℃/3時間処理することで、溶剤や水分を除去したエテニルベンジル化した変性ポリフェニレンエーテル化合物を取り出した。これを「変性PPE-2」とする。
また、変性PPE-2の分子量分布を、GPCを用いて、測定した。そして、その得られた分子量分布から、重量平均分子量(Mw)を算出した結果、Mwは、2800であった。
また、変性PPE-2の末端官能数を、変性PPE-1と同様の方法にて測定し求めると、約1個であった。
・SA90:無変性PPE、(Mw:1700、SABICイノベーティブプラスチックス社製)
・PPO640:無変性PPE、(Mw:18000、SABICイノベーティブプラスチックス社製)
<B成分:マレイミド化合物>
・BMI-689:式(11)で示されるマレイミド化合物、(Mw:689、Designer Molercules Inc.製)
・BMI-1500:式(9)で示されるマレイミド化合物、(Mw:1500、Designer Molercules Inc.製)
・BMI-1700:式(10)で示されるマレイミド化合物、(Mw:1700、Designer Molercules Inc.製)
・BMI-3000J:式(12)で示されるマレイミド化合物、(Mw:3000、Designer Molercules Inc.製)
<C成分:その他のマレイミド化合物>
・BMI-4000:ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド(マレイミド基の官能基当量285g/eq.、当量大和化成工業株式会社製)
・MIR-3000:式(13)で示されるビフェニルアラルキル型ポリマレイミド化合物(マレイミド基の官能基当量275g/eq.、日本化薬株式会社製)
・BMI-2300:ポリフェニルメタンマレイミド、(マレイミド基の官能基当量180g/eq.、大和化成工業株式会社製)
・BMI-TMH:1,6-ビスマレイミド-(2,2,4-トリメチル)ヘキサン(マレイミド基の官能基当量159g/eq.、大和化成工業株式会社製)
<その他の成分>
・DABPA:2,2’-ジアリルビスフェノールA(大和化成工業株式会社製)
・S8000L:水添スチレン・ブタジエン・スチレン共重合体(Mw:約10万、株式会社クラレ社製)
(反応開始剤)
・パーブチルP:1,3-ビス(ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン(日本油脂株式会社製)
(無機充填材)
・SC2500-SXJ:フェニルアミノシラン表面処理球状シリカ(株式会社アドマテックス製)
<実施例1~19、比較例1~10>
[調製方法]
(樹脂ワニス)
まず、各成分を表1および2に記載の配合割合で、固形分濃度が60質量%となるように、メチルエチルケトンに添加し、混合させた。その混合物を、60分間攪拌することによって、ワニス状の樹脂組成物(ワニス)が得られた。実施例9および比較例2だけは、溶媒としてメチルエチルケトン/トルエン比が約50:50のものを使用した。
(プリプレグ)
・プリプレグ-Iの作製
各実施例および比較例の樹脂ワニスをガラスクロス(旭化成株式会社製、♯2116タイプ、Eガラス)に含浸させた後、100~170℃で約3~6分間加熱乾燥することによりプリプレグを得た。その際、プリプレグの重量に対する樹脂組成物の含有量(レジンコンテント)が約46質量%となるように調整した。
・プリプレグ-IIの作製
各実施例および比較例の樹脂ワニスをガラスクロス(旭化成株式会社製、♯1067タイプ、Eガラス)に含浸させた後、100~170℃で約3~6分間加熱乾燥することによりプリプレグを得た。その際、プリプレグの重量に対する樹脂組成物の含有量(レジンコンテント)が約73質量%となるように調整した。
(銅張積層板)
上記プリプレグ-Iの1枚を、その両側に厚さ12μmの銅箔(古河電気工業株式会社製GT-MP)を配置して被圧体とし、真空条件下、温度220℃、圧力30kgf/cmの条件で90分加熱・加圧して両面に銅箔が接着された、厚み約0.1mmの銅張積層板-Iを得た。また、上記プリプレグ8枚を重ね、同様の方法で厚み約0.8mmの銅張積層板-IIを得た。
また、上記プリプレグ-IIを12枚重ね、同様の方法にて厚み約0.8mmの銅張積層板-IIIを得た。
<評価試験1>
(ガラス転移温度(Tg))
上記銅張積層板-Iの外層銅箔を全面エッチングし、得られたサンプルについて、セイコーインスツルメンツ株式会社製の粘弾性スペクトロメータ「DMS100」を用いて、Tgを測定した。このとき、引張モジュールで周波数を10Hzとして動的粘弾性測定(DMA)を行い、昇温速度5℃/分の条件で室温から300℃まで昇温した際のtanδが極大を示す温度をTgとした。
(オーブン耐熱性)
JIS C 6481(1996)の規格に準じて耐熱性を評価した。所定の大きさに切り出した上記銅張積層板-Iを290℃に設定した恒温槽に1時間放置した後、取り出した。そして熱処理された試験片を目視で観察し、290℃でフクレが発生しなかったときを○、280℃フクレが発生したときを×として評価した。
(熱膨張係数(CTE-Z))
上記の銅箔積層板-IIの銅箔を除去したものを試験片とし、樹脂硬化物のガラス転移温度未満の温度における、Z軸方向の熱膨張係数を、JIS C 6481に従ってTMA法(Thermo-mechanical analysis)により測定した。測定には、TMA装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製「TMA6000」)を用い、30~300℃の範囲で測定した。測定単位はppm/℃である。
(銅箔接着力)
銅箔張積層板-Iにおいて、絶縁層からの銅箔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(ピール強度)を測定し、得られたピール強度を、銅箔密着強度とした。測定単位はkN/mである。
(誘電特性:誘電正接(Df))
上記銅張積層板-IIIから銅箔を除去した積層板を評価基板として用い、誘電正接(Df)を空洞共振器摂動法で測定した。具体的には、ネットワーク・アナライザ(アジレント・テクノロジー株式会社製のN5230A)を用い、10GHzにおける評価基板の誘電正接を測定した。
(吸水率)
上記銅張積層板-IIIから銅箔を除去した積層板を評価基板として用い、JIS-C6481(1996年)に従って吸水率を評価した。吸水条件はE-24/50+D-24/23(つまり、恒温空気中において50℃、24時間+恒温水中において23℃、24時間処理)である。吸水率は以下の式に基づいて算出した。
吸水率(%)=((吸水後の質量-吸水前の質量)/吸水前の質量)×100
(ハンドリング性・粉落ち試験)
プリプレグを製造あるいは切断する際など、取り扱う際にプリプレグから樹脂組成物の粉が落ちることがある。すなわち、粉落ちが発生することがある。本評価試験では、上記プリプレグ-Iをカッターナイフで切断した場合、このような粉落ちの発生を確認できない場合を、「○」と評価し、粉落ちの発生が確認される場合は、「×」と評価した。
以上の結果を表1~表3に示す。
Figure 0007316572000022
Figure 0007316572000023
Figure 0007316572000024
(考察)
表1~3に示す結果から明らかなように、本発明により、低誘電特性(Df:0.0045以下)に加えて、その硬化物において、高い耐熱性、高Tg(220℃以上)及び優れた密着性(ピール0.60kN/m以上)を兼ね備えた樹脂組成物を提供できることが示された。さらにいずれの実施例においても、熱膨張率(CTE)は45℃/ppm以下と低めであった。
特に、(C)成分の含有量が好ましい範囲となることによって、より高Tgで低吸水率でかつ低熱膨張率である硬化物が得られることがわかった(実施例14~16)。
それに対し、(A)変性ポリフェニレンエーテル化合物の代わりに別の硬化剤(アリルフェノール)を使用した比較例1では、十分な低誘電特性および密着性が得られず、また吸水率も悪化した。(A)変性ポリフェニレンエーテル化合物の代わりに無変性PPEを使用した比較例3-4では、十分な低誘電特性や高Tgが得られず、耐熱性も悪化した。
また、(B)マレイミド化合物の代わりに熱可塑性エラストマーを使用した比較例2では、密着性と低誘電特性はある程度得ることができたが、耐熱性が下がってしまい、プリプレグにした時のハンドリング性も不良であった。
さらに、本発明の(C)成分を含んでいない比較例5では、Tgが低くなり、熱膨張率も上がってしまった。一方で、本発明の(B)成分を含んでいない比較例6では、十分な低誘電特性が得られず、吸水率は上がり、靱性が低下するために密着性も低下した。
本発明の(A)成分を含んでいない比較例7では、樹脂組成物の反応進行が遅くなり、高Tgが得られなかった。さらに靱性も低下するために密着性も低下した。本発明の(A)成分を含まず、さらに反応開始剤(過酸化物)も含んでいない比較例8では、硬化が十分に起こらなかった。よって、Tg、耐熱性、熱膨張率ともに十分な結果を得ることができなかった。
本発明の(A)成分に対する(B)成分の配合割合が多くなりすぎると、熱膨張率が大きくなってしまうことが確認された。また、逆に(A)成分が(B)成分に対して多くなりすぎると、プリプレグにした際のハンドリング性(粉落ち)に劣ることも示された。
この出願は、2018年3月28日に出願された日本国特許出願特願2018-63240を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
本発明を表現するために、前述において具体例や図面等を参照しながら実施形態を通して本発明を適切かつ十分に説明したが、当業者であれば前述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易になし得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
本発明は、電子材料やそれを用いた各種デバイスに関する技術分野において、広範な産業上の利用可能性を有する。

Claims (10)

  1. (A)炭素-炭素不飽和二重結合を有する置換基により末端変性された変性ポリフェニレンエーテル化合物と、
    (B)フェニルマレイミド基を含有せず、かつ分子内に炭素数が10以上の炭化水素基を有するマレイミド化合物と、
    (C)フェニルマレイミド基を含有するマレイミド化合物、及び分子内に炭素数が9以下の脂肪族炭化水素基を有するマレイミド化合物から選択される少なくとも1つ、とを含み、
    かつ、前記(A)成分と前記(B)成分の含有比が質量比で、(A):(B)=20:80~90:10であり、
    前記(B)成分と前記(C)成分の含有比が質量比で、(B):(C)が87:13~30:70である、樹脂組成物。
  2. 前記(A)変性ポリフェニレンエーテル化合物が、下記式(1)~(3)で示される構造を少なくとも1つ有する化合物を含む、請求項1に記載の樹脂組成物。



    (式(1)~(3)中、R~R、R~R16並びにR17~R20は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ホルミル基、アルキルカルボニル基、アルケニルカルボニル基、又はアルキニルカルボニル基を示す。
    また、式(1)および(2)中、AおよびBはそれぞれ下記式(4)及び(5)で示される構造である:


    (式(4)および(5)中、mおよびnはそれぞれ1~50の整数を示す。R21~R24並びにR25~R28は、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基を示す。)
    式(3)中、sは1~100の整数を示す。
    さらに、式(2)中、Yは下記式(6)で示される構造である:

    (式(6)中、R29及びR30は、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を示す。)
    また、X~Xはそれぞれ独立して下記式(7)または(8)で示される炭素-炭素不飽和二重結合を有する置換基を示し、XおよびXは同一であっても異なっていてもよい。


    (式(8)中、R31は水素原子またはアルキル基を示す。))
  3. 前記(A)変性ポリフェニレンエーテル化合物の重量平均分子量(Mw)が1000~5000である、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
  4. 前記(B)マレイミド化合物の重量平均分子量(Mw)が500~4000である、請求項1~3のいずれかに記載の樹脂組成物。
  5. 前記(C)マレイミド化合物の含有量が、樹脂成分100質量部に対して5~50質量部である、請求項1~4のいずれかに記載の樹脂組成物。
  6. 請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物と繊維質基材とを有するプリプレグ。
  7. 請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物を含む樹脂層と、支持フィルムとを有する樹脂付きフィルム。
  8. 請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物を含む樹脂層と、金属箔とを有する、樹脂付き金属箔。
  9. 請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物又は前記請求項6に記載のプリプレグの硬化物を含む絶縁層と、金属箔とを有する、金属張積層板。
  10. 請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物又は前記請求項6に記載のプリプレグの硬化物を含む絶縁層と、配線とを有する、配線基板。
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