JP7351396B1 - 樹脂組成物、積層シート、プリプレグ、硬化物、硬化物付基板および電子機器 - Google Patents

樹脂組成物、積層シート、プリプレグ、硬化物、硬化物付基板および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】基板凹凸への埋め込み性を有する基板加工適性を有し、その硬化物の耐熱性およびヒートサイクル試験後のクラック耐性を兼ね備える樹脂組成物、並びに前記樹脂組成物を用いて形成される積層シート、プリプレグ、硬化物、硬化物付基板および電子機器を提供する。【解決手段】ポリイミド樹脂(A)および硬化性化合物(B)を含む樹脂組成物であって、ポリイミド樹脂(A)は、ダイマージアミンおよび/又はダイマージイソシアネートに由来する残基X2dを有し、ポリイミド樹脂(A)の側基、側鎖および分子鎖末端の少なくともいずれかに、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する、特定の脂環式骨格を有する、単環式構造および/又は多環式構造を有する。【選択図】なし

Description

本開示は、樹脂組成物、積層シートおよびプリプレグに関する。更に、前記樹脂組成物から得られる硬化物、前記樹脂組成物を硬化して形成される硬化物を含む硬化物付基板、前記硬化物付基板を搭載した電子機器に関する。
樹脂組成物を硬化させて得られた部材が、電子部品の様々な部位に用いられている。例えば、多層プリント配線板における複数の導体層間に、層間絶縁層として用いられている。また、プリント配線板の導体層上の絶縁層として、樹脂組成物をガラスクロス等に含浸させたプリプレグが用いられている。また、半導体パッケージに絶縁性の封止樹脂が用いられている。
このような樹脂組成物として、樹脂成分、硬化成分、無機フィラー成分を含む組成物が開示されている。例えば、特許文献1には、ダイマー酸から誘導されるジアミン残基と、架橋性有機基とを有するアミド酸を含む熱硬化性インク組成物が開示されている。特許文献2には、ポリイミド前駆体と、脂肪族環状構造を有するラジカル重合性化合物と、1,2-オクタンジオン、1-[4-(フェニルチオ)-2-(O-ベンゾイルオキシム)]などのi線によりラジカルを発生する特定構造を有する化合物とを含有する感光性樹脂組成物が開示されている。また、特許文献3には、末端基がイミド化されたポリベンゾオキサゾール前駆体であるポリアミド樹脂をポジ型感光性樹脂組成物の成分として用いる方法が開示されている。
特許文献4には、ダイマージアミンに由来する骨格、シクロヘキシル環を有するアミン化合物に由来する骨格を有し、末端にマレイミド基を有するビスマレイミド化合物と、硬化促進剤とを含む樹脂材料が開示されている。特許文献5には、イミド結合を有し、ダイマージアミンに由来する骨格を有する、特定量のN-アルキルビスマレイミド化合物等と、エポキシ化合物と、無機充填剤と、特定の硬化剤とを含む組成物が開示されている。
特許文献6には、ノルボルナン-2-スピロ-α-シクロペンタノン-α’-スピロ-2’’-ノルボルナンおよび5,5’-ビス-2-ノルボルネンの構造単位を主鎖骨格に含むポリアミド酸組成物、およびこの組成物の脱水環化物であるポリイミドが開示されている。特許文献7には、ダイマー骨格を有し、分子鎖末端にアリル基を含有するポリイミド樹脂と、フッ素含有マレイミド化合物を含む熱硬化性ポリイミド樹脂組成物が開示されている。特許文献8には、エポキシ樹脂(熱硬化性樹脂)、シリカ(無機充填剤)、コア-シェル型グラフト共重合体粒子(有機充填剤)およびダイマー酸骨格を有するマレイミド樹脂(粘着性柔軟化剤)を含む樹脂組成物が開示されている。
特開2013-032501号公報 国際公開第2018/179330号 特開2017-125210号公報 国際公開第2021/182207号 国際公開第2019/189466号 特開2022-44020号公報 特開2021-113303号公報 特開2020-158704号公報
電子機器の高機能化がすすみ、機器に内蔵される電子部品の高い信頼性が益々求められている。樹脂組成物において、プリント配線板等の製造時に基板加工適性に優れる材料が求められている。具体的には、配線などの凹凸パターンが形成された基板上に樹脂組成物からなる絶縁層を形成する際に、凹凸形状に対する埋め込み性に優れる材料が求められている。また、樹脂組成物を硬化した硬化物において、優れた耐熱性が求められている。更に、ヒートサイクル試験後のクラックを抑制できる材料が求められている。
本開示は上記背景に鑑みてなされたものであり、基板凹凸への埋め込み性に優れる基板加工適性を有し、その硬化物の耐熱性およびヒートサイクル試験後のクラック耐性を兼ね備える信頼性の高い樹脂組成物、並びに前記樹脂組成物を用いて形成される積層シート、プリプレグ、硬化物、硬化物付基板および電子機器を提供することを目的とする。
本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、以下の態様において、本開示の課題を解決し得ることを見出し、本開示を完成するに至った。
[1]: ポリイミド樹脂(A)および硬化性化合物(B)を含む樹脂組成物であって、
ポリイミド樹脂(A)は、ダイマージアミンおよび/又はダイマージイソシアネートに由来する残基Xdを有し、更に、側基、側鎖および分子鎖末端の少なくともいずれかに、以下の(i)~(iii)の少なくともいずれかを満たす単環式構造および/又は多環式構造を有する樹脂組成物。
(i)前記単環式構造の環、および/又は前記多環式構造のいずれかの環が、炭素原子からなる脂環式骨格であり、前記脂環式骨格に、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する。
(ii)前記単環式構造の環、および/又は前記多環式構造のいずれかの環が、炭素原子とヘテロ原子とからなる脂環式骨格であり、前記脂環式骨格の、前記ヘテロ原子との隣接位置にラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する。
(iii)前記単環式構造の環、および/又は前記多環式構造のいずれかの環が、炭素原子からなる脂環式骨格および炭素原子とヘテロ原子とからなる脂環式骨格の少なくともいずれかであり、前記脂環式骨格を構成する炭素原子と、当該炭素原子と結合する前記環を構成しない炭素原子とがラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する。
[2]: 硬化性化合物(B)は、エポキシ化合物(b1)、シアネートエステル化合物(b2)、マレイミド化合物(b3)、アリル基含有化合物(b4)、ビニル基含有化合物(b5)および(メタ)アクリレート基含有化合物(b6)から選択される少なくとも一種を含む[1]に記載の樹脂組成物。
[3]: ポリイミド樹脂(A)は、一般式(1):
Figure 0007351396000001
(Xは繰り返し単位毎にそれぞれ独立に4価のテトラカルボン酸残基であり、Xは繰り返し単位毎にそれぞれ独立に2価の有機基であり、前記Xとイミド結合が互いに結合して2つのイミド環を形成する。)
で表される構造の繰り返し単位を有し、
ポリイミド樹脂(A)を構成する前記X全体を100モル%としたときに、前記ダイマージアミンおよび/又はダイマージイソシアネートに由来する残基Xdを50~100モル%有する[1]又は[2]に記載の樹脂組成物。
[4]: 硬化性化合物(B)の分子量が100以上、10,000未満であり、
硬化性化合物(B)は、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)を含み、
ポリイミド樹脂(A)とラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)との合計100質量%に対してポリイミド樹脂(A)を5~40質量%含有する[1]~[3]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[5]: 硬化性化合物(B)の分子量が100以上、10,000未満であり、
硬化性化合物(B)は、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)を含み、
ポリイミド樹脂(A)とラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)との合計100モル%に対してポリイミド樹脂(A)を0.1~10モル%含有する[1]~[4]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[6]: さらに、無機フィラーを含有する[1]~[5]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[7]: ポリイミド樹脂(A)の重量平均分子量が10,000~100,000である[1]~[6]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[8]: ポリイミド樹脂(A)を構成する前記X全体を100モル%としたときに、脂肪族基を有するテトラカルボン酸残基Xaを50モル%以上含む[3]に記載の樹脂組成物。
[9]: ポリイミド樹脂(A)の分子鎖末端は、官能基を有しない封鎖末端およびラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を含む[1]~[8]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[10]: 基材と、前記基材上に形成された、[1]~[9]のいずれかに記載の樹脂組成物を用いて形成された樹脂組成物層とを含む、積層シート。
[11]: 基材に[1]~[9]のいずれかに記載の樹脂組成物を含浸させたプリプレグ。
[12]: [1]~[9]のいずれかに記載の樹脂組成物から得られる硬化物。
[13]: [1]~[9]のいずれかに記載の樹脂組成物を硬化して形成される硬化物を含む、硬化物付基板。
[14]: [13]に記載の硬化物付基板を搭載した電子機器。
本開示によれば、基板凹凸への埋め込み性に優れる基板加工適性を有し、その硬化物の耐熱性およびヒートサイクル試験後のクラック耐性を兼ね備える信頼性の高い樹脂組成物、並びに前記樹脂組成物を用いて形成される積層シート、プリプレグ、硬化物、硬化物付基板および電子機器を提供できるという優れた効果を奏する。
以下、本開示について詳細に説明する。なお、本開示の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本開示の範疇に含まれることは言うまでもない。また、本明細書において「~」を用いて特定される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値の範囲として含むものとする。また、本明細書において「フィルム」や「シート」は同義であり、厚みによって区別されない。また、本明細書中に出てくる各種成分は特に注釈しない限り、それぞれ独立に一種単独でも二種以上を併用してもよい。本明細書に記載する数値は、後述する[実施例]に記載の方法にて得られる値をいう。
1.樹脂組成物
本実施形態に係る樹脂組成物(以下、本組成物ともいう)は、ポリイミド樹脂(A)および硬化性化合物(B)を含む。ポリイミド樹脂(A)は、ダイマージアミンおよび/又はダイマージイソシアネートに由来する残基Xd(以下、ダイマー構造ともいう)を有する。また、ポリイミド樹脂(A)の側基、側鎖および分子鎖末端の少なくともいずれかに、以下の(i)~(iii)の少なくともいずれかを満たす単環式構造および/又は多環式構造を有する。
(i)前記単環式構造の環、および/又は前記多環式構造のいずれかの環が、炭素原子からなる脂環式骨格であり、前記脂環式骨格に、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する。
(ii)前記単環式構造の環、および/又は前記多環式構造のいずれかの環が、炭素原子とヘテロ原子とからなる脂環式骨格であり、前記脂環式骨格の、前記ヘテロ原子との隣接位置にラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する。
(iii)前記単環式構造の環、および/又は前記多環式構造のいずれかの環が、炭素原子からなる脂環式骨格および炭素原子とヘテロ原子とからなる脂環式骨格の少なくともいずれかであり、前記脂環式骨格を構成する炭素原子と、当該炭素原子と結合する前記環を構成しない炭素原子とがラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する。
ここで、「脂環式骨格」とは、環を構成する原子が炭素原子のみで構成された環構造、または炭素原子とヘテロ原子で構成された環構造であって、例えば、環状の脂肪族炭化水素基等の、芳香族性(つまり、π電子共役系)を有さない環構造をいう。環骨格を構成する炭素に結合する水素の一部が置換基によって置換されていてもよい。「単環式構造」とは、単環を有する構造をいう。単環を1又は2以上有する。「多環式構造」とは、2以上の単環がそれぞれの環の辺を互いに1つだけ共有(縮合)してできる縮合環構造、橋かけ構造(橋頭位構造)、またはこれらを組み合わせた構造をいう。脂環式骨格を有する環を有していればよく、単環式構造の一部、多環式構造の一部に芳香環が含まれていてもよい。
また、(i)~(iii)における「ラジカル反応性」とは、ある条件下で、他のポリイミド樹脂(A)および/又は硬化性化合物(B)とラジカル反応することにより硬化する性質を示す基いう。硬化条件としては、例えば、加熱、光照射、電子線照射が例示できる。
本組成物は上記構成を有しているので、その硬化物のヒートサイクル試験後のクラック耐性が優れる。その主たる理由は、側基、側鎖および分子鎖末端の少なくともいずれかに、本脂環式骨格を有することで、剛直で平面性の高いイミド基のパッキングを適度に阻害できること、反応性が比較的穏やかな適度な反応性を有する脂環式骨格の非共役炭素-炭素不飽和結合を起点とした架橋構造を構築できること、および主鎖中の比較的柔軟で強靱なダイマー構造を有することにより、硬化処理後のポリイミド樹脂(A)の運動性低下を抑制し、応力緩和性・分散性が向上できたことによると考えられる。また、ダイマー構造と、比較的反応性の低い「脂環式構造由来のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合」を有するポリイミド樹脂(A)を、硬化性化合物(B)と組み合わせることにより、架橋構造の疎の部分と密のコントラストがつきやすく、クラック耐性が向上できたと考えられる。即ち、このようなポリイミド樹脂(A)を配合することにより硬化物に応力緩和性を付与し、ヒートサイクル試験後のクラック耐性を付与できたものと考えられる。
また、本組成物は上記構成を有しているので、基板加工プロセスにおいて、基板凹凸への埋め込み性に優れる樹脂組成物を提供できる。その主たる理由は、側基、側鎖および分子鎖末端の少なくともいずれかに本脂環式骨格を有し、且つ主鎖にダイマー構造を有するポリイミド樹脂(A)を用いることにより、平面性の高いイミド結合のパッキングを弱めることができることによると考えられる。更に、このようなポリイミド樹脂(A)と硬化性化合物(B)を組み合わせることで、硬化処理前の段階において樹脂組成物の流動性を高められることによると考えられる。即ち、流動性を高めることにより、基板に形成された配線等の回路基板などの凹凸への埋め込み性が優れたものとできたと考えられる。
更に、本組成物は上記構成を有しているので、その硬化物の耐熱性が優れる。その主たる理由は、ポリイミド樹脂自身の耐熱性に加え、本脂環式骨格を起点とした架橋構造を有し、更に、分子鎖間の相互作用が少ないダイマー構造を有することによると考えられる。以下、本組成物の各成分および製造方法について詳細に説明する。
1-1.ポリイミド樹脂(A)
ポリイミド樹脂(A)は、前述したように、ダイマージアミンおよび/又はダイマージイソシアネートに由来する残基Xdを有する。ダイマージアミンは、例えば、ダイマー酸のカルボキシ基をアミノ基に転化することにより得られる。ダイマージイソシアネートは、例えば、ダイマー酸のカルボキシ基をイソシアネート基に転化することにより得られる。
ダイマー酸とは、不飽和脂肪族カルボン酸の二量体又はその水添物をいう。例えば、大豆油脂肪酸、トール油脂肪酸、菜種油脂肪酸等の天然の脂肪酸、或いはリノレン酸、リノール酸、オレイン酸、エルカ酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、サピエン酸、エライジン酸、ステアロール酸、バクセン酸、ガドレイン酸、エイコセン酸、ブラシジン酸、ネルボン酸、エイコサジエン酸、ドコサジエン酸、ピノレン酸、エレオステアリン酸、ミード酸、ジホモ-γ-リノレン酸、エイコサトリエン酸、ステアリドン酸、アラキドン酸、エイコサテトラエン酸、セトレイン酸、アドレン酸、ボセオペンタエン酸、オズボンド酸、イワシ酸、テトラコサペンタエン酸、エイコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸およびニシン酸等の不飽和脂肪酸を二量化してダイマー酸を得ることができる。不飽和結合を必要に応じて水添し、不飽和度を低下させてもよい。不飽和度を下げたダイマージアミンおよびダイマージイソシアネートは、耐酸化性(特に高温域における着色)や合成時のゲル化抑制の点で好適である。
ダイマー酸は、炭素数20~60の化合物が好ましく、炭素数24~56の化合物がより好ましく、炭素数28~48の化合物が更に好ましく、炭素数36~44の化合物が更に好ましい。脂肪酸をディールス-アルダー反応させた分岐構造を有するジカルボン酸化合物が好ましい。前記分岐構造は、脂肪鎖および環構造が好ましく、環構造がより好ましい。前記環構造は、1又は2以上の芳香環および/又は脂環構造が好ましく、脂環構造がより好ましい。環構造が2つの場合、2つの環が独立していても、連続していてもよい。ダイマージアミンおよびダイマージイソシアネートは一種又は複数種の化合物を用いることができる。脂環構造は、環内に二重結合を1つ又は複数有する場合、二重結合を有さない場合などがある。ダイマー酸のカルボキシ基をアミノ基に転化する方法は、例えば、カルボン酸をアミド化させ、ホフマン転位によりアミン化させ、更に蒸留・精製を行う方法が挙げられる。また、ダイマー酸のカルボキシ基をジイソシアネート基に転化する方法は、例えば、カルボン酸からクルチウス転移によりイソシアネート化させる方法が挙げられる。
ダイマージアミン中のアミノ基、或いはダイマージイソシアネート中のイソシアネート基は、環構造に直接結合していてもよいが、溶解性向上、柔軟性向上の観点から、当該アミノ基は脂肪族鎖を介して環構造と結合していることが好ましい。アミノ基又はイソシアネート基と環構造との間の炭素数は2~25であることが好ましい。脂肪族鎖の好適例として、アルキレン基等の鎖状炭化水素基が例示できる。好適な例として、当該2つのアミノ基又はイソシアネート基が、それぞれアルキレン基を介して環構造と結合している化合物が例示できる。
ダイマージアミン或いはダイマージイソシアネートを得るためのダイマー酸(多塩基酸)の具体例として、下記化学式(d1)~(d4)が挙げられる。これらは一例であり、ダイマー酸は下記構造に限定されない。
Figure 0007351396000002
ダイマージアミンおよびダイマージイソシアネートは、炭素数20~60の化合物が好ましく、炭素数24~56の化合物がより好ましく、炭素数28~48の化合物が更に好ましく、炭素数36~44の化合物が更に好ましい。かかる炭素数は、入手し易さの観点で好ましい。
ダイマージアミンの市販品は、例えば、クローダジャパン社製の「プリアミン1071」、「プリアミン1073」、「プリアミン1074」、「プリアミン1075」およびBASFジャパン社製の「バーサミン551」等が挙げられる。
ポリイミド樹脂(A)は、前述したように、側基、側鎖および分子鎖末端の少なくともいずれかに、上述の(i)~(iii)の少なくともいずれかを満たす単環式構造および/又は多環式構造を有する。
後述する硬化処理により、(i)~(iii)のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合は、硬化性化合物(B)と反応して架橋構造を形成および/又は他のポリイミド樹脂(A)のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合と反応して結合を形成し得る。
上記(i)の具体例として下記化学式(3)が挙げられる。
Figure 0007351396000003
式中のRは直接結合またはメチレン基であり、Rは水素またはメチル基である。式中の*はポリイミド樹脂(A)の主鎖若しくは側鎖との結合部位を示す。上記において、環の炭素と結合する水素原子は置換基によって置換されていてもよい。係る置換基としては、炭素数1~18のアルキル基(メチル基、エチル基、イソプロピル基、t-ブチル基等)、炭素数1~18のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等)、アリール基(フェニル基、ナフチル基等)、複素芳香族基(チエニル基等)、ハロアリール基(ペンタフルオロフェニル基、3-フルオロフェニル基、3,4,5-トリフルオロフェニル基等)、ビニリデン基などのアルケニル基、アルキニル基、アミド基、アシル基、ハロアルキル基(パーフルオロアルキル基等)、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシ基、ハロゲン基(フルオロ基、クロロ基、ブロモ基等)が例示できる。
上記(ii)の具体例として下記化学式(4)の基が挙げられる。
Figure 0007351396000004
式中のRは化学式(3)で説明した通りである。また、環の炭素と結合する水素原子は置換基によって置換されていてもよく、係る置換基の好適例として化学式(3)で例示した置換基が挙げられる。
上記(iii)の具体例として下記化学式(5)の基が挙げられる。
Figure 0007351396000005
式中のRおよびRは化学式(3)で説明した通りである。また、環の炭素と結合する水素原子は置換基によって置換されていてもよく、係る置換基の好適例として化学式(3)で例示した置換基が挙げられる。
ポリイミド樹脂(A)に脂環式骨格を有する、単環式構造および/又は多環式構造を導入する方法は、例えば、上記*の位置に、1価の場合には、アミノ基、ヒドロキシ基、エポキシ基、ビニル基、(メタ)アクリロイル基などの官能基を直接、またはアルキレン基等の有機基を介して結合した化合物が例示できる。二価の場合には、酸無水物基、ジカルボキシ基が直接またはアルキレン基等の有機基を介して結合した化合物が例示できる。
基板加工適性をより向上させる観点からは、ポリイミド樹脂(A)の脂環式骨格の好適例としてノルボルネン、インデン、シクロアルケンおよびこれらのいずれかに炭素数が1~16のアルキル基、ハロゲン基等が置換された脂環式骨格が好適である。
ポリイミド樹脂(A)の重量平均分子量(以下、Mwともいう)は特に限定されないが、ヒートサイクル試験後のクラック耐性をより良好なものとする観点からは、Mwは10,000以上であることが好ましく、15,000以上であることがより好ましく、25,000以上であることが更に好ましい。ポリイミド樹脂(A)と硬化性化合物(B)の相溶性の観点から、ポリイミド樹脂(A)のMwは100,000以下が好ましく、70,000以下がより好ましく、40,000以下が更に好ましい。
ポリイミド樹脂(A)において、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する脂環式骨格の位置は、側基、側鎖および分子鎖末端のいずれかにあればよいが、製造工程の観点からは分子鎖末端が好ましい。ポリイミド樹脂(A)のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合の量は特に限定されないが、ヒートサイクル試験後のクラック耐性をより良好なものとする観点からは(i)~(iii)のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合価は1~50mgKOH/gが好ましく、2~35mgKOH/gがより好ましく、5~25mgKOH/gが更に好ましい。
ポリイミド樹脂(A)として、一般式(1):
Figure 0007351396000006
(Xは繰り返し単位毎にそれぞれ独立に4価の有機基であり、Xは繰り返し単位毎にそれぞれ独立に2価の有機基であり、前記Xとイミド結合が互いに結合して2つのイミド環を形成する。)で表される構造の繰り返し単位を有するものが好適である。Xの具体例としてテトラカルボン酸残基、Xの具体例としてジアミン残基、ジイソシアネート残基が挙げられる。
本明細書において「テトラカルボン酸残基」とは、テトラカルボン酸、並びにテトラカルボン酸二無水物およびテトラカルボン酸ジエステル等のテトラカルボン酸誘導体(以下、これらを「テトラカルボン酸類」という)に由来する基をいう。また、「ジアミン残基」は、ジアミン(ジアミン化合物)に由来する基であり、「ジイソシアネート残基」とはジイソシアネート(ジイソシアネート化合物)に由来する残基をいう。
「イミド結合」とは、1つの窒素原子と2つのカルボニル結合(C=O)からなるものとし、イミド結合と式(1)中のXの一部が互いに結合してイミド環を形成する。「イミド環」は、イミド結合を有する環であり、1つの環を形成する元素数が4以上、7以下である。好適には5又は6である。イミド環は他の環と縮合していてもよい。また、「酸無水物基」とは、-C(=O)-O-C(=O)-で表される基を意味し、「酸無水物環」は、酸無水物基と炭素元素が結合して形成された環をいう。
一般式(1)中のXは、前述したように、繰り返し単位毎にそれぞれ独立の構造を有していてよい4価のテトラカルボン酸残基である。Xを得るための重合に用いるテトラカルボン酸類は特に限定されない。テトラカルボン酸類として、芳香族基を含む芳香族テトラカルボン酸類、脂肪族基を含む脂肪族テトラカルボン酸類、および芳香族基と脂肪族基を含むテトラカルボン酸類が好適に用いられる。なお、脂肪族基とは、炭化水素基であって、鎖状、分岐鎖状、環状(脂環式構造)又はこれらの組み合わせをいう。脂肪族基は不飽和結合を含んでいてもよい。また、脂肪族基は、窒素、酸素、硫黄、セレン、フッ素、塩素、臭素などのヘテロ原子を含んでいてもよい。テトラカルボン酸類は単独で用いても二種以上を併用してもよい。また、上記単量体の例は、適宜、置換基を有していてもよい。置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基等が例示できる。
芳香族テトラカルボン酸類としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、1,2,3,4-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、2,3',3,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、以下の一般式(11)で表されるジフタル酸二無水物が例示できる。
Figure 0007351396000007
式中のXは、2価の置換基を有していてもよい有機基(例えば炭素数1~10の炭化水素基)、-O-、-CO-、-SO-、-S-、-SO-、-CONH-、-COO-、又は-OCO-、-C(CF-、-COO-Z-OCO-、-O-Ph-C(CH-Ph-O-等の連結基を示す。前記Zは例えば-C-、-(CH-、-CH-CH(-O-C(=O)-CH)-CH-が例示できる。これらは、置換基を含んでいてもよい。前記置換基としては、アルキル基、ハロゲン、カルボニル基等が例示できる。後述するテトラカルボン酸においても同様である。具体例としては、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、4,4’-オキシジフタル酸無水物、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、2,2-ビス〔4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル〕プロパン二無水物、p-フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテートが例示できる。
ポリイミド樹脂(A)は、本脂環式骨格と、主鎖のダイマー構造とにより相乗的に応力緩和効果を引き出して、基板加工適性およびヒートサイクル試験後のクラック耐性を向上させることができる。ヒートサイクル試験後のクラック耐性をより向上させる観点から、脂肪族基を有するテトラカルボン酸残基Xaを含むことが好ましい。Xaは脂肪族基を有していればよく、芳香族基が含まれていてもよい。
脂肪族基を有するテトラカルボン酸類としては、芳香族基を含んでいてもよい、鎖状炭化水素構造および/又は脂環式炭化水素構造がある。「鎖状炭化水素構造」は、不飽和結合を有していてもよい、直鎖状炭化水素構造および/又は分岐状炭化水素構造である。また、「脂環式炭化水素構造」は、不飽和結合を有していてもよい、脂環式炭化水素であり、単環であっても多環であってもよい。これらは、置換基を含んでいてもよい。
脂肪族基を有するテトラカルボン酸類の具体例として、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4-ペンタンテトラカルボン酸、1,2,4,5-ペンタンテトラカルボン酸、1,2,3,4-ヘキサンテトラカルボン酸、1,2,5,6-ヘキサンテトラカルボン酸等の鎖状炭化水素構造を有するテトラカルボン酸二無水物が例示できる。
また、シクロブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸、シクロペンタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸、シクロヘキサン-1,2,3,4-テトラカルボン酸、シクロヘキサン-1,2,4,5-テトラカルボン酸、1-カルボキシメチル-2,3,5-シクロペンタントリカルボン酸、3-カルボキシメチル-1,2,4-シクロペンタントリカルボン酸、rel-ジシクロヘキシル-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸、トリシクロ[4.2.2.02,5]デカ-9-エン-3,4,7,8-テトラカルボン酸、5-カルボキシメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,6-トリカルボン酸、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3,6,7-テトラカルボン酸、ビシクロ[3.3.0]オクタン-2,4,6,7-テトラカルボン酸、7,8-ジフェニルビシクロ[2.2.2]オクタ-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸、4,8-ジフェニル-1,5-ジアザビシクロオクタン-2,3,6,7-テトラカルボン酸、9-オキサトリシクロ[4.2.1.02,5]ノナン-3,4,7,8-テトラカルボン酸、9,14-ジオキソペンタシクロ[8.2.11,11.14,7.02,10.03,8]テトラデカン-5,6,12,13-テトラカルボン酸等のシクロ、ビシクロ、トリシクロテトラカルボン酸;2,8-ジオキサスピロ[4.5]デカン-1,3,7,9-テロトン等のスピロ環含有テトラカルボン酸;5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフリル)-3-メチル-3-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、1,3,3a,4,5,9b-ヘキサヒドロ-5(テトラヒドロ-2,5-ジオキソ-3-フラニル)ナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-1,2-ジカルボン酸無水物等の脂環式炭化水素構造を有するテトラカルボン酸二無水物が例示できる。
脂肪族基を有するXaのうちでも、応力緩和をより効果的に発揮させる観点からは、以下の(I)および(II)の少なくとも一方を満たす構造Sを有することが好ましい。
(I)前記イミド環を構成する前記X中の炭素の少なくとも一つが、他方の前記イミド環を構成する前記X中の炭素の少なくとも一つと互いに直結する。
(II)2つの前記イミド環それぞれを構成する、前記X中の炭素の少なくとも一つが、それぞれ独立に、脂肪族構造と直結する構造を有する、および構成元素の一つとなる脂肪族構造を含む、のいずれかを満たす。
上記(I)を満たす具体例として、化学式(I-a)~(I-d)が例示できる。なお、化学式(I-b)~(I-d)は上記(II)を満たす化合物でもある。式中の*は、イミド基との結合部位を示す。
Figure 0007351396000008
上記(II)を満たす具体例として、化学式(II-a)~(II-v)が例示できる。
Figure 0007351396000009
イミド環を形成するX中の炭素が、脂肪族構造である鎖状炭化水素構造に直結する構造Sを有するXaの例として、化学式(II-a)、(II-v)で表される化合物が例示できる。イミド環を形成するX中の炭素が、構成元素の一つとなる脂肪族構造のうちの脂環式炭化水素構造を含む構造Sを有するXaの例として、化学式(II-b)で表される化合物が例示できる。また、一方のイミド環を形成するXの炭素が、脂肪族構造のうちの脂環式炭化水素構造に直結し、他方のイミド環を形成するX中の炭素が、構成元素の一つとなる脂肪族構造のうちの脂環式炭化水素構造を含む構造Sを有するXaの例として、化学式(II-c)が例示できる。なお、2つのイミド環がそれぞれ独立に、上記(I)および(II)の少なくともいずれかを満たしていればよく、化学式(II-d)に示すように芳香環が含まれていてもよい。
脂肪族基を有するXaの割合は、ポリイミド樹脂(A)を構成するX100モル%に対して、50~100モル%が好適であり、より好ましい範囲は65モル%以上、更に好ましい範囲は75モル%以上である。脂肪族基を有するXaを50~100モル%用いることにより、ヒートサイクル試験後のクラック耐性がより優れたものとなる。脂肪族基を有するXaの割合は、ポリイミド樹脂(A)を合成する際に使用する原料モノマーのうち、X残基となる全単量体100モル%中に対する、脂肪族基を有するXaが残基となる単量体の含有率(モル%)より求めることができる。通常、ポリイミド樹脂(A)の重合に用いるテトラカルボン酸類である単量体100モル%中、脂肪族基を有するXaを含む単量体の仕込み率を50~100モル%とすることにより、ポリイミド樹脂(A)の単量体に由来する構成成分の割合とすることができる。
一般式(1)中のXは、前述したように、繰り返し単位毎にそれぞれ独立の構造を有していてよい2価の有機基である。Xを得るための重合に用いる有機化合物の好適例として、前述したようにジアミン、ジイソシアネートが例示できる。Xの少なくとも一部は、ダイマージアミンおよび/又はダイマージイソシアネートに由来する残基Xdである。
ダイマー構造を有するXdの割合は、ポリイミド樹脂(A)を構成するX全体を100モル%としたときに50~100モル%が好ましい。この範囲とすることにより、ポリイミド樹脂(A)のパッキングを適度に阻害し、硬化性化合物(B)および無機フィラーとの分散性を効果的に高め、ヒートサイクル試験後のクラック耐性をバランスよく兼ね備えることができる。より好ましい範囲は65~100モル%であり、更に好ましい範囲は75~100モル%である。ダイマー構造を有するXdの割合は、ポリイミド樹脂(A)を合成する際に使用する原料モノマーのうち、X残基となる全単量体100モル%中に対する、ダイマー構造を有するXdが残基となる単量体の含有率(モル%)より求めることができる。
ポリイミド樹脂(A)の一般式(1)中のXにおいて、上述したダイマー構造を有する残基Xdを形成する単量体以外のXの単量体となるその他のジアミンは、特に限定されない。具体的には、置換基を有していてもよい、脂肪族基(不飽和結合が含まれていてもよい、鎖状炭化水素構造および/又は脂環式炭化水素構造)、芳香環およびこれらを任意に組み合わせたジアミン化合物がある。
ダイマー構造以外のジアミンの具体例として、1,4-ジアミノベンゼン、1,3-ジアミノベンゼン、1,2-ジアミノベンゼン、1,5-ジアミノナフタレン、1,8-ジアミノナフタレン、2,3-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノトルエン、2,4-ジアミノトルエン、3,4-ジアミノトルエン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノ-1,2-ジフェニルエタン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン等の芳香族ジアミン;エチレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、1,4-ブタンジアミン、1,6-ヘキサンジアミン、1,7-ヘプタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、1,12-ドデカメチレンジアミン、メタキシレンジアミン等の脂肪族ジアミン;イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、1,2-シクロヘキサンジアミン、1,3-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、4,4’―ジアミノジシクロヘキシルメタン、ピペラジン等の脂環族ジアミンが挙げられる。
また、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシ)ビフェニル、2,2’-ジトリフルオロメチル-5,5’-ジヒドロキシル-4,4’-ジアミノビフェニル、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-5,5’-ジヒドロキシベンジジンなどのフェノール性水酸基を有するジアミンが挙げられる。上記ジアミンの任意の位置に、任意の置換基が導入されていてもよい。
ポリイミド樹脂(A)には、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、X残基、X残基以外の単量体に由来する残基が含まれていてもよい。例えば、アミノ基を3以上有するポリアミン化合物を用いてもよい。アミノ基を3つ以上有するポリアミン化合物としては、例えば、1,2,4-トリアミノベンゼン、3,4,4’-トリアミノジフェニルエーテルが挙げられる。
ポリイミド樹脂(A)の分子鎖末端に本脂環式骨格を導入するには、酸無水物末端ポリイミド樹脂を合成した後、脂環式骨格を有する、単環式構造および/又は多環式構造を有するモノアミン化合物を更に反応させる方法が例示できる。酸無水物末端ポリイミド樹脂をカルボン酸末端ポリイミド樹脂に代えて、同様の方法により導入してもよい。このようなモノアミン化合物として、以下の化合物(6)が例示できる。
Figure 0007351396000010
式中のR、Rは式(3)で説明した通りである。Rは直接結合または炭素数1~20のアルキル基である。Rは直接結合または炭素数1~6のアルキル基が好ましく、Rは直接結合または炭素数1~4のアルキル基が好ましい。また、環の炭素と結合する水素原子は置換基によって置換されていてもよい。係る置換基としては、化学式(3)の説明で例示した置換基が例示できる。
特に好ましい化合物として、2-(1-シクロヘキセニル)エチルアミンが例示できる。
ポリイミド樹脂(A)の分子鎖末端に本脂環式骨格を導入する別の方法として、アミン末端ポリイミド樹脂を合成した後、脂環式骨格を有する、単環式構造および/又は多環式構造を有する酸無水物化合物および/又はカルボキシ基化合物を更に反応させる方法が例示できる。このような酸無水物化合物として、以下の化合物(7)が例示できる。
Figure 0007351396000011
式中のRおよびRは、化学式(3)において説明した通りである、また、環の炭素と結合する水素原子は置換基によって置換されていてもよい。係る置換基としては、化学式(3)で説明した置換基が例示できる。
特に好ましい化合物として、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物、1-シクロヘキセニル酢酸、3-シクロヘキセニルメチル(3’-シクロヘキセニル)カルボキシレートが例示できる。
ポリイミド樹脂(A)の分子鎖末端を、実質的に全て本脂環式骨格を有する構造とすることができる。また、分子鎖末端の一部が、本脂環式骨格以外の官能基を含んでいてもよい。更に、分子鎖末端の一部が、官能基を有しない封鎖末端としてもよい。ポリイミド樹脂(A)の分子鎖末端には、本脂環式骨格を有さず、ポリイミド樹脂(A)の側鎖および/又は側基に本脂環式骨格を有していてもよい。例えば、側基にアミノ基、酸無水物基、或いはカルボキシ基を導入し、その後、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を含有する酸無水物、或いはアミノ基含有化合物を反応させることにより、ポリイミド樹脂(A)の側鎖および/又は側基に本脂環式骨格を導入できる。埋め込み性の観点からは、分子鎖末端として、官能基を有しない封鎖末端および前記(i)~(iii)のいずれかの脂環式骨格を併用するポリイミド樹脂(A)が好ましい。官能基を有しない封鎖末端および(i)~(iii)のいずれかの脂環式骨格を有する分子鎖末端に加え、更に、酸無水物基等の他の官能基を分子鎖末端に有していてもよい。
本脂環式骨格と、本脂環式骨格を有さない骨格とを分子鎖末端に有するポリイミド樹脂(A)は、例えば、酸無水物末端ポリイミドに対し、本脂環式骨格を有するモノアミン化合物と、本脂環式骨格を有しないモノアミン化合物を特定比率で混合して、末端封止反応を行うことにより得られる。また、アミン末端ポリイミドに対し、本脂環式骨格を有する酸無水物および/又はカルボン酸と、本脂環式骨格を有しない酸無水物化合物および/又はカルボン酸化合物を特定比率で混合して末端封止反応を行うことにより得てもよい。これらの方法によれば、ポリイミド樹脂(A)の分子鎖末端の本脂環式骨格の量を容易に調整できる。
本脂環式骨格を有しないモノアミン化合物としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ステアリルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミンおよびジブチルアミン等の脂肪族アミン;シクロヘキシルアミンおよびジシクロヘキシルアミン等の脂環族アミン;アニリン、トルイジン、ジフェニルアミンおよびナフチルアミン等の芳香族アミン、並びにこれらの任意の混合物が例示できる。
本脂環式骨格を有しない酸無水物としては、無水フタル酸、2,2’-ビフェニルジカルボン酸無水物、1,2-ナフタレンジカルボン酸無水物、2,3-ナフタレンジカルボン酸無水物、1.8-ナフタレンジカルボン酸無水物、1,2-アントラセンジカルボン酸無水物、2,3-アントラセンジカルボン酸無水物、L9-アントラセンジカルボン酸無水物等が挙げられる。本脂環式骨格を有しないカルボン酸としては、前記本脂環式骨格を有するカルボン酸から本脂環式骨格を除いた構造を有するカルボン酸が挙げられる。
上記においては、ポリイミド樹脂を合成し、次いで分子鎖末端とする化合物を反応させる例を挙げたが、ポリイミド樹脂を合成する単量体と共に分子鎖末端に導入する化合物を混合し、重合することによりポリイミド樹脂(A)を合成してもよい。この方法によれば合成工程の簡略化を図ることができる。
ポリイミド樹脂(A)の側鎖および/又は側基に本脂環式骨格を導入するには、本脂環式骨格を有するジアミン、ジイソシアネートなどの有機化合物および/又は本脂環式骨格を有するテトラカルボン酸類を用いる方法が好適である。また、ポリイミド樹脂を合成後、本脂環式骨格を有する化合物を側鎖に導入してもよい。
埋め込み性、およびヒートサイクル試験後のクラック耐性の観点から、ポリイミド樹脂(A)における(i)~(iii)のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合価は1~30であることが好ましく、2~28であることが好ましく、4~26であることがより好ましい。
ヒートサイクル試験後のクラック耐性の観点から、ポリイミド樹脂(A)においてマレイミド基を有しないことが好ましい。ポリイミド樹脂(A)にマレイミド基を有すると、ダイマー構造を有する比較的分子量の高く柔軟なポリイミド樹脂周辺で高架橋が形成され、応力緩和効果が阻害される傾向がある。
ポリイミド樹脂(A)は、各種公知の方法により製造できる。具体例として、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸樹脂、又はポリアミド酸エステル樹脂を加熱により環化してイミド基に変換する方法が挙げられる。ポリアミド酸樹脂の合成法は、例えば、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させる方法がある。より具体的には、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを含む単量体を溶媒に溶解させて例えば60~120℃の温度で0.1~2時間撹拌して、重合させることでポリイミド前駆体であるポリアミド酸樹脂を製造できる。
ポリアミド酸エステル樹脂の合成法は、テトラカルボン酸二無水物とアルコールとによりジエステルを得、次いで縮合剤の存在下でジアミンと反応させる方法や、テトラカルボン酸二無水物とアルコールとによりジエステルを得、次いで、残りのジカルボン酸を酸クロリド化し、ジアミンと反応させる方法が例示できる。また、テトラカルボン酸二無水物とジイソシアネートを反応させてポリイミド前駆体を得、続いてポリイミド樹脂を得る方法も好適である。
重合に用いる有機溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、2-ブタノン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N-ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホルアミド、N-メチルカプロラクタム、硫酸ジメチル、シクロヘキサノン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジグライム、トリグライム、クレゾールが例示できる。溶媒は単独若しくは二種以上を併用して用いられる。キシレン、トルエンのような芳香族炭化水素の併用も可能である。
ポリイミド前駆体をイミド化させてポリイミド樹脂を得る方法は、特に制限されないが、溶媒中で、例えば、80~400℃の温度で0.5~50時間加熱する方法が例示できる。このとき、必要に応じて触媒および/又は脱水剤を用いてもよい。
反応触媒として、トリエチルアミン等の脂肪族第3級アミン類、ジメチルアニリン等の芳香族第3級アミン類、ピリジン、ピコリン、イソキノリン等の複素環式第3級アミン類等が例示できる。また、脱水剤としては、例えば無水酢酸等の脂肪族酸無水物や無水安息香酸等の芳香族酸無水物が例示できる。
イミド化率(イミド環の形成率)は限定されないが、耐アルカリ性および耐酸性(めっき液耐性)を効果的に発揮させる観点からは80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95~100%であることが更に好ましい。NMRやIR分析等によりイミド化率を決定できる。
1-2.硬化性化合物(B)
硬化性化合物(B)は、加熱、光照射、電子線照射などにより架橋、硬化する化合物をいい、その種類は特に限定されない。硬化性化合物(B)は、一種単独で用いる他、同種および異種を問わず、二種以上を組み合わせることができる。
硬化性化合物(B)の好適例として、エポキシ化合物(b1)、シアネートエステル化合物(b2)、マレイミド化合物(b3)、アリル基含有化合物(b4)、ビニル基含有化合物(b5)、(メタ)アクリレート基含有化合物(b6)が例示できる(以下、成分(b1)~(b6)ともいう)。硬化性化合物(B)として、成分(b1)~(b6)からなる群から選択される一種以上を有することが好ましい。
硬化性化合物(B)は、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)(以下、単に硬化性化合物(B1)ともいう)を含むことが好ましい。ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合とは、他の硬化性化合物(B)と反応して架橋構造を形成および/又はポリイミド樹脂(A)のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合と反応して結合を形成し得る結合をいう。ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)の好適例として、マレイミド化合物(b3)、アリル基含有化合物(b4)、ビニル基含有化合物(b5)、(メタ)アクリレート基含有化合物(b6)が挙げられる。
耐熱性をより向上させる観点からは、硬化性化合物(B)としてマレイミド化合物(b3)を含むことが好ましい。マレイミド化合物(b3)単独で用いてもよいし、マレイミド化合物(b3)と成分(a1)、(a2)、(a4)~(a6)の一種または二種以上と組み合わせて用いてもよい。好適な組合せとして、シアネートエステル化合物(b2)とマレイミド化合物(b3)の併用系、マレイミド化合物(b3)と成分(b4)~(b6)の少なくともいずれかとの併用系が好適である。これらの中でも、マレイミド化合物(b3)とアリル基含有化合物(b4)の併用系がより好適である。
炭素-炭素不飽和結合同士の反応でより強固な架橋を形成する観点から、マレイミド化合物(b3)とアリル基含有化合物(b4)、マレイミド化合物(b3)とビニル基含有化合物(b5)、マレイミド化合物(b3)と(メタ)アクリレート基含有化合物(b6)の組み合わせが好適である。その中でも、強靭性が向上させる観点から、ポリフェニレンエーテル構造を有する硬化性化合物(B)を用いることが好ましい。
アリル基含有化合物(b4)、ビニル基含有化合物(b5)、および(メタ)アクリレート基含有化合物(b6)は、下記一般式を有するポリフェニレンエーテル化合物であることが好ましい。
Figure 0007351396000012
11、R12、R13およびR14は、繰り返し単位毎にそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、置換基を有していてもよいアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘプチル基等の炭素数1~6の直鎖状もしくは分岐状の化合物、シクロヘキシル基等の脂環式化合物)、置換基を有していてもよいアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、プロポキシ基等の炭素数1~6のアルコキシ基)、置換基を有していてもよいアリール基(フェニル基、ナフチル基等)、置換基を有していてもよいアミノ基、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基などが例示できる。
耐熱性、特に長期耐熱性の観点からポリフェニレンエーテル化合物の平均硬化性官能基数は1~10であることが好ましく、2以上であることがより好ましい。
ポリフェニレンエーテル構造を有する成分(b4)~(b6)のMwは特に限定されないが、ヒートサイクル試験後のクラック耐性を高める観点から200以上であることが好ましく、500以上であることがより好ましい。Mwの上限値は特に限定されないが、入手容易性等を考慮すると1万以下である。
本組成物中のフィラーおよび溶剤を除く成分100質量%中、硬化性化合物(B)を10~98質量%用いることが好ましく、30~90質量%用いることがより好ましく、45~85質量%用いることが更に好ましい。
ヒートサイクル試験後のクラック耐性を向上させる観点から、分子量が100以上、10,000未満のマレイミド化合物(b3)を含むことが好ましい。このような比較的分子量の低い、反応性の高いマレイミド化合物(b3)と、比較的分子量の高い、比較的反応性の低い、脂環式構造由来のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有するポリイミド樹脂(A)とを組み合わせることで、架橋構造の疎の部分と密な部分が生じやすく、効果的にクラック耐性を向上させることができたと考えられる。
埋め込み性や耐熱性の観点から、硬化性化合物(B)の分子量が100以上、10,000未満であり、且つラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)を含む態様が好ましい。更に、前記態様に加え、ポリイミド樹脂(A)とラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)との合計100質量%に対し、ポリイミド樹脂(A)の含有率を5~40質量%とすることにより、埋め込み性とヒートサイクル試験後のクラック耐性がより優れたものとなる。
埋め込み性や耐熱性の観点から、硬化性化合物(B)の分子量が100以上、10,000未満であり、且つラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)を含む態様が好ましい。更に、前記態様に加え、ポリイミド樹脂(A)とラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)との合計100モル%に対し、ポリイミド樹脂(A)の含有率を0.1~10モル%とすることにより、埋め込み性とヒートサイクル試験後のクラック耐性をより優れたものとなる。
なお、硬化性化合物(B)の分子量とは、低分子化合物の場合はその分子量であり、単量体を重合して得られる化合物の場合には数平均分子量をいう。硬化性化合物(B)を2種以上用いる場合の硬化性化合物(B)の分子量は、それぞれの硬化性化合物(B)の分子量×その硬化性化合物(B)の含有率(質量%)の総和をいう。
耐熱性をより向上させる観点からは、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合の当量が20~500g/eqの硬化性化合物(B)と、同当量が500~10,000g/eqの硬化性化合物(B)を組合せることが好ましい。
エポキシ化合物(b1)は、エポキシ基を有する硬化性化合物をいう。エポキシ化合物(b1)は、活性エステル化合物を併用して用いることが好ましい。活性エステル化合物とは、エポキシ基と反応するエステル基を1分子中に1個以上有し、エポキシ樹脂を硬化せしめる化合物をいう。活性エステル化合物の市販品として、DIC社製「HPC-8000-65T」、「EXB9416-70BK」および「EXB8100-65T」等が例示できる。
活性エステル化合物を用いることにより、エポキシ化合物(b1)と活性エステル化合物との反応によりエステル基が生じる。このため、フェノール系硬化剤を用いる場合に比べて極性を低くできる。その結果、ポリイミド樹脂(A)のダイマー構造とエポキシ化合物(b1)の相溶性を効果的に高めることができる。
エポキシ化合物(b1)の具体例として、グリジシルエーテル型エポキシ樹脂;テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルパラアミノフェノール、トリグリシジルメタアミノフェノール、又はテトラグリシジルメタキシリレンジアミン、ソルビトールポリグリシジルエーテル等のグリジシルアミン型エポキシ樹脂;ジグリシジルフタレート、ジグリシジルヘキサヒドロフタレート、又はジグリシジルテトラヒドロフタレート等のグリシジルエステル型エポキシ樹脂、;エポキシシクロヘキシルメチル-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、又はビス(エポキシシクロヘキシル)アジペートなどの環状脂肪族(脂環型)エポキシ樹脂;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S型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂が例示できる。また、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、α-ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、テトラブロムビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂が例示できる。
シアネートエステル化合物(b2)は、シアネート基を有する硬化性化合物をいう。シアネートエステル化合物(b2)として、ビスフェノールA型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールA型シアン酸エステル、ビスフェノールF型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールE型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールS型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールスルフィド型シアネートエステル樹脂、フェニレンエーテル型シアネートエステル樹脂、ナフチレンエーテル型シアネートエステル樹脂、ビフェニル型シアネートエステル樹脂、テトラメチルビフェニル型シアネートエステル樹脂、ポリヒドロキシナフタレン型シアネートエステル樹脂、フェノールノボラック型シアネートエステル樹脂、クレゾールノボラック型シアネートエステル樹脂、トリフェニルメタン型シアネートエステル樹脂、テトラフェニルエタン型シアネートエステル樹脂、ジシクロペンタジエン-フェノール付加反応型シアネートエステル樹脂、フェノールアラルキル型シアネートエステル樹脂、ナフトールノボラック型シアネートエステル樹脂、ナフトールアラルキル型シアネートエステル樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック型シアネートエステル樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック型シアネートエステル樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂型シアネートエステル樹脂、ビフェニル変性ノボラック型シアネートエステル樹脂、アントラセン型シアネートエステル樹脂等が挙げられる。
シアネートエステル化合物(b2)の市販品、フェノールノボラック型シアネートエステル樹脂(ロンザジャパン社製「PT-30」および「PT-60」)、ビスフェノール型シアネートエステル樹脂が三量化されたプレポリマー(ロンザジャパン社製「BA-230S」、「BA-3000S」、「BTP-1000S」および「BTP-6020S」)等を用いてもよい。
マレイミド化合物(b3)はマレイミド基を有する硬化性化合物をいう。マレイミド化合物(b3)の種類は特に限定されない。長期耐熱性の観点から平均マレイミド基数が1.5~4であることが好ましく、2以上であることがより好ましい。
マレイミド化合物(b3)のMwは特に限定されないが、乾燥時の揮発抑制の観点から100以上であることが好ましく、150以上であることがより好ましい。Mwの上限値は特に限定されないが、入手容易性等を考慮すると8000以下、より好ましくは5000以下である。
マレイミド化合物(b3)は、多官能アミンと無水マレイン酸を反応させて得られる多官能マレイミドを挙げることができる。多官能アミンとしては、イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン-4,4′-ジアミン、ハンツマン・コーポレーション社製の、末端アミノ化ポリプロピレングリコール骨格を有するジェファーミンD-230、HK-511、D-400、XTJ-582、D-2000、XTJ-578、XTJ-509、XTJ-510、T-403、T-5000、末端アミノ化エチレングリコール骨格を有するXTJ-500、XTJ-501、XTJ-502、XTJ-504、XTJ-511、XTJ-512、XTJ-590末端アミノ化ポリテトラメチレングリコール骨格を有するXTJ-542、XTJ-533、XTJ-536、XTJ-548、XTJ-559などが挙げられる。
マレイミド化合物(b3)として、4,4'-ジフェニルメタンビスマレイミド、m-フェニレンビスマレイミド、p-フェニレンビスマレイミド、2,2-ビス[4-(4-マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス-(3-エチル-5-メチル-4-マレイミドフェニル)メタン、4-メチル-1,3-フェニレンビスマレイミド、N,N'-エチレンジマレイミド、N,N'-ヘキサメチレンジマレイミド、ビス(4-マレイミドフェニル)エーテル、ビス(4-マレイミドフェニル)スルホン、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、ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド等の分子内に2つのマレイミド基を有する樹脂、ビフェニルアラルキル型マレイミド、ポリフェニルメタンマレイミド(CASNO:67784-74-1、ホルムアルデヒドとアニリンからなるポリマーと無水マレイン酸の反応物)、N,N’-(トルエン-2,6-ジイル)ビスマレイミド)、4,4’-ジフェニルエーテルビスマレイミド、4,4’-ジフェニルスルフォンビスマレイミド、1,3-ビス(3-マレイミドフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-マレイミドフェノキシ)ベンゼン、N,N’-エチレンビスマレイミド、N,N’-トリメチレンビスマレイミド、N,N’-プロピレンビスマレイミド、N,N’-テトラメチレンビスマレイミド、N,N’-ペンタメチレンビスマレイミド、N,N’-(1,3-ペンタンジイル)ビス(マレイミド)、N,N’-ヘキサメチレンビスマレイミド、N,N’-(1,7-ヘプタンジイル)ビスマレイミド、N,N’-(1,8-オクタンジイル)ビスマレイミド、N,N’-(1,9-ノタンジイル)ビスマレイミド、N,N’-(1,10-デカンジイル)ビスマレイミド、N,N’-(1,11-ウンデカンジイル)ビスマレイミド、N,N’-(1,12-ドデカンジイル)ビスマレイミド、N,N’-[(1,4-フェニレン)ビスメチレン]ビスマレイミド、N,N’-[(1,2-フェニレン)ビスメチレン]ビスマレイミド、N,N’-[(1,3-フェニレン)ビスメチレン]ビスマレイミド、1,6’-ビスマレイミド-(2,2,4-トリメチル)ヘキサン、N,N′‐[(メチルイミノ)ビス(4,1‐フェニレン)]ビスマレイミド、N,N′‐(2‐ヒドロキシプロパン‐1,3‐ジイルビスイミノビスカルボニルビスエチレン)ビスマレイミド、N,N′‐(ジチオビスエチレン)ビスマレイミド、N,N′‐[ヘキサメチレンビス(イミノカルボニルメチレン)]ビスマレイミド、N,N′‐カルボニルビス(1,4‐フェニレン)ビスマレイミド、N,N′,N′′‐[ニトリロトリス(エチレン)]トリスマレイミド、N,N’,N’’-[ニトリロトリス(4,1-フェニレン)]トリスマレイミド、N,N′‐[p‐フェニレンビス(オキシ-p-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N′‐[メチレンビス(オキシ)ビス(2-メチル-1,4-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[メチレンビス(オキシ-p-フェニレン)]ビス(マレイミド)N,N′‐[ジメチルシリレンビス[(4,1-フェニレン)(1,3,4,-オキサジアゾール-5,2-ジイル)(4,1-フェニレン)]]ビスマレイミド、N,N’-[(1,3-フェニレン)ビスオキシビス(3,1-フェニレン)]ビスマレイミド、1,1’-[3’-オキソスピロ[9H-キサンテン-9,1’(3’H)-イソベンゾフラン]-3,6-ジイル]ビス(1H-ピロール-2,5-ジオン)、N,N’-(3,3’-ジクロロビフェニル-4,4’-ジイル)ビスマレイミド、N,N’-(3,3’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジイル)ビスマレイミド、N,N’-(3,3’-ジメトキシビフェニル-4,4’-ジイル)ビスマレイミド、N,N’-[メチレンビス(2-エチル-4,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[メチレンビス(2,6-ジエチル-4,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[メチレンビス(2-ブロモ-6-エチル-4,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[メチレンビス(2-メチル-4,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[エチレンビス(オキシエチレン)]ビスマレイミド、N,N’-[スルホニルビス(4,1-フェニレン)ビス(オキシ)ビス(4,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[ナフタレン-2,7-ジイルビス(オキシ)ビス(4,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[p-フェニレンビス(オキシ-p-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[(1,3-フェニレン)ビスオキシビス(3,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-(3,6,9-トリオキサウンデカン-1,11-ジイル)ビスマレイミド、N,N’-[イソプロピリデンビス[p-フェニレンオキシカルボニル(m-フェニレン)]]ビスマレイミド、N,N’-[イソプロピリデンビス[p-フェニレンオキシカルボニル(p-フェニレン)]]ビスマレイミド、N,N’-[イソプロピリデンビス[(2,6-ジクロロベンゼン-4,1-ジイル)オキシカルボニル(p-フェニレン)]]ビスマレイミド、N,N’-[(フェニルイミノ)ビス(4,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[アゾビス(4,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[1,3,4-オキサジアゾール-2,5-ジイルビス(4,1-フェニレン)]ビスマレイミド、2,6-ビス[4-(マレイミド-N-イル)フェノキシ]ベンゾニトリル、N,N’-[1,3,4-オキサジアゾール-2,5-ジイルビス(3,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[ビス[9-オキソ-9H-9-ホスファ(V)-10-オキサフェナントレン-9-イル]メチレンビス(p-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[ヘキサフルオロイソプロピリデンビス[p-フェニレンオキシカルボニル(m-フェニレン)]]ビスマレイミド、N,N’-[カルボニルビス[(4,1-フェニレン)チオ(4,1-フェニレン)]]ビスマレイミド、N,N’-カルボニルビス(p-フェニレンオキシp-フェニレン)ビスマレイミド、N,N’-[5-tert-ブチル-1,3-フェニレンビス[(1,3,4-オキサジアゾール-5,2-ジイル)(4,1-フェニレン)]]ビスマレイミド、N,N’-[シクロヘキシリデンビス(4,1-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[メチレンビス(オキシ)ビス(2-メチル-1,4-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-[5-[2-[5-(ジメチルアミノ)-1-ナフチルスルホニルアミノ]エチルカルバモイル]-1,3-フェニレン]ビスマレイミド、N,N’-(オキシビスエチレン)ビスマレイミド、N,N’-[ジチオビス(m-フェニレン)]ビスマレイミド、N,N’-(3,6,9-トリオキサウンデカン-1,11-ジイル)ビスマレイミド、N,N’-(エチレンビス-p-フェニレン)ビスマレイミド、DesignerMolecules社製のBMI-689、BMI-1500、BMI-1700、BMI-3000、BMI-5000、BMI-9000、JFEケミカル社製のODA-BMI、BAFBMIなどの多官能マレイミドを挙げることができる。
マレイミド化合物(b3)をラジカルにより架橋させる場合には、ラジカル重合開始剤を添加ができる。具体的にはアゾ系化合物、有機過酸化物が例示できる。重合開始剤は一種もしくは二種以上を組み合わせて用いられる。
アゾ系化合物としては、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチル-4-メトキシバレロニトリル)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、4,4’-アゾビス(4-シアノバレリック酸)、2,2’-アゾビス(2-ヒドロキシメチルプロピオニトリル)、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]が例示できる。
有機過酸化物としては、過酸化ベンゾイル、t-ブチルパーベンゾエイト、クメンヒドロパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2-エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシ2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシネオデカノエート、t-ブチルパーオキシビバレート、(3,5,5-トリメチルヘキサノイル)パーオキシド、ジプロピオニルパーオキシド、ジアセチルパーオキシドが例示できる。
アリル基含有化合物(b4)は、アリル基を有する化合物をいい、単官能、多官能のいずれでもよい。単官能アリル化合物として(メタ)アリルアルコールが例示できる。多官能アリル化合物としては、トリアリルイソシアヌレート、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、テトラアリルオキシエタン、ポリアリルサッカロース、ジ(メタ)アリルフタレート、トリ(メタ)アリルイソシアヌレート、トリ(メタ)アリルシアヌレートが例示できる。また、以下の化合物が挙げられる。
Figure 0007351396000013
ビニル基含有化合物(b5)は、ビニル基を有する化合物をいい、単官能でも多官能でもよい。単官能ビニル化合物として、ビニルベンジル変性ポリフェニレンエーテル等のビニル基含有ポリフェニレンエーテル、スチレン、ビニルトルエン、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、ビニルピリジンが例示できる。多官能ビニル化合物として、ヘキサンジオールジノルボルネンカルボキシレート、ペンタエリスリトールテトラノルボルネンカルボキシレート、トリエチレングリコールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル等のビニルエーテル、ジビニルベンゼンが例示できる。これらのうちでも、ビニル基含有ポリフェニレンエーテルが特に好ましい。
(メタ)アクリレート基含有化合物(b6)は、(メタ)アクリレート基を有する化合物をいい、単官能でも多官能でもよい。例えば、単官能(メタ)アクリルアミド化合物、多官能(メタ)アクリルアミド化合物、単官能(メタ)アクリレート、多官能(メタ)アクリレートが挙げられる。
単官能(メタ)アクリルアミド化合物として、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、t-オクチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロイルモルホリン、アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミドが例示できる。
多官能(メタ)アクリルアミド化合物として、N,N’-ジアクリロイル-4,7,10-トリオキサ-1,13-トリデカンジアミン、N,N’,N’’-トリアクリロイルジエチレントリアミン、N,N’,N’’,N’’’-テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン、N,N’-{[2-アクリルアミド-2-[(3-アクリルアミドプロポキシ)メチル]プロパン-1,3-ジイル)ビス(オキシ)]ビス(プロパン-1,3-ジイル)}ジアクリルアミドが例示できる。
単官能(メタ)アクリレートとして、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノールアルキレンオキサイド付加物の(メタ)アクリレート、p-クミルフェノールアルキレンオキサイド付加物の(メタ)アクリレート、o-フェニルフェノールアルキレンオキサイド付加物の(メタ)アクリレート、ノニルフェノールアルキレンオキサイド付加物の(メタ)アクリレート、2-メトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシルアルコールのアルキレンオキサイド付加物の(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、(2-エチル-2-メチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル(メタ)アクリレート、(2-イソブチル-2-メチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチル(メタ)アクリレート、(1,4-ジオキサスピロ[4,5]デカン-2-イル)メチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、(3-エチルオキセタン-3-イル)メチル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、アリル(メタ)アクリレート、N-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタルイミド、N-(メタ)アクリロイルオキシエチルテトラヒドロフタルイミド、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、ω-カルボキシ-ポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルアシッドフォスフェート、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、2-(メタ)アクリロイロキシエチルアシッドホスフェートが例示できる。
前記アルキレンオキサイド付加物において、アルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドが例示できる。
多官能(メタ)アクリレートとして、メタクリレート基含有ポリフェニレンエーテル、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、3-メチル-1,5-ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオールジ(メタ)アクリレートおよび1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート等の脂肪族ジオールのジ(メタ)アクリレート;
シクロヘキサンジメチロールジ(メタ)アクリレートおよびトリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレート等の脂環族ジオールのジ(メタ)アクリレート;
ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートおよびトリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等のアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート;
ネオペンチルグリコールとヒドロキシピバリン酸と(メタ)アクリル酸のエステル化反応生成物(以下、「ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート」という。)、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート;
ビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート等のビスフェノール系化合物のアルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート;
水素添加ビスフェノールAのジ(メタ)アクリレート等の水素添加ビスフェノール系化合物のジ(メタ)アクリレート;
イソシアヌル酸アルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸アルキレンオキサイド付加物のトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性イソシアヌル酸アルキレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性イソシアヌル酸アルキレンオキサイド付加物のトリ(メタ)アクリレート等のイソシアヌル酸アルキレンオキサイド付加物のポリ(メタ)アクリレート;
トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ又はテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ又はヘキサ(メタ)アクリレート等のポリオールポリ(メタ)アクリレート;
トリメチロールプロパンアルキレンオキサイド付加物のトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンアルキレンオキサイド付加物のテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールアルキレンオキサイド付加物のトリ又はテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールアルキレンオキサイド付加物のペンタ又はヘキサ(メタ)アクリレート等のポリオールアルキレンオキサイド付加物のポリ(メタ)アクリレート:
ウレタン(メタ)アクリレート;エポキシ(メタ)アクリレート;並びに
ポリエステル(メタ)アクリレートが例示できる。
前記アルキレンオキサイド付加物において、アルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドが例示できる。
成分(b1)~(b6)以外の化合物として、例えばフェノール樹脂、イソシアネート基含有化合物、アミノ基含有化合物、カルボジイミド基含有化合物、活性エステル系化合物を用いてもよい。
1-3.その他の成分
更に本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、他の化合物を含むことができる。例えば、ポリイミド樹脂(A)に該当しないポリイミド樹脂を用いてもよい。また、任意の熱可塑性樹脂を用いてもよい。ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合の架橋反応を促進する目的でラジカル重合開始剤を添加してもよい。また、触媒を用いることにより効率的に硬化処理を促進できる。そのような触媒の好適例として、イミダゾール系、アミン系、リン系が例示できる。
ラジカル重合開始剤は公知の化合物を用いることができる。例えば、ベンゾイルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、2,5-ジメチルヘキサン-2,5-ジハイドロパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3、ジ-t-ブチルパーオキサイド、t-ブチルクミルパーオキサイド、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)ヘキサン、ジクミルパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキシイソフタレート、t-ブチルパーオキシベンゾエート、2,2-ビス(t-ブチルパーオキシ)ブタン、2,2-ビス(t-ブチルパーオキシ)オクタン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、ジ(トリメチルシリル)パーオキサイド、トリメチルシリルトリフェニルシリルパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド等の過酸化物が例示できる。また、2,3-ジメチル-2,3-ジフェニルブタンもラジカル重合開始剤として好適である。
ラジカル重合開始剤の配合量は、上記多官能ビニル芳香族共重合体100質量部に対し、0.01~10質量部の範囲、好ましくは、0.1~8質量部の範囲である。この範囲であれば、硬化反応を阻害することなく良好に反応が進行する。
更に、無機フィラー、熱安定剤、染料、顔料(例えば、カーボンブラック)、重合禁止剤、消泡剤、レベリング剤、イオン捕集剤、保湿剤、粘度調整剤、防腐剤、抗菌剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、電磁波シールド剤等が挙げられる。
本組成物は、無溶剤であっても溶剤を含んでいてもよい。溶剤としては、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、N,N-ジメチルホルムアミド、メチルイソブチルケトン、N-メチル-ピロリドン、アセトン、メタノール、エタノール、ブタノール、2-プロパノール、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、1-メトキシ-2- プロパノール、2-アセトキシ-1-メトキシプロパン、n-ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノンおよびこれらの混合物が例示できる。
低誘電率化をより効果的に発揮させる観点から、フッ素系フィラーを用いることが好ましい。フッ素系フィラーとしては、PTFE、PVDF(CF2とCH2が交互に結合した直鎖状構造を持つフッ化ビニリデン重合体)、ネオフロンFEP(テトラフルオロエチレン~ヘキサフルオロプロピレン共重合体:四フッ化エチレン~六フッ化プロピレン共重合樹脂)、PFA(テトラフルオロエチレン~パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体:パーフルオロアルコキシ樹脂)、ネオフロンETFE(テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体)、ECTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン:三フッ化塩化エチレン樹脂)等が例示できる。
無機フィラーの種類は特に限定されない。無機フィラーを用いることにより、ヒートサイクル試験後のクラック耐性がより優れたものとなる。
無機フィラーの具体例としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化ジルコニウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、炭酸バリウム、硫酸マグネシウム、酸化チタン、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化アンチモン、酸化ニッケル、ケイ酸カルシウム、ベリリア、チタン酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、チタンホワイト、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アルミニウムなどの金属化合物;タルク;クレー;マイカ;ガラス繊維、カオリン、ハイドロタルサイト、ウォラストナイト、ゾノトライト、リン酸水素カルシウム、リン酸カルシウム、ガラスフレーク、水和ガラス、セピオライトなどの金属酸化物や金属窒化物;水和金属化合物;溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶性シリカ、非結晶性シリカ、2次凝集シリカ、微粉シリカ、中空シリカ、多孔質シリカなどのシリカ系;炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化チタン、ダイヤモンドなどの窒化系や炭素系フィラーが例示できる。
これらの中でもアルミナ、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素がより好ましく、アルミナ、窒化ホウ素が長期耐熱性を効果的に高める観点から特に好ましい。
1-4.樹脂組成物および硬化物の特性
本組成物を硬化せしめることにより硬化物が得られる。ここで、硬化物とは、硬化処理により三次元架橋構造を形成して硬化することをいい、更に硬化処理しても実質的に硬化反応が進行しない程度に硬化された状態をいう。硬化処理により、硬化性化合物(B)同士が架橋する態様、硬化性化合物(B)とポリイミド樹脂(A)とが架橋する態様、および硬化性化合物(B)と他の成分とが架橋する態様、並びにこれらを任意に組み合わせた態様が挙げられる。硬化処理としては、熱硬化処理、光硬化処理が例示できる。熱反応性基を用いる場合には加熱処理を、光反応性基を用いる場合には光照射処理を通常行う。組成物により硬化条件は変わるが、熱反応性基を用いる場合には、例えば、180℃で60min程度処理することにより硬化物を得ることができる。同様に、光反応性基を用いる場合には、例えば、活性光線(例えば365nm)を架橋反応が充分に進行する光量で照射することにより硬化物を得ることができる。なお、本組成物をシート等の所望の形状に成形する際に、その一部が硬化反応し得るが、更に硬化処理すれば硬化し得る状態は、ここでいう硬化物には含まない。樹脂組成物の段階で、成分の一部が半硬化したBステージの状態であってもよい。
本組成物を硬化処理して得られた硬化物のガラス転移温度を140~400℃の範囲とする。より好ましくは200~300℃である。前記ガラス転移温度が140℃以上であることで、長期耐熱性を高めることができる。一方、前記ガラス転移温度が400℃以下であることで、一定の柔軟性を付与することができ、ポリイミド樹脂(A)の応力緩和効果を引き出すことができる。
2.樹脂組成物の製造方法
本組成物は、各配合成分を配合することにより得られる。ポリイミド前駆体ではなく、イミド化したポリイミド樹脂(A)を配合成分として用いる。配合に際して、適宜、溶媒を用いることができる。固形分濃度は、例えば20~60質量%である。ポリイミド樹脂(A)はダイマー構造を有しているので、各種有機溶剤に容易に溶解させることができる。
本組成物は、例えば粉末状、フィルム状、シート状、板状、ペレット状、ペースト状または液状とすることができる。液状またはペースト状の樹脂組成物は、溶剤を用いて粘度を調整することにより容易に得ることができる。また、フィルム状、シート状、板状の樹脂組成物は、例えば、液状またはペースト状の樹脂組成物を塗工して乾燥することにより形成できる。また、粉末状、ペレット状の樹脂組成物は、例えば、前記フィルム状等の樹脂組成物を所望のサイズに粉砕または分断することにより得られる。
3.樹脂組成物層、積層シートおよびプリプレグ
本組成物は、樹脂組成物層として好適に用いることができる。また、本組成物は、基材と、この基材上に設けられた本組成物で形成された樹脂組成物層とを含む、積層シート用途に好適に用いることができる。樹脂組成物層は、硬化処理後に優れた接着性を示すので、各種材料(樹脂層、金属層、ITO等の無機層、複合層など)との接合用途として好適である。例えば、銅張積層板(CCL:Copper Clad Laminate)の接着シート、電子回路基板と電子部品等との部品同士の接合材料に好適である。
例えば、溶剤を含む本組成物の塗布液(ワニス)を、剥離フィルムの片面に塗布し、有機溶剤等の液状媒体を例えば40~150℃で除去・乾燥することにより、樹脂組成物層(接着シート)を有する積層シートが得られる。得られた接着シートの表面に別の剥離フィルムを積層することにより、両面剥離フィルム付き接着シートである積層シートが得られる。両面を剥離フィルムで積層することにより、接着シートの表面汚染を予防できる。剥離フィルムを剥がすことによって、接着シートを単離できる。2つの剥離フィルムは、同種または異種のいずれも用いることができる。剥離性の異なる剥離フィルムを用いることによって、剥離力に強弱をつけることができるので順番に剥がしやすくなる。また、剥離性基材以外の基材に塗布液を塗工して接着シート(樹脂組成物層)を有する積層シートを得てもよい。
基材は、ポリイミドフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリカーボネート、ポリエチレン、液晶ポリマー、フェノール樹脂、アラミド樹脂などの樹脂材料;銅、アルミニウム、ステンレス等の金属材料;ITO、ガラス、シリコン、シリコンカーバイト等の無機材料およびこれらを任意に組み合わせた複合材料が例示できる。本組成物によれば、側鎖、側基または分子鎖末端の少なくともいずれかに本脂環式構造を有し、主鎖にダイマー構造を有するポリイミド樹脂(A)を用いることにより各種基材への耐熱性に優れるのみならず、成形加工性に優れる。
塗布方法としては、例えば、コンマコート、ナイフコート、ダイコート、リップコート、ロールコート、カーテンコート、バーコート、グラビア印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷、ディップコート、スプレーコート、スピンコート等、公知の方法を選択できる。接着シートの乾燥後の厚みは十分な接着性を発揮させるため、また、取り扱い易さの点から、5~500μmであることが好ましく、10~100μmであることが更に好ましい。
本組成物は、基材に本組成物を含浸させることにより得たプリプレグ形成用として好適に用いることができる。プリプレグは、例えば、繊維基材に本組成物を含浸させ、続いて、樹脂組成物を加熱乾燥せしめて半硬化(Bステージ化)することにより製造できる。樹脂組成物の繊維基材に対する固形分付着量は、プリプレグに対する乾燥後の樹脂組成物の含有率において20~90質量%とすることが好ましい。より好ましくは、30~80質量%であり、さらに好ましくは40~70質量%である。例えば、プリプレグ中の樹脂組成物の固形分付着量が20~90質量%となるように、本組成物を繊維基材に含浸または塗工した後、例えば40~250℃の温度で1~30分加熱乾燥し、半硬化(Bステージ化)させることにより製造できる。
繊維基材としては、公知の材料を制限なく利用できるが、有機繊維、無機繊維およびガラス繊維が例示できる。有機繊維としては、ポリイミド、ポリエステル、テトラフルオロエチレン、全芳香族ポリアミドなどが例示できる。無機繊維としては、炭素繊維が例示できる。ガラス繊維としては、Eガラスクロス、Dガラスクロス、Sガラスクロス、Qガラスクロス、NEガラスクロス、Lガラスクロス、Tガラスクロス、球状ガラスクロス、低誘電ガラスクロスなどが例示できる。これらのなかでも低熱膨張率の観点からは、Eガラスクロス、Tガラスクロス、Sガラスクロス、Qガラスクロスおよび有機繊維が好適である。繊維基材は一種単独でも二種以上を併用してもよい。
繊維基材の形状は、目的とする用途および性能に応じて適宜選択できる。具体例としては、織布、不織布、ロービンク、チョップドストランドマットおよびサーフェシングマットが例示できる。織布の織り方としては、平織り、ななこ織り、綾織りが例示できる。所望の特性に応じて、任意に選択・設計できる。繊維基材の厚さは、例えば、約0.01~1.0mmの範囲とすることができる。薄膜化の観点からは500μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましい。
繊維基材は、必要に応じて、所望の特性を引き出すためにシランカップリング剤などで表面処理を施したり、機械的に開繊処理を施したりすることができる。その他、コロナ処理やプラズマ処理を行ってもよい。シランカップリング剤の表面処理は、アミノシランカップリング処理、ビニルシランカップリング処理、カチオニックシランカップリング処理、エポキシシランカップリング処理等がある。
繊維基材に樹脂組成物を含浸させる方法は特に限定されないが、例えば、アルコール類、エーテル類、アセタール類、ケトン類、エステル類、アルコールエステル類、ケトンアルコール類、エーテルアルコール類、ケトンエーテル類、ケトンエステル類、或いはエステルエーテル類などの有機溶媒を用いて樹脂組成物のワニスを調製し、ワニス中に繊維基材を浸漬する方法、繊維基材にワニスを塗布またはスプレー等により散布する方法、繊維基材の両面を樹脂組成物からなる膜でラミネートする方法が挙げられる。
更に、本組成物より形成されてなる樹脂組成物層、その硬化物層等は、半導体チップパッケージの絶縁層、アンダーフィル材、接着材等に好適である。また、銅張積層板用の組成物、配線板形成用ボンディングシート、フレキシブル基板のカバーコートにも好適である。
4.硬化物の製造方法
本組成物を硬化処理することにより硬化物が得られる。熱硬化性化合物を含む場合には熱硬化処理を、光硬化性化合物を含む場合には光照射処理により通常硬化する。例えば、樹脂組成物をシート等の所望の形状に成形し、硬化処理する方法が例示できる。溶剤を含む樹脂組成物を塗布、乾燥することにより簡便に樹脂組成物のシートなどの成形体を得ることができる。そして、成形体を硬化することにより硬化物を形成する。成形体と硬化のタイミングは同時であってもよい。なお、硬化物のうちシート状のものを硬化層ともいう。
熱硬化処理する場合の温度は、硬化性化合物(B)の種類に応じて適宜選定すればよい。例えば、150~300℃の温度で、30~180分加熱処理する方法が例示できる。光硬化処理する場合、活性光線を硬化が行われる強度で照射すればよい。硬化時に、必要に応じて圧をかけて熱圧着(例えば、5MPa)できる。硬化処理により、本組成物に架橋構造が形成され、3次元架橋した硬化物が得られる。
5.硬化物および硬化物付基板
本組成物から得られる硬化物は、耐熱性に優れると共にヒートサイクル試験後のクラック耐性に優れ、製造工程中の基板加工適性にも優れるので、金属張積層板、プリント配線板をはじめとする各種部品の硬化物、或いはこの硬化物を含む硬化物付基板として好適である。
金属張積層板は、例えば、本組成物を用いて絶縁層を形成し、絶縁層と金属層を積層するプロセス等を経て得られる。この絶縁層には、本組成物から形成された接着シート、プリプレグを好適に用いることができる。例えば、金属層と本組成物を用いて形成したプリプレグを積層した後、加熱圧着により硬化処理工程を行うことにより、金属張積層板が得られる。加熱圧着工程は、公知の方法を利用できる。例えば、120~250℃の温度で0.5~10MPaの圧力で、0.5~5時間熱プレスすることにより行われる。
金属張積層板の積層構成としては、金属層/硬化層の2層の積層体、金属層/硬化層/金属層の複層からなる積層体、或いは金属層/硬化層/金属層/硬化層/金属層等の交互に積層された多層構造を有する金属張積層板が例示できる。また、本組成物より形成した硬化層以外の絶縁層が積層体に含まれていてもよい。また、硬化層の厚みを調整するためにプリプレグ等を複数枚重ねて硬化させてもよい。また、金属層以外の導電層が積層されていてもよい。
例えば、金属層/硬化層/金属層の層構成を有する金属張積層板は、硬化層の両主面上に形成された金属層に回路パターンを形成することにより、回路パターン層を有する回路基板を得ることができる。硬化層には、レーザー等によりスルーホールやビアを形成してもよい。コア基板にビルドアッププロセスによって、絶縁硬化層を重ね合わせて、ビアを形成し、多層化してもよい。回路基板は、例えば、サブトラクティブ法により金属張積層板の金属層を所望の回路パターンに形成する方法や、アディティブ法により絶縁層の片面または両面に所望の回路パターンを形成することにより得ることができる。
金属層としては銅箔などが用いられる。銅張積層板では、銅箔面に電解銅めっきを行い、レジスト層を除去した後にアルカリ性等のめっき液でエッチングする工程がある。本組成物は、めっき液耐性等の基板加工適性に優れるので銅張積層板用途に好適である。更に、本硬化物は硬化物のヒートサイクル試験後のクラック耐性および耐熱性に優れるので、本組成物を硬化して形成される硬化物を含む硬化物付基板は様々な環境下で幅広い用途に利用できる。
プリント配線板は、例えば、銅張積層板における銅箔をエッチング等によって加工し、信号回路等を形成して得た基板とカバーフィルムとを接着シートを介して貼り合わせ、硬化処理工程等を経て製造できる。また、例えば、絶縁性のフレキシブルフィルム上に導体パターンを形成し、その上に本接着シートを介して保護膜を形成し、熱圧着する工程等を経てフレキシブルプリント配線板を製造できる。前記フレキシブルフィルムとしては、ポリエステル、ポリイミド、液晶ポリマー、PTFEフィルムが例示できる。導体パターンは、プリント技術により形成する方法、スパッタリングおよびめっきによる方法が例示できる。
プリント配線板の片面または両面に形成された本組成物の硬化層に対し、ドリル加工あるいはレーザー加工などにより開口部を設け、導電剤を充填してビアを形成してもよい。また、本組成物の硬化層上に回路層を形成することもできる。本組成物の硬化物はめっき液耐性に優れるので多層プリント配線板の製造に好適である。本組成物を用いて形成されたプリント配線板は、優れた加工適性を有し、耐熱性およびヒートサイクル試験後のクラック耐性に優れるので、スマートフォンやタブレット端末等の各種電子機器に好適である。
本組成物のポリイミド樹脂(A)は電気絶縁性に優れるので、硬化性化合物(B)に絶縁性材料を用いることで絶縁性に優れた硬化物を提供できる。例えば、回路基板上の絶縁層形成材料(プリント配線板のカバーレイ層、ビルトアップ基板等の層間絶縁層、ボンディングシート等を含む)等として好適に用いられる。また、熱伝導性フィラーなどのフィラーにおいて導電性材料を用いることにより、電子部品の導電性部材に利用することも可能である。電子部品は、例えば、パワー半導体装置、LED、インバーター装置等のパワーモジュールが例示できる。
更に、本組成物の硬化物に、無機フィラーとして例えば熱伝導性フィラーを配合することにより、放熱性が求められる用途全般に適用できる。例えば、樹脂組成物の成形性を利用して、所望の形状の放熱部品として好適に利用できる。特に、軽薄短小化のために、ファンやヒートシンクを設置できない電子機器(スマートフォン、ダブレット端末等)、電池用外装材の放熱性接着材や放熱性シートとして有用である。また、本組成物の硬化物は、発熱体とヒートシンクとの接着層、或いはヒートスプレッダーとして好適である。また、基板上に搭載された一種または複数の電子部品を被覆する放熱層として適用できる。
ポリイミド樹脂(A)の配合量は任意であるが、硬化物の耐熱性を高め、また、ヒートサイクル試験後のクラック耐性をより優れたものとするために、本組成物の不揮発分(固形分)100質量%に対し1~50質量%含まれていることが好ましい。前記範囲は、4~44質量%がより好ましく、6~38質量%が更に好ましい。
以下、本開示を実施例によりさらに具体的に説明する。本開示は以下の実施例に限定されない。特に断りのない限り、「%」および「部」は質量基準とする。
6.測定方法
6-1.重量平均分子量(Mw)の測定
Mwの測定は、昭和電工社製GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)「GPC-101」を用いた。溶媒はTHF(テトラヒドロフラン)とし、カラムとして「KF-805L」(昭和電工社製:GPCカラム:8mmID×300mmサイズ)を直列に2本接続したものを用いた。試料濃度1質量%、流量1.0mL/min、圧力3.8MPa、カラム温度40℃の条件で行い、Mwの決定はポリスチレン換算で行った。データ解析はメーカー内蔵ソフトを使用して検量線、分子量およびピーク面積を算出し、保持時間17.9~30.0分の範囲を分析対象としてMwを求めた。
6-2.(i)~(iii)のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合価
(i)~(iii)のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合価は、ポリイミド樹脂(A)を重合するときの原料の設計値から求めた。即ち、ポリイミド樹脂(A)の合成に用いる各原料の仕込みモル比と、(i)~(iii)のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する化合物の官能基価もしくは分子量と官能基数から算出した。
6-3.酸無水物基価の測定
共栓三角フラスコ中に試料(ポリイミド樹脂(A))約1gを精密に量り採り、1,4-ジオキサン溶媒100mLを加えて溶解した。試料中の酸無水物基の量よりも多いオクチルアミン、1,4-ジオキサン、水の混合溶液(質量の混合比は1.49/800/80)を10mL加えて15分攪拌し、酸無水物基と反応させた。その後、過剰のオクチルアミンを0.02M過塩素酸、1,4-ジオキサンの混合溶液で滴定した。また、試料を加えていない、オクチルアミン、1,4-ジオキサン、水の混合溶液(質量の混合比は1.49/800/80)10mLもブランクとして測定を実施した。酸無水物価は次式により求めた(単位:mgKOH/g)
酸無水物価(mgKOH/g)=0.02×(B-A)×F×56.11/S
B:ブランクの滴定量(mL)
A:試料の滴定量(mL)
S:試料の採取量(g)
F:0.02mol/L過塩素酸の力価
6-4.アミン価の測定
共栓三角フラスコ中に試料(ポリイミド樹脂(A))約1gを精密に量り採り、シクロヘキサノン溶媒100mLを加えて溶解する。これに、別途0.20gのMethyl Orangeを蒸溜水50mLに溶解した液と、0.28gのXylene Cyanol FFをメタノール50mLに溶解した液とを混合して調製した指示薬を2、3滴加え、30秒間保持する。その後、溶液が青灰色を呈するまで0.1Nアルコール性塩酸溶液で滴定する。アミン価は次式により求めた。
アミン価(mgKOH/g)=(5.611×a×F)/S
但し、
S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性塩酸溶液の消費量(mL)
F:0.1Nアルコール性塩酸溶液の力価
6-5.マレイミド価
ポリイミド樹脂(A)のマレイミド価は、ポリイミド樹脂(A)を重合するときの原料の設計値から算出した。即ち、ポリイミド樹脂(A)の合成に用いる各原料の仕込みモル比と、マレイミド基含有化合物の官能基価もしくは分子量と官能基数から算出した。
6-6.全官能基価の算出
(i)~(iii)のラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合価と、酸無水物基価と、アミン価と、マレイミド価の合計(mgKOH/g)を全官能基価とした。
7.ポリイミド樹脂の合成
[合成例1]
オイルバスを備えた撹拌棒付き1Lセパラブルフラスコに、窒素ガスを導入しながら、シクロヘキサノン200gを加え、ジアミンとしてダイマージアミン(PRIAMINE1075、アミン価209)149.4g、モノアミン化合物として、5-ノルボルネン-2-メチルアミン5.3gを撹拌しながら加え、続いてテトラカルボン酸類として1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物67.3gを加えて室温で30分撹拌した。これを100℃に昇温し、3時間撹拌した後、オイルバスを外して室温に戻し、ワニス状のポリイミド前駆体を得た。その後、ディーンスタークトラップを用いて留出する水を系外に除去しながら、170℃で10時間加熱を行い、イミド化してポリイミド樹脂(P1)を得た。得られたポリイミド樹脂のMwおよび官能基価をそれぞれ表1に示す。また、X残基100モル%に対するXa残基のモル%、X残基100モル%に対するXd残基のモル%を示す。
[合成例2~25、比較合成例1~7]
表1、2に記載の単量体および配合量に変更した以外は、合成例1と同様の方法によりポリイミド樹脂P2~P25,N1~N7を得た。得られたポリイミド樹脂のMw、官能基価、X残基100モル%に対するXa残基のモル%、およびX残基100モル%に対するXd残基のモル%を表1,2に示す。
表1、2の略称を以下に示す。
<テトラカルボン酸類>
DM1:1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物
DM2:1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物
DM3:BISDA-1000(4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物)
DM4:リカシッドTDA-100(4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-1,2-ジカルボン酸無水物)
DM5:MCTC(5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフリル)-3-メチル-3-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物)
<単官能酸無水物>
MM1:5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物
MM2:メチル-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物
MM3:4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物
MM4:無水マレイン酸
MM5:イタコン酸無水物
<ジアミン化合物>
DA1:プリアミン1075(ダイマージアミン、クローダジャパン社製)
DA2:1,12-ドデカンジアミン
DA3:4,4’-ジアミノジフェニルメタン
<モノアミン化合物>
MA1:5-ノルボルネン-2-メチルアミン
MA2:1ーアミノデカン
Figure 0007351396000014
Figure 0007351396000015
8.樹脂組成物(ワニス)の調製
[実施例1]
固形分換算で合成例1のポリイミド樹脂(P1)を100部、硬化性化合物(B)として、(B)-2を400部、(B)-3を400部、無機フィラー(C)を1800部、容器に仕込み、不揮発分濃度が50%になるように混合溶剤(トルエン:MEK=9:1(質量比))を加え、ディスパーで10分攪拌して実施例1に係るワニスを得た。
[実施例2~44、比較例1~12]
表4~6に記載の配合成分および配合量に変更する以外は実施例1と同様の方法により、実施例2~44、比較例1~9に係るワニスを調製した。
実施例および比較例で使用した材料を以下に示す。
(硬化性化合物(B))
(B)-1:エポキシ化合物(b1)、XD-1000(日本化薬社製、ジシクロペンタジエン型エポキシ、多官能、官能基当量252g/eq)
(B)-2:シアネートエステル化合物(b2)、BAD(三菱ガス化学社製、ビスフェノールA型シアン酸エステル、2官能、官能基当量 139g/eq、分子量278)
(B)-3:マレイミド化合物(b3)、BMI‐3000(大和化成工業社製、ビスフェノール A ジフェニルエーテルビスマレイミド、2官能、官能基当量285.3g/eq、分子量570.6)
(B)-4:アリル基含有化合物(b4)、タイク(新菱社製、トリアリルイソシアヌレート、3官能、分子量249.3)
(B)-5:ビニル基含有化合物(b5)、ジビニルベンゼン、2官能、官能基当量65g/eq、分子量130
(B)-6:ビニル基含有化合物(b5)、OPE-2St 1200(三菱ガス化学社製、ビニルベンジル変性ポリフェニレンエーテル、2官能、官能基当量:590g/eq、数平均分子量1180)
(B)-7:(メタ)アクリレート基含有化合物(b6)、Noryl SA9000(SABIC社製、メタクリレート基含有ポリフェニレンエーテル、2官能、官能基当量 :850g/eq、数平均分子量1700)
(B)-8:フェノール樹脂、H-4(明和化成社製、多官能、官能基当量:105g/eq.)
(B)-9:イソシアネート基含有化合物、デュラネートTKA-100(旭化成社製、イソシアヌレート型イソシアネート化合物、3官能、官能基当量:180g/eq.分子量540)
<無機フィラー(C)>
(C)-1:SC2050-MB(アドマテックス社製、シリカ)
9.評価サンプルの作製
9-1.プリプレグの製造
厚みが95μmのガラスクロス(日東紡績株式会社製の♯2116タイプ、WEA116E、Eガラス)の質量割合が40質量%になるように、各実施例・比較例(以下、各例ともいう)の樹脂ワニスをガラスクロスに含浸させた後、140℃で約5分間加熱乾燥することにより実施例1に係るプリプレグを得た。
9-2.接着シートの製造
各例の樹脂ワニスを、ドクターブレードを使用して乾燥後の厚さが50μmとなるように、厚さ50μmの重剥離フィルム(重離型剤がコーティングされたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム)上に均一塗工して100℃で2分乾燥させた。その後、室温まで冷却し、片面剥離フィルム付き接着シートを得た。次いで、得られた片面剥離フィルム付き接着シートの接着シート面を厚さ50μmの軽剥離フィルム(軽離型剤がコーティングされたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム)に重ね合わせ、重剥離フィルム/接着シート/軽剥離フィルムからなる両面剥離フィルム付き接着シートを得た。
9-3.銅張り積層板の製造
上記方法で得たプリプレグを200℃、3.0MPa、120分の条件で加熱プレスすることで、プリプレグを合計で10枚、順次積層させ、最後に両側の最外層に銅箔(厚み18μm)を配置することで銅張り積層板を得た。但し、実施例44に関しては、プリプレグの代わりに、上記方法で得た接着シートを用いて、同様の方法(接着シートを合計で10枚積層)で銅張り積層板を得た。
10.評価
α.ヒートサイクル試験後のクラック耐性
L/S=25μm/25μmであり、銅の厚みがそれぞれ25μmと50μmである回路パターンが形成されたガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板を内層回路基板として用意した。その両面に、上記方法により作製した各例のプリプレグを200℃、3.0MPa、120分の条件で加熱プレスし、最後に両側の最外層に銅箔を配置することで評価用プリント配線板を得た。なお、実施例44に関しては、プリプレグの代わりに、上記方法により作製した接着シートを用いて、同様の方法で評価用プリント配線板を得た。
そして、評価用プリント配線板を冷熱衝撃装置(「TSE‐11‐A」、エスペック社製)に投入し、高温さらし:125℃、15分、低温さらし:-50℃、15分の曝露条件にて交互曝露を所定回数実施した。評価用プリント配線板を切断し、露出した断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により5000倍の倍率でクラックの有無を観察した。なお、クラックとは0.1μm以上のサイズの罅をいうものとする。評価基準は以下の通りである。
A:5000回のヒートサイクル試験後、クラックが発生しない。極めて良好な結果である。
B:3000回のヒートサイクル試験後、クラックが観察されるが、1000回のヒートサイクル試験を終えた後は外観不良なし。とても良好な結果である。
C:1000回のヒートサイクル試験後、クラックが観察されるが、200回のヒートサイクル試験後は外観不良なし。良好な結果である。
D:200回のヒートサイクル試験後、クラックが観察されるが、100回のヒートサイクル試験を終えた後は外観不良なし。ある程度良好な結果である。
E:200回のヒートサイクル試験後、クラックが観察されるが、50回のヒートサイクル試験後は外観不良なし。わずかに良好な結果である。
F:50回のヒートサイクル試験後にクラックが観察される。実用上問題がある。
β.耐熱性
各例で作製した銅張り積層板を、幅10mm、長さ65mmに切り出してから、試験片を各種条件で保管し、その後、各種温度にて溶融半田に銅箔面を接触させて1分間浮かべた。その後、試験片の外観を目視で観察し、硬化後接着層の発泡、浮き、剥がれ等の接着異常の有無を目視で評価した。この試験は、半田接触時における硬化後接着層の熱安定性を外観で評価するものであり、耐熱性の良好なものは外観が変化しないのに対して、耐熱性の悪いものは、半田処理後に発泡や剥がれが発生する。これらの評価結果を次の基準で判断した。
A:40℃90%の雰囲気下で24時間保管後、300℃の溶融半田に浮かべても外観変化なし(但し、発泡は除く。以下同様)。
B:40℃90%の雰囲気下で24時間保管した試験片を、280℃の溶融半田に浮かべた際には外観変化なし。40℃90%の雰囲気下で24時間保管した試験片を、300℃の溶融半田に浮かべた際には発泡が確認される。
C:23℃50%の雰囲気下で24時間保管した試験片を、280℃の溶融半田に浮かべた際には外観変化なし。40℃90%の雰囲気下で24時間保管した試験片を、280℃の溶融半田に浮かべた際には発泡が確認される。
D:23℃50%の雰囲気下で24時間保管した試験片を、260℃の溶融半田に浮かべた際には外観変化なし。23℃50%の雰囲気下で24時間保管した試験片を、280℃の溶融半田に浮かべた際には発泡が確認される。
E:23℃50%の雰囲気下で24時間保管した試験片を、240℃の溶融半田に浮かべた際には外観変化なし。23℃50%の雰囲気下で24時間保管した試験片を、260℃の溶融半田に浮かべた際には発泡が確認される。
F:23℃50%の雰囲気下で24時間保管した試験片を、240℃の溶融半田に浮かべても発泡が確認される。実用上問題がある。
γ.基板凹凸への埋め込み性(基板加工適性)等の信頼性評価
L/Sと銅の厚みがそれぞれ異なる回路パターンが形成されたガラス布基材に含浸したエポキシ樹脂の銅張積層板を内層回路基板として用意した。その両面に、各例に係るプリプレグを250℃、3.0MPa、120分の条件で加熱プレスし、続いて両側の最外層に銅箔を配置することで評価用プリント配線板を得た。実施例44においては、それぞれ得られた接着シートを用いて、同様の方法で評価用プリント配線板を得た。その後、評価用プリント配線板を切断し、露出した断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により5000倍の倍率で埋め込み性の確認を行った。なお、判断基準として0.1μm以上の空隙がないものを埋め込み性良好とした。
A:L/S=5μm/5μm、銅の厚みが50μmの基板において埋め込み性良好。
B:L/S=10μm/10μm、銅の厚みが50μmの基板において埋め込み性良好。L/S=5μm/5μm、銅の厚みが50μmの基板において埋め込み性不良。
C:L/S=25μm/25μm、銅の厚みが50μmの基板において埋め込み性良好。L/S=10μm/10μm、銅の厚みが50μmの基板において埋め込み性不良。
D:L/S=50μm/50μm、銅の厚みが50μmの基板において埋め込み性良好。L/S=25μm/25μm、銅の厚みが50μmの基板において埋め込み性不良。
E:L/S=50μm/50μm、銅の厚みが25μmの基板において埋め込み性良好。L/S=50μm/50μm、銅の厚みが50μmの基板において埋め込み性不良。
F:L/S=50μm/50μm、銅の厚みが25μmの基板において埋め込み性不良。実用上問題がある。
Figure 0007351396000016
Figure 0007351396000017
Figure 0007351396000018
Figure 0007351396000019
(i)~(iii)の少なくともいずれかを満たす単環式構造および/又は多環式構造を有せず、アミノ基もしくは酸無水物基を有するポリイミド樹脂を用いた樹脂組成物は、比較例1,2、6に示すように、耐熱性に劣ることを確認した。また、(i)~(iii)の少なくともいずれかを満たす単環式構造および/又は多環式構造を有せず、マレイミド基を有するポリイミド樹脂を用いた樹脂組成物は、比較例3に示すように、ヒートサイクル試験後のクラック耐性に劣ることを確認した。更に、(i)~(iii)の少なくともいずれかを満たす単環式構造および/又は多環式構造を有せず、アミノ基、酸無水物基およびマレイミド基のいずれも有しないポリイミド樹脂を用いた樹脂組成物は、比較例4、7に示すように、耐熱性に劣ることを確認した。更に、ダイマージアミンおよび/又はダイマージイソシアネートに由来する残基Xdを有しないポリイミド樹脂を用いた樹脂組成物は、比較例5に示すように基板加工適性に劣ることを確認した。一方、本開示に係る実施例1~44の樹脂組成物は、基板凹凸への埋め込み性を有する基板加工適性を有し、その硬化物の耐熱性およびヒートサイクル試験後のクラック耐性を兼ね備えることが確認できた。

Claims (14)

  1. ポリイミド樹脂(A)および硬化性化合物(B)を含む樹脂組成物であって、
    ポリイミド樹脂(A)は、ダイマージアミンおよび/又はダイマージイソシアネートに由来する残基Xdを有し、更に、側基、側鎖および分子鎖末端の少なくともいずれかに、以下の(i)~(iii)の少なくともいずれかを満たす単環式構造および/又は多環式構造を有する樹脂組成物。
    (i)前記単環式構造の環、および/又は前記多環式構造のいずれかの環が、炭素原子からなる脂環式骨格であり、前記脂環式骨格に、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する。
    (ii)前記単環式構造の環、および/又は前記多環式構造のいずれかの環が、炭素原子とヘテロ原子とからなる脂環式骨格であり、前記脂環式骨格の、前記ヘテロ原子との隣接位置にラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する。
    (iii)前記単環式構造の環、および/又は前記多環式構造のいずれかの環が、炭素原子からなる脂環式骨格および炭素原子とヘテロ原子とからなる脂環式骨格の少なくともいずれかであり、前記脂環式骨格を構成する炭素原子と、当該炭素原子と結合する前記環を構成しない炭素原子とがラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する。
  2. 硬化性化合物(B)は、エポキシ化合物(b1)、シアネートエステル化合物(b2)、マレイミド化合物(b3)、アリル基含有化合物(b4)、ビニル基含有化合物(b5)および(メタ)アクリレート基含有化合物(b6)から選択される少なくとも一種を含む請求項1に記載の樹脂組成物。
  3. ポリイミド樹脂(A)は、一般式(1):
    Figure 0007351396000020
    (Xは繰り返し単位毎にそれぞれ独立に4価のテトラカルボン酸残基であり、Xは繰り返し単位毎にそれぞれ独立に2価の有機基であり、前記Xとイミド結合が互いに結合して2つのイミド環を形成する。)
    で表される構造の繰り返し単位を有し、
    ポリイミド樹脂(A)を構成する前記X全体を100モル%としたときに、前記ダイマージアミンおよび/又はダイマージイソシアネートに由来する残基Xdを50~100モル%有する請求項1に記載の樹脂組成物。
  4. 硬化性化合物(B)の分子量が100以上、10,000未満であり、
    硬化性化合物(B)は、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)を含み、
    ポリイミド樹脂(A)とラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)との合計100質量%に対してポリイミド樹脂(A)を5~40質量%含有する請求項1に記載の樹脂組成物。
  5. 硬化性化合物(B)の分子量が100以上、10,000未満であり、
    硬化性化合物(B)は、ラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)を含み、
    ポリイミド樹脂(A)とラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を有する硬化性化合物(B1)との合計100モル%に対してポリイミド樹脂(A)を0.1~10モル%含有する請求項1に記載の樹脂組成物。
  6. さらに、無機フィラーを含有する請求項1に記載の樹脂組成物。
  7. ポリイミド樹脂(A)の重量平均分子量が10,000~100,000である請求項1に記載の樹脂組成物。
  8. ポリイミド樹脂(A)を構成する前記X全体を100モル%としたときに、脂肪族基を有するテトラカルボン酸残基Xaを50モル%以上含む請求項3に記載の樹脂組成物。
  9. ポリイミド樹脂(A)の分子鎖末端は、官能基を有しない封鎖末端およびラジカル反応性の非共役炭素-炭素不飽和結合を含む請求項1に記載の樹脂組成物。
  10. 基材と、前記基材上に形成された、請求項1~9のいずれかに記載の樹脂組成物を用いて形成された樹脂組成物層とを含む、積層シート。
  11. 基材に請求項1~9のいずれかに記載の樹脂組成物を含浸させたプリプレグ。
  12. 請求項1~9のいずれかに記載の樹脂組成物から得られる硬化物。
  13. 請求項1~9のいずれかに記載の樹脂組成物を硬化して形成される硬化物を含む、硬化物付基板。
  14. 請求項13に記載の硬化物付基板を搭載した電子機器。
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