JP7478872B1 - 熱硬化性樹脂組成物、硬化物およびプリント配線板 - Google Patents
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Abstract
Description
[2]25℃における粘度が25~80Pa・sである、[1]に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[3]前記湿潤分散剤がリン酸エステルコポリマーを含有する、[1]または[2]に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[4]前記湿潤分散剤の含有量が、前記熱硬化性樹脂100質量部に対して2~14質量部である、[1]~[3]のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
[5]前記レオロジー調整剤が、微粉シリカおよび膨潤性層状鉱物粒子からなる群から選択される少なくとも1種を含有する、[1]~[4]のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
[6]前記レオロジー調整剤の含有量が、前記熱硬化性樹脂組成物の総質量に対して0.2~1.5質量%である、[1]~[5]のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
[7]前記熱硬化性樹脂が液状エポキシである、[1]~[6]のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
[8]前記熱伝導性フィラーが酸化アルミニウムを含有する、[1]~[7]のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物。
[9][1]~[8]のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物の硬化物。
[10][9]に記載の硬化物を備える、プリント配線板。
[11]硬化物を備えるプリント配線板の製造方法であって、[1]~[8]のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物を硬化させることにより前記硬化物を形成する工程を含む、製造方法。
本発明の一つの態様によれば、熱硬化性樹脂組成物(以下、「本発明の熱硬化性樹脂組成物」とも言う。)が提供される。本発明の熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂、熱伝導性フィラー、レオロジー調整剤、および湿潤分散剤を必須成分として含有する。本発明の熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂および熱伝導性フィラーを含有し、さらにレオロジー調整剤および湿潤分散剤を含有し、溶剤フリーとし、25℃におけるチキソトロピックインデックスを所定の範囲に調整することにより、熱硬化性樹脂組成物の硬化物において熱伝導性と絶縁破壊耐性とを高いレベルで両立させ、さらに硬化物の表面において高い平滑性を付与することができる。
熱伝導率(λ)=熱拡散率(α)×比熱容量(c)×密度(ρ)
(熱硬化性樹脂)
本発明の熱硬化性樹脂組成物に含まれることが好ましい熱硬化性樹脂としては、熱により硬化し得るものであれば特に制限なく用いることができるが、エポキシ樹脂を好適に用いることができる。エポキシ樹脂としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するものであれば制限なく用いることができる。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、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、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、脂環式エポキシ樹脂、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、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。上述したエポキシ樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂を硬化させるための硬化剤を含有してもよい。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慣用される公知の硬化剤を用いることができる。具体的な硬化剤としては、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、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、およびこれらの官能基を含むポリマー類が挙げられる。アミン類としては、例えば、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。イミダゾール類としては、例えば、アルキル置換イミダゾール、ベンゾイミダゾール等が挙げられる。多官能フェノール類としては、例えば、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、これとアルデヒドとの縮合物であるノボラック、レゾール樹脂等が挙げられる。酸無水物としては、例えば、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挙げられる。イソシアネート類としては、例えば、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挙げられる。イソシアネート類としては、これらの各種イソシアネートをフェノール類等でマスクしたものを用いることもできる。ら硬化剤は1種類を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、熱伝導性フィラーを含有する。熱伝導性フィラーとしては、熱を伝導することができる粒子であれば特に限定されることなく用いることができる。熱硬化性樹脂組成物に熱伝導性フィラーを配合することにより、熱硬化性樹脂組成物の熱伝導性が向上することが期待できる。熱伝導性フィラーは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。熱硬化性樹脂組成物が熱伝導性フィラーを含有することにより、熱硬化性樹脂組成物の熱伝導効率を向上させ、また比重を調整することができる。
本発明における熱硬化性樹脂組成物は、レオロジー調整剤を含有する。レオロジー調整剤の種類としては、本発明の効果が奏される限り特に限定されないが、例えば、微粉シリカ、合成または天然の膨潤性層状鉱物粒子(例えば、ベントナイト、ヘクトライト、バーミキュライト、ハロサイト、膨潤性マイカ等)、超微粒酸化物粒子(例えば、チタニア、ジルコニア等)、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸またはその塩、ポリメタクリル酸またはその塩、水溶性セルロース誘導体、セルロースナノファイバー等が挙げられる。好ましいレオロジー調整剤としては、微粉シリカ、合成または天然の膨潤性層状鉱物粒子が挙げられる。好ましい微粉シリカとしては、比表面積が100m2/g以上である微粉シリカが挙げられる。そのような微粉シリカとしては、例えば、日本アエロジル株式会社製のAEROSIL(登録商標)200等が挙げられる。また、好ましい膨潤性層状鉱物粒子の市販品としては、例えば、白石工業株式会社製のオルベンM(ベントナイト)等が挙げられる。レオロジー調整剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明における熱硬化性樹脂組成物は、湿潤分散剤を含有する。湿潤分散剤は、主として熱硬化性樹脂組成物への熱伝導性フィラーの高充填化を促進するために用いられる。また、熱硬化性樹脂組成物が湿潤分散剤を含有することにより、熱硬化性樹脂組成物の硬化物の熱抵抗性を低下させることができ、表面の平滑性を向上させることができる。湿潤分散剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、溶剤を含有しない。熱硬化性樹脂組成物が溶剤を含有する場合にはその粘度を下げることができ、印刷性を向上させることができるが、熱硬化性樹脂組成物を熱硬化させる際に塗膜深部の溶剤の揮発が不十分であると気泡が発生し、絶縁破壊電圧の低下の要因となる場合がある。したがって。本発明の熱硬化性樹脂組成物は、絶縁破壊耐性を向上させる観点から溶剤を含有しない。
熱硬化性樹脂組成物は、必要に応じてさらに、着色剤、密着促進剤(密着性付与剤)、重合禁止剤、酸化防止剤、防錆剤の1種以上の成分を含有してもよい。これらは、電子材料の分野において公知のものを用いることができる。
本発明の硬化物は、上述した本発明の熱硬化性樹脂組成物を硬化して得られるものであり、熱伝導性と絶縁破壊耐性とを高いレベルで両立し、かつ表面が高い平滑性を有する硬化物である。本発明の硬化物は、上述したような特性を有することにより、高電圧で大電流での通電が求められるプリント配線板における絶縁層として好適に用いることができる。
本発明の別の態様によれば、本発明の硬化物を備えるプリント配線板(以下、「本発明のプリント配線板」とも言う。)が提供される。本発明のプリント配線板の製造方法においては、例えば、本発明による熱硬化性樹脂組成物を、基材上にスクリーン印刷法等の方法により塗布した後、基材を水平に静置した状態で熱硬化性樹脂組成物の熱硬化を行うことで、硬化塗膜を形成する。熱硬化性樹脂組成物の熱硬化は、例えば、130~200℃の温度で30~180分間の加熱とすることができる。また、一つの好ましい実施形態において、熱硬化性樹脂組成物の熱硬化は、予備硬化(プレキュア)および本硬化(ポストキュア)を含むステップキュアにより行われる。具体的には、熱硬化性樹脂組成物を塗布した後、60~100℃の温度で加熱し(プレキュア)、見かけの粘度を下げて消泡レベリングを促進させる。次いで、140~180℃の温度で加熱して熱硬化を行うことで硬化塗膜を形成する。なお、上述したプレキュアの時間は、例えば、10~60分間とすることができ、ポストキュアの時間は30~120分間とすることができる。
下記表1に示す各成分を、同表に示す量で混合し、撹拌機を用いて予備撹拌した後、3本ロールミルを用いて混練し、実施例1~5および比較例1~9の各熱硬化性樹脂組成物を調製した。表1中の各成分の詳細は以下の通りである。
熱硬化性樹脂1:日鉄ケミカル&マテリアル株式会社製のZX-1059
熱硬化性樹脂2:三菱ケミカル株式会社製のjER(登録商標)630
熱硬化性樹脂3:三菱ケミカル株式会社製のjER(登録商標)YED216D
密着性付与剤:信越化学工業株式会社製のシランカップリング剤KBM-403(化学名:3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
消泡剤:信越化学工業株式会社製のオイルコンパウンド型消泡剤KS-66
硬化剤:四国化成工業株式会社製のイミダゾール系エポキシ樹脂硬化剤キュアゾール2MZA-PW
レオロジー調整剤1:白石工業株式会社製のオルベンM(ベントナイト)
レオロジー調整剤2:日本アエロジル株式会社製のAEROSIL(登録商標)200
湿潤分散剤1:ビックケミー・ジャパン株式会社製の湿潤分散剤BYK-111
湿潤分散剤2:ビックケミー・ジャパン株式会社製の湿潤分散剤BYK-W9010
湿潤分散剤3:ビックケミー・ジャパン株式会社製の湿潤分散剤BYK-W9011
湿潤分散剤4:ビックケミー・ジャパン株式会社製の湿潤分散剤BYK-W9012
熱伝導性フィラー1:デンカ株式会社製のデンカ球状アルミナDAW-07
熱伝導性フィラー2:デンカ株式会社製のデンカ球状アルミナDAW-03
熱伝導性フィラー3:デンカ株式会社製のデンカ球状アルミナASFP-20
なお、比較例1の組成では成分の撹拌、混合を行うことができず、熱硬化性樹脂組成物を得ることができなかった。比較例1では湿潤分散剤が配合されておらず、また熱伝導性フィラーの配合量が多いため、熱伝導性フィラーの表面に熱硬化性樹脂が十分に湿潤しなかったため、撹拌、混合を行うことができなかったと考えられる。
実施例および比較例の各熱硬化性樹脂組成物を、東機産業株式会社製のコーンプレート型粘度計TV-30を用いて、25℃にて回転速度1rpmおよび10rpmで回転させた場合の粘度を測定した。回転速度10rpmで回転させた場合の粘度を各熱硬化性樹脂組成物の粘度とした。また、回転速度10rpmで回転させた場合の粘度に対する回転速度1rpmで回転させた場合の粘度の比(回転速度1rpmで回転させた場合の粘度の比/回転速度10rpmで回転させた場合の粘度)を各熱硬化性樹脂組成物のTi値とした。各熱硬化性樹脂組成物の粘度およびTi値をそれぞれ表1に示す。
実施例および比較例の各熱硬化性樹脂組成物を、IPC規格、Bパターンの基板に株式会社セリアコーポレーション製の印刷機を用いてテトロン100メッシュのスクリーンで印刷した。各熱硬化性樹脂組成物を硬化させた後の塗膜(硬化塗膜)の外観を目視で観察し、熱硬化性樹脂組成物の印刷性を以下の基準に従って評価した。評価結果を表1に示す。
〇:良好な印刷性を有する(レベリング性が良好である)。
△:許容される印刷性を有する(メッシュ目や表面の凹凸が少ない)。
×:許容されない印刷性を有する(ピンホールから下地が透けて見えたり、激しい凹凸がある)。
実施例および比較例の各熱硬化性樹脂組成物を、CZ研磨した銅ベタ基板上にT-150Bスクリーン版を用いて乾燥後膜厚が80μmとなるように塗布して、幅1mm×長さ10mmのパターンを印刷した。次いで、パターン印刷した基板を水平にして23℃で10分間消泡レベリングした後、熱風循環式箱型乾燥炉中に160℃で60分間静置して、各熱硬化性樹脂組成物を熱硬化させて、各試験基板を作製した。各試験基板の幅方向の印刷にじみを、デジタルマイクロスコープを用いて拡大率100倍で測定し、片側のにじみ量を計算して、各熱硬化性樹脂組成物の印刷にじみを以下の基準に従って評価した。評価結果を表1に示す。
〇:にじみ量が1.0mm未満であり、印刷にじみの抑制に優れている。
×:にじみ量が1.0mm以上であり、印刷にじみの抑制が不十分である。
実施例および比較例の各熱硬化性樹脂組成物を、1.6mmの銅ベタFR-4基板上にスクリーン印刷により乾燥塗膜が約70μmとなるようにパターン印刷し、160℃で60分間硬化させて、各熱硬化性樹脂組成物を有する試験基板硬化物を得た。次いで、得られた各試験基板上の硬化物の表面の平滑性を、株式会社小坂研究所製の表面粗さ測定機SE600を用いて、JIS B 0601:2013に準拠した方法により、Ra(算術平均粗さ)およびRz(最大高さ粗さ)を測定し、各熱硬化性樹脂組成物の硬化物の表面平滑性を以下の基準に従って評価した。評価結果を表1に示す。
表面平滑性は以下の基準で評価した。
〇:Raが1.0μm未満でありRzが5μm未満であり、表面平滑性が優れている。
×:Raが1.0μm以上でありRzが5μm以上であり、表面平滑性が不十分である。
実施例および比較例の各熱硬化性樹脂組成物を、調製後-10℃の環境下で静置して保存し、成分の沈降凝集の有無を目視により確認して、保存安定性を以下の基準に従って評価した。評価結果を表1に示す。
〇:保存開始後90日以上沈降凝集が起こり、保存安定性が優れている。
△:保存開始後30日超60日以下で沈降凝集が起こり、保存安定性がやや劣っている。
×:保存開始後30日以下で沈降凝集が起こり、保存安定性が劣っている。
実施例および比較例の各熱硬化性樹脂組成物を圧延銅箔上にスクリーン印刷で乾燥塗膜が約100μmとなるように塗膜を印刷し、160℃で60分間硬化させた。次いで、圧延銅箔を剥がして得られたフィルム状の硬化物の熱拡散率を、アルバック理工株式会社製のFTC-1を用いて、荷重5kgf/cm3で周期加熱法により測定した。また、硬化物の比熱容量を、PerkinElmer社製の示差走査熱量測定装置(DSC)を用いて、昇温:20℃/分、ガス:ヘリウム 20ml/分、試料量:15mgとして測定した。また、硬化物の
密度を、室温(25℃)で水中置換法により測定した。測定された硬化物の熱拡散率(α)、比熱容量(c)および密度(ρ)に基づいて、下記の式により硬化物の熱伝導率(λ)を算出した。
熱伝導率(λ)=熱拡散率(α)×比熱容量(c)×密度(ρ)
○:熱伝導率が2.5W/m・K以上であり、熱伝導性が優れている。
×:熱伝導率が2.5W/m・K未満である、熱伝導性が不十分である。
上述した塗膜の表面平滑性評価用基板と同様の方法で銅ベタFR-4基板上に約70μmの各熱硬化性樹脂組成物の硬化塗膜を形成して試験基板を作製した。各試験基板を用いて、菊水電子工業製株式会社製のDC耐電圧試器TOS5101を用いて、直径10mmの電極によりACモードで0.5kV/秒で昇圧して、各試験基板上の熱硬化性樹脂組成物の硬化物が絶縁破壊する時の電圧値(絶縁破壊電圧)を測定した。なお、絶縁破壊電圧の測定は各熱硬化性樹脂組成物について3枚の試験基板で行い、3枚の試験基板の絶縁破壊電圧の平均値の小数点以下第2位の数値を四捨五入して小数点以下第1位までの数値とした。そのようにして得られた絶縁破壊電圧から、各熱硬化性樹脂組成物について、硬化物の絶縁破壊耐性を以下の基準に従って評価した。評価結果をそれぞれ表1に示す。なお、表1中の絶縁破壊電圧(kV/0.1mm)の各値は、厚さ70μm(0.07mm)の硬化塗膜を有する各試験基板の絶縁破壊電圧の値を0.1mmに換算したものである。
○:絶縁破壊電圧が6kV/0.1mm以上であり、絶縁破壊耐性が優れている。
×:絶縁破壊電圧が6kV/0.1mm未満であり、絶縁破壊耐性が不十分である。
Claims (7)
- 熱硬化性樹脂、熱伝導性フィラー、レオロジー調整剤、および湿潤分散剤を含有する熱硬化性樹脂組成物であって、
前記熱硬化性樹脂が液状エポキシ樹脂であり、
前記レオロジー調整剤が、微粉シリカおよび膨潤性層状鉱物粒子からなる群から選択される少なくとも1種を含有し、
前記レオロジー調整剤の含有量が、前記熱硬化性樹脂組成物の総質量に対して0.2~1.5質量%であり、
前記湿潤分散剤が、リン酸エステル系化合物を含有し、
前記湿潤分散剤の含有量が、前記熱硬化性樹脂100質量部に対して2~14質量部であり、
前記熱硬化性樹脂組成物が溶剤を含有せず、前記熱硬化性樹脂組成物の25℃におけるチキソトロピックインデックスが0.9以上1.0未満であり、
前記チキソトロピックインデックスが、前記熱硬化性樹脂組成物を、25℃にて回転速度10rpmで回転させた場合の粘度に対する25℃にて回転速度1rpmで回転させた場合の粘度の比として求められるものであることを特徴とする、熱硬化性樹脂組成物。 - 25℃にて回転速度10rpmで回転させた場合の粘度が25~80Pa・sである、請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 前記リン酸エステル系化合物がリン酸エステルコポリマーを含有する、請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 前記熱伝導性フィラーが酸化アルミニウムを含有する、請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物の硬化物。
- 請求項5に記載の硬化物を備える、プリント配線板。
- 硬化物を備えるプリント配線板の製造方法であって、請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物を硬化させることにより前記硬化物を形成する工程を含む、製造方法。
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