JP5914988B2 - 熱硬化性樹脂組成物を用いたプリプレグ、積層板、及びプリント配線板 - Google Patents
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Description
また、エポキシ樹脂を主剤とした樹脂組成物では、熱膨張率が大きいため、芳香環を有するエポキシ樹脂の選択やシリカ等の無機充填材を高充填化することで低熱膨張化を図っている(特許文献1参照)。しかし、無機充填材の充填量を増やすことは吸湿による絶縁信頼性の低下や樹脂−配線層の密着不足、プレス成形不良を起こすことが懸念され、さらなる改良が望まれている。
また、特許文献2に記載の変性イミド樹脂組成物は耐湿性や接着性が改良されるものの、メチルエチルケトン等の汎用性溶剤への可溶性確保のため水酸基とエポキシ基を含有する低分子化合物で変性するので、得られる変性イミド樹脂の耐熱性がポリビスマレイミド樹脂と比較すると、大幅に劣るという問題があった
(1)(A)(a)1分子中に少なくとも2個のN−置換マレイミド基を有するマレイミド化合物と、(b)1分子中に少なくとも2個の1級アミノ基を有するアミン化合物を反応させて得られる不飽和マレイミド基含有化合物、及び(B)熱硬化性樹脂、を含有する熱硬化性樹脂組成物を、(C)下記一般式(I)で表されるシランカップリング剤で処理されたガラスクロスに含浸し、加熱乾燥し、Bステージ化して得られるプリント配線板用プリプレグ、
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のプリプレグを用いて積層成形されてなる積層板、及び
(5)上記(4)に記載の積層板を用いてなるプリント配線板、
を提供するものである。
本発明のプリント配線板用プリプレグを構成する熱硬化性樹脂組成物は、(A)成分として、(a)1分子中に少なくとも2個のN−置換マレイミド基を有するマレイミド化合物と、(b)1分子中に少なくとも2個の1級アミノ基を有するアミン化合物とを、通常有機溶媒中で反応させてなる不飽和マレイミド基含有化合物を含む。
本発明の(a)1分子中に少なくとも2個のN−置換マレイミド基を有するマレイミド化合物は、例えば、N,N'−エチレンビスマレイミド、N,N'−ヘキサメチレンビスマレイミド、N,N'−(1,3−フェニレン)ビスマレイミド、N,N'−[1,3−(2−メチルフェニレン)]ビスマレイミド、N,N'−[1,3−(4−メチルフェニレン)]ビスマレイミド、N,N'−(1,4−フェニレン)ビスマレイミド、ビス(4−マレイミドフェニル)メタン、ビス(3−メチル−4−マレイミドフェニル)メタン、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(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、ビス(4−マレイミドフェニル)スルフィド、ビス(4−マレイミドフェニル)ケトン、ビス(4−マレイミドシクロヘキシル)メタン、1,4−ビス(4−マレイミドフェニル)シクロヘキサン、1,4−ビス(マレイミドメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(マレイミドメチル)ベンゼン、1,3−ビス(4−マレイミドフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3−マレイミドフェノキシ)ベンゼン、ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]メタン、ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]メタン、1,1−ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]エタン、1,1−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]エタン、1,2−ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]エタン、1,2−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]エタン、2,2-ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]ブタン、2,2−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]ブタン、2,2−ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル] −1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、4,4−ビス(3−マレイミドフェノキシ)ビフェニル、4,4−ビス(4−マレイミドフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]ケトン、2,2'−ビス(4−マレイミドフェニル)ジスルフィド、ビス(4−マレイミドフェニル)ジスルフィド、ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]スルホキシド、ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]スルホキシド、ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]エーテル、1,4−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)−3,5−ジメチル−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)−3,5−ジメチル−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)−3,5−ジメチル−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(3−マレイミドフェノキシ)−3,5−ジメチル−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、ポリフェニルメタンマレイミド(例えば大和化成(株)製、商品名:BMI−2300など)等が挙げられ、これらのマレイミド化合物は、単独で用いても2種類以上を混合して用いてもよい。
これらの中で、反応率が高く、より高耐熱性化できるビス(4−マレイミドフェニル)メタン、ビス(4−マレイミドフェニル)スルホン、N,N'−(1,3−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、ポリフェニルメタンマレイミドが好ましく、溶剤への溶解性の点から、ビス(4−マレイミドフェニル)メタンが特に好ましい。
この反応で使用される有機溶媒は特に制限されず、例えばエタノール、プロパノール、ブタノール、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤;酢酸エチルやγ−ブチロラクトン等のエステル系溶剤;テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤;トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族系溶剤;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のN原子含有溶剤;ジメチルスルホキシド等のS原子含有溶剤等が挙げられ、1種又は2種以上を混合して使用できる。
これらの中で、溶解性の点からシクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、メチルセロソルブ、γ−ブチロラクトンが好ましく、低毒性であることや揮発性が高く残溶剤として残りにくい点から、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジメチルアセトアミドが特に好ましい。
また、有機溶媒の使用量は、(a)と(b)の総和100質量部当たり、10〜1000質量部とすることが好ましい。有機溶媒の使用量が10質量部以上であると、上記(a)成分及び(b)成分の十分な溶解性を得ることができ、1000質量部以下であると合成時間が過度に長くなることがなく、十分な生産性が得られる。以上の観点より、有機溶媒の使用量は、100〜500質量部とすることがより好ましく、200〜500質量部とすることが特に好ましい。
また、この反応には反応触媒を使用することができる。反応触媒としては、通常使用されるものであれば、特に限定されず、トリエチルアミン、ピリジン、トリブチルアミン等のアミン類;メチルイミダゾール、フェニルイミダゾール等のイミダゾール類;トリフェニルホスフィン等のリン系触媒等があげられ、1種又は2種以上を混合して使用できる。
本発明の成分(B)熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和イミド樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、オキセタン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、シリコーン樹脂、トリアジン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を混合して使用できる。
これらの中で、成形性や電気絶縁性の点からエポキシ樹脂及びシアネート樹脂が好ましい。シアネート樹脂としては、例えば、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型シアネート樹脂などのビスフェノール型シアネート樹脂、及びこれらが一部トリアジン化したプレポリマーなどを挙げることができる。これらの中で耐熱性、難燃性の点からノボラック型シアネート樹脂が好ましい。これらは1種又は2種以上を混合して使用できる。
また、エポキシ樹脂としては、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ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールFノボラック型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリアジン骨格含有エポキシ樹脂、フルオレン骨格含有エポキシ樹脂、トリフェノールフェノールメタン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、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、脂環式エポキシ樹脂、多官能フェノール類及びアントラセン等の多環芳香族類のジグリシジルエーテル化合物およびこれらにリン化合物を導入したリン含有エポキシ樹脂等が挙げられ、これらの中で、耐熱性、難燃性の点からビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂が好ましい。これらは1種又は2種以上を混合して使用できる。
前記熱硬化性樹脂には、必要に応じて硬化剤や硬化促進剤を使用することができる。硬化剤の例としては、例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、アミノトリアジンノボラック樹脂等の多官能フェノール化合物;ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等のアミン化合物;無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、無水マレイン酸共重合体等の酸無水物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を混合して使用できる。
また、硬化促進剤の例としては、例えば、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト(II)、トリスアセチルアセトナートコバルト(III)等の有機金属塩、イミダゾール類及びその誘導体、有機リン系化合物、第二級アミン類、第三級アミン類、及び第四級アンモニウム塩等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を混合して使用できる。
本発明では、上述の熱硬化性樹脂組成物をガラスクロスに含浸してプリント配線用プリプレグを作製するにあたって、ガラスクロスの処理剤として、下記一般式(I)で示されるシランカップリング剤が用いられる。
具体的には、例えば、R1がプロピレン基、R2が水素、Xがいずれもメトキシ基であるN-フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製「KBM573」)などが市販されている。
該(C)の使用量は,ガラスクロス100質量部に対して0.05〜1.0質量部であることが好ましい。0.05質量部以上であると、熱硬化性樹脂組成物の十分な含浸性が得られ、該熱硬化性樹脂とガラスクロスの良好な接着性が得られる。一方、該使用量が1.0質量部以下であると積層板の耐熱性を十分に確保することができる。
本発明における熱硬化性樹脂組成物には、さらに(D)下記一般式(II)で表わされる酸性置換基を有するアミン化合物を含有させてもよい。該成分(D)は、熱硬化性樹脂組成物中に単に混合してもよいが、有機溶媒中で(A)成分と反応させ、プレポリマーとして用いることが好ましい。
より具体的には、(a)成分と(b)成分を反応させて(A)不飽和マレイミド基含有化合物を調製しておき、これに(D)成分を反応させてプレポリマーを調製してもよいし、(a)成分と(b)成分を反応させて(A)成分を調製する際に、(D)成分も共存させて(A)成分と(D)成分が反応したプレポリマーを調製してもよい。
なお、該プレポリマーを調製するに際し、使用する有機溶媒は、前述の(a)成分と(b)成分の反応に用いられるものと同様であり、また、その使用量も同程度である。
また、この反応には反応触媒を使用することができる。反応触媒としては、通常使用されるものであれば、特に限定されず、トリエチルアミン、ピリジン、トリブチルアミン等のアミン類;メチルイミダゾール、フェニルイミダゾール等のイミダゾール類;トリフェニルホスフィン等のリン系触媒等があげられ、1種又は2種以上を混合して使用できる。
本発明に係る熱硬化性樹脂組成物中における成分(E)無機充填材としては、シリカ、アルミナ、タルク、マイカ、カオリン、水酸化アルミニウム、ベーマイト、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、スズ酸亜鉛、酸化亜鉛、酸化チタン、窒化ホウ素、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、EガラスやTガラス、Dガラス等のガラス粉や中空ガラスビーズ等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を混合して使用できる。
これらの中で、誘電特性、耐熱性、低熱膨張性の点からシリカが特に好ましい。シリカとしては、例えば、湿式法で製造され含水率の高い沈降シリカと、乾式法で製造され結合水等をほとんど含まない乾式法シリカが挙げられ、乾式法シリカとしてはさらに、製造法の違いにより破砕シリカ、フュームドシリカ、溶融球状シリカが挙げられる。これらの中で、低熱膨張性及び樹脂に充填した際の高流動性から溶融球状シリカが好ましい。
無機充填材として溶融球状シリカを用いる場合、その平均粒子径は0.1〜10μmであることが好ましく、0.3〜8μmであることがより好ましい。該溶融球状シリカの平均粒子径を0.1μm以上にすることで、樹脂に高充填した際の流動性を良好に保つことができ、一方、10μm以下にすることで、粗大粒子の混入確率を減らし粗大粒子起因の不良の発生を抑えることができる。ここで、平均粒子径とは、粒子の全体積を100%として粒子径による累積度数分布曲線を求めた時、ちょうど体積50%に相当する点の粒子径のことであり、レーザー回折散乱法を用いた粒度分布測定装置等で測定することができる。
本発明のプリプレグに用いる熱硬化性樹脂組成物には、上記成分以外に熱可塑性樹脂、エラストマー、有機充填材、難燃剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光重合開始剤、蛍光増白剤及び接着性向上剤等のその他成分を、必要に応じて使用することができる。
この内、熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、キシレン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、シリコーン樹脂、テトラフルオロエチレン樹脂等が挙げられる。
また、有機充填材の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル樹脂、シリコーン樹脂、テトラフルオロエチレン樹脂等よりなる均一構造の樹脂フィラー;アクリル酸エステル系樹脂、メタクリル酸エステル系樹脂、共役ジエン系樹脂等よりなるゴム状態のコア層と、アクリル酸エステル系樹脂、メタクリル酸エステル系樹脂、芳香族ビニル系樹脂、シアン化ビニル系樹脂等よりなるガラス状態のシェル層を持つコアシェル構造の樹脂フィラーが挙げられる。
その他、紫外線吸収剤の例としてはベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、酸化防止剤の例としてはヒンダードフェノール系やヒンダードアミン系酸化防止剤、光重合開始剤の例としてはベンゾフェノン類、ベンジルケタール類、チオキサントン系の光重合開始剤、蛍光増白剤の例としてはスチルベン誘導体の蛍光増白剤、接着性向上剤の例としては尿素シラン等の尿素化合物やシラン系、チタネート系、アルミネート系等のカップリング剤が挙げられる。
これらの中で、溶解性の点からメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましく、低毒性である点からメチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルがより好ましい。
(評価方法)
各実施例及び比較例の評価は、以下に示す方法により行った。
1.はんだ耐熱性の評価
銅張積層板を銅エッチング液に浸漬することにより銅箔を取り除いた5cm角の評価基板を作製し、平山製作所(株)製プレッシャー・クッカー試験装置を用いて、121℃、2atmの条件で4時間までプレッシャー・クッカー処理を行った後、温度288℃のはんだ浴に、評価基板を20秒間浸漬した後、外観を観察することによりはんだ耐熱性を評価した。評価基準は、耐熱性が良好で何ら変化がない場合をA、ふくれが認められる場合をBとした。
2.吸湿性(吸水率)の評価
銅張積層板を銅エッチング液に浸漬することにより銅箔を取り除いた評価基板を作製し、平山製作所(株)製プレッシャー・クッカー試験装置を用いて、121℃、2atmの条件で5時間までプレッシャー・クッカー処理を行った後、評価基板の吸水率を測定した。
3.銅付き耐熱性(T−300)の評価
銅張積層板から5mm角の評価基板を作製し、TMA試験装置(デュポン社製、「TMA2940」)を用い、300℃で評価基板の膨れが発生するまでの時間を測定することにより評価した。60分以上(表中では>60と表記)であると極めて良好である。
4.絶縁信頼性の評価
銅張積層板を、直径0.4mmのドリルで、穴間隔0.3mmに加工し、穴の間に電圧50Vを印加して、85℃、85%RHの条件で500時間放置後の絶縁抵抗の測定を行った。
温度計、攪拌装置、還流冷却管付き水分定量器の付いた加熱及び冷却可能な容積2リットルの反応容器に、(a)成分である、ビス(4−マレイミドフェニル)メタン:569.30gと、(b)成分である、4,4'−ジアミノジフェニルメタン:59.04g、及びプロピレングリコールモノメチルエーテル(有機溶媒):350gを入れ、還流させながら5時間反応させて不飽和マレイミド基を有する樹脂組成物(A−1)の溶液を得た。
製造例1において、(a)成分の含有量を555.04gとし、(b)成分として、3,3'−ジエチル−4,4'−ジアミノジフェニルメタン:73.84gを用いたこと以外は製造例1と同様にして、不飽和マレイミド基を有する樹脂組成物(A−2)の溶液を得た。
温度計、攪拌装置、還流冷却管付き水分定量器の付いた加熱及び冷却可能な容積2リットルの反応容器に、(a)成分である、ビス(4−マレイミドフェニル)メタン:556.53gと、(b)成分である、3,3'−ジアミノジフェニルスルホン:72.29g、及びジメチルアセトアミド(有機溶媒):350gを入れ、100℃で5時間反応させて不飽和マレイミド基を有する樹脂組成物(A−3)の溶液を得た。
温度計、攪拌装置、還流冷却管付き水分定量器の付いた加熱及び冷却可能な容積2リットルの反応容器に、(a)成分である、ビス(4−マレイミドフェニル)メタン:556.53gと、(b)成分である、3,3'−ジエチル−4,4'−ジアミノジフェニルメタン:74.03g、(D)成分であるm−アミノフェノール:21.19g、及びジメチルアセトアミド(有機溶媒):350gを入れ,100℃で5時間反応させて酸性置換基と不飽和マレイミド基を有する樹脂(A−4)の溶液を得た。
成分(A)である製造例1〜4で得られた成分、成分(B)であるビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製、商品名:NC−3000−H)(熱硬化性樹脂)に加えて、硬化促進剤、無機充填剤、難燃剤、及び希釈溶剤の各成分を、溶媒としてメチルエチルケトンを使用して、第1表に示す配合割合(質量部)で混合して樹脂分65質量%の均一なワニスを得た。
次に、上記ワニスを厚さ0.1mm、以下に詳述する所定のシランカップリング剤で処理されたクロススタイル#2116のE−ガラスクロスまたはS−ガラスクロスに含浸し、160℃で10分加熱乾燥して樹脂含有量50質量%のプリプレグを得た。
次に、このプリプレグを4枚重ね、18μmの電解銅箔を上下に配置し、圧力25kg/cm2、温度185℃で90分間プレスを行って、銅張積層板を得た。該銅張積層板について、上記方法にて評価した結果を第1表に示す。
実施例1〜7では、シランカップリング剤として、N-フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製「KBM573」)で処理した。
一方、比較例1では、シランカップリング剤による処理を行わず、また、比較例2及び3では、本発明における(C)成分とは異なるシランカップリング剤である、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製「KBM403」)で処理した。
*3 難燃剤;ベーマイト型水酸化アルミニウム(AlOOH)(河合石灰工業(株)「BMT-3L]
Claims (6)
- (A)(a)1分子中に少なくとも2個のN−置換マレイミド基を有するマレイミド化合物と、(b)1分子中に少なくとも2個の1級アミノ基を有するアミン化合物を反応させて得られる不飽和マレイミド基含有化合物、及び(B)熱硬化性樹脂、を含有する熱硬化性樹脂組成物を、(C)下記一般式(I)で表されるシランカップリング剤で処理された、無機粒子を含まないガラスクロスに含浸し、加熱乾燥し、Bステージ化して得られるプリント配線板用プリプレグ。
(式中、R1は炭素数1〜5の二価の炭化水素基、R2は水素又は炭素数1〜10の一価の炭化水素基、XはOCH3、OC2H5、又はOC3H7を表し、mは0〜5の整数を示す。複数あるX及び複数ある場合のR2は互いに同一でも異なってもよい。) - 前記熱硬化性樹脂組成物が、さらに(E)無機充填材を含有する請求項1又は2に記載のプリプレグ。
- 前記熱硬化性樹脂組成物を前記ガラスクロスに含浸する前のガラスクロスが、Eガラス、Dガラス、Sガラス又はQガラスからなるガラスクロスである、請求項1〜3のいずれかに記載のプリプレグ。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のプリプレグを用いて積層成形されてなる積層板。
- 請求項5に記載の積層板を用いてなるプリント配線板。
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