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JP6128311B2 - 樹脂組成物、樹脂ワニス、プリプレグ、金属張積層板、及びプリント配線板 - Google Patents

樹脂組成物、樹脂ワニス、プリプレグ、金属張積層板、及びプリント配線板 Download PDF

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Description

本発明は、プリント配線板の絶縁材料等に好適に用いられる樹脂組成物、前記樹脂組成物の製造方法、前記樹脂組成物を含有する樹脂ワニス、前記樹脂ワニスを用いて得られたプリプレグ、前記プリプレグを用いて得られた金属張積層板、及び前記プリプレグを用いて製造されたプリント配線板に関する。
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等の絶縁材料には、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。
ポリフェニレンエーテル(PPE)は、MHz帯からGHz帯という高周波数帯(高周波領域)においても誘電率や誘電正接等の誘電特性が優れているので、高周波数帯を利用する電子機器のプリント配線板等の絶縁材料に好ましく用いられる。しかしながら、高分子量のPPEは、一般的に融点が高いため、粘度が高く、流動性が低い傾向がある。そして、このようなPPEを用いて、多層プリント配線板等を製造するために使用されるプリプレグを形成し、形成されたプリプレグを用いてプリント配線板を製造すると、製造時、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ていた。このような問題を解決するために、例えば、高分子量のPPEを溶媒中でフェノール種とラジカル開始剤との存在下で再分配反応させることによって、分子切断を起こし、PPEを低分子量化する技術が知られている。しかしながら、PPEを低分子量化した場合、硬化が不充分となり、硬化物の耐熱性等が低下するという傾向があった。
そこで、硬化物の耐熱性等を高めるために、下記特許文献1に記載されているように、PPEにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を組み合わせて用いることが報告されている。具体的には、特許文献1には、数平均分子量が800〜2000の、1分子中に平均1.5〜2個の水酸基を有するポリフェニレンエーテルと、1分子中に平均2.3個以下のエポキシ基を有する低エポキシ基数エポキシ樹脂との反応生成物と、熱硬化性樹脂とを含有することを特徴とする樹脂組成物が記載されている。
特開2010−275341号公報
特許文献1記載の技術によれば、PPEの有する優れた誘電特性を維持したまま、耐熱性および密着性を向上させることができることが開示されている。しかしながら、近年、プリント配線板等に対する要求水準はさらに上がってきており、さらなる高性能化への要求に応えるため、より優れた特性を有する材料が求められている。例えば、高多層のプリント配線板における信頼性や耐熱性向上のために、樹脂材料の硬化物の高いTgや耐熱性だけでなく、接着力(銅張積層板等における層間及び銅箔との密着強度)について、更なる向上が求められている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、PPEの有する優れた誘電特性並びに硬化物の耐熱性等の特性を維持したまま、より高水準の接着力を有する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、前記プリプレグを用いた金属張積層板、及び前記金属張積層板を用いたプリント配線板を提供することを目的とする。
本発明者等は、鋭意検討した結果、下記構成を有する樹脂組成物によって、前記課題が解決することを見出し、かかる知見に基づいて更に検討を重ねることによって本発明を完成した。
すなわち、本発明の一局面に関する樹脂組成物は、1分子中に平均1.5〜2個の水酸基を有するポリフェニレンエーテル(A)と、1分子中に平均2〜2.3個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(B)とを含み、前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度が700μmol/g以下となるように、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基の少なくとも一部を前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基で予め反応させた反応生成物と、シアネートエステル化合物(C)と有機金属塩(D)とを含有することを特徴とする。
上記樹脂組成物において、前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基と、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基とのモル比(エポキシ基/水酸基)が3〜6であることが好ましい。
また、上記樹脂組成物において、前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度が900〜2500μmol/gであることが好ましい。
さらに、上記樹脂組成物において、前記ポリフェニレンエーテル(A)の数平均分子量が800〜2000であることが好ましい。
また、上記樹脂組成物において、前記ポリフェニレンエーテル(A)が、下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0006128311
(式(1)中、Xは、炭素数1〜3のアルキレン基または直接結合を示し、mは、0〜20を示し、nは、0〜20を示し、mとnとの合計は、1〜30を示す。)
また、上記樹脂組成物において、さらにエポキシ化合物(E)を含むことが好ましい。
また、前記エポキシ化合物(B)と前記エポキシ化合物(E)とを合わせたエポキシ化合物全体(前記エポキシ化合物(E)の配合量が0の場合も含む)にジシクロペンタジエン型エポキシ化合物を50質量%以上の配合量で含有することが好ましい。
また、上記樹脂組成物において、前記ポリフェニレンエーテル(A)、前記エポキシ化合物(B)、前記シアネートエステル化合物(C)および前記エポキシ化合物(E)の合計量(ただし前記エポキシ化合物(E)の配合量が0の場合も含む)を100質量部とした場合に、前記ポリフェニレンエーテル(A)を20〜40質量部、前記エポキシ化合物(B)と前記エポキシ化合物(E)を合わせて20〜60質量部、並びに前記シアネートエステル化合物(C)を20〜40質量部の配合量で含有することが好ましい。
上記樹脂組成物において、さらに無機充填剤(F)を含むことが好ましい。
上記樹脂組成物において、さらにハロゲン系難燃剤(G)を含むことが好ましい。
また、本発明のその他の局面に関する樹脂ワニスは、上記の樹脂組成物と溶媒とを含有することを特徴とする。
そして、本発明のさらなる局面に関するプリプレグは、上記の樹脂ワニスを繊維質基材に含浸させて得られることを特徴とする。
さらに、本発明のさらなる局面に関する金属張積層板は、上記のプリプレグに金属箔を積層して、加熱加圧成形して得られることを特徴とする。
また、本発明のさらなる局面に関するプリント配線板は、上記の金属張積層板の表面の金属箔を部分的に除去することにより回路形成して得られることを特徴とする。
本発明によれば、PPEの有する優れた誘電特性並びに硬化物の耐熱性等の特性を維持したまま、より高水準の密着性を有する樹脂組成物を提供することできる。また、前記樹脂組成物を含有する樹脂ワニス、前記樹脂ワニスを用いて得られたプリプレグ、前記プリプレグを用いて得られた金属張積層板、及び前記プリプレグを用いて製造されたプリント配線板が提供される。
本発明の実施形態に係る樹脂組成物は、1分子中に平均1.5〜2個の水酸基を有するポリフェニレンエーテル(A)と、1分子中に平均2〜2.3個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(B)とを含み、前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度が700μmol/g以下となるように、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基の少なくとも一部を前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基で予め反応させた反応生成物と、シアネートエステル化合物(C)と有機金属塩(D)とを含有することを特徴とする。すなわち、前記樹脂組成物は、所定の条件によって、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基の少なくとも一部を、前記エポキシ樹脂(B)のエポキシ基で予め反応させるプレリアクトさせた後に、前記シアネートエステル化合物(C)及び有機金属塩(D)を配合することによって、得られる。
まず、前記ポリフェニレンエーテル(A)としては、1分子中に平均1.5〜2個の水酸基を有するポリフェニレンエーテルであれば、特に限定なく用いることができる。1分子中に平均1.5〜2個の水酸基を有するとは、1分子当たりの水酸基の平均個数(平均水酸基数)が1.5〜2個であることを意味する。前記平均水酸基数が1.5個以上であれば、エポキシ化合物のエポキシ基と反応することによって3次元架橋されるため、硬化時の密着性を向上させることができる。また、前記平均水酸基数が2個以下であることによって、予備反応時にゲル化する恐れもなくなると考えられる。
なお、ここでの前記ポリフェニレンエーテルの平均水酸基数は、使用する前記ポリフェニレンエーテルの製品の規格値からわかる。前記ポリフェニレンエーテルの平均水酸基数としては、具体的には、例えば、前記ポリフェニレンエーテル1モル中に存在する全てのポリフェニレンエーテルの1分子あたりの水酸基の平均値等が挙げられる。
また、前記ポリフェニレンエーテル(A)としては、末端水酸基濃度が900〜2500μmol/gであることが好ましい。このような範囲の末端水酸基濃度を有するポリフェニレンエーテルを用いてエポキシと予備反応させることによって、前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度を700μmol/g以下に調整すると、誘電特性や耐熱性、Tg、成型性等の特性を損ねることなく、接着力の高い樹脂組成物が得られる。
さらに、前記ポリフェニレンエーテル(A)として、数平均分子量(Mn)が800〜2000のものを使用することが好ましい。具体的には、例えば、重合反応により直接得られた数平均分子量が800〜2000のポリフェニレンエーテル等が挙げられる。数平均分子量が800以上であれば、誘電特性、耐熱性、高Tgを確保することができ、数平均分子量が2000以下であれば、前記低エポキシ基数エポキシ樹脂と反応させた反応生成物を含有させた場合でも、樹脂流れや相分離を起こしたり、成型性が悪くなったりすることを抑制することができる。
前記ポリフェニレンエーテルは、請求項を満たす範囲であれば、数平均分子量が2000以上のポリフェニレンエーテルを、溶媒中でフェノール系化合物とラジカル開始剤との存在下で再分配反応させて得られたものを用いてもよい。
なお、ここでの前記ポリフェニレンエーテルの数平均分子量(Mn)は、具体的には、例えば、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー等を用いて測定することができる。
前記ポリフェニレンエーテル(A)の具体例としては、例えば、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。この中でも、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が好ましい。また、前記2官能フェノールとしては、例えば、テトラメチルビスフェノールA等が挙げられる。前記ポリフェニレンエーテルとしては、より具体的には、例えば、下記一般式(1)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0006128311
上記式(1)中、m,nは、前記数平均分子量(Mn)、及び数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)がともに上記範囲内になるような重合度であればよい。具体的には、mとnとの合計値が、1〜30であることが好ましい。また、mが、0〜20であることが好ましく、nが、0〜20であることが好ましい。さらに、上記式(1)中、Xは、炭素数1〜3のアルキレン基または直接結合を示す。
次に、前記エポキシ化合物(B)としては、1分子中に平均2〜2.3個のエポキシ基を有するエポキシ化合物であれば、特に限定されない。平均エポキシ基数がこの範囲であれば、硬化物の耐熱性を維持したまま、前記ポリフェニレンエーテル(A)との反応生成物を良好に生成することができる。さらに、前記エポキシ化合物(B)の平均エポキシ基数が2個より小さいと、硬化物で十分な架橋構造をとることができず耐熱性が低下する。また、2.3個より大きいと、予備反応時の反応性が高くなりすぎてゲル化するおそれがある。
前記エポキシ化合物(B)としては、具体的には、例えば、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、誘電特性を向上させる観点から、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が特に好ましく用いられる。また、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、及びビスフェノールF型エポキシ樹脂が、前記ポリフェニレンエーテル(A)との相溶性が良い点から好ましく用いられる。なお、本実施形態に係る樹脂組成物には、耐熱性の観点からハロゲン化エポキシ樹脂を含有しないことが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲であれば、必要に応じて配合してもよい。
なお、ここでの前記エポキシ化合物(B)の平均エポキシ基数は、使用する前記エポキシ樹脂の製品の規格値からわかる。前記エポキシ樹脂のエポキシ基数としては、具体的には、例えば、前記エポキシ樹脂1モル中に存在する全ての前記エポキシ樹脂の1分子あたりのエポキシ基の平均値等が挙げられる。
また、前記エポキシ化合物(B)は、トルエンに対する溶解度が25℃において10質量%以上であることが好ましい。このようなエポキシ化合物であると、ポリフェニレンエーテルの有する優れた誘電特性を阻害することなく、硬化物の耐熱性が充分に高められる。これは、前記ポリフェニレンエーテル(A)との相溶性が比較的高く、よって、前記ポリフェニレンエーテル(A)と均一に反応しやすいためであると考えられる。
本実施形態に係る樹脂組成物は、前述のように、前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度が700μmol/g以下となるように、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基の少なくとも一部を前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基で予め反応させた反応生成物を含有する。前記反応生成物としては、前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度が700μmol/g以下となるようにプレリアクトさせて得られた生成物であれば、特に限定されない。
前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度が700μmol/g以下となるようにプレリアクトさせて得られた反応生成物を用いることによって、優れた誘電特性及び耐熱性を維持しながらも、非常に高水準の密着性を達成することができる。前記ポリフェニレンエーテル(A)と前記エポキシ化合物(B)をプレリアクトさせずに用いると、プレリアクトをさせたものに比べて硬化物での高い接着力が得られないおそれがある。
プレリアクト後の前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度は、700μmol/g以下であれば特に下限は設定する必要はないと考えられるが、製造時間や反応効率、副反応の影響を鑑みると、5μmol/g以上であることが望ましい。
前記末端水酸基濃度は、反応温度、反応時間および触媒量、反応時の固形分濃度を調整することによって調節することができる。
より具体的には、例えば、以下のように反応させることによって得られる。まず、前記ポリフェニレンエーテル(A)と前記エポキシ化合物(B)とが所定の比率となるように、前記ポリフェニレンエーテル(A)と前記エポキシ化合物(B)とを、10〜60分間程度、固形分濃度50〜70%程度の有機溶媒中で攪拌して混合させる。そして、前記ポリフェニレンエーテル(A)と前記エポキシ化合物(B)とを混合した後、80〜110℃で2〜12時間加熱させることによって、前記ポリフェニレンエーテル(A)と前記エポキシ化合物(B)とを反応させる。そうすることによって、前記反応生成物が得られる。なお、前記有機溶媒としては、前記ポリフェニレンエーテル(A)及び前記エポキシ化合物(B)等を溶解させ、これら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、例えば、トルエン等が挙げられる。
なお、プレリアクトさせる、前記ポリフェニレンエーテル(A)と前記エポキシ化合物(B)との比率としては、例えば、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基と前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基とのモル比が、上記のような反応生成物が得られるようなモル比であれば特に限定はない。具体的には、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基と前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基とのモル比としては、例えば、エポキシ基/水酸基が3〜6であることが好ましく、さらには3.5〜5.5程度であることがより好ましい。前記モル比がこのような範囲にあれば、PPEの両端を効率よくキャッピングできるというメリットがある。さらに、前記反応生成物の粘度が下がることによって、後述する樹脂ワニスやプリプレグの粘度を低下させることができ、製造性が向上すると考えられる。一方で、前記モル比が6を超えると、反応効率が低下したり、組成物中のPPE量の低下による誘電特性の悪化につながるおそれがある。また、前記モル比が3未満となると、エポキシ樹脂1分子にPPEが2分子反応する可能性や、前記によるエポキシとPPEが直鎖に連なって反応していく可能性が高くなり、反応生成物の粘度が上昇しすぎたり、PPEの両端のキャッピング効率が下がるおそれもある。
前記ポリフェニレンエーテル(A)と前記エポキシ化合物(B)とを反応させる際、前記ポリフェニレンエーテル(A)と前記エポキシ化合物(B)との混合物に、触媒を混合してもよい。前記触媒としては、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基と前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基との反応を促進することができるものであれば、特に制限することなく使用することができる。具体的には、オクタン酸、ステアリン酸、アセチルアセトネート、ナフテン酸、及びサリチル酸等の有機酸のZn、Cu、及びFe等の有機金属塩;1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)、トリエチルアミン、及びトリエタノールアミン等の3級アミン;2−エチル−4−イミダゾール(2E4MZ)、及び4−メチ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(TPP)、トリブチルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等の有機ホスフィン類等が挙げられる。これらは、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、イミダゾール類、特に2−エチル−4−イミダゾールが、反応時間を短くすることができ、さらに、前記エポキシ樹脂同士の重合(エポキシ樹脂の自重合)を抑制できる点から、特に好ましく用いられる。また、前記触媒の含有量は、前記ポリフェニレンエーテル(A)と前記エポキシ化合物(B)との合計100質量部に対して、0.05〜1質量部であることが好ましい。前記触媒の含有量が少なすぎると、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基と前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基との反応に非常に時間がかかる傾向がある。また、前記触媒の含有量が多すぎると、前記反応の制御が困難となり、ゲル化しやすくなる傾向がある。
また、反応時の固形分濃度は、反応効率や粘度(製造性)を考慮すると、50〜70%程度であることが好ましい。
次に、前記シアネートエステル化合物(C)としては、1分子当たりのシアネート基の平均個数(平均シアネート基数)が2個以上である化合物を用いることが好ましい。このようにシアネート基数が多いと、得られた樹脂組成物の硬化物の耐熱性が高まる点から好ましい。なお、ここでの前記シアネートエステル化合物(C)の平均シアネート基数は、使用する前記シアネート樹脂の製品の規格値からわかる。前記前記シアネートエステル化合物(C)のシアネート基数としては、具体的には、例えば、前記シアネート樹脂1モル中に存在する全ての前記シアネート樹脂の1分子あたりのシアネート基の平均値等が挙げられる。
前記シアネートエステル化合物(C)としては、具体的には、例えば、2,2−ビス(4−シアナートフェニル)プロパン(ビスフェノールA型シアネート樹脂)、ビス(3,5−ジメチル−4−シアナートフェニル)メタン、2,2−ビス(4−シアナートフェニル)エタン等またはこれらの誘導体等の芳香族系シアネートエステル化合物等が挙げられる。これらは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記有機金属塩(D)は、前記反応生成物とシアネートエステル化合物(C)との硬化反応(架橋反応)を促進するための硬化促進剤として作用する。有機金属塩を硬化促進剤として用いることによって、硬化物の高いTgや耐熱性、密着性を確保することができる。
前記有機金属塩(D)としては、例えば、一般的に金属石鹸と呼ばれるものを用いることができる。より具体的には、例えば、オクチル酸、ナフテン酸、ステアリン酸、ラウリン酸及びリシノール酸、アセチルアセテート等の有機酸と、亜鉛、銅、コバルト、リチウム、マグネシウム、カルシウム及びバリウム等の金属とからなる有機金属塩等が挙げられる。中でも、ナフテン酸銅は、シアネートエステルの三量化反応の活性が低いため、ワニスやプリプレグのポットライフが比較的良い(しかも、耐熱性は維持しつつ)ため好ましく使用できる。前記有機金属塩(D)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。
前記有機金属塩(D)の配合量としては、例えば、前記反応生成物と前記シアネートエステル化合物(C)との合計量100質量部に対して、0.001〜1質量部であることが好ましい。前記範囲内であれば、硬化促進効果を高めて、硬化物の高い耐熱性やTgを確保することができ、さらに成型性に問題のないプリプレグが作製しやすくなる。
さらに、上記必須成分に加えて、本実施形態の樹脂組成物には、さらなるエポキシ化合物(E)を含有させることもできる。前記エポキシ化合物(E)としては、前記エポキシ化合物(B)と同様に、1分子中に平均2〜2.3個のエポキシ基を有するエポキシ化合物を用いることができる。具体的には、例えば、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。この場合、前記エポキシ化合物(E)は、エポキシ化合物(B)と同じであっても、異なっていてもかまわない。誘電特性を向上させる観点から、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が好ましく用いられる。そのほか、前記エポキシ化合物(E)としては、1分子中に平均2〜2.3個のエポキシ基を有するエポキシ化合物以外に、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等の多官能型(1分子中に平均2.3個より多くエポキシ基を有するもの)エポキシ化合物を用いることもできる。
なお、前記エポキシ化合物(B)および/又は前記エポキシ化合物(E)としてジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を含む場合、前記エポキシ化合物(B)と(E)を合わせたエポキシ化合物全体において、ジシクロペンタジエン型のエポキシ化合物が50質量%以上となるように含有することが好ましい。そうすることにより、誘電特性により優れた絶縁材料を得ることができる。
本実施形態に係る樹脂組成物における前記有機金属塩(D)以外の主な構成成分の配合量については、例えば、前記ポリフェニレンエーテル(A)、前記エポキシ化合物(B)、前記シアネートエステル化合物(C)および前記エポキシ化合物(E)を合わせて100質量部とした場合(前記エポキシ化合物(E)の配合が0の場合を含む)に、前記ポリフェニレンエーテル(A)を20〜40質量部、前記エポキシ化合物(B)と前記エポキシ化合物(E)を合わせて20〜60質量部(前記エポキシ化合物(E)の配合が0の場合、前記エポキシ化合物(B)を20〜60質量部)、並びに前記シアネートエステル化合物(C)を20〜40質量部の配合量で含有することが好ましい。このような配合比とすることによって、優れた誘電特性、耐熱性および密着性(接着性)を両立させることができると考えられる。
また、前記樹脂組成物には、加熱時における寸法安定性を高めたり、難燃性を高める等の目的で、必要に応じてさらに無機充填材(F)を配合してもよい。前記無機充填(F)材としては、具体的には、例えば、シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、タルク、水酸化マグネシウム、酸化チタン、マイカ、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、これらの無機充填剤はそのまま用いてもよいが、エポキシ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されたものが、特に好ましい。前記のようなシランカップリング剤で表面処理された無機充填材が配合されたポリフェニレンエーテル樹脂組成物を用いて得られる金属張積層板は、吸湿時における耐熱性が高く、また、層間ピール強度も高くなる傾向がある。
無機充填剤としてシリカを用いる場合は、成型時の流動性や、プリント配線板における加工性などを考慮して、球状タイプのシリカを用いることが好ましい。
無機充填材を樹脂組成物に配合する場合、その配合量は使用する無機充填剤の種類等にもよるが、例えば、シリカを用いる場合は、前記(A)〜(E)成分を100質量部とした時に20〜100質量部程度となるように配合する。
また、前記樹脂組成物には、難燃性を高めるために、ハロゲン系難燃剤(G)や非ハロゲン系難燃剤を含有させてもよい。ハロゲン系難燃剤を使用する場合、難燃性を付与できるとともに、硬化物のTgが低下しにくく、耐熱性の大幅な低下が起こりにくいという利点がある。
また、ハロゲン系難燃剤を使用すると、難燃性を付与しにくいジシクロペンタジエン型のエポキシ樹脂を使用した場合でも、容易に難燃性を付与することができる。
前記ハロゲン系難燃剤(G)としては、ワニス中では溶解せず分散するものが好ましく使用することができる。具体的には、例えば、融点が300℃以上のエチレンジペンタブロモベンゼン、エチレンビステトラブロモイミド、デカブロモジフェニルオキサイド、テトラデカブロモジフェノキシベンゼンなどが好ましい例示として挙げられる。このようなハロゲン系難燃剤を使用することにより、高温時におけるハロゲンの脱離が抑制でき、耐熱性の低下を抑制できると考えられる。
前記ハロゲン系難燃剤(G)の配合割合としては、前記(A)から(E)の全量の樹脂成分中にハロゲン濃度が5〜30質量%程度になるような割合で含有させることが、難燃性や耐熱性の観点から好ましい。
さらに前記樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、例えば熱安定剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、染料や顔料、滑剤等の添加剤を配合してもよい。
前記樹脂組成物は、前述した各種成分の所定量を溶媒中で混合することでワニス状(樹脂ワニス)に調製して用いることができる。前記溶媒としては、前記反応生成物、及び前記シアネートエステル化合物(C)、エポキシ化合物(E)等の樹脂成分を溶解可能であり、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、シクロヘキサノン、メチルエチルケト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の有機溶媒が挙げられる。
この樹脂ワニスを調整するにあたっては、固形成分の溶解/分散を促進させる等の目的で、必要に応じて、樹脂成分が硬化反応を起こさない温度範囲で加熱してもよい。さらに、必要に応じて無機充填材(F)やハロゲン系難燃剤(G)を添加した場合、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、良好な分散状態になるまでワニスを攪拌してもよい。
得られたワニス状の樹脂組成物(樹脂ワニス)を用いてプリプレグを製造する方法としては、例えば、前記樹脂組成物を繊維質基材に含浸させた後、乾燥する方法が挙げられる。
前記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、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。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、前記繊維質基材の厚みとしては、例えば、0.02〜0.3mmのものを使用できる。
前記含浸は、浸漬(ディッピング)、及び塗布等によって行われる。前記含浸は、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溶液を用いて含浸を繰り返し、最終的に希望とする組成及び樹脂量に調整することも可能である。
前記樹脂組成物が含浸された繊維質基材は、所望の加熱条件、例えば、80〜170℃で1〜10分間加熱されることにより半硬化状態(Bステージ)のプリプレグが得られる。
このようにして得られたプリプレグを用いて金属張積層板を作製する方法としては、前記プリプレグ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(金属張積層板)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プリプレグの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3〜4MPa、時間を60〜150分間とすることができる。
前記樹脂組成物は、ポリフェニレンエーテルの有する優れた誘電特性を維持したまま、硬化物の耐熱性、さらに接着力に優れたものである。このため、前記樹脂組成物を用いて得られたプリプレグを用いた金属張積層板は、誘電特性、耐熱性を維持しつつ、密着性(金属箔と樹脂層の密着強度、絶縁層内の層間の密着強度など)が向上し、さらに信頼性にも優れる。
また、前記プリプレグを用いて、プリント配線板を製造することができる。具体的には、例えば、作製された積層体の表面の金属箔をエッチング加工等して回路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を設けたプリント配線板を得ることができるものである。このように得られるプリント配線板は、誘電特性および耐熱性、密着性に優れており、それにより優れた信頼性や耐熱性を有するプリント配線板を提供することができる。
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、1分子中に平均1.5〜2個の水酸基を有するポリフェニレンエーテル(A)と、1分子中に平均2〜2.3個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(B)とを含み、前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度が700μmol/g以下となるように、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基の少なくとも一部を前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基で予め反応させた反応生成物と、シアネートエステル化合物(C)と有機金属塩(D)とを含有することを特徴とする。
上記構成によれば、PPEの有する優れた誘電特性を維持したまま、硬化物の耐熱性及び密着性に非常に優れた樹脂組成物を得ることができる。
さらに、前記樹脂組成物において、前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基と、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基とのモル比(エポキシ基/水酸基)が3〜6であることがより好ましい。それにより、反応前のプレリアクト物の粘度が低下し、ひいてはワニスやプリプレグの粘度低下につながり、製造性が向上すると考えられる。
また、前記樹脂組成物において、前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度が900〜2500μmol/gであることが好ましい。このような構成とすることにより、エポキシとの予備反応によって、前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度を700μmol/g以下に調節することで密着性を確実に向上させることができる。
さらに、前記樹脂組成物において、前記ポリフェニレンエーテル(A)の数平均分子量が800〜2000であることが好ましい。それにより、より成型性が良好となり、優れた誘電特性や耐熱性をより確実に得ることができる。
また、前記樹脂組成物において、前記ポリフェニレンエーテル(A)が、下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0006128311
(式(1)中、Xは、炭素数1〜3のアルキレン基または直接結合を示し、mは、0〜20を示し、nは、0〜20を示し、mとnとの合計は、1〜30を示す。)
このような構成により、優れた誘電特性をより確実に達成できる。
また、前記樹脂組成物において、さらにエポキシ化合物(E)を含むこと、そして、前記エポキシ化合物(B)と前記エポキシ化合物(E)とを合わせたエポキシ化合物全体にジシクロペンタジエン型エポキシ化合物を50質量%以上の配合量で含有することが好ましい。それにより、誘電特性をより向上させ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、前記ポリフェニレンエーテル(A)、前記エポキシ化合物(B)、前記シアネートエステル化合物(C)および前記エポキシ化合物(E)を合わせて100質量部とした場合に、前記ポリフェニレンエーテル(A)を20〜40質量部、前記エポキシ化合物(B)と前記エポキシ化合物(E)を合わせて20〜60質量部、並びに前記シアネートエステル化合物(C)を20〜40質量部の配合量で含有することが好ましい。このような配合量とすることによって、誘電特性、耐熱性および密着性を全て備えた樹脂組成物をより確実に得ることができる。
また、前記樹脂組成物がさらに無機充填剤(F)を含むことにより、加熱時による寸法安定性をより向上させることができるため好ましい。
さらにハロゲン系難燃剤(G)を含むことにより、さらに優れた難燃性を有する樹脂組成物を得ることができる。
また、本発明の他の一態様に係る樹脂ワニスは、前記樹脂組成物と溶媒とを含有する。このような構成によれば、誘電特性、硬化物の耐熱性に優れ、さらに密着性に非常に優れた樹脂ワニスが得られる。
また、本発明の他の一態様に係るプリプレグは、前記樹脂ワニスを繊維質基材に含浸させて得られたことを特徴とする。このような構成によれば、誘電特性、耐熱性及び密着性に優れた金属張積層板を製造するのに好適に用いられるものであり、前記樹脂組成物の粘度が低く、流動性が高いため、金属張積層板やプリント配線板を製造する際の成形不良の発生を抑制できる信頼性や耐熱性に優れたものが得られる。
また、本発明の他の一態様に係る金属張積層板は、前記プリプレグに金属箔を積層して、加熱加圧成形して得られたことを特徴とする。この構成によれば、誘電特性、耐熱性並びに密着性に優れたプリント配線板を成形不良の発生を抑制しつつ製造できる、信頼性に優れた金属張積層板が得られる。
また、本発明の他の一態様に係るプリント配線板は、前記プリプレグを用いて製造されたことを特徴とする。この構成によれば、誘電特性、及び耐熱性に優れ、さらに、密着性にも優れているため、高多層における信頼性や耐熱性にも優れるプリント配線板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。
[反応生成物の調製]
本実施例において、反応生成物を調製する際に用いる各成分について説明する。
(ポリフェニレンエーテル(A))
・PPE1:SABICイノベーティブプラスチックス社製のSA90(数平均分子量1500、水酸基:1.9個、末端水酸基濃度:1270μmol/g、前記式(1)の構造式中のXが−C(CH−のもの)
・PPE2:SABICイノベーティブプラスチックス社製のSA120(数平均分子量2500、水酸基:1個、末端水酸基濃度:400μmol/g)
・PPE3:ポリフェニレンエーテル(国際公開第2008/067669号に記載の方法で合成したポリフェニレンエーテル、数平均分子量800、水酸基:1.8個、末端水酸基濃度:2250μmol/g)
(エポキシ化合物(B))
・エポキシ樹脂1:ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物、1分子中の平均官能基2.3個のエピクロンHP7200(DIC株式会社製)
・エポキシ樹脂2:ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物、1分子中の平均官能基3個のエピクロンHP7200H(DIC株式会社製)
・エポキシ樹脂3:ビスフェノールA型エポキシ樹脂、1分子中の平均官能基2個のエピクロン850S(DIC株式会社製)
・エポキシ樹脂4:アルキルフェノールグリシジルエーテル、1分子中の平均官能基数1個のエピクロン520(DIC株式会社製)
(プレリアクト時の触媒)
・2E4MZ:2−エチル−4−イミダゾール(四国化成工業株式会社製)
[調製方法]
表1および2に記載の配合割合となるように、各成分をトルエンに添加した後、100℃で2〜10時間攪拌させた。そうすることによって、前記ポリフェニレンエーテルと前記エポキシ樹脂と予め反応(プレリアクト)させることによって、前記反応生成物を調製した。得られた反応生成物の固形分濃度はそれぞれ60%となるように調製した。
[プレリアクトの結果(反応)]
予備反応については、目視で評価して、ゲル化しているか否かを判断し、ゲル化していなければ、「OK」であるという評価を行った。
そして、予備反応後のポリフェニレンエーテルの末端水酸基濃度については、以下のようにして測定した:
具体的には、(A)と(B)を混合させた予備反応させる前の溶液、及び予備反応させた後の溶液を、塩化メチレン中、10%テトラエチルアンモニウムヒドロキシドのエタノール溶液を添加して、紫外線吸光光度計(株式会社島津製作所製のUVmini−1240)を用いて、測定波長318nmでそれぞれ測定し、得られた吸光度と(A)の配合量から末端水酸基濃度を算出した。
以上の結果を表1および2に示す。
[樹脂組成物の調製]
本実施例において、樹脂組成物を調製する際に用いる各成分について説明する。
(シアネートエステル化合物(C))
・2,2−ビス(4−シアナートフェニル)プロパン(ロンザジャパン社製のBADCy)
(有機金属塩(D))
・ナフテン酸銅(Cu−NAPHTENATE、DIC株式会社製)
・オクタン酸亜鉛(Zn−OCTOATE、DIC株式会社製)
(追加のエポキシ化合物(E))
・エポキシ樹脂2:ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物、1分子中の平均官能基3個のエピクロンHP7200H(DIC株式会社製)
(その他の成分)
・硬化剤:2E4MZ:2−エチル−4−イミダゾール(四国化成工業株式会社製)
・無機充填剤(F):球状シリカ粒子(株式会社アドマテックス製のSC2500−SEJ)
・ハロゲン系難燃剤(G):臭素系難燃剤(エチレンビス(ペンタブロモビフェニル)、アルベマール日本株式会社製のSAYTEX8010)
[調製方法]
表1および2に記載の配合割合となるように、得られた反応生成物の溶液を60℃になるまで加熱し、そこに、シアネート化合物及び有機金属塩(実施例7については、さらにエポキシ化合物)を添加した後、30分間攪拌することによって、完全に溶解させた。そして、さらに、ハロゲン系難燃剤やシリカ粒子等の他の成分を添加して、ビーズミルで分散させることによって、ワニス状の樹脂組成物(樹脂ワニス)が得られた。
次に、得られた樹脂ワニスをガラスクロス(日東紡績株式会社製の♯2116タイプ、WEA116E、Eガラス)に含浸させた後、130〜160℃で約3〜8分間加熱乾燥することによりプリプレグを得た。その際、ポリフェニレンエーテル、エポキシ樹脂及び硬化剤等の樹脂成分の含有量(レジンコンテント)が55質量%程度となるように調整した。
そして、得られた各プリプレグを6枚重ねて銅箔(古河サーキットフォイル株式会社製のGT−MP、厚み35μm)にはさんで積層し、温度200℃、2時間、圧力3MPaの条件で加熱加圧することにより、厚み0.8mmの評価基板を得た。
Figure 0006128311
Figure 0006128311
上記のように調製された各プリプレグ及び評価基板を、以下に示す方法により評価を行った。
[プリプレグの溶融粘度(poise)]
株式会社島津製作所製のフローテスタ「CFT−500A」を用いて、プリプレグの130℃における溶融粘度を測定した。
[ガラス転移温度(Tg)]
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、プリプレグのTgを測定した。このとき、曲げ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280℃まで昇温した際のtanαが極大を示す温度をTgとした。
[誘電特性(誘電率及び誘電正接)]
株式会社関東電子応用開発製の空洞共振「CP461」を用い、2GHzにおける銅張積層板の誘電率及び誘電正接を測定した。
[オーブン耐熱性]
JIS C 6481の規格に準じて、所定の大きさに切り出した銅張積層板を270℃に設定した恒温槽に1時間放置した後、取り出した。そして処理された試験片を目しで観察してフクレが発生しなかったときを「OK」、フクレが発生したときを「NG」とした。
[銅箔密着強度(銅箔ピール強度)]
得られた銅張積層板の表面の銅箔の引きはがし強さ(銅箔密着強度)を、JIS C 6481に準拠して測定した。このとき、幅20mm、長さ100mmの試験片上に幅10mm、長さ100mmのパターンを形成し、銅箔を引っ張り試験器により50mm/分の速度で引きはがし、その時の引きはがし強さ(kg/cm)を銅箔密着強度として測定した。
[層間密着性]
JIS C6481の規格に準じて、層間密着強度を測定した。
以上の結果を前記表1および2に示す。
表1及び表2からわかるように、本実施形態に係る樹脂組成物を用いた場合(実施例1〜14)は、本実施形態の範囲から外れる樹脂組成物を用いた比較例1〜5と比較して、PPEの有する優れた誘電特性を維持したまま、高いTgと非常に優れた密着性を示すことが確認された。
予備反応後のPPEの末端水酸基濃度が700μmol/gを超える比較例1や、1分子中の平均水酸基が1.5個未満であるPPEを用いた比較例2では、実施例のような高い密着性を示すことはなかった。また、平均官能基数が2.3個を超えるエポキシ化合物を予備反応に用いた比較例3では、予備反応の結果ゲル化してしまった。一方、平均官能基数が2個未満であるエポキシ化合物を予備反応に用いた比較例4や、有機金属塩を使用しなかった比較例5では、Tgや耐熱性が下がり、また密着性も低下した。

Claims (15)

  1. 1分子中に平均1.5〜2個の水酸基を有するポリフェニレンエーテル(A)と、1分子中に平均2〜2.3個のエポキシ基を有するエポキシ化合物(B)とを含み、前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度が700μmol/g以下となるように、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基の少なくとも一部を前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基で予め反応させた反応生成物と、
    シアネートエステル化合物(C)と
    有機金属塩(D)とを含有すること、並びに、
    前記エポキシ化合物(B)のエポキシ基と、前記ポリフェニレンエーテル(A)の水酸基とのモル比(エポキシ基/水酸基)が3〜6であることを特徴とする、樹脂組成物。
  2. 前記ポリフェニレンエーテル(A)の末端水酸基濃度が900〜2500μmol/gである、請求項1に記載の樹脂組成物。
  3. 前記ポリフェニレンエーテル(A)の数平均分子量が800〜2000である、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
  4. 前記ポリフェニレンエーテル(A)が、下記一般式(1)で表される化合物である請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
    Figure 0006128311
    (式(1)中、Xは、炭素数1〜3のアルキレン基または直接結合を示し、mは、0〜20を示し、nは、0〜20を示し、mとnとの合計は、1〜30を示す。)
  5. 前記エポキシ化合物(B)はジシクロペンタジエン型エポキシ化合物を50質量%以上含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  6. 前記ポリフェニレンエーテル(A)、前記エポキシ化合物(B)および前記シアネートエステル化合物(C)の合計量を100質量部とした場合に、前記ポリフェニレンエーテル(A)を20〜40質量部、前記エポキシ化合物(B)を20〜60質量部、並びに前記シアネートエステル化合物(C)を20〜40質量部の配合量で含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  7. さらに前記エポキシ化合物(B)とは異なるエポキシ化合物であって、1分子中に平均2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物であるエポキシ化合物(E)を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  8. 前記エポキシ化合物(B)と前記エポキシ化合物(E)とを合わせたエポキシ化合物全体にジシクロペンタジエン型エポキシ化合物を50質量%以上の配合量で含有する、請求項7に記載の樹脂組成物。
  9. 前記ポリフェニレンエーテル(A)、前記エポキシ化合物(B)、前記シアネートエステル化合物(C)および前記エポキシ化合物(E)の合計量を100質量部とした場合に、前記ポリフェニレンエーテル(A)を20〜40質量部、前記エポキシ化合物(B)と前記エポキシ化合物(E)を合わせて20〜60質量部、並びに前記シアネートエステル化合物(C)を20〜40質量部の配合量で含有する、請求項7又は8に記載の樹脂組成物。
  10. さらに無機充填剤(F)を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  11. さらにハロゲン系難燃剤(G)を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の樹脂組成物と溶媒とを含有する樹脂ワニス。
  13. 請求項12に記載の樹脂ワニスを繊維質基材に含浸させて得られたプリプレグ。
  14. 請求項13に記載のプリプレグに金属箔を積層して、加熱加圧成形して得られた金属張積層板。
  15. 請求項14に記載の金属張積層板の表面の金属箔を部分的に除去することにより回路形成して得られることを特徴とするプリント配線板。
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