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WO2012042847A1 - 熱硬化性樹脂充填材 - Google Patents

熱硬化性樹脂充填材 Download PDF

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WO2012042847A1
WO2012042847A1 PCT/JP2011/005426 JP2011005426W WO2012042847A1 WO 2012042847 A1 WO2012042847 A1 WO 2012042847A1 JP 2011005426 W JP2011005426 W JP 2011005426W WO 2012042847 A1 WO2012042847 A1 WO 2012042847A1
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epoxy resin
hole
thermosetting resin
fatty acid
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遠藤 新
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Taiyo Holdings Co Ltd
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Taiyo Holdings Co Ltd
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    • H05K2203/12Using specific substances
    • H05K2203/122Organic non-polymeric compounds, e.g. oil, wax or thiol

Definitions

  • the present invention relates to a thermosetting resin filler used, for example, for filling a printed wiring board.
  • a conductive layer is formed on the surface and the inner wall of a hole such as a through hole such as a through hole or a via hole, and the hole is filled with a resin such as a thermosetting resin by printing or the like.
  • a resin such as a thermosetting resin by printing or the like.
  • the resin composition filled in and protruding into the holes of the printed wiring board in this way causes a sag on the surface of the printed wiring board, so that the conductive layer is scraped off during polishing and a flat lid is formed due to the formation of dents on the through holes.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can suppress thixotropic deterioration with time, and is excellent in shape retention and polishing properties after filling / curing into a hole of a printed wiring board.
  • the present invention provides a thermosetting resin filler.
  • R 1 is a hydrocarbon having 5 or more carbon atoms
  • the fatty acid is preferably contained by subjecting an inorganic filler to a surface treatment with a fatty acid. With such a configuration, thixotropy can be imparted more effectively.
  • the fatty acid is preferably contained in an amount of 0.1 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the inorganic filler. With such a configuration, it is possible to develop good thixotropy.
  • thermosetting resin filler according to one embodiment of the present invention preferably contains a silane coupling agent. With such a configuration, it is possible to improve the adhesion between the inorganic filler and the epoxy resin and suppress the occurrence of cracks in the cured product.
  • the printed wiring board of one embodiment of the present invention preferably has a hole filled with a cured product of such a thermosetting resin filler. With such a configuration, it is possible to obtain good electrical characteristics and reliability.
  • thermosetting resin filler of one embodiment of the present invention it is possible to suppress thixotropy deterioration with time, and to obtain excellent shape retention and polishing properties after filling and curing holes in a printed wiring board. Is possible.
  • 3 is a cross-sectional photomicrograph of a hole according to Example 2.
  • 6 is a cross-sectional photomicrograph of a hole according to Example 3.
  • 6 is a cross-sectional photomicrograph of a hole according to Example 4.
  • 4 is a cross-sectional micrograph of a hole according to Comparative Example 1.
  • 6 is a cross-sectional photomicrograph of a hole according to Comparative Example 2.
  • 6 is a cross-sectional photomicrograph of a hole according to Comparative Example 3. It is the elements on larger scale of Drawing 7A. It is a creation process figure of an evaluation board.
  • thermosetting resin filler of the present invention includes an epoxy resin, an epoxy resin curing agent, an inorganic filler, and a general formula: (R 1 COO) n-R 2 (substituent R 1 is a hydrocarbon having 5 or more carbon atoms.
  • a dispersant having high compatibility with the resin for example, generally a silane coupling agent in the epoxy resin, stearic acid in the paraffin / olefin resin, etc. Fatty acids are used.
  • a fatty acid with low compatibility that is not usually added to the epoxy resin it is possible to suppress the deterioration with the passage of time, as well as impart good thixotropy. It is possible to obtain excellent shape retention properties such as suppressing the occurrence of sagging after filling.
  • a highly reliable printed wiring board can be provided.
  • any epoxy resin having two or more epoxy groups in one molecule may be used.
  • paraaminophenol type liquid epoxy containing a benzene ring which is a heat-resistant skeleton can be increased when the paste has a low viscosity and the paste can be produced.
  • These can be used alone or in combination of two or more.
  • the epoxy resin curing agent is used for curing the epoxy resin.
  • epoxy resin curing agents include tertiary amines, tertiary amine salts, quaternary onium salts, tertiary phosphines, crown ether complexes, and phosphonium ylides. These may be used alone or in combination of two or more. Can be used in combination.
  • imidazoles preferred are imidazoles, AZINE compounds of imidazole, isocyanurate of imidazole, imidazole hydroxymethyl, dicyandiamide and derivatives thereof, melamine and derivatives thereof, diaminomaleonitrile and derivatives thereof, diethylenetriamine, and triethylenetetramine.
  • Amines such as tetraethylenepentamine, bis (hexamethylene) triamine, triethanolamine, diaminodiphenylmethane, organic acid dihydrazide, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undecene-7,3,9-bis ( 3-aminopropyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5,5] undecane, triphenylphosphine, tricyclohexylphosphine, tributylphosphine, methyldiphenylphosphine Organic phosphine compounds such as fins and the like.
  • Examples of these commercially available products include imidazoles, ⁇ 2E4MZ, C11Z, C17Z, 2PZ, and imidazole AZINE compounds manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd. 2MZ-OK, 2PZ-OK, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undecene-7 manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd. DBU, 3,9-bis (3-aminopropyl) -2,4 manufactured by San Apro , 8,10-Tetraoxaspiro [5,5] undecane includes Ajinomoto Co., Inc. ATU.
  • imidazole is preferable because it is excellent in heat resistance and chemical resistance in a cured epoxy resin, and water-absorbing properties can be obtained, so that moisture absorption can be suppressed.
  • guanamine such as spiro [5,5] undecane and derivatives thereof, and organic acid salts and epoxy adducts thereof have adhesiveness with copper and rust prevention, and as a curing agent for epoxy resin. Since it can work and contribute to prevention of copper discoloration of the printed wiring board, it can be suitably used.
  • the compounding ratio of such an epoxy resin curing agent is a normal ratio.
  • 0.1 to 10 parts by mass is appropriate for 100 parts by mass of the epoxy resin.
  • the inorganic filler is used for stress relaxation by curing shrinkage and adjustment of the linear expansion coefficient.
  • the well-known inorganic filler used for a normal resin composition can be used.
  • nonmetals such as silica, barium sulfate, calcium carbonate, silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, alumina, magnesium oxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, titanium oxide, mica, talc, organic bentonite, etc.
  • the filler include metal fillers such as copper, gold, silver, palladium, and silicon. These can be used alone or in combination of two or more.
  • silica and calcium carbonate which are excellent in low moisture absorption and low volume expansion, are preferably used.
  • Silica may be either amorphous or crystalline, or a mixture thereof.
  • amorphous (fused) silica is preferred.
  • the calcium carbonate may be either natural heavy calcium carbonate or synthetic precipitated calcium carbonate.
  • Examples of the shape of such an inorganic filler include a spherical shape, a needle shape, a plate shape, a scale shape, a hollow shape, an indefinite shape, a hexagonal shape, a cubic shape, and a flake shape. preferable.
  • the average particle size of these inorganic fillers is preferably 0.1 to 25 ⁇ m.
  • the average particle size is less than 0.1 ⁇ m, the specific surface area is large, and dispersion failure occurs due to the influence of the aggregating action between the fillers, and it becomes difficult to increase the filling amount of the filler.
  • the thickness exceeds 25 ⁇ m, there is a problem that the filling property to the hole of the printed wiring board is deteriorated and the smoothness is deteriorated when the conductor layer is formed in the filled portion. More preferably, it is 1 to 10 ⁇ m.
  • the blending ratio of such an inorganic filler is preferably 45 to 90% by mass with respect to the total amount of the thermosetting resin filler. If it is less than 45 mass%, the thermal expansion of the obtained cured product becomes too large, and it becomes difficult to obtain sufficient polishing properties and adhesion. On the other hand, when it exceeds 90% by mass, it becomes difficult to form a paste, and it becomes difficult to obtain good printability and hole filling. More preferably, it is 50 to 75% by mass.
  • thermosetting resin filler Fatty acid is used to impart thixotropy to the thermosetting resin filler. If only thixotropy is imparted, an amorphous filler such as organic bentonite and talc may be added. In this case, the initial thixotropy is good, but the thixotropy with time deteriorates.
  • the thermosetting resin filler of the present embodiment utilizes the low compatibility between the fatty acid and the epoxy resin, and by adding the fatty acid, good thixotropy can be obtained, and thixotropy changes with time. It becomes possible to suppress and hold.
  • the fatty acid can exhibit an effect of imparting thixotropy when the substituent R 1 has 5 or more carbon atoms. More preferably, n is 7 or more.
  • the fatty acid may be an unsaturated fatty acid having a double bond or a triple bond in the carbon chain, or a saturated fatty acid not containing them.
  • stearic acid the number of carbon atoms and unsaturated bonds and the numerical value in parentheses is expressed by the position. 18: 0
  • oleic acid (18: 1 (9)
  • icosane Examples include acid (20: 0), docosanoic acid (22: 0), and melicic acid (30: 0).
  • These fatty acid substituents R1 preferably have 5 to 30 carbon atoms. More preferably, it has 5 to 20 carbon atoms.
  • a metal alkoxide in which the substituent R2 is a titanate-based substituent capped with an alkoxyl group, etc., having a long skeleton (having 5 or more carbon atoms) with a coupling agent structure there may be.
  • trade name KR-TTS manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.
  • metal soaps such as aluminum stearate and barium stearate (each manufactured by Kawamura Kasei Kogyo Co., Ltd.) can be used.
  • Other metal soap elements include Ca, Zn, Li, Mg, and Na.
  • the blending ratio of such fatty acid is preferably 0.1 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the inorganic filler. If the amount is less than 0.1 parts by mass, sufficient thixotropy cannot be imparted, and sagging tends to occur when embedding holes in a printed wiring board. On the other hand, when it exceeds 2 parts by mass, the apparent viscosity of the thermosetting resin filler becomes too high, and the embedding property in the hole of the printed wiring board is lowered. In addition, after filling and curing in the hole portion, bubbles remain in the hole portion and the defoaming property is deteriorated, and voids and cracks are likely to occur. More preferably, it is 0.1 to 1 part by mass.
  • the fatty acid may be blended by using an inorganic filler that has been surface-treated with a fatty acid in advance, and can more effectively impart thixotropy to the thermosetting resin filler.
  • the blending ratio of the fatty acid can be reduced as compared with the case where the untreated filler is used.
  • the blending ratio of the fatty acid is 0.
  • the amount is preferably 1 to 1 part by mass.
  • thermosetting resin filler of the present embodiment it is preferable to use a silane coupling agent in the thermosetting resin filler of the present embodiment. With such a configuration, it is possible to improve the adhesion between the inorganic filler and the epoxy resin and suppress the occurrence of cracks in the cured product.
  • silane coupling agent examples include epoxy silane, vinyl silane, imidazole silane, mercapto silane, methacryloxy silane, amino silane, styryl silane, isocyanate silane, sulfide silane, ureido silane, and the like.
  • the mixing ratio of such a silane coupling agent is preferably 0.05 to 2.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the inorganic filler. If it is less than 0.05 parts by mass, sufficient adhesion cannot be obtained, and cracks are likely to occur. On the other hand, if it exceeds 2.5 parts by mass, after filling and curing the thermosetting resin filler in the hole of the printed wiring board, bubbles remain in the hole and the defoaming property deteriorates, causing voids and cracks. Is likely to occur.
  • the silane coupling agent may be blended by using an inorganic filler that has been surface-treated with a silane coupling agent in advance.
  • thermosetting resin filler of the present embodiment when a liquid epoxy resin is used at room temperature, it is not always necessary to use a diluting solvent, but in order to adjust the viscosity of the composition, a diluting solvent may be added. Good.
  • the diluent solvent examples include ketones such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene and tetramethylbenzene; methyl cellosolve, butyl cellosolve, methyl carbitol, ethyl carbitol, butyl carbitol, propylene glycol monomethyl ether , Glycol ethers such as dipropylene glycol monoethyl ether and triethylene glycol monoethyl ether; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, and acetates of the above glycol ethers; ethanol, propanol, ethylene glycol, propylene glycol, etc.
  • ketones such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone
  • aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene and tetramethylbenzene
  • Alcohols such as octane and decane
  • petroleum oils such as petroleum ether, petroleum naphtha, hydrogenated petroleum naphtha, and solvent naphtha
  • Organic solvents such as solvents.
  • the blending ratio of the dilution solvent is preferably 10% by mass or less of the total amount of the thermosetting resin filler.
  • the blending ratio of the dilution solvent exceeds 10% by mass, bubbles and cracks are likely to be generated in the hole due to the effect of evaporation of volatile components during curing. More preferably, it is 5 mass% or less.
  • thermosetting resin filler of the present embodiment if necessary, an oxazine compound having an oxazine ring obtained by reacting a phenol compound, formalin and a primary amine may be blended.
  • an oxazine compound having an oxazine ring obtained by reacting a phenol compound, formalin and a primary amine may be blended.
  • thermal polymerization inhibitors such as hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, tert-butylcatechol, pyrogallol, and phenothiazine, and clay, kaolin, Known thickeners such as organic bentonite and montmorillonite, and thixotropic agents can be added.
  • known additives such as antifoaming agents such as silicones, fluorines, and polymers, leveling agents, and adhesion-imparting agents such as imidazoles, thiazoles, triazoles, and silane coupling agents are blended. be able to.
  • the viscosity measured by a rotary viscometer is preferably 200-1000 Ps at a 30 sec value of 25 ° C. and 5 rpm. If it is less than 200 Ps, shape retention becomes difficult, and sagging occurs. Moreover, when it exceeds 1000 Ps, the embedding property to the hole of a printed wiring board will fall. More preferably, it is 200-800 Ps.
  • the viscosity is measured with a cone plate viscometer composed of a cone rotor (conical rotor) and a plate described in JIS Z 8803, for example, TV-30 type (manufactured by Toki Sangyo, rotor 3 ° ⁇ R9.7).
  • a cone plate viscometer composed of a cone rotor (conical rotor) and a plate described in JIS Z 8803, for example, TV-30 type (manufactured by Toki Sangyo, rotor 3 ° ⁇ R9.7).
  • thermosetting resin filler of the present embodiment is a print in which a conductive layer such as copper is formed on the surface and the wall surface of a hole using a known patterning method such as a screen printing method, a roll coating method, a die coating method, or the like. Filled in the hole of the wiring board. At this time, it is completely filled so as to slightly protrude from the hole. And the printed wiring board with which the hole part was filled with the thermosetting resin filler is heated, for example at 150 degreeC for 60 minutes, a thermosetting resin filler is hardened, and hardened
  • each paste is aged (heating treatment), and each aging paste is used. Obtained.
  • the aging conditions were maintained at 40 ° C. for 3 days in a thermostatic bath (IN-800 Yamato Scientific Co., Ltd.).
  • Example 1-8 good values were obtained for both the viscosity after aging and the TI value.
  • the TI value was 1.6 or less, indicating that sufficient thixotropy cannot be obtained due to deterioration over time.
  • FIG. 1 shows a process diagram.
  • a printed wiring board (double-sided board) 10 MCL-E-) in which a through hole 12 is formed as a hole in a base material 11 and a conductive layer 13 is formed on the surface and the wall surface of the through hole.
  • No. 67, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. was subjected to acid treatment (washing) with a 1% hydrochloric acid aqueous solution as pretreatment.
  • the specification of the printed wiring board was a double-sided board with a thickness: 1.6 mm, a through hole diameter: 0.25 mm, a through hole pitch: 1 mm, and a through hole number: 400 holes, and no pattern was formed.
  • a dot pattern is obtained by placing a screen mesh 14 on a printing surface 15 and supplying a paste 16 using a semi-automatic screen printer (SSA-PC560A manufactured by Tokai Shoji Co., Ltd.). Printing was performed, and the paste 16 was filled into the through holes 12 as shown in FIG. At this time, if necessary, the amount of paste protruding on the extrusion surface 17 was adjusted to be constant for each paste.
  • SSA-PC560A manufactured by Tokai Shoji Co., Ltd.
  • the printed wiring board filled with each paste is placed in a hot-air circulating drying oven (DF610 manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd.), and cured at 150 ° C. for 60 minutes.
  • the hole-filling substrate 20 formed in this way was evaluated as follows.
  • Table 2 shows the visual evaluation results of the examples and comparative examples.
  • the evaluation criteria are as follows. ⁇ : A beautiful semicircular shape is maintained. ⁇ : The roundness of the paste shape is reduced, but the adjacent through-hole paste is not in contact. ⁇ : Paste and spread of paste are recognized, and pastes in adjacent through holes are in contact.
  • Example 1-8 the paste shape can be maintained without any practical problem even after aging.
  • Table 2 shows the evaluation results of each example and comparative example.
  • the evaluation criteria are as follows. ⁇ : No bubbles, cracks or voids are observed in all through holes. X: Any of air bubbles, cracks and voids is observed. In addition, when the non-aging paste was used, the same result as the aging paste was obtained.
  • Example 1-8 has a good cross-sectional shape in which no voids or cracks are observed.
  • a high cut buff 19 (SFBR- # 320 manufactured by Sumitomo 3M Co.) is measured on each side of the front and back sides of each hole-filled substrate 20 formed using each aging paste obtained.
  • a buffing machine manufactured by Shoko Denki Seisakusho Co., Ltd.
  • Example 1-8 has good polishing properties even after aging.

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Abstract

 チキソ性の経時劣化を抑えることが可能で、プリント配線板の穴部への充填・硬化後の形状保持性、研磨性に優れた熱硬化性樹脂充填材を提供する。熱硬化性樹脂充填材において、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、無機フィラーと、及び一般式: (RCOO)n-R (置換基Rは炭素数が5以上の炭化水素、置換基Rは水素又は金属アルコキシド、金属、n=1~4) で表される脂肪酸と、を含む。

Description

熱硬化性樹脂充填材
 本発明は、例えばプリント配線板の穴埋めなどに用いられる熱硬化性樹脂充填材に関する。
 近年、電子機器の小型化・高機能化に伴い、プリント配線板のパターンの微細化、実装面積の縮小化、部品実装の高密度化が要求されている。そのため、スルーホールが設けられた両面基板や、コア材上に絶縁層、導体回路が順次形成され、ビアホールなどで層間接続されて多層化されたビルドアップ配線板などの多層基板が用いられる。そして、BGA(ボール・グリッド・アレイ)、LGA(ランド・グリッド・アレイ)などのエリアアレイ実装が行われる。
 このようなプリント配線板において、表面及びスルーホールやビアホールといった貫通穴などの穴部の内壁に導電層が形成され、印刷などにより、穴部に熱硬化性樹脂などの樹脂が充填される。このとき、樹脂は、穴部から若干はみ出すように充填されるため、はみ出した部分は、硬化後、研磨などにより平坦化・除去される。さらに、表面の導電層がパターニングされる(例えば特許文献1など参照)。
特開平10-75027号公報
 このようにプリント配線板の穴部に充填され、はみ出した樹脂組成物が、プリント配線板表面にダレを生じることにより、研磨時に導電層の削れや、スルーホール上の凹みの発生による平坦な蓋めっきの形成の困難、導電層上の樹脂残りが生じることによるパターニング不良など、プリント配線板の電気的特性、信頼性に影響を与えるという問題がある。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、チキソ性の経時劣化を抑えることが可能で、プリント配線板の穴部への充填・硬化後の形状保持性、研磨性に優れた熱硬化性樹脂充填材を提供するものである。
 このような課題を解決するために、本発明の一態様の熱硬化性樹脂充填材は、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、無機フィラーと、及び一般式:(RCOO)n-R(置換基Rは炭素数が5以上の炭化水素、置換基Rは水素又は金属アルコキシド、金属、n=1~4)で表される脂肪酸と、を含むことを特徴とする。当該熱硬化性樹脂充填材は、このような構成により、チキソ性が付与されるとともにその経時劣化を抑え、プリント配線板の穴部への充填・硬化後の優れた形状保持性、研磨性を得ることが可能となる。
 本発明の一態様の熱硬化性樹脂充填材において、脂肪酸は、無機フィラーが脂肪酸により表面処理されて含有されることが好ましい。このような構成により、より効果的にチキソ性を付与することが可能となる。
 本発明の一態様の熱硬化性樹脂充填材において、脂肪酸は、無機フィラー100質量部に対して0.1~2質量部含有されることが好ましい。このような構成により、良好なチキソ性を発現させることが可能となる。
 本発明の一態様の熱硬化性樹脂充填材において、シラン系カップリング剤を含むことが好ましい。このような構成により、無機フィラーとエポキシ樹脂との密着性を向上させ、その硬化物におけるクラックの発生を抑えることが可能となる。
 また、本発明の一態様のプリント配線板において、このような熱硬化性樹脂充填材の硬化物で充填された穴部を有することが好ましい。このような構成により、良好な電気的特性、信頼性を得ることが可能となる。
 本発明の一態様の熱硬化性樹脂充填材により、チキソ性の経時劣化を抑えることが可能で、プリント配線板の穴部への充填・硬化後の優れた形状保持性、研磨性を得ることが可能となる。
評価基板の作成工程図である。 実施例2に係る穴部の断面顕微鏡写真である。 実施例3に係る穴部の断面顕微鏡写真である。 実施例4に係る穴部の断面顕微鏡写真である。 比較例1に係る穴部の断面顕微鏡写真である。 比較例2に係る穴部の断面顕微鏡写真である。 比較例3に係る穴部の断面顕微鏡写真である。 図7Aの部分拡大写真である。 評価基板の作成工程図である。
 本発明の発明者らは、上記課題に対し鋭意検討した結果、エポキシ樹脂に、このエポキシ樹脂との相容性の低い脂肪酸を添加することで、良好なチキソ性を得るとともに、チキソ性の経時劣化を抑えることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
 即ち、本発明の熱硬化性樹脂充填材は、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤、無機フィラー及び一般式:(RCOO)n-R(置換基Rは炭素数が5以上の炭化水素、置換基Rは水素又は金属アルコキシド、金属、n=1~4)で表される脂肪酸を含有することを特徴とする。
 通常、無機フィラーの樹脂への分散性を向上させるために、樹脂との相溶性の高い分散剤、例えば、一般に、エポキシ樹脂においてはシランカップリング剤、パラフィン/オレフィン系樹脂においてはステアリン酸などの脂肪酸、が用いられる。
 これに対し、本発明では、エポキシ樹脂に通常添加されない相溶性の低い脂肪酸を添加することにより、良好なチキソ性の付与とともに、その経時劣化を抑えることができるため、プリント配線板等の穴部への充填後のダレの発生を抑えるといった優れた形状保持性を得ることができる。また、ダレの発生を抑えることにより、ダレによる硬化後の穴部上の凹みの発生や導電層上の樹脂残りの発生を抑えることで優れた研磨性を得ることが可能となり、電気的特性等の信頼性の高いプリント配線板を提供することができる。
 以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
 本実施形態の熱硬化性樹脂充填材を構成するエポキシ樹脂としては、一分子中に2個以上のエポキシ基を有するものであればよく、公知のものを使用することができる。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S型エポキシ樹脂、ジナフトール型エポキシ樹脂、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、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、プロピレングリコール又はポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、フェニル-1,3-ジグリシジルエーテル、ビフェニル-4,4’-ジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、エチレングリコール又はプロピレングリコールのジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ソルビタンポリグリシジルエーテル、トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリグリシジルトリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートなどの1分子中に2個以上のエポキシ基を有する化合物、テトラグリシジルアミノジフェニルメタン、テトラグリシジルメタキシリレンジアミン、トリグリシジルパラアミノフェノール、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルオルトトルイジンなどのアミン型エポキシ樹脂などが挙げられる。
 これらの市販品としては、ビスA型液状エポキシ樹脂として、三菱化学社製 828、ビスF型液状エポキシ樹脂として、三菱化学社製 807、アミン型液状エポキシ(パラアミノフェノール型液状エポキシ)として、三菱化学社製 jER-630、住友化学社製 ELM-100などが挙げられる。
 これらのうち、粘度が低くペーストを作製した際にフィラーの充填量を増やすことができ、また耐熱骨格であるベンゼン環を含むパラアミノフェノール型液状エポキシなどが特に好ましい。これらは単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。
 エポキシ樹脂硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させるために用いられるものである。このようなエポキシ樹脂硬化剤としては、例えば、三級アミン、三級アミン塩、四級オニウム塩、三級ホスフィン、クラウンエーテル錯体、及びホスホニウムイリドなどが挙げられ、これらは単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。
 これらのうち、好ましいものとしては、イミダゾール類、イミダゾールのAZINE化合物、イミダゾールのイソシアヌル酸塩、イミダゾールヒドロキシメチル体、ジシアンジアミドとその誘導体、メラミンとその誘導体、ジアミノマレオニトリルとその誘導体、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、トリエタノーアミン、ジアミノジフェニルメタン、有機酸ジヒドラジッドなどのアミン類、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン-7、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィンなどの有機ホスフィン化合物などが挙げられる。
 これらの市販品としては、イミダゾール類として、四国化成工業社製 2E4MZ、C11Z、C17Z、2PZ、イミダゾールのAZINE化合物として、四国化成工業社製 2MZ-A、2E4MZ-A、イミダゾールのイソシアヌル酸塩として、四国化成工業社製 2MZ-OK、2PZ-OK、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン-7として、サンアプロ社製 DBU、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンとして、味の素社製 ATUが挙げられる。
 これらのうち、特にイミダゾールは、エポキシ樹脂の硬化物において耐熱性、耐薬品性に優れ、また疏水性が得られることから、吸湿を抑制することができるため好適である。また、ジシアンジアミド、メラミンや、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、3,9-ビス[2-(3,5-ジアミノ-2,4,6-トリアザフェニル)エチル]-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンなどのグアナミン及びその誘導体、及びこれらの有機酸塩やエポキシアダクトなどは、銅との密着性や防錆性を有することが知られており、エポキシ樹脂の硬化剤として働くとともに、プリント配線板の銅の変色防止に寄与することができることからで、好適に用いることができる。
 このようなエポキシ樹脂硬化剤の配合割合は、通常の割合で充分であり、例えば、エポキシ樹脂100質量部に対して、0.1~10質量部が適当である。
 無機フィラーは、硬化収縮による応力緩和や線膨張係数の調整のために用いられるものである。このような無機フィラーとしては、通常の樹脂組成物に用いられる公知の無機フィラーを用いることができる。具体的には、例えば、シリカ、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化チタン、マイカ、タルク、有機ベントナイトなどの非金属フィラーや、銅、金、銀、パラジウム、シリコンなどの金属フィラーが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。
 これらのうち、低吸湿性、低体積膨張性に優れるシリカや、炭酸カルシウムが好適に用いられる。シリカとしては、非晶質、結晶のいずれであってもよく、これらの混合物でもよい。特に非晶質(溶融)シリカが好ましい。また、炭酸カルシウムとしては、天然の重質炭酸カルシウム、合成の沈降炭酸カルシウムのいずれであってもよい。
 このような無機フィラーの形状は、球状、針状、板状、鱗片状、中空状、不定形状、六角状、キュービック状、薄片状などが挙げられるが、無機フィラーの高充填の観点から球状が好ましい。
 また、これら無機フィラーの平均粒径は、0.1~25μmが好ましい。平均粒径が0.1μm未満では、比表面積が大きくフィラー同士の凝集作用の影響により分散不良が発生し、またフィラーの充填量を増やすのが困難になる。一方、25μmを超えると、プリント配線板の穴部への充填性が悪くなるうえ、穴埋めした部分に導体層を形成したときに平滑性が悪くなるという問題がある。より好ましくは、1~10μmである。
 このような無機フィラーの配合割合は、熱硬化性樹脂充填材全体量に対して45~90質量%とすることが好ましい。45質量%未満では、得られる硬化物の熱膨張が大きくなり過ぎ、さらに十分な研磨性や密着性を得ることが困難となる。一方、90質量%を超えると、ペースト化が困難になり、良好な印刷性や穴埋め充填性を得ることが困難となる。より好ましくは、50~75質量%である。
 脂肪酸は、熱硬化性樹脂充填材にチキソ性を付与するために用いられる。単にチキソ性を付与するだけであれば、有機ベントナイト、タルクなどの不定形フィラーを添加するだけでもよいが、この場合、当初のチキソ性は良好だが、経時チキソ性が劣化する。本実施形態の熱硬化性樹脂充填材は、この脂肪酸とエポキシ樹脂との相溶性の低さを利用し、脂肪酸の添加により、良好なチキソ性を得ることができるとともに、チキソ性の経時変化を抑制し、保持することが可能となる。
 本実施形態の熱硬化性樹脂充填材における脂肪酸は、一般式:(RCOO)n-R(置換基Rは炭素数が5以上の炭化水素、置換基Rは水素又は金属アルコキシド、金属、n=1~4)である。当該脂肪酸は、置換基Rの炭素数が5以上のとき、チキソ性付与の効果を発現させることができる。より好ましくはnが7以上である。
 脂肪酸としては、炭素鎖中に二重結合あるいは三重結合を有する不飽和脂肪酸であってもよいし、それらを含まない飽和脂肪酸であってもよい。例えば、ステアリン酸(炭素数と不飽和結合の数および括弧内はその位置による数値表現とする。18:0)、ヘキサン酸(6:0)、オレイン酸(18:1(9))、イコサン酸(20:0)、ドコサン酸(22:0)、メリシン酸(30:0)などが挙げられる。これら脂肪酸の置換基R1の炭素数は5~30が好ましい。より好ましくは、炭素数5~20である。また、例えば、置換基R2を、アルコキシル基でキャッピングされたチタネート系の置換基とした金属アルコキシドなど、カップリング剤系の構造で長い(炭素数が5以上の)脂肪鎖を有する骨格のものであってもよい。例えば、商品名KR-TTS(味の素ファインテクノ社製)などを用いることができる。その他、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸バリウム(それぞれ川村化成工業社製)など金属石鹸を用いることができる。その他金属石鹸の元素として、Ca、Zn、Li、Mg,Naなどがある。
 このような脂肪酸の配合割合は、無機フィラー100質量部に対して0.1~2質量部とすることが好ましい。0.1質量部未満であると、十分なチキソ性を付与することできず、プリント配線板の穴部を埋め込む際、ダレが生じやすくなる。一方、2質量部を超えると、熱硬化性樹脂充填材の見かけの粘度が高くなりすぎ、プリント配線板の穴部への埋め込み性が低下する。また、穴部に充填・硬化した後、穴部内に気泡が残存するなど、消泡性が悪化し、ボイドやクラックを生じやすくなる。より好ましくは、0.1~1質量部である。
 脂肪酸は、予め脂肪酸で表面処理をした無機フィラーを用いることにより配合されてもよく、より効果的に熱硬化性樹脂充填材にチキソ性を付与することが可能となる。この場合、脂肪酸の配合割合は、未処理フィラーを用いた場合より低減することができ、無機フィラーを全て脂肪酸処理フィラーとした場合、脂肪酸の配合割合は、無機フィラー100質量部に対して0.1~1質量部とすることが好ましい。
 また、本実施形態の熱硬化性樹脂充填材において、さらにシラン系カップリング剤を用いることが好ましい。このような構成により、無機フィラーとエポキシ樹脂との密着性を向上させ、その硬化物におけるクラックの発生を抑えることが可能となる。
 シラン系カップリング剤としては、例えば、エポキシシラン、ビニルシラン、イミダゾールシラン、メルカプトシラン、メタクリロキシシラン、アミノシラン、スチリルシラン、イソシアネートシラン、スルフィドシラン、ウレイドシランなどが挙げられる。
 このようなシラン系カップリング剤の配合割合は、無機フィラー100質量部に対して0.05~2.5質量部とすることが好ましい。0.05質量部未満であると、十分な密着性が得られず、クラックの発生を招き易い。一方、2.5質量部を超えると、熱硬化性樹脂充填材をプリント配線板の穴部に充填・硬化した後、穴部内に気泡が残存するなど、消泡性が悪化し、ボイドやクラックを生じやすくなる。
 シラン系カップリング剤は、予めシラン系カップリング剤で表面処理をした無機フィラーを用いることにより配合されてもよい。
 本実施形態の熱硬化性樹脂充填材において、室温で液状のエポキシ樹脂を用いている場合、必ずしも希釈溶剤を用いる必要はないが、組成物の粘度を調整するため、希釈溶剤を添加してもよい。希釈溶剤としては、例えばメチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類;メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテルなどのグリコールエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル、及び上記グリコールエーテル類の酢酸エステル化物などのエステル類;エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのアルコール類;オクタン、デカンなどの脂肪族炭化水素;石油エーテル、石油ナフサ、水添石油ナフサ、ソルベントナフサなどの石油系溶剤などの有機溶剤が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。
 希釈溶剤の配合割合は、熱硬化性樹脂充填材の全体量の10質量%以下であることが好ましい。希釈溶剤の配合割合が、10質量%を超えると、硬化時に、揮発成分の蒸発の影響により、穴部内に泡やクラックが発生しやすくなる。より好ましくは、5質量%以下である。
 本実施形態の熱硬化性樹脂充填材において、その他必要に応じて、フェノール化合物、ホルマリン及び第一級アミンを反応させて得られるオキサジン環を有するオキサジン化合物を配合してもよい。オキサジン化合物を含有することにより、プリント配線板の穴部に充填された熱硬化性樹脂充填材を硬化した後、形成された硬化物上に無電解めっきを行なう際、過マンガン酸カリウム水溶液などによる硬化物の粗化を容易にし、めっきとのピール強度を向上させることができる。
 また、通常のスクリーン印刷用レジストインキに使用されているフタロシアニン・ブルー、フタロシアニン・グリーン、アイオジン・グリーン、ジスアゾイエロー、クリスタルバイオレット、酸化チタン、カーボンブラック、ナフタレンブラックなどの公知の着色剤を添加してもよい。
 また、保管時の保存安定性を付与するために、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、tert-ブチルカテコール、ピロガロール、フェノチアジンなどの公知の熱重合禁止剤や、粘度などの調整のために、クレー、カオリン、有機ベントナイト、モンモリロナイトなどの公知の増粘剤、チキソトロピー剤を添加することができる。その他、シリコーン系、フッ素系、高分子系などの消泡剤、レベリング剤やイミダゾール系、チアゾール系、トリアゾール系、シランカップリング剤などの密着性付与剤のような公知の添加剤類を配合することができる。
 得られる熱硬化性樹脂充填材において、回転式粘度計により測定される粘度は、25℃、5rpmの30sec値で、200-1000Psであることが好ましい。200Ps未満であると、形状保持が困難となり、ダレが発生する。また、1000Psを超えると、プリント配線板の穴部への埋め込み性が低下する。より好ましくは200-800Psである。
 粘度は、JIS Z 8803に記載されているコーンローター(円錐ロータ)とプレートから成るコーンプレート型粘度計で、たとえばTV-30型(東機産業製、ロータ 3°×R9.7)で測定される。
 本実施形態の熱硬化性樹脂充填材は、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、ダイコーティング法など公知のパターニング方法を用いて、例えば表面及び穴部の壁面に銅などの導電層が形成されたプリント配線板の穴部に充填される。このとき、穴部から少しはみ出るように完全に充填される。そして、穴部が熱硬化性樹脂充填材で充填されたプリント配線板を、例えば、150℃で60分間加熱することにより、熱硬化性樹脂充填材を硬化させ、硬化物を形成する。
 そして、プリント配線板の表面からはみ出した硬化物の不要部分を、公知の物理研磨方法により除去し、平坦化する。そして、表面の導電層を所定パターンにパターニングして、所定の回路パターンが形成される。なお、必要に応じて過マンガン酸カリウム水溶液などにより硬化物の表面粗化を行った後、無電解めっきなどにより硬化物上に導電層を形成してもよい。
 以下、実施例及び比較例を示して本実施形態を具体的に説明する。尚、以下において「部」及び「%」とあるのは、特に断りのない限り全て質量基準である。
(ペーストの調製)
 表1に示す成分を、それぞれの配合割合(質量部)にて撹拌機にて予備混合した後、3本ロールミルにて分散を行い、熱硬化性樹脂充填材である実施例1-8、及び比較例1-3のペーストを調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
*1:828(三菱化学社製)
*2:807(三菱化学社製)
*3:パラアミノフェノール型エポキシ jER-630(三菱化学社製)
*4:2MZ-A(四国化成社製)
*5:SO-C5(アドマテックス社製)
*6:ソフトン1800(備北粉化工業社製)
*7:マイクロパウダー3N(備北粉化工業社製)
*8:マイクロパウダー3S(備北粉化工業社製 マイクロパウダー3Nの質量に対して1wt%の脂肪酸表面処理)
*9:脂肪酸骨格含有 KR-TTS(味の素ファインテクノ社製)
*10:試薬グレード(アルドリッチ社製)
*11:試薬グレード(アルドリッチ社製)
*12:トリメトキシエポキシシラン KBM-403(信越化学社製)
*13:含水ケイ酸アルミニウム有機複合体(白石工業社製)
*14:ハイフィラータルク(含水ケイ酸マグネシウム) スペクトラーK(松村産業社製)
(ペーストのエージング)
 得られたペーストは、一液性ペーストであるため、本来冷蔵保管されるものであるが、加速試験により経時変化を評価するために、各ペーストをエージング(加温処理)し、各エージングペーストを得た。エージング条件は、恒温槽(IN-800 ヤマト科学社製)にて、3日間40℃で保持とした。
〈チキソ性経時劣化評価〉
 各エージングペーストについて、コーンプレート型粘度計(東機産業社製 TV-30)を用い、25℃で、回転速度を5rpm、50rpmとして、粘度:η、η50を測定した。
 また、得られた粘度より、チキソトロピーインデックス(TI=η/η50)を求めた。各実施例のペーストにおけるη及びTI値を表2に示す。
 表2に示すように、実施例1-8においては、エージング後の粘度、TI値とも良好な値を得ることができた。一方、脂肪酸添加のない比較例1-3においては、TI値が1.6以下となり、経時劣化により十分なチキソ性が得られなくなることがわかる。
(穴埋め基板の作成)
 得られた各ペースト及び各エージングペーストを用いて、プリント配線板の穴部を充填した。
 図1に工程図を示す。図1(a)に示すように、基材11に穴部としてスルーホール12が形成され、表面及びスルーホール壁面に導電層13が形成されたプリント配線板(両面板)10(MCL-E-67 日立化成工業社製)を用い、前処理として塩酸1%水溶液による酸処理(洗浄)を行った。
 プリント配線板の仕様は、厚さ:1.6mm、スルーホール径:0.25mm、スルーホールピッチ:1mm、スルーホール数:400穴の両面基板であり、パターン形成なしとした。
 そして、図1(b)に示すように、半自動スクリーン印刷機(SSA-PC560A 東海商事社製)を用いて、スクリーンメッシュ14を印刷面15上に配置してペースト16を供給することによりドットパターン印刷を行い、図1(c)に示すように、スルーホール12にペースト16を充填した。このとき、必要に応じて、押し出し面17にはみ出すペースト量が各ペーストで一定になるように調整した。
 次いで、図1(d)に示すように、各ペーストがそれぞれ充填されたプリント配線板を熱風循環式乾燥炉(DF610 ヤマト科学社製)に投入し、150℃で60分間、硬化処理を行い、スルーホール12が硬化物18で充填された穴埋め基板20を形成した。
 このようにして形成された穴埋め基板20について、以下のように評価した。
〈ダレ広がり評価〉
 得られた各ペースト及び各エージングペーストを用いて形成された各穴埋め基板20について、押し出し面側のペーストの状態を目視及び光学顕微鏡にて、ペーストのダレ、広がりを観察した。
 各実施例、比較例の目視評価結果を表2に示す。評価基準は、以下の通りである。
 ○:きれいな半円状態の形状を維持している。
 △:ペーストの形状の丸みは減るが、隣接するスルーホールのペーストは接触していない。
 ×:ペーストのダレ、広がりが認められ、隣接するスルーホールのペーストが接触している。
 表2に示すように、実施例1-8においては、エージング後においても実用上問題なく、ペースト形状を維持することができることがわかる。
〈ボイド・クラック評価〉
 得られた各エージングペーストを用いた各穴埋め基板20について、穴部の断面を光学顕微鏡により観察した。観察穴数は、各穴埋め基板20について50穴とした。
 図2-6、図7Aに、それぞれ実施例2、3、4、比較例1、2、3の光学顕微鏡写真を、図7Bに図7Aの部分拡大写真を示す。なお、実施例1、6、7、8は実施例2と同様の状態であった。
 また、各実施例、比較例の評価結果を表2に示す。評価基準は、以下の通りである。
 ○:全てのスルーホールで気泡、クラック、ボイドが認められない。
 ×:気泡、クラック、ボイドのいずれかが認められる。
 なお、未エージングペーストを用いたときも、エージングペーストと同様の結果が得られた。
 表2に示すように、実施例1-8においては、ボイド・クラックなどの認められない良好な断面形状を有していることがわかる。
(研磨基板の作成)
 得られた各エージングペーストを用いて形成された各穴埋め基板20について、図8(a)に示すように、ハイカットバフ19(SFBR-♯320 住友3M社製)を、片面2軸、表裏で計4軸セットしたバフ研磨機(手動式2軸研磨機 正興電機製作所社製)に同じ条件で1回通し、スルーホール12よりはみ出したペーストの硬化物17を研磨することにより、例えば図8(b)に示すような研磨基板30を得た。
〈研磨性評価〉
 得られた各研磨基板について、表面の研磨状態を目視及び光学顕微鏡にて観察した。各実施例、比較例の評価結果を表2に示す。評価基準は、以下の通りである。
 ○:表面にはみ出したペーストが研磨により除去されている。
 ×:スルーホールの周辺、隣接するスルーホール間に、ペーストの残渣物が認められる。
 表2に示すように、実施例1-8においては、エージング後においても良好な研磨性を有することがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 このように、脂肪酸の添加されていない比較例1-3においては、ペーストのチキソ性の経時劣化が大きく、ダレ、広がりが発生し、研磨性が低下するとともに、硬化物中に信頼性の低下につながるボイドやクラックなどが発生していている。
 一方、実施形態1-8においては、ペーストのチキソ性の経時劣化が抑えられ、プリント配線板の穴部への充填・硬化後において、良好な形状保持性、研磨性が得られることがわかる。
 10…プリント配線板
 11…基材
 12…スルーホール
 13…導電層
 14…スクリーンメッシュ
 15…印刷面
 16…ペースト
 17…押し出し面
 18…硬化物
 19…ハイカットバフ
 20…穴埋め基板
 30…研磨基板

Claims (5)

  1.  エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、無機フィラーと、及び一般式:
       (RCOO)n-R
    (置換基Rは炭素数が5以上の炭化水素、置換基Rは水素又は金属アルコキシド、金属、n=1~4)
    で表される脂肪酸と、を含むことを特徴とする熱硬化性樹脂充填材。
  2.  前記脂肪酸は、前記無機フィラー100質量部に対して0.1~2質量部含有されることを特徴とする請求項1に記載の熱硬化性樹脂充填材。
  3.  エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、一般式:(RCOO)n-R(置換基Rは炭素数が5以上の炭化水素、置換基Rは水素又は金属アルコキシド、金属、n=1~4)で表される脂肪酸で表面処理された無機フィラーと、を含むことを特徴とする熱硬化性樹脂充填材。
  4.  シラン系カップリング剤を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂充填材。
  5.  請求項1から請求項4に記載の熱硬化性樹脂充填材の硬化物で充填された穴部を有することを特徴とするプリント配線板。
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