(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
ポリフェニレンエーテル(a)、架橋型硬化性化合物(b)、ビニル芳香族化合物−共役ジエン化合物ブロック共重合体を水素添加して得られる水添ブロック共重合体(c)、及び有機過酸化物(d)を含むPPE含有樹脂組成物であって、
(1)前記架橋型硬化性化合物(b)が、分子内に2個以上のビニル基を持つモノマーであり、
(2)前記水添ブロック共重合体(c)におけるビニル芳香族化合物単位の含有量が5質量%以上50質量%以下であり、
(3)前記水添ブロック共重合体(c)の含有量が、前記ポリフェニレンエーテル(a)と前記架橋型硬化性化合物(b)の合計質量100質量部を基準として3質量部以上20質量部以下であり、
(4)前記有機過酸化物(d)の1分間半減期温度が150℃以上190℃以下であり、そして
(5)前記有機過酸化物(d)の含有量が、前記ポリフェニレンエーテル(a)と前記架橋型硬化性化合物(b)の合計質量100質量部を基準として1質量部以上5質量部以下である、
PPE含有樹脂組成物。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施することができる。
【0014】
本発明の第一の実施形態(以下、単に「第一の実施形態」という。)は、ポリフェニレンエーテル(PPE)(a)、架橋型硬化性化合物(b)、ビニル芳香族化合物−共役ジエン化合物ブロック共重合体を水素添加して得られる水添ブロック共重合体(c)、及び有機過酸化物(d)を含むPPE含有樹脂組成物である。いずれの理論にも拘束されるものではないが、PPE(a)を主成分とする系において、架橋型硬化性化合物(b)を、特定の半減期を有する有機過酸化物(d)と共に用い、更に、PPE(a)との相溶性が適切に調整された水添ブロック共重合体(c)を共存させることによって、(1)架橋型硬化性化合物(b)の架橋密度が小さい領域でも、PPE(a)と、架橋型硬化性化合物(b)及び水添ブロック共重合体(c)とを適切に相分離させることで高い耐熱性及び接着性を発現させることができ、(2)架橋型硬化性化合物(b)の架橋密度を小さく抑えることができるので、PPE本来の誘電正接に優れる特性をそのまま維持することができる、と推測される。また、(a)〜(d)成分の含有量を本発明の範囲とすることで、(3)硬化性化合物(b)の架橋密度が小さい領域でも、成型時の応力歪を小さく抑えることができるため、良好な熱膨張特性が得られる、と推測される。
【0015】
<PPE(a)>
第一の実施形態のPPE含有樹脂組成物の構成成分であるPPE(a)は、置換又は非置換のフェニレンエーテル単位構造から構成されるポリマーを意味する。PPE(a)は、本発明の作用効果を損なわない範囲でフェニレンエーテル単位構造以外の共重合成分単位を含んでもよい。PPE(a)は、好ましくは、下記一般式(1):
【化1】
{式中、R1、R2、R3及びR4は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアミノ基、ニトロ基又はカルボキシル基を表す。}で表される繰返し構造単位を含む。上記一般式(1)で表される繰返し構造単位は、誘電特性および耐熱性に優れている観点で有利である。
【0016】
PPEの具体例としては、例えば、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)、ポリ(2−メチル−6−エチル−1,4−フェニレンエーテル)、ポリ(2−メチル−6−フェニル−1,4−フェニレンエーテル)、ポリ(2,6−ジクロロ−1,4−フェニレンエーテル)等、更に、2,6−ジメチルフェノールと他のフェノール類(例えば、2,3,6−トリメチルフェノール、2−メチル−6−ブチルフェノール等)との共重合体、及び、2,6−ジメチルフェノールとビフェノール類又はビスフェノール類とをカップリングさせて得られるPPE共重合体、等が挙げられる。誘電特性及び耐熱性に優れており、且つ、商業的な生産技術が確立されており安定して利用できる観点で、特に好ましい例は、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)である。
【0017】
PPE(a)は分子末端のフェノール性水酸基が他の官能基で変性されている変性PPEであってもよい。上記の官能基は特に限定されるものではなく、ベンジル基、アリル基、プロパギル基、グリシジル基、ビニルベンジル基、メタクリル基等であることができる。また、不飽和カルボン酸や酸無水物との反応生成物であってもよい。その中でも、製造方法が簡易であるため産業的に入手しやすいこと、PPE含有樹脂組成物の硬化物の基材や銅箔等の金属箔との接着性が良好となる観点から好ましいPPE(a)の例は、部分マレイン化PPEである。
【0018】
PPE(a)は、好ましくは、数平均分子量が4,000以上40,000以下である。数平均分子量のより好ましい範囲は6,000以上30,000以下であり、更に好ましい範囲は7,000以上25,000以下である。
【0019】
なお本開示を通じ、分子量(数平均分子量及び重量平均分子量)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)を用い、標準ポリスチレン換算で測定される値である。典型的には、カラムにShodex LF−804×2(昭和電工株式会社製)、溶離液に50℃のクロロホルム、検出器にRI(屈折率計)を用いてGPC測定を行い、同条件で測定した標準ポリスチレン試料の分子量と溶出時間との関係式から、数平均分子量及び重量平均分子量を算出する。
【0020】
PPE含有樹脂組成物中に存在するPPE(a)の数平均分子量は、例えば次のように求めることができる。PPE含有樹脂組成物をクロロホルムに展開し、不溶分をろ別等の方法で除去し、クロロホルムに溶解する成分を抽出物として得る。次いで、クロマトフラフィー法、溶媒分別法等の方法でPPE成分を単離し、測定用試料とする。該測定用試料を用い、上述のGPC法により、数平均分子量を算出する。
【0021】
PPE(a)の数平均分子量が4,000以上である場合、電子回路基板等において所望される、PEE(a)を含む樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度、耐吸水性、はんだ耐熱性、及び接着性(例えば、多層板における層間の剥離強度、又は硬化物と銅箔等との剥離強度)を良好に与える点で好ましい。PPE(a)の数平均分子量が40,000以下である場合、硬化物を得るための加熱加圧成形時等の溶融粘度が小さく、良好な成形性が得られる点で好ましい。
【0022】
また、PPE(a)の1分子当たりの平均フェノール性水酸基が0.3個以上であることが好ましい。PPE1分子当たりの平均フェノール性水酸基数のより好ましい範囲は0.8個以上であり、さらに好ましくは1.0個以上、最も好ましくは1.2個以上である。1分子当たりの平均フェノール性水酸基数が0.3個以上のPPEを樹脂組成物に用いる場合、該樹脂組成物の硬化物と基材(例えばガラスクロス等)との接着性、又は該樹脂組成物の硬化物と銅箔等の金属箔との接着性が良好となり、電子回路基板の耐吸水性、はんだ耐熱性、及び接着性(例えば、多層板における層間の剥離強度、又は硬化物と銅箔等との剥離強度)に優れるため好ましい。一方、該平均フェノール性水酸基数は、樹脂組成物の硬化物と基材とを含む複合体(例えば積層板)の吸水性が高くなるのを抑制できる観点、又は、該複合体の誘電率と誘電正接が高くなるのを抑制できる観点から、好ましくは3.0個以下、より好ましくは2.5個以下、更に好ましくは2.0個以下である。
【0023】
PPE1分子当たりの平均フェノール性水酸基数は、次の方法で求められる値である。高分子論文集,vol.51,No.7(1994),第480頁記載の方法に準拠し、PPEの塩化メチレン溶液にテトラメチルアンモニウムハイドロオキシド溶液を加えて得たサンプルの波長318nmにおける吸光度変化を紫外可視吸光光度計で測定した値からフェノール性水酸基の数を求める。別途、PPEの数平均分子量を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により求め、この値とPPEの質量とを用いてPPEの分子数(数平均分子数)を求める。
【0024】
これらの値から、下記式(1):
1分子当たりの平均フェノール性水酸基数=フェノール性水酸基の数/数平均分子数・・・(1)
に従って、PPE1分子当たりの平均フェノール性水酸基数を算出する。
【0025】
また、PPE含有樹脂組成物中に存在するPPE(a)の1分子当たりの平均フェノール性水酸基数は、例えば次のように求めることができる。上述の数平均分子量と同様に、PPE含有樹脂組成物から、PPE成分を単離し、上述の吸光度を利用する方法により、平均フェノール性水酸基数を求める。
【0026】
さらに、第一の実施形態において、PPE(a)の好ましい含有量は、PPE含有樹脂組成物の質量100質量%を基準として、20質量%以上60質量%以下であることが好ましい。PPE(a)の樹脂組成物に占める割合のより好ましい範囲は25質量%以上55質量%以下、更に好ましい範囲は28質量%以上50質量%以下である。PPE(a)のPPE含有樹脂組成物に占める割合が20質量%以上の場合、PPE(a)が本来有する良好な電気特性の寄与により、該PPE含有樹脂組成物の硬化物の電気特性が優れたものとなるため好ましい。PPE(a)の樹脂組成物に占める割合が60質量%以下の場合、硬化物を得るための加熱加圧成形時等の溶融粘度が高くなりすぎるのを防ぎ、均一で良好な成形性が得られる点で好ましい。
【0027】
PPE(a)のPPE含有樹脂組成物に占める割合は以下の方法で求められる値である。先ず、PPE含有樹脂組成物を任意量採取し、その質量を測定する(x1(g))。次いで、採取したPPE含有樹脂組成物をクロロホルムに展開し、不溶分をろ別等の方法で除去し、クロロホルムに溶解する成分を抽出物(x2(g))として得る。得られた抽出物(x2(g))中のPPE含有割合(y(%))を、カーボン核磁気共鳴分光法にて測定する。これらの値を用い、下式(2):
PPE含有量=(x2)×(y)×0.01/(x1)×100・・・(2)
より、PPE含有樹脂組成物中のPPE(a)含有量を求める。
【0028】
ここで、カーボン核磁気共鳴分光法を用いたPPEの定量は、以下の方法で行うことができる。化学シフトの基準としてテトラメチルシランを使用し、そのピークを0ppmとする。PPEのピークとして、16.8、114.4、 132.5、145.4、154.7ppm近傍のピークの強度を合計し、テトラメチルシランのピーク強度との比をXとする。標準物質についてのこの値をX1、及び上記抽出物についての値をX2とすると、(X2/X1)×100の値を算出することにより抽出物中におけるPPE含有量を測定することが出来る。ここで、PPE由来の信号は、標準物質と同じ位置のものを用いればよく、上記に限定されるものではない。尚、定量には、数平均分子量15,000〜25,000のポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)を標準物質として用い、同一の測定サンプル量から得られるピーク強度の比を用いて求める。数平均分子量15,000〜25,000のポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)としては、例えば、旭化成ケミカルズ(株)製S202Aグレードを用いることができる。
【0029】
<架橋型硬化性化合物(b)>
第一の実施形態における架橋型硬化性化合物(b)の典型的な例としては、分子内に2個以上の不飽和基をもつモノマーが好ましい。更に好ましくは、プレス成型過程でPPE(a)と相溶することができる、分子内に2個以上の不飽和基をもつモノマーが好ましい。PPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)とが相溶する温度は50℃以上180℃以下であることが好ましく、より好ましくは70℃以上170℃以下、さらに好ましくは90℃以上160℃以下である。PPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)とが相溶する温度が50℃以上である場合、通常の取扱いでは相溶することなく安定して取扱いができる点、PPE含有樹脂組成物のプレス成型過程での溶融粘度を適度に保つことができ成型性に優れる点で好ましい。PPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)とが相溶する温度が180℃以下である場合、前記架橋型硬化性化合物(b)の架橋反応が進行する前にPPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)とが相溶し、PPE含有樹脂組成物中の成分が均一に混合される点で好ましい。PPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)とが相溶する温度は、PPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)とからなるキャストフィルムを作製し、該キャストフィルムの加熱条件での光学顕微鏡観察で求めることができる。具体的な例として、先ず、PPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)とをPPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)の合計が10質量%となるようにトリクロロエチレンに溶解し、カバーガラス上にキャストした後にトリクロロエチレンを乾燥除去して、カバーガラス上にキャストフィルムを作製する。次に、加熱ステージでキャストフィルムを加熱しながら光学顕微鏡観察を行い、PPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)とが相溶しているか否かを観察する。加熱は相溶開始する温度付近では1℃単位で昇温し、各温度到達後に10分以上保持させて、相溶の有無を確認する。均一に相溶していることが確認できた温度を、相溶する温度として求めることができる。
【0030】
分子内に2個以上の不飽和基をもつモノマーとしては、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、トリアリルシアヌレート(TAC)、トリメタリルシアヌレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジアリルフタレート、ジアリルシアヌレート等が挙げられ、中でもPPE(a)との相溶性の良好なTAICが好ましい。
【0031】
PPE含有樹脂組成物中の架橋型硬化性化合物(b)の好ましい含有量は、PPE含有樹脂組成物100質量%を基準として、5質量%以上40質量%以下である。架橋型硬化性化合物(b)の含有量のより好ましい範囲は10質量%以上30質量%以下、更に好ましい範囲は14質量%以上24質量%以下である。該架橋型硬化性化合物(b)の含有量が5質量%以上である場合、PPE含有樹脂組成物の溶融粘度を良好に低減させることができ、加熱加圧成型等による成型性が良好となる。また、PPE含有樹脂組成物の耐熱性を向上させることができる。一方、該架橋型硬化性化合物(b)の量が40質量%以下である場合、PPEの有する優れた誘電率及び誘電正接を発現することができる。
【0032】
<ビニル芳香族化合物−共役ジエン化合物ブロック共重合体を水素添加して得られる水添ブロック共重合体(c)>
第一実施形態の構成成分である水添ブロック共重合体(c)は、ビニル芳香族化合物を主体とする少なくとも1個の重合体ブロックと、共役ジエン化合物を主体とする少なくとも1個の重合体ブロックとから成るブロック共重合体を水素添加して得られる水添ブロック共重合体である。水添ブロック共重合体(c)は、典型的にはエラストマーである。なお本開示で、水添ブロック共重合体とは、上記ブロック共重合体(すなわち水素添加されていない状態のブロック共重合体)が有していた共役ジエンに基づく二重結合数に対し、水添ブロック共重合体が有する共役ジエンに基づく二重結合数(すなわち二重結合残存率)が90%以下である共重合体を意味する。上記二重結合残存率は、核磁気共鳴装置(NMR)等を用いて確認される値である。上記二重結合残存率は、好ましくは25%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下であることができる。また製造容易性の観点から、好ましくは0.5%以上、より好ましくは1%以上であってもよい。
【0033】
より具体的には、水添ブロック共重合体(c)のブロック構造は、以下に示す、ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックAと、共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックBとを有する構造を意図する。ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックAは、ビニル芳香族化合物重合体ブロック、又はビニル芳香族化合物を50質量%超、好ましくは70質量%以上含有するビニル芳香族化合物と水素添加された共役ジエン化合物との共重合体ブロックである。また、共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックBは、水素添加された共役ジエン化合物重合体ブロック、又は水素添加された共役ジエン化合物を50質量%超、好ましくは70質量%以上含有する水素添加された共役ジエン化合物とビニル芳香族化合物との共重合体ブロックである。重合体ブロックA及び重合体ブロックBの各々における分子鎖中の水素添加された共役ジエン化合物又はビニル芳香族化合物の分布は、ランダム、テーパード(すなわち分子鎖に沿ってモノマー成分が増加又は減少するもの)、一部ブロック状、又はこれらの任意の組み合わせで成っていてもよい。また、重合体ブロックA及び重合体ブロックBがそれぞれ2個以上ある場合は、各重合体ブロックはそれぞれが同一構造であってもよく、異なる構造であってもよい。
水添ブロック共重合体(c)は、直鎖状、分岐状(放射状も包含する)あるいはこれらの任意の組み合わせのいずれの分子構造であってもよい。
【0034】
水添ブロック共重合体(c)を構成するビニル芳香族化合物としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−第3ブチルスチレン等のうちから1種又は2種以上が選択でき、中でも水添ブロック共重合体(c)中のビニル芳香族化合物部位とPPE(a)との相溶性に優れ、水添ブロック共重合体(c)とPPE(a)の相溶性を制御しやすい観点からスチレンが好ましい。また水素添加された共役ジエン化合物を得るための水添前の共役ジエン化合物としては、例えば、ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、1,3−ジメチル−1,3−ブタジエン等のうちから1種又は2種以上が選ばれ、中でも水添ブロック共重合体(c)中の共役ジエン化合物部位とPPE(a)とが非相溶性であるため、水添ブロック共重合体(c)とPPE(a)の相溶性を制御しやすい観点からブタジエン、イソプレン及びこれらの組み合わせが好ましい。特に好ましい例は水添スチレン/ブタジエン共重合体である。
【0035】
水添ブロック共重合体(c)におけるビニル芳香族化合物単位の含有量は、5質量%以上50質量%以下である必要がある。ビニル芳香族化合物単位の好ましい含有量は8質量%以上40質量%以下であり、より好ましい範囲は10質量%以上35質量%以下である。
【0036】
ビニル芳香族化合物単位の含有量が5質量%以上であれば、PPE(a)と水添ブロック共重合体(c)との相溶部分が十分であり、PPE(a)と水添ブロック共重合体(b)とが均質に分布するため、PPE含有樹脂組成物の硬化物と金属箔との接着性を良好にできる。一方、ビニル芳香族化合物単位の含有量が50質量%以下であれば、PPE含有樹脂組成物中に水添ブロック共重合体(c)を含有させることによって発現する電気特性、耐熱性の改善効果が顕著に得られる。
【0037】
水添ブロック共重合体(c)の重量平均分子量は、30,000以上300,0000以下であることが好ましい。水添ブロック共重合体(c)の重量平均分子量のより好ましい範囲は55,000以上270,000以下であり、さらに好ましい範囲は80,000以上220,000以下である。重量平均分子量が30,000以上である場合、PPE含有樹脂組成物の耐熱膨張性に優れるので好ましい。重量平均分子量が300,000以下である場合、PPE含有樹脂組成物の硬化物の耐熱性を良好に保つことができるため好ましい。
【0038】
PPE含有樹脂組成物中の水添ブロック共重合体(c)の含有量は、PPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)との合計質量100質量部を基準として、3質量部以上20質量部以下であり、好ましくは4質量部以上18質量部以下、さらに好ましくは5質量部以上16質量部以下である。水添ブロック共重合体(c)の含有量が3質量部以上であることで、PPE含有樹脂組成物の硬化物の電気特性、耐熱性が良好になる。また、水添ブロック共重合体(c)の含有量が20質量部以下であることで、耐熱膨張性、金属箔との接着性が良好になる。
【0039】
<有機過酸化物(d)>
第一実施形態の構成成分である有機過酸化物(d)は、PPE含有樹脂組成物において架橋型硬化性化合物(b)の架橋反応の開始剤として機能する能力を有する化合物である。有機過酸化物(d)は、1分間半減期温度が150℃以上190℃以下である必要がある。1分間半減期温度の好ましい範囲は160℃以上190℃以下、より好ましい範囲は165℃以上190℃以下、さらに好ましい範囲は170℃以上190℃以下である。本開示で、1分間半減期温度は、有機過酸化物が分解してその活性酸素量が半分になる時間が1分間となる温度である。1分間半減期温度は、ラジカルに対して不活性な溶剤、例えばベンゼン等に0.05mol/L〜0.1mol/L濃度となるよう溶解させ、該有機過酸化物溶液を窒素雰囲気化で熱分解させる方法で確認される値である。
【0040】
有機過酸化物(d)の1分間半減期温度が150℃以上であることにより、PPE含有樹脂組成物を加熱加圧成型に供す際、PPEを十分に溶融させてから架橋型硬化性化合物の架橋が開始されることになる。よってこのような有機過酸化物を含むPPE含有樹脂組成物は成形性に優れる。一方、有機過酸化物(d)の1分間半減期温度が190℃以下であることにより、通常の加熱加圧成型条件(例えば最高到達温度200℃)での有機過酸化物の分解速度が十分であるので、比較的少量(例えば下記範囲)の有機過酸化物を用いて架橋型硬化性化合物の架橋反応を効率的に緩やかに進めることができる。これにより、本実施形態のPPE含有樹脂組成物を用いて、良好な電気特性(特に誘電正接)を有する硬化物を形成できる。
【0041】
第一実施形態において、PPE含有樹脂組成物中に含有される有機過酸化物(d)は、PPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)との合計質量100質量部を基準として、1質量部以上5質量部以下である必要がある。有機過酸化物(d)の含有量の好ましい範囲は、1.4質量%以上4質量%以下、より好ましい範囲は1.8質量%以上3.8質量%以下である。
【0042】
有機過酸化物(d)の含有量が1質量部以上であることで、通常の加熱加圧成型工程にてPPE含有樹脂組成物を十分に硬化させることができる。一方、有機過酸化物(d)の含有量が5質量部以下であることで、硬化物が優れた電気特性を有する。優れた電気特性が得られる理由は定かではないが、架橋型硬化性化合物の架橋反応を緩やかに進行させることができることによって歪の少ない硬化物が形成されるためと推定される。
【0043】
有機過酸化物(d)として使用できる、1分間半減期温度が150℃以上190℃以下の有機過酸化物としては、例えば、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキサシアセテート、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、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、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、等が挙げられる。中でも、耐熱性及び機械特性に優れ、更に低い誘電率及び誘電正接を有する硬化物を与えることができるという観点から、α,α’−ビス(t−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン、及び2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサンが好ましい。
【0044】
架橋型硬化性化合物(b)の架橋反応を緩やかに進行させる観点で特に好ましい架橋型硬化性化合物(b)と有機過酸化物(d)との組合せは、トリアリルイソシアヌレートとα,α’−ビス(t−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン、或いは、トリアリルイソシアヌレートと2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサンである。
【0045】
<その他の成分>
第一の実施形態におけるPPE含有樹脂組成物は、上述の(a)〜(d)の成分に加え、例えば以下に説明するような成分を任意に含有できる。
【0046】
例えば、PPE含有樹脂組成物は、PPE(a)、架橋型硬化性化合物(b)、水添ブロック共重合体(c)及び有機過酸化物(d)に加えて、追加の樹脂(例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等)を含有できる。熱可塑性樹脂としては、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン、スチレン、ジビニルベンゼン、メタクリル酸、アクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、塩化ビニル、アクリロニトリル、無水マレイン酸、酢酸ビニル、四フッ化エチレン等のビニル化合物の単独重合体及び2種以上のビニル化合物の共重合体、並びに、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアセタール、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレングリコール等を例として挙げることができる。これらの中でもスチレンの単独重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、及びスチレン−エチレン−ブタジエン共重合体が、PPE含有樹脂組成物の溶剤への溶解性及び成形性の観点から好ましい。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、及びシアネートエステル類を例として挙げることができる。上記熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂は、酸無水物、エポキシ化合物、アミン等の官能化化合物で変成されたものでもよい。
【0047】
追加の樹脂の使用量は、PPE(a)100質量部に対して、好ましくは10質量部以上、より好ましくは15質量部以上、更に好ましくは20質量部以上であり、PPE(a)によって優れた誘電特性及び耐熱性を発現させる点から、好ましくは50質量部以下、より好ましくは40質量部以下、更に好ましくは30質量部以下である。
【0048】
第一の実施形態におけるPPE含有樹脂組成物は、目的に応じ、適当な添加剤を更に含有しても良い。
【0049】
特に、PPE含有樹脂組成物が更に難燃剤を含む場合、本発明のPPE含有樹脂組成物が有する良好な成形性、耐吸水性、はんだ耐熱性、及び接着性(例えば、多層板における層間の剥離強度、又は硬化物と銅箔等との剥離強度)に優れるプリント配線板等が得られる利点に加え、難燃性を付与できる点で好適である。
【0050】
難燃剤としては、燃焼のメカニズムを阻害する機能を有するものであれば特に制限されず、三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ほう酸亜鉛等の無機難燃剤、ヘキサブロモベンゼン、デカブロモジフェニルエタン、4,4−ジブロモビフェニル、エチレンビステトラブロモフタルイミド等の芳香族臭素化合物、レゾルシノールビス−ジフェニルホスフェート、レゾルシノールビス−ジキシレニルホスフェート等のリン系難燃剤等が挙げられる。中でも、得られる硬化物の誘電率及び誘電正接を低く抑えられる観点からデカブロモジフェニルエタン等が好ましい。
【0051】
難燃剤の使用量は、使用する難燃剤によって異なり、特に限定するものでないが、UL規格94V−0レベルの難燃性を維持する観点から、PPE(a)と架橋型硬化性化合物(b)との合計100質量部に対して好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは15質量部以上である。また、得られる硬化物の誘電率及び誘電正接を小さく維持できる観点から、上記使用量は、好ましくは50質量部以下、より好ましくは45質量部以下、更に好ましくは40質量部以下である。
【0052】
その他、添加剤としては、熱安定剤、酸化防止剤、UV吸収剤、界面活性剤、滑剤、充填剤、ポリマー添加剤等が挙げられる。これらの添加剤の使用量は所望に応じて当業者によって適宜設定される。
【0053】
本発明における第二の実施形態は、第一の実施形態に係るPPE含有樹脂組成物を含む樹脂ワニスである。該樹脂ワニスは、第一の実施形態に係るPPE含有樹脂組成物と有機溶剤との混合物であってもよく、該混合物にさらに、樹脂(硬化性架橋樹脂等)、開始剤、各種添加剤等を組み合わせたものであってもよい。
【0054】
<電子回路基板材料>
本発明における第三の実施形態は、第二の実施形態に係る樹脂ワニスを用いて形成される電子回路基板材料である。電子回路基板材料は、具体的には、樹脂フィルム、基材と樹脂との含浸複合体(本開示で、「プリプレグ」ともいう。)、若しくは樹脂付金属箔、又はこれらの少なくとも1種を含む積層体である。
【0055】
[樹脂フィルム]
第三の実施形態の1つである樹脂フィルムは、第二の実施形態に係る樹脂ワニスを単独で、或いは支持フィルム等の支持体の上に塗布した後樹脂ワニス中の有機溶剤を乾燥除去して、製膜することで得ることができる。
【0056】
支持体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等のポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル;ポリカーボネート;ポリイミド;銅箔、アルミ箔等の金属箔;離形紙等を挙げることができる。なお、支持体はマッド処理、コロナ処理、離形処理等の化学的、又は物理的な処理を施してあってもよい。
【0057】
本実施形態の樹脂フィルムは、多層プリント配線板等の積層体の層間絶縁シート、接着フィルム等として好適に用いることができる。
【0058】
[基材と樹脂との含浸複合体(プリプレグ)]
第三の実施形態の1つであるプリプレグは、第二の実施形態に係る樹脂ワニスを基材に含浸させた後、熱風乾燥機等で樹脂ワニス中の有機溶剤を乾燥除去して得ることができる。
【0059】
本実施形態のプリプレグは、樹脂ワニスに含まれていた固形分が基材中に含浸された構造をとるのが特徴である。但し、該固形分がプリプレグ表面に層を形成した構造をとっても、該プリプレグの硬化物を得るためのプレス成型によって基材中に固形分の硬化物が含浸された構造となれば、何ら問題はない。
【0060】
本実施形態に係るプリプレグに用いる基材としては、ロービングクロス、クロス、チョップドマット、サーフェシングマット等の各種ガラス布;アスベスト布、金属繊維布、及びその他合成若しくは天然の無機繊維布;全芳香族ポリアミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維等の液晶繊維から得られる織布又は不織布;綿布、麻布、フェルト等の天然繊維布;カーボン繊維布、クラフト紙、コットン紙、紙−ガラス混繊糸から得られる布等の天然セルロース系基材;ポリテトラフルオロエチレン多孔質フィルム;等を単独で、又は2種以上組合せて用いることができる。
【0061】
プリプレグにおける樹脂組成物固形分含有率(すなわち具体的にはPPE(a)、架橋型硬化性化合物(b)、水添ブロック共重合体(c)及び有機過酸化物(d)、並びにその他の任意成分(用いる場合)の合計の含有率)は、基材の厚さ及びプリプレグの使用目的に応じて適宜設定すればよく、例えば基材としてガラスクロスを使用した場合、ガラスクロスの誘電率は樹脂組成物固形分(特に樹脂)の誘電率に比べて高いため、樹脂組成物固形分の含有率を増やした方が誘電特性的に有利となる。一般的には、プリプレグの樹脂組成物固形分含有率は、プリプレグを例えば電子回路基板用の絶縁材料として使用した際に、優れた絶縁信頼性と電気特性(特に誘電特性)を向上させる観点、及び成型性を良好にする観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上である。また、プリプレグを硬化させて得られる硬化体の剛性を向上する観点から、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である。
【0062】
[樹脂付金属箔]
第三の実施形態の1つである樹脂付金属箔は、第二の実施形態に係る樹脂ワニスを金属箔に塗布した後、熱風乾燥機等で樹脂ワニス中の有機溶剤を乾燥除去して得ることができる。
【0063】
本実施形態に用いる金属箔は特に限定はないが、例えば、アルミ箔、銅箔等を用いることができ、中でも銅箔は電気抵抗が低いため好ましい。
【0064】
[積層体]
本実施形態に係る積層体は、典型的には、1枚又は複数枚の上記の樹脂フィルム及びプリプレグを銅箔等の基板と重ねた後、プレス成型によりPPSE含有樹脂組成物を硬化させて絶縁層を形成することにより製造することができる。銅箔の代わりに前述の樹脂付金属箔を用いることも可能である。
【0065】
金属箔としては、例えば、アルミ箔、銅箔等を用いることができ、中でも銅箔は電気抵抗が低いため好ましい。金属箔と組合せる樹脂フィルム及びプリプレグは1枚でも複数枚でもよく、用途に応じて片面又は両面に金属箔を重ねて積層板に加工する。
【0066】
該積層体は、好ましくは、樹脂ワニスの固形分の硬化物と金属箔とが重なって密着している。このような積層体は、優れた絶縁信頼性及び機械特性を有するため、電子回路基板の材料として好適に用いることができる。
【実施例】
【0067】
以下、実施例により、本発明の実施形態をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【0068】
以下の実施例、比較例及び試験例中の各物性は、以下の方法によって測定した。すなわち、電気特性の指標として誘電率及び誘電正接、耐熱性の指標としてガラス転移温度及びはんだ耐熱性、接着性の指標として銅箔剥離強度、並びに低熱膨張性の指標として線熱膨張率をそれぞれ評価した。
【0069】
(1)硬化物のガラス転移温度
硬化物試験片の動的粘弾性を測定し、tanδが最大となる温度をガラス転移温度として求めた。
測定装置に動的粘弾性装置(RHEOVIBRON モデルDDV−01FP、ORIENTEC社製)を用い、試験片:長さ約35mm、幅約12.5mmm及び厚さ約0.3mm、引張モード、周波数:10rad/sの条件で測定を行った。
【0070】
なお、硬化物試験片は、以下の方法で作製した。
【0071】
プリプレグを2枚重ね、その上下に銅箔(厚み12μm、GTS−MP箔、古川電気工業株式会社製)を重ね合わせたものを、室温から昇温速度3℃/分で加熱しながら圧力5kg/cm
2の条件で真空プレスを行い、130℃まで達したら昇温速度3℃/分で加熱しながら圧力30kg/cm
2の条件で真空プレスを行い、200℃まで達したら温度を200℃に保ったまま圧力30kg/cm
2、時間60分間の条件で真空プレスを行うことによって両面銅張積層板を得た。次いで、銅箔をエッチングにて除去し、硬化物試験片を得た。
【0072】
(2)硬化物の誘電率、誘電正接
硬化物試験片の10GHzでの誘電率及び誘電正接を、空洞共振法にて測定した。
【0073】
測定装置としてネットワークアナライザー(N5230A、AgilentTechnologies社製)、関東電子応用開発社製の空洞共振器(Cavity Resornator Sシリーズ)を用いた。
【0074】
硬化物試験片を、幅約20mm、長さ50mmの大きさに切り出し、105℃±2℃のオーブンに入れ2時間乾燥させた後、23℃、相対湿度65±5%の環境下に96±5時間置いた後、23℃、相対湿度65±5%の環境下で測定を行った。
【0075】
なお、硬化物試験片は以下に示す方法により調製した。
プリプレグを8枚重ね、室温から昇温速度3℃/分で加熱しながら圧力5kg/cm
2の条件で真空プレスを行い、130℃まで達したら昇温速度3℃/分で加熱しながら圧力30kg/cm
2の条件で真空プレスを行い、200℃まで達したら温度を200℃に保ったまま圧力30kg/cm
2、時間60分間の条件で真空プレスを行うことによって積層板を作製し、硬化物試験片とした。
【0076】
(3)硬化物の吸水率
寸法を50mm角とした他はガラス転移温度測定と同じ方法で硬化物を切り出して試験片を作製し、吸水加速試験を行った。試験前の試験片の質量に対する試験後の試験片の質量の増加分から吸水率を求めた。
試験片を130℃で30分乾燥した後、質量を測定し、加速試験前の質量(g)とした。次いで、温度:121℃、圧力:2atm、時間:4時間、の条件でプレッシャークッカーテストによる加速試験を行った後の質量を測定し、加速試験後の質量(g)とした。
加速試験前の質量(g)と加速試験後の質量(g)とを用い、下記式により吸水率を算出し、試験片4枚の測定値の平均値を求めた。
吸水率(質量%)=(加速試験後の質量―加速試験前の質量)/加速試験前の質量×100
【0077】
(4)硬化物の吸水試験後のはんだ耐熱性
上記(3)に記載の吸水率の測定後の試験片を用い、288℃でのはんだ耐熱試験を行った。
吸水加速試験後の積層板試験片を、288℃のはんだ浴に20秒間浸漬し、目視による観察を行った。288℃のはんだ浴へ浸漬しても、膨れ、剥離及び白化の何れも確認されなかった積層板試験片については「合格」と評価した。一方、288℃のはんだ浴への浸漬により、膨れ、剥離及び白化のいずれか1つ以上が発生した積層板試験片は「不合格」と評価した。
【0078】
(5)硬化物の銅箔引き剥がし強さ(剥離強度N/mm)
銅張積層板の銅箔を一定速度で引き剥がす際の応力を測定した。
後述の方法で作製した硬化物試験片を、幅15mm×長さ150mmのサイズに切り出し、オートグラフ(AG−5000D、株式会社島津製作所製)を用い、銅箔を除去面に対し90℃の角度で50mm/分の速度で引き剥がした際の荷重の平均値を測定し、5回の測定の平均値を求めた。
【0079】
なお、硬化物試験片は以下の方法で作製した。
プリプレグを2枚重ね、その上下に銅箔(厚み35μm、GTS−MP箔、古川電気工業株式会社製を重ね合わせたものを、室温から昇温速度3℃/分で加熱しながら圧力5kg/cm
2の条件で真空プレスを行い、130℃まで達したら昇温速度3℃/分で加熱しながら圧力30kg/cm
2の条件で真空プレスを行い、200℃まで達したら温度を200℃に保ったまま圧力30kg/cm
2、時間60分間の条件で真空プレスを行うことによって両面銅張積層板を作製し、硬化物試験片とした。
【0080】
(6)硬化物の線熱膨張係数
ガラス転移温度以下の温度範囲にて、TMA法(Thermo−mechanical analysis)により求めた。
【0081】
試験片に40g重/cm
2の加重をかけながら、25℃から300℃まで10℃/分の昇温速度で加熱を行い、試験片の厚みの変化を測定した。50℃から100℃の温度範囲における厚さの変化量を、試験片の厚さで割り、さらに50で割った値を、線熱膨張率として求めた。
【0082】
試験片としては、硬化物の誘電率、誘電正接の測定と同じ方法で作製した硬化物試験片を用い、表層の銅箔をエッチングにより除去した後、5mm角に切断して調製した。
【0083】
[原材料]
実施例、比較例において使用した原材料を以下に示す。
(PPE(a))
未変性PPE S201A: 旭化成ケミカルズ製、数平均分子量24,000、1分子当たりの平均フェノール性水酸基数1.99個
未変性PPE S202A: 旭化成ケミカルズ製、数平均分子量18,000、1分子当たりの平均フェノール性水酸基数1.93個
部分マレイン化PPE: 合成例1にて合成したもの
(架橋型硬化性化合物(b))
トリアリルイソシアヌレート:TAIC、日本化成製
トリメタリルイソシアヌレート:TMAIC、日本化成製
ジビニルベンゼン:和光純薬製
(比較の架橋型硬化性化合物)
エポキシ樹脂:NC−3000、日本化薬製
(水添ブロック共重合体(c))
SEBS タフテックH1041: 旭化成ケミカルズ製、スチレン単位/ブタジエン単位質量比30/70の水添スチレン/ブタジエン共重合体、重量平均分子量49,000
SEBS タフテックH1221: 旭化成ケミカルズ製、スチレン単位/ブタジエン単位質量比12/88の水添スチレン/ブタジエン共重合体、重量平均分子量60,000
SEBS タフテックN504: 旭化成ケミカルズ製、スチレン単位/ブタジエン単位質量比30/70の水添スチレン/ブタジエン共重合体、重量平均分子量200,000
(比較の水添ブロック共重合体)
SEBS タフテックH1043: 旭化成ケミカルズ製、スチレン単位/ブタジエン単位質量比67/33の水添スチレン/ブタジエン共重合体、重量平均分子量39,000
(比較のエラストマー)
SBS タフプレンA: 旭化成ケミカルズ製、スチレン単位/ブタジエン単位質量比40/60の非水添スチレン/ブタジエン共重合体、重量平均分子量100,000
(有機過酸化物(d))
パーブチルP:α,α’−ビス(t−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン、日油製、1分間半減期温度175.4℃
パーヘキサ25B:2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、日油製、1分間半減期温度179.8℃
(比較の有機過酸化物)
パーヘキシン25B:2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキセン−3、日油製、1分間半減期温度194.3℃
(エポキシ樹脂の硬化開始剤)
ジシアンジアミド:ナカライテスク社製
(添加剤)
球状シリカ:龍森製
SAYTEX8010:デカブロモジフェニルエタン、アルベマールジャパン製
【0084】
<製造例1 部分マレイン化PPE>
PPE(S202A)100質量部と無水マレイン酸1.5質量部(和光純薬社製)、及び2,5−ジメチル2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン(パーヘキサ25B、日本油脂製)1.0質量部を室温でドライブレンドした後、シリンダー温度300℃、スクリュー回転数230rpmの条件で2軸押出し機により押出し、PPEと無水マレイン酸との反応生成物を得た。得られたPPEと無水マレイン酸との反応生成物の数平均分子量は17,000、1分子当たりの平均フェノール性水酸基数は0.95個であった。
【0085】
<実施例1〜12、比較例1〜9>
表1に示す樹脂組成のワニスをトルエンを用いて混合し、ワニスを調製した。上記ワニスをガラスクロス(旭シュエーベル株式会社製、商品名「2116」)に含浸させ、乾燥することにより樹脂組成物固形分含有量54質量%のプリプレグを得た。
【0086】
[試験例]
実施例1〜12、及び比較例1〜9で得られたプリプレグを用い、前述の方法にて、ガラス転移温度、誘電率、誘電正接、吸水率、はんだ耐熱性、銅箔剥離強度、線熱膨張率を測定し、測定結果を表1に示した。
【0087】
【表1】
【0088】
表1に示されるように、実施例1〜10においては、いずれもガラス転移温度、誘電率、誘電正接、吸水率、はんだ耐熱性、銅箔剥離強度、線熱膨張率が優れていた。
架橋型硬化性化合物(b)TMAICを用いた実施例11は、ガラス転移温度、誘電率、誘電正接、吸水率、はんだ耐熱性、銅箔剥離強度、線熱膨張率ともに優れていたが、架橋型硬化性化合物(b)にTAICを用いた実施例1〜10と比較すると、架橋速度がやや遅いためか、誘電正接はより低く優れていたが、ガラス転移温度がやや低いものであった。
架橋型硬化性化合物(b)にジビニルベンゼンを用いた実施例12は、ガラス転移温度、誘電率、誘電正接、吸水率、はんだ耐熱性、銅箔剥離強度、線熱膨張率ともに優れていたが、架橋型硬化性化合物(b)にTAICを用いた実施例1〜10と比較すると、架橋速度がやや速いためか、ガラス転移温度はより高く優れていたが、誘電正接がやや高いものであった。
【0089】
一方、比較例1〜9は、ガラス転移温度、誘電率、誘電正接、吸水率、はんだ耐熱性、銅箔剥離強度、線熱膨張率の少なくとも何れかが劣るものであった。
【0090】
水添ブロック共重合体の配合量が本願発明範囲より少ない比較例1は、ガラス転移温度が低く、誘電正接が高い点で劣っていた。
【0091】
水添ブロック共重合体の配合量が本願発明範囲より多い比較例2は、銅箔剥離強度が小さく、線熱膨張率も大きいものであった。
【0092】
有機過酸化物の配合量が本願発明範囲より少ない比較例3は、ガラス転移温度が著しく低く、はんだ耐熱性試験に耐えられなかった。
【0093】
有機過酸化物の配合量が本願発明範囲より多い比較例4は、誘電正接が高い点で劣っていた。
【0094】
ビニル芳香族化合物含量が本願発明範囲より多い水添ブロック共重合体を用いた比較例5は、PPE(a)とビニル芳香族化合物含量との相溶性が高すぎてビニル芳香族化合物が可塑剤として作用したためか、ガラス転移温度が低いものであった。
【0095】
本願発明の水添ブロック共重合体の代わりに、SBSを用いた比較例6は、ガラス転移温度が低く、線熱膨張係数が大きい点で劣っていた。
【0096】
1時間半減期温度が本願発明範囲より高い有機過酸化物を用いた比較例7は、有機過酸化物配合量が同じ実施例2に比べ、ガラス転移温度が低く、誘電正接も高いものであった。
【0097】
比較例7に対して有機過酸化物配合量を高くした比較例8は、ガラス転移温度は実施例2と同等であったが、誘電正接が著しく高いものであった。
実施例1〜12に比較して架橋速度が遅いエポキシ樹脂を用いた比較例9は、誘電正接が高い点で劣っていた。