JP7627865B2 - 樹脂組成物、並びに、それを用いたプリプレグ、樹脂付きフィルム、樹脂付き金属箔、金属張積層板及び配線基板 - Google Patents
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Description
本実施形態で使用する変性ポリフェニレンエーテル化合物は、炭素-炭素不飽和二重結合を有する置換基により末端変性された変性ポリフェニレンエーテル化合物であれば、特に限定されない。このような変性ポリフェニレンエーテル化合物を含むことによって、低誘電率や低誘電正接などの誘電特性と高い耐熱性とを兼ね備えることができると考えられる。
次に、本実施形態において用いられるマレイミド化合物について説明する。本実施形態で用いられるマレイミド化合物は、1分子中に2個以上のN-置換マレイミド基を有するマレイミド化合物であれば特に限定されない。このようなマレイミド化合物は前記変性ポリフェニレンエーテル化合物と効率よく反応するため、高い耐熱性が得られる。また、前記マレイミド化合物は、樹脂組成物の硬化物において、高Tg、低CTE(熱膨張率)、低誘電特性に貢献する。
次に、本実施形態において用いられる、重量平均分子量が10000未満であり、1,2-ビニル基を有する、液状のスチレン-ブタジエンコポリマーについて説明する。
y/(x+y+z)=20~50%
(x+z)/(x+y+z)=50~80%
となることが好ましい。スチレン含有量が上記範囲にあることにより、より確実に上述の変性ポリフェニレンエーテルとマレイミド化合物とが適度に混ざりブリードすることのない硬化物を得ることができ、高Tg、密着性などにバランスよく優れた樹脂組成物を得ることができると考えられる。また、ブタジエン含有量が上記範囲にあることにより確実に樹脂組成物の弾性率を低減でき、ひいては積層板にした際の面方向のCTEを低減することができると考えられる。面方向のCTEが低減できれば、パッケージ基板などにおいて基板の反りを低減することができる。
x/(x+z)=30~70%
となることが好ましい。それにより硬化反応により寄与することができ、樹脂がブリードすることなく成形した後の外観に優れる樹脂組成物を得ることができると考えられる。
本実施形態の樹脂組成物において、前記変性ポリフェニレンエーテル化合物と前記マレイミド化合物の含有比は、質量比で95:5~40:60である。前記変性ポリフェニレンエーテル化合物の含有比がこれより少なくなると、銅箔との密着力が低くなる可能性がある。一方、前記マレイミド化合物の含有比がこれより少なくなると、Tgが低くなる可能性がある。
また、本実施形態に係る樹脂組成物は、前記変性ポリフェニレンエーテル化合物と前記マレイミド化合物と前記スチレン-ブタジエンコポリマー以外に、他の成分をさらに含んでいてもよい。
次に、本実施形態の樹脂組成物を用いたプリプレグ、金属張積層板、配線板、及び樹脂付き金属箔について説明する。なお、以下の説明において、各符号はそれぞれ:1 プリプレグ、2 樹脂組成物又は樹脂組成物の半硬化物、3 繊維質基材、11 金属張積層板、12 絶縁層、13 金属箔、14 配線、21 配線板、31 樹脂付き金属箔、32、42 樹脂層、41 樹脂付きフィルム、43 支持フィルムを示す。
・OPE-2St 1200:末端ビニルベンジル変性PPE(Mw:1600、Mn1200、三菱瓦斯化学株式会社製)
・OPE-2St 2200:末端ビニルベンジル変性PPE(Mw:3600、Mn2200、三菱瓦斯化学株式会社製)
まず、変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE-1)を合成した。なお、ポリフェニレンエーテル1分子当たりの、分子末端のフェノール性水酸基の平均個数を、末端水酸基数と示す。
ここで、εは、吸光係数を示し、4700L/mol・cmである。また、OPLは、セル光路長であり、1cmである。
・SA90:無変性PPE、(Mw:1700、SABICイノベーティブプラスチックス社製)
・MIR-3000:上記式(9)で示されるマレイミド化合物(マレイミド基の官能基当量275g/eq.、日本化薬株式会社製)
・BMI-4000:上記式(10)で示されるマレイミド化合物(マレイミド基の官能基当量285g/eq.、大和化成工業株式会社製)
・BMI-5100:上記式(14)で示されるマレイミド化合物(マレイミド基の官能基当量222g/eq.、大和化成工業株式会社製)
・BMI-2300:上記式(8)で示されるマレイミド化合物(マレイミド基の官能基当量180g/eq.、大和化成工業株式会社製)
・BMI-TMH:上記式(11)で示されるマレイミド化合物(マレイミド基の官能基当量159g/eq.、大和化成工業株式会社製)
・Ricon181:スチレン-ブタジエンコポリマー(CRAY VALLEY社製、スチレン:28質量%、ブタジエン:72質量%;ブタジエン中の1,2ビニル:30%;Mw 約5400)
・Ricon100:スチレン-ブタジエンコポリマー(CRAY VALLEY社製、スチレン:25質量%、ブタジエン:75質量%;ブタジエン中の1,2ビニル:70%;Mw約6500)
・Ricon184:スチレン-ブタジエンコポリマー(CRAY VALLEY社製、スチレン:28質量%、ブタジエン:72質量%;ブタジエン中の1,2ビニル:30%;Mw 約9800)
・セプトンV9827:水添SBS(スチレン・ブタジエン・スチレン)共重合体(Mw:94000、株式会社クラレ社製)
(反応開始剤)
・パーブチルP:1,3-ビス(ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン(日本油脂株式会社製)
(無機充填材)
・SC2500-SXJ:フェニルアミノシラン表面処理球状シリカ(株式会社アドマテックス製)
[調製方法]
(樹脂ワニス)
まず、各成分を表1~3に記載の配合割合で、変性PPE(若しくは、未変性PPE)とマレイミド化合物とスチレン-ブタジエンコポリマー(若しくはスチレン系重合体)を、固形分濃度が40質量%になるように、メチルエチルケトン(MEK)に添加し、70度で60分間加温撹拌し、混合・溶解させた。その混合物を25度まで放冷し、その後、過酸化物や無機充填材を添加し、撹拌しビーズミルで分散させることによって、樹脂ワニス(MEK溶液樹脂ワニス)を得た。しかし、比較例4~5については、前記各有機成分をメチルエチルケトンと混合して樹脂ワニスを作製しようと試みたがスチレン系重合体が溶解せず、MEK溶液樹脂ワニスを作製できなかった。
・プリプレグ-Iの作製
上記で作製した各実施例および比較例の樹脂ワニスをガラスクロス(日東紡績株式会社製、♯2116タイプ、Eガラス)に含浸させた後、140℃で約4分間加熱乾燥することによりプリプレグを得た。その際、プリプレグの重量に対する樹脂組成物の含有量(レジンコンテント)が約46質量%となるように調整した。
各実施例および比較例の樹脂ワニスをガラスクロス(日東紡績株式会社製、♯1067タイプ、NEガラス)に含浸させた後、140℃で約4分間加熱乾燥することによりプリプレグを得た。その際、プリプレグの重量に対する樹脂組成物の含有量(レジンコンテント)が約73質量%となるように調整した。
上記プリプレグ-Iの1枚を、その両側に厚さ12μmの銅箔(古河電気工業株式会社製GT-MP)を配置して被圧体とし、真空条件下、温度220℃、圧力40kgf/cm2の条件で90分加熱・加圧して両面に銅箔が接着された、厚み約0.1mmの銅張積層板-Iを得た。また、上記プリプレグ8枚を重ね、同様の方法で厚み約0.8mmの銅張積層板-IIを得た。
(樹脂ワニス保存安定性)
上記で作製したMEK溶液樹脂ワニス(実施例1~23及び比較例1~3、6~7)、及びMEK-トルエン混合溶液樹脂ワニス(比較例5)を25度にて24時間静置し、ワニス外観に変化がない場合は「〇」、樹脂の析出や、樹脂の分離など外観に変化あった場合は「×」と評価した。
上記銅張積層板-Iの外層銅箔を全面エッチングし、得られたサンプルについて、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、Tgを測定した。このとき、引張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300℃まで昇温した際のtanδが極大を示す温度をTgとした。
上記の銅箔積層板-Iの銅箔を除去したものを試験片とし、樹脂硬化物のガラス転移温度未満の温度における、基材面方向の(引張方向,Y方向)熱膨張係数を、TMA法(Thermo-mechanical analysis)により測定した。具体的には、測定にはTMA装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製「TMA6000」)を用いて、引張モードで測定した。試験片が有する熱歪みの影響を除去するため、昇温-冷却サイクルを2回繰り返し、2回目の温度変位チャートの、40℃~100℃の平均熱膨張係数を測定した。値が小さいほど好ましい結果であることを意味する。単位は、ppm/℃である。
[測定条件]
・1stサイクル:昇温範囲30℃→Tg+10℃
・2nd サイクル:昇温範囲30℃→300℃
・昇温速度:10℃/min、荷重:1g
・試験片:3.5mm(幅)、20mm(引張方向)
銅箔張積層板-Iにおいて、絶縁層からの銅箔の引き剥がし強さをJIS C 6481に準拠して測定した。幅10mm、長さ100mmのパターンを形成し、引っ張り試験機により50mm/分の速度で引き剥がし、その時の引き剥がし強さ(ピール強度)を測定し、得られた銅箔ピール強度を、銅箔密着強度とした。測定単位はkN/mである。
上記銅張積層板-IIIから銅箔を除去した積層板を試験片として用い、試験片を105度の乾燥機に2時間入れて乾燥させ、試験片中の水分を除去した。乾燥機から取り出した試験片をデシケータに入れて25度に戻し、その試験片の比誘電率(Dk)及び誘電正接(Df)を空洞共振器摂動法で測定した。具体的には、ネットワーク・アナライザ(アジレント・テクノロジー株式会社製のN5230A)を用い、10GHzにおける試験片の比誘電率(Dk)と誘電正接(Df-I)を測定した。
前記誘電正接用の試験片を23℃の水に24時間浸漬させた後、表面の水をふき取った試験片を、前記同様の方法で10GHzにおける評価基板の誘電正接(Df-II)を測定した。下記計算式からΔDfを求め、以下の基準で評価した。
ΔDf=(Df-II)-(Df-I)
◎: 変化量が0.0025未満
〇: 変化量が0.0025以上、0.0030未満
△: 変化量が0.0030以上、0.0035未満
×: 変化量が0.0035以上
上記銅張積層板-IIIから銅箔を除去した積層板を評価基板として用い、IPC-TM-650 2.6.2.1に従って吸水率を評価した。吸水条件は、前処理105℃24時間+恒温水中に23℃24時間処理、である。吸水率は以下の式に基づいて算出した。
吸水率(%)=((吸水後の質量-吸水前の質量)/吸水前の質量)×100
樹脂流れ性は上記プリプレグ-IIを用いて評価した。実施例1~9の樹脂ワニスを用いて得られたプリプレグ-IIの樹脂流れ性を、IPC-TM-650 2.3.17Dに準拠して測定した。成形の条件は、温度171℃、圧力14kgf/cm2とし、プリプレグを15分間熱板プレスした。測定に使用するプリプレグの枚数は、前述のように作製したプリプレグ-IIを4枚用いた。
前述のプリプレグ-Iの1枚を、その両側に厚さ35μmの銅箔(古河電気工業株式会社製の「GTHMP35」)を配置して被圧体とし、温度220℃、圧力40kg/cm2の条件で90分加熱・加圧して両面に銅箔が接着された、厚み0.1mmの銅張積層板を得た。
プリプレグを製造あるいは切断する際など、取り扱う際にプリプレグから樹脂組成物またはその半硬化物の粉が落ちることがある。すなわち、粉落ちが発生することがある。本評価試験では、上記プリプレグ-IIをカッターナイフで切断した場合、このような粉落ちの発生を確認できない場合を、「○」と評価し、粉落ちの発生が確認される場合は、「×」と評価した。
上記の銅箔積層板-Iの銅箔をエッチングして取り除いた積層板を目視で観察して、ボイドやカスレを確認することにより評価した。
評価基準:
○:ボイドやカスレがない
×:300x300mmの積層板表面に、ボイドやカスレ、樹脂のブリードが見られる。
まずフリップチップ(FC)を基板に補強材(パナソニック株式会社製「HCV5313HS」)で接着して実装することによって、PKG反り量を測定するための簡易的なFC実装PKG(大きさ16mm×16mm)を製造した。ここで、上記のFCとしては、15.06mm×15.06mm×0.1mmの大きさのSiチップに4356個のはんだボール(高さ80μm)を搭載したものを用いた。また上記の基板としては、上記の銅張積層板-Iの銅箔を除去したものを用いた。
表1~表3に示す結果から明らかなように、本発明により、低誘電特性(Dk:3.3以下、Df:0.0029以下)に加えて、その硬化物において、高Tg及び優れた密着性(Tg240℃以上、ピール0.45kN/m以上)を兼ね備えた樹脂組成物を提供できることが示された。また、本発明の樹脂組成物を用いることによって、吸水後であってもDfの変化量が抑えられることも確認できた。さらにいずれの実施例においても、面方向の熱膨張率(CTE)を低く抑制でき、積層板をパッケージ基板に用いた際の反りを抑えられることも確認できた。また、プリプレグのハンドリング性や成形性、CCLのエッチング後外観にも優れていた。
Claims (10)
- 分子の末端に炭素-炭素不飽和二重結合を有する変性ポリフェニレンエーテル化合物と、
1分子中に2個以上のN-置換マレイミド基を有し、マレイミド基の官能基当量が230~400g/eq.であるマレイミド化合物と、
重量平均分子量が10000未満であり、1,2-ビニル基を有する、液状のスチレン-ブタジエンコポリマーとを含み、
前記変性ポリフェニレンエーテル化合物が、下記式(1)または(2)で示される構造を少なくとも1つ有し
前記変性ポリフェニレンエーテル化合物と前記マレイミド化合物の含有比が、95:5~40:60であり、
前記スチレン-ブタジエンコポリマーの含有量は、前記変性ポリフェニレンエーテル化合物と前記マレイミド化合物と前記スチレン-ブタジエンコポリマーの合計100質量部に対して5~50質量部である、樹脂組成物。
(式(1)及び(2)中、R1~R8及びR9~R16は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ホルミル基、アルキルカルボニル基、アルケニルカルボニル基、又はアルキニルカルボニル基を示す。
また、式(1)および(2)中、AおよびBはそれぞれ下記式(3)又は(4)で示される構造である:
(式(3)及び(4)中、mおよびnはそれぞれ1~50の整数を示す。R17~R20及びR21~R24は、それぞれ独立して、水素原子又はアルキル基を示す。)
さらに、式(2)中、Yは下記式(5)で示される構造である:
(式(5)中、R25及びR26は、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基を示す。)
また、X1及びX2はそれぞれ独立して下記式(6)または(7)で示される炭素-炭素不飽和二重結合を有する置換基を示し、X1およびX2は同一であっても異なっていてもよい。
(式(6)中、aは0~10の整数を示す。また、Zはアリーレン基を示す。また、R27~R29はそれぞれ独立して水素原子またはアルキル基を示す。)
(式(7)中、R30は、水素原子またはアルキル基を示す。)) - 前記変性ポリフェニレンエーテル化合物の重量平均分子量(Mw)が1000~5000である、請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記スチレン-ブタジエンコポリマーにおけるスチレン含有量が50質量%以下であり、ブタジエン含有量が50質量%以上である、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
- 前記スチレン-ブタジエンコポリマーにおけるスチレン含有量が20~50質量%であり、ブタジエン含有量が50~80質量%である、請求項3に記載の樹脂組成物。
- 前記スチレン-ブタジエンコポリマーにおける、ブタジエン中の1,2-ビニル含有量が30~70%である、請求項1~4のいずれかに記載の樹脂組成物。
- 請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物と繊維質基材とを有するプリプレグ。
- 請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物を含む樹脂層と、支持フィルムとを有する樹脂付きフィルム。
- 請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物又は前記樹脂組成物の半硬化物を含む樹脂層と、金属箔とを有する、樹脂付き金属箔。
- 請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物又は前記請求項6に記載のプリプレグの硬化物を含む絶縁層と、金属箔とを有する、金属張積層板。
- 請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化物又は前記請求項6に記載のプリプレグの硬化物を含む絶縁層と、配線とを有する、配線基板。
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