JP2008013618A - 樹脂組成物、これを用いたプリプレグ、金属張積層板、樹脂金属箔、接着フィルム及びプリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱硬化性樹脂の吸水率を低減し、環境変動による誘電特性の変動率を抑制するプリプレグ、金属張積層板、樹脂金属箔、接着フィルム等のキャパシタ内蔵基板用材料及びプリント配線板を提供する。
【解決手段】 熱硬化性樹脂、単数又は複数のフィラー及びエポキシシランカップリング剤を含む樹脂組成物であって、少なくとも１つのフィラーの比誘電率が１０以上であり、かつエポキシシランカップリング剤が、２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメチルシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン又は３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランである樹脂組成物これを用いたプリプレグ、金属張積層板、樹脂金属箔、接着フィルム及びプリント配線板。
【選択図】 なし

Description

本発明は、樹脂組成物、これを用いたプリプレグ、金属張積層板、樹脂金属箔、接着フィルム及びプリント配線板に関する。

電子機器の小型化、高機能化に伴い、配線板にはより高密度な実装が求められている。 実装部品についても、小型化、高密度化及び薄型化が進んでいる。
しかし、ＬＳＩチップなどの能動素子の実装面積よりも、電気的調整を行う受動素子（キャパシタ、インダクタ、抵抗等）の実装面積の比率が大きく、小型化及び高機能化を妨げる原因の一つとなっている。

この課題を解決する手段として受動素子内蔵基板が近年注目されている。受動素子を基板に内蔵することで、小型化、高機能化が実現できると同時に、表面実装部品と配線板の電気的接合用のはんだ接合部がなくなり信頼性が向上する、配線長が短くなりかつ最適化しやすくなるなどのため寄生容量が低減でき電気特性が向上するなどの効果も期待でき、受動素子を基板に内蔵する技術及び材料の開発に対する要求は、近年特に高まってきている。

受動素子内蔵基板材料の中でも、キャパシタ内蔵基板用材料については、静電容量などのキャパシタとしての基本的な要求特性はもとより、温度や湿度といった使用環境によってキャパシタの基本特性が変動すると、誤動作や故障の原因となることから、環境要因による特性の変動を抑える手法の確立が重要な課題となっている。

温度や湿度といった環境要因の影響を抑制する手法に関する検討は、これまでも種々実施されてきている。その中でも、湿度に関する対策は、例えば、（１）プリント配線板の構造の一部に吸湿剤を挿入することで湿度による変動を抑える手法（特許文献１及び２参照）、（２）特殊な樹脂を使用することで吸湿を抑制する手法（特許文献３、４及び５参照）、（３）シランカップリング剤等で材料中の無機フィラーの表面をコーティングして吸水率を抑える手法（特許文献５、６及び７）等がある。

しかしながら、（１）の手法では吸湿剤は吸湿量に限界があり、一定量を越えると機能しなくなる。（２）の手法では特殊な樹脂を使用する場合は、高価であり製法も特殊になる場合がある。また（３）の手法ではフィラー表面をカップリング剤処理しても、必ずしも吸水率の低減につながらないか、むしろ悪化させる場合がある、といった問題が生じている。そこで、より、詳細な検討に基づく吸湿対策が必要になってきている。

特開２００２−１８５１４６号公報 特開２００２−１６３６６号公報 特開２０００−２２２９１号公報 特許第３１５３１１号公報 特許第３５８９９３５号公報 特開２００１−３０２７２４号公報 特開平７−２９０６３８号公報

本発明の目的は、熱硬化性樹脂の吸水率を低減し、環境変動による誘電特性の変動率を抑制するプリプレグ、金属張積層板、樹脂金属箔、接着フィルム等のキャパシタ内蔵基板用材料及びプリント配線板を提供することにある。

本発明は、熱硬化性樹脂、単数又は複数のフィラー及びエポキシシランカップリング剤を含む樹脂組成物であって、少なくとも１つのフィラーの比誘電率が１０以上であり、かつエポキシシランカップリング剤が、２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメチルシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン又は３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランである樹脂組成物に関する。

また、本発明は、比誘電率が１０以上のフィラーが、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム又は酸化バリウムと酸化チタンを主成分とする複合誘電体である前記の樹脂組成物に関する。
また、本発明は、シランカップリング剤の添加量が、フィラーの表面積と、エポキシシランカップリング剤の最小被覆面積から算出されるフィラー全体をエポキシシランカップリング剤で覆うために必要な最小量の、０．８〜１０倍の範囲である前記の樹脂組成物に関する。

また、本発明は、前記の樹脂組成物を用いて得られるプリプレグに関する。
また、本発明は、前記のプリプレグを用いて得られる金属張積層板に関する。
また、本発明は、前記の樹脂組成物を用いて得られる樹脂付金属箔に関する。
また、本発明は、前記の樹脂組成物を用いて得られる接着フィルムに関する。
さらに、本発明は、前記の材料うち少なくとも１つの材料が、構造の一部に用いられるプリント配線板に関する。

本発明によれば、熱硬化性樹脂と、少なくとも１つのフィラーの比誘電率が１０以上である単数又は複数のフィラーからなる樹脂組成物の吸水率を大幅に低減し、より環境要因による誘電特性の変動が小さいプリプレグ、金属張積層板、樹脂金属箔、接着フィルム等のキャパシタ内蔵基板材料及びプリント配線板を提供することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
本発明は、熱硬化性樹脂、単数又は複数のフィラーからなる樹脂組成物において、少なくとも１つのフィラーの比誘電率が１０以上である樹脂組成物に、特定のエポキシシランカップリング剤を添加することによって得られる樹脂組成物であり、吸湿による誘電特性の変動が、より抑制されると同時に、プリプレグ、樹脂付金属箔、接着シート、金属張積層板、プリント配線板として良好な特性を獲得する。

本発明になる熱硬化性樹脂とは、プリント配線板としての要求特性を著しく損なわない熱硬化性樹脂を主材とする樹脂組成物であれば、特に制限はないが、好ましくは、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等であり、中でもエポキシ樹脂を用いることが特に好ましい。これらは単独又は複数組合せて用いることができる。

上記エポキシ樹脂としては、特に制限はないが、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、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、環状脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステル樹脂、グリシジルアミン樹脂、複素環式エポキシ樹脂（トリグリシジルイソシアヌレート、ジグリシジルヒダントイン等）及びこれらを種々の材料で変性した変性エポキシ樹脂等が使用できる。

また、これらの臭素化物、塩素化物等のハロゲン化物も使用できる。
さらに、これらのエポキシ樹脂を２種類以上適宜組合せて使用することもできる。特に、電気電子材料用途に適用できる高い耐熱性や信頼性を絶縁層に付与できることから、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又はこれらのハロゲン化物を用いることが望ましい。
エポキシ樹脂の添加量は特に制限はないが、十分な硬化物を得るためには、フィラーをのぞく樹脂組成物中に１６〜９５重量％の範囲で添加することが好ましい。

また、加工性改良、添加した樹脂の硬化促進等の目的で、硬化剤を添加してもよい。
硬化剤としては、フェノール系、アミン系、シアネート系、酸無水物系、ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物等の、公知の硬化剤を単独又は複数組合せて用いることができる。

具体的には、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、メラミン変性ノボラック型フェ−ノール樹脂等のフェノール性水酸基を有するフェノール系硬化剤又はこれらのハロゲン化された硬化剤、ジシアンジアミド等アミン系硬化剤などが挙げられる。

また、上記ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物としては、メチルエチルケトンなどの適当な溶媒中で、フェノール類、アミン類、アルデヒド類等を加熱反応させ、溶剤及び水を除去することで容易に合成できる。

上記フェノール類としては、フェノール、クレゾール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等を用いることができ、アミン類としては、アニリン、ジアミノベンゼン等を用いることができ、アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、パラホルム等を用いることができる。

具体的には、フェノール１当量に対して、アニリンを１当量、ホルムアルデヒドを２当量の割合で配合し、還流させ、任意の反応率の点で冷却し、さらに、溶剤及び水分、場合によっては未反応物質を除去することにより所望のジヒドロベンゾオキサジン環を有する樹脂を得ることができる。

また、本発明で用いるエポキシ樹脂及び硬化剤を、事前に適宜反応させてから用いることもできる。硬化剤の添加量は、樹脂組成物の硬化反応を著しく阻害しない範囲であればよく、特に制限はないが、フィラーを除く樹脂組成物中に２〜７３重量％の範囲で添加することが好ましい。

本発明でいう単数又は複数のフィラーとは、比誘電率を高める目的のほかに、高剛性化、低熱膨張化等の目的で添加され、無機・有機特に制限はないが、少なくとも１つ、単体の比誘電率が１０以上のフィラーを使用する。

上記無機フィラーとしては、特に制限はないが、例えば、酸化モリブデン、酸化亜鉛、珪酸マグネシウム等の金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、アルミナ、シリカ、タルク、マイカ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カリウム、焼成クレー、酸化チタン、硫酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム等が挙げられ、この他にも、モリブデン、亜鉛、カルシウム、リン、アルミニウム、カリウム、珪素、マグネシウム等の複数の元素からなる酸化物などの化合物であってもよく、上記の化合物を複数組合せて用いてもよい。

特に、比誘電率が１０以上のフィラーとしては、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム又は酸化チタンと酸化バリウムを主剤としていくつかの金属酸化物を混合して作製された複合誘電体が好ましい。又は、これらを複数組み合わせて添加してもよい。

また、本発明でいうエポキシシランカップリング剤としては、２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメチルシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン又は３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランがよく、これらは単数又は複数混合して用いてもよい。特に好ましくは、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン又は３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランである。

上記のシランカップリング剤は、樹脂組成物に直接添加しても、フィラーに事前に表面処理しても、両方であってもよく、添加方法は特に制限はない。
また、添加量は、キャパシタ内蔵基板としての特性を著しく損なわなければ、特に制限はないが、好ましくは該エポキシシランカップリング剤の有する最小被覆面積から計算される、フィラー表面を完全に覆うために要する添加量の０．８〜１０倍の範囲が好ましい。

さらに、上記樹脂組成物には、公知の顔料、染料、接着助剤、酸化防止剤、硬化促進剤、難燃剤、難燃助剤及び有機溶剤などをプリント配線板としての特性を損なわない範囲で添加することができる。

本発明になる樹脂組成物は、ガラス、アラミド樹脂等を原料とする不織布、ガラスクロス等の基材に含浸・乾燥することによってプリプレグを作製することができる。このプリプレグに、銅箔などの金属箔を重ね、加熱・加圧して積層一体化することにより積層板を製造することができる。

さらに、本発明になる樹脂組成物を、銅箔等の金属箔に塗布、乾燥することによって樹脂付き金属箔を、ＰＥＴフィルム等樹脂フィルムに塗布、乾燥することによって接着フィルムを作製することができる。

上記積層板の金属箔の不要な部分をエッチング除去することによってプリント配線板を製造することもでき、必要に応じてこれらプリント配線板とプリプレグ、樹脂付き金属箔又は接着フィルム及び金属箔を単独又は複数組合せて適宜積層し、加熱、加圧することにより、多層化したプリント配線板を製造することもできる。
これらプリプレグ、金属張積層板、樹脂付き銅箔、接着フィルム、プリント配線板においては、当該業界における通常の塗工、積層、回路加工工程を適用することができる。

以下、本発明の実施例及びその比較例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限するものではない。
実施例１
エポキシ樹脂及び硬化剤をエポキシ基と水酸基の当量比で、エポキシ：硬化剤＝１：１になるように配合し、事前にエポキシシランカップリング剤である３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランで表面処理を実施したフィラーを樹脂組成分中の９０ｗｔ％相当量添加した。

表面処理時の、エポキシシランカップリング剤の使用量は、フィラーの表面積とシランカップリング剤の最小被覆面積から算出される添加量の３倍量とした。
さらに、メチルエチルケトンを固形分濃度８２％になるように加え溶解・分散し、最後にビーズミルを用いて分散処理した。このワニスを銅箔に塗布し、１０５℃で３分間乾燥して、絶縁層の厚さが２０μｍの樹脂付銅箔を作製した。

評価は、まず銅張り積層板の片側に作製した樹脂付銅箔１枚を積層又は作製した樹脂付銅箔２枚を向かい合わせに積層し、真空度４０ｈＰａ、熱板温度１８５℃及び製品圧力３ＭＰａの条件で８０分間加熱加圧成形して評価基板を作製した。そして、この評価基板について、吸水率、比誘電率、はんだ耐熱性、銅箔ピール強度の評価を行った。評価結果を表１に示す。

吸水率の測定は、樹脂付銅箔２枚を貼りあわせた基板を５０×５０ｍｍに切断し、銅箔をエッチングして作製した試験片を用い、プレッシャークッカーを用いて吸湿処理し、処理前後の重量変化から吸水率を測定した。

比誘電率測定は、樹脂付銅箔２枚を貼りあわせた基板を５０×５０ｍｍに切断し、片側の銅箔を直径２０ｍｍの円形にエッチング加工し作製した試験片を用いて、ＬＣＲメーターで１ＭＨｚの静電容量を求め、比誘電率を算出した。
また、試験片を８５℃８５％の条件で吸湿処理し、処理前後の比誘電率の変化率を求めた。

はんだ耐熱性試験は、銅張積層板の片面に樹脂付銅箔を積層した評価基板を２５ｍｍ角に切断し、２６０及び２８８℃のはんだの上に浮かせ、膨れるまでの時間が５０秒以上の場合をＯＫとした。
銅箔ピール強度は、銅張積層板の片面に樹脂付銅箔を積層した評価基板の銅箔を、幅１０ｍｍにエッチング加工し、引っ張り試験機を用いて９０°ピール強度を測定した。

実施例２
実施例１の配合のうち、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランを３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランに変えて表面処理したフィラーを用いてワニスを作製し、以下実施例１と同様の工程を経て樹脂付銅箔を作製し、実施例１と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。

実施例３
実施例１の配合のうち、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランを３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランに変えて表面処理したフィラーを用いてワニスを作製し、以下実施例１と同様の工程を経て樹脂付銅箔を作製し、実施例１と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。

実施例４
実施例１の配合のうち、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランを ２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメチルシランに変えて表面処理したフィラーを用いてワニスを作製し、以下実施例１と同様の工程を経て樹脂付銅箔を作製し、実施例１と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。

比較例１
実施例１の配合から、エポキシシランカップリング剤処理をしていないフィラーを用いて、ワニスを作製し、以下実施例１と同様の工程を経て樹脂付銅箔を作製した。この樹脂付銅箔を用いて、実施例１と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。

比較例２
実施例１の配合のうち、エポキシシランカップリング剤をアミノシランカップリング剤に変えて表面処理したフィラーを用いてワニスを作製し、以下実施例１と同様の工程を経て樹脂付銅箔を作製し、実施例１と同様に吸水率を評価した。その結果を表１に示す。

比較例３
実施例１の配合のうち、エポキシシランカップリング剤使用量を、フィラーの表面積とシランカップリング剤の最小被覆面積から算出される添加量の１１倍量に変更して表面処理したフィラーを用いてワニスを作製し、以下実施例１と同様の工程を経て樹脂付銅箔を作製し、実施例１と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。

比較例４
実施例１の配合のうち、エポキシシランカップリング剤使用量を、フィラーの表面積とシランカップリング剤の最小被覆面積から算出される添加量の０．６倍量に変更して表面処理したフィラーを用いてワニスを作製し、以下実施例１と同様の工程を経て樹脂付銅箔を作製し、実施例１と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。

上記の実施例及び比較例において、エポキシ樹脂、硬化剤、フィラー、エポキシシランカップリング剤、銅箔、銅張積層板等は下記に示すものを用いた。その他の有機溶剤、促進剤、添加剤、汎用充填剤等については、特に記載したものを除き化学工業及び電子工業分野において一般的に用いられる原材料類を用いた。

・エポキシ樹脂：大日本インキ化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、 商品名Ｎ−６７３（エポキシ当量２１０）
・フェノール系硬化剤：大日本インキ化学工業製メラミンノボラック樹脂、商品名フェノライトＬＡ−１３５６（水酸基当量１４６）
・フィラー：富士チタン工業製 チタン酸バリウム、商品名ＨＰＢＴ−１（メジアン径 ０．６１μｍ）
・エポキシシランカップリング剤：信越化学工業株式会社製シランカップリング剤、
２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメチルシラン商品名ＫＢＭ−３０３ （最小被覆面積３１７ｍ^２／ｇ）
３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、商品名ＫＢＭ−４０３（最小被覆面積３３０ｍ^２／ｇ）

３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、商品名ＫＢＥ−４０２（最小被覆面積３１４ｍ^２／ｇ）
３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、商品名ＫＢＥ−４０３（最小被覆面積２８０ｍ^２／ｇ）
・アミノシランカップリング剤：信越化学工業株式会社製シランカップリング剤、商品名ＫＢＥ−６０３
・銅箔：古河サーキットフォイル製銅箔、商品名ＧＴＳ−１２
・銅張積層板：日立化成工業製銅張積層板、商品名ＭＣＬ−Ｅ−６７ １２Ｄ、厚さ０．４ｍｍ

※ 比較例２は、吸水率の増加が激しかった為、その他の評価は行わなかった。

表１に示されるように、実施例１〜４については、比較例１に対して吸水率がほぼ半減し、吸水前後の比誘電率の変動率が半分以下に低減され、かつピール強度、耐熱性はいずれも同等であり問題がなかった。しかし、比較例２では吸水率が増加し、比較例３では吸水率は低減されたが耐熱性が悪化し、比較例４では吸水率がほとんど低減されずに吸水前後の比誘電率の変動率も改善されなかった。

上記の結果から、本発明になる熱硬化性樹脂及びこれを用いたプリプレグ、銅張積層板、樹脂付銅箔、接着フィルムは、従来のエポキシシランカップリング剤無添加の配線板材料よりも吸水率が大幅に低減され、かつ他のシランカップリング剤では得られない吸水率低減効果が得られ、環境変動による誘電特性の変動率も大幅に低減されることが確認された。よって、本発明の優位性は明らかである。

Claims (8)

1. 熱硬化性樹脂、単数又は複数のフィラー及びエポキシシランカップリング剤を含む樹脂組成物であって、少なくとも１つのフィラーの比誘電率が１０以上であり、かつエポキシシランカップリング剤が、２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメチルシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン又は３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランである樹脂組成物。
2. 比誘電率が１０以上のフィラーが、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム又は酸化バリウムと酸化チタンを主成分とする複合誘電体である請求項１記載の樹脂組成物。
3. シランカップリング剤の添加量が、フィラーの表面積と、エポキシシランカップリング剤の最小被覆面積から算出されるフィラー全体をエポキシシランカップリング剤で覆うために必要な最小量の、０．８〜１０倍の範囲である請求項１又は２記載の樹脂組成物。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂組成物を用いて得られるプリプレグ。
5. 請求項５記載のプリプレグを用いて得られる金属張積層板。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂組成物を用いて得られる樹脂付金属箔。
7. 請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂組成物を用いて得られる接着フィルム。
8. 請求項４〜７のいずれかに記載の材料うち少なくとも１つの材料が、構造の一部に用いられるプリント配線板。