説明

ノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物

【課題】ハロゲン系及びリン系難燃剤を含まない熱硬化性樹脂組成物を提供する。
【解決手段】本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物1は、硬化剤混合物10、エポキシ樹脂混合物11及び無機添加剤12を混合して形成されるワニスである。硬化剤混合物10は、フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノール(Phenolphthalein modified Benzoxazine Phenol)硬化剤とアミノトリアジンノボラック(Amino Triazine Novolak)樹脂硬化剤とを混合してなる。エポキシ樹脂混合物11は、オキサゾリドン(Oxazolidone)環を有するエポキシ樹脂又はポリアミドイミド変性エポキシ樹脂(Polyamide−imide−modified epoxy)に、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(Bis−phenol F)を加えて混合してなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物に関し、この組成物の硬化物は、難燃性を有する、電気機械特性に優れる、誘電正接が低い、膨張係数が低い、熱安定性に優れる、などの特性を有し、この組成物のプリプレグ材及び硬化物は、ハロゲンを含まないため、燃焼しても有毒ガスが発生しない上、リン系難燃剤を含まないため、加水分解により、環境を汚染することがなく(リン化物が析出する問題がない)、プリント基板(プリプレグ材を含む)、ビルドアップ層結合剤、接着剤、パッケージ材料、FRP製品などに広く応用することができるノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
プリント基板(PCB)は、電子製品における主要な支持部材である。プリント基板に使用される基材は、PCBの技術が向上(高密度のレイアウト、薄型化、孔径の微細化、安定性の向上、高放熱性など)するに伴い、従来のFR−4(即ち、DICYを硬化剤とした樹脂組成物)から、鉛フリーのFR−4及び環境を汚染しないFR−4材料が開発されている。しかし、従来技術におけるFR−4材料の樹脂の難燃性は、ハロゲン含有エポキシ樹脂又はリン含有エポキシ樹脂によるものである。また、従来のFR−4材料は、耐熱性に劣り、鉛フリーを実現できなかったが、鉛フリーで環境を汚染しないFR−4材料は、PCBへの加工性が低いという問題と、信号伝送に損失が生じるという問題を有する。従って、鉛フリーで環境を汚染しない上、PCBへの加工性、耐熱性及び信号伝送に優れた新たな基材は、極めて大きな経済的価値を有する。
【0003】
難燃性を有するハロゲン含有エポキシ樹脂は、不適当な燃焼温度(1000℃未満)で燃焼した場合、ダイオキシン及びフラン(furan)などの発がん性ガスが発生する可能性があることが研究で発見された。また、近年は、防火安全性に対する厳しい基準を満たす必要がある以外に、環境を汚染しないことが重視されているため、各国は、環境を汚染しないノンハロゲン材料(Halogen−free materials)によるプリント基板の開発を積極的に行っている。
【0004】
従来のノンハロゲンのプリント基板の材料では、臭化エポキシ樹脂の代わりにリン系難燃剤が主に使用されている。リン系難燃剤は、従来のハロゲン系難燃剤の代わりに使用することができるが、リン系難燃剤は、加水分解されるため、河川の富栄養化を引き起こしてしまう。また、リン系難燃剤は、高い吸水解離特性を有するため、電子製品の長期間の信頼性が低下してしまう。従って、世界各国の電子部品メーカーは、ノンハロゲン・ノンリンである上、難燃特性を有する基材組成物を積極的に開発している。日本及びアメリカにおいては、すでに試作製品が販売されており、今後2〜5年以内に、ノンハロゲン・ノンリン難燃樹脂組成物が従来のリン系難燃材料に代わり、市場における主流となると見込まれている。
【0005】
現在、業界において使用されているノンハロゲン・ノンリン難燃樹脂組成物は、エポキシ樹脂を主成分とし、難燃剤であるメラミンシアヌレート(Melamine Cyanurate:MC−610)、ビス(3−エチル−5−メチル−4−マレイミドフェニル)メタンポリエーテルスルホン(Bis(3−ethyl−5−methyl−4−maleimidophenyl)Methane polyethersulfone)又はポリアミドイミドを配合することにより、ノンハロゲン・ノンリン銅箔基板又は樹脂付き銅箔基板が製造されている。しかし、上述の難燃剤は、価格が非常に高いため、製造コストが高い。また、PCBへの加工性に劣るなどの問題が存在する。また、多環構造のポリアミドイミドを難燃剤とした場合、材料がPCBへの加工性に劣る以外に、合成された窒素含有改質エポキシ樹脂は、安定性に劣るため、誘電正接及び膨張係数が低いなどのプリント基板の基材の基本特性を有さない。
【0006】
そこで、樹脂材料の開発は、ノンハロゲン・ノンリン化、材料の電気機械特性の向上、PCBへの加工性の改善、などが目標とされ、環境を汚染しない電子製品の製造、電子製品の軽薄短小化、クラウドコンピューティング技術(Cloud computing technology)の高速化、マイクロシステムを有する製品の高度な統合、などに対応するために本発明が案出された。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の第1の目的は、組成物の半硬化物(B−stage)及び硬化物(C−stage)が環境を汚染しないという長所を有し、プリント基板、ICパッケージの搭載板の材料などに広く応用することができるハロゲン系及びリン系難燃剤を含まない熱硬化性樹脂組成物を提供することにある。
本発明の第2の目的は、誘電正接が低い(Low dissipation factor)、膨張係数が低い、銅箔の耐裂け性が高いなど、次世代の電子製品に求められる特性を有し、優れた電気機械特性を有する樹脂組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述の課題を解決するために、本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物は、主に、硬化剤混合物、エポキシ樹脂混合物及び無機添加剤を混合して形成されるワニスである。硬化剤混合物は、フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノール(Phenolphthalein modified Benzoxazine Phenol)硬化剤とアミノトリアジンノボラック(Amino Triazine Novolak)樹脂硬化剤とを混合してなる。エポキシ樹脂混合物は、オキサゾリドン(Oxazolidone)環を有するエポキシ樹脂又はポリアミドイミド変性エポキシ樹脂(Polyamide−imide−modified epoxy)に、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(Bis−phenol F)を加えて混合してなる。
【0009】
実施時、オキサゾリドン環を有するエポキシ樹脂のエポキシ当量は、250〜800である。
【0010】
実施時、無機添加剤は、二酸化シリコン、二酸化チタン、酸化アルミニウム、ホウ酸亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、銀、アルミニウム、酸化亜鉛、カーボンナノチューブ及び以上の化合物の混合物の中から選択され、その平均粒径は、0.01ミクロン〜10ミクロンである。
【0011】
実施時、ビスフェノールF型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、160〜1000である。
【0012】
実施時、ポリアミドイミド変性エポキシ樹脂のエポキシ当量は、300〜1000である。
【0013】
実施時、0.01〜3重量%の触媒がさらに添加される。触媒は、イミダゾール系触媒(Imidazole Catalyst)である。
【0014】
実施時、0.01〜1.0重量%の流動調整剤がさらに添加される。流動調整剤は、アクリル系共重合体又は改質アクリル系共重合体であり、使用される共重合体の平均分子量は、5000〜200000である。
【発明の効果】
【0015】
(1)本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物は、リン系難燃剤を含まないため、加水分解されることによって環境を汚染することがない。また、高い吸水解離特性がないため、電子製品の長期間の信頼性を高めることができる。
(2)本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物の反応性は、従来のプリント基板の材料の反応性と同様であり、反応性が低いという欠点がない。
(3)本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物は、優れた不燃性を有し、FR−4材料のUL94−V0基準を満たす。
(4)本発明の硬化剤混合物は、エポキシ樹脂と反応した後、高い架橋密度(high cross−linking density)を有する上、硬化時、高極性の水酸基(−OH)を形成しない。従って、硬化物は、不燃性を有する、膨張係数が低い、誘電正接が低い、流動性に優れる、熱安定性に優れる、金属箔の接着力に優れるなどの特性を有する。従って、高周波、多層又は高密度のプリント基板の材料として使用した場合、電子製品は、良好な信号伝達品質及び電気機械特性を有することができる。
(5)本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物は、価格が安く、競争力を有する。
(6)本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物は、従来のプリント基板の製造工程との互換性が極めて高いため、製造工程及び製造設備を変更する必要がなく、従来のプリント基板の材料に代えて使用することができるため、産業上への応用範囲が極めて広い。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の目的、特徴および効果を示す実施形態を図面に沿って詳細に説明する。
【0018】
図1を参照する。図1は、本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物1の構成を示すブロック図である。本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物1は、主に、硬化剤混合物10、エポキシ樹脂混合物11及び無機添加剤12を混合して形成されるワニスである。
【0019】
硬化剤混合物10は、フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノール(Phenolphthalein modified Benzoxazine Phenol)硬化剤とアミノトリアジンノボラック(Amino Triazine Novolak)樹脂硬化剤とを混合してなる。エポキシ樹脂混合物11は、オキサゾリドン(Oxazolidone)環を有するエポキシ樹脂又はポリアミドイミド変性エポキシ樹脂(Polyamide−imide−modified epoxy)に、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(Bis−phenol F)を加えて混合してなる。
【0020】
アミノトリアジンノボラック樹脂硬化剤は、化学式9に示す構造式からなる。
【0021】
【化9】

【0022】
(式中、Rは、−H又は−CHである。また、n=1〜10の整数である。)
【0023】
また、アミノトリアジンノボラック樹脂硬化剤の−OH値は、120〜500であり、窒素含有量は、8〜30%である。
【0024】
フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノール硬化剤は、化学式10に示す構造式からなる。
【0025】
【化10】

【0026】
(式中、Rは、アリル基、未置換又は置換されたフェニル基、未置換又は置換されたC〜C−アルキル基、或いは、未置換又は置換されたC〜C−ナフテン基である。R及びRは、芳香族(aromatic compound)又は脂肪族(aliphatic compound)である。R及びRは、−CHが好ましい。)
【0027】
また、フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノール硬化剤の−OH値は、200〜700であり、窒素含有量は、5〜15%である。
【0028】
オキサゾリドン環を有するエポキシ樹脂は、化学式11に示す構造式からなる。
【0029】
【化11】

【0030】
(式中、Epは、エポキシ基を示す。Xは、−CHである。)
【0031】
また、オキサゾリドン環を有するエポキシ樹脂のエポキシ当量は、250〜800であり、窒素含有量は、2〜10%である。
【0032】
ポリアミドイミド変性エポキシ樹脂は、化学式12に示す構造式からなる。
【0033】
【化12】

【0034】
(式中、Rは、芳香族(aromatic compound)又は脂肪族(aliphatic compound)である。Qは、−−−、−−CH−−、−−C(CH−−、−−O−−、−−S−−、−−SO−である。nは、整数であり、0<n<80である。Epは、以下に示す化学式13又は化学式14に示す構造式からなる。)
【0035】
【化13】

【0036】
【化14】

【0037】
(式中、m=1〜11(整数)である。P=1〜11(整数)である。R1=−CH又は−Hである。X=A又はBである。)
【0038】
【化15】

【0039】
【化16】

【0040】
また、ポリアミドイミド変性エポキシ樹脂のエポキシ当量は、300〜1000である。
【0041】
ビスフェノールF型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、160〜1000である。無機添加剤12は、二酸化シリコン、二酸化チタン、酸化アルミニウム、ホウ酸亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、銀、アルミニウム、酸化亜鉛、カーボンナノチューブ及び以上の化合物の混合物の中から選択され、その平均粒径は、0.01ミクロン〜10ミクロンである。
【0042】
本発明を実施するとき、表1に示すように、フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノール硬化剤とアミノトリアジンノボラック樹脂硬化剤とを混合してなる硬化剤混合物を5〜20%、オキサゾリドン環を有するエポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂とを混合してなるエポキシ樹脂混合物を35〜70%、無機添加剤を25〜45%の割合で配合することができる。或いは、フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノール硬化剤とアミノトリアジンノボラック樹脂硬化剤とを混合してなる硬化剤混合物を30〜50%、ポリアミドイミド変性エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂とを混合してなるエポキシ樹脂混合物を15〜60%、無機添加剤を10〜35%の割合で配合することができる。
【0043】
【表1】


【0044】
その他、本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物には、0.01〜3重量%の触媒がさらに添加される。触媒は、イミダゾール系触媒(Imidazole Catalyst)である。また、本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物には、0.01〜1.0重量%の流動調整剤がさらに添加される。流動調整剤は、アクリル系共重合体又は改質アクリル系共重合体であり、使用される共重合体の平均分子量は、5000〜200000である。
【0045】
本発明は、以下(1)〜(6)の長所を有する。
(1)本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物は、リン系難燃剤を含まないため、加水分解されることによって環境を汚染することがない。また、高い吸水解離特性がないため、電子製品の長期間の信頼性を高めることができる。
(2)本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物の反応性は、従来のプリント基板の材料の反応性と同様であり、反応性が低いという欠点がない。
(3)本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物は、優れた不燃性を有し、FR−4材料のUL94−V0基準を満たす。
(4)本発明の硬化剤混合物は、エポキシ樹脂と反応した後、高い架橋密度(high cross−linking density)を有する上、硬化時、高極性の水酸基(−OH)を形成しない。従って、硬化物は、不燃性を有する、膨張係数が低い、誘電正接が低い、流動性に優れる、熱安定性に優れる、金属箔の接着力に優れるなどの特性を有する。従って、高周波、多層又は高密度のプリント基板の材料として使用した場合、電子製品は、良好な信号伝達品質及び電気機械特性を有することができる。
(5)本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物は、価格が安く、競争力を有する。
(6)本発明のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物は、従来のプリント基板の製造工程との互換性が極めて高いため、製造工程及び製造設備を変更する必要がなく、従来のプリント基板の材料に代えて使用することができるため、産業上への応用範囲が極めて広い。
【0046】
以上に示す説明は、本発明の具体的な実施形態及び運用された技術手段を示すものであり、本明細書の記載内容に基づき、様々な変更及び修正を行うことができる。また、それらの変更及び修正が本明細書及び図面の示す範囲を逸脱しない場合、それらの変更及び修正は、本発明に含まれる。
【0047】
以上の説明から分かるように、本発明は、その目的を確実に達成することができるものであり、産業上の利用性及び実用性を有するノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物を提供するものである。
【符号の説明】
【0048】
1 ノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物
10 硬化剤混合物
11 エポキシ樹脂混合物
12 無機添加剤

【特許請求の範囲】
【請求項1】
フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノール(Phenolphthalein modified Benzoxazine Phenol)硬化剤とアミノトリアジンノボラック(Amino Triazine Novolak)樹脂硬化剤とを混合してなる硬化剤混合物が5〜20%、オキサゾリドン(Oxazolidone)環を有するエポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂(Bis−phenol F)とを混合してなるエポキシ樹脂混合物が35〜70%、無機添加剤が25〜45%の割合で配合されることにより形成されるワニス(Varnish)であることを特徴とするノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【請求項2】
フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノール(Phenolphthalein modified Benzoxazine Phenol)硬化剤とアミノトリアジンノボラック(Amino Triazine Novolak)樹脂硬化剤とを混合してなる硬化剤混合物が30〜50%、ポリアミドイミド変性エポキシ樹脂(Polyamide−imide−modified epoxy)とビスフェノールF型エポキシ樹脂(Bis−phenol F)とを混合してなるエポキシ樹脂混合物が15〜60%、無機添加剤が10〜35%で配合されることにより形成されるワニス(Varnish)であることを特徴とするノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【請求項3】
前記オキサゾリドン環を有するエポキシ樹脂は、化学式1に示す構造式からなり、エポキシ当量は、250〜800であり、窒素含有量は、2〜10%であることを特徴とする請求項1又は2記載のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【化1】


(式中、Epは、エポキシ基を示す。)
【請求項4】
前記アミノトリアジンノボラック樹脂硬化剤は、化学式2に示す構造式からなり、−OH値は、120〜500であり、窒素含有量は8〜30%であることを特徴とする請求項1又は2記載のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【化2】


(式中、Rは、−H又は−CHであり、n=1〜10の整数である。)
【請求項5】
前記フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノールは、化学式3に示す構造式からなることを特徴とする請求項1又は2記載のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【化3】


(式中、Rは、アリル基、未置換又は置換されたフェニル基、未置換又は置換されたC〜C−アルキル基、或いは、未置換又は置換されたC〜C−ナフテン基である。R及びRは、芳香族(aromatic compound)又は脂肪族(aliphatic compound)である。)
【請求項6】
前記フェノールフタレイン変性ベンゾオキサジンフェノール硬化剤の−OH値は、200〜700であり、窒素含有量は、5〜15%であることを特徴とする請求項5記載のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【請求項7】
前記ビスフェノールF型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、160〜1000であることを特徴とする請求項1又は2記載のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【請求項8】
前記無機添加剤は、二酸化シリコン、二酸化チタン、酸化アルミニウム、ホウ酸亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、銀、アルミニウム、酸化亜鉛、カーボンナノチューブ及び以上の化合物の混合物の中から選択され、その平均粒径は、0.01ミクロン〜10ミクロンであることを特徴とする請求項1又は2記載のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【請求項9】
0.01〜3重量%の触媒がさらに添加され、前記触媒は、イミダゾール系触媒(Imidazole Catalyst)であることを特徴とする請求項1又は2記載のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【請求項10】
0.01〜1.0重量%の流動調整剤がさらに添加され、前記流動調整剤は、アクリル系共重合体又は改質アクリル系共重合体であり、使用される共重合体の平均分子量は、5000〜200000であることを特徴とする請求項1又は2記載のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【請求項11】
前記ポリアミドイミド変性エポキシ樹脂は、化学式4に示す構造式からなることを特徴とする請求項2記載のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。
【化4】

(式中、Rは、芳香族(aromatic compound)又は脂肪族(aliphatic compound)である。Qは、−−−、−−CH−−、−−C(CH−−、−−O−−、−−S−−、−−SO−である。nは、整数であり、0<n<80である。Epは、以下に示す化学式5又は化学式6に示す構造である。)

【化5】


【化6】

(式中、m=1〜11(整数)である。P=1〜11(整数)である。R1=−CH又は−Hである。X=A又はBである。)

【化7】


【化8】

【請求項12】
前記ポリアミドイミド変性エポキシ樹脂のエポキシ当量は、300〜1000であることを特徴とする請求項2記載のノンハロゲン・ノンリン熱硬化性樹脂組成物。

【図1】
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【公開番号】特開2012−97237(P2012−97237A)
【公開日】平成24年5月24日(2012.5.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−248116(P2010−248116)
【出願日】平成22年11月5日(2010.11.5)
【出願人】(505224433)合正科技股▲ふん▼有限公司 (6)
【Fターム(参考)】