JP5644501B2 - 重合性組成物、樹脂成形体、及び積層体 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、高周波領域での誘電正接が極めて小さく、配線埋め込み性、耐熱性、及び冷熱衝撃試験での耐クラック性に優れた積層体の製造に有用な、重合性組成物、架橋性樹脂成形体及び架橋樹脂成形体、並びに、それらを用いて得られる積層体を提供することにある。
〔1〕シクロオレフィンモノマー、メタセシス重合触媒、架橋剤、及び反応性流動化剤を含有してなり、
前記反応性流動化剤が、下記一般式(A)で示される環状炭化水素基含有メタクリレート化合物である重合性組成物、
〔2〕架橋助剤をさらに含有してなる前記〔1〕記載の重合性組成物、
〔3〕反応性流動化剤と架橋助剤との配合割合が、重量比(反応性流動化剤/架橋助剤)で15/85〜70/30の範囲である前記〔2〕記載の重合性組成物、
〔4〕反応性流動化剤がベンジルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート及びジシクロペンタニルメタクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物であり、架橋助剤がトリメチロールプロパントリメタクリレートである前記〔2〕又は〔3〕記載の重合性組成物、
〔5〕シクロオレフィンモノマーが、架橋性の炭素−炭素不飽和結合を1以上有するシクロオレフィンモノマーを含むものである前記〔1〕〜〔4〕いずれか記載の重合性組成物、
〔6〕充填剤をさらに含んでなる前記〔1〕〜〔5〕いずれか記載の重合性組成物、
〔7〕充填剤の配合量が、シクロオレフィンモノマー100重量部に対して50重量部以上である前記〔6〕記載の重合性組成物、
〔8〕連鎖移動剤をさらに含んでなる前記〔1〕〜〔7〕いずれか記載の重合性組成物、
〔9〕前記〔1〕〜〔8〕いずれかに記載の重合性組成物を塊状重合してなる架橋性樹脂成形体、
〔10〕前記〔1〕〜〔8〕いずれかに記載の重合性組成物を塊状重合し、架橋してなる架橋樹脂成形体、並びに
〔11〕少なくとも、前記〔9〕に記載の架橋性樹脂成形体、又は前記〔10〕に記載の架橋樹脂成形体を積層してなる積層体、
が提供される。
本発明に使用されるシクロオレフィンモノマーは、炭素原子で形成される脂環構造を有し、かつ該脂環構造中に重合性の炭素−炭素二重結合を1つ有する化合物である。本明細書において「重合性の炭素−炭素二重結合」とは、連鎖重合(開環重合)可能な炭素−炭素二重結合をいう。開環重合には、イオン重合、ラジカル重合、及びメタセシス重合など、種々の形態のものが存在するが、本発明においては、通常、メタセシス開環重合をいう。
シクロオレフィンモノマーは、アルキル基、アルケニル基、アルキリデン基、及びアリール基などの、炭素数1〜30の炭化水素基や、カルボキシル基又は酸無水物基などの極性基を置換基として有していてもよいが、得られる積層体を低誘電正接とする観点から、極性基を持たない、すなわち、炭素原子と水素原子のみで構成されるものが好ましい。
これらのシクロオレフィンモノマーは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の重合性組成物に配合するシクロオレフィンモノマー中、架橋性の炭素−炭素不飽和結合を1以上有するシクロオレフィンモノマーと架橋性の炭素−炭素不飽和結合を持たないシクロオレフィンモノマーとの配合割合は所望により適宜選択すればよいが、重量比(架橋性の炭素−炭素不飽和結合を1以上有するシクロオレフィンモノマー/架橋性の炭素−炭素不飽和結合を持たないシクロオレフィンモノマー)で、通常、5/95〜100/0、好ましくは10/90〜90/10、より好ましくは15/85〜70/30の範囲である。当該配合割合がかかる範囲にあれば、得られる積層体において、耐熱性、及び冷熱衝撃試験での耐クラック性等の特性を高度に向上させることができ、好適である。
本発明に使用される重合触媒としては、前記シクロオレフィンモノマーを重合できるものであれば特に限定はないが、本発明の重合性組成物は、後述の架橋性樹脂成形体の製造において、直接塊状重合に供して用いるのが好適であり、通常、メタセシス重合触媒を用いるのが好ましい。
本発明で使用される架橋剤は、本発明の重合性組成物を重合反応に供して得られる重合体(シクロオレフィンポリマー)において架橋反応を誘起する目的で使用される。従って、該重合体は、後架橋可能な熱可塑性樹脂となる。ここで「後架橋可能な」とは、該樹脂を加熱することにより架橋反応を進行させて架橋樹脂になし得ることを意味する。前記重合体をマトリックス樹脂とする本発明の架橋性樹脂成形体は、加熱により溶融し、高粘度であるため、その形状は保持する一方、任意の部材を接触させた場合、その表面では、該部材の形状に対し追従性を発揮し、最終的に架橋して硬化する。本発明の架橋性樹脂成形体のかかる特性は、本発明の架橋性樹脂成形体を積層し、加熱して溶融、架橋して得られる積層体において配線埋め込み性及び層間密着性の向上に寄与するものと考えられる。
前記の通り、本発明の重合性組成物を重合反応に供して得られる重合体は、後架橋可能な熱可塑性樹脂となる。本発明において「反応性流動化剤」とは、かかる重合体中において、実質的に遊離の状態で存在しており、流動化剤として重合体のガラス転移温度(Tg)を低下させて加熱溶融時の重合体の流動性を高め、当該重合体をマトリックス樹脂とする本発明の架橋性樹脂成形体を加熱溶融させた際、該成形体表面の、当該表面に接触させる任意の部材の形状に対する追従性を向上させる一方、架橋剤により架橋反応が誘起された後においては当該反応に関与して重合体への結合反応性を示す単官能化合物をいう。
炭素数3〜30の飽和脂環式基としては、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、及びシクロオクチル基などの単環式基;ビシクロヘキシル基などの二環式基;トリシクロ[5,2,1,02,6]デカニル基(ジシクロペンタニル基ともいう。)などの三環式基;アダマンチル基などの四環式基;などが挙げられる。飽和脂環式基としては、得られる架橋樹脂成形体や積層体の耐熱性を向上させる観点から、三環式基又は四環式基が好ましく、トリシクロ[5,2,1,02,6]デカニル基又はアダマンチル基がより好ましく、トリシクロ[5,2,1,02,6]デカニル基が特に好ましい。
炭素数6〜30の芳香族基としては、例えば、フェニル基などの単環式基;ナフチル基やビフェニル基などの二環式基;フルオレニル基などの三環式基;などが挙げられる。芳香族基としては、飽和脂環式基と同様の観点から、単環式基が好ましく、フェニル基がより好ましい。
前記飽和脂環式基及び芳香族基の置換基としては、炭素数3〜11のアルキル基や炭素数3〜11のアルコキシ基、カルボキシル基や酸無水物基などの極性基などが挙げられる。
nとしては、好ましくは0〜5、特に好ましくは1である。
以上の反応性流動化剤は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。反応性流動化剤の配合量は、所望により適宜選択すればよいが、シクロオレフィンモノマー100重量部に対し、通常、0.1〜100重量部、好ましくは0.5〜50重量部、より好ましくは1〜30重量部である。
本発明に使用される架橋助剤としては、開環重合には関与せず、架橋剤により誘起される架橋反応に関与可能な架橋性の炭素−炭素不飽和結合を2以上有する多官能化合物が好ましい。かかる架橋性の炭素−炭素不飽和結合は、架橋助剤を構成する化合物中、例えば、分子末端に存在するビニリデン基として、特に、イソプロペニル基やメタクリル基として存在するのが好ましく、メタクリル基として存在するのがより好ましい。
反応性流動化剤と架橋助剤との配合割合は、所望により適宜選択すればよいが、重量比(反応性流動化剤/架橋助剤)で、通常、5/95〜90/10、好ましくは10/90〜70/30、より好ましくは15/85〜70/30の範囲である。配合割合がかかる範囲にあれば、架橋性樹脂成形体においては、加熱時の表面の流動性が向上し、また、積層体においては配線埋め込み性、耐熱性及び冷熱衝撃試験での耐クラック性の各特性がバランスされ、好適である。
本発明に使用される重合性組成物には、上記する、シクロオレフィンモノマー、重合触媒、架橋剤、及び反応性流動化剤を必須成分として、所望により、架橋助剤の他、充填剤、重合調整剤、重合反応遅延剤、連鎖移動剤、老化防止剤、及びその他の配合剤を添加することができる。
高誘電フィラーとしては、工業的に使用されるものであれば格別な限定なく用いることができるが、特に1GHzにて20℃で測定される比誘電率が、通常、5以上、好ましくは10以上、より好ましくは15以上のものが好適である。かかる高誘電フィラーとしては、例えば、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸ストロンチウム、ジルコン酸鉛、及びジルコニアなどのジルコン酸化物;チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸コバルト、チタン酸亜鉛、及びチタニアなどのチタン酸化物;などを挙げることができる。
低線膨張フィラーの線膨張係数としては、通常、15ppm/℃以下程度である。低線膨張フィラーの線膨張係数は、熱機械分析装置(TMA)により測定することができる。かかる低線膨張フィラーとしては、工業的に用いられるものであれば格別な限定なく用いることができるが、例えば、シリカ、シリカバルーン、アルミナ、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化すず、酸化ベリリウム、バリウムフェライト、及びストロンチウムフェライト等の無機酸化物;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、及び炭酸水素ナトリウム等の無機炭酸塩;硫酸カルシウム等の無機硫酸塩;タルク、クレー、マイカ、カオリン、フライアッシュ、モンモリロナイト、ケイ酸カルシウム、ガラス、及びガラスバルーン等の無機ケイ酸塩;などが挙げられ、好ましくはシリカである。
これらの連鎖移動剤は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。本発明の重合性組成物への連鎖移動剤の配合量としては、シクロオレフィンモノマー100重量部に対して、通常、0.01〜10重量部、好ましくは0.1〜5重量部である。
本発明の架橋性樹脂成形体は、前記重合性組成物を塊状重合することにより得られる。重合性組成物を塊状重合して架橋性樹脂成形体を得る方法としては、例えば、(a)重合性組成物を支持体上に塗布し、次いで塊状重合する方法、(b)重合性組成物を成形型内に注入し、次いで塊状重合する方法、(c)重合性組成物を繊維状強化材に含浸させ、次いで塊状重合する方法などが挙げられる。
本発明の架橋性樹脂成形体は、例えば、プリプレグとして、本発明の架橋樹脂成形体及び積層体の製造に好適に用いられる。
本発明の架橋樹脂成形体は、本発明の重合性組成物を塊状重合し、架橋してなるものである。かかる架橋樹脂成形体は、例えば、前記架橋性樹脂成形体を架橋することにより得られる。架橋性樹脂成形体の架橋は、該成形体を、該成形体を構成する重合体において架橋反応が生ずる温度以上に維持することによって行うことができる。加熱温度は、通常、架橋剤により架橋反応が誘起される温度以上である。例えば、架橋剤としてラジカル発生剤を使用する場合、通常、1分間半減期温度以上、好ましくは1分間半減期温度より5℃以上高い温度、より好ましくは1分間半減期温度より10℃以上高い温度である。典型的には、100〜300℃、好ましくは150〜250℃の範囲である。加熱時間は、0.1〜180分間、好ましくは0.5〜120分間、より好ましくは1〜60分間の範囲である。また、本発明の重合性組成物を、前記架橋性樹脂成形体が架橋する温度以上に維持することにより、具体的には、ここに記載する、温度及び時間で加熱することにより、シクロオレフィンモノマーの塊状重合と、当該重合により生ずるシクロオレフィンポリマーにおける架橋反応とを共に進行させて、本発明の架橋樹脂成形体を製造することも可能である。このようにして架橋樹脂成形体を製造する場合、前記(a)の方法に準じ、例えば、支持体として銅箔を用いれば、銅張積層板〔Copper Clad Laminates (CCL)〕を得ることができる。
本発明の積層体は、少なくとも、前記架橋性樹脂成形体、又は前記架橋樹脂成形体を積層してなるものである。両成形体はそれぞれ、連続的に積層されていても、他の層を挟んで間接的に積層されていてもよい。
本発明の架橋性樹脂成形体を積層してなる積層体としては、例えば、前記(a)の方法で得られる、銅箔と架橋性樹脂成形体とが層状に一体化してなるRCCが挙げられる。また、本発明の架橋樹脂成形体を積層してなる積層体としては、例えば、前記(a)の方法に準じて得られる、銅箔と架橋樹脂成形体とが層状に一体化してなるCCLが挙げられる。前記(a)の方法において、支持体として、別途得られた架橋樹脂成形体を用いれば、架橋性樹脂成形体と架橋樹脂成形体との積層体を得ることもできる。
また、架橋性樹脂成形体がシート状又はフィルム状である場合、該成形体、及び所望により、シート状又はフィルム状の架橋樹脂成形体を、任意に積層し、又はさらに、例えば、前記金属箔を積層し、熱プレスして架橋することにより、架橋樹脂成形体を積層してなる、本発明の積層体が得られる。その際、前記RCCやCCLなどの積層体を積層してもよい。熱プレスするときの圧力は、通常、0.5〜20MPa、好ましくは3〜10MPaである。熱プレスは、真空又は減圧雰囲気下で行ってもよい。熱プレスは、平板成形用のプレス枠型を有する公知のプレス機、シートモールドコンパウンド(SMC)やバルクモールドコンパウンド(BMC)などのプレス成形機を用いて行なうことができる。
(1)誘電正接
インピーダンスアナライザー(アジレントテクノロジー社製、型番E4991A)を用いて20℃で周波数1GHzにおける誘電正接(tanδ)を容量法にて測定し、以下の基準で評価した。
◎:0.003以下
○:0.003超、0.008以下
×:0.008超
(2)配線埋め込み性
プリプレグシートを回路基板(L/S=30μmの配線を15本配置した試験基板)上に重ね、200℃で10分間、3MPaにて加熱プレスを行い積層体を得た。該積層体を、配線方向に対し垂直な方向で任意に3箇所で切断した。得られた積層体の切断面を目視により観察し、回路基板上の樹脂層への配線埋め込み性について以下の基準で評価した。なお、○及び◎の評価であれば、積層体は高周波基板材料として問題なく機能する。
◎:配線が埋め込まれていない部分がない
○:配線が一部埋め込まれていない
×:配線が埋め込まれていない
(3)耐熱性
積層体を20mm角に切断し、試験片を得た。該試験片を260℃の半田浴上に20秒間フローさせた。かかる操作を別々の試験片を用いて3回繰り返し(n=3)、それぞれの試験片表面の膨れを目視により観察し、以下の基準で評価した。
◎:n=3で膨れなし
○:n=2で膨れなし
×:n=2以上で膨れ発生
(4)耐クラック性
積層体サンプルについて、−65℃〜+150℃の温度範囲で所定回数の冷熱衝撃試験を行った後の外観観察を行い、以下の基準に従って評価した。なお、冷熱衝撃試験は、冷熱衝撃試験装置(エスペック社製、型番TSA−71H−W)により行った。
◎:500サイクル終了後のサンプルで、クラックの発生が確認されない
○:300サイクル終了後のサンプルで、クラックの発生が確認されない
×:300サイクル終了後のサンプルで、クラックの発生が確認される
ベンジリデン(1,3−ジメシチル−4−イミダゾリジン−2−イリデン)(トリシクロヘキシルホスフィン)ルテニウムジクロリド 51部と、トリフェニルホスフィン 79部とを、トルエン 952部に溶解させて触媒液を調製した。これとは別に、シクロオレフィンモノマーとしてテトラシクロドデセン(TCD)100部、連鎖移動剤としてスチレン 0.74部、架橋剤として3,3,5,7,7−ペンタメチル−1,2,4−トリオキセパン(1分間半減期温度205℃)2部、反応性流動化剤としてベンジルメタクリレート 15部、架橋助剤としてトリメチロールプロパントリメタクリレート 20部、難燃剤としてジメチルホスフィン酸アルミニウム 50部、高誘電フィラーとしてチタン酸カルシウム 100部、フェノール系老化防止剤として3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシアニソール 1部を混合してモノマー液を調製した。ここに上記触媒液をシクロオレフィンモノマー100gあたり0.12mLの割合で加えて撹拌し、重合性組成物を調製した。
次に、作製したプリプレグシート6枚を重ね、さらに厚さ12μmのF2銅箔(シランカップリング剤処理電解銅箔、粗度Rz=1,600nm、古河サーキットホイル社製)で、積層したプリプレグシートを挟み、205℃で20分間、3MPaにて加熱プレスを行い、架橋樹脂成形体が積層された積層体を得た。得られた積層体の誘電正接、耐熱性、及び耐クラック性を評価した。一方、配線埋め込み性の評価は、前記(2)配線埋め込み性に記載した方法により別途積層体を得、それを用いて評価した。それらの結果を表1に示す。
シクロオレフィンモノマーをTCD 80部とジシクロペンタジエン 20部に変える以外は実施例1と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表1に示す。
連鎖移動剤をアリルメタクリレートに変える以外は実施例1と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表1に示す。
シクロオレフィンモノマーをTCD 80部とジシクロペンタジエン 20部に変え、かつ連鎖移動剤をアリルメタクリレートに変える以外は実施例1と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表1に示す。
ベンジルメタクリレートの配合量を10部に、トリメチロールプロパントリメタクリレートの配合量を10部に、それぞれ変える以外は実施例1と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表1に示す。
反応性流動化剤をアダマンチルメタクリレートに変える以外は実施例1と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表1に示す。
反応性流動化剤をジシクロペンタニルメタクリレートに変える以外は実施例1と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表1に示す。
反応性流動化剤と架橋助剤とを用いない以外は実施例1と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表1に示す。
反応性流動化剤を用いない以外は実施例1と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表1に示す。
連鎖移動剤をジビニルベンゼン 1.74部に変え、架橋助剤を使用しなかったこと以外は実施例1と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表2に示す。
シクロオレフィンモノマーをTCD 80部とジシクロペンタジエン 20部に変える以外は実施例8と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表2に示す。
連鎖移動剤をアリルメタクリレートに変える以外は実施例8と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表2に示す。
シクロオレフィンモノマーをTCD 80部とジシクロペンタジエン 20部に変え、かつ連鎖移動剤をアリルメタクリレートに変える以外は実施例8と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表2に示す。
ベンジルメタクリレートの配合量を10部に変える以外は実施例8と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表2に示す。
反応性流動化剤をアダマンチルメタクリレートに変える以外は実施例8と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表2に示す。
反応性流動化剤をジシクロペンタニルメタクリレートに変える以外は実施例8と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表2に示す。
ベンジルメタクリレートを用いない以外は実施例7と同様にしてプリプレグ及び積層体を得、各特性を評価した。その結果を表2に示す。
Claims (11)
- 架橋助剤をさらに含有してなる請求項1記載の重合性組成物。
- 反応性流動化剤と架橋助剤との配合割合が、重量比(反応性流動化剤/架橋助剤)で15/85〜70/30の範囲である請求項2記載の重合性組成物。
- 反応性流動化剤がベンジルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート及びジシクロペンタニルメタクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物であり、架橋助剤がトリメチロールプロパントリメタクリレートである請求項2又は3記載の重合性組成物。
- シクロオレフィンモノマーが、架橋性の炭素−炭素不飽和結合を1以上有するシクロオレフィンモノマーを含むものである請求項1〜4いずれか記載の重合性組成物。
- 充填剤をさらに含んでなる請求項1〜5いずれか記載の重合性組成物。
- 充填剤の配合量が、シクロオレフィンモノマー100重量部に対して50重量部以上である請求項6記載の重合性組成物。
- 連鎖移動剤をさらに含んでなる請求項1〜7いずれか記載の重合性組成物。
- 請求項1〜8いずれかに記載の重合性組成物を塊状重合してなる架橋性樹脂成形体。
- 請求項1〜8いずれかに記載の重合性組成物を塊状重合し、架橋してなる架橋樹脂成形体。
- 少なくとも、請求項9に記載の架橋性樹脂成形体、又は請求項10に記載の架橋樹脂成形体を積層してなる積層体。
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