JP2007009089A - プリプレグ、積層板及びプリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】 シート状の無機繊維織布を基材として用いても、スルーホールを容易に形成でき、しかも、厚み方向の熱伝導率を高めて、全体的な放熱特性を高めることができるプリプレグ並びに当該プリプレグを用いた積層板及びプリント配線板を提供する。
【解決手段】 無機繊維織布として、熱伝導率が２０W／m・K以上である絶縁性無機材料からなる高熱伝導性物質を含む繊維から形成されるものを用いる。フィラとして、熱伝導率が２０W／m・K以上のものを用いる。熱硬化性樹脂として、プリプレグの層を加熱加圧成形した層の熱伝導率が４W／m・K以上になるものを用いる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、プリプレグ並びに当該プリプレグを用いた積層板及びプリント配線板に関するものである。

近年、各種電気・電子機器製品の小型軽量化に伴いプリプレグを用いた積層板も様々な特性が求められている。特に、パソコンなどの高密度実装機器、自動車のエンジンルーム等に積層板がプリント配線板の絶縁層として用いられる場合は、実装部品、あるいは周囲部品の発熱によってプリント配線板が高温状態に晒されるため、樹脂が劣化したり、実装部品の機能が低下する。

特に、自動車の場合、エンジンの発熱、オートマチックトランスミッションおよびブレーキ系の摩擦に伴う発熱に晒されることになる。高温気象下での登坂走行や渋滞運転時においては、より厳しい熱に晒されることになる。最近の高度に電子化された車の制御システムでは、電子デバイスやユニットの耐久性や動作特性は、使用環境の影響を受ける。また、電子制御機器が自動車全体の信頼性に及ぼす影響は重大である。このため、積層板をプリント配線板の絶縁層としてエンジンルームに配置する場合には、積層板の耐熱性及び熱放出性が大きな課題となっている。
更に、実装部品そのものの性能も向上しており、発熱量も急速に増大している。そのような状況に対応するためにも、積層板の放熱性を向上させることは、大きな課題となっている。

このような放熱性を向上させるために、例えば、特開平８−１６７７７５号公報（特許文献１）に示されるように、エポキシ樹脂からなる絶縁接着シートに熱伝導性の高い金属板を貼り付けた積層板が提案されている。また、特開２０００−１５７４６号公報（特許文献２）に示されるように、窒化アルミニウムの短繊維を漉き込んだガラス繊維のシート状不織布からなる基材にエポキシ樹脂のワニスを含浸して放熱性の高い銅張り積層板を得ることが提案されている。

特開平８−１６７７７５号公報 特開２０００−１５７４６号公報

しかしながら、特許文献１のように、絶縁接着シートに熱伝導性の高い金属板を貼り付けた積層板では、スルーホールを形成するときに金属板の絶縁処理が煩雑になる。また、絶縁接着シートの存在により積層板の厚み方向の放熱性を高めることができなかった。

また、特許文献２のように、窒化アルミニウムの短繊維を漉き込んだガラス繊維のシート状不織布からなる基材にエポキシ樹脂のワニスを含浸した銅張り積層板では、ガラス繊維の不織布を形成する際に窒化アルミニウムの短繊維を漉き込むため、基材を不織布から形成する場合には応用できるものの、基材を織布から形成する場合には応用できない。

本発明の目的は、シート状の無機繊維織布を基材として用いても、スルーホールを容易に形成でき、しかも、厚み方向の熱伝導率を高めて、全体的な放熱特性を高めることができるプリプレグ並びに当該プリプレグを用いた積層板及びプリント配線板を提供することにある。

本願発明が改良の対象とするプリプレグは、シート状の無機繊維織布からなる基材に、絶縁性の無機材料からなるフィラと熱硬化性樹脂とを含むワニスが含浸されて構成されている。本発明では、熱伝導率が２０W／m・K以上の絶縁性無機材料からなる高熱伝導性物質を含む繊維から無機繊維織布が形成されている。また、フィラとして、熱伝導率が２０W／m・K以上のものを用い、熱硬化性樹脂として、プリプレグを加熱加圧成形した層の熱伝導率が４W／m・K以上になるものを用いる。

不織布からなる基材は、空隙が多く、熱伝導率の高いフィラを熱硬化性樹脂と共に、基材内部まで含浸させることができる。そのため、厚み方向の熱伝導率が面方向に比べ極端に低くなるようなことはない。これに対して、織布からなる基材は、空隙が少ないため、基材内部にまで熱伝導率の高いフィラを含浸させることが困難である。そこで、本発明では、無機繊維織布として、熱伝導率が２０W／m・K以上の高熱伝導性物質を含む繊維から形成されたものを用いることにより、無機繊維織布の熱伝導率を高めた。これにより、熱硬化性樹脂との熱伝導率の差が減少して、厚み方向の熱伝導率が高まり、プリプレグ全体の熱伝導率を高めることができる。なお、従来のように金属板を用いないので、スルーホールを容易に形成することができる。

高熱伝導性物質としては、アルミナを用いることができる。その場合は、無機繊維織布として、アルミナとシリカとが質量比８：２〜６：４の組成のアルミナ−シリカ繊維からなる織布を用いることができる。８：２の割合を超えてアルミナが増えると繊維の柔軟性が低下し織布として構成することが難しくなる問題がある。６：４の割合を超えてアルミナの量が減ると、基材の厚み方向の熱伝導率を高めることができない。

また、フィラは、板状晶の窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化金属からなるものを用いることができる。板状晶の窒化金属は、粒子の厚さ方向が複合材料の厚さ方向に一致するように配向するため、球状や塊状の無機充填材に比べ、面方向の熱伝導率を高めることができる。このフィラは、熱硬化性樹脂とフィラの合計を１００体積部として２０〜５０体積部含有させればよい。２０体積部を下回ると、熱硬化性樹脂の熱伝導率を高めることができない。５０体積部を上回ると、粘度が高くなりすぎてワニスの含浸が困難となり、プリプレグが作れなくなる。

また、熱硬化性樹脂は、下記の化学式で示されるビフェニル含有エポキシ樹脂モノマと硬化剤とから生成されたものを用いればよい。

硬化剤としては、例えば、アミン化合物やその誘導体、酸無水物、イミダゾールやその誘導体、フェノール類又はその化合物や重合体などを用いることができる。また、エポキシ樹脂モノマと硬化剤の反応を促進するために、硬化促進剤を使用することもできる。硬化促進剤は、例えば、トリフェニルホスフィン、イミダゾールやその誘導体、三級アミン化合物やその誘導体などを用いることができる。

無機材料からなるフィラは、例えば、窒化金属以外では、アルミナ等を用いることができる。
ワニスには、そのほか必要に応じて難燃剤や希釈剤、可塑剤、カップリング剤等を配合することができる。

本発明のプリプレグ１枚以上を加熱加圧して成形された積層板及び該積層板を絶縁層として備えるプリント配線板では、厚み方向の熱伝導率が高まるため、高温雰囲気下での使用が予想される自動車機器用のプリント配線板、パソコン等の高密度実装プリント配線板に好適である。

本発明によれば、無機繊維織布として、熱伝導率が２０W／m・K以上の高熱伝導性物質を含む繊維から形成されたものを用いるので、無機繊維織布の熱伝導率を高めることができる。これにより、熱硬化性樹脂との熱伝導率の差が減少して、厚み方向の熱伝導率が高まり、プリプレグ全体の熱伝導率を高めることができる。なお、従来のように金属板を用いないので、スルーホールを容易に形成することができる。

以下、試験に用いた実施例及び比較例のプリプレグ及び積層板について説明する。尚、以下の実施例および比較例において、「部」とは「質量部」を意味する。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、本実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜３）
最初に、次のようにしてワニスを作った。まず、ジャパンエポキシレジン株式会社からＹＬ６１２１Ｈ（エポキシ当量１７５）の製品名で販売されているビフェニル型エポキシ樹脂モノマ１００部と和光純薬株式会社製のメチルエチルケトン１００部とを加え、１００℃に加熱して溶融させてから、室温に戻した。尚、「ＹＬ６１２１Ｈ」は、下記分子構造式において、Ｒ＝−ＣＨ_３，ｎ＝０．１であるエポキシ樹脂モノマとＲ＝−Ｈ，ｎ＝０．１であるエポキシ樹脂モノマを等モルで含有するエポキシ樹脂モノマである。

次に、和光純薬株式会社から１，５−ＤＡＮ（１，５−ジアミノナフタレン，アミン当量４０）の製品名で販売されている硬化剤２１部とメチルエチルケトン１００部とを前述のエポキシ樹脂モノマの溶質に添加し、１００℃に加熱して溶解させてから、室温に戻した。そして、この組成物をよく撹拌した。
次に、この組成物に、平均粒径８μｍの板状晶の窒化ホウ素（電気化学工業株式会社製）からなるフィラをそれぞれ６９部（熱硬化性樹脂とフィラの合計を１００体積部として２０体積部相当、実施例１）、１１８部（同３０体積部相当、実施例２）、２７４部（同５０体積部相当、実施例３）を添加し、十分に混錬して均質なワニスを生成した。なお、ここで用いるフィラは、２０W／m・K以上の熱伝導率を有している。
次に、これらのワニスを、厚さ０．２mmのアルミナ−シリカ繊維（アルミナとシリカの質量比割合が８：２のニチビ株式会社製の繊維）からなる織布にそれぞれ含浸し、加熱乾燥してプリプレグを得た。アルミナ−シリカ繊維の熱伝導率は２０W／m・K以上である。
これらのプリプレグ４枚を重ね、温度１７５℃、圧力４ＭＰａの条件で９０分間加熱加圧形成して一体化し、厚さ０．８mmの実施例１〜３の積層板を得た。この積層板は、４W／m・K以上の熱伝導率を有している。

（実施例４）
実施例２で用いたものと同じワニス（板状晶の窒化ホウ素が３０体積部相当）を、厚さ０．２mmのアルミナ−シリカ繊維（アルミナとシリカの質量割合が６：４のニチビ株式会社製の繊維）からなる織布に含浸してから加熱乾燥してプリプレグを得た。以下実施例２と同様にして実施例４の積層板を得た。

（比較例１）
実施例２で用いたものと同じワニス（板状晶の窒化ホウ素が３０体積部相当）をガラス繊維織布（旭シュエーベル株式会社製）に含浸し、加熱乾燥させてプリプレグを得て、その他は実施例２と同様にして比較例１の積層板を得た。

（比較例２）
実施例２で用いたものと同じワニス（板状晶の窒化ホウ素が３０体積部相当）を、厚さ０．２mmのアルミナ−シリカ繊維（アルミナとシリカの質量割合が５：５のニチビ株式会社製の繊維）からなる織布に含浸し、加熱乾燥させてプリプレグを得て、その他は実施例２と同様にして比較例２の積層板を得た。

（比較例３）
無機材料からなるフィラとして球状の窒化ホウ素（昭和電工株式会社製）を１１８部（球状の窒化ホウ素が３０体積部相当）添加し、その他は、実施例２と同様にして比較例３の積層板を得た。

（比較例４）
無機材料からなるフィラを添加せず、それ以外は実施例２と同様にして比較例４の積層板を得た。

（比較例５）
熱硬化性樹脂として、ジャパンエポキシレジン株式会社からＥｐ８２８（エポキシ当量１８５）の製品名で販売されているビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用い、その他は実施例２と同様にして比較例５の積層板を得た。

（比較例６）
板状晶の窒化ホウ素からなるフィラを３０部（板状晶の窒化ホウ素が１０体積部相当）用い、その他は実施例２と同様にして比較例６の積層板を得た。

（比較例７）
板状晶の窒化ホウ素からなるフィラを４１２部（板状晶の窒化ホウ素が６０体積部相当）用い、その他は実施例２と同様にして比較例７の積層板を得た。

（試験）
次に、上記各積層板から５０mm×１２０mmの板状試料を切り出し、熱線法（JIS R 2618）に準拠して平面方向の熱伝導率の測定を室温で行った。また、上記各積層板から１０mm×１０mmの板状試料を切り出し、レーザフラッシュ法（JIS R 1611）に準拠して厚み方向の熱伝導率の測定を室温で行なった。表１は、実施例１〜５の測定結果を示しており、表２は、比較例１〜６の測定結果を示している。

表１及び表２より、無機繊維織布がアルミナを主成分とする高熱伝導性物質を繊維中に６０質量％以上含み、板状晶の窒化金属からなるフィラが熱硬化性樹脂とフィラを１００体積部として２０〜５０体積部含有され、前述の化学式で示されるエポキシ樹脂モノマを使用する実施例１〜５の積層板は、無機繊維織布のアルミナ含有量が６０質量％を下回る比較例１及び２、フィラとして球状の窒化ホウ素を用いる比較例３、フィラを添加しない比較例４、前述の化学式以外のエポキシ樹脂を用いる比較例５並びにフィラを１０体積部用いる比較例６の積層板に比べて厚み方向の熱伝導率が高いのが分かる。また、フィラを６０体積部用いる比較例７では、フィラの増粘効果により粘度が高くなりすぎてワニスの含浸が困難となり、プリプレグの作製ができなかった。

また、表１より、フィラの含有量が増すにつれ、厚み方向の熱伝導率が増加するのが分かる。また、無機繊維織布のアルミナの含有量が低い実施例４の積層板では、フラッシュ法で求める厚み方向の熱伝導率が特に低下するのが分かる。

Claims (4)

1. シート状の無機繊維織布からなる基材に、絶縁性の無機材料からなるフィラと熱硬化性樹脂を含むワニスが含浸されてなるプリプレグにおいて、
   前記無機繊維織布は、熱伝導率が２０W／m・K以上の絶縁性無機材料からなる高熱伝導性物質を含む繊維から形成されており、
   前記フィラとして、熱伝導率が２０W／m・K以上のものを用い、
   前記熱硬化性樹脂として、プリプレグを加熱加圧成形した層の熱伝導率が４W／m・K以上になるものを用いることを特徴とするプリプレグ。
2. 前記高熱伝導性物質は、アルミナからなり、
   前記無機繊維織布は、前記アルミナとシリカとが質量比８：２〜６：４の組成のアルミナ−シリカ繊維からなる織布であり、
   前記フィラは、板状晶の窒化金属からなり、
   前記フィラは、前記熱硬化性樹脂とフィラの合計を１００体積部として２０〜５０体積部含有されており、
   前記熱硬化性樹脂は、下記化学式で示されるエポキシ樹脂モノマと硬化剤とから生成されたものであることを特徴とする請求項１記載のプリプレグ。
   

   
3. 請求項１または２に記載のプリプレグ１枚以上が加熱加圧されて成形された積層板。
4. 請求項３に記載の積層板を絶縁層として備えることを特徴とするプリント配線板。