JP2008196101A

JP2008196101A - 石英ガラス不織布の製造方法と製造装置

Info

Publication number: JP2008196101A
Application number: JP2008057603A
Authority: JP
Inventors: Akira Sato; 彰佐藤; Akira Fujinoki; 朗藤ノ木; Takashi Yaguchi; 隆矢口; Kazuhiro Hattori; 和弘服部
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】従来の問題を解決するものであり、石英ガラス繊維を用いた加工性の優れた不織布およびこの不織布を安価に製造することのできる製造方法および装置を提供する。
【解決手段】本発明の石英ガラス不織布の製造方法は、石英ガラスを火炎で吹き飛ばして繊維に形成する工程と、前記吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性のエンドレス走行する網に付着させる工程と、前記網に付着した石英ガラス繊維にバインダーを塗布する工程と、前記バインダーを塗布された石英ガラス繊維を圧縮する工程とにより、石英ガラス不織布を連続的に製造することを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に高周波回路に必要な低誘電率、低誘電正接であるプリント基板に用いられる石英ガラス繊維を用いた不織布の製造方法および製造方法に関するものである。

従来、プリント基板には、ガラスクロスと樹脂の複合材料が使用されており、ガラスクロスとしては、一般的にＥガラスが用いられている。また、半導体素子の高速化、および通信機器、放送機器等の高速大容量伝送の要求が急速に高まっており、半導体素子が実装されるプリント基板等の高周波特性の改善が求められている。これまで、プリント基板には、Ｅガラスが使用されていたが、高周波回路などでは、低損失なＤガラスやＮＥガラスが開発され、使用されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。また、ガラスの中で特に誘電率および誘電正接の小さな石英ガラスが注目されている。

特開平０３−３７１３６号公報

特開平１０−１６７７５９号公報

しかしながら、プリント基板に用いられるこれらＤガラス、ＮＥガラスおよび石英ガラスは、一般的に用いられているＥガラスと比較して値段が高いため、一部の高周波回路に限定されて使用されるにとどまっていた。また、ガラスの中で特に誘電率および誘電正接の小さな石英ガラス繊維は、高価であることに加え、Ｅガラスに比べてプリント基板にした時の加工性が悪いという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、石英ガラス繊維を用いた加工性の優れた不織布を安価に製造することのできる製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明者らは、低誘電率および低誘電正接であるプリント基板を得るために、鋭意検討を行った結果、石英ガラス繊維の径および長さ、石英ガラス不織布の目付および厚さが重要であることを見出した。また、シランカップリング剤をバインダーとすることで、樹脂との親和性を良くし、プリント基板とした時に発泡などの問題を引き起こし難くすることができた。
具体的には、本発明による石英ガラス不織布の製造方法および製造装置は、以下の（１）〜（６）の構成のものである。
（１）石英ガラスを火炎で吹き飛ばして繊維に形成する工程と、前記吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性のエンドレス走行する網に付着させる工程と、前記網に付着した石英ガラス繊維にバインダーを塗布する工程と、前記バインダーを塗布された石英ガラス繊維を圧縮する工程とにより、石英ガラス不織布を連続的に製造する石英ガラス不織布の製造方法。
（２）石英ガラスを火炎で吹き飛ばして繊維に形成する工程と、前記吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性のエンドレス走行する網に付着させる工程と、前記網に堆積した石英ガラス繊維に純水を噴出することで繊維同士を絡合させる工程と、前記絡合させる石英ガラス繊維を圧縮する工程とにより、石英ガラス不織布を連続的に製造する石英ガラス不織布の製造方法。
（３）バインダーとしてシランカップリング剤、アルコキシシラン、エポキシ、ウレタン、SBR(スチレン-ブタジエン重合体)、EVA(エチレン酢酸ビニル)、酢酸ビニル、NBR(アクリロニトリル-ブタジエン重合体)、BR(ポリブタジエン)、MBR(メチルメタクリレート-ブタジエン重合体)、VP(2-ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン重合体)、CR(クロロプレンラテックス)から構成されたぐんから選択された１種のバインダーを用いた上記（１）に記載の石英ガラス不織布の製造方法。
（４）シランカップリング剤が、Ｒｎ−Ｓｉ−Ｘ_4-n の一般式で示されることを特徴とする上記（３）に記載の石英ガラス不織布の製造方法。（ただし、式中Ｒは少なくとも１個の炭素原子を有する炭化水素基であって[アミノ基、エポキシ基などの官能基を含んでもよい]、ｎは１〜３であり、ＸはＯＨ基または加水分解基である。）
（５）石英ガラス長繊維またはロッドを火炎で吹き飛ばして繊維に形成するバーナーと、前記吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性の網に付着させるエアーサクションと、前記網をエンドレス走行させるフィードローラーと、前記網に付着した石英ガラス繊維にバインダーを塗布するスプレーと、前記バインダーを塗布された石英ガラス繊維を圧縮するプレスローラーとを備えた石英ガラス不織布の製造装置。
（６）石英ガラス長繊維またはロッドを火炎で吹き飛ばして繊維に形成するバーナーと、前記吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性の網に付着させるエアーサクションと、前記網をエンドレス走行させるフィードローラーと、前記網に堆積した石英ガラス繊維に純水を噴出することで繊維同士を絡合させるウォータージェットインジェクタと、前記絡合された石英ガラス繊維を圧縮するプレスローラーとを備えた石英ガラス不織布の製造装置。

以上のように、本発明によれば、安価で加工性に優れた低誘電率、低誘電正接を有するプリント基板用の石英ガラス不織布を容易に得ることができる。

本発明の製造方法および製造装置で製造される石英ガラス不織布（以下、本発明の石英ガラス不織布と称することもある）は、用いる石英ガラス繊維の９５％以上の石英ガラス繊維が繊維径Ｄ９５が０．１μｍ以上８０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上、３０μｍ以下、繊維長Ｌ９５が５ｍｍ以上、好ましくは５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、バルク密度が１０ｋｇ／ｍ^３以上４００ｋｇ／ｍ²以下、好ましくは２０ｋｇ／ｍ^３以上４００ｋｇ／ｍ^３以下、厚さが０．０５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする。これらの数値が上記した範囲外であると、加工特性が悪くなり、折り曲げ特性が悪化する。使用する石英ガラス繊維は、断面が円形または楕円形の繊維である。

また、本発明の石英ガラス不織布は、１ＭＨｚから１０ＧＨｚにおける誘電率が３．８以下、１０ＧＨｚにおける誘電正接が２×１０^-1以下であることが好ましい。これらの数値が上記した範囲外であると、プリント基板とした時の高周波特性が低下する。

また、本発明の石英ガラス不織布は、引張り強度が１Ｎ以上であることが好ましい。この数値がこの値以外であると、プリント基板とした時の破断強度や耐久性が低下する。
また、本発明の石英ガラス不織布は、バインダーを使用し、あるいは使用せずに作製することができる。バインダーとしては、シランカップリング剤、アルコキシシラン、エポキシ、ウレタン、SBR(スチレン-ブタジエン重合体)、EVA(エチレン酢酸ビニル)、酢酸ビニル、NBR(アクリロニトリル-ブタジエン重合体)、BR(ポリブタジエン)、MBR(メチルメタクリレート-ブタジエン重合体)、VP(2-ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン重合体)、CR(クロロプレンラテックス)から構成されたぐんから選択された１種のバインダーを用いることができる。この構成により、従来のようなバインダーとカップリング剤の両方を用いることなしに石英ガラス繊維を結合することができる。

また、本発明の石英ガラス不織布においては、シランカップリング剤を用いることが好ましい。使用するシランカップリング剤はＲｎ−Ｓｉ−Ｘ_4-n の一般式で示されることが好ましい（ただし、式中Ｒは少なくとも１個の炭素原子を有する炭化水素基であって[アミノ基、エポキシ基などの官能基を含んでもよい]、ｎは１〜３であり、ＸはＯＨ基または加水分解基である。）。この構成により、樹脂との親和性を良くし、プリント基板とした時に発泡などの問題を抑制することができる。

また、本発明は、上記した石英ガラス不織布を用いたプリント基板であり、耐熱性、耐久性、加工性および高周波特性に優れたプリント基板を実現することができる。作成された石英ガラス不織布は、単層または積層されたものの上に銅箔が熱圧着されて、プリント基板として構成される。

また、本発明は、図１に示すように、石英ガラスを火炎で吹き飛ばして繊維に形成する工程ａと、吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性の網に付着させる工程ｂと、網に付着した石英ガラス繊維にシランカップリング剤を塗布する工程ｃと、シランカップリング剤を塗布された石英ガラス繊維を圧縮する工程ｄとを備えた石英ガラス不織布の製造方法である。この方法により、石英ガラス不織布を安価に製造することができる。

また、本発明は、石英ガラス長繊維またはロッドを火炎で吹き飛ばして繊維に形成するバーナーと、吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性の網に付着させるエアーサクションと、網を搬送するフィードローラーと、網に付着した石英ガラス繊維にシランカップリング剤水溶液を塗布するスプレーと、シランカップリング剤水溶液を塗布された石英ガラス繊維を圧縮するプレスローラーとを備えた石英ガラス不織布の製造装置である。この装置により、石英ガラス不織布を安価に製造することができる。

図２は本実施の形態における石英ガラス不織布を製造するための装置を示す模式図である。図２において、本装置は、原料供給ローラー１により供給された石英ガラス２をバーナー３の火炎で吹き飛ばし、吹き飛ばされて生成された石英ガラスの繊維４を、吹き付けた反対側からエアーサクション５にて吸引することで、エンドレス走行する耐熱性の金網６に付着させ、さらに金網６に堆積した石英ガラス繊維４にスプレー７からバインダーとしてのシランカップリング剤水溶液を塗布した後、プレスローラー８で圧縮することで、不織布９を連続生産する。生産された不織布９は、搬送ローラー１０の位置で分離爪（図示せず）により網６から剥離され、図示されないリールに巻き取られる。なお、金網６の代わりに樹脂製またはセラミック製の網を使用してもよく、網のメッシュは石英ガラス繊維の通過を阻止できればよい。また、バーナー３は、酸水素バーナーまたはプロパンガスバーナーが好適である。このようにして製造された不織布９は、プリプレグ状に裁断したものを重ねて積層板として使用されるか、または単層のまま使用される。
また、上記の例はバインダーを用いた例について説明したが、本石英ガラス不織布はバインダーなしで形成することもできる。
以下、そのための装置について説明する。

本装置は、図５において、原料供給ローラー１により供給された石英ガラス２をバーナー３の火炎で吹き飛ばし、吹き飛ばされて生成された石英ガラスの繊維４を、吹き付けた反対側からエアーサクション５にて吸引することで、エンドレス走行する耐熱性の金網６に付着させ、さらに金網６に堆積した石英ガラス繊維４にウォータージェットインジェクタ１２から純水を噴出することで繊維同士を絡合させ、プレスローラー８で圧縮することで、不織布９を連続生産する。生産された不織布９は、搬送ローラー１０の位置で分離爪（図示せず）により網６から剥離され、図示されないリールに巻き取られる。

以下、本発明の実施例について具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるものであり、限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
図２において、直径０．３ｍｍの石英ガラスロッド２を１２本ずつ２本に束ね、線速度１．８ｍ／ｍｉｎで回転する原料供給ローラー１により６連の酸水素バーナー３の火炎の中に導入するとともに、その上方からエアーサクション５により吸引して排気する。この時、酸水素バーナー３の水素の圧力を２ｋｇ／ｃｍ²、酸素の圧力を８ｋｇ／ｃｍ^２とした。これにより石英ガラスロッド２が溶融して吹き飛ばされ、石英ガラス繊維４となって、搬送ローラー１０により線速度１００ｍｍ／ｍｉｎで移動している金網６に吹き付けられる。金網６に吹き付けられた石英ガラス繊維４にスプレー７により、０．４％の［３−（２−アミノエチル）アミノプロピル］トリメトキシシラン水溶液を塗布し、プレスローラー８にて圧縮する。圧縮された石英ガラス繊維４を乾燥することでサンプル１の石英ガラス不織布９を作成した。得られた石英ガラス不織布９の特性を表１に、誘電率および誘電正接を表２に示した。また、繊維径分布を図３に示した。

表１に示すように、サンプル１による石英ガラス不織布は、バルク密度が１８０ｋｇ／ｍ^３、厚さが０．０６ｍｍ、平均繊維径が５μｍであり、１ＭＨｚにおける誘電率が３．６であり、１０ＧＨｚにおける誘電率が３．７であり、１ＭＨｚにおける誘電正接が９×１０^-５、１０ＧＨｚにおける誘電正接が１×１０^-４である。

次いで、酸水素バーナー３の水素の圧力を２ｋｇ／ｃｍ^２、酸素の圧力を２ｋｇ／ｃｍ^２とした以外は、サンプル１と同様にしてサンプル２の石英ガラス不織布を作成した。得られた石英ガラス不織布の特性を表１に、誘電率および誘電正接を表２に示した。また、繊維径分布を図４に示した。

表１に示すように、サンプル２による石英ガラス不織布は、バルク密度が３０ｋｇ／ｍ^３、厚さが２ｍｍ、平均繊維径が１０μｍであり、酸水素バーナー３の吹き付け圧力を弱くすることにより、バルク密度、厚さおよび平均繊維径が大きくなることが分かる。また、１ＭＨｚにおける誘電率が３．６５、１０ＧＨｚにおける誘電率が３．７２であり、１ＭＨｚにおける誘電正接が１．０×１０^-４、１０ＧＨｚにおける誘電正接が２×１０^-４であり、誘電率は実施例１と大差がないものの、誘電正接は変化している。また、酸素と水素の圧力を種々変え、サンプル３〜７の石英ガラス不織布を作製した。それぞれの特性を表３に示した。

繊維径９μｍの石英ガラス長繊維２００本をヤーンとし、それを縦糸４４本／２５ｍｍ、横糸３２本／２５ｍｍの平織りのガラスクロス（サンプル８）を作成した。

加工性評価
本発明の範囲内のサンプル１〜２においては、総合判定がともにＡであった。これにより、本発明の効果が明らかである。
上記石英ガラス不織布において、バインダーとして、エポキシ樹脂を用いたサンプルを作成し、ドリル加工性評価を行ったところ、表３のような結果であった。

実施例１の場合と同様に、直径０．３mmの石英ガラスロッド２を１２本ずつ２本に束ね、線速度１．８m／minで回転する原料供給ローラー１により６連のプロパンバーナー１４の火炎の中に導入するとともに、その上方からエアーサクション５により吸引して排気する。この時、プロパンバーナーのプロパンの圧力を２kg／cm²、酸素の圧力を８kg／cm²とした。これにより石英ガラスロッド２が溶融して吹き飛ばされ、石英ガラス繊維４となって、搬送ローラー１０により線速度１００mm／minで移動している金網６に吹き付けられる。金網６に吹き付けられた石英ガラス４にウォータージェットインジェクタ１２（図５）より純水を噴出して石英ガラス繊維を絡合させ、プレスローラー８にて圧縮する。圧縮された石英ガラス繊維４を乾燥することでサンプル９〜１５の石英ガラス不織布９を作成した。
これらのサンプル９〜１５の構造的特性を表４に、電気的特性を表５に、ドリル加工性試験の結果を表６に示した。これらの表から分かるように、上記実施例１の場合と、ほぼ同様の結果が得られた。

本発明の実施の形態における石英ガラス不織布の製造方法の工程図である。本発明の実施の形態における石英ガラス不織布の製造装置の模式図である。サンプル１の石英ガラス不織布の繊維径分布を示す特性図である。サンプル２の石英ガラス不織布の繊維径分布を示す特性図である。本発明の実施の形態における石英ガラス不織布の製造装置の変形例の模式図である。

符号の説明

１原料供給ローラー
２石英ガラスロッド
３酸水素バーナー
４石英ガラス繊維
５エアーサクション
６金網
７スプレー
８プレスローラー
９石英ガラス不織布
１０網搬送ローラー

Claims

石英ガラスを火炎で吹き飛ばして繊維に形成する工程と、前記吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性のエンドレス走行する網に付着させる工程と、前記網に付着した石英ガラス繊維にバインダーを塗布する工程と、前記バインダーを塗布された石英ガラス繊維を圧縮する工程とにより、石英ガラス不織布を連続的に製造する石英ガラス不織布の製造方法。
石英ガラスを火炎で吹き飛ばして繊維に形成する工程と、前記吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性のエンドレス走行する網に付着させる工程と、前記網に堆積した石英ガラス繊維に純水を噴出することで繊維同士を絡合させる工程と、前記絡合させる石英ガラス繊維を圧縮する工程とにより、石英ガラス不織布を連続的に製造する石英ガラス不織布の製造方法。
バインダーとしてシランカップリング剤、アルコキシシラン、エポキシ、ウレタン、SBR(スチレン-ブタジエン重合体)、EVA(エチレン酢酸ビニル)、酢酸ビニル、NBR(アクリロニトリル-ブタジエン重合体)、BR(ポリブタジエン)、MBR(メチルメタクリレート-ブタジエン重合体)、VP(2-ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン重合体)、CR(クロロプレンラテックス)から構成されたぐんから選択された１種のバインダーを用いた請求項１に記載の石英ガラス不織布の製造方法。
シランカップリング剤が、Ｒｎ−Ｓｉ−Ｘ_4-n の一般式で示されることを特徴とする請求項３に記載の石英ガラス不織布の製造方法。（ただし、式中Ｒは少なくとも１個の炭素原子を有する炭化水素基であって[アミノ基、エポキシ基などの官能基を含んでもよい]、ｎは１〜３であり、ＸはＯＨ基または加水分解基である。）
石英ガラス長繊維またはロッドを火炎で吹き飛ばして繊維に形成するバーナーと、前記吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性の網に付着させるエアーサクションと、前記網をエンドレス走行させるフィードローラーと、前記網に付着した石英ガラス繊維にバインダーを塗布するスプレーと、前記バインダーを塗布された石英ガラス繊維を圧縮するプレスローラーとを備えた石英ガラス不織布の製造装置。
石英ガラス長繊維またはロッドを火炎で吹き飛ばして繊維に形成するバーナーと、前記吹き飛ばされた石英ガラスの繊維を耐熱性の網に付着させるエアーサクションと、前記網をエンドレス走行させるフィードローラーと、前記網に堆積した石英ガラス繊維に純水を噴出することで繊維同士を絡合させるウォータージェットインジェクタと、前記絡合された石英ガラス繊維を圧縮するプレスローラーとを備えた石英ガラス不織布の製造装置。