JP2024002776A - シート、プリント基板用基材及びシートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
下記成分(A)~(B)を含むシートであって、前記シートの破断伸び率が150%超である、シート。
(A)フッ素樹脂
(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材
【選択図】図4
Description
これらの使用用途との関係で、フッ素樹脂シートの電気的特性、熱的特性等の各種特性は十分でないことがあるため、これらの特性の改善を目的として、フッ素樹脂と充填剤とを混合して用いることが行われている(特許文献1~4)。
1.下記成分(A)~(B)を含むシートであって、前記シートの破断伸び率が150%超である、シート。
(A)フッ素樹脂
(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材
2.前記シートの所定厚さが、25~300μmである、1に記載のシート。
3.前記充填材の平均粒子径が、0.1~10μmである、1又は2に記載のシート。
4.前記充填材の配合割合が、20~50体積%である、1~3のいずれかに記載のシート。
5.前記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン(PTFE)又は変性PTFEである、1~4のいずれかに記載のシート。
6.前記充填材が、アルミナ、酸化チタン、シリカ、硫酸バリウム、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化珪素、ガラスファイバー、ガラスビーズ、及びマイカからなる群から選択される一以上である、1~5のいずれかに記載のシート。
7.前記シートの熱膨張率が100ppm/℃未満である、1~6のいずれかに記載のシート。
8.前記シートに存在する直径50μm以上の貫通孔の数が、該シートの表面積100cm2当たり25個以下である、1~7のいずれかに記載のシート。
9.1~8のいずれかに記載のシートを含むプリント基板用基材。
10.下記成分(A’)~(B)を混合して原料組成物を調製する工程と、
前記原料組成物を円筒形に成形した成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼成する工程と、
前記焼成された成形体の表面をスカイブ加工してシート状に形成する工程と、を含む、シートの製造方法。
(A’)前記シートの所定厚さに対して、50%以下の平均粒子径であるフッ素樹脂
(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材
11.前記シートの所定厚さが、25~300μmである、10に記載のシートの製造方法。
12.前記フッ素樹脂粒子の平均粒子径が、0.1~10μmである、10又は11に記載のシートの製造方法。
13.前記充填材の平均粒子径が、0.1~10μmである、10~12のいずれかに記載のシートの製造方法。
14.前記充填材の配合割合が、20~50体積%である、10~13のいずれかに記載のシートの製造方法。
15.前記原料組成物を調製する工程が、前記(A’)前記シートの所定厚さに対して、50%以下の平均粒子径であるフッ素樹脂及び前記(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材とを溶媒中に分散させた原料含有溶液から前記溶媒を除去することを含む、10~14のいずれかに記載のシートの製造方法。
16.前記原料組成物を調製する工程が、前記(A’)前記シートの所定厚さに対して、50%以下の平均粒子径であるフッ素樹脂と前記(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材とを乾式混合する工程である、10~14のいずれかに記載のシートの製造方法。
17.10~16のいずれかに記載の製造方法により得られた、シート。
本発明の一態様に係るシートは、下記成分(A)~(B)を含むシートであって、前記シートの破断伸び率が150%超である。
(A)フッ素樹脂
(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材
シートとは、厚みに関わらず、平面をなす一面とその裏面である他面を有しており、帯状、平板状等の形状で構成されることができ、例えば、フィルム、テープを含む。
また、本発明者らは、以下の点を見出した。即ち、シートの製造原料組成物中の充填材51の粒径と、原料のフッ素樹脂の粒子50の粒径とに大きな差があると(図1(a)参照)、該充填材51の配合量の増大に伴い、原料組成物中で、小粒径の充填材51が大粒径のフッ素樹脂の粒子50の隙間に侵入して充填材51がフッ素樹脂の粒子50の間で凝集し、目的とするシートの厚さに近い大きさまで増大した粒子径を有する充填材51の凝集体が生じ易くなる(図1(b)参照)。この凝集体を含む原料組成物を焼成すると、フッ素樹脂の粒子50は溶融して一体のマトリックスとなるが、充填材51の凝集体はそのまま残る。その結果、焼成された成形体をスカイブ加工して、100μm程度の薄いシート状に成形すると、成形体中に充填材51の凝集体が存在することによって、シートに貫通孔(ピンホール)が発生することを見出した。
なお、スカイブ加工とは、図3に示すように、樹脂粉末の圧縮成形体を焼成したビレット10を回転させながら、ビレット10の表面に切削刃20を当てて薄く連続的にシート30を削り出す方法をいう。
本態様のシートは、原料として上記所定の粒子径を有する充填材51と、充填材51の粒子径と同程度まで小粒径化したフッ素樹脂の粒子50’とを混合し、フッ素樹脂の粒子50’と充填材51とを均一に分散させた原料組成物(図2(b)参照)を用いることで得ることができる。フッ素樹脂の粒子50’と充填材51とが原料組成物中で均一に分散していることで、充填材の配合量を増大させた場合でも、フッ素樹脂の粒子50’の隙間に充填材51が侵入して凝集体が生成する現象(図1の(b)の状態)を抑制できる。凝集体の発生が抑えられることで、該原料組成物を焼成した成形体をスカイブ加工して得られる薄いシートにおいて、貫通孔(ピンホール)の発生が抑制される。このため、スカイブ加工して得られるシートが、高い熱的安定性(低熱膨張性)を有し、かつ高い伸び特性を有する。
フッ素樹脂の粒子50’を、充填材51の粒子径と同程度まで小粒径化する方法は、シートの製造方法で詳述する。
フッ素樹脂としては、一般に用いられているものを特に限定なく使用できるが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が好ましい。ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)は、テトラフルオロエチレンの単独重合体である。
上記パーフルオロアルキルビニルエーテルとしては、下記式(1)で表されるパーフルオロアルキルビニルエーテルが挙げられる。
CF2=CF-ORf (1)
(式(1)中、Rfは炭素数1~10(好ましくは炭素数1~5)のパーフルオロアルキル基、又は下記式(2)で表されるパーフルオロ有機基である。)
フッ素樹脂の含有量が下限値以上であれば、シートとして良好な強度が得られる。
また、フッ素樹脂の含有量が上限値以下であれば、シート中に含まれる充填材により熱膨張率が低く抑えられ、優れた熱的安定性が得られる。
本態様のシートは充填材を含む。当該充填材としては、アルミナ、酸化チタン、シリカ、硫酸バリウム、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化珪素、ガラスファイバー、ガラスビーズ、マイカが挙げられる。
充填材としては、シートに高い熱的安定性(低熱膨張性)を付与する観点から、シリカ、窒化ホウ素、アルミナを好適に用いることができる。これら充填材は、1種又は2種以上を使用できる。
また、シート中に含まれる充填材の含有量は、50体積%以下であることが好ましく、48質量%以下であってもよく、45質量%以下であってもよく、40質量%以下であってもよく、30質量%以下であってもよい。
シート中における充填材の含有量が下限値以上であれば、シートの熱膨張率が例えば100ppm/℃以下と小さい値に抑えられ、熱的安定性に優れる。
また、シート中における充填材の含有量が上限値以下であれば、シートとしての強度を十分に保つことができ、良好なハンドリング性が得られる。
充填剤の平均粒子径が上記範囲であることにより、充填材粒子同士の凝集を抑制でき、粗大粒子の割合を低減できるため、シートにおける貫通孔(ピンホール)の発生を抑制でき、優れた伸び特性が得られる。
一実施形態において、シートはさらに、任意成分を含んでもよい。任意成分としては、特に限定されないが、例えば難燃剤、難燃助剤、顔料、酸化防止剤、反射付与剤、隠蔽剤、滑剤、加工安定剤、可塑剤、発泡剤等が挙げられる。
この場合、シート中の任意成分の合計含有量としては、20質量%以下、10質量%以下、又は5質量%以下であってもよい。
ポリテトラフルオロエチレン又は変性ポリテトラフルオロエチレン;
及びアルミナ、酸化チタン、シリカ、ガラスファイバー、ガラスビーズ及びマイカから選択される1種類以上の充填材からなってもよい。
本発明の一態様に係るシートは、所定の厚さを有するが、厚さが25~300μmの範囲であることが好ましい。当該厚さのフッ素樹脂及び充填材を主成分とするシートを製造可能な方法としては、スカイブ加工が挙げられる。スカイブ加工及び本発明の一態様に係るシートの製造方法の詳細については後述する。
フッ素樹脂及び充填材を主成分とする単体のシートの製造方法として、塗布法、押出成形、圧延等が知られている。しかしながら、例えば塗布法でシートを製造する場合、シートの厚さは一般に25μmが限界であり、それよりシート厚さを大きくしようとすると、重ね塗りが必要となり工程が煩雑となる。
また、押出成形又は圧延による方法でシートを製造する場合、得られるシートの厚さは通常、1mmレベルの厚いものであり、25~300μmの厚さのシートを押出成形又は圧延による方法で得ることは困難である。
シートの厚さが25μm以上であることで、シートとしての強度を十分に保つことができ、良好なハンドリング性が得られる。
また、シートの厚さが300μm以下であることで、十分な可撓性が得られる。
なお、本明細書において「シートの厚さ」とは、シート中の任意の10点の位置で測定した厚さの平均値を意味する。
破断伸び率は、実施例に記載の方法により測定する。
熱膨張率は、実施例に記載の方法により測定する。
貫通孔(ピンホール)の数は、実施例に記載の方法により測定する。
本発明の一態様に係るプリント基板用基材は、上記本発明の一態様に係るシートを含む。
フッ素樹脂は耐熱性、絶縁性に優れるため、例えば耐熱絶縁テープ等の耐熱材料やプリント基板材料としての応用も期待されている。しかしながら、スカイブ加工により製造した従来のフッ素樹脂シートは、加熱等により熱収縮し易く、寸法安定性が悪いため、例えば他の材料との接合等の加工処理を行いにくいという問題があった。
これに対し本発明の一態様に係るシートは、フッ素樹脂マトリックス中に充填材粒子が均一分散されていることで、熱収縮が抑制され、寸法安定性も向上しており、従来のフッ素樹脂シートに比べて、他の材料との接合等の加工処理が容易であるという利点を有する。
本発明の一態様のシートを用いたプリント基板用基材の例としては、該シート上に銅箔等の金属箔を積層したものが挙げられる。
本発明の一態様に係るシートの製造方法は、下記(1)~(4)の工程を含む:
(1)下記成分(A’)~(B)
(A’)前記シートの所定厚さに対して、50%以下の平均粒子径であるフッ素樹脂
(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材
を混合して原料組成物を調製する工程
(2)原料組成物を円筒形に成形した成形体を形成する工程
(3)成形体を焼成する工程
(4)焼成された成形体の表面を切削してシート状に形成するスカイブ加工処理を行う工程
成分(A’)のフッ素樹脂としては、前述したシートの項目で説明した成分(A)のフッ素樹脂を用いることができる。
上記した平均粒子径の範囲にあるフッ素樹脂粒子を用いることで、充填材粒子とフッ素樹脂粒子とが均一に分散した原料組成物が得られる。
フッ素樹脂粒子の平均粒子径は、0.1μm以上であってもよく、0.2μm以上、1μm以上、又は5μm以上であってもよい。
また、フッ素樹脂粒子の平均粒子径は、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。
充填材は粒子形状を有し、その平均粒子径の好適な範囲及びその理由は、前述したシートの項目で説明した、充填材粒子の平均粒子径の好適な範囲及びその理由と同様である。
原料組成物の調製に用いる充填材粒子の平均粒子径は、フッ素樹脂粒子の平均粒子径と同様の方法により測定することができる。
この場合、分散媒中に分散するフッ素樹脂の粒子が、成分(A’)(平均粒子径が前記シートの所定厚さに対して、50%以下であるフッ素樹脂粒子)に相当する。
成分(B)を添加した分散液の攪拌時間は、特に限定されないが、例えば1~20分間であってもよく、2~18分間であってもよい。
また、乾燥後に得られた混合粉末の攪拌時間は、特に限定されないが、例えば1~15分間であってもよく、2~10分間であってもよい。
二次粒子を解砕する方法としては、特に限定されないが、例えば混合粉砕機、気流粉砕機、凍結粉砕機等の粉砕機を用いる方法が挙げられる。
乾式混合における成分(A’)と成分(B)との攪拌時間は、特に限定されないが、例えば1~15分間であってもよく、2~10分間であってもよい。
任意成分の配合量の好適な範囲は、前述したシートの項目で説明した、任意成分の含有量の好適な範囲と同様の範囲とすることができる。
上記原料組成物を円筒形に成形して成形体を形成する。成形体を形成する方法としては、例えば、上記原料組成物を金型に充填し、圧縮成形して円筒形の圧縮成形体を形成する方法が挙げられる。
面圧は、10~100MPaであってもよく、20~60MPaであってもよく、30~50MPaであってもよい。
成分(A’)と成分(B)とを混合した原料組成物を圧縮成形することで、フッ素樹脂の粒子と充填材とが均一に分散した圧縮成形体が得られる(図2(b)参照)。
得られた圧縮成形体を焼成し、ビレットを得る。焼成温度は100~400℃であってもよく、350~370℃であってもよく、360~370℃であってもよい。
得られるビレットは、原料粉末の焼成物が集積してなる成形体として得られる。
成形体を焼成することにより、成形体中の個々のフッ素樹脂粒子は溶融して一体となったマトリックス中に充填材粒子が均一に分散した状態になる。
成分(A’)と成分(B)とを混合した原料組成物の圧縮成形体を焼成することで、充填材の凝集体が生成するのを抑制でき、粗大粒子の少ない、良好なビレットが得られる。
次に、焼成した成形体であるビレットの表面を切削してシート状にするスカイブ加工処理を行う。
図3に示すように、ビレット(成形体)が円筒体である場合、焼成した円筒体の長手方向外周表面に切削刃を当てて切削してシート状にする。
図3において、焼成したビレット(円筒体)10を回転させ、切削刃(バイト)20で切削してシート30とする。
製造例1
PTFEディスパージョン(PTFE粒子が溶媒中に分散した分散液)、及び充填材としての球状シリカ(平均粒子径1μm)を、PTFEディスパージョンに含まれるPTFE粒子と球状シリカとの体積比がPTFE粒子:球状シリカ=6:4の割合となるように混合し、撹拌機を用いて、回転速度300~500rpmで5~15分間攪拌混合して、原料含有溶液を得た。
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末(平均粒子径400μm)を解砕し、平均粒子径5μmのPTFE粉末を得た。
PTFE粉末(平均粒子径400μm)、及び充填材(フィラー)としての球状シリカ(平均粒子径1μm)とを、体積比でPTFE粉末:球状シリカ=6:4の割合で混合し、回転羽根つき撹拌機を用いて回転速度3000~4000rpmで3~7分間混合して、PTFE粉末(平均粒子径:400μm)と球状シリカ(平均粒子径:1μm)とを含有する原料組成物3を得た。
<ビレットの作製>
600gの原料組成物1を円筒形状金型に充填して、上部からプレス圧力30MPaで3分間圧縮成形し、円筒状の予備成形体(外径67mm×内径33mm)を得た。得られた予備成形体を焼成炉に投入して365℃で6時間焼成した。
得られた円筒状焼成体(外径67mm×内径33mm)を図3に示す装置で切削速度8m/min、狙い厚さ100μmでスカイブ加工し、100μm厚のシートを製造した。
原料組成物1に代えて、原料組成物2を用いた他は、実施例1と同様にしてシートを作製した。
原料組成物1に代えて、原料組成物3を用いた他は、実施例1と同様にしてシートを作製した。
充填材を含んでいないPTFEシート(「TOMBONo9001」、ニチアス株式会社社製)を準備した。
(充填材の分散状態)
実施例2及び比較例1で得られたシートの任意の表面領域について、エネルギー分散型X線分析装置(堀場製作所社製、「E-Max N」)を用いて、加速電圧15kVで元素マッピング分析を実施した。
実施例2及び比較例1のシートの元素マッピング分析の結果をそれぞれ図4及び図5に示す。
一方、図5に示す元素マッピング分析の結果から、比較例1で得られたシートは、PTFE樹脂(灰色部分)中に、球状シリカSi(黒色部分)が凝集した凝集体Si(黒色部分)が存在しており、スカイブ加工時に貫通孔(ピンホール)(破線によって囲った部分)が生じたことが確認できた。
実施例1~2、比較例1で得られたシートの任意の位置(例えば、長尺シートの長手方向の端を除く途中位置で短手方向の中心部や、シート中央部)から、表面積100cm2の貫通孔(ピンホール)計数用試料を採取し、マイクロスコープ(株式会社キーエンス製、「VHX-5000」)を用いて拡大観察し、50μm以上の最長径を有する貫通孔(ピンホール)の数をカウントした。結果を表1に示す。
実施例1~2、比較例1で得られたシートから、測定部位の幅:10mm、チャック間距離(評点間距離)L0:22.25mmとなるように破断伸び率測定用の試料を採取し、引張試験機(株式会社島津製作所製、「Ez-LX」)を用いて、23℃、50%RHnの環境下、破断まで引張速度200mm/minでシートを引張り、破断時の標点間の距離L1(mm)から、下記式(3)により破断伸び率を算出した。結果を表1に示す。
破断伸び率=(L1-L0)/L0×100% …(3)
原料組成物1~3を、それぞれ縦5mm×横5mmの金型に充填し、成形面圧(プレス圧力)30MPaで1分間圧縮成形し、一辺5mmの立方体形状の成形体を得た。この成形体を360度で6時間焼成し、得られた焼成体(熱膨張率測定用試験体)について、熱機械測定装置(TMA)(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製、「Q400」)を用いて熱膨張率を測定した。熱膨張率の測定は、追従荷重を0.05N、測定温度を室温から200℃までとし、昇温速度5℃/minで昇温して行った。熱膨張率は、室温から200℃まで行った測定における、50~150℃の範囲の熱膨張量から算出した。
20 切削刃
30 シート
50、50’ フッ素樹脂の粒子
51 充填材の粒子
Claims (17)
- 下記成分(A)~(B)を含むシートであって、
前記シートの破断伸び率が150%超である、シート。
(A)フッ素樹脂
(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材 - 前記シートの所定厚さが、25~300μmである、請求項1に記載のシート。
- 前記充填材の平均粒子径が、0.1~10μmである、請求項1又は2に記載のシート。
- 前記充填材の配合割合が、20~50体積%である、請求項1~3のいずれかに記載のシート。
- 前記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン(PTFE)又は変性PTFEである、請求項1~4のいずれかに記載のシート。
- 前記充填材が、アルミナ、酸化チタン、シリカ、硫酸バリウム、炭化珪素、窒化ホウ素、窒化珪素、ガラスファイバー、ガラスビーズ、及びマイカからなる群から選択される一以上である、請求項1~5のいずれかに記載のシート。
- 前記シートの熱膨張率が100ppm/℃未満である、請求項1~6のいずれかに記載のシート。
- 前記シートに存在する直径50μm以上の貫通孔の数が、該シートの表面積100cm2当たり25個以下である、請求項1~7のいずれかに記載のシート。
- 請求項1~8のいずれかに記載のシートを含むプリント基板用基材。
- 下記成分(A’)~(B)を混合して原料組成物を調製する工程と、
前記原料組成物を円筒形に成形した成形体を形成する工程と、
前記成形体を焼成する工程と、
前記焼成された成形体の表面をスカイブ加工してシート状に形成する工程と、を含む、シートの製造方法。
(A’)前記シートの所定厚さに対して、50%以下の平均粒子径であるフッ素樹脂
(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材 - 前記シートの所定厚さが、25~300μmである、請求項10に記載のシートの製造方法。
- 前記フッ素樹脂粒子の平均粒子径が、0.1~10μmである、請求項10又は11に記載のシートの製造方法。
- 前記充填材の平均粒子径が、0.1~10μmである、請求項10~12のいずれかに記載のシートの製造方法。
- 前記充填材の配合割合が、20~50体積%である、請求項10~13のいずれかに記載のシートの製造方法。
- 前記原料組成物を調製する工程が、前記(A’)前記シートの所定厚さに対して、50%以下の平均粒子径であるフッ素樹脂及び前記(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材とを溶媒中に分散させた原料含有溶液から前記溶媒を除去することを含む、請求項10~14のいずれかに記載のシートの製造方法。
- 前記原料組成物を調製する工程が、前記(A’)前記シートの所定厚さに対して、50%以下の平均粒子径であるフッ素樹脂と前記(B)前記シートの所定厚さに対して、20%以下の平均粒子径を有する充填材とを乾式混合する工程である、請求項10~14のいずれかに記載のシートの製造方法。
- 請求項10~16のいずれかに記載の製造方法により得られた、シート。
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