JP3565737B2

JP3565737B2 - 積層板の製造方法

Info

Publication number: JP3565737B2
Application number: JP08987099A
Authority: JP
Inventors: 康富永; 淳一大庭; 高弘中田
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2000280390A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は積層板の製造方法に関し、特に電気機器、電子機器、通信機器等に使用される印刷回路板用として好適な積層板の連続的製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント回路板については小型化、高機能化の要求が強くなる反面、価格競争が激しく、特にプリント回路板に用いられる多層積層板やガラス布基材エポキシ樹脂積層板、あるいはガラス不織布を中間層基材としガラス織布を表面層基材とした積層板は、いずれも価格の低減が大きな課題となっている。従来これら積層板の製造工程では、銅箔及びプリプレグ或いは積層成形された積層板に回路加工を施した後、一般に黒化処理と呼ばれる銅箔表面に酸化処理を施した内層板を所定の長さに裁断し重ね合わせ、鏡面板間に配置し、これを一組もしくは複数組重ね合わせ熱盤間に挿入し、加熱及び加圧し積層成形を行っている。
【０００３】
しかし、加熱成形時の熱盤等、積層成形設備治具類及び熱媒の加熱冷却、製品、積層成形設備表面及び配管系からの放熱による熱損失が大きく、熱源となる燃料の枯渇や、排出される炭酸ガスによる地球温暖化、硫黄酸化物、窒素酸化物による環境への汚染等が問題となり、熱源となる燃料の削減の必要性が問題となっている。
【０００４】
プリント回路板に用いられる多層積層板やガラス布基材エポキシ樹脂積層板、あるいはガラス不織布を中間層基材としガラス織布を表面層基材とした積層板を積層成形する場合には熱盤内に銅箔、プリプレグ、鏡面板等を何枚も重ねて配置しているため、各積層板の熱盤内での位置により積層成形時に各積層板にかかる熱履歴が異なるため、成形性、反り、寸法変化率等の品質に於いて差が生じ、品質のバラツキの少ない製品を供給することは困難であった。従来前記品質バラツキの少ない積層板を成形する場合には、熱盤内にも積層板１枚で成形する方法があるが生産効率が悪く非実用的である。そして、従来の熱盤プレス方式では加熱冷却を同一のプレスで行うためエネルギー損失が大きい問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の熱盤プレス成形の場合の問題点、即ち、積層成形における使用エネルギーが大きく、製品間の品質バラツキが大きいという問題を解決し、性能の安定しかつ安価な積層板の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シート状繊維基材に粉体樹脂を付着させたプリプレグの１枚又は複数枚とその片面又は両面に金属箔又はフィルムを重ね合わせ、加熱したロール間に挿入し積層成形する積層板の製造方法であって、上記粉体樹脂が、粉末状熱硬化性樹脂及び硬化剤を必須成分とし、これら成分の混合物に、オングミル、多段石臼型混練押し出し機、あるいは、ジェットミルにより機械的エネルギーを与えてメカノケミカルな反応を起こさせて得られたものに、一次粒子の平均粒径が０．０１〜１μｍの微粉末添加剤を配合して得られた粉末状樹脂組成物であることを特徴とした積層板の製造方法に関するものである。
【０００７】
本発明の製造方法では、粉体樹脂を用いて作製したプリプレグを使用して加熱ロールにより成形する。粉体樹脂においては、溶融時に表面積が大きく空気の抜け道があるため、溶剤タイプに比べ空気が内包されず、空気の抜けがよい。また同様にシート状繊維基材への含浸性に優れている特長がある。更には従来の溶剤を使用したプリプレグは溶剤が完全には無くならないため後のプレス工程で溶剤による気泡が発生してボイドになっていた。本発明の製造方法は粉体樹脂を使用するため溶剤によるボイドが発生せず低圧のロール成形でもボイドが無く成形できる特長がある。
【０００８】
本発明の製造方法において、かかる方法を実施するためのプリプレグの製造装置は、シート状繊維基材に粉体樹脂を片面又は両面から、好ましくは片面側から付着させる装置を必須とし、必要に応じて粉体樹脂が含浸したシート状繊維基材を粉体樹脂が付着された面の反対面側を粉体樹脂が存在する面より高く加温する装置、及び又は粉体樹脂が含浸したシート状繊維基材を加熱する装置を設置する。また、使用するシート状繊維基材及び含浸させる粉体樹脂の種類、性状等によっては、加熱装置の前工程に樹脂量を更に多くする樹脂量調整装置を設置することが好ましい。これらの装置を順次通過するように構成してプリプレグを製造する。これらの装置は、シート状繊維基材の移送方向により横型ないし縦型等、各種形式の装置を使用することができる。
【０００９】
本発明の製造方法において用いられるシート状繊維基材としては、ガラスクロス、ガラス不繊布、ガラスペーパー等のガラス繊維基材の他、紙、合成繊維等からなる織布や不織布、金属繊維、カーボン繊維、鉱物繊維等からなる織布、不織布、マット類等が挙げられ、これらの基材の原料は単独又は混合して使用してもよい。プリプレグを製造するためにこれらのシート状繊維基材に付着される粉体樹脂としては、一般的に、熱硬化性樹脂であり、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂およびこれらの変性樹脂が好ましく使用されるが、その他、熱可塑性樹脂、天然樹脂等の樹脂も使用され、それらに限定されるものではない。熱硬化性樹脂の場合、必要に応じて硬化剤、硬化促進剤を配合する。また、充填材、着色剤、補強材を配合することができる。充填材として無機充填材を加えると耐トラッキング性、耐熱性、熱膨張率の低下等の特性を付与することが出来る。かかる無機充填材としては、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、タルク、ウォラストナイト、アルミナ、シリカ、未焼成クレー、焼成クレー、硫酸バリウム等がある。
【００１０】
本発明の製造方法で用いられる粉体樹脂は、粉末状の熱硬化性樹脂及び硬化剤を必須成分とし、これら成分の混合物に、オングミル、多段石臼型混練押し出し機、あるいは、ジェットミルにより機械的エネルギーを与えてメカノケミカルな反応を起こさせて得られたものに、一次粒子の平均粒径が０．０１〜１μｍの微粉末添加剤を配合して得られた粉末
状樹脂組成物であり、樹脂と硬化剤等の他の成分とが均一に混合分散され、微粒末化しているので、好ましい。
【００１１】
熱硬化性樹脂及び硬化剤の混合物に上記装置により機械的エネルギーを与えてメカノケミカル反応を起こさせて得られた粉体の場合、熱硬化性樹脂は通常粉末状である。硬化剤は粉末状であることが好ましいが、配合量が少ない場合は液状でもよく、樹脂との混合物に機械的エネルギーを与えた後に粉末化できれば使用可能である。また、好ましくは、硬化促進剤を使用する。硬化促進剤も粉末状のものが好ましいが、上記と同様に液状のものも使用可能である。かかる硬化促進剤としては、イミダゾール化合物、第３級アミン等を用いることができる。これらの各成分は上記のものに限定されるものではない。
【００１２】
これらの粉体の粒径としては、通常１０００μｍ以下であり、好ましくは０．１〜５００μｍであり、更に好ましくは０．１〜２００μｍである。これは、１０００μｍを越えると粒子重量に対しての表面積が小さくなり、熱硬化性樹脂、硬化剤や硬化促進剤等各成分の互いの接点が少なくなり、均一分散が困難となるため、反応の目標比率とは異なった比率で反応したり、均一な反応が行われないおそれがある。メカノケミカル反応のためには、硬化剤及び又は硬化促進剤が粉末状の場合、熱硬化性樹脂の粒径は、硬化剤及び又は硬化促進剤の粒径に対して５〜１５倍が好ましい。これは、この範囲では熱硬化性樹脂に硬化剤及び又は硬化促進剤が融合しやすいためである。更に必要により無機充填材等の添加剤を配合することができる。
【００１３】
これは、メカノケミカル反応による化学的改質を利用したものであるが、固体と液体が機械的エネルギーにより化学的に改質される場合をも含むものである。メカノケミカル反応のために機械的エネルギーを与える粉体処理方法としては、オングミル（ホソカワミクロン(株)製メカノフュージョン方式等）、多段石臼型混練押し出し機（(株)ＫＣＫ製：メカノケミカルディスパージョン方式等）、ジェットミル（(株)奈良機械製作所製：ハイブリタイザー方式等）による混合が好ましく、特に、メカノケミカル反応を効率よく行うためには、多段石臼型混練押し出し機（(株)ＫＣＫ製：メカノケミカルディスパージョン方式）が好ましい。
【００１４】
メカノケミカル反応を行うためには、熱硬化性樹脂の軟化点は、好ましくは５０℃以上、より好ましくは７０℃以上、さらに好ましくは８０℃以上である。これは、上記処理時に粉体間あるいは粉体と処理装置との間で摩擦、粉砕、融合により２０〜５０℃程度の温度上昇が発生するため、この影響を最小限にとどめるためである。一方、軟化点が高すぎても有効なメカノケミカル反応が行われにくく、かつ、後の工程である樹脂組成物の基材への含浸が困難となるので、１５０℃以下、特に１３０℃以下の軟化点が好ましい。熱硬化性樹脂及び硬化剤等の各成分は、メカノケミカル反応のための粉体処理の前に、予め、上記粒径まで粉砕した後ヘンシェルミキサー等にてできるだけ均一に混合することが好ましい。
【００１５】
メカノケミカル反応された粉体樹脂の粒径は、通常１０００μｍ以下であり、好ましくは０．１〜５００μｍであり、更に好ましくは０．１〜２００μｍである。かかる粒径は、粉体樹脂の散布ないし塗布時の流動性、及び加熱溶融時の流れや表面の滑らかさを改良すること、基材への樹脂の含浸性を改良すること、基材中での粉体樹脂の分布を安定化させること等のために適している。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
以上のようにして得られたものに、微粉末添加剤を配合することにより、粉体の流動特性を大きく向上させることができる。従って、この粉体を基材へ塗布・含浸する際、該粉体の均一な散布ないし塗布を行うことができ、基材上での粉体樹脂の均一な分布及び粉体樹脂塗布面の平滑性を得ることができる。これにより基材への均一な塗布が可能となる。微粉末添加剤としては、無機系微粉末が望ましいが、有機系微粉末も用いることができる。また、微粉末添加剤の一次粒子径は平均粒径で０．０１〜１μｍのものを用いるが、好ましくは０．０１〜０．１μｍ（比表面積：５０〜５００ｍ^２／ｇ程度）のものを用いる。かかる微粉末添加剤としては、シリカ微粉末、酸化チタン微粉末等がある。平均粒径が１μｍを越えると比表面積が小さくなり単位重量当たりの粒子数が減少すること、及び、粉体樹脂ないし主成分である粉末状熱硬化性樹脂との粒径差が小さくなることにより、流動性向上のためのベアリング効果が十分に得られないおそれがある。粉体中のベアリング効果とは、比較的粒径の大きな粒子同士間に微粒子を存在させることにより、粒径の大きな粒子の移動をより自由にし、粉体全体としての流動性を向上させるものである。
【００２０】
次に、得られた粉体樹脂は、シート状繊維基材上に均一に塗布ないし散布し付着する。この付着量は、シート状繊維基材の繊維材質、性状、重量（単位面積当たり）により異なるが、通常、シート状繊維基材の重量の４０〜６０％程度である。ただし、基材の両面に付着させる場合は、片面に前記量のおおよそ半量ずつを付着させるのが好ましい。粉体樹脂をシート状繊維基材に付着させる方法は、シート状繊維基材上面から振りかける方法、各種コーターによる塗布方法、静電塗装法、流動浸漬法、スプレーによる吹き付け法等、粉体樹脂が良好に付着する方法であれば特に限定されない。更に、シート状繊維基材は予め加熱されていてもよく、この場合、シート状繊維基材に粉体樹脂を存在させるとき、この基材は、水平であっても垂直であってもよい。従って、シート状繊維基材の上面又は下面、あるいは垂直面に塗布ないし散布等により付着させることができる。その後の加熱によりプリプレグが得られる。
【００２１】
以上によりに得られたプリプレグは、通常巻き取り機等により巻き取られたのち、あるいは、そのまま１枚又は複数枚重ねられ、必要によりその片面又は両面に銅箔等の金属箔あるいはフィルムを重ね合わせ、加熱ロールを通すことにより積層板に成形される。ロール成形の場合、裁断されたプリプレグを使用することも可能であるが、連続的に成形する方が好ましい。この場合は、１対あるいは複数対のロール間を通して成形する。ロールの材質は金属、ゴム等がある。
【００２２】
以下、本発明の積層板の製造方法に関し、積層成形工程を代表的な例について各工程毎に図面に基づいて順次説明する。
（プリプレグ供給）巻き取り機１等により巻き取られたプリプレグ２を所定枚数巻き出してロールへ供給する。
（金属箔供給）巻き取り機３等により巻き取られた金属箔４を巻き出してプリプレグの片面又は両面に供給する。
（加熱ロール）プリプレグに銅箔を重ね合わせ、一対又は複数対の加熱ロール５間を通し積層成形する。
（裁断又は巻き取り工程）成形された積層板を、必要な長さに裁断機６により裁断するか、又は巻き取り機７により巻き取る。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明について、実施例及び比較例により説明する。
【００２４】
（実施例１）平均粒径１５０μｍの粉末状のエポキシ樹脂（前記Ｅｐ５０４８，エポキシ当量６７５）１００重量部、平均粒子径１５μｍの粉末状の硬化剤（ジシアンジアミド）５重量部、及び平均粒径１５μｍの粉末状の硬化促進剤（２−エチル−４−メチルイミダゾール）１重量部を予備混合し、次いで、多段石臼型混練押し出し機（(株)ＫＣＫ製メカノケミカルディスパージョンシステムＫＣＫ−８０Ｘ２−Ｖ（６））を用い、回転数２００ｒｐｍにて１分間処理し、平均粒径１５０μｍの粉末樹脂組成物を得た。この粉体１００重量部に、平均一次粒子径０．０５μｍの微粉末シリカ（日本アエロジル製アエロジル＃２００）１重量部を添加し、ヘンシェルミキサーで回転数５００ｒｐｍ、５分間混合処理した。
【００２５】
得られた粉末樹脂組成物を使用し１００ｇ／ｍ^２のガラスクロスの片面上に前記処理した粉末樹脂組成物をナイフコーターで間隙０．３ｍｍにして１００ｇ／ｍ^２になるように均一に塗布した。その後下面側より雰囲気温度１２０℃の熱風加熱機によって約１分間加温した。続いて、雰囲気温度１７０℃の箱形加熱機によって約２分間ガラスクロス両面から加熱してプリプレグを得た。このプリプレグの上下面に厚さ１８μｍの銅箔を重ね合わせ、温度２００℃に加熱された間隙０．１ｍｍの一対の加熱ロール間を通過させ加圧成形し、０．１ｍｍの積層板を作製した。
【００２６】
（比較例１）平均粒径１５０μｍの粉末状のエポキシ樹脂（油化シェル製臭素化エポキシＥｐ５０４８）１００重量部、平均粒子径１５μｍの粉末状の硬化剤（ジシアンジアミド）５重量部、平均粒径１５μｍの粉末状の硬化促進剤１重量部の比率で混合したものをメチルセルソルブ１００重量部に溶かした。このワニスを樹脂固形分で１００ｇ／ｍ^２になるように１００ｇ／ｍ^２のガラスクロスを浸けて含浸させた後、１７０℃の乾燥機で３分間乾燥して得た基材厚０．１ｍｍプリプレグの上下面に厚さ１８μｍの銅箔を重ね合わせ、温度１６５℃、圧力８ｋｇ／ｃｍ^２で９０分間加熱加圧成形して積層板を作製した。
【００２７】
（比較例２）比較例１で得られたプリプレグの上下面に厚さ１８μｍの銅箔を重ね合わせ鏡面板間に配置し、これを１０組重ね合わせ、温度１６５℃、圧力８ｋｇ／ｃｍ^２で９０分間加熱加圧成形して積層板を作製した。
【００２８】
【表１】

【００２９】
（測定方法）
１．エネルギコスト：積層成形時の使用燃料量を求めた。
２．積層板の特性バラツキ：成形性、寸法変化率、銅箔引剥し強さを下記方法で測定し、バラツキを求めた。
（１）寸法変化率：穴間隔が２５０ｍｍの銅張積層板のテストピースを１７０℃、３０分間加熱した後の穴間隔の寸法変化率を測定した。バラツキは、ｎ＝１０とし、その標準偏差を求めた。
（２）銅箔引剥し強さ：ＪＩＳＣ６４８１により測定した。バラツキは、ｎ＝１０とし、その標準偏差を求めた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の製造方法は、粉体樹脂を使用し、加熱ロール間により積層成形するので、設備の小型化により使用燃料が削減され、エネルギコストの削減、熱源設備からの排出ガスによる大気汚染の減少、及び省資源化を達成することができる。また、積層板製造時において、ロールによる連続成形の実現により得られた積層板の品質が良好で均一となる。さらにロールプレスにより積層板を任意の長さに裁断できるため、従来発生していた耳等の端部分が減り歩留まりが向上する。このように、原材料及び設備、工程の低コスト化の点で優れており、工業的な積層板の製造方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における積層板の製造工程を示す概略図。
【符号の説明】
１プリプレグ供給部（巻き取り機）
２プリプレグ
３金属箔供給部（巻き取り機）
４金属箔
５加熱ロール
６裁断機
７巻き取り機

Claims

シート状繊維基材に粉体樹脂を付着させたプリプレグの１枚又は複数枚とその片面又は両面に金属箔又はフィルムを重ね合わせ、加熱したロール間に挿入し積層成形する積層板の製造方法であって、前記粉体樹脂が、粉末状熱硬化性樹脂及び硬化剤を必須成分とし、これらの成分の混合物に、オングミル、多段石臼型混練押し出し機、あるいは、ジェットミルにより機械的エネルギーを与えてメカノケミカルな反応を起こさせて得られたものに、一次粒子の平均粒径が０．０１〜１μｍの微粉末添加剤を配合して得られた粉末状樹脂組成物であることを特徴とする積層板の製造方法。