JP4277340B2 - 低α線放出量のガラス繊維の製造方法及びプリント配線板用基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、α線による障害を忌避する半導体などの分野において使用される、α線の放出量が少ないプリント配線基板及びそれに使用するガラス繊維基材などの製造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来プリント配線板に使用されるガラス繊維の製造においては、成分中のシリカ、アルミナの原料として粘土鉱物（カオリン族鉱物、パイロフィライト、ハロイサイト、モンモリロナイトなど）が用いられている。その理由は、規模の大きい鉱床があり、成分の安定した原料が安く入手できる、溶けやすく、均一の熔解物になりやすいなど工業上大きなメリットがあるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粘土鉱物は岩石、あるいは鉱物の風化、変性作用によって生成する過程で、ウラン系列の鉱物やトリウム系鉱物を濃縮しているので、微量のα線を放出する。
このため粘土鉱物を原料の一部に使用した通常のＥガラス繊維では、１．２ｃ／cm２・ｈｒ程度のα線が放出している。
α線は、２個の陽子と２個の中性子からなる正に負荷された粒子であって荷電量は陽子の２倍、ヘリウム原子核と同じものからなる粒子の流れであり、微小な半導体素子に入射すると、衝突部分に電子対による電圧上昇が発生し、装置を誤動作させる原因になる。特に近年、固体撮像素子などの単位面積当たりの画素数の増大により、画素はますます微細になり、α線の影響がますます顕著になっている。
そのため撮像素子のカバーガラスにはα線の放射量が０．００１５ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下の少ないガラスを使用することが提案されている（特開平８−３０６８９４号公報）。
この様な状況で、半導体素子の周辺で発生するα線の量を減らしその様な現象が起こる確率を減少させるため、半導体素子を搭載する積層板、あるいは種々の部品などからのα線の放出を減少させることも望まれるようになった。
本発明は、上記の問題の発生を減少させるためプリント配線基板など半導体素子を搭載する基材に用いるガラス繊維からのα線の放出量を市販のＥガラス繊維の１／１０以下、即ち０．１２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下に減少させることを課題とするものである。
本発明のガラス繊維を使用する形状或いは、用途はプリント配線板などに使用する、ガラスクロス、ガラス不織布、ガラスパウダーなどのガラス繊維基材に限られるものではなく、α線による障害の確率を低下させたい用途に使用するものであれば、射出成形部品中に補強材として使用されるものなどでも良く、製品の成型方法、形状などによって限定ものではない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は鋭意検討の結果、ガラス繊維中のシリカ、アルミナの原料として、粘土鉱物を使用しないで、特定のシリカ原料、アルミナ原料を使用することによりこの課題を解決したものである。
本発明のガラス繊維の製造においてはシリカ、アルミナ成分の原料に粘土鉱物を使用しないがその成分の割合を変化させるものではなく、溶融ガラスの性質は、粘土鉱物を使用したものと同じで、従来ガラス繊維として製造されているものに容易に適用することが出来る。
本発明が適用出来る、それらガラス繊維の組成は、ＳｉＯ２が５３−８０重量％、Ａｌ２Ｏ３が０−４０重量％の範囲に入っているものである。
【０００５】
本発明のガラスに配合するシリカの原料としては、ケイ石粉砕物あるいはシリカサンドなどシリカを主成分として９９％以上含有する原料を使用する。
ガラス繊維のα線の放出量を０．１２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下にするために、そのシリカ原料のα線の放出量が０．０７ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下のもの、好ましくは０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下のものを使用する。
アルミナはボーキサイトから水酸化アルミニウムを取り出し、これを１２００℃の高温で焼成したものなどアルミナを主成分として９９％以上含有する原料を使用する。
ガラス繊維のα線の放出量を０．１２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下にするために、アルミナ原料からのα線の放出量が０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下のもの、好ましくは０．０３ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下のものを使用する。
【０００６】
シリカ原料、アルミナ原料は融点が高く、溶けにくいため、原料の粒度を細かくし、良く混合して、均一に溶けるようにすることが必要である。
本発明の場合、シリカ原料の粒度は、７５μｍ以下好ましくは、４５μｍ以下である。
７５μｍより粒度が大きいと、十分混合して原料の偏りがないようにしても、溶けにくく溶融ガラスの成分が均一になりにくい。
【０００７】
またガラス原料の混合物中に配合する、アルミナは粒度は７５μｍ以下好ましくは、４５μｍ以下である。７５μｍ以上では溶融ガラス中に溶解しにくい。
【０００８】
またシリカとアルミナ以外のその他の成分として配合するＢ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏなどの原料については、通常ウラン、トリウム及びラジウムの含有量は少なく、α線の放出量を０．１２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下にする上で特に考慮する必要はないが、原料の産地、種類、品質などによりもし放射性の成分を含むときは、それらの成分それぞれのα線放出量を、０．３ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下とすることが望ましい。また、シリカとアルミナ以外の、それらその他の成分を混合した原料からのα線放出量も０．３ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下とすることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記のような、原料を使用して、ガラス繊維を製造する場合、原料の種類が相違するのみで組成自体を変化させるものではなく、溶融ガラスの性質は、粘土鉱物を使用したものと同じで、従来ガラス繊維として製造されているものに容易に適用することが出来る。
本発明が適用出来る、それらガラス繊維の組成は、ＳｉＯ２が５３−８０重量％、Ａｌ２Ｏ３が０−４０重量％の範囲に入っているものである。
プリント配線板等の基材として用いられるガラスクロスなどを製造する電気特性の良い、生産性の良いガラス繊維は ＳｉＯ２が５３−７０重量％、Ａｌ２Ｏ３が７−３０重量％の範囲にあることが望ましい。
【００１０】
これらの繊維の製造に当たり、まず原料の調合においてシリカ原料、アルミナと他の成分が十分均一になるよう混合する必要がある。
しかしながら、そのために特別の混合方法を必要とするものではなく、従来より公知の混合機を使用し、均一混合するための公知の対策、例えば混合時間の延長、投入方法の検討など当業者による設計変更で十分である。
この様に混合した原料は、従来よりガラス溶融に使用されている、種々の溶融炉により溶融され、清澄したものをフォアハースに導き、多数のノズルを設けたブッシングのノズルから流出させた溶融ガラスを、高速で延伸し、集束剤を付与し、コレットに固定したプラスチック等で造られたチューブ上に巻き取ることによりガラス繊維製品とする。
【００１１】
上記に記載したように、本発明を実施するには原料の混合過程で注意する点があるほかは、従来のガラス繊維の製造方法と異なるところはない。
ただ、望ましくは、溶融炉の溶融ガラスと接する部分に使用する炉材にウラン、トリウムの含有量の少ないものを使用し、溶融ガラスによる侵食を出来るだけ少なくする操業方法をとることが望ましい。
【００１２】
【実施例】
以下本発明を実施例により更に詳しく説明する。
原料は表１に記載したものを、表２のガラス繊維組成となるように配合し原料バッチを作成した。
＜実施例１，２，３＞は組成中のシリカ、アルミナ成分として粘土鉱物に代えて、シリカサンド、アルミナを使用した。
これらの原料バッチは紡糸設備を備えた実験炉で溶解、脱泡、均質化した溶融ガラスとしたのち、ガラス繊維を紡糸し、直径５μｍ、集束本数２００本のガラス繊維束として巻き取った。
【００１３】
＜実施例４＞
実施例１で製造した繊維束から製造した、直径５μｍ、１０００ｍ当たり１１．２ｇ、撚り数１回／２５ｍｍの単糸ヤーンを用いて、経糸本数 ５６本／２５ｍｍ、緯糸本数 ５６本／２５ｍｍ、質量２４．９ｇ／ｍ２ 厚み０．０５ｍｍのガラスクロスを製織した。このクロスを加熱脱油したのち、シランカップリング剤を含む処理液に浸漬し、マングルを用いて液のピックアップ量が３０％となるよう絞液したのち、１１０℃で乾燥してシランカップリング剤を表面に付着させた。
このクロスにエポキシ樹脂ワニス（Ｇ―１０処方）に浸漬し、予備乾燥して樹脂分６０重量％のプリプレグとした。
（エポキシ樹脂ワニスの組成）
エピコート１００１（油化シェルエポキシ（株）製） ８０重量部
エピコート １５４（油化シェルエポキシ（株）製） ２０重量部
ジシアンジアミド ４重量部
ベンジルジメチルアミン ０．２重量部
ジメチルホルムアミド ３０重量部
予備乾燥して溶媒を除去したプリプレグを４枚重ね、両面に銅箔を重ね温度１７０℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ２、時間７０分の成形条件で加熱加圧成形した後、銅箔を除いて積層板からのα線放出量測定用試料とした。
積層板のα線放出量は、０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈｒであった。
【００１４】
＜比較例１，２＞
比較例１，２は、ガラス繊維中のシリカ、アルミナ成分の原料として、従来からガラス繊維原料として広く使用されている代表的な粘土鉱物であるカオリンとパイロフィライトを使用した
その他は、実施例１，２と同様にして、ガラス繊維を製造した。
＜比較例３＞
比較例３は比較例１の繊維束を用いて、実施例４と同様にして試験用の試料をつくりα線の放出量を測定した。
積層板のα線放出量は０．５５ｃ／ｃｍ２・ｈｒであった。
【００１５】
α線放出量測定方法：
α線放出量が０．２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下の試験体についてはＺｎＳシンチレーションカウンターで、それ以下のα線放出量のものについては２πガスフロー計数方式低レベルα線測定装置で測定した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、ガラス繊維のシリカ原料にα線の放出量が０．０７ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下、アルミナ原料に０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下の原料を使用したので、ガラス繊維のα線の放出量を０．１２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下にしたので、この繊維を使用した積層板のα線放出量を０．０６ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下とすることが出来、従来に較べ１／１０以下としたので、ますます微細になる半導体素子などにソフトエラーが起きる確率を大幅に減少させることが出来る。
【発明の属する技術分野】
本発明は、α線による障害を忌避する半導体などの分野において使用される、α線の放出量が少ないプリント配線基板及びそれに使用するガラス繊維基材などの製造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来プリント配線板に使用されるガラス繊維の製造においては、成分中のシリカ、アルミナの原料として粘土鉱物（カオリン族鉱物、パイロフィライト、ハロイサイト、モンモリロナイトなど）が用いられている。その理由は、規模の大きい鉱床があり、成分の安定した原料が安く入手できる、溶けやすく、均一の熔解物になりやすいなど工業上大きなメリットがあるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粘土鉱物は岩石、あるいは鉱物の風化、変性作用によって生成する過程で、ウラン系列の鉱物やトリウム系鉱物を濃縮しているので、微量のα線を放出する。
このため粘土鉱物を原料の一部に使用した通常のＥガラス繊維では、１．２ｃ／cm２・ｈｒ程度のα線が放出している。
α線は、２個の陽子と２個の中性子からなる正に負荷された粒子であって荷電量は陽子の２倍、ヘリウム原子核と同じものからなる粒子の流れであり、微小な半導体素子に入射すると、衝突部分に電子対による電圧上昇が発生し、装置を誤動作させる原因になる。特に近年、固体撮像素子などの単位面積当たりの画素数の増大により、画素はますます微細になり、α線の影響がますます顕著になっている。
そのため撮像素子のカバーガラスにはα線の放射量が０．００１５ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下の少ないガラスを使用することが提案されている（特開平８−３０６８９４号公報）。
この様な状況で、半導体素子の周辺で発生するα線の量を減らしその様な現象が起こる確率を減少させるため、半導体素子を搭載する積層板、あるいは種々の部品などからのα線の放出を減少させることも望まれるようになった。
本発明は、上記の問題の発生を減少させるためプリント配線基板など半導体素子を搭載する基材に用いるガラス繊維からのα線の放出量を市販のＥガラス繊維の１／１０以下、即ち０．１２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下に減少させることを課題とするものである。
本発明のガラス繊維を使用する形状或いは、用途はプリント配線板などに使用する、ガラスクロス、ガラス不織布、ガラスパウダーなどのガラス繊維基材に限られるものではなく、α線による障害の確率を低下させたい用途に使用するものであれば、射出成形部品中に補強材として使用されるものなどでも良く、製品の成型方法、形状などによって限定ものではない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は鋭意検討の結果、ガラス繊維中のシリカ、アルミナの原料として、粘土鉱物を使用しないで、特定のシリカ原料、アルミナ原料を使用することによりこの課題を解決したものである。
本発明のガラス繊維の製造においてはシリカ、アルミナ成分の原料に粘土鉱物を使用しないがその成分の割合を変化させるものではなく、溶融ガラスの性質は、粘土鉱物を使用したものと同じで、従来ガラス繊維として製造されているものに容易に適用することが出来る。
本発明が適用出来る、それらガラス繊維の組成は、ＳｉＯ２が５３−８０重量％、Ａｌ２Ｏ３が０−４０重量％の範囲に入っているものである。
【０００５】
本発明のガラスに配合するシリカの原料としては、ケイ石粉砕物あるいはシリカサンドなどシリカを主成分として９９％以上含有する原料を使用する。
ガラス繊維のα線の放出量を０．１２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下にするために、そのシリカ原料のα線の放出量が０．０７ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下のもの、好ましくは０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下のものを使用する。
アルミナはボーキサイトから水酸化アルミニウムを取り出し、これを１２００℃の高温で焼成したものなどアルミナを主成分として９９％以上含有する原料を使用する。
ガラス繊維のα線の放出量を０．１２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下にするために、アルミナ原料からのα線の放出量が０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下のもの、好ましくは０．０３ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下のものを使用する。
【０００６】
シリカ原料、アルミナ原料は融点が高く、溶けにくいため、原料の粒度を細かくし、良く混合して、均一に溶けるようにすることが必要である。
本発明の場合、シリカ原料の粒度は、７５μｍ以下好ましくは、４５μｍ以下である。
７５μｍより粒度が大きいと、十分混合して原料の偏りがないようにしても、溶けにくく溶融ガラスの成分が均一になりにくい。
【０００７】
またガラス原料の混合物中に配合する、アルミナは粒度は７５μｍ以下好ましくは、４５μｍ以下である。７５μｍ以上では溶融ガラス中に溶解しにくい。
【０００８】
またシリカとアルミナ以外のその他の成分として配合するＢ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏなどの原料については、通常ウラン、トリウム及びラジウムの含有量は少なく、α線の放出量を０．１２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下にする上で特に考慮する必要はないが、原料の産地、種類、品質などによりもし放射性の成分を含むときは、それらの成分それぞれのα線放出量を、０．３ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下とすることが望ましい。また、シリカとアルミナ以外の、それらその他の成分を混合した原料からのα線放出量も０．３ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下とすることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記のような、原料を使用して、ガラス繊維を製造する場合、原料の種類が相違するのみで組成自体を変化させるものではなく、溶融ガラスの性質は、粘土鉱物を使用したものと同じで、従来ガラス繊維として製造されているものに容易に適用することが出来る。
本発明が適用出来る、それらガラス繊維の組成は、ＳｉＯ２が５３−８０重量％、Ａｌ２Ｏ３が０−４０重量％の範囲に入っているものである。
プリント配線板等の基材として用いられるガラスクロスなどを製造する電気特性の良い、生産性の良いガラス繊維は ＳｉＯ２が５３−７０重量％、Ａｌ２Ｏ３が７−３０重量％の範囲にあることが望ましい。
【００１０】
これらの繊維の製造に当たり、まず原料の調合においてシリカ原料、アルミナと他の成分が十分均一になるよう混合する必要がある。
しかしながら、そのために特別の混合方法を必要とするものではなく、従来より公知の混合機を使用し、均一混合するための公知の対策、例えば混合時間の延長、投入方法の検討など当業者による設計変更で十分である。
この様に混合した原料は、従来よりガラス溶融に使用されている、種々の溶融炉により溶融され、清澄したものをフォアハースに導き、多数のノズルを設けたブッシングのノズルから流出させた溶融ガラスを、高速で延伸し、集束剤を付与し、コレットに固定したプラスチック等で造られたチューブ上に巻き取ることによりガラス繊維製品とする。
【００１１】
上記に記載したように、本発明を実施するには原料の混合過程で注意する点があるほかは、従来のガラス繊維の製造方法と異なるところはない。
ただ、望ましくは、溶融炉の溶融ガラスと接する部分に使用する炉材にウラン、トリウムの含有量の少ないものを使用し、溶融ガラスによる侵食を出来るだけ少なくする操業方法をとることが望ましい。
【００１２】
【実施例】
以下本発明を実施例により更に詳しく説明する。
原料は表１に記載したものを、表２のガラス繊維組成となるように配合し原料バッチを作成した。
＜実施例１，２，３＞は組成中のシリカ、アルミナ成分として粘土鉱物に代えて、シリカサンド、アルミナを使用した。
これらの原料バッチは紡糸設備を備えた実験炉で溶解、脱泡、均質化した溶融ガラスとしたのち、ガラス繊維を紡糸し、直径５μｍ、集束本数２００本のガラス繊維束として巻き取った。
【００１３】
＜実施例４＞
実施例１で製造した繊維束から製造した、直径５μｍ、１０００ｍ当たり１１．２ｇ、撚り数１回／２５ｍｍの単糸ヤーンを用いて、経糸本数 ５６本／２５ｍｍ、緯糸本数 ５６本／２５ｍｍ、質量２４．９ｇ／ｍ２ 厚み０．０５ｍｍのガラスクロスを製織した。このクロスを加熱脱油したのち、シランカップリング剤を含む処理液に浸漬し、マングルを用いて液のピックアップ量が３０％となるよう絞液したのち、１１０℃で乾燥してシランカップリング剤を表面に付着させた。
このクロスにエポキシ樹脂ワニス（Ｇ―１０処方）に浸漬し、予備乾燥して樹脂分６０重量％のプリプレグとした。
（エポキシ樹脂ワニスの組成）
エピコート１００１（油化シェルエポキシ（株）製） ８０重量部
エピコート １５４（油化シェルエポキシ（株）製） ２０重量部
ジシアンジアミド ４重量部
ベンジルジメチルアミン ０．２重量部
ジメチルホルムアミド ３０重量部
予備乾燥して溶媒を除去したプリプレグを４枚重ね、両面に銅箔を重ね温度１７０℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ２、時間７０分の成形条件で加熱加圧成形した後、銅箔を除いて積層板からのα線放出量測定用試料とした。
積層板のα線放出量は、０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈｒであった。
【００１４】
＜比較例１，２＞
比較例１，２は、ガラス繊維中のシリカ、アルミナ成分の原料として、従来からガラス繊維原料として広く使用されている代表的な粘土鉱物であるカオリンとパイロフィライトを使用した
その他は、実施例１，２と同様にして、ガラス繊維を製造した。
＜比較例３＞
比較例３は比較例１の繊維束を用いて、実施例４と同様にして試験用の試料をつくりα線の放出量を測定した。
積層板のα線放出量は０．５５ｃ／ｃｍ２・ｈｒであった。
【００１５】
α線放出量測定方法：
α線放出量が０．２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下の試験体についてはＺｎＳシンチレーションカウンターで、それ以下のα線放出量のものについては２πガスフロー計数方式低レベルα線測定装置で測定した。
【００１６】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、ガラス繊維のシリカ原料にα線の放出量が０．０７ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下、アルミナ原料に０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下の原料を使用したので、ガラス繊維のα線の放出量を０．１２ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下にしたので、この繊維を使用した積層板のα線放出量を０．０６ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下とすることが出来、従来に較べ１／１０以下としたので、ますます微細になる半導体素子などにソフトエラーが起きる確率を大幅に減少させることが出来る。
Claims (2)
- ガラス繊維成分中のシリカの原料としてＳｉＯ２を９９重量％以上含む原料のα線の放出量が０．０７ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下、アルミナの原料としてＡｌ２Ｏ３を９９重量％以上含む原料のα線の放出量が０．０５ｃ／ｃｍ２・ｈｒ以下の原料を使用するガラス繊維の製造方法であって、ガラス繊維中のＳｉＯ ２ の量が５３−７０重量％、Ａｌ ２ Ｏ ３ の量が７−３０重量％であるα線の放出量が０．１２ｃ／ｃｍ ２ ・ｈｒ以下のガラス繊維の製造方法。
- プリント配線板用基板において、請求項１記載のガラス繊維の製造方法によって得られたガラス繊維基材を用いたα線の放出量が０．０６ｃ／ｃｍ ２ ・ｈｒ以下のプリント配線板用基板。
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|---|---|---|---|
| JP03254199A JP4277340B2 (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 低α線放出量のガラス繊維の製造方法及びプリント配線板用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03254199A JP4277340B2 (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 低α線放出量のガラス繊維の製造方法及びプリント配線板用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000233942A JP2000233942A (ja) | 2000-08-29 |
| JP4277340B2 true JP4277340B2 (ja) | 2009-06-10 |
Family
ID=12361807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03254199A Expired - Fee Related JP4277340B2 (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 低α線放出量のガラス繊維の製造方法及びプリント配線板用基板 |
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1999
- 1999-02-10 JP JP03254199A patent/JP4277340B2/ja not_active Expired - Fee Related
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