JP6422028B2 - ガラスフィラー及び樹脂フィルム - Google Patents

Description

本発明は、円柱状に形成されたガラスフィラー、及び、このガラスフィラーを含んだ樹脂フィルムに関する。

携帯電話等のデバイスに搭載されるプリント配線基板の代表的な構造としては、ガラスクロスに樹脂を含浸させてなるコア層と、当該コア層の表裏面の各々に複数枚の樹脂フィルムを積層してなるビルドアップ層とを備えるものがある。なお、ビルドアップ層を構成する樹脂フィルムには、熱膨張を抑制すること等を目的として、樹脂よりも熱膨張係数の小さいシリカ（球状に形成されたガラスフィラー）が含まれている。

ところで、携帯電話等のデバイスは年々薄型化が推進されており、これに伴ってデバイスに搭載されるプリント配線基板についても薄型化を図ることが要求されている。そのため、（１）プリント配線基板からコア層を省略したり、（２）ガラスクロスに樹脂を含浸させてなるコア層に代えて、樹脂フィルムでコア層を構成したりすることが検討されるに至っている。

しかしながら、上記の（１）の構成を採用した場合には、ビルドアップ層（積層された複数枚の樹脂フィルム）のみでプリント配線基板が構成されることとなり、その強度が不足することが懸念される。また、上記の（２）の構成を採用した場合においても、コア層を構成する樹脂フィルムの強度の不足が同様に問題となる。

そこで、上記の（１）、（２）の構成を採用する場合に、円柱状に形成されたガラスフィラーを樹脂フィルムに混入させる（上記の（１）の構成を採用する場合には、シリカに代えて混入させる）ことで、当該樹脂フィルムの強度を補強することが検討されている。そして、特許文献１には、樹脂フィルムの強度を補強し得る円柱状に形成されたガラスフィラーが開示されている。

特開２００６−２２２３６号公報

ところで、ガラスフィラーを含んだ樹脂フィルムを製造する場合、樹脂の溶液中に多量のガラスフィラーを混入させた後、当該溶液を薄いフィルム状に成形して製造する。ここで、このような態様により、特許文献１に開示されたガラスフィラーを含んだ樹脂フィルムを製造した場合には、以下のような解決すべき問題が生じている。

すなわち、同文献に開示されたガラスフィラーは、その表面が比較的平坦に形成されていることから、溶液中でガラスフィラー同士が引っ付いて凝集しやすい。そのため、成形された樹脂フィルムにおいて、ガラスフィラーが均等に分散された状態となり難いという問題があった。また、ガラスフィラーの表面が比較的平坦に形成されていることで、ガラスフィラーと樹脂との密着性が悪く、成形された樹脂フィルムの強度を十分に確保することができないという問題があった。

このような事情に鑑みなされた本発明の目的は、ガラスフィラーを混入させた樹脂の溶液を成形して樹脂フィルムを製造するに際し、樹脂フィルムに均等に分散させ得ると共に、樹脂フィルムの強度を十分に確保できるガラスフィラーを提供すること、及び、このガラスフィラーを含み、十分な強度を有した樹脂フィルムを提供することにある。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、円柱状ガラス基材の表面に多数の突起を有するガラスフィラーであって、円柱状ガラス基材は、断面の直径よりも全長が長く、突起は、円柱状ガラス基材を構成するガラスよりも軟化温度の高い粉末により形成されてなることに特徴付けられる。

このような構成によれば、ガラスフィラーが、円柱状ガラス基材の表面に円柱状ガラス基材を構成するガラスよりも軟化温度の高い粉末により形成されてなる突起を表面に有することから、このガラスフィラーを混入させた樹脂の溶液を成形して樹脂フィルムを製造するに際し、溶液中でガラスフィラー同士が引っ付いて凝集してしまうような事態の発生が回避される。これにより、ガラスフィラーが均等に分散された樹脂フィルムを成形することができる。また、突起の存在により、当該突起を有したガラスフィラーと樹脂との密着性が向上するため、成形した樹脂フィルムの強度を十分に確保することが可能となる。

上記の構成において、断面の直径が６μｍ未満で、且つ全長が２０μｍ以下であることが好ましい。

このようにすれば、断面の直径が６μｍ未満と極めて小さくなっていることから、このガラスフィラーを含んだ樹脂フィルムを製造する場合に、当該樹脂フィルムの厚みを薄く成形しやすくなる。また、全長が２０μｍ以下となっていることで、以下のような好ましい効果が得られる。すなわち、全長が長すぎると、このガラスフィラーを含んだ樹脂フィルムを製造した場合に、当該ガラスフィラーと樹脂との密着性が低下し、両者の間に隙間が形成されるおそれがある。そのため、例えば、プリント配線基板用の樹脂フィルムにメッキを施すような場合に、隙間にメッキが入り込んでしまうおそれが生じる。しかしながら、全長を２０μｍ以下とすれば、ガラスフィラーと樹脂との密着性を良好に確保できるため、このようなおそれを可及的に排除することが可能となる。

上記の構成において、全長を断面の直径で除した値が１．５以上であることが好ましい。

このようにすれば、このガラスフィラーを含んだ樹脂フィルムを製造した場合に、ガラスフィラーの長手方向において、当該フィラーと樹脂とが接触する部位の長さを大きくとることができる。これにより、樹脂フィルムの強度を確保する効果を更に好適に得ることが可能となる。

さらに、上記の課題を解決するために創案された本発明は、円柱状ガラス基材の表面に多数の突起を有するガラスフィラーを含んだ樹脂フィルムにおいて、円柱状ガラス基材は、断面の直径よりも全長が長く、突起は、円柱状ガラス基材を構成するガラスよりも軟化温度の高い粉末により形成されてなり、ガラスフィラーの総重量が、樹脂フィルムの全重量のうちの２０％以上を占めることに特徴付けられる。

このような構成によれば、樹脂フィルムが、円柱状ガラス基材を構成するガラスよりも軟化温度の高い粉末でなる突起を表面に有したガラスフィラーを含むと共に、このガラスフィラーの総重量が、樹脂フィルムの全重量のうちの２０％以上を占めることにより、十分な強度を有した樹脂フィルムとすることができる。

上記の構成において、ガラスフィラーについて、断面の直径が６μｍ未満で、且つ全長が２０μｍ以下であることが好ましい。

このようにすれば、上記のガラスフィラーに係る説明で、これに対応する構成について既に述べた事項と同様の作用・効果を得ることが可能となる。

上記の構成において、ガラスフィラーについて、全長を断面の直径で除した値が１．５以上であることが好ましい。

このようにすれば、上記のガラスフィラーに係る説明で、これに対応する構成について既に述べた事項と同様の作用・効果を得ることが可能となる。

以上のように、本発明に係るガラスフィラーによれば、ガラスフィラーを混入させた樹脂の溶液を成形して樹脂フィルムを製造するに際し、樹脂フィルムに均等に分散させ得ると共に、樹脂フィルムの強度を十分に確保することが可能となる。また、本発明に係る樹脂フィルムは、十分な強度を有したものとすることができる。

本発明の実施形態に係るガラスフィラーを示す図である。 従来のガラスフィラーを示す図である。

以下、本発明の実施形態に係るガラスフィラー及び樹脂フィルムについて、添付の図面を参照して説明する。

はじめに、本発明の実施形態に係るガラスフィラーの構成について説明する。

図１（走査型電子顕微鏡によって撮影した倍率２００００倍の画像）に示すように、本発明の実施形態に係るガラスフィラー１は、円柱状の形状を有し、その全長が断面の直径よりも長くなるように形成されている。また、円形をなす断面の直径は６μｍ未満に形成され、全長は２０μｍ以下に形成されている。さらに、全長を断面の直径で除した値（以下、アスペクト比と表記）は１．５以上とされている。加えて、このガラスフィラー１は、当該ガラスフィラー１を構成する円柱状ガラス基材よりも軟化温度の高い粉末でなる突起２を表面に有している。

ここで、このガラスフィラー１について、断面の直径としては、好ましくは５μｍ以下とし、より好ましくは４μｍ以下とする。また、全長としては、好ましくは６μｍ〜２０μｍとし、より好ましくは６μｍ〜１０μｍとする。さらに、アスペクト比としては、好ましくは１．７以上とし、より好ましくは２．０以上とする。

このガラスフィラー１は、種々の熱膨張係数を有する組成で構成することができる。なお、正の熱膨張係数を有する組成のみでなく、熱膨張係数が零の組成、或いは、負の熱膨張係数を有する組成で構成することも可能である。例えば、正の熱膨張係数を有する組成としては、Ｅガラス、無アルカリガラス、ソーダガラス等で構成することができる。また、熱膨張係数が零の組成、或いは、負の熱膨張係数を有する組成としては、主結晶としてβ−石英固溶体又はβ−ユークプリタイト固溶体を析出してなるＬｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶化ガラス等で構成することができる。

突起２は、ガラスフィラー１の表面に付着した粉末によって形成されている。この粉末は、その径が１ｎｍ〜１００ｎｍ程度のものであり、例えば、フュームド二酸化ジルコニウム、フュームド酸化アルミニウム、フュームドシリカ、フュームド二酸化チタン等のセラミックスの粉末、円柱状ガラス基材よりも軟化点の高いガラスの粉末、円柱状ガラス基材よりも軟化流動する温度が高い金属の粉末等である。そして、この粉末がガラスフィラー１の表面に付着して突起２を形成することで、当該ガラスフィラー１の表面における表面粗さＲａの値は、１５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の値とされている。

次に、上記のガラスフィラー１による主たる作用・効果について説明する。

上記のガラスフィラー１によれば、当該ガラスフィラー１が、円柱状ガラス基材よりも軟化温度の高い粉末でなる突起２を表面に有することから、このガラスフィラー１を混入させた樹脂の溶液を成形して樹脂フィルムを製造するに際し、溶液中でガラスフィラー１同士が引っ付いて凝集してしまうような事態の発生が回避される。これにより、ガラスフィラー１が均等に分散された樹脂フィルムを成形することができる。また、突起２の存在により、当該突起２を有したガラスフィラー１と樹脂との密着性が向上するため、成形した樹脂フィルムの強度を十分に確保することが可能となる。

次に、上記のガラスフィラー１を製造するための方法について説明する。

第一の工程として、断面の直径が６μｍ未満で、且つ全長が２０μｍ以下で、且つアスペクト比が１．５以上の円柱状に形成されたガラス繊維を準備する。ここで、ガラス繊維の組成としては、ガラスフィラー１の構成に係る説明で既に述べた種々の組成から選択することが可能であるが、本実施形態では、Ｅガラス（軟化点：８５０℃）を用いている。このガラス繊維は、例えば、以下の（１）〜（３）の工程を経て得られる。（１）ガラス繊維の直径が６μｍ未満となるように、当該ガラス繊維（ガラスフィラメント）を引っ張った後、所定の長さ毎に切断する（例えば、１ｃｍ毎）。（２）切断されたガラス繊維をボールミル等で粉砕する。（３）分級器を用いて目的のガラス繊維を選り分ける。

第二の工程として、準備したガラス繊維に、当該ガラス繊維を構成するガラス（円柱状ガラス基材）よりも軟化温度の高い粉末を添加する。ここで、添加する粉末としては、ガラスフィラー１の構成に係る説明で既に述べた種々の粉末から選択することが可能であるが、絶縁材でなる粉末を添加することが好ましい。そして、本実施形態では、フュームドシリカ（直径が５ｎｍ〜４０ｎｍ程度の球状のシリカ）及び／又はフュームド酸化アルミニウム（直径が５ｎｍ〜６０ｎｍ程度の球状の酸化アルミニウム）の粉末を添加している。なお、これらの粉末は、例えば、気相法によって製造することができる。ガラス繊維への粉末の添加量は、ガラス繊維の総重量（複数本のガラス繊維の重量の和）に対して、０．１％〜３％の重量とすることが好ましい。

第三の工程として、粉末を添加したガラス繊維に対し、軟化点−１００℃〜軟化点＋５０℃の温度範囲で熱処理を施す。この熱処理は、例えば、焼成炉内でガラス繊維を加熱することによって行う。ここで、焼成炉内の温度を昇温させる態様として好適なものを例示する。まず、焼成炉内の温度をガラス繊維の軟化点（Ｅガラスの軟化点）よりも１５０℃〜１００℃低い温度まで一旦昇温させ、当該温度を維持して焼成炉内の各ガラス繊維の温度を均一にする。その後、焼成炉内の温度をガラス繊維の軟化点−１００℃〜軟化点＋５０℃の温度まで昇温させ、当該温度を維持する。このようにすれば、製造されるガラスフィラー１の品質を均一化しやすくなる。なお、焼成炉の他、ロータリーキルン等を用いることで熱処理を行ってもよい。また、ガラス繊維の軟化点−１００℃〜軟化点＋５０℃の温度に維持された気中にガラス繊維を舞い上げながら熱処理を行ってもよい。第三の工程が完了すると、ガラス繊維の表面に粉末が融着、一体化されて、粉末でなる突起２を表面に有したガラスフィラー１が得られる。

次に、上記の製造方法を用いてガラスフィラー１を製造する態様の具体例を挙げる。

約１００ｇ分のガラス繊維に対して、５ｎｍ〜４０ｎｍ程度の直径を有するアエロジル（登録商標）を重量％で２ｗｔ％添加した後、焼成炉内でガラス繊維に熱処理を施すことで、ガラスフィラー１を製造した。ガラス繊維への熱処理は以下の２つの条件の下で行なった。第一の条件では、ガラス繊維を８００℃の温度で２０分間加熱した。第二の条件では、ガラス繊維を軟化点よりも低温の７５０℃の温度で３０分間加熱した後、７７５℃の温度で４０分間加熱した。なお、ガラス繊維の組成はＥガラスであり、その軟化点は８５０℃である。

上記の態様によって製造されたガラスフィラー１には、その表面にアエロジルでなる突起２が形成された。そして、第一の条件の下で熱処理を行って製造されたガラスフィラー１は、無作為に三本のガラスフィラー１を抜き出し、原子間力顕微鏡を用いて測定を行ったところ、その表面粗さＲａの平均値が２４．６ｎｍであった。一方、第二の条件の下で熱処理を行って製造されたガラスフィラー１は、その表面粗さＲａの平均値が２７．７ｎｍであった。ここで、図２（走査型電子顕微鏡によって撮影した倍率２００００倍の画像）は、アエロジルを添加することなく第一の工程で準備したガラス繊維（ガラスフィラー３）を示す図である。同図に示すように、このガラスフィラー３には、その表面に突起が形成されておらず、その表面粗さＲａの平均値は１１．５ｎｍであった。

次に、本発明の実施形態に係る樹脂フィルムの構成について説明する。

本発明の実施形態に係る樹脂フィルムは、上記のガラスフィラー１を含んでいる。そして、ガラスフィラー１の総重量が、当該樹脂フィルムの全重量のうちの２０％以上を占めている。なお、ガラスフィラー１の総重量が、樹脂フィルムの全重量に占める割合は、好ましくは３０％以上とし、より好ましくは５０％以上とする。また、樹脂の種類としては、例えば、ポリカーボネート、エポキシ、ポリエステル、ポリアクリル等を用いることができる。

次に、上記の樹脂フィルムによる主たる作用・効果について説明する。

この樹脂フィルムは、上記のガラスフィラー１を含むと共に、このガラスフィラー１の総重量が、樹脂フィルムの全重量のうちの２０％以上を占めている。これにより、十分な強度を確保することが可能である。

次に、上記の樹脂フィルムを製造するための方法について説明する。

上記の樹脂フィルムは、樹脂の溶液に上記のガラスフィラー１を重量％で２０ｗｔ％以上混入させた後、既に公知となっている種々の成形方法により、溶液を薄く引き伸ばしてフィルム状に成形することで製造することが可能である。

ここで、本発明に係るガラスフィラー、及び樹脂フィルムは、上記の実施形態で説明した構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変更が加えることが可能である。

１ ガラスフィラー
２ 突起
３ ガラスフィラー

Claims (6)

1. 円柱状ガラス基材の表面に多数の突起を有するガラスフィラーであって、
   前記円柱状ガラス基材は、断面の直径よりも全長が長く、
   前記突起は、前記円柱状ガラス基材を構成するガラスよりも軟化温度の高い粉末により形成されてなることを特徴とするガラスフィラー。
2. 前記断面の直径が６μｍ未満で、且つ前記全長が２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスフィラー。
3. 前記全長を前記断面の直径で除した値が１．５以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラスフィラー。
4. 円柱状ガラス基材の表面に多数の突起を有するガラスフィラーを含んだ樹脂フィルムにおいて、
   前記円柱状ガラス基材は、断面の直径よりも全長が長く、
   前記突起は、前記円柱状ガラス基材を構成するガラスよりも軟化温度の高い粉末により形成されてなり、
   前記ガラスフィラーの総重量が、当該樹脂フィルムの全重量のうちの２０％以上を占めることを特徴とする樹脂フィルム。
5. 前記ガラスフィラーについて、前記断面の直径が６μｍ未満で、且つ前記全長が２０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の樹脂フィルム。
6. 前記ガラスフィラーについて、前記全長を前記断面の直径で除した値が１．５以上であることを特徴とする請求項４又は５に記載の樹脂フィルム。