JPS58139490A - アルミナ繊維を利用した複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規なアルミナ繊維を基材とし、樹脂あるいは
ゴム類をマトリックスとする複合材、轡に熱伝導性に優
れ、かつ機械的性質。

電気絶縁性及び加工性の良好なプリント配謔基板用複合
材に関する。

各種民生用及び産業用の電子機器において電子部品の実
装９部品間の接続あるいは絶縁等のためにプリント配線
基板が用いられている。周知の如く、最近電子機器の高
性能化。

小瀝化に伴ってプリント配−基板上に電子部品を高密度
実装する必要が増しているが、部品の高密度実装はそれ
だけ部品からの発熱密度の増大をもたらすものである。

従って、発生した熱を放散させることが重要となってき
ており、このための有効な方策として熱伝導性の優れた
プリント配線基板用材料が要求されている。従来、プリ
ント配線基板用材料として紙あるいはガラス繊維等の繊
維を基材とするフェノール樹脂複合材やエポキシ樹脂複
合材部が使用されている。４ＩＫガラス繊維織布を基材
とするエポキシ樹脂積層板は、打ち抜き加工ができない
等の加工上の欠点があるものの、電気的性質９機械的性
質等が優れ、また熱伝導性においても紙エポキシ樹脂積
層板等に比し良好なため、現在信頼性の高いプリント配
線基板用材料として多用されている。

しかしながら、ガラス繊維を基材とした場合ガラス自体
が本来熱伝導性に乏しいため放熱特性の改良には自ずか
ら限界があり、上記の如き熱伝導性の優れたプリント配
線基板用複合材としての要求を満たすものではない。こ
のためプリント配線基板用複合材の基材として、ガラス
繊維よりも本来的に熱伝導性の高い繊維の開発が望まれ
ている。

本発明者らは上記の現状Ｋかんがみ、アルミナ繊細を用
いるプリント配線基板用複合材の研究を鋭意重ねた結果
、以下に述べる新規なアルミナ繊維を基材とすることに
よって初めて熱伝導性が優れ、かつ電気絶縁性及び機械
的強度が良好というバランスのとれた集用的な複合材が
得られることを見出し、本発明を提供するものである。

すなわち、本発明はＡｊ、０．として実質的［１００％
の成分を有し、かつ平均直径が０．０５４タ一ン以上３
ミクーン未満である多結晶質アルミナ繊維と「樹脂ある
いはゴム類の少なくとも一つ」とからなる複合材である
。本発明において、Ａｔ。

０、とじて実質的［１００％の成分とは、Ａｔ、Ｏ，と
して９８％以上の成分を称する。

Ａｔ、Ｏ＠とじて実質的に１００％の成分を有するアル
ミナ繊維を用いるととＫより樹脂あるいはゴム類との複
合材は、優れた熱伝導性を示し、また、電気絶縁性も良
好となる。

一般に、アルミナの熱伝導率は、Ａｊ、Ｏｌｌとしての
成分が多くなるにつれて高くなるが、その変化は、直線
的ではなく、９８％前後を境界にして、急激に上昇する
。

従来、アルミナ繊維の製造法として、代表的なものは紡
糸法である。しかし、紡糸法による製造においては、紡
糸液の曳糸性を高めるため、また繊維としての機械的強
度を賦与する必要から、Ａｔ、Ｏ，以外の成分、一般に
は８１０．、Ｍ＃０　などの少なくとも一成分を必須成
分として加えることが必要とされ、Ａｔ５Ｏ，として実
質的に１００％の成分を有するアルミナ繊維を得ること
は困難である。

Ａ／！、、Ｏ，として実質的に１００％の成分を有する
アルミナ繊維を得るために、従来知られている方法とし
ては、ウィスカーとしであるいはアルミナの融液からの
引き上げ法がある。しかしながら、これらの方法で得ら
れるアルミナ繊維は、平均直径が１０〜数百ミクｐンの
太い単結晶の繊細であって、本発明で必須とする平均直
ｇｏ、ｏｓｓりｐン以上３！ターン未満の多結晶という
要件を充足しない。

本発明において、平均直径ｏ、ｏｓｓりｐン以上３ミク
ｐン未満のアルミナ繊維を用いる利点は、このような平
均直径の小さいものを用いるととくより、熱伝導性と電
気絶縁性が均一化されることである。例えば熱伝導性に
ついて言えば、アルミナ繊維を樹脂あるいはゴム類に充
填した場合、熱の大部分はマトリックスに比し格段に熱
伝導性の良いアルミナ繊維のほうを伝って放散するので
、アルミナ繊維とじ【は繊維どうしの接触面積が大きく
なる微細な平均直径のほうが極めて望ましく４１に上記
の平均直径とすることが効果的である。また、本発明の
如く微細な平均直径のアルミナ繊維を用いると充填率を
高くでき、この点でも熱の放散に効果的である。

また、繊維の平均直径を黴細にするととＫより、一般に
７スペクト比が大きくなる。本発明に用いるアルミナ繊
維の長さとして好ましい値は、５ミク！ノ以上１１５０
ミクーン以下のものｔある。このよ５な長さのものを用
いるととにより、７スペクト比は数百に達する極めて大
きいものとなる。こ゛のように７スペクト比の大きいア
ルミナ繊維を用いて得られる大きな利点は、アルミナ繊
維の平均直径が黴細である尤もかかわらず、複合材の機
械的強度として、十分く実用性あるものが得られること
である。

更に弛の利点は、黴細な平均直径のため表面積が大きく
、基材としてのアルミナ繊維とマトリックスとしての樹
脂あるいはゴム類との接着性が高まることである。

従来の紡糸法で得られるアルミナ繊維は、平均直径が３
ミクｐン以上あり、ウィスカーとし【あるいはアルミナ
の融液からの引き上げ法で得られるアルミナ繊維は前記
したよ５に、平均直径が１０〜数百ミクロンもあり、い
ずれも本発明の要件とする平均直径を満足しない。

更に、本発ｌ！に用いるアルミナ繊維は多結晶であるこ
とが必要である。すなわち、繊維が単結晶ではなくて、
多数のアルミナの結晶から成り【いることが必要である
。一般に、多結晶のものは、単結晶のものに比して表面
積が大きい。このため、アルミナ繊維と樹脂あるいはゴ
ム類との接着性が優れて良好なものとなる。本発明に用
いるアルミナ繊維は、多結晶質であればｘ１１回折でみ
た結晶構造がα−アルミナあるいはη−アルミナ、ｒ−
アルミナ等のいわゆる遷利アルミナ、またこれらの結晶
構造が混在していても嵐い。

本発明に用いる前記のｍ要件を満足するアルミナ繊維の
側法は、４１に隈定されないが、本発明者等が、先に４
Ｉ願昭５６−１１ｉ１０７７４として提案した繊維状塩
基性硫酸フルｊニウムを、加熱・焼成することＫよって
得られる。

すなわち、一般式ムｊ（ＯＨ）。Ｘ、（但し、Ｘは一価
の険イオンを示し、ｃ　＋　ｄ　＝　３　、０．５＜ｅ
　＜１．９　）で表わされる塩基性アルミニウム塩溶液
に可溶性の硫酸塩を、８０４／Ａｔのモル比が（３−Ｃ
）／２　（但し、Ｃは塩基性アルミニウム塩の一般弐ム
ｊ（ＯＨ）ｅＸｄ　Ｋ鍵ける符号）の値となるまでの添
加時間Ｔ（単位：時間）がＴ＜−１４０＋２８を満足す
るような添加速度で添加することによって、平均直径が
ｏ、ｏｓｚり１７以上３ミクρン未濃、通常は０．１〜
０．５ミク一ン１度で、長さが、５ｊり２７以上１５０
４りｐン以下の一般弐ムｔ（ＯＨ）ａ（８０４）＞　・
ｎＨｓＯ（但しａ　＋　２　ｂ　＝３　＊　２．３２　
＜ａ　＜　２−４４　＊　Ｏ−２１１＜　ｂ　＜０．３
４　＊　Ｏ＜ｎ　＜１０　）で表わされる繊維状塩基性
硫酸アルミニウムが得られる。

一般式Ａｊ（ＯＨ）。Ｘｄ　で表わされる塩基性アルミ
ニウム塩は、鳳々の方法によって製造することができる
が、最も好ましい方法は一価の陰イオンのアルミニウム
塩例えば塩化フルＪ＝ウム＊ＭＩｌフル４．ウム、臭化
アルミニ？ＡＩ沃化アルミニウム、クエン酸アルミニウ
ム、酢酸アルミニウム等、好ましくは塩化アルミニラＡ
ｔ１ｌ酸アルミニウム、就中塩化アルミニウムの水ＩＩ
ＩＩＫアルカリを添加する方法である。アルカリとして
は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア岬
が用いられる。

また、塩基性フルミニラム塩溶液に添加する可溶性の硫
酸塩としては、例えば硫酸ナトリウム、硫酸力リウ義、
硫１１！７ン七ニウム等を用いればよい。

前記の一般弐ムＬ　（ＯＨ）　ａ　（８０４）　＞　＠
ｎＨｓ。

で表わされる繊維状塩基性硫酸アルミニウムを加熱・焼
成するととにより、繊維形状がそのまま維持されたＡｊ
、０．として実質的に１００％の成分な有する多結晶質
アルミナ繊維が得られる。例えば１０００℃の焼成では
多結晶質のｒ−アルミナ繊維が、１ｚｏｏ℃の焼成では
多結晶質のα−アルミナ繊維が得られる。

このようにして得られたアルミナ繊維と「樹脂あるいは
ゴム類の少なくとも一つ」とから複合材を製造する。複
合材の製造法は、例えばアルミナ繊維をシート状に成形
し、これに熱硬化性樹脂などを含浸、乾燥して得たプリ
プレグを積層後加熱加圧して積層板とする方法等を用い
ることができるが、他にも複合材製造において公知の全
ての方法を使用できる。

本発明に用いる樹脂あるいはゴム類としては、プリント
配線基板用に通常用いられる樹脂は勿論、複合材用途に
用いられる公知の樹脂あるいはゴムが任意に採用できる
。例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、フルキッド樹
脂、尿素−ホルムフルデヒド樹脂、メラミン樹ｍ―不飽
和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂
、ポリエチレン樹脂夛ポリブーピレン樹脂、ポリメチル
メタクリレ）　Ｉｔ　ｍｌ　ｍポリスチレン樹脂、ポリ
塩化ビニール樹脂、ムＢ８樹脂、スチレンーアクリーニ
トリル共重合体、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポ
リアセタール樹脂、ポリスルホン樹ｌｉ、ポリカーボネ
ート樹脂、ポリブタジェン樹脂等の熱硬化性樹脂、また
スチレン−ブタジェンゴム、ポリブタジェンゴム、ポリ
インプレンゴム、ポリクーロブレンゴム勢のゴム類があ
げられる。

また、複合材とする際には、樹脂あるいはゴム類との接
着性をさらに高めるため、アルミナ繊維の表面をカップ
リング剤等を用い【４６１１することも好ましい、更Ｋ
、複合材の用途によっては幽諌アルミナ繊維と有機質や
無機質繊維とを併用することもできる。

以上説明のよ５に、本発明は、熱伝導性に極めて優れ、
機械的強度、電気絶縁性も良好という実用的な複合材を
提供するものである。

これは、Ａｔ、Ｏ，として実質的に１００％の成分を有
し、平均直径が０．０５　ミグ２フ以上３ミクｐン未満
の黴細な形状の多結晶アルミナ繊細を基材とするととＫ
よって初めて実現されるものである。また、鋏アルミナ
繊維が樹脂あるいはゴム類の良好な接着性をもつ故に繊
維の充填率を高めることができるという製造上の利点も
有する。さらにまた、該アルミナ繊維が前述の如く繊維
状塩基性硫酸アルミニウムの加熱焼成により得たもので
ある場合、短繊維という利点を生かして、上記の効果に
加えてガラス繊維織布エポキシ樹脂勢の欠点であった打
ち抜き加工性が大巾に改嵐できるという効果も実現でき
る。以上の如き効果は、特にプリント配線基板用複合材
の用途において極めて有益なものであるが、本発明の複
合材はその用途にのみ限定されるものではない。

以下実施例及び比較例をあげて本発明を説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。

実施例　１ 一般式Ａｔ　（ＯＨ）　ｓ、ｍｓ　（８０４）。０１．
・０．９８Ｈ，Ｏの繊維状塩基性硫酸アルミニウムをシ
ート状に成形し、これを１２００℃で３０分関鉤成して
、Ａｊ、Ｏ，として９９．９９％の組成を有する多結晶
質のアルミナ繊維からなるシートを得た。鋏アルミナ繊
維は走査蓋電子顕黴鏡による観察から平均直径がおよそ
０．１〜０．２ミクｐン、平均長さがおよそ６０〜７０
ミクρンの形状を有し、またＸ＊回折においてはα−ア
ルミナの回折パターンを示した。

上記のアルミナ繊維のシートにエポキシ樹脂（シェル化
学社製；エビツー）１００１−Ｂｓｏ＋ｉ１ｍとして２
０重量％のメチルエチルケトンを含む。）と硬化剤（ジ
シアノジアミ゛ド及びベンジルジメチルアミン＋　ｍ　
ｍ　１００重量部に対してそれぞれ４重量部及び０．２
重量部）及び溶媒（７セトン及び水、樹脂１００重量部
に対してそれぞれ７５重量部及び１０重量部）とからな
るエポキシ樹脂溶液な含浸俵、８０℃で３０分間乾燥次
いで１６０℃でＳ分間乾燥してプリプレグシートを得た
。このプリプレグシートを８枚積層し、圧力１００騨／
ｄｔ温度１６０℃で３０分間熱プレス後さらに１００℃
で１時間熱処理して樹脂を硬化させ厚さ１．ｇ−、フル
ミナ繊維の充填車間重量％の平板を得た。

ｌ！論例　２ 一般式ムｊ（ＯＨ）ｓ、ｍ５（８０，）。、８、−ｏ、
５ｓＨｓＯの繊維状塩基性硫酸フルミニウムをシート状
に成形し、これを１０００℃で１時間焼成して、Ａｊ、
Ｏ，として９９９９％の組成を有する多結晶質のアルミ
ナ繊維シートを得た。皺アルミナ繊維の形状は実施例１
の場合とはぼ同様であったが、Ｘ線回折ではｒ−アルミ
ナの回折パターンを示した。得られたシートを基材とし
て、実施例１と同様にして厚さ１．２鴎、アルミナ繊維
の充填率ｓＯ重量％の平板を得た。

実施例　３ ムｔ、０．とじて９９９９％の組成を有する多結晶質の
アルミナ繊維からなる厚さおよそ２Ｍの多孔板を、実施
例１で用いた繊維状塩基性硫酸アルｊニウムを板状に成
形後、１２００℃で３０分間焼成するととＫより得た。

該アルミナ繊維の形状及びＸ線回折パターンは実施例１
の場合と同様であった。得られたアルミナ繊−の多孔板
及び実施例１で述べたエポキシ樹脂＊＊を嵩温にて真空
中で脱気し、次いで真空排気しながら多孔［Ｋエポキシ
樹脂ｌｌＩ液を充分含浸した。これを８０℃で３０分間
乾燥さらＫｌｌｏ℃で５分間乾燥後、１５０ＩＩ／ａ１
１の圧力、１８０℃の温度で３０分間熱プレスし、次い
で１８０″Ｃにて１時間熱処理して平板を得た。この平
板の厚さは１．２■。

アルミナ繊維の充填率は６０重量％であった。

比較例　ｌ ム１，０．として９ｓ％の組成を有する多結晶質のアル
ミナ繊維からなるシー）　（Ｉｍ　−ｐ＊ｒ１ａｌ　　
Ｃｈ＠ｍ１ｃａｌ　　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｌｔｄｌｌｌ
：サフイルペーパー）を基材として、実施例１と同様に
してプリプレグシートを得た。

このプリプレグシートを積層し、圧力１００１１／ｄｌ
温度１６０℃で３０分間熱プレス後さらに１８０℃にて
１時間熱処理して、厚さ１．２■、繊維の充填率５０重
量％の平板を得た。

比較例　２ ガラス繊維からなる平織布を基材として、実施例１と同
様にしてプリプレグシートな得これを積層して比較例１
と同じ条件で熱プレス及び熱処理して、厚さ１．２　ｗ
ｒ　、繊維の充填率５０重量％の平板を作製した。

実施例１〜３及び比較例１〜２で作製した平板から遍癲
な試験片を切り出し、熱伝導率。

電気体積抵抗率、引張弾性率及び打ち抜き加工性の試験
を行った。結果を８１表に示す。

第１表において、繊維の充填率が同じ実施例１〜２及び
比較例１−１をくらべると、本発明品は極めて高い熱伝
導率を有することがわかる。これはｊｌｊ、Ｏｌとして
はＦ１１００％の純度の多結晶質のアルミナ繊維を基材
として用いたことによる効果である。また実施例３に示
したように、本発明の熱伝導性は繊維の充填率を高める
ことによってさらに優れたものとなる。また本発明品は
体積抵抗率も喪好であることがわかる。機械的強度につ
いてもプリント配線用基板等のような用適に用いるには
十分な強度である。比較例２のガラス繊維平織布と樹脂
との複合材においては、繊維を平織布の形とし、繊細を
配向させているため高い弾性率を示すのであって、本発
明品の場合も、用いるアルミナ繊維を配向させて充填す
れば得られる樹脂複合材の機械的強度は本実施例のそれ
より高まると推定できる。さらにまた、本発明は、比較
例２で示したよ５に、従来のガラス繊＊織布樹脂複合材
の欠点であった打ち抜き加工性についても、改良されて
いることが通解できる。

手　　続　　補　　正　　逼 昭和５７年３月２３日 特許庁長官　島田春樹　殿 １、　事件の表示 昭和５７年特許願第２１３０６号 ２、発明の名称 アルミナーーを利用した複合材 ３、補正をする看 事件との関係　特許出願人 郷便番号　７４５ 住　所　　山口県徳山市御影町ｌ＃１号４ 連絡先　　東京都港区西新橋１−４−５傳山ｌ違株式会
社東京本部特許情報部 電話　５９１−９３６１ ４、補正命令の日付　自発 ５、補正の対象 、） ６、補正の内容 （１）　　明細書落Ｓ頁１７行目のｒＭｊｌＯＪをｌ″
ＭＩｉＯ」に補正する。

（２）　　同第６頁３行目の「ウィスカーとして」を「
ウィスカーとして得る方法」に補正する。

（３）　　同第８頁１８行目の「過料」を「遷移」に補
正する。

（４）　　同第１３頁７行目の「ゴム類の」を「ゴム類
との」Ｋ補正する。

以上

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ａｔ、Ｏ，として実質的に１００％の成分を
   有し、かつ平均直径が０．０５　ｊり２７以上３ミクロ
   ン未満である多結晶質アルミナ繊細と「樹脂あるいはゴ
   ム類の少なくとも一つ」とからなる複合材。
2. （２）　　多結晶質アルミナ繊維として、長さが５ミク
   一ン以上１５０ミクｐ／以下のものを用いる特許請求の
   範囲第１項記載の複合材。
3. （３）　　多結晶質アルミナ繊維として、一般式Ａｔ（
   ＯＨ）、（８０４）、−ｎＨ，Ｏ（但し、ａ＋２ｂ＝３
   　、２４２＜ａ＜２．４４　、０．２８＜ｂ＜０、３４
   　ｒ　Ｏ＜ｎ　＜Ｉ　Ｑ　）で表わされる繊維状塩基性
   硫酸アルミニウムをアルミナに転化し庭ものを用いる特
   許請求の範囲第１３１記載の複合材。
4. （４）　　一般式Ａｊ（ＯＨ）（８０４）ｂｌｌｎＨｌ
   ｏ　　で表わされる繊維状塩基性硫酸アルミニウムとし
   て、一般式Ａｔ（ＯＨ）ｃＸ４　　（但し、Ｘは一価の
   陰イオンを示し、ａ＋ｄ＝３．０．５くａ　＜１．９　
   ）で表わされる塩基性アルミニウム塩溶液に、可溶性の
   硫酸塩を、Ｓｏ４／Ａｔのモル比が（３−ｅ）／２（但
   し、Ｃは塩基性アルミニウム塩の一般弐ムｔ（ＯＨ）ｃ
   Ｘｄ　における符号）の値となるまでの添加時間Ｔ（単
   位；時間）がＴ＜−１４０＋２８を満足するよ５な添加
   速度で添加することによって得られた繊維状塩基性硫酸
   アルミニウムを用いる特許請求の範囲第３項記載の複合
   材。