JPWO2016190260A1 - エポキシ樹脂組成物、熱伝導材料前駆体、bステージシート、プリプレグ、放熱材料、積層板、金属基板、及びプリント配線板 - Google Patents
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Abstract
アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子と、液晶性エポキシモノマーと、硬化剤と、を含有し、前記液晶性エポキシモノマーが前記硬化剤と反応することにより、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを形成可能なエポキシ樹脂組成物、並びにこのエポキシ樹脂組成物を用いた熱伝導材料前駆体、Bステージシート、プリプレグ、放熱材料、積層板、金属基板、及びプリント配線板を提供する。
Description
本開示は、エポキシ樹脂組成物、熱伝導材料前駆体、Bステージシート、プリプレグ、放熱材料、積層板、金属基板、及びプリント配線板に関する。
近年、電子機器の小型化及び高性能化によるエネルギー密度の増加に伴い、単位体積当たりの発熱量が増加傾向にあることから、電子機器を構成する絶縁材料には高い熱伝導性が求められている。また、絶縁材料には、絶縁耐圧の高さ及び成形の容易さの観点から、広くエポキシ樹脂が用いられている。エポキシ樹脂の熱伝導性を高める方法として、例えば特開平11−323162号公報には、配向性の高いメソゲン基を有するモノマーを含む樹脂組成物を重合させた液晶性エポキシ樹脂を利用することが有効であると記載されている。
更に、エポキシ樹脂の熱伝導性を高めるために、熱伝導率が高く且つ絶縁性の熱伝導性フィラーを樹脂に添加してコンポジット化する方法が一般に用いられている。熱伝導性フィラーとしては、窒化ホウ素粒子、アルミナ粒子等がある。
熱伝導性フィラーの形状としては、球状、楕円体状、鱗片状、板状等があり、用途に応じて選択される。シート状の硬化物としたときの厚み方向の熱伝導率を高める方法として、例えば特表2008−510878号公報には、平均アスペクト比が2未満である特定の球状窒化ホウ素凝集体を重合体マトリックスに配合することが有効であると記載されている。
また、樹脂と熱伝導性フィラーとのコンポジットの熱伝導率を高める方法として、例えば特表2011−503241号公報には、熱伝導性フィラーの周囲において、樹脂分子が熱伝導性フィラーの表面に対して垂直に整列するように秩序化樹脂シェルを形成させ、更に、秩序化樹脂シェルの連続経路が形成されるように秩序化樹脂シェルを重複させることが有効であると記載されている。
しかしながら、特表2008−510878号公報のようにアスペクト比が小さい球状窒化ホウ素凝集体を使用すると、シート状の硬化物の厚み方向の熱伝導率を高めることは可能であるものの、絶縁耐圧が低下する傾向があった。
また、熱伝導性フィラーとして六方晶窒化ホウ素粒子を使用する場合、六方晶窒化ホウ素粒子の(001)結晶面に官能基が無いため、樹脂分子の整列方向は(001)結晶面に対して垂直とはならず、特表2011−503241号公報に記載された方法で熱伝導率を高めることは困難であった。
上記状況に鑑み、本発明の課題は、六方晶窒化ホウ素粒子を含有し、且つ、熱伝導率及び絶縁耐圧が高い硬化物を形成可能なエポキシ樹脂組成物、並びにこのエポキシ樹脂組成物を用いた熱伝導材料前駆体、Bステージシート、プリプレグ、放熱材料、積層板、金属基板、及びプリント配線板を提供することにある。
上記課題を解決するための具体的な手段は以下の通りである。
<1> アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子と、液晶性エポキシモノマーと、硬化剤と、を含有し、前記液晶性エポキシモノマーが前記硬化剤と反応することにより、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを形成可能なエポキシ樹脂組成物。
<1> アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子と、液晶性エポキシモノマーと、硬化剤と、を含有し、前記液晶性エポキシモノマーが前記硬化剤と反応することにより、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを形成可能なエポキシ樹脂組成物。
<2> 前記スメクチック構造のドメインでは、前記六方晶窒化ホウ素粒子の(100)結晶面と交差する方向に周期構造が形成され、前記六方晶窒化ホウ素粒子の(001)結晶面に沿う方向に周期構造が形成される<1>に記載のエポキシ樹脂組成物。
<3> 前記六方晶窒化ホウ素粒子の含有率が、全固形分中、50質量%以上である<1>又は<2>に記載のエポキシ樹脂組成物。
<4> 前記六方晶窒化ホウ素粒子は、酸化処理が施されている<1>〜<3>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
<5> 前記スメクチック構造のドメインは、1周期の長さが2nm〜4nmの周期構造を有する<1>〜<4>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
<6> 硬化物における前記スメクチック構造のドメインの割合が、前記樹脂マトリックス全体に対して60体積%以上となる<1>〜<5>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
<7> 前記液晶性エポキシモノマーが、下記一般式(I)で表されるモノマーを含む<1>〜<6>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
〔一般式(I)中、R1〜R4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を示す。〕
〔一般式(I)中、R1〜R4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を示す。〕
<8> 前記硬化剤が、フェノールノボラック樹脂を含む<1>〜<7>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
<9> <1>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物の半硬化物である熱伝導材料前駆体。
<10> 前記半硬化物は、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを含む<9>に記載の熱伝導材料前駆体。
<11> 前記スメクチック構造のドメインでは、六方晶窒化ホウ素粒子の(100)結晶面と交差する方向に周期構造が形成され、前記六方晶窒化ホウ素粒子の(001)結晶面に沿う方向に周期構造が形成されている<10>に記載の熱伝導材料前駆体。
<12> 前記スメクチック構造のドメインは、1周期の長さが2nm〜4nmの周期構造を有する<10>又は<11>に記載の熱伝導材料前駆体。
<13> <1>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物のシート状の半硬化物であるBステージシート。
<14> 前記半硬化物は、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを含む<13>に記載のBステージシート。
<15> 前記スメクチック構造のドメインでは、六方晶窒化ホウ素粒子の(100)結晶面と交差する方向に周期構造が形成され、前記六方晶窒化ホウ素粒子の(001)結晶面に沿う方向に周期構造が形成されている<14>に記載のBステージシート。
<16> 前記スメクチック構造のドメインは、1周期の長さが2nm〜4nmの周期構造を有する<14>又は<15>に記載のBステージシート。
<17> 繊維基材と、前記繊維基材に含浸される<1>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物の半硬化物と、を有するプリプレグ。
<18> <1>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物である放熱材料。
<19> 被着材と、
前記被着材上に設けられる、<1>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、<13>〜<16>のいずれか1項に記載のBステージシート、及び<17>に記載のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、
を有する積層板。
前記被着材上に設けられる、<1>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、<13>〜<16>のいずれか1項に記載のBステージシート、及び<17>に記載のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、
を有する積層板。
<20> 金属箔と、
金属板と、
前記金属箔と前記金属板との間に配置される、<1>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、<13>〜<16>のいずれか1項に記載のBステージシート、及び<17>に記載のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、
を有する金属基板。
金属板と、
前記金属箔と前記金属板との間に配置される、<1>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、<13>〜<16>のいずれか1項に記載のBステージシート、及び<17>に記載のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、
を有する金属基板。
<21> 配線層と、
金属板と、
前記配線層と前記金属板との間に配置される、<1>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、<13>〜<16>のいずれか1項に記載のBステージシート、及び<17>に記載のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、
を有するプリント配線板。
金属板と、
前記配線層と前記金属板との間に配置される、<1>〜<8>のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、<13>〜<16>のいずれか1項に記載のBステージシート、及び<17>に記載のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、
を有するプリント配線板。
本発明によれば、六方晶窒化ホウ素粒子を含有し、且つ、熱伝導率及び絶縁耐圧が高い硬化物を形成可能なエポキシ樹脂組成物、並びにこのエポキシ樹脂組成物を用いた熱伝導材料前駆体、Bステージシート、プリプレグ、放熱材料、積層板、金属基板、及びプリント配線板を提供することができる。
以下、本発明を適用したエポキシ樹脂組成物、熱伝導材料前駆体、Bステージシート、プリプレグ、放熱材料、積層板、金属基板、及びプリント配線板の実施形態の一例について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合、原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
本明細書において組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。
本明細書において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されてもよく、二以上の層が脱着可能であってもよい。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
本明細書において組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。
本明細書において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されてもよく、二以上の層が脱着可能であってもよい。
本明細書において、シート、繊維基材、プリプレグ、層、又は積層体の平均厚み(厚みの平均値ともいう)は、対象となるシート、繊維基材、プリプレグ、層、又は積層体の無作為に選んだ5点の厚みを測定し、その算術平均値として与えられる値とする。シート、繊維基材、プリプレグ、層、又は積層体の厚みは、マイクロメーター等を用いて測定することができる。本明細書において、層又は積層体の厚みを直接測定可能な場合には、マイクロメーターを用いて測定する。一方、積層体の一部を構成する1つの層の厚み又は複数の層の総厚みを測定する場合には、電子顕微鏡を用いて、積層体の積層方向に平行な断面を観察することで測定する。
<エポキシ樹脂組成物>
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子と、液晶性エポキシモノマーと、硬化剤と、を含有し、液晶性エポキシモノマーが硬化剤と反応することにより、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを形成可能なものである。エポキシ樹脂組成物は、更にその他の成分を含有していてもよい。本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、上記構成を有することにより、熱伝導率及び絶縁耐圧が高い硬化物を形成することが可能となる。
以下、エポキシ樹脂組成物の構成成分について詳細に説明する。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子と、液晶性エポキシモノマーと、硬化剤と、を含有し、液晶性エポキシモノマーが硬化剤と反応することにより、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを形成可能なものである。エポキシ樹脂組成物は、更にその他の成分を含有していてもよい。本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、上記構成を有することにより、熱伝導率及び絶縁耐圧が高い硬化物を形成することが可能となる。
以下、エポキシ樹脂組成物の構成成分について詳細に説明する。
(六方晶窒化ホウ素粒子)
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子を含有する。ここで、アスペクト比は、体積平均粒子径を平均厚みで除することによって求められる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子を含有する。ここで、アスペクト比は、体積平均粒子径を平均厚みで除することによって求められる。
六方晶窒化ホウ素粒子の体積平均粒子径は、レーザー回折法を用いて測定される。レーザー回折法による測定は、レーザー回折散乱粒度分布測定装置(例えば、ベックマン・コールター社製、製品名:「LS230」)を用いて行うことができる。エポキシ樹脂組成物中の六方晶窒化ホウ素粒子の体積平均粒子径は、エポキシ樹脂組成物中から六方晶窒化ホウ素粒子を抽出した後、レーザー回折散乱粒度分布測定装置を用いて測定される。
具体的には、有機溶剤、硝酸、王水等を用いて、エポキシ樹脂組成物中から六方晶窒化ホウ素粒子を抽出し、超音波分散機等で充分に分散して分散液を調製する。この分散液についてレーザー回折散乱粒度分布測定装置によって体積累積分布曲線を測定する。小径側から体積累積分布曲線を描いた場合に、累積50%となる粒子径(D50)を体積平均粒子径として求めることで、エポキシ樹脂組成物に含有される六方晶窒化ホウ素粒子の体積平均粒子径が測定される。
なお、エポキシ樹脂組成物の半硬化後又は硬化後においても、同様にして、六方晶窒化ホウ素粒子の体積平均粒子径を測定することができる。すなわち、半硬化物又は硬化物から六方晶窒化ホウ素粒子を抽出した後、レーザー回折散乱粒度分布測定装置を用いることで、六方晶窒化ホウ素粒子の体積平均粒子径を測定することができる。
具体的には、有機溶剤、硝酸、王水等を用いて、エポキシ樹脂組成物中から六方晶窒化ホウ素粒子を抽出し、超音波分散機等で充分に分散して分散液を調製する。この分散液についてレーザー回折散乱粒度分布測定装置によって体積累積分布曲線を測定する。小径側から体積累積分布曲線を描いた場合に、累積50%となる粒子径(D50)を体積平均粒子径として求めることで、エポキシ樹脂組成物に含有される六方晶窒化ホウ素粒子の体積平均粒子径が測定される。
なお、エポキシ樹脂組成物の半硬化後又は硬化後においても、同様にして、六方晶窒化ホウ素粒子の体積平均粒子径を測定することができる。すなわち、半硬化物又は硬化物から六方晶窒化ホウ素粒子を抽出した後、レーザー回折散乱粒度分布測定装置を用いることで、六方晶窒化ホウ素粒子の体積平均粒子径を測定することができる。
六方晶窒化ホウ素粒子の平均厚みは、走査型電子顕微鏡(例えば、(株)日立製作所製、製品名:「S900」)を用いて無作為に測定した30個の六方晶窒化ホウ素粒子の厚みの算術平均により求めることができる。なお、六方晶窒化ホウ素粒子の厚みとは、六方晶窒化ホウ素粒子を2つの平行な面で挟んだ場合に、面間距離が最小となるときの値を意味する。
アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子を用いることで、エポキシ樹脂組成物中の液晶性エポキシモノマーの配向性、更にはエポキシ樹脂組成物の硬化物中の液晶性エポキシ樹脂の配向性が高まる傾向にある。その結果、エポキシ樹脂組成物の硬化物における熱伝導率が向上する傾向にある。また、アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子を用いることで、アスペクト比が2未満の六方晶窒化ホウ素粒子を用いる場合と比較して絶縁耐圧が向上する傾向にある。
六方晶窒化ホウ素粒子のアスペクト比は、硬化物の厚み方向の熱伝導性、硬化物の絶縁耐圧、及びシート化した場合の取り扱い性の観点から、2〜7であることが好ましい。
六方晶窒化ホウ素粒子の体積平均粒子径は、放熱材料の熱伝導性フィラーとして使用する観点から、0.01μm〜1mmであることが好ましく、六方晶窒化ホウ素粒子を高充填する観点から、0.10μm〜100μmであることがより好ましく、シート化した場合の取り扱い性の観点から、0.10μm〜50μmであることが更に好ましく、0.10μm〜20μmであることが特に好ましい。
六方晶窒化ホウ素粒子は、単結晶粒子、単結晶の凝集粒子、多結晶体粒子、多結晶体の凝集粒子等のいずれであってもよい。
六方晶窒化ホウ素粒子の形状は、アスペクト比が2以上であれば、楕円体状、鱗片状、板状等のいずれであってもよい。六方晶窒化ホウ素粒子の単結晶の形状は鱗片状又は板状であり、液晶性エポキシモノマーの配向性の観点から鱗片状が好ましい。
六方晶窒化ホウ素粒子の製造方法は特に制限されず、直接窒化法、還元窒化法、気相反応法等のいずれの製造方法により製造されていてもよい。
六方晶窒化ホウ素粒子と樹脂マトリックスとの親和性を高めるため、六方晶窒化ホウ素粒子は、表面エネルギーの極性項が1mN/m以上であることが好ましい。表面エネルギーの極性項が1mN/m以上である六方晶窒化ホウ素粒子をエポキシ樹脂組成物に添加することで、六方晶窒化ホウ素粒子とともに熱伝導率の低い分散剤をエポキシ樹脂組成物に添加する場合に比べて、熱伝導率を低下させることなく六方晶窒化ホウ素粒子の分散性を向上させ、シート化した場合の取り扱い性を向上させることができる。
一般的に無機窒化物粒子の表面エネルギーは小さいため、六方晶窒化ホウ素粒子はエポキシモノマー(エポキシ樹脂)に対する分散性に優れない傾向にある。また、六方晶窒化ホウ素粒子は非極性液体に対する親和性が高く疎水性を示すが、極性液体に対する親和性は低く親水性に乏しい。ここで、エポキシモノマーのエポキシ基は親水性基であることから、分散性を高めるためには、六方晶窒化ホウ素粒子を適度に親水性化する必要があるものと考えられる。他方、エポキシモノマーの骨格は疎水性であることから、六方晶窒化ホウ素粒子は親水性と疎水性のバランスを図る必要があるものと考えられる。このような親水性と疎水性とのバランスを図る観点から、六方晶窒化ホウ素粒子の表面エネルギーの極性項を1mN/m以上とすることが効果的であるものと推測される。
エポキシモノマーに対する分散性の観点から、六方晶窒化ホウ素粒子の表面エネルギーの極性項は、10mN/m以上であることがより好ましい。エポキシ樹脂組成物中での分散性を向上させる観点から、六方晶窒化ホウ素粒子の表面エネルギーの極性項は、1mN/m〜50mN/mであることが好ましく、10mN/m〜50mN/mであることがより好ましい。
六方晶窒化ホウ素粒子の表面エネルギーの極性項の求め方は以下の通りである。
六方晶窒化ホウ素粒子の表面エネルギー(γs)は、下記式(1)のように、表面エネルギーの分散項(γd s)と表面エネルギーの極性項(γp s)との和で表される。
六方晶窒化ホウ素粒子の表面エネルギー(γs)は、下記式(1)のように、表面エネルギーの分散項(γd s)と表面エネルギーの極性項(γp s)との和で表される。
六方晶窒化ホウ素粒子の表面エネルギーの極性項(γp s)は、液体の表面エネルギー(γL)のうち分散項(γd L)及び極性項(γp L)の両方の値が既知である2種類以上の液体と六方晶窒化ホウ素粒子とのそれぞれの接触角から、下記式(2)及び下記式(3)により求めることができる。式(3)中、θは六方晶窒化ホウ素粒子と液体との接触角を示す。
六方晶窒化ホウ素粒子の表面エネルギーの極性項は、例えば、表面エネルギーが既知である液体として、水及びn−ヘキサデカンを用いた場合、次のように算出される。
水の表面エネルギーの分散項(γd L)を29.3mN/m、表面エネルギーの極性項(γp L)を43.5mN/mとし、上記式(3)に代入すると、下記式(4)が得られる。式(4)中、θ(水)は六方晶窒化ホウ素粒子と水との接触角を示す。
水の表面エネルギーの分散項(γd L)を29.3mN/m、表面エネルギーの極性項(γp L)を43.5mN/mとし、上記式(3)に代入すると、下記式(4)が得られる。式(4)中、θ(水)は六方晶窒化ホウ素粒子と水との接触角を示す。
また、n−ヘキサデカンの表面エネルギーの分散項(γd L)を27.6mN/m、表面エネルギーの極性項(γp L)を0mN/mとし、上記式(3)に代入すると、下記式(5)が得られる。式(5)中、θ(ヘキサデカン)は六方晶窒化ホウ素粒子とn−ヘキサデカンとの接触角を示す。
よって、六方晶窒化ホウ素粒子とn−ヘキサデカンとの接触角を測定し、上記式(5)に代入することにより、表面エネルギーの分散項(γd s)が求められ、更に六方晶窒化ホウ素粒子と水との接触角を測定し、上記式(4)に代入することにより、表面エネルギーの極性項(γp s)が求められる。
六方晶窒化ホウ素粒子の表面エネルギーの極性項を求めるのに用いる2種類以上の液体としては、分散項(γd L)及び極性項(γp L)の両方の値が既知のものであれば特に制限されない。測定誤差を少なくする観点から、少なくとも極性液体と非極性液体との2種類を用いることが好ましい。
極性液体としては、水、ジヨードメタン、テトラブロムエタン、テトラクロロエタン、グリセリン、ホルムアミド、チオジグリコール等が挙げられ、表面エネルギーの極性項の値の高さの観点から水を用いることが好ましい。また、非極性液体としては、n−ヘキサデカン、n−テトラデカン、n−ドデカン、n−ウンデカン、n−デカン、n−ノナン、n−オクタン等が挙げられ、表面エネルギーの分散項の値の高さの観点からn−ヘキサデカンを用いることが好ましい。
なお、ここでいう接触角とは、液滴と六方晶窒化ホウ素粒子の圧粉体との界面の端点における液滴の接線と、圧粉体表面との成す角θである。圧粉体は、20mmφの型に六方晶窒化ホウ素粒子を充填し、これを平均表面粗さ(Ra)が0.1μmで19mmφの押圧物により、600kgf/cm2(5880N/cm2)の圧力でプレスすることで得ることができる。また、このような装置がない場合には、10mmφ以上の径を有する金型に六方晶窒化ホウ素粒子を充填し、これを平均表面粗さ(Ra)が0.5μm以下で金型の径より小さい押圧物により、500kgf/cm2以上の圧力でプレスすることで得ることができる。
表面エネルギーの極性項が1mN/m以上である六方晶窒化ホウ素粒子は、例えば、六方晶窒化ホウ素粒子に酸化処理を施すことにより得ることができる。酸化処理方法としては、六方晶窒化ホウ素粒子を150℃以上で加熱処理する方法、紫外線照射する方法、オゾン処理する方法、O2プラズマ処理する方法、大気圧プラズマ処理する方法、クロム酸処理する方法等が挙げられる。これらの中でも、加熱処理又は紫外線照射が好ましい。
六方晶窒化ホウ素粒子の加熱処理は、一般的な方法で行うことができる。加熱処理では、ホットプレート、恒温槽、電気炉、焼成炉等の各種化学製品の製造技術で利用されている一般的な加熱装置を利用することができる。加熱処理の雰囲気に特に制限はないが、六方晶窒化ホウ素粒子の表面の酸素原子濃度を高める観点から、大気下等の酸化雰囲気であることが好ましい。また、加熱時間に特に制限はないが、1分間以上であることが好ましく、六方晶窒化ホウ素粒子の表面の有機不純物を分解する観点から、10分間以上であることがより好ましい。
六方晶窒化ホウ素粒子への紫外線の照射には、例えば、各種化学製品の製造技術で利用されている紫外線照射処理技術及び紫外線照射装置を利用することができる。紫外線照射装置としては、高圧水銀灯、低圧水銀灯、重水素ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ等が挙げられる。
照射に用いる紫外線としては、波長150nm〜400nmの紫外領域を含む光を含んでいることが好ましく、その他の波長の光を含んでいてもよい。六方晶窒化ホウ素粒子の表面の有機不純物を分解する観点から、波長150nm〜400nmの光を含んでいることが好ましい。
紫外線照射条件として、照射強度は特には制限されず、0.5mW/cm2以上であることが好ましい。この照射強度であると、目的とする効果がより充分に発揮される傾向がある。目的とする効果をより充分に発揮させるために、照射時間は10秒間以上であることが好ましい。
照射紫外線量は、照射強度(mW/cm2)×照射時間(秒)で規定され、目的とする効果をより充分に発揮させる観点から、100mJ/cm2以上であることが好ましく、1000mJ/cm2以上であることがより好ましく、5000mJ/cm2以上であることが更に好ましく、10000mJ/cm2以上であることが特に好ましい。また、紫外線照射による六方晶窒化ホウ素粒子の損傷をより抑える観点から、50000mJ/cm2以下であることが好ましい。照射紫外線量の好適な範囲は100mJ/cm2〜50000mJ/cm2であり、より好適には1000mJ/cm2〜50000mJ/cm2であり、更に好適には5000mJ/cm2〜50000mJ/cm2である。
なお、紫外線照射強度は、後述する実施例に記載されている方法で規定される。
なお、紫外線照射強度は、後述する実施例に記載されている方法で規定される。
上記紫外線照射処理は、例えば、六方晶窒化ホウ素粒子に波長150nm〜400nmの紫外線を含む光を100mJ/cm2以上照射することが好ましい。
六方晶窒化ホウ素粒子に紫外線を照射する際には、六方晶窒化ホウ素粒子全体に対して紫外線をなるべく均一に照射することが好ましい。照射を均一化する方法としては、六方晶窒化ホウ素粒子を撹拌しながら紫外線を照射する方法等が挙げられる。紫外線照射の際の六方晶窒化ホウ素粒子の撹拌方法は、撹拌棒、スパチュラ、薬さじ等で撹拌する方法、六方晶窒化ホウ素粒子を入れた容器を振動させて撹拌する方法などの撹拌装置を用いない方法であってもよく、紫外線照射の際に、振動型混合機、リボン型混合機、パドル型混合機等の撹拌装置を用いる方法であってもよい。均一な混合の観点から、撹拌装置を用いることが好ましく、具体的にはパドル型混合機等の撹拌装置を用いることが好適である。
また、紫外線照射雰囲気には制限はないが、六方晶窒化ホウ素粒子の表面の酸素原子濃度を高める観点から、酸素存在下又はオゾン存在下であることが好ましい。
また、紫外線照射雰囲気には制限はないが、六方晶窒化ホウ素粒子の表面の酸素原子濃度を高める観点から、酸素存在下又はオゾン存在下であることが好ましい。
エポキシ樹脂組成物における六方晶窒化ホウ素粒子の含有率としては特に制限はなく、エポキシ樹脂組成物を構成する全固形分中、熱伝導率の観点から、50質量%以上であることが好ましく、粘度の観点から、50質量%〜95質量%であることがより好ましい。なお、エポキシ樹脂組成物の固形分とは、エポキシ樹脂組成物を構成する成分のうち、室温(25℃)で固体の成分を意味する。
(液晶性エポキシモノマー)
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、液晶性エポキシモノマーを含有する。液晶性エポキシモノマーは、いわゆるメソゲン構造(ビフェニル基、ターフェニル基、ターフェニル類縁基、アントラセン基、これらがアゾメチン基又はエステル基で接続された基等)を有するモノマーである。液晶性エポキシモノマーが硬化剤と反応して樹脂マトリックスを形成すると、樹脂マトリックス中にメソゲン構造に由来する高次構造(周期構造ともいう)が形成される。
ここでいう高次構造(周期構造)とは、樹脂マトリックス中に分子が配向配列している状態を意味し、例えば、樹脂マトリックス中に結晶構造又は液晶構造が存在する状態を意味する。このような結晶構造又は液晶構造は、例えば、直交ニコル下での偏光顕微鏡による観察又はX線散乱により、その存在を直接確認することができる。また、結晶構造又は液晶構造が存在すると樹脂の貯蔵弾性率の温度に対する変化が小さくなるので、この貯蔵弾性率の温度に対する変化を測定することにより、結晶構造又は液晶構造の存在を間接的に確認できる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、液晶性エポキシモノマーを含有する。液晶性エポキシモノマーは、いわゆるメソゲン構造(ビフェニル基、ターフェニル基、ターフェニル類縁基、アントラセン基、これらがアゾメチン基又はエステル基で接続された基等)を有するモノマーである。液晶性エポキシモノマーが硬化剤と反応して樹脂マトリックスを形成すると、樹脂マトリックス中にメソゲン構造に由来する高次構造(周期構造ともいう)が形成される。
ここでいう高次構造(周期構造)とは、樹脂マトリックス中に分子が配向配列している状態を意味し、例えば、樹脂マトリックス中に結晶構造又は液晶構造が存在する状態を意味する。このような結晶構造又は液晶構造は、例えば、直交ニコル下での偏光顕微鏡による観察又はX線散乱により、その存在を直接確認することができる。また、結晶構造又は液晶構造が存在すると樹脂の貯蔵弾性率の温度に対する変化が小さくなるので、この貯蔵弾性率の温度に対する変化を測定することにより、結晶構造又は液晶構造の存在を間接的に確認できる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、液晶性エポキシモノマーが硬化剤と反応することにより、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを形成可能なものである。このため、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化することにより高い熱伝導率を発揮できる。この理由は、例えば、以下のように考えることができる。
液晶性エポキシモノマーが硬化剤と反応して樹脂マトリックスを形成すると、液晶性エポキシモノマーのメソゲン構造に由来する規則性の高い高次構造で構成されるドメインが、樹脂マトリックス中に形成される。この高次構造の存在により、熱伝導の媒体であるフォノンの散乱が抑制され、熱伝導率が向上する。
ここで、メソゲン構造に由来する規則性の高い高次構造には、ネマチック構造、スメクチック構造等がある。ネマチック構造は分子長軸が一様な方向を向いており、配向秩序のみを持つ液晶構造である。これに対し、スメクチック構造は配向秩序に加えて一次元の位置の秩序を持ち、一定周期の層構造を有する液晶構造である。また、スメクチック構造の同一のドメイン内部では、層構造の周期の方向が一様である。すなわち、分子の秩序性はネマチック構造よりもスメクチック構造の方が高く、硬化物の熱伝導性もスメクチック構造を示す場合の方が高くなる。このため、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化することにより高い熱伝導率を発揮できると考えられる。
液晶性エポキシモノマーが硬化剤と反応して樹脂マトリックスを形成すると、液晶性エポキシモノマーのメソゲン構造に由来する規則性の高い高次構造で構成されるドメインが、樹脂マトリックス中に形成される。この高次構造の存在により、熱伝導の媒体であるフォノンの散乱が抑制され、熱伝導率が向上する。
ここで、メソゲン構造に由来する規則性の高い高次構造には、ネマチック構造、スメクチック構造等がある。ネマチック構造は分子長軸が一様な方向を向いており、配向秩序のみを持つ液晶構造である。これに対し、スメクチック構造は配向秩序に加えて一次元の位置の秩序を持ち、一定周期の層構造を有する液晶構造である。また、スメクチック構造の同一のドメイン内部では、層構造の周期の方向が一様である。すなわち、分子の秩序性はネマチック構造よりもスメクチック構造の方が高く、硬化物の熱伝導性もスメクチック構造を示す場合の方が高くなる。このため、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化することにより高い熱伝導率を発揮できると考えられる。
熱伝導率の観点から、硬化物におけるスメクチック構造のドメインの割合は、樹脂マトリックス全体に対して60体積%以上であることが好ましく、80体積%以上であることがより好ましい。
なお、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合は、例えば、硬化物を50μmの厚みに研磨して偏光顕微鏡で観察することにより、簡易的に測定することができる。具体的には、硬化物を50μmの厚みに研磨し、偏光顕微鏡(例えば、(株)ニコン製、製品名:「OPTIPHOT2−POL」)で観察してスメクチック構造のドメインの面積を測定し、偏光顕微鏡で観察した視野全体の面積に対する百分率を求めることにより、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合を簡易的に測定することができる。
なお、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合は、例えば、硬化物を50μmの厚みに研磨して偏光顕微鏡で観察することにより、簡易的に測定することができる。具体的には、硬化物を50μmの厚みに研磨し、偏光顕微鏡(例えば、(株)ニコン製、製品名:「OPTIPHOT2−POL」)で観察してスメクチック構造のドメインの面積を測定し、偏光顕微鏡で観察した視野全体の面積に対する百分率を求めることにより、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合を簡易的に測定することができる。
スメクチック構造のドメインにおける周期構造の一例を図1に示す。図1は、鱗片状の六方晶窒化ホウ素粒子3の周囲に形成されたドメイン1を六方晶窒化ホウ素粒子3の側面側から観察した場合における、メソゲン構造2に由来する周期構造を模式的に示したものである。配向性の観点から、図1に示すように、六方晶窒化ホウ素粒子3の側面((100)結晶面5)と交差する方向に周期構造が形成され、六方晶窒化ホウ素3の表裏面((001)結晶面4)に沿う方向に周期構造が形成されることが好ましい。
六方晶窒化ホウ素粒子は、結晶構造の性質上、(100)結晶面には水酸基を形成するが、(001)結晶面には水酸基を形成しない傾向にある。メソゲン構造を有する液晶性エポキシモノマーは、水酸基を多く有する表面と交差する方向に周期構造を形成し、表面エネルギーの極性項が低く水酸基が少ない表面に沿う方向に周期構造を形成する傾向にある。
アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子を用いることで、図1の構造がより形成しやすくなる。その理由としては、アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子を用いると、エポキシ樹脂組成物中に存在する六方晶窒化ホウ素粒子の向きが揃い易くなるためと考えられる。また、アスペクト比が高くなると、一般的に(001)結晶面の割合が大きくなるため、表面に沿う方向に周期構造を形成するために必要な領域を確保できるためと考えられる。また、アスペクト比が2〜7の六方晶窒化ホウ素粒子を用いることで、水酸基が少ない(001)面と水酸基を多く有する(100)結晶面との両方の領域が図1の構造を形成するために十分に確保できるため、より好ましい。
また、六方晶窒化ホウ素粒子に酸化処理を施すことにより、(001)結晶面の水酸基量を殆ど変化させず、(100)結晶面に選択的に水酸基を形成できる傾向にある。そのため、酸化処理を施された六方晶窒化ホウ素粒子、特に、表面エネルギーの極性項を1mN/m以上とした六方晶窒化ホウ素粒子を利用することで、図1の構造がより形成されやすくなる。
また、六方晶窒化ホウ素粒子に酸化処理を施すことにより、(001)結晶面の水酸基量を殆ど変化させず、(100)結晶面に選択的に水酸基を形成できる傾向にある。そのため、酸化処理を施された六方晶窒化ホウ素粒子、特に、表面エネルギーの極性項を1mN/m以上とした六方晶窒化ホウ素粒子を利用することで、図1の構造がより形成されやすくなる。
スメクチック構造のドメインは、1周期の長さが2nm〜4nmの周期構造を有することが好ましい。1周期の長さが2nm〜4nmであることにより、より高い熱伝導率を発揮することが可能である。
周期構造における1周期の長さは、広角X線回折装置(例えば、(株)リガク製、製品名:「RINT2500HL」)を用いて、下記条件でエポキシ樹脂組成物の半硬化物又は硬化物を測定試料としてX線回折を行い、これにより得られた回折角度を、下記ブラッグの式により換算することにより得られる。
(測定条件)
・X線源:Cu
・X線出力:50kV、250mA
・発散スリット(DS):1.0度
・散乱スリット(SS):1.0度
・受光スリット(RS):0.3mm
・走査速度:1.0度/分
ブラッグの式:2dsinθ=nλ
ここで、dは1周期の長さ、θは回折角度、nは反射次数、λはX線波長(0.15406nm)を示している。
周期構造における1周期の長さは、広角X線回折装置(例えば、(株)リガク製、製品名:「RINT2500HL」)を用いて、下記条件でエポキシ樹脂組成物の半硬化物又は硬化物を測定試料としてX線回折を行い、これにより得られた回折角度を、下記ブラッグの式により換算することにより得られる。
(測定条件)
・X線源:Cu
・X線出力:50kV、250mA
・発散スリット(DS):1.0度
・散乱スリット(SS):1.0度
・受光スリット(RS):0.3mm
・走査速度:1.0度/分
ブラッグの式:2dsinθ=nλ
ここで、dは1周期の長さ、θは回折角度、nは反射次数、λはX線波長(0.15406nm)を示している。
スメクチック構造形成の観点から、液晶性エポキシモノマーは、下記一般式(I)で表されるモノマーを含むことが好ましい。下記一般式(I)で表されるモノマーは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
一般式(I)中、R1〜R4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を示す。R1〜R4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基であることが好ましく、水素原子又はメチル基であることがより好ましく、水素原子であることが更に好ましい。また、R1〜R4のうちの2個〜4個が水素原子であることが好ましく、3個又は4個が水素原子であることがより好ましく、4個すべてが水素原子であることが更に好ましい。R1〜R4のいずれかが炭素数1〜3のアルキル基である場合、R1及びR4の少なくとも一方が炭素数1〜3のアルキル基であることが好ましい。
なお、一般式(I)で表されるモノマーの好ましい例は、例えば、特開2011−74366号公報に記載されている。具体的に、一般式(I)で表されるモノマーとしては、4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル−4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート及び4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル−4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3−メチルベンゾエートからなる群より選択される少なくとも1種のモノマーが好ましい。
液晶性エポキシモノマーの一部は、後述の硬化剤等と反応して得られたプレポリマーの状態であってもよい。一般式(I)で表される液晶性エポキシモノマーを含め、分子構造中にメソゲン基を有する液晶性エポキシモノマーは一般的に結晶化し易く、溶媒への溶解度もその他のエポキシ樹脂モノマーと比べると低いものが多い。液晶性エポキシモノマーの一部を重合させてプレポリマーとすることで、結晶化が抑制され、エポキシ樹脂組成物の成形性が向上する傾向がある。
液晶性エポキシモノマーの含有率は、成形性及び接着性の観点から、エポキシ樹脂組成物の全固形分中、10体積%〜40体積%であることが好ましく、15体積%〜35体積%であることがより好ましく、15体積%〜30体積%であることが更に好ましい。
なお、本明細書において、エポキシ樹脂組成物の全固形分に対する液晶性エポキシモノマーの体積基準の含有率は、次式により求めた値とする。
液晶性エポキシモノマーの全固形分に対する含有率(体積%)={(Bw/Bd)/((Aw/Ad)+(Bw/Bd)+(Cw/Cd)+(Dw/Dd))}×100
ここで、各変数は以下の通りである。
Aw:六方晶窒化ホウ素粒子の質量組成比(質量%)
Bw:液晶性エポキシモノマーの質量組成比(質量%)
Cw:硬化剤の質量組成比(質量%)
Dw:その他の任意成分(溶媒を除く)の質量組成比(質量%)
Ad:六方晶窒化ホウ素粒子の比重
Bd:液晶性エポキシモノマーの比重
Cd:硬化剤の比重
Dd:その他の任意成分(溶媒を除く)の比重
液晶性エポキシモノマーの全固形分に対する含有率(体積%)={(Bw/Bd)/((Aw/Ad)+(Bw/Bd)+(Cw/Cd)+(Dw/Dd))}×100
ここで、各変数は以下の通りである。
Aw:六方晶窒化ホウ素粒子の質量組成比(質量%)
Bw:液晶性エポキシモノマーの質量組成比(質量%)
Cw:硬化剤の質量組成比(質量%)
Dw:その他の任意成分(溶媒を除く)の質量組成比(質量%)
Ad:六方晶窒化ホウ素粒子の比重
Bd:液晶性エポキシモノマーの比重
Cd:硬化剤の比重
Dd:その他の任意成分(溶媒を除く)の比重
エポキシ樹脂組成物は、特性を大きく損なわない限りは、液晶性エポキシモノマー以外のその他のエポキシモノマーを更に含有していてもよい。その他のエポキシモノマーとしては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、レゾルシノールノボラック等のフェノール化合物のグリシジルエーテル;ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のアルコール化合物のグリシジルエーテル;フタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸等のカルボン酸化合物のグリシジルエステル;アニリン、イソシアヌール酸等の窒素原子に結合した活性水素をグリシジル基で置換したもの等のグリシジル型(メチルグリシジル型も含む)エポキシモノマー;分子内のオレフィン結合をエポキシ化して得られるビニルシクロヘキセンエポキシド、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシ)シクロヘキシル−5,5−スピロ(3,4−エポキシ)シクロヘキサン−m−ジオキサン等の脂環型エポキシモノマー;ビス(4−ヒドロキシ)チオエーテルのエポキシ化物、パラキシリレン変性フェノール樹脂、メタキシリレンパラキシリレン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、シクロペンタジエン変性フェノール樹脂、多環芳香環変性フェノール樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂等のグリシジルエーテル;スチルベン型エポキシモノマー;ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシモノマーなど(但し、これらのうち液晶性エポキシモノマーを除く)が挙げられる。その他のエポキシモノマーは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
その他のエポキシモノマーの含有量は特に制限されず、質量基準において、液晶性エポキシモノマーを1とした場合に、0.3以下であることが好ましく、0.2以下であることがより好ましく、0.1以下であることが更に好ましい。
(硬化剤)
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含有する。硬化剤は、液晶性エポキシモノマーと硬化反応が可能な化合物であれば特に制限されるものではない。硬化剤の具体例としては、アミン硬化剤、酸無水物硬化剤、フェノール硬化剤、ポリメルカプタン硬化剤、ポリアミノアミド硬化剤、イソシアネート硬化剤、ブロックイソシアネート硬化剤等が挙げられる。これらの硬化剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
エポキシ樹脂組成物の半硬化物又は硬化物の周期構造形成の観点から、硬化剤としては、アミン硬化剤又はフェノール硬化剤が好ましく、フェノール硬化剤がより好ましく、フェノールノボラック樹脂を含むフェノール硬化剤が更に好ましい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含有する。硬化剤は、液晶性エポキシモノマーと硬化反応が可能な化合物であれば特に制限されるものではない。硬化剤の具体例としては、アミン硬化剤、酸無水物硬化剤、フェノール硬化剤、ポリメルカプタン硬化剤、ポリアミノアミド硬化剤、イソシアネート硬化剤、ブロックイソシアネート硬化剤等が挙げられる。これらの硬化剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
エポキシ樹脂組成物の半硬化物又は硬化物の周期構造形成の観点から、硬化剤としては、アミン硬化剤又はフェノール硬化剤が好ましく、フェノール硬化剤がより好ましく、フェノールノボラック樹脂を含むフェノール硬化剤が更に好ましい。
硬化剤がフェノール硬化剤を含む場合、フェノール硬化剤の含有量は、硬化剤100質量部に対して40質量部以上であることが好ましく、60質量部以上であることがより好ましく、80質量部以上であることが更に好ましい。
硬化剤がフェノール硬化剤を含む場合、必要に応じて硬化促進剤を併用してもよい。硬化促進剤を併用することで、エポキシ樹脂組成物を更に充分に硬化させることができる。硬化促進剤の種類は特に制限されず、通常使用される硬化促進剤から選択してよい。硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール化合物、ホスフィン化合物、及びボレート塩化合物が挙げられる。
エポキシ樹脂組成物における硬化剤の含有量は、配合する硬化剤の種類及び液晶性エポキシモノマーの物性を考慮して適宜設定することができる。
具体的には、液晶性エポキシモノマーにおけるエポキシ基の1当量に対して硬化剤の官能基の当量数が0.005当量〜5当量であることが好ましく、0.01当量〜3当量であることがより好ましく、0.5当量〜1.5当量であることが更に好ましい。硬化剤の官能基の当量数がエポキシ基の1当量に対して0.005当量以上であると、液晶性エポキシモノマーの硬化速度をより向上することができる傾向にある。また、硬化剤の官能基の当量数がエポキシ基の1当量に対して5当量以下であると、硬化反応をより適切に制御することができる傾向にある。
なお、本明細書中での化学当量は、例えば、硬化剤としてフェノール硬化剤を使用した際は、エポキシ基の1当量に対するフェノール硬化剤の水酸基の当量数を表し、硬化剤としてアミン硬化剤を使用した際は、エポキシ基の1当量に対するアミン硬化剤の活性水素の当量数を表す。
具体的には、液晶性エポキシモノマーにおけるエポキシ基の1当量に対して硬化剤の官能基の当量数が0.005当量〜5当量であることが好ましく、0.01当量〜3当量であることがより好ましく、0.5当量〜1.5当量であることが更に好ましい。硬化剤の官能基の当量数がエポキシ基の1当量に対して0.005当量以上であると、液晶性エポキシモノマーの硬化速度をより向上することができる傾向にある。また、硬化剤の官能基の当量数がエポキシ基の1当量に対して5当量以下であると、硬化反応をより適切に制御することができる傾向にある。
なお、本明細書中での化学当量は、例えば、硬化剤としてフェノール硬化剤を使用した際は、エポキシ基の1当量に対するフェノール硬化剤の水酸基の当量数を表し、硬化剤としてアミン硬化剤を使用した際は、エポキシ基の1当量に対するアミン硬化剤の活性水素の当量数を表す。
(その他の成分)
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、液晶性エポキシモノマー又は硬化剤が固体である場合はこれらを溶解又は分散させるため、また、液体の場合は粘度を低減させるために、溶媒を含有してもよい。
溶媒としては、アセトン、イソブチルアルコール、イソプロピルアルコール、イソペンチルアルコール、エチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、キシレン、クレゾール、クロロベンゼン、酢酸イソブチル、酢酸イソプロピル、酢酸イソペンチル、酢酸エチル、酢酸メチル、シクロヘキサノール、シクロヘキサノン、1,4−ジオキサン、ジクロロメタン、スチレン、テトラクロロエチレン、テトラヒドロフラン、トルエン、n−ヘキサン、1−ブタノール、2−ブタノール、メタノール、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、メチルシクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン等の一般的に各種化学製品の製造技術で利用されている有機溶媒を使用することができる。
なお、硬化後の残存溶媒が多すぎると、高次構造形成を阻害する場合がある。そのため、沸点が高い溶媒を使用する場合は、低沸点の溶媒と混合して使用し、残存溶媒の量を調整することが好ましい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、液晶性エポキシモノマー又は硬化剤が固体である場合はこれらを溶解又は分散させるため、また、液体の場合は粘度を低減させるために、溶媒を含有してもよい。
溶媒としては、アセトン、イソブチルアルコール、イソプロピルアルコール、イソペンチルアルコール、エチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、キシレン、クレゾール、クロロベンゼン、酢酸イソブチル、酢酸イソプロピル、酢酸イソペンチル、酢酸エチル、酢酸メチル、シクロヘキサノール、シクロヘキサノン、1,4−ジオキサン、ジクロロメタン、スチレン、テトラクロロエチレン、テトラヒドロフラン、トルエン、n−ヘキサン、1−ブタノール、2−ブタノール、メタノール、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、メチルシクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン等の一般的に各種化学製品の製造技術で利用されている有機溶媒を使用することができる。
なお、硬化後の残存溶媒が多すぎると、高次構造形成を阻害する場合がある。そのため、沸点が高い溶媒を使用する場合は、低沸点の溶媒と混合して使用し、残存溶媒の量を調整することが好ましい。
また、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、六方晶窒化ホウ素粒子以外のセラミック粒子、カップリング剤、分散剤、エラストマー等を含有してもよい。
六方晶窒化ホウ素粒子以外のセラミック粒子としては、アルミナ粒子、シリカ粒子、酸化マグネシウム粒子、窒化アルミニウム粒子、窒化ケイ素粒子等が挙げられ、アルミナ粒子が好ましい。アルミナ粒子は、結晶性が高いアルミナ粒子を含むことが好ましく、α−アルミナ粒子を含むことがより好ましい。アルミナ粒子を併用することで、スメクチック構造が発現しやすくなり、硬化物の熱伝導率が向上する傾向にある。その理由としては、以下のようなことが考えられる。
アルミナ粒子の表面には水酸基が多く存在するため、液晶性エポキシモノマーがアルミナ粒子に対して垂直に配向する傾向にある。これにより、エポキシ樹脂組成物の硬化物の厚み方向の熱伝導率が向上する。また、アルミナ粒子が存在することにより、窒化ホウ素粒子が厚み方向に配向しやすくなるため、エポキシ樹脂組成物の硬化物の厚み方向の熱伝導率が向上する。更に、アルミナ粒子がスメクチック構造発現の核となり、スメクチック構造が発現しやくなる。
アルミナ粒子の表面には水酸基が多く存在するため、液晶性エポキシモノマーがアルミナ粒子に対して垂直に配向する傾向にある。これにより、エポキシ樹脂組成物の硬化物の厚み方向の熱伝導率が向上する。また、アルミナ粒子が存在することにより、窒化ホウ素粒子が厚み方向に配向しやすくなるため、エポキシ樹脂組成物の硬化物の厚み方向の熱伝導率が向上する。更に、アルミナ粒子がスメクチック構造発現の核となり、スメクチック構造が発現しやくなる。
エポキシ樹脂組成物がアルミナ粒子を含有する場合、六方晶窒化ホウ素粒子及びアルミナ粒子の総量に対するアルミナ粒子の含有率は、1質量%〜70質量%であることが好ましく、10質量%〜50質量%であることがより好ましい。
(エポキシ樹脂組成物の調製方法)
本実施形態のエポキシ樹脂組成物の調製方法としては、通常行われる樹脂組成物の調製方法を特に制限無く用いることができる。六方晶窒化ホウ素粒子、液晶性エポキシモノマー、及び硬化剤、並びに必要に応じて用いられるその他の成分を混合する方法としては、通常の撹拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル等の分散機を適宜組み合わせて行うことができる。また、適当な溶媒を添加して、分散又は溶解を行うことができる。
具体的には、例えば、六方晶窒化ホウ素粒子、液晶性エポキシモノマー、及び硬化剤を適当な溶媒に溶解又は分散したものに、必要に応じてその他の成分を混合することで、エポキシ樹脂組成物を得ることができる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物の調製方法としては、通常行われる樹脂組成物の調製方法を特に制限無く用いることができる。六方晶窒化ホウ素粒子、液晶性エポキシモノマー、及び硬化剤、並びに必要に応じて用いられるその他の成分を混合する方法としては、通常の撹拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル等の分散機を適宜組み合わせて行うことができる。また、適当な溶媒を添加して、分散又は溶解を行うことができる。
具体的には、例えば、六方晶窒化ホウ素粒子、液晶性エポキシモノマー、及び硬化剤を適当な溶媒に溶解又は分散したものに、必要に応じてその他の成分を混合することで、エポキシ樹脂組成物を得ることができる。
(エポキシ樹脂組成物の用途等)
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、液晶性エポキシモノマーの配向性が高く、硬化物としたときの熱伝導性及び絶縁耐圧に優れる。したがって、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、各種の電気及び電子機器の発熱性電子部品(例えば、IC(Integrated Circuit)チップ又はプリント配線板)の放熱材料に好適に用いることができる。具体的には、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、Bステージシート、プリプレグ等の熱伝導材料前駆体、積層板、金属基板、プリント配線板等の放熱材料などに使用することができる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、液晶性エポキシモノマーの配向性が高く、硬化物としたときの熱伝導性及び絶縁耐圧に優れる。したがって、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、各種の電気及び電子機器の発熱性電子部品(例えば、IC(Integrated Circuit)チップ又はプリント配線板)の放熱材料に好適に用いることができる。具体的には、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、Bステージシート、プリプレグ等の熱伝導材料前駆体、積層板、金属基板、プリント配線板等の放熱材料などに使用することができる。
<熱伝導材料前駆体>
本実施形態の熱伝導材料前駆体は、本実施形態のエポキシ樹脂組成物の半硬化物である。熱伝導材料前駆体を用いることにより、取扱い性に優れ、且つ、高い熱伝導性及び絶縁耐圧を有する放熱材料を得ることができる。
本実施形態の熱伝導材料前駆体は、本実施形態のエポキシ樹脂組成物の半硬化物である。熱伝導材料前駆体を用いることにより、取扱い性に優れ、且つ、高い熱伝導性及び絶縁耐圧を有する放熱材料を得ることができる。
熱伝導材料前駆体としては、後述するBステージシート、プリプレグ等を挙げることができる。
前述のとおり、エポキシ樹脂組成物の半硬化物は、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを含む。スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを含むことにより、より高い熱伝導率を発揮することができる。
また、スメクチック構造のドメインでは、六方晶窒化ホウ素粒子の(100)結晶面と交差する方向に周期構造が形成され、六方晶窒化ホウ素粒子の(001)結晶面に沿う方向に周期構造が形成される。
スメクチック構造のドメインは、1周期の長さが2nm〜4nmの周期構造を有することが好ましい。1周期の長さが2nm〜4nmであることにより、より高い熱伝導率を発揮することができる。
<Bステージシート>
本実施形態のBステージシートは、本実施形態のエポキシ樹脂組成物のシート状の半硬化物である。Bステージシートは、例えば、エポキシ樹脂組成物をシート状に成形し、これを半硬化することにより得られる。Bステージシートが本実施形態のエポキシ樹脂組成物の半硬化物であることにより、硬化後の熱伝導性及び絶縁耐圧に優れるBステージシートが得られる。特に、Bステージシート中の樹脂マトリックスがスメクチック構造のドメインを有することにより、硬化後の熱伝導性に優れるBステージシートが得られる。
ここで「半硬化」とは、一般にBステージ状態と称される状態をいい、常温(25℃)における粘度が104Pa・s〜105Pa・sであるのに対して、100℃における粘度が102Pa・s〜103Pa・sに低下する状態を意味する。Bステージは、JIS K 6900:1994又はISO 472:1988で定義される。なお、粘度は、ねじり型動的粘弾性測定装置等により測定が可能である。
本実施形態のBステージシートは、本実施形態のエポキシ樹脂組成物のシート状の半硬化物である。Bステージシートは、例えば、エポキシ樹脂組成物をシート状に成形し、これを半硬化することにより得られる。Bステージシートが本実施形態のエポキシ樹脂組成物の半硬化物であることにより、硬化後の熱伝導性及び絶縁耐圧に優れるBステージシートが得られる。特に、Bステージシート中の樹脂マトリックスがスメクチック構造のドメインを有することにより、硬化後の熱伝導性に優れるBステージシートが得られる。
ここで「半硬化」とは、一般にBステージ状態と称される状態をいい、常温(25℃)における粘度が104Pa・s〜105Pa・sであるのに対して、100℃における粘度が102Pa・s〜103Pa・sに低下する状態を意味する。Bステージは、JIS K 6900:1994又はISO 472:1988で定義される。なお、粘度は、ねじり型動的粘弾性測定装置等により測定が可能である。
Bステージシートは、例えば、支持体上にエポキシ樹脂組成物を付与(塗布)し、乾燥して樹脂シートを作製し、この樹脂シートを半硬化することで製造することができる。エポキシ樹脂組成物の付与方法及び乾燥方法については特に制限なく、通常用いられる方法を適宜選択することができる。具体的には、付与方法として、コンマコート法、ダイコート法、ディップコート法等が挙げられる。
エポキシ樹脂組成物の乾燥方法としては、バッチ処理の場合には箱型温風乾燥機等を用いた方法が挙げられ、塗工機との連続処理の場合には多段式温風乾燥機等を用いた方法が挙げられる。乾燥の条件については特に制限はなく、温風乾燥機を用いる場合は、エポキシ樹脂組成物の塗工物の膨れを防ぐ観点から、溶媒の沸点より低い温度範囲の温風で熱処理する工程を含むことが好ましい。
樹脂シートを半硬化する方法としては、特に制限はなく、通常用いられる方法を適宜選択することができる。例えば、樹脂シートを熱処理することで、エポキシ樹脂組成物を半硬化することができる。半硬化のための熱処理方法は特に制限はない。
樹脂シートを半硬化するための温度範囲は、エポキシ樹脂組成物に含まれる液晶性エポキシモノマーの種類等に応じて適宜選択することができる。Bステージシートの強度の観点から、熱処理により、液晶性エポキシモノマーの硬化反応を若干進めることが好ましい。熱処理の温度範囲は、80℃〜180℃であることが好ましく、100℃〜160℃であることがより好ましい。また、半硬化のための熱処理の時間としては、特に制限はなく、樹脂シートの硬化速度、樹脂の流動性及び接着性の観点から適宜選択することができる。熱処理の時間は、1分間〜30分間であることが好ましく、1分間〜10分間であることがより好ましい。
半硬化のための熱処理の際に樹脂シートを加圧してもよく、その加圧条件は特に限定されない。通常は、0.5MPa〜15MPaの範囲であり、1.0MPa〜10MPaの範囲で加圧することが好ましい。熱処理及び加圧処理には、真空プレス機等が好適に用いられる。
Bステージシートの平均厚みは、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、50μm〜500μmとすることができ、熱伝導性、電気絶縁性、及び可とう性の観点から、80μm〜300μmであることが好ましい。
また、2層以上の樹脂シート(エポキシ樹脂組成物のシート状成形体であり、硬化処理前のもの)を積層しながら、熱プレスすることにより、Bステージシートを作製することもできる。
また、2層以上の樹脂シート(エポキシ樹脂組成物のシート状成形体であり、硬化処理前のもの)を積層しながら、熱プレスすることにより、Bステージシートを作製することもできる。
前述のとおり、Bステージシートは、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを含む。スメクチック構造のドメインでは、六方晶窒化ホウ素粒子の(100)結晶面と交差する方向に周期構造が形成され、六方晶窒化ホウ素粒子の(001)結晶面に沿う方向に周期構造が形成される。
スメクチック構造のドメインは、1周期の長さが2nm〜4nmの周期構造を有することが好ましい。1周期の長さが2nm〜4nmであることにより、より高い熱伝導率を発揮することができる。
<プリプレグ>
本実施形態のプリプレグは、繊維基材と、この繊維基材に含浸される本実施形態のエポキシ樹脂組成物の半硬化物と、を有する。プリプレグは、必要に応じて保護フィルム等のその他の層を有していてもよい。プリプレグが本実施形態のエポキシ樹脂組成物の半硬化物を有することにより、硬化後の熱伝導性及び絶縁耐圧に優れるプリプレグが得られる。
本実施形態のプリプレグは、繊維基材と、この繊維基材に含浸される本実施形態のエポキシ樹脂組成物の半硬化物と、を有する。プリプレグは、必要に応じて保護フィルム等のその他の層を有していてもよい。プリプレグが本実施形態のエポキシ樹脂組成物の半硬化物を有することにより、硬化後の熱伝導性及び絶縁耐圧に優れるプリプレグが得られる。
プリプレグを構成する繊維基材としては、金属箔張り積層板又は多層プリント配線板を製造する際に用いられる繊維基材であれば特に制限されない。具体的には、織布、不織布等の繊維基材が用いられる。但し、目が極めて詰まった繊維素材を繊維基材として使用する場合、六方晶窒化ホウ素粒子が繊維の隙間に詰まってしまい、エポキシ樹脂組成物の含浸が困難となる場合があるため、繊維基材の目開きは六方晶窒化ホウ素粒子の体積平均粒子径の5倍以上とすることが好ましい。
繊維基材の材質としては、ガラス、アルミナ、ボロン、シリカアルミナガラス、シリカガラス、チラノ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、カーボン等の無機繊維;アラミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、セルロース等の有機繊維;及びこれらの混抄系繊維基材が挙げられる。特に、ガラス繊維の織布が好ましく用いられる。これにより屈曲性のある任意に折り曲げ可能なプリント配線板を得ることができる。更に、製造プロセスでの温度、吸湿等に伴うプリント配線板の寸法変化を小さくすることも可能となる。
繊維基材の平均厚みは特に限定されず、より良好な可とう性を付与する観点から、30μm以下であることが好ましく、エポキシ樹脂組成物の含浸性の観点から15μm以下であることがより好ましい。繊維基材の平均厚みの下限は特に制限されず、通常5μm程度である。
プリプレグにおいて、エポキシ樹脂組成物の含浸率は、繊維基材及びエポキシ樹脂組成物の総質量に対して50質量%〜99.9質量%であることが好ましい。
プリプレグは、例えば、上記と同様に調製されたエポキシ樹脂組成物を、繊維基材に含浸し、80℃〜180℃の加熱により溶媒を除去して製造することができる。プリプレグにおける溶媒残存率は、2.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以下であることがより好ましく、0.7質量%以下であることが更に好ましい。溶媒残存率は、プリプレグを40mm角に切り出し、190℃に予熱した恒温槽中で2時間乾燥させたときの、乾燥前後の質量変化から求める。
熱処理により溶媒を除去する乾燥時間については特に制限されない。また、エポキシ樹脂組成物を繊維基材に含浸する方法に特に制限はなく、例えば、塗工機を使用して付与(塗布)する方法を挙げることができる。詳細には、繊維基材をエポキシ樹脂組成物にくぐらせて引き上げる縦型塗工法、支持フィルム上にエポキシ樹脂組成物を付与してから繊維基材を押し付けて含浸させる横型塗工法等を挙げることができる。繊維基材内での六方晶窒化ホウ素粒子の偏在を抑える観点からは、横型塗工法が好適である。
プリプレグにおいては、繊維基材に含浸されたエポキシ樹脂組成物が半硬化し、Bステージ状態となっている。プリプレグにおけるBステージ状態は、BステージシートにおけるBステージ状態と同様であり、Bステージ化する方法についても同様の条件を適用できる。
また、プリプレグは、プレス、ロールラミネータ等による加熱加圧処理により、積層又は基材に貼付する前に予め表面を平滑化してから使用してもよい。加熱加圧処理の方法は、上述のBステージシートで挙げた方法と同様である。また、プリプレグの加熱加圧処理における加熱温度及びプレス圧の条件についても、Bステージシートの加熱処理及び加圧処理で挙げた条件と同様である。
プリプレグの平均厚みは、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、50μm〜500μmとすることができ、熱伝導率及び可とう性の観点から、60μm〜300μmであることが好ましい。
また、プリプレグは2枚以上のプリプレグを積層して熱プレスすることにより作製することもできる。
また、プリプレグは2枚以上のプリプレグを積層して熱プレスすることにより作製することもできる。
<放熱材料>
本実施形態の放熱材料は、本実施形態のエポキシ樹脂組成物の硬化物である。放熱材料として具体的には、後述する積層板、金属基板、プリント配線板等を挙げることができる。放熱材料は、本実施形態のエポキシ樹脂組成物の硬化物を含むことで、優れた熱伝導性及び絶縁耐圧を有する。
本実施形態の放熱材料は、本実施形態のエポキシ樹脂組成物の硬化物である。放熱材料として具体的には、後述する積層板、金属基板、プリント配線板等を挙げることができる。放熱材料は、本実施形態のエポキシ樹脂組成物の硬化物を含むことで、優れた熱伝導性及び絶縁耐圧を有する。
前述のとおり、エポキシ樹脂組成物の硬化物は、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを含む。スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを含むことにより、より高い熱伝導率を発揮することができる。
また、スメクチック構造のドメインでは、六方晶窒化ホウ素粒子の(100)結晶面と交差する方向に周期構造が形成され、六方晶窒化ホウ素粒子の(001)結晶面に沿う方向に周期構造が形成される。
スメクチック構造のドメインは、1周期の長さが2nm〜4nmの周期構造を有することが好ましい。1周期の長さが2nm〜4nmであることにより、より高い熱伝導率を発揮することができる。
<積層板>
本実施形態の積層板は、被着材と、この被着材上に設けられる、本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層(樹脂シート)、本実施形態のBステージシート、及び本実施形態のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、を有する。本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される硬化層を有することで、熱伝導性及び絶縁耐圧に優れた積層板が得られる。
本実施形態の積層板は、被着材と、この被着材上に設けられる、本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層(樹脂シート)、本実施形態のBステージシート、及び本実施形態のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、を有する。本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される硬化層を有することで、熱伝導性及び絶縁耐圧に優れた積層板が得られる。
被着材としては、金属箔、金属板等を挙げることができる。具体的には、後述の金属基板における金属箔及び金属板が挙げられる。被着材は、硬化層の片面のみに設けても、両面に設けてもよい。
積層板においては、硬化層は、エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層の硬化層、Bステージシートの硬化層、又はプリプレグである樹脂含有層の硬化層を有する単層構造であってもよく、2層以上を有する積層構造であってもよい。
硬化層が2層以上の積層構造を有する場合、エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層を2層以上有する形態、Bステージシートを2枚以上有する形態、及びプリプレグを2枚以上有する形態のいずれであってもよい。また、エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、Bステージシート、及びプリプレグからなる群より選択される2種以上を組み合わせて有してもよい。
硬化層が2層以上の積層構造を有する場合、エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層を2層以上有する形態、Bステージシートを2枚以上有する形態、及びプリプレグを2枚以上有する形態のいずれであってもよい。また、エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、Bステージシート、及びプリプレグからなる群より選択される2種以上を組み合わせて有してもよい。
積層板は、例えば、被着材上にエポキシ樹脂組成物を塗工して樹脂層を形成し、これを熱処理及び加圧処理して樹脂層を硬化させ、被着材に密着させることにより得られる。或いは、積層板は、被着材に樹脂シート、Bステージシート、又はプリプレグを積層したものを準備し、これを熱処理及び加圧処理して、樹脂シート、Bステージシート、又はプリプレグを硬化させ、被着材に密着させることにより得られる。
エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層(樹脂シート)、Bステージシート、及びプリプレグを硬化する際の硬化方法は特に制限されない。例えば、熱処理及び加圧処理により硬化することが好ましい。熱処理及び加圧処理における加熱温度は特に限定されない。加熱温度は、通常100℃〜250℃の範囲であり、130℃〜230℃の範囲であることが好ましい。また、熱処理及び加圧処理における加圧条件は特に限定されない。加圧条件は、通常1MPa〜10MPaの範囲であり、1MPa〜5MPaの範囲であることが好ましい。また、熱処理及び加圧処理には、真空プレス機等が好適に用いられる。
エポキシ樹脂組成物からなる樹脂層の硬化層、又はBステージシート若しくはプリプレグである樹脂含有層の硬化層の平均厚みは、500μm以下であることが好ましく、100μm〜300μmであることがより好ましい。平均厚みが500μm以下であると、可とう性に優れ、曲げ加工時にクラックが発生するのが抑えられる傾向にある。また、平均厚みが300μm以下であると、曲げ加工の際のクラックの発生をより抑えられる傾向にある。また、平均厚みが100μm以上であると、作業性に優れる。
<金属基板>
本実施形態の金属基板は、金属箔と、金属板と、この金属箔と金属板との間に配置される、本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、本実施形態のBステージシート、及び本実施形態のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、を有する。本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される硬化層を有することで、熱伝導性及び絶縁耐圧に優れた金属基板が得られる。
本実施形態の金属基板は、金属箔と、金属板と、この金属箔と金属板との間に配置される、本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、本実施形態のBステージシート、及び本実施形態のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、を有する。本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される硬化層を有することで、熱伝導性及び絶縁耐圧に優れた金属基板が得られる。
金属箔としては特に制限されず、通常用いられる金属箔から適宜選択することができる。具体的には、金箔、銅箔、アルミニウム箔等を挙げることができ、一般的には銅箔が用いられる。金属箔の厚みとしては、1μm〜200μmが挙げられ、使用する電力等に応じて好適な厚みを選択することができる。
また、金属箔として、ニッケル、ニッケル−リン合金、ニッケル−スズ合金、ニッケル−鉄合金、鉛、鉛−スズ合金等の層を中間層とし、この両表面に0.5μm〜15μmの銅層と10μm〜150μmの銅層とを設けた3層構造の複合箔を用いてもよく、アルミニウムと銅箔とを複合した2層構造の複合箔を用いることもできる。
金属板は熱伝導率が高く、熱容量が大きい金属材料からなることが好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、鉄、リードフレームに使われる合金等が例示できる。
金属板としては特に制限されず、通常用いられる金属板から適宜選択することができる。例えば、金属板としては、軽量化又は加工性を優先する場合はアルミニウム板を使用し、放熱性を優先する場合は銅板を使用する、というように目的に応じて材質を選定することができる。
金属板としては特に制限されず、通常用いられる金属板から適宜選択することができる。例えば、金属板としては、軽量化又は加工性を優先する場合はアルミニウム板を使用し、放熱性を優先する場合は銅板を使用する、というように目的に応じて材質を選定することができる。
金属板の平均厚みは用途に応じて適宜選択することができ、特に制限されない。加工性の観点から、金属板の平均厚みは0.5mm〜5mmであることが好ましい。
また、金属板は、生産性を高める観点から、必要分より大きなサイズで作製されて電子部品を実装した後に、使用するサイズに切断されることが好ましい。そのため、金属基板に用いる金属板は切断加工性に優れることが望ましい。
金属板としてアルミニウムを用いる場合、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金を材質とすることができる。アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金は、その化学組成と熱処理条件により多種類のものが入手可能である。中でも、切削し易い等の加工性が高く、且つ、強度に優れた種類を選定することが好ましい。
金属基板においては、硬化層は、エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、Bステージシート又はプリプレグである樹脂含有層の硬化層を有する単層構造であってもよく、2層以上を有する積層構造であってもよい。
硬化層が2層以上の積層構造を有する場合、エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層を2層以上有する形態、Bステージシートを2枚以上有する形態、及びプリプレグを2枚以上有する形態のいずれであってもよい。また、エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、Bステージシート、及びプリプレグからなる群より選択される2種以上を組み合わせて有してもよい。
硬化層が2層以上の積層構造を有する場合、エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層を2層以上有する形態、Bステージシートを2枚以上有する形態、及びプリプレグを2枚以上有する形態のいずれであってもよい。また、エポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、Bステージシート、及びプリプレグからなる群より選択される2種以上を組み合わせて有してもよい。
<プリント配線板>
本実施形態のプリント配線板は、配線層と、金属板と、この配線層と金属板との間に配置される、本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、本実施形態のBステージシート、及び本実施形態のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、を有する。本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される硬化層を有することで、熱伝導性及び絶縁耐圧に優れたプリント配線板が得られる。
本実施形態のプリント配線板は、配線層と、金属板と、この配線層と金属板との間に配置される、本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、本実施形態のBステージシート、及び本実施形態のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、を有する。本実施形態のエポキシ樹脂組成物から形成される硬化層を有することで、熱伝導性及び絶縁耐圧に優れたプリント配線板が得られる。
配線層は、上述の金属基板における金属箔を回路加工することにより製造することができる。金属箔の回路加工には、通常のフォトリソグラフィーによる方法が適用できる。
金属板の例としては、上述の金属基板に使用される金属板と同じものが挙げられ、好ましい態様も同じである。
プリント配線板の好ましい態様としては、例えば、特開2009−214525号公報の段落番号[0064]及び特開2009−275086号公報の段落番号[0056]〜[0059]に記載のプリント配線板と同様のものを挙げることができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」及び「%」は質量基準である。
(合成例1)
窒素置換したセパラブルフラスコに、フェノール化合物としてレゾルシノール105g(0.95mol)及びカテコール5g(0.05mol)、触媒としてシュウ酸0.11g(フェノール化合物に対して0.1質量%)、並びに溶剤としてメタノール15gを量り取った後、内容物を撹拌し、40℃以下になるように油浴で冷却しながらホルマリン30g(約0.33mol、ホルマリン(P)とフェノール化合物(F)とのモル比:P/F=0.33)を加えた。2時間撹拌した後、油浴を100℃になるように加温しながら水及びメタノールを減圧留去した。水及びメタノールが留出しなくなったことを確認した後、シクロヘキサノンを用いてフェノールノボラック樹脂が50質量%となるように調整し、フェノール硬化剤溶液を得た。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量測定で、得られたフェノールノボラック樹脂の数平均分子量は484、繰り返し単位数nは平均で3.9であった。また、モノマー含有比率は40質量%であった。1H−NMRの測定により、繰り返し単位に水酸基が平均で2.1個含まれることが分かった。水酸基当量は62g/eqであった。
窒素置換したセパラブルフラスコに、フェノール化合物としてレゾルシノール105g(0.95mol)及びカテコール5g(0.05mol)、触媒としてシュウ酸0.11g(フェノール化合物に対して0.1質量%)、並びに溶剤としてメタノール15gを量り取った後、内容物を撹拌し、40℃以下になるように油浴で冷却しながらホルマリン30g(約0.33mol、ホルマリン(P)とフェノール化合物(F)とのモル比:P/F=0.33)を加えた。2時間撹拌した後、油浴を100℃になるように加温しながら水及びメタノールを減圧留去した。水及びメタノールが留出しなくなったことを確認した後、シクロヘキサノンを用いてフェノールノボラック樹脂が50質量%となるように調整し、フェノール硬化剤溶液を得た。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量測定で、得られたフェノールノボラック樹脂の数平均分子量は484、繰り返し単位数nは平均で3.9であった。また、モノマー含有比率は40質量%であった。1H−NMRの測定により、繰り返し単位に水酸基が平均で2.1個含まれることが分かった。水酸基当量は62g/eqであった。
(実施例1)
鱗片状の六方晶窒化ホウ素粒子の凝集体(アスペクト比:2.7、体積平均粒子径:2.5μm、電気化学工業(株)製、商品名:「SP−3」)(以下、「窒化ホウ素粒子1」ともいう)と、液晶性エポキシモノマー(4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル−4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート、一般式(I)で表される液晶性エポキシモノマー)(以下、「樹脂1」ともいう)と、硬化剤(合成例1で調製したフェノール硬化剤溶液)と、硬化促進剤(トリフェニルホスフィン)と、溶媒(シクロヘキサノン/メチルエチルケトン=1/3(質量比))と、を混合してエポキシ樹脂組成物を調製した。
鱗片状の六方晶窒化ホウ素粒子の凝集体(アスペクト比:2.7、体積平均粒子径:2.5μm、電気化学工業(株)製、商品名:「SP−3」)(以下、「窒化ホウ素粒子1」ともいう)と、液晶性エポキシモノマー(4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル−4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート、一般式(I)で表される液晶性エポキシモノマー)(以下、「樹脂1」ともいう)と、硬化剤(合成例1で調製したフェノール硬化剤溶液)と、硬化促進剤(トリフェニルホスフィン)と、溶媒(シクロヘキサノン/メチルエチルケトン=1/3(質量比))と、を混合してエポキシ樹脂組成物を調製した。
液晶性エポキシモノマー及び硬化剤の配合量は、液晶性エポキシモノマーのエポキシ基の当量数と硬化剤の水酸基の当量数との比が1対1となるように調整した。また、硬化後のエポキシ樹脂組成物(全固形分に相当)における六方晶窒化ホウ素粒子の含有率が60質量%となるように、六方晶窒化ホウ素粒子の添加量を調整した。更に、硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物中、0.8質量%となるように調整し、溶媒の配合量は、エポキシ樹脂組成物の粘度が300mPa・sとなるように調整した。
調製したエポキシ樹脂組成物を、厚み75μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に、300μmの厚みで塗工した後、塗工したエポキシ樹脂組成物を別のPETフィルムで挟み、140℃、1MPa、2分間の条件で真空プレスすることによりBステージシートを得た。
エポキシ樹脂組成物の半硬化物であるBステージシートの周期構造に由来する回折角度を、広角X線回折装置((株)リガク製、製品名:「RINT2500HL」)を使用して測定した。
詳細には、X線源として、Cuを用い、X線出力を50kV、250mAとし、発散スリット(DS)を1.0度とし、散乱スリット(SS)を1.0度とし、受光スリット(RS)を0.3mmとし、走査速度を1.0度/分として測定した。
測定した回折角度を、下記ブラッグの式で1周期の長さ(周期長)に変換した。
ブラッグの式:2dsinθ=nλ
ここで、dは1周期の長さ、θは回折角度、nは反射次数、λはX線波長(0.15406nm)を示している。
詳細には、X線源として、Cuを用い、X線出力を50kV、250mAとし、発散スリット(DS)を1.0度とし、散乱スリット(SS)を1.0度とし、受光スリット(RS)を0.3mmとし、走査速度を1.0度/分として測定した。
測定した回折角度を、下記ブラッグの式で1周期の長さ(周期長)に変換した。
ブラッグの式:2dsinθ=nλ
ここで、dは1周期の長さ、θは回折角度、nは反射次数、λはX線波長(0.15406nm)を示している。
得られたBステージシートの両面のPETフィルムを剥がし、代わりに表面を粗化した銅箔(古河電気工業(株)製、商品名:「GTS」)で挟み、180℃で真空プレスを行うことにより銅箔に圧着させた。これを更に、140℃で2時間熱処理した後、更に190℃で2時間熱処理することにより硬化させ、シート状の銅圧着硬化物を得た。
得られた銅圧着硬化物の両面の銅箔を、200g/Lの過硫酸アンモニウム及び5mol/Lの硫酸の混合溶液を用いた酸エッチングにより除去し、シート状のエポキシ樹脂硬化物を得た。
得られたシート状のエポキシ樹脂硬化物を1cm角に切出し、熱拡散率を測定するための試験片とした。フラッシュ法装置(ブルカー・エイエックスエス(株)製、製品名:「NETZSCH,nanoflash LFA447」)を用いて、切出した試験片の熱拡散率を測定した。測定結果にアルキメデス法により測定した密度と、示差走査熱量測定(DSC)法により測定した比熱とを乗じることにより、シート状のエポキシ樹脂硬化物の厚み方向の熱伝導率を求めた。
また、得られたシート状のエポキシ樹脂硬化物を油中に浸漬し、絶縁破壊試験装置(総研電気(株)製、製品名:「DAC−6032C」)を用いて、室温(25℃)における絶縁破壊電界を測定した。測定は、シート状のエポキシ樹脂硬化物を直径10mmの円筒電極で挟み、昇圧速度500V/s、交流50Hz、カットオフ電流10mAの条件で絶縁破壊するまで通電することにより行った。
また、得られたシート状のエポキシ樹脂硬化物の取り扱い性を以下のように評価した。一般に、取り扱い性が悪い場合、シート状に成形できないことがある。また、成形できたとしても、シート状に成形した硬化物にボイド及び色むらが生じる傾向にある。そこで、実施例1に記載の方法による成形可否、並びにシート状のエポキシ樹脂硬化物の視認によるボイド及び色むらの有無の観点から、シート状のエポキシ樹脂硬化物の取り扱い性を、以下の評価基準で評価した。
A:実施例1に記載の方法により成形した場合に成形可であり、シート状の硬化物にボイド及び色むらが無い領域が5cm×5cm以上の面積で存在する。
B:実施例1に記載の方法により成形した場合に成形可であるが、シート状の硬化物にボイド及び色むらが無い領域が5cm×5cm以上の面積で存在しない。
C:実施例1に記載の方法により成形した場合に成形不可である。
A:実施例1に記載の方法により成形した場合に成形可であり、シート状の硬化物にボイド及び色むらが無い領域が5cm×5cm以上の面積で存在する。
B:実施例1に記載の方法により成形した場合に成形可であるが、シート状の硬化物にボイド及び色むらが無い領域が5cm×5cm以上の面積で存在しない。
C:実施例1に記載の方法により成形した場合に成形不可である。
また、得られたシート状のエポキシ樹脂硬化物を、サンドペーパーで研磨することにより50μmの厚みに加工し、偏光顕微鏡((株)ニコン製、製品名:「OPTIPHOT2−POL」)で観察することにより、ドメインの有無及びスメクチック構造の有無を確認した。また、スメクチック構造のドメインの面積を測定し、偏光顕微鏡で観察した視野全体の面積に対する百分率を求めることにより、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合を測定した。
更に、得られたシート状のエポキシ樹脂硬化物の周期構造由来の回折角度を、Bステージシートの場合と同様にして測定し、ブラッグの式で1周期の長さ(周期長)に変換した。
更に、得られたシート状のエポキシ樹脂硬化物の周期構造由来の回折角度を、Bステージシートの場合と同様にして測定し、ブラッグの式で1周期の長さ(周期長)に変換した。
また、窒化ホウ素粒子1の表面におけるエポキシ樹脂硬化物の周期構造を簡易的に調べるため、窒化ホウ素粒子1の焼結基板上でエポキシ樹脂組成物を150℃で20分間熱処理することにより硬化させ、エポキシ樹脂硬化物を得た。そして、エポキシ樹脂硬化物におけるドメインの有無を上記と同様にして確認した。窒化ホウ素粒子1はアスペクト比が高いため、焼結基板の表面には(001)結晶面が多く露出する傾向にある。その結果、焼結基板の表面に沿う方向に周期構造が形成されていた。
一方、アルミナ基板上でも同様にエポキシ樹脂組成物を硬化させ、エポキシ樹脂硬化物を得た。そして、エポキシ樹脂硬化物におけるドメインの有無を上記と同様にして確認した。その結果、アルミナ基板の表面と交差する方向に周期構造が形成されていた。これは、アルミナ表面の水酸基に起因するものと考えられる。
ここで、六方晶窒化ホウ素粒子は、(001)面には官能基が少なく、(100)面には官能基が多いという特徴があるため、官能基が多い(100)面に対しては、交差する方向に周期構造が形成されると推定できる。
また、窒化ホウ素粒子1の表面エネルギーの極性項を以下のようにして算出した。窒化ホウ素粒子1をハンドプレス用アダプターメス型(20mmφ)に入れ、ハンドプレス用アダプターオス型(19mmφ)を用いて600kgf/cm2(5880N/cm2)の圧力でプレスし、圧粉体を得た。ハンドプレス用アダプターオス型を外し、ハンドプレス用アダプターメス型に入った状態で、圧粉体と水との接触角、及び圧粉体とn−ヘキサデカンとの接触角を、接触角測定装置(協和界面科学(株)、装置名:「FACE CONTACT ANGLE METER CAD」)にて、25℃、湿度50%の条件で測定した。
測定した接触角の値から、前述した式(4)及び式(5)を用いて、表面エネルギーの極性項を求めた。より具体的には、圧粉体とn−ヘキサデカンとの接触角を式(5)に代入することにより表面エネルギーの分散項(γd s)を求め、更に圧粉体と水との接触角を式(4)に代入することにより、表面エネルギーの極性項(γp s)を求めた。
(実施例2)
窒化ホウ素粒子1に加えて、α−アルミナ粒子(住友化学(株)製、商品名:「AA18」)を用い、硬化後のエポキシ樹脂組成物(全固形分に相当)における窒化ホウ素粒子1及びα−アルミナ粒子の含有率がそれぞれ60質量%、10質量%となるように調整したこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
窒化ホウ素粒子1に加えて、α−アルミナ粒子(住友化学(株)製、商品名:「AA18」)を用い、硬化後のエポキシ樹脂組成物(全固形分に相当)における窒化ホウ素粒子1及びα−アルミナ粒子の含有率がそれぞれ60質量%、10質量%となるように調整したこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
(実施例3)
窒化ホウ素粒子1に対して、予め250℃の恒温槽内において大気雰囲気下で10分間の熱処理を施した。熱処理後の窒化ホウ素粒子1について、実施例1と同様にして、表面エネルギーの極性項を算出した。
また、熱処理後の窒化ホウ素粒子1を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
窒化ホウ素粒子1に対して、予め250℃の恒温槽内において大気雰囲気下で10分間の熱処理を施した。熱処理後の窒化ホウ素粒子1について、実施例1と同様にして、表面エネルギーの極性項を算出した。
また、熱処理後の窒化ホウ素粒子1を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
(実施例4)
窒化ホウ素粒子1に対して、予め卓上型光表面処理装置(セン特殊光源(株)製、製品名:「Photo Surface Processor PL21−200」)を用いて、200Wの低圧水銀灯により、大気雰囲気下で撹拌しながら30分間紫外線を照射した。紫外線照射後の窒化ホウ素粒子1について、実施例1と同様にして、表面エネルギーの極性項を算出した。
また、紫外線照射後の窒化ホウ素粒子1を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
窒化ホウ素粒子1に対して、予め卓上型光表面処理装置(セン特殊光源(株)製、製品名:「Photo Surface Processor PL21−200」)を用いて、200Wの低圧水銀灯により、大気雰囲気下で撹拌しながら30分間紫外線を照射した。紫外線照射後の窒化ホウ素粒子1について、実施例1と同様にして、表面エネルギーの極性項を算出した。
また、紫外線照射後の窒化ホウ素粒子1を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
なお、紫外線の照射強度は、紫外線積算光量計(ウシオ電機(株)製、製品名:「UIT−150」)により波長254nmの光の光量を測定し、平均照射強度として求めた。より具体的には、表面処理装置に紫外線積算光量計を入れて照射強度を測定し、光量計に表示された値を10秒毎に記録した。その後に記録した値の総和を紫外線照射時間で除して平均照射強度を求めた。
(実施例5)
窒化ホウ素粒子1及びα−アルミナ粒子に対して、予め150℃の恒温槽内において大気雰囲気下で10分間熱処理を施し、更に卓上型光表面処理装置(セン特殊光源(株)製、製品名:「Photo Surface Processor PL21−200」)を用いて、200Wの低圧水銀灯により、大気雰囲気下で撹拌しながら30分間紫外線照射した。熱処理及び紫外線照射後の窒化ホウ素粒子1について、実施例1と同様にして、表面エネルギーの極性項を算出した。
また、熱処理及び紫外線照射後の窒化ホウ素粒子1及びα−アルミナ粒子を用いたこと以外は実施例2と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
窒化ホウ素粒子1及びα−アルミナ粒子に対して、予め150℃の恒温槽内において大気雰囲気下で10分間熱処理を施し、更に卓上型光表面処理装置(セン特殊光源(株)製、製品名:「Photo Surface Processor PL21−200」)を用いて、200Wの低圧水銀灯により、大気雰囲気下で撹拌しながら30分間紫外線照射した。熱処理及び紫外線照射後の窒化ホウ素粒子1について、実施例1と同様にして、表面エネルギーの極性項を算出した。
また、熱処理及び紫外線照射後の窒化ホウ素粒子1及びα−アルミナ粒子を用いたこと以外は実施例2と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
(実施例6)
樹脂1の代わりに、一般式(I)とは異なる液晶性エポキシモノマー(1−(3−メチル−4−オキシラニルメトキシフェニル)−4−(オキシラニルメトキシフェニル)−1−シクロヘキセン)(以下、「樹脂2」ともいう)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
樹脂1の代わりに、一般式(I)とは異なる液晶性エポキシモノマー(1−(3−メチル−4−オキシラニルメトキシフェニル)−4−(オキシラニルメトキシフェニル)−1−シクロヘキセン)(以下、「樹脂2」ともいう)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
(実施例7)
樹脂1の代わりに、樹脂1と、液晶性ではないエポキシモノマー(三菱化学(株)製、商品名:「YL6121H」)とを8:2のモル比(樹脂1:「YL6121H」)で混合した樹脂(以下、「樹脂3」ともいう)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
樹脂1の代わりに、樹脂1と、液晶性ではないエポキシモノマー(三菱化学(株)製、商品名:「YL6121H」)とを8:2のモル比(樹脂1:「YL6121H」)で混合した樹脂(以下、「樹脂3」ともいう)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
(比較例1)
樹脂1の代わりに、液晶性ではないエポキシモノマー(三菱化学(株)製、商品名:「jER828」)(以下、「樹脂4」ともいう)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
樹脂1の代わりに、液晶性ではないエポキシモノマー(三菱化学(株)製、商品名:「jER828」)(以下、「樹脂4」ともいう)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
(比較例2)
樹脂1の代わりに樹脂4を用いたこと以外は実施例2と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
樹脂1の代わりに樹脂4を用いたこと以外は実施例2と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
(比較例3)
樹脂1の代わりに樹脂4を用いたこと以外は実施例3と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
樹脂1の代わりに樹脂4を用いたこと以外は実施例3と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
(比較例4)
樹脂1の代わりに樹脂4を用いたこと以外は実施例4と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
樹脂1の代わりに樹脂4を用いたこと以外は実施例4と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
(比較例5)
樹脂1の代わりに樹脂4を用いたこと以外は実施例5と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
樹脂1の代わりに樹脂4を用いたこと以外は実施例5と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
(比較例6)
樹脂1の代わりに、液晶性ではないエポキシモノマー(三菱化学(株)製、商品名:「YL6121H」(以下、「樹脂5」ともいう)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
樹脂1の代わりに、液晶性ではないエポキシモノマー(三菱化学(株)製、商品名:「YL6121H」(以下、「樹脂5」ともいう)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
(比較例7)
球状凝集粒子である六方晶窒化ホウ素粒子(アスペクト比:1.5、体積平均粒子径:40μm、水島合金鉄(株)製、商品名:「HP−40」)(以下、「窒化ホウ素粒子2」ともいう)について、実施例1と同様にして、表面エネルギーの極性項を算出した。
また、窒化ホウ素粒子1の代わりに窒化ホウ素粒子2を用いたこと以外は比較例6と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
球状凝集粒子である六方晶窒化ホウ素粒子(アスペクト比:1.5、体積平均粒子径:40μm、水島合金鉄(株)製、商品名:「HP−40」)(以下、「窒化ホウ素粒子2」ともいう)について、実施例1と同様にして、表面エネルギーの極性項を算出した。
また、窒化ホウ素粒子1の代わりに窒化ホウ素粒子2を用いたこと以外は比較例6と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、及びシートの取り扱い性を確認した。
(比較例8)
窒化ホウ素粒子1の代わりに窒化ホウ素粒子2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
窒化ホウ素粒子1の代わりに窒化ホウ素粒子2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にしてBステージシート及びエポキシ樹脂硬化物を作製した。そして、実施例1と同様にして、周期構造の1周期の長さ(周期長)、熱伝導率、絶縁破壊電界、ドメインの有無、スメクチック構造の有無、樹脂マトリックス全体に対するスメクチック構造のドメインの割合、及びシートの取り扱い性を確認した。
実施例1〜7及び比較例1〜8におけるエポキシ樹脂組成物の組成、窒化ホウ素粒子又はα−アルミナ粒子に対する酸化処理条件、並びに窒化ホウ素粒子の表面エネルギーの極性項を表1に示す。表1中、窒化ホウ素粒子又はα−アルミナ粒子における「−」は、その成分を配合していないことを表す。また、酸化処理条件における「−」は、当該処理を行っていないことを表す。
また、実施例1〜7及び比較例1〜8におけるエポキシ樹脂組成物の半硬化物及び硬化物の評価結果を表2に示す。なお、比較例1〜7は、樹脂マトリックス中にドメインが存在しないため、周期長及びドメインの割合を測定していない。
また、実施例1〜7及び比較例1〜8におけるエポキシ樹脂組成物の半硬化物及び硬化物の評価結果を表2に示す。なお、比較例1〜7は、樹脂マトリックス中にドメインが存在しないため、周期長及びドメインの割合を測定していない。
表2に示されるように、スメクチック構造のドメインを有しない比較例7は、スメクチック構造のドメインを有する比較例8よりも熱伝導率が低下した。また、アスペクト比が2.7である窒化ホウ素粒子1を用いた比較例1〜6は、アスペクト比が1.5である窒化ホウ素粒子2を用いた比較例7よりも熱伝導率が低下した。
これに対し、スメクチック構造のドメインを有する実施例1〜7は、アスペクト比が2.7である窒化ホウ素粒子1を用いながらも、比較例8と同程度に熱伝導率が高かった。これは、アスペクト比が2.7である窒化ホウ素粒子1によって、周期構造の規則性が高まったためと考えられる。
また、アスペクト比が2.7である窒化ホウ素粒子1を用いた実施例1〜7は、アスペクト比が1.5である窒化ホウ素粒子2を用いた比較例7及び比較例8よりも絶縁破壊電界が高く、絶縁耐圧に優れていた。
これに対し、スメクチック構造のドメインを有する実施例1〜7は、アスペクト比が2.7である窒化ホウ素粒子1を用いながらも、比較例8と同程度に熱伝導率が高かった。これは、アスペクト比が2.7である窒化ホウ素粒子1によって、周期構造の規則性が高まったためと考えられる。
また、アスペクト比が2.7である窒化ホウ素粒子1を用いた実施例1〜7は、アスペクト比が1.5である窒化ホウ素粒子2を用いた比較例7及び比較例8よりも絶縁破壊電界が高く、絶縁耐圧に優れていた。
2015年5月22日に出願された日本出願2015−104427の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (21)
- アスペクト比が2以上の六方晶窒化ホウ素粒子と、液晶性エポキシモノマーと、硬化剤と、を含有し、前記液晶性エポキシモノマーが前記硬化剤と反応することにより、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを形成可能なエポキシ樹脂組成物。
- 前記スメクチック構造のドメインでは、前記六方晶窒化ホウ素粒子の(100)結晶面と交差する方向に周期構造が形成され、前記六方晶窒化ホウ素粒子の(001)結晶面に沿う方向に周期構造が形成される請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記六方晶窒化ホウ素粒子の含有率が、全固形分中、50質量%以上である請求項1又は請求項2に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記六方晶窒化ホウ素粒子は、酸化処理が施されている請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記スメクチック構造のドメインは、1周期の長さが2nm〜4nmの周期構造を有する請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 硬化物における前記スメクチック構造のドメインの割合が、前記樹脂マトリックス全体に対して60体積%以上となる請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記液晶性エポキシモノマーが、下記一般式(I)で表されるモノマーを含む請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
〔一般式(I)中、R1〜R4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を示す。〕 - 前記硬化剤が、フェノールノボラック樹脂を含む請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物の半硬化物である熱伝導材料前駆体。
- 前記半硬化物は、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを含む請求項9に記載の熱伝導材料前駆体。
- 前記スメクチック構造のドメインでは、六方晶窒化ホウ素粒子の(100)結晶面と交差する方向に周期構造が形成され、前記六方晶窒化ホウ素粒子の(001)結晶面に沿う方向に周期構造が形成されている請求項10に記載の熱伝導材料前駆体。
- 前記スメクチック構造のドメインは、1周期の長さが2nm〜4nmの周期構造を有する請求項10又は請求項11に記載の熱伝導材料前駆体。
- 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物のシート状の半硬化物であるBステージシート。
- 前記半硬化物は、スメクチック構造のドメインを有する樹脂マトリックスを含む請求項13に記載のBステージシート。
- 前記スメクチック構造のドメインでは、六方晶窒化ホウ素粒子の(100)結晶面と交差する方向に周期構造が形成され、前記六方晶窒化ホウ素粒子の(001)結晶面に沿う方向に周期構造が形成されている請求項14に記載のBステージシート。
- 前記スメクチック構造のドメインは、1周期の長さが2nm〜4nmの周期構造を有する請求項14又は請求項15に記載のBステージシート。
- 繊維基材と、前記繊維基材に含浸される請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物の半硬化物と、を有するプリプレグ。
- 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物である放熱材料。
- 被着材と、
前記被着材上に設けられる、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、請求項13〜請求項16のいずれか1項に記載のBステージシート、及び請求項17に記載のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、
を有する積層板。 - 金属箔と、
金属板と、
前記金属箔と前記金属板との間に配置される、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、請求項13〜請求項16のいずれか1項に記載のBステージシート、及び請求項17に記載のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、
を有する金属基板。 - 配線層と、
金属板と、
前記配線層と前記金属板との間に配置される、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物から形成される樹脂層、請求項13〜請求項16のいずれか1項に記載のBステージシート、及び請求項17に記載のプリプレグからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂含有層の硬化層と、
を有するプリント配線板。
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