TWI718315B - 絕緣膜 - Google Patents

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Abstract

本發明之絕緣膜含有由聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物所成之樹脂，及比表面積為10m2/g以上之陶瓷粒子；前述陶瓷粒子形成凝集粒子，且前述陶瓷粒子之含量於5體積%以上60體積%以下之範圍內。

Description

絕緣膜
本發明有關絕緣膜。
本申請案係基於2016年8月1日向日本提出申請之特願2016-151222號及2017年3月23日向日本提出申請之特願2017-057816號而主張優先權，其內容援用於本文。
絕緣膜係使用作為例如線圈或馬達所利用之金屬線之披覆膜、保護半導體晶片或LED元件等之電子零件或電路基板表面之保護膜、金屬基底電路基板等中之電路層與基板之間之絕緣材。
作為絕緣膜係使用由包含樹脂與無機填料之樹脂組成物所形成之膜。作為樹脂，則利用如聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺之耐熱性、耐化學性、機械強度高的樹脂。
隨著近幾年來之電子零件的作動電壓之高電壓化或高積體化，有電子零件之發熱量增加之傾向，而要求熱阻低、散熱性高之絕緣膜(線圈、散熱基板、熱傳導 材料(TIM)等)。作為減低絕緣膜之熱阻之方法，有添加熱傳導性高的無機填料之方法。然而，於絕緣膜中添加粒徑大的無機填料時，有耐電壓(絕緣破壞電壓)降低之問題(非專利文獻1)。
此處，於將絕緣膜之膜厚設為h，將每單位膜厚之耐電壓設為VF時，絕緣膜之耐電壓VR係以下述式(1)表示。
VR=VF×h‧‧‧(1)
另一方面，於將絕緣膜之膜厚設為h，將絕緣膜之熱傳導度設為λ時，絕緣膜之熱阻R係以下述式(2)表示。
R
Figure 106121635-A0202-12-0002-9
h/λ‧‧‧(2)
由式(1)及式(2)，絕緣膜之熱阻R係以下述式(3)表示。
R
Figure 106121635-A0202-12-0002-10
VR/(λ×VF)‧‧‧(3)
由上述之式(3)，可知絕緣膜之熱阻R與絕緣層之每單位膜厚之耐電壓VF×熱傳導度λ之倒數成比例。因此，為了減低絕緣膜之熱阻R，重要的是增大絕緣層之每單位膜厚之耐電壓VF×熱傳導度λ之值(以下亦稱為「性能值」)。
專利文獻1、2中記載有，為了提高絕緣膜之耐電壓，而使用奈米粒子作為無機填料。
專利文獻1中揭示使用平均最大徑為500nm以下之奈米粒子之絕緣膜作為無機填料。該專利文獻1之實施例中，記載添加2.5質量%或5質量%奈米粒子之絕緣膜。
專利文獻2中揭示包含聚醯胺醯亞胺樹脂與平均一次 粒徑為200nm以下之絕緣性微粒子之絕緣膜。該專利文獻2之實施例中，記載添加5質量%絕緣性微粒子之絕緣膜。然而，一般即使於絕緣膜中添加奈米粒子，亦不太能提高熱傳導度。
專利文獻3、4中記載為了更提高熱傳導度，而併用奈米粒子與微米粒子兩者作為無機填料之絕緣膜。
專利文獻3中揭示含有作為無機填料之微米粒子尺寸之第1無機填料與由特定材料所成之奈米粒子尺寸之第2無機填料之電絕緣材料用之樹脂組成物。
專利文獻4中揭示填充有作為無機填料之微米粒子尺寸之熱傳導性無機球狀微米填料、與板狀、棒狀、纖維狀或鱗片狀形狀之微米填料、與奈米粒子尺寸之熱傳導性無機奈米填料之樹脂組成物。
然而，如上述非專利文獻1所記載，添加微米粒子之絕緣膜有耐電壓降低之問題。
[先前技術文獻]
[非專利文獻]
[非專利文獻1] Journal of International Council on Electrical Engineering Vol. 2，No.1，pp. 90~98，2012
[專利文獻]
[專利文獻1]美國專利申請公開第2007/0116976號說明書
[專利文獻2]日本特開2013-60575號公報
[專利文獻3]日本特開2009-13227號公報
[專利文獻4]日本特開2013-159748號公報
本發明係鑑於上述情況而完成者，其目的在於提供熱傳導度與耐電壓性兩者高，進而耐熱性、耐化學性及機械特性優異之絕緣膜。
為了解決前述課題，本發明一態樣之絕緣膜之特徵係含有由聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物所成之樹脂，及比表面積為10m2/g以上之陶瓷粒子；前述陶瓷粒子形成凝集粒子，且前述陶瓷粒子之含量於5體積%以上60體積%以下之範圍內。
依據該構成之絕緣膜，由於樹脂係由聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物所成，故耐熱性、耐化學性及機械特性提高。
又，由於含有比表面積為10m2/g以上之微細陶瓷粒子，故耐電壓提高，且即使大量添加陶瓷粒子，耐電壓性亦不易降低。
再者，由於微細陶瓷粒子形成凝集粒子，故陶瓷粒子之一次粒子間成為易傳導熱，亦作成熱之傳導網絡構造。因此，絕緣膜之熱傳導度提高。
而且，由於陶瓷粒子之含量設為5體積%以上60體積%以下之範圍，故不會損及聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺具有之優異耐熱性、耐化學性及機械特性，而可進一步提高耐電壓及熱傳導度。
此處，本發明一態樣之絕緣膜中，較好前述絕緣膜之至少一表面具備由聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物所成之樹脂層。
該情況下，例如固定絕緣膜與被固定物時，由於可介隔樹脂層，故可強固地密著絕緣膜與被固定物，並且可減低絕緣膜與被固定物之間之熱阻。且，絕緣膜使用作為線圈或馬達用之金屬線(漆包線)之披覆膜時，於捲成線圈狀之漆包線間，形成2片重疊之絕緣膜，但由於該2片重疊絕緣膜之間介隔樹脂層，故2片重疊之絕緣膜彼此可強固密著，並且可減低2片重疊之絕緣膜間之熱阻。藉此，可使捲成線圈狀之漆包線間之層界面熱阻減小。
依據本發明，可提供熱傳導度與耐電壓性兩者高，且耐熱性與耐化學性及機械特性優異之絕緣膜。
10、10a、10b‧‧‧層合體
11、11a、11b‧‧‧銅板
12、12a、12b‧‧‧絕緣膜
13、13a、13b‧‧‧樹脂層
20‧‧‧發熱體
圖1係說明於實施例所製作之層合體上配置發熱體之狀態的示意圖。
圖2係說明重疊2片於實施例所製作之層合體而成者，配置發熱體之狀態的示意圖。
以下，針對本發明一實施形態之絕緣膜加以說明。
本實施形態之絕緣膜可使用作為例如如漆包線之漆包膜之於線圈或馬達中利用之金屬線之絕緣被膜。又，可使用作為保護電子零件或電路基板之表面的保護膜。再者，金屬基底電路基板等中，可使用作為配置於電路層與基板之間之絕緣膜。又，可作為單獨之薄片或薄膜，而使用作為例如軟性印刷基板等之電路基板用之絕緣材。
本實施形態之絕緣膜含有由聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物所成之樹脂，及比表面積為10m2/g以上之陶瓷粒子。陶瓷粒子形成凝集粒子。且，陶瓷粒子之含量設為5體積%以上60體積%以下之範圍內。以下，針對將本實施形態之絕緣膜之組成如上述般規定之理由加以說明。
(樹脂)
本實施形態之絕緣膜中使用之樹脂係成為絕緣膜之基 材。聚醯亞胺及聚醯胺醯亞胺由於具有醯亞胺鍵，故具有優異耐熱性或機械特性。
因此，本實施形態中，使用聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物作為樹脂。
又，聚醯亞胺及聚醯胺醯亞胺較好質量平均分子量為10萬以上，更好落於10萬以上50萬以下之範圍。包含質量平均分子量在上述範圍內之聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺之絕緣膜，耐熱性及機械特性更提高。
(陶瓷粒子)
本實施形態之絕緣膜中所用之陶瓷粒子具有有效率地提高絕緣膜之性能值之作用。
此處，陶瓷粒子之比表面積過小，亦即陶瓷粒子之一次粒子之粒徑過大時，有絕緣膜之耐電壓性降低之虞。
因此，本實施形態中，陶瓷粒子之比表面積設定為10m2/g以上。為了確實提高絕緣膜之熱傳導性，陶瓷粒子之比表面積較好為50m2/g以上。
又，陶瓷粒子之比表面積過大，亦即陶瓷粒子之一次粒子之粒徑過小時，陶瓷粒子易形成過大之凝集粒子，有使絕緣膜之表面粗糙度Ra變大之虞。絕緣膜之表面粗糙度Ra過大時，與電子零件或電路基板等之表面之接觸面積變狹小，而有發生絕緣膜易自電子零件或電路基板等剝落，且電子零件或電路基板所發生之熱不易透過絕緣膜散熱至外部等之問題之虞。因此，絕緣膜之表面粗糙度 Ra越小越好。為了不使絕緣膜之表面粗糙度Ra過大，較好將陶瓷粒子之比表面積設為300m2/g以下。
陶瓷粒子之比表面積係以BET法測定之BET比表面積。絕緣膜中之陶瓷粒子之比表面積可藉由將絕緣膜加熱，使樹脂成分熱分解而去除，回收剩餘之陶瓷粒子而測定。
陶瓷粒子自BET比表面積與密度使用下述式算出之BET徑較好為1nm以上200nm以下之範圍。含有BET徑在上述範圍之陶瓷粒子之絕緣膜更提高耐電壓性。
BET徑=6/(密度×BET比表面積)
陶瓷粒子形成凝集粒子。凝集粒子可為一次粒子以比較弱連結之凝聚體(agglomerate)，亦可為一次粒子比較強連結之聚集體(aggregate)。又，亦可形成凝集粒子彼此進一步集合之粒子集合體。藉由陶瓷粒子之一次粒子形成凝集粒子而分散於絕緣膜中，而因陶瓷粒子間之相互接觸形成網絡，使陶瓷粒子之一次粒子間易傳導熱，而提高絕緣膜之熱傳導度。
陶瓷粒子之凝集粒子較好為具有一次粒子彼此以點接觸而連結之異向性之形狀。該情況，較好陶瓷粒子之一次粒子彼此化學性強固地結合。
又，凝集粒子之平均粒徑，對於上述BET徑，較好為5倍以上，更好為5倍以上100倍以下之範圍。且，凝集粒 子之平均粒徑較好為20nm以上500nm以下之範圍。凝集粒子之平均粒徑若為上述範圍內，則可確實提高絕緣膜之熱傳導度。
又，凝集粒子之平均粒徑係將陶瓷粒子與分散劑一起於NMP溶劑中進行超音波分散，以雷射繞射式粒度分佈測定裝置測定之Dv50之值。絕緣膜中之凝集粒子(陶瓷粒子)可藉由加熱絕緣膜，使樹脂成分熱分解並去除而回收。
絕緣膜中之陶瓷粒子含量設為5體積%以上60體積%以下。陶瓷粒子之含量過少時，會有絕緣膜之熱傳導性未充分提高之虞。另一方面，陶瓷粒子之含量過多時，亦即樹脂含量相對減少時，有無法安定地維持絕緣膜形狀之虞。又，會有陶瓷粒子易形成過大凝集粒子，而使絕緣膜之表面粗糙度Ra變大之虞。
為了確實提高絕緣膜之熱傳導性，陶瓷粒子含量較好為10體積%以上。又，為了確實提高絕緣膜之形狀安定性，減低表面粗糙度Ra，陶瓷粒子含量較好為50體積%以下。
作為陶瓷粒子之例，舉例為二氧化矽(silica)粒子、氧化鋁(alumina)粒子、氮化硼粒子、氧化鈦粒子、摻雜氧化鋁之二氧化矽粒子及氧化鋁水合物粒子。陶瓷粒子可單獨使用一種，亦可組合兩種以上使用。該等陶瓷粒子中，氧化鋁粒子基於熱傳導性高之觀點而較佳。
陶瓷粒子可使用市售品。作為市售品，可使用AE50、AE130、AE200、AE300、AE380、AE90E(均為 日本AEROSIL股份有限公司製)、T400(WACKER公司製)、SFP-20M(DENKA股份有限公司)等之二氧化矽粒子，Alu65(日本AEROSIL股份有限公司製)等之氧化鋁粒子，AP-170S(Maruka公司製)等之氮化硼粒子，AEROXIDE(R)TiO2 P90(日本AEROSIL股份有限公司製)等之氧化鈦粒子，MOX170(日本AEROSIL股份有限公司製)等之摻雜氧化鋁之二氧化矽粒子，Sasol公司製之氧化鋁水合物粒子。
(樹脂層)
本實施形態之絕緣膜亦可於至少一表面上具備樹脂層。樹脂層較好由聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物所成。
樹脂層由於與成為絕緣膜之基材之樹脂的親和性高，於層中不含有陶瓷粒子，故與絕緣膜相比，較易變形。因此，例如將絕緣膜與被固定物(例如電子零件或電路基板等之發熱體、電路用銅箔之金屬箔等之導電體)固定時，由於可介隔樹脂層，故可強固地密著絕緣膜與被固定物。藉此，提高絕緣膜與被固定物之剝離強度。又，可減低絕緣膜與被固定物之間之熱阻。
又，絕緣膜使用作為線圈或馬達中利用之金屬線之被覆膜時，於捲成線圈狀之金屬線(漆包線)間，形成2片重疊之絕緣膜，但由於在該2片重疊之絕緣膜之間可介隔樹脂層，故可使2片重疊之絕緣膜彼此強固地密著。藉此， 提高2片重疊之絕緣膜之剝離強度。且，可減低2片重疊之絕緣膜間之熱阻，故可減小捲成線圈狀之漆包線間之層界面熱阻。
樹脂層厚度較好為0.1μm以上2μm以下之範圍。樹脂層厚度若為上述範圍內，則可確實提高絕緣膜與被固定物及2片重疊絕緣膜彼此之密著性，可確實減低絕緣膜與被固定物及2片重疊絕緣膜間之熱阻。樹脂層厚度過薄時，有絕緣膜與被固定物及2片重疊絕緣膜彼此之密著性降低之虞。另一方面，樹脂層厚度過厚時，有熱阻變高之虞。
(絕緣膜之製作方法)
本實施形態之絕緣膜可藉由如下製作，例如於溶劑中溶解聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之前驅物，分散比表面積為10m2/g以上且形成凝集粒子之陶瓷粒子而調製陶瓷粒子分散樹脂溶液，其次使用該陶瓷粒子分散樹脂溶液成形為膜狀。作為溶劑之例，可舉例N-甲基-2-吡咯啶(NMP)、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、γ-丁內酯、二甲基亞碸(DMSO)等之非質子性之極性溶劑及該等之混合液。
陶瓷粒子分散樹脂溶液可藉由如下方法調製：使於溶劑中溶解有聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之前驅物之樹脂溶液與陶瓷粒子混合，於樹脂溶液中分散陶瓷粒子。又，陶瓷粒子分散樹脂溶液可藉由如下方法調 製：將於溶劑中分散有陶瓷粒子之陶瓷粒子分散液與聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之前驅物混合，於陶瓷粒子分散液中溶解聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之前驅物。再者，陶瓷粒子分散樹脂溶液亦可藉由如下調製：使於溶劑中溶解有聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之前驅物之樹脂溶液與於溶劑中分散有陶瓷粒子之陶瓷粒子分散液混合。
作為於基板上製作絕緣膜之方法，可使用例如電鍍法及塗佈法。
電鍍法係使用於陶瓷粒子分散樹脂溶液中添加水而調製之電鍍液，藉由電鍍塗佈法，於基板上生成電鍍生成物，接著，使電鍍生成物加熱並乾燥、硬化，藉此製作絕緣膜之方法。
且，塗佈法係於基板上塗佈陶瓷粒子分散樹脂溶液而形成塗佈膜，其次，使塗佈膜乾燥作成乾燥膜後，加熱硬化，而製作絕緣膜之方法。
膜或薄片狀之絕緣膜可藉由使例如陶瓷粒子分散樹脂溶液塗佈於脫模膜上形成塗佈膜，其次，使塗佈膜乾燥後，自脫模膜剝離乾燥膜後，使乾燥膜進行加熱處理並硬化而得。
具備樹脂層之絕緣膜可例如如下述般製造。
將形成樹脂層之樹脂材料與溶劑混合，溶解樹脂材料，調製樹脂溶液。其次，將該樹脂溶液塗佈於絕緣膜上，形成塗佈層。接著，加熱乾燥塗佈層。
作為用以溶解樹脂材料之溶劑之例，作為溶劑之例， 可舉例N-甲基-2-吡咯啶(NMP)、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、γ-丁內酯、二甲基亞碸(DMSO)等之非質子性之極性溶劑及該等之混合液。作為將樹脂溶液塗佈於絕緣膜之方法，可利用浸漬法、旋轉塗佈法、棒塗佈法、刮刀塗佈法、輥塗佈法、刮板塗佈法、模嘴塗佈法、凹版塗佈法等。
依據如此構成之本實施形態之絕緣膜，由於樹脂由聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物所成，故耐熱性與機械特性提高。又，由於含有比表面積為10m2/g以上之微細陶瓷粒子，故耐電壓性提高。再者，由於微細陶瓷粒子形成凝集粒子，故陶瓷粒子之一次粒子間易傳導熱，故絕緣膜之熱傳導度提高。
而且，由於陶瓷粒子之含量設為5體積%以上60體積%以下之範圍內，故不損及聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺具有之優異耐熱性與機械特性，而可進一步提高耐電壓性與熱傳導性。
又，本實施形態之絕緣膜可構成為於至少一表面上具備由聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物所成之樹脂層。藉此，例如固定絕緣膜與被固定物時，由於可介隔樹脂層，故絕緣膜與被固定物強固地密著，並且可減低絕緣膜與被固定物之間之熱阻。且，絕緣膜作為線圈或馬達用之金屬線(漆包線)之被覆膜使用時，在捲成線圈狀之漆包線間形成2片重疊之絕緣膜，但由於在該2片重疊之絕緣膜之間可介隔樹脂層，故可使2片重疊絕緣膜彼此 強固地密著，並且可減低2片重疊絕緣膜間之熱阻。藉此，可減小捲成線圈狀之漆包線間之層界面熱阻。
以上，針對本發明之實施形態詳細敘述，但具體構成並非限定於該實施形態者，亦包含在不脫離本發明要旨之範圍內之設計等。
[實施例]
以下，使用實施例及比較例詳細說明本發明之效果，但本發明並非限定於下述實施例者。
[實施例1-1~1-18、比較例1-1~1-5]
<陶瓷粒子分散樹脂溶液之調製>
準備下述表1中記載之陶瓷粒子。又，表1中記載之比表面積係藉由BET法測定之BET比表面積。凝集粒子之平均粒徑係與分散劑一起於NMP(N-甲基-2-吡咯啶酮)溶劑中施加超音波分散，以雷射繞射式粒度分佈測定裝置測定之Dv50之值。
對於NMP以62.5g、1M2P(1-甲氧基-2-丙醇)以10g、AE(胺基醚)以0.22g之質量含有之混合溶劑中投入所準備之陶瓷粒子1g，進行30分鐘超音波處理，調製陶瓷粒子分散液。
其次，於聚醯胺醯亞胺溶液3.3g中，以使陶瓷粒子濃度成為下述表2中記載之值之方式添加陶瓷粒子分散液，調製陶瓷粒子分散樹脂溶液。又，陶瓷粒子濃度係相對於 聚醯胺醯亞胺與陶瓷粒子之合計體積量之陶瓷粒子之體積含量。
<電鍍液之調製>
將調製之陶瓷粒子分散樹脂溶液以5000rpm之旋轉速度攪拌，邊於該陶瓷粒子分散樹脂溶液中滴加水21g，調製電鍍液。
<藉由電鍍法之絕緣膜製作>
使用所調製之電鍍液，藉由電鍍法施加100V之直流電壓，於厚度0.3mm且30mm×20mm之銅板表面，以加熱後之膜厚成為10μm之方式生成電鍍生成物。又，膜厚係藉由製作絕緣膜之銅板嵌埋樹脂後，作出剖面，以雷射顯微鏡觀察而測定。其次，使電鍍生成物於大氣環境下，於250℃加熱3分鐘，於銅板表面製作厚度10μm之絕緣膜。又，比較例1-3、1-5所調製之電鍍液無法製作均一絕緣膜。表2中可製作絕緣膜者記為「A」，無法製作絕緣膜者記為「B」。
<評價>
針對上述實施例及比較例製作之絕緣膜，分別藉由下述方法測定陶瓷粒子含量、每單位膜厚之耐電壓、熱傳導度(絕緣膜厚度方向之熱傳導度)、表面粗糙度Ra、彎曲時之絕緣性。且由每單位膜厚之耐電壓與熱傳導度，計算性 能值(每單位膜厚之耐電壓VF×熱傳導度λ)。其結果示於表2。又，每單位膜厚之耐電壓、熱傳導度及性能值，係以除了未添加陶瓷粒子以外，與實施例1-1同樣製作之膜厚10μm之聚醯胺醯亞胺膜之值作為1之相對值。
(陶瓷粒子含量)
自銅板剝取絕緣膜，切出特定大小作成試料。使用該試料，藉由熱重量分析(TG)，測定絕緣膜之陶瓷粒子含量(質量%)。
接著，該陶瓷粒子含量之值使用下述所示之陶瓷粒子、聚醯胺醯亞胺之密度，換算為體積%。
(每單位膜厚之耐電壓)
使用計測技術研究所股份有限公司製之多功能安全試驗機7440測定每單位膜厚之耐電壓。於絕緣膜之與銅板(基板)側相反側之表面配置電極板。將銅板(基板)與電極板分別連接於電源，以30秒升壓至6000V。將銅板與電極板之間流動之電流值成為5000μA之時點的電壓除以絕緣膜之膜厚，將該值作為每單位膜厚之耐電壓。
(熱傳導度)
熱傳導度(絕緣膜厚度方向之熱傳導度)係使用NETZSCH-Gerate bauGmbH製之LFA477 Nanoflash，藉由雷射閃光法測定。測定時使用不考慮界面熱阻之2層模 型。又，銅板厚度如已述般為0.3mm，銅板之熱擴散率為117.2mm2/秒。絕緣膜之熱傳導度之計算中，使用二氧化矽粒子之密度2.2g/cm3，二氧化矽粒子之比熱0.76J/gK，氧化鋁粒子之密度3.89g/cm3，氧化鋁粒子之比熱0.78J/gK，氮化硼之密度2.1g/cm3，氮化硼之比熱0.8J/gK，氧化鈦之密度3.98g/cm3，氧化鈦之比熱0.689J/gK，摻雜1%氧化鋁之二氧化矽之密度2.2g/cm3，摻雜1%氧化鋁之二氧化矽之比熱0.76J/gK，氧化鋁水合物之密度3.07g/cm3，氧化鋁水合物之比熱1.02J/gK，聚醯亞胺之密度1.4g/cm3，聚醯亞胺之比熱1.13J/gK，聚醯胺醯亞胺樹脂之密度1.41g/cm3，聚醯胺醯亞胺樹脂之比熱1.09J/gK。
(表面粗糙度Ra)
表面粗糙度Ra係使用Bruker Nano公司製Dektak 150進行1mm掃描而測量。又荷重使用5.00mg，掃描速度使用1mm/30s。
(彎曲時之絕緣性)
彎曲時之絕緣性(可撓性)係藉由於基板彎曲前後實施JIS C 3216-5中之針孔試驗而評價。將製作絕緣膜之銅板(試料)與厚度0.3mm之銅板2片重疊作成之銅基板，以使試料之銅板與銅基板接觸之方式層合，製作層合體。所製作之層合體沿層合體之厚度彎曲，其次，恢復至原狀態。隨 後，將層合板與另外準備之不鏽鋼板，浸漬於滴加有酚酞溶液之氯化鈉水溶液(濃度0.2%)中，以層合體之銅基板作為負極，不鏽鋼板作為正極，施加1分鐘之12V直流電壓，確認絕緣膜內發生之針孔，亦即確認有無自絕緣膜表面貫通至銅板之缺陷(JIS C3216-5)。即使於絕緣膜表面確認到1個酚酞之紅紫色條紋(小氣泡之聚集)時，亦判斷為具有針孔，為無法確保彎曲後之絕緣性(無可撓性)，並記為「B」。於絕緣膜表面未確認到紅紫色之條紋時，判斷為不具有針孔者，可確保彎曲後之絕緣性(具有可撓性)，並記為「A」。
比較例1-1之絕緣膜之性能值較低為1.19倍。此推測係陶瓷粒子之比表面積未達10m2/g，耐電壓降低之故。
比較例1-2、1-4之絕緣膜之性能值亦為1.17倍、1.16 倍左右。此係因為熱傳導度與不含填料之聚醯胺醯亞胺膜同樣低之故。熱傳導度低推測係因為陶瓷粒子含量少於5體積%之故。
比較例1-3、1-5所調製之電鍍液無法製作絕緣膜。此推測係因為陶瓷粒子含量超過60體積%之故。
相對於此，實施例1-1~1-18之絕緣膜之性能值係自1.29倍起而較高者成為4.13倍，可知性能大幅提高。此係因為耐電壓及熱傳導度與不含填料之聚醯胺醯亞胺膜相比大略相同或更提高，且熱傳導度與耐電壓性兩者優異之故。又，實施例1-8之表面粗糙度Ra稍高。此推測係因陶瓷粒子之比表面積稍大之故。又，實施例1-13、1-18之表面粗糙度Ra稍高，彎曲時之絕緣性為「B」。此推測係陶瓷粒子含量稍多之故。
[實施例2-1~2-31、比較例2-1~2-16]
(聚醯胺酸之合成)
於容量300mL之可分離燒瓶中，饋入4,4’-二胺基二苯醚及NMP。NMP量係調整為所得聚醯胺酸濃度成為40wt%。於常溫攪拌，使4,4’-二胺基二苯醚完全溶解後，以使內溫不超過30℃之方式，逐次少量添加特定量之四羧酸二酐。隨後於氮氣環境下持續攪拌16小時，獲得聚醯胺酸溶液。
(陶瓷粒子分散樹脂溶液之調製)
準備下述表3中記載之陶瓷粒子。對於NMP 10g投入所準備之陶瓷粒子1.0g，進行30分鐘超音波處理，調製陶瓷粒子分散液。
其次，將聚醯胺酸溶液與陶瓷粒子分散液與NMP以最終溶液中之聚醯胺酸濃度成為5質量%，陶瓷粒子濃度成為下述表4中記載之值之方式予以混合。接著所得混合物使用SUGINO MACHINE公司製STARBURST，藉由重複10次之壓力50MPa之高壓噴射處理而進行分散處理，調製陶瓷粒子分散樹脂溶液。
<藉由塗佈法之絕緣膜製作>
以使加熱後之膜厚成為10μm之方式，將所調製之陶瓷粒子分散樹脂溶液塗佈於厚度0.3mm且30mm×20mm之銅板表面，形成塗佈膜。其次將塗佈膜配置於加熱板上，自室溫以3℃/min升溫至60℃，於60℃加熱100分鐘，進而以1℃/min升溫至120℃，於120℃加熱100分鐘，進行乾燥獲得乾燥膜。隨後使乾燥膜於250℃加熱1分鐘，於400℃加熱1分鐘，於銅板表面製作厚度10μm之絕緣膜。又，比較例2-3、2-5、2-7、2-9、2-16所調製之陶瓷粒子分散樹脂溶液無法製作絕緣膜。
<評價>
針對上述實施例及比較例製作之絕緣膜，分別藉由上述方法測定陶瓷粒子含量、每單位膜厚之耐電壓、熱傳導 度(絕緣膜厚度方向之熱傳導度)、性能值、表面粗糙度Ra、彎曲時之絕緣性。其結果示於表4。又，每單位膜厚之耐電壓、熱傳導度及性能值，係以除了未添加陶瓷粒子以外，與實施例2-1同樣製作之膜厚10μm之聚醯亞胺膜之值作為1之相對值。
比較例2-1、2-13~15之絕緣膜之每單位膜厚之耐電壓低。此推測係陶瓷粒子之比表面積未達10m2/g之故。
比較例2-2、2-4、2-6、2-8之絕緣膜之熱傳導度與不含填料之聚醯亞胺膜同等。此推測係因為陶瓷粒子含量少於5體積%之故。
比較例2-10~12之絕緣膜係每單位膜厚之耐電壓與不含填料之聚醯亞胺膜同等或稍低，熱傳導度與不含填料之聚醯亞胺膜同等，無法獲得藉由添加陶瓷粒子所致之效果。此推測係因為陶瓷粒子之比表面積未達10m2/g，且其含量亦少之故。
比較例2-3、2-5、2-7、2-9、2-16所調製之陶瓷粒子分散樹脂溶液無法製作絕緣膜。此推測係因為陶瓷粒子含量超過60體積%之故。
相對於此，實施例2-1~2-31之絕緣膜，每單位膜厚之耐電壓與不含填料之聚醯亞胺膜相比雖有稍低，但熱傳導度與不含填料之聚醯亞胺膜相比顯著提高，其結果，性能值變大而為1.3倍以上。又，實施例2-8、2-27~30之表面粗糙度Ra稍高。此推測係因陶瓷粒子之比表面積稍大之故。且，實施例2-13、2-18、2-23、2-31之表面粗糙度Ra稍高，彎曲時之絕緣性為「B」。此推測係因為陶瓷粒子含量稍多之故。
[實施例3-1~3-22]
準備厚度1mm且20mm×20mm之銅板。於準備之銅板上，以下述表5所示之方式，使用與實施例1-1~1-6同樣之陶瓷粒子分散樹脂溶液及方法形成絕緣膜。所得絕緣膜厚度示於表5。
其次，使下述表5所示之樹脂材料與NMP(N-甲基-2-吡咯啶酮)以相對於樹脂材料1質量份之NMP的量成為表5所示之量的比例混合，使樹脂材料溶解而調製樹脂溶液。將上述附絕緣膜之銅板之絕緣膜側之面浸漬於該樹脂溶液中，於絕緣膜表面塗佈樹脂溶液。隨後，使塗佈層於250℃加熱乾燥30分鐘，於絕緣膜表面形成樹脂層，獲得依序層合銅板、絕緣膜、樹脂層之層合體。所得樹脂層厚度示於表5。
又，實施例3-21~3-22並未形成樹脂層。
<評價>
藉由下述方法測定上述實施例3-1~3-22製作之層合體之熱阻(層合體1片)。再者，針對上述實施例3-1~3-20製作之層合體，以介隔樹脂層重疊2片之狀態，藉由下述方法測定熱阻及剝離強度。其結果示於表5。
(熱阻：層合體1片)
如圖1所示，於依序層合銅板11、絕緣膜12、樹脂層13之層合體10之樹脂層13上塗佈油脂(未圖示)，於該油脂上載置發熱體20。作為發熱體20使用TO-3P。接著，自發 熱體上部藉由扭矩40Ncm之螺絲邊於層合方向加壓，邊使用T3Ster測定自發熱體20至層合體之銅板11之熱阻。熱阻之測定條件係：發熱：1A，30sec(元件溫度：△T=2.6℃)，測定：0.01A，測定時間：45秒。又，銅板11藉由自然對流而冷卻。未形成樹脂層之實施例3-21~3-22之熱阻，除了使用於銅板上層合有絕緣膜之層合體之絕緣膜上塗佈油脂，於該油脂上載置發熱體所得之試料以外，以與實施例3-1~3-20同樣方法測定。熱阻係將實施例3-21之值設為1之相對值。
(熱阻：層合體2片重疊)
如圖2所示，準備依序層合銅板11a、絕緣膜12a、樹脂層13a之層合體10a與依序層合銅板11b、絕緣膜12b、樹脂層13b之層合體10b，以使層合體10a、10b之樹脂層13a、13b相互接觸之方式重疊。重疊之層合體10a、10b使用碳治具邊賦予5MPa之壓力邊於真空中以215℃之溫度加熱20分鐘進行熱壓著，製作層合體2片重疊之試料。其次，如圖2所示，於試料之上側之銅板11a上塗佈油脂(未圖示)，於該油脂上載置發熱體20。作為發熱體20使用TO-3P。接著，自發熱體20上部藉由扭矩40Ncm之螺絲邊於層合方向加壓，邊使用T3Ster測定自發熱體20至試料下側之銅板11b之熱阻。熱阻之測定條件係：發熱：1A，30sec(元件溫度：△T=2.6℃)，測定：0.01A，測定時間：45秒。未形成樹脂層之實施例3-21~3-22之熱阻，除了準 備2個於銅板上層合絕緣膜之層合體，使層合體之絕緣膜互相接觸之方式重疊而得之試料以外，以與實施例3-1~3-20同樣方法測定。熱阻係將實施例3-21之值設為1之相對值。
(剝離強度)
將層合體之樹脂層與厚度18μm且寬1cm之銅箔(CF-T4X-SV-18：福田金屬箔粉工業股份有限公司製)使用碳治具邊賦予5MPa之壓力邊於真空中以215℃之溫度加熱20分鐘進行熱壓著。其次，依據JIS C 6481，測定自層合體之樹脂層以180度之角度，以剝離速度50mm/min拉離銅箔時之剝離強度。剝離強度之測定裝置係使用TENSILON萬能材料試驗機(A&D股份有限公司製)。
實施例3-1~3-22所得之層合體於1片分別顯示低的熱阻。具備樹脂層之實施例3-1~3-20所得之層合體作為1片層合體時顯示低的熱阻，同時，重疊2片層合體時亦顯示低的熱阻，但顯示高的剝離強度。尤其樹脂層厚度在0.1μm以上2μm以下之範圍內之實施例3-2~3-5、3-7、3-9~3-12、3-14~3-20所得之層合體顯示低的熱阻與高的剝離強度兼具。
[實施例4-1~4-22]
於銅板上，以如下述表6所示般，使用與實施例2-1~2-6同樣之陶瓷粒子分散樹脂溶液及方法，形成絕緣膜以外，與上述實施例3-1~3-22同樣，於銅板上形成絕緣膜。所得絕緣膜厚度示於表6。
其次，如下述表6所示之樹脂材料與NMP(N-甲基-2-吡咯啶酮)以相對於樹脂材料1質量份之NMP的量成為表6所示之量的比例混合，使樹脂材料溶解而使用樹脂溶液以外，與上述實施例3-1~3-20同樣，於絕緣膜表面形成樹脂層，獲得依序層合銅板、絕緣膜、樹脂層之層合體。
所得樹脂層厚度示於表6。
又，實施例4-21~4-22並未形成樹脂層。實施例4-21~4-22獲得於銅板上形成絕緣膜之層合體。
<評價>
藉由上述方法測定上述實施例4-1~4-22製作之層合體之熱阻(層合體1片)。再者，針對上述實施例4-1~4-20製作之層合體，以介隔樹脂層2片重疊之狀態，藉由上述方法測定熱阻與剝離強度。針對上述實施例4-1~4-22製作之層合體，將2片層合體以各層合體之絕緣膜接觸之方式重疊之狀態，測定熱阻及剝離強度。其結果示於表6。
實施例4-1~4-22所得之層合體以1片分別顯示低的熱阻。具備樹脂層之實施例4-1~4-20所得之層合體作為層合體1片時顯示低的熱阻，同時層合體2片重疊時亦顯示低的熱阻，但顯示高的剝離強度。尤其樹脂層厚度在0.1μm以上2μm以下之範圍內之實施例4-2~4-5、4-7、4-9~4-12、4-14~4-20所得之層合體顯示低的熱阻與高的剝離強度兼具。
[產業上之可利用性]
本發明之絕緣膜之熱傳導度與耐電壓性兩者均高，且耐熱性與機械特性優異。因此，本發明之絕緣膜可較好地使用作為線圈或馬達所利用之金屬線之披覆膜、保護半導體晶片或LED元件等之電子零件或電路基板表面之保護膜、金屬基底電路基板等中之電路層與基板之間之絕緣材。

Claims (3)

  1. 一種絕緣膜，其含有由聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物所成之樹脂，及比表面積為10m2/g以上400m2/g以下之陶瓷粒子；前述陶瓷粒子形成凝集粒子，前述陶瓷粒子之含量於5體積%以上60體積%以下之範圍內，前述凝集粒子之平均粒徑，對於前述陶瓷粒子之BET徑係於5倍以上100倍以下之範圍內。
  2. 如請求項1之絕緣膜，其中前述絕緣膜之至少一表面具備由聚醯亞胺或聚醯胺醯亞胺或該等之混合物所成之樹脂層。
  3. 如請求項1或2之絕緣膜，其中前述凝集粒子之平均粒徑於20nm以上500nm以下之範圍內。
TW106121635A 2016-08-01 2017-06-28 絕緣膜 TWI718315B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-151222 2016-08-01
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