TWI832880B - 板狀的複合材料 - Google Patents
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Abstract
本發明之目的在於提供一種板狀的複合材料,其不易發生可成為配線的導體層等剝落。一種複合材料,係不易發生可成為配線的導體層等剝落的複合材料,且特徵在於:其為一種板狀的複合材料且包含空孔內包層以及樹脂層,該空孔內包層係包含氟系樹脂及充填劑而成且內包空孔者,該樹脂層係貼附於前述空孔內包層之單面或兩面且包含氟系樹脂而成者;其中,前述空孔內包層在與前述樹脂層之界面附近包含樹脂高含率區域,並且相較於前述空孔內包層內之其他區域,該樹脂高含率區域之氟系樹脂含有率更高且空孔含有率更低;以前述界面為起點之前述樹脂高含率區域的厚度為0.20~10μm。
Description
本發明涉及一種板狀的複合材料,其適用於作為毫米波雷達等利用的塊狀微帶天線之基板等。
發明背景
近年來,汽車產業界盛行有關ADAS(先進駕駛輔助系統)及自動駕駛的研究開發,而毫米波雷達作為可支持該研究開發之感測技術的重要性亦逐漸提高。汽車用的毫米波雷達由小型、高性能、低價格之觀點看來,以將天線元件(補片)等印刷配線至樹脂基板而成的平面天線「塊狀微帶天線(Microstrip Patch Antenna)」最為可行,並持續針對天線場型之設計及基板材料進行研討,朝高性能化邁進。
利用於該等天線的基板材料以介電正切小的聚四氟乙烯(PTFE)為優勢選項之一,而為了進一步改善機械特性、熱特性、電特性,已有文獻提議摻混氮化硼、二氧化矽(silica)、氧化鈦(titania)等粒狀充填劑、或玻璃纖維、碳纖維等充填劑(參照專利文獻1及2)。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開平03-212987號公報
專利文獻2:日本特開平06-119810號公報
發明概要
發明欲解決之課題
印刷配線基板(printed circuit board)上會有發生所謂“配線剝落”之情形,但以氟系樹脂作為母材(基質)並摻混了大量充填劑的基板則尤其會有難以確保與配線等之接著強度的問題。又,為了提高接著強度,有時會在配線與基板之間設置樹脂層,惟即使在所述情況下,仍會有於基板與樹脂層之間等發生剝落之情形。
本發明提供一種板狀的複合材料,其不易發生可成為配線的導體層等剝落。
用以解決課題之手段
本發明人等為了解決前述課題反覆進行了積極研討,結果發現滿足特定條件之板狀的複合材料不易發生導體層等剝落。
即,本發明如下。
>1>一種複合材料,特徵在於:
其為板狀的複合材料且包含空孔內包層以及樹脂層,該空孔內包層係包含氟系樹脂及充填劑而成且內包空孔者,該樹脂層係貼附於前述空孔內包層之單面或兩面且包含氟系樹脂而成者;
其中,前述空孔內包層在與前述樹脂層之界面附近包含樹脂高含率區域,並且相較於前述空孔內包層內之其他區域,該樹脂高含率區域之氟系樹脂含有率更高且空孔含有率更低;
以前述界面為起點之前述樹脂高含率區域的厚度為0.20~10μm。
>2>如>1>之複合材料,其中前述樹脂層的厚度為0.050~30μm。
>3>如>1>或>2>之複合材料,其中以界面為起點之空孔內包層(包含樹脂高含率區域)的厚度為2~3000μm。
>4>如>1>至>3>中任一項之複合材料,其中於前述樹脂層貼附有導體層,且前述導體層對前述樹脂層之接觸面的最大高度Rz為0.020~10μm。
發明效果
根據本發明可提供一種板狀的複合材料,其不易發生可成為配線的導體層等剝落。
用以實施發明之形態
於說明本發明時列舉具體例來說明,但只要不脫離本發明趣旨則不限於以下內容,可適當變更後實施。
>板狀的複合材料>
本發明一態樣之複合材料(以下有時簡稱為「複合材料」)的特徵在於:其為板狀的複合材料且包含空孔內包層(以下有時簡稱為「空孔內包層」)以及樹脂層(以下有時簡稱為「樹脂層」),該空孔內包層係包含氟系樹脂及充填劑而成且內包空孔者,該樹脂層係貼附於空孔內包層之單面或兩面且包含氟系樹脂而成者;其中,空孔內包層在與樹脂層之界面附近包含樹脂高含率區域(以下有時簡稱為「樹脂高含率區域」),並且相較於空孔內包層內之其他區域,該樹脂高含率區域之氟系樹脂含有率更高且空孔含有率更低;以界面為起點之樹脂高含率區域的厚度為200nm(0.20μm)~10μm。
如前述,以氟系樹脂作為母材並摻混了大量充填劑的基板會難以確保與配線等之接著強度,且即使是在為了提高接著強度而在配線與基板之間設置了樹脂層的情況下,仍會有基板與樹脂層之間等發生剝落之情形。本發明人等發現,在已將樹脂層貼附於空孔內包層之前提下,於空孔內包層設置前述樹脂高含率區域,藉此可有效抑制樹脂層或貼附於樹脂層之導體層等剝落。空孔具有可將複合材料之介電係數抑制得較低的效果,但同時亦是使其與樹脂層等之接著強度降低的主因,惟本發明人等證實了於該空孔適度充填氟系樹脂做成樹脂高含率區域,充分確保其厚度,藉此可製成不易發生剝落之板狀的複合材料。
另外,「樹脂高含率區域的厚度」意指空孔內包層與樹脂層之積層方向上的樹脂高含率區域之長度,且係以空孔內包層與樹脂層之界面為起點至樹脂高含率區域結束之地點為止的長度。
以下詳細說明「樹脂高含率區域的厚度」之決定方法。
有關本發明中之「空孔內包層」、「樹脂層」、「樹脂高含率區域」、空孔內包層與樹脂層之「界面」、以界面為起點之「樹脂高含率區域的厚度」等,係利用掃描式電子顯微鏡(以下有時簡稱為「SEM」)觀察截面(空孔內包層與樹脂層各自的縱斷截面)來特定。另外,「樹脂高含率區域」係相較於空孔內包層內之其他區域,其氟系樹脂含有率更高且空孔含有率更低的區域,惟「樹脂高含率區域」係利用SEM觀察截面來特定,因此「氟系樹脂含有率」與「空孔含有率」意味體積基準的數值,而體積係以與之相關的截面之面積來判斷。
又,「樹脂高含率區域的厚度」係利用依下述(1)~(5)之程序進行之SEM拍攝與影像處理來決定。
(1)SEM拍攝
利用SEM所行之截面觀察係於倍率10000~20000之範圍內進行,且以包含空孔內包層、樹脂層、及空孔內包層與樹脂層之界面的方式進行拍攝。例如圖2為利用SEM拍攝所取得之影像,通常空孔內包層截面之空孔部分會凹陷而呈現為暗部,反之充填劑部分會凸出或為平面而呈現為亮部。且,樹脂層之截面的組成均勻,因此會呈現為平滑面,而可分別明確辨別空孔內包層、樹脂層、及空孔內包層與樹脂層之界面。另外,由可使後述之影像處理作業容易進行之觀點看來,拍攝宜以使空孔內包層與樹脂層之界面呈水平(平行於影像橫向)之方式來進行。又,若為包含導體層(例如金屬層)之複合材料,則可在包含導體層之狀態下進行拍攝,但由容易決定樹脂高含率區域的厚度之觀點看來,宜去除導體層後再進行。
(2)將拍攝所得SEM影像讀取到影像處理軟體
將所取得之SEM影像讀取到可進行二值化處理的軟體中,進行剪裁以切除過亮的區域或過暗的區域,而加工成四角形狀的灰階影像。另外,進行切除時係分別保留空孔內包層、樹脂層、及空孔內包層與樹脂層之界面。
(3)閾值設定與二值化處理
確認所取得之灰階影像的明度之頻率分布(濃度直方圖)資訊。接著,以與像素值之「最小值」距離「最大值-最小值之20%值」的位置作為閾值,將其轉換為二值化處理影像。
(4)分割二值化處理影像與算出黑色面積值
將二值化處理影像沿垂直方向(垂直於空孔內包層與樹脂層之界面的方向)分割(裁切係沿水平方向)成垂直方向之長度成為50~200nm,並將各分割出之影像中的黑色面積值分別算出。另外,空孔內包層與樹脂層的影像特徵有明確的差異,因此進行分割時宜以使其恰好於空孔內包層與樹脂層之界面的位置分開。
(5)黑色面積值之繪圖與決定樹脂高含率區域的厚度
以由空孔內包層與樹脂層之界面往空孔內包層側的垂直方向之位置(距離)為x值、並以黑色面積值為y值而繪圖,繪製出黑色面積分布圖表。在所得圖表中,若x值變大,則y值會從某地點起開始增加,若x值再繼續變大則y值會開始起伏,而可觀察到y值飽和之區域(以下有時簡稱為「飽和區域」)。樹脂高含率區域係判斷為由y值開始增加之地點至相當於飽和區域的y值平均值的20%之y值為止,而樹脂高含率區域的厚度係定為y值開始增加之地點的x值與飽和區域的y值平均值的20%地點的x值之差(參照圖6)。此時,若1視野中涵蓋了樹脂層、空孔內包層(包含樹脂高含率區域)則空孔內包層之後的空孔面積會飽和,但若空孔面積未飽和,則可在同倍率下沿影像Y軸方向移動1視野距離,取得SEM拍攝影像而連續測定空孔面積。
以界面為起點之樹脂高含率區域的厚度為0.20~10μm,宜為0.40μm以上,且宜為0.60μm以上,更宜為1.0μm以上,最宜為2.0μm以上;宜為8.0μm以下,且宜為6.0μm以下,更宜為4.0μm以下,尤宜為3.0μm以下,最宜為2.5μm以下。若在前述範圍內,可有效抑制導體層等剝落,同時作為複合材料可確保良好的相對介電係數等。
以下詳細說明「空孔內包層」、「樹脂層」及「樹脂高含率區域」之內容。
(空孔內包層)
空孔內包層係包含氟系樹脂及充填劑且內包有空孔的層,「氟系樹脂」意指包含氟原子的烯烴聚合而得的高分子化合物。
氟系樹脂可舉聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基烷(PFA)、四氟乙烯・六氟丙烯共聚物(FEP)、聚氯三氟乙烯(PCTEF)、四氟乙烯・乙烯共聚物(ETFE)、三氟氯乙烯・乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF),該等可單獨或併用2種。其中又以PTFE尤佳。
空孔內包層之氟系樹脂宜為已「原纖化(纖維狀結構化)」。原纖化的纖維不僅往單一方向定向,往多個方向定向更佳,如圖2之SEM拍攝影像所示,以原纖維與後述之無機微粒子凝集物連結形成「三維微細網目結構」尤佳。氟系樹脂若已原纖化、特別是若已形成三維微細網目結構,作為複合材料就能夠確保優異機械強度、尺寸穩定性。另,關於氟系樹脂的原纖化等可以SEM等進行表面觀察來確認。此外,氟系樹脂的原纖化可透過例如增加剪切力來進行,更具體而言宜以後述之多段軋延來進行。又,三維微細網目結構宜藉由後述之異方向多段軋延來進行。
空孔內包層係包含氟系樹脂及充填劑且內包有空孔的層,而充填劑可舉粒狀充填劑與纖維狀充填劑。粒狀充填劑可舉碳黑等固態碳;多孔質氧化矽、熔融氧化矽、矽膠等二氧化矽(silica);氧化鈦(二氧化鈦(titania)等)、氧化鐵、氧化鋯(二氧化鋯(zirconia))等過渡金屬氧化物(也包含複合氧化物);氮化硼、氮化矽等典型元素之氮化物等。而纖維狀充填劑可舉玻璃纖維、碳纖維等。該等充填劑可單獨使用或可併用2種以上。
空孔內包層宜包含「平均一次粒徑5~200nm的無機微粒子凝集而形成的多孔性無機微粒子凝集物(以下有時簡稱為「無機微粒子凝集物」)」作為充填劑。藉由包含無機微粒子凝集物作為充填劑,可確保良好的相對介電係數、熱膨脹係數等特性。此外,無機微粒子凝集物具體而言如圖3之SEM拍攝影像所示,表示多個無機微粒子熔附形成凝集物,在無機微粒子之間具有空隙而成為多孔質。
以下詳細說明「無機微粒子凝集物」。
無機微粒子凝集物中之無機微粒子的材質可列舉如氧化矽(一氧化矽、二氧化矽(silica)等)、氧化鋁(alumina)等典型元素之氧化物(也包含複合氧化物);氧化鈦(二氧化鈦(titania)等)、氧化鐵、氧化鋯(二氧化鋯(zirconia))等過渡金屬氧化物(也包含複合氧化物);氮化硼、氮化矽等典型元素之氮化物,該等可單獨使用或可併用2種以上。其中又以典型元素之氧化物為佳,二氧化矽(silica)尤佳。若為典型元素之氧化物,則可將相對介電係數降到極低,同時又能以較低成本來製造複合材料。另,無機微粒子之結晶性雖無特別限定,但以二氧化矽來說通常為非晶質。
無機微粒子之平均一次粒徑為5~200nm,以10nm以上為佳,15nm以上較佳,20nm以上更佳,且以150nm以下為佳,120nm以下較佳,100nm以下更佳,80nm以下尤佳,最佳則為70nm以下。若在前述之範圍內,則即使進行混合、成形、軋延等處理,無機微粒子凝集物也不易被破壞,而可確保無機微粒子之間有良好的空隙,並且作為板狀複合材料可易確保平滑的面平滑。另,無機微粒子之平均一次粒徑係利用SEM觀察來測定粒徑,將測定值平均所得之數值。具體上為隨機選取無機微粒子(100個),測定各個粒徑(粒子長邊之長度)後,將測定值的粒徑平均而得到數值。
無機微粒子之一次凝集物的平均粒徑通常在100nm以上,120nm以上為佳,150nm以上較佳,且通常在400nm以下,380nm以下為佳,350nm以下較佳。
無機微粒子之二次凝集物(一次凝集物之凝集物)的平均粒徑通常在0.2μm以上,1μm以上為佳,2μm以上較佳,且通常在100μm以下,90μm以下為佳,80μm以下較佳。
另,複合材料中的無機微粒子凝集物宜為二次凝集物的狀態。若為二次凝集物的狀態,則容易形成前述之三維微細網目結構。
此外,無機微粒子之一次凝集物的平均粒徑及無機微粒子之二次凝集物的平均粒徑,可以與前述無機微粒子之平均一次粒徑相同方法來算出。
無機微粒子凝集物之BET比表面積通常在10m2
/g以上,20m2
/g以上為佳,30m2
/g以上較佳,40m2
/g以上更佳,且通常在250m2
/g以下,240m2
/g以下為佳,210m2
/g以下較佳,150m2
/g以下更佳,80m2
/g以下尤佳。若在前述範圍內,作為複合材料可確保高氣孔率,同時可抑制介電正切的上升。尤其BET比表面積若過高,複合材料之介電正切會有變高的傾向。另,無機微粒子凝集物之BET比表面積係以氣體吸附法(尤為氮吸附等溫線)測出氣體吸附量等,並將其代入BET公式算出數值,作為用於製造複合材料前的數值來表示。
無機微粒子凝集物之視比重通常在10g/L以上,20g/L以上為佳,30g/L以上較佳,40g/L以上更佳,且通常在100g/L以下,90g/L以下為佳,80g/L以下較佳,70g/L以下更佳,60g/L以下尤佳。若在前述範圍內,作為複合材料可確保高氣孔率,同時無機微粒子凝集物也不易被破壞。另,無機微粒子凝集物之視比重係將無機微粒子凝集物充填於250mL量筒等之可測定容積的容器內,測定無機微粒子凝集物之充填質量(Xg)與充填容積(YmL)後,將充填容積除充填質量([視比重(g/L)]=X/Y×1000)所得的數值。
無機微粒子凝集物可列舉如MIZUKASIL系列(水澤化學工業公司製)、Sylysia系列(富士矽化學公司製)、疏水性AEROSIL系列(日本AEROSIL公司製)、Nipsil系列(東曹硅化工公司製)等,以疏水性AEROSIL系列(日本AEROSIL公司製)之疏水性氣相二氧化矽(fumed silica)尤佳。
充填劑中的無機微粒子凝集物含量通常為60質量%以上,70質量%以上為佳,80質量%以上較佳,90質量%以上更佳,100質量%尤佳。
令氟系樹脂及充填劑之合計為100質量份時,空孔內包層之樹脂高含率區域以外的區域中之充填劑含量通常為30質量份以上,40質量份以上為佳,45質量份以上較佳,50質量份以上更佳,55質量份以上尤佳,且通常為85質量份以下,80質量份以下為佳,75質量份以下較佳,70質量份以下更佳,65質量份以下尤佳。若在前述範圍內,作為複合材料可確保良好的相對介電係數、膨脹係數等特性。
空孔內包層亦可包含除了前述氟系樹脂及充填劑以外之物,而空孔內包層中的氟系樹脂及充填劑之合計含量通常為60質量%以上,70質量%以上為佳,80質量%以上較佳,90質量%以上更佳,100質量%尤佳。
充填劑(包含無機微粒子凝集物)宜表面經以具有疏水基的表面改質劑(以下,有時簡稱為「表面改質劑」)改質。
以下詳細說明利用「表面改質劑」進行之改質。
表面改質劑的疏水基可列舉氟基(-F)、烴基(-Cn
H2n+1
(n=1~30))等,且以不僅對水、對油劑也可展現撥液性的氟基尤佳。
表面改質劑可為對充填劑表面行化學性吸附(反應)者,也可為對充填劑表面行物理性吸附者,可為低分子化合物,也可為高分子化合物。對充填劑表面行化學性吸附(反應)之表面改質劑通常具有會和充填劑之表面官能基(羥基(-OH)等)進行反應之反應性官能基,反應性官能基可列舉烷氧矽基(-SiOR(R之碳原子數為1~6))、氯矽基(-SiCl)、溴矽基(-SiBr)、氫矽基(-SiH)等。另,以表面改質劑改質充填劑表面的方法可以適當採用公知的方法,而可舉使充填劑與表面改質劑接觸的方法。
表面改質劑不限於1種,可使用2種以上,例如亦可使具有反應性官能基的低分子化合物之表面改質劑對充填劑表面進行反應後,再使具有疏水基的高分子化合物之表面改質劑進行物理性吸附於其上。充填劑的材質若為二氧化矽(silica)等,暴露於鹼性水溶液中時有可能會溶解(分解),但經過像這樣改質後,就能提高對鹼性水溶液的耐性。
表面改質劑之熱分解溫度通常為250℃以上,在300℃以上為佳,350℃以上較佳,360℃以上更佳,370℃以上尤佳。若在前述範圍內,則即使進行高溫加熱等處理也能夠抑制分解。表面改質劑之熱分解溫度係根據熱重量減少分析法(TG-DTA),以20℃/min進行升溫後重量減少5%之溫度。
具有氟基與反應性官能基的低分子化合物之表面改質劑可列舉下述式所示者。此外,下述式所示化合物於市面上有販售,故而可適當取得作為表面改質劑使用。
[化學式1]
具有氟基的高分子化合物之表面改質劑可列舉下述式所示者。
[化學式2]
表面改質劑可利用市售之溶液,較佳可舉3M公司製Novec(註冊商標)2202。Novec(註冊商標)2202已被公佈為含有具氟基的高分子化合物,並摻混有「氟烷基矽烷聚合物」。若將Novec(註冊商標)2202作為表面改質劑使用,則具有可以較簡易的操作即易將複合材料之臨界撥液張力抑制地較低的優點。
充填劑中表面改質劑的含量(有機物的含量)通常在0.1質量%以上,1質量%以上為佳,2質量%以上較佳,3質量%以上更佳,4質量%以上尤佳,且通常在50質量%以下,40質量%以下為佳,30質量以下較佳,25質量%以下更佳,20質量%以下尤佳。
空孔內包層之樹脂高含率區域以外的區域的厚度通常為19.6~2999.6μm,宜為23.6μm以上,且宜為28.6μm以上,更宜為31.6μm以上,最宜為33.6μm以上;宜為2899.6μm以下,且宜為2799.6μm以下,更宜為2699.6μm以下,尤宜為2599.6μm以下,最宜為2499.6μm以下。若在前述範圍內,作為複合材料可確保良好的相對介電係數等。
以界面為起點之空孔內包層(包含樹脂高含率區域)的厚度通常為2~3000μm,宜為20μm以上,且宜為24μm以上,更宜為28μm以上,尤宜為32μm以上,最宜為34μm以上;宜為2900μm以下,且宜為2800μm以下,更宜為2700μm以下,尤宜為2600μm以下,最宜為2500μm以下。若在前述範圍內,可有效抑制導體層等剝落,同時作為複合材料可確保良好的相對介電係數等。
空孔內包層係包含氟系樹脂及充填劑且內包有空孔的層,而空孔內包層的樹脂高含率區域以外的區域之空孔的大小以二值化處理影像之黑色的最大徑計通常為0.020μm以上,且宜為0.030μm以上,0.040μm以上更佳,0.045μm以上又更佳,0.050μm以上最佳,而通常為1.5μm以下,且宜為1.0μm以下,0.90μm以下更佳,0.80μm以下又更佳,0.70μm以下尤佳,0.60μm以下最佳。若在前述範圍內,可有效抑制導體層等剝落,同時作為複合材料可確保良好的相對介電係數等。
成為空孔內包層之材料的氣孔率(空孔率)通常為30%以上,宜為35%以上,且宜為40%以上,更宜為45%以上,尤宜為50%以上;通常為80%以下,宜為70%以下。若在前述範圍內,作為複合材料可確保良好的相對介電係數、膨脹係數等特性。此外,氣孔率係測定成為空孔內包層之材料的體密度與成為空孔內包層之材料的真密度並代入下述式而算出之數值。
氣孔率[%]=(1-(成為空孔內包層之材料的體密度[g/cm3
]/成為空孔內包層之材料的真密度[g/cm3
]))×100
空孔內包層係包含氟系樹脂及充填劑且內包有空孔的層,而空孔內包層亦可包含氟系樹脂、充填劑及空孔以外之物,具體而言可舉包含可提高強度及尺寸穩定性的補強材。補強材之材質可適當採用可作為基板之補強材使用之物,可舉例如玻璃布、樹脂布等。空孔內包層中的補強材之位置亦無特別限定,通常配置於空孔內包層之厚度方向的中間部分。
(樹脂層)
樹脂層係貼附於空孔內包層之單面或兩面且包含氟系樹脂而成的層,「氟系樹脂」如前述,意指包含氟原子的烯烴聚合而得的高分子化合物(理想熔點:100~400℃)。
氟系樹脂可舉聚四氟乙烯(PTFE,熔點:327℃)、全氟烷氧基烷(PFA,熔點:310℃)、四氟乙烯・六氟丙烯共聚物(FEP,熔點:260℃)、聚氯三氟乙烯(PCTEF,熔點:220℃)、四氟乙烯・乙烯共聚物(ETFE,熔點:270℃)、三氟氯乙烯・乙烯共聚物(ECTFE,熔點:270℃)、聚偏二氟乙烯(PVDF,熔點:151~178℃),且以PTFE、PFA尤佳。
樹脂層亦可包含前述氟系樹脂以外之物,而樹脂層中的氟系樹脂含量通常為60質量%以上,70質量%以上為佳,80質量%以上較佳,90質量%以上更佳,100質量%尤佳。
樹脂層的厚度通常為0.050~30μm,宜為0.100μm以上,且宜為0.40μm以上,更宜為1.0μm以上,最宜為1.5μm以上;宜為20μm以下,且宜為10μm以下,更宜為8.0μm以下,尤宜為6.0μm以下,最宜為5.0μm以下。使用複合材料作為電子電路基板時,會暴露於電子電路之製造過程等中所使用的各種藥品中。例如暴露於滲透性高的處理液中時,可能會有發生處理液滲透到內部造成基板的外觀不良或特性變化的情形。樹脂層亦具有抑制處理液滲透之作用,因此若在前述範圍內,則可有效抑制導體層等剝落,並且即使是在暴露於製造電子電路基板所使用之滲透性高的處理液等中時,仍不易發生外觀不良或特性變化。另外,樹脂層之厚度意指針對從樹脂層之厚度方向末端至空孔內包層與樹脂層之界面為止之距離,測定5~10點左右,並將該等平均而得之數值。
複合材料(空孔內包層+樹脂層)的氣孔率通常為30%以上,宜為35%以上,且宜為40%以上,更宜為45%以上,尤宜為50%以上;通常為80%以下,宜為70%以下。若在前述範圍內,作為複合材料可確保良好的相對介電係數、膨脹係數等特性。此外,氣孔率係測定複合材料的體密度與複合材料的真密度並代入下述式而算出之數值。
氣孔率[%]=(1-(複合材料的體密度[g/cm3
]/複合材料的真密度[g/cm3
]))×100
樹脂層不只僅貼附於空孔內包層之單面,亦可貼附於空孔內包層之兩面。另外,在樹脂層貼附於空孔內包層之兩面時,兩樹脂層之界面附近宜包含樹脂高含率區域。
複合材料的形狀為板狀,且複合材料的厚度通常為2μm以上,宜為10μm以上,且宜為20μm以上,更宜為50μm以上,尤宜為80μm以上;通常為2000μm以下,宜為1000μm以下,且宜為500μm以下,更宜為200μm以下,尤宜為150μm以下。
複合材料亦可包夾樹脂層並貼附有其他層。其他層可舉導體層,而導體層通常為金屬層。
金屬層作為配線使用時之金屬種類,通常可列舉金(Au)、銀(Ag)、鉑(Pt)、銅(Cu)、鋁(Al)、包含該等金屬種類之合金等。
金屬層作為配線使用時之厚度通常在5μm以上,10μm以上為佳,15μm以上較佳,且通常在50μm以下,45μm以下為佳,40μm以下較佳。
導體層對樹脂層之接觸面的最大高度Rz通常為0.020μm以上,宜為0.050μm以上,且宜為0.10μm以上,更宜為0.20μm以上,尤宜為0.30μm以上;通常為10μm以下,宜為8.0μm以下,且宜為6.0μm以下,更宜為4.0μm以下,尤宜為2.0μm以下。此外,「最大高度Rz」係指依循日本工業規格JIS B0601:2013(就國際標準化機構規格ISO4287無變更技術內容所作成之日本工業規格)所決定之數值。又,「導體層對樹脂層之接觸面的最大高度Rz」除了直接測定外,亦可考慮直接使用導體層所用材料的最大高度Rz。
樹脂層的厚度與導體層的最大高度Rz之關係((樹脂層的厚度)-(導體層的最大高度Rz))通常為0.005μm以上,宜為0.010μm以上,且宜為0.050μm以上,更宜為0.10μm以上,尤宜為0.50μm以上;通常為29.98μm以下,宜為20μm以下,且宜為15μm以下,更宜為10μm以下,尤宜為5.0μm以下。若在前述範圍內,因樹脂層的厚度有充分確保,故即便暴露於製造電子電路基板使用之滲透性高的處理液等中時,亦不易發生外觀不良或特性變化。
複合材料之相對介電係數(頻率:10GHz)通常在2.5以下,2.3以下為佳,2.2以下較佳,2.1以下更佳,2.0以下尤佳,且通常在1.55以上。另,複合材料之相對介電係數係以空腔共振器微擾法(測定頻率:10GHz)測定複介電係數所算得的實數部分(εr’)之數值。
複合材料之介電正切(頻率:10GHz)通常在0.01以下,0.0075以下為佳,0.005以下較佳,0.004以下更佳,0.003以下尤佳,且通常在0.0005以上。另,複合材料之相對介電係數係以空腔共振器微擾法(測定頻率:10GHz)測定複介電係數所算得的虛數部分(εr”)相對於實數部分(εr’)之比率(εr”/εr’)。
複合材料之熱膨脹係數通常在70ppm/K以下,60ppm/K以下為佳,55ppm/K以下較佳,50ppm/K以下更佳,45ppm/K以下尤佳,且通常在10ppm/K以上。另,複合材料之熱膨脹係數係利用TMA(熱機械分析(Thermal Mechanical Analysis))法測得-50~200℃的平均熱膨脹係數之數值。具體而言,係將寬4mm、長20mm之複合材料固定在長度方向上,並施予2g之荷重,以10℃/min的升溫速度從室溫(25℃)升溫至200℃並保持30分鐘,以除去材料的殘留應力。接著,以10℃/min冷卻至-50℃並保持15分鐘後,以2℃/min升溫至200℃。並以第2次升溫過程中的-50~200℃之平均熱膨脹係數作為熱膨脹係數。
(複合材料之用途)
複合材料之用途並無特別限定,較宜可舉電子電路基板,更佳可舉行動電話、電腦等的電路基板、毫米波雷達用之塊狀微帶天線的基板等。
(複合材料之製造方法)
複合材料係前述空孔內包層之單面或兩面貼附有樹脂層之板狀材料,複合材料之製造方法沒有特別限定,可適當採用公知的知識來製造。而特別以包含下述樹脂準備步驟、充填劑準備步驟、混合步驟、成形步驟、軋延步驟及樹脂層形成步驟的複合材料之製造方法(以下,有時簡稱為「複合材料之製造方法」)為佳。
・準備氟系樹脂之樹脂準備步驟(以下,有時簡稱為「樹脂準備步驟」)。
・準備充填劑之充填劑準備步驟(以下,有時簡稱為「充填劑準備步驟」)。
・混合前述氟系樹脂、前述充填劑及揮發性添加劑,以製得前驅物組成物之混合步驟(以下,有時簡稱為「混合步驟」)。
・成形前述前驅物組成物,以製得可軋延的被軋延物之成形步驟(以下,有時簡稱為「成形步驟」)。
・軋延前述被軋延物,以製得軋延物之軋延步驟(以下,有時簡稱為「軋延步驟」)。
・於前述軋延物之單面或兩面上形成含氟系樹脂而成之樹脂層,以製得複合材料之樹脂層形成步驟(以下,有時簡稱為「樹脂層形成步驟」)。
以下詳細說明「樹脂準備步驟」、「充填劑準備步驟」、「混合步驟」、「成形步驟」、「軋延步驟」、「樹脂層形成步驟」等。
樹脂準備步驟係準備氟系樹脂,氟系樹脂可以購買,也可以自行製造。要準備之氟系樹脂的造粒物(二次粒子以後的粒子)的平均粒徑(中值粒徑d50)通常為0.5μm以上,宜為1.0μm以上,且宜為10μm以上,更宜為30μm以上;通常為700μm以下,宜為300μm以下,且宜為150μm以下,更宜為100μm以下,尤宜為50μm以下。只要在前述範圍內,即可易使樹脂與充填劑均勻分散。此外,氟系樹脂之造粒物的平均粒徑可藉由依循日本工業規格JIS Z 8825:2001之方法來決定。
充填劑準備步驟係準備充填劑的步驟,充填劑(包含無機微粒子凝集物)可以購買,也可以自行製造。要準備之充填劑的造粒物(二次粒子以後的粒子)的平均粒徑(中值粒徑d50)通常為0.1μm以上,宜為0.5μm以上,且宜為1μm以上,更宜為3μm以上;通常為500μm以下,宜為200μm以下,且宜為100μm以下,更宜為50μm以下,尤宜為20μm以下。只要在前述範圍內,即可易使樹脂與充填劑均勻分散。此外,充填劑之造粒物的平均粒徑可藉由依循日本工業規格JIS Z 8825:2001之方法來決定。
又,充填劑宜表面經以前述表面改質劑改質。
混合步驟係混合氟系樹脂、充填劑及揮發性添加劑以製得前驅物組成物之步驟,混合可適當採用乾式、濕式等公知方法或混合機等來進行。
為乾式時,攪拌器等的旋轉速度(周速)通常為0.5m/sec以上,宜為1m/sec以上,且宜為5m/sec以上,更宜為10m/sec以上,尤宜為15m/sec以上;通常為200m/sec以下,宜為180m/sec以下,且宜為140m/sec以下,更宜為100m/sec以下,尤宜為50m/sec以下,最宜為20m/sec以下。只要在前述範圍內,即可易使樹脂與充填劑均勻分散。
為乾式時,混合時間通常為10秒鐘以上,宜為20秒鐘以上,且宜為30秒鐘以上,更宜為40秒鐘以上,尤宜為1分鐘以上,最宜為5分鐘以上;通常為60分鐘以下,宜為50分鐘以下,且宜為40分鐘以下,更宜為30分鐘以下,尤宜為20分鐘以下,最宜為15分鐘以下。只要在前述範圍內,即可易使樹脂與充填劑均勻分散。
為濕式時,攪拌器等的旋轉速度(周速)通常為1m/sec以上,宜為5m/sec以上,且宜為10m/sec以上,更宜為15m/sec以上,尤宜為20m/sec以上,最宜為25m/sec以上;通常為160m/sec以下,宜為130m/sec以下,且宜為100m/sec以下,更宜為80m/sec以下,尤宜為60m/sec以下,最宜為40m/sec以下。只要在前述範圍內,即可易使樹脂與充填劑均勻分散。
為濕式時,混合時間通常為5秒鐘以上,宜為10秒鐘以上,且宜為20秒鐘以上,更宜為30秒鐘以上,尤宜為40秒鐘以上,最宜為50秒鐘以上;通常為60分鐘以下,宜為50分鐘以下,且宜為40分鐘以下,更宜為20分鐘以下,尤宜為10分鐘以下,最宜為5分鐘以下。只要在前述範圍內,即可易使樹脂與充填劑均勻分散。
揮發性添加劑具有藉由最終揮發被去除從而使空孔內包層充分內包空孔的作用。揮發性添加劑是指沸點為30~300℃且在室溫下為液態之化合物,揮發性添加劑之沸點以50℃以上為佳,100℃以上較佳,200℃以上更佳,且以280℃以下為佳,260℃以下較佳,240℃以下更佳。
揮發性添加劑之種類可列舉反應性低之烴、醚、酯等,且以脂肪族飽和烴為佳。具體可列舉己烷(沸點:69℃)、庚烷(沸點:98℃)、辛烷(沸點:126℃)、壬烷(沸點:151℃)、癸烷(沸點:174℃)、十一烷(沸點:196℃)、十二烷(沸點:215℃)、十三烷(沸點:234℃)、十四烷(沸點:254℃)等,且以十二烷尤佳。該等可單獨使用或可併用2種以上。
令氟系樹脂及充填劑之合計為100質量份時,揮發性添加劑之添加量通常為1質量份以上,5質量份以上為佳,10質量份以上較佳,20質量份以上更佳,30質量份以上尤佳,且通常為200質量份以下,150質量份以下為佳,130質量份以下較佳,110質量份以下更佳,100質量份以下尤佳。若在前述範圍內,作為複合材料可確保良好的氣孔率。
混合步驟除了氟系樹脂、充填劑及揮發性添加劑之外,還宜添加前述揮發性添加劑以外之溶劑並混合。溶劑具有可使前驅物組成物形成膏狀並使其均勻分散的作用。溶劑可列舉如水、甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等低級醇等。
成形步驟係成形前驅物組成物以製得可軋延的被軋延物之步驟,使用於成形步驟的成形機可列舉魚尾式模機、壓機、擠製成形機、砑光輥等。尤以魚尾式模機為佳。
軋延步驟係軋延被軋延物以製得軋延物之步驟,而以多次反覆進行積層所得軋延物作成被軋延物後進行軋延之作業的「多段軋延」為佳,且往與前次軋延方向不同之方向軋延被軋延物的「異方向多段軋延」尤佳。異方向多段軋延可舉例如反覆進行以下作業:將軋延物積層成朝向同一軋延方向做成被軋延物後,將被軋延物的軋延方向從前次軋延方向旋轉90°後進行軋延。
多段軋延中之軋延物積層數通常為2以上,3以上為佳,4以上較佳,10以上更佳,30以上尤佳,且通常為2000以下,1000以下為佳,500以下較佳,200以下更佳,100以下尤佳。
軋延步驟之軋延倍率通常為10以上,20以上為佳,40以上較佳,50以上更佳,100以上尤佳,且通常為20000以下,10000以下為佳,5000以下較佳,2000以下更佳,1000以下尤佳。
使用於軋延步驟的裝置可列舉壓機、擠製成形機、軋延輥(如,砑光輥)等。
樹脂層形成步驟係於軋延物之單面或兩面上形成含氟系樹脂而成之樹脂以製得複合材料之步驟。樹脂層之形成方法可舉如以壓機等將含有氟系樹脂之樹脂薄膜加熱加壓而貼附至軋延物的方法。藉由將含有氟系樹脂之樹脂薄膜加熱加壓,可使氟系樹脂滲透進空孔內包層之空孔,形成良好的樹脂高含率區域,而有效抑制導體層等剝落,同時作為複合材料可確保有良好的相對介電係數等。
含氟系樹脂而成之樹脂薄膜的厚度通常為0.050μm以上,宜為0.10μm以上,且宜為0.40μm以上,更宜為1.0μm以上,尤宜為1.5μm以上;通常為30μm以下,宜為20μm以下,且宜為10μm以下,更宜為8.0μm以下,尤宜為6.0μm以下,最宜為5.0μm以下。
樹脂層形成步驟之壓力通常為0.01MPa以上,宜為0.10MPa以上,且宜為0.50MPa以上,更宜為0.80MPa以上,尤宜為1.00MPa以上;通常為50MPa以下,宜為40MPa以下,且宜為30MPa以下,更宜為20MPa以下,尤宜為10MPa以下。若在前述範圍內,樹脂高含率區域的厚度可成為適宜範圍,而可有效抑制導體層等剝落,同時作為複合材料可確保良好的相對介電係數等。
樹脂層形成步驟之溫度通常為250℃以上,宜為280℃以上,且宜為300℃以上,更宜為320℃以上,尤宜為340℃以上;通常為500℃以下,宜為480℃以下,且宜為460℃以下,更宜為440℃以下,尤宜為420℃以下。若在前述範圍內,樹脂高含率區域的厚度可成為適宜範圍,而可有效抑制導體層等剝落,同時作為複合材料可確保良好的相對介電係數等。
樹脂層形成步驟之加熱加壓時間通常為1秒鐘以上,宜為30秒鐘以上,且宜為1分鐘以上,更宜為2分鐘以上,尤宜為3分鐘以上;通常為180分鐘以下,宜為120分鐘以下,且宜為60分鐘以下,更宜為30分鐘以下,尤宜為20分鐘以下。若在前述範圍內,樹脂高含率區域的厚度可成為適宜範圍,而可有效抑制導體層等剝落,同時作為複合材料可確保良好的相對介電係數等。
樹脂層形成步驟所用裝置可舉壓機、熱輥層合機、帶式壓機等。
複合材料之製造方法可包含其他步驟,具體可列舉下述步驟。
・從前述軋延物除去前述揮發性添加劑之添加劑除去步驟(以下,有時簡稱為「添加劑除去步驟」)。
・於前述複合材料之單面或兩面上形成導體層之其他層形成步驟(以下,有時簡稱為「導體層形成步驟」)。
・將前述導體層進行圖案化處理之圖案化步驟(以下,有時簡稱為「圖案化步驟」)。
以下詳細說明「添加劑除去步驟」、「導體層形成步驟」、「圖案化步驟」等。
添加劑除去步驟係從軋延物除去前述揮發性添加劑之步驟,通常可舉在可用於乾燥之加熱爐內將軋延物加熱的方法。加熱條件可因應揮發性添加劑之沸點等來適當選擇。
導體層形成步驟係於前述複合材料之單面或兩面上形成導體層之步驟,而導體層的形成方法可列舉濺鍍、鍍敷、金屬箔之加壓接著、層疊法等。
圖案化步驟係將金屬層進行圖案化處理之步驟,而圖案化處理方法可列舉使用光阻劑等之加成(Additive)法、進行蝕刻之減成(Subtractive)法等。
實施例
以下舉實施例更進一步說明本發明,只要不脫離本發明趣旨即可做適當變更。因此,本發明之範圍不受限於以下所示具體例限定解釋。
>實施例1>
準備疏水性氣相二氧化矽(日本AEROSIL公司製,型號「NY50」,BET比表面積30m2
/g,視比重60g/L,一次粒子的平均粒徑30nm)作為充填劑、聚四氟乙烯(PTFE:大金工業公司製,型號「POLYFLON PTFE F-104」,平均粒徑550μm)作為氟系樹脂。在考慮到固體成分量之下,將疏水性氣相二氧化矽與PTFE混合成60:40(質量比)之比率。對該混合物添加揮發性添加劑的十二烷且使其為40質量%(相對於整體),並以V型攪拌機(旋轉數:10rpm,溫度:24℃,時間:5分鐘)混合。使製得之膏狀物通過1對軋延輥,而得厚度3mm、寬10~50mm、長150mm之橢圓狀母片材(片狀成形體)。並製作出多片該母片材。
將2片母片材之軋延方向對齊並疊合,使片材面維持平行並從方才的軋延方向將片材旋轉90度後進行軋延,而製作出第2軋延積層片材。並製作出多片該第2軋延積層片材。並再將2片第2軋延積層片材疊合積層,而製作出第3軋延積層片材。依上述,以從母片材之積層軋延起算合計重複5次進行將片材積層並軋延的步驟後,將上述軋延輥間的間隔以每次縮小0.5mm來進行多次軋延,而得到厚度約160μm之軋延積層片材(構成層數32層)。接著,將所得之軋延積層片材在150℃下加熱20分鐘除去揮發性添加劑,而製作出成為空孔內包層之空孔內包片材。
接著將Fluon(註冊商標)PTFE Dispersions AD939E(AGC公司製,固體成分60質量%)以使WET厚度(未乾燥時塗膜厚度)為4μm之方式以浸塗法塗敷至聚醯亞胺載體上之單面,並於150℃下加熱5分鐘、於380℃下加熱5分鐘,製作出作為樹脂層的樹脂薄膜。準備成為導體層的Cu箔(JX金屬公司製,型號「BHFX-HS-92F」,厚度18μm,最大高度Rz:0.75μm),並將樹脂薄膜與Cu箔積層,以壓機在壓力6MPa、溫度360℃下加壓10分鐘,製作出樹脂導體片材。將該樹脂導體片材與前述空孔內包片材積層,並以360℃、10分鐘、6MPa加壓成形而製得實施例1之複合材料。最後,導體層以外之層的厚度合計約130μm。
>實施例2>
將依與實施例1相同方法製作出之空孔內包片材、作為樹脂薄膜的12.5μm之NEOFLON PFA薄膜(大金工業公司製,材質PFA)與成為導體層的Cu箔(JX金屬公司製,型號「BHFX-HS-92F」,厚度18μm,最大高度Rz:0.75μm)積層,並以360℃、10分鐘、6MPa加壓成形而製得實施例2之複合材料。
>實施例3>
將Fluon(註冊商標) PTFE Dispersions AD939E變更成使WET厚度成為2μm,除此之外依與實施例1相同方法而製得複合材料。
>實施例4>
於成為導體層的Cu箔(JX金屬公司製,型號「BHFX-HS-92F」,厚度18μm,最大高度Rz:0.75μm)之單面,以使WET厚度成為4μm之方式以噴塗法塗敷NEOFLON PFA AD-2CRER(大金工業公司製,材質PFA,固體成分50質量%),並於150℃下加熱5分鐘,製作出樹脂導體片材。於依與實施例1相同方法製作出之混合物中添加十二烷且使其為55質量%(相對於整體),並以V型攪拌機(旋轉數:10rpm,溫度:24℃,時間:5分鐘)混合。將所得膏狀物依與實施例1相同方法片材化後,將所得空孔內包片材與樹脂導體片材積層,並以360℃、10分鐘、6MPa加壓成形而製得實施例4之複合材料。
>實施例5>
將最終軋延時的輥間間隔變更成0.13mm並進行軋延,除此之外依與實施例1相同方法而製得最終厚度125μm的軋延積層片材。將所得之軋延積層片材在150℃下加熱20分鐘除去揮發性添加劑,製作出成為空孔內包層之空孔內包片材。於成為導體層的Cu箔(JX金屬公司製,型號「BHFX-HS-92F」,厚度18μm,最大高度Rz:0.75μm)與空孔內包片材之間積層ETFE片材(大金工業公司製,NEOFLON ETFE薄膜,25μm厚度),並以360℃、10分鐘、6MPa加壓成形而製得實施例5之複合材料。最後,導體層以外之層的厚度合計約100μm。
>實施例6>
將最終軋延時的輥間間隔變更成0.08mm並進行軋延,除此之外依與實施例1相同方法而製得最終厚度48μm的軋延積層片材。將所得之軋延積層片材在150℃下加熱20分鐘除去揮發性添加劑,製作出成為空孔內包層之空孔內包片材。將經將製得之空孔內包片材以與實施例1相同方法製出之樹脂導體片材與前述空孔內包片材積層後,以360℃、10分鐘、6MPa加壓成形而製得實施例6之複合材料。最後,導體層以外之層的厚度合計約40μm。
>實施例7>
將最終軋延時的輥間間隔變更成2.5mm並進行軋延,除此之外依與實施例1相同方法而製得最終厚度3140μm的軋延積層片材。將所得之軋延積層片材在150℃下加熱20分鐘除去揮發性添加劑,製作出成為空孔內包層之空孔內包片材。將經將製得之空孔內包片材以與實施例1相同方法製出之樹脂導體片材與前述空孔內包片材積層後,以360℃、10分鐘、6MPa加壓成形而製得實施例7之複合材料。最後,導體層以外之層的厚度合計約2512μm。
>比較例1>
將Fluon(註冊商標)PTFE Dispersions AD939E的WET厚度變更成7μm,並將樹脂導體片材與空孔內包片材之積層物以320℃、10分鐘、6MPa加壓成形,除此之外依與實施例1相同方法而製得複合材料。
>測定空孔內包片材的體密度>
將實施例1~7及比較例1的去除揮發性添加劑而得之空孔內包片材從305mm×457mm的面內裁切出10個縱橫均等10mm×10mm的試樣,並使用投影機(Mitutoyo Corporation製,型號「PJ-H30」,設定倍率10倍)測定出寬度及長度方向的尺寸。評估用試樣的端部之判斷可藉由以透射法測定來輕易判斷。使用度盤規(Mitutoyo Corporation製,543系列ABS太陽能式數位型量錶ID-SS)測定評估用試樣之厚度,並使用電子天秤(島津製作所公司製,AUW220D,測定環境溫度25℃,最小顯示單位0.001mg)測定10片評估試樣之質量,再代入下述式以算出體密度。
空孔內包片材的體密度[g/cm3
]=試樣的質量[g]÷(試樣的表面積[cm3
]×厚度[cm])
>測定空孔內包片材的氣孔率>
將前述「測定空孔內包片材的體密度」中進行過評估之評估用試樣以TG-DTA(BRUKER公司製,2000SA)在氮氣環境下以升溫速度2℃/min升溫至900℃,並評估質量減少。以質量減少量作為樹脂的質量,以殘存成分的質量作為充填劑質量,代入下述式以算出充填劑含量。充填劑(氣相二氧化矽)的密度係用2.2[g/cm3
]計算,而樹脂(PTFE)的密度係用2.1[g/cm3
]計算。
・充填劑含量[質量%]=(殘存成分的質量[g]÷初始的質量[g])×100
・樹脂含量[質量%]=(質量減少量的質量[g]÷初始的質量[g])×100
・空孔內包片材的真密度[g/cm3
]=充填劑的質量%×充填劑的密度[g/cm3
]+樹脂的質量%×樹脂的密度[g/cm3
]
從經從前述「測定空孔內包片材的體密度」求得之評估用試樣的體密度算出之真密度來算出氣孔率。
・氣孔率[%]=(1-(空孔內包片材的體密度[g/cm3
]/空孔內包片材的真密度[g/cm3
]))×100
>破壞模式(印刷配線板用覆銅積層板試驗)>
針對實施例1~7及比較例1的複合材料分別實施了依循日本工業規格JIS C6481:1996之印刷配線板用覆銅積層板試驗。在導體層(Cu層)以10mm之寬度層疊的狀態下製作出長度約100mm的試驗片,並將導體層部分朝90°方向以速度50mm/分鐘之速度剝除,並對剝除後之導體層的截面進行切片機加工,切削10μm左右之後,使用IP(離子拋光)法進行1μm左右的截面加工,再利用場發射型掃描式電子顯微鏡(FE-SEM)觀察截面後之結果,導體層上無樹脂層附著之情況評估為「界面破壞」,對於附著於導體層的樹脂層有1μm以上的空孔內包層附著之情況評估為「凝集破壞」,對於附著於導體層的樹脂層有小於1μm的空孔內包層附著之情況評估為「樹脂層/空孔內包層間破壞」。將結果列於表1。
>測定甲醇滲透量>
分別針對實施例1~7及比較例1的複合材料以40℃的三氯化鐵溶液進行蝕刻,去除導體層。將所得複合材料沖裁成φ44,並使其在150℃下乾燥1小時後,測定質量並作為初始質量。為防止甲醇從複合材料側面滲透,使用圖1所示治具。具體而言係使用φ40的O型環2將已去除導體層之複合材料3以O型環固定用容器1從上下緊固,並從O型環2中心部分滴下與複合材料3之質量同量的甲醇,再於室溫下保持3分鐘後,擦去甲醇並測定複合材料3之質量。此時,甲醇滲透量係以(浸漬甲醇後的複合材料-初始質量)/初始質量來定義。將結果列於表1。
>樹脂層之厚度>
為測定實施例1~7及比較例1的複合材料之樹脂層的厚度,將複合材料分別以40℃的三氯化鐵溶液進行蝕刻,去除導體層。對所得複合材料進行切片機加工,切削10μm左右之後,使用IP(離子拋光)法施行1μm左右的截面加工。
使用場發射型掃描式電子顯微鏡(FE-SEM),測定15000倍下1視野內之從樹脂層表面至樹脂層與空孔內包層之界面為止的距離5點,並以其平均值作為樹脂層之厚度。空孔內包層與樹脂層可從SEM拍攝影像以是否存在充填劑來輕易判斷。
>樹脂高含率區域的厚度>
進行與樹脂層之厚度相同的截面加工,並利用FE-SEM以15000倍下1視野內涵蓋樹脂層、空孔內包層(包含樹脂高含率區域)之方式取得SEM拍攝影像。將SEM拍攝影像示於圖2。拍攝係以使空孔內包層與樹脂層之界面平行於影像之橫方向且樹脂層位處下方之方式進行。亦即,圖2的符號4表示空孔內包層與樹脂層之界面,符號5表示樹脂層表面。另外,SEM拍攝影像中所含倍率、比例尺等影像資訊部分係進行剪裁,而加工成僅保留影像。將剪裁後之複合材料截面的影像示於圖3。
將SEM拍攝影像讀取到影像處理軟體,作成8位元灰階影像並取得其濃度直方圖,並決定出用以進行二值化處理的閾值。將濃度直方圖示於圖4。閾值係定為與所得像素值之「最小值」距離「最大值-最小值之20%值」的位置,並將其轉換為二值化處理影像。樹脂層、充填劑部分的像素值較低而變為白色,空孔部則像素值較高而變為黑色。將二值化處理影像示於圖5。從圖5可見空孔內包層與樹脂層界面附近的白色較多,而愈往影像上方移動,黑色愈增多,由此可知空孔內包層的樹脂高含率區域其空孔之含有率低。
閾值=(最大像素值-最小像素值)×20%+最小像素值
將所得二值化處理影像於縱方向每隔100nm沿橫方向裁切,進行將二值化處理影像加工成多個短籤狀影像的處理。另外,影像之裁切係決定為恰好於空孔內包層與樹脂層之界面裁切。接著,算出各短籤狀影像中所含空孔(黑色)之面積作為y值、並以從二值化處理影像的最底邊至各短籤狀影像之距離作為x值進行繪圖,繪製出圖表。舉例而言,樹脂層之部分無空孔存在,從而距影像底邊0nm的面積為0,而第1區間之空孔面積、亦即0nm至100nm區間之空孔面積則為100nm時之空孔面積。令x軸為距影像底邊之距離且令y軸為空孔(黑色)面積來繪圖,並將繪製出之圖表示於圖6。
在所得圖表中,若x值變大,則y值會從某地點起開始增加,若x值再繼續變大則y值會開始起伏,而可觀察到y值飽和之區域(以下有時簡稱為「飽和區域」)。樹脂高含率區域係判斷為從y值開始增加之地點至相當於飽和區域的y值平均值的20%之y值為止,而樹脂高含率區域的厚度係定為y值開始增加之地點的x值與飽和區域的y值平均值的20%地點的x值之差(參照圖6)。另外,樹脂層端部意指面積成為0之距離,而決定出之樹脂高含率區域之後係判定為空孔內包層。
>空孔內包層之樹脂高含率區域以外的區域的厚度>
進行與樹脂層之厚度相同的截面加工,並測定倍率500倍下從空孔內包層上面至下面為止之距離5點,而以平均值作為空孔內包層的厚度。空孔內包層之樹脂高含率區域以外的區域的厚度係從空孔內包層的厚度減去樹脂高含率區域的厚度而算出。
(空孔內包層之樹脂高含率區域以外的區域的厚度)=(空孔內包層的厚度)-(樹脂高含率區域的厚度)
>測定導體層以外(樹脂層+空孔內包層)的體密度>
將前述「樹脂層之厚度」中已去除導體層的實施例1~7及比較例1的複合材料從305mm×457mm的面內裁切出10個縱橫均等10mm×10mm的試樣,並使用投影機(Mitutoyo Corporation製,型號「PJ-H30」,設定倍率10倍)測定出寬度及長度方向的尺寸。評估用試樣的端部之判斷可藉由以透射法測定來輕易判斷。使用度盤規(Mitutoyo Corporation製,543系列ABS太陽能式數位型量錶ID-SS)測定評估用試樣之厚度,並使用電子天秤(島津製作所公司製,AUW220D,測定環境溫度25℃,最小顯示單位0.001mg)測定10片評估試樣之質量,再代入下述式以算出體密度。
導體層以外(樹脂層+空孔內包層)的體密度[g/cm3
]=試樣的質量[g]÷(試樣的表面積[cm3
]×厚度[cm])
>測定導體層以外(樹脂層+空孔內包層)的氣孔率>
將前述「測定導體層以外(樹脂層+空孔內包層)的體密度」中進行過評估之評估用試樣以TG-DTA(BRUKER公司製,2000SA)在氮氣環境下以升溫速度2℃/min升溫至900℃,並評估質量減少。以0~500℃為止的質量減少量作為樹脂(ETFE)的質量、以高於500℃且至900℃為止的質量減少量作為樹脂(PTFE、PFA)的質量、以殘存成分的質量作為充填劑質量,並代入下述式以算出充填劑含量。充填劑(氣相二氧化矽)的密度係用2.2[g/cm3
]計算,樹脂(PTFE、PFA)的密度係用2.1[g/cm3
]計算,而樹脂(ETFE)的密度係用1.7[g/cm3
]計算。
・充填劑含量[質量%]=(殘存成分的質量[g]÷初始的質量[g])×100
・樹脂(ETFE)含量[質量%]=(0~500℃之質量減少量的質量[g]÷初始的質量[g])×100
・樹脂(PTFE、PFA)含量[質量%]=(高於500℃且至900℃為止之質量減少量的質量[g]÷初始的質量[g])×100
・空孔內包片材的真密度[g/cm3
]=充填劑的質量%×充填劑的密度[g/cm3
]+樹脂(PTFE、PFA)的質量%×樹脂(PTFE、PFA)的密度[g/cm3
]+樹脂(ETFE)的質量%×樹脂(ETFE)的密度[g/cm3
]
從經從前述「測定導體層以外(樹脂層+空孔內包層)的體密度」求得之評估用試樣的體密度算出之真密度來算出氣孔率。
・氣孔率[%]=(1-(導體層以外(樹脂層+空孔內包層)的體密度[g/cm3
]/導體層以外(樹脂層+空孔內包層)的真密度[g/cm3
]))×100
[表1]
上述實施例中係顯示本發明之具體形態,惟上述實施例僅為例示,不得作限定解釋。凡熟知此項技藝之人士明瞭可知的各種變形均歸屬本發明範圍內。
產業上之可利用性
本發明一態樣之複合材料可作為行動電話、電腦等的電路基板、毫米波雷達用之塊狀微帶天線的基板等利用。
1:O型環固定用容器
2:O型環
3:已去除導體層之複合材料
4:空孔內包層與樹脂層之界面
5:樹脂層表面
圖1係用於測定複合材料之甲醇滲透量的治具之概念立體圖。
圖2係複合材料截面之掃描式電子顯微鏡(SEM)拍攝影像(圖式替代用照片)。
圖3係將倍率、比例尺等影像資訊部分剪裁後的複合材料截面之影像(圖式替代用照片)。
圖4係複合材料截面之8位元灰階影像的濃度直方圖。
圖5係複合材料之二值化處理影像(圖式替代用照片)。
圖6係令x軸為距影像底邊之距離且令y軸為空孔(黑色)面積而繪製出之圖表。
4:空孔內包層與樹脂層之界面
5:樹脂層表面
Claims (5)
- 一種複合材料,特徵在於:其為板狀的複合材料且包含空孔內包層以及樹脂層,該空孔內包層係包含氟系樹脂及充填劑而成且內包空孔者,該樹脂層係貼附於前述空孔內包層之單面或兩面且包含氟系樹脂而成者;其中,前述空孔內包層在與前述樹脂層之界面附近包含樹脂高含率區域,並且相較於前述空孔內包層內之其他區域,該樹脂高含率區域之氟系樹脂含有率更高且空孔含有率更低;以前述界面為起點之前述樹脂高含率區域的厚度為0.20~10μm。
- 如請求項1之複合材料,其中前述樹脂層的厚度為0.050~30μm。
- 如請求項1或2之複合材料,其中以界面為起點之空孔內包層(包含樹脂高含率區域)的厚度為2~3000μm。
- 如請求項1或2之複合材料,其中於前述樹脂層貼附有導體層,且前述導體層對前述樹脂層之接觸面的最大高度Rz為0.020~10μm。
- 如請求項4之複合材料,其中前述樹脂層的厚度與前述導體層的最大高度Rz之關係((樹脂層的厚度)-(導體層的最大高度Rz))為0.005μm以上且29.98μm以下。
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