WO2007135748A1

WO2007135748A1 - プリプレグ、積層板及びその製造方法

Info

Publication number: WO2007135748A1
Application number: PCT/JP2006/310604
Authority: WO
Inventors: Keiji Fukushima; Masahiro Suzuki; Yoshitaka Takezawa
Original assignee: Shin-Kobe Electric Machinery Co., Ltd.
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2007-11-29
Also published as: JPWO2007135748A1

Abstract

板厚方向の熱伝導率を高め、熱伝導率の異方性を低減することができるプリプレグ及びそれを用いた積層板を提供する。積層板は、基材層と母材樹脂相とを有する。基材層は、基材を含む。母材樹脂相は、樹脂主剤及びフィラを含む。基材層内に樹脂主剤及びフィラが浸入している。

Description

プリプレダ、積層板及びその製造方法本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。

[技術分野]

本発明は、プリプレダ及びそれを用いた積層板に関し、特に、電子機器の基板明

又は絶縁層に使用して好適なプリプレダ及び積層板に関する。

田

[背景技術]

パーソナルコンピュータ等の電子機器、自動車の制御システム等で使用される基板は、実装部品、又は、周囲の部品の発熱によって高温状態に曝される。それによって、基板に含まれる樹脂が劣化し、実装部品の機能が低下する懸念がある例えば、自動車の制御システムでは、従来機械的に動作していた機構を電動化し、それらを電気的に連携させて制御する方式へ移行しつつある。従って、電子部品は、より分散し、より熱源に近い場所に配置される傾向にある。更に、パヮ一トレインの電動化に伴い、実装部品のコンパクト化と高出力化（高電圧化、大電流化) の要求が増大し、発熱量が急速に増大している。

そこで、電子機器、自動車の制御システム等にて使用される積層板及び絶縁層の放熱性を向上させる技術への要求は高まっている。

電子機器、自動車の制御システム等にて使用される積層板は、複数のプリプレグを圧着することによって形成される。こうして形成された積層板では、プリプレグに対応した基材層を有する。基材層は、母材樹脂相に比べて相対的に熱伝導率が低い。基材層は、板表面に平行な方向に配置されている。そのため、基材層は、板表面に平行な方向の熱伝導を妨害しないが、板厚方向の熱伝導を妨害する。その結果、積層板における熱伝導率の異方性（面内方向/面厚方向の比で定義する）が生ずる。

特許文献 1及び 2には、積層板及び絶縁層の高放熱化（高熱伝導化）のために熱伝導性の良い金属板をコア材として用いる方法が開示されている。しかしながら、この方法では、加工性が大きく低下し、重量が大幅に増加することなどの問題がある。特許文献 3には、母材を構成する樹脂に、高熱伝導率の材料を用いることが開示されている。高熱伝導率の樹脂を用いることによって、母材樹脂相の熱伝導率は高まるが、板厚方向の熱伝導率を向上させることはできない。従って、熱伝導率の異方性を解決することはできない。

特許文献 4及び 5には、ガラス繊維に窒化アルミニウムの繊維や粒子を織り込む、または漉き込むことにより基材を高熱伝導化することが開示されている。特許文献 4及び 5に記載された製造方法では、基材層の熱伝導率が高くなるので、熱伝導率の異方性が改善される可能性がある。但し、この方法では、高熱伝導物質を予め基材層に添加するため、基材の製造コストが上がること、基材への添加物の材料や量の調節がワニス作製や塗工といった後工程でできないため製品仕様の調整が困難であること、等の問題がある。また、基材中に含まれる高熱伝導物質を増加させると、バインダ樹脂の量を増加させなければならない。バインダ樹脂の量を増加させると、熱伝導率が低下する。従って、高熱伝導物質の添加量には上限がある。

更に、特許文献 4及び 5に記載された例では、基材に窒化アルミニウム繊維を添加しているが、その他の材料の選択肢は必ずしも多くない。例えば、その他の汎用的な高熱伝導性セラミックスであるアルミナ繊維を選択する場合を考える。少なくとも市場で入手可能なアルミナ繊維は、製造工程の制約から熱伝導率の高い α相ではなく γ相主体のものに限られる。従って、高い高熱伝導化の効果は期待できない。

特許文献 1 ：特開平 6— 2 1 6 4 8 4号公報

特許文献 2 ：特開平 8— 1 6 7 7 7 5号公報

特許文献 3 ：特開 2 0 0 3— 1 3 7 9 7 1号公報

特許文献 4 ：特開平 1 1一 2 9 1 3 9 0号公報

特許文献 5 ：特開 2 0 0 0— 1 5 7 4 6号公報

[発明の開示]

上述のように、複数のプリプレダを圧着して形成した積層板では、プリプレダに対応した基材層を有する。基材層は、母材樹脂相に比べて相対的に熱伝導率が低い。基材層は、板表面に平行な方向に配置されている。そのため、基材層は、板表面に平行な方向の熱伝導を妨害しないが、板厚方向の熱伝導を妨害する。その結果、積層板における熱伝導率の異方性（面内方向ノ面厚方向の比で定義する ) が生ずる。

本発明の目的は、板厚方向の熱伝導率を高め、熱伝導率の異方性を低減することができるプリプレダ及びそれを用いた積層板を提供する。

本発明によると積層板は、基材層と母材樹脂相とを有する。基材層は、基材を含む。母材樹脂相は、樹脂主剤及びフイラを含む。基材層内に樹脂主剤及びフィラが浸入し、それを充填している。

本発明によると、板厚方向の熱伝導率を高め、熱伝導率の異方性を低減することができる。

[図面の簡単な説明]

図 1は本発明による積層板の断面構造を示す図である。

図 2は比較例である従来の積層板の断面構造を示す図である。

図 3は本発明による積層板の製造工程を示す図である。

図 4は本発明による積層板の実施例及び比較例の条件及び結果を示す図である。

[符号の説明]

1…母材榭脂相、 2…基材層、 2 a…孔又は隙間、 3…基材繊維、 4…バインダ樹脂

[発明を実施するための最良の形態]

図 1は本発明による積層板の構造を示し、図 2は従来の積層板の構造を示す。積層板は、母材樹脂相 1 と複数の基材層 2を有する。積層板は、複数のプリプレグを積層し、それを真空加熱プレスによって圧縮することにより形成される。各基材層 2はプリプレダに対応している。例えば、 4枚のプリプラグを積層して形成した積層板は、 4個の基材層 2を有する。基材層 2は基材 3を含む。図 1に示す例では、基材 3は不織布からなり、バインダ樹脂 4が用いられる。基材層 2の材質については後に説明する。基材層 2は、孔又は隙間 2 aを有し、そこに母材樹脂相 1が浸入し、充填している。本発明の積層板を図 2の従来の積層板と比較すると、従来の積層板では、基材層 2は板表面に平行に連続的に延びており、僅かに小さな孔 2 aがあるだけである。一方、本発明の積層板では、基材層 2は板表面に平行な方向に沿って配置されているが、多数の孔又は隙間 2 aを有する。

母材樹脂相 1の熱伝導率は、基材層 2の熱伝導率より大きい。従って、積層板では、母材樹脂相 1が熱伝導の主たる経路となり、基材層 2は寧ろ熱伝導を妨害する。図 2の従来の積層板では、板厚方向の熱伝導量よりも、矢印 Hに示すように、板表面に平行な方向の熱伝導量が多い。従って、従来の積層板では、板表面に平行な方向の熱伝導率に比べて、板厚方向の熱伝導率は低い。

図 1の本発明による積層板では、基材層 2は、それを貫通する多数の孔又は隙間 2 aを有する。孔又は隙間 2 aには母材樹脂相 1が浸入し、それを充填している。従って、基材層 2の孔又は隙間 2 aは熱伝導の経路となる。従って、矢印 H に示すように、板表面に平行な方向の熱伝導量ばかりでなく、矢印 Vに示すように、板厚方向の熱伝導量も多い。従って、本発明の積層板では、板表面に平行な方向の熱伝導率ばかりでなく、板厚方向の熱伝導率も高い。

板表面に平行な方向の熱伝導率を λ χ、板厚方向の熱伝導率を； I ζとする。積層板の場合、板表面に平行な方向の熱伝導率 λ Xに比べて板厚方向の熱伝導率え ζは小さい。従って、両者の比； L χ Ζ λ ζは 1より大きい。熱伝導率の比 l x / λ ζは、熱伝導率の異方性を表わす。本発明の積層板の板厚方向の熱伝導率え ζ は、従来の積層板の板厚方向の熱伝導率え ζに比べて大きい。従って、本発明の積層板では、熱伝導率の比; L χ Ζ λ ζは、従来の積層板の熱伝導率の比え χ / λ ζより小さい。即ち、熱伝導率の異方性は小さい。

こうして、本発明の積層板では、基材層 2の孔又は隙間 2 aを経由する板厚方向の熱伝導が促進されるから、従来の積層板と比較して、放熱性が高い。

次に、本発明の積層板の材料を説明する。母材樹脂相 1は、樹脂主剤とそれに添加されたフイラを含む。樹脂主剤は、フエノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等、通常、積層板、絶縁層及びそのプリプレダに用いられるものであればどのような樹脂であってもよい。しかしながら、積層板の放熱性を高めるために、熱伝導率がより高い樹脂がよい。例えば、エポキシ樹脂の場合、メソゲンを有するエポキシ樹脂モノマーを含むものが望ましい。

フイラには、アルミナ、マグネシア、シリカ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムのうち少なくとも一種の無機フイラを用いることができる。一般に、フイラの熱伝導率は樹脂主剤の熱伝導率より高い。従って、母材樹脂相 1の熱伝導率を高めるには、フイラの添加量を増加させればよい。しかしながら、フイラの添加量が多すぎると、積層板の形成工程にて、ボイドが形成されることがある。従って、ボイドが形成されない範囲でフィラの添加量を多くすればよい。

本発明によると基材層 2の孔又は隙間 2 aに母材樹脂相 1が浸入し、それを充填している。これは、実質的に、基材層 2におけるフイラの含有率が高くなることになる。従って、本発明の積層板では、従来の積層板と比べて、板厚方向の線膨張係数が低減される。

フイラとして、六方晶窒化ホウ素などのように、結晶の形状及び熱伝導率に異方性がある材料を用いることもできる。基材層 2の孔又は隙間 2 aを充填する母材樹脂相 1において、板厚方向の熱伝導率が高くなるように異方性材料が配向されている場合には、熱伝導率の比； L χ Ζ λ zを小さくすることができる。

基材層 2は基材 3を含む。基材 3として、ガラス繊維、アルミナ繊維、もしくはァラミド繊維の不織布又は織布を用いることができる。図 1に示すように、不織布の場合には、バインダ樹脂 4を用いる。バインダ樹脂 4は熱可塑性樹脂からなる。

本発明によると基材層 2は多数の孔又は隙間 2 aが形成されている。基材層 2 の孔又は隙間 2 aを経由する熱伝導量を増加させるためには、孔又は隙間 2 aの板表面に平行な方向に沿つた面積を増加させればよい。基材層 2を通るように板表面に平行な面によって積層板を切断したとき、その切断面において、孔又は隙間 2 aの面積の比率が 3 0 %以上であることが望ましい。孔又は隙間 2 aの面積の比率が 3 0 %に満たない場合、板厚方向の熱伝導率を向上させることは困難であり、又、熱伝導率の比え χ / λ ζを小さくすることが困難である。

孔又は隙間 2 aの面積を増加させるには、積層板の形成工程にて基材のハンドリングが不可能にならない範囲で、できる限り基材繊維の密度を低くし、バインダ樹脂の量を少なくすればよい。基材として不織布を用いる場合、従来の積層板では、カレンダ処理、すなわち基材を熱ロールに通しバインダ樹脂をつぶして緻密化する処理を行った不織布を用いる。しかしながら、本発明の積層板では、カレンダ処理を行わない不織布を用いる。基材としてガラスクロス等の織布を用いる場合、単位面積あたりのストランド数を減らして織目を疎にするとよい。

基材層に孔又は隙間 2 aを形成するために、パンチング、ドリル加工、レーザ一加工などを用いてもよい。

図 3を参照して本発明による積層板の形成方法の概略を説明する。先ず、ステップ S 1 0 1にて、母材樹脂相を形成する樹脂ワニスを作製する。樹脂ワニスは、樹脂主剤とフイラに、溶媒及び樹脂硬化剤を混合することにより形成する。ステツプ S 1 0 2にて、基材に樹脂ワニスを含浸させる。基材として、カレンダ処理していない不織布、又は、ガラスクロスを用いる。ステップ S 1 0 3にて、樹脂ワニスを含浸した基材を加熱乾燥して半硬化状態にする。こうしてプリプレダを作成する。ステップ S 1 0 4にて、複数のプリプレダを積層し、真空加熱プレスにより成形し、圧着し、硬化させて積層板を形成する。プリプレダを積層するとき、銅等の金属層からなる配線又は表面保護層を、プリプレダの間に又は表面に装着してもよい。尚、複数のプリプレダの代わりに単数のプリプレダを用いてもよい。

図 4は、以下の実施例 1， 2 , 3及び比較例 1， 2 , 3の条件及び測定結果を示す。以下に、これらの実施例及び比較例について説明する。

[実施例 1 ]

先ず、母材樹脂相を形成する樹脂ワニスを作製した。樹脂ワニスは、樹脂主剤としてビフエ二ル型エポキシ榭脂モノマー（ジャパンエポキシレジン製 Y L— 6 1 2 1 H )、樹脂硬化剤として 1、 5—ジァミノナフタレン（和光純薬製）、フィラとして平均粒径 4 . 5 /x mの窒化ホウ素粉末（電気化学工業製）、溶媒としてメチルェチルケトン（和光純薬製）を含む。樹脂主剤と樹脂硬化剤は、その混合比率が 1 ： 1当量となるように、調製した。フイラは、硬化後に母材樹脂相におけるフイラの体積比率が 3 0 V o 1 %になるように、配合した。

次に、基材となるァラミド繊維不織布に、樹脂ワニスを含浸させた。即ち、熱ロールによる樹脂バインダの緻密化処理（カレンダ処理）を施していない厚さ 0 . 1 8mmのァラミド繊維不織布に樹脂ワニスを含浸させた。これを加熱乾燥してプリプレダを得た。

このプリプレダを 6枚積層し、温度 1 7 5°C、プレス圧 4MP aの条件で真空加熱プレスにより成形し、硬化させて厚さ 0. 9mmの積層板を得た。

[実施例 2]

先ず、母材樹脂相を形成する樹脂ワニスを作製した。樹脂ワニスは、樹脂主剤としてビフエニル型エポキシ樹脂モノマー（ジャパンエポキシレジン製 Y L— 6 1 2 1 H)、樹脂硬化剤として 1、 5—ジァミノナフタレン（和光純薬製）、フィラとして平均粒径 3. 0 μπιのアルミナ粉末（住友化学製）、溶媒としてメチルェチルケトン（和光純薬製）を含む。樹脂主剤と樹脂硬化剤は、その混合比率が 1 ： 1当量となるように、調製した。フイラは、硬化後に母材樹脂相におけるフィラの体積比率が 50 V ο 1 %になるように配合した。

次に、基材となるァラミド繊維不織布に、樹脂ワニスを含浸させた。即ち、熱ロールによる榭脂バインダの緻密化処理（カレンダ処理）を施していない厚さ 0 . 1 8 mmのァラミド繊維不織布に樹脂ワニスを含浸させた。これを加熱乾燥してプリプレダを得た。

このプリプレダを 6枚積層し、温度 1 7 5°C、プレス圧 4 MP aの条件で真空加熱プレスにより成形し、硬化させて厚さ 0. 9 mmの積層板を得た。

[実施例 3 ]

実施例 2と同様な方法で樹脂ワニスを作成した。基材となるガラスクロスに、樹脂ワニスを含浸させた。即ち、低織り密度（単位面積あたりの重量が 1 50 g /m ~ 2) のガラスクロスに樹脂ワニスを含浸させた。これを加熱乾燥してプリプレダを得た。ガラスクロスは、上から見たときの織目の隙間の面積比率（空隙率）が 2 5 %であった。

このプリプレダを 4枚積層し、温度 1 7 5°C、プレス圧 4MP aの条件で真空加熱プレスにより成形し、硬化させて厚さ 0. 8 mmの積層板を得た。

[比較例 1 ]

実施例 1 と同様な方法で樹脂ワニスを作成した。基材となるァラミド繊維不織布に、樹脂ワニスを含浸させた。即ち、熱ロールによる樹脂バインダの緻密化処理（カレンダ処理）を施した厚さ 0. 05mmのァラミド繊維不織布に樹脂ヮニスを含浸させた。これを加熱乾燥してプリプレダを得た。このプリプレダを 1 0 枚積層し、温度 1 7 5°C、プレス圧 4MP aの条件で真空加熱プレスにより成形し、硬化させて、厚さ 0. 9mmの積層板を得た。

[比較例 2 ]

実施例 2と同様な方法で樹脂ワニスを作成した。基材となるァラミド繊維不織布に、樹脂ワニスを含浸させた。即ち、熱ロールによる樹脂バインダの緻密化処理（カレンダ処理）を施した厚さ 0. 05 mmのァラミド繊維不織布に樹脂ヮニスを含浸させた。これを加熱乾燥してプリプレダを得た。このプリプレダを 1 0 枚積層し、温度 1 75°C、プレス圧 4MP aの条件で真空加熱プレスにより成形し、硬化させて、厚さ 0. 9mmの積層板を得た。

[比較例 3 ]

実施例 2と同様な方法で樹脂ワニスを作成した。基材となるガラスクロスに、樹脂ワニスを含浸させた。即ち、一般的な織り密度（単位面積あたりの重量が 2 1 0 g/m " 2) のガラスクロスに樹脂ワニスを含浸させた。これを加熱乾燥してプリプレダを得た。ガラスクロスは、上から見たときの織目の隙間の面積比率 (空隙率）は 1 7%であった。

このプリプレダを 4枚積層し、温度 1 75°C、プレス圧 4 MP aの条件で真空加熱プレスにより成形し、硬化させて、厚さ 0. 9mmの積層板を得た。

これらの積層板の線膨張係数及び熱伝導率を測定した、線膨張係数は、熱機械分析（TMA) 装置を用いて、 50°Cから 1 00°Cまでの平均値から求めた。熱伝導率は、 ASTM E 146 1に準拠した X eフラッシュ法装置を用いて測定した。熱伝導率に関しては、板面に垂直な方向の熱伝導率（熱伝導率丄）と板面に平行な方向の熱伝導率（熱伝導率//) を測定した。板面に垂直な方向の熱伝導率（熱伝導率丄）は、試料片面にパルス光を照射し反対面の温度変化を計測する通常の方法により測定した。板面に平行な方向の熱伝導率（熱伝導率//) は、試料を幅 1 mm程度の短冊状に裁断し、個々の部分を 90度回転させ、互いを密着させた状態で専用ホルダ上に並べ、パルス光の照射面が板面と垂直になるような配置にして測定した。 2つの熱伝導率から、その異方性を算出した。ここで、熱伝導率の異方性は、（熱伝導率//) / (熱伝導率丄）比で定義する。また、各試料について、板表面を研磨し、基材層の中心付近を通り板面に並行な断面の組織の写真を撮影し、断面内でのフイラを含む母材樹脂相の面積比率を測定した。図 4に示す結果から明らかなように、実施例 2、 3では、比較例 1 , 2 , 3と比較して、基材層を通り板面に並行な断面内におけるフイラを含む母材樹脂相の面積比率が増加している。更に、実施例 1、 2、 3では、比較例 1、 2、 3 と比較して、熱伝導率の異方性が低減され、板厚方向の熱伝導率が向上している。これは、フイラを含む母材樹脂相が、基材層内に入り込み、基材層を貫通する伝熱パスを形成したことにより、板厚方向の熱伝導率が向上したことを示している。

更に、実施例 1、 2、 3では、比較例 1、 2、 3と比較して、板厚方向の線膨張係数が低減されている。これも、フイラを含む母材樹脂相が、基材層内に入り込んだことによると推察される。

図 1は、実施例 1の、板面に垂直な断面構成を示し、図 2は、比較例 1の板面に垂直な断面構成を示す。

以上本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。

[産業上の利用の可能性]

Claims

請求の範囲

1 . 基材を含む基材層と樹脂主剤及びフイラを含む母材樹脂相とを有し、上記基材層内に上記樹脂及びフィラが浸入していることを特徴とするプリプレダ。

2 . 請求項 1記載のプリプレダにおいて、上記基材層を通り上記基材層に平行な面によって切断した断面において上記基材層内における上記樹脂主剤及びフィラの占有面積の比率は 3 0 %以上であることを特徴とするプリプレダ。

3 . 請求項 1記載のプリプレダにおいて、上記フイラは、アルミナ、マグネシァ、シリカ、窒化ホウ素、又は窒化アルミニウムを含むことを特徴とするプリプレグ。

4 . 請求項 1記載のプリプレダにおいて、上記樹脂主剤はメソゲンを有するェポキシ樹脂モノマーを含むことを特徴とするプリプレダ。

5 . 請求項 1記載のプリプレダにおいて、上記基材は、ガラス繊維、アルミナ繊維、又は、ァラミド繊維の不織布とバインダ樹脂を含むことを特徴とするプリプレグ。

6 . 請求項 1記載のプリプレダにおいて、上記基材は、ガラス繊維、アルミナ繊維、又は、ァラミド繊維の織布を含むことを特徴とするプリプレダ。

7 . 基材を含む基材層と、上記基材層の両面に配置された樹脂主剤及びフイラを含む母材樹脂相とを有し、上記基材層内に上記樹脂主剤及びフイラが浸入していることを特徴とする積層板。

8 . 請求項 7記載の積層板において、上記基材層を通り上記基材層に平行な面によって切断した断面において上記基材層内における上記樹脂主剤及びフイラの占有面積の比率は 3 0 %以上であることを特徴とする積層板。

9 . 請求項 7記載の積層板において、上記フイラは、アルミナ、マグネシア、シリカ、窒化ホウ素、又は窒化アルミニウムを含むことを特徴とする積層板。

1 0 . 請求項 7記載の積層板において、上記樹脂主剤はメソゲンを有するェポキシ樹脂モノマーを含むことを特徴とする積層板。

1 1 . 請求項 7記載の積層板において、上記基材は、ガラス繊維、アルミナ繊維、又は、ァラミド繊維の不織布とバインダ樹脂を含むことを特徴とする積層板

1 2 . 請求項 7記載の積層板において、上記基材は、ガラス繊維、アルミナ繊維、又は、ァラミド繊維の織布を含むことを特徴とする積層板。

1 3 . 樹脂主剤、フイラ及び樹脂硬化剤を混合することにより樹脂ワニスを作製する樹脂ワニス作製ステップと、

基材に上記樹脂ワニスを含浸させる含浸ステップと、

上記樹脂ワニスを含浸した基材を加熱乾燥してプリプレダを作成するプリプレグ作成ステップと、

上記プリプレダを積層し、真空加熱プレスにより圧着して積層板を形成する積層板形成ステップと、

を有し、上記基材層を通り上記基材層に平行な面によって切断した断面において上記基材層内における上記樹脂主剤及びフイラの占有面積の比率は 3 0 %以上であることを特徴とする積層板の製造方法。

1 4 . 請求項 1 3記載の積層板の製造方法において、上記フイラは、アルミナ、マグネシア、シリカ、窒化ホウ素、又は窒化アルミニウムを含むことを特徴とする積層板の製造方法。

1 5 . 請求項 1 3記載の積層板の製造方法において、上記樹脂主剤はメソゲンを有するェポキシ樹脂モノマーを含むことを特徴とする積層板の製造方法。

1 6 . 請求項 1 3記載の積層板の製造方法において、上記基材は、ガラス繊維、アルミナ繊維、又は、ァラミド繊維の不織布とバインダ樹脂を含むことを特徴とする積層板の製造方法。

1 7 . 請求項 1 3記載の積層板の製造方法において、上記基材は、ガラス繊維、アルミナ繊維、又は、ァラミド繊維の織布を含むことを特徴とする積層板の製造方法。