(57)【要約】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。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を含む基材層と樹脂主剤及びフィ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グ。
【請求項２】
請求項１記載のプリプレグにおいて、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３０％以上であることを特徴とするプリプレグ。
【請求項３】
請求項１記載のプリプレグにおいて、上記フィラは、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プリプレグ。
【請求項４】
請求項１記載のプリプレグにおいて、上記樹脂主剤はメソゲンを有するエポキシ樹脂モノマーを含むことを特徴とするプリプレグ。
【請求項５】
請求項１記載のプリプレグにおいて、上記基材は、ガラス繊維、アルミナ繊維、又は、ア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。
【請求項６】
請求項１記載のプリプレグにおいて、上記基材は、ガラス繊維、アルミナ繊維、又は、アラミド繊維の織布を含むことを特徴とするプリプレグ。
【請求項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ィ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ィラが浸入していることを特徴とする積層板。
【請求項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ィラの占有面積の比率は３０％以上であることを特徴とする積層板。
【請求項９】
請求項７記載の積層板において、上記フィラは、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。
【請求項１０】
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エポキシ樹脂モノマーを含むことを特徴とする積層板。
【請求項１１】
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、ア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。
【請求項１２】
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、アラミド繊維の織布を含むことを特徴とする積層板。
【請求項１３】
樹脂主剤、フィ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グを作成するプリプレグ作成ステップと、
上記プリプレグを積層し、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ィラの占有面積の比率は３０％以上であることを特徴とする積層板の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の積層板の製造方法において、上記フィラは、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。
【請求項１５】
請求項１３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エ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。
【請求項１６】
請求項１３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、ア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。
【請求項１７】
請求項１３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、ア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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、プリプレグ及びそれを用いた積層板に関し、特に、電子機器の基板又は絶縁層に使用して好適なプリプレグ及び積層板に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、パワー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６−２１６４８４号公報
【特許文献２】特開平８−１６７７７５号公報
【特許文献３】特開２００３−１３７９７１号公報
【特許文献４】特開平１１−２９１３９０号公報
【特許文献５】特開２０００−１５７４６号公報
【発明の開示】
【０００３】
上述のように、複数のプリプレグを圧着して形成した積層板では、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。
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グ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、樹脂主剤及びフィラを含む。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】
【０００４】
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】
【０００５】
１…母材樹脂相、２…基材層、２ａ…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】
【０００６】
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はプリプレグに対応している。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２ａ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２ａ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２ａ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２ａを有する。孔又は隙間２ａ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２ａ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λｘ、板厚方向の熱伝導率をλｚとする。積層板の場合、板表面に平行な方向の熱伝導率λｘに比べて板厚方向の熱伝導率λｚは小さい。従って、両者の比λｘ／λｚは１より大きい。熱伝導率の比λｘ／λｚ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λｚは、従来の積層板の板厚方向の熱伝導率λｚ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λｘ／λｚは、従来の積層板の熱伝導率の比λｘ／λｚ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２ａ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ィラを含む。樹脂主剤は、フェノール樹脂、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グ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。
フィラには、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ィラを用いることができる。一般に、フィ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、フィラの添加量を増加させればよい。しかしながら、フィ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２ａ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におけるフィ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。
フィラとして、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２ａ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λｘ／λｚ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、もしくはア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２ａが形成されている。基材層２の孔又は隙間２ａを経由する熱伝導量を増加させるためには、孔又は隙間２ａの板表面に平行な方向に沿っ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２ａの面積の比率が３０％以上であることが望ましい。孔又は隙間２ａの面積の比率が３０％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λｘ／λｚを小さくすることが困難である。
孔又は隙間２ａ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２ａを形成するために、パンチング、ドリル加工、レーザー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Ｓ１０１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、樹脂主剤とフィラに、溶媒及び樹脂硬化剤を混合することにより形成する。ステップＳ１０２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Ｓ１０３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。こうしてプリプレグを作成する。ステップＳ１０４にて、複数のプリプレグを積層し、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。プリプレグを積層するとき、銅等の金属層からなる配線又は表面保護層を、プリプレグの間に又は表面に装着してもよい。尚、複数のプリプレグの代わりに単数のプリプレグを用いてもよい。
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】
【０００７】
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ェ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ＹＬ−６１２１Ｈ）、樹脂硬化剤として１、５−ジアミノナフタレン（和光純薬製）、フィラとして平均粒径４．５μｍの窒化ホウ素粉末（電気化学工業製）、溶媒としてメチルエチルケトン（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。フィラは、硬化後に母材樹脂相におけるフィラの体積比率が３０ｖｏｌ％になるように、配合した。
次に、基材となるア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０．１８ｍｍのア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グを得た。
このプリプレグを６枚積層し、温度１７５℃、プレス圧４ＭＰａ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】
【０００８】
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ェ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ＹＬ−６１２１Ｈ）、樹脂硬化剤として１、５−ジアミノナフタレン（和光純薬製）、フィラとして平均粒径３．０μｍのアルミナ粉末（住友化学製）、溶媒としてメチルエチルケトン（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。フィラは、硬化後に母材樹脂相におけるフィラの体積比率が５０ｖｏｌ％になるように配合した。
次に、基材となるア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０．１８ｍｍのア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グを得た。
このプリプレグを６枚積層し、温度１７５℃、プレス圧４ＭＰａ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３】
【０００９】
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１５０ｇ／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グを得た。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２５％であった。
このプリプレグを４枚積層し、温度１７５℃、プレス圧４ＭＰａの条件で真空加熱プレスにより成形し、硬化させて厚さ０．８ｍｍ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。基材となるア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のア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グを得た。このプリプレグを１０枚積層し、温度１７５℃、プレス圧４ＭＰａ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。基材となるア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のア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グを得た。このプリプレグを１０枚積層し、温度１７５℃、プレス圧４ＭＰａ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２１０ｇ／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グを得た。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１７％であった。
このプリプレグを４枚積層し、温度１７５℃、プレス圧４ＭＰａ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℃から１００℃までの平均値から求めた。熱伝導率は、ＡＳＴＭ  Ｅ１４６１に準拠したＸｅ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⊥）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⊥）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１ｍｍ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⊥）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、断面内でのフィ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１、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ィ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、フィ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、フィ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。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
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１】
2007135748.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007135748.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2007135748.tif 000007
2007135748.tif 000008