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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-19
(45)【発行日】2024-11-27
(54)【発明の名称】板状の複合材料
(51)【国際特許分類】
   C08J 9/00 20060101AFI20241120BHJP
   C08J 5/18 20060101ALI20241120BHJP
   C08J 5/04 20060101ALI20241120BHJP
【FI】
C08J9/00 Z CER
C08J5/18 CEZ
C08J5/04
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2021514207
(86)(22)【出願日】2020-04-16
(86)【国際出願番号】 JP2020016678
(87)【国際公開番号】W WO2020213669
(87)【国際公開日】2020-10-22
【審査請求日】2022-12-13
(31)【優先権主張番号】P 2019080151
(32)【優先日】2019-04-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000003964
【氏名又は名称】日東電工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079382
【弁理士】
【氏名又は名称】西藤 征彦
(74)【代理人】
【識別番号】100123928
【弁理士】
【氏名又は名称】井▲崎▼ 愛佳
(74)【代理人】
【識別番号】100136308
【弁理士】
【氏名又は名称】西藤 優子
(72)【発明者】
【氏名】今村 駿二
(72)【発明者】
【氏名】八鍬 晋平
(72)【発明者】
【氏名】植村 高
【審査官】深谷 陽子
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2017/159816(WO,A1)
【文献】特開2008-034724(JP,A)
【文献】国際公開第2017/018105(WO,A1)
【文献】特開2014-042996(JP,A)
【文献】特開2017-079320(JP,A)
【文献】国際公開第2018/221556(WO,A1)
【文献】特開2010-167676(JP,A)
【文献】特開2018-070709(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08J 5/00- 5/24、 9/00- 9/42
C08K 3/00- 13/08
C08L 1/00-101/14
H01Q 1/00- 1/10、 1/27- 1/52
H01Q 13/00- 13/28
H05K 1/03
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
樹脂と、充填剤を含む板状の複合材料であって、
複数の領域に分割したときの各領域の密度(単位:g/cm3)を集めた密度値群から算出される前記密度の標準偏差が、0.027以下であり、
前記充填剤の見かけ比重が200g/L以下であり、
前記複合材料の気孔率が、3体積%以上50体積%未満であることを特徴とする、板状の複合材料。
【請求項2】
前記密度値群の、最大値、最小値、及び平均値を、式((最大値-最小値)/平均値×100)に代入して算出される前記密度のばらつき値が、7.4%以下である、請求項1に記載の板状の複合材料。
【請求項3】
前記充填剤を含み、
前記充填剤の含有量が、10~90質量%である、請求項1または2に記載の板状の複合材料。
【請求項4】
前記充填剤を含み、
前記充填剤の含有量が、57質量%以下であり、複数の領域に分割したときの各領域の前記充填剤の含有量(単位:質量%)を集めた含有量値群から算出される前記含有量の標準偏差が、0.7以下である、請求項1~3の何れか1項に記載の板状の複合材料。
【請求項5】
前記充填剤が平均一次粒子径5~200nmの無機微粒子が凝集して形成された多孔性無機微粒子凝集体を含む、請求項1~4の何れか1項に記載の板状の複合材料。
【請求項6】
前記充填剤の見かけ比重が130g/L以下である、請求項1~5の何れか1項に記載の板状の複合材料。
【請求項7】
強材を含み、
前記補強材の含有量が、10~90質量%である、請求項1~6の何れか1項に記載の板状の複合材料。
【請求項8】
複数の領域に分割したときの各領域の比誘電率を集めた比誘電率値群から算出される比誘電率の標準偏差が、0.02以下である、請求項1~7の何れか1項に記載の板状の複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ミリ波レーダー等として利用されるマイクロストリップパッチアンテナの基板等に好適な板状の複合材料に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車産業では、ADAS(先進運転支援システム)や自動運転についての研究開発が盛んに行われており、これを支えるセンシング技術としてミリ波レーダーの重要性も高まっている。自動車用のミリ波レーダーとしては、小型、高性能、低価格の観点から、樹脂基板にアンテナ素子(パッチ)等を印刷配線した平面アンテナである「マイクロストリップパッチアンテナ(Microstrip patch Antenna)」の利用が有力であり、高性能化に向けてアンテナパターンの設計や基板材料についての検討が進んでいる。
【0003】
これらのアンテナに利用される基板材料としては、誘電正接の小さいポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が有力なものの1つであり、さらに機械的特性、熱的特性、電気的特性を改善するために、窒化ホウ素、二酸化ケイ素(シリカ)、酸化チタン(チタニア)等の粒状の充填剤や、ガラスファイバー、炭素繊維等の充填剤を配合することが提案されている(特許文献1及び2参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平03-212987号公報
【文献】特開平06-119810号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
マイクロストリップパッチアンテナは、アンテナ素子(パッチ)間の干渉効果を利用して高い指向性が得られる特長を有するが、例えばそれぞれのアンテナ素子から放たれる電波を共振させようとしても、電波間の波長にずれが生じてその効果を充分に発揮できないことがあった。
本発明は、マイクロストリップパッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果を充分に発揮することができる板状の複合材料を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、複数の領域に分割したときの各領域の密度値が特定の条件を満たすように複合材料を制御することによって、マイクロストリップパッチアンテナの基板等として利用したときのアンテナ素子間の干渉効果を充分に発揮することができることを見出した。
即ち、本発明は以下の通りである。
<1-1> 樹脂と、充填剤及び補強材からなる群より選択される少なくとも1種とを含む板状の複合材料であって、複数の領域に分割したときの各領域の密度(単位:g/cm3)を集めた密度値群から算出される前記密度の標準偏差が、0.027以下であることを特徴とする、板状の複合材料。
<1-2> 前記密度値群の、最大値、最小値、及び平均値を、式((最大値-最小値)/平均値×100)に代入して算出される前記密度のばらつき値が、7.4%以下である、<1-1>に記載の板状の複合材料。
<1-3> 気孔率が、3~90体積%である、<1-1>又は<1-2>に記載の板状の複合材料。
<1-4> 前記充填剤を含み、前記充填剤の含有量が、10~90質量%である、<1-1>~<1-3>の何れかに記載の板状の複合材料。
<1-5> 前記充填剤を含み、前記充填剤の含有量が、57質量%以下であり、複数の領域に分割したときの各領域の前記充填剤の含有量(単位:質量%)を集めた含有量値群から算出される前記含有量の標準偏差が、1.0以下である、<1-1>~<1-4>の何れかに記載の板状の複合材料。
<1-6> 前記補強材を含み、前記補強材の含有量が、10~90質量%である、<1-1>~<1-5>の何れかに記載の板状の複合材料。
<1-7> 複数の領域に分割したときの各領域の比誘電率を集めた比誘電率値群から算出される比誘電率の標準偏差が、0.02以下である、<1-1>~<1-6>の何れかに記載の板状の複合材料。
<1-8> <1-1>~<1-6>の何れかに記載の板状の複合材料を含む基板。
<1-9> マイクロストリップパッチアンテナ用である、<1-8>に記載の基板。
【0007】
本発明は、以下のように表現することもできる。
<2-1> 樹脂と、充填剤及び補強材からなる群より選択される少なくとも1種とを含む板状の複合材料の基板としての使用であって、複数の領域に分割したときの各領域の密度(単位:g/cm3)を集めた密度値群から算出される前記密度の標準偏差が、0.027以下であることを特徴とする、基板としての使用。
<2-2> 前記基板が、マイクロストリップパッチアンテナ用である、<2-1>に記載の基板。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、マイクロストリップパッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果を充分に発揮することができる板状の複合材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】マイクロストリップパッチアンテナの具体例を表した概念斜視図である。
図2】マイクロストリップパッチアンテナから放射される電波の共振等の干渉効果を表した概念側面図である。
図3】複数の領域に分割された基板を表す概念斜視図である。
図4】平均一次粒子径5~200nmの無機微粒子が凝集して形成された多孔性無機微粒子凝集体の走査型電子顕微鏡(SEM)による撮影画像である(図面代用写真)。
図5】実施例1の複合材料を使用した銅層付き基板と比較例2の複合材料を使用した銅層付き基板に形成されたリング共振器パターンの概念図である。
図6】リング共振器パターンと評価用プローブの接続をとるためのプローブ接触パターンの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明を説明するに当たり、具体例を挙げて説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り以下の内容に限定されるものではなく、適宜変更して実施することができる。
【0011】
<板状の複合材料>
本発明の一態様である複合材料(以下、「複合材料」と略す場合がある。)は、樹脂と、充填剤及び補強材からなる群より選択される少なくとも1種とを含む板状の複合材料であり、複数の領域に分割したときの各領域の密度(単位:g/cm3)を集めた密度値群から算出される密度の標準偏差が、0.027以下であることを特徴とする。
図1に示されるようなマイクロストリップパッチアンテナ(「マイクロストリップパッチアレイアンテナ」とも呼ばれる。)は、図2に示されるようにアンテナ素子(パッチ)間の干渉効果を利用できるため、高い指向性が得られる特長を有する。しかしながら、例えば基板の品質等が悪いと、それぞれのアンテナ素子から放たれる電波を共振させようとしても、電波間の波長にずれが生じてその効果を充分に発揮できないことがあった。本発明者らは、基板内の組成等に"むら"(特に基板の面内分布のむら)があることがその原因の1つであり、特に充填剤を配合した基板や補強材が導入された基板においてその問題が顕著に表れることを明らかとしている。充填剤の配合は、基板の性能を向上させる作用があるが、固体であるため、母材となる樹脂内に均一に分布させることが難しく、結果、充填剤自体や空孔の分布に"むら"が生じやすいものと考えられる。補強材の導入も同様であり、樹脂や空孔の分布に“むら”が生じやすいものと考えられる。そして、基板内に比誘電率等の物性に差が生じ、その結果として、その上に配置されているアンテナ素子から放たれる電波の波長にずれが生じるものと考えられる。充填剤を配合した既存の市販品の基板や補強材が導入された既存の市販品の基板においても、この"むら"の問題が確認されており(例えば、比較例2及び3を参照。)、マイクロストリップパッチアンテナ(以下、「パッチアンテナ」と略す場合がある。)用途においては特にこの問題を解決した新たな複合材料を生み出すことが重要となる。そして、本発明者らは、充填剤や補強材、空孔等を総合的に把握することができる"密度"に着目し、材料内を複数の領域に分割したときの各領域の密度値の標準偏差を一定以下に保つように複合材料を制御することによって、アンテナ素子間の干渉効果を充分に発揮することができることを見出したのである。
以下、「複合材料」に関する「密度」、「樹脂」、「充填剤」、「補強材」等の内容について詳細に説明する。
【0012】
複合材料は、「複数の領域に分割したときの各領域の密度(単位:g/cm3)を集めた密度値群から算出される密度の標準偏差が、0.027以下であることを特徴」とするが、「複数の領域に分割」するとは、図3に示されるように、分析のために、複合材料を実際に又は擬似的に複数に分割することを意味する。複合材料の領域の分割方法、密度の測定方法は、特に限定されないが、通常、複合材料を複数の試験片に所定の寸法(通常寸法は統一する。)で分割(切断)して、それを各領域とし、各試験片の質量と体積を測定して、それぞれ質量を体積で除した数値がその領域の密度となる。複合材料内の充填剤や空孔は、通常、試験片に対して非常に微小であるため、密度の数値は安定的に取得できるが、誤差が大きく表れる場合には、試験片の寸法を"10mm×10mm"に統一して測定するものとする(縦と横の寸法の候補:2mm、5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、100mm等が挙げられる。)。「密度値群」とは、密度の数値(密度値)の集合であり、分析のために分割した領域の数の密度値を含み、例えば領域数が10個であれば、通常密度値群の数は10個となる。但し、分割した全ての領域について密度を測定する必要はない。
【0013】
複合材料は、「複数の領域に分割したときの各領域の密度(単位:g/cm3)を集めた密度値群から算出される密度の標準偏差が、0.027以下であることを特徴とする」が、「密度の標準偏差」は、各領域の密度を下記式に代入することによって算出される数値とする。即ち、「密度の標準偏差」は、複合材料の領域毎の密度のばらつきを把握するための指標となるのである。
【0014】
【数1】
【0015】
複合材料の領域の数は、通常2~100個であるが、好ましくは4個以上、より好ましくは8個以上であり、好ましくは50個以下、より好ましくは30個以下である。前記範囲内であると、密度の標準偏差をより正確に算出しやすくなる。
【0016】
複合材料の密度の標準偏差は、0.027以下であるが、好ましくは0.026以下、より好ましくは0.025以下、さらに好ましくは0.024以下、特に好ましくは0.020以下、特により好ましくは0.018以下、最も好ましくは0.015以下であり、通常0.001以上である。前記範囲内であると、パッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果をより発揮しやすくなる。
【0017】
複合材料の密度のばらつき値〔密度値群の、最大値、最小値、及び平均値を、式((最大値-最小値)/平均値×100)に代入して算出される数値〕は、通常7.4%以下、好ましくは7.0%以下、より好ましくは6.8%以下、さらに好ましくは6.5%以下、特に好ましくは6.0%以下、最も好ましくは5.0%以下であり、通常0.1%以上である。前記範囲内であると、パッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果をより発揮しやすくなる。
【0018】
複合材料は、充填剤を含む場合、複数の領域に分割したときの各領域の充填剤の含有量(単位:質量%)を集めた含有量値群から算出される含有量の標準偏差が、1.0以下であることが好ましい。複合材料における充填剤の含有量の標準偏差は、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.7以下、さらに好ましくは0.6以下、特に好ましくは0.5以下、最も好ましくは0.4以下であり、通常0.01以上である。また、充填剤の含有量が57質量%以下である場合、複合材料における充填剤の含有量の標準偏差は、好ましくは0.9以下、より好ましくは0.8以下、さらに好ましくは0.7以下、特に好ましくは0.6以下、最も好ましくは0.55以下であり、通常0.01以上である。前記範囲内であると、パッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果をより発揮しやすくなる。
【0019】
複合材料は、充填剤を含む場合、充填剤の含有量のばらつき値〔含有量値群の、最大値、最小値、及び平均値を、式((最大値-最小値)/平均値×100)に代入して算出される数値〕が、11.0%以下であることが好ましい。複合材料における充填剤の含有量のばらつき値は、好ましくは10.0%以下、さらに好ましくは7.5%以下、特に好ましくは5.0%以下、より好ましくは2.8%以下、より好ましくは2.6%以下、より好ましくは2.4%以下、より好ましくは2.2%以下、最も好ましくは2.0%以下であり、通常0.1%以上である。また、充填剤の含有量が57質量%以下である場合、複合材料における充填剤の含有量のばらつき値は、好ましくは11.0%以下、より好ましくは10.0%以下、さらに好ましくは7.5%以下、特に好ましくは5.0%以下、最も好ましくは2.5%以下であり、通常0.1%以上である。前記範囲内であると、パッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果をより発揮しやすくなる。
【0020】
複合材料は、補強材を含む場合、複数の領域に分割したときの各領域の補強材の含有量(単位:質量%)を集めた含有量値群から算出される含有量の標準偏差が、0.60以下であることが好ましい。複合材料における補強材の含有量の標準偏差は、好ましくは0.58以下、より好ましくは0.56以下、さらに好ましくは0.54以下、特に好ましくは0.52以下、最も好ましくは0.50以下であり、通常0.01以上である。前記範囲内であると、パッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果をより発揮しやすくなる。
【0021】
複合材料は、補強材を含む場合、補強材の含有量のばらつき値〔含有量値群の、最大値、最小値、及び平均値を、式((最大値-最小値)/平均値×100)に代入して算出される数値〕が、3.0%以下であることが好ましい。複合材料における補強材の含有量のばらつき値は、好ましくは2.8%以下、より好ましくは2.6%以下、さらに好ましくは2.4%以下、特に好ましくは2.2%以下、最も好ましくは2.0%以下であり、通常1.4%以上である。前記範囲内であると、パッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果をより発揮しやすくなる。
【0022】
複合材料の比誘電率(周波数:10GHz)は、通常3.50以下、好ましくは3.00以下、より好ましくは2.50以下、さらに好ましくは2.25以下、特に好ましくは2.00以下であり、通常1.50以上である。なお、複合材料の比誘電率は、空洞共振器摂動法(測定周波数:10GHz)により複素誘電率を測定して算出した実数部(εr')の数値とする。
【0023】
複合材料は、複数の領域に分割したときの各領域の比誘電率を集めた比誘電率値群から算出される比誘電率の標準偏差が、0.025以下であることが好ましい。複合材料の比誘電率の標準偏差は、好ましくは0.02以下、より好ましくは0.015以下、さらに好ましくは0.012以下、特に好ましくは0.01以下、最も好ましくは0.008以下であり、通常0.001以上である。前記範囲内であると、パッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果をより発揮しやすくなる。
【0024】
複合材料は、比誘電率のばらつき値〔比誘電率値群の、最大値、最小値、及び平均値を、式((最大値-最小値)/平均値×100)に代入して算出される数値〕が、5.0%以下であることが好ましい。複合材料の比誘電率のばらつき値は、好ましくは3.0%以下、より好ましくは2.5%以下、さらに好ましくは2.0%以下、特に好ましくは1.5%以下、最も好ましくは1.3%以下であり、通常0.1%以上である。前記範囲内であると、パッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果をより発揮しやすくなる。
【0025】
複合材料は、板状であるが、その厚みは、通常2.0~3000μmであるが、好ましくは10μm以上、より好ましくは50μm以上、さらに好ましくは80μm以上、最も好ましくは100μm以上であり、好ましくは2000μm以下、より好ましくは1000μm以下、さらに好ましくは800μm以下、特に好ましくは600μm以下、最も好ましくは400μm以下である。前記の範囲内であると、複合材料として良好な比誘電率等を確保できる。
【0026】
複合材料は、複数の領域に分割したときの各領域の厚み(単位:μm)を集めた厚み値群から算出される厚みの標準偏差が、24以下であることが好ましい。複合材料における厚みの標準偏差は、好ましくは20以下、より好ましくは15以下、さらに好ましくは10以下、特に好ましくは5以下、最も好ましくは3以下であり、通常0.1以上である。前記範囲内であると、パッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果をより発揮しやすくなる。
【0027】
複合材料は、厚みのばらつき値〔厚み値群の、最大値、最小値、及び平均値を、式((最大値-最小値)/平均値×100)に代入して算出される数値〕が、20%以下であることが好ましい。複合材料における厚みのばらつき値は、好ましくは18%以下、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは10%以下、特に好ましくは8%以下、最も好ましくは6%以下であり、通常0.1%以上である。前記範囲内であると、パッチアンテナの基板等として利用したときにアンテナ素子間の干渉効果をより発揮しやすくなる。
【0028】
複合材料の気孔率(複合材料全体)は、通常3~90体積%であるが、好ましくは20体積%以上、より好ましくは30体積%以上、さらに好ましくは40体積%以上、特に好ましくは50体積%以上であり、好ましくは80体積%以下、より好ましくは70体積%以下、さらに好ましくは60体積%以下である。前記範囲内であると、複合材料として良好な比誘電率、熱膨張係数等の特性を確保することができる。なお、複合材料の気孔率は、樹脂の密度と質量(配合質量)、充填剤の密度と質量(配合質量)を測定し、それらの測定結果より算出される複合材料の真密度と、複合材料のかさ密度と、空気の密度とを、下記式に代入することによって算出される数値とする。
気孔率[体積%]
=(かさ密度[g/cm3]-真密度[g/cm3])÷(かさ密度[g/cm3]-空気の密度[g/cm3])×100
真密度[g/cm3
=充填剤の質量%×充填剤密度[g/cm3]+樹脂の質量%×樹脂密度[g/cm3
【0029】
複合材料の誘電正接(周波数:10GHz)は、通常0.01以下、好ましくは0.008以下、より好ましくは0.006以下、さらに好ましくは0.004以下、特に好ましくは0.002以下であり、通常0.0005以上である。なお、複合材料の誘電正接は、空洞共振器摂動法(測定周波数:10GHz)により複素誘電率を測定して算出した実数部(εr')に対する虚数部(εr")の比率(εr"/εr')とする。
【0030】
複合材料の熱膨張係数(Z軸方向)は、通常100ppm/K以下、好ましくは90ppm/K以下、より好ましくは80ppm/K以下、さらに好ましくは70ppm/K以下、特に好ましくは60ppm/K以下、最も好ましくは50ppm/K以下であり、通常5ppm/K以上である。なお、複合材料の熱膨張係数(Z軸方向)は、レーザー干渉法(レーザー熱膨張計、測定温度域:-50~200℃、昇温速度:2℃/min、雰囲気:He、負荷荷重:17g)を利用し、日本産業規格JIS R3251-1990に準拠した式から算出される数値とする。
【0031】
複合材料の寸法(最大径、縦又は横の長さ)は、通常20~1500mmであるが、好ましくは30mm以上、より好ましくは40mm以上、さらに好ましくは50mm以上、最も好ましくは60mm以上であり、好ましくは1400mm以下、より好ましくは1300mm以下である。
【0032】
(樹脂)
樹脂の種類は、特に限定されず、基板等に利用される樹脂を適宜採用することができるが、フッ素系樹脂等の熱可塑性樹脂;エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。この中でも、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂が好ましく、フッ素系樹脂が特に好ましい。これらの樹脂であると、充填剤や補強材、空孔の分布に"むら"が生じにくい傾向にあり、本発明の特長を有効に活用することができる。また、フッ素系樹脂は、ミリ波レーダー用の基板として優れた特性を発揮する。なお、「フッ素系樹脂」とは、フッ素原子を含むオレフィンの重合により得られる高分子化合物を意味するものとする。
【0033】
フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTEF)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体(ECTFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)が挙げられるが、PTFEが特に好ましい。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ビスフェノールM型エポキシ樹脂、ビスフェノールP型エポキシ樹脂、ビスフェノールZ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、アリールアルキレン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、フェノキシ型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ノルボルネン型エポキシ樹脂、アダマンタン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂等が挙げられる。
フェノール樹脂としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、トリアジン骨格含有フェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、未変性のレゾールフェノール樹脂、油変性レゾールフェノール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂等が挙げられる。
ポリイミド樹脂は、有機テトラカルボン酸二無水物とジアミノ化合物(ジアミン)とを反応させてポリイミド前駆体(ポリアミド酸)を合成し、このポリイミド前駆体を脱水閉環することにより得ることができる。有機テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物等が挙げられる。これらの有機テトラカルボン酸二無水物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用することもできる。ジアミノ化合物としては、例えば、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、3,4-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、2,2-ビス(4-アミノフェノキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノフェノキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、2,4-ジアミノトルエン、2,6-ジアミノトルエン、ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノ-2,2-ジメチルビフェニル、2,2-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル等が挙げられる。これらのジアミノ化合物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して使用することもできる。
【0034】
樹脂がフッ素系樹脂である場合、フッ素系樹脂は、「フィブリル化(繊維状構造化)」していることが好ましい。フィブリル化における繊維は、一方向又は多方向に配向しうるが、なかでも、多方向に配向していることがより好ましく、フィブリルと後述する無機微粒子凝集体とが連結して「三次元の微細網目構造」を形成していることが特に好ましい。フッ素系樹脂がフィブリル化している、特に三次元の微細網目構造を形成していると、複合材料として優れた機械的強度、寸法安定性を確保することができる。なお、フッ素系樹脂のフィブリル化等については、SEM等による表面観察で確認することができる。また、フッ素系樹脂のフィブリル化は、例えば剪断力を加えることによって進めることができるが、より具体的には後述する多段階圧延によって行うことが挙げられ、さらに三次元の微細網目構造は、後述する異方向多段階圧延によって行うことが挙げられる。
【0035】
樹脂が熱硬化性樹脂である場合、通常、硬化促進剤を配合する。なお、「硬化促進剤」には、熱により硬化を促進させる熱硬化型と紫外線等の活性化エネルギー線により硬化させる活性化エネルギー線硬化型等が挙げられる。
熱硬化型の硬化促進剤としては、フェノール化合物、酸無水物化合物、アミド化合物、ヒドラジド化合物、イミダゾリン化合物、ユリア化合物、ポリスルフィド化合物等が挙げられる。好ましくは、フェノール化合物が挙げられる。これら硬化剤は、単独使用又は2種類以上併用することができる。
活性化エネルギー線硬化型の硬化促進剤としては、ベンゾインエーテル系光重合開始剤、アセトフェノン系光重合開始剤、α-ケトール系光重合開始剤、光活性オキシム系光重合開始剤、ベンゾイン系光重合開始剤、ベンジル系光重合開始剤、ベンゾフェノン系光重合開始剤、ケタール系光重合開始剤、チオキサントン系光重合開始剤、アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤等が挙げられる。
【0036】
硬化促進剤の含有量は、熱硬化性樹脂の合計100質量部に対して通常0.1~10質量部であり、好ましくは0.2質量部以上、好ましくは0.3質量部以上、より好ましくは0.4質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、特に好ましくは0.6質量部以上であり、通常9質量部以下、好ましくは8質量部以下、より好ましくは7質量部以下、さらに好ましくは6質量部以下、特に好ましくは5質量部以下である。
【0037】
(充填剤)
充填剤の種類は、特に限定されないが、粒状の充填剤と繊維状の充填剤が挙げられ、粒状の充填剤としては、カーボンブラック、黒鉛等の固体炭素;多孔質シリカ、溶融シリカ、シリカゲル等の二酸化ケイ素(シリカ);酸化チタン(二酸化チタン(チタニア)等)、酸化鉄、酸化ジルコニウム(二酸化ジルコニウム(ジルコニア))等の遷移金属酸化物(複合酸化物も含む。);窒化ホウ素、窒化ケイ素等の典型元素の窒化物が、繊維状の充填剤としてはガラスファイバー、炭素繊維等が挙げられる。また、シリカバルーン、ガラスバルーン等の中空無機粒子も挙げられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができるが、なかでも粒状の充填剤が好ましい。
【0038】
複合材料における充填剤の仕込量は、樹脂及び充填剤の合計(補強材を含む場合には補強材も含んだ合計)を100質量部としたときに、通常10~90質量部であり、好ましくは20質量部以上、好ましくは30質量部以上、より好ましくは40質量部以上、さらに好ましくは45質量部以上、特に好ましくは50質量部以上であり、通常85質量部以下、好ましくは80質量部以下、より好ましくは75質量部以下、さらに好ましくは70質量部以下、特に好ましくは65質量部以下である。また、複合材料における充填剤の含有量(実測値)は、通常10~90質量%であり、好ましくは20質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、さらに好ましくは45質量%以上、特に好ましくは50質量%以上であり、通常85質量%以下、好ましくは80質量%以下、より好ましくは75質量%以下、さらに好ましくは70質量%以下、特に好ましくは65質量%以下である。なお、複合材料を複数の領域に分割したときの各領域の充填剤の含有量は、通常ばらつきが生じるため、「充填剤の含有量」は平均値を意味するものとする。前記範囲内であると、複合材料として良好な比誘電率、熱膨張係数等の特性を発揮することができる。
【0039】
充填剤としては、「平均一次粒子径5~200nmの無機微粒子が凝集して形成された多孔性無機微粒子凝集体(以下、「無機微粒子凝集体」と略す場合がある。)」と無孔質無機微粒子を含むことが好ましい。無機微粒子凝集体は、具体的には図4のSEM撮影画像で表されているようなものであり、複数の無機微粒子が融着して凝集体を形成し、無機微粒子の間に空隙を有して多孔質となっているものを意味する。なお、凝集体における無機微粒子は、処方時において融着していればよく、その後のフッ素系樹脂との混合等によって融着が解かれていてもよい。一方、無孔質無機微粒子の「無孔質」とは、無機微粒子にとって特徴的な「多孔質」に対する表現であり、無孔質無機微粒子は「多孔質」でない無機微粒子であればいいものとする。即ち、無孔質無機微粒子は、細孔が皆無である必要はなく、「多孔質」と認識されない程度であれば、細孔を有していてもよい。
以下、「無機微粒子凝集体」及び「無孔質無機微粒子」について詳細に説明する。
【0040】
無機微粒子凝集体における無機微粒子の材質は、酸化ケイ素(一酸化ケイ素、二酸化ケイ素(シリカ)等)、酸化アルミニウム(アルミナ)等の典型元素の酸化物(複合酸化物も含む。);酸化チタン(二酸化チタン(チタニア)等)、酸化鉄、酸化ジルコニウム(二酸化ジルコニウム(ジルコニア))等の遷移金属酸化物(複合酸化物も含む。);窒化ホウ素、窒化ケイ素等の典型元素の窒化物等が挙げられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。なかでも、典型元素の酸化物が好ましく、二酸化ケイ素(シリカ)が特に好ましい。典型元素の酸化物であると、複合材料の比誘電率を極めて低く抑えることができるとともに、より低コストで複合材料を製造することができる。なお、無機微粒子の結晶性は、特に限定されないが、二酸化ケイ素の場合は通常非晶質である。
【0041】
無機微粒子凝集体の平均一次粒子径は、5~200nmであるが、好ましくは10nm以上、より好ましくは15nm以上、さらに好ましくは20nm以上であり、好ましくは150nm以下、より好ましくは120nm以下、さらに好ましくは100nm以下、特に好ましくは80nm以下、最も好ましくは70nm以下である。前記の範囲内であると、混合、成形、圧延等の処理を行っても無機微粒子凝集体が破壊されにくく、無機微粒子の間に良好な空隙を確保できるとともに、板状の複合材料として平滑な面を確保しやすくなる。なお、無機微粒子凝集体の平均一次粒子径は、SEMによる観察で粒子径を測定し、測定値を平均化して得た数値とする。具体的には、ランダムに無機微粒子凝集体(100個)を選択して、それぞれの平均一次粒子径(粒子の長辺の長さ)を測定し、得られた粒子径を平均して数値を得る手順である。
【0042】
無機微粒子凝集体のBET比表面積は、通常0.1m2/g以上、好ましくは0.5m2/g以上、より好ましくは1m2/g以上、さらに好ましくは5m2/g以上であり、通常250m2/g以下、好ましくは240m2/g以下、より好ましくは210m2/g以下、さらに好ましくは150m2/g以下、特に好ましくは80m2/g以下である。前記範囲内であると、複合材料として高い気孔率を確保することができるとともに、誘電正接の上昇を抑制することができる。特にBET比表面積が高すぎると、複合材料の誘電正接が高くなる傾向にある。なお、無機微粒子凝集体のBET比表面積は、ガス吸着法(特に窒素吸着等温線)により測定したガス吸着量等をBET式に代入して算出した数値とし、複合材料の製造に使用する前の数値で表すものとする。
【0043】
無機微粒子凝集体の見かけ比重は、通常10g/L以上、好ましくは20g/L以上、より好ましくは30g/L以上、さらに好ましくは40g/L以上であり、通常100g/L以下、好ましくは90g/L以下、より好ましくは80g/L以下、さらに好ましくは70g/L以下、特に好ましくは60g/L以下である。前記範囲内であると、複合材料として高い気孔率を確保することができるとともに、無機微粒子凝集体が破壊されにくくなる。なお、無機微粒子凝集体の見かけ比重は、無機微粒子凝集体を250mLメスシリンダー等の容積を測定できる容器に充填し、無機微粒子凝集体の充填質量(Xg)と充填容積(YmL)を測定して、充填質量を充填容積で除算([見かけ比重(g/L)]=X/Y×1000)した数値とする。
【0044】
無機微粒子凝集体としては、ミズカシルシリーズ(水澤化学工業社製)、サイリシアシリーズ(富士シリシア社製)、疎水性AEROSILシリーズ(日本アエロジル社製)、ニプシールシリーズ(東ソーシリカ社製)等の市販品を好適に用いることができ、なかでも疎水性AEROSILシリーズ(日本アエロジル社製)の疎水性フュームドシリカが特に好ましい。
【0045】
無孔質無機微粒子の材質は、通常、酸化ケイ素(一酸化ケイ素、二酸化ケイ素(シリカ)等)、酸化アルミニウム(アルミナ)等の典型元素の酸化物(複合酸化物も含む。);酸化チタン(二酸化チタン(チタニア)等)、酸化鉄、酸化ジルコニウム(二酸化ジルコニウム(ジルコニア))等の遷移金属酸化物(複合酸化物も含む。);窒化ホウ素、窒化ケイ素等の典型元素の窒化物等が挙げられる。なお、複合酸化物としては、コージライト、タルク、ワラストナイト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等が挙げられる。無孔質無機微粒子の材質は、1種類に限られず、2種類以上を組み合わせてもよい。
【0046】
無孔質無機微粒子の平均一次粒子径は、0.2~50μmであるが、好ましくは0.3μm以上、より好ましくは0.4μm以上、さらに好ましくは0.5μm以上であり、好ましくは40μm以下、より好ましくは30μm以下、さらに好ましくは20μm以下、特に好ましくは10μm以下、最も好ましくは5μm以下である。前記の範囲内であると、適度な比表面積となって良好な誘電正接を確保することができるとともに、複合材料の表面を平滑な面にしやすくなり、高周波用の基板により適した材料となる。なお、無孔質無機微粒子の平均一次粒子径は、SEMによる観察で粒子径を測定し、測定値を平均化して得た数値とする。具体的には、ランダムに無機微粒子凝集体(100個)を選択して、それぞれの平均一次粒子径(粒子の長径)を測定し、得られた粒子径を平均して数値を得る手順である。
【0047】
無孔質無機微粒子のBET比表面積は、通常0.1m2/g以上、好ましくは0.5m2/g以上、より好ましくは1m2/g以上、さらに好ましくは2m2/g以上であり、通常30m2/g以下、好ましくは25m2/g以下、より好ましくは20m2/g以下、さらに好ましくは15m2/g以下、特に好ましくは10m2/g以下である。前記範囲内であると、良好な誘電正接を確保することができるとともに、複合材料の表面を平滑な面としやすくなり、高周波用の基板により適した材料となる。なお、無孔質無機微粒子のBET比表面積は、ガス吸着法(特に窒素吸着等温線)により測定したガス吸着量等をBET式に代入して算出した数値とし、複合材料の製造に使用する前の数値で表すものとする。
【0048】
無孔質無機微粒子の誘電率は、通常10以下、好ましくは8以下、より好ましくは7以下、さらに好ましくは6以下、特に好ましくは5以下であり、通常3以上である。なお、無孔質無機微粒子の誘電率は、日本産業規格JIS C2565に準拠した方法により決定される数値とする。
【0049】
無孔質無機微粒子の市販品としては、デンカ社製SFP-130MC、SFP-30M、FB-3SDC等の溶融シリカ、AGCセラミックス社製コージライト粉末FINEタイプ、ELP-150N、ELP-325N等のコージライト、水島合金鉄社製FS-1、HP-P1、HP40Jシリーズ等の窒化ホウ素、日本タルク社製ナノエース D-600、D-800、D-1000、FG-15等のタルク等が挙げられる。
【0050】
無機微粒子凝集体と無孔質無機微粒子の総含有量に対する無孔質無機微粒子の含有量の質量比(無孔質無機微粒子の含有量/(無機微粒子凝集体の含有量+無孔質無機微粒子の含有量))は、通常0.15~0.90であり、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.3以上、さらに好ましくは0.4以上、最も好ましくは0.5以上であり、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.75以下、さらに好ましくは0.7以下、最も好ましくは0.65以下である。
【0051】
複合材料は、前述の樹脂及び充填剤以外のものを含んでもよいが、複合材料における樹脂及び充填剤の合計含有量は、通常60質量%以上、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは100質量%である。
【0052】
充填剤(無機微粒子凝集体と無孔質無機微粒子を含む。)は、誘電正接の観点から疎水性基を有する表面修飾剤(以下、「表面修飾剤」と略す場合がある。)で表面が修飾されていることが好ましい。但し、熱硬化性樹脂に充填する場合には、充填剤の凝集を防ぐため疎水性基以外の官能基を有する表面修飾剤を選択することもできる。
以下、「表面修飾剤」による修飾について詳細に説明する。
【0053】
表面修飾剤の疎水性基としては、フルオロ基(-F)、炭化水素基(-Cn2n+1(n=1~30))等が挙げられるが、水のみならず、油剤に対しても撥液性を発するフルオロ基が特に好ましい。
表面修飾剤は、充填剤の表面に対して化学的に吸着(反応)するものであっても、充填剤の表面に物理的に吸着するものであってもよく、低分子化合物であっても、高分子化合物であってもよい。充填剤の表面に対して化学的に吸着(反応)する表面修飾剤は、通常、充填剤の表面官能基(ヒドロキシル基(-OH)等)と反応する反応性官能基を有しており、反応性官能基としてはアルコキシシリル基(-SiOR(Rの炭素原子数は1~6))、クロロシリル基(-SiCl)、ブロモシリル基(-SiBr)、ヒドロシリル基(-SiH)等が挙げられる。なお、充填剤の表面を表面修飾剤で修飾する方法は、公知の方法を適宜採用することができるが、充填剤と表面修飾剤を接触させることが挙げられる。
【0054】
表面修飾剤は、単独でもしくは2種以上併せて用いることができ、例えば充填剤の表面に対して反応性官能基を有する低分子化合物の表面修飾剤を反応させた後、その上に疎水性基を有する高分子化合物の表面修飾剤を物理的に吸着させてもよい。充填剤の材質が二酸化ケイ素(シリカ)等であると、塩基性水溶液にさらされた場合に溶解(分解)してしまうことがあるが、このように修飾すると、塩基性水溶液に対する耐性を高めることができる。
【0055】
表面修飾剤の熱分解温度は、通常250℃以上、好ましくは300℃以上、より好ましくは350℃以上、さらに好ましくは360℃以上、特に好ましくは370℃以上である。前記の範囲内であると、高温加熱等の処理を行っても分解を抑制することができる。表面修飾剤の熱分解温度は、熱重量減少分析法(TG-DTA)により、20℃/minで昇温させたときに5%重量減少する温度とする。
【0056】
フルオロ基と反応性官能基とを有する低分子化合物の表面修飾剤としては、下記式で表されるものが挙げられる。なお、下記式で表される化合物は市販されており、適宜入手して表面修飾剤として利用することができる。
【化1】
【0057】
フルオロ基を有する高分子化合物の表面修飾剤としては、下記式で表されるものが挙げられる。
【化2】
【0058】
表面修飾剤として市販されている溶液を利用してもよく、好適なものとして3M社製Novec(登録商標)2202が挙げられる。Novec(登録商標)2202は、フルオロ基を有する高分子化合物を含有しており、「フルオロアルキルシランポリマー」が配合されていることが公表されている。Novec(登録商標)2202を表面修飾剤として使用すると、比較的簡易的な操作で複合材料の臨界撥液張力を低く抑えやすくなる特長を有する。
【0059】
表面修飾剤の疎水性基以外の官能基としては、グリシジル基(-C23O)、ヒドロキシ基(-OH)、アミノ基(-NH2)、カルボキシ基(-COOH)、メルカプト基(-SH)等が挙げられるが、通常樹脂中の官能基と結合が形成される官能基や樹脂中の官能基と極性が近い官能基が選択される。市販品としてはシランカップリング剤等が挙げられ、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。
【0060】
充填剤における表面修飾剤の含有量(有機物の含有量)は、通常0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、さらに好ましくは3質量%以上、特に好ましくは4質量%以上であり、通常50質量%以下、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは25質量%以下、特に好ましくは20質量%以下である。
【0061】
(補強材)
補強材は、複合材料の機械的特性を補強する役割を果たす板状の材料を意味し、複合材料が電子回路基板として使用される場合には、いわゆる“基材(支持体)”がこれに該当する。補強材の材質は、特に限定されないが、補強材の材質は、通常ガラス、樹脂繊維、セルロース等が挙げられ、より具体的なものとしてガラスクロス、織布、不織布、紙等が挙げられ、特にガラスクロスが好ましい。
【0062】
補強材の厚み(補強材が複数層充填されているに関わらず補強材1層分の厚み)は、通常1~500μmであるが、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上、さらに好ましくは30μm以上、最も好ましくは50μm以上であり、好ましくは400μm以下、より好ましくは300μm以下、さらに好ましくは250μm以下、特に好ましくは200μm以下、最も好ましくは150μm以下である。
【0063】
複合材料における補強材の仕込量は、樹脂及び補強材の合計(充填剤を含む場合には充填剤も含んだ合計)を100質量部としたときに、通常10~90質量部であり、好ましくは20質量部以上、好ましくは30質量部以上、より好ましくは40質量部以上、さらに好ましくは50質量部以上、特に好ましくは60質量部以上であり、通常85質量部以下、好ましくは80質量部以下、より好ましくは78質量部以下、さらに好ましくは73質量部以下、特に好ましくは70質量部以下である。また、複合材料における充填剤の含有量(実測値)は、通常10~90質量%であり、好ましくは20質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、さらに好ましくは50質量%以上、特に好ましくは60質量%以上であり、通常85質量%以下、好ましくは80質量%以下、より好ましくは78質量%以下、さらに好ましくは73質量%以下、特に好ましくは70質量%以下である。前記範囲内であると、複合材料として良好な比誘電率、熱膨張係数等の特性を発揮することができる。
【0064】
(複合材料の用途)
複合材料の用途は、特に限定されないが、好ましくは電子回路基板、より好ましくは携帯電話、コンピュータ等の回路基板、ミリ波レーダー用のマイクロストリップパッチアンテナの基板等が挙げられる。即ち、前述の複合材料を含んでなる基板(以下、「基板」と略す場合がある。)も本発明の一態様として挙げられる。
【0065】
基板は、複合材料を含んでなるものであるが、複合材料の片面又は両面に貼着された熱可塑性樹脂を含んでなる層を有することが好ましく、熱可塑性樹脂としてはフッ素系樹脂が特に好ましい。
フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE、融点:327℃)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA、融点:310℃)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP、融点:260℃)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTEF、融点:220℃)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE、融点:270℃)、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体(ECTFE、融点:270℃)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF、融点:151~178℃)が挙げられ、PTFE、PFAが特に好ましい。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。
【0066】
樹脂層の厚みは、通常0.050~30μmであるが、好ましくは0.100μm以上、より好ましくは0.40μm以上、さらに好ましくは1.0μm以上、最も好ましくは1.5μm以上であり、好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは8.0μm以下、特に好ましくは6.0μm以下、最も好ましくは5.0μm以下である。基板はアンテナ等の製造過程等に使用する様々な薬品にさらされることになる。例えば浸透性の高い処理液にさらした場合に、処理液が内部に浸透して基板に外観不良や特性変化が生じることがある。樹脂層は、処理液の浸透を抑制する働きもあるため、前記範囲内であると、導体層等の剥がれを効果的に抑制することができるとともに、電子回路基板の製造に使用される浸透性の高い処理液等にさらされた場合であっても外観不良や特性変化が生じにくくなる。なお、樹脂層の厚みは、樹脂層の厚み方向末端から複合材料と樹脂層との界面までの距離について、5~10点程度測定して、それらを平均した数値を意味するものとする。
【0067】
樹脂層は、複合材料の片面のみに積層(貼着)されるだけでなく、複合材料の両面に積層されていてもよい。
【0068】
基板には、通常導体層が設けられ、導体層は通常金属層である。なお、樹脂層を有する場合には、導体層は樹脂層に積層される。
金属層の金属種は、通常金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、これらの金属種を含む合金等が挙げられる。
金属層の厚みは、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、通常50μm以下、好ましくは45μm以下、より好ましくは40μm以下である。
【0069】
導体層の、複合材料又は樹脂層に対する接触面の最大高さRzは、通常0.020μm以上、好ましくは0.050μm以上、より好ましくは0.10μm以上、さらに好ましくは0.20μm以上、特に好ましくは0.30μm以上であり、通常10μm以下、好ましくは8.0μm以下、より好ましくは6.0μm以下、さらに好ましくは4.0μm以下、特に好ましくは2.0μm以下である。なお、「最大高さRz」は、日本産業規格JIS B0601:2013(国際標準化機構規格ISO4287について技術的内容を変更することなく作成した日本産業規格である。)に準拠した方法により決定される数値を意味するものとする。また、「導体層の、複合材料又は樹脂層に対する接触面の最大高さRz」は、直接測定するほか、導体層に使用する材料の最大高さRzをそのまま使用して考えてもよい。
【0070】
樹脂層の厚みから導体層の最大高さRzを差し引いた厚み((樹脂層の厚み)-(導体層の最大高さRz))は、通常0.005μm以上、好ましくは0.010μm以上、より好ましくは0.050μm以上、さらに好ましくは0.10μm以上、特に好ましくは0.50μm以上であり、通常29.98μm以下、好ましくは20μm以下、より好ましくは15μm以下、さらに好ましくは10μm以下、特に好ましくは5.0μm以下である。前記の範囲内であると、樹脂層の厚みが充分に確保されるため、電子回路基板の製造に使用される浸透性の高い処理液等にさらされた場合であっても外観不良や特性変化が生じにくくなる。
【0071】
(複合材料の製造方法)
複合材料は、樹脂と、充填剤及び補強材からなる群より選択される少なくとも1種とを含むものであるが、少なくとも充填剤を含むことが好ましい。複合材料の製造方法は、特に限定されず、公知の知見を適宜採用して製造することができる。但し、密度の標準偏差を低く抑えるために、樹脂がフッ素系樹脂のような熱可塑性樹脂の場合には、下記(1)~(3)の少なくとも1種の観点に着目した製造方法とすることが好ましい。
(1)準備する樹脂の造粒物と充填剤の造粒物の平均粒子径の粒径比を制御する。
樹脂の造粒物と充填剤の造粒物の平均粒子径の粒径比を制御することによって、充填剤を母材となる樹脂内に均一に分布させやすくなる。
(2)樹脂の造粒物と充填剤の造粒物を混合するときに物理的な負荷をかける。
樹脂の造粒物と充填剤の造粒物を混合するときに物理的な負荷をかけることによって、樹脂の造粒物と充填剤の造粒物の粒子径が均一になって、充填剤を母材となる樹脂内に均一に分布させやすくなる。
(3)板状にした複合材料に対して面内均一に圧力をかける。
板状にした複合材料に対して面内均一に圧力をかけることによって、密度や厚み等が均一になりやすくなる。
【0072】
一方、樹脂がエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂の場合には、下記(1’)~(4’)の少なくとも1種の観点に着目した製造方法とすることが好ましい。
(1’)充填剤の造粒物の平均粒子径を制御する。
充填剤の造粒物の平均粒子径を制御することによって、充填剤を母材となる樹脂内に均一に分布させやすくなる。
(2’)充填剤の造粒物を混合するときに物理的な負荷をかける。
熱硬化前の樹脂と充填剤を混合するときに物理的な負荷をかけることによって、充填剤の造粒物の粒子径が均一になって、充填剤を母材となる樹脂内に均一に分布させやすくなる。
(3’)充填剤を表面修飾する。
充填剤表面に母材の極性に近い官能基で表面修飾を行うことで、充填剤の凝集を防ぎ母材となる樹脂内に均一に分散させやすくなる。
(4’)板状にした複合材料に対して面内均一に圧力をかける。
硬化前の板状にした複合材料に対して面内均一に圧力をかけることによって、密度や厚み等が均一になりやすくなる。
【0073】
さらに補強材を含む場合には、下記(1”)~(3”)の少なくとも1種の観点に着目した製造方法とすることが好ましい。
(1”)面内の樹脂と補強材の体積比率を一定にする。
複合材料における樹脂と補強材の面内分布を一定にすることで、補強材と樹脂の密度が均一になりやすくなる。具体的な手法としては、凹凸が少ないより均一な厚みの補強材を用いる、複数枚の補強材を重ねて面内の補強材の厚みばらつきを補填する等が挙げられる。
(2”)補強材と樹脂の密着性を向上する。
補強材と樹脂の密着性を向上させることで、補強材と樹脂間に存在する気孔を減らすことができ、密度や厚み等が均一になりやすくなる。具体的な手法としては、補強材表面に母材の極性に近い表面修飾を行い補強材に対する樹脂の濡れ性を上げる、樹脂と補強材の製造過程で脱気を行うなどが挙げられる。
(3”)熱硬化前の板状にした複合材料に対して面内均一に圧力をかける。
【0074】
複合材料の樹脂が熱可塑性樹脂の場合、下記の樹脂準備工程、充填剤準備工程、混合工程、成形工程、及び圧延工程を含む複合材料の製造方法(以下、「複合材料の製造方法」と略す場合がある。)が好ましい。
・熱可塑性樹脂を準備する樹脂準備工程(以下、「樹脂準備工程」と略す場合がある。)。
・充填剤を準備する充填剤準備工程(以下、「充填剤準備工程」と略す場合がある。)。
・前記熱可塑性樹脂、前記充填剤、及び揮発性添加剤を混合して前駆体組成物を得る混合工程(以下、「混合工程」と略す場合がある。)。
・前記前駆体組成物を成形して圧延可能な被圧延物を得る成形工程(以下、「成形工程」と略す場合がある。)。
・前記被圧延物を圧延して複合材料を得る圧延工程(以下、「圧延工程」と略す場合がある。)。
以下、複合材料の樹脂が熱可塑性樹脂の場合の「樹脂準備工程」、「充填剤準備工程」、「混合工程」、「成形工程」、「圧延工程」等について詳細に説明する。
【0075】
樹脂準備工程は、熱可塑性樹脂を準備する工程であるが、熱可塑性樹脂は入手しても、自ら製造してもよい。準備する熱可塑性樹脂の造粒物(二次粒子以降の粒子)のメジアン径d50は、通常0.5μm以上、好ましくは1.0μm以上、より好ましくは10μm以上、さらに好ましくは30μm以上であり、通常700μm以下、好ましくは300μm以下、より好ましくは150μm以下、さらに好ましくは100μm以下、特に好ましくは50μm以下である。前記の範囲内であると、樹脂と充填剤を均一に分散させやすくなり、複合材料を複数の領域に分割したときの密度の標準偏差を低く抑えやすくなる。なお、熱可塑性樹脂の造粒物は、日本産業規格JIS Z 8825:2001に準拠した方法により決定することができる。
【0076】
充填剤準備工程は、充填剤を準備する工程であるが、充填剤(無機微粒子凝集体を含む。)は入手しても、自ら製造してもよい。準備する充填剤の造粒物(二次粒子以降の粒子)のメジアン径d50は、通常0.1μm以上、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは3μm以上であり、通常500μm以下、好ましくは200μm以下、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは50μm以下、特に好ましくは20μm以下である。前記の範囲内であると、樹脂と充填剤を均一に分散させやすくなり、複合材料を複数の領域に分割したときの密度の標準偏差を低く抑えやすくなる。なお、充填剤の造粒物の粒子径は、日本産業規格JIS Z 8825:2001に準拠した方法により決定することができる。
また、充填剤は、前述の表面修飾剤で表面が修飾されることが好ましい。
【0077】
準備する樹脂の造粒物と充填剤の造粒物の平均粒子径の粒径比(熱可塑性樹脂のメジアン径d50/充填剤のメジアン径d50)は、通常150以下、好ましくは100以下、より好ましくは60以下、さらに好ましくは40であり、特に好ましくは30以下、最も好ましくは10以下であり、通常1以上である。前記の範囲内であると、樹脂と充填剤を均一に分散させやすくなり、複合材料を複数の領域に分割したときの密度の標準偏差を低く抑えやすくなる。
なお、ここでいう「平均粒子径」は、日本産業規格JIS Z 8825:2001に従い、レーザー回析法によって求めた粒度分布における積算値50%で粒子径(メジアン径)を意味する。
【0078】
混合工程は、熱可塑性樹脂、充填剤、及び揮発性添加剤を混合して前駆体組成物を得る工程であるが、混合は、乾式、湿式等の公知の方法や混合機等を適宜採用して行うことができる。
乾式の場合の撹拌器等の回転速度(周速)は、通常0.5m/sec以上、好ましくは1m/sec以上、より好ましくは5m/sec以上、さらに好ましくは10m/sec以上、特に好ましくは15m/sec以上であり、通常200m/sec以下、好ましくは180m/sec以下、より好ましくは140m/sec以下、さらに好ましくは100m/sec以下、特に好ましくは50m/sec以下、最も好ましくは20m/sec以下である。前記の範囲内であると、樹脂と充填剤を均一に分散させやすくなり、複合材料を複数の領域に分割したときの密度の標準偏差を低く抑えやすくなる。
【0079】
乾式の場合の混合時間は、通常10秒間以上、好ましくは20秒間以上、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは40秒間以上、特に好ましくは1分間以上、最も好ましくは5分間以上であり、通常60分間以下、好ましくは50分間以下、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは30分間以下、特に好ましくは20分間以下、最も好ましくは15分間以下である。前記の範囲内であると、樹脂と充填剤を均一に分散させやすくなり、複合材料を複数の領域に分割したときの密度の標準偏差を低く抑えやすくなる。
【0080】
湿式の場合の撹拌器等の回転速度(周速)は、通常1m/sec以上、好ましくは5m/sec以上、より好ましくは10m/sec以上、さらに好ましくは15m/sec以上、特に好ましくは20m/sec以上、最も好ましくは25m/sec以上であり、通常160m/sec以下、好ましくは130m/sec以下、より好ましくは100m/sec以下、さらに好ましくは80m/sec以下、特に好ましくは60m/sec以下、最も好ましくは40m/sec以下である。前記の範囲内であると、樹脂と充填剤を均一に分散させやすくなり、複合材料を複数の領域に分割したときの密度の標準偏差を低く抑えやすくなる。
【0081】
湿式の場合の混合時間は、通常5秒間以上、好ましくは10秒間以上、より好ましくは20秒間以上、さらに好ましくは30秒間以上、特に好ましくは40秒間以上、最も好ましくは50秒間以上であり、通常60分間以下、好ましくは50分間以下、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下、特に好ましくは10分間以下、最も好ましくは5分間以下である。前記の範囲内であると、樹脂と充填剤を均一に分散させやすくなり、複合材料を複数の領域に分割したときの密度の標準偏差を低く抑えやすくなる。
【0082】
揮発性添加剤は、最終的に揮発させて取り除くことによって、複合材料に空孔を充分に内包させる働きがある。揮発性添加剤とは、沸点が30~300℃の、室温(25℃)で液体の化合物を意味するが、揮発性添加剤の沸点は、好ましくは50℃以上、より好ましくは100℃以上、さらに好ましくは200℃以上であり、好ましくは280℃以下、より好ましくは260℃以下、さらに好ましくは240℃以下である。
【0083】
揮発性添加剤の種類としては、反応性が低い炭化水素、エーテル、エステル、アルコール等が挙げられるが、脂肪族飽和炭化水素が好ましい。具体的にはヘキサン(沸点:69℃)、ヘプタン(沸点:98℃)、オクタン(沸点:126℃)、ノナン(沸点:151℃)、デカン(沸点:174℃)、ウンデカン(沸点:196℃)、ドデカン(沸点:215℃)、トリデカン(沸点:234℃)、テトラデカン(沸点:254℃)等が挙げられ、ドデカンが特に好ましい。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。
【0084】
揮発性添加剤の添加量は、樹脂及び充填剤の合計を100質量部としたときに、通常1質量部以上、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、さらに好ましくは20質量部以上、特に好ましくは30質量部以上であり、通常200質量部以下、好ましくは150質量部以下、より好ましくは130質量部以下、さらに好ましくは110質量部以下、特に好ましくは100質量部以下である。前記範囲内であると、複合材料として良好な気孔率を確保することができる。
【0085】
混合工程は、熱可塑性樹脂、充填剤、及び揮発性添加剤に加えて、溶媒を添加して混合することが好ましい。溶媒は前駆体組成物をペースト状にして均一に分散させることを可能とする働きがある。溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等の低級アルコール等が挙げられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。
【0086】
成形工程は、前駆体組成物を成形して圧延可能な被圧延物を得る工程であるが、成形工程に使用する成形機としては、FTダイス(フィッシュテール押出しダイス)、プレス機、押出成形機、カレンダーロール等が挙げられる。特にFTダイスが好ましい。
【0087】
圧延工程は、被圧延物を圧延して複合材料を得る工程であるが、得られた圧延物を積層して被圧延物として圧延を行う作業を複数回繰り返す「多段階圧延」であることが好ましく、前回の圧延方向とは異なる方向に被圧延物の圧延する「異方向多段階圧延」であることが特に好ましい。異方向多段階圧延としては、例えば圧延物を同一の圧延方向に向くように積層して被圧延物とし、被圧延物の圧延方向を前回の圧延方向から90°回転させて圧延を行う作業を繰り返すことが挙げられる。
【0088】
多段階圧延における圧延物の積層数は、通常2以上、好ましくは3以上、より好ましくは4以上、さらに好ましくは10以上、特に好ましくは30以上であり、通常2000以下、好ましくは1000以下、より好ましくは700以下、さらに好ましくは500以下、特に好ましくは300以下である。
【0089】
圧延工程の圧延倍率は、通常10以上、好ましくは20以上、より好ましくは40以上、さらに好ましくは50以上、特に好ましくは100以上であり、通常20000以下、好ましくは15000以下、より好ましくは10000以下、さらに好ましくは5000以下、特に好ましくは3000以下である。
【0090】
圧延工程に使用する装置としては、プレス機、押出成形機、圧延ロール(例えば、カレンダーロール)等が挙げられる。
【0091】
複合材料の製造方法又は基板の製造方法は、その他の工程を含んでいてもよく、具体的には下記の工程が挙げられる。
・前記圧延物から前記揮発性添加剤を除去する添加剤除去工程(以下、「添加剤除去工程」と略す場合がある。)。
・前記圧延物を加熱圧縮する加熱圧縮工程(以下、「加熱圧縮工程」と略す場合がある。)。
・前記複合材料の片面又は両面に、熱可塑性樹脂を含んでなる樹脂層を形成する樹脂層形成工程(以下、「樹脂層形成工程」と略す場合がある。)。
・前記複合材料の片面又は両面に、導体層を形成する導体層形成工程(以下、「導体層形成工程」と略す場合がある。)。
・前記導体層をパターニング処理するパターニング工程(以下、「パターニング工程」と略す場合がある。)。
以下、「添加剤除去工程」、「加熱圧縮工程」、「樹脂層形成工程」、「導体層形成工程」、「パターニング工程」等について詳細に説明する。
【0092】
添加剤除去工程は、圧延物から前記揮発性添加剤を除去する工程であるが、通常、乾燥に使用可能な加熱炉内において圧延物を加熱する方法が挙げられる。加熱条件は、揮発性添加剤の沸点等に応じて適宜選択することができる。
【0093】
加熱圧縮工程は、圧延物を加熱圧縮する工程であるが、通常、プレス機等を利用して加熱圧縮する方法が挙げられる。加熱圧縮条件は、適宜選択することができるが、圧延物に対して面内均一に圧力をかけることが好ましい。
【0094】
樹脂層形成工程は、複合材料の片面又は両面に、熱可塑性樹脂を含む樹脂を形成する工程であるが、樹脂層の形成は、プレス機等で熱可塑性樹脂を含む樹脂フィルムを複合材料に加熱加圧して貼着する方法が挙げられる。熱可塑性樹脂を含む樹脂フィルムを加熱加圧することによって、複合材料に熱可塑性樹脂が浸透し、導体層等の剥がれを効果的に抑制できるとともに、複合材料として良好な比誘電率等を確保できる。
熱可塑性樹脂を含む樹脂フィルムの厚みは、通常0.050μm以上、好ましくは0.10μm以上、より好ましくは0.40μm以上、さらに好ましくは1.0μm以上、特に好ましくは1.5μm以上であり、通常30μm以下、好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは8.0μm以下、特に好ましくは6.0μm以下、最も好ましくは5.0μm以下である。
【0095】
樹脂層形成工程における圧力は、通常0.01MPa以上、好ましくは0.10MPa以上、より好ましくは0.50MPa以上、さらに好ましくは0.80MPa以上、特に好ましくは1.00MPa以上であり、通常50MPa以下、好ましくは40MPa以下、より好ましくは30MPa以下、さらに好ましくは20MPa以下、特に好ましくは10MPa以下である。前記範囲内であると、導体層等の剥がれを効果的に抑制できるとともに、複合材料として良好な比誘電率等を確保できる。
【0096】
樹脂層形成工程における温度は、通常250℃以上、好ましくは280℃以上、より好ましくは300℃以上、さらに好ましくは320℃以上、特に好ましくは340℃以上であり、通常500℃以下、好ましくは480℃以下、より好ましくは460℃以下、さらに好ましくは440℃以下、特に好ましくは420℃以下である。前記範囲内であると、導体層等の剥がれを効果的に抑制できるとともに、複合材料として良好な比誘電率等を確保できる。
【0097】
樹脂層形成工程における加熱加圧時間は、通常1秒間以上、好ましくは30秒間以上、より好ましくは1分間以上、さらに好ましくは2分間以上、特に好ましくは3分間以上であり、通常180分間以下、好ましくは120分間以下、より好ましくは60分間以下、さらに好ましくは30分間以下、特に好ましくは20分間以下である。前記範囲内であると、導体層等の剥がれを効果的に抑制できるとともに、複合材料として良好な比誘電率等を確保できる。
【0098】
樹脂層形成工程に使用する装置としては、プレス機、熱ロールラミネート機、ベルトプレス機等が挙げられる。
【0099】
導体層形成工程は、前記複合材料の片面又は両面に、導体層を形成する工程であるが、導体層の形成方法としては、スパッタリング、メッキ、金属箔の加圧接着、ラミネート法等が挙げられる。
【0100】
パターニング工程は、導体層をパターニング処理する工程であるが、パターニング処理方法としては、フォトレジスト等を用いたアディティブ(Additive)法、エッチングによるサブトラクティブ(Subtractive)法等が挙げられる。
【0101】
複合材料の樹脂が熱硬化性樹脂の場合、下記の充填剤準備工程、混合工程、成形工程、及び硬化工程を含む複合材料の製造方法(以下、「複合材料の製造方法」と略す場合がある。)が好ましい。
・充填剤を準備する充填剤準備工程(以下、「充填剤準備工程」と略す場合がある。)。
・前記熱硬化性樹脂、前記充填剤、硬化促進剤を混合して前駆体組成物を得る混合工程(以下、「混合工程」と略す場合がある。)。
・前記前駆体組成物を成形して板状の硬化前複合材料を得る成形工程(以下、「成形工程」と略す場合がある。)。
・前記被成形物を硬化して複合材料を得る硬化工程(以下、「硬化工程」と略す場合がある。)。
・前記複合材料の片面又は両面に、導体層を形成する導体層形成工程(以下、「導体層形成工程」と略す場合がある。)。
・前記導体層をパターニング処理するパターニング工程(以下、「パターニング工程」と略す場合がある。)。
以下、複合材料の樹脂が熱硬化性樹脂の場合の「充填剤準備工程」、「混合工程」、「成形工程」、「硬化工程」、「導体層形成工程」、「パターニング工程」等について詳細に説明する。
【0102】
充填剤準備工程は、充填剤を準備する工程であるが、充填剤(無機微粒子凝集体を含む。)は入手しても、自ら製造してもよい。準備する充填剤の造粒物(二次粒子以降の粒子)のメジアン径d50は、通常0.1μm以上、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは3μm以上であり、通常500μm以下、好ましくは200μm以下、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは50μm以下、特に好ましくは20μm以下である。充填剤の造粒物の粒子径は、日本産業規格JIS Z 8825:2001に準拠した方法により決定することができる。
また、充填剤は、前述の表面修飾剤で表面が修飾されることが好ましい。
【0103】
混合工程は、加熱した熱硬化性樹脂に充填剤を加えて、撹拌した後に硬化促進剤を添加することが好ましい。熱硬化性樹脂の加熱温度としては、通常40℃以上、好ましくは50℃以上、より好ましくは60℃以上、さらに好ましくは70℃以上であり、通常120℃以下、好ましくは110℃以下、より好ましくは100℃以下、さらに好ましくは95℃以下、特に好ましくは90℃以下である。また、熱硬化性樹脂に充填剤を加える際は、撹拌器等で撹拌しながら徐々に滴下することが望ましく、回転速度(周速)としては、通常0.2m/sec以上、好ましくは0.5m/sec以上、より好ましくは1m/sec以上、さらに好ましくは1.5m/sec以上であり、通常30m/sec以下、好ましくは25m/sec以下、より好ましくは20m/sec以下、さらに好ましくは15m/sec以下、特に好ましくは10m/sec以下である。撹拌の時間としては、通常10分間以上、好ましくは30分間以上、より好ましくは45分間以上、さらに好ましくは60分間以上であり、通常240分間以下、好ましくは210分間以下、より好ましくは180分間以下、さらに好ましくは150分間以下、特に好ましくは120分間以下である。前記の範囲内であると、樹脂と充填剤を均一に分散させやすくなり、複合材料を複数の領域に分割したときの密度の標準偏差を低く抑えやすくなる。前記熱硬化性樹脂と充填剤の混合物に対し硬化促進剤を徐々に添加する際に撹拌器等で撹拌しながら徐々に滴下することが望ましく、回転速度(周速)としては、通常0.2m/sec以上、好ましくは0.5m/sec以上、より好ましくは1m/sec以上、さらに好ましくは1.5m/sec以上であり、通常30m/sec以下、好ましくは25m/sec以下、より好ましくは20m/sec以下、さらに好ましくは15m/sec以下、特に好ましくは10m/sec以下である。撹拌の時間としては、通常5分間以上、好ましくは10分間以上、より好ましくは15分間以上、さらに好ましくは20分間以上であり、通常120分間以下、好ましくは60分間以下、より好ましくは50分間以下、さらに好ましくは40分間以下、特に好ましくは30分間以下である。
【0104】
成形工程は、前記前駆体組成物をCu箔の片面又は両面にシート状に成形する工程であり、所定の厚みと形状を得られる成形手法であれば特に成形方法は限定されない。通常の塗工方式としては、スロットダイ塗工、グラビア塗工、バー塗工、含侵塗工が挙げられるが、特にバー塗工や通常の塗工方式にドクターブレードなどの成形物の表面の凹凸を軽減する手法を加えることで、複合材料を複数の領域に分割したときの密度の標準偏差を低く抑えやすくなる。
【0105】
硬化工程は、Cu箔の片面又は両面に成形した前記前駆体組成物を硬化させる工程であり、通常、(硬化促進剤)に前述したように熱や紫外線によって化学反応が促進するため、選択した熱硬化性樹脂と硬化促進剤の種類によって硬化させる手法と条件を選択することができる。紫外線硬化タイプでは、紫外線を照射した後に加熱によるアニール処理を行うことで硬化反応を促進することができる。熱硬化タイプの場合、紫外線照射工程を除きアニール処理のみで硬化を促進することができる。アニール処理では、通常前駆体組成物に熱が加われば特に処理手法は限定されないが、複合物の表面凹凸を低減させるためには熱プレスを用いて面内に均一な加圧を行うことが好ましい。
【0106】
導体層形成工程は、前記複合材料の片面又は両面に、導体層を形成する工程であるが、導体層の形成方法としては、スパッタリング、メッキ、金属箔の加圧接着、ラミネート法等が挙げられる。
【0107】
パターニング工程は、導体層をパターニング処理する工程であるが、パターニング処理方法としては、フォトレジスト等を用いたアディティブ(Additive)法、エッチングによるサブトラクティブ(Subtractive)法等が挙げられる。
【実施例
【0108】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【0109】
<実施例1>
樹脂としてフッ素系樹脂であるポリテトラフルオロエチレン(以下、「PTFE」と略す場合がある。)を、充填剤として疎水性フュームドシリカ(以下、「フュームドシリカ」と略す場合がある。)を採用した。樹脂の前処理として、PTFE(ダイキン社製、品番「ポリフロンPTFE F-104」、平均粒子径:768μm)とドライアイスペレット(1×1×3mm)を1:3(質量比)になるように調整し、機械式連続粉砕ミル(周速:100m/sec、時間:1秒間)で粉砕して、平均粒子径114μmのPTFE粉末を作製した(平均粒子径は、日本産業規格JIS Z 8825:2001に準拠した方法により決定される数値。)。フュームドシリカ(日本アエロジル社製、品番「NY50」、BET:比表面積30m2/g、見かけ比重:60g/L、一次粒子の平均粒子径:30nm、造粒物の平均粒子径:5μm)を、前処理したPTFEとフュームドシリカが40:60(質量比)になるように調整し、高速流動型ミキサ(周速:18m/sec、時間:10分間)で混合した。この混合物に対して、揮発性添加剤であるドデカンを40質量%(全体に対して)となるように添加し、パドル型ミキサ(周速:9m/sec、温度:24℃、時間:1分間)で混合した。得られたペーストをフィッシュテール押出しダイスし成形機にてシート厚み2mm、幅40mm、任意長さの、長方形母シート(シート状成形体)を得た。なお、この母シートは複数枚作製した。
【0110】
2枚の母シートの圧延方向を揃えて重ね合わせ、シート面は平行のまま先の圧延方向に圧延して、第2の圧延積層シートを作製した。第2の圧延積層シートを複数枚作製した。さらに、4枚の第2の圧延積層シートを重ね合わせて積層し、第3の圧延積層シートを作製した。このように、シートを積層し圧延する工程を、母シートの積層圧延から数えて合計4回繰り返した後、上記圧延ロール間のギャップを0.5mmずつ狭めて複数回圧延し、厚み約160μmのシートを得た(構成層数128層)。次に、得られた圧延積層シートを150℃で20分間加熱して、揮発性添加剤を除去し、実施例1の複合材料を作製した。
【0111】
次に、Fluon(登録商標)PTFEディスパージョンAD939E(旭硝子社製、固形分:60質量%、平均粒子径:39μm)をポリイミドキャリア上片面にWET厚(未乾燥時塗膜厚み)が4μmになるようにディップコーティング塗工し、150℃で5分間、380℃で5分間加熱することで樹脂層となる樹脂フィルムを作製した。導体層となるCu箔(JX金属社製、品番「BHFX-HS-92F」、厚み:18μm、最大高さRz:0.75μm)を準備し、樹脂フィルムとCu箔を積層して、プレス機で圧力6MPa、温度360℃、10分間加圧することで樹脂導体シートを作製した。この樹脂導体シートと前述の複合材料を積層し、360℃、10分間、6MPaで加圧成形して実施例1の複合材料を使用した銅層付き基板を得た。最終的な厚み(基板(複合材料)+銅層(導体層))は、約162μmとなった。
【0112】
<実施例2>
Fluon(登録商標)PTFEディスパージョンAD939E(旭硝子社製、固形分:60質量%、平均粒子径:39μm)とフュームドシリカ(日本アエロジル社製、品番「NY50」、BET比表面積:30m2/g、見かけ比重:60g/L、一次粒子の平均粒子径:30nm、液体中造粒物の平均粒子径:17μm)を、PTFEとフュームドシリカとが40:60(質量比)になるように調整し、これらを、フュームドシリカの質量の10倍になるメタノール水溶液(メタノール濃度:60質量%)中に投入して、ホモジナイザー(周速:30m/sec、温度:25℃、時間:1分間)で分散させた。得られたゲル状のPTFE・フュームドシリカ分散液を150℃で3時間乾燥し、得られた粉体に対し、実施例1と同様の手法によって揮発性添加剤であるドデカンを添加し、圧延、プレスを行うことで、実施例2の複合材料を得た。次に実施例1と同様の手法によって樹脂導体シートを積層し、実施例2の複合材料を使用した銅層付き基板を得た。最終的な厚み(基板(複合材料)+銅層(導体層))は、約169μmとなった。
【0113】
<実施例3>
樹脂の前処理として、PTFE(ダイキン社製、品番「ポリフロンPTFE F-104」、平均粒子径:768μm)とドライアイスペレット(1×1×3mm)を3:1(質量比)になるように調整し、機械式連続粉砕ミル(周速:100m/sec、時間:1秒間)で粉砕して、平均粒子径249μmのPTFE粉末を作製した。フュームドシリカ(日本アエロジル社製、品番「NY50」、BET比表面積:30m2/g、見かけ比重:60g/L、一次粒子の平均粒子径:30nm、造粒物の平均粒子径:5μm)を、前処理したPTFEとフュームドシリカが40:60(質量比)になるように調整し、高速流動型ミキサ(周速:18m/sec、時間:10分間)で混合した。得られた混合粉体に対し、実施例1と同様の手法によって揮発性添加剤であるドデカンを添加し、圧延、プレスを行うことで、実施例3の複合材料を得た。次に実施例1と同様の手法によって樹脂導体シートを積層し、実施例3の複合材料を使用した銅層付き基板を得た。最終的な厚み(基板(複合材料)+銅層(導体層))は、約169μmとなった。
【0114】
<実施例4>
樹脂の前処理として、実施例1と同様の手法で平均粒子径114μmのPTFE粉末を作製した。フュームドシリカ(日本アエロジル社製、品番「NY50」、BET比表面積:30m2/g、見かけ比重:60g/L、一次粒子の平均粒子径:30nm、造粒物の平均粒子径:5μm)と溶融シリカ(デンカ社製、品番「SFP-130MC」、BET比表面積:6m2/g、見かけ比重:200g/L、一次粒子の平均粒子径:600nm、造粒物の平均粒子径:10μm)を45:55(質量比)になるように調整し、高速流動型ミキサ(周速:18m/sec、時間:1分間)で混合し、混合粉体(BET比表面積:18m2/g、見かけ比重:130g/L、一次粒子の平均粒子径:320nm、造粒物の平均粒子径:8μm)を作製した。混合粉体と前処理を施したPTFE粉末を62:38になるように調整し、高速流動型ミキサ(周速:18m/sec、時間:1分間)で混合した。この混合物に対して、揮発性添加剤であるドデカンを40質量%(全体に対して)となるように添加し、パドル型ミキサ(周速:9m/sec、温度:24℃、時間:1分間)で混合した。得られたペーストをフィッシュテール押出しダイスし成形機にてシート厚み2mm、幅40mm、任意長さの、長方形母シート(シート状成形体)を得た。なお、この母シートは複数枚作製した。後の工程としては実施例1と同様の手法で銅層付き基板を作製した。最終的な厚み(基板(複合材料)+銅層(導体層))は、約163μmとなった。
【0115】
<実施例5>
液状のエポキシ樹脂(三菱ケミカル社製、jER828)とフュームドシリカ(日本アエロジル社製、品番「NY50」、BET比表面積:30m2/g、見かけ比重:60g/L、一次粒子の平均粒子径:30nm、造粒物の平均粒子径:5μm)を80:20(質量比)になるように計量し、液状エポキシ樹脂を小型ディスパー装置(プライミクス社製、ラボリューション、ホモディスパー2.5型、周速:1.5m/sec、時間:90分間)で80℃に加熱した状態で撹拌し、フュームドシリカを徐々に添加した。フュームドシリカ添加後、硬化促進剤(サンアプロ社製、CPI-101A)と液状エポキシ樹脂が2:100(質量比)になるように添加し、小型ディスパー装置(プライミクス社製、ラボリューション、ホモディスパー2.5型、周速:1.5m/sec、時間:30分間)で撹拌した。導体層となるCu箔(JX金属社製、品番「BHFX-HS-92F」、厚み18μm、最大高さRz:0.75μm)上に、アプリケーター(井元製作所社製、簡易アプリケーター3400)を用いてアプリケーターのギャップが0.5mmとなるように調整して塗工を行い、UV照射装置(HOYA CANDEO OPTRONICS社製、H-300AH4-V1-NI1、発光波長365nm、露光量1000mJ/cm2)にて紫外線照射を行った後に140℃、0.1MPa、60分間の熱プレスでアニール処理を行った。Cu箔と逆側の面に、NiCr5nmとCu200nmをスパッタ処理にて形成した後に、電解めっきにより18μmのCu層を形成することで、銅層付き基板を作製した。最終的な厚み(基板(複合材料)+銅層(導体層))は、約153μmとなった。
【0116】
<比較例1>
フッ素系樹脂としてポリテトラフルオロエチレン(ダイキン社製、品番「ポリフロンPTFE F-104」、平均粒子径768μm)と充填剤として疎水性フュームドシリカ(日本アエロジル社製、品番「NY50」、BET比表面積30m2/g、見かけ比重60g/L、一次粒子の平均粒子径30nm、造粒物の平均粒子径:5μm)を、フュームドシリカと粉砕PTFEとが60:40(質量比)の割合になるように高速流動型ミキサ(周速:14m/sec、時間:10分間)で混合した。得られた混合粉体に対し、実施例1と同様の手法にて揮発性添加剤であるドデカンを添加、圧延、プレスを行うことで比較例1の複合材料を得た。次に実施例1と同様の手法によって樹脂導体シートを積層し、比較例1の複合材料を使用した銅層付き基板を得た。最終的な厚み(基板(複合材料)+銅層(導体層))は、約166μmとなった。
【0117】
<比較例2>
比較例2の複合材料として、市販回路基板材料(ROGERS社製、品番「RO3003」、厚み:129μm、基板(複合材料)+銅層(導体層)の厚み:167μm)を使用した。なお、比較例2の複合材料は、米国特許第5922453号に記載されているように、シリカとチタニアが含まれた構成となっており、シリカの含有量は53.5体積%、チタニアの含有量は2体積%、PTFEの含有量は44.5体積%であることが確認された。
【0118】
<比較例3>
比較例3の複合材料として、市販回路基板材料(PANASONIC社製、品番「R-1766」、厚み:224μm、基板(複合材料)+銅層(導体層)の厚み:260μm)を使用した。なお、比較例3の複合材料は、ガラスクロスとエポキシ樹脂硬化物が含まれた構成となっていることが確認された。
【0119】
<比誘電率の測定>
測定周波数を10GHzとし、空洞共振器摂動法(IEC 62562に準拠した手法)により複素誘電率を測定し、その実数部(εr')を比誘電率とした。比誘電率測定装置(アジレント・テクノロジー社製、型番「ネットワークアナライザ N5230C」、及び関東電子応用開発社製、型番「空洞共振器10GHz」)を用い、各シート(300mm×480mm)から短冊状の評価用サンプル(サンプルサイズ幅2mm×長さ50mm)15枚切り出して、比誘電率の平均値、標準偏差、ばらつき値〔比誘電率値群の、最大値、最小値、及び平均値を、式((最大値-最小値)/平均値×100)に代入して算出される数値〕のそれぞれを算出した。結果を表1と表2に示す。
【0120】
<密度の測定>
前述の「比誘電率の測定」で使用した15枚の短冊状の評価用サンプル(幅2mm×長さ50mm)を空洞共振器に挿入した方の先端から20mm切り出し、投影機(ミツトヨ社製、型番「PJ-H30」、設定倍率10倍)を用いて幅及び長さ方向の寸法を測定した。評価用サンプルの端部の判断は、透過法で測定することで容易に判断できる。評価用サンプルの厚みをダイヤルゲージ(ミツトヨ社製、543シリーズABSソーラ式デジマチックインジケータID-SS)を用いて測定し、電子天秤(島津製作所社製、AUW220D、測定環境温度25℃、最小表示単位0.01mg)を用いて15枚の評価用サンプルの質量を測定して、下記式に代入することにより密度を算出した。結果を表1と表2に示す。
密度[g/cm3]=サンプルの質量[g]÷(サンプルの表面積[cm3]×厚み[cm])
【0121】
<複合材料の厚み>
複合材料の厚みとしては、前述の「密度の測定」のダイヤルゲージ(ミツトヨ社製、543シリーズABSソーラ式デジマチックインジケータID-SS)を用いた厚み測定の結果を複合材料の厚みとした。
【0122】
<充填剤・補強材含有量の測定>
前述の「密度の測定」で評価を行った評価用サンプルをTG-DTA(BRUKER社製、2000SA)で、窒素雰囲気下、昇温速度20℃/min、900℃まで昇温し、質量減少を評価した。質量減少分を樹脂の質量、残存した成分の質量を充填剤質量として、下記式に代入することにより充填剤含有量を算出した。結果を表1と表2に示す。
充填剤含有量[質量%]=(残存した成分の質量[g]÷初期の質量[g])×100
なお、補強材含有量も上記充填剤含有量の測定方法を準用できる。充填剤及び補強材の双方を含む場合に上記式で算出される含有量は、充填剤及び補強材の含有量である。
【0123】
<気孔率の計算>
前述の「密度の測定」より求めた評価用サンプルのかさ密度と、前述の「充填剤含有量の測定」で算出した充填剤含有量より算出された真密度と空気の密度とを、下記式に代入することにより気孔率を算出した。シリカの密度としては、2.2[g/cm3]、PTFEの密度としては2.1[g/cm3]、チタニアの密度としては、4.0[g/cm3]、ガラスクロスの密度としては2.4[g/cm3]、エポキシ樹脂の密度としては1.13[g/cm3]を用いて計算を行った。結果を表1と表2に示す。
気孔率[体積%]
=(かさ密度[g/cm3]-真密度[g/cm3])÷(かさ密度[g/cm3]-空気の密度[g/cm3])×100
真密度[g/cm3
=充填剤の質量%×充填剤密度[g/cm3]+樹脂の質量%×樹脂密度[g/cm3
【0124】
<Z軸の熱膨張係数の測定>
Z軸方向の熱膨張係数の測定は、レーザー干渉法(アルバック理工社製、レーザー熱膨張計LIX-1型、測定温度域:-50~200℃、昇温速度:2℃/min、雰囲気:He、負荷荷重:17g)により評価した。熱膨張係数は、日本産業規格JIS R3251-1990に準拠した式から算出し、-50℃から200℃までの熱膨張係数の平均値を採用した。結果を表1と表2に示す。
【0125】
図5はリング共振器パターン、図6は測定端子との接触部のパターンを示す図である。
【0126】
<リング共振器の形成>
実施例1の複合材料を使用した銅層付き基板と比較例2の複合材料を使用した銅層付き基板のそれぞれに対して、サブトラクティブ法によりリング共振器パターンを形成した(図5参照)。メッキ厚みを17μmとし、サンプル(300mm×480mm)上にリング共振器パターンを均等に15個形成し、中央部にTRL(Through-Reflect-Line)標準器を形成した。回路加工の精度としては、日本産業規格JIS C 5014:1994に準拠した加工精度で回路加工を実施した。リング共振器の設計値としては、60GHzにて共振周波数ピークが得られるように、サンプルの比誘電率、複合材料の厚み及び金属層の厚みから、下記式に代入することによりリング共振器の半径を決定した。リング共振器の半径とは、0.2mm幅を持つリング共振器の中心地点からリング共振器の線幅の中心までの距離を示し、マイクロストリップラインの長さは10mmとし、マイクロストリップラインの幅は日本産業規格JIS C 5402-23-4:2006に準拠した手法で50Ω終端でのTDR(Time Domain Reflectometry:時間領域反射)測定を実施して決定した。結果を表1と表2に示す。
リング共振器の半径[mm]=3.14×108[m/sec]÷(2×π×60[GHz]×√実効誘電率)
実効誘電率
=(比誘電率+1)÷2+((比誘電率-1)÷2)×(1÷√(1+12×複合材料の厚み[mm]÷パターン線幅[mm]))
【0127】
<共振周波数の測定>
共振周波数の測定は、シート(300mm×480mm)上にリング共振器パターンを均等に15個形成し、ネットワークアナライザ(キーサイト・テクノロジー社製、N5227A PNA Microwave Network Analyzer、周波数:0~67GHz)と評価用プローブ(Cascade Microtech社製、ACP65-GSG 150、パッドピッチ:150μm)を用いて15個すべてのパターンの共振点を測定した。評価用プローブと評価用サンプルとの接触の校正についてはTRL標準器を用いて、評価用プローブの校正を実施し、シート上のリング共振器のSパラメータ測定(S21)を測定した。共振周波数ピークは、IPC-TM-650 2.5.5.5に準拠した手法で決定した。測定した共振周波数ピークの内、最大値と最小値の差を共振周波数ばらつきとし採用した。結果を表1と表2に示す。なお、表1と表2中の「実測値」は、前記の方法で決定した実際の共振周波数ばらつき値を、表1と表2中の「理論値」は、実施例1と比較例2の密度の標準偏差と共振周波数ばらつき(実測値)の関係から算出した理論値を意味する(実施例1と比較例2のプロットを直線で結び、密度の標準偏差値をその直線にプロットして共振周波数ばらつきの理論値を算出する。)。
共振周波数ばらつき[GHz]=共振周波数ピークの最大値[GHz]-共振周波数ピークの最小値[GHz]
【0128】
【表1】
【0129】
【表2】
【0130】
表1と表2に記載の結果から明らかなように、比較例2と比較例3の市販回路基板材料は、密度の標準偏差が0.027よりも大きく、共振周波数のばらつきも大きいことが確認できる。なお、比較例2の複合材料は、充填剤の含有量の標準偏差が低い値を示しているのにも関わらず、密度の標準偏差が大きくなってしまう傾向にある。その原因としては、複合材料に含まれるシリカやPTFEに比べて、チタニアの密度が非常に高く、チタニアが偏在することによって、密度の分布にむらが生じやすいものと考えられる。また、比較例3の複合材料も同様であり、補強材の含有量が大きいため、気孔等が偏在化してしまうことによる影響と考えられる。
【産業上の利用可能性】
【0131】
本発明の一態様である複合材料は、携帯電話、コンピュータ等の回路基板、ミリ波レーダー用のマイクロストリップパッチアンテナの基板等として利用することができる。
【0132】
上記実施例においては、本発明における具体的な形態について示したが、上記実施例は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。当業者に明らかな様々な変形は、本発明の範囲内であることが企図されている。
【符号の説明】
【0133】
1 マイクロストリップパッチアンテナ
2 基板
3 アンテナ素子(パッチ)
4 電波
5 基板の一領域
6 共振リングパターン
7 マイクロストリップライン
8 プローブ接触パターン
9 スルーホール
10 シグナル端子パッド
11 マイクロストリップライン接続パターン
12 グランド端子パッド
図1
図2
図3
図4
図5
図6