CN102113065A - 绝缘片以及叠层结构体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种绝缘片,其在未固化状态下的操作性优异,且可以得到绝缘击穿特性、导热性、耐热性、耐酸性以及加工性的固化物。所述绝缘片包含:具有芳香族骨架且重均分子量为10,000以上的聚合物(A);重均分子量小于10,000的环氧树脂(B1)及重均分子量小于10,000的氧杂环丁烷树脂(B2)中的至少一种树脂(B);固化剂(C);以及,化学式MgCO3表示的不含结晶水的碳酸镁无水盐(D1)、及该碳酸镁无水盐(D1)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆而成的包覆体(D2)中的至少一种物质(D)。
Description
技术领域
本发明涉及用于将导热率为10W/m·K以上的导热体粘结在导电层上的绝缘片,更为详细地讲,涉及在未固化状态下的操作性优异、且可以得到绝缘击穿特性、导热性、耐热性、耐酸性以及加工性优异的固化物的绝缘片,以及使用该绝缘片的叠层结构体。
背景技术
近年来,电子设备的小型化以及高性能化迅猛发展。与此相伴,电子部件的安装密度提高,而且对于散发从电子部件产生的热量的要求也不断提高。作为使热量散发的方法,广泛采用将具有高散热性、且导热率10W/m·K以上的铝等导热体粘结在发热源上的方法。另外,为了将该导热体粘结在发热源上,使用了具有绝缘性的绝缘粘结材料。对于绝缘粘结材料而言,强烈要求其具有高导热率。
作为上述绝缘粘结材料的一个例子,下述专利文献1公开了一种绝缘粘结片,其是将粘结剂组合物含浸在玻璃布中而制成的,所述粘结剂组合物包含环氧树脂、环氧树脂用固化剂、固化促进剂、弹性体以及无机填充剂。
还已知不使用玻璃布的绝缘粘结材料。例如,下述专利文献2的实施例中公开了一种绝缘粘结剂,其含有双酚A型环氧树脂、苯氧树脂、苯酚酚醛清漆、1-氰乙基-2-苯基咪唑、γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷以及氧化铝。其中,作为环氧树脂的固化剂,可以列举:叔胺、酸酐、咪唑化合物、多酚树脂(polyphenol resin,ポリフエノ一ル樹脂)以及掩蔽异氰酸酯(maskisocyanate)等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-342238号公报
专利文献2:日本特开平8-332696号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1记载的绝缘粘结片中,为了提高操作性,使用了玻璃布。就包含玻璃布的绝缘粘结片而言,薄膜化非常困难,且激光加工或钻孔(ドリル穴開け)加工等各种加工较困难。另外,含有玻璃布的绝缘粘结片的固化物的导热率比较低,有时无法得到充分的散热性。另外,为了使玻璃布中含浸粘结剂组合物,必须准备特殊的含浸设备。
在专利文献2记载的绝缘粘结剂中,由于未使用玻璃布,不会产生上述各种问题。但是,该绝缘粘结剂并不是在未固化状态下其本身具有自立性(自立性)的片。因此,绝缘粘结剂的操作性低。
本发明的目的在于提供一种绝缘片、以及使用该绝缘片的叠层结构体,所述绝缘片用于将导热率为10W/m·K以上的导热体粘结在导电层上,且在未固化状态下的操作性优异,可以得到绝缘击穿特性、导热性、耐热性以及加工性优异的固化物。
解决问题的方法
按照本发明,提供一种绝缘片,其用于将导热率为10W/m·K以上的导热体粘结在导电层上,该绝缘片包含:重均分子量为10,000以上的聚合物(A);重均分子量小于10,000的环氧树脂(B1)以及重均分子量小于10,000的氧杂环丁烷树脂(B2)中的至少一种树脂(B);固化剂(C);以及化学式MgCO3表示的不含结晶水的碳酸镁无水盐(D1)、及该碳酸镁无水盐(D1)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆而成的包覆体(D2)中的至少一种物质(D)。
作为本发明的绝缘片的某一特定方式,其还含有上述物质(D)以外的无机填料(G)。
作为本发明的绝缘片的其他特定方式,上述无机填料(G)是选自氧化铝、二氧化硅、氮化硼、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化锌、氧化镁、滑石、云母及水滑石中的至少一种。
作为本发明的绝缘片的其他特定方式,上述聚合物(A)为具有芳香族骨架且重均分子量为30,000以上的聚合物。
作为本发明的绝缘片的其他特定方式,上述固化剂(C)为酚醛树脂、具有芳香族骨架或脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物。
作为本发明的绝缘片的其他特定方式,上述树脂(B)含有环氧单体(B1b)及氧杂环丁烷单体(B2b)中的至少一种单体,所述环氧单体(B1b)具有芳香族骨架且重均分子量为600以下,所述氧杂环丁烷单体(B2b)具有芳香族骨架且重均分子量为600以下。
作为本发明的绝缘片的其他特定方式,在含有上述聚合物(A)、上述树脂(B)和上述固化剂(C)的绝缘片中的树脂成分总量100重量%中,上述聚合物(A)的含量在20~60重量%的范围内、上述树脂(B)的含量为10~60重量%的范围内、且上述聚合物(A)和上述树脂(B)的总量小于100重量%,并且,该绝缘片在未固化状态下的玻璃化转变温度为25℃以下。
作为本发明的绝缘片的其他特定方式,上述物质(D)为化学式MgCO3表示的不含结晶水的球状碳酸镁无水盐(D1d1)、及该球状碳酸镁无水盐(D1d1)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆的包覆体(D2d1)中的至少一种物质(Dd1)。
作为本发明的绝缘片的其他特定方式,上述物质(D)为化学式MgCO3表示的不含结晶水的近似多面体状的碳酸镁无水盐(D1d2)、以及该近似多面体状的碳酸镁无水盐(D1d2)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆的包覆体(D2d2)中的至少一种物质(Dd2),并且,该组合物还含有上述物质(D)以外的无机填料(G),且该无机填料(G)为板状填料。
优选上述物质(Dd2)的平均粒径在0.1~40μm的范围内,上述板状填料的平均长径在0.1~10μm的范围内。优选上述物质(Dd2)与上述板状填料的含量以体积比计为70∶30~99∶1,上述物质(Dd2)和上述板状填料的总含量为60~90体积%。优选上述板状填料为氧化铝及氮化硼中的至少一种。通过将满足上述形状、大小或种类等的物质(Dd2)与板状填料加以组合,可以有效提高绝缘片的固化物的散热性。
作为本发明的绝缘片的其他特定方式,其还含有分散剂(F),所述分散剂(F)具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团。优选分散剂(F)中上述含有能够形成氢键的氢原子的官能团的pKa在2~10的范围内。通过使用这样的分散剂(F),可以进一步提高绝缘片的固化物的导热性以及绝缘击穿特性。
上述聚合物(A)优选具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团。聚合物(A)中上述含有能够形成氢键的氢原子的官能团优选选自磷酸基、羧基及磺酸基中的至少一种。通过使用这样的聚合物(A),可以进一步提高绝缘片的固化物的绝缘击穿特性以及导热性。
优选上述聚合物(A)为苯氧树脂。通过使用苯氧树脂,可以进一步提高绝缘片的固化物的耐热性。另外,优选上述苯氧树脂的玻璃化转变温度为95℃以上。此时,可以进一步抑制树脂的热劣化。
优选上述固化剂(C)为具有多脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物、或具有由萜烯类化合物和马来酸酐经加成反应而形成的脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物。另外,优选上述固化剂(C)为下述式(1)~(3)中任意化学式表示的酸酐。通过使用这些优选的固化剂(C),可以进一步提高绝缘片的柔软性、耐湿性或粘结性。
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
上述式(3)中,R1以及R2分别表示氢、碳原子数1~5的烷基或羟基。
优选上述固化剂(C)为具有蜜胺骨架或三嗪骨架的酚醛树脂、或具有烯丙基的酚醛树脂。通过使用这些优选的固化剂(C),可以进一步提高绝缘片的固化物的片材柔软性及阻燃性。
优选上述树脂(B)的羟基当量为6,000以上。此时,可以进一步提高未固化状态的绝缘片的操作性。另外,即使在贮存时发生固化,在处理时绝缘片也不至于发生断裂,可以提高未固化状态的绝缘片的贮存稳定性。
作为本发明的绝缘片的其他特定方式,未固化状态的绝缘片的玻璃化转变温度为25℃以下;未固化状态的绝缘片在25℃的弯曲弹性模量在10~1,000MPa的范围内,且绝缘片发生固化时,绝缘片的固化物在25℃的弯曲弹性模量在1,000~50,000MPa的范围内;使用旋转型动态粘弹性测定装置测定的25℃下的未固化状态的绝缘片的tanδ在0.1~1.0的范围内,并且,将未固化状态的绝缘片从25℃升温到250℃时,绝缘片的tanδ的最大值在1.0~5.0的范围内。
本发明的叠层结构体包括:导热率为10W/m·K以上的导热体、叠层在上述导热体至少一面的绝缘层、及叠层在上述绝缘层的与叠层有上述导热体的一面相反侧的面上的导电层,其中,上述绝缘层通过使按照本发明构成的绝缘片发生固化而形成。
就本发明的叠层结构体而言,优选上述导热体为金属。
发明的效果
对于本发明的绝缘片而言,由于其中含有上述(A)~(D)成分,因此,可以提高未固化状态的绝缘片的操作性。另外,可以提高将本发明的绝缘片固化而形成的固化物的绝缘击穿特性、导热性、耐热性、耐酸性及加工性。
对于本发明的叠层结构体而言,在导热率为10W/m·K以上的导热体的至少一面上隔着绝缘层叠层有导电层,且所述绝缘层通过将按照本发明构成的绝缘片固化而形成,因此,来自导电层侧的热量容易通过绝缘层传导至上述导热体。因此,可以通过该导热体有效地散发热量。
附图说明
[图1]图1为局部剖切正面剖面图,其示意性地示出本发明的一个实施方式的叠层结构体。
符号说明
1...叠层结构体
2...导热体
2a...一个面
2b...另一个面
3...绝缘层
4...导电层
具体实施方式
本申请的发明人等发现:采用下述组合,可以提高未固化状态的绝缘片的操作性,且可以提高绝缘片的固化物的绝缘击穿特性、导热性、耐热性、耐酸性及加工性,所述组合包括:
重均分子量为10,000以上的聚合物(A)、
重均分子量小于10,000的环氧树脂(B1)及重均分子量小于10,000的氧杂环丁烷树脂(B2)中的至少一种树脂(B)、
固化剂(C)、以及
化学式MgCO3表示的不含结晶水的碳酸镁无水盐(D1)、及该碳酸镁无水盐(D1)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆的包覆体(D2)中的至少一种物质(D)。
另外,本申请发明人等发现:通过组合使用上述物质(D)和上述物质(D)以外的无机填料(G),可以确保高加工性,并且可以进一步提高绝缘片的固化物的导热性。
另外,本申请发明人等发现:当物质(D)为选自化学式MgCO3表示的不含结晶水的球状碳酸镁无水盐(D1d1)、及该球状碳酸镁无水盐(D1d1)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆的包覆体(D2d1)中的至少一种物质(Dd1)时,可以以高密度填充物质(Dd1),并且可以提高绝缘片的固化物的加工性。以高密度填充物质(Dd1)时,可以进一步提高绝缘片的固化物的散热性。
下面,对本发明进行详细说明。
本发明的绝缘片含有:具有芳香族骨架且重均分子量为10,000以上的聚合物(A);重均分子量小于10,000的环氧树脂(B1)及重均分子量小于10,000的氧杂环丁烷树脂(B2)中的至少一种树脂(B);固化剂(C);以及化学式MgCO3表示的不含结晶水的碳酸镁无水盐(D1)、及该碳酸镁无水盐(D1)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆而成的包覆体(D2)中的至少一种物质(D)。
(聚合物(A))
本发明的绝缘片中含有的上述聚合物(A)只要重均分子量为1万以上即可,没有特别限定。优选聚合物(A)具有芳香族骨架。聚合物(A)具有芳香族骨架时,只要是在整个聚合物中具有芳香族骨架即可,可以是在主链骨架内具有芳香族骨架,也可以是在侧链中具有芳香族骨架。优选聚合物(A)在主链骨架内具有芳香族骨架。此时,可以进一步提高绝缘片的固化物的耐热性。聚合物(A)可以仅使用1种,也可以组合2种以上使用。
上述芳香族骨架没有特别限定。作为上述芳香族骨架的具体例子,可以列举:萘骨架、芴骨架、联苯骨架、蒽骨架、芘骨架、呫吨骨架、金刚烷骨架或双酚A型骨架等。其中,优选联苯骨架或芴骨架。此时,可以进一步提高绝缘片的固化物的耐热性。
作为上述聚合物(A),可以使用热塑性树脂及热固性树脂等。
上述热塑性树脂及热固性树脂没有特别限定。作为上述热塑性树脂及热固性树脂,可以列举例如:聚苯硫醚、聚芳酯、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮或聚醚酮等热塑性树脂。另外,作为上述热塑性树脂及热固性树脂,可以使用热塑性聚酰亚胺、热固性聚酰亚胺、苯并嗪、或聚苯并唑和苯并嗪的反应物等被称为特种工程塑料(ス一パ一エンプラ)的耐热性树脂组等。上述热塑性树脂可以仅使用1种,也可以组合2种以上使用。上述热固性树脂可以仅使用1种,也可以组合2种以上使用。可以使用热塑性树脂及热固性树脂中的任意之一,也可以组合使用热塑性树脂和热固性树脂。
优选上述聚合物(A)为苯乙烯类聚合物、(甲基)丙烯酸类聚合物或苯氧树脂,更优选为苯氧树脂。此时,可以防止绝缘片的固化物的氧化劣化,而且可以进一步提高耐热性。
作为上述苯乙烯类聚合物,具体地,可以使用苯乙烯类单体的均聚物、或苯乙烯类单体与丙烯酸类单体形成的共聚物等。其中,优选具有苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯结构的苯乙烯类聚合物。
作为上述苯乙烯类单体,可以列举例如:苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯、对苯基苯乙烯、对氯苯乙烯、对乙基苯乙烯、对正丁基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、对正己基苯乙烯、对正辛基苯乙烯、对正壬基苯乙烯、对正癸基苯乙烯、对正十二烷基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯或3,4-二氯苯乙烯等。
作为上述丙烯酸类单体,可以列举例如:丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、β-羟基丙烯酸乙酯、γ-氨基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸硬脂酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯或甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯等。
具体而言,上述苯氧树脂可以是通过例如使表卤醇与二元酚化合物进行反应而得到的树脂、或者是2价的环氧化合物与二元酚化合物反应而得到的树脂。
上述苯氧树脂优选具有选自双酚A型骨架、双酚F型骨架、双酚A/F混合型骨架、萘骨架、芴骨架、联苯骨架、蒽骨架、芘骨架、呫吨骨架、金刚烷骨架及二环戊二烯骨架中的至少一种骨架。其中,上述苯氧树脂更优选具有选自双酚A型骨架、双酚F型骨架、双酚A/F混合型骨架、萘骨架、芴骨架及联苯骨架中的至少1种骨架,更加优选具有芴骨架及联苯骨架中至少之一。通过使用具有这些优选骨架的苯氧树脂,可以进一步提高绝缘片的固化物的耐热性。
上述苯氧树脂优选在主链中具有多环式芳香族骨架。另外,上述苯氧树脂更加优选在主链中具有下述式(4)~(9)表示的骨架中的至少一种骨架。
[化学式4]
上述式(4)中,R1可以相同,也可以不同,表示氢原子、碳原子数1~10的烃基或卤原子,X1为单键、碳原子数1~7的2价烃基、-O-、-S-、-SO2-或-CO-。
[化学式5]
上述式(5)中,R1a可以相同,也可以不同,表示氢原子、碳原子数1~10的烃基或卤原子,R2为氢原子、碳原子数1~10的烃基或卤原子,R3为氢原子或碳原子数1~10的烃基,m为整数0~5。
[化学式6]
上述式(6)中,R1b可以相同,也可以不同,表示氢原子、碳原子数1~10的烃基或卤原子,R4可以相同,也可以不同,表示氢原子、碳原子数1~10的烃基或卤原子,1为整数0~4。
[化学式7]
[化学式8]
上述式(8)中,R5及R6表示氢原子、碳原子数1~5的烷基或卤原子,X2表示-SO2-、-CH2-、-C(CH3)2-、或-O-,k表示0或1。
[化学式9]
作为上述聚合物(A),优选使用例如下述式(10)或下述式(11)表示的苯氧树脂。
[化学式10]
上述式(10)中,A1具有上述式(4)~(6)中任意之一表示的结构,且其构成为:上述式(4)表示的结构占0~60摩尔%、上述式(5)表示的结构占5~95摩尔%、以及上述式(6)表示的结构占5~95摩尔%,A2为氢原子或上述式(7)表示的基团,n1是以平均值计为25~500的数。
[化学式11]
上述式(11)中,A3具有上述式(8)或上述式(9)表示的结构,n2为至少21以上的值。
上述聚合物(A)的玻璃化转变温度Tg优选在60~200℃的范围内,更加优选在90~180℃的范围内。聚合物(A)的Tg过低时,树脂有时会发生热劣化。聚合物(A)的Tg过高时,聚合物(A)与其他树脂的相容性变差。其结果是:有可能使未固化状态的绝缘片的操作性以及绝缘片的固化物的耐热性降低。
上述聚合物(A)为苯氧树脂时,优选苯氧树脂的玻璃化转变温度Tg为95℃以上,更优选在110~200℃的范围内,进一步优选在110~180℃的范围内。苯氧树脂的Tg过低时,树脂有时发生热劣化。苯氧树脂的Tg过高时,苯氧树脂与其他树脂的相容性变差。其结果是:有可能使未固化状态的绝缘片的操作性、以及绝缘片的固化物的耐热性降低。
上述聚合物(A)优选具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团。具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团的聚合物与物质(D)或无机填料(G)的亲和性高。因此,可以提高物质(D)或无机填料(G)在绝缘片中的分散性、以及聚合物(A)与物质(D)或无机填料(G)的密合性。因此,不会在物质(D)或无机填料(G)与树脂层的界面上产生空隙等,从而可以进一步提高绝缘片的固化物的绝缘击穿特性及导热性。
作为上述聚合物(A)中的上述包含能够形成氢键的氢原子的官能团,可以列举例如:羟基(pKa=16)、磷酸基(pKa=7)、羧基(pKa=4)或磺酸基(pKa=2)等。
上述聚合物(A)中的上述含有能够形成氢键的氢原子的官能团优选选自羟基、磷酸基、羧基及磺酸基中的至少1种,更加优选磷酸酯、羧基以及磺酸基中的至少1种。通过使用具有这些优选的官能团的聚合物(A),可以进一步提高绝缘片的固化物的绝缘击穿特性及导热性。
由于能够进一步提高绝缘片的固化物的绝缘击穿特性及导热性,因此,优选聚合物(A)中的上述含有能够形成氢键的氢原子的官能团为羧基或磷酸基。
优选上述含有能够形成氢键的氢原子的官能团的pKa在2~10的范围内,更优选在3~9的范围内。pKa小于2时,聚合物(A)的酸度过高,容易促进树脂成分中的环氧成分及氧杂环丁烷成分的反应。由此,绝缘片以未固化状态贮存时,有时绝缘片的贮存稳定性不足。pKa超过10时,提高物质(D)或无机填料(G)在绝缘片中的分散性的效果不足。因此,有时难以充分提高绝缘片的固化物的绝缘击穿特性及导热性。
作为上述具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团的聚合物(A),可以列举例如:具有羧酸基、磺酸基、磷酸基或羟基等包含能够形成氢键的氢原子的官能团的聚合物等。作为得到这样的聚合物的方法,可以列举以下方法,例如,使具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团的单体与其他单体进行共聚的方法;在作为基体的主干聚合物上接枝共聚具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团的单体的方法;或将聚合物的下述衍生基团转化为上述含有能够形成氢键的氢原子的官能团的方法(其中,所述衍生基团是含有能够形成氢键的氢原子的官能团的衍生基团)等。
作为上述具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团的聚合物的具体例子,可以列举:含有羧基的苯乙烯类聚合物、含有羧基的苯氧树脂、含有羧基的聚酯、含有羧基的聚醚、含有羧基的(甲基)丙烯酸类聚合物、含有羧基的脂肪族类聚合物、含有羧基的聚硅氧烷类聚合物、含有磷酸基的苯乙烯类聚合物、含有磷酸基的苯氧树脂、含有磷酸基的聚酯、含有磷酸基的聚醚、含有磷酸基的(甲基)丙烯酸类聚合物、含有磷酸基的脂肪族类聚合物、含有磷酸基的聚硅氧烷类聚合物、含有磺酸基的苯乙烯类聚合物、含有磷酸基的苯氧树脂、含有磺酸基的聚酯、含有磺酸基的聚醚、含有磺酸基的(甲基)丙烯酸类聚合物、含有磺酸基的脂肪族类聚合物、含有磺酸基的聚硅氧烷类聚合物、含有羟基的苯乙烯类聚合物、含有羟基的苯氧树脂、含有羟基的聚酯、含有羟基的聚醚、含有羟基的(甲基)丙烯酸类聚合物、含有羟基的脂肪族类聚合物或含有羟基的聚硅氧烷类聚合物等。上述具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团的聚合物(A)可以仅使用1种,也可以组合2种以上使用。
上述聚合物(A)的重均分子量为10,000以上。优选聚合物(A)的重均分子量为30,000以上,更加优选在30,000~1,000,000的范围内,进一步优选在40,000~250,000的范围内。聚合物(A)的重均分子量过小时,绝缘片有时发生热劣化。聚合物(A)的重均分子量过大时,聚合物(A)与其他的树脂的相容性变差。其结果是:绝缘片的操作性及绝缘片的固化物的耐热性有降低的趋势。
将包含聚合物(A)、树脂(B)和固化剂(C)的绝缘片所含的全部树脂成分(以下,有时简称为全部树脂成分X)总量记为100重量%时,优选聚合物(A)的含量在20~60重量%的范围内,更优选其含量在30~50重量%的范围内。优选聚合物(A)的含量在上述范围内,且聚合物(A)和树脂(B)的总含量低于100重量%。聚合物(A)的含量过少时,未固化状态的绝缘片的操作性有降低的趋势。聚合物(A)的含量过多时,物质(D)的分散有时变得困难。需要说明的是,所谓全部树脂成分X是指聚合物(A)、环氧树脂(B1)、氧杂环丁烷树脂(B2)、固化剂(C)以及根据需要添加的其他树脂成分的总和。
(树脂(B))
本发明的绝缘片含有环氧树脂(B1)及氧杂环丁烷树脂(B2)中的至少一种树脂(B)。作为树脂(B),可以仅使用环氧树脂(B1),也可以仅使用氧杂环丁烷树脂(B2),还可以使用环氧树脂(B1)和氧杂环丁烷树脂(B2)两者。
上述环氧树脂(B1)的重均分子量小于10,000。环氧树脂(B1)的重均分子量只要小于10,000即可,没有特别限定。作为环氧树脂(B1),优选使用具有芳香族骨架且重均分子量为600以下的环氧单体(B1b)。
作为上述环氧树脂(B1)的具体例子,可以列举:具有双酚骨架的环氧单体、具有二环戊二烯骨架的环氧单体、具有萘骨架的环氧单体、具有金刚烷(アダマンテン)骨架的环氧单体、具有芴骨架的环氧单体、具有联苯骨架的环氧单体、具有双(环氧丙氧基苯基)甲烷骨架的环氧单体、具有呫吨骨架的环氧单体、具有蒽骨架的环氧单体、或具有芘骨架的环氧单体等。环氧单体(B1)可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
作为上述具有双酚骨架的环氧单体,可以列举例如:双酚A型、双酚F型或双酚S型等具有双酚骨架的环氧单体等。
作为上述具有二环戊二烯骨架的环氧单体,可以列举:二环戊二烯二氧化物、或具有二环戊二烯骨架的苯酚酚醛清漆环氧单体等。
作为上述具有萘骨架的环氧单体,可以列举:1-缩水甘油基萘、2-缩水甘油基萘、1,2-二缩水甘油基萘、1,5-二缩水甘油基萘、1,6-二缩水甘油基萘、1,7-二缩水甘油基萘、2,7-二缩水甘油基萘、三缩水甘油基萘、或1,2,5,6-四缩水甘油基萘等。
作为上述具有金刚烷骨架的环氧单体,可以列举:1,3-双(4-环氧丙氧基苯基)金刚烷、或2,2-双(4-环氧丙氧基苯基)金刚烷等。
作为上述具有芴骨架的环氧单体,可以列举:9,9-双(4-环氧丙氧基苯基)芴、9,9-双(4-环氧丙氧基-3-甲基苯基)芴、9,9-双(4-环氧丙氧基-3-氯苯基)芴、9,9-双(4-环氧丙氧基-3-溴苯基)芴、9,9-双(4-环氧丙氧基-3-氟苯基)芴、9,9-双(4-环氧丙氧基-3-甲氧基苯基)芴、9,9-双(4-环氧丙氧基-3,5-二甲基苯基)芴、9,9-双(4-环氧丙氧基-3,5-二氯苯基)芴、或9,9-双(4-环氧丙氧基-3,5-二溴苯基)芴等。
作为上述具有联苯骨架的环氧单体,可以列举:4,4’-二缩水甘油基联苯、或4,4’-二缩水甘油基-3,3’,5,5’-四甲基联苯等。
作为上述具有双(环氧丙氧基苯基)甲烷骨架的环氧单体,可以列举:1,1’-双(2,7-环氧丙氧基萘基)甲烷、1,8’-双(2,7-环氧丙氧基萘基)甲烷、1,1’-双(3,7-环氧丙氧基萘基)甲烷、1,8’-双(3,7-环氧丙氧基萘基)甲烷、1,1’-双(3,5-环氧丙氧基萘基)甲烷、1,8’-双(3,5-环氧丙氧基萘基)甲烷、1,2’-双(2,7-环氧丙氧基萘基)甲烷、1,2’-双(3,7-环氧丙氧基萘基)甲烷、或1,2’-双(3,5-环氧丙氧基萘基)甲烷等。
作为上述具有呫吨骨架的环氧单体,可以列举:1,3,4,5,6,8-六甲基-2,7-双(环氧乙烷基甲氧基)-9-苯基-9H-呫吨等。
上述氧杂环丁烷树脂(B2)的重均分子量小于10,000。氧杂环丁烷树脂(B2)的重均分子量只要小于10,000即可,没有特别限定。作为氧杂环丁烷树脂(B2),优选使用具有芳香族骨架且重均分子量为600以下的氧杂环丁烷单体(B2b)。
作为上述氧杂环丁烷树脂(B2)的具体例,可列举例如:4,4’-双[(3-乙基-3-氧杂环丁烷基)甲氧基甲基]联苯、1,4-苯二甲酸双[(3-乙基-3-氧杂环丁烷基)甲基]酯、1,4-双[(3-乙基-3-氧杂环丁烷基)甲氧基甲基]苯、或氧杂环丁烷化苯酚酚醛清漆等。氧杂环丁烷单体(B2)可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
优选上述树脂(B)的羟基当量为6,000以上。此时,可以进一步提高未固化状态的绝缘片的操作性。更优选上述树脂(B)的羟基当量为6,500以上,进一步优选为7,000以上,最优选为15,000以上。
上述树脂(B)的羟基当量是通过高效液相色谱质谱分析仪(LC-MS)、或1H-核磁共振光谱(1H-NMR),以W摩尔%的形式对相对于树脂(B)总量的羟基量进行定量,并由下式求出的值。
羟基当量=(重均分子量/W)×100
优选上述树脂(B)的理论化学结构纯度为90%以上,更优选为95%以上,进一步优选为97%以上。上述树脂(B)的理论化学结构纯度越大,越能够进一步提高未固化状态的绝缘片的操作性。
具体而言,上述“树脂(B)的理论化学结构纯度”表示不具有羟基但具有三元环(环氧)或四元环(氧杂环丁烷)的环状醚结构的物质的比例。
上述树脂(B)优选为经过蒸馏的环氧树脂以及经过蒸馏的氧杂环丁烷树脂中的至少一种树脂,更加优选为经蒸馏的环氧树脂。此时,可以进一步提高未固化状态的绝缘片的操作性。
上述环氧树脂(B1)及氧杂环丁烷树脂(B2)的重均分子量、即树脂(B)的重均分子量小于10,000。优选树脂(B)的重均分子量为600以下。树脂(B)的重均分子量的优选下限为200,更优选上限为550。树脂(B)的重均分子量过小时,树脂(B)的挥发性过高,有时绝缘片的操作性降低。树脂(B)的重均分子量过大时,有时绝缘片变硬且变脆,或者绝缘片的固化物的粘结性下降。
上述全部树脂成分X的总量记为100重量%时,树脂(B)的含量优选在10~60重量%的范围内,更优选在10~40重量%的范围内。优选树脂(B)的含量在上述范围内,且聚合物(A)和树脂(B)的总含量小于100重量%。树脂(B)的含量过少时,绝缘片的固化物的粘结性及耐热性有时会降低。树脂(B)的含量过多时,有时绝缘片的柔软性会降低。
上述树脂(B)优选包含:具有芳香族骨架且重均分子量为600以下的环氧单体(B1b)、以及具有芳香族骨架且重均分子量为600以下的氧杂环丁烷单体(B2b)中的至少一种单体。
树脂(B)优选包含:具有芳香族骨架且重均分子量为600以下的环氧单体(B1b)、以及具有芳香族骨架且重均分子量为600以下的氧杂环丁烷单体(B2b)中的至少一种单体,且其含量在40~100重量%的范围内,更加优选其含量在60~100重量%的范围内,特别优选其含量在80~100重量%的范围内。环氧单体(B1b)以及氧杂环丁烷单体(B2b)的含量在上述优选的范围内时,可以进一步提高绝缘片的柔软性、以及绝缘片的固化物的粘结性和耐热性。
(固化剂(C))
本发明的绝缘片中含有的固化剂(C)没有特别限定。优选固化剂(C)为酚醛树脂、具有芳香族骨架或脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物。通过使用这些优选的固化剂(C),可以得到耐热性、耐湿性以及电气物性的平衡性优异的绝缘片的固化物。固化剂(C)可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
上述酚醛树脂没有特别限定。作为上述酚醛树脂的具体例子,可以列举:苯酚酚醛清漆、邻甲酚酚醛清漆、对甲酚酚醛清漆、叔丁基苯酚酚醛清漆、二环戊二烯甲酚、聚对乙烯基苯酚、双酚A型酚醛清漆、二甲苯改性酚醛清漆、十氢化萘改性酚醛清漆、聚(二邻羟基苯基)甲烷、聚(二间羟基苯基)甲烷、或聚(二对羟基苯基)甲烷等。其中,优选具有蜜胺骨架的酚醛树脂、具有三嗪骨架的酚醛树脂、或具有烯丙基的酚醛树脂,因为它们可以进一步提高绝缘片的柔软性及阻燃性。
作为上述酚醛树脂的市售品,可以列举:MEH-8005、MEH-8010及NEH-8015(以上均为明和化成株式会社制造);YLH903(日本环氧树脂株式会社制造);LA-7052、LA-7054、LA-7751、LA-1356及LA-3018-50P(以上均为大日本油墨株式会社制造);以及PS6313和PS6492(群荣化学株式会社制造)等。
具有芳香族骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物没有特别限定。作为具有芳香族骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物,可以列举例如:苯乙烯/马来酸酐共聚物、二苯甲酮四羧酸酐、均苯四甲酸酐、偏苯三酸酐、4,4’-氧联二邻苯二甲酸酐、苯基乙炔基邻苯二甲酸酐、甘油双(偏苯三酸酐)单乙酸酯、乙二醇双(偏苯三酸酐)、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、或三烷基四氢邻苯二甲酸酐等。其中,优选甲基纳迪克酸酐或三烷基四氢邻苯二甲酸酐。通过使用甲基纳迪克酸酐或三烷基四氢邻苯二甲酸酐,可以提高绝缘片的固化物的耐水性。
作为上述具有芳香族骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物的市售品,可以列举:SMA Resin EF30、SMA Resin EF40、SMA Resin EF60及SMA Resin EF80(以上均为Sartomer Japan公司制造);ODPA-M及PEPA(以上均为MANAC公司制造);RIKACID MTA-10、RIKACID MTA-15、RIKACID TMTA、RIKACID TMEG-100、RIKACID TMEG-200、RIKACIDTMEG-300、RIKACID TMEG-500、RIKACID TMEG-S、RIKACID TH、RIKACID HT-1A、RIKACID HH、RIKACIDMH-700、RIKACID MT-500、RIKACID DSDA及RIKACID TDA-100(以上均为新日本理化株式会社制造);以及EPICLON B4400、EPICLON B650及EPICLON B570(以上均为大日本油墨化学株式会社制造)等。
上述具有脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物优选具有多脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物、或具有由萜烯类化合物与马来酸酐经加成反应得到的脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物。此时,可以进一步提高绝缘片的柔软性、耐湿性或粘结性。另外,作为上述具有脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物,可以列举:甲基纳迪克酸酐、具有二环戊二烯骨架的酸酐或该酸酐的改性物等。
作为上述具有脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物的市售品,可以列举:RIKACID HNA及RIKACID HNA-100(以上均为新日本理化株式会社制造);以及Epicure YH306、Epicure YH307、Epicure YH308H及Epicure YH309(以上均为日本环氧树脂株式会社制造)等。
另外,上述固化剂(C)优选下述式(1)~(3)中任意之一表示的酸酐。通过使用这些优选的固化剂(C),可以进一步提高绝缘片的柔软性、耐湿性或粘结性。
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
上述式(3)中,R1及R2分别表示氢、碳原子数1~5的烷基或羟基。
为了调整固化速度或固化物的物性等,可以组合使用上述固化剂和固化促进剂。
上述固化促进剂没有特别限定。作为固化促进剂的具体例子,可以列举例如:叔胺、咪唑类、咪唑啉类、三嗪类、有机磷类化合物、季盐类或有机酸盐等二氮杂双环烯烃类等。另外,作为上述固化促进剂,可以列举:有机金属化合物类、季铵盐类或金属卤化物等。作为上述有机金属化合物类,可以列举:辛酸锌、辛酸锡或乙酰丙酮合铝络合物等。
作为上述固化促进剂,可以使用高熔点的咪唑固化促进剂、高熔点的分散型潜伏性固化促进剂、微胶囊型潜伏性固化促进剂、胺盐型潜伏性固化促进剂、或高温解离型且热阳离子聚合型潜伏性固化促进剂等。上述固化促进剂可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
作为上述高熔点的分散型潜伏性促进剂,可以列举:双氰胺或胺被加成在环氧单体等上而形成的胺加成型促进剂等。作为上述微胶囊型潜伏性促进剂,可以列举:咪唑类、磷类或膦类的促进剂的表面被聚合物包覆而形成的微胶囊型潜伏性促进剂。作为上述高温解离型且热阳离子聚合型潜伏性固化促进剂,可以列举:路易斯酸盐或布朗斯台德酸盐等。
优选上述固化促进剂为高熔点的咪唑类固化促进剂。通过使用高熔点的咪唑类固化促进剂,可以容易地对反应体系进行控制,并且可以更加容易地调整绝缘片的固化速度、及绝缘片的固化物的物性等。熔点100℃以上的高熔点固化促进剂的操作性优异。因此,优选固化促进剂的熔点为100℃以上。
在上述全部树脂成分X的总量记作100重量%时,优选固化剂(C)的含量在10~40重量%的范围内,更优选其含量在12~25重量%的范围内。固化剂(C)的含量过少时,有时难以使绝缘片充分固化。固化剂(C)的含量过多时,有时会产生不参与固化的过量的固化剂,或者固化物的交联无法充分进行。因此,无法充分提高绝缘片的固化物的耐热性及粘结性。
(物质(D))
本发明的绝缘片中含有物质(D),所述物质(D)选自化学式MgCO3表示的不含结晶水的碳酸镁无水盐(D1)、及该碳酸镁无水盐(D1)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆的包覆体(D2)中的至少一种。作为物质(D),可以仅使用上述碳酸镁无水盐(D1),也可以仅使用上述包覆体(D2),还可以使用上述碳酸镁无水盐(D1)和上述包覆体(D2)两者。
通过将物质(D)作为填料使用,可以充分确保绝缘片的固化物的导热率以及耐热性,并且可以提高绝缘片的固化物的加工性。本发明的绝缘片由于加工性优异,因此可以抑制例如绝缘片加工时所使用的设备的损耗。因此,可以长期稳定地生产绝缘片。
为了赋予导热性,通常可以使用氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化镁及二氧化硅等作为填料。氮化物的导热性非常高。例如,氮化铝的导热率为150~250W/m·K,氮化硼的导热率为30~50W/m·K。但是,氮化物非常昂贵。另外,氧化铝比较便宜,导热性也比较高,达到20~35W/m·K。然而,氧化铝的莫氏硬度为9,硬度很高。因此,使用氧化铝时,加工时的设备磨损有时成为问题。氧化镁很便宜,导热率也良好,达到45~60W/m·K。然而,氧化镁的耐水性低,而且莫氏硬度也高达6。因此,使用氧化镁时,有时加工性也会成为问题。二氧化硅非常便宜。但是,二氧化硅的导热率很低,仅为2W/m·K,并且莫氏硬度也高达6。
上述化学式MgCO3表示的不含结晶水的碳酸镁无水盐(D1)的导热率较为良好,为15W/m·K,莫氏硬度也很低,仅为3.5。而且,上述碳酸镁无水盐(D1)比氮化物便宜。因此,通过使用上述碳酸镁盐(D1)或含有该碳酸镁盐的上述包覆体(D2),可以降低绝缘片的生产成本。
上述化学式MgCO3表示的不含结晶水的碳酸镁无水盐(D1)与例如化学式4MgCO3·Mg(OH2)·4H2O表示的羟基碳酸镁不同。这样的羟基碳酸镁有时也被简称为碳酸镁。这样的羟基碳酸镁在被加热到100℃左右时,会放出结晶水。因此,羟基碳酸镁不适合例如要求具有较高的焊锡耐热性的用途。
另外,作为上述化学式MgCO3表示的不含结晶水的碳酸镁无水盐(D1),存在天然品及合成品。天然品含有杂质,因此使用天然品时,有可能导致耐热性等物性不稳定。因此,上述碳酸镁无水盐(D1)优选合成品。
上述包覆体(D2)具有核/壳结构,其中,以碳酸镁无水盐(D1)为核,以有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅形成的包覆层为壳。由于上述包覆体(D2)具有上述包覆层,因此在树脂中的分散性高。另外,通过使用上述具有包覆层的上述包覆体(D2),可以进一步提高绝缘片固化物的耐酸性。
将上述碳酸镁无水盐(D1)的表面用上述包覆层包覆的方法没有特别限定。作为该方法,可以列举以下方法,例如,在溶解有有机树脂、有机硅树脂或作为二氧化硅原料的硅烷偶合剂的溶液中分散碳酸镁无水盐(D1),再将得到的分散液进行喷雾干燥的方法;在溶解有有机树脂或有机硅树脂的溶液中分散碳酸镁无水盐(D1),然后添加有机树脂或有机硅树脂的不良溶剂,使有机树脂或聚硅氧烷在碳酸镁无水盐(D1)的表面析出的方法;在分散有碳酸镁无水盐(D1)的介质中,使丙烯酸树脂、苯乙烯树脂或低分子量硅烷等聚合性单体发生反应来提高分子量,从而使无法完全溶解在介质的有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅在碳酸镁无水盐(D1)的表面析出的方法。
上述有机树脂只要能包覆碳酸镁无水盐(D1)的表面即可,没有特别限定。上述有机树脂优选能够对固化物赋予耐酸性的树脂。上述有机树脂可以是热固性树脂,也可以是热塑性树脂。
作为上述有机树脂的具体例子,可以列举:(甲基)丙烯酸类树脂、苯乙烯类树脂、尿素树脂、蜜胺树脂、酚醛类树脂、热塑性聚氨酯类树脂、热固性聚氨酯类树脂、环氧类树脂、热塑性聚酰亚胺类树脂、热固性聚酰亚胺类树脂、氨基醇酸类树脂、苯氧树脂、苯二甲酸酯树脂、聚酰胺类树脂、酮类树脂、降冰片烯类树脂、聚苯硫醚、聚芳酯、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚酮、热塑性聚酰亚胺、热固性聚酰亚胺、苯并嗪、或聚苯并唑和苯并嗪的反应物等。其中,优选(甲基)丙烯酸类树脂或苯乙烯类树脂,因为其单体种类丰富,包覆层的设计面大,而且可以容易地通过热或光等控制反应。
上述苯乙烯类树脂没有特别限定。作为上述苯乙烯类树脂,可以列举:苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯、对苯基苯乙烯、对氯苯乙烯、对乙基苯乙烯、对正丁基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、对正己基苯乙烯、对正辛基苯乙烯、对正壬基苯乙烯、对正癸基苯乙烯、对正十二烷基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、3,4-二氯苯乙烯或二乙烯基苯等。
作为上述(甲基)丙烯酸类树脂,可以列举:(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷(甲基)丙烯酸酯或二季戊四醇(甲基)丙烯酸酯等。作为上述(甲基)丙烯酸烷基酯,可以列举:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸十四烷基酯、(甲基)丙烯酸十六烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯或(甲基)丙烯酸异冰片酯等。
由于能够提高蚀刻时的耐酸性,因此,上述有机树脂优选包含分子中具有2个以上的反应基团的交联性单体。
另外,由于能够防止蚀刻液向由有机树脂包覆的包覆层中浸透,因此,优选根据Okitsu的计算式得出的用于形成上述包覆层的有机树脂的SP值为10(cal/cm3)1/2以下。
上述Okitsu计算式具体如下述式(X)所示。
δ=(∑ΔF)/(∑Δv)...(X)
上述式(X)中,δ为SP值[单位:(cal/cm3)1/2],ΔF为分子中的各原子团的摩尔引力常数,Δv为各原子团的摩尔体积。
需要说明的是,上述Okitsu式记载于例如《粘结(接着)》(1996年40卷第8号第342页~350页)中。
上述包覆层的厚度优选在10nm~1μm的范围内。包覆层的厚度低于10nm时,有时无法充分获得包覆体(D2)在树脂中的分散性的提高效果、以及绝缘片固化物的耐酸性提高效果。包覆层的厚度超过1μm时,包覆体(D2)的导热性有时显著降低。
物质(D)的形状没有特别限定。物质(D)优选具有近似多面体形状或长径与短径之比即纵横比在1~2的范围内的形状。此时,可以以高密度在绝缘片中填充上述物质(D),因此,可以提高绝缘片固化物的散热性。
优选物质(D)为化学式MgCO3表示的不含结晶水的球状碳酸镁无水盐(D1d1)、以及该球状碳酸镁无水盐(D1d1)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆的包覆体(D2d1)中的至少一种物质(Dd1)。需要说明的是,通过用有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆球状碳酸镁无水盐(D1d1)的表面,可以将包覆体(D2d1)制成球状。另外,优选物质(Dd1)为球状。物质(Dd1)为球状时,可以以高密度在绝缘片中填充物质(Dd1),因此,可以提高绝缘片固化物的散热性。另外,可以提高绝缘片固化物的绝缘击穿特性。
需要说明的是,球状并不限于真球状。球状包括比真球稍微扁平或稍微变形的形状。例如,球状包括以下形状:纵横比在1~1.5的范围内的形状、或表面的许多部分例如表面的30%以上的部分为曲面而非平面,且表面的一部分例如表面的低于70%的部分为平面而非曲面的形状。优选表面的50%以上的部分为曲面的形状,更优选表面的70%以上的部分为曲面的形状。
另外,优选上述球状碳酸镁无水盐(D1d1)、使用该球状碳酸镁无水盐的上述包覆体(D2d1)或球状的物质(Dd1)通过喷射磨或具有旋转的转子和定子的粉碎-表面处理装置进行球状化处理而得到。通过这样的球状化处理,可以提高球形度,并可以使之成为真球状或接近真球状的形状。另外,通过进行上述球状化处理,可以粉碎物质(D)的凝聚物。因此,可以在绝缘片中以高密度填充上述物质(Dd1)。因此,可以进一步提高绝缘片的固化物的散热性。另外,可以进一步提高绝缘片的固化物的绝缘击穿特性。
优选上述物质(D)的平均粒径在0.1~40μm的范围内。平均粒径小于0.1μm时,有时难以以高密度填充物质(D)。平均粒径超过40μm时,绝缘片的厚度达到100μm左右,将绝缘片进行薄膜化时,绝缘片的固化物的绝缘击穿特性有降低的趋势。
需要说明的是,所谓“平均粒径”是指,由通过激光衍射式粒度分布测定装置测定的体积平均的粒度分布测定结果求出的平均粒径。
为了在绝缘片中形成细密填充结构,从而提高绝缘片固化物的散热性,可以使用形状不同的2种以上的物质(D),也可以使用粒径不同的2种以上的物质(D)。
上述物质(D)优选化学式MgCO3表示的不含结晶水的近似多面体形状的碳酸镁无水盐(D1d2)、以及该近似多面体形状的碳酸镁无水盐(D1d2)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆的包覆体(D2d2)中的至少一种物质(Dd2)。需要说明的是,通过用有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆近似多面体形状的碳酸镁无水盐(D1d2)的表面,可以使包覆体(D2d2)成为近似多面体形状。另外,优选物质(Dd2)为球状。另外,物质(Dd2)为近似多面体形状时,优选进一步含有上述物质(D)以外的无机填料(G),且该无机填料(G)为板状填料。
物质(Dd2)为近似多面体形状、且含有板状填料时,在绝缘片中,物质(Dd2)和板状填料为面接触而非点接触,物质(Dd2)和板状填料之间的接触面积变大。另外,在绝缘片中隔开距离而分散的大量物质(Dd2)彼此之间通过板状填料相接触或相接近,由此,形成绝缘片中的各填料发生桥接或非常接近的结构。因此,可以进一步提高绝缘片的固化物的导热性。
需要说明的是,所谓“近似多面体形状”不仅是指通常的多面体所定义的仅由平面构成的多面体形状,还包含具有平面和指定比例以下的曲面的形状。近似多面体形状包含例如表面的10%以下为曲面和表面的90%以上为平面所构成的形状。优选近似多面体形状为近似立方体形状或近似长方体形状。
在绝缘片100体积%中,优选物质(D)的含量在20~90体积%的范围内。绝缘片100体积%中物质(D)的含量的更优选下限为30体积%,更优选上限为80体积%。上述物质(D)的含量过少时,有时无法充分提高绝缘片的固化物的散热性。上述物质(D)的含量超过90体积%时,绝缘片的柔软性或粘结性有可能显著降低。
不含无机填料(G)时,优选绝缘片100体积%中上述物质(D)的含量在30~90体积%的范围内。
(无机填料(G))
本发明的绝缘片优选含有物质(D)以外的无机填料(G)。通过含有无机填料(G),可以确保高加工性,并可进一步提高绝缘片的固化物的导热性。无机填料(G)可以仅使用1种,也可以组合2种以上使用。
上述无机填料(G)没有特别限定。无机填料(G)优选选自氧化铝、二氧化硅、氮化硼、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化锌、氧化镁、滑石、云母及水滑石中的至少一种。此时,可以进一步提高绝缘片的固化物的散热性。
上述无机填料(G)特别优选球状。采用球状填料时,可以以高密度填充无机填料(G),因此可以进一步提高绝缘片的固化物的散热性。
优选上述无机填料(G)的平均粒径在0.1~40μm的范围内。平均粒径小于0.1μm时,有时难以以高密度填充无机填料(G)。平均粒径超过40μm时,绝缘片的固化物的绝缘击穿特性有下降的趋势。
上述“平均粒径”是指由采用激光衍射式粒度分布测定装置测定的体积平均粒度分布测定结果求出的平均粒径。
当含有上述物质(Dd2)时,优选上述无机填料(G)为板状填料。
优选上述物质(Dd2)的平均粒径在0.1~40μm的范围内、且上述板状填料的平均长径在0.1~10μm的范围内。通过使用这样形状的物质(Dd2)及板状填料,可以使绝缘片中的物质(Dd2)与板状填料充分接触。因此,可以进一步提高绝缘片的固化物的导热性。
上述板状填料的平均长径小于0.1μm时,板状填料填充困难,或者由于板状填料的存在使得近似多面体形状的物质(Dd2)之间有时无法有效而充分地桥联。板状填料的平均长径超过10μm时,绝缘片的绝缘性容易降低。优选板状填料的平均长径在0.5~9μm的范围内,更优选在1~9μm的范围内。
优选上述板状填料的平均厚度为100nm以上。板状填料的厚度为100nm以上时,可以进一步提高固化物的导热率。另外,优选上述板状填料的纵横比在2~50的范围内。板状填料的纵横比超过50时,有时板状填料填充困难。更优选板状填料的纵横比在3~45的范围内。
另外,优选上述板状填料为氧化铝及氮化硼中的至少一种。此时,可以进一步提高绝缘片的固化物的导热性。特别是,通过将上述物质(Dd2)与氧化铝和氮化硼中的至少一种组合使用,可以进一步提高绝缘片的固化物的导热性。
组合使用物质(D)和无机填料(G)时,其含量可以通过物质(D)及无机填料(G)各自的种类、粒径及形状来适当确定。以物质(D)和无机填料(G)的总含量计,优选在绝缘片100体积%中含有60~90体积%的物质(D)和无机填料(G)。物质(D)和无机填料(G)的总含量小于60体积%时,有时无法充分提高固化物的散热性。物质(D)和无机填料(G)的量超过90体积%时,绝缘片的柔软性或粘结性有可能显著降低。
组合使用物质(D)和无机填料(G)时,在绝缘片100体积%中,上述物质(D)的含量优选在20~80体积%的范围内。
在绝缘片中,上述物质(Dd2)与上述板状填料的含量以体积比计优选为70∶30~99∶1。另外,在绝缘片100体积%中,上述物质(Dd2)和上述板状填料的总含量优选在60~90体积%的范围内。另外,更优选的是,在绝缘片中,上述物质(Dd2)和上述板状填料的含量以体积比计为70∶30~99∶1,并且在绝缘片100体积%中,上述物质(Dd2)和上述板状填料的总含量在60~90体积%的范围内。上述物质(D2d)及上述板状填料的含量分别在上述优选范围内时,可以进一步提高绝缘片的固化物的加工性及导热性。
(分散剂(F))
本发明的绝缘片优选含有分散剂(F)。分散剂(F)优选为具有含有能够形成氢键的氢原子的官能团的分散剂(F)。通过使用分散剂(F),可以进一步提高绝缘片的固化物的导热性及绝缘击穿特性。
作为上述分散剂(F)中的上述含有能够形成氢键的氢原子的官能团,可以列举例如:羧基(pKa=4)、磷酸基(pKa=7)、或酚基(pKa=10)等。
优选上述分散剂(F)中的上述含有能够形成氢键的氢原子的官能团的pKa在2~10的范围内,更优选在3~9的范围内。上述官能团的pKa小于2时,分散剂(F)的酸度变得过高,有时容易促进原料树脂成分中环氧成分及氧杂环丁烷成分的反应。因此,在贮存未固化状态的绝缘片时,有时导致绝缘片的贮存稳定性降低。上述官能团的pKa超过10时,有时无法充分发挥作为分散剂的功能,从而导致无法充分提高绝缘片固化物的导热性和绝缘击穿特性。
优选上述含有能够形成氢键的氢原子的官能团为羧基或磷酸基。此时,可以进一步提高绝缘片的固化物的导热性及绝缘击穿特性。
作为上述分散剂(F),具体而言,可以列举例如:聚酯类羧酸、聚醚类羧酸、聚丙烯酸类羧酸、脂肪族类羧酸、聚硅氧烷类羧酸、聚酯类磷酸、聚醚类磷酸、聚丙烯酸类磷酸、脂肪族类磷酸、聚硅氧烷类磷酸、聚酯类苯酚、聚醚类苯酚、聚丙烯酸类苯酚、脂肪族类苯酚或聚硅氧烷类苯酚等。分散剂(F)可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
在100重量%绝缘片中,优选分散剂(F)的含量在0.01~20重量%的范围内,更优选分散剂(F)的含量在0.1~10重量%的范围内。分散剂(F)的含量在上述范围内时,可以抑制上述物质(D)的凝聚,并且可以充分提高绝缘片的固化物的导热性及绝缘击穿特性。
(橡胶粒子(E))
本发明的绝缘片可以含有橡胶粒子(E)。
上述橡胶粒子(E)没有特别限定。作为橡胶粒子(E),可以列举例如:丙烯酸橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯橡胶、聚氨酯橡胶、有机硅橡胶、氟橡胶或天然橡胶等。其中,优选橡胶粒子(E)为丙烯酸橡胶或有机硅橡胶。通过使用丙烯酸橡胶或有机硅橡胶,可以提高绝缘片的应力松弛性及绝缘片的固化物的柔软性,并且可以抑制绝缘片的固化物的耐热性的降低。另外,橡胶粒子(E)的性状没有特别限定。
通过组合使用上述橡胶粒子(E)和上述物质(D),可以降低绝缘片的固化物的线性热膨胀系数,并且使绝缘片的固化物表现出应力松弛性。此外,在高温条件或冷热循环条件下,更加不易产生绝缘片的固化物的剥离或开裂。
在绝缘片100重量%中,橡胶粒子(E)的含量优选在0.1~40重量%的范围内,更加优选在0.3~20重量%的范围内。橡胶粒子(E)的含量过少时,绝缘片的固化物的应力松弛性有时无法充分表现出来。橡胶粒子(E)的含量过多时,有时绝缘片的固化物的粘结性降低。
(其他成分)
为了进一步提高操作性,本发明的绝缘片还可以含有玻璃布、玻璃无纺布、芳族聚酰胺无纺布等基体材料物质。但是,即使不含上述基体材料物质,在室温(23℃)下,本发明的绝缘片在未固化状态下也具有自立性,且具有优异的操作性。因此,绝缘片优选不含基体材料物质,特别优选不含玻璃布。绝缘片不含上述基体材料物质时,可以使绝缘片的厚度变薄,并且可以进一步提高绝缘片的固化物的导热性。另外,绝缘片不含上述基体材料物质时,还可以容易地对绝缘片进行激光加工或钻孔加工等各种根据需要的加工。需要说明的是,所谓自立性,是指即使不存在PET膜或铜箔这样的支撑体,在未固化状态下也可以保持片的形状,并且可以以片的形式进行处理。
另外,根据需要,本发明的绝缘片还可以含有触变性赋予剂、阻燃剂或着色剂等。
(色缘片)
本发明的绝缘片的制造方法没有特别限定。绝缘片可以通过如下方法获得,例如,将上述材料混合得到混合物,再将得到的混合物通过溶剂流延法或挤出成膜法等方法成型为片状。成型为片状时,优选进行脱泡。
绝缘片的膜厚没有特别限定。优选绝缘片的膜厚在10~300μm的范围内,更优选在50~200μm的范围内,进一步优选在70~120μm的范围内。膜厚过薄时,绝缘片的固化物的绝缘性有降低的趋势。膜厚过厚时,当将金属体粘结在导电层上时,绝缘片的固化物的散热性有降低的趋势。
通过增加绝缘片的膜厚,可以进一步提高绝缘片的固化物的绝缘击穿特性。但是,即使膜厚很薄,本发明的绝缘片的固化物也具有充分优异的绝缘击穿特性。
优选未固化状态的绝缘片的玻璃化转变温度Tg为25℃以下。玻璃化转变温度超过25℃时,绝缘片在室温下有时会变硬变脆,这样一来,未固化状态的绝缘片的操作性有降低的趋势。
优选未固化状态的绝缘片在25℃下的弯曲弹性模量在10~1,000MPa的范围内,更优选在20~500MPa的范围内。未固化状态的绝缘片在25℃下的弯曲弹性模量小于10MPa时,未固化状态的绝缘片在室温下的自立性显著降低,且未固化状态的绝缘片的操作性有降低的趋势。未固化状态的绝缘片在25℃下的弯曲弹性模量超过1,000MPa时,由于加热粘结时弹性模量不能充分降低,因此,有时绝缘片的固化物不会与粘结对象物充分密合,且绝缘片的固化物与粘结对象物之间的粘结性有时会降低。
绝缘片在固化后,绝缘片的固化物在25℃下的弯曲弹性模量优选1,000~50,000MPa的范围内,更加优选在5,000~30,000MPa的范围内。绝缘片的固化物在25℃下的弯曲弹性模量过低时,例如,使用绝缘片制作厚度较薄的叠层基板或两面设置有铜电路的叠层板等叠层体时,得到的叠层体容易弯曲。由此,叠层体容易因折叠或弯曲等而发生破损。绝缘片的固化物在25℃下的弯曲弹性模量过高时,绝缘片的固化物变硬且变脆,绝缘片的固化物有时容易发生断裂等。
上述弯曲弹性模量可以如下测定:例如,使用万能试验机RTC-1310A(ORIENTEC公司制造),按照JIS K 7111标准,采用长8cm、宽1cm及厚度4mm的试验片,在支点间距离6cm及速度1.5mm/分的条件下进行测定。另外,在测定绝缘片的固化物的弯曲弹性模量时,绝缘片的固化物通过在2阶段温度下进行固化而得到,即在120℃下固化1小时,然后再在200℃下固化1小时。
本发明的绝缘片使用旋转型动态粘弹性测定装置测定的未固化状态绝缘片在25℃下的tanδ优选在0.1~1.0的范围内,且未固化状态的绝缘片从25℃升温到250℃时,该绝缘片的tanδ的最大值优选在1.0~5.0的范围内。更优选上述绝缘片的tanδ在0.1~0.5的范围内。更优选上述绝缘片的tanδ的最大值在1.5~4.0的范围内。
上述未固化状态的绝缘片在25℃下的tanδ小于0.1时,未固化状态的绝缘片的柔软性降低,未固化状态的绝缘片容易破损。上述的未固化状态的绝缘片在25℃下的tanδ为1.0以上时,未固化状态的绝缘片过于柔软,因此,未固化状态的绝缘片的操作性有降低的趋势。
如果上述未固化状态的绝缘片从25℃升温到250℃时该绝缘片的tanδ的最大值小于1.0,则在进行加热粘结时,有时绝缘片不会与粘结对象物充分密合。上述绝缘片的tanδ的最大值超过5.0时,绝缘片的流动性过高,加热粘结时绝缘片的厚度变薄,有时无法得到所需的绝缘击穿特性。
上述未固化状态的绝缘片在25℃下的tanδ可以如下测定:使用旋转型动态粘弹性测定装置VAR-100(REOLOGICA Instruments公司制造),并使用直径2cm的圆板状未固化状态的绝缘片,通过直径2cm的平行型板,在25℃、振荡变形控制模式、开始应力10Pa、频率1Hz及应变1%的测定条件下进行测定。另外,未固化状态的绝缘片从25℃升温到250℃时绝缘片的tanδ的最大值可以如下测定:除上述测定条件外,还要将上述未固化状态的绝缘片以30℃/分的升温速度,从25℃升温到250℃。
上述弯曲弹性模量及tanδ在上述特定的范围内时,未固化状态的绝缘片在制造时以及在使用时的操作性显著提高。另外,使用绝缘片将铜箔或铝板等高导热体粘结在导电层上时,粘结强度显著提高。另外,上述高导热体的粘结面具有凹凸时,可以提高绝缘片对该凹凸的随动性。由此,粘结界面上不易形成空隙,因而导热性变高。
优选绝缘片的固化物的导热率为3.0W/m·K以上。更优选绝缘片的固化物的导热率为5.0W/m·K以上,进一步优选为7.0W/m·K以上。导热率过低时,有时绝缘片的固化物的散热性会降低。
优选绝缘片的固化物的绝缘击穿电压为30kV/mm以上。更加优选绝缘片的固化物的绝缘击穿电压为40kV/mm以上,进一步优选为50kV/mm以上,更进一步优选为80kV/mm以上,最优选为100kV/mm以上。绝缘击穿电压过低时,绝缘片在用于例如电力元件这样的大电流用途时,有时绝缘性降低。
优选绝缘片的固化物的体积电阻率为1014Ω·cm以上,更优选为1016Ω·cm以上。体积电阻率过低时,有时无法确保导体层和导热体之间的绝缘。
优选绝缘片的固化物的线性热膨胀系数为30ppm/℃以下,更优选为20ppm/℃以下。线性热膨胀系数过高时,有时绝缘片固化物的耐冷热循环性降低。
(叠层结构体)
本发明的绝缘片用于将导热率为10W/m·K以上的导热体粘结在导电层上。另外,本发明的绝缘片优选用于在导热率为10W/m·K以上的导热体的至少一面上隔着绝缘层叠层导电层,从而构成叠层结构体的绝缘层。
图1示出本发明的一个实施方式的叠层结构体。
图1所示的叠层结构体1包括:导热体2、叠层在导热体2的一个面2a上的绝缘层3、叠层在绝缘层3的与叠层有导热体2的面相反侧的面上的导电层4。绝缘层3通过使本发明的绝缘片固化而形成。导热体2的导热率为10W/m·K以上。
可以在导热体2的至少一面2a上依次叠层绝缘层3和导电层4,也可以在导热体2的另一面2b上依次叠层绝缘层和导电层。
在叠层结构体1中,由于绝缘层3具有高的导热率,因此来自导电层4侧的热可以容易地通过绝缘层3传导至导热体2。在叠层结构体1中,可以通过导热体2高效地散发热。
例如,在两面设置有铜电路的叠层板或多层布线板、铜箔、铜板、半导体元件或半导体包封件等的各种导电层上,隔着绝缘片粘结金属体,然后使绝缘片固化,由此可以得到叠层结构体1。
上述导热率为10W/m·K以上的导热体没有特别限定。作为上述导热率为10W/m·K以上的导热体,可以列举例如:铝、铜、氧化铝、氧化铍(beryllia)、碳化硅、氮化硅、氮化铝或石墨片等。其中,上述导热率为10W/m·K以上的导热体优选铜或铝。铜或铝具有优异的散热性。
本发明的绝缘片优选用于在基板上安装有半导体元件的半导体装置的导电层上粘结导热率为10W/m·K以上的导热体。本发明的绝缘片还优选用于:在电子部件装置的导电层上粘结导热率为10W/m·K以上的导热体,所述电子部件装置是将半导体元件以外的电子部件元件安装在基板上而形成的。
半导体元件为用于大电流的电子设备用元件时,要求绝缘片的固化物具有更为优异的绝缘性或耐热性等。因此,本发明的绝缘片适合用于这样的用途。
实施例
下面,列举本发明具体的实施例及比较例来更清楚地说明本发明。需要说明的是,本发明并不限定于以下的实施例。
准备以下材料。
[聚合物(A)]
(1)双酚A型苯氧树脂(日本环氧树脂株式会社制造,商品名:E1256,Mw=51,000、Tg=98℃)
(2)高耐热苯氧树脂(东都化成株式会社制造,商品名:FX-293,Mw=43,700、Tg=163℃)
(3)含环氧基的苯乙烯树脂(日本油脂株式会社制造,商品名:MAPROOF(マ一プル一フ)G-1010S,Mw=100,000、Tg=93℃)
(4)含羧基的丙烯酸树脂(新中村化学株式会社制造,商品名:PSY-130,Mw=30,000、Tg=109℃)
(5)含磺酸基的苯乙烯树脂(日本NSC公司制造,商品名:VERSA-TL72,Mw=70,000、Tg=98℃)
(6)含磷酸基的丙烯酸树脂(合成例1中合成,Mw=12,000、Tg=97℃)
(合成例1)
向具有温度计、搅拌机、滴液漏斗及回流冷凝器的烧瓶中加入0.7摩尔甲基丙烯酸甲酯和0.3摩尔甲基丙烯酸缩水甘油酯,然后,再加入作为溶剂的甲乙酮及作为催化剂的偶氮二异丁腈,在氮气氛围下于80℃搅拌18小时。然后,冷却,加入作为阻聚剂的甲基氢醌。向该溶液中加入1摩尔水,保持在40℃,边搅拌边缓慢添加0.1摩尔磷酸酐。然后,反应3小时,得到含有磷酸基的聚合物的溶液。
[聚合物(A)以外的聚合物]
(1)含环氧基的丙烯酸树脂(日本油脂株式会社制造,商品名:MAPROOFG-0130S,Mw=9,000、Tg=69℃)
[环氧树脂(B1)]
(1)双酚A型液态环氧树脂(日本环氧树脂株式会社制造,商品名:Epikote828US,Mw=370、羟基当量3,000、理论化学结构纯度87%)
(2)双酚F型液态环氧树脂(日本环氧树脂株式会社制造、商品名:Epikote806L,Mw=370、羟基当量2,500、理论化学结构纯度87%)
(3)3官能缩水甘油基二胺型液态环氧树脂(日本环氧树脂株式会社制造,商品名:Epikote 630,Mw=300、羟基当量3,700、理论化学结构纯度92%)
(4)芴骨架环氧树脂(大阪气体化学株式会社制造,商品名:ONCOATEX1011,Mw=486、羟基当量2,300、理论化学结构纯度81%)
(5)萘骨架液态环氧树脂(DIC公司制造,商品名:EPICLON HP-4032D,Mw=304、羟基当量7,000、理论化学结构纯度98%)
(6)六氢苯二甲酸骨架液态环氧树脂(日本化药株式会社制造,商品名:AK-601,Mw=284、羟基当量2,800、理论化学结构纯度90%)
(7)双酚A型固态环氧树脂(日本环氧树脂株式会社制造,商品名:1003,Mw=1,300、羟基当量380、含羟基的混合物、由于含有羟基因而理论化学结构纯度较低)
(8)蒸馏双酚A型液态环氧树脂(东都化成株式会社制造,商品名:YD-8125,Mw=350、羟基当量17,000、理论化学结构纯度99%)
[氧杂环丁烷树脂(B2)]
(1)含苯骨架的氧杂环丁烷树脂(宇部兴产株式会社制造,商品名:ETERNACOLL OXTP,Mw=362.4、羟基当量6,500、理论化学结构纯度97%)
[固化剂(C)]
(1)脂环式骨架酸酐(新日本理化株式会社制造,商品名:MH-700)
(2)芳香族骨架酸酐(SARTOMER JAPAN公司制造、商品名:SMA RESINEF60)
(3)多脂环式骨架酸酐(新日本理化株式会社制造,商品名:HNA-100)
(4)萜烯骨架类酸酐(日本环氧树脂株式会社制造,商品名:EPICUREYH-306)
(5)联苯骨架酚醛树脂(明和化成株式会社制造,商品名:MEH-7851-S)
(6)骨架中含有烯丙基的酚醛树脂(日本环氧树脂株式会社制造,商品名:YLH-903)
(7)三嗪骨架类酚醛树脂(大日本油墨化学株式会社制造,商品名:Phenolite KA-7052-L2)
(8)蜜胺骨架类酚醛树脂(群荣化学工业株式会社制造,商品名:PS-6492)
(9)异氰尿酸改性固体分散型咪唑(咪唑类固化促进剂,四国化成株式会社制造,商品名:2MZA-PW)
[碳酸镁无水盐(D1)]
(1)近似多面体形状的合成菱镁矿(6μm)(神岛化学工业株式会社制造,商品名:MSL,平均粒径6μm)
(2)近似多面体形状的合成菱镁矿(21μm)(神岛化学工业株式会社制造,商品名:MSPS,平均粒径21μm)
(3)球状合成菱镁矿A(6μm)(碳酸镁无水盐(D1d))
将近似多面体形状的合成菱镁矿(神岛化学工业株式会社制造,商品名:MSL,平均粒径6μm)通过流化床式喷射磨(EARTHTECHNICA公司制造,商品名:JEDI)粉碎,进行球状化处理,得到球状合成菱镁矿A(6μm)。
(4)球状合成菱镁矿A(21μm)(碳酸镁无水盐(D 1d))
除了使用近似多面体形状的合成菱镁矿(神岛化学工业株式会社制造,商品名:MSPS,平均粒径21μm)来代替近似多面体形状的合成菱镁矿(神岛化学工业株式会社制造,商品名:MSL,平均粒径6μm)以外,与制造6μm的球状合成菱镁矿A同样操作,得到21μm的球状合成菱镁矿A(21μm)。
(5)球状的合成菱镁矿B(6μm)(碳酸镁无水盐(D1d))
将近似多面体形状的合成菱镁矿(神岛化学工业株式会社制造,商品名:MSL,平均粒径6μm)通过具有高速旋转的转子及定子的连续式表面处理装置(EARTHTECHNICA制造,商品名:KRYPTRON Orb)粉碎,进行球状化处理,得到球状合成菱镁矿B(6μm)。
(6)球状合成菱镁矿B(21μm)(碳酸镁无水盐(D 1d))
除了使用近似多面体形状的合成菱镁矿(神岛化学工业株式会社制造,商品名:MSPS,平均粒径21μm)来代替近似多面体形状的合成菱镁矿(神岛化学工业株式会社制造,商品名:MSL,平均粒径6μm)以外,与制备6μm的球状合成菱镁矿B同样操作,得到球状合成菱镁矿B(21μm)。
[包覆体(D2)]
(合成例2)
在安装有搅拌机、套管、回流冷凝器及温度计的2L聚合容器内,添加作为分散介质的甲基异丁基酮1000g、近似多面体形状的合成菱镁矿(神岛化学工业株式会社制造,商品名:MSL,平均粒径6μm)600g、二季戊四醇六甲基丙烯酸酯50g、偶氮二异丁腈1g,搅拌混合,制备了表面处理溶液中分散有菱镁矿的分散液。然后,通过减压对容器内进行脱氧,然后用氮气将内部恢复至大气压,在容器内形成氮气氛围。然后,边搅拌边将容器内加热至70℃,进行8小时反应。冷却至室温后,通过离心机对反应溶液进行脱溶剂,再进行真空干燥,从而得到表面被甲基丙烯酸树脂包覆的合成菱镁矿(6μm)(丙烯酸树脂包覆的合成菱镁矿(6μm))。
(合成例3)
作为用于包覆表面的单体,使用两末端含有甲基丙烯酰氧基的有机硅树脂(SILAPLANE FM-7721)来代替二季戊四醇六甲基丙烯酸酯,除此以外,与合成例1同样操作,得到表面被有机硅树脂包覆的合成菱镁矿(6μm)(有机硅树脂包覆的合成菱镁矿(6μm))。
(合成例4)
在安装有搅拌机、套管、回流冷凝器及温度计的2L聚合容器内,加入作为分散介质的pH调整为9的离子交换水1,000g、近似多面体形状的合成菱镁矿(神岛化学工业株式会社制造,商品名:MSL,平均粒径6μm)600g、及四乙氧基硅烷60g,通过搅拌进行混合,制备了表面处理溶液中分散有菱镁矿的分散液。然后,边搅拌边将容器内加热至70℃,进行8小时的反应。冷却到室温后,通过离心机对反应溶液进行脱水,再进行真空干燥,从而得到表面被二氧化硅包覆的合成菱镁矿(6μm)(二氧化硅包覆的合成菱镁矿(6μm))。
(合成例5):(包覆体(D2d))
在安装有搅拌机、套管、回流冷凝器及温度计的2L聚合容器内,加入作为分散介质的pH调整为9的离子交换水1,000g、上述球状合成菱镁矿B(6μm)600g、及四乙氧基硅烷60g,通过搅拌进行混合,制备了表面处理溶液中分散有菱镁矿的分散液。然后,边搅拌边将容器内加热至70℃,进行8小时的反应。冷却到室温后,通过离心机对反应溶液进行脱水,再进行真空干燥,得到了表面被二氧化硅包覆的球状合成菱镁矿(6μm)(二氧化硅包覆的球状合成菱镁矿(6μm))。
[物质(D)以外的其他填料(无机填料(G))]
(1)氧化镁(1.1μm)(堺化学工业株式会社制造,商品名:SMO,平均粒径1.1μm)
(2)含结晶水的碳酸镁(9μm)(神岛化学工业株式会社制造,商品名:GP-30,平均粒径9μm)
(3)球状氧化铝、平均粒径0.4μm(住友化学株式会社制造,商品名:AKP-30)
(4)球状氮化铝、平均粒径30μm(TOYO ALUMINIUM公司制造,商品名:TOYALNITE-FLD)
(5)板状氮化硼、平均长径8μm(昭和电工株式会社制造,商品名:UHP-1,纵横比30~50)
(6)板状碳化硅、平均长径0.7μm(巴工业株式会社制造,商品名:HSC-490N,纵横比5~10)
(7)结晶性二氧化硅、平均粒径20μm(龙森株式会社制造,商品名:CRYSTALITE C)
(8)非晶性二氧化硅、平均粒径15μm(TOKUYAMA公司制造,商品名:SE-15)
(9)板状氧化铝、平均长径2μm(KINSEIMATEC公司制造,商品名:SERAPH 02025,纵横比20~30)
[分散剂(F)]
(1)丙烯酸类分散剂(日本BYK公司制造,商品名:Disperbyk-2070,具有pKa为4的羧基)
(2)聚酯类分散剂(楠本化成株式会社制造,商品名:ED151,具有pKa为7的磷酸基)
[分散剂(F)以外的分散剂]
(1)非离子类分散剂(共荣社化学株式会社制造,商品名:D-90,不具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团的分散剂)
[添加剂]
(1)环氧硅烷偶联剂(信越化学工业株式会社制造,商品名:KBE403)
[溶剂]
(1)甲乙酮
(实施例1)
使用高速分散(homodisper,ホモデイスパ一)型搅拌机,以下述表1所示的比例(混合单位为重量份)混合各原料,并进行混炼,制备绝缘材料。
在厚度50μm的脱模PET片上涂布上述获得的绝缘材料,并使膜厚为100μm,在90℃的烘箱内干燥30分钟,在PET片上制作绝缘片。
(实施例2~21及比较例1~3)
除了使用的各原料的种类及混合量变更为下表1~3所示以外,与实施例1同样地制备绝缘材料,然后在PET片上制作绝缘片。
(实施例2~21以及比较例1~3的评价)
对上述得到的各绝缘片进行评价。
(1)操作性
将具有PET片和形成在该PET片上的绝缘片的叠层片切成460mm×610mm的平面形状,得到测试样品。使用得到的测试样品,按照下述标准,在室温(23℃)下对从PET片上剥离未固化状态的绝缘片时的操作性进行判定。
[操作性的判定标准]
◎:绝缘片没有发生变形,可以容易地剥离。由于富有柔软性,因此即使对其加以冲击也不会断裂;
○:绝缘片没有发生变形,可以容易地剥离;
△:虽然可以剥离绝缘片,但发生片材拉伸或断裂;
×:无法剥离绝缘片。
(2)绝缘片在保管后的片材特性
将未固化状态的绝缘片在23℃及相对湿度50%的条件下保管6个月。肉眼观察保管前后的绝缘片,以下述标准进行判定。
[片材特性的判定标准]
◎:在保管前后,绝缘片完全没有变化;
○:虽然在保管前后几乎没有变化,但是在保管后,绝缘片稍稍变硬变脆;
△:保管后绝缘片变硬变脆,在处理绝缘片时需要注意;
×:保管后无法作为绝缘片处理。
(3)玻璃化转变温度
使用差示扫描热量测定装置“DSC220C”(Seiko Instruments公司制造),以3℃/分钟的升温速度测定未固化状态的绝缘片的玻璃化转变温度。
(4)导热率
在120℃的烘箱内对绝缘片进行1小时的加热处理,然后在200℃的烘箱内对绝缘片进行1小时的加热处理,使绝缘片固化。使用京都电子工业株式会社制造的导热率仪“迅速导热率仪QTM-500”测定绝缘片的固化物的导热率。
(5)绝缘击穿电压
将绝缘片切成100mm×100mm的平面形状,得到测试样品。将得到的测试样品置于120℃的烘箱内1小时,再置于200℃的烘箱内1小时,使之固化,得到绝缘片的固化物。使用耐电压试验器(MODEL7473,EXTECHElectronics公司制造),在绝缘片的固化物之间施加交流电压,并使电压以1kV/秒的速度上升。将绝缘片的固化物被击穿时的电压作为绝缘击穿电压。
(6)焊锡耐热试验
将绝缘片夹在厚度1.5mm的铝板和厚度35μm的电解铜箔之间,用真空压机保持4MPa的压力,同时将其置于120℃下1小时,再置于200℃下1小时,使绝缘片压合并固化,形成敷铜叠层板。将得到的敷铜叠层板切成50mm×60mm的大小,得到测试样品。使得到的测试样品浮在288℃的焊锡浴中,并使铜箔侧向下,测定直到铜箔发生膨胀或发生剥离的时间,并通过以下标准进行判定。
[焊锡耐热试验的判定标准]
○:经过3分钟也没有发生膨胀和剥离;
△:经过1分钟之后且在3分钟之前发生膨胀或剥离;
×:在1分钟之前发生膨胀或剥离。
(7)耐酸性
将绝缘片切成100mm×100mm的平面形状,置于120℃的烘箱内1小时,再置于200℃的烘箱内1小时,使其固化,得到样品。将得到的样品在加热至50℃的pH2.0的盐酸溶液中浸渍3小时。然后,求出样品的重量减少量,再观察样品的表面状态,通过以下标准判定耐酸性。
[耐酸性的判定标准]
○:表面状态无变化,重量减少量小于1%;
△:虽然重量减少量小于1%,但观察到绝缘片的表面因菱镁矿的溶解而产生凹凸;
×:重量减少量为1%以上,且在绝缘片的表面观察到凹凸。
(8)加工性
将绝缘片夹在厚度为1.5mm的铝板和厚度为35μm的电解铜箔之间,用真空压机保持4MPa的压力,并且将其置于120℃下1小时,再置于200℃下1小时,使绝缘片压合固化,形成敷铜叠层板。使用直径2.0mm的钻孔器(UNIONTOOL公司制造,RA系列)、在转速30000及工作台送进速度0.Sm/分钟的条件下对得到的敷铜叠层板进行铣削(ル一タ一,rooter)加工。测定直到发生毛刺(ばり)的加工距离,通过以下标准对加工性进行评价。
[加工性的判定标准]
○:可以加工5m以上而不发生毛刺;
△:可以加工1m以上小于5m,而不发生毛刺;
×:加工小于1m就发生毛刺。
(9)弯曲弹性模量
使用万能试验机RTC-1310A(ORIENTEC公司制造),按照JIS K7111标准,在支点间距离6cm及速度1.5mm/分钟的条件下对长8cm、宽1cm及厚4mm的试验片进行测定,由此测定未固化状态的绝缘片在25℃下的弯曲弹性模量。
另外,将绝缘片置于120℃下固化1小时、然后再置于200℃下1小时,使其固化,得到绝缘片的固化物。与未固化状态的绝缘片同样地,使用万能试验机(ORIENTEC公司制造),按照JIS K7111标准,在支点间距离6cm及速度1.5mm/分钟的条件下对长8cm、宽1cm及厚4mm的试验片进行测定,由此测定得到的绝缘片的固化物在25℃下的弯曲弹性模量。
(10)弹性模量
使用旋转型动态粘弹性测定装置VAR-100(REOLOGICA Instruments公司制造),并采用直径2cm的圆板状的未固化状态的绝缘片样品,通过直径2cm的平行型板,在振荡变形控制模式、开始应力10Pa、频率1Hz及变形1%的条件下,测定25℃下的未固化状态的绝缘片的tanδ。另外,未固化状态的绝缘片从25℃升温到250℃时绝缘片的tanδ的最大值可以如下测定:除上述测定条件外,还要将上述未固化状态的绝缘片以30℃/分钟的升温速度从25℃升温到250℃。
结果如下述表1~3所示。
[表1]
※1以绝缘片的全部树脂成分作为100重量%时的含量
※2绝缘片100体积%中的含量
※3用旋转型动态粘弹性测定装置进行测定
[表2]
※1以绝缘片的全部树脂成分作为100重量%时的含量
※2绝缘片100体积%中的含量
※3用旋转型动态粘弹性测定装置进行测定
[表3]
※1以绝缘片的全部树脂成分作为100重量%时的含量
※2绝缘片100体积%中的含量
※3用旋转型动态粘弹性测定装置进行测定
(实施例22~24)
除了将使用的各原料的种类和添加量变更为下述表4所示以外,与实施例1同样地制造绝缘材料,并在PET片上制作了绝缘片。
(实施例22~24的评价)
与上述实施例2~21及比较例1~3的绝缘片同样地,进行上述评价项目(1)~(10)的评价。
结果如下述表4所示。
[表4]
※1以绝缘片的全部树脂成分作为100重量%时的含量
※2绝缘片100体积%中的含量
※3用旋转型动态粘弹性测定装置进行测定
(实施例25~32)
除了将使用的各原料的种类和添加量变更为下述表5所示以外,与实施例1同样地制造绝缘材料,并在PET片上制作了绝缘片。
(实施例25~32的评价)
与上述实施例2~21及比较例1~3的绝缘片同样地,进行上述评价项目(1)~(10)的评价。
结果如下述表5所示。
[表5]
※1以绝缘片的全部树脂成分作为100重量%时的含量
※2绝缘片100体积%中的含量
※3占绝缘片全部填料100体积%的含量
※4用旋转型动态粘弹性测定装置进行测定
(实施例33~44以及比较例4)
除了将使用的各原料的种类和添加量变更为下述表6、7所示以外,与实施例1同样地制造绝缘材料,并在PET片上制作了绝缘片。
(实施例33~44及比较例4的评价)
与上述实施例2~21及比较例1~3的绝缘片同样地,进行上述评价项目(1)~(10)的评价。
结果如下述表6、7所示。
[表6]
※1以绝缘片的全部树脂成分作为100重量%时的含量
※2绝缘片100体积%中的含量
※3占绝缘片全部填料100体积%的含量
※4用旋转型动态粘弹性测定装置进行测定
[表7]
※1以绝缘片的全部树脂成分作为100重量%时的含量
※2绝缘片100体积%中的含量
※3用旋转型动态粘弹性测定装置进行测定
Claims (26)
1.一种绝缘片,其用于将导热率为10W/m·K以上的导热体粘结在导电层上,该绝缘片包含:
重均分子量为10,000以上的聚合物(A)、
重均分子量小于10,000的环氧树脂(B1)及重均分子量小于10,000的氧杂环丁烷树脂(B2)中的至少一种树脂(B)、
固化剂(C)、及
化学式MgCO3表示的不含结晶水的碳酸镁无水盐(D1)、及该碳酸镁无水盐(D1)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆而成的包覆体(D2)中的至少一种物质(D)。
2.权利要求1所述的绝缘片,其还含有上述物质(D)以外的无机填料(G)。
3.权利要求1或2所述的绝缘片,其中,上述无机填料(G)是选自氧化铝、二氧化硅、氮化硼、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化锌、氧化镁、滑石、云母及水滑石中的至少一种。
4.权利要求1~3中任一项所述的绝缘片,其中,上述聚合物(A)为具有芳香族骨架且重均分子量为30,000以上的聚合物。
5.权利要求1~4中任一项所述的绝缘片,其中,上述固化剂(C)为酚醛树脂、具有芳香族骨架或脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物。
6.权利要求1~5中任一项所述的绝缘片,其中,上述树脂(B)含有环氧单体(B1b)及氧杂环丁烷单体(B2b)中的至少一种单体,所述环氧单体(B1b)具有芳香族骨架且重均分子量为600以下,所述氧杂环丁烷单体(B2b)具有芳香族骨架且重均分子量为600以下。
7.权利要求1~6中任一项所述的绝缘片,其中,在含有上述聚合物(A)、上述树脂(B)和上述固化剂(C)的绝缘片中的树脂成分总量100重量%中,上述聚合物(A)的含量在20~60重量%的范围内、上述树脂(B)的含量为10~60重量%的范围内、且上述聚合物(A)和上述树脂(B)的总量小于100重量%,
并且,该绝缘片在未固化状态下的玻璃化转变温度为25℃以下。
8.权利要求1~7中任一项所述的绝缘片,其中,上述物质(D)为化学式MgCO3表示的不含结晶水的球状碳酸镁无水盐(D1d1)、及该球状碳酸镁无水盐(D1d1)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆的包覆体(D2d1)中的至少一种物质(Dd1)。
9.权利要求2~7中任一项所述的绝缘片,其中,上述物质(D)为化学式MgCO3表示的不含结晶水的近似多面体状的碳酸镁无水盐(D1d2)、以及该近似多面体状的碳酸镁无水盐(D1d2)的表面被有机树脂、有机硅树脂或二氧化硅包覆的包覆体(D2d2)中的至少一种物质(Dd2),
该组合物还含有上述物质(D)以外的无机填料(G),且该无机填料(G)为板状填料。
10.权利要求9所述的绝缘片,其中,上述物质(Dd2)的平均粒径在0.1~40μm的范围内,上述板状填料的平均长径在0.1~10μm的范围内。
11.权利要求9或10所述的绝缘片,其中,上述物质(Dd2)和上述板状填料的含量以体积比计为70∶30~99∶1,上述物质(Dd2)和上述板状填料的总含量为60~90体积%。
12.权利要求9~11中任一项所述的绝缘片,其中,上述板状填料为氧化铝及氮化硼中的至少一种。
13.权利要求1~12中任一项所述的绝缘片,其还含有分散剂(F),所述分散剂(F)具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团。
14.权利要求13所述的绝缘片,其中,上述分散剂(F)中上述包含能够形成氢键的氢原子的官能团的pKa在2~10的范围内。
15.权利要求1~14中任一项所述的绝缘片,其中,上述聚合物(A)具有包含能够形成氢键的氢原子的官能团。
16.权利要求15所述的绝缘片,其中,上述聚合物(A)中上述包含能够形成氢键的氢原子的官能团的pKa在2~10的范围内。
17.权利要求15或16所述的绝缘片,其中,上述聚合物(A)中上述包含能够形成氢键的氢原子的官能团为磷酸基、羧基及磺酸基中的至少一种。
18.权利要求1~17中任一项所述的绝缘片,其中,上述聚合物(A)为苯氧树脂。
19.权利要求18所述的绝缘片,其中,上述苯氧树脂的玻璃化转变温度为95℃以上。
20.权利要求5~19中任一项所述的绝缘片,其中,上述固化剂(C)为具有多脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物、或具有由萜烯类化合物和马来酸酐经加成反应而形成的脂环式骨架的酸酐、该酸酐的氢化物或该酸酐的改性物。
22.权利要求5~19中任一项所述的绝缘片,其中,上述固化剂(C)为具有蜜胺骨架或三嗪骨架的酚醛树脂、或具有烯丙基的酚醛树脂。
23.权利要求1~22中任一项所述的绝缘片,其中,上述树脂(B)的羟基当量为6,000以上。
24.权利要求1~23中任一项所述的绝缘片,其中,未固化状态的绝缘片的玻璃化转变温度为25℃以下,
未固化状态的绝缘片在25℃下的弯曲弹性模量在10~1,000MPa的范围内,且绝缘片发生固化时,绝缘片的固化物在25℃下的弯曲弹性模量在1,000~50,000MPa的范围内,
使用旋转型动态粘弹性测定装置测定的25℃下的未固化状态的绝缘片的tanδ在0.1~1.0的范围内,并且,将未固化状态的绝缘片从25℃升温到250℃时,绝缘片的tanδ的最大值在1.0~5.0的范围内。
25.叠层结构体,其包括:
导热率为10W/m·K以上的导热体、
叠层在上述导热体至少一面的绝缘层、及
叠层在上述绝缘层的与叠层有上述导热体的一面相反侧的面上的导电层,其中,
上述绝缘层由权利要求1~24中任一项所述的绝缘片经固化而形成。
26.权利要求25所述的叠层结构体,其中,上述导热体为金属。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20110629 |