CN103228437B - 含成型性良好的环氧树脂的层叠体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由印刷电路层、绝缘层和放热金属层构成的金属基印刷电路板用层叠体，其作为绝缘层的树脂组合物，混合高当量环氧树脂和低当量环氧树脂而使用，而且含有大量的无机填料，因此其弯曲性、冲孔性、粘接强度等的成型性能良好，且热传导率高，具有良好的耐电压等电特性。特别是，进行综合成型性能试验的结果表明，本发明的金属基印刷电路板表现出了最佳的成型性能。

Description

含成型性良好的环氧树脂的层叠体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种由印刷电路层、绝缘层和放热金属层构成的金属基印刷电路板（Metal PCB；Metal Printed Circuit Board）用层叠体，其包括无机填料、以及由高当量环氧树脂和低当量环氧树脂组成的环氧树脂组合物，还可以含有橡胶成分，是涉及一种在进行弯曲加工和冲孔加工时不会发生龟裂（Crack）和剥离等成型性良好，且热传导率和耐电压等电特性优异的含成型性良好的环氧树脂的层叠体。
背景技术
金属基印刷电路板（Metal PCB；Metal Printed Circuit Board）用层压体，其由形成有电路且搭载如光电半导体等放热电子元件的印刷电路层、对电子元件放出的热量进行热传导的绝缘层以及与该绝缘层相接触并将热量释放到外部的放热金属层构成。
以往，对金属基印刷电路板用层叠体的技术开发，是在使各基板的粘结紧密、并使绝缘层的热传导作用达到最佳的同时，使在印刷电路板上产生的热量散发到外部的方面进行，其技术开发的重点在于，通过这些各基板的最佳构成，不仅使热传导率和耐电压等电特性得到提高，而且使其弯曲性（弯曲加工性）、冲孔性等成型性得到提高。为此，含环氧树脂的金属基印刷电路板用层叠体在以环氧树脂为主要成分的情况下，还含有无机填料、固化剂、固化促进剂、橡胶成分等多种成分，试图提高其成型性。
作为含环氧树脂的层叠体的现有技术，已知的有：包括铜箔和绝缘层的金属基板，其中，上述绝缘层包括环氧树脂100重量份、环氧化聚丁二烯25～70重量份、无机填料300～500重量份、以及环氧树脂固化剂（日本特开平5-267808号公报）；包括结晶性聚酯共聚物30～90重量%、具有芳香族乙烯基化合物的嵌段共聚物和烯烃化合物的嵌段共聚物的热塑性弹性体5～35重量%和双酚A型环氧树脂5～35重量%的热熔型粘接剂组合物（韩国公开专利2005-82570号公报）；包括铜箔、形成在该铜箔粗糙面上且作为必需成分含有聚乙烯醇缩丁醛树脂和甲阶酚醛树脂的粘接剂层、在该粘接剂层上形成的以环氧树脂为主要成分且含有合成橡胶或弹性体的绝缘树脂层、和形成于该绝缘树脂层上的金属基板为特征的金属印刷布线基板（日本特开1993-75225号公报）。然而，虽热在上述现有技术中，试图通过含有多种成分的高分子树脂来提高与金属基板、无机填料之间的粘接力和兼容性，但是，尚未开发出在使用多种环氧树脂的情况下仍具有良好成型性的金属基印刷电路板用层叠体的制造技术。
发明内容
本发明的课题在于，提供一种金属基印刷电路板用层叠体，其在使用以往的环氧树脂等绝缘体树脂的情况下，通过与大量的无机填料混合并加以成型，从而不仅具有良好的弯曲性、冲孔性和粘接强度等的成型性，且热传导率高、耐电压等电特性也优异。
为了解决上述课题，本发明提供一种含成型性良好的环氧树脂的层叠体，其是由印刷电路层、绝缘层和放热金属层构成的金属基印刷电路板用层叠体，其中，上述绝缘层包括树脂组合物和无机填料，所述树脂组合物通过混合高当量环氧树脂和低当量环氧树脂而成，所述层叠体在进行弯曲加工和冲孔加工时不会发生龟裂和剥离。
附图说明
图1（a）是本发明金属基印刷电路板用层叠体的基本立体图。
图1（b）是本发明金属基印刷电路板用层叠体的侧视图。
图2是本发明金属基印刷电路板用层叠体的制造工序图。
具体实施方式
除非另有定义，本说明书中所使用的所有科学用语和技术用语与本领域技术人员通常所理解的技术术语具有相同的含义。一般来讲，本说明书中所使用的命名法和下面所述的试验方法均为本领域已知的、通常使用的方法。
本发明提供一种由印刷电路层、绝缘层和放热金属层构成的金属基印刷电路板用层叠体。本发明的层叠体是包含无机填料的绝缘层的层叠体，提供含无机填料和环氧树脂组合物的层叠体。在本发明的层叠体构成中，对环氧树脂的环氧当量而言，通过根据其用途来混合或配合高当量环氧树脂和低当量环氧树脂，由此在成型金属基印刷电路板时，能够获得最优化的加工工艺性。
另外，本发明涉及含成型性良好的环氧树脂的层叠体，其是对以环氧树脂、无机填料、固化剂、固化促进剂和橡胶成分作为主要成分的组合物进行固化而成，由此具有高热传导率，且在成型金属基印刷电路板时能够提供最优化的加工工艺性。
作为本发明的环氧树脂，通常使用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、甲酚酚醛清漆环氧树脂、双环戊二烯环氧树脂、三苯基甲烷环氧树脂、萘型环氧树脂、联苯型环氧树脂、以及它们的氢化环氧树脂，只要是环氧树脂即可，对其结构没有限制。而且，上述环氧树脂可以使用一种或多种。特别是，在使用氢化环氧树脂时，优选使用在双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和联苯型环氧树脂中添加氢的环氧树脂等。
作为优选的实施例，可以使用双酚A型环氧树脂。
本发明的环氧树脂由高当量环氧树脂和低当量环氧树脂的混合组合物构成。本发明中的高当量环氧树脂是指环氧当量600～4000g/eq的环氧树脂，低当量环氧树脂是指环氧当量100～250g/eq的环氧树脂。
本发明的高当量环氧树脂的600～4000g/eq环氧当量范围，是凝聚性的表现最佳的范围，本发明的低当量环氧树脂的100～250g/eq环氧当量范围，是涂布性的表现最佳的范围，因此，通过在上述本发明的高环氧当量和低环氧当量的范围内混合而成的组合物，能够使含无机填料的绝缘层的凝聚性和涂布性最佳化，由此，本发明的高当量环氧树脂和低当量环氧树脂的环氧树脂组合物，能够使金属基印刷电路板的成型性达到最佳。
本发明的高当量环氧树脂和低当量环氧树脂的树脂组合物中，当高当量环氧树脂的含量为树脂组合物总重量的70～90重量%、低当量环氧树脂的含量为树脂组合物总重量的10～30重量%时，作为金属基印刷电路板的用途，表现出了最佳的成型性。
作为本发明的橡胶成分，可以使用环氧化聚丁二烯等的丁二烯橡胶、异戊二烯聚合物、氯丁二烯聚合物、二甲基丁二烯橡胶、乙烯丙烯共聚物、聚氨酯系缩聚物等。本发明的橡胶成分是橡胶状弹性体，当橡胶成分含量占环氧树脂组合物、橡胶成分和无机填料总重量的0.1～10重量%时，作为金属基印刷电路板的用途，表现出最佳的成型性。
作为本发明的无机填料，可以使用氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼等。本发明无机填料的平均粒径约为2～4μm，其中，按照粒径3μm以下的分布占60～80体积%、粒径超过3μm且20μm以下的分布占20～40体积%的方式进行混合。所混合的无机填料的含量占树脂组合物（含有橡胶成分时加上橡胶成分的重量）和无机填料总重量的60～90重量%。上述无机填料的含量是适合于本发明树脂组合物的百分比含量，当无机填料的含量在该范围时，能够使热传导率达到最佳，且能够表现出最佳的成型性。
通过本发明无机填料和环氧树脂组合物的最优化组合，能够使粘接强度更优异于一般的产品，并具有良好的弯曲性（弯曲加工性），因此不会发生微细的龟裂（Crack），且其冲孔性也比其它产品优异，因此不会发生微细的龟裂（Crack）和剥离（Burr）现象。
本发明的绝缘层除环氧树脂组合物和无机填料以外，还可以含有固化剂、固化促进剂、偶联剂。
作为本发明的固化剂，可以使用酐（anhydride）系树脂、酚醛系树脂、双氰胺系树脂等，对公知的环氧树脂固化剂而言，可根据环氧树脂的种类选择适宜的固化剂而使用，可以选用一种或多种。相对于100重量份的环氧树脂，本发明的固化剂的配合量优选为40～60重量份，若固化剂的含量高或低于上述范围，则无法顺利进行固化，导致最终层叠体的成型性降低的问题。
作为用于本发明的固化促进剂，可以使用双氰胺、咪唑类化合物，磷酸化合物等。固化促进剂可以选用一种或多种。另外，由于固化促进剂具有随固化温度发生变化的特性，因此，可根据树脂组合物和固化剂的种类来决定固化促进剂的用量，在本发明中，相对于100重量份的环氧树脂，混合0.01～10重量份的固化促进剂。固化促进剂的投入量可根据树脂组合物和固化剂的混合比例以及固化状态进行调整。
此外，为了提高树脂组合物和无机填料的分散效果，还可以添加公知的偶联剂进行混合，作为偶联剂，可优选使用有机共聚物。
本发明的印刷电路层使用厚度15～150μm的铜（Cu）箔，含有环氧树脂和无机填料的绝缘层被成型为50～200μm的厚度，放热金属层可使用厚度200～3000μm的选自铝、铝合金、镀敷钢板和厚铜板（Heavy Copper）中的金属层。
如图2所示，本发明的含成型性良好的环氧树脂的层叠体的制造方法，包括：准备作为原材料的环氧树脂、无机填料和添加剂的工序（10）；对多种（多数）原材料进行均匀混合的工序（20）；将混合后的原材料涂布于用作印刷电路层的铜箔表面的工序（30）；对涂布于铜箔表面的原材料进行干燥的工序（40）；以及，对干燥后的铜箔涂布原材料和放热金属层进行加热压缩处理，从而成型为最终产品的工序（50）。如此制造的金属基印刷电路版用层叠体，如图1（a）和图1（b）所示，由印刷电路层（1）、绝缘层（2）和放热金属层（3）构成。
通过本发明制造出的含成型性良好的环氧树脂的层叠体，可用于光电半导体或产生热的电子元件搭载用金属基印刷电路板上。
附图标记的说明
（1）  印刷电路层（Circuit Layer）
（2）  绝缘层（Dielectric Layer）
（3）  放热金属层（Base Layer）
（10） 原材料的准备工序（Material、环氧树脂、无机填料等）
（20） 混合工序（Mixing）
（30） 涂布工序（Coating）
（40） 干燥工序（Drying）
（50） 加热压缩工序（ThermalPressing）
以下，通过具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。下述实施例用于进一步说明本发明，但本发明并不限定于以下实施例。
实施例
实施例1
将占树脂组合物总重量的80w%的高当量环氧树脂（环氧当量：600g/eq）和占树脂组合物总重量的20w%的低当量环氧树脂（环氧当量：200g/eq）进行均匀混合，获得树脂组合物。向该树脂组合物中，添加平均粒径3μm的、占树脂组合物和无机填料合计总重量的80%的无机填料（昭和电工(ShowaDenko)制造的氧化铝（Alumina），产品名为AL-45-H）。然后，还添加相对于100重量份的树脂组合物为30重量份的双氰胺和1重量份的2-甲基咪唑并进行均匀混合。将如此得到的绝缘层混合液以100μm的厚度涂布在铜箔（Cu，厚度：35μm）上，并对其进行干燥而使其成为B-阶段（B-Stage）状态。对干燥成B-阶段状态的铜箔层叠板和放热金属板（Al，厚度：1500μm）进行层叠，并在高温高压下加以成型。
实施例2
将占树脂组合物总重量的80w%的高当量环氧树脂（环氧当量：900g/eq）和占树脂组合物总重量的20w%的低当量环氧树脂（环氧当量：200g/eq）进行均匀混合，获得树脂组合物。向该树脂组合物中，添加平均粒径3μm的、占树脂组合物和无机填料合计总重量的80%的无机填料（昭和电工(ShowaDenko)制造的氧化铝（Alumina），产品名为AL-45-H）。然后，还添加相对于100重量份的树脂组合物为30重量份的双氰胺和1重量份的2-甲基咪唑并进行均匀混合。将如此得到的绝缘层混合液以100μm的厚度涂布在铜箔（Cu，厚度：35μm）上，并对其进行干燥而使其成为B-阶段（B-Stage）状态。对干燥成B-阶段状态的铜箔层叠板和放热金属板（Al，厚度：1500μm）进行层叠，并在高温高压下加以成型。
实施例3
将占树脂组合物总重量的80w%的高当量环氧树脂（环氧当量：3500g/eq）和占树脂组合物总重量的20w%的低当量环氧树脂（环氧当量：200g/eq）进行均匀混合，获得树脂组合物。向该树脂组合物中，添加平均粒径3μm的、占树脂组合物和无机填料合计总重量的80%的无机填料（昭和电工(ShowaDenko)制造的氧化铝（Alumina），产品名为AL-45-H）。然后，还添加相对于100重量份的树脂组合物为30重量份的双氰胺和1重量份的2-甲基咪唑并进行均匀混合。将如此得到的绝缘层混合液以100μm的厚度涂布在铜箔（Cu，厚度：35μm）上，并对其进行干燥而使其成为B-阶段（B-Stage）状态。对干燥成B-阶段状态的铜箔层叠板和放热金属板（Al，厚度：1500μm）进行层叠，并在高温高压下加以成型。
实施例4
将占树脂组合物总重量的80w%的高当量环氧树脂（环氧当量：600g/eq）和占树脂组合物总重量的20w%的低当量环氧树脂（环氧当量：200g/eq）进行均匀混合，获得树脂组合物。向该树脂组合物中，添加平均粒径3μm的、占树脂组合物和无机填料合计总重量的80%的无机填料（昭和电工(ShowaDenko)制造的氧化铝（Alumina），产品名为AL-45-H）。而且，作为橡胶成分，还添加占树脂组合物、无机填料和橡胶的合计总重量的1w%的环氧化聚丁二烯（日本石油化学公司制造）。然后，还添加相对于100重量份的树脂组合物为30重量份的双氰胺和1重量份的2-甲基咪唑并进行均匀混合。将如此得到的绝缘层混合液以100μm的厚度涂布在铜箔（Cu，厚度：35μm）上，并对其进行干燥而使其成为B-阶段（B-Stage）状态。对干燥成B-阶段状态的铜箔层叠板和放热金属板（Al，厚度：1500μm）进行层叠，并在高温高压下加以成型。
比较例1
将实施例1的绝缘层混合液中的无机填料的平均粒径调整为20μm以上，且将无机填料的混合比调整为树脂组合物和无机填料合计总重量的80w%，由此制造出层叠体（除此之外的制造方法与实施例1相同）。
比较例2
将实施例1的绝缘层混合液中的无机填料的平均粒径调整为1μm，且将无机填料的混合比调整为树脂组合物和无机填料合计总重量的80w%，由此制造出层叠体（除此之外的制造方法与实施例1相同）。
比较例3
在实施例3的树脂组合物中，按照高当量环氧树脂（环氧当量：3500g/eq）含量占树脂组合物总重量的95w%，低当量环氧树脂（环氧当量：200g/eq）含量占树脂组合物总重量的5%的方式进行混合，由此制造出层叠体（除此之外的制造方法与实施例3相同）。
比较例4
在实施例3的树脂组合物中，按照高当量环氧树脂（环氧当量：3500g/eq）含量占树脂组合物总重量的60w%，低当量环氧树脂（环氧当量：200g/eq）含量占树脂组合物总重量的40%的方式进行混合，由此制造出层叠体（除此之外的制造方法与实施例3相同）。
评价成型性等的特性值
对通过上述实施例和比较例制造的金属基印刷电路板用层叠体进行性能测试，其结果如表1所示。
在实施例和比较例的特性值中，热传导率（W/mK）是按照ASTM E1461标准进行测定。粘接强度是按照loz copper标准进行测定。弯曲性（Bending）的评价是通过下述方法来判断：在Round135°时、即弯曲成135度的情况下，并没有出现龟裂和分层（剥离，Burr）现象，则判定为弯曲性良好。冲孔性是通过下述方法进行评价：当用150～200吨的力量切断层叠体时，是否发生龟裂和分层（Delamination，剥离，Burr）来评价。综合成型性的评价是按照下述方法进行：分别取100个实施例和比较例的试样个体进行性能测试，对其弯曲性、冲孔性进行精确评价，并查出符合标准的试样个体数量。
表1
评价结果：实施例的热传导率和粘接强度的评价结果远远优于其他试样个体，且从综合成型性的评价结果可知，实施例的层叠体也比其他个体稳定。
工业实用性
基于本发明，使金属基印刷电路板用层叠体的成型性能达到最佳，从而提高了印刷电路层、绝缘层和放热金属层的层间粘接强度，且使极限耐热性、弯曲性（弯曲加工性）、冲孔性等成型性能达到最佳的同时，提高了热传导率，进而提高了耐电压等电特性，由此解决了本发明的技术课题。

Claims (10)

1.一种含成型性良好的环氧树脂的层叠体，其是由印刷电路层、绝缘层和放热金属层构成的金属基印刷电路板用层叠体，其中，
所述绝缘层包括树脂组合物和无机填料，所述树脂组合物通过混合高当量环氧树脂和低当量环氧树脂而成，
所述高当量环氧树脂的含量是所述树脂组合物总重量的70～90重量％，所述低当量环氧树脂的含量是所述树脂组合物总重量的10～30重量％，
所述高当量环氧树脂的环氧当量范围是600～4000g/eq，所述低当量环氧树脂的环氧当量范围是100～250g/eq，
而且，所述层叠体在进行弯曲加工和冲孔加工时不发生龟裂和剥离。
2.一种含成型性良好的环氧树脂的层叠体，其是由印刷电路层、绝缘层和放热金属层构成的金属基印刷电路板用层叠体，其中，
所述绝缘层包括树脂组合物、橡胶成分和无机填料，所述树脂组合物通过混合高当量环氧树脂和低当量环氧树脂而成，
所述高当量环氧树脂的含量是所述树脂组合物总重量的70～90重量％，所述低当量环氧树脂的含量是所述树脂组合物总重量的10～30重量％，
所述高当量环氧树脂的环氧当量范围是600～4000g/eq，所述低当量环氧树脂的环氧当量范围是100～250g/eq，
而且，所述层叠体在进行弯曲加工和冲孔加工时不发生龟裂和剥离。
3.如权利要求1或2所述的含成型性良好的环氧树脂的层叠体，其特征在于，所述树脂组合物是双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、甲酚酚醛清漆环氧树脂、双环戊二烯环氧树脂、三苯基甲烷环氧树脂、萘型环氧树脂、联苯型环氧树脂中的一种以上的环氧树脂。
4.如权利要求1或2所述的含成型性良好的环氧树脂的层叠体，其特征在于，所述树脂组合物为双酚A型环氧树脂。
5.如权利要求2所述的含成型性良好的环氧树脂的层叠体，其特征在于，所述橡胶成分是环氧化聚丁二烯、异戊二烯聚合物、氯丁二烯聚合物、二甲基丁二烯橡胶、乙烯丙烯共聚物、聚氨酯系缩聚物中的一种以上的橡胶状弹性体，
所述橡胶成分的含量是环氧树脂、橡胶成分和无机填料合计总重量的0.1～10重量％。
6.如权利要求1或2所述的含成型性良好的环氧树脂的层叠体，其特征在于，所述无机填料是氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼中的一种以上的无机填料。
7.如权利要求1或2所述的含成型性良好的环氧树脂的层叠体，其特征在于，所述无机填料的平均粒径是1～20μm，所述无机填料的含量是所述树脂组合物和所述无机填料的合计总重量的60～90重量％。
8.如权利要求1或2所述的含成型性良好的环氧树脂的层叠体，其特征在于，所述绝缘层还包括固化剂、固化促进剂、偶联剂。
9.一种含成型性良好的环氧树脂的层叠体的制造方法，包括：
工序(10)，准备作为原材料的树脂组合物、无机填料和添加剂，其中，所述树脂组合物通过混合高当量环氧树脂和低当量环氧树脂而成，所述高当量环氧树脂的含量是所述树脂组合物总重量的70～90重量％，所述低当量环氧树脂的含量是所述树脂组合物总重量的10～30重量％，所述高当量环氧树脂的环氧当量范围是600～4000g/eq，所述低当量环氧树脂的环氧当量范围是100～250g/eq；
工序(20)，对多种原材料进行均匀混合；
工序(30)，将混合后的原材料涂布在作为印刷电路层的铜箔表面；
工序(40)，对涂布在铜箔表面的原材料进行干燥；以及
工序(50)，对干燥后的铜箔涂布原材料和放热金属层进行加热压缩，从而成型为最终产品。
10.一种金属基印刷电路板，其用于搭载光电半导体或产生热量的电子元件，其特征在于，使用了权利要求1或2所述的含成型性良好的环氧树脂的层叠体。
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