CN110003614A - 树脂组合物以及使用该组合物所制得的预浸渍片、金属箔积层板与印刷电路板 - Google Patents

树脂组合物以及使用该组合物所制得的预浸渍片、金属箔积层板与印刷电路板 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种树脂组合物,其包含以下成分:(A)一环氧树脂,其每分子具有至少两个环氧官能基;(B)一结构中包含

Description

树脂组合物以及使用该组合物所制得的预浸渍片、金属箔积 层板与印刷电路板
技术领域
本发明涉及一种树脂组合物,特别涉及一种包含特定反应型阻燃剂与非反应型含磷阻燃剂的无卤素环氧树脂树脂组合物。本发明树脂组合物可与玻璃纤维构成复合材料或预浸渍片,或可进一步作为金属箔的接着剂,制成积层板及印刷电路板。
背景技术
近来,电子产品的应用已进入高频及高速领域,对电子材料的物化性质要求也随之提升。在信号传输高频化与高速化、电子组件小型化及电路板线路高密度化的趋势下,现有电子材料的特性已不敷使用。其原因在于,具有良好电学性质(介电常数(Dk)与损耗因子(Df))的电子材料通常不具备高抗撕强度(peeling strength),且同时具备良好电学性质及抗撕强度的电子材料则通常不具有高玻璃转移温度(glass transition temperature,Tg),耐热性不足。
此外,随着环保意识抬头,目前已改为采用无卤素材料提供电子材料阻燃特性,常见作法为使用含氮或含磷化合物。然而,在环氧树脂树脂组合物中使用DOPO(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)化合物作为阻燃剂的情况下,将使得所制得的积层板材的硬度过高,使得积层板在后续加工钻孔过程中容易出现裂纹,进而影响终端产品在后续工艺中的可靠度。对此,虽然已知可在树脂组合物中添加例如滑石粉的软质填料或例如核壳橡胶(core/shell rubber,CSR)的增韧剂来降低积层板硬度,但滑石粉及CSR均会导致所制电子材料的抗撕强度变差,以及撞击测试后容易发生层间分离等问题。
有鉴于此,目前仍需要研发一种具有低Dk与Df、高抗撕强度、高Tg及合宜硬度的电子材料。
发明内容
本发明所欲解决的技术问题在于提供一种树脂组合物,使得由该树脂组合物所制得的电子材料可具备高Tg、良好电学性质(低Dk与低Df)以及高抗撕强度,且具有合宜硬度而有利于后续加工。
如以下发明目的说明,本发明解决技术问题的技术手段在于,在环氧树脂树脂组合物中搭配使用反应型DOPO阻燃剂与非反应型含磷阻燃剂,使得树脂组合物所制电子材料可具有上述优点,并解决单独使用DOPO阻燃剂时引起的硬度过高问题。
本发明的一目的在于提供一种树脂组合物,其包含以下成分:
(B)一环氧树脂,其每分子具有至少两个环氧官能基;
(B)一结构中包含(本文中也称DOPO官能基或可表示为DOPO*)的反应型阻燃剂;以及
(C)一与树脂组合物的其他成分兼容的非反应型含磷阻燃剂。
于本发明的部分实施例中,反应型阻燃剂(B)选自以下群组:9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(10-(2,5-dihydroxyphenyl)-9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanth rene-10-oxide,DOPO-HQ)、含DOPO官能基的双酚A(DOPO-bisphenol A,DOPO-BPA)、含DOPO官能基的酚醛树脂(DOPO-phenolic novolac,DOPO-PN)、含DOPO官能基的双酚A酚醛树脂(DOPO-bisphenol A novolac,DOPO-BPAN)、含DOPO官能基的活性酯(DOPO-active ester,DOPO-AE)、前述的衍生物及其组合,且较佳为含DOPO官能基的活性酯(DOPO-AE)。
于本发明的部分实施例中,含DOPO官能基的活性酯具有下式(I)的结构:
于式(I)中,
DOPO*为
R11为H、-OC(=O)R*或-OH,其中R*为C1至C8的烷基或为经或未经取代的苯基;
R12为H、-OC(=O)R*、-OH或C1至C6的烷基;以及
R13及R14各自独立为-CH2-DOPO*、H、-OC(=O)R*、C1至C6的烷基、-OH或其中X为共价键、C1至C6的伸烷基或-SO2-,且Y为H、-OC(=O)R*或-OH,条件是该含DOPO官能基的活性酯每个分子中具有至少一个-OC(=O)R*基团;
条件是当R13且R11、R12与R14中的任一或多者是-OH时,Y不为-OH,以及当R14且R11、R12与R13中的任一或多者是-OH时,Y不为-OH;以及
条件是当R11、R12、R13、R14与Y中的至少一者是-OC(=O)R*,且R13及R14中的一者为时,R13及R14中的另一者为-CH2-DOPO*、H、-OC(=O)R*、C1至C6的烷基或-OH。
于本发明的部分实施例中,非反应型含磷阻燃剂(C)选自以下群组:六苯氧环三磷腈(hexaphenoxy cyclotriphosphazene)、间苯二酚双[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯](resorcinol bis[di(2,6-dimethylphenyl)phosphate])、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(resorcinol bis(diphenyl phosphate))、前述的衍生物及其组合。
于本发明的部分实施例中,树脂组合物还包含一交联剂,其选自以下群组:双氰胺(dicyandiamide,DICY)、二胺基二苯砜(diaminodiphenyl sulfone,DDS)、胺基三氮杂苯酚醛树脂(amino triazine novolac,ATN)、双马来酰亚胺(bismaleimide,BMI)树脂、苯乙烯马来酸酐(styrene maleic anhydride,SMA)树脂、苯并恶嗪(benzoxazine,BZ)树脂及其组合。
于本发明的部分实施例中,树脂组合物还包含一催化剂,其为咪唑(imidazole)或吡啶(pyridine)。
于本发明的部分实施例中,树脂组合物还包含一选自以下群组的填料:二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、碳酸钙、滑石、黏土、氮化铝、氮化硼、氢氧化铝、碳化铝硅、碳化硅、碳酸钠、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、石英、钻石、类钻石、石墨、煅烧高岭土、白岭土、云母、水滑石、中空二氧化硅、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)粉末、玻璃珠、陶瓷晶须、纳米碳管、纳米级无机粉体及其组合。
于本发明的部分实施例中,树脂组合物还包含一选自以下群组的添加剂:分散剂、增韧剂及其组合。
本发明的另一目的在于提供一种预浸渍片,其为通过将一基材含浸或涂布如上所述的树脂组合物,并干燥该经含浸或涂布的基材而制得。
本发明的一目的在于提供一种金属箔积层板,其为通过将如上所述的预浸渍片与金属箔加以层合而制得,或为通过将如上所述的树脂组合物涂布于金属箔并干燥该经涂布的金属箔而制得。
本发明的一目的在于提供印刷电路板,其由如上所述的金属箔积层板所制得。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、技术特征及优点能更明显易懂,下文以部分具体实施例进行详细说明。
以下将具体地描述根据本发明的部分具体实施例;但是,在不背离本发明的精神下,本发明还可以多种不同形式的实施例来实践,不应将本发明保护范围解释为限于说明书所陈述的。
除非文中有另外说明,于本说明书中(尤其是在后述专利申请范围中)所使用的“一”、“该”及类似用语应理解为包含单数及复数形式。
除非文中有另外说明,于本说明书中描述溶液、混合物或组合物中所含的成分时,以固含量(dry weight)计算,即,未纳入溶剂的重量。
本文中,用词“约”是指所指定的量可增加或减少一本领域技术人员可认知为一般且合理的大小的量。
本发明对照现有技术的功效在于,本发明树脂组合物为一使用环氧树脂、反应型DOPO阻燃剂及非反应型含磷阻燃剂的配方,能够在不牺牲所制电子材料的物化性质及电学性质的情况下,提升所制得的电子材料的可加工性,克服现有技术使用DOPO阻燃剂的树脂组合物的力有未逮之处。
树脂组合物
本发明树脂组合物包含环氧树脂、结构中包含(DOPO官能基)的反应型阻燃剂与树脂组合物其他成分兼容的非反应型含磷阻燃剂等必要成分,以及其他视需要的选用成分。以下现就树脂组合物的各成分提供详细说明。
(A)环氧树脂
本文中,环氧树脂是指在一分子中具有至少两个环氧官能基的热硬化型树脂,例如线性酚醛环氧树脂、多官能基环氧树脂或其组合。所述多官能基环氧树脂包括但不限于双官能基环氧树脂、四官能基环氧树脂及八官能基环氧树脂。环氧树脂的实例包括但不限于双酚型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、二苯乙烯型环氧树脂、含三嗪骨架的环氧树脂、含茀骨架的环氧树脂、三酚基甲烷型环氧树脂、联苯型环氧树脂、伸茬基型环氧树脂、联苯芳烷基型环氧树脂、萘型环氧树脂、二环戊二烯(dicyclopentadiene,DCPD)型环氧树脂、脂环式环氧树脂及其组合。双酚型环氧树脂的实施例包括但不限于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂及双酚S型环氧树脂。酚醛型环氧树脂的实施例包括但不限于苯酚酚醛型环氧树脂、甲酚酚醛型环氧树脂、双酚A酚醛型环氧树脂及双酚F酚醛型环氧树脂。环氧树脂的实施例还可包括多官能酚类及蒽等多环芳香族类的二缩水甘油醚化合物。此外,可导入磷化合物至环氧树脂中而形成含磷环氧树脂。
前述环氧树脂可各自单独使用,也可混合多种使用,本领域技术人员可依据实际需要而自行调配。于后附实施例中,使用双酚A酚醛型环氧树脂。
于本发明树脂组合物中,以树脂组合物固含量计,环氧树脂(A)的含量可为约25重量%至约75重量%,更特定而言约30重量%至约65重量%,例如31重量%、33重量%、34重量%、35重量%、37重量%、39重量%、40重量%、42重量%、44重量%、45重量%、47重量%、48重量%、50重量%、52重量%、55重量%、57重量%、59重量%、60重量%、61重量%、62重量%或64重量%。在前述指定范围内,所制得的电子材料尤其可具有良好电学性质。
(B)结构中包含DOPO官能基的反应型阻燃剂
本文中,DOPO官能基是指从9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)中通过磷原子形成共价键的结构,即,本文中亦表示为“DOPO*”。DOPO官能基中含有磷原子,因此含有DOPO官能基的DOPO化合物可作为阻燃剂使用。
可用于本发明的结构中包含DOPO官能基的反应型阻燃剂(B)(下称反应型阻燃剂(B))的实施例包括但不限于9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO,)、10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ,)、含DOPO官能基的双酚A(DOPO-BPA,)、含DOPO官能基的酚醛树脂(DOPO-PN,其中m为大于或等于1的整数)、含DOPO官能基的双酚A酚醛树脂(DOPO-BPAN,其中n为大于或等于1的整数)、含DOPO官能基的活性酯(DOPO-AE)及前述的衍生物。各阻燃剂可单独使用,或任意组合使用。商购可得的反应型阻燃剂(B)的实施例包括可购自陶氏化学(DOW CHEMICAL)公司的型号为XZ-92741的产品(DOPO-BPAN)、可购自SHIN-A公司的型号为LC-950的产品(DOPO-BPAN)、可购自四川东材公司的型号为D992的产品(DOPO-BPAN)以及可购自江苏雅克公司的型号为DHP65H的产品(DOPO-BPAN)。于后附实施例中,使用DOPO-BPAN及DOPO-AE。
反应型阻燃剂(B)因分子结构中具有反应性基团,如P-H基、OH基、NH2基、COOH基、C(O)O基等,故具有反应性,可扮演交联剂的角色与环氧树脂进行固化反应,通过共价键的形成嵌入树脂组合物固化后所形成的高分子结构中,因此可避免添加型阻燃剂因其并未键结于树脂高分子网络中,而发生常见的阻燃剂迁移至固化物表面的问题。
于本发明树脂组合物的一较佳实施例中,使用DOPO-AE作为反应型阻燃剂(B)。DOPO-AE是一种带有活性酯基团的DOPO化合物,其中活性酯基团可与环氧树脂的环氧官能基发生反应。DOPO-AE与DOPO-BPA或DOPO-PN不同之处在于,DOPO-BPA或DOPO-PN通过OH基与环氧官能基反应,会使得环氧官能基开环后产生极性二次羟基(polar secondaryhydroxyl group),对所制得的电子材料的电学性质与吸水性将产生不利影响,相较之下,DOPO-AE是以活性酯基团与环氧官能基进行转酯化(transesterification)反应,不会有上述因二次羟基所致的电学性质与吸水性劣化的问题。
本文中,DOPO-AE中的活性酯部分可为通过芳香族二羧酸(或其衍生物)与双酚化合物(或其衍生物)进行聚合反应所得的芳香族聚酯高分子(aromatic polyester),该芳香族聚酯高分子通过DOPO改质后,可形成含DOPO官能基的活性酯(DOPO-AE)。所述聚合反应可通过溶液聚合、界面聚合、熔融聚合等现有的聚合方法来进行。芳香族二羧酸的实施例包括但不限于对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、氯邻苯二甲酸、硝基邻苯二甲酸、2,5-萘二羧酸、2,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、1,5-萘二羧酸、甲基对苯二甲酸、4,4'-联苯二羧酸、2,2'-联苯二羧酸、4,4'-二苯醚二羧酸、4,4'-二苯甲烷二羧酸、4,4'-二苯砜二羧酸、4,4'-二苯基亚异丙基二羧酸、1,2-双(4-羧基苯氧基)乙烷及间苯二甲酸-5-磺酸钠。前述芳香族二羧酸可单独使用,也可任意组合使用。较佳为使用对苯二甲酸、间苯二甲酸或其混合物,更佳为使用对苯二甲酸与间苯二甲酸的混合物。双酚化合物的实施例包括但不限于双(4-羟基苯基)苯甲烷、1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷(1,1-bis(4-hydroxyphenyl)-1-phenylethane)(双酚AP,BPAP)、1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)-1-苯基乙烷、1,1-双(4-羟基-3,5-二甲基苯基)-1-苯基乙烷、1,1-双(4-羟基-3,5-二溴苯基)-1-苯基乙烷、1,1-双(4-羟基-3-苯基苯基)-1-苯基乙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane)(双酚A,BPA)、2,2-双(4-羟基-3,5-二甲基苯基)丙烷(2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl)propane)(四甲基双酚A)、2,2-双(4-羟基-3-甲基苯基)丙烷(2,2-bis(4-hydroxy-3-methyl phenyl)propane)(双酚C,BPC)、2,2-双(4-羟基-3,5-二溴苯基)丙烷(2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dibromophenyl)propane)(四溴双酚A)及2,2-双(4-羟基-3,5-二氯苯基)丙烷(2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dichlorophenyl)propane)(四氯双酚A)、二环戊二烯-苯酚(dicyclopentadiene-phenol)聚合物。前述双酚化合物及其衍生物可单独使用或任意组合使用。较佳为使用双酚A(BPA)或二环戊二烯-苯酚(dicyclopentadiene-phenol)聚合物。
于本发明部分实施例中,DOPO-AE具有下式(I)的结构:
于式(I)中,DOPO*即R11为H、-OC(=O)R*或-OH,其中R*为C1至C8的烷基或为经或未经取代的苯基;R12为H、-OC(=O)R*、-OH或C1至C6的烷基;以及R13及R14各自独立为-CH2-DOPO*、H、-OC(=O)R*、C1至C6的烷基、-OH或其中X为共价键、C1至C6的伸烷基或-SO2-,且Y为H、-OC(=O)R*或-OH。式(I)的结构具有以下条件限制:(1)条件是DOPO-AE每个分子中具有至少一个-OC(=O)R*基团;(2)当R13且R11、R12与R14中的任一或多者是-OH时,Y不为-OH,以及当R3且R11、R12与R13中的任一或多者是-OH时,Y不为-OH;以及(3)当R11、R12、R13、R14与Y中的至少一者是-OC(=O)R*,且R13及R14中的一者为时,R13及R14中的另一者为-CH2-DOPO*、H、-OC(=O)R*、C1至C6的烷基或-OH。
于本发明的部分实施例中,DOPO-AE具有选自以下式(I-1)至式(I-6)的任一者的结构:
于式(I-1)至式(I-6)中,DOPO*如前文所定义;R*如前文所定义;A为C1至C6的烷基,较佳为C1至C3的烷基;以及Z为共价键、-SO2-或C1至C6的伸烷基,较佳为C1至C3的伸烷基。
上述具有式(I)的DOPO-AE的制备方式可参照中国台湾专利申请案公开号TW201609781 A中的记载,该专利文献全文在此引入作为参考。
于本发明树脂组合物中,以树脂组合物固含量计,反应型阻燃剂(B)的含量可为约1重量%至约30重量%,更特定而言约5重量%至约25重量%,例如5.5重量%、5.7重量%、5.9重量%、7重量%、9重量%、10重量%、12重量%、15重量%、17重量%、18重量%、19重量%、20重量%、21重量%、21.5重量%、22重量%或24重量%。在前述指定范围内,反应型阻燃剂(B)尤其可在不影响树脂组合物其他成分的特性的情况下,赋予所制得的电子材料良好阻燃性。
(C)非反应型含磷阻燃剂
本文中,非反应型含磷阻燃剂是指不具有可与环氧树脂反应的活性基团的含磷化合物,也可称为添加型含磷阻燃剂。该非反应型含磷阻燃剂(C)必须与树脂组合物的其他成分具有兼容性,也即,以分子层级的观点观之,非反应型含磷阻燃剂(C)在由树脂组合物所形成的生胶水(varnish)中呈现良好的分散状态(finely dispersed state)。
非反应型含磷阻燃剂的实施例包括但不限于磷酸酯类(phosphate esters)、磷腈类(phosphazenes)、亚磷酸酯类(phosphite esters)及膦类(phosphines)。磷酸酯类的实施例包括但不限于磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酚酯、磷酸二甲苯基二苯酯、磷酸甲苯酚基二苯酯及1,3-伸苯基双(二-2,6-二甲苯基磷酸酯)。磷腈类可为环状磷腈化合物或链状磷腈化合物,其中环状磷腈化合物也被称为环磷腈,其为具有磷氮双键及环状构造的化合物。亚磷酸酯类的实施例包括但不限于亚磷酸三甲酯及亚磷酸三乙酯。膦类的实施例包括但不限于三(4-甲氧基苯基)膦及三苯基膦。前述非反应型含磷阻燃剂可单独使用,也可任意组合使用。
于本发明的部分实施例中,非反应型含磷阻燃剂(C)选自以下群组:六苯氧环三磷腈、间苯二酚双[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯]、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、前述的衍生物及其组合。于后附实施例中,非反应型含磷阻燃剂(C)购自大八化学之间苯二酚双[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯](型号:PX-200)以及购自大冢化学之六苯氧环三磷腈(型号:SPB-100)。
于本发明树脂组合物中,以树脂组合物固含量计,非反应型含磷阻燃剂(C)的含量可为约0.1重量%至约20重量%,更特定而言约1重量%至约15重量%,例如2重量%、3重量%、3.5重量%、4重量%、4.5重量%、5重量%、7重量%、9重量%、9.5重量%、10重量%、11重量%、12重量%、13重量%或14重量%。在前述指定范围内,非反应型含磷阻燃剂(C)尤其可在不影响树脂组合物其他成分的特性的情况下,有效降低所制得的电子材料的硬度。
(D)视需要的其他成分
于本发明树脂组合物中,可视需要包含其他成分,例如下文所述的交联剂、催化剂、填料及本领域现有的添加剂,以改良树脂组合物所制得的电子材料的物化性质或改良树脂组合物在制造过程中的可加工性。本领域现有的添加剂包括但不限于分散剂、增韧剂等。以下现以交联剂、催化剂及填料为例提供进一步说明。
<交联剂>
于本文中,交联剂是指除反应型阻燃剂(B)外的可与环氧树脂进行反应而发生交联固化作用的成分。交联剂的种类并无特殊限制,只要其能与环氧树脂进行反应即可。一般而言,交联剂可为含羟基化合物、含胺基化合物、酸酐化合物、活性酯化合物等。交联剂的实施例包括但不限于DICY、DDS、ATN、BMI树脂、SMA树脂、BZ树脂、二胺基二苯甲烷、芳香族二胺、芳香族二酸酐、脂肪族二酸酐、苯乙烯与乙烯基酚共聚物等;且各交联剂可单独使用或任意组合使用。于后附实施例中,使用DICY、DDS及SMA树脂作为交联剂。
以树脂组合物固含量计,交联剂的含量可为0重量%至约25重量%,例如0.5重量%、1重量%、2重量%、3重量%、5重量%、7重量%、9重量%、10重量%、12重量%、15重量%或20重量%,但本发明不以此为限,本发明所属技术领域技术人员仍可依据实际需要进行调整。
<催化剂>
本发明树脂组合物中可进一步添加催化剂,以促进环氧官能基反应,并降低树脂组合物的固化反应温度。催化剂的种类并无特殊限制,只要其能促进环氧官能基开环、并降低树脂组合物的固化反应温度即可。催化剂的实施例包括但不限于三级胺、四级铵、咪唑类及吡啶类;且各催化剂可单独使用或任意组合使用。三级胺的实施例包括但不限于二甲基苄胺、2-(二甲基胺基甲基)苯酚及2,4,6-三(二甲基胺基甲基)苯酚。咪唑类的实施例包括但不限于2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑(2-ethyl-4-methyl imidazole,2E4MZ)及2-苯基咪唑。吡啶类的实施例包括但不限于2,3-二胺基吡啶、2,5-二胺基吡啶、2,6-二胺基吡啶、4-二甲基胺基吡啶、2-胺基-3-甲基吡啶、2-胺基-4-甲基吡啶、2-胺基-3-硝基吡啶。于本发明的部分实施例中使用咪唑类或吡啶类催化剂。
以树脂组合物固含量计,催化剂的含量可为0重量%至约5重量%,例如0.01重量%、0.02重量%、0.07重量%、0.1重量%、0.2重量%、0.3重量%、0.5重量%、1重量%、2重量%、3重量%或4重量%,但本发明不以此为限,本发明所属技术领域技术人员仍可依据实际需要进行调整。
<填料>
本发明树脂组合物中可进一步添加填料。填料的实施例包括但不限于选自以下群组的有机或无机填料:二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、碳酸钙、滑石、黏土、氮化铝、氮化硼、氢氧化铝、碳化铝硅、碳化硅、碳酸钠、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、石英、钻石、类钻石、石墨、煅烧高岭土、白岭土、云母、水滑石、中空二氧化硅、PTFE粉末、玻璃珠、陶瓷晶须、纳米碳管、纳米级无机粉体及其组合。
以树脂组合物固含量计,填料的含量可为0重量%至约40重量%,例如1重量%、2重量%、3重量%、5重量%、7重量%、10重量%、15重量%、20重量%、21重量%、22重量%、23重量%、25重量%、30重量%或35重量%,但本发明不以此为限,本发明所属技术领域技术人员仍可依据实际需要进行调整。
树脂组合物的制备
关于本发明树脂组合物的制备,可通过将树脂组合物各成分,包括环氧树脂(A)、反应型阻燃剂(B)、非反应型含磷阻燃剂(C)及视需要的其他成分(D),以搅拌器均匀混合并溶解或分散于溶剂中而制成生胶水状的形式,供后续加工利用。所述溶剂可为任何可溶解或分散树脂组合物各成分、但不与这些成分反应的惰性溶剂。举例言之,可用以溶解或分散树脂组合物各成分的溶剂包含但不限于:甲苯、γ-丁内酯、甲乙酮、环己酮、丁酮、丙酮、二甲苯、甲基异丁基酮、N,N-二甲基甲酰胺(N,N-dimethyl formamide,DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(N,N-dimethyl acetamide,DMAc)及N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-pyrolidone,NMP)。各溶剂可单独使用或任意组合使用。溶剂的用量并无特殊限制,原则上只要能使树脂组合物各组分均匀溶解或分散于其中即可。于本发明的部分实施例中,使用甲苯、甲乙酮及γ-丁内酯的混合物作为溶剂。
预浸渍片
本发明也提供一种由上述树脂组合物所制得的预浸渍片,其中为通过将一基材含浸如上述的树脂组合物或将上述的树脂组合物涂布于一基材,并进行干燥而制得。常用的基材包括玻璃纤维补强材料(玻璃纤维织物或不织物、玻璃纸、玻璃毡等)、牛皮纸、短绒棉纸、天然纤维布、有机纤维布等。于本发明的部分实施例中,使用2116强化玻璃纤维布作为补强材料,并在175℃下加热干燥2至15分钟(B-阶段),从而制得半固化状态的预浸渍片。
金属箔积层板及印刷电路板
本发明也提供一种由上述预浸渍片制得的金属箔积层板,其包括一合成层及一金属层,其中该合成层由如上述的预浸渍片所提供。其中,可层叠多层上述预浸渍片,且于层叠该预浸渍片所构成的合成层的至少一外侧表面层叠一金属箔(如铜箔)以提供一层叠物,并对该层叠物进行一热压操作而得到金属箔积层板。或者,可将上述的树脂组合物直接涂布于一金属箔并进行干燥,而制得金属箔积层板。
此外,可通过进一步图案化上述金属箔积层板的外侧金属箔,而制得印刷电路板。
现以下列具体实施例进一步例示说明本发明,其中,所采用的测量仪器及方法分别如下:
[吸水性测试]
进行压力锅蒸煮试验(pressure cooker test,PCT)试验,将金属箔积层板置于压力容器中,在121℃、饱和相对湿度(100%R.H.)及1.2大气压的环境下2小时,测试金属箔积层板的耐湿能力。
[耐浸焊性测试]
将干燥过的金属箔积层板在288℃的锡焊浴中浸泡一定时间(即,沾锡(solderdip))后,观察是否出现爆板情形,例如观察金属箔积层板是否产生分层或胀泡情形。
[抗撕强度测试]
抗撕强度是指金属箔对经热压层合的预浸渍片的附着力而言,通常以1/8英寸宽度的铜箔自板面上垂直撕起,以其所需力量的大小来表达附着力的强弱。
[玻璃转移温度(Tg)测试]
利用动态机械分析仪(Differential Scanning Calorimeter,DSC)测量玻璃转移温度(Tg)。玻璃转移温度的测试规范为电子电路互联与封装学会(The Institute forInterconnecting and Packaging Electronic Circuits,IPC)的IPC-TM-650.2.4.25C及24C号检测方法。
[热膨胀系数(coefficient of thermal expansion,CTE)测试]
以TA仪器(TA instrument)公司的热膨胀分析仪(机型TA 2940)测量,测量条件为在50℃至260℃的温度区间以每分钟10℃的升温速率升温,测量样品(3平方毫米大小的金属箔积层板)在厚度方向(Z轴方向)的热膨胀系数(CTE)。
[难燃性测试]
利用UL94V:垂直燃烧测试方法,将金属箔积层板以垂直位置固定,以本生灯燃烧,比较其自燃熄灭与助燃特性。难燃等级的排序为:V0>V1>V2。
[介电常数(Dk)与损耗因子(Df)测量]
根据ASTM D150规范,在工作频率10GHz下,计算金属箔积层板的介电常数(Dk)与损耗因子(Df)。用于测试的预浸渍片的树脂含量(Resin Content,RC)为约53%。
[撞击分层测试]
利用购自BYK公司的GARDNER ISO冲击试验机(GARDNER ISO impact tester)来测试金属箔积层板经撞击后是否产生分层情形,若撞击后未出现分层情形则记录为通过,而若撞击后出现分层情形则记录为失败。
[钻针磨耗测试]
以直径0.3毫米的钻针对金属箔积层板钻孔,并于钻孔次数达2000次之后观察钻针头部的磨耗。由于钻针的切削边缘(cutting edge,CE)在钻孔过程中会不断与积层板接触磨耗,在切削边缘CE的切削转角(cutting corner,CC)处会产生磨耗,因此本测试中是针对切削转角CC处测量横刃长度以得到钻针无损率。钻针无损率(%)的计算方式为:(b/a)×100%,其中a为钻孔前的钻针的横刃长度,且b为2000次钻孔后的钻针的横刃长度,钻针无损率的值越高,表示钻针的完整性越高,意即磨耗越低。
实施例
[树脂组合物的制备]
<实施例1>
依表1所示的比例,将环氧树脂(型号:BNE 210;购自长春树脂)、作为反应型阻燃剂(B)的DOPO-BPAN(型号:XZ-92741;购自陶氏化学(DOW Chemical))、作为非反应型含磷阻燃剂(C)的六苯氧环三磷腈(型号:SPB-100;购自大冢化学)、作为交联剂的DDS(购自六和化工)与DICY(购自六和化工)、SiO2填料(型号:525ARI;购自硅比科(Sibelco))及作为催化剂的2E4MZ(购自六和化工)于室温下使用搅拌器混合,并加入甲苯、甲乙酮及γ-丁内酯(均购自佛鲁卡(Fluka)公司)。将所得混合物于室温下搅拌60至120分钟后,制得树脂组合物1。
<实施例2>
以与制备树脂组合物1相同的方式来制备树脂组合物2,但以DOPO-AE(型号:E15;购自ICL公司)取代DOPO-BPAN作为反应型阻燃剂(B),不使用交联剂DDS,并调整非反应型含磷阻燃剂(C)、交联剂DICY、SiO2填料的用量,如表1所示。
<实施例3>
以与制备树脂组合物1相同的方式来制备树脂组合物3,但以SMA树脂(型号:EF-40;购自CRAY VALLEY公司)取代DDS与DICY作为交联剂,另外添加反应型阻燃剂(B)DOPO-AE,并调整环氧树脂、非反应型含磷阻燃剂(C)、SiO2填料与催化剂的用量,如表1所示。
<实施例4>
以与制备树脂组合物2相同的方式来制备树脂组合物4,但以间苯二酚双[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯](型号:PX-200;购自大八化学)取代六苯氧环三磷腈作为非反应型含磷阻燃剂(C),如表1所示。
<比较实施例1>
以与制备树脂组合物1相同的方式来制备比较树脂组合物1,但不添加非反应型含磷阻燃剂(C),并调整反应型阻燃剂(B)的用量,如表2所示。
<比较实施例2>
以与制备树脂组合物1相同的方式来制备比较树脂组合物2,但不添加反应型阻燃剂(B)及交联剂DDS,并调整非反应型含磷阻燃剂(C)及SiO2填料的用量,如表2所示。
<比较实施例3>
以与制备树脂组合物2相同的方式来制备比较树脂组合物3,但不添加非反应型含磷阻燃剂(C)及交联剂,并调整反应型阻燃剂(B)及SiO2填料的用量,如表2所示。
<比较实施例4>
依表2所示的比例,将环氧树脂BNE-210、含磷环氧树脂(型号:BEP-330;购自长春树脂)、交联剂DICY、SiO2填料525ARI、及催化剂2E4MZ于室温下使用搅拌器混合,并加入甲苯、甲乙酮及γ-丁内酯。将所得混合物于室温下搅拌60至120分钟后,制得比较树脂组合物4。
<比较实施例5>
以与制备比较树脂组合物1相同的方式来制备比较树脂组合物5,但另外添加滑石粉(购自硅比科)作为填料,并配合调整SiO2填料的用量,如表2所示。
<比较实施例6>
以与制备树脂组合物3相同的方式来制备比较树脂组合物6,但不添加非反应型含磷阻燃剂(C),并调整反应型阻燃剂(B)DOPO-BPAN与DOPO-AE的用量,如表2所示。
表1:树脂组合物的组成
表2:比较树脂组合物的组成
[金属箔积层板的制备]
分别使用树脂组合物1至4及比较树脂组合物1至6来制备金属箔积层板1至4及比较金属箔积层板1至6。首先,通过辊式涂布机,将玻璃纤维布(型号:2116,厚度:0.08毫米)分别浸渍于树脂组合物1至4及比较树脂组合物1至6中,并控制玻璃纤维布的厚度至一合适程度。接着,将浸渍后的玻璃纤维布置于175℃的干燥机中加热干燥2至15分钟,借此制得半固化状态(B-stage)的预浸渍片(预浸渍片的树脂含量为约53%)。之后,将四片预浸渍片层合,并在其两侧的最外层各层合一张0.5盎司的铜箔,随后置于热压机中进行高温热压固化。热压条件为:以3.0℃/分钟的升温速度升温至200℃至220℃,并在该温度下,以全压15公斤/平方公分(初压8公斤/平方公分)的压力热压180分钟。
测量金属箔积层板1至4与比较金属箔积层板1至6的吸水性、耐浸焊性、抗撕强度、玻璃转移温度(Tg)、热膨胀系数(CTE)、难燃性、介电常数(Dk)、损耗因子(Df)、撞击分层测试表现及钻针无损率,并将结果纪录于表3及表4中。
表3:金属箔积层板的性质
表4:比较金属箔积层板的性质
如表3所示,采用本发明树脂组合物所制得的电子材料在所有物化性质及电学性质,包括吸水性、耐热性、热膨胀率、难燃性、Dk、Df等,均可达到令人满意的程度,且具有可接受的钻针无损率。相较于此,如表4所示,采用非本发明树脂组合物所制得的电子材料则无法在所有物化性质、电学性质及钻针无损率上达到令人满意的程度。具体言之,当树脂组合物中包含反应型阻燃剂(B)时但不包含非反应型含磷阻燃剂(C)时,如比较实施例1、3及6所示,所制得的电子材料的钻针无损率明显较差。当树脂组合物中使用含DOPO*的含磷环氧树脂提供阻燃性,而不使用阻燃剂时,如比较实施例4所示,所制得的电子材料的钻针无损率仍明显较差。当树脂组合物中不包含反应型阻燃剂(B)时,如比较实施例2所示,所制得的电子材料虽具有较高的钻针无损率,但无法同时具备优异的抗撕强度、阻燃性及Tg。此外,当如现有技术方式于树脂组合物中添加滑石粉以解决使用DOPO阻燃剂所产生的钻针无损率不佳问题时,如比较实施例5所示,所制得的电子材料的抗撕强度显著降低(仅4磅/英寸),且无法通过撞击分层测试。
上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效,并阐述本发明的技术特征,而非用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员在不违背本发明的技术原理及精神下,可轻易完成的改变或安排,均属于本发明所主张的保护范围。因此,本发明的保护范围应以权利要求书所界定为准。

Claims (13)

1.一种树脂组合物,其特征在于,包含:
(A)一环氧树脂,其每分子具有至少两个环氧官能基;
(B)一结构中包含(DOPO官能基)的反应型阻燃剂;以及
(C)一与树脂组合物的其他成分兼容的非反应型含磷阻燃剂。
2.如权利要求1所述的树脂组合物,其特征在于,该反应型阻燃剂(B)选自以下群组:9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(10-(2,5-dihydroxyphenyl)-9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanth rene-10-oxide,DOPO-HQ)、含DOPO官能基的双酚A(DOPO-bisphenol A,DOPO-BPA)、含DOPO官能基的酚醛树脂(DOPO-phenolic novolac,DOPO-PN)、含DOPO官能基的双酚A酚醛树脂(DOPO-bisphenol A novolac,DOPO-BPAN)、含DOPO官能基的活性酯(DOPO-active ester,DOPO-AE)、前述的衍生物及其组合。
3.如权利要求2所述的树脂组合物,其特征在于,该反应型阻燃剂(B)为含DOPO官能基的活性酯。
4.如权利要求3所述的树脂组合物,其特征在于,该含DOPO官能基的活性酯具有下式(I)的结构:
于式(I)中,
DOPO*为
R11为H、-OC(=O)R*或-OH,其中R*为C1至C8的烷基或为经或未经取代的苯基;
R12为H、-OC(=O)R*、-OH或C1至C6的烷基;以及
R13及R14各自独立为-CH2-DOPO*、H、-OC(=O)R*、C1至C6的烷基、-OH或其中X为共价键、C1至C6的伸烷基或-SO2-,且Y为H、-OC(=O)R*或-OH,条件是该含DOPO官能基的活性酯每个分子中具有至少一个-OC(=O)R*基团;
条件是当R13且R11、R12与R14中的任一或多者是-OH时,Y不为-OH,以及当R14且R11、R12与R13中的任一或多者是-OH时,Y不为-OH;以及
条件是当R11、R12、R13、R14与Y中的至少一者是-OC(=O)R*,且R13及R14中的一者为时,R13及R14中的另一者为-CH2-DOPO*、H、-OC(=O)R*、C1至C6的烷基或-OH。
5.如权利要求1所述的树脂组合物,其特征在于,该非反应型含磷阻燃剂(C)选自以下群组:六苯氧环三磷腈(hexaphenoxy cyclotriphosphazene)、间苯二酚双[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯](resorcinol bis[di(2,6-dimethylphenyl)phosphate])、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(resorcinol bis(diphenyl phosphate))、前述的衍生物及其组合。
6.如权利要求1所述的树脂组合物,其特征在于,该树脂组合物还包含一交联剂。
7.如权利要求6所述的树脂组合物,其特征在于,该交联剂选自以下群组:双氰胺(dicyandiamide,DICY)、二胺基二苯砜(diaminodiphenyl sulfone,DDS)、胺基三氮杂苯酚醛树脂(amino triazine novolac,ATN)、双马来酰亚胺(bismaleimide,BMI)树脂、苯乙烯马来酸酐(styrene maleic anhydride,SMA)树脂、苯并恶嗪(benzoxazine,BZ)树脂及其组合。
8.如权利要求1所述的树脂组合物,其特征在于,该树脂组合物还包含一催化剂,该催化剂为咪唑(imidazole)或吡啶(pyridine)。
9.如权利要求1所述的树脂组合物,其特征在于,该树脂组合物还包含一选自以下群组的填料:二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、碳酸钙、滑石、黏土、氮化铝、氮化硼、氢氧化铝、碳化铝硅、碳化硅、碳酸钠、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、石英、钻石、类钻石、石墨、煅烧高岭土、白岭土、云母、水滑石、中空二氧化硅、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)粉末、玻璃珠、陶瓷晶须、纳米碳管、纳米级无机粉体及其组合。
10.如权利要求1所述的树脂组合物,其特征在于,该树脂组合物还包含一选自以下群组的添加剂:分散剂、增韧剂及其组合。
11.一种预浸渍片,其特征在于,其为通过将一基材含浸或涂布如权利要求1至10中任一项所述的树脂组合物,并干燥该经含浸或涂布的基材而制得。
12.一种金属箔积层板,其特征在于,其为通过将如权利要求11所述的预浸渍片与金属箔加以层合而制得,或为通过将权利要求1至10中任一项所述的树脂组合物涂布于金属箔并干燥该经涂布的金属箔而制得。
13.一种印刷电路板,其特征在于,其由如权利要求12所述的金属箔积层板所制得。
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