CN115725080A - 聚苯醚型双马来酰亚胺树脂及其制造方法以及树脂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚苯醚型双马来酰亚胺树脂及其制造方法以及树脂组合物。聚苯醚型双马来酰亚胺树脂是由马来酸酐及伯胺化合物作为反应物,经缩合反应制得。其中,伯胺化合物为聚苯醚型双胺。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚苯醚型双马来酰亚胺树脂及其制造方法以及树脂组合物,尤其涉及一种具有良好介电特性及耐热性的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂及其制造方法以及树脂组合物。
背景技术
随着科技的进步,电子零件均朝着轻、薄、短、小的目标发展。并且,第五代移动网络(5th generation mobile networks;简称5G)的来临,使得业界对传输高频化、高速信号传输以及低延迟的需求不断提高。因此,目前相关领域致力于研发出具高玻璃转移温度(glass transition temperature,Tg)、低介电常数(dielectric constant,Dk)、低介电损耗(dissipation factor,Df)及良好耐热性的基板材料,以满足电子基板对介电特性(低介电常数、低介电损耗)以及耐热性的需求。
常见的基板材料如聚苯醚树脂或是氰酸酯树脂,上述这些种类的树脂具有良好的介电特性,但其反应性较高、反应速率偏快,而具有凝胶点(gel point)不易判断,而导致加工性较差的缺点。
一般的双马来酰亚胺树脂(多为脂肪族的分子结构)具有良好的加工性,但其介电特性较差,尚无法应用于对介电损耗要求较高(介电损耗低于0.0041)的产品中。举例来说,现有技术中公开一种双马来酰亚胺树脂,此种双马来酰亚胺树脂中包含脂肪族的分子结构。然而,以此种脂肪族的分子结构双马来酰亚胺树脂制得的印刷电路板的介电损耗虽可达到0.0041,但皆会使基板的玻璃转移温度大幅降低。因此,目前市面上的双马来酰亚胺树脂仍有待改善电性,并得以维持高玻璃转移温度的特性,才能符合高频印刷电路板的需求。
发明内容
本发明是针对一种聚苯醚型双马来酰亚胺树脂及其制造方法,其所形成的树脂组合物具有良好的耐热性及介电特性。
根据本发明的实施例,聚苯醚型双马来酰亚胺树脂是由伯胺化合物以及马来酸酐作为反应物,经缩合聚合反应制得。伯胺化合物包括聚苯醚型双胺。
根据本发明的实施例,双马来酰亚胺树脂的制造方法包括以下步骤:将马来酸酐、伯胺化合物以及溶剂进行混合,并于100至130℃的温度下进行缩合反应,以制得聚苯醚型双马来酰亚胺树脂,其中伯胺化合物包括聚苯醚型双胺。
基于上述,本发明的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂是经由聚苯醚型双胺所形成。因此,聚苯醚型双马来酰亚胺树脂可以具有良好的耐热性及介电特性。
本发明还针对一种经由前述的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂所形成的树脂组合物,其具有良好的耐热性及介电特性。
根据本发明的实施例,树脂组合物包括前述的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂、三烯丙基异三聚氰酸酯以及双马来酰亚胺树脂。以聚苯醚型双马来酰亚胺树脂、三烯丙基异三聚氰酸酯以及双马来酰亚胺树脂的总重为100重量份为计,双马来酰亚胺树脂的含量为20至40重量份。
基于上述,本发明的树脂组合物包括本发明的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂。因此,树脂组合物也可以具有良好的耐热性及介电特性。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的制造方法的部分流程示意图。
附图标记说明
S10、S20、S30:步骤
具体实施方式
在以下详细描述中,为了说明而非限制,阐述揭示特定细节的示例性实施例以提供对本发明的各种原理的透彻理解。然而,本领域一般技术者将显而易见的是,得益于本揭示案,可在脱离本文所揭示特定细节的其他实施例中实践本发明。此外,可省略对熟知装置、方法及材料的描述以免模糊对本发明的各种原理的描述。
范围在本文中可表达为自“约”一个特定值至“约”另一特定值,其亦可以直接表示为一个特定值及/或至另一特定值。在表达所述范围时,另一实施例包括自该一个特定值及/或至另一特定值。类似地,当经由使用先行词“约”将值表达为近似值时,将理解,该特定值形成另一实施例。将进一步理解,每一范围的端点显然与另一端点相关或与另一端点无关。
在本文中,非限定的术语(如:可能、可以、例如或其他类似用语)为非必要或可选择性的实施、包含、添加或存在。
除非另外定义,在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属技术领域中具有通常知识者通常理解相同的含义。还将理解的是,术语(诸如在通常使用的字典中定义的那些)应解释为具有与在相关技术背景中的含义一致的含义,并不应以理想化或过于正式的意义解释,除非在此明确这样定义。
[双马来酰亚胺树脂的制造]
如图1所示,在本实施例中,聚苯醚型双马来酰亚胺树脂(Polyphenylene etherbismaleimide;PPE-BMI)的制造方法可以包括以下步骤。
首先,先将伯胺化合物(或称:一级胺化合物;primary amine)以及一溶剂于60至100℃的温度下混合,以形成一原料混合物。
在一实施例中,伯胺化合物于原料混合物中的比例约为30wt%~60wt%。
在一实施例中,溶剂是选自于由下列所构成的群组:甲苯(toluene)、甲基异丁基酮(methyl isobutyl ketone;MIBK)、丁酮(methyl ethyl ketone;MEK)、二甲基乙酰胺(dimethylacetamide;DMAC)、二甲基甲酰胺(dimethylformamide;DMF)及单甲基醚丙二醇(proprylene glycol monomethyl ether;PM)。然而,本发明不以上述所举的例子为限。
在一实施例中,原料混合物可以添加触媒。触媒是选自于由下列所构成的群组:甲基磺酸(methanesulfonic acid;MSA)、草酸(oxalic acid)、对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid;p-TSA)。然而,本发明不以上述所举的例子为限。在一实施例中,触媒添加量于原料混合物中的比例约为7~10wt%。
接着,于原料混合物中添加马来酸酐。马来酸酐可与伯胺化合物进行缩合反应(condensation reaction),以制得本实施例的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂。马来酸酐通常的添加莫耳数是伯胺化合物的总胺基莫耳数的1至3倍。马来酸酐可以是浓度为30至40重量百分比的马来酸酐溶液。
在一实施例中,前述的缩合反应可以是在90至130℃的温度下反应5至8小时。
若在前述缩合反应中,马来酸酐的添加莫耳数是伯胺化合物的总胺基莫耳数的小于1倍,则所制得的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的重均分子量可能会过高,而可能使得所制得的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的重均分子量可能会高于7000克/莫耳。但,对于前述的条件所造成的影响及/或造成前述结果的条件,本发明并不限于仅为前述所示。
在一实施例中,较佳地,马来酸酐的添加莫耳数是伯胺化合物的总胺基莫耳数的1.2至2.5倍。在一实施例中,前述的莫耳数比例可以具有较佳的反应产率(如:较低的副反应(side reaction)产率)及/或较佳的试剂(如:反应试剂或中和试剂,但不限)使用率。举例而言,若马来酸酐的比例过高,则在后续的处理(如:生成物萃取、废液处理,但不限)中,可能需要加入较多的碱(如:碳酸氢钠,但不限)予以酸碱中和。
于一实施例中,经由前述方法所制得的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂可以经由凝胶层析仪(gel permeation chromatograph,GPC)测量其重均分子量(Weight-averageMolecular Weight;可简写为:Mw)。并且,前述的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的重均分子量(Mw)为2800至4500克/莫耳。凝胶层析仪是以标准分子量的聚苯乙烯(polystyrene;PS)进行校正,设定的流速为1.0毫升/分钟,并以四氢呋喃(tetrahydrofuran;THF)作为流动相。
若聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的重均分子量高于5000克/莫耳时,则对应的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂可能较不易与其他树脂混合形成树脂组合物,而具有不易操作的问题。
若聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的重均分子量低于2000克/莫耳时,则对应的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂可能会有溶解性偏低,而容易有树脂析出的问题。
经由前述方式所形成的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的结构式可以为以下[式1]所示。
[式1]
在[式1],m及n各为大于或等于9且小于16的整数。
在本实施例中,经由前述方式所形成的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂具有高比例聚苯醚型结构。因此,聚苯醚型双马来酰亚胺树脂可以具有较低的吸水性及较高的结构对称性。因此,聚苯醚型双马来酰亚胺树脂可以具有较低的介电常数(Dk)及/或较低的损耗因子(Df)。在一实施例中,于频率约为3GHz的电磁波下,聚苯醚型双马来酰亚胺树脂对应的介电常数约为3.5至4.1,且/或聚苯醚型双马来酰亚胺树脂对应的介电损耗约为为0.0030至0.0050。
外,若将经由前述方式所形成的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂用于铜箔基板的制作,则所形成的铜箔基板可以具有较高的剥离强度、较高的玻璃转移温度(Tg)、较低的介电常数(Dk)及/或较低的损耗因子(Df)。因此,铜箔基板可以适用于应用在高速及/或高频传输的印刷电路板。
[实例及比较例]
于以下表示实例及比较例,对于本发明作具体地说明,而本发明根本不受到下述实例限定。
聚苯醚型胺类化合物的合成方式详细叙述如下。
步骤:备有控温器、加热包、电动搅拌机、冷凝管的1L四颈玻璃反应槽中,反应物包含约100g(或;约0.06莫耳)的如[化合物1]所示的聚苯醚型结构化合物,约26.2g(或;约0.19莫耳)的4-氟硝基苯,约25.7g(或;约0.19莫耳)碳酸钾入反应槽,约500g DMAC溶剂在约60~100℃将反应物充分溶解,于约60~100℃反应约10~24小时。反应完毕后以甲醇跟水1:1进行纯化,将溶剂移除后,可得到如[化合物2]所示的化合物。将[化合物2]约100g(或;约0.06莫耳),Pd/C约0.4g入反应槽,约500g DMAC溶剂下在约60~100℃将反应物充分溶解,于氢气压力约18kg/cm2,约60~100℃反应约10~24小时,反应完毕后以甲醇跟水体积比约1:1进行纯化,将溶剂移除后,可得到如[化合物3]所示的聚苯醚型胺类化合物。
前述的[化合物1]、[化合物2]及[化合物3]如下所示。
[化合物1]结构式
[化合物2]结构式
[化合物3]结构式
在前述的[化合物1]、[化合物2]及[化合物3]中,m及n的定义与[式1]相同。
聚苯醚型双马来酰亚胺树脂合成方式详细叙述如下。
步骤:备有控温器、加热包、电动搅拌机、冷凝管的2L四颈玻璃反应槽中,反应物约47.1g的马来酸酐(MA),触媒约28g的对甲苯磺酸入反应槽,约170g甲苯(Toluene)与约19g二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂在约60℃下将反应物充分溶解。温度升至约113℃使溶剂回流后,以蠕动帮浦滴加约234g的[化合物3]聚苯醚型胺类化合物溶液(固形份约为46~50%,溶剂为二甲基乙酰胺)进行缩合反应,滴加时间约为3小时,滴加时进行环流脱水与升温,滴加毕时温度升至约100~120℃,续持温于约100~120℃熟成约2小时使水分完全脱除。以碳酸氢钠将系统中和至pH=7±0.5,接着将溶剂移除后,可得到本发明的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂(PPE-BMI)。
铜箔基板的制造方式详细叙述如下。
[实例1]
将前述的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂与其他市售的树脂,以[表1]所示的配方组成比例混合为清漆树脂清漆(varnish)组成物,并以习知方法制备铜箔基板。前述制备铜箔基板的习知方法可以为:将2116玻璃纤维布(2116fiberglass cloth)含浸上述树脂清漆(varnish)组成物,然后于约170℃(含浸机温度)的条件下干燥数分钟,经由调整控制干燥时间而得到干燥后预浸渍体(prepreg)的熔融黏度为约4000至12000泊(poise)之间。然后,将4片预浸渍体层层相迭于两片约35μm厚的铜箔间,进行压合步骤(详述如后),而可以形成[表1]中[实例1]所示的铜箔基板。
压合步骤的条件/流程举例如下:
步骤3:在温度约为195℃及压力约为25kg/cm2的条件下压合约2.0小时(可记为:195℃/25kg/cm2,2.0hr)。
[实例2]至[实例3]
经由相同或相似于[实例1]的方式形成对应的铜箔基板,差别在于:树脂清漆组成物中各组成成分的比例不同(如:[表1]所示)。
[比较例1]至[比较例3]
经由相同或相似于[实例1]的方式形成对应的铜箔基板,差别在于:不使用本发明的聚苯醚型结构的双马来酰亚胺树脂,而改以一般铜箔基板制作中常用的树脂(如:Sabic公司;型号为:SA-9000的树脂)作为比较例的取代。并且,其中所使用的树脂清漆组成物中各组成成分的比例如[表1]所示。并且,所使用的双马来酰亚胺树脂(非聚苯醚型)可以包括大和化成(DAIWA FINE CHEMICALS(TAIWAN)CO.,LTD.)所售的商品名为BMI-2300系列及/或BMI-5100系列的树脂。并且,所使用的三烯丙基异三聚氰酸酯可以包括三菱化学所售的商品名为TAIC系列的聚氰酸酯。
[表1]
剥离强度:根据IPC-TM-650,Method 2.4.8,测试该样本的剥离强度。
PCT 2hr T288℃(即,经PCT高压锅2小时的288℃耐焊锡耐热性测试):测试方法则为将上述经过高压锅试片,浸入288±5℃焊锡炉,记录试片爆板分层所需时间。
T-288耐热性(含铜):以热机械分析仪分析,测试方法则为含铜的铜箔基板裁成6.35mm2正方形试片,于烘箱于约105℃进行约2小时烘烤,放入试片于热机械分析仪测试台,归零后,将热机械分析仪以约10℃/分升温至约288℃并维持288±5℃,记录试片铜箔基板分层所需时间。
吸水率测试(PCT高压锅2小时):吸水率测试方法为将已蚀刻后基板裁成约5cm×5cm正方形试片,于约105℃烘箱内烘约2hr后,将试片放于高压锅内,高压锅条件为约2atm×120℃,经过高压锅约120min后,记录试片于高压锅前后重量差÷试片初重×100%即为吸水率。
热膨胀系数测试:使用热机械分析仪(Thermomechanical analysis,TMA),升温速率约20℃/min。
玻璃转移温度(Temperature of glass transition;Tg)测试:使用微差扫描热分析仪(Differential scaning calorimeter,DSC),升温速率约20℃/min。
介电常数(Dielectric constant)测试:测试方法为将已去除铜箔的铜箔基板约5cm×5cm正方型试片,于约105℃烘箱内烘约2hr,以厚度测定仪量测厚度,再将试片夹入阻抗分析仪中(Agilent E4991A),测得3点的介电常数Dk数据后取平均值。
介电损耗(Dissipation factor)测试:测试方法为将已去除酮箔的铜箔基板约5cm×5cm正方型试片,于约105℃烘箱内烘约2hr,以厚度测定仪量测厚度,再将试片夹入阻抗分析仪中(Agilent E4991A),测得3点的消耗系数Df数据后取平均值。
分子量Mw:使用凝胶层析仪GPC分析,并用标准分子量polystyrene校正。
阻燃性测试:根据UL-94标准方法,测试该样本的阻燃性。
由[表一]中的实验结果得知,于[实例1]至[实例3]中,随着PPE-BMI含量由20%上升至40%,剥离强度由4.46上升至4.98lb/in,Dk由4.04下降至4.01,Df由0.00369下降至0.00361。
在相同比例的条件下,从[实例2]至[实例3]与[比较例1]-[比较例3]的实验结果得知,当使用本发明的PPE-BMI在剥离强度、热膨胀系数及玻璃转化温度特性比较,皆有提升,其余特性与使用SA-9000相当或于对应的标准规范内。
[产业利用性]
另外,经由本发明前述实施例的双马来酰亚胺树脂的制造方法所形成的双马来酰亚胺树脂,可以直接地或间接地应用于铜箔基板,并可进一步地加工而成为其他民生性、工业性或适宜应用的电子产品。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种聚苯醚型双马来酰亚胺树脂,其特征在于,其是由伯胺化合物以及马来酸酐作为反应物,经缩合聚合反应制得,且其中所述伯胺化合物包括聚苯醚型双胺。
3.根据权利要求1所述的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂,其特征在于,其中于所述反应物中,所述伯胺化合物中的胺基的莫耳数与所述马来酸酐的莫耳数的比值为1至3。
4.根据权利要求1所述的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂,其特征在于,其重量平均分子量为2800至4500克/莫耳。
5.根据权利要求1所述的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂,其特征在于,其中,所述双马来酰亚胺树脂的介电常数(3GHz)为3.5至4.1,所述双马来酰亚胺树脂的介电损耗(3GHz)为0.0030至0.0050。
6.一种聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的制造方法,其特征在于,包括:
将马来酸酐、伯胺化合物以及溶剂进行混合,并于100至130℃的温度下进行缩合反应,以制得所述聚苯醚型双马来酰亚胺树脂,其中所述伯胺化合物包括聚苯醚型双胺。
7.根据权利要求6所述的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的制造方法,其特征在于,其中所述聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的重量平均分子量为2800至4500克/莫耳。
8.一种树脂组合物,其特征在于,包括:
根据权利要求1至5中任一项所述的聚苯醚型双马来酰亚胺树脂;
三烯丙基异三聚氰酸酯;以及
双马来酰亚胺树脂,其中:
以所述聚苯醚型双马来酰亚胺树脂、所述三烯丙基异三聚氰酸酯以及所述聚苯醚树脂的总重为100重量份为计,所述聚苯醚型双马来酰亚胺树脂的含量为20至40重量份。
9.根据权利要求8所述的树脂组合物,其特征在于,其中以所述双马来酰亚胺树脂、所述三烯丙基异三聚氰酸酯以及所述聚苯醚树脂的总重为100重量份计:
所述三烯丙基异三聚氰酸酯的含量为10重量份;且/或
所述聚苯醚双马来酰亚胺树脂的含量为50至70重量份。
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