DE112021000545T5 - Wärmehärtender, wärmeleitender, dielektrischer Verbundwerkstoff - Google Patents

Wärmehärtender, wärmeleitender, dielektrischer Verbundwerkstoff Download PDF

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Abstract

In einem Aspekt umfasst ein dielektrischer Verbundwerkstoff ein wärmehärtbares Epoxidharz; eine Verstärkungsschicht; mehr als oder gleich 40 Volumenprozent eines hexagonalen Bornitrids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Verstärkungsschicht; 3 bis 7,5 Volumenprozent eines Quarzglases, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Verstärkungsschicht; ein Epoxysilan; einen Beschleuniger; und einen Entlüfter. Das hexagonale Bornitrid kann eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen und eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridagglomeraten umfassen. Das Volumenverhältnis der hexagonalen Bornitridagglomerate zu den hexagonalen Bornitridplättchen kann 1:1,5 bis 4:1 betragen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der am 15. Januar 2020 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Serial No. 62/961,265 . Die zugehörige Anmeldung ist in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin enthalten.
  • HINTERGRUND
  • Schaltungsunterbaugruppen werden bei der Herstellung von Ein- und Mehrschichtschaltungen verwendet und umfassen beispielsweise Schaltungslaminate, Bondlagen, harzbeschichtete, elektrisch leitende Schichten und Deckfolien sowie Verpackungssubstratlaminate und Aufbaumaterialien. Jede der vorgenannten Unterbaugruppen enthält eine Schicht aus einem dielektrischen Material. In dem Maße, wie elektronische Geräte und die darauf befindlichen Funktionen kleiner werden, wird das Wärmemanagement der daraus resultierenden dichten Schaltungslayouts immer wichtiger. Es wurden verschiedene Anstrengungen unternommen, um die Wärmeleitfähigkeit der Schaltungslaminate zu verbessern, indem wärmeleitende partikelförmige Füllstoffe in die dielektrische Schicht eingebracht wurden. Es hat sich zwar gezeigt, dass die Zugabe großer Mengen wärmeleitender Partikelfüllstoffe die Wärmeleitfähigkeit erhöht, doch können größere Mengen wärmeleitender Partikelfüllstoffe eine oder mehrere der mechanischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht beeinträchtigen.
  • Dementsprechend besteht nach wie vor die Notwendigkeit, die Wärmeleitfähigkeit von Schaltkreislaminaten zu verbessern, ohne dabei unannehmbare Kompromisse bei anderen Eigenschaften einzugehen.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Hier wird ein wärmeleitender, dielektrischer Verbundwerkstoff vorgestellt.
  • In einem Aspekt umfasst ein dielektrischer Verbundwerkstoff ein wärmehärtbares Epoxidharz; eine Verstärkungsschicht; mehr als oder gleich 40 Volumenprozent eines hexagonalen Bornitrids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich der Verstärkungsschicht; 3 bis 7,5 Volumenprozent eines Quarzglases, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich der Verstärkungsschicht; ein Epoxysilan; einen Beschleuniger; und einen Entlüfter. Das hexagonale Bornitrid kann eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen und eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridagglomeraten umfassen. Das Volumenverhältnis der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate zu den hexagonalen Bornitrid-Plättchen kann 1:1,5 bis 4:1; oder 1:1 bis 3,5:1; oder 1,5:1 bis 3,5:1 oder 2,5:1 bis 3,5:1 betragen. Die Mehrzahl der hexagonalen Bornitridplättchen kann eine Teilchengröße D10 von weniger als oder gleich 6 Mikrometern, eine Teilchengröße D50 von 7 bis 18 Mikrometern und eine Teilchengröße D90 von mehr als oder gleich 20 Mikrometern haben. Die Mehrzahl der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate kann eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 20 bis 50 Mikrometern, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 50 bis 80 Mikrometern und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 90 bis 140 Mikrometern aufweisen.
  • In einem anderen Aspekt umfasst ein dielektrischer Verbundwerkstoff 5 bis 20 Gewichtsprozent einer Glasverstärkungsschicht, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs; 40 bis 50 Volumenprozent eines duroplastischen Epoxidharzes, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich des Glasverstärkungsgewebes; wobei das duroplastische Epoxidharz ein epoxidfunktionelles Phenol-Formaldehyd-Novolak und ein 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO)-funktionelles Bisphenol-A-Phenol-Formaldehyd-Novolak umfasst; mehr als oder gleich 40 Volumenprozent eines hexagonalen Bornitrids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich der Verstärkungsschicht; 3 bis 7.5 Volumenprozent eines geschmolzenen Siliciumdioxids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich der Glasverstärkungsschicht; wobei das geschmolzene Siliciumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 bis 10 Mikrometer aufweist; 0,5 bis 2 Gewichtsprozent eines Epoxysilans, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich des Glasverstärkungsgewebes; 0,001 bis 1 oder 0,005 bis 0.5 Gewichtsprozent eines Aryl-Imidazol-Beschleunigers, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich des Glasverstärkungsgewebes; und 0,1 bis 1 oder 0,3 bis 0.8 Gewichtsprozent eines Entlüftungsmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich des Glasverstärkungsgewebes; wobei das hexagonale Bornitrid eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen und eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridagglomeraten umfasst; wobei das Volumenverhältnis der hexagonalen Bornitridagglomerate zu den hexagonalen Bornitridplättchen 1:1,5 bis 4:1; oder 1:1 bis 3,5:1; oder 1,5:1 bis 3,5:1 oder 2,5:1 bis 3,5:1 ist; wobei die Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen eine D10 Teilchengröße nach Volumen von weniger als oder gleich 6 Mikrometer, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 7 bis 18 Mikrometer und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von mehr als oder gleich 20 Mikrometer aufweist; wobei die Vielzahl der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 20 bis 50 Mikrometer, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 50 bis 80 Mikrometer und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 90 bis 140 Mikrometer aufweist.
  • In einem weiteren Aspekt umfasst ein mehrschichtiger Gegenstand eine dielektrische Schicht, die den dielektrischen Verbundwerkstoff und mindestens eine elektrisch leitende Schicht umfasst, die auf einer Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist.
  • In einem Aspekt umfasst ein Verfahren zur Herstellung des dielektrischen Verbundwerkstoffs die Bildung einer wärmehärtenden Zusammensetzung, die ein Epoxidmonomer, ein Härtungsmittel, das hexagonale Bornitrid, das Quarzglas, das Epoxysilan, den Beschleuniger und den Entlüfter umfasst; das Beschichten des Verstärkungsgewebes mit der wärmehärtenden Zusammensetzung; und das zumindest teilweise Aushärten der wärmehärtenden Zusammensetzung zur Bildung des dielektrischen Verbundwerkstoffs.
  • Die oben beschriebenen und andere Merkmale werden durch die folgende detaillierte Beschreibung und die Ansprüche veranschaulicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Eine effiziente Wärmeübertragung von Hochleistungs-Leiterplattenmaterialien wird immer wichtiger, um die Leistung, Zuverlässigkeit und den Formfaktor des Designs zu verbessern. Dementsprechend müssen die dielektrischen Materialien beim Wärmemanagement eine wichtigere Rolle spielen. Oft geht die Änderung der Formulierung zur Erhöhung der Wärmeübertragung dieser dielektrischen Materialien auf Kosten anderer Eigenschaften wie Fließfähigkeit oder Schälfestigkeit gegenüber Kupfer. So kann beispielsweise die Verwendung größerer Mengen eines wärmeleitenden Füllstoffs wie Bornitrid zu einer Verringerung der Schälfestigkeit gegenüber Kupfer führen, und die Variation der Art und der relativen Menge des Bornitrids kann zu einer Verringerung der Fließfähigkeit des ungehärteten Harzes führen.
  • Es wurde ein dielektrischer Verbundwerkstoff entdeckt, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und gleichzeitig ein gutes Gleichgewicht zwischen der Schälfestigkeit gegenüber Kupfer, der Wärmeleitfähigkeit, der Glasübergangstemperatur und dem Harzfluss aufweist. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass diese gewisse Synergie aus der Art und Menge des in dem dielektrischen Verbundwerkstoff verwendeten Bornitrid-Füllstoffs resultiert. Im Einzelnen umfasst der dielektrische Verbundwerkstoff ein duroplastisches Epoxidharz, eine Verstärkungsschicht, mehr als oder gleich 40 Volumenprozent (Vol.-%) eines hexagonalen Bornitrids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich der Verstärkungsschicht, 3 bis 7,5 Volumenprozent eines Quarzglases, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich der Verstärkungsschicht, ein Epoxysilan, einen Beschleuniger und einen Entlüfter. Das hexagonale Bornitrid umfasst eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen und eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridagglomeraten, wobei das Volumenverhältnis der hexagonalen Bornitridagglomerate zu den hexagonalen Bornitridplättchen 1:1,5 bis 4:1; oder 1:1 bis 3,5:1; oder 1,5:1 bis 3,5:1, oder 2,5:1 bis 3,5:1 betragen kann. Die Mehrzahl der hexagonalen Bornitridplättchen kann eine Teilchengröße D10 von weniger als oder gleich 6 Mikrometern, eine Teilchengröße D50 von 7 bis 18 Mikrometern und eine Teilchengröße D90 von mehr als oder gleich 20 Mikrometern nach Volumen aufweisen. Die Mehrzahl der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate kann eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 20 bis 50 Mikrometern, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 50 bis 80 Mikrometern und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 90 bis 140 Mikrometern aufweisen.
  • Der resultierende dielektrische Verbundwerkstoff kann eine Schälfestigkeit gegenüber Kupfer von mehr als oder gleich 0,7 Kilogramm pro Zentimeter (kg/cm) aufweisen, gemessen gemäß IPC-Testmethode 650, 2.4.8 für kupferbeschichtetes Laminat im Anlieferungszustand (AR) oder nach Anwendung einer thermischen Belastung (AS) durch Erhitzen von Laminatprüfkörpern auf eine Temperatur von 288 Grad Celsius (°C) für 10 Sekunden; eine Wärmeleitfähigkeit in der z-Achse von mehr als oder gleich 1.8 Watt pro Meter Kelvin (W/mK), gemessen nach ASTM E1461-13 oder ASTM D5470-12; eine Glasübergangstemperatur von größer oder gleich 160 °C oder 150 bis 165 °C oder 160 bis 165 °C, gemessen nach IPC-Testmethode 650, 2.4.25; und einen Harzfluss von 12,5 bis 25,5 Millimetern (mm), bestimmt durch Messen des Überlaufs von teilweise gehärtetem Harz, das 3 Minuten lang bei 145°C in der B-Stufe gelagert und bei einem Druck von 1,4 Megapascal (MPa) und einer Temperatur von 171°C gepresst wurde.
  • Der resultierende dielektrische Verbundwerkstoff kann auch eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen: eine gute Flammwidrigkeit, die eine UL94 V0-Einstufung bei 0,5 Millimetern erreicht, eine gute Beständigkeit gegen leitende anodische Fäden, eine hohe Qualität der durchkontaktierten Löcher selbst nach dem Bohren von 480 Löchern mit demselben Bohrer, eine gute Zuverlässigkeit der durchkontaktierten Löcher, die 500 Zyklen von -65 bis 150°C übersteht, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten oder eine Zeit bis zur Delaminierung bei 288°C von mehr als 120 Minuten.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff enthält ein duroplastisches Epoxidharz. Das duroplastische Epoxidharz kann aus einer wärmehärtenden Zusammensetzung stammen, die beispielsweise ein Epoxidmonomer enthält. Die wärmehärtende Zusammensetzung kann ionisch oder thermisch gehärtet werden. Die wärmehärtende Zusammensetzung kann 40 bis 60 Volumenprozent oder 40 bis 50 Volumenprozent oder 45 bis 50 Volumenprozent des Epoxidmonomers, bezogen auf das Gesamtvolumen der wärmehärtenden Zusammensetzung, enthalten. Der resultierende dielektrische Verbundwerkstoff kann ebenfalls 40 bis 60 Volumenprozent oder 40 bis 50 Volumenprozent oder 45 bis 50 Volumenprozent des duroplastischen Epoxidharzes enthalten, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Verstärkungsgewebes.
  • Das Epoxidmonomer kann aus einem oder mehreren Epoxidmonomeren bestehen. Die Epoxidmonomere können nichthalogenierte Epoxidverbindungen umfassen. Die Epoxidmonomere können mindestens einen Glycidylether einer Alkoholverbindung (z. B. mindestens eines der folgenden Elemente: Butandiol, Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol), einen Glycidylether einer Phenolverbindung (z. B. mindestens eines der folgenden Elemente: Bisphenol A, Bisphenol F, Bisphenol S, Phenolnovolak, Kresolnovolak oder Resorcinnovolak) ein Glycidylether eines Phenolharzes (zum Beispiel mindestens eines der folgenden Harze: mit para-Xylol modifiziertes Phenolharz, mit meta-Xylol modifiziertes Phenolharz, mit Terpen modifiziertes Phenolharz, mit Dicyclopentadien modifiziertes Phenolharz, mit Cyclopentadien modifiziertes Phenolharz, mit polyzyklischen aromatischen Ringen modifiziertes Phenolharz oder Naphthalinringe enthaltendes Phenolharz); ein Glycidylester einer Carbonsäureverbindung (z.B. von mindestens einer der Verbindungen Phthalsäure, Isophthalsäure oder Tetrahydrophthalsäure); ein Glycidyl- oder Methylglycidyl-Epoxymonomer (z.B. Anilin oder Isocyanursäure, bei dem die an ein Stickstoffatom gebundenen aktiven Wasserstoffatome durch Glycidylgruppen substituiert sind); ein alicyclisches Epoxymonomer (z. B. mindestens eines von Vinylcyclohexenepoxid, 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-Epoxycyclohexancarboxylat oder 2-(3,4-Epoxy)cyclohexyl-5,5-spiro(3,4-Epoxy)cyclohexan-m-dioxan); ein epoxidiertes Produkt von Bis(4-hydroxy)thioether; ein Epoxidmonomer vom Stilben-Typ; oder ein Epoxidmonomer vom halogenierten Phenol-Novolak-Typ. Das Epoxymonomer kann mindestens eines von einem epoxidierten Phenolnovolak oder einem epoxidierten Kresolnovolak umfassen.
  • Das duroplastische Epoxidharz kann Reste eines epoxidfunktionellen Phenol-Formaldehyd-Novolaks enthalten. Der epoxyfunktionelle Phenol-Formaldehyd-Novolak kann in der wärmehärtenden Zusammensetzung in einer Menge von 20 bis 30 Vol.-% oder 22 bis 28 Vol.-% enthalten sein, bezogen auf das Gesamtvolumen der wärmehärtenden Zusammensetzung, abzüglich eines Verstärkungsgewebes. Der epoxidfunktionelle Phenol-Formaldehyd-Novolak kann mit einem Butadien-Acrylnitril-Zähigkeitsvermittler modifiziert werden, zum Beispiel mit einem carboxylterminierten Butadien-Acrylnitril (CTBN). Der CTBN-modifizierte epoxidfunktionelle Phenol-Formaldehyd-Novolak kann in der wärmehärtenden Zusammensetzung in einer Menge von 4 bis 10 Vol.-%, 5 bis 7,5 Vol.-% oder 6 bis 7 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der wärmehärtenden Zusammensetzung, abzüglich Verstärkungsgewebe, enthalten sein. Das wärmehärtbare Epoxidharz kann Reste eines 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO) funktionellen Bisphenol A Phenol-Formaldehyd-Novolaks enthalten. Das DOPO-modifizierte epoxidfunktionelle Bisphenol-A-Phenol-Formaldehyd-Novolak kann in der wärmehärtenden Zusammensetzung in einer Menge von 10 bis 20 Vol.-% oder 13 bis 16 Vol.-% oder 14 bis 16 Vol.-% enthalten sein, bezogen auf das Gesamtvolumen der wärmehärtenden Zusammensetzung, abzüglich eines Verstärkungsgewebes. Die wärmehärtende Zusammensetzung kann eines oder mehrere dieser mehrteiligen Epoxidsysteme enthalten.
  • Die wärmehärtende Zusammensetzung kann mindestens einen Härter wie einen Säureanhydrid-Härter, einen Amin-Härter, einen blockierten Isocyanat-Härter, einen Isocyanat-Härter, einen Phenol-Härter, einen Polyaminoamid-Härter oder einen Polymercaptan-Härter enthalten. Das Härtungsmittel kann ein phenolisches Härtungsmittel umfassen. Das Härtungsmittel kann ein phosphorhaltiges phenolisches Härtungsmittel sein. Das Härtungsmittel kann latent sein und Cyanoguanidin enthalten.
  • Die Äquivalenzzahl der funktionellen Gruppe des Härters in Bezug auf 1 Äquivalent der Epoxidgruppe des Epoxidmonomers kann 0,005 bis 5 Äquivalente, oder 0,01 bis 3 Äquivalente, oder 0,5 bis 1,5 Äquivalente betragen. Wenn beispielsweise ein Phenolhärter als Härter verwendet wird, stellt das chemische Äquivalent die äquivalente Anzahl der Hydroxylgruppen des Phenolhärters zu 1 Äquivalent der Epoxidgruppe dar, und wenn ein Aminhärter als Härter verwendet wird, stellt das chemische Äquivalent die äquivalente Anzahl der aktiven Wasserstoffe des Aminhärters zu 1 Äquivalent der Epoxidgruppe dar.
  • In der wärmehärtenden Zusammensetzung kann ein Katalysator enthalten sein, der die wärmehärtende Reaktion katalysiert. Der Katalysator ist nicht besonders begrenzt und kann jeden typischen Katalysator für die Härtung von Epoxidharzen umfassen. Der Katalysator kann beispielsweise aus mindestens einem der folgenden Stoffe bestehen:
    • Benzyldimethylamid, Benzyltrimethylammoniumchlorid, Zink(ll)acetylacetonat, Zink(II)lactat oder Aluminium(III)acetylacetonat. Der Katalysator kann in der wärmehärtenden Zusammensetzung in einer Menge von 0,05 bis 0,5 Gew.-% oder 0,1 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wärmehärtenden Zusammensetzung, abzüglich jeglichen Verstärkungsmaterials, vorhanden sein. Die wärmehärtende Zusammensetzung kann frei von einem Lösungsmittel sein, und die auf die wärmehärtende Zusammensetzung bezogenen Mengen können auf die Mengen abzüglich eines eventuell vorhandenen Lösungsmittels bezogen sein.
  • Die wärmehärtende Zusammensetzung kann einen Beschleuniger enthalten, um die thermische Empfindlichkeit während der b-Stufenbildung zu regulieren und eine höhere Glasübergangstemperatur und eine gründlichere Aushärtung zu erreichen. Der Beschleuniger kann aus mindestens einer Imidazolverbindung, einer Phosphinverbindung oder einer Boratsalzverbindung bestehen. Der Beschleuniger kann aus einer Imidazolverbindung bestehen, z. B. aus mindestens einer der Verbindungen 2-Methylimidazol oder 2-Phenylimidazol. Die Verwendung eines sterisch sperrigeren, weniger reaktiven Beschleunigers, wie z. B. 2-Phenylimidazol, kann die Zugabe einer Menge ermöglichen, die erforderlich ist, um die Glasübergangstemperatur (Tg) des resultierenden Verbundwerkstoffs bei der thermischen Aushärtung zu maximieren und gleichzeitig ein akzeptables Niveau des Harzflusses aufrechtzuerhalten, wenn die erforderlichen B-Stufen-Bedingungen angewendet werden. Der Beschleuniger kann in dem Verbundwerkstoff in einer Menge von 0,001 bis 1 Gew.-% oder 0,005 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, abzüglich eines Verstärkungsgewebes, vorhanden sein.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff enthält ein hexagonales Bornitrid. Das hexagonale Bornitrid kann in einer Menge von 10 bis 55 Volumenprozent, 30 bis 55 Volumenprozent oder 40 bis 50 Volumenprozent, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich eines Verstärkungsgewebes, vorhanden sein. Das hexagonale Bornitrid umfasst eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen und eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridagglomeraten. Das Volumenverhältnis der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate zu den hexagonalen Bornitrid-Plättchen kann 1:1,5 bis 4:1; oder 1:1 bis 3,5:1; oder 1,5:1 bis 3,5:1 oder 2,5:1 bis 3,5:1 betragen.
  • Die hexagonalen Bornitridplättchen können eine Teilchengröße D10 von weniger als oder gleich 6 oder 1 bis 5 Mikrometer haben. Die hexagonalen Bornitridplättchen können eine Teilchengröße D50 von 7 bis 18 Mikrometern oder 8 bis 15 Mikrometern (bezogen auf das Volumen) aufweisen. Die hexagonalen Bornitridplättchen können eine Teilchengröße D90 von mehr als oder gleich 20 Mikrometern oder 25 bis 35 Mikrometern nach Volumen aufweisen. Wenn die Teilchengröße der Bornitridplättchen angegeben wird, bezieht sich die Teilchengröße auf den durchschnittlichen Durchmesser der breiten Oberfläche der jeweiligen Plättchen. Die hexagonalen Bornitridplättchen können eine spezifische Oberfläche von 3 bis 5 Metern im Quadrat pro Gramm (m2/g) haben.
  • Die Agglomerate aus hexagonalem Bornitrid können eine Teilchengröße D10, bezogen auf das Volumen, von 20 bis 50 Mikrometern aufweisen. Die hexagonalen Bornitrid-Agglomerate können eine Teilchengröße D50, bezogen auf das Volumen, von 50 bis 80 Mikrometern haben. Die hexagonalen Bornitrid-Agglomerate können eine Teilchengröße D90, bezogen auf das Volumen, von 90 bis 140 Mikrometern oder 80 bis 120 Mikrometern, aufweisen. Bei der Angabe der Teilchengröße der Bornitrid-Agglomerate bezieht sich die Teilchengröße auf den durchschnittlichen Durchmesser der jeweiligen Agglomerate. Die hexagonalen Bornitrid-Agglomerate können eine spezifische Oberfläche von 1,6 bis 3,8 Metern im Quadrat pro Gramm (m2 /g) haben.
  • Wenn man sich auf die Partikelgröße bezieht, ist es bekannt, dass Dx sich auf x% der Partikel bezieht, die eine Partikelgröße haben, die kleiner oder gleich der Zahl ist. Zum Beispiel bedeutet eine D10 Partikelgröße, bezogen auf das Volumen, von 5, dass 10 Volumenprozent der Partikel einen Durchmesser von weniger als oder gleich 5 Mikrometern haben und 90 Volumenprozent der Partikel einen Durchmesser von mehr als 5 Mikrometern haben. Die Partikelgröße kann auch durch dynamische Lichtstreuung (DLS) bestimmt werden. Die Brownsche Bewegung der Partikel in der Suspension bewirkt, dass einfallendes Laserlicht mit unterschiedlicher Intensität gestreut wird. Die Analyse dieser Intensitätsschwankungen ergibt die Geschwindigkeit der Brownschen Bewegung und damit die Partikelgröße unter Verwendung der Stokes-Einstein-Beziehung. Das von Microtrac hergestellte Dynamic Light Scattering System ist ein Beispiel für die hier verwendete Ausrüstung zur Messung der Partikelgröße.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann einen dielektrischen Füllstoff enthalten. Der dielektrische Füllstoff kann mindestens eines der folgenden Materialien umfassen: Quarzglas oder Aluminiumoxid. Der dielektrische Verbundwerkstoff kann 3 bis 7,5 Vol.-% des dielektrischen Füllstoffs, z. B. Quarzglas, bezogen auf das Gesamtvolumen des Verbundwerkstoffs, abzüglich Verstärkungsgewebe, enthalten. Das Quarzglas kann kugelförmig sein und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 bis 10 Mikrometern oder 6 bis 9 Mikrometern haben.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann ein Epoxysilan enthalten, zum Beispiel mindestens eines von 3-Glycidoxypropyldimethylethoxysilan, 3-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan, 3-Glycidoxypropylmethyldimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Epoxycyclohexylethyltriethoxysilan, Epoxycyclohexylethyltrimethoxysilan oder Epoxyhexyltriethoxysilan. Der dielektrische Verbundwerkstoff kann 0,1 bis 2 Gew.-% oder 0,5 bis 1,5 Gew.-% des Epoxysilans enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich eines etwaigen Verstärkungsgewebes.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann einen Entlüfter enthalten. Der Entlüfter kann Alkylpolyacrylate umfassen, wie solche, die sich von Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, n-Amylacrylat, Isobornylacrylat, Isobutylacrylat, tert-Butylacrylat, Hexylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, 2-Methoxyethylacrylat, 2-Phenoxyacrylat, Octylacrylat, Isodecylacrylat, Decylacrylat, Laurylacrylat, Tridecylacrylat und Octadecylacrylat. Der Entlüfter kann auch Co-Polymere aus Polyethylen und Polypropylenoxid (EO/PO) enthalten. Der dielektrische Verbundwerkstoff kann 0,1 bis 1 Gew.-% oder 0,3 bis 0,8 Gew.-% des Entlüftungsmittels enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich eines Verstärkungsmaterials.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann ein Flammschutzmittel enthalten, z. B. ein halogenfreies Flammschutzmittel. Das Flammschutzmittel kann ein Metallhydrat enthalten, z. B. mindestens eines der folgenden: Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid, Eisenhydroxid, Zinkhydroxid, Kupferhydroxid, Nickelhydroxid oder Hydrate von Calciumaluminat, Gipsdihydrat, Zinkborat oder Bariummetaborat. Das Flammschutzmittel kann ein organisches Flammschutzmittel umfassen, z. B. Melamincyanurat, feinteiliges Melaminpolyphosphat, verschiedene andere phosphorhaltige Verbindungen wie Phosphinate, Diphosphinate, Phosphonate, Phosphate, Polysilsesquioxane, Siloxane oder halogenierte Verbindungen (wie Hexachlorendomethylentetrahydrophthalsäure (HET-Säure), Tetrabromophthalsäure oder Dibromonopentylglykol).
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff enthält eine Verstärkungsschicht. Die Verstärkungsschicht umfasst eine Vielzahl von Fasern, die dazu beitragen können, die Schrumpfung innerhalb der Ebene des dielektrischen Verbundwerkstoffs während der Aushärtung zu kontrollieren, und die eine erhöhte Dimensionsstabilität und mechanische Festigkeit im Vergleich zu demselben dielektrischen Verbundwerkstoff ohne die Verstärkungsschicht bieten können. Die Verstärkungsschicht kann eine gewebte Schicht oder eine nicht gewebte Schicht sein. Die Fasern können aus mindestens einem der folgenden Materialien bestehen: Glasfasern (z. B. E-Glasfasern, S-Glasfasern und D-Glasfasern), Siliziumdioxidfasern, Polymerfasern (z. B. Polyetherimidfasern, Polysulfonfasern, Poly(etherketon)fasern, Polyesterfasern, Polyethersulfonfasern, Polycarbonatfasern, aromatische Polyamidfasern oder Flüssigkristallpolymerfasern wie VECTRAN, die im Handel von Kuraray erhältlich sind). Die Fasern können einen Durchmesser von 10 Nanometern bis 10 Mikrometern haben. Die Verstärkungsschicht kann eine Dicke von weniger als oder gleich 200 Mikrometern oder 50 bis 150 Mikrometern haben. Der dielektrische Verbundwerkstoff kann 5 bis 15 Volumenprozent oder 6 bis 10 Volumenprozent oder 7 bis 11 Volumenprozent oder 7 bis 9 Volumenprozent der Verstärkungsschicht, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, umfassen.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann ein wärmehärtbares Epoxidharz, eine Verstärkungsschicht, mehr als oder gleich 40 Volumenprozent eines hexagonalen Bornitrids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Verstärkungsschicht, 3 bis 7,5 Volumenprozent eines Quarzglases, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Verstärkungsschicht, ein Epoxysilan, einen Beschleuniger und einen Entlüfter umfassen. Der dielektrische Verbundwerkstoff kann 5 bis 20 Gewichtsprozent einer Glasverstärkungsschicht, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, enthalten. Der dielektrische Verbundwerkstoff kann 40 bis 50 Volumenprozent des duroplastischen Epoxidharzes, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Glasverstärkungsgewebes, enthalten. Das duroplastische Epoxidharz kann ein epoxidfunktionelles Phenol-Formaldehyd-Novolak und ein 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO)-funktionelles Bisphenol-A-Phenol-Formaldehyd-Novolak umfassen. Das Quarzglas kann eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 bis 10 Mikrometern haben. Der dielektrische Verbundwerkstoff kann 0,5 bis 2 Gewichtsprozent des Epoxysilans enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Glasverstärkungsgewebes. Der dielektrische Verbundwerkstoff kann 0,001 bis 1 oder 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent eines Aryl-Imidazol-Beschleunigers enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des glasverstärkenden Gewebes. Der dielektrische Verbundwerkstoff kann 0,1 bis 1 oder 0,3 bis 0,8 Gewichtsprozent des Entlüftungsmittels enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Glasverstärkungsgewebes. Das hexagonale Bornitrid kann eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen und eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridagglomeraten umfassen. Das Volumenverhältnis der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate zu den hexagonalen Bornitrid-Plättchen kann 1:1,5 bis 4:1; oder 1:1 bis 3,5:1; oder 1,5:1 bis 3,5:1 oder 2,5:1 bis 3,5:1 betragen. Die Mehrzahl der hexagonalen Bornitridplättchen kann eine Teilchengröße D10, bezogen auf das Volumen, von weniger als oder gleich 6 Mikrometern, eine Teilchengröße D50, bezogen auf das Volumen, von 7 bis 18 Mikrometern und eine Teilchengröße D90, bezogen auf das Volumen, von mehr als oder gleich 20 Mikrometern haben. Die Mehrzahl der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate kann eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 20 bis 50 Mikrometern, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 50 bis 80 Mikrometern und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 90 bis 140 Mikrometern aufweisen.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann eine Schälfestigkeit gegenüber Kupfer von mehr als oder gleich 0,7 kg/cm oder 0,7 bis 1 kg/cm aufweisen, gemessen gemäß IPC-Testmethode 650, 2.4.8 für mindestens eines der kupferbeschichteten Laminate im Anlieferungszustand (AR) oder nach Anlegen einer thermischen Spannung (AS) durch Erhitzen von Laminatprüfkörpern auf eine Temperatur von 288°C für 10 Sekunden.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann eine Wärmeleitfähigkeit in der z-Achse von mehr als oder gleich 1,8 W/mK oder 1,8 bis 2,5 W/mK haben, gemessen nach ASTM E1461-13 oder ASTM D5470-12.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann einen Harzfluss von 12,5 bis 25,5 mm oder 13 bis 18 mm aufweisen, wie durch Messung des Überlaufs von teilweise gehärtetem Harz bestimmt, das 3 Minuten lang bei 145°C in der B-Stufe gelagert und bei einem Druck von 1,4 Megapascal (MPa) und einer Temperatur von 171°C gepresst wurde.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann eine Glasübergangstemperatur von 150 bis 165°C oder 160 bis 165°C haben, die nach der Methode „Glasübergangstemperatur und Aushärtungsfaktor durch DSC“ (IPC TM 650 2.4.25) unter Verwendung der Differentialscanningkalorimetrie (DSC) bestimmt wird.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann durch Imprägnieren einer Verstärkungsschicht mit einer wärmehärtenden Zusammensetzung hergestellt werden, die ein Epoxidmonomer, ein Härtungsmittel, das hexagonale Bornitrid, das Quarzglas, das Epoxysilan, den Beschleuniger und den Entlüfter enthält. Das Imprägnieren kann das Gießen der wärmehärtenden Zusammensetzung auf die Verstärkungsschicht oder das Tauchbeschichten der Verstärkungsschicht in die wärmehärtende Zusammensetzung oder das Walzenbeschichten der wärmehärtenden Zusammensetzung auf die Verstärkungsschicht umfassen. Die imprägnierte Schicht kann dann zumindest teilweise ausgehärtet werden, um ein Prepreg zu bilden. Die partielle Aushärtung kann die Härtung in einem Ofen bei einer bestimmten Temperatur für eine bestimmte Zeit umfassen. Die Verstärkungsschicht mit dem darauf befindlichen teilgehärteten Duroplast kann ein Prepreg oder eine dielektrische Schicht mit einer Dicke von 1 bis 1.000 Mikrometern bilden.
  • Ein Laminat kann gebildet werden, indem ein mehrlagiger Stapel gebildet wird, der eine oder mehrere der dielektrischen Prepreg-Schichten und optional eine oder mehrere elektrisch leitende Schichten umfasst; und der mehrlagige Stapel laminiert wird. Adhäsions- oder Bond-Ply-Prepreg-Schichten können optional und nachträglich in einem Mehrschichtstapel von Laminaten vorhanden sein, um die Adhäsion zwischen den jeweiligen Laminatschichten zu fördern. Der Mehrschichtstapel aus Laminaten und Prepreg-Bondlagen kann in einer Presse, z. B. einer Vakuumpresse, unter Druck und bei einer Temperatur über einen Zeitraum verpresst werden, der geeignet ist, die Schichten miteinander zu verbinden. Alternativ kann das Laminat frei von einer elektrisch leitenden Schicht, wie z. B. einer Kupferfolie, sein.
  • Nützliche elektrisch leitende Schichten beinhalten z. B. Edelstahl, Kupfer, Nickel, Gold, Silber, Aluminium, Zink, Zinn, Blei, Übergangsmetalle oder Legierungen, die mindestens zwei der vorgenannten Metalle enthalten. Es gibt keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Dicke der elektrisch leitenden Schicht, noch gibt es irgendwelche Beschränkungen hinsichtlich der Form, Größe oder Textur der Oberfläche der elektrisch leitenden Schicht. Die elektrisch leitfähige Schicht kann eine Dicke von 3 bis 200 Mikrometern oder 9 bis 180 Mikrometern haben. Wenn zwei oder mehr elektrisch leitende Schichten vorhanden sind, kann die Dicke der beiden Schichten gleich oder unterschiedlich sein. Die elektrisch leitende Schicht kann aus einer Kupferschicht bestehen. Geeignete elektrisch leitende Schichten umfassen eine dünne Schicht eines elektrisch leitenden Metalls wie eine Kupferfolie, die derzeit bei der Herstellung von Schaltkreisen verwendet wird, z. B. galvanisch abgeschiedene Kupferfolien. Die Kupferfolie kann eine mittlere quadratische Rauheit (RMS) von weniger als oder gleich 2 Mikrometern oder weniger als oder gleich 0,7 Mikrometern aufweisen, wobei die Rauheit mit einem Taststiftprofilometer gemessen wird.
  • Die elektrisch leitfähige Schicht kann durch Laminieren der elektrisch leitfähigen Schicht und der dielektrischen Schicht, durch direkte Laserstrukturierung oder durch Aufkleben der elektrisch leitfähigen Schicht auf das Substrat mittels einer Klebstoffschicht aufgebracht werden. Für das Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht können auch andere in der Technik bekannte Verfahren verwendet werden, sofern die besonderen Materialien und die Form des Schaltungsmaterials dies zulassen, z. B. galvanische Abscheidung, chemische Abscheidung aus der Gasphase und dergleichen.
  • Beim Laminieren kann ein mehrschichtiger Stapel laminiert werden, der die dielektrische Schicht (die beispielsweise teilweise ausgehärtet ist), eine elektrisch leitfähige Schicht und eine optionale Zwischenschicht zwischen der dielektrischen Schicht und der elektrisch leitfähigen Schicht umfasst, um eine Schichtstruktur zu bilden. Die elektrisch leitende Schicht kann in direktem Kontakt mit der dielektrischen Schicht stehen, ohne die Zwischenschicht. Die Schichtstruktur kann dann in einer Presse, z. B. einer Vakuumpresse, unter Druck und bei einer Temperatur über einen Zeitraum verpresst werden, der geeignet ist, die Schichten zu verbinden und ein Laminat zu bilden. Die Laminierung und optionale Aushärtung kann in einem einstufigen Verfahren, z. B. mit einer Vakuumpresse, oder in einem mehrstufigen Verfahren erfolgen.
  • Die Laminierung, z. B. zur Erzielung einer teilweisen Aushärtung oder zur Erzielung der endgültigen Aushärtung, kann bei einem Laminierungsdruck von 1 bis 8 Megapascal oder 1 bis 3 Megapascal, einer Laminierungstemperatur von 100 bis 180 °C oder einer Einweichzeit von z. B. 20 Minuten oder 60 bis 120 Minuten erfolgen und danach (noch unter Druck) auf weniger als oder gleich 150 °C abgekühlt werden.
  • Falls vorhanden, kann die Zwischenschicht einen Polyfluorkohlenstoff-Film umfassen, der sich zwischen der elektrisch leitenden Schicht und der dielektrischen Schicht befinden kann, und eine optionale Schicht aus mit Mikroglas verstärktem FluorkohlenstoffPolymer kann sich zwischen dem Polyfluorkohlenstoff-Film und der elektrisch leitenden Schicht befinden. Die Schicht aus mit Mikroglas verstärktem Fluorkohlenstoffpolymer kann die Haftung der elektrisch leitfähigen Schicht an der dielektrischen Schicht erhöhen. Das Mikroglas kann in einer Menge von 4 bis 30 Gewichtsprozent (Gew.-%), bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht, vorhanden sein. Das Mikroglas kann eine längste Längenskala von weniger als oder gleich 900 Mikrometern oder weniger als oder gleich 500 Mikrometern haben. Das Mikroglas kann ein Mikroglas des Typs sein, der von der Johns-Manville Corporation in Denver, Colorado, im Handel erhältlich ist. Die Polyfluorkohlenstoff-Folie umfasst ein Fluorpolymer (wie Polytetrafluorethylen, ein fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer und ein Copolymer mit einem Tetrafluorethylen-Grundgerüst mit einer vollständig fluorierten Alkoxy-Seitenkette).
  • Die elektrisch leitende Schicht kann durch Aufkleben der leitenden Schicht aufgebracht werden. Bei der elektrisch leitenden Schicht kann es sich um eine Schaltung (die metallisierte Schicht einer anderen Schaltung) handeln, z. B. um eine flexible Schaltung. Zwischen einer oder mehreren elektrisch leitenden Schichten und der dielektrischen Schicht kann eine Adhäsionsschicht angeordnet sein.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann in einer Vielzahl von Schaltungsmaterialien verwendet werden. Als Schaltungsmaterial wird hier ein Gegenstand bezeichnet, der bei der Herstellung von Schaltungen und Mehrschichtschaltungen verwendet wird, z. B. Schaltungsunterbaugruppen, Bondlagen, harzbeschichtete elektrisch leitende Schichten, nicht kaschierte dielektrische Schichten, freie Filme und Deckfolien. Schaltungsunterbaugruppen umfassen Schaltungslaminate mit einer elektrisch leitenden Schicht, z. B. Kupfer, die fest mit einer dielektrischen Schicht verbunden ist. Doppelt kaschierte Schaltungslaminate haben zwei elektrisch leitende Schichten, eine auf jeder Seite der dielektrischen Schicht. Durch Strukturierung einer elektrisch leitenden Schicht eines Laminats, z. B. durch Ätzen, entsteht ein Schaltkreis. Mehrschichtige Schaltungen bestehen aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden Schichten, von denen mindestens eine ein elektrisch leitendes Verdrahtungsmuster enthalten kann. Typischerweise werden Mehrschichtschaltungen durch Laminieren einer oder mehrerer Schaltungen unter Verwendung von Bondlagen, durch den Aufbau zusätzlicher Schichten mit harzbeschichteten elektrisch leitenden Schichten, die anschließend geätzt werden, oder durch den Aufbau zusätzlicher Schichten durch Hinzufügen von nicht kaschierten dielektrischen Schichten mit anschließender additiver Metallisierung gebildet. Nach der Herstellung der Mehrschichtschaltung können bekannte Lochbildungs- und Beschichtungstechnologien verwendet werden, um nützliche elektrische Pfade zwischen den elektrisch leitenden Schichten herzustellen.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann in einer Antenne verwendet werden. Die Antenne kann in einem Mobiltelefon (wie z. B. einem Smartphone), einem Tablet, einem Laptop oder ähnlichem verwendet werden.
  • Der dielektrische Verbundwerkstoff kann in Leistungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Gleichrichtern, Invertern und hellen Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt werden. Die Anforderungen an das Design sind beispielsweise: geringere Abhängigkeit von Metallkühlkörpern und konvektiver Kühlung für das Wärmemanagement, niedrigere Betriebs- und Bauteiltemperaturen, niedrigere Außen- und Gehäusetemperaturen, höherer Leistungsdurchsatz durch niedrigere Sperrschichttemperaturen der Bauteile und höhere Betriebstemperaturen.
  • Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung. Die Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen nicht dazu dienen, die gemäß der Offenbarung hergestellten Vorrichtungen auf die darin genannten Materialien, Bedingungen oder Prozessparameter zu beschränken.
  • Beispiele
  • In den Beispielen wurden die folgenden Prüfmethoden und -verfahren verwendet.
  • Der Harzgehalt in Gewichtsprozent (% RC) wurde nach der Prüfmethode „Treated Weight of Prepreg“ (IPC TM 650 2.3.16.2) bestimmt.
  • Der Standard-Harzfluss wurde gemäß der Testmethode „Resin Flow Percent of Prepreg“ (IPC-TM-650 2.3.17 Revision D) bestimmt, indem ein vierlagiger Stapel von 10,16 mal 10, 16 Zentimeter großen Prepreg-Lagen bei einem Druck von 14 Kilonewton (3.200 Pfund) und einer Temperatur von 171°C gepresst und die Gewichtsänderung des Verbundwerkstoffs bestimmt wurde.
  • Der Harzfluss in der Scheibe wurde bestimmt, indem eine Scheibe mit einem Durchmesser von 3,192 Zoll (8 Quadratzoll) aus dem b-gestuften Prepreg geschnitten und ein vierlagiger Stapel der Scheiben bei einem Druck von entweder 1.600 oder 3.200 Pfund (7 oder 14 Kilonewton) und einer Temperatur von 171 °C gepresst wurde, wobei der Harzfluss in einem Abstand um den Rand der gestapelten Scheiben gemessen wurde.
  • Wie angegeben, wurde die Glasübergangstemperatur (Tg) gemäß der „Glass Transition Temperature and Thermal Expansion of Materials Used in High Density Interconnection (HDI) and Microvias - TMA Method“ (IPC-TM-650 2.4.24.5 Revision D) mittels thermomechanischer Analyse (TMA) oder gemäß der „Glass Transition Temperature and Cure Factor by DSC“-Methode (IPC TM 650 2.4.25) mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) bestimmt.
  • Die Schälfestigkeit des Kupfers wurde gemäß der Prüfmethode „Peel strength of metallic clad laminates“ (IPC-TM-650 2.4.8 Revision C) unter Verwendung einer 14,2 Gramm schweren Kupferfolie und unter Prüfung des kupferkaschierten Laminats im Anlieferungszustand (AR) und nach thermischer Belastung (AS) getestet. In den Beispielen bezieht sich eine „1 Unze Kupferfolie“ auf die Dicke der Kupferschicht, die erreicht wird, wenn 1 Unze (29,6 Milliliter) Kupfer flach gepresst und gleichmäßig über eine Fläche von einem Quadratfuß (929 Quadratzentimeter) verteilt wird. Die entsprechende Dicke beträgt 1,37 mils (0,0347 Millimeter). Eine ½ Unze Kupferfolie hat dementsprechend eine Dicke von 0,01735 Millimetern. Wie angegeben, wurden die kupferkaschierten Laminate auf ihre Schälfestigkeit im Anlieferungszustand (AR) oder nach einer thermischen Belastung (AS) durch Erhitzen auf eine Temperatur von 288 °C für 10 Sekunden geprüft.
  • Die Wärmeleitfähigkeit in der Ebene (x- und y-Richtung) und außerhalb der Ebene (z-Richtung) wurde nach der „Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the Flash Method“ (ASTM E1461-13) unter Verwendung der transienten thermischen Impedanz oder nach der „Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials“ (ASTM D5470-12) unter Verwendung der stationären thermischen Impedanz bestimmt.
  • Die in den Beispielen verwendeten Komponenten sind in Tabelle 1 aufgeführt.
    Tabelle 1
    Ph-F Novolac Phenol-Formaldehyd-Novolak, Epoxid funktionell, XZ92740 Olin™ Corporation
    BPA-F Novolac Bisphenol A Phenol-Formaldehyd Novolac, DOPO Funktionell, XZ92741 Olin™ Corporation
    Ph-F Novolac CTBN Phenol-Formaldehyd-Novolak, Epoxid funktionell, CTBN, HYPOX™ RF928 Huntsman Advanced Materials
    Cyanat-Ester Cyanat-Ester-Harz, PRIMASET™ BA-3000S Lonza
    PSA PSA-Harz, NORYL™ SA90-100 SABIC
    Flammhemmend-1 Halogenfreies Flammschutzmittel, RABITLE™ FP-110 Fushimi - Chori Amerika
    Flammhemmend-2 Halogenfreies Flammschutzmittel, EXOLIT™ OP-930 Clariant
    h-BN Agglom-1 Hochdichte Agglomerate aus hexagonalem Bornitrid, CARBOTHERM™ PCTH3 MHF, mit einer Teilchengröße D10 von 35 Mikrometern, einer Teilchengröße D50 von 75 und einer Teilchengröße D90 von 120 Mikrometern und einer spezifischen Oberfläche von 2 m2 /g. Saint-Gobain
    h-BN Agglom-2 Agglomerate aus hexagonalem Bornitrid, Kühlfüllstoff-Agglomerate 250S, mit einer Teilchengröße D10 von 8-20 Mikrometern, einer Teilchengröße D50 von 40-100 und einer Teilchengröße D90 von 120-210 Mikrometern und einer spezifischen Oberfläche von weniger als 5 m2 /g. 3M™
    h-BN-Kugeln Sphärische Agglomerate aus hexagonalem Bornitrid, POLARTHERM™ PTX25, mit einer Teilchengröße D10 von 10 Mikrometern, einer Teilchengröße D50 von 25 und einer Teilchengröße D90 von 45 Mikrometern und einer spezifischen Oberfläche von 7 m2 /g. Momentive™
    h-BN Blutplättchen Einkristalline Plättchen aus hexagonalem Bornitrid COOLFLOW™ CF100, mit einer Teilchengröße D10 von 5 Mikrometern, einer Teilchengröße D50 von 8-15 und einer Teilchengröße D90 von 25 Mikrometern und einer spezifischen Oberfläche von 3-5 m2 /g. Momentive™
    h-BN-Flocken Platelet Hexagonal Boron Nitride, Cooling Filler Platelets CFF500-3, mit einer D10 Partikelgröße von 140-260 Mikrometern und einer D50 Partikelgröße von 300-530 Mikrometern und einer spezifischen Oberfläche von 1 m2 /g. 3M™
    Fused Silica Sphärisches Quarzglas, FB-8S, durchschnittlicher Durchmesser von 8 Mikrometern Denka
    α-Aluminiumoxid Sphärisches α-Aluminiumoxid, DAW-10 Denka
    Me-Accelerator Beschleuniger, 2-Methyl-Imidazol (2-MI) Luftprodukte
    Ph-Beschleuniger Beschleuniger, 2-Phenylimidazol (2-PI) Luftprodukte
    Katalysator Trimerisierungskatalysator, Aluminiumacetylacetonat, AlAcAc Pfaltz & Bauer
    Aushärtungsmittel Latentes Heilmittel, (Cyanoguanidin) (DICY) Luftprodukte
    Epoxid-Silan Silan-Kupplungsmittel, SILQUEST™ A-187 Silan Momentive™
    Entlüfter Entlüfter, proprietär, enthält Petroleumdestillate, EFKA™ PB 2720 BASF
    Glasgewebe 1 Schlicht gewebtes Glas (Kette=60, Schuss=52), Stil 104 JPS Verbundwerkstoffe
    Glasgewebe 2 Glasgewebe in Leinwandbindung (Kette=75, Schuß=75), Stil 1027S Shanghai Grace-Stoff
    Kupferfolie Mattseitige behandelte Kupferfolie, TWS Kreislauf-Folie Luxemburg
  • Beispiele 1-12: Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Mengen und Arten von Komponenten
  • Es wurden wärmehärtende Zusammensetzungen zur Verwendung bei der Herstellung von Prepregs aus glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen gemäß Tabelle 2 hergestellt. Die Prepregs wurden durch Behandlung eines Glasgewebes, wie in Tabelle 2 angegeben, mit den jeweiligen wärmehärtenden Zusammensetzungen hergestellt, um beschichtete Glasgewebemuster zu bilden. Die beschichteten Glasgewebemuster wurden in einem Vertikalofen getrocknet und dann entsprechend den in Tabelle 2 angegebenen b-Stufenzeiten und Temperaturen teilweise ausgehärtet, um die Prepregs zu bilden. Die jeweiligen Proben wurden dann auf ihre Eigenschaften geprüft, die ebenfalls in Tabelle 2 aufgeführt sind. In der Tabelle ist v/v% das Volumen der Komponente bezogen auf das Gesamtvolumen des Verbundwerkstoffs abzüglich des Glasgewebes und w/w% das Gewicht der Komponente bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs abzüglich des Glasgewebes.
  • In Beispiel 1 wurden 30 Volumenprozent h-BN-Agglomerate-2 und h-BN-Flocken zu gleichen Teilen untersucht. Die resultierenden Prepregs wiesen einen ausreichenden Harzfluss auf, ihr Aussehen war jedoch aufgrund der übermäßig großen h-BN-Flocken inakzeptabel. Die Tg des Verbunds und die Kupferschälfestigkeit waren akzeptabel, aber die Wärmeleitfähigkeit war mit nur 1 W/mK niedrig.
  • Im Vergleich zu Beispiel 1 wurden in den Beispielen 2 und 3 höhere Volumengehalte an h-BN-Agglomeraten-1 und h-BN-Plättchen mit kleineren Partikeln untersucht, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen und das Aussehen des Prepregs zu verbessern. Der Harzfluss des Prepregs verringerte sich mit zunehmender h-BN-Volumenbeladung. Um ein akzeptables Fließverhalten des Prepregs zu erreichen, wurde der Anteil des Methylbeschleunigers in diesen Verbundwerkstoffen reduziert. Die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs war akzeptabel, aber die Schälfestigkeit von Kupfer war gering. Die Verbundwerkstoff-Tg stand in direktem Zusammenhang mit dem Methylbeschleunigergehalt.
  • In den Beispielen 4-9 wurden 44 oder 45 Volumenprozent h-BN-Agglomerate-1 und h-BN-Plättchen in einem Verhältnis von 3 zu 1 untersucht, um die Wärmeleitfähigkeit zu maximieren und andere kritische Eigenschaften zu erreichen. Ph-F Novolac CTBN und ein sterisch gehindertes Phenylimidazol verbesserten das Fließverhalten des Prepregs, ohne die Tg des Verbundwerkstoffs zu beeinträchtigen. Die Zugabe von Quarzglas und einem Epoxysilan verbesserte die Schälfestigkeit von Kupfer. Das Fließverhalten des Prepregs stand in umgekehrter Beziehung zum Gehalt an Quarzglas.
  • Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass das Quarzglas und das Epoxysilan die Harz-Feststoff-Matrix verstärken und dadurch die Schälfestigkeit des Kupfers erhöhen.
  • In den Beispielen 10-12 wurden 44,0, 44,5 und 45,0 Volumenprozent h-BN-Agglomerate-1 und h-BN-Plättchen in einem Verhältnis von 3 zu 1 in Kombination mit Quarzglas und einem Epoxysilan untersucht. Die Wärmeleitfähigkeit wurde nach der Standardtestmethode für die Wärmeübertragungseigenschaften von wärmeleitenden elektrischen „Isoliermaterialien" (ASTM D5470-12) gemessen. Die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs war akzeptabel, wenn das Gesamtvolumen des h-BN größer oder gleich 44,5 % war. Harzfluss und Aussehen des Prepregs waren akzeptabel. Die Tg- und Kupferschälfestigkeit des Verbunds war akzeptabel.
    Tabelle 2
    Beispiel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
    Ph-F Novolac (v/v%) 43.9 28.7 27.1 28.5 28.2 29.7 24.9 26.1 25.5 26.1 25.8 26.1
    BPA-F Novolac (v/v%) 25.8 16.9 15.9 16.7 16.6 17.4 14.6 15.3 15.0 15.3 15.1 15.4
    Ph-F Novolac CTBN (v/v%) - - - - - 6.5 6.6 6.6 6.6 6.6 6.6 6.6
    h-BN Agglom-1 (v/v%) - 22.5 23.7 33.7 33.7 33.8 33.0 33.0 33.8 33.0 33.4 33.8
    h-BN Blutplättchen (v/v%) - 22.5 23.7 11.2 11.2 11.3 11.0 11.0 11.3 11.0 11.1 11.3
    h-BN Agglom-2 (v/v%) 15.0 - - - - - - - - - - -
    h-BN-Flocken (v/v%) 15.0 - - - - - - - - - - -
    Quarzglas (v/v%) - 7.3 6.9 7.3 7.2 - 7.0 5.0 5.0 5.0 5.0 4.0
    Me-Beschleuniger (w/w%) 0.25 0 0.179 0.238 0.250 - - - - - - - -
    Ph-Beschleuniger (w/w%) - - - - 0.250 0.250 0.25 0 0.250 0.250 0.250 0.250 0.25 0
    Aushärtungsmittel (w/w%) - - - - 0.250 0.250 0.25 0 0.250 0.250 0.250 0.250 0.25 0
    Epoxysilan (w/w%) - 0.8 1.0 1.0 1.0 - 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
    Entlüfter (w/w%) - 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
    Zusammensetzung Details
    Volumenverhältnis von Agglom Thrombozyten 1:1 1:1 1:1 3:1 3:1 3:1 3:1 3:1 3:1 3:1 3:1 3:1
    Gesamtmenge an h-BN (v/v %) 30.0 45.0 47.5 45.0 45.0 45.0 44.0 44.0 45.0 44.0 44.5 45.0
    Gesamtmenge der Keramiken (v/v %) 30.0 52.3 54.4 52.2 52.2 45.0 51.0 49.0 50.0 49.0 49.5 49.0
    Glasgewebe 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2
    Harzgehalt in Gewichtsprozent (%) 89.1 90.7 90.1 89.3 89.6 89.8 89.8 89.4 90.3 89.4 89.5 89.3
    Eigenschaften
    b-Staging (min, °C) 7.0, 176 3.0, 136 3.0, 141 3.0, 145 3.0, 140 5.5, 155 3.0, 145 3.0, 145 3.0, 145 3.0, 145 3.0, 145 3.0, 145
    Standard-Harzfluss (%) 24 - - - - - - - - - - -
    Scheibe Harzfluss, 1600 Ibf (mm) - 20.2 16.2 - 6.5 31.3 13.5 16.8 17.2 16.8 13.3 13.1
    Scheibe Harzfluss, 3200 Ibf (mm) - - - 11.4 - - - - - - - -
    Tg durch DSC, 1. und 2. Durchgang (°C) 160, 162 149, 154 160, 163 160, 172 163, 163 162, 163 155, 163 161, 162 161, 163 161, 162 163, 163 161, 164
    Schälfestigkeit, Cu-Folie AR (kg/cm) 0.89 0.61 0.54 0.75 0.77 0.61 0.77 0.73 0.73 0.73 0.72 0.68
    Schälfestigkeit, Cu-Folie AS, (kg/cm) 0.93 0.61 0.47 0.79 0.77 0.66 0.82 0.88 0.75 0.72 0.64 0.75
    Wärmeleitfähigkeit (z-Achse, E1461) (W/mK) 1.0 2.6 2.5 2.1 1.6 1.7 2.0 2.0 1.8 - - -
    Wärmeleitfähigkeit (z-Achse, D5470) (W/mK) - - - - - - - - - 1.8 2.2 2.4
  • Beispiele 13-15: Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Mengen und Arten von Komponenten
  • Die wärmehärtenden Zusammensetzungen wurden zur Verwendung bei der Herstellung von Prepregs aus gewebten glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen, wie in Tabelle 3 beschrieben, hergestellt. Die Prepregs wurden durch Behandlung eines Glasgewebes, wie in Tabelle 3 angegeben, mit den jeweiligen wärmehärtenden Zusammensetzungen hergestellt, um beschichtete Glasgewebemuster zu bilden. Die beschichteten Glasgewebemuster wurden in einem Vertikalofen getrocknet und dann entsprechend den in Tabelle 3 angegebenen b-Stufenzeiten und Temperaturen teilweise ausgehärtet, um die Prepregs zu bilden. Die jeweiligen Proben wurden dann auf ihre Eigenschaften geprüft, die ebenfalls in Tabelle 3 aufgeführt sind. In der Tabelle steht v/v% für das Volumen der Komponente, bezogen auf das Gesamtvolumen des Verbundwerkstoffs abzüglich des Glasgewebes, und w/w% für das Gewicht der Komponente, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs abzüglich des Glasgewebes.
  • In Beispiel 13 wurden ausschließlich h-BN-Plättchen mit etwa 30 Volumenprozent und ein wärmehärtendes Harzsystem aus einem Cyanatesterharz und einem PPE-Harz untersucht. Der Harzfluss und das Aussehen des Prepregs waren akzeptabel, auch wenn der prozentuale Harzgehalt reduziert wurde, um dünnere Lagen zu erzeugen. Die Wärmeleitfähigkeit und die Kupferschälfestigkeit des Verbunds waren gering.
  • Beispiel 14 konzentrierte sich hauptsächlich auf α-Aluminiumoxid als Mittel zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit. Harzfluss und Aussehen des Prepregs waren akzeptabel. Die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs war gering. Die Tg- und Kupferschälfestigkeit des Verbundwerkstoffs war akzeptabel. Da α- Aluminiumoxid abrasiver ist als h-BN, war der resultierende Verbundwerkstoff schwerer zu durchbohren.
  • Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass α-Aluminiumoxid die Wärmeleitfähigkeit von Verbundwerkstoffen nicht so effektiv wie h-BN erhöht.
  • In Beispiel 15 wurden 45 Volumenprozent h-BN-Agglomerate-1 und h-BN-Plättchen in einem Verhältnis von 3 zu 1 ohne Zusatz von Quarzglas und Epoxysilan untersucht. Der Harzfluss und das Aussehen des Prepregs waren akzeptabel. Wärmeleitfähigkeit und Tg des Verbundwerkstoffs waren akzeptabel. Die Kupferschälfestigkeit des Verbunds war gering.
    Tabelle 3
    Beispiel 13 14 15
    Ph-f Novolac (v/v%) - 30.6 29.7
    BPA-F Novolac (v/v%) - 18.0 17.4
    Ph-F Novolac CTBN (v/v%) - 2.4 6.5
    Cyanat-Ester (v/v%) 36.4 - -
    PPE (v/v%) 15.6 - -
    Flammschutzmittel-1 (v/v%) 14.3 - -
    Flammschutzmittel-2 (v/v%) 4.0 - -
    h-BN Agglom-1 (v/v%) - - 33.8
    h-BN Blutplättchen (v/v%) 28.1 7.4 11.3
    h-BN-Kugeln (v/v%) - 5.7 -
    α-Tonerde (v/v%) - 33.1 -
    Me-Beschleuniger (w/w%) 0.009 0.274 -
    Ph-Beschleuniger (w/w%) - - 0.250
    Katalysator (w/w%) 0.039 - -
    Heilmittel (w/w%) - 0.526 0.250
    Epoxysilan (w/w%) 0.6 0.3 -
    Entlüfter (w/w%) 0.6 0.4 0.5
    Zusammensetzung Details
    Volumenverhältnis von Agglom Thrombozyten 0:1 43:57 3:1
    Gesamtmenge an h-BN (v/v %) 28.1 13.2 45.0
    Gesamtmenge der Keramiken (v/v %) 28.1 46.3 45.0
    Glasgewebe 2 1 2
    Harzgehalt in Gewichtsprozent (%) 77.5 88.0 89.3
    Eigenschaften
    b-Staging (min, °C) 5.0, 161 5.0, 161 3.0, 145
    Standard-Harzfluss (%) 5-15 - -
    Scheibe Harzfluss, 1600 Ibf (mm) - 16.5 13.3
    Tg durch DSC, 1. und 2. Durchgang (°C) - 163, 163 163, 163
    Tg durch TMA, 1. und 2. Durchgang (°C) 180 - -
    Schälfestigkeit, Cu-Folie AR (kg/cm) 0.57 0.89 0.61
    Schälfestigkeit, Cu-Folie AS, (kg/cm) 0.59 0.86 0.66
    Wärmeleitfähigkeit (z-Achse, E1461) (W/mK) 0.9 1.7 2.3
    Wärmeleitfähigkeit (z-Achse, D5470) (W/mK) 0.9 1.5 2.0
    Wärmeleitfähigkeit (x/y-Achse, D5470) (W/mK) 0.9 1.6 6.2
  • Im Folgenden werden nicht-einschränkende Aspekte der vorliegenden Offenbarung dargelegt.
  • Aspekt 1: Ein dielektrischer Verbundwerkstoff, umfassend: ein wärmehärtbares Epoxidharz; eine Verstärkungsschicht; mehr als oder gleich 40 Vol.-% eines hexagonalen Bornitrids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Verstärkungsschicht; 3 bis 7.5 Vol.-% eines geschmolzenen Siliciumdioxids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Verstärkungsschicht; ein Epoxysilan; einen Beschleuniger; und einen Entlüfter; wobei das hexagonale Bornitrid eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen und eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridagglomeraten umfasst; wobei ein Volumenverhältnis der hexagonalen Bornitridagglomerate zu den hexagonalen Bornitridplättchen 1:1,5 bis 4:1 sein kann; oder 1:1 bis 3,5:1; oder 1,5:1 bis 3,5:1, oder 2,5:1 bis 3.5:1; wobei die Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von weniger als oder gleich 6 Mikrometer, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 7 bis 18 Mikrometer und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von mehr als oder gleich 20 Mikrometer aufweist; wobei die Vielzahl der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 20 bis 50 Mikrometer, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 50 bis 80 Mikrometer und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 90 bis 140 Mikrometer aufweist.
  • Aspekt 2: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach Aspekt 1, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: eine Schälfestigkeit gegenüber Kupfer von größer oder gleich 0,7 kg/cm, gemessen gemäß IPC-Testverfahren 650, 2.4.8 für kupferkaschiertes Laminat im Anlieferungszustand (AR) oder nach Anlegen einer thermischen Spannung (AS) durch Erhitzen von Laminatprüfkörpern auf eine Temperatur von 288 °C für 10 Sekunden; eine Wärmeleitfähigkeit in der z-Achse von größer oder gleich 1.8 w/mK, gemessen nach ASTM E1461-13 oder ASTM D5470-12; oder einen Harzfluss von 12,5 bis 25,5 mm, bestimmt durch Messung des Überlaufs von teilweise gehärtetem Harz, das 3 Minuten lang bei 145°C in der B-Stufe gelagert und bei einem Druck von 1,4 Megapascal und einer Temperatur von 171°C gepresst wurde.
  • Aspekt 3: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das duroplastische Epoxidharz einen Rest von mindestens einem epoxidfunktionellen Phenol-Formaldehyd-Novolak oder einem 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO)-funktionellen Bisphenol-A-Phenol-Formaldehyd-Novolak enthält.
  • Aspekt 4: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das duroplastische Epoxidharz einen Rest eines mit Butadien-Acrylnitril modifizierten Harzes enthält, das beispielsweise mit einem carboxylterminierten Butadien-Acrylnitril (CTBN) modifiziert ist.
  • Aspekt 5: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff 40 bis 50 Vol.-% oder 45 bis 50 Vol.-% des duroplastischen Epoxidharzes umfasst, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Verstärkungsgewebes.
  • Aspekt 6: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Quarzglas kugelförmig sein kann und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 bis 10 Mikrometern hat.
  • Aspekt 7: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff 0,5 bis 2 Gew.-% des Epoxysilans, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Verstärkungsgewebes, enthält.
  • Aspekt 8: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff 0,001 bis 1 oder 0,005 bis 0,5 Gew.-% des Beschleunigers, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Verstärkungsgewebes, enthält.
  • Aspekt 9: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Beschleuniger mindestens ein Alkylimidazol oder ein Arylimidazol umfasst, vorzugsweise 2-Phenylimidazol.
  • Aspekt 10: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff 0,1 bis 1 oder 0,3 bis 0,8 Gew.-% des Entlüftungsmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Verstärkungsgewebes, enthält.
  • Aspekt 11: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff das Verstärkungsgewebe in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% oder 8 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, enthält.
  • Aspekt 12: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorangegangenen Aspekte, wobei das verstärkende Leinengewebe mindestens eine von E-Glasfasern oder L-Glasfasern oder Quarzfasern umfasst.
  • Aspekt 13: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorangegangenen Aspekte, wobei das verstärkende Spreizgewebe mindestens eine von E-Glasfasern oder L-Glasfasern oder Quarzfasern umfasst.
  • Aspekt 14: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Aspekte, weiter enthaltend mindestens einen Härter, einen zusätzlichen dielektrischen Füllstoff oder ein halogenfreies Flammschutzmittel.
  • Aspekt 15: Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff ein Prepreg mit einer Dicke von 1 bis 1000 Mikrometern ist und wobei der Duroplast nur teilweise ausgehärtet ist.
  • Aspekt 16: Mehrschichtiger Gegenstand, umfassend: eine dielektrische Schicht, die den dielektrischen Verbundwerkstoff eines der vorangegangenen Aspekte umfasst; und mindestens eine elektrisch leitende Schicht, die auf einer Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist.
  • Aspekt 17: Ein dielektrischer Verbundwerkstoff, zum Beispiel nach einem oder mehreren der vorangegangenen Aspekte, umfassend: 5 bis 20 Gew.-% einer Glasverstärkungsschicht, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs; 40 bis 50 Vol.-% eines duroplastischen Epoxidharzes, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich des Glasverstärkungsgewebes; wobei das duroplastische Epoxidharz ein epoxidfunktionelles Phenol-Formaldehyd-Novolak und ein 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO)-funktionelles Bisphenol-A-Phenol-Formaldehyd-Novolak umfasst; mehr als oder gleich 40 Vol.-% eines hexagonalen Bornitrids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich der Verstärkungsschicht; 3 bis 7.5 Vol.-% eines geschmolzenen Siliciumdioxids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Glasverstärkungsschicht, wobei das geschmolzene Siliciumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 bis 10 Mikrometern aufweist; 0,5 bis 2 Gew.-% eines Epoxysilans, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Glasverstärkungsgewebes; 0,001 bis 1 oder 0,005 bis 0,5 Gew.-% eines Aryl-Imidazol-Beschleunigers, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Glasverstärkungsgewebes; und 0.1 bis 1 oder 0,3 bis 0,8 Gew.-% eines Entlüfters, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs abzüglich des glasverstärkenden Gewebes; wobei das hexagonale Bornitrid eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen und eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridagglomeraten umfasst; wobei ein Volumenverhältnis der hexagonalen Bornitridagglomerate zu den hexagonalen Bornitridplättchen 1:1,5 bis 4:1 sein kann; oder 1:1 bis 3,5:1; oder 1,5:1 bis 3,5:1, oder 2,5:1 bis 3.5:1; wobei die Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von weniger als oder gleich 6 Mikrometer, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 7 bis 18 Mikrometer und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von mehr als oder gleich 20 Mikrometer aufweist; wobei die Vielzahl der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 20 bis 50 Mikrometer, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 50 bis 80 Mikrometer und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 90 bis 140 Mikrometer aufweist.
  • Aspekt 18: Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Verbundwerkstoffs, beispielsweise nach einem oder mehreren der Aspekte 1 bis 17, umfassend: Bilden einer wärmehärtenden Zusammensetzung, die ein Epoxidmonomer, ein Härtungsmittel, das hexagonale Bornitrid, das Quarzglas, das Epoxysilan, den Beschleuniger und den Entlüfter umfasst; Beschichten des Verstärkungsgewebes mit der wärmehärtenden Zusammensetzung; und zumindest teilweises Härten der wärmehärtenden Zusammensetzung zur Bildung des dielektrischen Verbundwerkstoffs.
  • Aspekt 19: Das Verfahren nach Aspekt 18, umfassend ferner das Laminieren des dielektrischen Verbundwerkstoffs mit mindestens einer elektrisch leitenden Schicht.
  • Aspekt 20: Das Verfahren nach Aspekt 19, wobei die Laminierung bei einer Temperatur von 100 bis 180°C oder einem Druck von 1 bis 3 MPa für 60 bis 120 Minuten erfolgt.
  • Die Zusammensetzungen, Verfahren und Artikel können alternativ alle geeigneten Materialien, Schritte oder Komponenten, die hier offengelegt sind, umfassen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen. Die Zusammensetzungen, Verfahren und Gegenstände können zusätzlich oder alternativ so formuliert werden, dass sie frei oder im Wesentlichen frei von jeglichen Materialien (oder Spezies), Schritten oder Komponenten sind, die ansonsten zur Erreichung der Funktion oder der Ziele der Zusammensetzungen, Verfahren und Gegenstände nicht erforderlich sind.
  • Die hier verwendeten Begriffe „ein“, „ein“, „der“ und „mindestens ein“ bedeuten keine Mengenbeschränkung und beziehen sich sowohl auf den Singular als auch auf den Plural, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. So hat beispielsweise „ein Element“ die gleiche Bedeutung wie „mindestens ein Element“, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Der Begriff „mindestens ein Element“ bedeutet, dass die Liste jedes einzelne Element sowie Kombinationen von zwei oder mehr Elementen der Liste und Kombinationen von mindestens einem Element der Liste mit ähnlichen, nicht genannten Elementen umfasst. Der Begriff „Kombination“ umfasst auch Verschnitte, Mischungen, Legierungen, Reaktionsprodukte und dergleichen.
  • Der Begriff „oder“ bedeutet „und/oder“, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Wenn in der gesamten Beschreibung von „einem Aspekt“ die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur, ein Schritt oder eine Eigenschaft), das im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer der hier beschriebenen Ausführungsformen enthalten ist und in anderen Ausführungsformen vorhanden sein kann oder nicht. Darüber hinaus ist zu verstehen, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen in jeder geeigneten Weise kombiniert werden können.
  • Wenn ein Element, z. B. eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat, als „auf‟ einem anderen Element bezeichnet wird, kann es direkt auf dem anderen Element liegen oder es können auch Zwischenelemente vorhanden sein. Wenn ein Element dagegen als „direkt auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. So kann sich beispielsweise die vorliegende elektrisch leitende Schicht auf der dielektrischen Schicht mit einer dazwischen liegenden Klebeschicht befinden. Umgekehrt kann die elektrisch leitfähige Schicht direkt auf der dielektrischen Schicht ohne dazwischenliegende Klebeschicht liegen.
  • Sofern hier nicht anders angegeben, sind alle Prüfnormen die neueste Norm, die am Anmeldetag dieser Anmeldung in Kraft ist, oder, wenn eine Priorität beansprucht wird, der Anmeldetag der frühesten Prioritätsanmeldung, in der die Prüfnorm erscheint.
  • Die Endpunkte aller Bereiche, die sich auf dieselbe Komponente oder Eigenschaft beziehen, schließen die Endpunkte ein, sind unabhängig voneinander kombinierbar und schließen alle Zwischenpunkte und Bereiche ein. Zum Beispiel schließt der Bereich „bis zu 25 Gew.-% oder 5 bis 20 Gew.-%“ die Endpunkte und alle Zwischenwerte des Bereichs „5 bis 25 Gew.-%“ ein, wie z. B. 10 bis 23 Gew.-%, usw.
  • Sofern nicht anders definiert, haben die hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, allgemein verstanden wird.
  • Die Verbindungen werden unter Verwendung der Standardnomenklatur beschrieben. So wird z. B. jede Position, die nicht durch eine angegebene Gruppe substituiert ist, so verstanden, dass ihre Wertigkeit durch eine Bindung, wie angegeben, oder durch ein Wasserstoffatom besetzt ist. Ein Bindestrich („-“), der nicht zwischen zwei Buchstaben oder Symbolen steht, wird verwendet, um einen Anknüpfungspunkt für einen Substituenten anzugeben. Zum Beispiel ist -CHO über den Kohlenstoff der Carbonylgruppe gebunden.
  • Alle zitierten Patente, Patentanmeldungen und sonstigen Verweise sind durch Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung aufgenommen. Wenn jedoch ein Begriff in der vorliegenden Anmeldung einem Begriff in der einbezogenen Referenz widerspricht oder kollidiert, hat der Begriff aus der vorliegenden Anmeldung Vorrang vor dem kollidierenden Begriff aus der einbezogenen Referenz.
  • Es wurden zwar bestimmte Ausführungsformen beschrieben, doch können sich den Anmeldern oder anderen Fachleuten Alternativen, Änderungen, Variationen, Verbesserungen und wesentliche Äquivalente ergeben, die derzeit nicht vorhersehbar sind oder sein können. Dementsprechend sollen die beigefügten Ansprüche in der eingereichten und gegebenenfalls geänderten Fassung alle derartigen Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und wesentlichen Äquivalente umfassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62/961265 [0001]

Claims (20)

  1. Ein dielektrischer Verbundwerkstoff, umfassend: ein duroplastisches Epoxidharz; eine Verstärkungsschicht; mehr als oder gleich 40 Volumenprozent eines hexagonalen Bornitrids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Verstärkungsschicht; 3 bis 7,5 Volumenprozent eines Quarzglases, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Verstärkungsschicht; ein Epoxysilan; einen Beschleuniger; und einen Entlüfter; wobei das hexagonale Bornitrid eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen und eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridagglomeraten umfasst; wobei das Volumenverhältnis der hexagonalen Bornitridagglomerate zu den hexagonalen Bornitridplättchen 1:1,5 bis 4:1; oder 1:1 bis 3,5:1; oder 1,5:1 bis 3,5:1, oder 2,5:1 bis 3,5:1 beträgt; wobei die Vielzahl der hexagonalen Bornitridplättchen eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von weniger als oder gleich 6 Mikrometer, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 7 bis 18 Mikrometer und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von mehr als oder gleich 20 Mikrometer aufweist; wobei die Vielzahl der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 20 bis 50 Mikrometern, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 50 bis 80 Mikrometern und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 90 bis 140 Mikrometern aufweist.
  2. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist, eine Schälfestigkeit gegenüber Kupfer von mindestens 0,7 Kilogramm pro Zentimeter, gemessen nach IPC-Prüfmethode 650, 2.4.8 für kupferkaschiertes Laminat im Anlieferungszustand (AR) oder nach Anlegen einer thermischen Spannung (AS) durch Erhitzen von Laminatprüfkörpern auf eine Temperatur von 288°C für 10 Sekunden; eine Wärmeleitfähigkeit in der z-Achse von mindestens 1,8 Watt pro Meter Kelvin, gemessen nach ASTM E1461-13 oder ASTM D5470-12, oder einen Harzfluss von 12,5 bis 25,5 Millimetern, bestimmt durch Messung des Überlaufs von teilweise gehärtetem Harz, das 3 Minuten lang bei 145°C in der B-Stufe gelagert und bei einem Druck von 1,4 Megapascal und einer Temperatur von 171°C gepresst wurde.
  3. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das duroplastische Epoxidharz einen Rest von mindestens einem der folgenden Stoffe enthält ein epoxidfunktioneller Phenol-Formaldehyd-Novolak oder ein 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO) funktioneller Bisphenol A Phenol-Formaldehyd-Novolak.
  4. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das duroplastische Epoxidharz einen Rest eines mit einem Butadien-Acrylnitril modifizierten Harzes umfasst, das beispielsweise mit einem carboxylterminierten Butadien-Acrylnitril (CTBN) modifiziert ist.
  5. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff 40 bis 50 Volumenprozent oder 45 bis 50 Volumenprozent des duroplastischen Epoxidharzes, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Verstärkungsgewebes, umfasst.
  6. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Quarzglas kugelförmig ist und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 bis 10 Mikrometern aufweist.
  7. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff 0,5 bis 2 Gewichtsprozent des Epoxysilans, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Verstärkungsgewebes, enthält.
  8. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff 0,001 bis 1 oder 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent des Beschleunigers, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Verstärkungsgewebes, umfasst.
  9. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beschleuniger mindestens eines von Alkylimidazol oder Arylimidazol, vorzugsweise 2-Phenylimidazol, umfasst.
  10. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff 0,1 bis 1 oder 0,3 bis 0,8 Gewichtsprozent des Entlüfters, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Verstärkungsgewebes, enthält.
  11. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff das Verstärkungsgewebe in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% oder 8 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, umfasst.
  12. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstärkungsschicht ein Leinengewebe umfasst, das mindestens eine von E-Glasfasern oder L-Glasfasern oder Quarzfasern umfasst.
  13. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verstärkungsschicht ein Spreizgewebe umfasst, das mindestens eine von E-Glasfasern oder L-Glasfasern oder Quarzfasern umfasst.
  14. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter enthaltend mindestens einen Härter, einen zusätzlichen dielektrischen Füllstoff oder ein halogenfreies Flammschutzmittel.
  15. Der dielektrische Verbundwerkstoff nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dielektrische Verbundwerkstoff ein Prepreg mit einer Dicke von 1 bis 1.000 Mikrometern ist und wobei der Duroplast nur teilweise ausgehärtet ist.
  16. Mehrschichtiger Gegenstand, umfassend: eine dielektrische Schicht, die den dielektrischen Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst; und mindestens eine elektrisch leitende Schicht, die auf einer Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist.
  17. Ein dielektrischer Verbundwerkstoff, der Folgendes umfasst: 5 bis 20 Gewichtsprozent einer Glasverstärkungsschicht, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbunds; 40 bis 50 Volumenprozent eines duroplastischen Epoxidharzes, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des glasverstärkenden Gewebes; wobei das duroplastische Epoxidharz ein epoxidfunktionelles Phenol-Formaldehyd-Novolak und ein 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO)-funktionelles Bisphenol A Phenol-Formaldehyd-Novolak umfasst; mehr als oder gleich 40 Volumenprozent eines hexagonalen Bornitrids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Verstärkungsschicht; 3 bis 7,5 Volumenprozent eines geschmolzenen Siliciumdioxids, bezogen auf das Gesamtvolumen des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich der Glasverstärkungsschicht; wobei das geschmolzene Siliciumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 bis 10 Mikrometer aufweist; 0,5 bis 2 Gewichtsprozent eines Epoxysilans, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Glasverstärkungsgewebes; 0,001 bis 1 oder 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent eines Aryl-Imidazol-Beschleunigers, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Glasverstärkungsgewebes; und 0,1 bis 1 oder 0,3 bis 0,8 Gewichtsprozent eines Entlüftungsmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht des dielektrischen Verbundwerkstoffs, abzüglich des Glasverstärkungsgewebes; wobei das hexagonale Bornitrid eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridplättchen und eine Vielzahl von hexagonalen Bornitridagglomeraten umfasst; wobei das Volumenverhältnis der hexagonalen Bornitridagglomerate zu den hexagonalen Bornitridplättchen 1: 1,5 bis 4:1; oder 1:1 bis 3,5:1; oder 1,5:1 bis 3,5:1, oder 2,5:1 bis 3,5:1 beträgt; wobei die Vielzahl der hexagonalen Bornitridplättchen eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von weniger als oder gleich 6 Mikrometer, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 7 bis 18 Mikrometer und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von mehr als oder gleich 20 Mikrometer aufweist; wobei die Vielzahl der hexagonalen Bornitrid-Agglomerate eine D10 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 20 bis 50 Mikrometern, eine D50 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 50 bis 80 Mikrometern und eine D90 Teilchengröße, bezogen auf das Volumen, von 90 bis 140 Mikrometern aufweist.
  18. Verfahren zur Herstellung des dielektrischen Verbundwerkstoffs nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, umfassend: Bildung einer wärmehärtenden Zusammensetzung, die ein Epoxidmonomer, ein Härtungsmittel, das hexagonale Bornitrid, das Quarzglas, das Epoxysilan, den Beschleuniger und den Entlüfter enthält; Beschichten des Verstärkungsgewebes mit der wärmehärtenden Zusammensetzung; und zumindest teilweises Aushärten der wärmehärtenden Zusammensetzung zur Bildung des dielektrischen Verbunds.
  19. Das Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der dielektrische Verbundwerkstoff mit mindestens einer elektrisch leitenden Schicht laminiert wird.
  20. Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Laminierung bei einer Temperatur von 100 bis 180 Grad Celsius oder einem Druck von 1 bis 3 Megapascal für 60 bis 120 Minuten erfolgt.
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