KR101559467B1 - 열전도도를 갖는 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물 - Google Patents

열전도도를 갖는 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시는 용기에 DGEBA(Diglycidyl ether of Bisphenol A), Acrylic rubber 변성 에폭시 수지를 90:10 비율로 섞은 후 질화알루미늄, 질화보론을 에폭시 대비 70 vol%로 넣고 교반한 후 3-roll mill을 통하여 교반하며, 그 후 상온경화제 Dicyandiamide와 경화촉진제 1-1-(4-Methyl-m-phenylene)bis(3,3'-dimethylurea)를 넣고 교반한 후 adhesion promoter를 넣은 후 다시 재교반하여 제조된다. 따라서, 열전도도를 가지는 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 수지를 통해 PCB 내부의 열을 외부로 방출하는 방열기능을 가질 수 있어, 프린트인쇄기판(PCB) 층간의 고정 뿐만 아니라 PCB의 방열 문제를 해결할 수 있다.

Description

열전도도를 갖는 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물{A HOLE PLUGING EPOXY COMPOSITION HAVING HIGH THERMAL CONDUCTIVITY FOR PRINTED CIRCUIT BOARD}
본 발명은 프린트인쇄기판(PRINTED CIRCUIT BOARD, PCB)용 홀 플러깅 에폭시 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 높은 열전도도를 통해 PCB 발열을 해소할 수 있는 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물에 관한 것이다.
전자회로기판(Printed Circuit Board, PCB, 이하 “PCB”라 함)은 전기절연체 표면에 전기적 신호를 전달할 수 있는 도체 패턴(pattern)을 형성시킨 기판으로, PWB(Printed Wiring Board), 또는 제조 공정상 인쇄용 잉크를 사용한다는 점에서 인쇄회로기판으로 호칭된다.
PCB는 전자부품을 탑재하기 위해, 페놀 또는 에폭시 등의 절연판 위에 구리 등의 동박(copper foil)을 부착시킨 후, 회로 배선에 따라 에칭하여 필요한 회로를 구성하는 공정을 통해 만들어진다. 특히, 전자 장치의 소형화와 더불어, PCB는 코어 기판의 상하에 수지 절연층을 형성하고 필요한 도체 회로를 형성한 후, 수지 절연층을 추가 형성하며, 도체 회로를 추가적으로 형성하는 빌드 업 공법을 통해 만들어지고 있다.
PCB의 제조 공정 중 기판에 도통홀(또는 스루홀, through-hole)을 형성하며, 도통홀은 층 사이의 전기적 연결을 위하여 형성하는 구멍에 해당한다. 도통홀 중 내벽에 구리 도금 처리가 된 것을 도금 도통홀(plated through-hole)이라 하고, 특히, 회로기판 구멍 내벽의 전체를 도금한 것을 비아(through-hole via)라고 하며, 도금 도통홀의 내부는 절연소재로 채워진다.
홀플러깅(hole plugging)은 도통홀 매립 공법의 하나로, 구리 도금된 도통홀(plated through-hole 또는 through hole via)을 열팽창 계수가 적은 고분자 조성물로 채우고, 그 표면을 연마하여 고르게 한 후, 그 위에 다시 구리층을 입혀 해당 도통홀이 표면 실장 부품(surface mount device, SMD) 밑에 놓이게 하는 방식이다. 홀플러깅은 SMD 방식을 지원하므로 칩 부품의 기판 납땜 작업을 단순화하며, 인쇄 회로기판의 작업 면적을 넓혀 회로 설계시 복잡하고 민감한 구조도 설치할 수 있게 한다. 또한, 홀플러깅은 PCB 기판의 양면을 사용할 수 있게 하며, 리드선이 불필요해져 기판의 실장 밀도를 높일 수 있게 할 뿐 아니라, 기판 면적과 무게도 줄일 수 있게 한다.
홀플러깅용 수지(또는 홀플러깅 수지 조성물, 이하 “홀 플러깅 수지 조성물”이라 함)는 다층 PCB 기판을 고정시키기 위해 사용되며, 공정에서 사용되는 화학물질에 대한 저항성, 열충격에 대한 치수안정성 등을 갖도록 탈크(talc, 또는 활석), 실리카(silica) 등의 무기의 충진제가 혼합되어 기계적 물성이 증가되었다.
전자제품의 경량화, 고집적화, 고기능성이 요구되면서 부품 및 전자재료에 요구되는 기능이 많아지고 있으며, PCB, FPCB(flexible PCB)도 다층화와 회로의 집적화가 증가하게 되었다.
한국등록특허 제1014430호(2011.02.07.등록)는 내열도가 높고 열팽창 계숙가 안정적인 홀플러깅용 고분자와 이를 포함하는 수지 조성물 및 홀플러깅 방법에 관한 것으로, 유리 전이 온도가 190도 이상이고, 열팽창 계수가 낮은 홀플러깅용 에폭시 수지 조성물과 상기 조성물을 위한 말단 디에폭시 변성 비스말레이미드를 개시하며, 상기 말단 디에폭시 변성 비스말레이미드의 제조 방법과 상기 조성물을 이용한 홀플러깅 방법을 개시하고 있다.
한국등록특허 제11063335호(2011.09.01.등록)는 방열기능을 갖는 엘이디 조명장치용 인쇄회로기판에 관한 것으로, LED와 구동회로를 구성하는 전기, 전자소자가 양면에 각각 실장되는 PCB에 있어서, 수지재질로 형성된 원판과; 상기 원판의 면에 대면접촉되어 열전도기능을 갖도록 결합되며, 외주의 일지점 또는 여러지점에서 열을 외부로 방출시키도록 하는 방열라인과; 상기 방열라인을 절연시키기 위해 방열라인 상에 결합되는 절연시트와; 상기 절연시트 상에 형성되어 LED와 소자가 실장되면 회로연결을 구성하는 패턴부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
고집적 설계는 발열의 문제를 야기시키고, 방열을 해결하기 위해 전자제품의 뒷면 또는 케이스 등에 방열시트 등을 부착하고 있으나, 공간의 협소함과 PCB와 전자부품간에서 발생되는 열에 대한 방출 문제를 해결하기에는 어려운 문제점을 가진다.
한국등록특허 제1014430호(2011.02.07.등록) 한국등록특허 제11063335호(2011.09.01.등록)
본 발명은 방열 기능이 부가되어, PCB 층간의 고정 뿐만 아니라 PCB의 방열 문제를 해결할 수 있는 홀플러깅 수지를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물은 DGEBA(Diglycidyl ether of Bisphenol A)와 Acrylic rubber 변성 에폭시 수지를 9:1(wt%)로 혼합한 에폭시 수지와; 상기 에폭시 수지의 70 vol%의 금속 충진제를 교반하여 제조된다.
여기에서, 상기 금속 충진제는 10um 내지 20um 크기의 질화알루미늄과 질화보론을 부피비 1:1로 혼합하여 제조될 수 있다.
여기에서, 상기 금속 충진제는 아미노실란(aminosilane)을 이용하여 실란 표면처리될 수 있다.
일 실시예에서, 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물은 상온경화제 디시안디아미드(dicyandiamide), 경화촉진제 1-1-(4-Methyl-m-phenylene) bis (3,3'-dimethylurea) 및 접착 촉매(adhesion promoter)를 넣고 교반하여 제조될 수 있다.
여기에서, 상기 홀 플러깅 에폭시 조성물은 요변성 2 이상의 값을 가지는 페이스트 상태에 해당할 수 있다.
실시예들 중에서, 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물 제조 방법은 DGEBA(Diglycidyl ether of Bisphenol A), Acrylic rubber 변성 에폭시 수지를 90:10 비율로 혼합하는 단계; 상기 혼합된 수지에 질화알루미늄, 질화보론을 혼합한 금속 충진제를 상기 혼합된 에폭시 수지 대비 70 vol%로 넣고 교반하는 단계; 및 금속 충진제가 교반된 에폭시 수지에 상온경화제 Dicyandiamide와 경화촉진제 1-1-(4-Methyl-m-phenylene)bis(3,3'-dimethylurea) 및 접착 촉매(adhesion promoter) 넣고 재교반 하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물은 실란표면처리된 금속충진제를 통해 열전도도를 가질 수 있고, PCB 층간의 고정 뿐만 아니라 PCB의 방열 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시에 대한 DSC 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시를 충진한 PCB의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 있는 PCB에 대한 열충격 테스트 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 수지의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물은 DGEBA(Diglycidyl ether of Bisphenol A)와 Acrylic rubber 변성 에폭시 수지를 9:1 비율(wt%)로 혼합한 후, 금속 충진제를 혼합한 에폭시 수지 대비 70 vol%를 넣고 교반하여 얻어진다. 이후, 홀 플러깅 에폭시 조성물은 상온경화제 디시안디아미드(dicyandiamide)와 경화촉진제 1-1-(4-Methyl-m-phenylene) bis (3,3'-dimethylurea)를 넣고 교반한 후, 접착 촉매(adhesion promoter) 넣고 재교반하여 제조된다.
DGEBA(Diglycidyl ether of Bisphenol A)는 에폭시 수지(epoxy resin)를 구성 성분으로 사용되는 화합물로, 비스페놀 A 디글리시 에테르 또는 BADGE로 알려져 있으며, 에폭시 수지는 분자 내에 에폭시기를 갖는 열경화성 수지에 해당한다.
DGEBA는 에폭시 수지 경화제를 통해 가교결합되며(crosslink), 일반적으로 에폭시 수지 경화제로 폴리아민(polyamines), 아미노아마이드(aminoamides)와 페놀 화합물(phenolic compounds) 등이 사용된다.
아크릴 고무 변성 에폭시 수지는 에폭시 수지에 아크릴 코어셀(고무)를 분산 반응시켜 얻어지는 고무 변성 에폭시 수지로, 아크릴 고무(acrylic rubber)는 아크릴산 알킬에스터를 포함하는 중합체의 총칭에 해당하며, 알킬 아크릴레이트 공중합체(alkyl acrylate copolymer, ACM) 또는 HyTemp로 알려져 있다.
금속 충진제는 질화보론과 질화알루미늄을 부피비 1:1로 혼합하여 얻어지며, 충진제(filler) 사이즈는 약 10um 내지 20um로, 서로 같은 크기의 충진제가 사용된다.
금속 충진제는 아미노실란(aminosilane)을 이용하여 개질 또는 실란표면처리될 수 있다. 일 실시예에서, 금속 충진제는 아세톤에 아미노실란을 넣고 약 30℃에서 1시간 이상 교반한 후 필터(filter)를 이용하여 얻었으며, 진공오븐에 건조하였다.
실란은 수소화규소(SiH4)에 해당하는 커플링제로써, 아미노실란의 아미노(NH2)가 에폭사이드기와 반응하여 고리를 형성하고, 형성된 고리는 고분자, 즉, 에폭시와 금속 충진제(filler)를 연결한다. 이를 통해, 인쇄기판용 홀 플러깅 수지는 계면의 접착이 우수해지고, 계면간의 틈에서 발생하는 광자 산란(phonon-scattering)을 실란층이 감소시켜 열전도도가 증가할 수 있다.
실시예
용기에 DGEBA(Diglycidyl ether of Bisphenol A), Acrylic rubber 변성 에폭시 수지를 90:10 비율로 섞은 후 질화알루미늄, 질화보론을 에폭시 대비 70 vol%로 넣고 교반한 후 3-roll mill을 통하여 교반하였다. 그 후 상온경화제 Dicyandiamide와 경화촉진제 1-1-(4-Methyl-m-phenylene)bis(3,3'-dimethylurea)를 넣고 교반한 후 adhesion promoter를 넣은 후 다시 재교반하여 홀 플러깅 에폭시를 제조하였다.
제조된 열전도성 홀 플러깅 에폭시는 밀도 2.21 [g/cm3], 열전도도(thermal conductivity) 2.16 [mk], 요변성(thixotropy) 2의 값을 가졌다. 여기에서, 요변성은 단순히 젓든지 흔들어 줌으로써 겔이 유동성 졸로 변하고, 이를 방치하면 다시 겔로 되돌아가는 성질을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시에 대한 DSC 결과를 나타내는 그래프이다.
DSC(Differential Scanning Calorimetry, 시차주사 열량측정)은 시차열분석(DTA)을 개량한 열분석법의 하나로, 시료와 기준물질을 동일 조건하에서 일정속도로 가열 또는 냉각하며, 두 물질간의 온도가 같이 되도록 전기적으로 가하는 열량의 차를 세로축에, 온도(또는 시간)을 횡축에 나타낸다.
도 1은 참조하면, 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시의 반응은 118도에서 진행됨을 알 수 있다. 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시에 대한 초기 pre-bake는 80℃에서 30분간 진행된다. 온도 증가에 따라 에폭시의 점도가 점차적으로 낮아져, 홀(hole)에 충진된 열전도성 홀플러깅 에폭시가 외부로 흘러나올 수 있으나, 에폭시의 요변성(thixotrophy)을 통해 에폭시가 외부로 흘러나가지 않을 수 있다(흘러 나옴을 방지). 여기에서, 에폭시는 최소한 요변성 2이상의 값을 지니는 페이스트(paste) 일 수 있다.
이렇게 pre-bake된 에폭시는 105℃에서 초기 경화를 시작하며, 약 118℃에서 최대값을 갖는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시를 충진한 PCB의 단면을 나타내는 단면도이다.
프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시는 실크스크린을 통해 PCB(또는 다층인쇄 회로기판)에 충진되었으며, 80℃에서 30분간, 120℃에서 30분간 경화되었다. 여기에서, 실크스크린(silk screen)은 공판화 기법의 일종으로, 홈이 있는 판(공판)을 이용하여 인쇄하는 기법에 해당한다.
도 2를 참조하면, 충진된 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 내부에 기포가 발생하지 않았음을 알 수 있으며, 에폭시와 PCB 사이에서 박리(delamination, 얇은 층으로 갈라짐)가 발생하지 않음을 알 수 있다.
도 3은 도 2에 있는 PCB에 대한 열충격 테스트 결과를 나타내는 도면이다.
열충격 테스트는 288℃에서 10초간 3회 땜납(solder) 용액에 살짝 담그는 방식(dip)을 통해 수행되었다.
도 3을 참조하면, 열충격 테스트 결과, 에폭시의 크랙과, 에폭시와 PCB 사이에서 박리(delamination)가 발생하지 않음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 수지의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 용기에 DGEBA(Diglycidyl ether of Bisphenol A), Acrylic rubber 변성 에폭시 수지를 90:10 비율로 혼합한다(S410).
이후, 혼합된 에폭시 수지에 질화알루미늄, 질화보론을 혼합한 금속 충진제를 에폭시 대비 70 vol%로 넣고 3-roll mill을 통하여 교반한다(S420).
이후, 금속 충진제가 교반된 에폭시 수지에 상온경화제 Dicyandiamide와 경화촉진제 1-1-(4-Methyl-m-phenylene)bis(3,3'-dimethylurea)를 넣고 교반하고, 접착 촉매(adhesion promoter)를 넣은 후 다시 재교반하여 홀 플러깅 에폭시를 제조한다(S430).
여기에서, 금속 충진제는 아미노실란(aminosilane)을 이용하여 실란표면처리되며, 아세톤에 아미노실란을 넣고 약 30℃에서 1시간 이상 교반한 후 필터(filter)를 이용하여 얻었으며, 진공오븐에 건조하였다.
실란처리된 금속 충진제를 포함하는 인쇄기판용 홀 플러깅 수지는 계면의 접착이 우수해지고, 계면간의 틈에서 발생하는 광자 산란(phonon-scattering)을 실란층이 감소시켜 열전도도가 증가할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시가 충진된 PCB는 홀 플러깅 수지를 통해 PCB 내부의 열을 외부로 방출하는 방열기능을 가질 수 있어, 홀 플러깅 에폭시를 통해 PCB 층간의 고정뿐만 아니라 PCB의 방열 문제를 해결할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. DGEBA(Diglycidyl ether of Bisphenol A)와 Acrylic rubber 변성 에폭시 수지를 9:1(wt%)로 혼합한 에폭시 수지와;
    상기 에폭시 수지의 70 vol%의 금속 충진제 -상기 금속 충진제는 10um 내지 20um 크기의 질화알루미늄과 질화보론을 부피비 1:1로 혼합한 것임- 를 교반하여 얻어지는 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 충진제는
    아미노실란(aminosilane)을 이용하여 실란 표면처리된 것을 특징으로 하는 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상온경화제 디시안디아미드(dicyandiamide), 경화촉진제 1-1-(4-Methyl-m-phenylene) bis (3,3'-dimethylurea) 및 접착 촉매(adhesion promoter)를 넣고 교반하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 홀 플러깅 에폭시 조성물은
    요변성 2 이상의 값을 가지는 페이스트 상태인 것을 특징으로 하는 홀 플러깅 에폭시 조성물.
  6. DGEBA(Diglycidyl ether of Bisphenol A), Acrylic rubber 변성 에폭시 수지를 90:10 비율로 혼합하는 단계;
    상기 혼합된 수지에 질화알루미늄, 질화보론을 혼합한 금속 충진제를 상기 혼합된 에폭시 수지 대비 70 vol%로 넣고 교반하는 단계; 및
    금속 충진제가 교반된 에폭시 수지에 상온경화제 Dicyandiamide와 경화촉진제 1-1-(4-Methyl-m-phenylene)bis(3,3'-dimethylurea) 및 접착 촉매(adhesion promoter) 넣고 재교반 하는 단계를 포함하는 프린트인쇄기판용 홀 플러깅 에폭시 조성물 제조 방법.
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KR100781582B1 (ko) * 2006-10-11 2007-12-05 삼성전기주식회사 인쇄회로기판용 난연성 수지 조성물 및 이를 이용한인쇄회로기판

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