KR102172295B1 - 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 절연층을 포함하는 인쇄회로기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 에폭시 화합물 3 내지 40wt%, 경화제 0.5 내지 10wt%, 그리고 솔비탄 모노스테아르산(sorbitan monostearate)로 표면 처리된 질화붕소를 포함하는 무기충전재 50 내지 95wt%를 포함한다.

Description

에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 절연층을 포함하는 인쇄회로기판{EPOXY RESIN COMPOSITE AND PRINTED CURCUIT BOARD COMPRISING INSULATING LAYER USING THE SAME}
본 발명은 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 절연층을 포함하는 인쇄회로기판에 관한 것이다.
인쇄회로기판은 절연층 상에 형성된 회로 패턴을 포함하며, 인쇄회로기판 상에는 다양한 전자 부품이 탑재될 수 있다.
인쇄회로기판 상에 탑재되는 전자 부품은, 예를 들면 발열 소자일 수 있다. 발열 소자가 방출하는 열은 인쇄회로기판의 성능을 떨어뜨릴 수 있다.
전자 부품의 고집적화 및 고용량화에 따라, 인쇄회로기판의 방열 문제에 대한 관심이 더욱 커지고 있다. 일반적으로 인쇄회로기판의 절연층을 위하여 에폭시 화합물, 경화제 및 무기충전재를 포함하는 에폭시 수지 조성물이 사용될 수 있다.
이때, 무기충전재는 질화붕소를 포함할 수 있다. 다만, 질화붕소는 열전도도가 우수하나, 에폭시 화합물과의 젖음성(wetting)이 낮으므로, 분산성이 약하고, 기판과의 접착력이 낮으며, 가공성이 약한 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 절연층을 포함하는 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 에폭시 화합물 3 내지 40wt%, 경화제 0.5 내지 10wt%, 그리고 솔비탄 모노스테아르산(sorbitan monostearate)로 표면 처리된 질화붕소를 포함하는 무기충전재 50 내지 95wt%를 포함한다.
상기 표면 처리된 질화붕소의 D50은 200㎛ 내지 280㎛일 수 있다.
상기 표면 처리된 질화붕소는 상기 에폭시 수지 조성물의 79 내지 81wt%로 포함될 수 있다.
상기 무기충전재는 표면 처리되지 않은 질화붕소, 산화알루미늄, 탄화규소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 세라믹계 무기충전재를 더 포함할 수 있다.
상기 세라믹계 무기충전재 10 중량부에 대하여 상기 표면 처리된 질화붕소는 70 내지 90 중량부로 포함될 수 있다.
상기 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물, 그리고 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 경화제는 아민계 경화제 및 산무수물계 경화제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지 조성물의 열전도도는 14W/mK 이상이고, 박리 강도(peel strength)는 1Kgf/cm 이상일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 인쇄회로기판은 기판, 상기 기판 상에 형성되는 절연층, 그리고 상기 절연층 상에 형성되는 회로패턴을 포함하며, 상기 절연층은 에폭시 화합물 3 내지 40wt%, 경화제 0.5 내지 10wt%, 그리고 솔비탄 모노스테아르산(sorbitan monostearate)로 표면 처리된 질화붕소를 포함하는 무기충전재 50 내지 95wt%를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전도도가 높으며, 접착력 및 가공성이 우수한 에폭시 수지 조성물을 얻을 수 있다. 이를 이용하여 방열 효과가 우수한 절연 소재를 얻을 수 있으며, 인쇄회로기판의 방열 성능 및 신뢰도를 높일 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따라 에폭시 화합물, 경화제 및 전체의 50 내지 95wt%의 무기충전재를 포함하며, 무기충전재로서 솔비탄 모노스테아르산으로 표면처리된 질화붕소를 포함하는 에폭시 수지 조성물은 동일한 함량 비로 에폭시 화합물, 경화제 및 무기충전재를 포함하되, 무기충전재로서 표면처리되지 않은 질화붕소를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 비하여 열전도도가 높고 박리강도가 우수하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판의 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 wt%는 중량부로 대체될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 에폭시 화합물, 경화제, 그리고 무기충전재를 포함한다.
보다 상세하게는, 본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 에폭시 화합물 3 내지 40wt%, 바람직하게는 3 내지 20wt%, 더욱 바람직하게는 3 내지 10wt%, 경화제 0.5 내지 10wt%, 바람직하게는 0.5 내지 5wt%, 그리고 솔비탄 모노스테아르산(sorbitan monostearate)으로 표면 처리된 질화붕소를 포함하는 무기충전재 50 내지 95wt%, 바람직하게는 75 내지 95wt%, 더욱 바람직하게는 85 내지 95wt%를 포함한다.
에폭시 수지 조성물에 에폭시 화합물이 3 내지 40wt%로 포함되면, 강도가 양호하여 밀착성이 우수할 뿐만 아니라 두께 조절이 용이하다. 그리고, 에폭시 수지 조성물에 경화제가 0.5 내지 10wt%로 포함되면, 경화가 용이하며, 강도가 양호하여 밀착성이 우수하다. 그리고, 에폭시 수지 조성물에 솔비탄 모노스테아르산(sorbitan monostearate)로 표면 처리된 질화붕소를 포함하는 무기충전재가 50 내지 95wt%로 포함되면, 접착력 및 열전도도가 우수할 뿐만 아니라 전기전도도도 낮은 효과를 가지며, 저열팽창성, 고내열성, 성형성이 우수하다.
본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물 및 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 결정성 에폭시 화합물은 메조겐(mesogen) 구조를 포함할 수 있다. 메조겐(mesogen)은 액정(liquid crystal)의 기본 단위이며, 강성(rigid) 구조를 포함한다. 메조겐은, 예를 들면 하기 (a) 내지 (e)등과 같은 강성 구조를 포함할 수 있다.
(a)
Figure 112014057018044-pat00001
(b)
Figure 112014057018044-pat00002
(c)
Figure 112014057018044-pat00003
(d)
Figure 112014057018044-pat00004
(e)
Figure 112014057018044-pat00005
메조겐 구조를 포함하는 결정성 에폭시 화합물은, 예를 들면 4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르(4,4'-biphenolether diglycidyl ether), 즉 SE-4280를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서, 결정성 에폭시 화합물은, 예를 들면 화학식 1 내지 12 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112014057018044-pat00006
[화학식 2]
Figure 112014057018044-pat00007
[화학식 3]
Figure 112014057018044-pat00008
[화학식 4]
Figure 112014057018044-pat00009
[화학식 5]
Figure 112014057018044-pat00010
[화학식 6]
Figure 112014057018044-pat00011
[화학식 7]
Figure 112014057018044-pat00012
[화학식 8]
Figure 112014057018044-pat00013
[화학식 9]
Figure 112014057018044-pat00014
[화학식 10]
Figure 112014057018044-pat00015
[화학식 11]
Figure 112014057018044-pat00016
[화학식 12]
Figure 112014057018044-pat00017

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 비결정성 에폭시 화합물을 더 포함할 수 있다. 비결정성 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물 10 중량부에 대하여 3 내지 40 중량부로 포함될 수 있다. 이와 같은 비율로 결정성 에폭시 화합물과 비결정성 에폭시 화합물이 포함되면, 상온 안정성을 높일 수 있다.
비결정성 에폭시 화합물은 분자 중 에폭시기를 2개 이상 가지는 통상의 비결정성 에폭시 화합물일 수 있다.
비결정성 에폭시 화합물은, 예를 들면 비스페놀 A, 비스페놀 F, 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디히드록시디페닐메탄, 4,4'-디히드록시디페닐술폰, 4,4'-디히드록시디페닐술피드, 4,4'-디히드록시디페닐케톤, 플루오렌비스페놀, 4,4'-비페놀,3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디히드록시비페닐, 2,2'-비페놀, 레조르신, 카테콜, t-부틸카테콜, 히드로퀴논, t-부틸히드로퀴논, 1,2-디히드록시나프탈렌, 1,3-디히드록시나프탈렌, 1,4-디히드록시나프탈렌, 1,5-디히드록시나프탈렌, 1,6-디히드록시나프탈렌, 1,7-디히드록시나프탈렌, 1,8-디히드록시나프탈렌, 2,3-디히드록시나프탈렌, 2,4-디히드록시나프탈렌, 2,5-디히드록시나프탈렌, 2,6-디히드록시나프탈렌, 2,7-디히드록시나프탈렌, 2,8-디히드록시나프탈렌, 상기 디히드록시나프탈렌의 알릴화물 또는 폴리알릴화물, 알릴화비스페놀A, 알릴화비스페놀F, 알릴화페놀노볼락 등의 2가의 페놀류, 혹은 페놀노볼락, 비스페놀A노볼락, o-크레졸노볼락, m-크레졸노볼락, p-크레졸노볼락, 크실레놀노볼락, 폴리-p-히드록시스티렌, 트리스-(4-히드록시페닐)메탄, 1,1,2,2-테트라키스(4-히드록시페닐)에탄, 플루오로글리시놀, 피로갈롤, t-부틸피로갈롤, 알릴화피로갈롤, 폴리알릴화피로갈롤, 1,2,4-벤젠트리올, 2,3,4-트리히드록시벤조페논, 페놀아랄킬수지, 나프톨아랄킬수지, 디시클로펜타디엔계 수지 등의3가 이상의 페놀류, 테트라브로모비스페놀A 등의 할로겐화비스페놀류 및 이들로부터 선택된 혼합물 중 하나로부터 유도되는 글리시딜에테르화물일 수 있다.
비스페놀 A형 에폭시 화합물의 일 예는 화학식 13과 같다.
[화학식 13]
Figure 112014057018044-pat00018
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 실리콘 에폭시 화합물을 더 포함할 수도 있다. 실리콘 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물 10 중량부에 대하여 3 내지 40 중량부로 포함될 수 있다. 이와 같은 비율로 결정성 에폭시 화합물과 실리콘 에폭시 화합물이 포함되면, 열전도도 및 내열성을 높일 수 있다.
실리콘 에폭시 화합물의 일 예는 화학식 14와 같다.
[화학식 14]
Figure 112014057018044-pat00019
여기서, R1 내지 R6은 각각 H, Cl, Br, F, C1~C3 알킬, C1~C3 알켄, C1~C3 알킨, 아릴(aryl group)로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물에 포함되는 경화제는 아민계 경화제, 페놀계 경화제, 산무수물계 경화제, 폴리메르캅탄계 경화제, 폴리아미노아미드계 경화제, 이소시아네이트계 경화제 및 블록 이소시아네이트계 경화제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
아민계 경화제는, 예를 들면 4, 4'-디아미노디페닐설폰(diamino diphenyl sulfone)일 수 있다. 하기 화학식 15는 디아미노디페닐설폰의 일 예이다.
[화학식 15]
Figure 112014057018044-pat00020

아민계 경화제의 다른 예는, 지방족 아민류, 폴리에테르폴리아민류, 지환식 아민류, 방향족 아민류 등일 수 있으며, 지방족 아민류로서는, 에틸렌디아민, 1,3-디아미노프로판, 1,4-디아미노프로판, 헥사메틸렌디아민, 2,5-디메틸헥사메틸렌디아민, 트리메틸헥사메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 이미노비스프로필아민, 비스(헥사메틸렌)트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌헥사민, N-히드록시에틸에틸렌디아민, 테트라(히드록시에틸)에틸렌디아민 등을 들 수 있다. 폴리에테르폴리아민류로서는, 트리에틸렌글리콜디아민, 테트라에틸렌글리콜디아민, 디에틸렌글리콜비스(프로필아민), 폴리옥시프로필렌디아민, 폴리옥시프로필렌트리아민류 및 이들로부터 선택된 혼합물 중 하나일 수 있다. 지환식 아민류로서는, 이소포론디아민, 메타센디아민, N-아미노에틸피페라진, 비스(4-아미노-3-메틸디시클로헥실)메탄, 비스(아미노메틸)시클로헥산, 3,9-비스(3-아미노프로필)2,4,8,10-테트라옥사스피로(5,5)운데칸, 노르보르넨디아민 등을 들 수 있다. 방향족 아민류로서는, 테트라클로로-p-크실렌디아민, m-크실렌디아민, p-크실렌디아민, m-페닐렌디아민, o-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 2,4-디아미노아니솔, 2,4-톨루엔디아민, 2,4-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노-1,2-디페닐에탄, 2,4-디아미노디페닐술폰, m-아미노페놀, m-아미노벤질아민, 벤질디메틸아민, 2-디메틸아미노메틸)페놀, 트리에탄올아민, 메틸벤질아민, α-(m-아미노페닐)에틸아민, α-(p-아미노페닐)에틸아민, 디아미노디에틸디메틸디페닐메탄, α,α'-비스(4-아미노페닐)-p-디이소프로필벤젠 및 이들로부터 선택된 혼합물 중 하나일 수 있다.
페놀계 경화제는, 예를 들면 비스페놀A, 비스페놀F, 4,4'-디히드록시디페닐메탄, 4,4'-디히드록시디페닐에테르, 1,4-비스(4-히드록시페녹시)벤젠, 1,3-비스(4-히드록시페녹시)벤젠, 4,4'-디히드록시디페닐술피드, 4,4'-디히드록시디페닐케톤, 4,4'-디히드록시디페닐술폰, 4,4'-디하이드록시디페닐에스터, 4,4'-디히드록시비페닐, 2,2'-디히드록시비페닐, 10-(2,5-디히드록시페닐)-10H-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드, 페놀노볼락, 비스페놀A노볼락, o-크레졸노볼락, m-크레졸노볼락, p-크레졸노볼락, 크실레놀노볼락, 폴리-p-히드록시스티렌, 히드로퀴논, 레조르신, 카테콜, t-부틸카테콜, t-부틸히드로퀴논, 플루오로글리시놀, 피로갈롤, t-부틸피로갈롤, 알릴화피로갈롤, 폴리알릴화피로갈롤, 1,2,4-벤젠트리올, 2,3,4-트리히드록시벤조페논, 1,2-디히드록시나프탈렌, 1,3-디히드록시나프탈렌, 1,4-디히드록시나프탈렌, 1,5-디히드록시나프탈렌, 1,6-디히드록시나프탈렌, 1,7-디히드록시나프탈렌, 1,8-디히드록시나프탈렌, 2,3-디히드록시나프탈렌, 2,4-디히드록시나프탈렌, 2,5-디히드록시나프탈렌, 2,6-디히드록시나프탈렌, 2,7-디히드록시나프탈렌, 2,8-디히드록시나프탈렌, 상기 디히드록시나프탈렌의 알릴화물 또는 폴리알릴화물, 알릴화비스페놀A, 알릴화비스페놀F, 알릴화페놀노볼락, 알릴화피로갈롤 및 이들로부터 선택된 혼합물 중 하나일 수 있다.
산무수물계 경화제는, 예를 들면 화학식 16을 포함할 수 있다.
[화학식 16]
Figure 112014057018044-pat00021
그리고, 산무수물계 경화제는, 예를 들면 도데세닐무수숙신산, 폴리아디핀산무수물, 폴리아젤라인산무수물, 폴리세바신산무수물, 폴리(에틸옥타데칸이산)무수물, 폴리(페닐헥사데칸이산)무수물, 메틸테트라히드로무수프탈산, 메틸헥사히드로무수프탈산, 헥사히드로무수프탈산, 무수메틸하이믹산, 테트라히드로무수프탈산, 트리알킬테트라히드로무수프탈산, 메틸시클로헥센디카르본산무수물, 메틸시클로헥센테트라카르본산무수물, 무수프탈산, 무수트리멜리트산, 무수피로멜리트산, 벤조페논테트라카르본산무수물, 에틸렌글리콜비스트리멜리테이트, 무수헤트산, 무수나딕산, 무수메틸나딕산, 5-(2,5-디옥소테트라히드로-3-푸라닐)-3-메틸-3-시클로헥산-1,2-디카르본산무수물, 3,4-디카르복시-1,2,3,4-테트라히드로-1-나프탈렌숙신산이무수물, 1-메틸-디카르복시-1,2,3,4-테트라히드로-1-나프탈렌숙신산이무수물 및 이들로부터 선택된 혼합물 중 하나일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 2 종류 이상의 경화제를 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제를 더 포함할 수 있다. 경화 촉진제는, 예를 들면 아민류 경화 촉진제, 이미다졸류 경화 촉진제, 유기 포스핀류 경화 촉진제, 루이스산 경화 촉진제 등이 있고, 구체적으로는, 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7, 트리에틸렌디아민, 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 디메틸아미노에탄올, 트리스(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급 아민, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등의 이미다졸류, 트리부틸포스핀, 메틸디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기 포스핀류, 테트라페닐포스포늄·테트라페닐보레이트, 테트라페닐포스포늄·에틸트리페닐보레이트, 테트라부틸포스포늄·테트라부틸보레이트 등의 테트라 치환포스포늄·테트라 치환 보레이트, 2-에틸-4-메틸이미다졸·테트라페닐보레이트, N-메틸모르폴린·테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염 등이 있다.
그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 솔비탄 모노스테아르산(sorbitan monostearate)로 표면 처리된 질화붕소를 포함하는 무기충전재를 포함한다. 일반적인 질화붕소는 열전도도가 우수하나, 표면이 매우 안정하여 에폭시 화합물과의 젖음성(wetting)이 낮으므로, 기판과의 접착력이 낮고, 가공성이 약한 문제가 있다. 그러나, 질화붕소의 표면을 솔비탄 모노스테아르산으로 코팅하면, 질화붕소의 표면에 히드록실기(hydroxyl group)가 형성되어, 에폭시 화합물과의 젖음성이 높아지게 된다.
이때, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소는 전체 에폭시 수지 조성물의 79 내지 81wt%로 포함될 수 있다. 표면 처리된 질화붕소가 이러한 수치 범위로 포함되면, 높은 열전도도를 가지며 박리 강도가 1Kgf/cm 이상인 에폭시 수지 조성물을 얻을 수 있다.
화학식 17은 솔비탄 모노스테아르산의 일 예이며, 녹는점은 54 내지 57℃일 수 있다. 질화붕소와 솔비탄 모노스테아르산 용액을 혼합하여 열처리하면, 질화붕소의 표면이 솔비탄 모노스테아르산으로 코팅될 수 있다. 솔비탄 모노스테아르산 용액은 3 내지 5wt%의 솔비탄 모노스테아르산을 포함할 수 있다.
[화학식 17]
Figure 112014057018044-pat00022
여기서, 질화붕소는 구형이며, D50이 200㎛ 내지 280㎛, 바람직하게는 200㎛ 내지 250㎛일 수 있다. 판형의 질화붕소는 열전도도가 낮으며, D50이 200㎛ 미만이면 비표면적이 넓어 유전율이 높아지고 열전도도가 낮아지며, D50이 280㎛를 초과하면 솔비탄 모노스테아르산을 이용한 코팅이 용이하지 않으며, 원하는 수준의 열전도도를 얻기 어려운 문제가 있다. 여기서, D50이란 입도 분포의 50% 지점에서의 입도를 의미한다.
한편, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 무기충전재는 표면 처리되지 않은 질화붕소, 산화알루미늄, 탄화규소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 세라믹계 무기충전재를 더 포함할 수도 있다. 이때, 세라믹계 무기충전재 10 중량부에 대하여 솔비탈 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소는 70 내지 90 중량부로 포함될 수 있다. 세라믹계 무기충전재와 솔비탈 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소가 이러한 수치 범위로 포함되면, 높은 열전도도 및 박리강도를 가지는 에폭시 수지 조성물을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 촉매, 첨가제 및 용매를 더 포함할 수 있다. 촉매는, 예를 들면 화학식 18과 같은 이미다졸계 첨가물을 포함할 수 있다.
[화학식 18]
Figure 112014057018044-pat00023
본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물이 화학식 18의 촉매를 포함하는 경우, 금속과의 밀착성을 높일 수 있다. 이에 따라, 절연층 및 구리 등으로 이루어진 회로 패턴 간의 접착력이 높아지며, 회로 패턴의 이탈 가능성 및 단선 가능성이 낮아지므로, 인쇄회로기판의 가공이 용이하게 되고, 인쇄회로기판의 신뢰성이 높아진다.
본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 인쇄회로기판에 적용될 수 있다. 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 인쇄회로기판(100)은 기판(110), 절연층(120) 및 회로 패턴(130)을 포함한다.
기판(110)은 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 백금 및 이들로부터 선택된 합금으로 이루어질 수 있다.
기판(110) 상에는 본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물로 이루어진 절연층(120)이 형성된다.
절연층(120) 상에는 회로 패턴(130)이 형성된다. 회로 패턴(130)은 구리, 니켈 등의 금속으로 이루어질 수 있다.
절연층(120)은 금속 플레이트(110)와 회로 패턴(130) 사이를 절연한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 다층 인쇄회로기판(200)은 순차적으로 배치되는 복수의 회로패턴층(210), 그리고 복수의 회로패턴층(210) 사이에 형성되는 복수의 절연층(220)을 포함한다. 즉, 인쇄회로기판(200)은 하면에 회로패턴층(210-1)이 형성된 절연층(220-1), 상면 및 하면에 회로패턴층(210-2, 210-3)이 형성된 절연층(220-2) 및 상면에 회로패턴층(210-4)이 형성된 절연층(220-3)을 포함한다.
여기서, 절연층(220)은 회로패턴층(210)을 절연한다. 본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 절연층(220-1, 220-2, 220-3) 중 적어도 하나에 적용될 수 있다.
그리고, 회로패턴층(210)은 구리, 니켈 등의 금속으로 이루어질 수 있다. 도시되지 않았으나, 다층 인쇄회로기판(200)은 기판 상에 형성될 수 있다. 여기서, 기판은 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 백금 및 이들로부터 선택된 합금을 포함할 수 있다.
설명의 편의를 위하여 4층 인쇄회로기판을 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물은 10층 인쇄회로기판, 12층 인쇄회로기판 등에도 다양하게 적용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 에폭시 수지 조성물을 경화하여 절연층으로 이용함으로써, 방열 성능이 우수한 인쇄회로기판을 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 열전도도가 14W/Km 이상이고, 박리 강도(peel strength)가 1Kgf/cm 이상인 에폭시 수지 조성물을 포함하는 절연층을 얻을 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 250㎛) 70wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 20wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 실시예 1의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<실시예 2>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 250㎛) 75wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 15wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 실시예 2의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<실시예 3>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 250㎛) 78wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 12wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 실시예 3의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<실시예 4>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 250㎛) 79wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 11wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 실시예 4의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<실시예 5>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 250㎛) 80wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 10wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 실시예 5의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<실시예 6>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 250㎛) 81wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 9wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 실시예 6의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<실시예 7>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 200㎛) 81wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 9wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 실시예 7의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<실시예 8>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 250㎛) 82wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 8wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 실시예 8의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<실시예 9>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 250㎛) 85wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 5wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 실시예 9의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<실시예 10>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 250㎛) 90wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 실시예 10의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<비교예 1>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 표면 처리되지 않은 질화붕소 90wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 비교예 1의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<비교예 2>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 50㎛) 81wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 9wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 비교예 2의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<비교예 3>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 100㎛) 81wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 9wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 비교예 3의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<비교예 4>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 300㎛) 81wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 9wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 비교예 4의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<비교예 5>
결정성 에폭시 화합물(4,4'-바이페놀 에테르 디글리시딜 에테르) 4.5wt%, 화학식 13의 비결정성 에폭시 화합물 2wt%, 화학식 14에서 R이 페닐기인 실리콘 에폭시 화합물 2wt%, 4,4'-디아미노디페닐설폰 0.5wt% 및 화학식 16의 산무수물계 경화제 0.5wt%를 MEK(Methyl Ethly Ketone)에서 20분 동안 용해시킨 후, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면 처리된 질화붕소(D50: 400㎛) 81wt%, 표면 처리되지 않은 질화붕소 9wt% 및 화학식 18의 촉매 0.5wt%를 2시간 동안 교반시켰다. 교반이 완료된 용액을 구리판에 코팅한 후 150℃에서 1시간 30분동안 가압하여 비교예 5의 에폭시 수지 조성물을 얻었다.
<실험예>
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5로부터 얻은 조성물을 경화시킨 후, NETZSCH사 제품 LFA447형 열전도율계를 사용하여 비정상 열선법에 의하여 열전도율을 측정하였다. 그리고, 와이엠테크사의 장비를 사용하여 수직방향으로 50mm/min으로 62.5mm 조건에서 박리 강도(peel strength)를 측정하였다.
표 1은 그 결과를 나타낸다.
실험번호 열전도도(W/mK) 박리강도(Kgf/cm)
실시예 1 12.40 0.7
실시예 2 13.29 0.74
실시예 3 13.52 0.75
실시예 4 14.03 1.1
실시예 5 14.11 1.1
실시예 6 14.44 1.13
실시예 7 14.12 1.11
실시예 8 14.33 0.91
실시예 9 14.72 0.88
실시예 10 15.43 0.8
비교예 1 10.03 0.4
비교예 2 8.94 0.65
비교예 3 10.01 0.77
비교예 4 11.45 1.09
비교예 5 11.39 1.07
표 1을 참조하면, 에폭시 화합물 및 경화제를 포함하며, 무기충전재로서 솔비탄 모노스테아르산으로 표면처리된 질화붕소를 포함하는 실시예 1 내지 10은 표면처리되지 않은 질화붕소를 포함하는 비교예 1에 비하여 열전도도가 높고 박리강도가 우수함을 알 수 있다.
특히, 솔비탄 모노스테아르산으로 표면처리된 질화붕소의 D50이 200㎛ 내지 280㎛인 실시예 1 내지 10은 솔비탄 모노스테아르산으로 표면처리된 질화붕소의 D50이 200㎛ 내지 280㎛의 범위를 벗어나는 비교예 2 내지 5에 비하여 열전도도가 현저히 높음을 알 수 있다.
또한, 무기충전재로서 솔비탄 모노스테아르산으로 표면처리된 질화붕소가 전체 에폭시 수지 조성물의 79 내지 81wt%로 포함되며, 표면처리되지 질화붕소 10 중량부에 대하여 표면 처리된 질화붕소 70 내지 90 중량부로 포함하는 실시예 4 내지 실시예 7은 열전도도가 14W/mK 이상이고, 박리강도가 1Kgf/cm 이상임을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 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.
100: 인쇄회로기판
110: 금속 플레이트
120: 절연층
130: 회로패턴

Claims (8)

  1. 에폭시 화합물 3 내지 40wt%,
    경화제 0.5 내지 10wt%, 그리고
    솔비탄 모노스테아르산(sorbitan monostearate)으로 표면 처리된 질화붕소 및 표면 처리되지 않은 질화붕소를 포함하는 무기충전재 50 내지 95wt%를 포함하고,
    상기 표면 처리된 질화붕소의 D50은 200㎛ 내지 280㎛이고,
    상기 표면 처리된 질화붕소는 에폭시 수지 조성물의 79 내지 81wt%로 포함되며,
    상기 표면 처리되지 않은 질화붕소 10 중량부에 대하여 상기 표면 처리된 질화붕소는 70 내지 90 중량부로 포함되는 에폭시 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무기충전재는 산화알루미늄, 탄화규소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 세라믹계 무기충전재를 더 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물, 그리고 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 경화제는 아민계 경화제 및 산무수물계 경화제 중 적어도 하나를 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 조성물의 열전도도는 14W/mK 이상이고, 박리 강도(peel strength)는 1Kgf/cm 이상인 에폭시 수지 조성물.
  8. 기판,
    상기 기판 상에 형성되는 절연층, 그리고
    상기 절연층 상에 형성되는 회로패턴을 포함하며,
    상기 절연층은 에폭시 화합물 3 내지 40wt%, 경화제 0.5 내지 10wt%, 그리고 솔비탄 모노스테아르산(sorbitan monostearate)로 표면 처리된 질화붕소 및 표면 처리되지 않은 질화붕소를 포함하는 무기충전재 50 내지 95wt%를 포함하고, 상기 표면 처리된 질화붕소의 D50은 200㎛ 내지 280㎛이고, 상기 표면 처리된 질화붕소는 에폭시 수지 조성물의 79 내지 81wt%로 포함되며, 상기 표면 처리되지 않은 질화붕소 10 중량부에 대하여 상기 표면 처리된 질화붕소는 70 내지 90 중량부로 포함되는 에폭시 수지 조성물을 포함하는 인쇄회로기판.
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