KR20130015710A - 성형성이 우수한 에폭시 수지 조성물 및 이를 포함한 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체 - Google Patents

성형성이 우수한 에폭시 수지 조성물 및 이를 포함한 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 비스페놀A, 비스페놀F, 크레졸노볼락, 디시클로펜타젠, 트리스페닐메탄, 나프탈렌, 바이페닐형 및 이들의 수소 첨가 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 에폭시 수지; (b) 다이머산 변성 에폭시 수지; (c) 경화제; (d) 경화촉진제; 및 (e) 무기 필러를 포함하되, 상기 에폭시 수지와 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 상기 다이머산 변성 에폭시 수지를 5 내지 40 중량부로 포함하고, 경화촉진제를 0.005 내지 0.05 중량부로 포함하며, 무기 필러를 200 내지 400 중량부로 포함하는 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 형성된 절연층을 포함하는 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체에 대한 것이다.

Description

성형성이 우수한 에폭시 수지 조성물 및 이를 포함한 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체{EPOXY RESIN COMPOSITION HAVING EXCELLENT FORMABILITY AND METAL COPPER CLAD LAMINATE HAVING THE SAME}
본 발명은 성형성이 우수한 에폭시 수지 조성물 및 이를 포함한 금속베이스 인쇄회로기판용 적층체에 관한 것이다.
금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체(Metal Copper Clad Laminate, MCCL)는 전자회로가 형성되고 광반도체와 같은 열방출 전자소자가 탑재되는 인쇄 회로층(3), 전자 소자로부터 방출되는 열을 전도하는 절연층(2) 및 절연층과 접하여 열을 외기에 방출시키는 방열 금속층(1)으로 구성된다. (도 1 참조)
금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체는 열전도율, 내전압 등 전기적 특성, 벤딩성(굽힘 가공성) 및 펀칭성 등의 성형성, 내열성, 내습성 등의 요구조건을 만족시켜야 한다.
종래 절연층(2)은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 다량의 무기 필러를 포함하고 있어 벤딩성(굽힘 가공성) 및 펀칭성 등의 성형성이 저하 되는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 고무 성분이나 CTBN(Carboxylic Acid Terminated Butadiene) 변성 에폭시 수지를 첨가하여 성형성을 향상시키고자 하였으나, 절연층(2)의 응집이 파괴되고, 내열성 및 내습성이 저하되는 등의 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하여 벤딩성(굽힘 가공성) 및 펀칭성 등의 성형성이 우수할 뿐만 아니라 응집파괴가 일어나지 않고 내열성과 내습성이 우수한 에폭시 수지 조성물 및 이를 포함한 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체를 제공하는 데에 목적이 있다.
본 발명은 (a) 비스페놀A, 비스페놀F, 크레졸노볼락, 디시클로펜타젠, 트리스페닐메탄, 나프탈렌, 바이페닐형 및 이들의 수소 첨가 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 에폭시 수지; (b) 다이머산 변성 에폭시 수지; (c) 경화제; (d) 경화촉진제; 및 (e) 무기 필러를 포함하되, 상기 에폭시 수지와 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 상기 다이머산 변성 에폭시 수지를 5 내지 40 중량부로 포함하고, 경화촉진제를 0.005 내지 0.05 중량부로 포함하며, 무기 필러를 200 내지 400 중량부로 포함하는 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 에폭시 수지 조성물을 사용하여 형성된 절연층을 포함하는 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체를 제공한다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물 및 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체는 열전도율, 내전압 등 전기적 특성, 벤딩성(굽힘 가공성) 및 펀칭성 등의 성형성, 내열성, 내습성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체의 단면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명하겠다.
본 발명에 따른 에폭수 수시 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 무기 필러와 함께 다이머산 변성 에폭시 수지를 포함하되, 에폭시 수지와 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 다이머산 변성 에폭시 수지의 함량을 5 내지 40 중량부로, 경화촉진제의 함량을 0.005 내지 0.05 중량부로, 무기 필러의 함량을 200 내지 400 중량부로 조절하여 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용 가능한 에폭시 수지는 에폭시기를 분자 중에 2개 이상 포함하는 것이라면, 특별히 한정되지 않는다. 에폭시 수지의 비제한적인 예로는 비스페놀A, 비스페놀F, 크레졸노볼락, 디시클로펜타젠, 트리스페닐메탄, 나프탈렌, 바이페닐형 및 이들의 수소 첨가 에폭시 수지 등이 있는데, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 수소 첨가 에폭시 수지를 사용할 경우에는 비스페놀A 또는 바이페닐형 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 에폭시 수지 중 분자량이 큰 수지를 이용할 경우, 절연층에 보다 큰 연성을 부여할 수 있기 때문에, 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체의 벤딩성(굽힘 가공성) 및 펀칭성 등과 같은 성형 특성을 보다 더 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 발명에서는 에폭시 수지로서, 에폭시 당량이 약 400 ~ 800 g/eq인 에폭시 수지와 에폭시 당량이 약 100 ~ 300 g/eq인 에폭시 수지를 50 ~ 90 : 10 ~ 50 중량 비율로 혼합하여 사용할 경우, 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체의 벤딩성(굽힘 가공성) 및 펀칭성 등과 같은 성형 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 다이머산 변성 에폭시 수지는 경화 반응에 의해 접착제 조성물을 형성할 때, 다이머산 변성 부분의 구조적 요인에 의해 가요성을 부여한 경화물을 형성하기 쉽고, 접착제층(절연체)에 엘라스토머적인 성질을 부여함으로써 금속베이스와 접착제층(절연체)의 밀착성, 내열성 및 내습특성을 향상시킬 수 있다.
상기 다이머산 변성 에폭시 수지의 비제한적인 예로는 KSR-200(국도화학), SER-200(신아 T&C) 등이 있는데, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합하여 사용될 수 있다.
바람직하게는, 다이머산 변성 에폭시 수지의 예로는 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시 수지가 있는데, 이에 제한되지 않는다.
Figure pat00001
이러한 다이머산 변성 에폭시 수지는 변성율이 약 5 내지 30%일 경우, 펀칭 가공시 크랙 및 박리 현상이 발생되지 않으면서, 내열성 및 내습성이 보다 더 향상될 수 있어 바람직하다.
또한, 다이머산 변성 에폭시 수지의 에폭시 당량 및 점도는 특별히 제한되지 않으나, 에폭시 당량이 약 100 내지 500g/eq이고, 점도가 약 5,000 내지 30,000cps일 경우, 응집 파괴가 일어나지 않으면서, 벤딩성(굽힙 가공성) 및 펀칭 가공성 등의 성형성과 내열성 및 내습성이 보다 더 향상될 수 있다.
상기 다이머산 변성 에폭시 수지의 함량은 에폭시 수지 및 경화제의 혼합물 100 중량부 기준으로 약 5 내지 40 중량부 범위인 것이 바람직하다. 만약, 다이머산 변성 에폭시 수지의 함량이 약 5 중량부 미만이면, 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체의 벤딩성(굽힘 가공성) 및 펀칭성 등과 같은 성형 특성이 저하될 수 있고, 한편 다이머산 변성 에폭시 수지의 함량이 약 40 중량부를 초과하면, 다이머산 변성 에폭시 수지와 에폭시 수지 간의 혼용성이 떨어져서 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체의 내열성 및 접착성 등이 저하될 수 있다.
본 발명에서, 경화제는 에폭시 수지의 종류에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 경화제의 비제한적인 예로는 페놀계 경화제, 무수물계 경화제, 디시안아미드계 경화제가 있는데, 이 중에서 페놀계 경화제가 내열성 및 접착성을 더 향상시킬 수 있어 바람직하다. 상기 페놀계 경화제의 비제한적인 예로는 페놀노볼락, 크레졸노볼락, 비스페놀A노볼락, 나프탈렌형 등이 있는데, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 경화제의 함량은 에폭시 수지의 함량에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 다만, 내열성 및 접착 강도를 보다 더 향상시키면서, 절연층의 경질화로 인해 벤딩성(굽힘 가공성) 및 펀칭 가공성 등과 같은 성형 특성이 저하되는 것을 방지하기 위해, 경화제와 에폭시 수지를 20 ~ 50 : 50 ~ 80 중량 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 경화촉진제는 에폭시 수지 종류 및 경화제에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 상기 경화촉진제의 예로는 삼불화붕소의 아민 착체, 이미다졸 유도체, 무수 프탈산 및 무수 트리멜리트산 등의 유기산 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 경화촉진제의 비제한적인 예로서 이미다졸 유도체 경화촉진제가 있고, 구체적으로 1-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸 4-메틸 이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐4-메틸 이미다졸, 이들의 시아노에틸레이션 유도체, 카르복실산 유도체, 히드록시메틸기 유도체 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다. 이러한 경화촉진제는 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용 할 수 있다.
상기 경화촉진제의 함량은 에폭시 수지 및 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 약 0.005 내지 0.05 중량부 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 무기 필러는 열전도율을 향상시키는 역할을 한다. 상기 무기 필러로는 열전도율을 향상시킬 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 산화규소, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
상기 무기 필러의 평균입경은 특별히 제한되지 않으나, 열전도율을 보다 향상시키기 위해 약 2 내지 4 ㎛인 것이 적절하다. 바람직하게는, 입경이 약 3 ㎛ 이하인 무기 필러와 입경이 약 3 내지 20 ㎛인 무기 필러 입자를 각각 약 60 내지 80 부피% 및 약 20 내지 40 부피%로 혼합하여 사용하는 것이 적절하다.
상기 무기 필러의 함량은 에폭시 수지 및 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 하여 약 200 내지 400 중량부인 것이 바람직하다. 만약, 무기 필러의 함량이 약 200 중량부 미만이면, 열전도 특성이 저하될 수 있으며, 한편 무기 필러의 함량이 약 400 중량부 초과이면, 적층체의 펀칭시 미세 크랙이나 절연층 박리 현상이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 에폭시 수지 조성물을 이용하여 형성된 절연층(2)을 포함하는 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체를 제공한다. 상기 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체는 당 업계에 공지된 다양한 방법에 의해서 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체는, 인쇄 회로층(예컨대, 구리)(3)에 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 코팅하여 반경화시켜 반경화 상태의 절연층(2)을 형성한 후, 상기 반경화 상태의 절연층(2) 상에 방열 금속층(예컨대, 알루미늄)(1)을 적층한 다음, 상기 반경화 상태의 절연층(2)을 완전히 경화시켜 제조될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 자세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명이 이로써 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1]
1-1. 에폭시 수지 조성물의 제조
고당량 에폭시 수지(에폭시 당량 600g/eq) 35 중량부, 저당량 에폭시 수지(에폭시 당량 200g/eq) 35 중량부, 경화제(일본화약의 KTG-105) 30 중량부, 다이머산 변성 에폭시 수지(국도화학의 KSR-200) 5 중량부, 무기 필러(쇼와덴코의 AL-45-H) 200 중량부 및 경화촉진제(BASF의 2E4Mz) 0.006 중량부를 혼합하여 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 여기서, 상기 "중량부"는 고당량 에폭시 수지, 저당량 에폭시 수지 및 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 한 것이다.
1-2. 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체의 제조
상기에서 제조된 에폭시 수지 조성물을 동박(두께: 약 35 ㎛)의 표면에 약 100 ㎛의 두께로 코팅한 후, B-Stage로 건조시켰다. 이후, B-Stage로 건조된 절연층에 방열 금속판(Al, 두께: 약 1,500 ㎛)을 적층한 후, 고열·고압으로 성형하여 동박 인쇄회로기판용 적층체를 제조하였다.
[ 실시예 2]
실시예 1에서 사용된 다이머산 변성 에폭시 수지(국도화학의 KSR-200) 5 중량부 대신 다이머산 변성 에폭시 수지(국도화학의 KSR-200) 15 중량부를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 에폭시 수지 조성물 및 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체를 제조하였다.
[ 실시예 3]
실시예 1에서 사용된 다이머산 변성 에폭시 수지(국도화학의 KSR-200) 5 중량부 대신 다이머산 변성 에폭시 수지(국도화학의 KSR-200) 25 중량부를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 에폭시 수지 조성물 및 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체를 제조하였다.
[ 비교예 1]
실시예 1에서 사용된 다이머산 변성 에폭시 수지(국도화학의 KSR-200) 5 중량부 대신 CTBN 변성 에폭시 수지(국도 KR-207) 5 중량부를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 에폭시 수지 조성물 및 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체를 제조하였다.
[ 비교예 2]
실시예 1에서 사용된 다이머산 변성 에폭시 수지(국도화학의 KSR-200) 5 중량부 대신 CTBN 변성 에폭시 수지(국도 KR-207) 15 중량부를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 에폭시 수지 조성물 및 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체를 제조하였다.
[ 비교예 3]
실시예 1에서 사용된 다이머산 변성 에폭시 수지(국도화학의 KSR-200) 5 중량부 대신 CTBN 변성 에폭시 수지(국도 KR-207) 25 중량부를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 에폭시 수지 조성물 및 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체를 제조하였다.
[ 실험예 1] - 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체의 물성 평가
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3에서 각각 제조된 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체에 대하여 하기 실험을 하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 펀칭 가공성: 펀칭 가공성은 150 ~ 200 톤의 펀칭기로 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체를 절단시, Crack 및 Delamination(박리, Burr)이 있는지에 대하여 평가하였다. 이때, 펀칭 가공성의 평가는, 펀칭 후 절연층 및 PSR에 크랙 발생이 없으면 "◎"로 표시하고, 펀칭 후 절연층에 크랙 발생이 없으나, PSR에는 크랙이 발생하면, "○"로 표시하며, 펀칭 후 절연층 및 PSR에 크랙이 발생하면, "△"로 표시하고, 펀칭 후 절연층에 박리가 발생하면, "×"로 표시하였다.
2) 내열성: IPC-TM-650 2.4.13
3) 흡수율: IPC-TM-650 2.6.2.1
4) 열전도도: ASTM E 1461
5) 접착강도: IPC-TM-650 2.4.8
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
펀칭 가공성 ×
내열성
(min)
> 10 > 10 > 10 < 2 < 2 < 2
흡수율
(%)
0.3 0.4 0.6 0.5 0.8 1.2
열전도도
(W/m*K)
1.12 1.02 0.98 1.06 1.00 0.95
접착 강도
(kgf/cm)
1.9 1.7 1.6 1.7 1.4 1.2
시험 결과, 실시예 1 ~ 3의 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체가 비교예 1 ~ 3의 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체에 비해 펀칭 가공성, 내습성, 열전도도 및 접착 강도가 우수함을 알 수 있었다. 또한, 다이머산 변성 에폭시 수지의 함량이 증가할수록(실시예 1 → 실시예 2 → 실시예 3), 펀칭 가공성이 보다 향상된다는 것을 알 수 있었다.
이상에서 본 발명은 몇몇 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정된 사항은 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1: 방열 금속층, 2: 절연층, 3: 인쇄 회로층

Claims (7)

  1. (a) 비스페놀A, 비스페놀F, 크레졸노볼락, 디시클로펜타젠, 트리스페닐메탄, 나프탈렌, 바이페닐형 및 이들의 수소 첨가 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 에폭시 수지;
    (b) 다이머산 변성 에폭시 수지;
    (c) 경화제;
    (d) 경화촉진제; 및
    (e) 무기 필러를 포함하되,
    상기 에폭시 수지와 경화제의 혼합물 100 중량부를 기준으로 상기 다이머산 변성 에폭시 수지를 5 내지 40 중량부로 포함하고, 경화촉진제를 0.005 내지 0.05 중량부로 포함하며, 무기 필러를 200 내지 400 중량부로 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다이머산 변성 에폭시 수지는 변성율이 5 내지 30%이고, 에폭시 당량이 100 내지 500g/eq인 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다이머산 변성 에폭시 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00002
  4. 제1항에 있어서, 상기 경화제는 페놀노볼락, 크레졸노볼락, 비스페놀A노볼락 및 나프탈렌형으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 경화촉진제는 1-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸 4-메틸 이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐4-메틸 이미다졸, 이들의 시아노에틸레이션 유도체, 카르복실산 유도체 및 히드록시메틸기 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 무기 필러는 산화규소, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화규소 및 질화붕소로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 에폭시 수지 조성물을 사용하여 형성된 절연층을 포함하는 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체.
KR1020110077864A 2011-08-04 2011-08-04 성형성이 우수한 에폭시 수지 조성물 및 이를 포함한 금속 베이스 인쇄회로기판용 적층체 KR101866562B1 (ko)

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