KR20140037644A

KR20140037644A - 절연용 에폭시 수지 조성물, 절연 필름, 프리프레그 및 인쇄회로기판

Info

Publication number: KR20140037644A
Application number: KR1020120104040A
Authority: KR
Inventors: 김진영; 이사용; 이근용
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-03-27
Also published as: CN103665764A; JP2014062249A; KR101388820B1

Abstract

본 발명은 LiCl/DMAc 셀룰로오스 수용액 또는 LiCl/DMF 셀룰로오스 수용액; 액정 올리고머 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머; 에폭시 수지; 및 무기충전제;를 포함하는 절연용 에폭시 수지 조성물, 이를 이용하여 제조된 절연 필름, 프리프레그 및 인쇄회로기판을 제공한다. 본 발명의 절연용 에폭시 수지 조성물, 절연필름 및 프리프레그는 저 열팽창율, 높은 유리전이온도, 높은 강성을 갖는다.

Description

절연용 에폭시 수지 조성물, 절연 필름, 프리프레그 및 인쇄회로기판{EPOXY RESIN COMPOSITION FOR INSULATION, INSULATING FILM, PREPREG, AND PRINTED CIRCUIT BOARD}

본 발명은 절연용 에폭시 수지 조성물, 절연 필름, 프리프레그, 및 인쇄회로기판에 관한 것이다.

최근에 전자기기의 발전과 복잡한 기능의 요구에 따라 인쇄회로기판의 저중량화, 박판화, 소형화가 날로 진행되고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위해서는 인쇄회로의 배선이 더욱 복잡하고, 고밀도화, 고기능화되어 간다.

이와 같이, 전자기기의 소형화, 고성능화가 되어 가면서 다층인쇄회로기판에 있어서도 고밀도화, 고기능화, 소형화, 박막화 등이 요구된다. 특히 다층인쇄회로기판도 배선의 미세화 및 고밀도화로 개발 방향이 이루어지고 있다. 이에 따라 다층인쇄회로기판의 절연층도 열적, 기계적, 전기적 특성이 중요해 지고 있다. 특히나 전자전기소자의 실장과정에서 리플로우(reflow)를 거치면서 발생하는 휨 (warpage)을 최소화하기 위해서 낮은 열팽창율 (Low CTE), 고 유리전이온도 (High Tg), 고 모듈러스 (High Modulus) 특성이 요구된다.

한편, 전자기기의 발달에 따른 전자기기에 사용되는 다층인쇄회로기판에 절연층의 기계적, 전기적, 열적 특성을 향상시키기 위하여, 여러 가지 방안이 연구되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는 셀룰로오스 유도체와 열 경화성 화합물을 함유하는 열경화성 수지 조성물이 기재와의 밀착성, 내굴곡성, 저휘어짐성, 땜납 내열성, 전기 절연성 등이 우수하다고 개시하고 있으나, 인쇄회로의 배선이 더욱 복잡해지고, 고밀도화 및 고기능화되어 가는 인쇄회로기판에는 그 정도가 충분하지 않은 단점이 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 제2009-235171호

이에 본 발명에서는 LiCl/DMAc (Lithium Cloride / N,N'-Dimethyl acetamide) 또는 LiCl/DMF (Lithium Cloride / Dimethyl formamide) 셀룰로오즈 용액 (Cellulose Solution)과 액정 올리고머 (Liquid Crystalline Oligomer, LCO) 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머 (Liquid Crystalline Thermoset Oligomer, LCTO)와 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 이용하여 제조된 제품의 휨 (warpage)을 최소화할 수 있는 상대적으로 낮은 열팽창율 (Low CTE), 고 유리전이온도 (High Tg) 및 고 모듈러스 (High Modulus) 특성을 나타냄을 확인하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 하나의 관점은 열적, 기계적 및 전기적 특성이 우수한 절연용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 관점은 상기 에폭시 수지 조성물로부터 제조되어 열적, 기계적 및 전기적 특성이 향상된 절연필름을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 관점은 기재에 상기 에폭시 수지 조성물을 함침시켜 열적, 기계적 특성이 향상된 프리프레그를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 관점은 상기 절연필름 또는 상기 프리프레그를 포함하는 인쇄회로기판, 바람직하게는 다층인쇄회로기판을 제공하는 데 있다.

상기 하나의 관점을 달성하기 위한 본 발명에 따른 절연용 에폭시 수지 조성물(제1 발명)은:

LiCl/DMAc 셀룰로오스 수용액 또는 LiCl/DMF 셀룰로오스 수용액;

액정 올리고머 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머;

에폭시 수지; 및

무기충전제;를 포함한다.

제1 발명에 있어서, 상기 액정 올리고머 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머는 하기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 것을 특징으로 한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

상기 화학식 1 내지 4에서, a는 13∼26의 정수, b는 13∼26의 정수, c는 9∼21의 정수, d는 10∼30의 정수, 및 e는 10∼30의 정수이다.

제1 발명에 있어서, 상기 에폭시 수지는 하기 화학식 5 또는 화학식 6으로 표시되는 것을 특징으로 한다.

[화학식 5]

상기 화학식 5에서, R은 탄소수 1∼20의 알킬기이며, n은 0∼20의 정수이다.

[화학식 6]

제1 발명에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은 상기 셀룰로오스 수용액 20 내지 40중량%, 상기 액정 올리고머 13 내지 25중량%, 상기 에폭시 수지 4 내지 15중량%, 및 상기 무기충전제 40 내지 60중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 있어서, 상기 셀룰로오스 수용액은 상기 수용액에 대하여 0.5 내지 30 중량%의 셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 있어서, 상기 액정 올리고머 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머의 수평균 분자량이 2,500 내지 6,500인 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 있어서, 상기 무기충전제는 실리카, 알루미나, 황산 바륨, 탈크, 진흙, 운모가루, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 산화 마그네슘, 질화 붕소, 붕산 알루미늄, 티탄산바륨, 티탄산 칼슘, 티탄산 마그네슘, 티탄산 비스머스, 산화 티탄, 지르콘산 바륨, 및 지르콘산 칼슘으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 있어서, 상기 무기충전제의 직경은 0.008 내지 10㎛인 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은 아마이드계 경화제, 폴리아민계 경화제, 산무수물 경화제, 페놀노볼락형 경화제, 폴리메르캅탄 경화제, 제3아민 경화제 또는 이미다졸 경화제로부터 하나 이상 선택된 경화제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은 나프탈렌계 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 페놀 노블락 에폭시 수지, 크레졸 노블락 에폭시 수지, 고무 변성형 에폭시 수지, 및 인(phosphorous)계 에폭시 수지로부터 하나 이상 선택되는 에폭시 수지를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은 금속계 경화 촉진제, 이미다졸계 경화 촉진제, 및 아민계 경화 촉진제로부터 하나 이상 선택되는 경화 촉진제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은 페녹시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드(PAI) 수지, 폴리에테르이미드(PEI) 수지, 폴리설폰(PS) 수지, 폴리에테르설폰(PES) 수지, 폴리페닐렌에테르(PPE) 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 폴리에스테르 수지로부터 하나 이상 선택되는 열가소성 수지를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 관점을 달성하기 위한 절연필름(제2 발명)은 상기 에폭시 수지 조성물로 제조된다.

본 발명의 또 다른 관점을 달성하기 위한 프리프레그(제3 발명)는 상기 에폭시 수지 조성물을 기재에 함침시켜 제조된다.

본 발명의 또 다른 관점을 달성하기 위한 인쇄회로기판, 특히 다층인쇄회로기판은 제2 발명에 따른 절연필름을 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점을 달성하기 위한 인쇄회로기판, 특히 다층인쇄회로기판은 제3 발명에 따른 프리프레그를 포함한다.

본 발명에 따른 절연용 에폭시 수지 조성물, 및 이를 이용하여 제조된 절연필름 및 프리프레그는 저 열팽창율, 높은 유리전이온도, 높은 강성에 더불어 내열성 및 기계적 강도를 가지며 낮은 유전율과 흡습성이 기본적으로 확보된 상태에서 미세회로패턴을 형성하기 위한 낮은 조도를 형성할 수 있는 공정성도 확보하고 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물로 제조된 프리프레그 상에 동박을 형성시킨 동박적층판의 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물이 적용 가능한 일반적인 인쇄회로기판의 단면도이다.

본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예의 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판은, 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물로 제조된 프리프레그 (10) 상에 동박 (20)을 형성시킨 동박적층판 (30)을 이용하여, 캐비티를 구비한 절연체 (11), 예를 들어, 절연필름 또는 프리프레그(10)와, 상기 절연체 (11)의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 배치된 또 다른 절연체 (12 및/또는 13), 예를 들어, 빌드업층을 포함할 수 있다. 빌드업층은 상기 절연체 (11)의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 배치된 절연체 (12)과 절연체 (13) 상에 배치되며 층간 접속을 이루는 회로층 (21 및 22)을 포함할 수 있다. 여기서, 절연체 (11, 12, 및 13)는 회로층간 또는 전자부품간의 절연성을 부여하는 역할을 하며, 이와 동시에 패키지의 강성을 유지하기 위한 구조재의 역할을 할 수 있다.

이때, 인쇄회로기판(100), 바람직하게는 다층인쇄회로기판에 전자전기소자의 실장과정에서 리플로우를 거치면서 발생하는 상기 기판의 휨을 최소화하기 위해서, 본 발명의 절연체 (11, 12, 및 13)는 낮은 열팽창율, 고 유리전이온도, 및 고 모듈러스와 같은 열적, 기계적 및 전기적 특성이 요구된다. 아울러, 본 발명에 따른 절연체 (11, 12, 및 13)는 낮은 유전율과 흡습성이 기본적으로 확보된 상태에서 미세회로패턴을 형성하기 위한 낮은 조도를 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 상기 절연체 (11, 12, 및 13)의 우수한 열적, 기계적 및 전기적 특성을 확보하기 위하여, 상기 절연체는 LiCl/DMAc (Lithium Cloride / N,N'-Dimethyl acetamide) 또는 LiCl/DMF (Lithium Cloride / Dimethyl formamide) 셀룰로오즈 용액; 액정 올리고머 (Liquid Crystalline Oligomer, LCO) 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머 (Liquid Crystalline Thermoset Oligomer, LCTO); 에폭시 수지; 및 무기충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물로 제조된다. 선택적으로, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 경화제, 경화촉진제, 또 다른 에폭시 수지, 및/또는 기타 첨가제를 더욱 포함할 수 있다.

LiCl / DMAc 또는 LiCl / DMF 셀룰로오즈 용액

셀룰로오즈는 6 탄당인 글루코스(Glucose)의 β(1→4) 결합으로 이루어진 자연 발생적인 중합체이다. 셀룰로오즈는 대부분의 식물에서 얻어지는 자연계 중합체이며, 원천 물질에 따라 수천에서 수만에 이르는 중합도를 가지고 있다. 구성되는 화학 구조상 친수성이 강하며, β결합을 하는 1번 탄소를 기준으로 2번 탄소의 히드록시기와 링밖으로 가지가 나온 6번 탄소의 히드록시기가 주로 다른 물질과 반응성이 우선되며, 특히 6번 탄소의 -OH가 반응성이 우선한다. 본 발명에 있어서, 셀룰로오즈의 히드록시기는 에폭시와 반응하여 가교 반응을 일으키고, LCO의 아민기와 반응하여 화학 결합을 이루어 수지의 강도를 개선한다.

본 발명에 사용된 LiCl/DMAc 또는 LiCl/DMF 셀룰로오즈 용액은 스핀 코팅 (Spin Coating)을 이용한 셀룰로오즈 필름 형성시 사용되는 물질로 안정적인 셀룰로오즈 용액을 제공할 수 있다. LiCl의 촉매 반응과 DMAc 또는 DMF의 극성에 의해 수소결합 (Hydrogen Bond)이 열리면서 용액화되는 것으로 추정된다. 셀룰로오즈 사슬의 수많은 히드록시기(Hydroxy Group)가 에폭시와 반응하여 가교 반응을 하는 형태와 액정 올리고머 주쇄(Backbone)의 아민(Amine)과 반응하는 형태로 경화반응을 시키면 수지의 강도가 개선되고, 경화밀도가 증가하여 낮은 열팽창률 (Low CTE) 특성을 구현할 수 있다. 이에 따라, 인쇄회로기판의 강도개선 또한 가능하다.

상기 셀룰로오스 수용액은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 20 내지 40중량% 범위로 사용되며, 상기 사용량이 20중량% 미만이면 수지의 강도가 개선 및 낮은 열팽창률의 구현이 어려우며, 40중량%를 초과하면 상대적으로 다른 성분이 적게 들어가 유리전이 온도의 향상이 미미하며, 기계적 물성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 상기 셀룰로오즈 용액 내에 셀룰로오즈의 함량은 0.5 내지 30 중량% 정도이며, 상기 함량이 0.5 중량% 미만이면 첨가효과가 거의 없으며, 30 중량%를 초과하면 전체적으로 고형분 함량이 많아 절연 필름을 형성하기 어렵거나, 형성하더라도 부재를 성형함에 곤란할 우려가 있다.

액정 올리고머 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머

본 발명에 사용된 액정 올리고머 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머 (이하 "액정 올리고머"로 통칭하기도 한다)는 하기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3, 또는 화학식 4로 표시되는 화합물일 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

상기 화학식 1 내지 4에서 a는 13∼26의 정수, b는 13∼26의 정수, c는 9∼21의 정수, d는 10∼30의 정수, 및 e는 10∼30의 정수이다.

상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 액정 올리고머, 또는 상기 화학식 3 또는 4로 표시되는 가용성 액정 열경화성 올리고머는 유전정접 및 유전 상수의 향상을 위하여 주쇄의 양 말단에 에스테르기, 및 결정성을 위해 나프탈렌(naphthalene)기를 포함하며, 상기 화학식 2 또는 4와 같이 난연성을 부여해주는 인 성분을 함유할 수 있다. 좀 더 부연 설명하면, 상기 액정 올리고머 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머는 말단에 하이드록시기 또는 나드이미드(nadimide)기를 포함하여 에폭시 또는 비스말레이미드 (bismaleimide)와 열경화 반응을 할 수 있으며, 또한 첨가된 셀룰로오즈의 히드록시기와도 반응할 수 있다. 상기 올리고머는 가용성을 부여해 주는 아미드(amide)기를 포함하고 액정성을 부여하는 나프탈렌기를 포함하며, 화학식 2 및 4로 표시되는 화합물은 인 성분을 함유하여 난연성을 구현할 수 있다. 아미드기의 경우 첨가된 셀룰로오즈의 히드록시기와 반응할 수 있다. 상기 화학식에서 a, b, c, d 및 e는 반복 단위의 몰비를 의미하며 출발 물질의 함량에 따라 결정된다.

상기 액정 올리고머의 수평균 분자량은 2,500 내지 6,500 g/mol이 바람직하며, 3,000 내지 6,000 g/mol이 더 바람직하며, 3,000 내지 5,000 g/mol이 보다 더 바람직하다. 상기 액정 올리고머의 수평균 분자량이 2,500 g/mol 미만인 경우 기계적 물성이 취약한 문제점이 있으며, 6,500 g/mol 초과인 경우 용해도가 저하되는 문제점이 있다.

상기 액정 올리고머의 사용량은 13 내지 25중량%가 바람직하며, 15 내지 20중량%가 좀 더 바람직하다. 상기 사용량이 13중량% 미만이면 열팽창 계수의 감소 및 유리전이 온도의 향상이 미미하며, 25중량%를 초과하면 기계적 물성이 저하 되는 경향이 있다.

에폭시 수지

본 발명에 따르는 에폭시 수지 조성물은 건조한 후의 수지 조성물의 접착필름으로서의 취급성을 높이기 위하여 에폭시 수지를 포함한다. 에폭시 수지는 특별히 제한되지는 않으나 분자 내에 에폭시기가 1 이상 포함되어 있는 것을 의미하며, 바람직하게는 분자 내에 에폭시기가 2 이상 포함되어 있는 것을 의미하며, 더 바람직하게는 분자 내에 에폭시기가 4 이상 포함되어 있는 것을 의미한다.

본 발명에 사용된 에폭시(epoxy) 수지는 하기 화학식 5와 같이 나프탈렌(naphthalene)기가 포함된 것이나, 하기 화학식 6과 같이 방향족 아민(amine) 형이 바람직할 수 있다.

[화학식 5]

[화학식 6]

그러나, 본 발명에 사용된 에폭시 수지는 상기 화학식 5 또는 6로 표시되는 에폭시 수지에 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 알킬페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노블락 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 아르알킬형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지, 나프탈렌계 에폭시 수지, 나프톨형 에폭시 수지, 페놀류와 페놀성 하이드록실기를 갖는 방향족 알데히드와의 축합물의 에폭시 수지, 비페닐아르알킬형 에폭시 수지, 플루오렌형 에폭시 수지, 크산텐형 에폭시 수지, 트리글리시딜이소시아누레이트, 고무 변성형 에폭시 수지 및 인(phosphorous)계 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다. 상기 에폭시 수지를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하게는 나프탈렌계 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 페놀 노블락 에폭시 수지, 크레졸 노블락 에폭시 수지, 고무 변성형 에폭시 수지, 및 인계 에폭시 수지로부터 하나 이상 선택된다.

상기 에폭시 수지의 사용량은 4 내지 15중량%가 바람직하며, 상기 사용량이 4중량% 미만이면 취급성이 떨어지고, 15중량%를 초과하면 상대적으로 다른 성분의 첨가량이 적어져 유전 정접, 유전 상수 및 열팽창계수의 개선이 거의 없다.

무기충전제

본 발명에 따르는 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지의 열팽창 계수(CTE)를 낮추기 위하여 무기충전제를 포함한다. 상기 무기충전제는 열팽창계수를 낮추는 것으로 수지 조성물에 대한 함유 비율은 수지 조성물의 용도 등을 고려하여 요구되는 특성에 따라 다르지만, 40 내지 60 중량%가 바람직하다. 40 중량% 미만이면, 유전 정접이 낮고 열팽창율이 높아지며, 60 중량%를 초과하면 접착 강도가 저하되는 경향이 있다.

본 발명에 사용되는 무기충전제의 구체적인 예로는 실리카, 알루미나, 황산바륨, 탈크, 진흙, 운모 가루, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 산화 마그네슘, 질화 붕소, 붕산 알루미늄, 티탄산바륨, 티탄산 칼슘, 티탄산 마그네슘, 티탄산 비스머스, 산화 티탄, 지르콘산 바륨, 지르콘산 칼슘 등을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 특히 낮은 유전 정접을 갖는 실리카가 바람직하다.

아울러, 무기충전제는 수 나노미터에서 수십 마이크로미터까지의 크기로 분산하여 또는 분산없이 혼합으로 사용할 수 있다. 평균 입경이 10㎛를 넘는 경우, 도체층에 회로 패턴을 형성할 때 미세패턴을 안정적으로 형성하는 것이 곤란하므로, 평균 입경은 10㎛ 이하의 것이 좀 더 바람직하다. 또한, 무기충전제는 내습성을 향상시키기 위해, 실란커플링제 등의 표면 처리제로 표면 처리되어 있는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 0.008 내지 5 ㎛의 직경을 갖는 실리카가 바람직하다.

경화제

한편, 본 발명에서는 선택적으로 경화제를 사용할 수 있으며, 통상적으로 에폭시 수지를 열경화하기 위해서 사용할 수 있는 것이면 무엇이든 사용이 가능하며, 특별히 한정되지 않는다.

구체적으로 디시안디아마이드와 같은 아마이드계 경화제; 폴리아민계 경화제로서 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, N-아미노에틸피페라진, 디아미노디페닐메탄, 아디핀산디히드라지드 등; 산무수물 경화제로서 피로메탈산 무수물, 벤조페논 테트라카르복실산 무수물, 에틸렌글리콜 비스 트리메탈산 무수물, 글리세롤 트리스 트리메탈산 무수물, 말레익메틸사이클로헥센 테트라카르복실산 무수물 등; 페놀노볼락형 경화제; 폴리메르캅탄 경화제로서 트리옥산트리틸렌메르캅탄 등; 제3아민 경화제로서 벤질디메틸아민, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀 등; 이미다졸 경화제로서 2-에틸-4-메틸 이미다졸, 2-메틸 이미다졸, 1-벤질-2-메틸 이미다졸, 2-헵타데실 이미다졸, 2-운데실 이미다졸, 2-페닐-4-메틸-5-히드록시메틸 이미다졸, 2-페닐 이미다졸, 2-페닐-4-메틸 이미다졸, 1-벤질-2-페닐 이미다졸, 1,2-디메틸 이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐 이미다졸, 2-페닐-4,5-디히드록시메틸 이미다졸을 들 수 있고, 경화제를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 물성 측면에서, 디시안디아마이드가 바람직하다. 상기 경화제의 사용량은 당 업자들에게 알려진 범위, 예를 들어, 상기 액정 올리고머와 상기 에폭시 수지의 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 경화제 0.1 내지 1 중량부의 범위 내에서 에폭시 수지의 고유 물성을 저하시키지 않고, 경화속도를 고려하여 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

경화 촉진제

본 발명의 에폭시 수지 조성물은, 또한 경화 촉진제를 선택적으로 함유시킴으로써 본 발명의 에폭시 수지를 효율적으로 경화시킬 수 있다. 본 발명에서 사용되는 경화 촉진제는, 금속계 경화 촉진제, 이미다졸계 경화 촉진제, 아민계 경화 촉진제 등을 들 수 있고 이들을 1종 또는 2종 이상 조합하여 당 업계에 사용되는 통상의 양으로 첨가하여 사용할 수 있다.

상기 금속계 경화 촉진제로서는, 특별히 제한되지는 않으나, 코발트, 구리, 아연, 철, 니켈, 망간, 주석 등의 금속의 유기 금속 착체 또는 유기 금속염을 들 수 있다. 유기 금속 착체의 구체적인 예로서는, 코발트(Ⅱ) 아세틸아세토네이트, 코발트(Ⅲ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 코발트 착체, 구리(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유리 구리 착체, 아연(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 아연 착체, 철(Ⅲ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 철 착체, 니켈(Ⅱ) 아세틸아세트네이트 등의 유기 니켈 착체, 망간(Ⅱ) 아세틸아세토네이트 등의 유기 망간 착체 등을 들 수 있다. 유기 금속염으로서는, 옥틸산아연, 옥틸산주석, 나프텐산아연, 나프텐산코발트, 스테아린산주석, 스테아린산아연 등을 들 수 있다. 금속계 경화 촉진제로서는, 경화성, 용제 용해성의 관점에서, 코발트(Ⅱ) 아세틸아세토네이트, 코발트(Ⅲ) 아세틸아세토네이트, 아연(Ⅱ) 아세틸아세토네이트, 나프텐산아연, 철(Ⅲ) 아세틸아세토네이트가 바람직하고, 특히 코발트(Ⅱ) 아세틸아세토네이트, 나프텐산아연이 바람직하다. 금속계 경화 촉진제를 1종 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.

상기 이미다졸계 경화 촉진제로서는, 특별히 제한되지는 않으나, 2-메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 1-벤질-2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸륨트리멜리테이트, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸륨트리멜리테이트, 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진, 2,4-디아미노-6-[2'-운데실이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진, 2,4-디아미노-6-[2'-에틸-4'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진, 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진이소시아눌산 부가물, 2-페닐이미다졸이소시아눌산 부가물, 2-페닐-4,5-디하이드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸-5하이드록시메틸이미다졸, 2,3-디하이드록시-1H-피로로[1,2-a]벤즈이미다졸, 1-도데실-2-메틸-3-벤질이미다졸륨클로라이드, 2-메틸이미다졸린, 2-페닐이미다졸린 등의 이미다졸 화합물 및 이미다졸 화합물과 에폭시 수지의 어덕트체를 들 수 있다. 이미다졸 경화 촉진제를 1종 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.

상기 아민계 경화 촉진제로서는 특별히 제한되지는 않으나, 트리에틸아민, 트리부틸아민 등의 트리알킬아민, 4-디메틸아미노피리딘, 벤질디메틸아민, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀,1,8-디아자비사이클로(5,4,0)-운데센(이하, DBU라고 함) 등의 아민 화합물 등을 들 수 있다. 아민계 경화 촉진제를 1종 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.

열가소성 수지

본 발명의 에폭시 수지 조성물은 수지 조성물의 필름성을 향상시키거나 경화물의 기계적 성질을 향상시키기 위하여 열가소성 수지를 선택적으로 포함할 수 있다. 열가소성 수지의 예로서, 페녹시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드(PAI) 수지, 폴리에테르이미드(PEI) 수지, 폴리설폰(PS) 수지, 폴리에테르설폰(PES) 수지, 폴리페닐렌에테르(PPE) 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 폴리에스테르 수지 등을 들 수 있다. 이 열가소성 수지는 각각 단독 또는 2종이상 혼합하여 사용한다. 열가소성 수지의 중량 평균 분자량은 5,000 내지 200,000의 범위인 것이 바람직하다. 5,000보다 작으면 필름 성형성이나 기계강도 향상효과가 충분히 발휘되지 않는 경향이 있고, 200,000보다 크면, 셀룰로오스, 액정 올리고머 및 에폭시 수지와의 상용성이 충분하지 않고, 경화 후 표면 요철이 커지고, 고밀도 미세 배턴 형성이 어려워지는 문제점이 있다.

본 발명의 에폭시 수지 조성물에 열가소성 수지를 배합하는 경우에는, 수지 조성물 중의 열가소성 수지의 함유량은, 특별히 한정되지는 않으나, 수지 조성물 중의 불휘발분 100중량%에 대하여 0.1 내지 10중량%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 내지 5중량%이다. 열가소성 수지 함유량이 0.1중량% 미만이면 필름 성형성이나 기계강도 향상효과가 발휘되지 않는 경향이 있고, 10중량%을 초과하면 용융점도의 상승과 습식조화공정 후의 절연층 표면조도가 증대하는 경향이 있다.

한편, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물의 점도는 700 내지 1500cps인 것이 절연 필름을 제조하는 데 적합하며, 상온에서 적절한 끈기를 유지하는 특징을 가진다. 본 발명의 에폭시 수지 조성물의 점도는 용매 (예를 들어, DMAc 또는 DMF)의 함량을 변화함으로써 조절할 수 있다. 상기 에폭시 수지 조성물의 점도가 상기 범위를 벗어날 경우, 절연 필름을 형성하기 어렵거나, 형성하더라도 부재를 성형함에 곤란할 우려가 있다.

또한, 박리 강도는 절연 필름의 상태에서 12㎛의 동박을 사용한 경우 1.0kN/m 이상을 나타낸다. 본 발명에 따른 에폭시 수지로 제조된 절연 필름은 50∼150℃의 온도범위에서 측정한 열팽창계수 (CTE)는 35 ppm/℃ 미만, 및 유리전이온도 이상에서 측정한 열팽창계수 (CTE)는 80 ppm/℃ 미만의 값을 갖는다. 아울러, 인장 강도도 9.2 이상, 바람직하게 10 이상을 나타내며, 또한, 유리전이온도(Tg)는 200 내지 300℃, 바람직하게는 210 내지 270℃을 갖는다.

이외에도, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 필요에 따라 공지된 기타 레벨링제 및/또는 난연제 등을 더욱 포함할 수 있다.

본 발명의 에폭시 수지 조성물은 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 일반적인 방법으로 반고상 상태의 드라이 필름으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 롤 코터 (Roll Coater) 또는 커튼 코터 (Curtain Coater) 등을 사용하여 필름형태로 제조하여 건조시킨 다음, 이를 기판상에 적용하여 빌드-업 방식에 의한 다층인쇄기판 제조시 절연층(또는 절연 필름) 또는 프리프레그로 사용된다. 이러한 절연필름 또는 프리프레그는 35 ppm/℃ 이하의 낮은 열팽창 계수(CTE)를 갖는다.

이와 같이, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물을 유리섬유 등과 같은 기재에 함침시킨 다음, 경화시켜 프리프레그를 제조하고, 여기에 동박을 적층하여 도 1에서와 같은 동박적층판 (CCL: copper clad laminate)을 얻는다. 또한, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물로 제조된 절연필름은 다층 인쇄회로기판 제조시 내층으로 사용되는 CCL 상에 라미네이트하여 도 2에서와 같은 다층 인쇄회로기판 제조에 사용된다. 예를 들어, 상기 에폭시 수지 조성물로 제조된 절연 필름을 패턴 가공시킨 내층 회로기판 위에 라미네이션시킨 다음, 80 내지 110℃의 온도에서 20 내지 30분간 경화시키고, 디스미어 공정을 수행한 다음, 회로층을 전기도금 공정을 통하여 형성시켜 다층 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.

이하 실시 예 및 비교 예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

제조 예

액정 올리고머의 제조

20L 유리반응기에 4-아미노페놀 218.26g (2.0mol), 이소프탈산 415.33g (2.5mol), 4-히드록시벤조산 276.24g (2.0mol), 6-히드록시-2-나프토산 282.27g (1.5mol), 9,10-디하이드록시-9옥사-10-포스파페난스렌-10-산화물 (DOPO; 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide) 648.54g (2.0mol), 아세트산 무수물 1531.35g (15.0mol)을 첨가하였다. 반응기 내부를 질소 가스로 충분히 치환한 후, 반응기 내 온도를 질소 가스 흐름하에서 230℃의 온도로 상승시키고, 그 온도로 반응기 내부의 온도를 유지시키면서 4시간 동안 환류하였다. 말단 캡핑용 6-히드록시-2-나프토산 188.18g (1.0mol)를 추가로 첨가한 후 반응 부산물인 아세트산과 미반응 아세트산 무수물을 제거하여 분자량이 약 4500인 상기 화학식 2로 표시되는 액정 올리고머를 제조하였다.

실시 예 1

LiCl/DMAc 셀룰로오즈 용액 적용한 바니쉬 (varnish) 제작 및 필름 제작

상기 제조 예 1에서 제조된 히드록시기를 함유하는 액정 올리고머 50g을 LiCl/DMAc 셀룰로오즈 용액 83g (셀룰로오스 함량 10wt%)에 첨가하여 셀룰로오스를 함유하는 액정 올리고머 용액을 제조한다. 여기에 실리카 필러 슬러리 (실리카 함량 78.13wt%) 107.09g을 넣고 30분간 교반한다. 여기에 에폭시 수지인 Araldite MY-721 (Huntsmann사) 25g과 경화촉매인 디시안디아미드(Dicyandiamide) 0.33g을 추가하고 2시간 동안 교반한다. 이를 닥터 블레이드 방식으로 동박 샤이니 (shiny) 면에 100 ㎛ 두께로 도포하여 필름을 제작한다. 만들어진 필름을 상온에서 2시간 건조하고, 진공 오븐에서 80℃에서 1시간 건조한 다음, 다시 110℃에서 1시간 건조하여 반경화 상태(B-stage)를 만든다. 이를 진공 압력(vacuum press)을 이용하여 완전 경화시킨다. 이때, 최고 온도는 230℃이고, 최고 압력은 2MPa이었다.

실시 예 2

상기 제조 예 1에서 제조된 히드록시기를 함유하는 액정 올리고머 50g을 LiCl/DMAc 셀룰로오즈 용액 42g (셀룰로오스 함량 10wt%)에 첨가하고, DMAc 10g을 추가하여 셀룰로오스를 함유하는 액정 올리고머 용액을 제조한다. 여기에 실리카 필러 슬러리 (실리카 함량 78.13wt%) 107.09g을 넣고 30분간 교반한다. 여기에 에폭시수지인 Araldite MY-721 (Huntsmann사) 25g과 경화촉매인 디시안디아미드 0.33g을 추가하고 2 시간 동안 교반한다. 이를 닥터 블레이드 방식으로 동박 샤이니 면에 100 ㎛ 두께로 도포하여 필름을 제작한다. 만들어진 필름을 상온에서 2시간 건조하고, 진공 오븐에서 80℃에서 1시간 건조한 다음, 다시 110℃에서 1시간 건조하여 반경화상태를 만든다. 이를 진공 압력을 이용하여 완전 경화시킨다. 이때, 최고 온도는 230℃이고, 최고 압력은 2MPa이었다.

비교 예 1

액정 올리고머를 포함한 바니쉬 제작 및 필름 제작

상기 제조 예 1에서 제조된 액정 올리고머 50g을 N,N'-디메틸아세트아미드 (DMAc) 50g에 첨가하여 액정 올리고머 용액을 제조한다. 실리카 필러 슬러리 (실리카 함량 78.13wt%) 107.09g에 30분간 교반한다. 액정 올리고머 용액과 실리카 필러 슬러리의 혼합물에 에폭시 수지인 Araldite MY-721 (Huntsmann사) 33.3g과 경화촉매인 디시안디아미드 0.33g을 추가하고 2시간 동안 교반한다. 이를 닥터 블레이드 방식으로 동박 샤이니 면에 100 ㎛ 두께로 도포하여 필름을 제작한다. 만들어진 필름을 상온에서 2시간 건조하고, 진공 오븐에서 80℃에서 1시간 건조한 다음, 다시 110℃에서 1시간 건조하여 반경화상태 (B-stage)를 만든다. 이를 진공 압력을 이용하여 완전 경화시킨다. 이때, 최고 온도는 230℃이고, 최고 압력은 2MPa이었다.

열특성 평가

실시 예 및 비교 예에 따라 제조된 절연 필름의 시편의 열팽창계수(CTE)는 열분석기 (TMA; Thermo mechanical Analyzer)를 이용하여 50∼150℃의 온도범위 (a1) 및 유리전이온도 이상 (a2)에서의 열팽창계수를 측정하였으며, 유리전이온도(Tg)는 시차주사열량법(DSC; Differntial Scanning Calorimeter)으로 열분석기 (TA Instruments TMA 2940)를 질소 분위기에서 온도를 10℃/분으로 승온하여 270℃(첫번째 사이클), 300℃(두번째 사이클)까지 측정하였고, 동력기계분석법(DMA)으로 인장 강도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

구 분	실시 예 1	실시 예 2	비교 예 1
CTE (a1, ppm/℃)	31	32	35
CTE (a2, ppm/℃)	74	75	88
인장강도 (Tensile Modlus) (GPa)	10.5	9.4	9.1
유리전이온도 (Tg)	210	205	200

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물로 제조된 절연 필름은 비교 예 1의 필름과 비교하여 상대적으로 낮은 열팽창계수와 높은 인장 강도, 및 높은 유리전이온도(Tg)를 갖는다.

이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 프리프레그 11, 12 및 13: 절연체
20: 동박 21 및 22: 회로패턴
30: 동박적층판 100: 인쇄회로기판

Claims

LiCl/DMAc 셀룰로오스 수용액 또는 LiCl/DMF 셀룰로오스 수용액;
액정 올리고머 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머;
에폭시 수지; 및
무기충전제;를 포함하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 액정 올리고머 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머는 하기 화학식 1, 화학식 2, 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

상기 화학식 1 내지 4에서 a는 13∼26의 정수, b는 13∼26의 정수, c는 9∼21의 정수, d는 10∼30의 정수, 및 e는 10∼30의 정수이다.
청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지는 하기 화학식 5 또는 화학식 6으로 표시되는 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
[화학식 5]

상기 화학식 5에서, R은 탄소수 1∼20의 알킬기이며, n은 0∼20의 정수이다.
[화학식 6]
청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물은 상기 셀룰로오스 수용액 20 내지 40중량%, 상기 액정 올리고머 13 내지 25중량%, 상기 에폭시 수지 4 내지 15중량%, 및 상기 무기충전제 40 내지 60중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 셀룰로오스 수용액은 0.5 내지 30 중량%의 셀룰로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 액정 올리고머 또는 가용성 액정 열경화성 올리고머의 수평균 분자량이 2,500 내지 6,500인 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물은 나프탈렌계 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 페놀 노블락 에폭시 수지, 크레졸 노블락 에폭시 수지, 고무 변성형 에폭시 수지, 및 인(phosphorous)계 에폭시 수지로부터 하나 이상 선택되는 에폭시 수지를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물은 아마이드계 경화제, 폴리아민계 경화제, 산무수물 경화제, 페놀노볼락형 경화제, 폴리메르캅탄 경화제, 제3아민 경화제 또는 이미다졸 경화제로부터 하나 이상 선택된 경화제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 무기충전제는 실리카, 알루미나, 황산 바륨, 탈크, 진흙, 운모가루, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 산화 마그네슘, 질화 붕소, 붕산 알루미늄, 티탄산바륨, 티탄산 칼슘, 티탄산 마그네슘, 티탄산 비스머스, 산화 티탄, 지르콘산 바륨, 및 지르콘산 칼슘으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 무기충전제의 직경은 0.008 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물은 금속계 경화촉진제, 이미다졸계 경화촉진제, 및 아민계 경화촉진제로부터 하나 이상 선택되는 경화촉진제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물은 페녹시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드(PAI) 수지, 폴리에테르이미드(PEI) 수지, 폴리설폰(PS) 수지, 폴리에테르설폰(PES) 수지, 폴리페닐렌에테르(PPE) 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 폴리에스테르 수지로부터 하나 이상 선택되는 열가소성 수지를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 절연용 에폭시 수지 조성물.
청구항 1에 따른 에폭시 수지 조성물로 제조된 절연필름.
청구항 1에 따른 에폭시 수지 조성물을 기재에 함침시켜 제조된 프리프레그.
청구항 13의 절연필름을 포함한 인쇄회로기판.
청구항 14의 프리프레그를 포함한 인쇄회로기판.