TWI454377B - 具有優良成形性的環氧樹脂層壓板及其製備方法 - Google Patents

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Description

具有優良成形性的環氧樹脂層壓板及其製備方法
本發明係關於一種金屬基印刷電路板(也稱作〞金屬PCB；金屬印刷電路板〞)(其包含有一印刷電路層、一介電層、以及一散熱金屬層)的含環氧樹脂的層壓板，並且特別地，本發明關於一種具有優良成形性的含環氧樹脂層壓板，以使得在彎曲及衝孔過程中沒有裂紋以及分層，以及具有優良的電性能，例如導熱性、耐受電壓等，其中該層壓板除了由一高當量環氧樹脂與一低當量環氧樹脂的混合物組成的一環氧樹脂組成物之外，能夠另外包含有一橡膠成分、以及一無機填料。
一金屬基印刷電路板的層壓板包含有一印刷電路層，印刷電路層之上形成有電路且安裝有一發熱電子裝置，例如一光半導體裝置；一介電層，用以傳導自電子裝置發出之熱；以及一散熱金屬層，其與介電層緊密地相接觸用以將熱釋放於外部。
金屬基印刷電路板之層壓板的技術發展在如此之一方式下取得進展：各層彼此緊密地相結合，以及自印刷電路板產生的熱在最大化介電層的熱傳送時，消散於外部。此外，金屬基印刷電路板之層壓板已經關注於通過各層的最佳設置，用以提高電性能，例如導熱性、耐受電壓等，以及成形性例如彎曲性(即，彎曲加工性)、衝孔性等的技術發展。為此，已經進行一種提高金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板之成形性的嘗試，此含環氧樹脂層壓板包含有一作為活性元件的環氧樹脂，以及不同元件，例如一無機填料、一固化劑、一固化促進劑、一橡膠成分等。
傳統的習知技術之關於含環氧樹脂層壓板之實例包含日本公開專利申請案Hei 5-267808揭露的一金屬基底板，其包含有一銅箔、一介電層、以及一金屬基底板，其中介電層包含有：100重量份的一環氧樹脂；25-27重量份的一環氧聚丁二烯；300-500重量份的一無機填料；以及一環氧樹脂固化劑，韓國公開專利申請第2005-82570號案揭露的一熱熔型黏合劑組成包含有：30-90%重量份的一結晶聚酯共聚物；5-35%重量份的具有芳香乙烯基化合聚合物塊與石蠟化合聚合物塊的熱塑性彈性體；以及5-35%重量份的一雙酚A型環氧樹脂，以及日本公開專利申請案第1993-75225號揭露的一金屬基印刷電路板包含有一銅箔；一黏合層，其形成於銅箔之表面上且基本上包含有一聚乙烯醇縮丁醛樹脂以及一可溶性酚醛樹脂；一介電樹脂層，其形成於黏合層上且包含有一環氧樹脂作為主要元件，以及一合成橡膠或彈性體；以及一形成於介電樹脂層上的金屬底板。因此，作出嘗試，用以對包含由各種成分組成的一聚合樹脂的層壓板之金屬底板與無機填料之間提高黏附力以及相溶性。然而，能夠製造金屬基印刷電路板之一層壓板(其包含有不同類型的環氧樹脂且具有良好的成形性)之技術仍然沒有進展。
因此，鑒於上述問題，本發明之目的在於提供一種金屬基印刷電路板之層壓板，其包含有混合有大量無機填料的一傳統環氧樹脂，以使得此層壓板在例如彎曲性、打孔性、結合強度等的成形性上優良，同時在例如導熱性、耐受電壓等的電特性上優良。
本發明之上述目的透過開發一種金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板獲得，此含環氧樹脂層壓板具有優良之成形性，以使得在彎曲及打孔過程中不發生裂紋及分層，此金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板包含有：一印刷電路層、一介電層、以及一散熱金屬層，其中介電層包含有一由高當量環氧樹脂與低當量環氧樹脂之混合物組成的環氧樹脂、以及一無機填料。
本發明最優化金屬基印刷電路板之層壓板之成形性。此外，本發明增加在印刷電路層、介電層、以及散熱金屬層之間的夾層結合強度，以及提高例如導熱性、耐受電壓等的電特性，同時最優化例如熱阻、彎曲性(彎曲加工性能)、打孔性等的成形性。
本發明之其他特徵及實施例將在以下的詳細說明及所附專利申請範圍中更加明顯。
本發明提供一金屬基印刷電路板之層壓板，其包含有一印刷電路層、一介電層、以及一散熱金屬層。根據本發明之層壓板係為一具有一無機填料介電層之層壓板，以及該介電層包含有一環氧樹脂組成物以及一無機填料。在本發明之層壓板之實現中，根據使用目的，一高當量環氧樹脂與一低當量環氧樹脂相混合或摻合，以使得環氧樹脂組成物之當量能夠在金屬基印刷電路板之形成時賦於最佳的可加工性。
此外，本發明關於一含環氧樹脂層壓板，其透過固化一包含一環氧樹脂、一無機填料、一固化劑、一固化促進劑、以及一橡膠成分作為主要成分的組成物，具有優良的成形性及導熱性，由此在形成金屬基印刷電路板之時提供最佳的可加工性。
本發明之環氧樹脂通常包含有自由雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、甲基酚醛型環氧樹脂、二環戊二烯型環氧樹脂、三苯甲烷型環氧樹脂、萘型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、以及含氫環氧樹脂組成的一組中選擇的至少一個環氧樹脂。該環氧樹脂在結構上沒有限制。此外，本發明之環氧樹脂可為一個或多個環氧樹脂。特別地，含氫環氧樹脂較佳地係為一氫添加至雙酚A型環氧樹脂、雙酚型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂等的環氧樹脂。
在本發明之一較佳實施例中，雙酚A型環氧樹脂可用作該環氧樹脂。
本發明之環氧樹脂由具有一高當量環氧樹脂與一低當量環氧樹脂的混合物之樹脂組成物組成。本發明之高當量環氧係為具有環氧當量範圍為600至4000 g/eq的環氧樹脂，以及本發明之低當量環氧係為一具有環氧當量範圍為100至250 g/eq的環氧樹脂。
本發明之高當量環氧樹脂之環氧當量範圍，即，600至4000 g/eq，係為表現最大凝聚效率的範圍。本發明之低當量環氧樹脂之環氧當量範圍，即，100至250 g/eq，係為表現最大塗覆效率的範圍。本發明之高當量環氧樹脂之環氧樹脂當量範圍與低當量環氧樹脂之環氧樹脂當量範圍中混合的樹脂組成物展示出最大的具有無機填料的介電層之最大凝聚及塗覆效率，以使得由高當量環氧樹脂與低當量環氧樹脂的混合物組成的一環氧樹脂組成物能夠最優化金屬基印刷電路板的成形性。
如果高當量環氧樹脂根據該樹脂組成物之總重量，容納於70-90%的重量中，以及低當量環氧樹脂根據該樹脂組成物之總重量，容納於10-30%的重量中，則該高當量環氧樹脂與該低當量環氧樹脂之混合組成的環氧樹脂組成物，表現出在金屬基印刷電路板中使用的最佳成形性。
本發明之橡膠成分可包含有環氧聚丁二烯、一異戊二烯聚合物、一氯丁二烯聚合物、二基甲丁二烯橡膠、一乙烯-丙烯共聚物、或者一氨基鉀酸酯基縮聚物。本發明之橡膠成分係為一橡膠彈性體。如果橡膠成分根據環氧樹脂組成物、橡膠成分以及無機填料之總重量，容納0.1-10%之量，則展示出金屬基印刷電路板中的最佳成形性。
本發明之無機填料可包含有自氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、以及氮化硼組成的一組中選擇的至少一個。本發明之無機填料具有大約2-4微米(μm)之平均粒子直徑。具有小於3微米(μm)之粒子直徑，佔據60-80%體積的一無機填料，與具有3-20微米(μm)之粒子直徑，佔據20-40%體積的一無機填料彼此相混合。該無機填料基於樹脂組成物與無機填料的總重量，容納於60-90%之重量。此外，如果無機填料更包含有一橡膠成分，則其基於樹脂組成物、橡膠成分、以及無機填料的總重量，無機填料包含重量的60-90%。無機填料之成分係為適合於本發明之樹脂組成物之成分，並且能夠表現高導熱性及最佳之成形性。
結果發現，根據本發明的無機填料與環氧樹脂組成物的最佳組成，利用相比較於一般產品相對優良的結合強度及可彎性(即，彎曲加工性)，防止本發明之金屬基印刷電路板的含環氧樹脂層壓板出現裂紋，以及利用相比較於其他產品相對優良的打孔性，防止含環氧樹脂層壓板的一裂紋或分層。
本發明之介電層除環氧樹脂組成物與無機填料之外，可更包含有一固化劑、一固化促進劑、以及一偶聯劑。
本發明中使用的固化劑可包含有酐基樹脂、酚基樹脂、二氰胺樹脂等。環氧樹脂之一所名的固化劑可透過根據環氧樹脂之種類選擇一適當的固化劑使用。該固化劑可為自酐基樹脂、苯基樹脂、二氰胺樹脂等組成的一組中選擇的一個或多個。本發明中使用的該固化劑以該環氧樹脂的重量為100份為基礎，包含40-60之重量份。如果固化劑之大於60重量份或小於40重量份，則將不良好地執行固化且一最終製造的層壓板之成形性劣化。
本發明中使用的固化促進劑可包含有二氰胺、咪唑化合物、磷酸鹽化合物等。固化促進劑可為自二氰胺、咪唑化合物、磷酸鹽化合物等組成的一組中選擇的一個或多個。由於固化促進劑具有其根據固化溫度變化之特性，因此固化促進劑之量能夠根據樹脂組成物與固化劑之種類確定。在本發明之中，固化促進劑基於環氧樹脂組成物的100重量份，包含0.01-10的重量份。固化促進劑之含量可根據混合比與樹脂組成物與固化劑之固化狀態調整。
此外，介電層可更包含有一所知的偶聯劑用以提高樹脂組成物與無機填料的分散效應，以及一有機共聚物可用作一較佳的偶聯劑。
本發明之印刷電路層包含有一具有15-150微米(μm)厚度的銅箔，以及本發明之具有環氧樹脂及無機填料的介電層形成為50-200微米(μm)之厚度。此外，本發明之散熱金屬層形成為200-3000微米(μm)之厚度，並且可包含有由鋁、鋁合金、面板狀薄鋼板以及銅板(或厚銅板)組成的一組中的至少一個。
如「第2圖」所示，具有優良成形性的含環氧樹脂層壓板之製造方法包含以下步驟：一準備一環氧樹脂11、一無機填料12、以及添加劑之步驟(10)；一均勻混合該環氧樹脂、無機填料、以及這些添加劑，用以形成一混合物21之步驟(20)；一將該混合物21應用於係為一印刷電路層的銅箔之表面上之步驟(30)；一乾燥應用於銅箔之表面上的混合物之步驟(40)；以及一熱壓應用於銅箔之乾燥混合物及一散熱金屬層以形成層壓板之步驟(50)。因而，如此形成的金屬基電路板之層壓板包含有如「第1(a)圖」及「第1(b)圖」中所示的印刷電路層1、介電層2、以及散熱金屬層3。
根據本發明製造的具有良好成形性的含環氧層壓板，能夠使用於用以安裝一光半導體裝置或者一產熱電子裝置的金屬基印刷電路板中。
以下，將結合實例更詳細地描述本發明。本領域之技術人員明顯可知，這些實例僅為示例性之表示，並且並不限制本發明之範圍。
實例 實例1
一環氧樹脂組成物基於該樹脂合成物之總重量，包含有80%重量的高當量環氧樹脂(環氧當量：600g/eq)，以及20%重量的低當量環氧樹脂(環氧當量：200g/eq)。然後，高當量環氧樹脂與低當量環氧樹脂均勻地混合。其後，一具有平均3微米(μm)粒子直徑的無機填料(昭和電工(Showa Denko)氧化鋁，產品名字AL-45-H)基於該環氧樹脂組成物與無機填料之總重量，以80%之重量添加於該混合物中。隨後，基於100重量份的樹脂組成物，30重量份的雙氫胺與1重量份的2甲基咪唑與該產生之混合物均勻地混合，用以形成一介電層混合溶液。這樣，形成的混合物溶液在一銅(Cu)箔(具有一35微米(μm)之厚度)之表面上作用100微米(μm)之厚度，以及然後乾燥為一B狀態。然後，乾燥的銅箔面板與一散熱金屬板(鋁，厚度：1500微米(μm))在高溫及高壓下堆疊用以形成一層壓板。
實例2
一環氧樹脂組成物基於該樹脂合成物之總重量，包含有80%重量的高當量環氧樹脂(環氧當量：900g/eq)，以及20%重量的低當量環氧樹脂(環氧當量：200g/eq)。然後，高當量環氧樹脂與低當量環氧樹脂彼此均勻地混合。其後，一具有平均3微米(μm)粒子直徑的無機填料(昭和電工(Showa Denko)氧化鋁，產品名字AL-45-H)基於該環氧樹脂組成物與無機填料之總重量，以80%之重量添加於該混合物中。隨後，基於100重量份的樹脂組成物，30重量份的雙氫胺與1重量份的2甲基咪唑與該產生之混合物均勻地混合，用以形成一介電層混合溶液。這樣，形成的混合物溶液在一銅(Cu)箔(具有一35微米(μm)之厚度)之表面上作用100微米(μm)之厚度，以及然後乾燥為一B狀態。然後，乾燥的銅箔面板與一散熱金屬板(鋁，厚度：1500微米(μm))在高溫及高壓下堆疊用以形成一層壓板。
實例3
一環氧樹脂組成物基於該樹脂合成物之總重量，包含有80%重量的高當量環氧樹脂(環氧當量：3500g/eq)，以及20%重量的低當量環氧樹脂(環氧當量：200g/eq)。然後，高當量環氧樹脂與低當量環氧樹脂彼此均勻地混合。其後，一具有平均3微米(μm)粒子直徑的無機填料(昭和電工(Showa Denko)氧化鋁，產品名字AL-45-H)基於該環氧樹脂組成物與無機填料之總重量，以80%之重量添加於該混合物中。隨後，基於100重量份的樹脂組成物，30重量份的雙氫胺與1重量份的2甲基咪唑與該產生之混合物均勻地混合，用以形成一介電層混合溶液。這樣，形成的混合物溶液在一銅(Cu)箔(具有一35微米(μm)之厚度)之表面上作用100微米(μm)之厚度，以及然後乾燥為一B狀態。然後，乾燥的銅箔面板與一散熱金屬板(鋁，厚度：1500微米(μm))在高溫及高壓下堆疊用以形成一層壓板。
實例4
一環氧樹脂組成物基於該樹脂合成物之總重量，包含有80%重量的高當量環氧樹脂(環氧當量：600g/eq)，以及20%重量的低當量環氧樹脂(環氧當量：200g/eq)。然後，高當量環氧樹脂與低當量環氧樹脂均勻地混合。其後，一具有平均3微米(μm)粒子直徑的無機填料(昭和電工(Showa Denko)氧化鋁，產品名字AL-45-H)基於該環氧樹脂組成物與無機填料之總重量，以80%之重量添加於該混合物中。此外，環氧聚丁二烯(日本石油化學產品)作為一橡膠成分基於樹脂組成物、無機填料、以及橡膠成分的總重量，以1%之重量添加於該混合物中。隨後，基於100重量份的樹脂組成物，30重量份的雙氫胺與1重量份的2甲基咪唑與該產生之混合物均勻地混合，用以形成一介電層混合溶液。這樣，形成的混合物溶液在一銅(Cu)箔(具有一35微米(μm)之厚度)之表面上作用100微米(μm)之厚度，以及然後乾燥為一B狀態。然後，乾燥的銅箔面板與一散熱金屬板(鋁，厚度：1500微米(μm))在高溫及高壓下堆疊用以形成一層壓板。
比較實例1
實例1的介電層混合溶液之無機填料設置為具有大於20微米(μm)之平均粒子直徑，並且該無機填料之含量基於樹脂組成物與無機填料的總重量，設置為80%的重量，用以形成一層壓板(隨後之製造步驟與實例1中的步驟相同)。
比較實例2
實例1的介電層混合溶液之無機填料設置為具有1微米(μm)之平均粒子直徑，並且該無機填料之含量基於樹脂組成物與無機填料的總重量，設置為80%的重量，用以形成一層壓板(隨後之製造步驟與實例1中的步驟相同)。
比較實例3
基於樹脂組成物的總重量，透過將95%重量的一高當量環氧樹脂(環氧當量：3500g/eq)與5%重量的一低當量環氧樹脂(環氧當量：200g/eq)相混合，準備一環氧樹脂組成物，用以形成一層壓板(隨後之製造步驟與實例3中的步驟相同)。
比較實例4
基於樹脂組成物的總重量，透過將60%重量的一高當量環氧樹脂(環氧當量：3500g/eq)與40%重量的一低當量環氧樹脂(環氧當量：200g/eq)相混合，準備一環氧樹脂組成物，用以形成一層壓板(隨後之製造步驟與實例3中的步驟相同)。
包含成形性的性能之評估
透過上述實例與比較實例製造的金屬基印刷電路板的層壓板之性能測試結果如以下表1所列。
在實例與比較實例之性能中，根據ASTM E1461標準測量熱導率(W/mK)。根據1盎司(oz)銅標準測量結合強度。如果當作用135度之曲折角不出現裂紋及分層(或毛邊)(大約135度)，則確定彎曲性良好。當使用150-200頓之切割力切割時，評估打孔性用以檢查是否出現裂紋及分層。總成形性按照如此的方式評估：合乎標準的樣本大小透過在每一實例與每一比較實例中測量100個樣本量且徹底評估彎曲性及打孔性測量。
作為評估之一結果，能夠自這些實例中看出，相比較於其他實例，本發明之導熱性及結合力相當良好，以及相比較於其他實例總成形性相對穩定。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本領域之技術人員應當意識到在不脫離本發明所附之申請專利範圍所揭示之本發明之精神和範圍的情況下，所作之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍之內。關於本發明所界定之保護範圍請參照所附之申請專利範圍。
1．．．印刷電路層
2．．．介電層
3．．．散熱金屬層
11．．．環氧樹脂
12．．．無機填料
21．．．混合物
第1(a)圖係為本發明之一金屬基印刷電路板之層壓板之透視圖；
第1(b)圖係為本發明之金屬基印刷電路板之層壓板之側視圖；以及
第2圖係為本發明之金屬基印刷電路板之層壓板的製造過程之流程圖。
1．．．印刷電路層
2．．．介電層
3．．．散熱金屬層

Claims (10)

  1. 一種金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板，該金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板具有優良之成形性，以使得在彎曲及打孔過程中不發生裂紋及分層，該金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板係包含有：一印刷電路層；一介電層；以及一散熱金屬層，其中該介電層包含有一由高當量環氧樹脂與低當量環氧樹脂之混合物組成的環氧樹脂、以及一無機填料，其中該無機填料係為自氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、以及氮化硼組成的一組中選擇的一個或多個，其中該高當量環氧樹脂係為具有環氧當量範圍為600至4000g/eq的環氧樹脂，以及該低當量環氧係為一具有環氧當量範圍為100至250g/eq的環氧樹脂，其中該無機填料基於該環氧樹脂組成物與該無機填料的總重量容納於60-90%之重量。
  2. 一種金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板，該金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板具有優良之成形性，以使得在彎曲及打孔過程中不發生裂紋及分層，該金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板係包含有： 一印刷電路層；一介電層；以及一散熱金屬層，其中該介電層包含有一由高當量環氧樹脂與低當量環氧樹脂之混合物組成的環氧樹脂組成物、一橡膠成分、以及一無機填料，其中該無機填料係為自氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、以及氮化硼組成的一組中選擇的一個或多個，其中該高當量環氧樹脂係為具有環氧當量範圍為600至4000g/eq的環氧樹脂，以及該低當量環氧係為一具有環氧當量範圍為100至250g/eq的環氧樹脂，其中該無機填料基於該環氧樹脂組成物與該無機填料的總重量容納於60-90%之重量。
  3. 如請求項第1項或第2項所述之金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板，其中該環氧樹脂組成物係為自由雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、甲基酚醛型環氧樹脂、二環戊二烯型環氧樹脂、三苯甲烷型環氧樹脂、萘型環氧樹脂、以及聯苯型環氧樹脂組成的一組中選擇的一種或多種環氧樹脂。
  4. 如請求項第1項或第2項所述之金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板，其中該環氧樹脂組成物係為雙酚A。
  5. 如請求項第2項所述之金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓 板，其中該橡膠成分係為自由環氧聚丁二烯、一異戊二烯聚合物、一氯丁二烯聚合物、二基甲丁二烯橡膠、一乙烯-丙烯共聚物、以及一氨基鉀酸酯基縮聚物組成的一組中選擇的一個或多個橡膠彈性體，以及根據該環氧樹脂、該橡膠成分以及該無機填料之總重量，包含0.1-10%的重量。
  6. 如請求項第1項或第2項所述之金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板，其中該高當量環氧樹脂根據該環氧樹脂組成物之總重量，容納於70-90%的重量中，以及該低當量環氧樹脂根據該環氧樹脂組成物之該總重量，容納於10-30%的重量中。
  7. 如請求項第1項或第2項所述之金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板，其中該無機填料具有1-20微米(μm)之平均粒子直徑。
  8. 如請求項第1項或第2項所述之金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板，其中該介電層更包含有一固化劑、一固化促進劑、以及一偶聯劑。
  9. 一種具有優良成形性的含環氧樹脂層壓板之製備方法，係包含以下步驟：準備一環氧樹脂、一無機填料、以及添加劑；均勻地混合該環氧樹脂、該無機填料、以及該等添加劑，用以形成一混合物；將該混合物應用於係為一印刷電路層的銅箔之表面上； 乾燥應用於該銅箔之該表面上的該混合物；以及熱壓應用於該銅箔之該乾燥混合物及一散熱金屬層以形成該層壓板，其中該無機填料係為自氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、以及氮化硼組成的一組中選擇的一個或多個，其中該高當量環氧樹脂係為具有環氧當量範圍為600至4000g/eq的環氧樹脂，以及該低當量環氧係為一具有環氧當量範圍為100至250g/eq的環氧樹脂，其中該無機填料基於該環氧樹脂組成物與該無機填料的總重量容納於60-90%之重量。
  10. 一種用以安裝光半導體或產熱電子裝置之金屬基印刷電路板，該金屬基印刷電路板包含有具有如請求項第1項或第2項所述之金屬基印刷電路板之含環氧樹脂層壓板。
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