WO2014104543A1 - 수지 조성물 및 이를 포함하는 메탈코어 적층체 - Google Patents

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WO2014104543A1
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metal core
resin composition
resin
layer
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김성문
박일근
문성준
한덕상
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주식회사 두산
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Definitions

  • the present invention relates to a resin composition for filling through holes formed in the metal core and a metal core laminate manufactured using the resin composition.
  • a double side PCB is manufactured by drilling a metal core laminate to form electrical plating and a circuit pattern to electrically connect the upper and lower sides of the metal core laminate.
  • the metal core laminate is manufactured by forming a through hole by drilling a metal core layer, and then combining an insulating layer and a metal layer above and below the metal core layer. The filling (filling) of the through-holes should also be satisfied.
  • the insulating layer was formed of an epoxy resin composition in which a low equivalent epoxy resin and a high equivalent epoxy resin were mixed, or a prepreg impregnated with an epoxy resin composition in glass fiber was applied as an insulating layer.
  • the low-equivalent epoxy resin and the high-equivalent epoxy resin have good insulation and adhesive properties, but have a problem in that the through-hole filling property of the metal core layer is lowered as the molecular weight distribution is so large that the flowability of the epoxy resin composition is reduced.
  • the prepreg has a problem that the heat generated in the circuit board to prevent the movement of the circuit board in the vertical direction due to the glass fiber contained therein to reduce the thermal conductivity and heat resistance of the circuit board, and also deteriorate the drill process when manufacturing the circuit board .
  • An object of the present invention is to provide a resin composition which is excellent in adhesiveness, through-hole filling property, and drillability when manufacturing a metal core laminate in order to solve the above problems, and which can improve insulation and heat resistance of the metal core laminate. It is done.
  • an object of this invention is to provide the metal core laminated body containing the said resin composition, and the printed circuit board containing the said metal core laminated body.
  • the first epoxy resin has a polydispersity index (PDI) of 2 or less, and the polydispersity index of the second epoxy resin is greater than the polydispersity index of the first epoxy resin. It provides a resin composition.
  • PDI polydispersity index
  • the first epoxy resin may have an epoxy equivalent weight of 300 to 350 g / eq and a weight average molecular weight (Mw) of 1,500 to 2,000.
  • the resin composition may further include a curing accelerator.
  • the present invention is a metal core layer formed with a plurality of through holes; A resin layer formed on one surface or both surfaces of the metal core layer; And a metal layer formed on one or both surfaces of the resin layer, wherein the resin layer is formed of the resin composition, and the resin composition is filled in the through hole.
  • this invention also provides the printed circuit board containing the said metal core laminated body.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a metal core laminate according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a printed circuit board according to the present invention.
  • the resin composition according to the present invention has insulation and heat resistance, and also has adhesiveness, which is used for forming an insulation layer when manufacturing a metal core laminate, and also serves to bond (adhesion) the metal core layer and the metal layer.
  • Such a resin composition of the present invention is excellent in flowability and excellent in filling properties of through holes formed in the metal core layer. That is, the resin composition of this invention is a filling resin composition excellent in insulation, heat resistance, adhesiveness, etc.
  • Such a resin composition of the present invention includes a first epoxy resin, a second epoxy resin, a curing agent and an inorganic filler, which will be described in detail below.
  • the first epoxy resin included in the resin composition of the present invention is an epoxy resin having a molecular weight distribution section limited to a specific section and has a polydispersity index (PDI) value of 2 or less.
  • the polydispersity index is defined as the ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) on the basis of the extent (size) of the molecular weight distribution.
  • the first epoxy resin of the present invention has a molecular weight distribution that is relatively narrower (lower) than the epoxy resin used in the conventional resin composition with a polydispersity index of 2 or less.
  • the conventional epoxy resin composition a low equivalent epoxy resin and a high equivalent epoxy resin are used, wherein the low equivalent epoxy resin and the high equivalent epoxy resin have a wide molecular weight distribution (cursor), so that the flowability, heat resistance and adhesion of the resin composition There was a falling issue.
  • the low equivalent epoxy resin and a high equivalent epoxy resin having a wide molecular weight distribution are used, the low equivalent epoxy resin is bonded to the high equivalent epoxy resin to cause polymerization.
  • Such polymerization acts as a factor to reduce the flowability of the resin composition.
  • the flowability of the resin composition decreases the degree of crosslinking (curing reaction) between the epoxy resins, thereby lowering the heat resistance and adhesiveness of the resin composition.
  • the present invention uses the first epoxy resin having a narrow (low) molecular weight distribution so that polymerization occurs between the epoxy resins (the first epoxy resin and the second epoxy resin) within a range that does not reduce the flowability of the resin composition.
  • the flowability, heat resistance, and adhesiveness of the resin composition can be improved.
  • the first epoxy resin of the present invention preferably has a polydispersity index of 2 or less, specifically 1 to 2 polydispersity indexes.
  • the first epoxy resin has an epoxy equivalent weight of 300 to 350 g / eq and a weight average molecular weight (Mw) of 1,500 to 2,000.
  • Such a material usable as the first epoxy resin of the present invention is not particularly limited as long as it is an epoxy resin having a polydispersity index of 2 or less.
  • Examples thereof include bisphenol A type epoxy resins, hydrogenated bisphenol A type epoxy resins, and bisphenol F type epoxy resins.
  • One or more types selected from the group consisting of a type epoxy resin and a hydrogenated biphenyl type epoxy resin can be used.
  • the content of the first epoxy resin included in the resin composition of the present invention is not particularly limited, but considering the physical properties (flow, adhesion, heat resistance, insulation and curability, etc.) of the resin composition, 100% by weight of the resin composition It is preferably included in the range of 2 to 30% by weight.
  • the second epoxy resin contained in the resin composition of the present invention has a larger polydispersity index than the first epoxy resin, and excellent in crosslinking moldability of the resin composition, thereby stabilizing adhesiveness, heat resistance, insulation and curability of the resin composition.
  • the polydispersity index of the second epoxy resin is not particularly limited as long as it is larger than the polydispersity index of the first epoxy resin, but is preferably 2.4 to 2.5.
  • the material which can be used as such a 2nd epoxy resin is not specifically limited, Bisphenol-A epoxy resin, Hydrogenated bisphenol-A epoxy resin, Bisphenol-F epoxy resin, Bisphenol S-type epoxy resin, Novolak-type epoxy resin, Cresol furnace Selected from the group consisting of a volak type epoxy resin, a phenol novolak type epoxy resin, a dicyclopentadiene type epoxy resin, a triphenylmethane type epoxy resin, a naphthalene type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin and a hydrogenated biphenyl type epoxy resin 1 or more types can be used.
  • the 2nd epoxy resin in mixture of a low equivalent epoxy resin and a high equivalent epoxy resin.
  • the standard for dividing the low-equivalent epoxy resin and the high-equivalent epoxy resin is not particularly limited, but if the epoxy equivalent is less than 500 g / eq can be seen as a low equivalent epoxy resin, if the epoxy equivalent is more than 500 g / eq can be seen as a high equivalent epoxy resin. . Specifically, when the epoxy equivalent is 150 to 300 g / eq can be seen as a low equivalent epoxy resin, when the epoxy equivalent is 700 to 3500 g / eq can be seen as a high equivalent epoxy resin.
  • the content of the second epoxy resin included in the resin composition of the present invention is not particularly limited, but considering the physical properties (adhesiveness, heat resistance, insulation and curability, etc.) of the resin composition, based on 100% by weight of the resin composition 5 It is preferably included in 30% by weight.
  • the curing agent included in the resin composition of the present invention serves to cause a curing reaction of the first epoxy resin and the second epoxy resin.
  • a curing agent is not particularly limited as long as it is known in the art, it is preferable to use one or more selected from the group consisting of amine series.
  • the content of the curing agent included in the resin composition of the present invention is not particularly limited, but considering the curability (crosslinking density), workability and moldability of the resin composition, 10 to 30% by weight based on 100% by weight of the resin composition It is preferably included in%.
  • the inorganic filler included in the resin composition of the present invention controls the viscosity of the resin composition (improving moldability) and plays a role of increasing the thermal conductivity of the cured resin composition.
  • the inorganic filler is not particularly limited as long as it is known in the art, but at least one selected from the group consisting of silicon oxide, aluminum oxide, zinc oxide, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, silica, talc, calcium carbonate and magnesium carbonate It is preferable to use.
  • the inorganic filler mixes suitably an average particle diameter of about 1 micrometer or less, 1-5 micrometers, 5-10 micrometers, and 10-20 micrometers. This is because the through hole filling property may be lowered when the average particle diameter exceeds 20 ⁇ m.
  • the content of the inorganic filler included in the resin composition of the present invention is not particularly limited, but considering the viscosity, thermal conductivity, workability and moldability of the resin composition, 10 to 80% by weight based on 100% by weight of the resin composition It is preferable to be included as.
  • the resin composition of the present invention may further include a curing accelerator to increase the curing reaction rate of the composition.
  • curing accelerators are not particularly limited as long as they are known in the art, but may include tertiary amines such as benzyldimethylamine, triethanolamine, triethylenediamine, dimethylaminoethanol, and tri (dimethylaminomethyl) phenol; Imidazole series such as 2-methylimidazole and 2-phenylimidazole; Organic phosphine series such as triphenylphosphine, diphenylphosphine and phenylphosphine; It is preferable to use at least one selected from the group consisting of tetraphenylboron salts such as tetraphenylphosphonium tetraphenylborate and triphenylphosphine tetraphenylborate.
  • the content of the curing accelerator included in the resin composition of the present invention is not particularly limited, but considering the curing reactivity, workability and moldability of the resin composition, based on 100% by weight of the resin composition to 0.001 to 0.1% by weight It is preferred to be included.
  • the resin composition of the present invention may further include additives (eg, antifoaming agent, dispersing agent, viscosity controlling agent, antioxidant, etc.) known in the art within the range without departing from the physical properties and the effects exhibited.
  • additives eg, antifoaming agent, dispersing agent, viscosity controlling agent, antioxidant, etc.
  • the present invention provides a metal core laminate, which will be described below with reference to the accompanying drawings.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a metal core laminate according to the present invention, wherein the metal core laminate of the present invention includes a metal core layer 10, a resin layer 20, and a metal layer 30.
  • the metal core layer 10 included in the metal core laminate of the present invention performs a heat dissipation role, and a plurality of through holes 11 are formed.
  • the material that can be used as the metal core layer 10 is not particularly limited as long as the material has conductivity and heat dissipation, but aluminum (Al), copper (Cu), iron (Fe), or the like may be used.
  • the thickness of the metal core layer 10 is not particularly limited, but may be 0.1 to 2 mm.
  • corrugation is formed in the surface of the metal core layer 10. This is because when the unevenness is formed on the surface of the metal core layer 10, the bonding force of the resin layer 20 bonded to the surface of the metal core layer 10 may be increased.
  • the method of forming the unevenness (roughness) on the surface of the metal core layer 10 is not particularly limited, but nodule treatment, roughening treatment (CZ, MH bond), blackening (Black / Brown Oxide) treatment, It is preferable to use a chemical method such as an etching process and a physical method such as a brush process. At this time, although the size (height) of the unevenness
  • the resin layer 20 included in the metal core laminate of the present invention is formed on one side or both sides of the metal core layer 10 (exists).
  • the resin layer 20 serves to electrically insulate the metal core layer 10 and the metal layer 30, and also bonds (bonds) the metal core layer 10 and the metal layer 30. Since the resin layer 20 is formed of the resin composition described above, not only the insulation, heat resistance and adhesiveness but also the filling property of the through hole 11 of the metal core layer 10 are excellent. That is, when the resin layer 20 is formed of the resin composition described above and bonded to the metal core layer 10, a part of the resin composition is bonded to the surface of the metal core layer 10, and a part of the metal core layer 10 is formed. Filled in the through hole 11, the resin composition is excellent in flowability is filled in the through hole 11 of the metal core layer 10 is well made.
  • the metal layer 30 included in the metal core laminate of the present invention is formed on one surface or both surfaces of the resin layer 20 (exists).
  • the metal layer 30 is used to form a circuit pattern, and the usable material is not particularly limited as long as it is conductive.
  • the metal layer 30 may be made of the same material or different materials from the metal core layer 10.
  • the method of manufacturing the metal core laminate of the present invention is not particularly limited, but after forming a plurality of through holes 11 in the metal core layer 10 (see FIG. 2A), the metal layer 30 and The resin layer 20 is bonded to the metal core layer 10 can be manufactured by combining (see Fig. 2b).
  • the method of forming the through hole 11 in the metal core layer 10 is not particularly limited, but may be formed using a drill or a laser.
  • the metal core laminate of the present invention may be used for manufacturing various printed circuit boards, but the resin layer 20 and the metal layer 30 are formed on both surfaces (upper and lower) of the metal core layer 10 to form a double-sided printed circuit. It is preferable to use to manufacture the substrate.
  • the present invention provides a printed circuit board including the metal core laminate, and provides a double-sided printed circuit board among various printed circuit boards.
  • the method of manufacturing the printed circuit board of the present invention is not particularly limited, but after the through hole H is formed to electrically connect the upper and lower metal layers 30a and 30b of the metal core laminate (FIG. 2). C) may be manufactured by plating the formed through hole H and etching the upper and lower metal layers 30a and 30b to form a circuit pattern (see FIG. 2 d).
  • the method for forming the through hole H in the metal core laminate is not particularly limited, but may be formed using a drill or a laser.
  • the surface of the copper core layer (thickness: 2 mm) was subjected to Nodule to form unevenness of 1 to 5 ⁇ m, and the copper core layer was first drilled to form a plurality of through holes having a diameter of 3 mm.
  • a resin composition having a composition as shown in Table 1 was coated on each of the two copper layers (thickness: 0.1 mm) to form a resin layer (insulating layer) having a thickness of 0.2 mm.
  • the resin layer (insulation layer) and the layer combined with the copper layer are respectively disposed on the upper and lower portions of the copper core layer where the through holes are formed, and then cured at 170 ° C. or higher for 2 hours under a constant pressure to manufacture a metal core laminate. It was.
  • a second drill process was performed based on the through holes formed in the copper core layer to electrically connect the upper and lower surfaces of the manufactured metal core laminate to form through holes in the metal core laminate.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4 First epoxy resin PDI: 1.8 / Bisphenol A type / Epoxy equivalent: 300 ⁇ 350 g / eq 4 7.7 11.2 14.3
  • Second epoxy resin Low equivalent epoxy resin PD1 2.4 / bisphenol A type / epoxy equivalent: 150 ⁇ 250 g / eq 28 26.9 25.9 25
  • High Equivalent Epoxy Resin PD1 2.5 / bisphenol A type / epoxy equivalent: 2,500 ⁇ 3,500g / eq 28 26.9 25.9 25 Hardener 23.996 23.096 22.195 21.395 Curing accelerator 0.004 0.004 0.005 0.005 Weapon filler 16.0 15.4 14.8 14.3 Total (% by weight) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
  • a metal core laminate was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the resin composition having the composition shown in Table 2 was applied.
  • Comparative Example 3 and 4 applied the prepreg which impregnated the glass composition with the glass fiber, and formed the resin layer (insulating layer).
  • Through-hole filling property The grade of the resin composition filled in the through-hole of the copper core layer by sectional section of the manufactured metal core laminated body was evaluated by the following method.
  • step difference from the surface of the circuit formation copper layer located in the through-hole of a metal core laminated body to the copper layer which enters by filling of a resin composition was measured (if it has a value of 10 micrometers or more, it judges as a fail).
  • Secondary Drill (Drill) Machinability The secondary drill was performed under the conditions of ⁇ 1.5mm Drill Bit, Spindle RPM 43krpm, Infeed 40mm / sec, RTR 200mm / sec and evaluated as follows based on the crack of the resin layer. .
  • Reflow heat resistance The methyl core laminate was loaded with Max. After maintaining at 260 ° C. for 10 sec, the evaluation was performed based on the separation phenomenon between the resin layer and the copper layer, the resin layer and the copper core layer, or the resin layer.
  • Breakdown Voltage According to JIS C2110 evaluation standard, the voltage was boosted between the 1 inch circular circuit and the copper core layer, and the breakdown time of the resin layer was confirmed and evaluated (Unit: Kv).
  • Thermal Conductivity The thermal conductivity was measured by the ASTM E 1461 Laser Flash Test Method and the thermal conductivity was evaluated in the following manner (unit: W / mK).
  • Examples 1 to 4 using the resin composition according to the present invention is a through-hole filling property, compared to Comparative Examples 1 and 2 using a conventional epoxy resin composition, or Comparative Examples 3 and 4 using a prepreg It can confirm that car drill workability, adhesiveness, etc. are excellent.
  • the resin composition which concerns on this invention contains the 1st epoxy resin whose polydispersity index is 2 or less, flowability improves. Therefore, when manufacturing the metal core laminate with the resin composition of the present invention, it is possible to produce a metal core laminate excellent in insulation and heat resistance as well as through hole filling properties of the metal core layer.

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Abstract

본 발명은 수지 조성물 및 이를 포함하는 메탈코어 적층체에 관한 것으로, 본 발명의 수지 조성물은 제1 에폭시 수지; 제2 에폭시 수지; 경화제; 및 무기 필러를 포함하되, 상기 제1 에폭시 수지는 다분산지수(Polydispersity Index, PDI)가 2 이하이며, 상기 제2 에폭시 수지의 다분산지수는 상기 제1 에폭시 수지의 다분산지수보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

수지 조성물 및 이를 포함하는 메탈코어 적층체
본 발명은 메탈코어에 형성된 관통홀을 충진하기 위한 수지 조성물 및 상기 수지 조성물을 이용하여 제조된 메탈코어 적층체에 관한 것이다.
양면 인쇄 회로 기판(double side PCB)은 메탈코어 적층체의 상하를 전기적으로 연결시키기 위해 메탈코어 적층체를 드릴 가공한 후 도금 및 회로패턴을 형성하여 제조된다. 상기 메탈코어 적층체는 메탈코어층을 드릴로 가공하여 관통홀을 형성한 후 메탈코어층의 상하에 절연층과 금속층을 결합시켜 제조되는데, 이때, 절연층으로 사용되는 물질은 절연성 및 방열성뿐만 아니라 관통홀의 충진성(메움성)도 만족시켜야 한다.
종래에는 상기 절연층을 저당량 에폭시 수지와 고당량 에폭시 수지가 혼합된 에폭시 수지 조성물로 형성하거나, 유리 섬유에 에폭시 수지 조성물이 함침된 프리프레그를 절연층으로 적용하였다.
그러나, 저당량 에폭시 수지와 고당량 에폭시 수지는 절연성 및 접착성 등이 양호하지만 분자량 분포가 커서 에폭시 수지 조성물의 흐름성을 떨어뜨림에 따라 메탈코어층의 관통홀 충진성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 프리프레그는 그에 포함된 유리 섬유로 인해 회로 기판에서 발생되는 열이 수직방향으로 이동하는 것을 방해하여 회로 기판의 열전도성 및 내열성을 저하시키며, 회로 기판 제조 시 드릴 가공성도 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 메탈코어 적층체 제조 시 접착성, 관통홀 충진성 및 드릴 가공성이 우수하며, 메탈코어 적층체의 절연성 및 내열성을 향상시킬 수 있는 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 수지 조성물을 포함하는 메탈코어 적층체 및 상기 메탈코어 적층체를 포함하는 인쇄 회로 기판을 제공하는 것도 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 제1 에폭시 수지; 제2 에폭시 수지; 경화제; 및 무기 필러를 포함하되, 상기 제1 에폭시 수지는 다분산지수(Polydispersity Index, PDI)가 2 이하이며, 상기 제2 에폭시 수지의 다분산지수는 상기 제1 에폭시 수지의 다분산지수보다 큰 것을 특징으로 하는 수지 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 제1 에폭시 수지는 에폭시 당량(epoxy equivalent weight)이 300 내지 350g/eq이며, 중량평균분자량(Mw)이 1,500 내지 2,000인 것일 수 있다.
또한, 상기 수지 조성물은 경화촉진제를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 다수개의 관통홀이 형성된 메탈코어층; 상기 메탈코어층의 일면 또는 양면에 형성된 수지층; 및 상기 수지층의 일면 또는 양면에 형성된 금속층을 포함하되, 상기 수지층은 상기 수지 조성물로 형성되며, 상기 수지 조성물은 상기 관통홀에 충진된 것을 특징으로 하는 메탈코어 적층체를 제공한다.
또, 본 발명은 상기 메탈코어 적층체를 포함하는 인쇄 회로 기판도 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 메탈코어 적층체를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인쇄 회로 기판의 제조과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명을 설명한다.
1. 수지 조성물
본 발명에 따른 수지 조성물은 절연성 및 내열성을 가지며, 접착성도 가지고 있어 메탈코어 적층체 제조 시 절연층 형성에 사용됨과 동시에 메탈코어층과 금속층을 결합(접착)시키는 역할도 수행한다.
이러한 본 발명의 수지 조성물은 흐름성이 우수하여 메탈코어층에 형성된 관통홀의 충진성이 뛰어나다. 즉, 본 발명의 수지 조성물은 절연성, 내열성 및 접착성 등이 우수한 충진용 수지 조성물인 것이다.
이와 같은 본 발명의 수지 조성물은 제1 에폭시 수지, 제2 에폭시 수지, 경화제 및 무기 필러를 포함하는데, 이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 수지 조성물에 포함되는 제1 에폭시 수지는 분자량 분포 구간을 특정 구간으로 한정시킨 에폭시 수지로서 2 이하의 다분산지수(Polydispersity Index, PDI) 값을 가진다. 다분산지수란 분자량 분포의 넓이(크기)를 나타내는 기준으로, 수평균 분자량(Mn)에 대한 중량평균 분자량(Mw)의 비(Mw/Mn)로 정의된다. 본 발명의 제1 에폭시 수지는 다분산지수가 2 이하로 종래의 수지 조성물에 사용되던 에폭시 수지보다 상대적으로 좁은(낮은) 분자량 분포를 나타낸다.
종래의 에폭시 수지 조성물은 저당량 에폭시 수지와 고당량 에폭시 수지를 사용하였는데, 이때, 사용된 저당량 에폭시 수지와 고당량 에폭시 수지는 분자량 분포가 넓어서(커서) 수지 조성물의 흐름성, 내열성 및 접착성이 떨어지는 문제점이 있었다. 즉, 분자량 분포가 넓은 저당량 에폭시 수지와 고당량 에폭시 수지를 사용할 경우 저당량 에폭시 수지가 고당량 에폭시 수지에 결합되어 고분자화가 일어나게 되는데, 이러한 고분자화는 수지 조성물의 흐름성을 저하시키는 요인으로 작용하게 되며, 수지 조성물의 흐름성 저하는 결과적으로 에폭시 수지간의 가교도(경화반응)를 떨어뜨려 수지 조성물의 내열성 및 접착성을 떨어뜨리는 것이다.
그러나, 본 발명은 수지 조성물의 흐름성을 저하시키지 않는 범위 내로 에폭시 수지간(제1 에폭시 수지와 제2 에폭시 수지)에 고분자화가 일어나도록 분자량 분포가 좁은(낮은) 제1 에폭시 수지를 사용하기 때문에 수지 조성물의 흐름성, 내열성 및 접착성을 향상시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 제1 에폭시 수지는 다분산지수가 2 이하, 구체적으로는 다분산지수가 1 내지 2인 것이 바람직하다. 또한, 제1 에폭시 수지는 에폭시 당량(epoxy equivalent weight)이 300 내지 350g/eq이며, 중량평균분자량(Mw)이 1,500 내지 2,000인 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 제1 에폭시 수지로 사용 가능한 물질은 다분산지수가 2 이하인 에폭시 수지라면 특별히 한정되지 않으나, 비제한적인 예로 비스페놀 A형 에폭시 수지, 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지 및 수소 첨가 비페닐형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 수지 조성물에 포함되는 제1 에폭시 수지의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 수지 조성물의 물성(흐름성, 접착성, 내열성, 절연성 및 경화성 등)을 고려할 때, 수지 조성물 100중량%를 기준으로 2 내지 30중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 수지 조성물에 포함되는 제2 에폭시 수지는 제1 에폭시 수지보다 다분산지수가 큰 것으로, 수지 조성물의 가교 성형성을 우수하게 하여 수지 조성물의 접착성, 내열성, 절연성 및 경화성을 안정화시킨다.
이러한 제2 에폭시 수지의 다분산지수는 제1 에폭시 수지의 다분산지수보다 크다면 특별히 한정되지 않으나, 2.4 내지 2.5인 것이 바람직하다. 이와 같은 제2 에폭시 수지로 사용 가능한 물질은 특별히 한정되지 않으나, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지 및 수소 첨가 비페닐형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 제2 에폭시 수지는 저당량 에폭시 수지와 고당량 에폭시 수지를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 저당량 에폭시 수지와 고당량 에폭시 수지를 나누는 기준은 특별히 한정되지 않으나, 에폭시 당량이 500g/eq 미만이면 저당량 에폭시 수지로, 에폭시 당량이 500g/eq 이상이면 고당량 에폭시 수지로 볼 수 있다. 구체적으로, 에폭시 당량이 150 내지 300g/eq이면 저당량 에폭시 수지로, 에폭시 당량이 700 내지 3500g/eq이면 고당량 에폭시 수지로 볼 수 있다.
한편, 본 발명의 수지 조성물에 포함되는 제2 에폭시 수지의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 수지 조성물의 물성(접착성, 내열성, 절연성 및 경화성 등)을 고려할 때, 수지 조성물 100중량%를 기준으로 5 내지 30중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 수지 조성물에 포함되는 경화제는 상기 제1 에폭시 수지와 제2 에폭시 수지의 경화반응을 일으키는 역할을 수행한다. 이러한 경화제는 당업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 아민 계열로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 수지 조성물에 포함되는 경화제의 함량도 특별히 한정되지 않으나, 수지 조성물의 경화성(가교밀도), 작업성 및 성형성 등을 고려할 때, 수지 조성물 100중량%를 기준으로 10 내지 30중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 수지 조성물에 포함되는 무기 필러는 수지 조성물의 점도를 조절하고(성형성 향상), 경화된 수지 조성물의 열전도율을 높이는 역할을 수행한다. 이러한 무기 필러는 당업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 산화규소, 산화알루미늄, 산화아연, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 실리카, 탈크, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 무기 필러는 평균 입경이 약 1㎛이하, 1 내지 5㎛, 5 내지 10㎛ 및 10 내지 20㎛인 것을 적절히 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 평균 입경이 20㎛를 초과할 경우 관통홀 충진성이 저하될 수 있기 때문이다. 이러한 본 발명의 수지 조성물에 포함되는 무기 필러의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 수지 조성물의 점도, 열전도성, 작업성 및 성형성 등을 고려할 때, 수지 조성물 100중량%를 기준으로 10 내지 80중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 수지 조성물은 조성물의 경화반응 속도를 높이기 위해 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 이러한 경화촉진제는 당업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급 아민계열; 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸계열; 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기 포스핀계열; 테트라페닐포스포니움 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 수지 조성물에 포함되는 경화촉진제의 함량도 특별히 한정되지 않으나, 수지 조성물의 경화 반응성, 작업성 및 성형성 등을 고려할 때, 수지 조성물 100중량%를 기준으로 0.001 내지 0.1중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 수지 조성물은 그 물성 및 발휘되는 효과를 벗어나지 않는 범위 내에서 당업계에 공지된 첨가제(예를 들어, 소포제, 분산제, 점도조절제, 산화방지제 등)를 더 포함할 수 있다.
2. 메탈코어 적층체 및 이를 포함하는 인쇄 회로 기판
본 발명은 메탈코어 적층체를 제공하는데, 이에 대해 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 메탈코어 적층체를 도시한 단면도로, 본 발명의 메탈코어 적층체는 메탈코어층(10), 수지층(20) 및 금속층(30)을 포함한다.
본 발명의 메탈코어 적층체에 포함되는 메탈코어층(10)은 방열 역할을 수행하는 것으로 다수개의 관통홀(11)이 형성되어 있다. 이러한 메탈코어층(10)으로 사용 가능한 물질은 전도성과 방열성을 가진 물질이라면 특별히 한정되지 않으나, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 철(Fe) 등을 사용할 수 있다. 또한, 메탈코어층(10)의 두께도 특별히 한정되지 않으나, 0.1 내지 2㎜인 것을 사용할 수 있다.
한편, 메탈코어층(10)의 표면에는 요철이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 메탈코어층(10)의 표면에 요철이 형성되어 있을 경우 메탈코어층(10)의 표면에 결합되는 수지층(20)의 결합력을 높일 수 있기 때문이다. 여기서, 메탈코어층(10)의 표면에 요철(조도)을 형성시키는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 노듈(Nodule) 처리, 조화 처리(CZ, 멕에이치본드), 흑화(Black/Brown Oxide) 처리, 에칭(Etching) 처리와 같은 화학적인 방법과, 브러시(Brush) 처리와 같은 물리적인 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 형성되는 요철의 크기(높이)는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 메탈코어 적층체에 포함되는 수지층(20)은 메탈코어층(10)의 일면 또는 양면에 형성된다(존재한다). 이러한 수지층(20)은 메탈코어층(10)과 금속층(30)을 전기적으로 절연시키는 역할과 함께 메탈코어층(10)과 금속층(30)을 접착(결합)시키는 역할도 수행한다. 이와 같은 수지층(20)은 상기에서 설명한 수지 조성물로 형성되기 때문에 절연성, 내열성 및 접착성뿐만 아니라 메탈코어층(10)의 관통홀(11) 충진성도 우수하다. 즉, 상기에서 설명한 수지 조성물로 수지층(20)을 형성하고 메탈코어층(10)에 결합시키면 수지 조성물의 일부는 메탈코어층(10)의 표면에 결합되고, 일부는 메탈코어층(10)의 관통홀(11)에 충진되는데, 상기 수지 조성물은 흐름성이 우수하기 때문에 메탈코어층(10)의 관통홀(11)에 충진이 잘 이루어지게 된다.
본 발명의 메탈코어 적층체에 포함되는 금속층(30)은 수지층(20)의 일면 또는 양면에 형성된다(존재한다). 이러한 금속층(30)은 회로 패턴을 형성하기 위한 것으로 사용 가능한 물질은 전도성이 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 금속층(30)은 메탈코어층(10)과 동일한 물질이거나 서로 상이한 물질일 수 있다.
이와 같은 본 발명의 메탈코어 적층체를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 메탈코어층(10)에 다수개의 관통홀(11)을 형성시킨 후(도 2의 a) 참조) 금속층(30)과 수지층(20)이 결합된 층을 메탈코어층(10)과 결합시켜 제조할 수 있다(도 2의 b) 참조). 이때, 메탈코어층(10)에 관통홀(11)을 형성시키는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 드릴(drill) 또는 레이저를 이용하여 형성시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 메탈코어 적층체는 다양한 인쇄 회로 기판 제조에 사용될 수 있으나, 수지층(20) 및 금속층(30)을 메탈코어층(10)의 양면(상부 및 하부)에 형성하여 양면 인쇄 회로 기판 제조하는데 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명은 상기 메탈코어 적층체를 포함하는 인쇄 회로 기판을 제공하는데, 다양한 인쇄 회로 기판 중에서도 양면 인쇄 회로 기판을 제공한다. 이러한 본 발명의 인쇄 회로 기판을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 상기 메탈코어 적층체의 상부 및 하부 금속층(30a, 30b)을 전기적으로 연결시키기 위해 관통홀(H)을 형성한 후(도 2의 c) 참조) 형성된 관통홀(H)을 도금하고, 상부 및 하부 금속층(30a, 30b)을 각각 에칭하여 회로 패턴을 형성하는(도 2의 d) 참조) 과정을 통해 제조될 수 있다. 여기서, 메탈코어 적층체에 관통홀(H)을 형성시키는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 드릴(drill) 또는 레이저를 이용하여 형성시킬 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 자세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 4]
구리코어층(두께: 2㎜) 표면을 Nodule 처리하여 1 내지 5㎛의 요철을 형성시킨 후 구리코어층을 1차 드릴 가공하여 직경이 3㎜인 관통홀을 다수개로 형성시켰다. 다음, 2개의 구리층(두께: 0.1㎜) 각각에 하기 표 1과 같은 조성의 수지 조성물을 코팅하여 0.2㎜ 두께의 수지층(절연층)을 형성하였다. 다음, 관통홀이 형성된 구리코어층의 상부 및 하부에 수지층(절연층) 및 구리층이 결합된 층을 각각 배치하고, 일정압력 하에 170℃ 이상에서 2시간 동안 경화시켜 메탈코어 적층체를 제조하였다. 이후, 제조된 메탈코어 적층체의 상면 및 하면의 전기적 연결을 위해 구리코어층에 형성된 관통홀을 기준으로 2차 드릴 가공하여 메탈코어 적층체에 관통홀을 형성시켰다.
표 1
　 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
제1 에폭시 수지 PDI: 1.8 / 비스페놀 A type/ 에폭시 당량: 300 ~ 350 g/eq 4 7.7 11.2 14.3
제2 에폭시 수지 저당량에폭시 수지 PD1: 2.4 / 비스페놀 A type / 에폭시 당량: 150 ~ 250 g/eq 28 26.9 25.9 25
고당량에폭시 수지 PD1: 2.5 / 비스페놀 A type / 에폭시 당량: 2,500 ~ 3,500g/eq 28 26.9 25.9 25
경화제 23.996 23.096 22.195 21.395
경화촉진제 0.004 0.004 0.005 0.005
무기 필러 16.0 15.4 14.8 14.3
합계(중량%) 100 100 100 100
[비교예 1 내지 4]
하기 표 2와 같은 조성의 수지 조성물을 적용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 메탈코어 적층체를 제조하였다. 여기서, 비교예 3 및 4는 유리 섬유에 수지 조성물을 함침시킨 프리프레그를 적용하여 수지층(절연층)을 형성하였다.
표 2
　 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
제2 에폭시 수지 저당량에폭시 수지 PD1: 2.4 / 비스페놀 A type/ 에폭시 당량: 150 ~ 250g/eq 28 26.9 28 26.9
고당량에폭시 수지 PD1: 2.5 / 비스페놀 A type / 에폭시 당량: 2,500 ~ 3,500g/eq 28 26.9 28 26.9
저당량 에폭시 수지 PDI 2.4 / 비스페놀 A type/ 에폭시 당량: 250 ~ 300 g/eq 미만 4 7.7 4 7.7
경화제 23.996 23.096 23.996 23.096
경화촉진제 0.004 0.004 0.004 0.004
유리 섬유(Glass Fabric) 無 無 有 有
무기 필러 16.0 15.4 16.0 15.4
합계(중량%) 100 100 100 100
[실험예]
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 메탈코어 적층체의 물성을 하기와 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
1. 관통홀 충진성(메움성): 제조된 메탈코어 적층체를 단면 Section하여 구리코어층의 관통홀에 채워진 수지 조성물의 정도를 하기와 같은 방법으로 평가하였다.
* 관통홀 충진성(1 미만의 값을 가지면 Fail로 판단함) = 금속코어층의 두께 / 관통홀에 채워진 수지 조성물의 높이
2. 표면 Dimple: 메탈코어 적층체의 관통홀에 위치하는 회로 형성 구리층 표면에서부터 수지 조성물의 충진에 의해 들어가게 되는 구리층까지의 단차를 측정하였다(10㎛ 이상의 값을 가지면 Fail로 판단함).
3. 2차 드릴(Drill) 가공성: 2차 드릴 가공을 Φ1.5mm Drill Bit, Spindle RPM 43krpm, Infeed 40mm/sec, RTR 200mm/sec 조건으로 실시한 후 수지층의 깨짐을 기준으로 하기와 같이 평가하였다.
하: 드릴 가공 후, 수지층 떨어짐 발생
중: 드릴 가공 후, 수지층 Crack 발생
상: 드릴 가공 후, 수지층 Crack 없음
4. 내열성: IPC TM-650 2. 4. 13 평가 규격에 따라 Solder 288℃에서 메탈코어 적층체를 Floating하여 수지층과 구리층, 수지층과 구리코어층 또는 수지층 사이의 분리 현상이 일어나는 시점까지의 시간을 측정하여 평가하였다.
5. Reflow 내열성: 메틸코어 적층체를 Reflow 설비를 통하여 Max. 260℃에서 10sec 유지시킨 후, 수지층과 구리층, 수지층과 구리코어층 또는 수지층 사이의 분리 현상이 일어나는 것을 기준으로 하기와 같이 평가하였다.
×: 1cycle 이하 Fail 발생
△: 1~5cycle Fail 발생
○: 5~10cycle Fail 발생
◎: 10cycle 이상 Fail 없음
6. 내전압(Breakdown Voltage): JIS C2110 평가 규격에 의해 Ф1 inch 원형 회로와 구리코어층 사이에 전압을 승압하여 수지층 파괴시점을 확인하여 평가하였다(단위: Kv)
7. 열전도도(Thermal Conductivity): ASTM E 1461 Laser Flash Test Method에 의해 열확산계수를 측정하여 열전도도값을 하기와 같은 방법으로 평가하였다(단위: W/mK)확인
* 열전도도 = 비열×밀도×열확산계수
8. 접착성(Peel Strength, P/S); IPC-TM-650 2.4.8의 평가 규격에 의해 메탈코어 적층체에 회로 패턴을 형성한 후 형성된 회로 패턴을 90˚방향에서 끌어올려 회로 패턴(구리층)이 박리되는 시점을 측정하여 평가하였다.
표 3
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
관통홀 충진성 0.9 1.0 1.0 1.0 0.7 0.8 0.6 0.8
표면 Dimple (㎛) 5 6 7 7 8 9 7 8
2차 드릴 가공성 중 상 상 상 중 상 중 중
내열성(@288oC) > 10min > 10min > 10min < 10min > 10min > 10min < 10min > 10min
Reflow 내열성 (@260oC) ○ ◎ ◎ ◎ ○ ○ △ ○
내전압(JIS C 2110) 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0
열전도도 (ASTM E 1461) 12.8 12.4 12.1 11.5 12.1 11.7 3.9 3.2
P/S (kgf/cm) 2.9 3.2 3.1 3.3 2.6 2.7 2.4 2.3
상기 표 3을 살펴보면, 본 발명에 따른 수지 조성물을 사용한 실시예 1 내지 4는 종래의 에폭시 수지 조성물을 사용한 비교예 1 및 2나, 프리프레그를 사용한 비교예 3 및 4보다 관통홀 충진성, 2차 드릴 가공성, 접착성 등이 우수한 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 수지 조성물은 다분산지수가 2 이하인 제1 에폭시 수지를 포함하기 때문에 흐름성이 향상된다. 따라서, 이러한 본 발명의 수지 조성물로 메탈코어 적층체를 제조할 경우 절연성 및 내열성뿐만 아니라 메탈코어층의 관통홀 충진성도 우수한 메탈코어 적층체를 제조할 수 있다.

Claims (9)

  1. 제1 에폭시 수지;
    제2 에폭시 수지;
    경화제; 및
    무기 필러를 포함하되,
    상기 제1 에폭시 수지는 다분산지수(Polydispersity Index, PDI)가 2 이하이며, 상기 제2 에폭시 수지의 다분산지수는 상기 제1 에폭시 수지의 다분산지수보다 큰 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 에폭시 수지는 에폭시 당량(epoxy equivalent weight)이 300 내지 350g/eq이며, 중량평균분자량(Mw)이 1,500 내지 2,000인 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기 필러는 산화규소, 산화알루미늄, 산화아연, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 실리카, 탈크, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    경화촉진제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    전체 수지 조성물 100중량%를 기준으로,
    상기 제1 에폭시 수지 2 내지 30중량%;
    상기 제2 에폭시 수지 5 내지 30중량%;
    상기 경화제 10 내지 30중량%; 및
    상기 무기 필러 10 내지 80중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
  6. 다수개의 관통홀이 형성된 메탈코어층;
    상기 메탈코어층의 일면 또는 양면에 형성된 수지층; 및
    상기 수지층의 일면 또는 양면에 형성된 금속층을 포함하되,
    상기 수지층은 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 수지 조성물로 형성되며, 상기 수지 조성물은 상기 관통홀에 충진된 것을 특징으로 하는 메탈코어 적층체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메탈코어층은 표면에 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 메탈코어 적층체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 요철은 노듈(Nodule) 처리방법, 조화 처리방법, 흑화(Black/Brown Oxide) 처리방법, 에칭(Etching) 처리방법, 브러시(Brush) 처리방법 중 어느 하나의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 메탈코어 적층체.
  9. 제6항의 메탈코어 적층체를 포함하는 인쇄 회로 기판.
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