無機填料和包含該無機填料的環(huán)氧樹脂組合物的制作方法
【專利說明】無機填料和包含該無機填料的環(huán)氧樹脂組合物 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種無機填料，更具體而言，涉及包含在環(huán)氧樹脂組合物中的無機填 料。
【背景技術】
[0002] 包括發(fā)光元件如發(fā)光二極管（LED)的發(fā)光器件被應用至各種光源。隨著半導體技 術的發(fā)展，加速了對于高輸出發(fā)光元件的趨勢。為了穩(wěn)定地處理從這樣的發(fā)光元件發(fā)出的 大量光和熱，發(fā)光元件需要具有散熱性能。
[0003] 此外，因為高度集成的和大容量的電子組件，對于其上安裝了這樣的電子組件的 印刷電路板的散熱的興趣越來越大。
[0004] 通常，對于發(fā)光元件或印刷電路板的絕緣層，可以使用包含環(huán)氧化合物、固化劑和 無機填料的環(huán)氧樹脂組合物。
[0005] 這里，無機填料可以包括氮化硼。然而，氮化硼具有優(yōu)異的熱傳導性，散熱性能和 電絕緣性，但由于光滑的表面而對環(huán)氧化合物具有低的親和性，從而具有低的分散性、對于 基底低的粘合強度以及低的加工性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明涉及提供一種無機填料、包含該無機填料的環(huán)氧樹脂組合物以及印刷電路 板。
[0007] 本發(fā)明的一個方面提供一種無機填料，其包括表面改性的氮化硼，該氮化硼的表 面上提供有具有官能團的多環(huán)芳香烴。
[0008] 多環(huán)芳香烴可包括選自萘、蒽和芘的至少一種。
[0009] 官能團可選自-OH、-NH2、-C00H、-HS03、-NH2C0、Cl、Br、F、(^至C3烷基、C2至C3鏈 烯基（alkenes)以及C2至C3炔基（alkynes)。
[0010] 無機填料可包含85至99體積％的氮化硼和1至15體積％的多環(huán)芳香烴。
[0011] 本發(fā)明的另一個方面提供一種環(huán)氧樹脂組合物，其包含環(huán)氧化合物和無機填料， 該無機填料包括表面改性的氮化硼，該氮化硼的表面上提供有具有官能團的多環(huán)芳香烴。
[0012] 環(huán)氧化合物和無機填料的體積比可以是10:30至10:120。
[0013] 本發(fā)明的另一個方面提供了一種印刷電路板，其包括基底，形成在基底上的絕緣 層，以及形成在絕緣層上的電路圖案，其中絕緣層包括環(huán)氧樹脂組合物。該環(huán)氧樹脂組合物 包括環(huán)氧化合物和無機填料，該無機填料包括表面改性的氮化硼，該氮化硼的表面上提供 有具有官能團的多環(huán)芳香烴。
[0014] 附圖簡要說明
[0015] 通過詳細描述示例性實施方式并參照附圖，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu) 點對于本領域的普通技術人員將變得更加明顯，其中：
[0016] 圖1是六方氮化硼在表面改性前的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像；
[0017] 圖2示出六方氮化硼在表面改性之前的結構；
[0018] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的多環(huán)芳香烴和六方氮化硼之間的結合；
[0019] 圖4和5是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的表面改性的六方氮化硼的分散性 的圖像；
[0020] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的印刷電路板的剖視圖；
[0021] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的發(fā)光元件模塊的剖視圖；
[0022] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的四層印刷電路板的剖視圖；
[0023] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方式的四層印刷電路板的剖視圖；
[0024] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的十層印刷電路板的剖視圖；
[0025] 圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方式的十層印刷電路板的剖視圖；
[0026] 圖12是根據(jù)本發(fā)明的再一個示例性實施方式的十層印刷電路板的剖視圖。
[0027] 圖13是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的十二層印刷電路板的剖視圖；
[0028] 圖14是中空玻璃泡（hollowglassbubble)的橫截面的示例；和
[0029]圖15示出涂覆有氧化鋁的中空玻璃泡的橫截面。
【具體實施方式】
[0030] 本發(fā)明可以具有各種變型，將在附圖和說明書中說明各種示例性實施方式和特定 實施方式。然而，這并不意味著將本發(fā)明限制到特定的示例性實施方式，并且應當理解，本 發(fā)明覆蓋包括在本發(fā)明的精神和技術范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替換。
[0031] 可以使用包括序數(shù)如"第一"或"第二"的術語來描述各種組件，但是該組件不受上 述術語的限制。上述術語僅用于從一個組件區(qū)分另一個組件。例如，在不脫離本發(fā)明的范圍 的情況下，第二組件可以被稱為第一組件，并且類似地，第一組件可以被稱為第二組件。術 語"和/或"包括相關聯(lián)的多個公開項目的組合或多個相關聯(lián)的公開項目中的任何項目的 組合。
[0032] 本申請中使用的術語僅用于描述特定示例性實施方式，并且不旨在限制本發(fā)明。 本文所用的單數(shù)的表達方式包括復數(shù)的表達方式，除非其在上下文中具有明確相反的含 義。在本申請中應該理解的是，術語"包括"或"具有"表示存在說明書中描述的特征、數(shù)字、 步驟、操作、組件、部分或其組合，但不排除事先存在或附加一個或多個其它特征、數(shù)字、步 驟、操作、組件、部分或其組合的可能性。
[0033] 除非另有定義，本文使用的包括技術或科學術語的所有術語具有與本發(fā)明所屬領 域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。應當理解的是，在通常使用的字典中定義 的術語具有與相關技術的語境意義的相同含義，除非在本申請中有明確定義，該術語不應 被解釋為一個理想的或過于形式主義的含義。
[0034] 當將層、膜、區(qū)域（region)或板的組件置于不同組件"之上"時，該組件可能被"直 接"置于另一組件"之上"，或第三組件可以插入到兩個組件之間。與之相比，當一個組件被 "直接"置于不同組件"之上"時，在兩個組件之間不存在插入組件。
[0035] 下文中將參照附圖詳細描述示例性實施方式，無論附圖上的參考標記，相同的參 考數(shù)字將分配給相同或相應的組件，并且省略其重復描述。
[0036] 根據(jù)第一示例性實施方式的環(huán)氧樹脂組合物包含環(huán)氧化合物和無機填料。在此， 無機填料包括表面改性的六方氮化硼，該六方氮化硼的表面上提供有具有官能團的多環(huán)芳 香烴。
[0037]具體而言，根據(jù)第一示例性實施方式的環(huán)氧樹脂組合物可以以10:30至10:120、 優(yōu)選，10:36至10:90、更優(yōu)選10:44至10:60的體積比包含環(huán)氧化合物和無機填料。當包 含的無機填料小于上述數(shù)值范圍時，熱傳導性可能被降低。另一方面，當包含的無機填料大 于上述數(shù)值范圍時，環(huán)氧樹脂組合物的脆性可能增大，導致剝離強度降低。
[0038]在此，環(huán)氧化合物可以包括結晶性環(huán)氧化合物、無定形環(huán)氧化合物和硅環(huán)氧化合 物的至少一種。
[0039]結晶性環(huán)氧化合物可以具有介晶結構（mesogenstructure)。介晶是液晶的基本 單元并且具有剛性結構。
[0040]另外，無定形環(huán)氧化合物可以是具有兩個或多個環(huán)氧基團的常規(guī)無定形環(huán)氧化合 物，例如衍生自雙酚A或雙酚F的縮水甘油醚化合物。相對于10體積份的結晶性環(huán)氧化合 物可以包含3至40體積份的無定形環(huán)氧化合物。當以上述比例包含結晶性環(huán)氧化合物和 無定型環(huán)氧化合物時，可以改善室溫下的穩(wěn)定性。
[0041] 另外，相對于10體積份的結晶性環(huán)氧化合物可以包含3至40體積份的硅環(huán)氧化 合物。當以上述比例包含環(huán)氧化合物和硅環(huán)氧化合物時，可以改善熱傳導性和耐熱性。
[0042]另外，根據(jù)第一示例性實施方式的環(huán)氧樹脂組合物還可以包含固化劑。相對于10 體積份的環(huán)氧化合物可以包含1至5體積份的固化劑。根據(jù)第一示例性實施方式的環(huán)氧樹 脂組合物中包含的固化劑可以包含基于胺的固化劑、基于酚的固化劑、基于酸酐的固化劑、 基于聚硫醇的固化劑、基于聚氨基酰胺的固化劑、基于異氰酸酯的固化劑和基于嵌段異氰 酸酯的固化劑中的至少一種，或者以其至少兩種的組合使用?；诎返墓袒瘎┛梢园ɡ?如二氨基二苯砜（DAS)。
[0043]另外，根據(jù)第一示例性實施方式的環(huán)氧樹脂組合物包含無機填料，其包括表面改 性的六方氮化硼，該六方氮化硼的表面上提供有具有官能團的多環(huán)芳香烴的表面。下文中 將進一步詳細描述包含在根據(jù)第一示例性實施方式的環(huán)氧樹脂組合物中的無機填料。
[0044] 圖1是六方氮化硼在表面改性前的SEM圖像，圖2示出六方氮化硼在表面改性前 的結構。
[0045] 參照圖1和2,氮原子和硼原子交替排列從而形成六方晶格，并且多個六方晶格可 以被排列在一個平面上。此外，六方氮化硼可以以層狀堆疊。在說明書中，排列在一個平面 上的多個六方晶格可以被表示為氮化硼層。氮化硼的尺寸可以隨著所堆疊的和連接至相同 平面上的六方晶格的數(shù)目而變化。對于應用至本發(fā)明的示例性實施方式中的氮化硼的尺寸 沒有特別的限制，但是氮化硼的寬度和高度可以在1至20微米的范圍內(nèi)。
[0046]六方氮化硼具有非常優(yōu)異的熱傳導性、散熱性能和電絕緣性，但是具有0. 15至 〇.70的低摩擦系數(shù)，從而具有光滑的表面和低的潤濕性，并且是化學非活性的。
[0047]當將官能團提供至六方氮化硼的表面上時，可以提高氮化硼和環(huán)氧化合物之間的 親合性，并且可以得到具有高的熱傳導性和高的剝離強度的環(huán)氧樹脂組合物。然而，由于六 方氮化硼是化學非活性的，不能將官能團直接提供至六方氮化硼的表面。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，通過使用具有官能團的多環(huán)芳香烴使六方氮化硼 的表面改性。在本說明書中，具有官能團的多環(huán)芳香烴可以與添加劑組合使用。多環(huán)芳香 烴是指其中兩個或更多個芳香環(huán)被稠合的有機化合物，并且可以選自例如式1的萘、式2的 蒽和式3的芘。
[0055] 如式1至3中所示，多環(huán)芳香烴具有類似于圖2中所示的六方氮化硼的結構。 由于這個原因，多環(huán)芳香烴和六方氮化硼之間具有高親和性。當使用多環(huán)芳香烴時，能 夠獲得引導官能團結合至六方氮化硼的相似作用。在此，多環(huán)芳香烴中的官能團可以選 自-0H、-NH2、-C00H、-HS03、-NH2C0、Cl、Br、F、（^至C3烷基、C2至C3鏈烯基以及C2至C3炔 基。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的多環(huán)芳香烴和六方氮化硼之間的鍵。在其 中堆疊了多個氮化硼層的六方氮化硼的情況下，具有官能團的多環(huán)芳香烴可以被結合至氮 化硼的最上層和氮化硼的最下層的至少一個層?；蛘撸哂泄倌軋F的多環(huán)芳香烴可以被提 供至該多個氮化硼層之間。
[0056] 如上所述，當六方氮化硼是通過使用具有官能團的多環(huán)芳香烴而表面改性的，則 表面改性的氮化硼和環(huán)氧化合物之間的潤濕性增強，并且可以改善分散性和剝離強度。
[0057] 在此，相對于100體積％的無機填料而言，表面改性的氮化硼可以包含85至99體 積％的氮化硼和1至15體積％的多環(huán)芳香烴，并且優(yōu)選包含88至97體積％的氮化硼和3 至12體積％的多環(huán)芳香烴。當以超過上述數(shù)值范圍包含氮化硼時，多環(huán)芳香烴的量被相對 減少，所提供的官能團的量被減少，因此難以提高剝離強度。此外，當以低于上述數(shù)值范圍 包含氮化硼時，不參與反應的殘余多環(huán)芳香烴的量被相對提高，其可能對熱傳導性有不利 的影響。
[0058] 圖4至5是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的表面改性的六方氮化硼的分散性 的圖像。
[0059] 圖4的圖像通過如下得到：將1克六方氮化硼和15毫升的甲基乙基酮（MEK)放入 20毫升的玻璃瓶中，將得到的混合物混合10分鐘，并保持該混合物1小時；圖5的圖像通 過如下得到：將1克表面改性的六方氮化硼（根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式通過以80:20 的體積比混合六方氮化硼和具有羥基的萘而制備）和15毫升的MEK放入20毫升的玻璃瓶 中，將得到的混合物混合10分鐘，并保持該混合物1小時。
[0060] 比較圖4和圖5可以看出，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的表面改性的六方氮化 硼的分散性比無表面改性的六方氮化硼高很多。如上所述，當六方氮化硼的表面用具有官 能團的多環(huán)芳香烴改性時，可以改善分散性。特別地，當將官能團如羥基（-0H)提供至六方 氮化硼的表面上時，可以提高環(huán)氧樹脂和氮化硼之間的結合強度，從而提高熱傳導性和剝 離強度，以及分散性。
[0061] 可以將根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的環(huán)氧樹脂組合物應用至印刷電路板。圖6 是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的印刷電路板的剖視圖。
[0062] 參照圖6,印刷電路板100包括基底110、絕緣層120和電路圖案130。
[0063] 基底110可以包括銅、鋁、鎳、金、鉑或從中選擇的合金。
[0064] 由根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的環(huán)氧樹脂組合物組成的絕緣層120形成在基 板110上。
[0065] 電路圖案130形成在絕緣層120上。電路圖案130可以由金屬例如銅或鎳組成。
[0066] 金屬板110和電路圖案130通過絕緣層120絕緣。
[0067] 可以將根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的包含無機填料的環(huán)氧樹脂組合物應用至 發(fā)光元件模塊。圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的發(fā)光元件模塊的剖視圖。
[0068] 參照圖7,發(fā)光元件模塊400包括基底410、形成在基底410上的絕緣層420、形成 在絕緣層420上的電路圖案430以及形成在絕緣層420上的發(fā)光元件440。
[0069] 基底410可以由銅、鋁、鎳、金、鉑或從中選擇的合金構成。
[0070] 絕緣層420可以包括根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的包含無機填料的環(huán)氧樹脂 組合物。
[0071] 盡管未示出，但是為了提高絕緣層420和電路圖案430之間的粘合強度，可以在絕 緣層420和電路圖案430之間形成晶種層（seedlayer)。
[0072] 下文中將參照實施例和比較例進一步詳細地說明本發(fā)明。
[0073] 首先，制備具有相同的環(huán)氧化合物與氮化硼含量比以及各種類型的添加劑的環(huán)氧 樹脂組合物。
[0074] 〈實施例 1-1 >
[0075] 將15體積％的式4的雙酚A型的環(huán)氧化合物、5體積％的4, 4' -二氨基苯基砜和 80體積％的表面改性的六方氮化硼（