环氧树脂组合物以及使用该环氧树脂组合物的辐射热电路板

摘要

本发明提供一种环氧树脂组合物，该组合物包含环氧树脂、固化剂和无机填料作为主要组分。所述环氧树脂包含化学式的环氧树脂。因此，由于所述环氧树脂具有促进可结晶性的介晶结构，可以提高环氧树脂组合物的热导率。另外，通过使用上述环氧树脂作为印刷电路板用绝缘材料，本发明可以提供一种高辐射热电路板。

权利要求

1.一种辐射热电路板，包括：金属板；

在所述金属板上的绝缘层；和

在所述绝缘层上的电路图案，

其中，所述绝缘层通过固化包含环氧树脂、固化剂和无机填料的环氧树脂组合物而形成，其中，所述环氧树脂包含结晶环氧树脂和非晶环氧树脂，其中，基于所述环氧树脂的总重量，所述环氧树脂组合物包含至少12wt％的结晶环氧树脂，其中，所述结晶环氧树脂由下面的化学式表示：[化学式]

其中，n为0至10的整数。

2.根据权利要求1所述的辐射热电路板，其中，基于所述环氧树脂组合物的总重量，该环氧树脂组合物包含40w％至97w％的所述无机填料。

3.根据权利要求1所述的辐射热电路板，其中，所述无机填料为氧化铝、氮化硼、氮化铝、结晶二氧化硅和氮化硅中的至少一种。

说明书

环氧树脂组合物以及使用该环氧树脂组合物的辐射热电路板

技术领域

[0001] 本公开内容涉及一种环氧树脂组合物，更具体而言，涉及一种用于辐射热电路板的绝缘层的环氧树脂。

背景技术

[0002] 电路板包括电绝缘板和在所述电绝缘板上形成的电路图案。这种电路板用于在其上安装元件，例如电子元件。

[0003] 这些电子元件可以包括发热装置，例如产生大量热量的发光二极管(LED)。由例如发热装置所产生的热量使电路板的温度升高，并导致发热装置的故障和可靠性问题。

[0004] 因此，辐射热结构对于从电子元件向电路板外部的散热是非常重要的，而在电路板上所形成的绝缘层的热导率对于散热具有很大的影响。绝缘层的热导率可以通过在绝缘层中以高密度填充无机填料来提高，而具有低粘度的环氧树脂则被提出作为无机填料。

发明内容

[0005] 技术问题

[0006] 通常使用例如双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂的树脂作为低粘度环氧树脂。但这些环氧树脂由于在室温下为液态而难于处理，而且它们在耐热性、机械强度和韧性方面存在劣势。

[0007] 技术方案

[0008] 本发明的实施方案提供一种环氧树脂组合物，包含环氧树脂、固化剂和无机填料，其中，所述环氧树脂包含下面化学式的环氧树脂。

[0009] 本发明的实施方案还提供一种辐射热电路板，包括金属板、在所述金属板上的绝缘层和在所述绝缘层上的电路图案，其中，所述绝缘层通过固化包含环氧树脂、固化剂和无机填料作为主要组分的环氧树脂组合物而形成，且所述环氧树脂包含以上化学式的环氧树脂。

[0010] 根据本公开内容，通过使用具有促进可结晶性的介晶(mesogen)结构的环氧树脂，可以提高热导率。另外，通过使用所述环氧树脂作为印刷电路板用绝缘材料，可以提供一种高辐射热电路板。

[0011] 另外，所述环氧树脂具有高导热性、低吸收性、低热膨胀性和高耐热性。

[0012] 在以下附图和说明书中对一个或多个实施方案的细节进行阐述。本发明的其它特征将通过说明书和附图以及权利要求书而变得显而易见。

[0013] 有益效果

[0014] 本发明的实施方案提供一种具有新的组成比例的环氧树脂组合物。本发明的实施方案提供一种具有改善的热效率的辐射热电路板。

附图说明

[0015] 图1为阐明了根据一个实施方案的辐射热电路板的横截面视图。

具体实施方式

[0016] 现在将参照附图详细地描述本发明的实施方案，从而使得本领域的普通技术人员可以容易地实现本公开内容的技术意图。然而，本公开内容的范围和精神并不局限于所述实施方案，而可以以不同的形式来实现。

[0017] 在本说明书中，当描述某物包含(或者包括或具有)某些要素时，如果没有特别限制，其应当被理解为可以仅包含(或者包括或具有)那些要素，或者其可以包含(或者包括或具有)那些要素以及其它要素。

[0018] 在附图中，为清楚起见而在说明书中省略了与说明书不相关的区域，并且为清楚起见而对层和区域进行了放大。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

[0019] 应当理解的是，当称一个层、膜、区域或板位于另一个层、膜、区域或板之上时，其可以直接位于其它的层、膜、区域或板之上，或者也可以存在中间层、膜、区域或板。然而，如果称一个层、膜、区域或板直接位于另一个层、膜、区域或板之上，则不存在中间层、膜、区域或板。

[0020] 本公开内容提供一种由于高结晶特性而使热导率提高的环氧树脂组合物。

[0021] 本公开内容的结晶环氧树脂组合物包含环氧树脂、固化剂和无机填料作为主要组分。

[0022] 所述环氧树脂可以包含至少12wt％的结晶环氧树脂。例如，所述环氧树脂可以包含至少50wt％的结晶环氧树脂。

[0023] 所述结晶环氧树脂由下面的化学式表示。

[0024] [化学式1]

[0025]

[0026] 在该化学式中，n可以为0至10的整数。

[0027] 如果结晶环氧树脂的含量低于上述值，由于环氧树脂在硬化时不结晶，使得例如提高热导率的效果下降。

[0028] 除了作为主要组分的结晶环氧树脂以外，所述环氧树脂还包含分子中含有至少两个环氧基的普通非晶环氧树脂。

[0029] 所述非晶环氧树脂的实例包括：双酚A，3,3',5,5'-四甲基-4,4'-二羟基二苯基甲烷，4,4'-二羟基二苯基砜，4,4'-二羟基二苯硫醚，4,4'-二羟基二苯甲酮，双酚芴，4,4'-联苯二酚，3,3',5,5'-四甲基-4,4'-二羟基联苯，2,2'-联苯二酚，间苯二酚，邻苯二酚，叔丁基邻苯二酚，对苯二酚，叔丁基对苯二酚，1,2-二羟基萘，1,3-二羟基萘，1,4-二羟基萘，1,5-二羟基萘，1,6-二羟基萘，1,7-二羟基萘，1,8-二羟基萘，2,3-二羟基萘，2,4-二羟基萘，
2,5-二羟基萘，2,6-二羟基萘，2,7-二羟基萘，2,8-二羟基萘，二羟基萘的烯丙基化物或聚烯丙基化物，二价酚类如烯丙基化双酚A、烯丙基化双酚F、烯丙基化苯酚酚醛(allylated phenol novolac)，三价或多价酚如苯酚酚醛、双酚A酚醛、邻甲酚酚醛、间甲酚酚醛、对甲酚酚醛、二甲酚酚醛、聚对-羟基苯乙烯、4,4',4"-亚甲基三苯酚(tris-(4-hydroxyphenyl)methane)、1,1,2,2-四(4-羟基苯基)乙烷、氟代乙醇胺(fluoroglycinol)、连苯三酚、叔丁基连苯三酚、烯丙基化连苯三酚、聚烯丙基化连苯三酚、1,2,4-苯三醇、2,3,4-三羟基二苯甲酮(2,3,4-trihydroxybenzophen-on)、苯酚芳烷基树脂、萘酚芳烷基树脂、基于二环戊二烯的树脂，以及衍生自卤代双酚类如四溴双酚A的缩水甘油基醚化物。例如，所述环氧树脂可以包括所列非晶环氧树脂中的两种或更多种的组合。

[0030] 用于本公开内容的环氧树脂组合物的固化剂可以是任意通常已知的环氧树脂固化剂。例如，所述固化剂可以是基于酚的固化剂。

[0031] 所述基于酚的固化剂除酚化合物以外还包括酚树脂。

[0032] 所述基于酚的固化剂的实例包括：双酚A、双酚F、4,4-二羟基二苯基甲烷、4,4-二羟基苯基醚、1,4-二(4-羟基苯氧基)苯、1,3-二(4-羟基苯氧基)苯、4,4-二羟基二苯硫醚、4,4-二羟基二苯甲酮、4,4-二羟基二苯基砜、4,4-二羟基联苯、2,2-二羟基联苯、10-(2,5-二羟基苯基)-10H-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、苯酚酚醛、双酚A酚醛、邻甲酚酚醛、间甲酚酚醛、对甲酚酚醛、二甲酚酚醛、聚对-羟基苯乙烯、对苯二酚、间苯二酚、邻苯二酚、叔丁基邻苯二酚、叔丁基对苯二酚、氟代乙醇胺、连苯三酚、叔丁基连苯三酚、烯丙基化连苯三酚、聚烯丙基化连苯三酚、1,2,4-苯三醇、2,3,4-三羟基二苯甲酮、1,2-二羟基萘、1,3-二羟基萘、1,4-二羟基萘、1,5-二羟基萘、1,6-二羟基萘、1,7-二羟基萘、1,8-二羟基萘、2,3-二羟基萘、2,4-二羟基萘、2,5-二羟基萘、2,6-二羟基萘、2,7-二羟基萘、2,8-二羟基萘、二羟基萘的烯丙基化物或聚烯丙基化物、烯丙基化双酚A、烯丙基化双酚F、烯丙基化苯酚酚醛和烯丙基化连苯三酚。

[0033] 可以将至少两种固化剂进行混合然后用作所述固化剂。

[0034] 同时，可以使用除所述基于酚的固化剂以外的通常已知的固化剂。通常已知的固化剂的实例包括：基于胺的固化剂、基于酸酐的固化剂、基于酚的固化剂、基于聚硫醇的固化剂、基于聚氨基酰胺的固化剂、基于异氰酸酯的固化剂和基于嵌段异氰酸酯的固化剂。以上固化剂的混合比例可以根据所要混合的固化剂的种类或导热性环氧树脂产物的物理性质来进行适当选择。

[0035] 所述基于胺的固化剂的实例包括脂肪族胺、聚醚多胺、脂环族胺和芳香胺。所述脂肪族胺的实例包括：乙二胺、1,3-二氨基丙烷、1,4-二氨基丙烷(1,4-diaminopropane)、六亚甲基二胺、2,5-二甲基六亚甲基二胺、三甲基六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、氨基二丙胺(aminobispropylamine)、二(六亚甲基)三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、N-羟乙基乙二胺和四(羟乙基)乙二胺。所述聚醚多胺的实例包括：三甘醇二胺、四甘醇二胺、二甘醇二(丙胺)、聚氧丙烯二胺和聚氧丙烯三胺。所述脂环族胺的实例包括：异佛尔酮二胺、metacendiamine、N-氨基乙基哌嗪、二(4-氨基-3-甲基二环己基)甲烷、二(氨基甲基)环己烷、3,9-二(3-氨基丙基)-2,4,8,10-四氧杂螺(5,5)十一烷和降冰片烯二胺。所述芳香胺的实例包括：四氯对苯二甲胺、间苯二甲胺、对苯二甲胺、间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、2,4-二氨基苯甲醚、2,4-甲苯二胺、2,4-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基-1,2-二苯基乙烷、2,4-二氨基二苯基砜、4,4'-二氨基二苯基砜、间氨基苯酚、间氨基苄胺、苄基二甲胺、2-(二甲基氨基甲基)苯酚、三乙醇苯酚(triethanolphenol)、甲基苄胺、-(间-氨基苯基)乙胺、-(对-氨基苯基)乙胺、二氨基二乙基二甲基二苯基甲烷和,'-二(4-氨基苯基)-对-二异丙基苯。

[0036] 所述酸酐固化剂的实例包括：十二烯基琥珀酸酐、聚己二酸酐、聚壬二酸酐、聚癸二酸酐、聚(乙基十八烷酸)酐、聚(苯基十六烷酸)酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、无水甲基腐殖酸、四氢邻苯二甲酸酐、三烷基四氢邻苯二甲酸酐、甲基环己烯二碳酸酐、甲基环己烯四碳酸酐、邻苯二甲酸酐、无水偏苯三酸、无水苯均四酸、二苯甲酮四碳酸酐、乙二醇二(偏苯三酸酯)、亥泰克酸酐(hetic anhydride)、3,6-内亚甲基-1,2,3,6-四氢化邻苯二甲酸酐(nadic anhydride)、无水甲基-3,6-内亚甲基-1,2,3,6-四氢化邻苯二甲酸(anhydrous methyl nadic acid)、5-(2,5-二氧四氢-3-呋喃基)-3-甲基-3-环己烷-1,2-二碳酸酐、3,4-二羧基-1,2,3,4-四氢-1-萘琥珀酸二酐和1-甲基-二羧基-1,2,3,4-四氢-1-萘琥珀酸二酐。

[0037] 所述环氧树脂组合物包含40wt％至97wt％的所述无机填料。

[0038] 当无机填料的含量低于以上范围时，可能难以达到本发明的效果，例如高导热性、低热膨胀性和高耐热性。增加无机填料的含量后，虽然可以达到上述效果，但这些效果的改善程度与无机填料的体积分数并不成比例。也就是说，从无机填料的一个特定含量开始，上述效果得到明显的改善。通过聚合物态中受控的高级结构获得上述效果。特定含量的无机填料看来是必须的，因为高级结构主要在无机填料的表面上实现。同时，当无机填料的含量高于以上范围时，所述环氧树脂组合物的粘度可能增加，使得该环氧树脂组合物难以形成所需的形状。

[0039] 所述无机填料可以为球形。对于无机填料的形状没有限制，只要其为球形即可。例如，该无机填料可以为椭圆截面的形状。然而，当无机填料的形状接近完美球形时，环氧树脂组合物的流动性可获得相应改善。

[0040] 所述无机填料可以为氧化铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼或结晶二氧化硅等。另外，可以组合使用两种或多种不同的无机填料作为所述无机填料。

[0041] 所述无机填料的平均粒径可以小于30。当平均粒径高于以上范围时，使环氧树脂组合物的流动性和强度下降。

[0042] 本公开内容的环氧树脂组合物可以与已知的固化促进剂进行混合。所述固化促进剂的实例包括胺、咪唑、有机膦和路易斯酸。具体而言，固化促进剂的实例可以包括：叔胺类，例如1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一-7-烯、三亚乙基二胺、苄基二甲胺、三乙醇胺、二甲基氨基乙醇和三(二甲基氨基甲基)苯酚；咪唑类，例如2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑和2-十七烷基咪唑；有机膦类，例如三丁基膦、甲基二苯基膦、三苯基膦、二苯基膦和苯基膦；以及四取代鏻·四取代硼酸盐，例如四苯基鏻·四苯基硼酸盐、四苯基鏻·乙基三苯基硼酸盐和四丁基鏻·四丁基硼酸盐；以及四苯基硼酸盐，例如2-乙基-4-甲基咪唑·四苯基硼酸盐和N-甲基吗啉·四苯基硼酸盐。

[0043] 可以使用用作脱模剂的普通的蜡作为本公开内容的环氧树脂组合物的脱模剂。所述蜡的实例包括：硬脂酸、褐煤酸、褐煤酸酯和磷酸酯。

[0044] 对于本公开内容的环氧树脂组合物，可以使用通常用于环氧树脂组合物的偶联剂以提高无机填料和树脂组分之间的粘合强度。所述偶联剂的实例包括环氧硅烷。

[0045] 当本公开内容的环氧树脂组合物包含环氧树脂、固化剂和无机填料作为主要组分时，该环氧树脂组合物包含3wt％至60wt％的环氧树脂、40wt％至97wt％的无机填料和0.5wt％至5wt％的固化剂。将所述环氧树脂、固化剂和其它组分溶解在例如丙酮、MEK、MIBK、IPA、丁醇或甲苯的溶剂中，并在加热的同时进行搅拌。然后，向所得溶液中加入无机填料并使用例如混合器的装置均匀地混合。其后，向混合物中加入偶联剂并使用例如加热辊和捏合机的装置捏合混合物。对于以上组分的混合顺序没有特别限制。

[0046] 此时，基于所述环氧树脂组合物的总重量，溶剂的用量为10wt％至20wt％。

[0047] 可以将本公开内容的环氧树脂组合物涂布在如图1所示的辐射热电路板100上。

[0048] 参见图1，本公开内容的辐射热电路板100包括：金属板110、在金属板110上的绝缘层120、在绝缘层120上的电路图案130。

[0049] 所述金属板110可以由一种具有良好导热性的含有铜、铝、镍、金和铂等的合金来形成。

[0050] 所述金属板110可以包括金属突出物(未显示)，该突出物构成在其上安装有发热装置150的安装垫片。

[0051] 所述金属突出物可以从金属板110垂直地延伸出来。发热装置150安装在该金属突出物的部分上表面上，且金属突出物的该部分上表面具有预定的宽度从而可以放置焊球。

[0052] 绝缘层120设置于金属板110上。

[0053] 绝缘层120可以包括多个绝缘层。该绝缘层120设置于金属板110和电路图案130之间。

[0054] 绝缘层120可以通过固化上述结晶环氧树脂组合物而形成。无机填料125均匀地分散在绝缘层120中。

[0055] 电路图案130设置于绝缘层120上。

[0056] 由于绝缘层120由上述结晶环氧树脂组合物所形成，因此使绝缘层120的热导率获得了提高，从而可以将由发热装置150所产生的热量通过绝缘层120传递至金属板110。

[0057] <实施例>

[0058] 在下文中，将参照实施例更详细地说明本发明的范围和精神。

[0059] (实施例1)

[0060] 将3.8wt％的双酚F、4.2wt％的化学式1的结晶环氧树脂、1.0wt％的联苯固化剂、0.1wt％的氧化三苯膦固化促进剂和0.9wt％的BYK-W980添加剂全部混合在一起；在40下搅拌10分钟；然后加入90.0wt％的氧化铝无机填料；然后在室温下搅拌20至30分钟，制得实施例1的结晶环氧树脂组合物。

[0061] 该环氧树脂组合物的热导率使用获自NETZSCH公司的LFA447型热导率计，通过非稳态热线法(unsteady hot wire method)进行测量。

[0062] 该环氧树脂组合物的玻璃化转变温度使用获自TA公司的DSC Q100热-力学测量装置，在10/分钟的升温速率下进行测量。

[0063] (实施例2)

[0064] 将3.8wt％的双酚A邻甲酚酚醛、4.2wt％的化学式1的结晶环氧树脂、1.0wt％的联苯固化剂、0.1wt％的氧化三苯膦固化促进剂和0.9wt％的BYK-W980添加剂全部混合在一起；在40下搅拌10分钟；然后加入83.2wt％的氧化铝无机填料；然后在室温下搅拌20至30分钟，制得实施例2的结晶环氧树脂组合物。

[0065] (实施例3)

[0066] 将12.4wt％的双酚F、13.6wt％的化学式1的结晶环氧树脂、3.0wt％的联苯固化剂、0.3wt％的氧化三苯膦固化促进剂和0.7wt％的BYK-W980添加剂全部混合在一起；在40下搅拌10分钟；然后加入70.0wt％的氧化铝无机填料；然后在室温下搅拌20至30分钟，制得实施例3的结晶环氧树脂组合物。

[0067] (实施例4)

[0068] 将8.1wt％的双酚F、8.9wt％的化学式1的结晶环氧树脂、2.0wt％的联苯固化剂、0.2wt％的氧化三苯膦固化促进剂和0.8wt％的BYK-W980添加剂全部混合在一起；在40下搅拌10分钟；然后加入80.0wt％的氧化铝无机填料；然后在室温下搅拌20至30分钟，制得实施例4的结晶环氧树脂组合物。

[0069] (实施例5)

[0070] 将8.1wt％的双酚F、8.9wt％的化学式1的结晶环氧树脂、2.0wt％的苯酚酚醛固化剂、0.2wt％的基于2-甲基咪唑的固化促进剂和0.2wt％的BYK-W980添加剂全部混合在一起；在40下搅拌10分钟；然后加入80.0wt％的氧化铝无机填料；然后在室温下搅拌20至30分钟，制得实施例5的结晶环氧树脂组合物。

[0071] (实施例6)

[0072] 将1.9wt％的双酚A、4.2wt％的化学式1的结晶环氧树脂、1.0wt％的联苯固化剂、0.1wt％的氧化三苯膦固化促进剂和0.9wt％的BYK-W980添加剂全部混合在一起；在40下搅拌10分钟；然后加入90.0wt％的氧化铝无机填料；然后在室温下搅拌20至30分钟，制得实施例6的结晶环氧树脂组合物。

[0073] (比较例1)

[0074] 将3.8wt％的双酚F、4.2wt％的邻甲酚酚醛、1.0wt％的基于双酚的固化剂、0.1wt％的氧化三苯膦固化促进剂和0.9wt％的BYK-W980添加剂全部混合在一起；在40下搅拌10分钟；然后加入90.0wt％的氧化铝无机填料；然后在室温下搅拌20至30分钟，制得比较例1的环氧树脂组合物。

[0075] (比较例2)

[0076] 将3.8wt％的双酚A、4.2wt％的邻甲酚酚醛、1.0wt％的基于双酚的固化剂、0.1wt％的氧化三苯膦固化促进剂和0.9wt％的BYK-W980添加剂全部混合在一起；在40下搅拌10分钟；然后加入90.0wt％的氧化铝无机填料；然后在室温下搅拌20至30分钟，制得比较例2的环氧树脂组合物。

[0077] <实验例>

[0078] 热导率的测量

[0079] 使用获自NETZSCH公司的LFA447型热导率计，通过非稳态热线法对各实施例和比较例的热导率进行测量，测得的结果示于表1中。

[0080] 熔化热的测量

[0081] 使用差示扫描量热计(获自TA公司的DSC Q100)在10/分钟的升温速率下测量熔化热，测得的结果示于表1中。各实施例和比较例中的熔化热均较为相似。

[0082] 玻璃化转变温度

[0083] 使用获自TA公司的DSC Q100热-力学测量装置，在10/分钟的升温速率下测量玻璃化转变温度，测得的结果示于表1中。上述各实施例和比较例的玻璃化转变温度为至少100。即，虽然加入了结晶环氧树脂，但没有使其它性能发生劣化。

[0084] [表1]

[0085]实验编号 热导率(W/m？K) 玻璃化转变温度Tg(℃) 熔化热(J/g)
实施例1 4.1 145.2 271.3
实施例2 3.7 140.7 278.1
实施例3 2.5 144.7 273.5
实施例4 3.6 146.3 275.1
实施例5 3.2 139.8 265.1
实施例6 3.8 142.1 276.6
比较例1 3.8 137.2 269.9
比较例2 3.2 132.1 261.3

[0086] 参见表1，在使用相同量的无机填料的实施例1、比较例1和比较例2中，包含结晶环氧树脂的实施例1的结晶环氧树脂组合物的热导率高于比较例1和2的环氧树脂组合物的热导率。

[0087] 虽然已经参照若干示例性实施方案对本公开内容的实施方式进行了描述，但应该理解的是，可由本领域技术人员所设计出的众多其它修改和实施方式将会落入本公开内容所涉及原理的精神和范围之内。更具体而言，在本公开内容、附图和所附权利要求书的范围内，可以对组分的份数和/或对象组合排列的排列方式进行各种变化和修改。除组分份数和/或排列方式上的变化和修改以外，各种替换使用对于本领域的技术人员也将是显而易见的。