无机填料和包含该无机填料的环氧树脂组合物的制作方法
【专利说明】无机填料和包含该无机填料的环氧树脂组合物 发明领域
[0001] 本发明涉及一种无机填料，更具体而言，涉及包含在环氧树脂组合物中的无机填 料。
【背景技术】
[0002] 包括发光元件如发光二极管（LED)的发光器件被应用至各种光源。随着半导体技 术的发展，加速了对于高输出发光元件的趋势。为了稳定地处理从这样的发光元件发出的 大量光和热，发光元件需要具有散热性能。
[0003] 此外，因为高度集成的和大容量的电子组件，对于其上安装了这样的电子组件的 印刷电路板的散热的兴趣越来越大。
[0004] 通常，对于发光元件或印刷电路板的绝缘层，可以使用包含环氧化合物、固化剂和 无机填料的环氧树脂组合物。
[0005] 这里，无机填料可以包括氮化硼。然而，氮化硼具有优异的热传导性，散热性能和 电绝缘性，但由于光滑的表面而对环氧化合物具有低的亲和性，从而具有低的分散性、对于 基底低的粘合强度以及低的加工性。
【发明内容】
[0006] 本发明涉及提供一种无机填料、包含该无机填料的环氧树脂组合物以及印刷电路 板。
[0007] 本发明的一个方面提供一种无机填料，其包括表面改性的氮化硼，该氮化硼的表 面上提供有具有官能团的多环芳香烃。
[0008] 多环芳香烃可包括选自萘、蒽和芘的至少一种。
[0009] 官能团可选自-OH、-NH2、-C00H、-HS03、-NH2C0、Cl、Br、F、(^至C3烷基、C2至C3链 烯基（alkenes)以及C2至C3炔基（alkynes)。
[0010] 无机填料可包含85至99体积％的氮化硼和1至15体积％的多环芳香烃。
[0011] 本发明的另一个方面提供一种环氧树脂组合物，其包含环氧化合物和无机填料， 该无机填料包括表面改性的氮化硼，该氮化硼的表面上提供有具有官能团的多环芳香烃。
[0012] 环氧化合物和无机填料的体积比可以是10:30至10:120。
[0013] 本发明的另一个方面提供了一种印刷电路板，其包括基底，形成在基底上的绝缘 层，以及形成在绝缘层上的电路图案，其中绝缘层包括环氧树脂组合物。该环氧树脂组合物 包括环氧化合物和无机填料，该无机填料包括表面改性的氮化硼，该氮化硼的表面上提供 有具有官能团的多环芳香烃。
[0014] 附图简要说明
[0015] 通过详细描述示例性实施方式并参照附图，本发明的上述和其它目的、特征和优 点对于本领域的普通技术人员将变得更加明显，其中：
[0016] 图1是六方氮化硼在表面改性前的扫描电子显微镜（SEM)图像；
[0017] 图2示出六方氮化硼在表面改性之前的结构；
[0018] 图3示出根据本发明的示例性实施方式的多环芳香烃和六方氮化硼之间的结合；
[0019] 图4和5是示出根据本发明的示例性实施方式的表面改性的六方氮化硼的分散性 的图像；
[0020] 图6是根据本发明的示例性实施方式的印刷电路板的剖视图；
[0021] 图7是根据本发明的示例性实施方式的发光元件模块的剖视图；
[0022] 图8是根据本发明的示例性实施方式的四层印刷电路板的剖视图；
[0023] 图9是根据本发明的另一个示例性实施方式的四层印刷电路板的剖视图；
[0024] 图10是根据本发明的示例性实施方式的十层印刷电路板的剖视图；
[0025] 图11是根据本发明的另一个示例性实施方式的十层印刷电路板的剖视图；
[0026] 图12是根据本发明的再一个示例性实施方式的十层印刷电路板的剖视图。
[0027] 图13是根据本发明的示例性实施方式的十二层印刷电路板的剖视图；
[0028] 图14是中空玻璃泡（hollowglassbubble)的横截面的示例；和
[0029]图15示出涂覆有氧化铝的中空玻璃泡的横截面。
【具体实施方式】
[0030] 本发明可以具有各种变型，将在附图和说明书中说明各种示例性实施方式和特定 实施方式。然而，这并不意味着将本发明限制到特定的示例性实施方式，并且应当理解，本 发明覆盖包括在本发明的精神和技术范围内的所有修改、等同物和替换。
[0031] 可以使用包括序数如"第一"或"第二"的术语来描述各种组件，但是该组件不受上 述术语的限制。上述术语仅用于从一个组件区分另一个组件。例如，在不脱离本发明的范围 的情况下，第二组件可以被称为第一组件，并且类似地，第一组件可以被称为第二组件。术 语"和/或"包括相关联的多个公开项目的组合或多个相关联的公开项目中的任何项目的 组合。
[0032] 本申请中使用的术语仅用于描述特定示例性实施方式，并且不旨在限制本发明。 本文所用的单数的表达方式包括复数的表达方式，除非其在上下文中具有明确相反的含 义。在本申请中应该理解的是，术语"包括"或"具有"表示存在说明书中描述的特征、数字、 步骤、操作、组件、部分或其组合，但不排除事先存在或附加一个或多个其它特征、数字、步 骤、操作、组件、部分或其组合的可能性。
[0033] 除非另有定义，本文使用的包括技术或科学术语的所有术语具有与本发明所属领 域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。应当理解的是，在通常使用的字典中定义 的术语具有与相关技术的语境意义的相同含义，除非在本申请中有明确定义，该术语不应 被解释为一个理想的或过于形式主义的含义。
[0034] 当将层、膜、区域（region)或板的组件置于不同组件"之上"时，该组件可能被"直 接"置于另一组件"之上"，或第三组件可以插入到两个组件之间。与之相比，当一个组件被 "直接"置于不同组件"之上"时，在两个组件之间不存在插入组件。
[0035] 下文中将参照附图详细描述示例性实施方式，无论附图上的参考标记，相同的参 考数字将分配给相同或相应的组件，并且省略其重复描述。
[0036] 根据第一示例性实施方式的环氧树脂组合物包含环氧化合物和无机填料。在此， 无机填料包括表面改性的六方氮化硼，该六方氮化硼的表面上提供有具有官能团的多环芳 香烃。
[0037]具体而言，根据第一示例性实施方式的环氧树脂组合物可以以10:30至10:120、 优选，10:36至10:90、更优选10:44至10:60的体积比包含环氧化合物和无机填料。当包 含的无机填料小于上述数值范围时，热传导性可能被降低。另一方面，当包含的无机填料大 于上述数值范围时，环氧树脂组合物的脆性可能增大，导致剥离强度降低。
[0038]在此，环氧化合物可以包括结晶性环氧化合物、无定形环氧化合物和硅环氧化合 物的至少一种。
[0039]结晶性环氧化合物可以具有介晶结构（mesogenstructure)。介晶是液晶的基本 单元并且具有刚性结构。
[0040]另外，无定形环氧化合物可以是具有两个或多个环氧基团的常规无定形环氧化合 物，例如衍生自双酚A或双酚F的缩水甘油醚化合物。相对于10体积份的结晶性环氧化合 物可以包含3至40体积份的无定形环氧化合物。当以上述比例包含结晶性环氧化合物和 无定型环氧化合物时，可以改善室温下的稳定性。
[0041] 另外，相对于10体积份的结晶性环氧化合物可以包含3至40体积份的硅环氧化 合物。当以上述比例包含环氧化合物和硅环氧化合物时，可以改善热传导性和耐热性。
[0042]另外，根据第一示例性实施方式的环氧树脂组合物还可以包含固化剂。相对于10 体积份的环氧化合物可以包含1至5体积份的固化剂。根据第一示例性实施方式的环氧树 脂组合物中包含的固化剂可以包含基于胺的固化剂、基于酚的固化剂、基于酸酐的固化剂、 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 酸酯的固化剂中的至少一种，或者以其至少两种的组合使用。基于胺的固化剂可以包括例 如二氨基二苯砜（DAS)。
[0043]另外，根据第一示例性实施方式的环氧树脂组合物包含无机填料，其包括表面改 性的六方氮化硼，该六方氮化硼的表面上提供有具有官能团的多环芳香烃的表面。下文中 将进一步详细描述包含在根据第一示例性实施方式的环氧树脂组合物中的无机填料。
[0044] 图1是六方氮化硼在表面改性前的SEM图像，图2示出六方氮化硼在表面改性前 的结构。
[0045] 参照图1和2,氮原子和硼原子交替排列从而形成六方晶格，并且多个六方晶格可 以被排列在一个平面上。此外，六方氮化硼可以以层状堆叠。在说明书中，排列在一个平面 上的多个六方晶格可以被表示为氮化硼层。氮化硼的尺寸可以随着所堆叠的和连接至相同 平面上的六方晶格的数目而变化。对于应用至本发明的示例性实施方式中的氮化硼的尺寸 没有特别的限制，但是氮化硼的宽度和高度可以在1至20微米的范围内。
[0046]六方氮化硼具有非常优异的热传导性、散热性能和电绝缘性，但是具有0. 15至 〇.70的低摩擦系数，从而具有光滑的表面和低的润湿性，并且是化学非活性的。
[0047]当将官能团提供至六方氮化硼的表面上时，可以提高氮化硼和环氧化合物之间的 亲合性，并且可以得到具有高的热传导性和高的剥离强度的环氧树脂组合物。然而，由于六 方氮化硼是化学非活性的，不能将官能团直接提供至六方氮化硼的表面。
[0048]根据本发明的示例性实施方式，通过使用具有官能团的多环芳香烃使六方氮化硼 的表面改性。在本说明书中，具有官能团的多环芳香烃可以与添加剂组合使用。多环芳香 烃是指其中两个或更多个芳香环被稠合的有机化合物，并且可以选自例如式1的萘、式2的 蒽和式3的芘。
[0055] 如式1至3中所示，多环芳香烃具有类似于图2中所示的六方氮化硼的结构。 由于这个原因，多环芳香烃和六方氮化硼之间具有高亲和性。当使用多环芳香烃时，能 够获得引导官能团结合至六方氮化硼的相似作用。在此，多环芳香烃中的官能团可以选 自-0H、-NH2、-C00H、-HS03、-NH2C0、Cl、Br、F、（^至C3烷基、C2至C3链烯基以及C2至C3炔 基。图3示出了根据本发明的示例性实施方式的多环芳香烃和六方氮化硼之间的键。在其 中堆叠了多个氮化硼层的六方氮化硼的情况下，具有官能团的多环芳香烃可以被结合至氮 化硼的最上层和氮化硼的最下层的至少一个层。或者，具有官能团的多环芳香烃可以被提 供至该多个氮化硼层之间。
[0056] 如上所述，当六方氮化硼是通过使用具有官能团的多环芳香烃而表面改性的，则 表面改性的氮化硼和环氧化合物之间的润湿性增强，并且可以改善分散性和剥离强度。
[0057] 在此，相对于100体积％的无机填料而言，表面改性的氮化硼可以包含85至99体 积％的氮化硼和1至15体积％的多环芳香烃，并且优选包含88至97体积％的氮化硼和3 至12体积％的多环芳香烃。当以超过上述数值范围包含氮化硼时，多环芳香烃的量被相对 减少，所提供的官能团的量被减少，因此难以提高剥离强度。此外，当以低于上述数值范围 包含氮化硼时，不参与反应的残余多环芳香烃的量被相对提高，其可能对热传导性有不利 的影响。
[0058] 图4至5是示出根据本发明的示例性实施方式的表面改性的六方氮化硼的分散性 的图像。
[0059] 图4的图像通过如下得到：将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，将得到的混合物混合10分钟，并保持该混合物1小时；图5的图像通 过如下得到：将1克表面改性的六方氮化硼（根据本发明的示例性实施方式通过以80:20 的体积比混合六方氮化硼和具有羟基的萘而制备）和15毫升的MEK放入20毫升的玻璃瓶 中，将得到的混合物混合10分钟，并保持该混合物1小时。
[0060] 比较图4和图5可以看出，根据本发明的示例性实施方式的表面改性的六方氮化 硼的分散性比无表面改性的六方氮化硼高很多。如上所述，当六方氮化硼的表面用具有官 能团的多环芳香烃改性时，可以改善分散性。特别地，当将官能团如羟基（-0H)提供至六方 氮化硼的表面上时，可以提高环氧树脂和氮化硼之间的结合强度，从而提高热传导性和剥 离强度，以及分散性。
[0061] 可以将根据本发明的示例性实施方式的环氧树脂组合物应用至印刷电路板。图6 是根据本发明的示例性实施方式的印刷电路板的剖视图。
[0062] 参照图6,印刷电路板100包括基底110、绝缘层120和电路图案130。
[0063] 基底110可以包括铜、铝、镍、金、铂或从中选择的合金。
[0064] 由根据本发明的示例性实施方式的环氧树脂组合物组成的绝缘层120形成在基 板110上。
[0065] 电路图案130形成在绝缘层120上。电路图案130可以由金属例如铜或镍组成。
[0066] 金属板110和电路图案130通过绝缘层120绝缘。
[0067] 可以将根据本发明的示例性实施方式的包含无机填料的环氧树脂组合物应用至 发光元件模块。图7是根据本发明的示例性实施方式的发光元件模块的剖视图。
[0068] 参照图7,发光元件模块400包括基底410、形成在基底410上的绝缘层420、形成 在绝缘层420上的电路图案430以及形成在绝缘层420上的发光元件440。
[0069] 基底410可以由铜、铝、镍、金、铂或从中选择的合金构成。
[0070] 绝缘层420可以包括根据本发明的示例性实施方式的包含无机填料的环氧树脂 组合物。
[0071] 尽管未示出，但是为了提高绝缘层420和电路图案430之间的粘合强度，可以在绝 缘层420和电路图案430之间形成晶种层（seedlayer)。
[0072] 下文中将参照实施例和比较例进一步详细地说明本发明。
[0073] 首先，制备具有相同的环氧化合物与氮化硼含量比以及各种类型的添加剂的环氧 树脂组合物。
[0074] 〈实施例 1-1 >
[0075] 将15体积％的式4的双酚A型的环氧化合物、5体积％的4, 4' -二氨基苯基砜和 80体积％的表面改性的六方氮化硼（