CN106916306B - 树脂组合物、以及包含此树脂组合物的绝缘基材及电路板 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明是关于一种树脂组合物、以及包含此树脂组合物的绝缘基材及电路板,尤指一种由含酰亚胺的二胺单元及异氰酸酯单元交联而成的交联聚合物所形成的树脂组合物、以及包含此树脂组合物的绝缘基材及电路板。
背景技术
一直以来,在具有柔软性的基板上设置印刷电路的软性电路板,运用于各种电子器材等。这种软性电路板具备一般基板与在该基板上形成的电路以及保护该电路的绝缘素材。
这一类软性电路板用绝缘素材或该基板广泛运用由聚酰亚胺等形成的耐热性树脂薄膜。聚酰亚胺当中,又以芳族聚酰亚胺材料除了具有优异的耐热性、机械特性及阻燃性之下,还兼具优异的耐热性与尺寸稳定性等而广受各产业采用。然而,在耐热性的优点之外,这一类聚酰亚胺的缺点在于有时会有难以溶于溶剂或熔点较高等加工方面的问题。
近几年来,移动电话从过去的折叠式、滑盖式,改为屏幕画面扩大且整体越来越薄、设计越来越精美、同时网络功能等也更加丰富与方便,亦即所谓的智能型手机,之后,画面进一步加大的一般称作平板计算机的携带式显示器一跃成为主流。这一点诚如上述,具备高度功能的同时,亦不断追求轻薄短小,对构成零件的要求也越来越严格。其中,对上述软性电路板或其他零件的材料,当然也要求越来越薄。再者,原本开发软性电路板的用意是要作为连接线,于是,开始要求表面必须更薄、线材必须柔软且易于弯折,而且必须更加强韧。
使用环氧类黏着剂贴合聚酰亚胺至基材,作为软性电路板的电路保护层的方式为一般所知。然而,一般情形下,芳族聚酰亚胺具有刚性,难以找到柔软度。加上必须使用黏着剂贴合,难以让总厚度变薄。对此,有案例是以制造较薄的聚酰亚胺来因应这类厚度问题,但因为合格率等问题而不切实际。因此,一般所知的单层电路保护层是由环氧树脂或聚酰亚胺与丙烯酸树脂的合金树脂(Alloy)、取自橡胶成分的可挠化或环氧树脂与丙烯酸树脂之合金树脂所构成。不过,这类电路保护层因嵌入电路等的加工技术尚未纯熟,且缺乏耐热性等信赖性,称不上是完善的做法。
有鉴于此,目前亟需发展出一种新颖的树脂组合物,其能展现极佳的韧性、耐弯折性、薄面加工性、耐热性及贴合性,以解决前述问题。
发明内容
本发明的主要目的是在提供一种树脂组合物、以及包含此树脂组合物的绝缘基材及电路板,其中此树脂组合物是由含酰亚胺的二胺单元及异氰酸酯单元交联而成,且由此树脂组合物所形成的膜层具有优异的韧性、耐弯折性、薄面加工性、耐热性及贴合性,而特别适用于基板、形成电路板的贴合层、及电路板的绝缘层及保护层上。
本发明的树脂组合物是包括由下式(1)的含酰亚胺的二胺单元及下式(2)的异氰酸酯单元所形成的交联聚合物:
OCN-X-NCO (2)
其中,R1及R2是各自独立为C1-60脂肪族基、C4-20脂环族基、C4-60芳基、C4-20杂环基、或C4-60杂芳基;
A为C4-60芳基、或C4-60杂芳基;
X为C1-60脂肪族基、C4-20脂环族基、或C5-60芳基;以及
a为介于1至100的整数。
在前述的交联聚合物中,式(1)所示的单元与式(2)所示的单元的比例并无特殊限制,可依其应用而做调整。较佳地,以式(1)及(2)所示的单元形成交联聚合物时,含酰亚胺的二胺单元中的NH与异氰酸酯单元的OCN的摩尔比例是介于1:0.31至1:0.95;因此,在所形成的交联聚合物中,式(1)所示的单元与式(2)所示的单元的摩尔比例是介于1:0.31至1:0.95,且较佳为1:0.51至1:0.85。
在式(1)所示的二胺单元中的NH与式(2)所示的二异氰酸酯单元的异氰酸酯(OCN)的比例中,若是异氰酸酯的比例小于0.31,不但难以形成交联体,更无法取得目标的交联聚合物。反之,若是大于0.95,则交联度过高,结果将使不溶物质含量过高,因而失去流动性。
在本发明中,式(1)的二胺单元中含有酰亚胺基及一定比例的脂肪族、芳族架构,当与式(2)的异氰酸酯单元通过脲合成或缩二脲合成,以特定的交联度形成高分子量体的交联聚合物时,所形成的交联聚合物具有优异的韧性、耐弯折性、薄面加工性,并且兼具优异的耐热性与贴合性。因此,当将本发明所提供的交联聚合物应用于绝缘基材或作为电路板的贴合层或保护层时,可展现优异的可挠性、弯折性及耐热性;借此,可形成优异的软性薄型电路板或多层电路板。
在本发明中,进行交联反应可使用的溶剂的具体例子包括:N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、四氢呋喃(THF)、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丙醚、乙二醇乙基甲基醚、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、二丙二醇二甲醚、环戊酮、环己酮、1,4-二恶烷、二甲基亚砜(DMSO)、甲基异丁基酮、甲基纤维素醋酸酯、乙基纤维素醋酸酯、丙基溶纤剂、丁基溶纤剂、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单乙醚醋酸酯、及丙二醇单丙醚乙酸酯等极性溶剂;或甲苯、二甲苯、均三甲苯、及溶剂油等芳族碳氢化合物等非极性溶剂。其中,前述溶剂可单独一种使用或搭配二种以上使用。当极性溶剂与非极性溶剂混合使用时,两者间比例并无特别限定,只要不妨碍树脂的溶解即可;较佳地,在同时包含极性溶剂与非极性溶剂的混合溶剂中,非极性溶剂的比例占混合溶剂总重量的60重量百分比以下;更佳为50重量百分比以下;且最佳为49重量百分比以下。当非极性溶剂于混合溶剂中的含量比例超出60重量百分比,则因溶解力减弱,而难以充分提高交联聚合物元的交联度。
在本发明中,式(1)所示的二胺单元可为一四羧酸二酐单体及一二胺单体所形成的共寡聚物或共聚物;其中,四羧酸二酐单体及二胺单体的比例并无特殊限制,可依其应用而做调整。较佳地,以四羧酸二酐单体及二胺单体形成如式(1)所示的共寡聚物或共聚物时,四羧酸二酐单体中的COOH与二胺单体中的NH摩尔比例是介于1:1.05至1:2;因此,在所形成的式(1)所示的二胺单元中,四羧酸二酐单体与二胺单体的摩尔比例是介于1:1.05至1:2。
在本发明中,式(1)所示的含有酰亚胺基的二胺单元的合成,是在上述溶剂中同时混合四羧酸二酐单体及二胺单体。二胺单体若是液状时,为防止因反应产生的急剧发热,通常加入溶剂中的滴落时间是30分以上,最好是1~10小时。此外,反应温度取决于使用的极性溶剂与非极性溶剂的种类、混合比例及共沸温度等,且较佳为100~230℃,更佳为130~200℃,而最佳150~180℃。若反应温度过高,容易引起原料与原料之间的副反应,此一时点下无法控制的交联,结果可能引起胶化。另一方面,反应温度太低,则酰亚胺化反应难以完全,无法得到具有高稳定性及足够聚合分子量的含有酰亚胺基之聚酰亚胺。再者,反应时间也取决于原料及溶剂种类,较佳为2~10小时,更佳为3~8小时,而最佳为4~6小时。此外,在含有酰亚胺基之二胺的合成中,可选择性的添加触媒及/或缩合剂;且较佳是无须添加触媒。
在本发明的交联聚合物中的式(1)所示的二胺单元中,R1及R2可各自独立为C1-60脂肪族基、C4-20脂环族基、C4-60芳基、C4-20杂环基、或C4-60杂芳基;而A可为C4-60芳基、或C4-60杂芳基。其中,在本发明的一实施态样中,R1及R2较佳为直链或支链的C1-20亚烷基,更佳为直链或支链的C1-12亚烷基,且最佳为直链或支链的C1-6亚烷基;而R1及R2的具体包括,亚甲基、四亚甲基、及五亚甲基等,但本发明并不仅限于此。此外,在本发明的另一实施态样中,R1及R2较佳为C4-20脂环族基,且可为单环型、多环型或是交联环型。
其中,Y是各自独立为一直接键、-O-、-(CH2)j-O-(CH2)j-、C1-6亚烷基、-C(=O)-NH-、-C(=O)-、或-S(=O)2-;
Rc及Rd是各自独立为C1-10烷基、C1-10烷氧基、或C1-6烷酯基;
Re系为羧基或-C(=O)O-Rf,其中Rf为四氢呋喃基、氧化乙烯基、或环氧丙烷基;
l及k是各自独立为0至4的整数;
i及j是各自独立为1或2;以及
*为与N键结位置。其中,R1及R2较佳是彼此相同。
此外,在本发明的式(1)所示的二胺单元中,A可为C4-60芳基、或C4-60杂芳基;且较佳是选自由下列所组成的群组:
其中,Ra及Rb是各自独立为C1-10烷基、C1-5烷酯基、卤素、胺基、C3-10环烷基、C6-10苯基或C5-10杂芳基;
m及n是各自独立为0至4的整数;以及
*为与A键结位置。
在式(1)所示的含有酰亚胺基的二胺的合成中,四羧酸二酐单体的具体例子包括:均苯四甲酸二酐二无水物、3,3,4,4′-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3,4,4′-二苯砜四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、4,4′-邻苯二甲酸二酐、3,3′,4,4′-二甲酯二苯基硅烷四羧酸二酐、3,3′,4,4′-四苯基硅烷四羧酸二酐、1,2,3,4-呋喃四羧酸二酐、4,4′-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酐、4,4′-六氟异亚丙基邻苯二甲酸酐、3,3′,4,4′-联苯四羧酸二酐、2,3,3′,4′-联苯四羧酸二酐、p-亚苯基(偏苯三酸单酯酸酐)、及p-苯二胺邻苯二甲酸酸酐;但本发明并不仅限于此。
此外,在式(1)所示的含有酰亚胺基的二胺单元的合成中,二胺单体的种类并无特殊限制,可为碳数1~60的芳族、脂肪族、脂环式的2价有机基。其中,二胺单体为芳族二胺的具体例子包括:3,3′胺基二苯醚、4,4′-二氨基-3,3′,5,5′-四甲基二苯基甲烷、4,4′-二氨基-3,3′-二乙基-5,5′-二甲基联苯基甲烷、4,4′-二氨基二苯-2,2′-丙烷、4,4′-二氨基二苯甲烷、3,4′-二氨基苯甲酰苯胺、4,4′-二氨基苯甲酰苯胺、3,3′-二氨基二苯甲酮、4,4′-二氨基二苯甲酮、3,3′-二乙基-4,4′-二氨基二苯醚、3,3′-二乙氧基-4,4′-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲酯-4,4′-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲酯-4,4′-二氨基二苯基丙烷、3,3′-二乙基-4,4′-二氨基二苯基丙烷、3,3′-二甲酯-5,5′-二乙基-4,4′-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲氧基-4,4′-二氨基二苯醚、3,3′-二甲氧基-4,4′-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲氧基-4,4′-二氨基二苯砜、3,3′-二甲氧基-4,4′-二氨基二苯基丙烷、3,3′-二乙氧基-4,4′-二氨基二苯基丙烷、3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基二苯甲烷、3,3′,5,5′-四乙基-4,4′-二氨基二苯甲烷、聚四氢呋喃-二-P-氨基苯甲酸、聚氧化乙烯-二-p-氨基苯甲酸、聚环氧丙烷-二-p-氨基苯甲酸、4,4′-二(3-氨基苯氧)联苯基、4,4′-二(4-氨基苯氧)联苯基、1,3-二(3-氨基苯氧)苯、1,3-二(4-氨基苯氧)苯、1,4-二(4-氨基苯氧)苯、1,3-二[3-(氨基苯氧)苯氧基]苯、二[4-(4-氨基苯氧)苯基]乙醚、及2,2′-二[4-(4-氨基苯氧)苯基]丙烷;但本发明并不仅限于此。
此外,在本发明式(2)的异氰酸酯单元中,X可选自由C4-18亚烷基、C8-22亚环烷基、C8-22亚环烯基、C5-18亚芳基、及-(C1-4烷基)-C5-18亚芳基-(C1-4烷基)-所组成的群组。
在本发明的交联聚合物中,式(2)的异氰酸酯单元可使用芳族二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯、或脂环式二异氰酸酯。其中,芳族二异氰酸酯的具体范例包括:甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、萘二异氰酸酯(NDI)、3,3′-二甲基二苯基-4,4-二异氰酸酯(TODI)、o-亚二甲苯基二异氰酸酯、m-亚二甲苯基二异氰酸酯、及p-亚二甲苯基二异氰酸酯。此外,脂肪族二异氰酸酯及脂环式二异氰酸酯为具有与亚烷基(如亚甲基)、次烷基(如次甲基)或异烷酯基(异丙酯基)结合之异氰酸酯基的化合物。其中,当脂肪族二异氰酸酯不具有芳香环时,较佳为碳数4~18的脂肪族二异氰酸酯,更佳为碳数5~14的脂肪族二异氰酸酯,且最佳为碳数6~12的脂肪族二异氰酸酯。当脂肪族二异氰酸酯具有芳香环时,较佳为碳数8~22的脂肪族二异氰酸酯,更佳为碳数8~18的脂肪族二异氰酸酯,且最佳为碳数8~16的脂肪族二异氰酸酯。此外,脂环式二异氰酸酯较佳为碳数8~22的脂环式二异氰酸酯,更佳为碳数8~18的脂环式二异氰酸酯,且最佳为碳数8~16的脂环式二异氰酸酯。
其中,脂肪族二异氰酸酯及脂环式二异氰酸酯的具体范例包括:四亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、2,2,4-三甲基-1,6-二异氰酸酯己烷、2,4,4-三甲基-1,6-二异氰酸酯己烷、赖氨酸二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,4-二异氰酸酯环己烷、1,3-二(二异氰酸甲酯)-环己烷、1,4-二(二异氰酸酯甲基)-环己烷、1,3-二(2-二异氰酸酯丙基-2-基)-环己烷、4,4-二环己基二异氰酸酯、降冰片烯二甲酯二异氰酸酯、降冰片二异氰酸酯、四甲基二甲苯基二异氰酸酯、及亚二甲苯基二异氰酸酯;但本发明并不仅限于此。
此外,在本发明的交联聚合物中,可选择性地更包括一衍伸自二聚体二胺的重复单元。其中,二聚体二胺残基没有限定,可使用碳数24~48的二聚体二胺。在本发明中,可先将聚合脂肪酸的2个羧基经过酰胺化后,然后进行还原反应,则可得到二聚体二胺。其中,可使具有1个以上的碳数10~24的双重结合或三重结合的一盐基性不饱和脂肪酸进行狄尔斯-阿德耳反应,以得到聚合脂肪酸。在本发明的一实施态样中,可将主要经由植物油加水分解所取得的大豆油脂肪酸、妥尔油脂肪酸、菜籽油脂肪酸、米糠油脂肪酸、葵花油脂肪酸、大豆油脂肪酸、棉籽油脂肪酸以及上述油品精制而成的油酸、亚油酸、亚麻酸、芥酸等使用作为原料,并使其进行狄尔斯-阿德耳反应后所取得的聚合脂肪酸。除了前述由聚合脂肪酸衍生而得的碳数24~48的二聚体二胺外,二聚体二胺也可为聚乙二醇二胺、聚丙二醇二胺、聚丁二醇二胺类、聚丁二醇二胺、聚乙二醇—聚乙二醇嵌段共聚物二胺、聚乙二醇—聚二胺四亚甲基二醇的嵌段共聚物、聚丙二醇—聚丁二醇的二胺的嵌段共聚物、聚乙二醇—聚丙二醇—聚丁二醇的嵌段共聚物。
再者,在本发明的交联聚合物中,当R1及R2是各自独立为经取代或未取代的C1-60脂肪族基时,式(1)所示的单元占该交联聚合物总分子量的20~90wt%,且较佳为35~80wt%时,交联聚合物在室温下的拉伸弹性为0.1~2.0GPa,且较佳为0.3~1.5GPa。此外,当R1及R2是各自独立为经取代或未取代的C4-60芳基时,式(1)所示的单元占该交联聚合物总分子量的10~80wt%,且较佳为20~65wt%,该聚合物在室温下的拉伸弹性为0.1~2.0GPa,且较佳为0.3~1.5GPa。若交联聚合物在室温下的拉伸弹性若小于0.1GPA,会引起室温下的初期黏着力问题、焊接耐热性减弱、进而损及树脂的强韧性等问题。再者,交联聚合物在室温下的拉伸弹性若大于2.0GPA,于加工过程中可能会产生翘起的情形,或无法达到所需的柔软性。
本发明的交联聚合物其Tg较佳在80℃以下,更佳是0℃以上60℃以下,且最佳为20℃以上40℃以下。其中,若交联聚合物的Tg高于80℃,树脂组合物的软化温度会升高,干膜层压的温度也会变高。
此外,本发明的交联聚合物其1%的重量损失温度为320℃以上。1%的重量损失温度若低于320℃,零件装配至电路板时,绝缘素材与电路板的间容易产生膨胀。
在本发明的树脂组合物中,烷基、亚烷基、亚烷氧基、亚烯基、环烷基、亚环烷基、亚环烯基、烷酯基、胺基、芳基、亚芳基、杂芳基可选择性的被一取代基所取代或为取代,其中该取代基可为烷基、环烷基、卤素、烷氧基、烯基、杂环基、芳基、酯基、胺基、或羧基,但烷基不会再被烷基所取代。
在本发明中,所谓的“卤素”包括氟、氯、溴、及碘,较佳为氟、氯、或溴,且更佳为氯、或溴。所谓的“(亚)烷基”包括直链及支链的(亚)烷基,较佳为包括直链及支链的C1-20(亚)烷基,再佳为包括直链及支链的C1-12(亚)烷基,且更佳为包括直链及支链的(亚)C1-6烷基;且其具体例子包括,但不限于:(亚)甲基、(亚)乙基、(亚)丙基、(亚)异丙基、(亚)丁基、(亚)异丁基、(亚)仲丁基、(亚)叔丁基、(亚)戊基、(亚)新戊基、(亚)己基。所谓的“(亚)烷氧基”一词为本发明中所定义的(亚)烷基经加上一氧原子所形成的分子基团,较佳为包括直链及支链的C1-20(亚)烷氧基,再佳为包括直链及支链的C1-12(亚)烷氧基,且更佳为包括直链及支链的C1-6(亚)烷氧基;且其具体例子包括,但不限于:(亚)甲氧基、(亚)乙氧基、(亚)丙氧基、(亚)2-丙氧基、(亚)丁氧基、(亚)叔丁氧基、(亚)戊氧基、及(亚)己氧基。所谓的“(亚)烯基”一词是指包含至少一个双键且包括直链及支链的碳氢基团,较佳为包含至少一个双键且包括直链及支链的C2-20碳氢基团,再佳为包含至少一个双键且包括直链及支链的C2-12碳氢基团,且更佳为包含至少一个双键且包括直链及支链的C2-6碳氢基团;且其具体例子包括,但不限于:(亚)乙烯、(亚)丙烯、及(亚)丁烯。所谓的“(亚)芳基”包括6员碳单环、10员碳双环、14员三环芳香族环系统,其具体例子包括,但不限于:(亚)苯基、(亚)萘基、(亚)芘基、(亚)蒽基及(亚)菲基,且较佳为(亚)苯基。所谓的“杂环基”一词是指环中具有至少一杂原子的5-8员单环、8-12员双环或11-14员的三环的杂芳香环(即,杂芳基)及杂环烷基团,其中环中的每一杂原子是选自由O、S及N;其中,杂芳基的具体例子包括,但不限于:吡啶基(pyridyl)、嘧啶基(pyrimidinyl)、呋喃基(furyl)、噻唑基(thiazolyl)、咪唑基(imidazolyl)、及噻吩基(thienyl)。所谓的“(亚)环烷基”一词是指单价或双价饱和环状碳氢基团,其包含3至30个碳原子(如C3-C12),其具体例子包含,但不限于:(亚)环丙基、(亚)环丁基、(亚)环戊基、(亚)环己基、1,4-亚环己基、(亚)环庚基、(亚)环辛基、及金刚石基团(adamantine)。所谓的“(亚)环烯基”一词是指单价或双价不饱和环状碳氢基团,其包含3至30个碳原子(如C3-C12)及一或以上双键,其具体例子系包含,但不限于:(亚)环戊烯基、(亚)环己烯基、及(亚)环庚烯基。所谓的“烷酯基”一词是指包括与-C(=O)O-基团连接的直链及支链的烷基,较佳为与-C(=O)O-基团连接的直链及支链的C1-6烷基,再佳为与-C(=O)O-基团连接的直链及支链的C1-3烷基,且其具体例子包括,但不限于:甲酯基、乙酯基、丙酯基、及异丙酯基。
此外,在本发明的树脂组合物中,只要无损于树脂组合物的效果,可在本发明的树脂组合物当中添加本领域惯用的其他成分,如填充剂、阻燃剂、抗氧化剂、消泡剂或是流平剂等。
其中,填充剂的具体例子包括,但不限于:氮化硼、氮化铝、水合氧化铝、氧化硅、氮化硅、碳化硅、金刚石、羟基磷灰石及钛酸钡、氢氧化铝、氢氧化镁、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、硫酸镁、硅酸铝、硅酸锆、氧化钛、氧化铝、氧化锌、高岭土、滑石、石棉粉末、石英粉末、云母粉、玻璃繊维等的无机填充剂以及聚乙烯粉末、聚丙烯粉末、聚氯乙烯粉、聚苯乙烯粉、聚醋酸乙烯酯粉末、聚苯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物粉末、聚甲基丙烯酸酯粉末、聚氨酯粉、聚酯粉末、尿素树脂粉末、酚醛树脂粉末、环氧树脂粉等的有机填充剂。其中,因金属氢氧化物也可作为阻燃性补助剂,较为理想。填充剂的添加量并不特殊限制,可随着填充剂种类及本发明树脂组合物应用领域加以调整;相对于100重量份的本发明的树脂组合物,填充剂的添加量较佳为0~200重量份,且更佳为0~150重量份。当填充剂的添加量超过150重量份时,树脂组合物在薄膜化前的黏性会增加,影响到涂层性能,同时,也会损及薄膜化后的可挠性,难以得到具备目标可挠性的软性电路板。
此外,可用在本发明树脂组合物的阻燃剂的具体例子包括,但不限于:含卤素化合物、含磷化合物及无机阻燃剂等,其中又以含磷化合物尤佳。借由以含磷化合物作为阻燃剂,于树脂组合物不含卤素原子的情形下,可进一步得到更良好的树脂组合物加工性,且由树脂组合物所构成的薄膜可具有较佳的可挠性。除此之外,当作为阻燃剂的含磷化合物与作为填充剂的金属氢氧化物并用时,可更易于调整树脂组合物特性平衡。阻燃剂的添加量并不特殊限制,可随着阻燃剂种类及本发明树脂组合物应用领域加以调整;其中,当使用含磷化合物作为阻燃剂时,相对于100重量份的本发明的树脂组合物,含磷化合物含量比例最好其磷原子含量为0.1~4.0重量份。
此外,本发明的树脂组合物可选择性的更添加如偶合剂、消泡剂、流平剂、表面张力调整剂等添加剂。
除了前述树脂组合物外,本发明更提供一种绝缘基材,包括本发明前述树脂组合物。特别是,此绝缘基材是呈现一薄膜状。
此外,本发明更提供一种电路板,包括:一基板;以及一绝缘层,设置于基板上。其中,电路板可更包括:一线路层,设置于基板及绝缘层间。
在本发明的绝缘基材及电路板中,使用本发明的树脂树脂组合物所构成的薄膜,可展现优异的韧性、耐弯折性、薄型加工性、耐热性与贴合性。因此,当使用本发明的树脂树脂组合物所构成的绝缘基材于制作软性薄型电路板与多层电路板上,可作为一基板、一保护层、一贴合层或一绝缘层的材料,如此,可提供具有优异可挠性、弯折性、耐热性等的软性薄型电路板与多层电路板。
此外,以本发明的树脂组合物所构成的薄膜不需要通过黏着剂层等,即可与印刷配线板进行积层,故制成的电路板厚度可以变得更薄。再者,本发明的树脂组合物所构成的薄膜具有高度加工性,例如亦可进行冲孔加工等,而适用于各种印刷配线板之电路的绝缘素材。再者,本发明的树脂组合物也具有高度耐热性,适用于需要耐回流焊接性的绝缘素材。此外,当将本发明的树脂组合物所构成的绝缘素材贴合至电路板等之后,不需切割成小片状,即可维持薄膜状态,因此,可提供具有极佳信赖性的电路板或多层电路板。
其中,形成本发明的电路板的方法可为,将本发明的树脂组合物涂布于支撑体上形成绝缘素材的干膜,再把干膜与印刷配线板等贴合;前述干膜也可贴合于1层或2层的支撑体,而形成2层或3层的构造;或前述干膜也可作为支撑体的保护层。然而,本发明并不仅限于此。
在本发明中,本发明的树脂组合物所形成的薄膜,其厚度可配合用途适当设定,较佳厚度是3~100μm,更佳厚度是5~60μm,且最佳厚度是7~50μm。当薄膜厚度在上述范围内,作为绝缘素材使用时,不仅原本目标的绝缘性优异,且可维持柔软度。
上述支撑体属于树脂基材,该树脂基材可使用如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙酯、聚碳酸酯、聚芳酯、乙烯/环状烯烃共聚物等。树脂基材的厚度通常是10~200μm,较佳是15~100μm,且更佳为20~75μm。当树脂基材厚度在上述范围内,可达到良好的树脂组合物的涂层性能与操作性。
前述的支撑体一般称为脱模膜或脱模纸,使用时最好是容易剥离,故脱模膜或脱模纸与本发明的树脂组合物所形成的绝缘素材薄膜的贴合力最好是低于印刷配线板与绝缘素材的贴合力。构成脱模膜的树脂最好采用乙烯/环状烯烃共聚物、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙酯、聚萘二甲酸、聚丙烯等;且当脱模膜与绝缘素材的贴合性太高时,表面最好涂布脱模剂。此外,一般而言,绝缘素材与纸的贴合性高,加上树脂组合物容易渗透,因此使用的脱模纸多数会在纸上面多涂布一层填充层(Filler Layer)甚至是脱模剂。再者,脱模膜或脱模纸的厚度并未特别限定,只要能维持上述贴合力的均衡,就没有太大的问题,通常为5~100μm即可。
在本发明中,干膜可以本技术领域已知的方法制作。举例而言,可将本发明的树脂组合物先以溶剂稀释,好让固含量浓度达到10~80重量百分比,再以一定厚度涂布至树脂基材上,接着,使涂膜干燥后即可形成绝缘素材之干膜。
其中,用于稀释树脂组合物的溶剂,只要不会妨碍到树脂的溶解性、干燥性即可,并无特别限定。涂布树脂组合物至树脂基材时,可采用逆辊涂布机、凹版涂布机、缺角轮涂布机(Comma Coater)、帘式涂布机等一般广为人知的方法。烘干涂膜时,可使用热风干燥机、远红外线或近红外线的干燥机,干燥温度通常是0~150℃,最好是100~130℃;干燥时间通常是1~30分钟。
当本发明的电路板更包括一设置于基板及绝缘层间的线路层时,作为线路层的印刷配线板可为形成于基板(如:聚酰亚胺基板)上的金属层;且可视必要性设置其他层。其中,聚酰亚胺基板可为市售的非热硬化性聚酰亚胺膜,其厚度通常是3~75μm,最好是5~40μm。此外,聚酰亚胺膜的表面也可以施以等离子处理、电晕放电处理等。再者,构成电路的金属层的材料可选自由铜、铜合金、不锈钢、不锈钢合金、镍、镍合金(亦含42合金)、铝及铝合金所组成的群组,亦可视必要性施以电镀处理。在本发明中,金属层也可以由绝缘层与金属箔贴合而成,或是采用喷镀或蒸镀法等,在基板上形成;此外,线路层也可以在基板的两面形成。在此,构成线路层的金属层厚度只要该厚度不会造成断线,并无特别限定,较佳为0.1~300μm,而更佳为3~200μm。
当本发明的绝缘素材与印刷配线板进行积层时,可将干膜的绝缘素材与印刷配线板的电路堆栈后进行压接,即可在线路层上层叠绝缘层。压接方法并无特别限制,例如可采用平面压接或滚轮压接等,尤以真空层压为佳。对于线路层形成面,较佳地,线路层系嵌入于绝缘层中;同时,于完成贴合后,可将干膜上的树脂基材支撑体剥离,而完成本发明的电路板。
另外,可进一步进行热处理,以使层叠线路层上的绝缘层硬化,以提供线路保护性更高的电路板。其中,热处理的温度可为130~250℃,较佳为150~200℃;而热处理也可以0.5~5小时连续性或阶段性进行。
再者,以绝缘素材作为多层电路板的层间绝缘膜时,可先将其中一片印刷配线板与干膜的绝缘素材堆栈,而后剥离干膜的树脂基材,再将另一片印刷配线板堆栈于绝缘素材上方,再利用热压接等,即可完成依印刷配线板/绝缘素材/印刷配线板顺序积层的多层电路板。此外,绝缘素材如须设置通孔时,可事先对绝缘素材施以冲孔加工。再者,欲积层更多印刷配线板时,最好是将印刷配线板及绝缘素材多段性堆栈,并同时升温、升压,以一定温度或阶段性地施以一定时间的热压接,抑或是反复实施前述工程。
附图说明
图1A至1C是本发明实施例6的电路板的制备流程剖面示意图。
【附图标记说明】
11 基板
12 线路层
21 支撑体
22 绝缘层
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。本发明亦可借由其他不同的具体实施例加以施行或应用,本说明书中的各项细节亦可针对不同观点与应用,在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
在本发明中使用的原料一览表如表1所示,各实施范例的组成表如表2所示、实施结果如表3所示。
[干膜的制作方法]
在本发明实施例中用于评估的树脂组合物的薄膜是以下述方式制作。首先,准备A4大小、表面已经过脱模处理的50μm的PET载体膜;接着,使用300μm间隙的涂布装置将已调制好、构成如表1所示的凡立水(Varnish)涂抹至PET载体膜上,放置于维持120℃的烤箱中30分钟,即可取得厚度为50±2μm的评估用树脂组合物的薄膜。
[动力黏度(η)]
首先是对照组,将用于稀释聚合物溶液的二甲基乙酰胺放入乌氏黏度计(使用动力黏度范围2~10cSt(C=0.00982))的标线间,放置于液温35℃的恒温槽10分钟。上方3支玻璃管开口部的当中,将橡胶管与弹簧夹安装至直径尺寸为中的玻璃管,吸附用器具则安装至最细的玻璃管。关闭装上弹簧夹的橡胶管,利用吸附器具把液体往上吸,当液体上升至最上方的储液部时,拆除吸附器具并取下弹簧夹,当下降的液面到达标记线开始,使用秒表测量,测量标记线之间的时间;测量3次,以其平均值作为测量值。接着,于实验组中,系量秤浓度20wt%的聚合物溶液0.49g至50mL三角烧瓶(内有搅拌器芯片),添加20mL的二甲基乙酰胺后,搅拌约10分钟。与对照组同样使用乌氏黏度计测量3次液面于标记线之间移动的时间。而后,使用3次的平均值,遵照以下的公式算出η:
η[dL/g]=(ln(实验组的时间)/(对照组的时间))/固含量(%)×0.2
[弹性]
从利用上述制作方法取得的树脂组合物薄膜切割出100×100mm2大小,放入维持180℃的热风循环式烤箱之中,以185℃进行60分钟的硬化。接着,从其中切割出10×100mm2,以剥离PET载体膜后的薄膜作为试验片;并使用岛津制作所公司制造的AutographAG S-5kND,以20mm/min的速度测量该试验片的拉伸强度。
[柔软性]
准备100×100mm2的单面铜箔软性积层板(铜箔厚度/绝缘层厚度=12/12μm),并在该铜箔软性积层板的铜箔上层叠干膜的绝缘素材,作为柔软性的评估基材。接着在真空状态下,以80℃、0.5MPA进行60秒的层压后,剥离PET载体膜,在热风循环式烤箱中,以185℃进行60分钟的硬化。接着从中切割出10×20mm2作为试验片。将该试验片弯折至180°一下,放入天秤上间隙2mm中间,测量弯折后的试验片的复原力。反复同样测量5次,以该平均值作为测量值。
[耐药性]
制作与柔软性测量相同的绝缘素材层压基板,切割成20mm×20mm的大小,作为试验片。置于1mol%的氢氧化钠水溶液、1mol%的盐酸水溶液、1mol%的硫酸水溶液、MEK、乙醇当中,以30℃浸泡7天后,立即以水清洗,再以干净的布确实擦干后,以目测观察该试验片有无变色、膨胀等的外观变化。外观不变者列为“合格”、外观出现变化者列为“不合格”。
[贴合力]
准备120×100mm2的单面铜箔软性积层板(铜箔厚度/绝缘层厚度=12/12μm),并在该铜箔软性积层板的铜箔上层叠干膜的绝缘素材,作为柔软性的评估基材。接着在真空状态下,以80℃、0.5MPA进行60秒的层压后,剥离载体膜。接着,在其上方将上述120×100mm2的片面铜箔贴软性积层板(铜箔厚度/绝缘层厚度=12/12μm)的铜箔面堆栈至绝缘素材,在真空状态下,以80℃、0.5MPA进行60秒的层压后,在热风循环式烤箱中,以185℃进行60分钟的硬化。从该基板切割出100×10mm2的大小,以此作为试验片。评估时,使贴合部可利用刀片剥离,朝180°的方向(T字剥离强度试验)、在50mm/min的速度下测量拉扯时的强度,反复同样测量5次,以该平均值作为测量值。
[焊接耐热性]
制作与柔软性测量相同的绝缘素材层压基板,切割成20mm×20mm的大小,作为试验片。评估时,让试验片漂浮于维持在260℃的焊钖槽表面,使绝缘素材接触,确认有无膨胀、变色等的异常。反复同样测量5次,都是合格时列为“合格”,除此之外一律列为“不合格”。
[树脂组合物的制备]
实施例1
精准量取880.4g的DMAc(dimethyl acetamide)、474.1g的二甲苯、157.1g(0.155mol)的RT-1000与95.5g(0.232mol)的p-BAPP至2000ml的5口分离式烧瓶之中。搅拌10分钟后,添加100.0g(0.322mol)的ODPA至上述烧瓶中。羧酸二酐化合物对二胺化合物的摩尔比为1:1.2。接着,将油的温度提升至180℃,水会经由Dean-Stark蒸馏器凝缩后,蒸馏出反应体系外。缩合反应约5小时,一直持续到不再有水的流出。最后,反应温度降至室温为止,即可取得长链二胺。接着,将5.7g(0.023mol,NCO对NH的摩尔比为0.35)的MDI溶解于其5倍质量的MEK,并在室温下耗时1小时添加至长链二胺溶液,之后使液温升温至100℃,进行5小时反应。取得的交联聚合物的动力黏度(η)为0.82。将35.8g的50%N-695DMAc溶液以及17.9g的828、5.0g的氰基胺、15.0g的FPB-100、75.0g的H-42ST添加至该交联性聚合物,使用混练机混合后,使用捷南企业公司制造的砂磨机进行微细分散。通过细度计确认没有10μm以上的粒子后,添加5.0g的HXA-4922HP以及4.5g的KBM-403加以混合,即可取得用于制作干膜的凡立水。
实施例2
精准量取903.7g的N-甲基吡咯烷酮(以下称NMP)、602.5g的均三甲苯、97.7g(0.096mol)的RT-1000、51.5g(0.100mol)的二聚胺P-1074以及147.1g(0.358mol)的p-BAPP至2000ml的5口分离式烧瓶之中。搅拌10分钟后,添加100.0g(0.4585mol)的PMDA至上述烧瓶之中。羧酸二酐化合物对二胺化合物的摩尔比为1:1.2。与实施例1同样施以酰亚胺化,取得长链二胺。接着,与实施例1同样,添加溶解于5倍量的MEK中的8.0g(0.032mol,NCO对NH的摩尔比为0.34)MDI,促其反应,取得η为0.92的交联聚合物。添加4.0g的KBM-403至该交联聚合物,搅拌后即可取得用于制作干膜的凡立水。
实施例3
精准量取1037.9g的DMAc、558.9g的二甲苯、181.2g(0.179mol)的RT-1000以及136.4g(0.332mol)的p-BAPP至2000ml的5口分离式烧瓶之中。搅拌10分钟后,添加100.0g(0.340mol)的BPDA至上述烧瓶之中。羧酸二酐化合物对二胺化合物的摩尔比为1:1.5。与实施例1同样施以酰亚胺化,取得长链二胺。接着,与实施例1同样,添加溶解于5倍量的MEK中的10.6g(0.043mol,NCO对NH的摩尔比为0.25)MEK,促其反应,取得η为1.01的交联聚合物。添加4.3g的KBM-403至该交联聚合物,搅拌后即可取得用于制作干膜的凡立水。
实施例4
精准量取1271.9g的DMAc、684.8g的二甲苯、307.1g(0.303mol)的RT-1000以及101.8g(0.248mol)的p-BAPP于2000ml的5口分离式烧瓶之中。搅拌10分钟后,添加100.0g(0.459mol)的PMDA至上述烧瓶之中。羧酸二酐化合物对二胺化合物的摩尔比为1:1.2。与实施例1同样施以酰亚胺化,取得长链二胺。接着,与实施例1同样,添加溶解于5倍量的MEK中的8.0g(0.032mol,NCO对NH的摩尔比为0.35)MDI,促其反应,取得η为1.10的交联聚合物。添加5.2g的KBM-403至该交联聚合物,搅拌后即可取得用于制作干膜的凡立水。
实施例5
精准量取726.8g的NMP、484.6g的均三甲苯、160.3g(0.158mol)的RT-1000以及58.7g(0.293mol)的ODA至2000ml的5口分离式烧瓶之中。搅拌10分钟后,添加100.0g(0.322mol)的ODPA至上述烧瓶之中。羧酸二酐化合物对二胺化合物的摩尔比为1:1.4。与实施例1同样施以酰亚胺化,取得长链二胺。接着,与实施例1同样,添加溶解于5倍量的MEK中的9.7g(0.039mol,NCO对NH的摩尔比为0.3)MDI,促其反应,取得η为0.91的交联聚合物。添加3.3g的KBM-403至该交联聚合物,搅拌后即可取得用于制作干膜的凡立水。
比较例1
精准量取1054.5g的NMP、703.0g的均三甲苯、223.4g(0.220mol)的RT-1000以及135.8g(0.330mol)的p-BAPP至2000ml的5口分离式烧瓶之中。搅拌10分钟后,添加100.0g(0.459mol)的PMDA至上述烧瓶之中。羧酸二酐化合物对二胺化合物的摩尔比为1:1.2。与实施例1同样施以酰亚胺化,取得长链二胺。接着,与实施例1同样,添加溶解于5倍量的MEK中的2.3g(0.009mol,NCO对NH的摩尔比为0.1)MDI,促其反应,取得η为0.55的交联聚合物。添加4.6g的KBM-403至该交联聚合物,搅拌后即可取得用于制作干膜的凡立水。
比较例2
精准量取1125.5g的NMP、750.4g的均三甲苯、204.8g(0.202mol)的RT-1000、107.9g(0.209mol)的二聚胺1074以及248.9g(0.604mol)的p-BAPP至2000ml的5口分离式烧瓶之中。搅拌10分钟后,添加100.0g(0.4585mol)的PMDA至上述烧瓶之中。羧酸二酐化合物对二胺化合物的摩尔比为1:2.2。与实施例1同样施以酰亚胺化,取得长链二胺。接着,与实施例1同样,添加溶解于5倍量的MEK中的41.3g(0.162mol,NCO对NH的摩尔比为0.3)MDI,促其反应后,成为不溶于溶剂的胶化物,无法取得目标的交联聚合物。
表1:使用的原料种类
表2:实施例以及比较例组成一览表
表3:评估结果一览表
由表3结果得知,本发明实施例1-5所提供的树脂组成物,当其作为一绝缘基材时,可展现优异的拉伸弹性、柔软性、耐药性、贴合力及耐热性,故特别适用于软性薄型电路板或多层电路板上。
实施例6
图1A至1C是本实施例的电路板的制备流程剖面示意图。首先,如图1A所示,提供一基板11,其上方形成有一线路层12;以及一支撑体21,其上方形成有一绝缘层22,其中,绝缘层22是包括前述实施例1-5的树脂组合物的其中一者;而后,如图1B所示,将支撑体21压合于基板11,使线路层12可嵌埋于绝缘层22中;最后,如图1C所示,移除支撑体21,则完成本实施例的电路板。
因此,如图1C所示,本实施例的电路板包括:一基板11;以及一绝缘层22,设置于基板11上,且包括前述实施例1-5的树脂组合物的其中一者。同时,本实施例之电路板更包括:一线路层12,设置于基板11及绝缘层22间。
在本发明中,仅提供一种可能的电路板实施态样;然而,本发明并不仅限于此,只要电路板其保护层、贴合层、绝缘层或其他层别使用本发明的树脂组成物,均属在本发明的范畴中。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种树脂组合物,包括由下式(1)及下式(2)所示的单元所形成的交联聚合物:
OCN-X-NCO (2)
其中,R1及R2各自独立地为C1-60脂肪族基、C4-20脂环族基、C4-60芳基、C4-20杂环基、或C4-60杂芳基;
A为C4-60芳基、或C4-60杂芳基;
X为C1-60脂肪族基、C4-20脂环族基、或C6-60芳基;以及
a为介于1至100的整数;
其中,在该交联聚合物中,式(1)所示的单元与式(2)所示的单元的比例是介于1:0.31至1:0.95;以及
式(1)所示单元为一四羧酸二酐单体及一二胺单体所形成的共寡聚物或共聚物,且在式(1)中,该四羧酸二酐单体与该二胺单体的比例是介于1:1.05至1:2。
4.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中R1及R2彼此相同。
5.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中X是选自由C4-18亚烷基、C8-22亚环烷基、C8-22亚环烯基、C6-18亚芳基、及-(C1-4烷基)-C6-18亚芳基-(C1-4烷基)-所组成的群组。
6.根据权利要求5所述的树脂组合物,其中式(2)所示单元是选自由:甲苯二异氰酸酯、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、3,3'-二甲基二苯基-4,4-二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基-1,6-二异氰酸酯己烷、2,4,4-三甲基-1,6-二异氰酸酯己烷、赖氨酸二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-二异氰酸酯环己烷、4,4-二环己基二异氰酸酯、四甲基二甲苯基二异氰酸酯、及亚二甲苯基二异氰酸酯所组成的群组。
7.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中该四羧酸二酐单体是选自由:均苯四甲酸二酐、3,3,4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3,4,4'-二苯砜四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、1,2,3,4-呋喃四羧酸二酐、4,4'-二(3,4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酐、4,4'-六氟异亚丙基邻苯二甲酸酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、2,3,3',4'-联苯四羧酸二酐及p-亚苯基(偏苯三酸单酯酸酐)所组成的群组。
8.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中该二胺单体是选自由:3,3'胺基二苯醚、4,4'-二氨基-3,3',5,5'-四甲基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯甲烷、3,4'-二氨基苯甲酰苯胺、4,4'-二氨基苯甲酰苯胺、3,3'-二氨基二苯甲酮、4,4'-二氨基二苯甲酮、3,3'-二乙基-4,4'-二氨基二苯醚、3,3'-二乙氧基-4,4'-二氨基二苯甲烷、3,3'-二甲酯-4,4'-二氨基二苯甲烷、3,3'-二甲酯-4,4'-二氨基二苯基丙烷、3,3'-二乙基-4,4'-二氨基二苯基丙烷、3,3'-二甲酯-5,5'-二乙基-4,4'-二氨基二苯甲烷、3,3'-二甲氧基-4,4'-二氨基二苯醚、3,3'-二甲氧基-4,4'-二氨基二苯甲烷、3,3'-二甲氧基-4,4'-二氨基二苯砜、3,3'-二甲氧基-4,4'-二氨基二苯基丙烷、3,3'-二乙氧基-4,4'-二氨基二苯基丙烷、3,3',5,5'-四甲基-4,4'-二氨基二苯甲烷、3,3',5,5'-四乙基-4,4'-二氨基二苯甲烷、4,4'-双(3-氨基苯氧基)联苯、1,3-二(3-氨基苯氧)苯、1,3-二(4-氨基苯氧)苯、1,4-二(4-氨基苯氧)苯、1,3-二[3-(氨基苯氧)苯氧基]苯及2,2'-二[4-(4-氨基苯氧)苯基]丙烷所组成的群组。
9.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中当R1及R2各自独立地为经取代或未取代的C1-60脂肪族基时,式(1)所示的单元占该交联聚合物总分子量的20-90wt%,且该聚合物在室温下的拉伸弹性为0.1-2.0GPa。
10.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中当R1及R2各自独立地为经取代或未取代的C6-60芳基时,式(1)所示的单元占该交联聚合物总分子量的10-80wt%,且该聚合物在室温下的拉伸弹性为0.1-2.0GPa。
11.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中该交联聚合物更包括一重复单元,且该重复单元衍生自选自由:聚乙二醇二胺、聚丙二醇二胺、聚丁二醇二胺、聚丙二醇-聚丁二醇的二胺的嵌段共聚物、及聚乙二醇-聚丙二醇-聚丁二醇的嵌段共聚物所组成的群组。
12.一种绝缘基材,包括如权利要求1至11任一项所述的树脂组合物。
13.一种电路板,包括:
一基板;以及
一绝缘层,设置于该基板上,且包括如权利要求1至11任一项所述的树脂组合物。
14.根据权利要求13所述的电路板,更包括:一线路层,设置于该基板及该绝缘层间。
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