TWI503370B - 用於製備熱固性樹脂的組成物、組成物的固化物、具有固化物的預浸體及預浸積層體、以及具有預浸體或預浸積層體的金屬包層積層體與印刷電路板 - Google Patents
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Description
本申請案主張2010年6月5日於韓國智慧財產局提出申請之韓國專利申請案第10-2010-0064397號的權益,此案之全文併入本案供參考。
本發明是有關於一種用於製備熱固性樹脂的組成物、所述組成物的固化物、具有所述固化物的預浸體或預浸積層體、具有所述預浸體或所述預浸積層體的金屬包層積層體以及印刷電路板,且特別是關於一種用於製備熱固性樹脂的組成物,其包括有末端胺基的芳香族聚酯醯胺共聚合物以及均苯四甲酸二酐,所述組成物的固化物、具有所述固化物的預浸體或預浸積層體,以及具有所述預浸體或所述預浸積層體的印刷電路板。
隨著近年來電子設備的微型化(miniaturization)和多功能化(multi-functionalization),目前已積極研發印刷電路板的高緻密化(densification)以及微型化。由於銅包層積層體(copper clad laminates)具有優良的衝壓成形性(stamping formability)、鑽孔加工性(drill processability)以及低成本,使得銅包層積層體被廣泛運用在電子設備的印刷電路板的基材。
在用於印刷電路板的銅包層積層體中,所使用的預浸體需具有下列重要特性,以達到良好的半導體性能以及符
合半導體封裝製造條件:(1)相對於金屬(積體電路(IC)晶片)的熱膨脹係數,其具有低熱膨脹係數;(2)在1GHz或更大的高頻範圍中,其具有低介電特性以及介電穩定性;以及(3)對於在大約270℃時進行的回流製程的耐熱性。
預浸體是藉由使用環氧類(epoxy)樹脂或雙順丁烯二酸醯亞胺-三氮雜苯(bismaleimide triazine)樹脂來浸漬玻璃纖維,接著再乾燥與半硬化(semi-curing)樹脂而製備的。接著,將銅薄膜堆疊在預浸體或預浸積層體上將樹脂完全硬化成銅包層積層體。上述的銅包層積層體會形成為一薄膜層,然後經由高溫製程,諸如在270℃下進行的回流製程。當對薄膜層形式的銅包層積層體進行高溫製程時,因為預浸體的熱膨脹係數與銅包層積層體的熱膨脹係數不同,因此銅包層積層體可能會受熱變形而導致產量減少。此外,必須降低環氧類樹脂或雙順丁烯二酸醯亞胺-三氮雜苯樹脂的高吸濕性(hygroscopicity)。特別是,樹脂在1GHz或更大的高頻範圍時具有較差的介電特性(即在高頻範圍內具有高介電常數)。由於印刷電路板需進行高頻率及高速製程,因此難以將此樹脂應用於半導體封裝的印刷電路板。因此,必須開發出具有低介電常數的預浸體。
作為環氧類樹脂或雙順丁烯二酸醯亞胺-三氮雜苯樹脂的另一選擇,近年來常使用芳香族聚酯樹脂來製備預浸體。此預浸體可以藉由使用芳香族聚酯樹脂來浸漬有機或
無機的纖維來製備。且特別的是,芳香族聚酯預浸體可以使用芳香族聚酯樹脂以及芳香族聚酯纖維來製備。詳言之,使芳香族聚酯樹脂溶解於包含鹵族元素(譬如氯元素)的溶劑中,以製備組成物溶液,接著以此組成物溶液來浸漬芳香族聚酯纖維,然後使產物乾燥以製備芳香族聚酯預浸體。然而,在此方法中,難以完全移除包含鹵族元素的溶劑,而鹵族元素亦會腐蝕銅包層體。因此,需要開發一種使用非鹵素溶劑來製備芳香族聚酯預浸體的方法。
本發明提供一種用於製備熱固性樹脂的組成物,其包括含有末端胺基的芳香族聚酯醯胺共聚合物以及均苯四甲酸二酐。
本發明提供一種熱固性樹脂薄膜,其包括所述用於製備熱固性樹脂的組成物的固化物。
本發明提供一種預浸體及一種預浸積層體,其包括所述用於製備熱固性樹脂的組成物的固化物。
本發明亦提供一種金屬包層積層體及一種印刷電路板,其包括所述預浸體或預浸積層體。
根據本發明之另一方面,提供一種用於製備熱固性樹脂的組成物,此組成物包括100重量份的芳香族聚酯醯胺共聚合物以及約10至900重量份的均苯四甲酸二酐。所述芳香族聚酯醯胺共聚合物含有末端胺基且包括:約10至30莫耳百分比的重複單元A,所述重複單元A衍生自芳香族羥羧酸(aromatic hydroxy carboxylic acid);約15至25莫
耳百分比的至少一重複單元,所述至少一重複單元選自由重複單元B及重複單元B’所組成之族群,其中所述重複單元B衍生自具有酚性羥基(phenolic hydroxyl group)的芳香族胺(aromatic amine),以及所述重複單元B’衍生自芳香族二胺(aromatic diamine);約15至30莫耳百分比的重複單元C,所述重複單元C衍生自芳香族二醇(aromatic diol);以及約30至60莫耳百分比的重複單元D,所述重複單元D衍生自芳香族二羧酸(aromatic dicarboxylic acid)。
所述重複單元A可衍生自選自對羥基苯甲酸及2-羥基-6-萘甲酸中的至少一化合物。所述重複單元B可衍生自選自由3-胺苯酚、4-胺苯酚及2-胺基-6-奈酚(2-amino-6-naphthol)所組成之族群中的至少一化合物。所述之重複單元B’可衍生自選自由1,4-苯二胺(1,4-phenylene diamine)、1,3-苯二胺(1,3-phenylene diamine)及2,6-奈二胺(2,6-naphthalene diamine)所組成之族群中的至少一化合物。所述重複單元C可衍生自選自由間苯二酚(resorcinol)、二酚(biphenol)及對苯二酚(hydroquinone)所組成之族群中的至少一化合物。所述重複單元D可衍生自選自由異苯二甲酸(isophthalic acid)及奈系二羧酸(naphthalene dicarboxylic acid)中的至少一化合物。
所述重複單元B、重複單元B’、重複單元C以及重複單元D的量均可符合以下條件:1.0≦[n(B)+n(B’)+n(C)]/n(D)<1.5
其中n(B)、n(B’)、n(C)以及n(D)分別代表芳香族聚酯
醯胺共聚合物中重複單元B、重複單元B’、重複單元C以及重複單元D的莫耳數。
根據本發明之另一方面,提供一種熱固性樹脂薄膜,其包括所述用於製備熱固性樹脂的組成物之固化物。
根據本發明之另一方面,提供一種預浸體,其包括一基材;及包含於基材中的所述用於製備熱固性樹脂的組成物之固化物。
在每單位面積的所述基材中,用於製備熱固性樹脂的組成物及其固化物的總量可以是在約0.1g/m2至約1,000g/m2的範圍之間。
所述基材可包括選自由芳香族聚酯纖維、芳香族聚酯醯胺纖維、玻璃織維、碳織維、紙或上述之組合所組成之族群中的至少一者。
基於100重量份的用於製備熱固性樹脂的組成物及其固化物的總量,所述預浸體可更包括約0.0001重量份至約100重量份的至少一有機填料或無機填料,在包含於所述預浸體中的固化物完全硬化後,量測預浸體的熱膨脹係數,其在單向的熱膨脹係數為20ppm/K或更小。
在包含於所述預浸體中的所述固化物完全硬化後,在1GHz頻率下量測所述預浸體的介電常數及介電損耗,所述預浸體的介電常數為4.0或更小,而其介電損耗為0.01或更小。
在包含於所述預浸體中的所述固化物完全硬化後,量
測所述預浸體的抗彎模數(flexural modulus),所述預浸體的所述抗彎模數在約10至約30GPa的範圍之間。
根據本發明之另一方面,提供一種預浸積層體,其包括至少一所述預浸體。
根據本發明之另一方面,提供一種金屬包層積層體,其包括預浸體以及配置於所述預浸體之至少一表面上的至少一金屬薄膜。
上述的預浸體可以是包括至少兩個所述預浸體的預浸積層體。
根據本發明之另一方面,提供一種印刷電路板,藉由蝕刻所述金屬包層積層體的金屬薄膜來形成。
根據本發明之另一方面,提供一種印刷電路板,藉由將金屬電路圖案印刷於所述熱固性樹脂薄膜的至少一表面上來形成。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下,將詳述根據本發明之一實施例的用於製備熱固性樹脂的組成物、組成物的固化物、及具有固化物的預浸體。
根據本發明之一實施例,用於製備熱固性樹脂的組成物包括100重量份的含有末端胺基的芳香族聚酯醯胺共聚合物以及約10至900重量份的均苯四甲酸二酐。
當芳香族聚酯醯胺共聚合物以及均苯四甲酸二酐的
含量均在上述範圍內時,用於製備熱固性樹脂組成物的固化物(諸如交聯樹脂)可具有低熱膨脹係數、低介電特性以及高交聯密度。上述的高交聯密度使得組成物的固化物可具有低吸濕性、高透明性以及高抗彎模數。
根據本發明之一實施例,芳香族聚酯醯胺共聚合物包括:約10至約30莫耳百分比的重複單元A,所述重複單元A衍生自芳香族羥羧酸;約15至約25莫耳百分比的至少一重複單元,所述至少一重複單元選自由重複單元B及重複單元B’所組成之族群,其中所述重複單元B衍生自具有酚性羥基的芳香族胺,以及所述重複單元B’衍生自芳香族二胺;約15至約30莫耳百分比的重複單元C,所述重複單元C衍生自芳香族二醇;以及約30至約60莫耳百分比的重複單元D,所述重複單元D衍生自芳香族二羧酸。
當所述重複單元A的含量在上述範圍內時,芳香族聚酯醯胺共聚合物可能會有高機械強度(mechanical strength)以及優異的熱性質。當所述重複單元B及重複單元B’之總含量在上述範圍內時,在溶劑中芳香族聚酯醯胺共聚合物的溶解度可能會上升,以及芳香族聚酯醯胺共聚合物可能會有一適當的熔點。當所述重複單元C的含量在上述範圍內時,芳香族聚酯醯胺共聚合物在溶劑中的溶解度可能會上升,以及芳香族聚酯醯胺共聚合物可能會有適當的熔點以及高透明性。當所述重複單元D的含量在上述範圍內時,芳香族聚酯醯胺共聚合物在溶劑中的溶解度可能會上升,以及芳香族聚酯醯胺共聚合物可能會有低熱膨脹係數
以及低介電特性。
所述重複單元A可衍生自選自對羥基苯甲酸及2-羥基-6-萘甲酸中的至少一化合物。所述重複單元B可包括衍生自選自由3-胺苯酚、4-胺苯酚及2-胺基-6-奈酚所組成之族群中的至少一化合物的重複單元。所述重複單元B’可衍生自選自由1,4-苯二胺、1,3-苯二胺及2,6-奈二胺所組成之族群中的至少一化合物。所述重複單元C可衍生自選自由間苯二酚、二酚及對苯二酚所組成之族群中的至少一化合物。所述重複單元D可衍生自選自由異苯二甲酸及奈系二羧酸所組成之族群中的至少一化合物。
所述的重複單元B、重複單元B’、重複單元C以及重複單元D可符合以下條件:1.0≦[n(B)+n(B’)+n(C)]/n(D)<1.5
上述的n(B)、n(B’)、n(C)以及n(D)分別代表芳香族聚酯醯胺共聚合物中重複單元B、重複單元B’、重複單元C以及重複單元D的莫耳數。
當{[n(B)+n(B’)+n(C)]/n(D)}的含量比值在上述範圍內時,上述的芳香族聚酯醯胺共聚合物將會包括多個末端胺基及/或末端氫氧基。此外,會在芳香族聚酯醯胺共聚合物以及環氧類樹脂間進行硬化反應,以形成具有高交聯密度的熱固性樹脂。
舉例來說,芳香族聚酯醯胺共聚合物的每一重複單元皆可用任一下式來表示:
(1)衍生自芳香族羥羧酸的重複單元A:
(2)衍生自具有酚性羥基的芳香族胺的重複單元B:
(3)衍生自芳香族二胺的重複單元B’:
(4)衍生自芳香族二醇的重複單元C:
(5)衍生自芳香族二羧酸的重複單元D:
其中R1及R2各自代表的是鹵素原子、羧基、氨基、硝基(nitro group)、氰基(cyano group)、被取代或未被取代的C1-C20烷基(alkyl group)、被取代或未被取代的C1-C20烷氧基(alkoxy group)、被取代或未被取代的C2-C20烯基(alkenyl group)、被取代或未被取代的C2-C20炔基(alkynyl group)、被取代或未被取代的C1-C20異烷基(heteroalkyl group)、被取代或未被取代的C6-C30芳基(aryl group)、被取代或未被取代的C7-C30芳基烷基(arylalkyl group)、被取代或未被取代的C5-C30異芳基(heteroaryl group)、或被取代或未被取代的C3-C30異芳基烷基(heteroarylalkyl group)。上述“被取代”一詞表示至少一個氫原子被鹵素基、羥基、烷基、烷氧基、胺基或上述基團中的至少兩者所取代。
芳香族聚酯醯胺共聚合物可藉由聚合下列物質來製備(1)芳香族羥羧酸或其酯形成衍生物(ester-forming derivatives);(2)選自由具有酚性羥基的芳香族胺或其醯胺形成衍生物、以及芳香族二胺或其醯胺形成衍生物所組成之族群中的至少一者;(3)芳香族二醇或其酯形成衍生物;以及(4)芳香族二羧酸或其酯形成衍生物。
芳香族羥羧酸或芳香族二羧酸的酯形成衍生物可以是高反應性衍生物,諸如酸氯(acid chloride)及酸酐(acid anhydride),或者可與醇類或乙二醇(ethylene glycol)形成酯鍵(ester bond)。
在芳香族胺或芳香族二胺的醯胺形成衍生物中,其胺基可以與羧酸形成醯胺鍵。
在芳香族二醇的酯形成衍生物中,其羥基可與羧酸反應而形成酯鍵。
如上述製備的芳香族聚酯醯胺共聚合物可以溶解於溶劑中,且其可以是熱向型液晶(thermotropic liquid crystal)聚酯醯胺共聚合物,其可在400℃或更低的溫度範圍下形成光學異向性熔融(optically anisotropic melt)。舉例來說,芳香族聚酯醯胺共聚合物的熔點可以在約250℃至約400℃的範圍內,以及其平均分子量可以在約1,000至約20,000的範圍內。
上述的芳香族聚酯醯胺共聚合物可以藉由以下方法來製備。詳言之,對應於重複單元A的芳香族羥羧酸的羥基或胺基、分別對應於重複單元B及/或重複單元B’的芳香族胺及/或芳香族二胺、對應於重複單元C的芳香族二醇與脂肪酸酐(fatty acid anhydride)醯化,以獲得醯基化合物(acylation compound),然後所獲得的醯基化合物和芳香族二羧酸進行轉酯化而使其被熔融聚合。在此狀況下,藉由適當的調整脂肪酸酐的含量,上述的芳香族聚酯醯胺共聚合物可具有末端胺基以及預期的聚合度。舉例來說,當脂肪酸酐的含量增加時,芳香族聚酯醯胺共聚合物的末端胺基的含量減少,而末端羧基的含量及聚合度增加。反之,當脂肪酸酐的含量減少時,芳香族聚酯醯胺共聚合物的末端胺基的含量增加,而末端羧基的含量及聚合度減少。
在醯化反應(acylation reaction)中,就化學當量
(chemical equivalent)而言,所用的脂肪酸酐含量可以是大於羥基及胺基含量的約0.9至1.2倍,諸如大於約0.95至1.05倍的範圍。當脂肪酸酐的含量在上述範圍內時,所生成的芳香族聚酯醯胺共聚合物含有末端胺基,其著色性(coloration)可能會降低。用以產生上述芳香族聚酯醯胺共聚合物的一些單體可能不會昇華,以及所產生的酚類氣體可能會減少。醯化反應可以在約130℃至170℃的溫度範圍下持續進行約30分鐘至8小時,舉例來說,在約140℃至160℃的溫度範圍下可持續進行約2小時至4小時。
在醯化反應中所使用的脂肪酸酐的實例可以是乙酸酐、丙酸酐、異丁酸酐、正戊酸酐(valeric anhydride)、特戊酸酐(pivalic anhydride)、丁酸酐、或者它們的組合物,但並不限定於此些。
轉酯化(transesterification)以及轉醯胺化(transamidation)可以在約130至400℃的溫度以及0.1至2℃/分鐘的加熱速度下進行,舉例來說,在約140至350℃的溫度以及約0.3-1℃/分鐘的加熱速度下進行。
為了藉由推動化學平衡狀態來增加反應速率,當對生成的脂肪酸酯與芳香族二羧酸進行轉酯化與轉醯胺化作用時,所產生的脂肪酸副產物以及未反應的脂肪酸酐可以藉由蒸發或蒸餾而排出反應系統。
醯化反應、轉酯化以及轉醯胺化可以在催化劑存在下進行。催化劑可以是任何常用於製備聚酯樹脂的催化劑。舉例來說,催化劑可以是乙酸鎂(magnesium acetate)、乙酸
錫(tin acetate)、四丁基鈦酸鹽(tetrabutyl titanate)、乙酸鉛(lead acetate)、乙酸鈉(sodium acetate)、乙酸鉀(potassium acetate)、三氧化二銻(antimony trioxide)、N,N-二甲胺吡啶(N,N-dimethylaminopyridine)以及N-甲咪唑(N-methylimidazole)。通常可同時添加催化劑以及單體,並且在催化劑存在下進行醯化反應、轉酯化以及轉醯胺化反應。
轉酯化以及轉醯胺化的聚合縮合反應(polycondensation)可以藉由熔融聚合反應來進行。而且由於產生的芳香族聚酯醯胺共聚合物接著會和環氧類樹脂進行交聯(諸如固化)作用,因此可形成具有高聚合度以及高機械強度的固化物。因此無須進行固相聚合反應(solid state polymerization reaction)。
未特別限制熔融聚合反應中所使用的反應器,且反應器可以是配備有通常用於高黏度材料反應的攪拌設備的反應器。就此點來看,醯化反應以及熔融聚合反應可以使用同一反應器,或者各反應使用不同的反應器。
根據本發明之一實施例,芳香族聚酯醯胺共聚合物可含有末端胺基,且因此上述共聚合物可以與均苯四甲酸二酐形成高度交聯。
上述製備的芳香族聚酯醯胺共聚合物可具有為3ppm/K或更小的熱膨脹係數。
根據本發明之一實施例,依據一預定比率(predetermined ratio)混合芳香族聚酯醯胺共聚合物以及均
苯四甲酸二酐,以製備用於製備熱固性樹脂的組成物。
可藉由對用於製備熱固性樹脂的組成物進行一通用的溶劑燒鑄法(solvent casting method)來製備熱固性樹脂薄膜。
用於製備熱固性樹脂的組成物會在溶劑中溶解。因此,可以藉由在基材上預浸或塗佈用於製備熱固性樹脂組成物,以及進行熱硬化(主要為半硬化)生成物,以製備預浸體。在此狀況下,經由熱硬化作用,包含於預浸體中的用於製備熱固性樹脂組成物的組分之間可進行交聯反應,以置備交聯樹脂。也就是說,芳香族聚酯醯胺共聚合物(也就是用於製備熱固性樹脂的組成物中的一成分)的末端胺基與均苯四甲酸二酐(也就是組成物中的另一成分)會部分交聯以形成交聯樹脂(諸如固化物)。因為上述固化物具有芳香族聚酯醯胺共聚合物的物理特性,所以固化物亦具有低吸濕性、高抗彎模數、低熱膨脹係數、低介電常數、以及低介電損耗。
上述“半硬化”一詞表示對用於製備樹脂的組成物進行部分硬化製程。經由半硬化製程所產生的樹脂會被熱軟化但不會被熔化,且在溶劑中會膨脹但不會溶解。一般來說,經由對組成物進行半硬化製程所獲得的樹脂稱為B階段(B-stage)樹脂。上述“完全硬化”一詞表示對用於製備樹脂的組成物進行完整的硬化製程。一般來說,經由對組成物進行完全硬化製程所獲得的樹脂稱為C階段(C-stage)樹脂。
此外,用於製備熱固性樹脂的組成物可運用在除了預浸體以外的其他的領域中。
可將用於製備熱固性樹脂的組成物溶解在溶劑中以製備組成物溶液,然後將組成物溶液浸漬或塗佈至有機的或無機的纖維物及/或非纖維物,並對組成物溶液進行乾燥及半硬化製程,以製備預浸體。可以藉由溶液浸漬法(solution impregnation)或漆浸漬法(varnish impregnation)來進行浸漬。
基於100重量份的用於製備熱固性樹脂的組成物,用來溶解芳香族聚酯醯胺共聚合物的溶劑的含量可以是在約100至100,000重量份的範圍內。當上述溶劑含量在上述範圍內時,可充分溶解用於製備熱固性樹脂的組成物,且用於製備熱固性樹脂的組成物產率亦可提升。
用來溶解芳香族聚酯醯胺共聚合物的溶劑可以是非鹵素溶劑,但不限定於此。例如,溶劑可以是極性非質子基化合物(polar non-proton based compound)、鹵化酚(halogenated phenol)、鄰二氯苯(o-dichlorobenzene)、三氯甲烷(chloroform)、二氯甲烷(methylene chloride)、四氯甲烷(tetrachloroethane)、或者它們的組合物。
特別是,由於用於製備熱固性樹脂的組成物甚至可以在非鹵素溶劑中被溶解,因此盡可能地避免使用含有鹵素的溶劑。有鑒於此,可避免包括組成物固化物的金屬薄膜包層積層體或印刷電路板的金屬薄膜被腐蝕,也就是避免使用含有鹵素溶劑對其造成的腐蝕。
所述之基材可包括芳香族聚酯纖維、芳香族聚酯醯胺纖維、玻璃織維、碳織維、紙及/或包括至少上述兩者的纖維物及/或非纖維物。
當在預浸體的製備過程中使用浸漬方法時,會使用組成物溶液來浸漬基材,其中浸漬時間例如是約0.001分鐘至約1小時。當浸漬時間在上述範圍內時,組成物溶液能夠均勻地浸漬上述基材,而且可增加預浸體的產率。
此外,當組成物溶液浸漬基材時,浸漬溫度在20℃至190℃的範圍內。
在每單位面積的基材中,用於製備熱固性樹脂的組成物的浸漬量可以是在約0.1g/m2至1,000g/m2的範圍內。當上述用於製備熱固性樹脂的組成物的浸漬量在上述範圍內時,預浸體的產率可能會提升,而且更易於進行其製程。因此,進行完半硬化製程後,在每單位面積基材中,預浸體包括用於製備熱固性樹脂的組成物與所述組成物的固化物的量可以是在約0.1g/m2至1,000g/m2的範圍內。
為了控制介電常數以及熱膨脹係數,可於上述的組成物溶液中加入無機填料及/或有機填料,無機填料例如是二氧化矽(silica)、氫氧化鋁(aluminum hydroxide)或碳酸鈣(calcium carbonate);有機填料例如是固化的環氧類樹脂或交聯的丙烯樹脂。無機填料可以是鈦酸鹽(titanate),諸如鈦酸鋇(barium titanate)或鈦酸鍶(strontium titanate),或者是藉由以其他金屬部分取代鈦酸鋇的鈦或鋇而製備的化合物。基於100重量份的用於製備熱固性樹脂的組成物,在
組成物溶液內的無機填料及/或有機填料的含量可以是在約0.0001至100重量份的範圍內。當無機填料及/或有機填料的含量在上述範圍內時,能降低預浸體的熱膨脹係數,以及在進行半硬化製程之後,用於製備熱固性樹脂組成物及組成物的固化物具有足以作為黏合劑(binder)的特性。如此一來,基於總量為100重量份的用於製備熱固性樹脂的組成物以及組成物的固化物,在進行半硬化製程之後,預浸體內的無機填料及/或有機填料的含量可以是在0.0001至100重量份的範圍內。
由於根據本實施例的預浸體包括用於製備熱固性樹脂的組成物的固化物以及有機或無機編織纖維及/或非編織纖維,其中固化物具有低熱膨脹係數、低介電常數、低吸濕性以及高抗彎模數,以及有機或無機編織纖維及/或非編織纖維具有優異機械強度,因此預浸體具有優良的尺寸穩定性(dimensional stability)且不易受熱變形,並且兼具彈性與硬度。這些特性使得預浸體適合進行通孔鑽孔處理(via-hole drill processing)以及堆疊處理(stacking processing)。因此,上述的預浸體可以在許多領域中做為一種軟性基材。
在製備預浸體的浸漬製程中,藉由以組成物溶液浸漬或塗抹基材(base)之後,藉由蒸發製程移除溶劑,但並未特別限制移除溶劑的方法。舉例來說,諸如可進行熱蒸發、真空蒸發或者通風蒸發(ventilating)。可以藉由在20℃至190℃的溫度下持續1分鐘至2小時對浸漬於組成物溶液中
的預浸體進行乾燥製程,以移除所述溶劑。
然後使乾燥的預浸體在120℃至320℃的溫度下持續進行熱處理1至8小時,以半硬化預浸體中用於製備熱固性樹脂的組成物。
根據本發明之實施例,預浸體的厚度可以在約5μm至約200μm的範圍內,諸如在約30μm至約150μm的範圍內。
在完全硬化包含於預浸體中的固化物(諸如半硬化樹脂,等同於B階段樹脂)後,量測預浸體之熱膨脹係數,其在單向的熱膨脹係數為20ppm/K或更小。當預浸體之熱膨脹係數在上述範圍時,包括有預浸體的金屬包層積層體不會產生剝落現象。
此外,在完全硬化包含於預浸體中的固化物後,在1GHz頻率下量測預浸體之介電常數以及介電損耗,其中所述之介電常數為4.0或更小,以及其介電損耗為0.01或更小。上述的“介電損耗”一詞表示當交替電場施加於介電材料時,介電材料中以熱形式產生的能量損失。當其介電常數及介電損耗分別在上述範圍時,包括有固化物的預浸體適於在高頻範圍中用作絕緣基材。
在完全硬化包含於預浸體中的固化物後,量測預浸體之抗彎模數,預浸體之抗彎模數可在約10至約30GPa的範圍之間。當預浸體之抗彎模數在上述範圍時,將不會產生翹曲現象(warpage)。
如上所述之預浸體的熱膨脹係數、介電常數、抗彎模數皆能由下列方法測量得知。將金屬薄膜堆疊在預浸體之
兩面上,其中預浸體是藉由對浸漬於基材中的用於製備熱固性樹脂的組成物進行半硬化來製備。接著,對積層體進行加熱與壓縮製程以製備金屬包層積層體,而後移除金屬包層積層體中的金屬薄膜。接著,藉由分析預浸體即可測量其熱膨脹係數、介電常數以及抗彎模數。其中,當進行加熱與壓縮製程時,半硬化樹脂將會完全硬化。
同時,可經由堆疊預定數量的預浸體來製備預浸積層體,並對積層體進行加熱與壓縮處理。其中,在進行加熱與壓縮製程時,上述的半硬化樹脂會完全硬化以轉變為交聯樹脂。
再者,金屬包層積層體可以藉由將金屬薄膜(諸如銅薄膜、銀薄膜或鋁薄膜)放置在預浸體或預浸積層體的至少一個表面上來製備,再加熱與壓縮上述所產生的積層體。如果具有半硬化的樹脂,此半硬化的樹脂在加熱與壓縮的過程中會完全硬化而轉變為交聯樹脂。
預浸體或預浸積層體以及金屬包層積層體中的金屬薄膜,厚度可以在0.1μm至300μm的範圍內。當預浸體或預浸積層體的厚度在上述範圍內時,預浸體或預浸積層體在進行滾軋製程(winding process)時不易破裂,而且可獲得具有受限厚度的多層預浸體(multilayered laminate)。當金屬薄膜的厚度在上述範圍內時,金屬薄膜在層壓時不易破裂,且可獲得多層預浸體。
製備金屬包層積層體所進行的加熱與壓縮製程的條件例如是150℃至250℃的溫度範圍及10MPa至30MPa
的壓力範圍。然而條件不限於此,也就是條件可根據預浸體的特性、用於製備熱固性樹脂的組成物的反應性、壓縮設備的性能、金屬膜積層體的預定厚度而改變。
根據本實施例,金屬包層積層體可更包括位於預浸積層體與金屬薄膜之間的黏著層(adhesive layer),以增加上述兩者間的結合度(bonding)。可使用熱塑性樹脂或熱固性樹脂來製備黏著層。此外,黏著層的厚度可以是在0.1μm至100μm的範圍內。當黏著層的厚度在上述範圍之內時,其黏著強度增加且具有適當的黏著層厚度。
根據本實施例之多層印刷電路板可以藉由蝕刻金屬包層積層體的金屬薄膜及於金屬薄膜中形成電路來製備。或者,印刷電路板也可以藉由將金屬電路圖案印刷至熱固性樹脂薄膜的至少一表面上來製備。當需要時,印刷電路板中亦可具有通孔(through-hole)。
在本發明之一實施例中,根據欲形成的絕緣層厚度在諸如內層與金屬膜等構件之間佈置預定數量的上述預浸體,以及藉由對積層體進行加熱與壓縮,以製備多層印刷電路板。在此例中,加熱與壓縮條件可以與製備金屬包層積層體中的條件相同。此外,用作電絕緣材料的預浸積層體、金屬包層積層體或印刷電路板或這些材料中的至少兩者可作為內基材。
將參照以下的實例來詳述本發明之一或多個實施例。但是這些實例只是用作舉例說明,而並不是用來限定本發明的範圍。
實例
(製備銅包層積層體)
實例1
步驟1:製備芳香族聚酯醯胺共聚合物
在具有攪拌槳、扭矩計、氮氣導管、溫度計及迴流冷凝器的反應器中加入179.6g(1.3mol)的對羥基苯甲酸、245.5g(2.3mol)的4-胺苯酚、198.2g(1.8mol)的對苯二酚、44.0g(0.4mol)的間苯二酚、731.0g(4.4mol)的異苯二甲酸以及1,123g(11mol)的乙酸酐。以氮氣完全置換反應器中的空氣,再於氮氣氛圍中使反應器升溫至150℃並持續30分鐘。之後,在將反應器的溫度維持在150℃的狀態下,進行迴流3小時。
然後,藉由蒸餾移除流出的乙酸以及未反應的乙酸酐之後,將反應器的溫度升溫至320℃並持續180分鐘。當攪拌所形成的扭矩開始增加時,可視為已達反應終點,並排出反應器中的內含物。將所得的固體粉末冷卻至室溫,且研磨所得的固體粉末,在無須進行任何固相聚合反應下即可獲得芳香族聚酯醯胺共聚合物粉末。
步驟2:製備用於製備熱固性樹脂的組成物溶液
將在步驟1所獲得的500g芳香族聚酯醯胺共聚合物粉末以及50g的均苯四甲酸二酐添加至450g的N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone,NMP)中,然後在25℃下攪拌所產生的混合物4小時,藉以獲得用於製備熱固性樹脂的組成物溶液。
步驟3:製備預浸體
在室溫下,將玻璃編織纖維(IPC1078)浸漬在步驟2所獲得的組成物溶液,接著通過雙輥(double roller)移除過量的組成物溶液以獲得均一厚度。之後,將所產生的玻璃編織纖維置入高溫熱風乾燥機中以180℃處理,移除溶劑並獲得預浸體。
步驟4:製備銅包層積層體
將厚度18μm的電解銅箔置於步驟3所製備的預浸體的兩相對表面,以獲得積層體,接著將上述積層體在熱壓機(hot plate press)中以200℃及30MPa的條件持續3小時中加熱及壓縮,以獲得金屬包層積層體。
實例2
除了使用於實例1中製備的55g芳香族聚酯醯胺共聚合物粉末以及495g的均苯四甲酸二酐之外,使用如實例1同樣的方法製備用於製備熱固性樹脂的組成物。此外,預浸體及銅包層積層體也是使用如同實例1同樣的方法來製備。
比較實例1
除了僅使用於實例1中製備的550g芳香族聚酯醯胺共聚合物粉末(無添加均苯四甲酸二酐)之外,使用如同實例1同樣的方法製備用於製備熱固性樹脂的組成物。此外,預浸體及銅包層積層體也是使用如同實例1同樣的方法來製備。
比較實例2
除了使用於實例1中製備的524g芳香族聚酯醯胺共聚合物粉末,以及26g的均苯四甲酸二酐之外,使用如同實例1同樣的方法製備用於製備熱固性樹脂的組成物。此外,預浸體及銅包層積層體也是使用如同實例1同樣的方法來製備。
比較實例3
除了使用於實例1中製備的54.5g芳香族聚酯醯胺共聚合物粉末,以及495.5g的均苯四甲酸二酐之外,使用如同實例1同樣的方法製備用於製備熱固性樹脂的組成物。此外,預浸體及銅包層積層體也是使用如同實例1同樣的方法來製備。
評估實例
移除製備於實施例1、實施例2以及比較實例1至比較實例3的銅包層積層體中的兩金屬薄膜。接著,藉由分析預浸體的一部分來測量其交聯密度、熱膨脹係數、介電常數、介電損耗以及抗彎模數。上述之測量結果顯示於下列表1。
在表1,使用差式掃描熱量分析儀(differential scanning calorimeter,DSC)(熱分析儀,DSC 2910),分析當溫度從室溫上升至300℃且速率在20℃/小時的放熱峰,以獲得交聯密度。使用熱機械分析儀(TMA Q400),量測其在約50℃至約200℃的範圍內的熱膨脹係數。使用阻抗分析儀(impedance analyzer)來測量在室溫下的介電常數及介電損耗。使用IPC-TM650來測量抗彎模數。
如同表1所示,製備於實施例1、實施例2、比較實例2以及比較實例3的銅包層積層體皆包括有交聯樹脂。然而,製備於比較實例1的銅包層積層體未含有任何交聯
樹脂。因此,和比較實例1的銅包層積層體相比,製備於實施例1、實施例2、比較實例2以及比較實例3的銅包層積層體皆具有優異的耐熱性、耐化學性以及機械強度。實施例1及實施例2所製備的銅包層積層體(不包含銅薄膜,其對應於預浸體)具有低熱膨脹係數、低介電常數、低介電損耗以及高抗彎模數。然而,比較實施例1及比較實施例2所製備的銅包層積層體(不包含銅薄膜,其對應於預浸體)具有低抗彎模數。另外,和實施例1、實施例2、比較實例1以及比較實例2的銅包層積層體相比,比較實施例3所製備的銅包層積層體(不包含銅薄膜,其對應於預浸體)具有高熱膨脹係數以及較差的(也就是高的)介電特性。
根據本發明之一實施例,用於製備熱固性樹脂的組成物包括具有末端胺基的芳香族聚酯醯胺共聚合物以及均苯四甲酸二酐,因此上述組成物可溶解於非鹵素溶劑中。
根據本發明之另一實施例,熱固性樹脂薄膜、預浸體及預浸積層體包括用於製備熱固性樹脂的組成物的固化物,因而具有低熱膨脹係數、低介電常數、低介電損耗、低吸濕性以及高抗彎模數。
根據本發明之另一實施例,金屬包層積層體以及印刷電路板可包括預浸體及預浸積層體。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (16)
- 一種用於製備熱固性樹脂的組成物,所述組合物包括:100重量份的芳香族聚酯醯胺共聚合物,所述芳香族聚酯醯胺共聚合物含有末端胺基且包括:10至30莫耳百分比的重複單元A,所述重複單元A衍生自芳香族羥羧酸;15至25莫耳百分比的至少一重複單元,所述至少一重複單元選自重複單元B及重複單元B’所組成之族群,其中所述重複單元B衍生自具有酚性羥基的芳香族胺,以及所述重複單元B’衍生自芳香族二胺;15至30莫耳百分比的重複單元C,所述重複單元C衍生自芳香族二醇;以及30至60莫耳百分比的重複單元D,所述重複單元D衍生自芳香族二羧酸;以及10至900重量份的均苯四甲酸二酐。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於製備熱固性樹脂的組成物,其中所述重複單元A衍生自選自對羥基苯甲酸及2-羥基-6-萘甲酸中的至少一化合物,其中所述重複單元B衍生自選自由3-胺苯酚、4-胺苯酚及2-胺基-6-奈酚所組成之族群中的至少一化合物,其中所述重複單元B’衍生自選自由1,4-苯二胺、1,3-苯二胺及2,6-奈二胺所組成之族群中的至少一化合物,其中所述重複單元C衍生自選自由間苯二酚、二酚及對苯二酚所組成之族群中的至少一化合物,其中所述重複單元D衍生自選自由異苯二甲酸及奈 系二羧酸中的至少一化合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於製備熱固性樹脂的組成物,其中所述重複單元B、所述重複單元B’、所述重複單元C以及所述重複單元D的量符合以下條件:1.0[n(B)+n(B’)+n(C)]/n(D)<1.5,其中n(B)、n(B’)、n(C)以及n(D)分別代表所述芳香族聚酯醯胺共聚合物中所述重複單元B、所述重複單元B’、所述重複單元C以及所述重複單元D的莫耳數。
- 一種熱固性樹脂薄膜,包括如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之用於製備熱固性樹脂的組成物的固化物。
- 一種預浸體,包括:基材;以及如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之用於製備熱固性樹脂的組成物的所述固化物,其包含於所述基材中。
- 如申請專利範圍第5項所述之預浸體,其中在每單位面積的所述基材中,所述用於製備熱固性樹脂的組成物及其固化物的總量在0.1g/m2至1,000g/m2的範圍之間。
- 如申請專利範圍第5項所述之預浸體,其中所述基材包括選自由芳香族聚酯纖維、芳香族聚酯醯胺纖維、玻璃織維、碳織維、紙或上述之組合所組成之族群中的至少一者。
- 如申請專利範圍第5項所述之預浸體,基於100重 量份的所述用於製備熱固性樹脂的組成物及其固化物的總量,更包括0.0001重量份至100重量份的至少一有機填料或無機填料。
- 如申請專利範圍第5項所述之預浸體,其中在包含於所述預浸體中的固化物完全硬化後,量測所述預浸體的熱膨脹係數,其在單向的所述熱膨脹係數為20ppm/K或更小。
- 如申請專利範圍第5項所述之預浸體,其中在包含於所述預浸體中的所述固化物完全硬化後,在1GHz頻率下量測所述預浸體的介電常數及介電損耗,所述預浸體的所述介電常數為4.0或更小,以及所述介電損耗為0.01或更小。
- 如申請專利範圍第5項所述之預浸體,其中在包含於所述預浸體中的所述固化物完全硬化後,量測所述預浸體的抗彎模數,所述預浸體的所述抗彎模數在10至30GPa的範圍之間。
- 一種預浸積層板,其包括如申請專利範圍第5項所述之至少一預浸體。
- 一種金屬包層積層體,包括:如申請專利範圍第5項所述之預浸體;以及配置於所述預浸體之至少一表面上的至少一金屬薄膜。
- 如申請專利範圍第13項所述之金屬包層積層體,其中所述預浸體為包括至少兩個預浸體的預浸積層體。
- 一種印刷電路板,藉由蝕刻如申請專利範圍第13項所述之金屬包層積層體的金屬箔來形成。
- 一種印刷電路板,藉由將金屬電路圖案印刷於如申請專利範圍第4項所述之熱固性樹脂薄膜的至少一表面上來形成。
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