JP5597498B2 - エポキシ樹脂組成物、回路基板及び発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、ニッケルなどの難接着金属との接着性に優れ、アンカー効果の少ない平坦な金属に対する接着性にも優れるエポキシ樹脂組成物、これを絶縁層とした回路基板、及び、この回路基板を用いた発光装置に関する。

熱伝導性について言及したエポキシ樹脂組成物及びこのエポキシ樹脂組成物を用いた回路基板としては、特許文献１がある。

従来のエポキシ樹脂組成物では、ニッケルなどのエポキシ樹脂と難接着金属に対しては十分な接着強度が得られず、基板として使用するには被着体金属の表面を粗化処理し、アンカー効果により接着強度を向上させるか、あるいは接着界面にプライマー処理を施し、化学的に接着強度を向上させるなどの手法が用いられてきた。
しかし、これら処理は工程増となり、プライマー処理においては新しい樹脂層が形成され、エポキシ樹脂の特徴を十分に活かしきれなかった。

特開２００７−１９４４０５号公報

本発明は、ニッケルなどの難接着金属との接着の際にも十分な接着強度を保つエポキシ樹脂組成物、及び、エポキシ樹脂組成物を絶縁層とした回路基板、発光装置を提供することを目的としたものである。

本発明は、金属板と、回路層とを有し、金属板と回路層の間に介した絶縁層を有する回路基板であって、
絶縁層が、分子量１０００以上１００００以下の高分子量エポキシ樹脂と、分子量３００以上５００以下の低分子量エポキシ樹脂と、エーテル結合を分子内に含む硬化剤、及び、球状酸化アルミニウムを有するエポキシ樹脂組成物であり、
高分子量エポキシ樹脂は、主鎖骨格がビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のいずれかで、かつ、その骨格の末端にエポキシ基をもつエポキシ樹脂であり、
低分子量エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂から選択される１種以上のエポキシ樹脂組成物であり、
かつ、回路層の表面粗さが１μｍ以下であり、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に基づき測定される、回路層と絶縁層の間における剥離強度が１０Ｎ／ｃｍ以上である回路基板である。

このエポキシ樹脂組成物組成物は、上述のエポキシ樹脂と、該エポキシ樹脂組成物よりも熱伝導率の高い無機フィラーとが含有されているのが好ましい。

本発明の他の形態である回路基板は、金属板と、回路層とを有し、金属板と回路層の間に介した絶縁層を有する回路基板であって、絶縁層が請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成物である回路基板である。
この回路基板としては、回路層の表面粗さが３μｍ以下であり、回路層と絶縁層の間における剥離強度が１０Ｎ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

この回路基板としては、回路層を構成する素材がニッケル、アルミニウム、銅のいずれか一つを回路層全体の５０％以上であり、回路層と絶縁層との間における剥離強度が１０Ｎ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

本発明の他の形態の発光装置は、上述の回路基板と、回路基板上に設けられたＬＥＤを有する発光装置である。

本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、上記構成により、ニッケルなどの難接着金属との接着性に優れ、アンカー効果の少ない平坦な金属に対する接着性にも優れ、本発明に係る回路基板は、層間剥離が少なく、本発明に係る発光装置は、ＬＥＤの発熱に対しても層間剥離が少ない。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明は、分子量１０００以上１００００以下の高分子量エポキシ樹脂と、分子量３００以上５００以下の低分子量エポキシ樹脂、及び、エーテル結合を分子内に含む硬化剤とを有するエポキシ樹脂組成物であって、高分子量エポキシ樹脂は、主鎖骨格がビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂又はビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の共重合体のいずれかで、かつ末端にエポキシ基をもつエポキシ樹脂であり、低分子量エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の単体又は複合体であるエポキシ樹脂組成物である。

これらの骨格を持つ高分子量エポキシ樹脂と低分子量エポキシ樹脂を混合して用いることにより、部分的に架橋点間分子量の大きい３次元網目構造を持つエポキシ樹脂硬化体となり、ひずみに対する応力緩和能力が大きくなるため、ニッケルなどの難接着金属に対しても良好な接着性を与えることができた。

本発明において、硬化剤として、エーテル結合を分子内に含む硬化剤がある。硬化剤にエーテル結合を含ませることによって、エポキシ樹脂組成物の架橋点間の分子骨格を部分的に柔軟にして被着体剥離時のひずみに対する応力緩和能力を大きくし、ニッケルなどの難接着金属に対しても良好な接着性を与えることができた。エーテル結合を分子内に含む硬化剤としては、プロピレンオキシド、エチレンオキシドなどを繰り返し単位としてもつポリエーテル骨格の末端に１級アミノ基をもつ化合物や、プロピレンオキシド、エチレンオキシドなどを繰り返し単位としてもつポリエーテル骨格の末端に酸無水物を反応させた化合物がある。

本発明の他の形態である上記エポキシ樹脂組成物と上記エポキシ樹脂より熱伝導率の高い無機フィラーとが含有されたエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂より熱伝導率の高い無機フィラーを含有しているので、硬化後の熱伝導率を向上させることができた。

本発明における無機フィラーは、上記エポキシ樹脂より熱伝導率の高いものであり、例えば、金属酸化物、炭化物、窒化物又は炭酸塩から選ばれた少なくとも１種以上のものがある。無機フィラーの形状は、充填性の面から球状（粒状）のものを単独又は併用して用いることが好ましく、高充填可能なアルミニウムの酸化物である酸化アルミニウムの球状体が特に好ましく、高周波で駆動する素子を搭載する場合に窒化ホウ素が、誘電率が低いため、特に好ましい。

熱硬化前の熱伝導用エポキシ樹脂組成物に対する無機フィラーの含有量は、絶縁層の厚さや用いる無機フィラーの種類から適宜選択してよいが、４０体積％以上が好ましく、さらに、６５体積％以上がより好ましい。無機フィラーの体積％とは、熱硬化前に含有された無機フィラーの体積が熱硬化後の熱伝導用エポキシ樹脂組成物の体積に占める割合であり、無機フィラーの体積は、含有される無機フィラーの重量を無機フィラーの真比重で除したものである。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、本発明の効果に影響を与えない範囲で、添加剤としての硬化促進剤、変色防止剤、界面活性剤、カップリング剤、着色剤、粘度調整剤を配合することができる。

本発明の他の形態である回路基板は、金属板と、回路層とを有し、金属板と回路層の間に介した絶縁層を有する回路基板であって、絶縁層が請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成物である回路基板である。

回路基板に用いられる金属板としては、アルミニウム、銅、鉄があり、軽量性と熱伝導性を考えるとアルミニウムが好ましく、高い熱容量をもつ銅も好ましい。金属板の厚みは用途によって選択でき、例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍの厚みがある。

回路基板としては、回路層の表面粗さが３μｍ以下であり、回路層と絶縁層の間における剥離強度が１０Ｎ／ｃｍ以上であるのが好ましい。上述のエポキシ樹脂組成物を絶縁層とした場合、剥離時のひずみに対する応力緩和能力により、表面粗さが３μｍ以下のアンカー効果が小さい回路材金属との接着でも、１０Ｎ／ｃｍ以上の良好な剥離強度が得られる。

回路基板としては、回路層を構成する素材がニッケル、アルミニウム、銅のいずれか一つを回路層全体の５０％以上であり、回路層と絶縁層との間における剥離強度が１０Ｎ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

本発明の他の形態の発光装置は、上述の回路基板と、回路基板上に設けられたＬＥＤを有する発光装置である。

以下に実施例および比較例をあげて本発明をさらに説明する。

＜エポキシ樹脂組成物＞
本発明の実施例１のエポキシ樹脂組成物は、
分子量１０００以上１００００以下の高分子量エポキシ樹脂として、高分子量エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エピコート４０１０（登録商標）ジャパンエポキシレジン株式会社製 分子量８６００）を、
分子量３００以上５００以下の低分子量エポキシ樹脂として、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＹＸ８０００（ジャパンエポキシレジン株式会社製 分子量４００）を、
エーテル結合を分子内に含む硬化剤として、エーテル結合を分子内に含むポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ２３０（登録商標）三井化学株式会社製）、及び、ポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ２０００（登録商標）三井化学株式会社製）、
さらに、無機フィラーとして、球状アルミナＤＡＷ−１０（電気化学工業株式会社製）、球状アルミナＡＳＦＰ−３０（電気化学工業株式会社製）を、表１の配合比で作製したものである。表１の単位は容量％であり、実施例１で採用した無機フィラーは、実施例１で採用したエポキシ樹脂より熱伝導率の高いものである。

＜エポキシ樹脂組成物の製造方法＞
前述の高分子量エポキシ樹脂、低分子量エポキシ樹脂を１３０℃まで加熱した後、攪拌し溶解し、室温まで冷却した後、前述の硬化剤、無機フィラーをプラネタリーミキサーで１５分間、攪拌混合し、エポキシ樹脂組成物を作製した。

＜回路基板の作製＞
本発明の形態の一つである回路基板は、金属板と、回路層とを有し、金属板と回路層の間に介した絶縁層を有する回路基板であって、絶縁層が実施例１のエポキシ樹脂組成物である回路基板である。

＜表１の測定試料＞
測定試料は、具体的には、金属板としての厚さ１．５ｍｍのアルミニウム板上に、実施例１のエポキシ樹脂組成物を厚さ１００μｍとなるように塗布し、１３０℃で１５分間加熱乾燥させた後、１ｃｍ幅に切断した７０μｍ銅箔ＧＴＳ−ＭＰ（古河サーキットフォイル株式会社製）の光沢面（表面粗さ約１μｍ）、７０μｍ銅箔ＧＴＳ−ＭＰの粗化面（表面粗さ約７μｍ）、３０μｍニクロム箔（株式会社ニラコ製）、３０μｍ銅ニッケル箔を基板上に配置し、プレス機によって面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ^２をかけながら１４０℃９０分間加熱硬化したものである。銅箔、ニクロム箔、ニッケル箔は、回路基板としての回路層である。

＜剥離強度の測定＞
剥離強度は、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に基づき、テンシロンＵ−１１６０（東洋ボールドウィン株式会社製）を用いて測定した。１０Ｎ／ｃｍ以上の値が望ましい。

実施例２は、高分子量エポキシ樹脂として、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のエピコート４００４（（登録商標）ジャパンエポキシレジン株式会社製、分子量１９００））を用いた以外は、実施例１と同様のエポキシ樹脂組成物である。実施例２は、実施例１の高分子量エポキシ樹脂より分子量の小さいものである。

実施例３は、高分子量エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂のエポトートＹＤ−０２０Ｇ（（登録商標）新日鐵化学株式会社製 分子量７０００））を用いた以外は、実施例１と同様のエポキシ樹脂組成物である。実施例３は、実施例１の高分子量エポキシ樹脂と主鎖骨格及び分子量が異なるものである。

実施例４は、低分子量エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ｅｐ８２８（ジャパンエポキシレジン株式会社製 分子量３９０）を用いた以外は、実施例１と同様のエポキシ樹脂組成物である。実施例４は、実施例１の低分子量エポキシ樹脂と主鎖骨格及び分子量が異なるものである。

実施例５は、高分子量エポキシ樹脂としてのビスフェノールＦ型のエピコート４０１０（（登録商標）ジャパンエポキシレジン株式会社製 分子量８６００））５．１容量％、低分子量エポキシ樹脂としての水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＹＸ８０００（ジャパンエポキシレジン株式会社製 分子量４００）１６．６容量％を１３０℃まで加熱した後、攪拌し溶解し室温まで冷却し、さらに、硬化剤として分子内にエーテル結合を含む酸無水物硬化剤リカシッドＨＦ−０８（（登録商標）新日本理化社製）２５．６容量％、硬化促進剤としてイミダゾール化合物 ２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ（四国化成社製）２．０容量％（表１での記載省略）、無機フィラーとして球状アルミナＤＡＷ−１０（電気化学工業株式会社製）３５．９容量％、球状アルミナ、ＡＳＦＰ−３０（電気化学工業株式会社製）１４．８容量％をプラネタリーミキサーで１５分間、攪拌混合しエポキシ樹脂組成物を作製した。実施例５は、実施例１と比べ高分子量エポキシ樹脂の配合比、低分子量エポキシ樹脂の配合比、硬化剤の素材及び配合比、無機フィラーの配合比を変えたものである。

実施例６は、表への記載は省略したが、実施例１の無機フィラーを配合しなかった以外は、実施例１と同様なものである。実施例６の剥離強度は、実施例１と同等な値であった。

実施例１乃至５は、いずれも良好な剥離強度を有していた。表１の「≧２０」は２０Ｎ／ｃｍ以上であったという意味である。

〔比較例１〕
比較例１は、表１に示すように、低分子量エポキシ樹脂としての水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＹＸ８０００（ジャパンエポキシレジン株式会社製 分子量４００）２７．４％、硬化剤としてのエーテル結合を分子内に含むポリオキシプロピレンアミン ジェファーミンＤ２３０（（登録商標）三井化学株式会社製）１１．５容量％、ポリオキシプロピレンアミン ジェファーミンＤ２０００（（登録商標）三井化学株式会社製）７．９容量％、無機フィラーとして球状アルミナＤＡＷ−１０（電気化学工業株式会社製）３７．１容量％、球状アルミナ、ＡＳＦＰ−３０（電気化学工業株式会社製）１５．９容量％をプラネタリーミキサーで１５分間、攪拌混合しエポキシ樹脂組成物を作製した。比較例１は、高分子量エポキシ樹脂を含まないため、十分な応力緩和能力が得られず、銅箔光沢面、ニクロム箔及び銅ニッケル箔への剥離強度が不十分だった。

〔比較例２〕
比較例２は、エーテル結合を分子内に含まない硬化剤を使用したものであり、具体的には、高分子量エポキシ樹脂としてのビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のエピコート４０１０（（登録商標）ジャパンエポキシレジン株式会社製 分子量８６００）９．１容量％、低分子量エポキシ樹脂としての水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＹＸ８０００（ジャパンエポキシレジン株式会社製 分子量４００）２９．４容量％、硬化剤として芳香族アミン Ｈ８４Ｂ（日本合成加工株式会社製）８．６容量％、無機フィラーとして球状アルミナＤＡＷ−１０（電気化学工業株式会社製）３７．１容量％、球状アルミナ、ＡＳＦＰ−３０（電気化学工業株式会社製）１５．９容量％をプラネタリーミキサーで１５分間、攪拌混合しエポキシ樹脂組成物を作製した。比較例２は硬化剤に芳香族アミンを使用したため、十分な応力緩和能力が得られず、銅箔光沢面、ニクロム箔、銅ニッケル箔への接着力が不十分だった。

本発明の他の形態である発光装置の実施例について説明する。この発光装置の実施例は、実施例１のエポキシ樹脂組成物を用いた回路基板と、回路基板上に設けられたＬＥＤを設けたものである。この実施例は、ＬＥＤを長時間発光させても、回路層と絶縁層の界面が剥離し難いものであった。

Claims (3)

1. 金属板と、回路層とを有し、金属板と回路層の間に介した絶縁層を有する回路基板であって、
   絶縁層が、分子量１０００以上１００００以下の高分子量エポキシ樹脂と、分子量３００以上５００以下の低分子量エポキシ樹脂と、エーテル結合を分子内に含む硬化剤、及び、球状酸化アルミニウムを有するエポキシ樹脂組成物であり、
   高分子量エポキシ樹脂は、主鎖骨格がビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のいずれかで、かつ、その骨格の末端にエポキシ基をもつエポキシ樹脂であり、
   低分子量エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂から選択される１種以上のエポキシ樹脂組成物であり、
   かつ、回路層の表面粗さが１μｍ以下であり、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に基づき測定される、回路層と絶縁層の間における剥離強度が１０Ｎ／ｃｍ以上である回路基板。
2. 回路層を構成する素材がニッケル、アルミニウム、銅のいずれか一つが回路層全体の５０％以上である、請求項１に記載の回路基板。
3. 請求項２または３に記載の回路基板と、回路基板上に設けられたＬＥＤを有する発光装置。