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KR20170101888A - 폴리에테르이미드 조성물, 이로부터 형성된 물품, 및 이의 제조 방법 - Google Patents

폴리에테르이미드 조성물, 이로부터 형성된 물품, 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20170101888A
KR20170101888A KR1020177011237A KR20177011237A KR20170101888A KR 20170101888 A KR20170101888 A KR 20170101888A KR 1020177011237 A KR1020177011237 A KR 1020177011237A KR 20177011237 A KR20177011237 A KR 20177011237A KR 20170101888 A KR20170101888 A KR 20170101888A
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KR
South Korea
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polyetherimide
composition
thermally conductive
layer
weight
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Withdrawn
Application number
KR1020177011237A
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English (en)
Inventor
첸 수
하오 조우
웨이 자오
Original Assignee
사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
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Filing date
Publication date
Application filed by 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이. filed Critical 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
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Abstract

240 내지 320 ℃, 바람직하게는 245 내지 312 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 술폰, 및 입자상(particulate)의 열전도성 충전제 조성물을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물이 개시된다. 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층은 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정(lead-free solder reflow process)에 적용될 때 IPC 방법 TM-650에 의해 결정되는 변형에 저항한다. 또한, 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층은 ISO 22007-2:2008에 따라 결정될 때 2.5 내지 15 W/mK, 바람직하게는 3 내지 12 W/mK의 열전도율을 갖는다.

Description

폴리에테르이미드 조성물, 이로부터 형성된 물품, 및 이의 제조 방법 {Polyetherimide compositions, articles made therefrom, and method of manufacture thereof}
본 개시는 폴리에테르이미드 조성물, 이로부터 형성된 물품, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
폴리이미드, 특히 폴리에테르이미드(PEI)는 180℃ 초과의 유리전이온도(Tg)를 갖는 비정질의 투명한 고성능 중합체이다. 폴리에테르이미드는 또한 높은 강도, 인성(toughness), 내열성, 및 탄성률(modulus), 및 폭넓은 내화학성을 가지기 때문에 자동차, 전기통신, 항공 우주, 전기/전자 공학, 운송, 및 헬스케어와 같은 다양한 산업에서 널리 사용되고 있다.
회로 재료 및 회로 기판에 사용되는 유전체 재료는 집중적인 연구 개발의 대상이 되어 왔다. 그럼에도 불구하고, 본 기술분야에서 개선된 유전체 조성물에 대한 지속적인 요구가 남아 있다. 많은 전자 응용분야에서, 전자 부품은 흔히 열을 발생시키며, 회로 기판이 방열에 기여하는 것이 바람직하다. 장비의 더 따뜻한 내부와 주변 환경 사이에 보통 온도 구배가 존재하기 때문에 이러한 재료는 또한 개선된 열전도율을 가져야 하며 높은 공정 온도, 납땜 온도 및 작동 온도에 견뎌야 한다. 따라서, 바람직한 재료는 높은 내열성, 우수한 치수 안정성 및 열안정성, 및 내화학성을 가질 것이다. 바람직한 재료는 또한 높은 사용 온도, 높은 공정/납땜 온도, 낮은 유전 상수, 우수한 유연성 및 금속 표면에 대한 접착력을 포함하여 우수한 전기적 특성을 나타내야 한다. 유전체 조성물이 용매 캐스팅(solvent casting)에 의해 금속층 상에 직접 캐스팅될 수 있거나 또는 용융 압출과 같은 무용매 공정을 사용하여 필름으로 압출될 수 있다면 추가적인 공정 이점이 될 것이다. 바람직한 유전체 조성물은 또한 열전도성 또는 전기 전도성 충전제를 더 포함할 수 있으며, 양호한 열전도성을 위해서 유전체층은 상대적으로 얇아야 한다 (<100 마이크로미터).
폴리에테르이미드 조성물은 240 내지 320 ℃, 바람직하게는 245 내지 312 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 술폰; 및 입자상(particulate)의, 열전도성 충전제 조성물을 포함하고, 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정(lead-free solder reflow process)에 적용될 때 IPC 방법 TM-650에 의해 결정되는 변형에 저항하며; 또한 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층은 ISO 22007-2:2008에 따라 결정될 때 2.5 내지 15 W/mK, 바람직하게는 3 내지 12 W/mK의 열전도율을 갖는다.
다른 구현예에서, 폴리에테르이미드 조성물은 240 내지 320 ℃, 바람직하게는 245 내지 312 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 술폰; 140 ℃ 초과의 유리 전이 온도를 갖는 상기 폴리에테르이미드 술폰과 다른 추가적인 중합체; 및 입자상의, 열전도성 충전제 조성물을 포함하고, 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정에 적용될 때 IPC 방법 TM-650에 의해 결정되는 변형에 저항하며; 또한 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층은 ISO 22007-2:2008에 따라 결정될 때 3 내지 6 W/mK, 바람직하게는 3 내지 5.5 W/mK의 열전도율을 갖는다.
회로 어셈블리는 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 폴리에테르이미드 유전체층 및 상기 폴리에테르이미드 유전체층 상에 배치된 전도성 금속층을 포함하며; 상기 폴리에테르이미드 유전체층이 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정에 적용될 때 IPC 방법 TM-650에 의해 결정되는 변형에 저항하며; 또한 상기 폴리에테르이미드 유전체층이 ISO 22007-2:2008에 따라 결정될 때 2.5 내지 15 W/mK, 바람직하게는 3 내지 12 W/mK의 열전도율을 갖는다.
상기 회로 어셈블리를 포함하는 물품이 또한 개시된다.
상기 회로 어셈블리의 제조 방법은 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 압출하는 단계, 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 열 및 압력하에서 상기 전도성 금속층에 적층하는 단계 및 전자 부품을 상기 회로 어셈블리에 리플로우 납땜하는 단계를 포함한다.
위에서 설명한 것 및 다른 특징들은 다음의 상세한 설명, 실시예 및 청구범위에 의해 예시된다.
240 내지 320 ℃, 바람직하게는 245 내지 312 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 술폰 및 입자성의 열전도성 충전제 조성물을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물이 본 명세서에 설명된다. 상기 폴리에테르이미드 조성물은 회로 인쇄용 전도성 금속층, 및 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 폴리에테르이미드 유전체층을 상기 전도성 금속층 상에 포함하는 회로 어셈블리용으로 유용할 수 있다. 상기 회로 어셈블리는 복잡한 회로 설계를 위한 추가적인 금속층 및 유전체층의 조합을 더 포함할 수 있다. 본 발명자들은 유전체층에서의 폴리에테르이 미드 술폰의 사용이 유리 전이 온도보다 높은 온도에서, 예를 들면 280 ℃ 이상의 온도에서 열응력 후에도 우수한 접착력 및 치수 안정성을 유지하는 어셈블리를 제공한다는 것을 발견했다. 상기 회로 어셈블리는 특히 열전도성 회로 어셈블리의 제조에 유용하다. 상기 유전체층은 특히 폴리이미드 및 에폭시계 유전체층과 비교할 때 양호한 열전도성 및 전기 절연성뿐만 아니라 탁월한 가공성을 더 가질 수 있다.
상기 폴리에테르이미드 조성물은 폴리에테르이미드 술폰 및 하기에 추가로 설명되는 선택적인 첨가제를 포함한다. 상기 폴리에테르이미드는 240 ℃ 이상, 예를 들어 240 내지 320 ℃, 구체적으로는 245 내지 312 ℃ 또는 245 내지 300 ℃의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는다.
상기 폴리에테르이미드 술폰은 화학식 1의 구조 단위를 1 개보다 많이, 예를 들어 10 개 내지 1000개 또는 10 개 내지 500 개 포함하며,
Figure pct00001
(1)
여기에서, 각각의 R은 같거나 다르며, 치환 또는 비치환된 2 가의 유기기이며, 예를 들면 C6-20 방향족 탄화수소 기 또는 그 할로겐화 유도체, 직쇄상 또는 분지상의 C2-20 알킬렌기 또는 그 할로겐화 유도체, C3-8 시클로알킬렌기 또는 그의 할로겐화 유도체, 특히 화학식 (2)의 2 가기이며,
Figure pct00002
(2)
여기에서, Q1는 -O-, -S-, -C(O)-, -SO2-, -SO-, -CyH2y- (y는 1 내지 5의 정수) 또는 이의 할로겐화 유도체(이는 퍼플루오로알킬렌기를 포함한다), 또는 -(C6H10)z- (z는 1 내지 4의 정수)이며, 단 R 기의 적어도 10 몰 %가 술폰기를 포함한다. 하나의 구현예에서, R 기의 적어도 10 몰 %가 디페닐렌 술폰 기이고, 나머지 R 기는 m-페닐렌 또는 p-페닐렌이다.
또한 화학식 (1)에서, T는 -O- 또는 화학식 -O-Z-O-의 기이며, -O- 또는 -OZO- 기의 2가 결합이 3,3 ', 3,4', 4,3 '또는 4,4' 위치에 있다. 화학식 (1)의 -O-Z-O-의 Z 기는 또한 치환 또는 비치환된 2 가의 유기기이며, 1 내지 6 개의 C1-8 알킬기, 1 내지 8 개의 할로겐 원자, 또는 이들의 조합으로 선택적으로 치환된 방향족 C6-24 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 모이어티일 수 있으며, 단 Z의 원자가를 초과하지 않는다. 예시적인 기 Z는 예시적인 화학식 (3)의 디히드록시 화합물로부터 유도된 기를 포함한다:
Figure pct00003
(3),
여기에서, Ra 및 Rb는 같거나 다를 수 있으며, 예를 들면 할로겐 원자 또는 1가 C1-6 알킬기이고; p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이며; c는 0 내지 4이고; 또한 Xa는 하이드록시 치환된 방향족기들을 연결하는 연결기(bridging group)이며, 여기서 상기 연결기 및 각각의 C6 아릴렌기의 히드록시 치환체는 상기 C6 아릴렌기 상에서 서로에 대해 오르쏘, 메타, 또는 파라(구체적으로, 파라)로 배치된다. 연결기 Xa는 단일 결합, -O-, -S-, -S(O)-, -S(O)2-, -C(O)-, 또는 C1-18 유기 연결기일 수 있다. C1-18 유기 연결기는 사이클릭 또는 비사이클릭, 방향족 또는 비방향족일 수 있고, 헤테로원자, 예를 들어 할로겐, 산소, 질소, 황, 규소, 또는 인을 더 포함할 수 있다. C1-18 유기기는 이에 연결된 C6 아릴렌기가 각각 C1-18 유기 연결기의 공통 알킬리덴 탄소에 연결되거나 또는 다른 탄소에 연결되도록 배치될 수 있다. Z 기의 구체적인 예는 화학식 (3a)의 2가 기이다:
Figure pct00004
(3a)
여기에서, Q는 -O-, -S-, -C(O)-, -SO2-, -SO-, 및 -CyH2y-(y는 1 내지 5의 정수) 및 이의 할로겐화 유도체(퍼플루오로알킬렌기를 포함)이다. 구체적인 일 구현예에서, Q는 Z는 비스페놀 A에서 유도되어서 화학식 (3a)에서 Q는 2,2-이소프로필리덴이다.
상기 폴리에테르이미드는 선택적으로 10 몰 % 이하, 5 몰 % 이하, 또는 2 몰 % 이하의 화학식 (1)의 단위를 포함하며, 여기서 T는 아래 화학식의 연결기이다
Figure pct00005
몇몇 구현예에서, R이 이들 화학식인 단위가 존재하지 않는다.
어느 구현예에서, 화학식 (1)에서 R은 디페닐렌 술폰 및 m-페닐렌 또는 p- 페닐렌이고, T는 -O-Z-O-이고, 여기에서 Z는 화학식 (3a)의 2가 기이다. 대안적으로, R은 디페닐렌 술폰 및 m-페닐렌 또는 p-페닐렌이고, T는 -O-Z-O-이고, 여기에서 Z는 화학식 (3a)의 2가 기이고, Q는 2,2-이소프로필리덴이다.
상기 폴리에테르이미드는 화학식 (5)의 방향족 비스(에테르 안하이드라이드)와 화학식 (6)의 유기 디아민의 반응을 포함하는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다.
Figure pct00006
(5),
Figure pct00007
(6),
여기에서 T 및 R은 위에서 설명한 바와 같이 정의된다.
비스(안하이드라이드)의 예는 3,3-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]프로판 디안하이드라이드; 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 에테르 디안하이드라이드; 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 술파이드 디안하이드라이드; 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)벤조페논 디안하이드라이드; 4,4'-비스(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 술폰 디안하이드라이드; 2,2-비스[4-(2,3-디카르복시페녹시)페닐] 프로판 디안하이드라이드; 4,4'-비스(2,3-디카르복시페녹시)디페닐 에테르 디안하이드라이드; 4,4'-비스(2,3-디카르복시페녹시)디페닐 술파이드 디안하이드라이드; 4,4'-비스(2,3-디카르복시페녹시)벤조페논 디안하이드라이드; 4,4'-비스(2,3-디카르복시페녹시)디페닐 술폰 디안하이드라이드; 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)디페닐-2,2-프로판 디안하이드라이드; 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 에테르 디안하이드라이드; 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 술파이드 디안하이드라이드; 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)벤조페논 디안하이드라이드; 및 4-(2,3-디카르복시페녹시)-4'-(3,4-디카르복시페녹시)디페닐 술폰 디안하이드라이드 및 이들의 다양한 조합을 포함한다.
유기 디아민의 예는 다음을 포함한다: 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 트리메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 헥사메틸렌디아민, 헵타메틸렌디아민, 옥타메틸렌디아민, 노나메틸렌디아민, 데카메틸렌디아민, 1,12-도데칸디아민, 1,18-옥타데칸디아민, 3-메틸헵타메틸렌디아민, 4,4-디메틸헵타메틸렌디아민, 4-메틸노나메틸렌디아민, 5-메틸노나메틸렌디아민, 2,5-디메틸헥사메틸렌디아민, 2,5-디메틸헵타메틸렌디아민, 2,2-디메틸프로필렌디아민, N-메틸-비스(3-아미노프로필)아민, 3-메톡시헥사메틸렌디아민, 1,2-비스(3-아미노프로폭시)에탄, 비스(3-아미노프로필)술파이드, 1,4-사이클로헥산디아민, 비스-(4-아미노사이클로헥실)메탄, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 2,4-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, m-자일릴렌디아민, p-자일릴렌디아민, 2-메틸-4,6-디에틸-1,3-페닐렌디아민, 5-메틸-4,6-디에틸-1,3-페닐렌디아민, 벤지딘, 3,3'-디메틸벤지딘, 3,3'-디메톡시벤지딘, 1,5-디아미노나프탈렌, 비스(4-아미노페닐)메탄, 비스(2-클로로-4-아미노-3,5-디에틸페닐)메탄, 비스(4-아미노페닐)프로판, 2,4-비스(p-아미노-t-부틸)톨루엔, 비스(p-아미노-t-부틸페닐)에테르, 비스(p-메틸-o-아미노페닐)벤젠, 비스(p-메틸-o-아미노펜틸)벤젠, 1,3-디아미노-4-이소프로필벤젠, 비스(4-아미노페닐) 술피드, 비스-(4-아미노페닐)술폰, 및 비스(4-아미노페닐)에테르. 이들 화합물의 조합 도 사용할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 상기 유기 디아민은 m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 술포닐 디아닐린, 또는 상술한 것 중 1종 이상을 포함하는 조합이다.
상기 폴리에테르이미드는 미국 재료 시험 협회(ASTM) D1238에 따라 340 내지 370 ℃에서 6.7 킬로그램(kg)의 중량을 사용하여 측정할 때 0.1 내지 10 그램/분(g/min)의 용융 지수를 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 상기 폴리에테르이미드는 폴리스티렌 표준을 사용하여 겔 투과 크로마토그래피로 측정시 1,000 내지 150,000 그램/몰(달톤)의 중량 평균 분자량(Mw)을 갖는다. 몇몇 구현예에서, 상기 폴리에테르이미드는 10,000 내지 80,000 달톤의 Mw를 갖는다. 이러한 폴리에테르이미드는 25 ℃에서 m-크레졸에서 측정시 0.2 데시리터/그램(dl/g) 초과의 고유 점도, 더 구체적으로는 0.35 내지 0.7 dl/g의 고유 점도(intrinsic viscosity)를 가질 수 있다.
상기 폴리에테르이미드 술폰은 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 30 내지 90 중량 %(wt.%), 구체적으로 30 내지 70 wt.%, 또는 40 내지 70 wt.%의 양으로 존재할 수 있다.
상기 폴리에테르이미드 조성물은 열전도성 충전제 조성물을 더 포함한다. 열전도성 충전제 성분은 양호한 열전도성을 갖는 재료를 제공하도록 주로 선택된다. 유용한 열전도성 충전제는 질화 알루미늄(AlN), 탄화 알루미늄(AlC), 질화 붕소(BN), 알루미늄 옥시나이트라이드(AlON), 마그네슘 실리콘 나이트라이드 (MgSiN2), 탄화 규소(SiC), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 흑연, 팽창 흑연(expanded graphite), 그래핀, 탄소 섬유, 황화 아연(ZnS), 산화 칼슘(CaO), 산화 마그네슘(MgO), 산화 티타늄, 카본 나노튜브 또는 상술한 것들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함한다. 상술한 것 중 임의의 것으로 코팅된 입자, 예를 들면 상술한 것 중 임의의 것으로 코팅된 흑연 또는 산화 알루미늄의 입자가 또한 사용될 수 있다. 질화 붕소, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 흑연 및 이들 중 적어도 1종을 포함하는 조합이 특히 유용하다. 예를 들어, 상기 열전도성 충전제 조성물은 질화 붕소, 흑연 또는 상술한 것들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함할 수 있다.
상기 열전도성 충전제는 50 나노미터 내지 50 마이크로미터의 평균 입자 크기를 가질 수 있으며, 임의의 형상 및 임의의 종횡비일 수 있다. 상기 폴리에테르이미드와 열전도성 충전제 성분을 함유하는 유전체 조성물은 열전도성 충전제 입자의 평균 입자 크기가 적절히 감소되고, 안정한 분산물이 형성되도록 충분히 혼합 될 수 있다. 상기 열전도성 충전제 성분은 균일하게 분산될 수 있어서 상기 중합체 성분(또는 중합체 성분)과 상용성(compatibility)이 있는 유기 용매 중에서의 충전제의 평균 입자 크기는 10, 20, 30, 40 또는 50 나노 미터보다 크고 1.0, 2.0, 3.0, 5.0, 10 또는 20 마이크로미터보다 작다. 일반적으로 말해서, 적절하게 분산되지 않은 충전제 성분(예를 들어, 큰 응집물을 함유하는 충전제 성분)은 재료에서 추구되는 기능적 측면을 종종 저하시키거나 무산시킬 수 있다.
상기 조성물에 존재하는 열전도성 충전제 조성물의 양은 각각 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 70 중량 %, 또는 10 내지 60 중량 %, 특히 30 내지 60 중량 %이다. 일 구현예에서, 상기 열전도성 충전제 조성물은 30 내지 60 중량 %, 또는 30 내지 50 중량 %의 질화 붕소를 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 열전도성 충전제 조성물은 30 내지 60 중량 %, 또는 30 내지 50 중량 %의 질화 붕소 및 1 내지 20 중량 %, 또는 1 내지 15 중량 %, 또는 5 내지 15 중량 %의 흑연을 포함한다.
다른 충전제들, 특히 유전체 단열 충전제, 예를 들면 활석(H2Mg3(SiO3)4), 탄산 칼슘(CaCO3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 이산화 티타늄(TiO2), 운모, 산화 바륨(BaO), 보에마이트(AlO(OH)), 깁사이트(Al(OH)3), 황산 바륨(BaSO4), 규회석(CaSiO3), 산화 지르코늄(ZrO2), 실리카(SiO2), 유리 비드, 유리 섬유, 마그네슘 알루미네이트(MgOㆍxAl2O3), 돌로마이트(CaMg(CO3)2), 세라믹 코팅된 흑연, 점토, 및 상술한 것들 중 적어도 1종을 포함하는 조합이 상기 유전체층에 존재할 수 있다. 임의의 1종 이상의 단열 충전제로 코팅된 상술한 열전도성 충전제 중 임의의 것, 예를 들어 TiO, ZnO 또는 상술한 것 중 임의의 것으로 코팅된 흑연이 또한 사용될 수 있다. 존재하는 경우, 상기 중합체 매트릭스 내의 유전체 충전제 성분의 양은 각각 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 60 중량 %, 또는 10 내지 50 중량 %, 구체적으로 20 내지 40 중량 %이다.
상기 폴리에테르이미드 조성물은 본 기술분야에서 알려진 다른 첨가제, 예를 들어 산화방지제, 열안정제, 난연제 등을 더 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 폴리에테르이미드 조성물은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 상기 폴리에테르이미드 술폰과 다른 추가적인 중합체를, 예를 들어 1 내지 35 중량 %, 또는 5 내지 30 중량 %, 또는 10 내지 20 중량 %의 양으로 선택적으로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 추가적인 중합체는 유리 전이 온도가 180 ℃ 이상, 바람직하게는 200 ℃ 이상, 더 바람직하게는 220 ℃ 이상, 또는 가장 바람직하게는 250 ℃ 이상인 고온 열가소성 중합체이다. 400 ℃가 언급될 수 있지만, 특별한 상한은 없다. 상기 중합체들은 고온, 예를 들면 180 ℃ 이상, 바람직하게는 200 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 220 ℃ 이상, 또는 가장 바람직하게는 250 ℃ 이상에서 더욱 가수분해에 대해 안정하다.
이들 조건을 만족하는 열가소성 중합체는 일반적으로 방향족 그룹, 예를 들면 폴리프탈아미드(PPA), 방향족 폴리이미드, 방향족 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르술폰(PES), 폴리페닐렌술폰(PPSU), 폴리페닐렌 술폰 우레아, 자기강화 폴리페닐렌(SRP) 등을 포함한다. 상술한 것들 중 적어도 1종을 포함하는 조합이 사용될 수 있다. 상기 열가소성 중합체는 선형 또는 분지형일 수 있고, 상술한 열가소성 중합체들의 2 종 이상의 단위를 포함하는 단독중합체 또는 공중합체, 예를 들어 폴리아미드-이미드(PAI)를 포함한다. 상기 공중합체는 랜덤 공중합체, 교대 공중합체, 그라프트 공중합체, 및 다른 단독중합체들, 랜덤 또는 교대 공중합체들의 2 개 이상의 블록을 갖는 블록 공중합체일 수 있다. 구체적인 고온 중합체는 상표명 ULTEM으로 SABIC으로부터 입수가능한 방향족 폴리에테르이미드이다. 상기 고온 열가소성 중합체는 펠릿 또는 분말 형태로 얻어지고 사용될 수 있다.
상기 열가소성 중합체는 약 1,000 내지 약 200,000 g/mol, 바람직하게는 약 1,000 내지 약 1,000 g/mol의 중량 평균 분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 열가소성 중합체는 1 g/10 분 이상, 바람직하게는 10 g/10 분 이상, 7,500 g/10 분 이하의 용융 흐름을 가질 수 있고, 각각은 5 kg 하중하 316 ℃에서 ASTM D 1283에 따라 결정되며, 다른 구현예에서는 약 50 g/10 분 초과이다.
금속 코어 PCB(MCPCB) 및 다층 회로를 포함하는 인쇄 배선 기판(printed wiring board: PWB)으로도 알려진 인쇄 회로 기판(PCB)의 제조를 위한 회로 어셈블리는 본 기술분야에서 잘 알려져 있다. 일반적으로, 회로 어셈블리는 유전체층, 구리와 같은 전기 전도성 금속층, 및 방열을 위한 알루미늄과 같은 지지 금속 매트릭스층을 포함하며, 유전체층은 전도성 금속층 및 지지 금속 매트릭스층 사이에 배치된다. 상기 전도성 금속층은 유전체층 상에 적층, 접착, 스퍼터링 또는 도금될 수 있다. 유전체층은 가교 결합된 에폭시 또는 폴리이미드와 같은 중합체를 일반적으로 포함한다. 유전체층은 직포 또는 부직포 유리와 같은 섬유상 강화재 및 무기 충전제를 더 포함할 수 있다. 상기 회로 어셈블리는 그 후 유전체층 상에 회로화 금속 패턴을 남기기 위해 일련의 단계를 거칠 수 있다. 상기 회로화 패턴은 원하는 전자 장치를 만들기 위해 추가될 수 있는 다양한 전자 부품을 연결하는 역할을 한다. 이러한 회로화 층(circuitized layer)은 단독으로 또는 층간 접속(interlayer connection)을 갖는 다중층 스택(multilayer stack)으로 사용될 수 있다.
회로 어셈블리는 유전체층에 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함할 수 있다. 유전체층은 전도성 금속층, 특히 호일(foil)에 부착될 수 있다. 금속은 유전체층의 한면 또는 양면에 부착될 수 있다. 전도성 금속은 구리, 아연, 황동, 크롬, 니켈, 알루미늄, 스테인리스 강, 철, 금, 은, 티타늄 또는 이들 금속 중 1종 이상을 포함하는 합금을 포함한다. 다른 유용한 금속은 이에 한정되는 것은 아니지만 구리 몰리브덴 합금, Carpenter Technology Corporation에서 입수할 수 있는 코바®(Kovar®)와 같은 니켈-코발트 철 합금, National Electronic Alloys, Inc.로부터 입수가능한 인바®(Invar®)와 같은 니켈-철 합금, 바이메탈(bimetal), 트리메탈(trimetal), 2 층의 구리 및 1 층의 인바®로부터 유도된 트리메탈, 및 2 층의 구리 및 1층의 몰리브덴으로부터 유도된 트리메탈을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 적절한 금속층은 구리 또는 구리계 합금을 포함한다. 대안적으로, 단조 구리 호일(wrought copper foil)이 사용될 수 있다.
예시적인 구현예에서 전도성 금속층은 2 내지 200 마이크로미터, 구체적으로 5 내지 50 마이크로미터, 더 구체적으로는 5 내지 40 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 상기 전도성 금속층은 회로 형태이다.
상기 회로 어셈블리는 상기 전도성 금속층에 대향하는 측면위의 상기 유전체층 위에 배치된 방열 금속 매트릭스층을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이러한 방열층은 금속, 특히 알루미늄, 질화 붕소, 질화 알루미늄, 구리 등과 같은 열전도성 금속일 수 있다. 열전도성, 전기 전도성 금속이 사용될 수 있으나, 단 상기 금속은 금속 회로 층으로부터 전기적으로 절연된다. 바람직한 지지 금속 매트릭스층은 0.1 내지 20 밀리미터, 구체적으로 0.5 내지 10 밀리미터, 더 구체적으로 0.8 밀리미터 내지 2 밀리미터의 두께를 가질 수 있다.
상기 샌드위치형 구조를 갖는 회로 어셈블리는 전도성 금속층의 인쇄 회로로부터의 양호한 방열 및 전기 절연을 제공한다.
상기 전도성 금속층 및 상기 지지 금속 매트릭스층은 모두 상기 유전체층에 대한 접착력을 향상시키기 위해 높은 표면 거칠기를 갖도록 예비처리될 수 있다. 몇몇 경우에, 상기 유전체층은 접착제를 사용하지 않고 전도성 금속층 또는 방열층에 견고하게 부착될 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 전도성 금속층 또는 상기 방열층에 대한 상기 유전체층의 접착력을 향상시키기 위해 접착제가 사용될 수 있다. 복합 시트를 금속에 접착시키는 데 사용되는 일반적인 접착제(접착제가 사용되는 경우)는 폴리이미드계 접착제, 아크릴계 접착제 또는 에폭시이다.
상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 유전체층을 포함하는 회로 어셈블리는 선택적으로 포층(fabric layer)을 포함할 수 있다. 적합한 포는 E, D, S, R 또는 이들 중 적어도 1종을 포함하는 조합의 유리 유형 중 임의의 것을 포함하는 부직포 또는 직포를 포함할 수 있다. 일본 후쿠시마의 NuttoBoseki Co.에서 입수할 수 있는 NE형 유리가 또한 적합하다. 적합한 유리 스타일은 106, 1080, 2112, 2113, 2116 및 7628을 포함하지만 이에 한정되지는 않으며, 유리 유형(glass style)이라는 용어는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려져 있으며, 유리 섬유의 크기 및 번들에서의 섬유수를 지칭한다. 다른 구현예에서, 포는 DuPont으로부터 입수가능한 KEVLAR® 아라미드와 같은 아라미드, 아라미드/유리 하이브리드, 또는 세라믹과 같은 재료를 포함할 수 있다. 게다가, 셀룰로오스 섬유의 직포(woven fabrics)가 또한 사용될 수 있다. 포는 5 내지 200 마이크로미터, 특히 10 내지 50 마이크로미터, 더 구체적으로는 10 내지 40 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유리 직포 또는 부직포와 같은 포가 서브어셈블리들의 조립에 사용하기 전에 선택적으로 예비처리될 수 있다. 포에 대한 예시적인 처리 방법은 호제(sizing agent) 또는 실란과 같은 화학적 처리, 또는 열, 화염, 플라즈마 또는 코로나 처리와 같은 물리적 처리 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다.
상기 폴리에테르이미드 조성물을 제조하기 위한 일반적인 기술 및 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 유전체층은 본 기술분야의 통상적인 기술자에게 알려져 있다. 상기 폴리에테르이미드 성분은 먼저 적합한 용매에 용해되어 용액을 준비할 수 있다. 예컨대, 이들의 끓는점; 및 폴리에테르이미드가 유전체층에 혼입되는 방식 등 여러 가지 요인에 따라 많은 용매가 사용될 수 있다. 용매의 비제한적인 예는 다음과 같다: 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 오르쏘-디클로로벤젠 (ODCB); N,N-디메틸포름아미드(DMF); N-메틸-2-피롤리돈(NMP); 베라트롤(1,2-디메 톡시 벤젠); 니트로메탄 및 이들 용매의 다양한 조합을 포함한다. 상기 중합체를 함유하는 용액은 임의의 선택적인 충전제와 결합될 수 있고, 기재 위에 코팅되어 유전체 중합체 필름을 형성할 수 있다. 코팅 공정의 예는 테이프 캐스팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 화학 기상 증착, 및 스퍼터링과 같은 물리적 기상 증착을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 구현예에서, 상기 필름은 용매 캐스팅 공정에 의해 도포될 수 있다. 막 두께가 실질적으로 작으면, 스핀 코팅 또는 딥 코팅과 같은 용액 기반 코팅 기술이 사용될 수 있다.
포(fabric)가 존재할 때, 상기 중합체 및 임의의 선택적인 충전제를 함유하는 용액은 침지 또는 코팅에 의해 포에 함침될 수 있다. 대안적으로, 용매가 없는 유전체 조성물은 용융될 수 있고, 임의의 선택적인 충전제와 조합되어, 포에 함침되어 유전체층을 제공할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 폴리에테르이미드 및 임의의 선택적인 충전제를 포함하는 층은 열 및 압력하에 열적으로 적층되어 유전체 층을 형성한다. 적층(lamination)이 사용될 때, 상기 폴리에테르이미드 및 임의의 선택적인 충전제를 포함하는 제1 및 제2 층이 포의 대향 측면 상에 배치되어 적층될 수 있다. 적층 조건은 상기 특정한 폴리에테르이미드, 선택적 충전제 및 유사한 고려 사항에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들면, 5 내지 180 분 동안 1 메가파스칼(MPa) 이상의 압력하에 280 내지 350 ℃ 일 수 있다.
회로 어셈블리는 열경화성 접착제를 사용하지 않고 압력하에 1종 이상의 유전체층, 1종 이상의 전도성 금속층, 및 지지 금속 매트릭스 층을 열적 적층(thermal lamination)하여 제조될 수 있다. 유전체층은 용융 압출과 같은 무용매 공정 또는 용매 캐스팅 공정에 의해 열적 적층 단계 전에 제조될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 상기 폴리에테르이미드 유전체층, 전도성 금속층 및 방열층은 가압하에 무접착제 공정에 의해 함께 열적으로 적층되어 적층체(laminate)를 형성한다. 일 구현예에서, 폴리에테르이미드 층은 전기 전도성 금속층과 직포층 사이에 위치되고, 하나의 단계에서 가압하에 열적으로 적층된다. 전기 전도성 금속층은 적층 전에 선택적으로 회로의 형태일 수 있다. 대안적으로, 상기 전도성 금속층은 적층 후에 전기 회로를 형성하도록 선택적으로 에칭될 수 있다. 적층은 핫 프레스 또는 롤 캘린더링 방법, 즉 롤-투-롤(roll-to-roll) 방법일 수 있다.
대안적으로, 상기 회로 어셈블리는 상기 폴리에테르이미드가 용매에 용해되고 전기 전도성 금속층 상에 직접 캐스팅된 다음, 방열 금속 매트릭스 층에 적층되는 용액 캐스팅 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 폴리에테르이미드 용액은 대안적으로 방열 금속 매트릭스 층상에 직접 캐스팅한 다음, 전기 전도성 금속층에 적층될 수 있다. 이 구현예에서, 상기 폴리에테르이미드 층은 "바니시"로 지칭될 수 있다.
추가적인 층을 포함하는 다층 조립체는 또한 핫 프레스 또는 롤 캘린더링 방법과 같은 공정에 의해 하나의 단계 또는 2 개 이상의 연속적인 단계에서 열적 적층에 의해 제조될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 7 개 이하의 층이 적층체에 존재할 수 있고, 다른 구현예에서는 16 개 이하의 층이 존재할 수 있다. 예시적인 구현예에서, 적층체는 포-폴리에테르이미드-금속-폴리에테르이미드-포-폴리에테르이미드-금속 호일의 순차적인 층 또는 더 적은 층을 갖는 이들의 부조합(sub-combination)으로 하나의 단계로 또는 2 이상의 연속적인 단계로 형성될 수 있어, 상기 적층체는 임의의 금속 호일층과 임의의 포층 사이에 폴리에테르이미드 필름 층을 포함한다. 다른 구현예에서, 제1 적층체는 폴리에테르이미드의 2 개의 층 사이의 유리 직포층과 같은, 폴리에테르이미드의 2 개의 층 사이의 직포층으로 하나의 단계 또는 2 이상의 연속적인 단계로 형성될 수 있다. 제2 적층체는 이어서 금속 호일을 제1 라미네이트의 폴리에테르이미드 측면에 적층함으로써 제조될 수 있다.
상기 회로 조립체는 0.1 내지 20 밀리미터, 구체적으로 0.5 내지 10 밀리미터의 전체 두께를 가질 수 있으며, 전체 두께는 폴리에테르이미드 유전체층, 전기 전도성 금속층 및 지지 금속 매트릭스 층의 각각의 층을 포함하는 어셈블리를 지칭한다. 몇몇 특정한 구현예에서 회로 조립체는 0.5 내지 2 밀리미터, 구체적으로 0.5 내지 1.5 밀리미터의 전체 두께를 갖는다. 적층체의 원하는 전체 두께가 달성되는 한, 폴리에테르이미드 유전체층의 두께에 특별한 제한은 없다. 몇몇 구현예에서, 폴리에테르이미드 유전층의 두께는 5 내지 750 마이크로미터, 구체적으로 10 내지 150 마이크로미터, 더 구체적으로 10 내지 100 마이크로미터이다.
상기 폴리에테르이미드 층, 예를 들어 폴리에테르이미드 유전체층은 80 내지 150 KV/mm, 또는 90 내지 120 KV/mm, 또는 100 내지 110 KV/mm의 절연내력(dielectric strength)을 가질 수 있다.
상기 폴리에테르이미드 층, 예를 들어 폴리에테르이미드 유전체층은 1 내지 10 kV, 또는 3 내지 8 kV, 또는 4 내지 6 kV의 파괴 전압(breakdown voltage)을 가질 수 있다.
상기 폴리에테르이미드 층, 예를 들어 폴리에테르이미드 유전체층은 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정에 적용될 때 IPC 방법 TM-650(2.6.27)에 의해 결정되는 변형에 저항한다.
상기 폴리에테르이미드 층, 예를 들어 폴리에테르이미드 유전체층은 0.1 내지 0.5 %, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 %의 평균 흡수율(average water absorption)을 가질 수 있다.
회로 어셈블리는 IPC-TM-650 시험 방법에 따라 결정될 때 1 내지 3, 또는 1.3 내지 1.8의 박리 강도(peel strength)를 가질 수 있다.
상기 폴리에테르이미드 층, 예를 들어 폴리에테르이미드 유전체층은 2.5 내지 5 W/mK, 바람직하게는 3 내지 4.5 W/mK의 열전도율을 가질 수 있다. 열전도율은 예를 들면 EN 12667, ISO 22007-2:2008 또는 ASTM C518-10과 같은 다양한 방법으로 결정할 수 있다. 어느 구현예에서 ISO 22007-2:2008이 사용된다.
회로 어셈블리는 SJ 20780-2000에 따라 280 ℃에서 30 분 동안의 열응력 전후에 IPC-TM-650 테스트 방법으로 측정할 때 ± 10 % 내에서 동일한 접착력을 더 가질 수 있다. 상기 회로 어셈블리는 또한 280 ℃에서 30 분 동안 열응력을 겪은 후에 "팝코닝(popcorning)"을 나타내지 않는다.
상기 전도성 금속층들 중 적어도 하나를 회로화함으로써 형성된 회로 어셈블리를 포함하는 물품이 본 개시의 다른 측면이다. 물품은 의료 또는 항공 우주 산업에서 사용되는 인쇄 회로를 포함하는 것들을 포함한다. 또 다른 물품은 안테나 및 유사한 물품이 포함된다. 다른 구현예에서, 이러한 물품은, 예를 들어 조명, 디스플레이, 카메라, 오디오 및 비디오 장비, 개인용 컴퓨터, 이동 전화, 전자식 노트패드 및 유사한 장치, 또는 사무 자동화 장비에 사용되는 인쇄 회로 기판을 포함하는 물품을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 구현예에서, 전기 부품이 적층체를 포함하는 인쇄 회로 기판 위에 장착될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 본 발명은 접착제를 도포 또는 경화하는 단계를 필요로 하지 않는 회로 재료 및 회로 기판을 제조하는 방법을 제공한다.
제공되는 상기 폴리에테르이미드를 포함하는 회로 기판은 저렴하고, 신뢰성이 있으며, 가공성이 좋고, 회로 기판이 사용되는 재료 및 제조 공정에 적합하다. 개시된 샌드위치형 구조는 전도성 금속층에서 인쇄 회로의 양호한 방열 및 전기적 절연을 제공한다. 상기 회로 기판은 또한 종래의 회로 기판과 비교하여 비평면(non-flat) PCB/조명 설계에 적합하다. 따라서, 인쇄 회로 기판 및 그 조립의 실질적인 향상이 제공된다.
실시예
표 1에 나타낸 재료들을 하기 실시예에서 사용하였다. 하기 표에서 각 성분의 양은 중량 %(wt %)로 제공되며, 여기서 각 성분의 중량 %는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
성분 설명 공급자
폴리에테르이미드
술폰(PEI-1)		 비스페놀 A 디안하이드라이드와 4,4'-디아미노디페닐 술폰의 반응으로 제조된 유리 전이 온도가 267 ℃이고, EXTEMTM XH1015-1000으로 입수할 수 있는 폴리에테르이미드. SABIC
폴리에테르이미드
술폰(PEI-2)		 헥사메틸 구아니디늄 클로라이드촉매를 이용하여 비스페놀 A 디안하이드라이드와 4,4'-디아미노디페닐 술폰의 반응으로 제조된 유리 전이 온도가 267 ℃인 폴리에테르이미드. SABIC
질화 붕소(BN) CAS 번호 10043-11-5, 육각형 질화 붕소
(hexagonal boron nitride)		 Dandong Chemical Engineering Institute Co.
흑연 CAS 번호 7782-42-5, 그래파이트 1125 Asbury Carbons
폴리에테르에테르케톤(PEEK) PEEK 450 G Victrex
폴리페닐술폰
(PPSU)		 Radel R-5100으로 입수가능한 폴리페닐술폰, GPC (PS 표준)로 약 51,500 g/mol, 유리 전이 온도가 224 ℃. Solvay Co.
샘플 준비
실시예 조성물의 컴파운딩은 직경 40 mm 및 L/D 비 40:1을 갖는 Werner & Pfleiderer 이축 압출기에서 수행하였다. 온도는 스크류 길이에 따라 390 ℃였고, 스크류 분당 회전수(rpm)는 250 rpm이었고, 공급 속도는 32 kg/시간이었다.
컴파운딩후, 인장, 굴곡, 충격 및 HDT 용 시편을 395 ℃에서 Engel 110 T 사출 성형기를 사용하여 사출성형했다.
샘플 테스팅
물리적 측정은 아래에 설명된대로 다음의 테스트 및 테스트 방법을 사용하여 수행되었다.
인장 특성은 ASTM D638에 따라 시험하였고, 굽힘 특성은 ASTM D790에 따라 시험하였으며, 두 경우 모두 수정된 Instron 1125 시험기(modified Instron 1125 testing machine)를 사용했다.
Tinius Olsen 892 및 104 충격 시험기를 사용하여 ASTM D256에 따라 아이조드 충격 강도(노치 및 비노치)를 측정하였다.
Dynisco HDV3 장치에서 ASTM D648에 따라 120 ℃/시간 온도 램프 및 1.8 메가파스칼(MPa)의 하중을 사용하여 열 변형 온도(HDT)를 평면방식으로(flatwise) 평가하였다.
수분 흡수 측정은 ISO 62에 따라 수행하였다. 60 밀리미터(mm) x 60 mm 크기의 샘플을 먼저 50 ℃±2 ℃에서 24 시간 동안 항온조에서 보관하였다. 샘플을 20 ℃±10 ℃로 냉각시키고 무게를 재었다. 샘플을 23 ℃±0.5 ℃의 물에 24 시간 담그고 다시 무게를 재었다. 수분 흡수율은 기록된 두 중량 간의 차이에 기초하여 백분율로서 계산되었다.
면관통(through-plane) 및 면내(in-plane) 열전도율("TC")은 ISO 22007-2에 따라 측정하였다.
흑연을 포함하는 조성물의 표면 저항률(surface resistivity)은 ASTM D257-99에 따라 측정하였다.
하기 기재된 각 실시예에서, 폴리에테르이미드 술폰, 열전도성 충전제(들) 및 선택적으로 제2 열가소성 중합체 성분을 하기 표에 나타낸 양으로 용융 혼합시켰다. 위에서 설명한 바와 같이 모든 성분을 용융 혼합하고, 압출하고, 시험하였다.
실시예 1-4
폴리에테르이미드 술폰 및 질화 붕소를 포함하는 조성물들을 제조하고 시험하였다. 기계적, 충격 및 열적 성질 테스트 결과를 또한 표 2에 보인다.
성분 단위 1 2 3 4
PEI-1 % 65 55 　 　
PEI-2 % 　 　 65 55
BN % 35 45 35 45
성질
비중 - 1.52 1.592 1.515 1.601
탄성률(Modulus of Elasticity) MPa 11740 15300 11680 15400
파단 인장 강도 MPa 70.2 65.9 68.6 58.6
% 파단신장률 % 1.01 0.7 0.99 0.58
굽힘 탄성률(Flexural Modulus) MPa 10500 14200 11300 15300
파단 굽힘 응력 MPa 97.4 90.2 93.8 81.2
충격 강도 (노치) J/m 29.5 16.5 24.9 16.6
충격 강도 (비노치) J/m 124 91.9 121 83.1
HDT °C 252 253 248 249
Tg °C 262.3 262 260.2 258.3
% 흡수 수분 % 0.35 0.29 0.37 0.35
면관통 TC W/mK 0.32 0.386 0.314 0.456
면내 TC W/mK 3.222 5.443 3.197 5.493
열 리플로
(Heat Reflow)
(1mm)		 건조 °C >260 >260 >260 >260
60°C, 60% °C 247 250 254 251
85°C, 85% °C 233 238 242 238
열 리플로 (2mm) 건조 °C >260 >260 >260 >260
60°C, 60% °C 243 >260 249 249
85°C, 85% °C 236 235 247 245
열 리플로 (3mm) 건조 °C >260 >260 >260 >260
60°C, 60% °C 260 260 260 260
85°C, 85% °C 240 235 236 238
표 2의 데이터는 58.6 내지 70.2 MPa의 인장 강도 및 10,500 내지 15,300 MPa의 굽힘 탄성률을 나타낸다. 굽힘 탄성률은 45 중량 %의 질화 붕소를 포함하는 실시예 2 및 4의 조성물의 경우 더 높은 것으로 관찰되었다. 아이조드 충격 강도 (노치 및 비노치)는 65 중량 %의 폴리에테르이미드 술폰을 포함하는 실시예 1 및 3의 경우 더 높게 관찰되었다. 실시예 1-4의 조성물은 유사한 HDT 및 Tg를 나타내었다. 이 조성물들은 낮은 수분 흡수력, 우수한 열전도율을 가지며 무연 납땜 리플 로 공정을 견딜 수 있었다. 상기 조성물들은 건조(컨디셔닝 하지 않음) 샘플, 및 60 ℃ 및 60 % 상대 습도, 및 85 ℃ 및 85 % 상대 습도에서 컨디셔닝된 샘플 모두를 사용하여 열 리플로 공정을 수행하였다. 컨디셔닝 하지 않은 샘플들은 각각 260 ℃ 이상에서 변형 또는 팝코닝을 보이지 않는 반면, 컨디셔닝한 샘플들은 260 ℃까지 변형에 저항했다.
실시예 5-8
폴리에테르이미드 술폰, 질화 붕소 및 흑연을 포함하는 조성물들을 표 3에 나타낸 바와 같이 제조하고 시험하였다. 기계적, 충격 및 열적 성질 시험의 결과를 표 3에 또한 나타내었다.
성분 단위 5 6 7 8
PEI-1 % 55 45 　 　
PEI-2 % 　 　 55 45
BN % 35 45 35 45
흑연 % 10 10 10 10
성질
비중 - 1.6 1.677 1.604 1.685
탄성률 MPa 15640 17580 15920 18620
파단 인장 강도 MPa 63.6 59.2 67.1 59.9
% 파단 신장률 % 0.66 0.56 0.69 0.54
굽힘 탄성률 MPa 14600 18700 15100 20000
파단 굽힘 응력 MPa 84.9 79.9 87.1 78.8
충격 강도 (노치) J/m 15.7 15.8 16.3 15.8
충격 강도 (비노치) J/m 80.8 62.6 88.9 66.4
HDT °C 252 255 253 241
Tg °C 288.3 261.8 258.8 251.6
% 흡수 수분 % 0.26 0.2 0.26 0.29
표면 저항률 Ohm/sq 2.05E+14 1.4E+14 4.91E+13 3.42E+13
면관통 TC W/mK 0.48 0.671 0.521 0.731
면내 TC, 핫디스크(Hotdisk) W/mK 6.555 9.999 7.328 10.206
열 리플로
(1 mm)		 건조 °C >260 >260 >260 >260
60 °C, 60% °C >260 249 >260 >260
열 리플로
(2 mm)
 건조 °C >260 >260 >260 >260
60 °C, 60% °C >260 254 >260 >260
표 3의 결과는 열전도성 충전제에서 10 중량 %의 질화 붕소를 10 중량 %의 흑연으로 대체함으로써 조성물의 특정 성질, 예를 들어 열전도성, 내열성 및 수분 장벽이 개선되었다는 예상치 못한 효과를 입증한다. 예를 들어, 실시예 5 및 7의 열 전도율은 흑연을 포함하지 않는 실시예 2 및 4와 비교하여 개선되었다. 실시예 2 및 4 각각의 5.443 및 5.493 W/mK와 비교하여 실시예 5 및 7의 면내 열전도율은 각각 6.555 및 7.328 W/mK였다. 또한, 실시예 5 및 7의 컨디셔닝된 조성물은 260 ℃보다 높은 온도로의 변형에 저항하는 우수한 내열성을 유지하는 반면, 실시예 2 및 4의 컨디셔닝된 조성물은 단지 260 ℃까지의 변형, 특히 약 250 ℃ 까지의 변형에 저항하였다. 실시예 5 및 7의 조성물은 또한 단지 0.26 %으로 더 적은 수분 흡수를 나타내지만, 실시예 2 및 4의 조성물은 0.35 %까지의 수분을 흡수하였다. 따라서, 10 중량%의 흑연이 열전도성 충전제 조성물에 포함될 때 예상치 못한 유리한 효과가 관찰되었다.
표 3의 결과는 실시예 5-8의 조성물이 흑연을 포함하지 않는 실시예 1-4의 조성물과 비교할만한 인장 강도를 갖는다는 것을 또한 나타낸다. 그러나, 굽힘 탄성률은 10 중량 % 흑연을 포함하는 실시예 5-8의 조성물의 경우 평균 약 31 % 만큼 증가하였다. 실시예 5-8의 충격 강도는 실시예 1-4에 비해 감소하였다. 실시예 5-8의 조성물은 비교할만한 HDT 및 Tg를 나타냈다. 상기 조성물들은 낮은 수분 흡수, 우수한 열전도율을 가졌으며, 앞서 논의된 바와 같이 무연 납땜 리플로 공정을 견딜 수 있었다. 상기 조성물들을 건조(컨디셔닝 하지 않음) 샘플 및 60 ℃ 및 60 % 상대 습도에서 컨디셔닝된 샘플 모두를 사용하여 열 리플로 공정에 가하였다. 컨디셔닝하지 않은 샘플들은 각각 변형에 저항하였고 260 ℃ 이상에서 팝코닝을 나타내지 않은 반면, 컨디셔닝한 샘플은 260 ℃까지 변형에 저항했다. 실시예 5-8의 조성물을 표면 저항률에 대해 추가로 평가하였다. 표면 저항률은 3.42E+13 내지 2.05E+14 Ohm/square(Ω/sq)의 범위에 있었고, 이는 이들 조성물이 전기 절연성인 것을 나타냈다.
실시예 9-11
폴리에테르이미드 술폰, 질화 붕소 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK)을 포함하는 조성물들을 표 4에 나타낸 바와 같이 제조하고 시험하였다. 기계적, 충격 및 열적 성질 시험의 결과를 표 4에 또한 나타내었다.
성분 단위 9 10 11
PEI-2 % 45.5 38.5 31.5
PEEK % 19.5 16.5 13.5
BN % 35 45 55
성질
비중 - 1.52 1.59 1.647
탄성률 MPa 11980 15220 17760
파단 인장 강도 MPa 69.9 69.8 61.4
% 파단 신장률 % 1.19 0.86 0.57
굽힘 탄성률 MPa 10900 14200 33700
파단 굽힘 응력 MPa 90.4 83.3 75.2
충격 강도 (노치) J/m 26.6 22 16
충격 강도 (비노치) J/m 155 114 71
HDT °C 233 239 231
Tg °C 153.4, 252.6 154.7, 255.2 163, 232
% 흡수 수분 % 0.21 0.17 0.14
면관통 TC W/mK 0.348 0.457 --
면내 TC W/mK 3.401 5.444 --
열 리플로
(1mm)		 건조 °C >260 >260 >260
60°C, 60% °C 242 239 257
85°C, 85% °C 234 250 245
열 리플로 (2mm) 건조 °C >260 >260 >260
60°C, 60% °C 248 253 258
85°C, 85% °C 241 249 252
열 리플로 (3mm) 건조 °C >260 >260 --
60°C, 60% °C 260 260 --
85°C, 85% °C 240 243 --
표 4의 데이터는 폴리에테르이미드 술폰, 폴리에테르에테르 케톤(PEEK), 및 질화 붕소를 포함하는 실시예 9-11의 조성물은 실시예 1-8의 조성물과 비교할만한 인장 강도 및 굽힘 탄성률을 갖는다는 것을 보여준다. 실시예 11의 조성물은 33,700 MPa의 최대 굽힘 탄성율을 나타내었다. 실시예 9-11의 조성물은 또한 제2 중합체 성분(PEEK)의 존재로 인해 2 개의 유리 전이 온도(Tg)를 나타냈다. 상기 조성물들은 0.14-0.21 %의 낮은 물 흡수율을 나타냈다. 실시예 9 및 10은 양호한 열 전도율을 나타내고 무연 납땜 리플로 테스트를 통과할 수 있었다. 상기 조성물들을 건조된(컨디셔닝 하지 않음) 샘플 및 60 ℃ 및 60 % 상대 습도에서 컨디셔닝된 샘플 모두를 사용하여 열 리플로 공정에 가하였다. 실시예 9-11의 컨디셔닝하지 않은 샘플들은 1 및 2 밀리미터에서 열 리플로 테스트(예를 들면, 260 ℃ 이상에서 변형 또는 팝코닝을 나타내지 않음)를 통과하였고, 실시예 9 및 10의 컨디셔닝하지 않은샘플들은 3mm에서 260 ℃ 이상에서 변형 또는 팝코닝을 나타내지 않았다. 실시예 9 및 10의 컨디셔닝된 샘플은 239-260 ℃까지 변형에 저항했다.
실시예 12-14
폴리에테르이미드 술폰, 질화 붕소 및 폴리페닐술폰(PPSU)을 포함하는 조성물들을 표 5에 나타낸 바와 같이 제조하고 시험하였다. 기계적, 충격 및 열적 성질 시험의 결과를 표 5에 또한 나타내었다.
성분 단위 12 13 14
PEI-2 % 52 45.5 39
PPSU % 13 19.5 26
BN % 35 35 35
성질
비중 - 1.522 1.524 1.52
탄성률 MPa 11420 11400 11120
파단 인장 강도 MPa 67.5 66.6 65.5
% 파단 신장률 % 1.1 1.09 1.09
굽힘 탄성률 MPa 20400 10800 10500
파단 굽힘 응력 MPa 86.8 85.9 85.9
충격 강도 (노치) J/m 25.5 24.6 26.3
충격 강도 (비노치) J/m 141 173 156
HDT °C 241 238 235
Tg °C 253.9 247.6 245.6
% 흡수 수분 % 0.29 0.27 0.26
면관통 TC W/mK 0.343 0.362 0.379
면내 TC W/mK 3.403 3.478 3.408
열 리플로
(1 mm)		 건조 °C >260 >260 >260
60°C, 60% °C 249 245 250
85°C, 85% °C 241 238 243
열 리플로 (2 mm) 건조 °C >260 >260 >260
60°C, 60% °C 257 253 245
85°C, 85% °C 246 245 241
열 리플로 (3 mm) 건조 °C >260 >260 >260
60°C, 60% °C 258 257 260
85°C, 85% °C 236 240 236
표 5의 데이터는 폴리에테르이미드 술폰, PPSU 및 질화 붕소를 포함하는 실시예 12-14의 조성물이 비교할만한 인장 강도를 갖는다는 것을 보여준다. 최저 통합량의 PPSU(13 중량 %)를 갖는 실시예 12는 20,400 MPa의 최고 굽힘 탄성률을 나타냈다. 실시예 12는 또한 실시예 12-14의 최고 유리 전이 온도 및 HDT를 기록하였다. 상기 조성물들은 0.26-0.29 %의 낮은 물 흡수율을 나타내었다. 실시예 12-14는 양호한 열전도율을 나타냈고 무연 납땜 리플로 테스트를 통과할 수 있었다. 상기 조성물들을 건조된(컨디셔닝 하지 않음) 샘플 및 60 ℃ 및 60 % 상대 습도에서 컨디셔닝된 샘플 모두를 사용하여 열 리플로 공정에 가하였다. 컨디셔닝하지 않은 샘플들은 각각 260 ℃ 이상에서 변형이나 팝코닝을 나타내지 않았다. 실시예 12의 컨디셔닝된 샘플은 258 ℃까지 변형에 저항하는 것으로 관찰되었다. 실시예 13의 컨디셔닝된 샘플은 257 ℃까지 변형에 저항하는 것으로 관찰되었다. 실시예 14의 컨디셔닝된 샘플은 260 ℃까지의 변형에 저항하는 것으로 관찰되었다.
상기 폴리에테르이미드 조성물, 회로 어셈블리 및 방법은 다음의 구현예에 의해 추가로 설명되며, 이들 구현예는 비제한적이다.
구현예 1. 폴리에테르이미드 조성물로서, 240 내지 320 ℃, 바람직하게는 245 내지 312 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 술폰; 및 입자상(particulate)의 열전도성 충전제 조성물을 포함하고, 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정(lead-free solder reflow process)에 적용될 때 IPC 방법 TM-650에 의해 결정되는 변형에 저항하며; 또한 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이 ISO 22007-2:2008에 따라 결정될 때 2.5 내지 15 W/mK, 바람직하게는 3 내지 12 W/mK의 열전도율을 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 2. 구현예 1에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이 0.1 내지 0.5 %, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 %의 평균 흡수율(average water absorption)를 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 3. 구현예 1 및 2 중의 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 조성물이 250 ℃ 이상, 바람직하게는 250 내지 270 ℃, 더 바람직하게는 260 내지 270 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 4. 구현예 1 내지 3 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 1x1013 ohm/sq 이상의 표면 저항률(surface resistivity)을 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 5. 구현예 1 내지 4 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 40 내지 90 중량 %, 바람직하게는 40 내지 70 중량 %의 상기 폴리에테르이미드 술폰; 및 10 내지 60 중량 %, 바람직하게는 30 내지 60 중량 %의 상기 입자상 열전도성 충전제 조성물을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물: 중량 %는 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
구현예 6. 구현예 1 내지 5 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 술폰은 다음 화학식의 단위를 포함하는 폴리에테르이미드 조성물:
Figure pct00008
여기에서, R은 C2-20 탄화수소 기이고, 적어도 10 몰 %의 R 기는 술폰기를 포함하고, T는 -O- 또는 화학식 -O-Z-O-의 기이며, 이때 상기 -O- 또는 -OZO- 기의 2가 결합은 3,3', 3,4', 4,3' 또는 4,4' 위치에 있고, Z는 1 내지 6 개의 C1-8 알킬기, 1 내지 8 개의 할로겐 원자, 또는 상술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합으로 선택적으로 치환된 방향족 C6-24 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭기이다.
구현예 7. 구현예 6에 있어서, 상기 R은 아래 화학식의 2가기인 폴리에테르이미드 조성물:
Figure pct00009
여기에서, Q1는 -O-, -S-, -C(O)-, -SO2-, -SO-, -CyH2y- (y는 1 내지 5의 정수) 또는 이의 할로겐화 유도체, 또는 -(C6H10)z- (z는 1 내지 4의 정수)이며, 및 Z는 아래 화학식의 디히드록시 화합물로부터 유도된 기이며,
Figure pct00010
여기에서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐 원자 또는 1가 C1-6 알킬기이고; p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이며; c는 0 내지 4이고; 및 Xa는 단일 결합, -O-, -S-, -S(O)-, -S(O)2-, -C(O)-, 또는 C1-18 유기 연결기이다.
구현예 8. 구현예 6 또는 7에 있어서, 적어도 10 몰 %의 상기 R 기가 디페닐렌술폰이고, Z가 비스(4,4'-페닐렌)이소프로필리덴인 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 9. 구현예 1 내지 8 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물은 질화 붕소, 흑연, 질화 알루미늄, 질화규소, MgSiN2, 탄화 규소, 상술한 것들 중 적어도 1종으로 코팅된 입자, 황화 아연, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 산화 아연, 산화 티탄, 또는 상술한 열전도성 충전제들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 10. 구현예 1 내지 9 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물이 질화 붕소, 흑연, 또는 상술한 열전도성 충전제들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 11. 구현예 1 내지 10 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물이 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 50 중량 %의 질화 붕소를 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 12. 구현예 1 내지 11 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물이 30 내지 50 중량 %의 질화 붕소; 및 5 내지 15 중량 %의 흑연을 포함하고, 중량 %는 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
구현예 13. 폴리에테르이미드 조성물로서, 240 내지 320 ℃, 바람직하게는 245 내지 312 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 술폰; 140 ℃ 초과의 유리 전이 온도를 갖는 상기 폴리에테르이미드 술폰과 다른 추가적인 중합체; 및 입자상의 열전도성 충전제 조성물을 포함하고, 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정에 적용될 때 IPC 방법 TM-650에 의해 결정되는 변형에 저항하며; 또한 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층은 ISO 22007-2:2008에 따라 결정될 때 3 내지 6 W/mK, 바람직하게는 3 내지 5.5 W/mK의 열전도율을 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 14. 구현예 13에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층의 평균 흡수율이 0.1 내지 0.5 %, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 %인 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 15. 구현예 13 및 14 중의 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 조성물이 230 ℃ 이상, 바람직하게는 230 내지 270 ℃, 더 바람직하게는 250 내지 270 ℃의 적어도 하나의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 16. 구현예 13 내지 15 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 술폰 30 내지 70 중량 %, 바람직하게는 30 내지 60 중량 %; 및 상기 폴리에테르이미드 술폰과 다른 상기 추가적인 중합체 1 내지 35 중량 %, 바람직하게는 10 내지 30 중량 %를 포함하는 폴리에테르이미드 조성물: 여기에서 중량 %는 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
구현예 17. 구현예 13 내지 16 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 술폰은 아래 화학식의 단위를 포함하는 폴리에테르이미드 조성물:
Figure pct00011
여기에서, R은 C2-20 탄화수소 기이고, 적어도 10 몰 %의 R 기는 술폰기를 포함하고, T는 -O- 또는 화학식 -O-Z-O-의 기이며, 이때 상기 -O- 또는 -OZO- 기의 2가 결합은 3,3', 3,4', 4,3' 또는 4,4' 위치에 있고, 및 Z는 1 내지 6 개의 C1-8 알킬기, 1 내지 8 개의 할로겐 원자, 또는 상술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합으로 선택적으로 치환된 방향족 C6-24 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭기이다.
구현예 18. 구현예 17에 있어서, 상기 R은 아래 화학식의 2가기인 폴리에테르이미드 조성물:
Figure pct00012
여기에서, Q1는 -O-, -S-, -C(O)-, -SO2-, -SO-, -CyH2y- (y는 1 내지 5의 정수) 또는 이의 할로겐화 유도체, 또는 -(C6H10)z- (z는 1 내지 4의 정수)이며, 및 Z는 아래 화학식의 디히드록시 화합물로부터 유도된 기이며,
Figure pct00013
여기에서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐 원자 또는 1가 C1-6 알킬기이고; p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이며; c는 0 내지 4이고; 및 Xa는 단일 결합, -O-, -S-, -S(O)-, -S(O)2-, -C(O)-, 또는 C1-18 유기 연결기이다.
구현예 19. 구현예 17 또는 18에 있어서, 적어도 10 몰 %의 상기 R 기가 디페닐렌술폰이고, Z가 비스(4,4'-페닐렌)이소프로필리덴인 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 20. 구현예 13 내지 19 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물은 질화 붕소, 흑연, 질화 알루미늄, 질화 규소, MgSiN2, 탄화 규소, 상술한 것들 중 적어도 1종으로 코팅된 입자, 황화 아연, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 산화 아연, 산화 티탄, 또는 상술한 열전도성 충전제들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 21. 구현예 13 내지 20 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물이 질화 붕소, 흑연, 또는 상술한 열전도성 충전제들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 22. 구현예 13 내지 21 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물이 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 60 중량 %의 질화 붕소를 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 23. 구현예 22에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물이 1 내지 15 중량 %의 흑연을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물: 여기에서 중량 %는 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
구현예 24. 구현예 13 내지 23 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 추가적인 중합체가 폴리페닐술폰, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리페닐렌술폰, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리케톤, 폴리프탈아미드, 방향족 폴리이미드, 방향족 폴리에테르이미드, 폴리아릴에테르케톤, 또는 전술한 추가적인 중합체들 중 적어도 1종, 바람직하게는 폴리페닐술폰, 폴리에테르에테르케톤, 또는 상술한 추가적인 중합체들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 25. 구현예 13 내지 24 중 어느 하나 이상의 구현예에 있어서, 상기 추가적인 중합체가 폴리페닐술폰, 폴리에테르에테르케톤, 또는 상술한 추가적인 중합체들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
구현예 26. 회로 어셈블리로서, 구현예 1 내지 25 중 어느 하나 이상의 구현예의 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 폴리에테르이미드 유전체층; 및 상기 폴리에테르이미드 유전체층 상에 배치된 전도성 금속층을 포함하며; 상기 폴리에테르이미드 유전체층이 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정에 적용될 때 IPC 방법 TM-650에 의해 결정되는 변형에 저항하며; 및 상기 폴리에테르이미드 유전체층이 ISO 22007-2:2008에 따라 결정될 때 2.5 내지 15 W/mK, 바람직하게는 3 내지 12 W/mK의 열전도율을 갖는 회로 어셈블리.
구현예 27. 구현예 26에 있어서, 상기 전도성 금속층이 회로의 형태인 회로 어셈블리.
구현예 28. 구현예 26 및 27 중 어느 하나 이상의 구현예의 회로 어셈블리를 포함하는 물품.
구현예 29. 구현예 26 및 27 중 어느 하나 이상의 구현예의 상기 회로 어셈블리의 제조 방법으로서, 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 형성하는 단계; 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 열 및 압력하에서 상기 전도성 금속층에 적층하는 단계; 및 전자 부품을 상기 회로 어셈블리에 리플로 납땜하는 단계를 포함하는 회로 어셈블리의 제조 방법.
구현예 30. 구현예 29에 있어서, 상기 형성하는 단계는 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 압출하는 단계, 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 삼차원 인쇄하는 단계, 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 금속 인서트 성형하는 단계, 또는 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 다층 필름 캐스팅하는 단계를 포함하는 회로 어셈블리의 제조 방법.
구현예 31. 구현예 26 및 27 중 어느 하나 이상의 구현예의 상기 회로 어셈블리의 제조 방법으로서, 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 압출하는 단계; 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 가열 및 가압하에서 상기 도전성 금속층에 적층하는 단계; 및 전자 부품을 상기 회로 어셈블리에 리플로 납땜하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 상기 조성물 및 회로 어셈블리는 대안적으로 본 명세서에 개시된 임의의 적절한 성분들을 포함할 수 있거나, 본 명세서에 개시된 임의의 적절한 성분들로 이루어질 수 있거나, 본 명세서에 개시된 임의의 적절한 성분들로 본질적으로 이루어질 수 있다. 상기 조성물 또는 회로 어셈블리는, 추가로 또는 대안적으로, 종래 기술의 조성물에 사용되었거나 또는 반대로 본 구현예들의 기능 및/또는 목적을 달성하는 데 필요하지 않은 임의의 성분, 재료, 구성 요소, 보조제 또는 종을 결여하거나 실질적으로 포함하지 않도록 배합될 수 있다.
본 명세서에 개시된 모든 범위는 종점들을 포함하고, 상기 종점들은 서로 독립적으로 조합될 수 있다. "조합"은 블렌드, 혼합물, 합금(alloy), 반응 생성물 등을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서, 양 또는 중요성을 나타내지 않으며, 오히려 하나의 요소를 다른 요소로부터 나타내기 위해 사용된다. 본 명세서에서 단수 형태 및 "상기"라는 용어는 양의 제한을 나타내지 않으며, 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 명확하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "또는"은 "및/또는"을 의미한다.
"알킬"이란 용어는 분지쇄 또는 직쇄의 포화지방족 C1-30 탄화수소기, 예를 들면 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, s-부틸, t-부틸, n-펜틸, s-펜틸, n- 및 s-헥실, n- 및 s-헵틸 및 n- 및 s-옥틸을 의미한다. "알케닐"은 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 직쇄 또는 분지쇄의 1가 탄화수소기(예: 에테닐(-HC = CH2))를 의미한다. "알콕시"는 산소를 통해 연결된 알킬기(즉, 알킬-O-), 예를 들어 메톡시, 에톡시 및 sec-부틸옥시기를 의미한다. "알킬렌"은 직쇄 또는 분지쇄의 포화 2가 지방족 탄화수소기(예를 들면, 메틸렌(-CH2-) 또는 프로필렌(- (CH2)3-))을 의미한다. "사이클로알킬렌"은 2가 고리형 알킬렌기, -CnH2n -x를 의미하며, 여기서 x는 고리화(들)에 의해 치환된 수소의 수를 나타낸다. "사이클로알케닐"은 하나 이상의 고리 및 상기 고리 내에 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 가지며, 모든 고리 구성원이 탄소인 1가기(예를 들면, 사이클로펜틸 및 사이클로헥실)를 의미한다. "아릴"은 페닐, 트로폰, 인다닐, 또는 나프틸과 같은 특정된 수의 탄소 원자를 포함하는 방향족 탄화수소기를 의미한다. 접두어 "할로"는 플루오로, 클로로, 브로모, 요오도 및 아스타티노(astatino) 치환체 중 하나 이상을 포함하는 기 또는 화합물을 의미한다. 다른 할로기(예를 들면, 브로모 및 플루오로)들의 조합이 존재할 수 있다. 어느 구현예에서, 클로로기만이 존재한다. 접두사 "헤테로"는 화합물 또는 기가 헤테로 원자(예를 들면, 1, 2 또는 3 개의 헤테로 원자(들))인 하나 이상의 고리 구성원을 포함하는 것을 의미하며, 여기서 헤테로 원자(들)는 각각 독립적으로 N, O, S, 또는 P이다.
"치환된"은 화합물 또는 기가 수소 대신 C1-9 알콕시, C1-9 할로알콕시, 니트로(-NO2), 시아노(-CN), C1-6 알킬 술포닐(-S(=O)2-알킬), C6-12 아릴 술포닐(-S(=O)2-아릴), 티올(-SH), 티오시아노(-SCN), 토실(CH3C6H4SO2-), C3-12 시클로알킬, C2-12 알케닐, C5-12 시클로알케닐, C6-12 아릴, C7-13 아릴알킬렌, C4-12 헤테로시클로알킬 및 C3-12 헤테로아릴로부터 독립적으로 선택된 적어도 하나(예를 들면, 1, 2, 3, 또는 4)의 치환체로 치환된 화합물 또는 기를 의미한다. 다만, 치환된 원자의 정상 원자가를 초과하지 않으며, 치환체가 화합물의 목적하는 특성에 상당한 악영향을 미치지 않아야 한다.
특정 구현예들이 설명되었지만, 현재 예상하지 못하거나 또는 예상할 수 없는 대안, 수정, 변형, 개선 및 실질적인 균등물이 출원인 또는 본 기술분야의 다른 통상의 기술자에게 발생할 수 있다. 따라서, 출원되었으며 보정될 수 있는 특허 청구 범위는 그러한 모든 대안, 수정, 변형, 개선 및 실질적인 균등물을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 폴리에테르이미드 조성물로서,
    240 내지 320 ℃, 바람직하게는 245 내지 312 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 술폰; 및
    입자상(particulate)의 열전도성 충전제 조성물을 포함하고,
    상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정(lead-free solder reflow process)에 적용될 때 IPC 방법 TM-650에 의해 결정되는 변형에 저항하며; 또한
    상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이 ISO 22007-2:2008에 따라 결정될 때 2.5 내지 15 W/mK, 바람직하게는 3 내지 12 W/mK의 열전도율을 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이
    0.1 내지 0.5 %, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 %의 평균 흡수율(average water absorption); 및
    1x1013 ohm/sq 이상의 표면 저항률(surface resistivity)
    중의 하나 또는 모두를 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 조성물이 250 ℃ 이상, 바람직하게는 250 내지 270 ℃, 더 바람직하게는 260 내지 270 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 40 내지 90 중량 %, 바람직하게는 40 내지 70 중량 %의 상기 폴리에테르이미드 술폰; 및
    10 내지 60 중량 %, 바람직하게는 30 내지 60 중량 %의 상기 입자상 열전 도성 충전제 조성물을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물:
    중량 %는 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물은 질화 붕소, 흑연, 질화 알루미늄, 질화규소, MgSiN2, 탄화 규소, 상술한 것들 중 적어도 1종으로 코팅된 입자, 황화 아연, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 산화 아연, 산화 티탄, 또는 상술한 열전도성 충전제들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하며, 바람직하게는 상기 열전도성 충전제 조성물은 질화 붕소, 흑연, 또는 상술한 것들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물이 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 50 중량 %의 질화 붕소를 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전도성 충전제 조성물이
    30 내지 50 중량 %의 질화 붕소; 및
    5 내지 15 중량 %의 흑연을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물:
    중량 %는 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
  8. 폴리에테르이미드 조성물로서,
    240 내지 320 ℃, 바람직하게는 245 내지 312 ℃의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 술폰;
    140 ℃ 초과의 유리 전이 온도를 갖는 상기 폴리에테르이미드 술폰과 다른 추가적인 중합체; 및
    입자상의 열전도성 충전제 조성물을 포함하고,
    상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정에 적용될 때 IPC 방법 TM-650에 의해 결정되는 변형에 저항하며; 또한
    상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층이 ISO 22007-2:2008에 따라 결정될 때 3 내지 6 W/mK, 바람직하게는 3 내지 5.5 W/mK의 열전도율을 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 층의 평균 흡수율(average water absorption)이 0.1 내지 0.5 %, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 %인 폴리에테르이미드 조성물.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 조성물이 230 ℃ 이상, 바람직하게는 230 내지 270 ℃, 더 바람직하게는 250 내지 270 ℃의 적어도 하나의 유리 전이 온도를 갖는 폴리에테르이미드 조성물.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에테르이미드 술폰 30 내지 70 중량 %, 바람직하게는 30 내지 60 중량 %; 및
    상기 폴리에테르이미드 술폰과 다른 상기 추가적인 중합체 1 내지 35 중량 %, 바람직하게는 10 내지 30 중량 %를 포함하는 폴리에테르이미드 조성물:
    중량 %는 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도성 충전제 조성물이 질화 붕소, 흑연, 질화 알루미늄, 질화 규소, MgSiN2, 탄화 규소, 상술한 것들 중 적어도 1종으로 코팅된 입자, 황화 아연, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 산화 아연, 산화 티탄, 또는 상술한 열전도성 충전제들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하며, 바람직하게는 상기 열전도성 충전제 조성물은 질화 붕소, 흑연, 또는 상술한 것들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도성 충전제 조성물이 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 60 중량 %의 질화 붕소를 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열전도성 충전제 조성물이 1 내지 15 중량 %의 흑연을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물:
    중량 %는 상기 폴리에테르이미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가적인 중합체가 폴리페닐술폰, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리페닐 렌술폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리케톤, 폴리프탈아미드, 방향족 폴리이미드, 방향족 폴리에테르이미드, 폴리아릴에테르케톤, 또는 전술한 추가적인 중합체들 중 적어도 1종, 바람직하게는 폴리페닐술폰, 폴리에테르에테르케톤 또는 상술한 것들 중 적어도 1종을 포함하는 조합을 포함하는 폴리에테르이미드 조성물.
  16. 회로 어셈블리로서,
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항 이상의 상기 폴리에테르이미드 조성물을 포함하는 폴리에테르이미드 유전체층; 및
    상기 폴리에테르이미드 유전체층 상에 배치된 전도성 금속층을 포함하며;
    상기 폴리에테르이미드 유전체층이 260 ℃ 이상, 바람직하게는 260 내지 350 ℃의 온도에서 무연 납땜 리플로 공정에 적용될 때 IPC 방법 TM-650에 의해 결정되는 변형에 저항하며; 및
    상기 폴리에테르이미드 유전체층이 ISO 22007-2:2008에 따라 결정될 때 2.5 내지 15 W/mK, 바람직하게는 3 내지 12 W/mK의 열전도율을 갖는 회로 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전도성 금속층이 회로의 형태인 회로 어셈블리.
  18. 제16항 및 제17항 중 어느 한 항의 회로 어셈블리를 포함하는 물품.
  19. 제16항 및 제17항 중 어느 한 항의 상기 회로 어셈블리의 제조 방법으로서,
    상기 폴리에테르이미드 유전체층을 형성하는 단계;
    상기 폴리에테르이미드 유전체층을 열 및 압력하에서 상기 전도성 금속층에 적층하는 단계; 및
    전자 부품을 상기 회로 어셈블리에 리플로 납땜하는 단계를 포함하는 회로 어셈블리의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 형성하는 단계가 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 압출하는 단계, 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 삼차원 인쇄하는 단계, 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 금속 인서트 성형하는 단계 또는 상기 폴리에테르이미드 유전체층을 다층 필름 캐스팅하는 단계를 포함하는 회로 어셈블리의 제조 방법.
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