高Tg半撓性覆銅板的研究開發(fā)

汪 青 劉東亮（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523039）

高Tg半撓性覆銅板的研究開發(fā)

汪 青 劉東亮
（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523039）

文章介紹了半撓性覆銅板的應(yīng)用，并研究了各種增韌劑對覆銅板配方撓曲性能的影響，在綜合各種增韌劑的性能基礎(chǔ)上開發(fā)出了高Tg半撓性覆銅板配方，可應(yīng)用于剛撓結(jié)合板等領(lǐng)域。

剛撓結(jié)合板；增韌劑；撓曲性

1 前言

電子產(chǎn)品微小型化、多功能化，這就要求PCB實現(xiàn)高密度化、高性能化。在此前提下，撓性板、剛-撓結(jié)合板已經(jīng)顯出優(yōu)勢，這些特殊結(jié)構(gòu)的板可以明顯降低電子產(chǎn)品所占體積，實現(xiàn)密集組裝和立體組裝。

目前撓性覆銅板（FCCL）采用的增強材料是PI膜，剛-撓結(jié)合板中撓性部分使用的增強材料也是PI膜。PI膜撓曲性能極佳但成本高昂，這導(dǎo)致其衍生的PCB產(chǎn)品的價格也很高，但是在一些撓曲要求較低或靜態(tài)撓曲的場合，不需要如此高的撓曲性能，于是可以采用半撓性覆銅板來替代FCCL，降低材料成本。而且在一些場合中，使用半撓性覆銅板可以取代剛-撓結(jié)合板，省掉了壓板和鏤板的流程，節(jié)約過程成本。

半撓性覆銅板還是屬于環(huán)氧玻纖覆銅板的范疇，但其撓曲性能明顯高于普通覆銅板，較普通覆銅板高出一倍甚至更高，半撓性覆銅板配方開發(fā)主要是通過引入增韌劑來達到增加覆銅板撓曲性能的目的。我公司開發(fā)的普通Tg半撓性板材（SB120）已批量供應(yīng)，本文重點研究高Tg半撓性覆銅板配方，主要是研究各種增韌劑包括柔性樹脂對配方性能的綜合影響，也就是保持撓曲性與Tg的平衡。

2 主要研究內(nèi)容

2.1 增韌劑在半撓性覆銅板配方中的應(yīng)用

2.1.1 橡膠

目前最常用增韌環(huán)氧樹脂的活性端基液體橡膠為端羧基丁腈橡膠（CTBN），橡膠增韌改性環(huán)氧樹脂方面的研究非常多，如張健等[1]研究了液體橡膠增韌環(huán)氧樹脂/咪唑固化體系，通過掃描電鏡和透射電鏡對增韌樣品微觀結(jié)構(gòu)的觀察，確認增韌是由于發(fā)生了相分離，分散相橡膠顆粒在連續(xù)相環(huán)氧樹脂中形成“海島結(jié)構(gòu)”。獲得最佳增韌效果的橡膠微區(qū)尺寸為1 μm ～ 3 μm。當端羧基丁腈橡膠增韌環(huán)氧樹脂/咪唑體系時，斷裂韌性提高十幾倍，沖擊強度提高近1倍，拉伸強度提高2～3倍。動態(tài)力學(xué)的變化表現(xiàn)為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低，次級轉(zhuǎn)變移至低溫區(qū)域，低溫區(qū)次級轉(zhuǎn)變對抗沖擊性能有重要貢獻。

CTBN（端羧基丁腈橡膠）是最常用的增韌環(huán)氧樹脂的橡膠增韌劑，在FCCL配方中應(yīng)用較多，能夠顯著改善環(huán)氧樹脂體系的韌性，但同時也有負作用，表現(xiàn)在對Tg的降幅明顯，需要綜合考慮。

對CTBN在半撓性覆銅板配方中的應(yīng)用進行了研究，以Tg170℃平臺考察了不同比例的CTBN對耐折性及Tg的影響（表1）。

表1

由此可見，CTBN對于覆銅板撓曲性能的改善效果較為明顯，但對于橡膠的加入需綜合考慮其對Tg的負面影響，可考慮在配方中加入很小的比例。

2.1.2 橡膠改性環(huán)氧樹脂

橡膠改性環(huán)氧通常是采用一定丙烯晴含量的彈性體來改性各種環(huán)氧樹脂，采用不同丙烯腈含量彈性體及不同基體環(huán)氧樹脂可得到各種橡膠改性環(huán)氧樹脂，可在環(huán)氧樹脂體系中作為活性增韌劑，可增強環(huán)氧樹脂體系的抗沖擊性能，但經(jīng)試驗用在覆銅板體系中，對撓曲性無明顯改善，如下為在Tg170 ℃平臺中考察不同比例的橡膠改性環(huán)氧對耐折性及Tg的影響（表2）。

表2

2.1.3 聚氨酯改性環(huán)氧樹脂

聚氨酯具有柔性大分子鏈、高彈性以及很好的耐磨性能，用以改性環(huán)氧樹脂可賦予環(huán)氧樹脂優(yōu)異的附著力、柔韌性、耐磨性等性能，聚氨脂增韌改性環(huán)氧樹脂體系通常是采用互穿網(wǎng)絡(luò)（IPN）技術(shù)來實現(xiàn)，這方面的研究較多，如H. Harani等[2]用聚氨酯作為環(huán)氧樹脂的增韌劑，通過與環(huán)氧樹脂反應(yīng)形成IPN互穿網(wǎng)絡(luò)，通過力學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，聚氨酯對環(huán)氧樹脂的增韌效果明顯，當聚氨酯在體系的含量達到40 phr時，沖擊強度增加到最大值22 J/m，斷裂韌性指標KIC值達到2.5 MPa.m1/2（相對于純環(huán)氧樹脂的KIC值0.9 MPa.m1/2），增韌原因一方面是由于交聯(lián)密度的提高，另一方面是適當增加了交聯(lián)點之間的距離獲得了高彈性。

本文中研究的聚氨酯改性環(huán)氧樹脂為經(jīng)聚氨脂改性過的環(huán)氧樹脂，如南亞樹脂及美國CVC公司都有該類產(chǎn)品，據(jù)介紹該類樹脂具有高粘結(jié)強度、良好的沖擊性能、耐熱沖擊、良好的搭接剪切強度等特性。

在170 ℃平臺中考察了聚氨酯改性環(huán)氧樹脂對撓曲性能的影響（表3）。

表3

結(jié)果說明，聚氨酯改性環(huán)氧的加入對覆銅板耐折性有一定的提升，且對Tg的降幅較小，在耐折性提升和Tg降幅之間有較好的平衡，可考慮應(yīng)用于半撓性覆銅板配方中。

2.1.4 二聚酸加成改性雙酚A環(huán)氧樹脂

二聚酸加成改性雙酚A環(huán)氧樹脂是雙酚A環(huán)氧和二元脂肪酸的加成物，在雙酚A環(huán)氧主鏈上引入脂肪酸將賦予環(huán)氧樹脂固化物一定程度的撓性，可和其他環(huán)氧樹脂混合使用，提高耐熱性和耐沖擊性，但其對體系Tg的負面影響較大。

在170 ℃平臺中考察了二聚酸加成改性雙酚A環(huán)氧樹脂對撓曲性能的影響（表4）。

表4

從結(jié)果可看出，二聚酸加成改性雙酚A環(huán)氧樹脂對撓曲性有一定提升，但對Tg降幅較大，需綜合平衡，可考慮少部分引入。

2.1.5 其它增韌劑

其它具有增韌效果的還包括核殼橡膠、酚氧樹脂、有機硅改性環(huán)氧等，應(yīng)用于覆銅板配方中都對撓曲性能有一定的提升。

2.2 高Tg半撓性覆銅板配方的開發(fā)（表5）

上述對各種增韌劑在半撓性覆銅板配方中的應(yīng)用進行了研究，可以發(fā)現(xiàn)每種增韌劑都有優(yōu)缺點，需綜合考慮撓曲性提升和Tg降幅之間的平衡。在結(jié)合各種增韌劑研究的基礎(chǔ)上，采用幾種增韌劑組合增韌的方式，開發(fā)出了綜合性能較好的高Tg半撓性覆銅板配方。

表5

3 結(jié)論

本文介紹了半撓性覆銅板的特性以及應(yīng)用，在高Tg半撓性覆銅板配方研究中，重點是研究撓曲性與Tg的平衡，研究了多種增韌劑對半撓性覆銅板配方的撓曲性以及Tg的影響，在結(jié)合各種增韌劑研究的基礎(chǔ)上，采用幾種增韌劑組合增韌的方式，開發(fā)出了綜合性能較好的高Tg半撓性覆銅板配方。

[1]張健, 韓孝族. 液體橡膠增韌環(huán)氧樹脂/咪唑體系的形態(tài)與力學(xué)性能[J]. 應(yīng)用化學(xué), 2005, 22(12): 1333-1337

[2]H. Harani, S. Fellahi, M. Bakar. Toughening of epoxy resin using synthesized polyurethane prepolymer based on hydroxyl-terminated polyesters [J]. Journal of applied polymer science, 1998, 70: 2603-2618

Study on high Tg and semi-flexible CCL

WANG Qing LIU Dong-liang

The application of semi-flexible CCL was introduced in the article, and the influence of toughening agent on flexibility of CCL was researched. High Tg and semi-flexible CCL formula was developed under comprehensive research of many kinds of toughening agents, the formula can be used in rigid-flexible printed circuit board.

R-FPCB; Toughening Agent; Flexibility

TN41

A

1009-0096（2014）03-0017-03