紙基覆銅板耐漏電起痕指數(shù)影響因素的試驗(yàn)分析

陳曉鵬 姜曉亮

（山東金寶電子股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

1 前言

隨著環(huán)境污染的加重，空氣中的塵埃等污染增多，覆銅板在工作過(guò)程中受到塵埃、水份結(jié)露或濕氣和具有正負(fù)離子污染物的影響，在外加電場(chǎng)的作用下其表面產(chǎn)生較大的泄漏電流。泄漏電流產(chǎn)生的熱量將覆銅板漏電部分的表面蒸干，形成局部干燥區(qū)，使覆銅板表面處于不均勻的干燥狀態(tài)。干燥區(qū)域相較于潮濕區(qū)域電阻較大，使整個(gè)覆銅板表面電場(chǎng)變得不均勻，進(jìn)而產(chǎn)生閃絡(luò)放電。在外加電場(chǎng)和熱量的共同作用下，覆銅板表面逐漸開始碳化。碳化后的表面電阻變小，使電場(chǎng)強(qiáng)度增大，更容易形成閃絡(luò)放電。在此惡性循環(huán)下，覆銅板的碳化程度逐漸加深，從而形成了碳化通道，并隨著碳化通道的伸長(zhǎng)，最終使覆銅板表面失去絕緣性，這種現(xiàn)象稱為漏電起痕[1]。

衡量覆銅板耐漏電起痕性優(yōu)劣的指標(biāo)是CTI（Comparative Tracking Index），即相比電痕化指數(shù)或相對(duì)漏電起痕指數(shù)。CTI值越大，代表覆銅板的絕緣性越好，安全可靠性越高。

2 影響紙基覆銅板CTI指標(biāo)主要因素分析

紙基覆銅板主要由漂白浸漬木漿紙和樹脂膠黏劑組成。其中漂白浸漬木漿紙結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對(duì)紙基覆銅板的CTI指標(biāo)影響不大，其主要影響來(lái)自樹脂膠黏劑的組成。

通過(guò)對(duì)普通紙基覆銅板的樹脂膠黏劑進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：

（1）樹脂膠黏劑中含有大量的易碳化的有機(jī)小分子基團(tuán)，這些基團(tuán)在外加大電場(chǎng)的作用下極易碳化，隨著時(shí)間的增加，碳化程度逐漸加深，最終形成碳化通道；

（2）普通紙基覆銅板主要通過(guò)加入溴化環(huán)氧樹脂來(lái)保證自身的阻燃性。溴化環(huán)氧樹脂在釋放溴阻止紙基覆銅板燃燒過(guò)程中，極易受熱分解釋放出溴化氫[2]，溴化氫又參與到電極間電解液的導(dǎo)電作用中，以致樹脂基團(tuán)在電痕作用下發(fā)生碳化，隨著碳化程度的加深形成碳化通道。

3 提升紙基覆銅板CTI指標(biāo)的開發(fā)思路

通過(guò)以上分析可以得知，使得普通紙基覆銅板CTI指標(biāo)普遍偏低的原因主要是樹脂膠黏劑中含有大量易碳化的有機(jī)小分子基團(tuán)和受熱易分解的溴化環(huán)氧樹脂，可以從減少樹脂膠黏劑中的有機(jī)小分子基團(tuán)和溴化環(huán)氧樹脂的含量出發(fā)，提高覆銅板的CTI指標(biāo)。

（1）用烷基酚改性桐油酚醛樹脂，并用磷系阻燃劑部分代替溴化環(huán)氧樹脂。

首先，降低樹脂膠黏劑中的有機(jī)小分子基團(tuán)的含量。

普通紙基覆銅板的樹脂膠黏劑一般是以桐油改性酚醛樹脂為主體樹脂，輔以阻燃劑等其他成分，而樹脂膠黏劑中含有的有機(jī)小分子基團(tuán)主要來(lái)自桐油酚醛樹脂[3]。

桐油改性酚醛樹脂生產(chǎn)分為兩步，有機(jī)小分子基團(tuán)主要來(lái)源于第二步反應(yīng)，在桐油酚醛樹脂的第二步反應(yīng)中加入烷基酚代替苯酚。在堿性條件下，同第一步反應(yīng)生成的桐油-苯酚反應(yīng)生成物及第二步加入的甲醛發(fā)生縮聚反應(yīng)，從而合成了烷基酚改性桐油酚醛樹脂，在不影響樹脂生產(chǎn)合成可操作性、浸漬壓制粘合的適用性等情況下，為樹脂引入了大量不易碳化的烷基基團(tuán)，同時(shí)烷基酚改性提高了反應(yīng)基團(tuán)的活性，減少了有機(jī)小分子基團(tuán)的含量。

試驗(yàn)材料：苯酚100 g ～ 200 g，桐油150 g ～ 200 g，酸觸媒1 g ～ 5 g，醛100 g ～ 200 g，烷基酚為M×X1（M為所有投料的質(zhì)量之和，X1為烷基酚所占比例），堿觸媒5 g ～ 10 g。

通過(guò)以上配方制作試驗(yàn)樣品，根據(jù)IPC 4101C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)部分性能指標(biāo)進(jìn)行匯總得到表1。

表1 烷基酚不同摻入量對(duì)基材CTI指標(biāo)影響

由表1數(shù)據(jù)可知，烷基酚改性桐油酚醛樹脂提高覆銅板CTI指標(biāo)的方法是可行的。將部分?jǐn)?shù)據(jù)整理如圖1所示。

圖1 磷系阻燃劑比例對(duì)CTI指標(biāo)影響

由圖1可以直觀看出，隨著烷基酚投入量的增大，基材CTI指標(biāo)總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但是增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩，當(dāng)烷基酚投入量增大到一定程度時(shí)，基材的CTI指標(biāo)不再呈現(xiàn)明顯增大，超出這個(gè)含量基材的CTI指標(biāo)變化不大。

其次，降低樹脂膠黏劑中的溴的含量。

樹脂膠黏劑中的溴主要來(lái)自阻燃劑溴化環(huán)氧樹脂，要降低溴的含量，就要降低溴化環(huán)氧樹脂的含量。

具體樹脂配方如下：烷基酚改性桐油酚醛樹脂400 g ～ 500 g，溴化環(huán)氧樹脂M2（1－X2）/X2g，M2為改性酚醛樹脂和溶劑的質(zhì)量之和，X2為烷基酚改性桐油酚醛樹脂和溶劑在整個(gè)樹脂膠黏劑中的含量，溶劑50 g ～ 100 g。

通過(guò)以上配方制作的試驗(yàn)樣品，根據(jù)IPC 4101C標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)部分性能指標(biāo)進(jìn)行匯總得到表2。

由表2可知，降低樹脂膠黏劑中的溴化環(huán)氧樹脂含量提高覆銅板CTI指標(biāo)的方法是可行的。將部分?jǐn)?shù)據(jù)整理得圖3。

表2 溴化環(huán)氧樹脂不同摻入量對(duì)覆銅板CTI指標(biāo)影響

由圖2可以直觀看出隨著樹脂膠黏劑中溴含量的，覆銅板的CTI指標(biāo)逐漸提高，當(dāng)溴化環(huán)氧樹脂含量減少到一定程度時(shí)，再減少其含量，CTI指標(biāo)已不再呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，且過(guò)度的減少溴化環(huán)氧樹脂含量，會(huì)出現(xiàn)覆銅板分層、抗剝離強(qiáng)度下降等情況。

圖2 不同溴含量對(duì)CTI指標(biāo)的影響

隨著溴化環(huán)氧樹脂含量的減少，覆銅板的阻燃效果降低，需要加入新的阻燃劑，保證覆銅板的阻燃性。

磷系阻燃劑具有良好地阻燃性，正被覆銅板制造廠家所重視。其中阻燃效果最好的是紅磷類阻燃劑，但是由于顏色問(wèn)題，不宜使用，本文選用其他種類的磷系阻燃劑[4]。

具體配方如下：烷基酚改性桐油酚醛樹脂450 g ～600 g，溴化環(huán)氧樹脂50 g ～ 65 g，磷系阻燃劑M3（1－X3）/X3g，M3為樹脂膠黏劑中除了磷系阻燃劑外其他成分的質(zhì)量，X3為樹脂膠黏劑中除了磷系阻燃劑外其他成分的含量，溶劑40 g ～ 100 g。

通過(guò)以上配方制作的試驗(yàn)樣品，根據(jù)IPC 4101C標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)部分性能指標(biāo)進(jìn)行匯總得到表3。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可知，加入磷系阻燃劑能夠明顯提高覆銅板的阻燃性，并且對(duì)覆銅板的CTI指標(biāo)不產(chǎn)生影響。

（2）環(huán)氧大豆油代替桐油改性酚醛樹脂，并用超細(xì)堿金屬水和氧化物代替溴化環(huán)氧樹脂。

首先，降低樹脂膠黏劑中的有機(jī)小分子基團(tuán)的含量。

環(huán)氧大豆油與桐油有著相似官能團(tuán)結(jié)構(gòu)，用其代替桐油改性酚醛樹脂，由于環(huán)氧大豆油的環(huán)氧基為親核型環(huán)氧基，反應(yīng)阻力大，反應(yīng)活性弱，所以反應(yīng)后樹脂中存在大量小分子有機(jī)基團(tuán)。為了提高其反應(yīng)活性，本研究選用復(fù)合多元胺作為催化劑，在復(fù)合多元胺催化作用下，環(huán)氧大豆油先與酚醛樹脂預(yù)聚體進(jìn)行接枝反應(yīng)生成醚化改性酚醛樹脂，之后多元胺與醚化酚醛樹脂中的殘余環(huán)氧基以及游離的環(huán)氧大豆油反應(yīng)，降低了樹脂膠黏劑中小分子量基團(tuán)的含量。

其次，降低樹脂膠黏劑中溴的含量。

在對(duì)現(xiàn)有阻燃劑進(jìn)行，分析研究，選用堿金屬水和氧化物作為阻燃劑代替溴化環(huán)氧樹脂。堿金屬水和氧化物不僅具有良好的阻燃效果，還對(duì)CTI指標(biāo)有提升效果，它含有3個(gè)結(jié)晶水，熱分解可以釋放34.6%的水，它在放電作用下還可引起氧化還原反應(yīng)，把放電中產(chǎn)生的游離碳氧化成揮發(fā)性碳，起到清除基材表面碳的作用，生成的氧化物又起催化作用和導(dǎo)熱作用。

表3 磷系阻燃劑不同摻入量對(duì)覆銅板燃燒時(shí)間的影響

具體配方：苯酚50 g ～ 150 g，環(huán)氧大豆油40 g ～75 g，復(fù)合多元胺混合物5 g ～ 10 g，醛100 g ～ 200 g，溶劑300 g ～ 450 g，氫氧化鋁45 g ～ 60 g。

通過(guò)以上配方制作的試驗(yàn)樣品，根據(jù)IPC 4101C標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)部分性能指標(biāo)進(jìn)行匯總得到表4。

5 結(jié)論

檢測(cè)結(jié)果表明，用烷基酚改性桐油酚醛樹脂及減少樹脂膠黏劑中溴的含量和用環(huán)氧大豆油代替桐油改性酚醛樹脂及加入堿金屬水和氧化物這兩種方法生產(chǎn)的紙基覆銅板具有很高的CTI值，同時(shí)保證了覆銅板的阻燃性等性能不受影響。

在完成樹脂膠黏劑配方后，需要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況調(diào)整生產(chǎn)工藝。

[1]辜信實(shí). 印制電路用覆銅箔層壓板[M]. 北京工業(yè)出版社, 2013.

[2]茹敬宏. CTI≥600的CEM-3覆銅箔層壓板的研制.

[3]余綱. 桐油改性酚醛樹脂的研究[J]. 高分子材料科學(xué)與工程, 1994,4(6):1-6.

[4]黃志杰,周琨生. 高CTI值改性工程塑料在電子電器中的應(yīng)用[M]. 塑料工業(yè), 2006.