液晶聚合物纖維布應(yīng)用于高速覆銅板實驗研究

邱銀 張友梅 顧葦 葉珠陽 王順程

（重慶德凱實業(yè)股份有限公司，重慶 405449）

0 引言

隨著5G 通信時代的來臨，信息處理高速化和信號傳輸高頻化的急速發(fā)展對印制電路板（printed circuit board，PCB）電性能的要求越來越高，同時對高速PCB 基板材料——覆銅板（copper clad laminate，CCL）的品類與技術(shù)要求也隨之增長。隨著5G 信號傳輸速率增快，高速產(chǎn)品使用的CCL向介電損耗（Df）更低的要求前進(jìn)。Df主要影響到信號傳遞的質(zhì)量，Df值越小，其信號損耗也越小。一般按Df大小將CCL 基材分為以下5 個等級：一般損耗（＞0.01）、中損耗（0.008～0.010）、低損耗（0.005～0.008）、極低損 耗（0.002～0.005）、超低損耗（＜0.002）［1-3］。

為了降低介電損耗，CCL 配方大多使用低介電性的樹脂，如改性環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯（PTFE）樹脂、雙馬來酰亞胺（BMI）、碳?xì)錁渲途郾矫褬渲?，常用的為聚苯醚與碳?xì)錁渲渲星罢邽榇蠖鄶?shù)大廠（如日本松下）使用，后者則具有成本上的優(yōu)勢［4］。因此，碳?xì)錁渲?G網(wǎng)通、車載毫米波雷達(dá)、云端通信等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。

但另一方面，碳?xì)錁渲c聚苯醚樹脂因柔性結(jié)構(gòu)、非極性碳鏈結(jié)構(gòu)、熱塑性等特性，導(dǎo)致其熱固化后有許多問題亟待解決，如耐熱性差、剝離強(qiáng)度低等問題［5］。另外，液晶聚合物（liquid crystal polymer，LCP）由于其優(yōu)異的電性能而備受各方關(guān)注。除了樹脂配方以外，銅箔與玻纖布同樣是CCL 的主要材料，一般玻纖布可分為E 型與NE型玻纖布，后者為低介電性玻纖布。一般為使得介電損耗能達(dá)到最優(yōu)效果，需要從樹脂-玻纖布-銅箔的組合中找到最佳配比。

本文嘗試以LCP 纖維布（四川大學(xué)高分子所提供）搭配聚苯醚與碳?xì)鋬煞N產(chǎn)品配方進(jìn)行電性能比較，以找出另一條可供高頻高速材料參考的路徑。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

實驗材料主要有LCP 纖維布（四川大學(xué)高分子所提供）、碳?xì)錁渲?、聚苯醚樹脂、異氰尿酸三烯丙酯（TAIC）、過氧化二異丙苯（DCP）、溶劑、2116 NE型玻纖布（富喬、天勤）等。

1.2 實驗過程

1.2.1 膠水制備方法

使用適合的溶劑，將聚苯醚、碳?xì)錁渲謩e在1 L反應(yīng)瓶中均勻攪拌后，加入相應(yīng)固化劑攪拌均勻，測試其凝膠時間，再添加計算后的填料量后攪拌均勻，最后利用催化劑DCP 將凝膠時間調(diào)整至（300±20）s，即可得到適合上膠的預(yù)浸膠液。

1.2.2 CCL制備方法

調(diào)整好上膠機(jī)夾輪的軸距間隙，選用一般玻纖布、LCP 纖維布、NE 型玻纖布等增強(qiáng)材料，并用上述配方膠水均勻上膠，再以175 ℃烘烤固定時間制成半固化片（prepreg，PP）。取4 張半固化片進(jìn)行堆疊，上下覆以35 μm 銅箔，在220 ℃下以2.5 MPa 壓力在真空層壓機(jī)內(nèi)壓合180 min，制成雙面CCL。

1.2.3 測試與表征

參考IPC 標(biāo)準(zhǔn)與國標(biāo)檢測方式，測試項目與方法如下。

（1）凝膠時間：拉絲法，凝膠時間測試儀。

（2）流變曲線：錐板法，動態(tài)黏度儀。

（3）阻燃測試：燃燒測試儀。

（4）玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）：差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC），20 K/min。

（5）熱分層時間/熱膨脹系數(shù)（coefficient of thermal expansion，CTE）：熱機(jī)械 分析法（thermomechanical analysis，TMA），10 K/min。

（6）熱分解溫度 ：熱重分析法（thermogravimetric analysis，TGA），10 K/min。

（7）介電常數(shù)Dk和介電損耗Df：二流體槽法（10 GHz）。

2 結(jié)果與討論

2.1 基板性能測試結(jié)果

2.1.1 電性能比較

電性能比較情況見表1。

表1 電性能比較

由表1 可知，NE 型玻纖布與LCP 纖維布均能讓產(chǎn)品Df下降。其中，以Dk來看，使用NE 型玻纖布可下降0.4～0.6；而使用LCP 纖維布則可以下降1.1。此數(shù)據(jù)已接近聚四氟乙烯產(chǎn)品，因此有極大的開發(fā)潛力。

2.1.2 Tg特性

由整體Tg測試來看，更換布種為LCP 纖維布可提升Tg至294 ℃，可見LCP 與碳?xì)錁渲Y(jié)合能得到更高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。其Tg測試圖如圖1所示。

圖1 LCP 纖維布與一般2116 玻纖布的DSC 測試曲線

2.1.3 耐熱性（Td、T288）

相同配方使用LCP 纖維布與使用一般玻纖布其熱分解溫度（Td）差異不大，而LCP 纖維布的T288 仍能維持60 min 以上，相關(guān)測試圖如圖2所示。

圖2 LCP 纖維布與一般2116 玻纖布的TGA 測試曲線

2.1.4 Z-CTE

Z-CTE 測試圖如圖3 和圖4 所示。由Z-CTE 來看，LCP 的硬脆特性造成Z軸熱膨脹上有極佳的變化，甚至可以看成是接近無熱膨脹的特性；而由耐熱性與T288 數(shù)據(jù)顯示，兩者結(jié)合的耐熱性與穩(wěn)定性均優(yōu)于一般布種玻纖布。但銅箔的剝離力問題尚待解決。

圖3 LCP纖維布Z-CTE測試曲線圖

圖4 一般2116玻纖布Z-CTE測試曲線圖

3 結(jié)語

本文嘗試以碳?xì)錁渲c聚苯醚樹脂體系進(jìn)行含浸LCP 纖維布的特性比較。實驗結(jié)果證明，碳?xì)錁渲浞酱钆銵CP玻纖布可得到Dk=2.697、Df=0.002 77 的CCL，其耐熱性與Z-CTE 均優(yōu)于一般玻纖布，其電性能數(shù)據(jù)可接近聚四氟乙烯產(chǎn)品。