高Tg半挠性覆铜板的研究开发

汪 青 刘东亮（广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523039）

高Tg半挠性覆铜板的研究开发

汪 青 刘东亮
（广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523039）

文章介绍了半挠性覆铜板的应用，并研究了各种增韧剂对覆铜板配方挠曲性能的影响，在综合各种增韧剂的性能基础上开发出了高Tg半挠性覆铜板配方，可应用于刚挠结合板等领域。

刚挠结合板；增韧剂；挠曲性

1 前言

电子产品微小型化、多功能化，这就要求PCB实现高密度化、高性能化。在此前提下，挠性板、刚-挠结合板已经显出优势，这些特殊结构的板可以明显降低电子产品所占体积，实现密集组装和立体组装。

目前挠性覆铜板（FCCL）采用的增强材料是PI膜，刚-挠结合板中挠性部分使用的增强材料也是PI膜。PI膜挠曲性能极佳但成本高昂，这导致其衍生的PCB产品的价格也很高，但是在一些挠曲要求较低或静态挠曲的场合，不需要如此高的挠曲性能，于是可以采用半挠性覆铜板来替代FCCL，降低材料成本。而且在一些场合中，使用半挠性覆铜板可以取代刚-挠结合板，省掉了压板和镂板的流程，节约过程成本。

半挠性覆铜板还是属于环氧玻纤覆铜板的范畴，但其挠曲性能明显高于普通覆铜板，较普通覆铜板高出一倍甚至更高，半挠性覆铜板配方开发主要是通过引入增韧剂来达到增加覆铜板挠曲性能的目的。我公司开发的普通Tg半挠性板材（SB120）已批量供应，本文重点研究高Tg半挠性覆铜板配方，主要是研究各种增韧剂包括柔性树脂对配方性能的综合影响，也就是保持挠曲性与Tg的平衡。

2 主要研究内容

2.1 增韧剂在半挠性覆铜板配方中的应用

2.1.1 橡胶

目前最常用增韧环氧树脂的活性端基液体橡胶为端羧基丁腈橡胶（CTBN），橡胶增韧改性环氧树脂方面的研究非常多，如张健等[1]研究了液体橡胶增韧环氧树脂/咪唑固化体系，通过扫描电镜和透射电镜对增韧样品微观结构的观察，确认增韧是由于发生了相分离，分散相橡胶颗粒在连续相环氧树脂中形成“海岛结构”。获得最佳增韧效果的橡胶微区尺寸为1 μm ～ 3 μm。当端羧基丁腈橡胶增韧环氧树脂/咪唑体系时，断裂韧性提高十几倍，冲击强度提高近1倍，拉伸强度提高2～3倍。动态力学的变化表现为玻璃化转变温度降低，次级转变移至低温区域，低温区次级转变对抗冲击性能有重要贡献。

CTBN（端羧基丁腈橡胶）是最常用的增韧环氧树脂的橡胶增韧剂，在FCCL配方中应用较多，能够显著改善环氧树脂体系的韧性，但同时也有负作用，表现在对Tg的降幅明显，需要综合考虑。

对CTBN在半挠性覆铜板配方中的应用进行了研究，以Tg170℃平台考察了不同比例的CTBN对耐折性及Tg的影响（表1）。

表1

由此可见，CTBN对于覆铜板挠曲性能的改善效果较为明显，但对于橡胶的加入需综合考虑其对Tg的负面影响，可考虑在配方中加入很小的比例。

2.1.2 橡胶改性环氧树脂

橡胶改性环氧通常是采用一定丙烯晴含量的弹性体来改性各种环氧树脂，采用不同丙烯腈含量弹性体及不同基体环氧树脂可得到各种橡胶改性环氧树脂，可在环氧树脂体系中作为活性增韧剂，可增强环氧树脂体系的抗冲击性能，但经试验用在覆铜板体系中，对挠曲性无明显改善，如下为在Tg170 ℃平台中考察不同比例的橡胶改性环氧对耐折性及Tg的影响（表2）。

表2

2.1.3 聚氨酯改性环氧树脂

聚氨酯具有柔性大分子链、高弹性以及很好的耐磨性能，用以改性环氧树脂可赋予环氧树脂优异的附着力、柔韧性、耐磨性等性能，聚氨脂增韧改性环氧树脂体系通常是采用互穿网络（IPN）技术来实现，这方面的研究较多，如H. Harani等[2]用聚氨酯作为环氧树脂的增韧剂，通过与环氧树脂反应形成IPN互穿网络，通过力学性能测试发现，聚氨酯对环氧树脂的增韧效果明显，当聚氨酯在体系的含量达到40 phr时，冲击强度增加到最大值22 J/m，断裂韧性指标KIC值达到2.5 MPa.m1/2（相对于纯环氧树脂的KIC值0.9 MPa.m1/2），增韧原因一方面是由于交联密度的提高，另一方面是适当增加了交联点之间的距离获得了高弹性。

本文中研究的聚氨酯改性环氧树脂为经聚氨脂改性过的环氧树脂，如南亚树脂及美国CVC公司都有该类产品，据介绍该类树脂具有高粘结强度、良好的冲击性能、耐热冲击、良好的搭接剪切强度等特性。

在170 ℃平台中考察了聚氨酯改性环氧树脂对挠曲性能的影响（表3）。

表3

结果说明，聚氨酯改性环氧的加入对覆铜板耐折性有一定的提升，且对Tg的降幅较小，在耐折性提升和Tg降幅之间有较好的平衡，可考虑应用于半挠性覆铜板配方中。

2.1.4 二聚酸加成改性双酚A环氧树脂

二聚酸加成改性双酚A环氧树脂是双酚A环氧和二元脂肪酸的加成物，在双酚A环氧主链上引入脂肪酸将赋予环氧树脂固化物一定程度的挠性，可和其他环氧树脂混合使用，提高耐热性和耐冲击性，但其对体系Tg的负面影响较大。

在170 ℃平台中考察了二聚酸加成改性双酚A环氧树脂对挠曲性能的影响（表4）。

表4

从结果可看出，二聚酸加成改性双酚A环氧树脂对挠曲性有一定提升，但对Tg降幅较大，需综合平衡，可考虑少部分引入。

2.1.5 其它增韧剂

其它具有增韧效果的还包括核壳橡胶、酚氧树脂、有机硅改性环氧等，应用于覆铜板配方中都对挠曲性能有一定的提升。

2.2 高Tg半挠性覆铜板配方的开发（表5）

上述对各种增韧剂在半挠性覆铜板配方中的应用进行了研究，可以发现每种增韧剂都有优缺点，需综合考虑挠曲性提升和Tg降幅之间的平衡。在结合各种增韧剂研究的基础上，采用几种增韧剂组合增韧的方式，开发出了综合性能较好的高Tg半挠性覆铜板配方。

表5

3 结论

本文介绍了半挠性覆铜板的特性以及应用，在高Tg半挠性覆铜板配方研究中，重点是研究挠曲性与Tg的平衡，研究了多种增韧剂对半挠性覆铜板配方的挠曲性以及Tg的影响，在结合各种增韧剂研究的基础上，采用几种增韧剂组合增韧的方式，开发出了综合性能较好的高Tg半挠性覆铜板配方。

[1]张健, 韩孝族. 液体橡胶增韧环氧树脂/咪唑体系的形态与力学性能[J]. 应用化学, 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