一种高导热、高耐热、高CTI FR-4覆铜板的制作技术与应用

江苏诺德新材料股份有限公司 包晓剑

随着社会科技的快速发展，覆铜板在工业领域中得到了广泛应用。基于此，本文对高导热、高耐热、高CTI FR-4 覆铜板的制作方法及其实际应用进行了详尽阐述。制度步骤大致为：根据覆铜板的材质来分别配制贴面层及选择内料层胶液→涂胶→叠合、热压。所配制的贴面层用胶液成分有：四官能基环氧树脂、改性环氧树脂、胺类固化剂、咪唑类固化促进剂等；再选用丙、丁酮及二甲基甲酰胺作为溶剂配制；内料层用胶液则由低溴环氧树脂、胺类固化剂等制成；并配制相同溶剂。通过本文阐述的覆铜板制作技术所制成的覆铜板具有优良的导热性能与耐热性能，并其导热率≥1.7W/mk，完全可达到LED产品的安全标准。

引言：覆铜板是由增强材料与树脂胶液相结合的产物，该板面覆以铜箔，通过高温高压制成的经热压而成的一种板状材料，全称为覆铜箔层压板，简称覆铜板。今年来，我国工业科技发展迅猛，因此工业市场对覆铜板的需求量也将逐渐增加。覆铜板是制作电路板(PCB)的重要材料之一，当前，应用最为广泛的玻纤布基环氧型覆铜板是CTI FR-4覆铜板。基于此，本文将一种高导热、高耐热、高CTI FR-4覆铜板的制作技术与应用进行探究。

1.技术背景

半导体二极发光管是当前应用最为广泛的光源技术之一，它相较于传统光源技术，具有环保、节能、全周期使用寿命长等优势。现阶段，LED在人们的日常生活中随处可见，例如指示牌、路灯等。简言之，LED与人们的生活与工作息息相关。因此，随着LED技术的持续发展，该项技术的耐热性与导热性将会面临着光源市场的严苛挑战。基于此，如何将有效提高LED发光效率及如何增强基板的耐热性与导热性至关重要。

根据相关专家学者研究后表明，UL和IEC可由根据电痕指数标准，将CTI值≥600V定为高级标准，CTI值≤400V则定为低级标准。CTI值较低的覆铜板无法在高压环境下长期使用，否则会出现漏电现象。经相关数据调查可知，当前我国复合基覆铜板及普通玻璃纤维布基覆铜板均属于低级标准，因此无法为电子设备提供安全保障。由于大部分电子设备均置于室外，环境条件普遍潮湿，因此易出现漏电现象，从而导致电力安全事故。

2011年， CEM-3覆铜板获取专利，该板不仅具有优良的导电性与耐热性，且还具有优良的电气性能，但由于该板的组成材料的CTI值不满足≥ 600V，因此其稳定性、抗干扰能力较差，因此采用CEM-3覆铜板作为原材料而制成的产品安全性能较差。

现阶段，市面上出售的LED通常都是由采用CEM-3复合基板作为原材料所制成，FR-4覆铜板与CEM-3复合基板的玻璃化温度、抗干扰性、绝缘性及电气性能等几乎不相上下。但CEM-3基板相较FR-4覆铜板而言，其稳定性、抗弯曲强度却相对较弱，因此采用CEM-3复合基板作为原材料所制成的PCB稳定性较弱。除此之外，由于LED产品的工作环境通常处于室外，环境恶劣，从而易出现分层等现象，并在很大程度上降低了产品的使用寿命。

2.覆铜板的制作技术与内容

由上述可知，本文的研究目的在于如何根据CTI值对UL和IEC进行级别划定，并同时阐述高导热、高耐热、高CTI FR-4覆铜板的制作技术，旨在为我国光源技术的持续发展提供有效依据，覆铜板结构组成如图1所示。

当前，制作高导热、高耐热、高CTI FR-4覆铜板的制作步骤大致为：根据覆铜板的材质来分别配制贴面层及选择内料层胶液→涂胶→叠合、热压。所需原材料贴面层用胶液由四官能基环氧树脂、咪唑类固化促进剂、硅烷偶联剂KH560等所制成，此外，还需采用粒径D50≤2.0μm的超细氢氧化铝作为贴面层填料。内料层用胶液则由低溴环氧树脂、胺类固化剂、咪唑类固化促进剂、等制成，高纯氧化镁、二氧化硅作为填料。上胶面则包括贴面层上胶及内料层上胶两部分，其过程为：（1）首先将玻璃纤维布浸入贴面层用胶液后，等待一段时间，待胶液充分浸入，再将贴面层置于中上胶机烘干制得半固化片；（2）叠合、热压：将上一步骤所制的半固化片和内料层半固化片进行重叠，并将其表面均覆以铜箔，再经高温与高压处理后成板状形态。最后经打磨后得到的基板，其CTI值≥600V，具有油料的导电性与耐热性，并且其燃烧性等级满足V-0。

图1 覆铜板剖面的构造

在本次研究中，各贴面层用胶液的所用原料情况如表1所示。

表1 贴面层用胶液成分情况

在本次研究中，内料层用胶液的所用原料情况如表2所示。

表2 内料层用胶液的所用原料情况

简言之，本文所采取的制作方法，相较于传统制作技术而言，具有以下优势：本次制作的重点在于将贴面层用胶液和内料层用胶液进行分开调制，并选择含溴量较低的改性环氧树脂作为原材料，并使用大量CTI值较高的填料来增强覆铜板的耐热性与导电性，以此提高板材的各种性能；所用材料均准备就绪后，在经高温与高压处理后，制成基板。本次研究所制成的覆铜板，其CTI值≥600V，抗干扰性强，具有良好的导热性能，且其导热率≥1.7W/mk，不仅满足当前光源市场对覆铜板的性能要求，并且还能有效地提高LED产品的安全性。LED产品的散热问题是一个较为常见灯源问题，几乎所有的灯源产品均会出现散热问题，但采用本次制作技术所得的基板能有效改善产品的散热问题，且还具有优良的导热性与导电性。现阶段， LED基板仍普遍采用CEM-3复合基板作为原材料，而本次研究则以CEM-3复合基板的制作原理为基础，选用玻璃纤维布作为增强材料，使得CTI FR-4覆铜板的性能得到有效优化，以此解决CEM-3复合基板结构不稳定、抗压能力差等缺陷。

3.实际技术应用

由上文可知，本次研究以复合基板的制作原理为基础，选用玻璃纤维布作为增强材料，玻璃纤维布简称玻纤布，它能在一定程度上优化FR-4覆铜板的整体性能，例如：耐热性、散热性和电气绝缘性等。随着社会科技的快速发展，玻纤布的使用范围亦会越来越广泛。玻纤布是由直径为0.005-0.015mm的玻璃丝制成纱，在经过板块与板块间的连接，纱编织成布。我们常用的PCB基板材料正是一种玻纤布，但该种布料是一种E型布料，即电子级布料。它的组成成分属于铝硼硅酸盐类，且碱金属氧化物(Na2O+ K2O)含量均满足JIS标准。当前，国内外都规范ASTM及IPC制度，并规定了相关E型玻璃相关的标准，严格控制其组成成分。

随着工业科技的快熟发展，竞争日益剧烈的灯源市场势必会对超薄玻纤布提出更高的标准与要求，基于此情况，我们需加大对超薄玻纤布的开发力度。本文所制成的FR-4覆铜板具有良好的综合性能，能在很大程度上节约投资成本，为生产商带来极其可观的经济效益。

4.结语

总而言之，本次研究所制成的CTI FR-4覆铜板具有优良高导热与高耐热性能，与传统制作方式不同的是本次制作采用分别配制贴面层用胶液和内料层用胶液的手段，使得其原材料质量得到保障，从而解决LED的散热问题。在用胶液的配方中大量加入含溴量较低的改性环氧树脂，并选择CTI值高的填料，以此提高基板的各项性能；经过本次研制方式所得的基板，其CTI值高，且其导热率≥1.7W/mk，这不仅可LED产品的使用安全要求，并能有效的解决产品的散热问题。