高性能环氧基覆铜板的并用固化体系研究

别红玲

摘   要：本文针对高性能环氧基覆铜板的基础性能进行分析，包括熱分解温度、玻璃化转变温度、热分层时间、热膨胀系数、吸水率等，通过研究双氰胺、酚醛树脂、芳香族胺类、酸酐等并用固化剂在高性能环氧基覆铜板中的具体应用，其目的在于提高人们对高性能环氧基覆铜板的认知，促进行业经济的稳定发展。

关键词：高性能环氧基覆铜板  并用固化体系  热分解温度

中图分类号：TN41                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）03（b）-0065-02

覆铜板是指一种将增强材料浸入到有机树脂当中，经过干燥处理后使其形成一种半固化片，将多张同类型半固化片组合在一起，然后经过热压，使其形成一面铜箔附着或两面具有铜箔附着的板状材料。该材料属于电子产品的核心所在，而高性能环氧基覆铜板则属于一种新类型加工工艺的产物，通过做好固化体系构建工作，对于提高材料实用价值有着积极的意义。

1  高性能环氧基覆铜板的基础性能

1.1 热分解温度

在高性能环氧基覆铜板基础性能的评价过程中，热分解温度属于非常重要的性能评价指标之一。在评价该性能标准时，通常会使用热重法来进行显示，该方法的作用原理是将材料放置在惰性气体当中，如氩气、氮气等，然后对样品所处空间的温度进行提升，对样品在该温度下产生的变化情况进行记录，最后将分析数据进行整理，从而获取到树脂质量与温度之间的相关性。相比于其他类型的树脂材料，环氧基覆铜板的热分解温度更高，平均温度变化数值在340℃以上。这也意味着该材料在同等温度下，其结构的稳定性也更强，可以更好地满足电子产品的正常运行所需。

1.2 玻璃化转变温度

与热分解温度性能类似，玻璃化转温度也属于高性能环氧基覆铜板性能的重要评价指标，在该性能综合评价的过程中，其主要参数指标包括尺寸保持稳定性、结构机械强度保持率、结构的耐化学性、CTE（热膨胀系数）属性等。随着电子产品更新速度的加快，其运行时所产生的综合温度也在提升，这也对基板的耐受性提出了更高的要求。通常情况下，材料玻璃化转温度越高，其上述指标的稳定性也越强，使其可以为高温焊接条件下完成稳定焊接操作提供理论支持。需要注意的是，结构玻璃化转变温度和材料之间的吸水性有着很大的关联性，这也是考量过程中，需要重点关注的内容之一。

1.3 热分层时间

在之前已经提及到，高性能环氧基覆铜板属于多层材料在热压情况下，组成的复合型材料。而且部分材料所处工作环境的温度较高，这也对结构的温度耐受性提出了新要求。为此热分层时间也成为了系统考量过程中需要重点关注的问题。在具体的测试过程中，其测定方法是将材料放置在密闭的容器当中，然后对该容器进行加热，在温度上升到260℃或288℃时，保持该温度不变，测试样本在此期间发生分层现象所需要的时间，该时间会作为重要的考量指标。相比于其他的材料，高性能环氧基覆铜板在260℃的温度下，其热分层时间超过了30min，而在288℃的温度下，其坚持的时间也超过了15min，这也表明该结构具备非常良好的耐热性，可以满足许多电子产品的生产需求[1]。

1.4 热膨胀系数

在性能分析过程中，热膨胀系数也属于非常重要的考察内容之一。热膨胀是指物体在受到外界温度影响的情况下，其原有结构尺寸与外形所发生的变化情况。为了提高这一变化情况的直观性，会将材料温度上升之后所产生的形变情况与原来材料的尺寸进行对比，该线性变化的具体数值便是热膨胀系数。为了便于后续的计算，通常我们会重点关注材料板厚方向的CTE（热膨胀系数），然后将该数值与玻璃化转变温度（Tg）进行比对，若Tg小于标准状态下的Tg，那么处于该状态的CTE定义为α1，若温度高于Tg，那么处于该状态的CTE定义为α2，如果结构在板厚方向上的CTE过大，那么在该破坏力的影响下，很容易出现基盘分层、金属结构断裂等问题，影响到材料的使用寿命[2]。

1.5 吸水率

除了上述基础性能以外，吸水率也属于非常重要的评价指标，在电子元件的使用过程中，结构的耐湿性也将直接影响到结构的使用寿命。即便是处于干燥度较高的空气环境当中，在长时间的使用过程中，空气中的水分子也会侵蚀到零件当中，如果结构本身的耐湿性相对较大，那么在后续使用的过程中，也将直接影响到材料本身的玻璃化转变温度、板材的综合强度、弹性模量等参数，从而影响到零件使用的可靠性。并且在焊接的过程中，高温会将板材中对水分子汽化，使结构在焊接时蒸气压逐渐增加，导致材料分层情况的出现[3]。

2  高性能环氧基覆铜板的并用固化体系分析

2.1 双氰胺

在高性能环氧基覆铜板的并用固化体系中，双氰胺（DICY）属于目前应用非常广泛的固化剂材料，该物质的分子式为C2H4N4。纯品双氰胺为白色结晶粉末，属单斜晶系的棱柱体结晶，密度（25℃）1.40，熔点209℃。双氰胺的固化机理相当复杂，从结构式看，双氰胺分子中有一个“一级胺”-NH2，二个“二级胺”=NH，一个“三级胺”≡N，除了四个活泼氢参加反应以外，氰基（-C≡N）在高温下还可以与羟基或环氧基发生反应，并具有催化型固化剂的作用。故虽然化学理论用量约为11份，但实际上用量一般在 4～8 份之间。而且添加该固化剂后所生产出的覆铜板，综合性能与工艺性较高，同时原材料成本低廉、来源广泛，是目前常用的固化剂之一[4]。

2.2 酚醛树脂

线型酚醛树脂也叫做 Novolak 树脂，是一种热塑性酚醛树脂，其分子结构中没有羟甲基，经反复加热仍有可塑性。该物质其由甲醛和过量的酚类（苯酚或邻苯酚）在酸性催化剂存在下反应而成的，经试验可知，其数均分子量（Mn）一般在 500 左右，并且一般可以制出软化点较高的产物。环氧树脂-热塑性酚醛树脂体系，需要高于 180℃的固化温度和较长的固化时间，故一般需添加促进剂，其固化物具有较高的耐热性、耐水性和耐酸性，优异的 ANTI-CAF 功能，相对较低的 Z-CTE 值等特点。

2.3 芳香族胺类

在固化剂体系组成结构中，芳香族胺类也属于常用的固化剂类型。该类型固化剂当中含有芳香核，在完成固化操作之后，可以明显改善材料的耐热性与耐化学性，从实践反应过程来看，该类型固化剂的反应过程与其他类型材料的反应过程类似，即材料会和环氧基发生有机反应生成肿胺，在后续反应中又会生成叔胺，两组化学反应在同一时间内完成，从而起到提升材料稳定性的作用。结合以往的应用经验，目前常用的芳香族胺类固化剂有二氨基二苯甲烷、二氨基二苯醚和二氨基二苯砜。

2.4 酸酐

除了上述固化剂以外，酸酐也是固化体系中常用的材料之一，该类型材料需要在加热条件下才可以与环氧树脂完成阶段性的固化反应，而且反应过程中结构的收缩率较低，且还具备较高的耐热性能，可以起到良好的材料改性作用。

3  结语

综上所述，高性能环氧基覆铜板作为电子科技产品的重要部件，其运行稳定性也将直接影响到电子产品的使用性能和使用寿命。通过合理加入固化剂，改良材料的基本属性，不仅可以改善材料的现有属性，而且对于提升电子产品使用性能也有着积极的作用。

参考文献

[1] 葛成利，李枝芳，刘萌.萘酚型环氧树脂在高性能覆铜板中应用[A].中国电子材料行业协会覆铜板材料分会[C].2018：90-96.

[2] 葛成利，李枝芳，朱红军.高性能双酚A酚醛环氧树脂及其在覆铜板中应用[A].中國电子材料行业协会覆铜板材料分会[C].2018.

[3] 祝大同.新型环氧树脂发展及在高性能覆铜板开发中的应用（连载2）[J].覆铜板资讯，2018（4）：44-46，38.

[4] 唐卿珂. 高性能环氧基覆铜板的并用固化体系研究[D].苏州大学，2017.