高性能環氧基覆銅板的并用固化體系研究

別紅玲

摘? ?要：本文針對高性能環氧基覆銅板的基礎性能進行分析，包括熱分解溫度、玻璃化轉變溫度、熱分層時間、熱膨脹系數、吸水率等，通過研究雙氰胺、酚醛樹脂、芳香族胺類、酸酐等并用固化劑在高性能環氧基覆銅板中的具體應用，其目的在于提高人們對高性能環氧基覆銅板的認知，促進行業經濟的穩定發展。

關鍵詞：高性能環氧基覆銅板? 并用固化體系? 熱分解溫度

中圖分類號：TN41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0065-02

覆銅板是指一種將增強材料浸入到有機樹脂當中，經過干燥處理后使其形成一種半固化片，將多張同類型半固化片組合在一起，然后經過熱壓，使其形成一面銅箔附著或兩面具有銅箔附著的板狀材料。該材料屬于電子產品的核心所在，而高性能環氧基覆銅板則屬于一種新類型加工工藝的產物，通過做好固化體系構建工作，對于提高材料實用價值有著積極的意義。

1? 高性能環氧基覆銅板的基礎性能

1.1 熱分解溫度

在高性能環氧基覆銅板基礎性能的評價過程中，熱分解溫度屬于非常重要的性能評價指標之一。在評價該性能標準時，通常會使用熱重法來進行顯示，該方法的作用原理是將材料放置在惰性氣體當中，如氬氣、氮氣等，然后對樣品所處空間的溫度進行提升，對樣品在該溫度下產生的變化情況進行記錄，最后將分析數據進行整理，從而獲取到樹脂質量與溫度之間的相關性。相比于其他類型的樹脂材料，環氧基覆銅板的熱分解溫度更高，平均溫度變化數值在340℃以上。這也意味著該材料在同等溫度下，其結構的穩定性也更強，可以更好地滿足電子產品的正常運行所需。

1.2 玻璃化轉變溫度

與熱分解溫度性能類似，玻璃化轉溫度也屬于高性能環氧基覆銅板性能的重要評價指標，在該性能綜合評價的過程中，其主要參數指標包括尺寸保持穩定性、結構機械強度保持率、結構的耐化學性、CTE（熱膨脹系數）屬性等。隨著電子產品更新速度的加快，其運行時所產生的綜合溫度也在提升，這也對基板的耐受性提出了更高的要求。通常情況下，材料玻璃化轉溫度越高，其上述指標的穩定性也越強，使其可以為高溫焊接條件下完成穩定焊接操作提供理論支持。需要注意的是，結構玻璃化轉變溫度和材料之間的吸水性有著很大的關聯性，這也是考量過程中，需要重點關注的內容之一。

1.3 熱分層時間

在之前已經提及到，高性能環氧基覆銅板屬于多層材料在熱壓情況下，組成的復合型材料。而且部分材料所處工作環境的溫度較高，這也對結構的溫度耐受性提出了新要求。為此熱分層時間也成為了系統考量過程中需要重點關注的問題。在具體的測試過程中，其測定方法是將材料放置在密閉的容器當中，然后對該容器進行加熱，在溫度上升到260℃或288℃時，保持該溫度不變，測試樣本在此期間發生分層現象所需要的時間，該時間會作為重要的考量指標。相比于其他的材料，高性能環氧基覆銅板在260℃的溫度下，其熱分層時間超過了30min，而在288℃的溫度下，其堅持的時間也超過了15min，這也表明該結構具備非常良好的耐熱性，可以滿足許多電子產品的生產需求[1]。

1.4 熱膨脹系數

在性能分析過程中，熱膨脹系數也屬于非常重要的考察內容之一。熱膨脹是指物體在受到外界溫度影響的情況下，其原有結構尺寸與外形所發生的變化情況。為了提高這一變化情況的直觀性，會將材料溫度上升之后所產生的形變情況與原來材料的尺寸進行對比，該線性變化的具體數值便是熱膨脹系數。為了便于后續的計算，通常我們會重點關注材料板厚方向的CTE（熱膨脹系數），然后將該數值與玻璃化轉變溫度（Tg）進行比對，若Tg小于標準狀態下的Tg，那么處于該狀態的CTE定義為α1，若溫度高于Tg，那么處于該狀態的CTE定義為α2，如果結構在板厚方向上的CTE過大，那么在該破壞力的影響下，很容易出現基盤分層、金屬結構斷裂等問題，影響到材料的使用壽命[2]。

1.5 吸水率

除了上述基礎性能以外，吸水率也屬于非常重要的評價指標，在電子元件的使用過程中，結構的耐濕性也將直接影響到結構的使用壽命。即便是處于干燥度較高的空氣環境當中，在長時間的使用過程中，空氣中的水分子也會侵蝕到零件當中，如果結構本身的耐濕性相對較大，那么在后續使用的過程中，也將直接影響到材料本身的玻璃化轉變溫度、板材的綜合強度、彈性模量等參數，從而影響到零件使用的可靠性。并且在焊接的過程中，高溫會將板材中對水分子汽化，使結構在焊接時蒸氣壓逐漸增加，導致材料分層情況的出現[3]。

2? 高性能環氧基覆銅板的并用固化體系分析

2.1 雙氰胺

在高性能環氧基覆銅板的并用固化體系中，雙氰胺（DICY）屬于目前應用非常廣泛的固化劑材料，該物質的分子式為C2H4N4。純品雙氰胺為白色結晶粉末，屬單斜晶系的棱柱體結晶，密度（25℃）1.40，熔點209℃。雙氰胺的固化機理相當復雜，從結構式看，雙氰胺分子中有一個“一級胺”-NH2，二個“二級胺”=NH，一個“三級胺”≡N，除了四個活潑氫參加反應以外，氰基（-C≡N）在高溫下還可以與羥基或環氧基發生反應，并具有催化型固化劑的作用。故雖然化學理論用量約為11份，但實際上用量一般在 4～8 份之間。而且添加該固化劑后所生產出的覆銅板，綜合性能與工藝性較高，同時原材料成本低廉、來源廣泛，是目前常用的固化劑之一[4]。

2.2 酚醛樹脂

線型酚醛樹脂也叫做 Novolak 樹脂，是一種熱塑性酚醛樹脂，其分子結構中沒有羥甲基，經反復加熱仍有可塑性。該物質其由甲醛和過量的酚類（苯酚或鄰苯酚）在酸性催化劑存在下反應而成的，經試驗可知，其數均分子量（Mn）一般在 500 左右，并且一般可以制出軟化點較高的產物。環氧樹脂-熱塑性酚醛樹脂體系，需要高于 180℃的固化溫度和較長的固化時間，故一般需添加促進劑，其固化物具有較高的耐熱性、耐水性和耐酸性，優異的 ANTI-CAF 功能，相對較低的 Z-CTE 值等特點。

2.3 芳香族胺類

在固化劑體系組成結構中，芳香族胺類也屬于常用的固化劑類型。該類型固化劑當中含有芳香核，在完成固化操作之后，可以明顯改善材料的耐熱性與耐化學性，從實踐反應過程來看，該類型固化劑的反應過程與其他類型材料的反應過程類似，即材料會和環氧基發生有機反應生成腫胺，在后續反應中又會生成叔胺，兩組化學反應在同一時間內完成，從而起到提升材料穩定性的作用。結合以往的應用經驗，目前常用的芳香族胺類固化劑有二氨基二苯甲烷、二氨基二苯醚和二氨基二苯砜。

2.4 酸酐

除了上述固化劑以外，酸酐也是固化體系中常用的材料之一，該類型材料需要在加熱條件下才可以與環氧樹脂完成階段性的固化反應，而且反應過程中結構的收縮率較低，且還具備較高的耐熱性能，可以起到良好的材料改性作用。

3? 結語

綜上所述，高性能環氧基覆銅板作為電子科技產品的重要部件，其運行穩定性也將直接影響到電子產品的使用性能和使用壽命。通過合理加入固化劑，改良材料的基本屬性，不僅可以改善材料的現有屬性，而且對于提升電子產品使用性能也有著積極的作用。

參考文獻

[1] 葛成利，李枝芳，劉萌.萘酚型環氧樹脂在高性能覆銅板中應用[A].中國電子材料行業協會覆銅板材料分會[C].2018：90-96.

[2] 葛成利，李枝芳，朱紅軍.高性能雙酚A酚醛環氧樹脂及其在覆銅板中應用[A].中國電子材料行業協會覆銅板材料分會[C].2018.

[3] 祝大同.新型環氧樹脂發展及在高性能覆銅板開發中的應用（連載2）[J].覆銅板資訊，2018（4）：44-46，38.

[4] 唐卿珂. 高性能環氧基覆銅板的并用固化體系研究[D].蘇州大學，2017.