一種PFA 共混改性聚四氟乙烯覆銅板的制備

張志剛

（蘇州大學材料與化學化工學部，江蘇 蘇州215123）

隨著電子信息產(chǎn)品向高速度、多功能、大容量和便攜低耗方向發(fā)展，傳統(tǒng)的FR4 覆銅板已無法完全滿足應用需求，其逐漸被高速化、高可靠性的微波復合基板替代[1-3]。而PTFE 樹脂由于分子結構對稱，在電場中極化程度小，具有最優(yōu)異的介電性能，相對介電常數(shù)約為2.1，而介電損耗正切值只有0.0001，同時PTFE 又具備化學性質穩(wěn)定、吸水率的優(yōu)點，因此PTFE 可應用于開發(fā)具有良好介電性能的高頻覆銅板[4,5]。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

聚四氟乙烯分散乳液（固含量60%），PFA 分散乳液（固含量60%），三氧化二鋁填料，二氧化硅填料，6040 硅烷偶聯(lián)劑，35um電解銅箔。

1.2 主要實驗儀器

網(wǎng)絡分析儀，型號：E5071C，美國安捷倫；剝離強度測試儀，ASIDA-BL32，正業(yè)科技；高溫錫爐，ASIDA-KH23，正業(yè)科技；靜態(tài)熱機械分析儀，SDTA2，美國梅特勒。

表1 PTFE 和PFA 乳液特性對比表

1.3 陶瓷聚四氟乙烯基板制備

1.3.1 膠水配制：將不同種類的無機填料與硅烷偶聯(lián)劑進行預處理后，再與水在高速攪拌分散的條件下，將水、填料混合物與PTFE 樹脂乳液進行混合分散制得膠水。

1.3.2 膠片制備：將混合好的膠水通過噴涂夾頭涂覆在鋁箔上，通過水平涂覆上膠機烘烤，低溫（100-200℃）烘烤去除水份和化學品，然后經(jīng)過高溫（380-400℃）燒結，再將膠膜從鋁箔上分離，最后陶瓷聚四氟乙烯膠膜。

1.3.3 聚四氟乙烯基板制備：將銅箔、膠膜、電解銅箔從上到下依次疊配，上下加鋼板然后放入高溫壓機進行壓合，先抽真空，壓力設定60-80kg,溫度375℃以上保持100-120mins。

1.4 性能測試

介電性能測試：按照IPC-TM-650 2.5.9 方法測試介電常數(shù)（DK）和介質損耗因子（Df）,試樣尺寸50mm*50mm*1.0mm,數(shù)量為3 片，頻率1GH。

剝離強度：按照IPC-TM-650 2.4.8 方法中的實驗條件進行測試，試樣尺寸應為50mm×50mm，試樣金屬箔條的寬度為3.0mm。

耐熱性測試：按照IPC-TM-650 2.4.24.1 方法進行測試，試樣尺寸為50mm×80mm。

吸水率：按照IPC-TM-650 2.6.2.1 方法進行測試，試驗樣品尺寸為：50mm×50mm。

熱膨脹系數(shù)（CTE）：按照IPC-TM-650 2.4.24 方法進行測試，測試印制板或絕緣基材的Z 軸熱膨脹系數(shù)。

2 結果與討論

2.1 PFA 共混改性對聚四氟乙烯基板性能影響

PTFE 雖然具有較低的介電性能和吸水性能，優(yōu)異的耐熱性和耐化學性能，但PTFE 也有流動性差的缺陷，在高分子聚合物領域中，混合改性是非常常用的一種改性方式，它能快速、直接、有效的提高復合材料的性能，弱化被改性材料的缺點[7,8]。PFA 是四氟乙烯（TFE）單體同3%至5%的全氟烷氧基乙烯基醚(PPVE)的共聚物。由于側鏈存在全氟烷氧基，從而降低了其結晶度，使PFA 具有可熔融加工性，流動度高的優(yōu)點，其長期使用溫度與PTFE 相同，均為260℃，而且其機械強度、耐折性優(yōu)于PTFE[9,10]，具體PTFE 和PFA 的乳液性能對比見表1,可看出PFA 的流動度2g/10min，而PTFE 流動度大于g/10min。本節(jié)討論了采用PFA 共混改性PTFE 的方式。

2.2 PFA 共混改性對聚四氟乙烯基板密度的影響

從圖1 中可以看出，隨著PFA 比例增加到20%時，吸水性由0.1%驟降到0.04%，而后再加入PFA 到40%，吸水率基本不變，當PFA 的添加比例為20%時，密度也由2.3g/cm3增加到2.3g/cm3，因為填料、PTFE 之間存有較多空隙，在體系中添加PFA，因為PFA 粒徑比PTFE 小，且PFA 的流動性優(yōu)于PTFE，通過添加PFA 可以很好的改善體系中的空隙，從而使基板的吸水率降低，當PFA 含量增加到20%時，復合基材的吸水率較低。

圖1 PFA 共混改性對基板吸水性和密度的影響

2.3 PFA 共混改性對聚四氟乙烯基板介電性能的影響

從圖2 可以看出，經(jīng)PFA 共混改性PTFE 后，基板介電性能的變化趨勢。當PFA 添加量從0%增加到20%時，介電常數(shù)從3.50 增大到3.53，介質損耗從0.0019 減小到0.0017，當添加比例從20%增加到40%時，介電常數(shù)和介質損耗值基本不變。這張變化趨勢，應該是因為添加了高流動性PFA 樹脂，減少了基材中的空氣，空氣的介電常數(shù)為1.0，空氣含量減少而導致介電常數(shù)增大，PFA 含量增加到20%時，介電性能得到明顯提升。

圖2 PFA 共混改性對基板介電性能的影響

2.4 PFA 共混改性對聚四氟乙烯基板彎曲強度的影響

從圖3 可以看出，PTFE 經(jīng)PFA 共混改性后，PFA 含量由0%增加到20%時，彎曲強度由110MPa 明顯提升到145MPa,當含量由20%增加到40%時，彎曲強度的變化不太明顯，PFA 樹脂的熔點低，熔融粘度、分子量、樹脂粒徑比PTFE 小，在熱壓過程中，PFA 比較容易填充填料與填料之間的空隙，樹脂與填料之間的接觸面積變大，樹脂與填料之間的結合力增強，當PFA 含量增加到20%時，彎曲強度性能得到明顯改善。

圖3 PFA 共混改性對基板彎曲強度的影響

2.5 PFA 共混改性對聚四氟乙烯基板剝離強度的影響

從圖4 可以看出，PTFE 經(jīng)PFA 共混改性后，PFA 含量由0%增加到10%時，剝離強度已經(jīng)明顯提升,當含量增加到20%時，剝離強度值能達到1.58N/mm,再增加PFA 比例到40%，剝離強度基本不變，這是因為PFA 樹脂熔融溫度較PTFE 低，且流動度也較PTFE 大，PFA 粒徑也小，在涂覆和壓合過程中，PFA 比較容易填充填料與填料之間的空隙，使膠片表面平滑，增加了膠片與銅箔之間的結合力。

圖4 PFA 共混改性對基板剝離強度的影響

3 結論

PFA 因具備結晶度低，熔融溫度比PTFE 低和流動度高的優(yōu)點，經(jīng)以上實驗研究發(fā)現(xiàn)，在陶瓷聚四氟乙烯體系中添加PFA共混改性，當PFA 添加比例為20%時，提高了樹脂體系的流動性，降低了基材內部測空隙，從而可以降低陶瓷聚四氟乙烯基板的吸水性、提升板材的介電性能，剝離強度和彎曲強度，PFA共混改性PTFE 是提升聚四氟乙烯高頻覆銅板性能的一種有效方式。