環氧覆銅板技術要求
近年來隨著電子技術的發展,對用於環氧覆銅板的環氧樹脂提出了更多、更新的要求,主要有以下幾個方面。
8.1 高玻璃化轉變溫度(Tg)
Tg是反映環氧樹脂基體隨溫度升降而產生的壹種物理變化。在常溫時,基體是剛性的“玻璃態”。當溫度升高到某壹個區域時,基體將由“玻璃態”轉變為“高彈態”。此時的溫度稱為該基體的玻璃化轉變溫度(Tg)。換句話說,Tg是基體保持剛性的最高溫度(℃)。基體的Tg取決於所采用的樹脂。傳統的FR-4覆銅板是采用二官能的溴化雙酚A型環氧樹脂,Tg壹般為130℃左右。為了提高基體的Tg,目前行業中多數采用諾伏拉克環氧樹脂。由於諾伏拉克環氧樹脂結構中含有2個以上的環氧基,固化物交聯密度高,Tg相應提高。基體的耐熱性、耐化學性以及尺寸穩定性等相應地得到改善。
諾伏拉克環氧樹脂,由於結構含有多環氧基,基體的耐熱性等性能會有明顯提高。但是,產品脆性較大,粘合性較差。在環氧樹脂覆銅板生產中壹般不單獨使用,而是與雙酚A型環氧樹脂配合使用。諾伏拉克環氧樹脂的使用量壹般為環氧樹脂總量的20%~30%。實踐證明,在諾伏拉克環氧樹脂中,選用雙酚A諾伏拉克環氧樹脂可以獲得更佳的綜合效果。
8.2 阻擋紫外光(UV)和自動光學檢測(AOI)功能
(1)阻擋UV隨著電子工業的迅速發展,印制電路高精度、高密度化,在雙面印制板和多層印制板的制造過程中,廣泛采用液體光敏阻焊劑和兩面同時暴光的新工藝。由於紫外光(UV)可以穿透基板,兩面的線路圖形相互幹擾,出現重影(GHOST IMAGE),造成廢品。為了避免出現重影,基體用的環氧樹脂必須具有阻擋紫外光(UV blocking)的功能。目前行業中壹般的做法是,在環氧樹脂體系中添加四官能基環氧樹脂或UV吸收劑,利用其本身具備熒光發色團性質,吸收UV光,達到阻擋的效果。
1995年,我國成功地開發了具有阻擋UV和AOI功能的環氧樹脂覆銅板,同時還開發了相應的檢測方法和檢測儀器。該檢測方法已被國際電工委員會(IEC)所確認,標準號IEC1189-2C11。UV透過率檢測儀,由UV光源和UV光量計組成。通過光量計分別測定無試樣和有試樣條件下的光能量,計算相應的UV透過率。
K=(b/a)×100%
式中K——UV透過率;
a——無試樣的光能量;
b——有試樣的光能量。
根據UV透過率的大小評判基體阻擋UV功能的優劣。透過率大,說明基體對UV的阻擋性差。透過率小,說明基體對UV的阻擋性好。基體的UV透過率若在1%以下,基本上可以滿足使用要求。
(2)AOI功能在印制線路板品質檢查工作中,隨著產量擴大和線路高密度化,采用傳統的人工檢查的方法已經不能適應了。目前壹些較大的企業,廣泛采用自動光學檢測(AOI)的新技術。要求基板中的環氧樹脂必須具備AOI功能。AOI儀器縣采用氬激光作光源.基板中的環氧樹脂必須能吸收氬激光、並激發出較低能量的熒光,通過測定基板上的熒光,實現對印制線路板外觀缺陷的自動光學檢測。
8.3 低介電常數
近年來隨著通信技術的發展,信息處理和信息傳播的高速化,迫切希望提供壹種可滿足高頻條件下使用的低介電常數的覆銅板。在高頻線路中頻率壹般都超過300 MHz。在高頻線路中,信號傳播速度與基體的介電常數有關,其關系式如下:
V=K1·C/ε
式中:V——信號傳播速度;
K1——常數;
C——光速;
ε——基板的介電常數。
上式表明,基體的介電常數越低,信號的傳播速度越快。要實現信號的高速傳播,就必須選用低介電常數的板材。另外,基體在電場的作用下,由於發熱而消耗能量,使高頻信號傳播效率下降,其關系如下:
PL=K2·f·tanδ
式中:PL——信號傳播損失;
K2——常數;
f——頻率;
tanδ——基體的介電損耗角正切。
上式表明,基體的tanδ小,信號的傳播損失相應小。由此可見,作為高頻線路用的覆銅板,必須選用低介電常數和低介電損耗角正切的樹脂。但是目前FR-4覆銅板用的環氧樹脂介電常數偏高,滿足高頻線路的使用有困難。在高頻線路中,多數采用聚四氟乙烯。聚四氟乙烯雖然具有優秀的介電性能,但與環氧樹脂相比存在以下缺點:(1)加工性差;(2)綜合性能欠佳;(3)成本高。環氧樹脂雖然介電常數和介電損耗角正切偏高,但具有加工性好,綜合性能優秀,價格適宜,貨源充足等優點。若采用改性的方法,在環氧樹脂結構中引入極性小、體積大的基團,降低固化物中極性基團的含量,可使樹脂的介電性能得到改善。改性後的環氧樹脂有可能成為壹種成本效益理想的高頻材料。
8.4 RCC
積層法多層板(Build-up Multilayer,縮寫BUM)是近幾年發展起來的、用於制造高密度、小孔徑多層印制線路板的壹項新技術。隨著BUM的迅速發展,作為其主要材料的塗樹脂銅箔(Resin Coated Copper Foil,縮寫RCC)得到了相應的發展。
(1)RCC的結構RCC是由表面經粗化、耐熱、防氧化等處理的高溫延伸性銅箔和B階樹脂組成的。RCC多數采用環氧樹脂。RCC的樹脂層應具備與FR-4粘結片相同的工藝性能。此外還要滿足積層法多層板的以下要求:
1)高絕緣可靠性和微導通孔可靠性。
2)高玻璃化轉變溫度(Tg)。
3)阻燃性。
4)低介電常數和低吸水率。
5)與內層板有良好的粘合性。
6)固化後樹脂層厚度均勻。
7)對銅箔有較好的粘合強度。
(2)RCC技術要求。
(3)RCC塗布工藝RCC制造過程中要求將樹脂均勻地塗布在銅箔上。樹脂層的厚度偏差控制在±2mm以內。因此,必須采用高精度的塗布設備。同時生產環境必須高度凈化,塗布機主要由塗布器和烘箱組成。
(4)RCC的優點
1)有利於多層板的輕量化和薄形化。
2)有利於介電性能的改善。
3)有利於激光、等離子體的蝕孔加工。
4)對於12um等薄銅箔容易加工。
5)可以使用普通印制板生產線,無須新的設備投資等。
8.5 無鹵型產品
目前在環氧樹脂覆銅板生產中阻燃型產品居多,占90%以上。從安全角度考慮,用戶要求產品必須通過UL安全認證,阻燃性必須達到V-0級。為了滿足上述要求,在阻燃型覆銅板生產中大量采用溴化環氧樹脂。國外有些研究機構提出,鹵素阻燃劑在燃燒過程中會產生有毒的物質,危害人體健康和汙染環境。國際上特別是歐洲,對這個問題表示強烈關註。歐***體(EC)環保委員會提議,限期在電器和電子產品中禁止使用含鹵素的阻燃材料。開發無鹵性阻燃覆銅板已成為行業中壹項重要課題,勢在必行。從化學角度考慮,具有阻燃功能的元素,除鹵族元素(F、Cl、Br、I)外,還有V族的N、P等元素。實驗證明,在環氧樹脂體系中,引入N和P等元素,並配合適當的阻燃助劑,同樣可以獲得滿意的阻燃效果。
眾所周知,酚醛樹脂可以作為環氧樹脂的固化劑使用,如果采用酚醛樹脂對環氧樹脂進行改性,則可以加大環氧樹脂的交聯密度,進壹步提高其耐熱性和降低其熱膨脹系數等。如果向酚醛樹脂的分子結構中引入含氮基團,並將這種含氮的酚醛樹脂作為固化改性劑用於對環氧樹脂的改性,既可以提高環氧樹脂的阻燃性能,又可以提高其耐熱性和尺寸穩定性。