高多層PCB用高耐熱性低介質(zhì)損耗的覆銅板

何烈相 曾憲平 曾紅慧 欒 翼 馬杰飛（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523808）

高多層PCB用高耐熱性低介質(zhì)損耗的覆銅板

Paper Code: S-052

何烈相 曾憲平 曾紅慧 欒 翼 馬杰飛
（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523808）

文章介紹一種適合高多層PCB用高耐熱性低介質(zhì)損耗覆銅板，其主要性能指標為：Tg (DSC)＞200℃，Dk/Df(10GHz&Low Dk-Glass)=3.5/0.0060，經(jīng)過85℃/85%RH恒溫恒濕箱處理192h后的吸水率只有0.25%?？蓾M足28層PCB板5次無鉛回流焊。

高多層；PCB；高耐熱；Dk；Df；覆銅板

1 前言

隨著電子元器件朝著小型輕量化、薄型化、高性能化、多功能化的方向發(fā)展，隨之帶來的是高頻、高速的信號傳輸。這就要求電子電路材料的介電常數(shù)和介電損耗比較低，這些與材料的結構有關，而低介電常數(shù)、低介電損耗材料在結構上一般具有：大的自由體積、低的可極化率、低吸水率的結構存在等特點。

聚四氟乙烯、聚苯醚具有較低的介電常數(shù)及低的介電損耗值，在高頻高速具有較好的應用前景，然而其存在粘結力較低和工藝性差等缺點[1]。

氰酸酯具有良好的粘結性和加工性[2]，同時具有高的玻璃化轉變溫度、較低的介電常數(shù)及低的介電損耗值。但它易吸水而導致耐濕熱性不足，在PCB多層板應用中，容易出現(xiàn)分層爆板。

本文通過氰酸酯改性環(huán)氧樹脂特殊固化劑的研究，實現(xiàn)介電性能和耐濕熱性的平衡，開發(fā)一款具有高耐熱性、低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗因子、低CTE、低吸水率和更好的加工性的產(chǎn)品，其能很好地滿足高多層PCB五次無鉛回流焊需求。

2 實驗部分

2.1 主要原材料

氰酸酯、環(huán)氧樹脂、改性樹脂、特殊固化劑、填料、促進劑及溶劑等。

2.2 覆銅板的制備

將氰酸酯、環(huán)氧樹脂、改性樹脂、特殊固化劑、填料、促進劑及溶劑等攪拌混合均勻配成膠液，調(diào)整好上膠機夾軸間隙、轉速及烘箱溫度，選用Low Dk-Glass 3313玻纖布作為增強材料，浸以配制好的膠液，均勻上膠，放入設定好烘箱條件中烘成半固化粘結片，取8張半固化粘結片進行疊配，上下覆以35 μm銅箔，在190 ℃～200 ℃下以2.45 MPa（25 kg/cm2）壓力在真空層壓機中保溫固化30～120分鐘，制成雙面CCL。

2.3 覆銅板性能測試

參照IPC標準及SYL企業(yè)標準的檢測方法，對由上述組合物制成的覆銅板進行性能測試，主要儀器見下：

（1）流變窗口：流變測試儀，3 ℃/min；

（2）熱分解溫度的測試：TGA，升溫速度10 ℃/min，N2保護，取5%失重時的溫度；

（3）玻璃化轉變溫度的測試：差示掃描量熱儀（DSC），升溫速率20℃/min，氮氣保護；

（4）熱分層時間/CTE：TMA，10 ℃/min；

（5）介電常數(shù)與介質(zhì)損耗因子的測試：C-24/23/50 SPDR法即分離介質(zhì)諧振器；

（6）PCT（6h）吸水率的測試：壓力鍋（105 kpa）蒸煮，稱量采用電子天平；

（7）高溫高濕性能：恒溫恒濕箱，85 ℃/85% RH；

（8）銅箔剝離強度的測試：銅箔抗剝儀，按IPC-TM-650方法。

3 結果與討論

3.1 流變特性

開發(fā)品的流變曲線如圖1所示。該開發(fā)品具有較寬的層壓加工窗口，流動性好，這保證了在層壓過程中樹脂對玻璃布的浸潤和PCB制程中樹脂的填孔性。

圖1 PP流變特性

3.2 覆銅板的綜合性能

該開發(fā)品制得高多層PCB用高耐熱性低介質(zhì)損耗覆銅板性能檢測結果如表1所示。

3.2.1 耐熱性

從表1的性能測試中，可知開發(fā)品的Td（5%loss）高達394.8，測試曲線如圖2；T300（帶銅測試）＞60 min，測試曲線見圖3；Tg（DSC）高達204.8℃，測試曲線如圖4；熱膨脹系數(shù)（Z-CTE）為2.2%，測試曲線見圖5。

3.2.2 耐濕熱性

隨著無鉛工藝實施，PCB多層板中由于吸潮爆板帶來的問題越發(fā)突出，該開發(fā)品選用了樣品厚度為0.8 mm（8*3313），樣品大小為：100 mm×100 mm，經(jīng)過85 ℃/85%RH恒溫恒濕箱處理192 h，然后做288 ℃/10 s熱沖擊實驗。所有樣品均通過熱沖擊且其處理192 h后的高溫高濕吸水率只有0.25%，非常低。

表1 覆銅板性能

圖2 TGA測試曲線圖

圖3 T300（帶銅）測試曲線圖（TMA）

圖4 Tg（DSC）測試曲線圖

圖5 CTE（Z-軸）測試曲線圖

3.2.3 介電性能

本文采用SPDR法在不同頻率下，對厚度為0.8 mm（8*3313）開發(fā)樣品Dk/Df進行測試，測試頻率分別為1.1 GHz、3 GHz、5 GHz、10 GHz。并測試其在85℃/85%RH，處理不同天數(shù)條件下，10 GHz的Dk/Df。

圖7 不同測試頻率的Dk

圖8 不同測試頻率的Df

圖9 不同溫度下的Dk

圖10 不同溫度下的Df

圖11 不同處理天數(shù)下的DK

圖12 不同處理天數(shù)下的Df

4 高多層應用試驗

對新開發(fā)的CCL材料進行28層加工厚度為4.0 mm，最小pitch為0.8 mm BGA、內(nèi)層68.6 μm厚銅進行耐熱性考察，經(jīng)最高溫度260 ℃無鉛回流焊5次，無分層爆板和玻璃紗裂。

表2 板材高溫高濕測試

5 結論

本文研究開發(fā)了一款適合高多層PCB用的高耐熱、高可靠覆銅板及粘結片材料，該材料具有高Tg、高耐熱性、高耐濕性、低介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，可以很好滿足高多層PCB耐熱性需求。

[1] 辜幸實,祝大同等. 印制電路用覆銅箔層壓板[M]. 北京∶化學工業(yè)出版社,2013∶380.

[2] 杜謙. 改性氰酸酯樹脂及其復合材料性能的研究[D]. 北京∶北京化工大學,2010.

何烈相，工程師，從事高分子復合材料的應用與研究工作。

High heat resistance& Low loss CCL for high layer count PCB application

HE Lie-xiang ZENG Xian-ping ZENG Hong-hui LUAN Yi MA Jie-fei

This paper introduces a high heat resistance and low dielectric loss CCL for high layer count PCB, which possesses the key characteristics∶Tg(DSC)＞200℃, Dk/Df(10GHZ&NE-Glass)=3.5/0.006, the water absorption was only 0.25% after a constant temperature and humidity treatment (85℃/85%RH) for 192 hours. It can meet the requirement of 28-layer PCB subject to five cycles lead-free infrared reflow.

High Layer Count; PCB; High Heat Resistance; Dk; Df ;CCL

TN41

：A

1009-0096（2015）03-0027-04