環(huán)氧樹脂覆銅板是由環(huán)氧樹脂主要組成的,但具體有哪些?以占主導地位的FR-4為例,其組成材料除環(huán)氧樹脂,還有固化劑、促進劑、溶劑等。
在環(huán)氧樹脂覆銅板行業(yè)中,大量采用溴化環(huán)氧樹脂。因為溴化環(huán)氧樹脂保持了環(huán)氧樹脂的各種優(yōu)點,而且克服了一般環(huán)氧樹脂易燃的缺點,所以得到廣泛的應用。國內(nèi)隨著覆銅板工業(yè)的發(fā)展,對溴化環(huán)氧樹脂的需求量逐年在增加。溴化環(huán)氧樹脂的合成一般采用二步法,第一步以雙酚A和環(huán)氧氯丙烷作原材,在催化劑作用下合成低分子量環(huán)氧樹脂;第二步以一定比例的低分子量環(huán)氧樹脂和四溴雙酚A作原材,加入催化劑經(jīng)加熱反應、擴鏈制成溴化環(huán)氧樹脂。這種傳統(tǒng)的“單峰”型環(huán)氧樹脂相對分子質(zhì)量較單一,使用上有一定困難。目前趨向于使用“雙峰”型的環(huán)氧樹脂,即將相對分子質(zhì)量高的和低的兩種環(huán)氧樹脂進行混合,其做法是在制成的高相對分子質(zhì)量樹脂中,趁熱加入溶劑(丙酮或丁酮),溶解均勻后添加一定比例的低相對分子質(zhì)量環(huán)氧樹脂,配成所謂“雙峰”型的環(huán)氧樹脂。
“雙峰”型的環(huán)氧樹脂含有相對分子質(zhì)量低的和高的兩部分,相對分子質(zhì)量低的環(huán)氧樹脂有利于改善對玻纖布的浸透性,而相對分子質(zhì)量高的環(huán)氧樹脂則有利于在熱壓過程中樹脂流動性的控制,在使用時可以取得較好的效果。在環(huán)氧樹脂中不可避免地存在水解氯,由于水解氯的存在使環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基開環(huán)并與之結(jié)合。這種情況的發(fā)生導致環(huán)氧基減少,固化速度緩慢,在環(huán)氧樹脂中水解氯含量越大、交聯(lián)密度越小,固化后環(huán)氧樹脂的特性越差。水解氯能與咪唑促進劑起反應。這種閉環(huán)反應阻礙了環(huán)氧樹脂的開環(huán)聚合,導致樹脂的固化速度減慢。另一方面游離的Cl-消耗了部分固化促進劑,也導致了固化促進作用的減小??傊疄榱舜_保必要的固化速度和產(chǎn)品質(zhì)量,水解氯含量必須限制在最小程度,尤其是采用連續(xù)法生產(chǎn)覆銅板時,要求環(huán)氧樹脂在短時間內(nèi)快速固化,水解氯含量更要嚴格控制。
固化劑是環(huán)氧樹脂親密伙伴。在FR-4的樹脂配方中多數(shù)采用雙氰胺作固化劑,雙氰胺是一種應用較早、具有代表性的潛伏性固化劑,以雙氰胺作固化劑的環(huán)氧樹脂覆銅板,具有良好的綜合性能且樹脂溶液和粘結(jié)片的貯存期長,便于生產(chǎn)管理。但雙氰胺具有吸濕性又難溶于一船溶劑,只溶于像二甲基甲酰胺這類強極性溶劑。以雙氰胺作固化劑的環(huán)氧樹脂體系,在浸膠和熱壓過程中需要較高的溫度。由于雙氰胺和環(huán)氧樹脂的相容性較差,容易出現(xiàn)雙氰胺結(jié)晶析出導致固化反應不均勻,對產(chǎn)品質(zhì)量造成不良影響。檢查樹脂溶液和粘結(jié)片中雙氰胺結(jié)晶的方法是通過偏光鏡觀察,有人提出采用苯酚諾伏拉克樹脂(Novolac)作固化劑取代雙氰胺,這種做法使板材的耐熱性有所改善,但存在樹脂顏色較深、板材加熱變色等問題。實踐證明采用雙酚A型諾伏拉克樹脂作固化劑,可以很好地解決雙氰胺和苯酚諾伏拉克樹脂存在的不足。
在FR-4樹脂體系中無論是采用雙氰胺或采用諾伏拉克樹脂作固化劑,其固化速度都比較慢,為加快其固化速度在樹脂體系中需要加人適量的咪唑類固化促進劑。在選用固化促進劑時應從固化速度、樹脂體系穩(wěn)定性,以及對覆銅板性能的影響等方面綜合考慮選優(yōu)錄用。還有溶劑,傳統(tǒng)的FR-4樹脂體系取用雙氰胺作固化劑,雙氰胺溶解性差,不溶于一般溶劑、只溶于一些強極性溶劑如二甲基甲酰胺等,二甲基甲酰胺的沸點高(153℃)在浸膠過程中烘箱需要較高的溫度(180℃左右),這類溶劑都具有不同程度的毒性給生產(chǎn)、管理帶來了一些不便。
若采用諾伏拉克樹脂作固化劑,相應地采用沸點較低、毒性較小的溶劑(如丁酮等)是有可能的,這樣既可可降低能耗又方便管理。