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环氧树脂层压板及电子领域应用

发表时间:2020-07-09  |  点击率:75
  环氧树脂是大家所熟知的基材(也称为层压板,覆铜层压板)的一种成分,其在FR-4基材结构中是基础。
 
  层压板的制造和预浸料(Bondply)
 
  环氧树脂通常是热固性树脂。树脂和固化剂预混合并溶解在酮、酯、醇这类低沸点溶剂中,并放在通过连续的玻璃织布的引导槽中。溶解的树脂和分散的填充剂覆盖在会被输送到“处理塔”的玻璃纤维上,在其中经过多种不同温度的区域,树脂被部分热固化,成为“预浸料”。接下来溶剂蒸发,干燥的预浸料被卷成大卷,切成片状并夹在从大卷铜箔上剪切下的铜层当中。接下来几个这样的封装会被放入层压机中,在其中通过特定的工艺时间、温度、压力曲线来固化树脂和粘接铜层,制成覆铜层压板。层压工序后,大块的覆铜层压板被分成较小的板。板边缘可以进行斜切处理。电路层(内层)可以通过交替预浸料和铜箔的顺序来放置多层。这种多层叠层是通过使预浸料软化,与铜互相粘合的多层层压机中实现的,并在最后的层压过程中完全固化。在多层层压之后,多层被分开,处理边缘并进行其他的处理(钻孔,镀通孔,外层电路化等)。
 
  层压板制造材料供应商
 
  在制造层压板过程中使用的材料来自广泛的供应商。全球有不到10家玻璃纤维供应商(来源: PLUS 4/2012, pg. 809),而玻璃纤维织物供应商更少。生产玻璃纤维需要非常多的能源,并且需要定期停产对炉进行重新包层,这有可能会造成6至9个月时间的停产。知名的玻璃纤维织物供应商是Asahi-Schwebel。树脂的供应商有Nan Ya Plastics Corp、Specialty Chemicals、Dow Chemicals、The Sanmu Group、Hitachi、Mitsubishi Gas和Huntsman等。能提供特种树脂的定制复合特种化学供应商的数量更少。如球形表面涂覆二氧化硅填充料这类高性能填充料大部分是由日本公司供应。铜箔供应商则包含Circuit Foil Luxembourg(现在是韩国Doosan Group的子公司)、Shanghai Metal Corp.、Circuit Foil Corp., USA(现在是JiangXi Copper Yates Copper Foil Co. Ltd.)。
 
  日本有关环氧树脂的专家梶正史,曾在近期发表有关论述多环芳香族型环氧树脂的文章中,分析了含萘结构环氧树脂的主要特性:含萘结构环氧树脂固化物的Tg以上的CTE,要比含苯环结构环氧树脂和双酚A型环氧树脂分别低10ppm和18ppm,这是由于在环氧树脂中萘缩合多环芳香族结构抑制了树脂主链分子的自由活动。而且它比双酚A型环氧树脂固化物的破坏韧性高出许多,是由于含萘结构环氧树脂具有低交链密度的结构特点。在环氧树脂固化物的吸水率高低,与在其固化反应中环氧基开环而生成出羟基的多少(即在固化物中的羟基浓度)相关。而含萘结构环氧树脂固化物之所以具有很底的吸水率的特性,是由于引入萘结构后造成树脂的官能团密度降低所在。
 
  究其含萘结构环氧树脂固化物的低热膨胀系数性的原因,除了含萘结构环氧树脂分子结构抑制了树脂主链分子的自由活动外,日立化成工业株式会社的覆铜板专家高根沢伸等还提出,含萘结构环氧树脂的分子呈平面构造,也使得这种树脂分子之间易于相互发生作用。分子间相互作用的结果构成了“堆积效果”(stacking)的构形。这样就对它的分子链的活动有了更加的约束性。受热时,树脂的膨胀系数表现得就小。
 
  高分子量环氧树脂目前两大类领域得到应用:一是涂料领域,它所用的高分子量环氧树脂一般为固体态产品型。二是电子、电气领域,它一般采用液体态型的高分子量环氧树脂(有溶剂配合的高分子量环氧树脂)。一般高分子量环氧树脂在涂料树脂、薄膜成形用树脂,以及一些环氧树脂组成物中采用,主要是起到对流动性的调整、对固化物韧性的改进等功效。近年高分子量环氧树脂在电子、电气用印制电路板(PCB)领域得到不断的扩大。由于整机电子产品向着小型化、轻量化、高功能化的发展,对PCB提出了高层化、高密度化、薄形化、高可靠性、高成型加工性的要求。这些都促进了PCB用基板材料制造中更多的采用高分子量环氧树脂,以达到改性、提高其树脂性能的目的。在PCB用基板材料领域使用高分子量环氧树脂,具体产品主要是附树脂铜箔(RCC)、挠性覆铜板、高性能要求(特别是高频高速传输要求)的多层板用基板材料等。
 
  日本的汽巴环氧树脂株式会社(ジャパンエポキシレジン株式会社)近年在发展高分子量环氧树脂产品已成为其品牌产品,也是该公司在环氧树脂产品中的开发重点。它的这类产品(“jER”环氧树脂)的主要特性归结为: ①多样化的玻璃化温度(Tg),树脂产品的Tg从15~166 ℃;② 可实现对树脂两个末端的环氧基含量控制(原高分子量环氧树脂产品对此无法控制);③ 由于分子量分布的准确,可实现与其它树脂、溶剂等材料的相溶性的优异;④ 具有优异的成膜性。
 
  近几年,他们在开发出两种可应用于PCB基板材料中的新型高分子量环氧树脂品种。它们都为双酚A型高分子量环氧树脂,其分子结构特点为刚直主链。其中jERYX 8100BH30具有无卤、高耐热、高粘接性。另一种,是针对jERYX 6954BH30高频高速传输要求的PCB基板材料所开发的,它具有低吸湿性、低介电常数性。
 
  深入了解环氧树脂供应链
 
  对于环氧树脂供应链,我们还能向上游继续调查,研究如表氯醇(及其原料烯丙基氯)、双酚A(及其原料丙酮和苯酚)、以及各种固化剂的供应和质量。
 
  很典型的是每个公司的PCB制造增值工序以及他们专长方面各不相同,所以使用多个供应商的供应链能形成联合,使用如树脂、补强材料、固化剂、阻燃剂和铜这类基础材料生产如覆铜层压板、预浸料、介电膜和Bondply这类最终产品。市场中例外的产品很少,如Nan Ya的垂直整合FR-4生产。因此,对于树脂供应商来说,与介电配料员和定制员取得联系,充分了解不同工艺、OEM需求、最终用途条件下的材料需求,并查看标准和测试方法,拜访生产设施,这些措施都非常重要。很多时候介电配料都是PCB制造商来进行的。
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