一种耐热性环氧树脂组合物、无铅高Tg覆铜板及其制备方法

摘要

本发明涉及一种耐热性环氧树脂组合物、无铅高Tg覆铜板及其制备方法，组合物包括：低溴环氧树脂、酚醛环氧树脂、MDI改性无溴树脂、四官能团环氧树脂、酚醛树脂、四溴双酚A、4,4’‑二氧基二苯基砜(DDS)、无机填料、有机溶剂、固化促进剂和催化剂，先制备胶液，再将胶液浸渍在玻璃纤维布上，烘至半固化，再加热热压压合得到无铅中Tg覆铜板，本发明采用新型树脂体系提高了材料的耐热性，使材料性能适应PCB无铅制程的要求；使用新型树脂改善胶水粘度，在上胶时，树脂量减小、树脂含量均匀、玻璃纤维布的含浸效果较好；使用的新型树脂体系制得覆铜板的尺寸稳定性可以得到改善，而且PCB加工性能较好，材料的Tg≥170℃。

说明书

技术领域

本发明涉及覆铜板制作技术领域，具体涉及一种耐热性环氧树脂组合物、无铅高Tg覆铜板及其制备方法。

背景技术

随着电子产品向轻、薄、小、高密度、多功能化、微电子集成技术的方向的高速发展，使得电子元件、逻辑电路体积成倍地缩小，而工作频率急剧增加，功率消耗不断增大，导致元器件工作环境向高温方向变化。对PCB基板的散热性要求越来越迫切，如果基板的散热性不好，就会导致印制电路板上元器件过热，从而使整机可靠性下降。如何寻求散热及结构设计的最佳解决方法，已成为当今电子产品设计的一大难题。研发高导热和高性能金属基覆铜板，无疑是解决散热及结构设计问题的最有效手段。而金属基覆铜板的核心及关键技术点在于绝缘层材料，提高其导热系数满足大功率产品的散热要求。

金属基覆铜板作为新兴基板是大功率电源、军用电子及高频微电子设备使用的主流基板，相比FR-4和普通覆铜板，具有近10倍以上的热导率，高击穿电压、体、表电阻率，以及优良耐高温等优异性能，满足高频率微电子发展的趋势和需求。

现有的金属基覆铜板绝缘层中添加有含卤素有机物，可大大提高产品的耐燃烧性。但含卤的材料在燃烧时会产生大量的有毒气体，破坏环境，威胁人类健康。因此，世界上多个国家和组织陆续出台各种针对卤素的法规，限制含铅元素产品的使用，无铅化要求已成为全球发展的一个必然趋势。由于各方面的限制，我国金属基覆铜板行业在软件和硬件方面仍处于相对落后的水平，所生产的产品可靠性低、稳定性差、性能参差不齐，特别是导热性、绝缘性、耐弯折性、绝缘层厚度均匀性等方面还存在诸多不足。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种耐热性环氧树脂组合物、无铅高Tg覆铜板及其制备方法，适合PCB无铅制程的制程要求，产品技术指标符合IPC规范要求，主要应用于消费电子、仪器仪表、通讯设备、汽车电子等领域，材料的关键技术点如下：材料Tg≥170℃，FR-4无铅制程兼容板材；具备优秀的剥离强度；低Z-CTE值；优秀的耐CAF性能；UV Blocking和AOI兼容；较低的吸水率；优秀的尺寸安定性。

本发明使通过如下技术方案来实现的：

一种耐热性环氧树脂组合物，包括有以下重量百分比的组成成分：

作为优选的，所述耐热性环氧树脂组合物还包括有催化剂，催化剂3～6％，所述催化剂为乙酰丙酮钴或丁基三苯基溴化磷的一种或两种的混合物。

作为优选的，所述无机填料为复合性硅微粉、球形二氧化硅(粒径2微米)，熔融性二氧化硅(1.6微米)，德国BASF高度微粉化高岭土、氧化锌、氧化镁、氧化铝、氧化铋、氧化铍、氢氧化镁、氢氧化铝、氧化铁、氮化硼、氮化硅、碳化硅、金刚石或四氮化三硅中的两种或多种的混合物。

作为优选的，所述有机溶剂为DM、丁酮、丙二醇甲醚、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、甲醇、乙醇、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、环己烷、环己酮或甲苯环己酮中的一种或多种的混合物。

作为优选的，所述固化促进剂为咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-苯基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-苯基咪唑、2-十一烷基咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑或2-十七烷基咪唑中的一种或多种的混合物

一种使用如上所述的耐热性性环氧树脂组合物制备无铅高Tg覆铜板的方法，具体包括有以下步骤：

S1、开启调胶槽的冰水循环系统，冰水温度设定0～10℃，加入低溴环氧树脂、酚醛环氧树脂、MDI改性无溴树脂、四官能团环氧树脂、酚醛树脂、四溴双酚A和有机溶剂，搅拌150～300min至环氧树脂完全溶解于有机溶剂中；

S2、往步骤1中的混料中加入无机填料，开启均质机及剪力机循环搅拌90～180min，并过分子筛压滤桶，吸附并过滤混料中的大颗粒；

S3、往步骤2中得到的混料中加入4,4’-二氧基二苯基砜(DDS)、固化促进剂、催化剂，然后循环搅拌60～120min，调制完成得到胶液；

S4、将步骤3得到的胶液通过垂直上胶机浸渍于玻璃纤维布上，对浸渍胶液的玻璃纤维布进行烘烤，烘烤温度为90～150℃，烘烤时间为20～60min，形成连续化的半固化片；

S5、将步骤4得到的半固化片上下覆上铜箔，通过热压机热压成型，制得使用于PCB无铅制程的高Tg覆铜板板材。

一种无铅高Tg覆铜板，采用如上所述的制备方法制成。

本发明的有益效果：本发明采用新型树脂体系提高了材料的耐热性，使材料性能适应PCB无铅制程的要求；使用新型树脂改善胶水粘度，在上胶时，树脂量减小、树脂含量均匀、玻璃纤维布的含浸效果较好；使用的新型树脂体系制得覆铜板的尺寸稳定性可以得到改善，而且PCB加工性能较好；制备得到覆铜板具有：材料Tg≥170℃，FR-4无铅制程兼容板材；具备优秀的剥离强度；低Z-CTE值；优秀的耐CAF性能；UV Blocking和AOI兼容；较低的吸水率；优秀的尺寸安定性；适合PCB无铅制程的制程要求，产品技术指标符合IPC规范要求，主要应用于消费电子、仪器仪表、通讯设备、汽车电子等领域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的技术方案，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种耐热性环氧树脂组合物，包括有以下重量百分比的组成成分：

更进一步地，耐热性环氧树脂组合物还包括有催化剂，催化剂3～6％，催化剂为乙酰丙酮钴或丁基三苯基溴化磷的一种或两种的混合物。

更进一步地，无机填料为复合性硅微粉、球形二氧化硅(粒径2微米)，熔融性二氧化硅(1.6微米)，德国BASF高度微粉化高岭土、氧化锌、氧化镁、氧化铝、氧化铋、氧化铍、氢氧化镁、氢氧化铝、氧化铁、氮化硼、氮化硅、碳化硅、金刚石或四氮化三硅中的两种或多种的混合物。

更进一步地，有机溶剂为DM、丁酮、丙二醇甲醚、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、甲醇、乙醇、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、环己烷、环己酮或甲苯环己酮中的一种或多种的混合物。

更进一步地，固化促进剂为咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-苯基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-苯基咪唑、2-十一烷基咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑或2-十七烷基咪唑中的一种或多种的混合物

一种使用如上所述的耐热性性环氧树脂组合物制备无铅高Tg覆铜板的方法，具体包括有以下步骤：

S1、开启调胶槽的冰水循环系统，冰水温度设定0～10℃，加入低溴环氧树脂、酚醛环氧树脂、MDI改性无溴树脂、四官能团环氧树脂、酚醛树脂、四溴双酚A和有机溶剂，搅拌150～300min至环氧树脂完全溶解于有机溶剂中；

S2、往步骤1中的混料中加入无机填料，开启均质机及剪力机循环搅拌90～180min，并过分子筛压滤桶，吸附并过滤混料中的大颗粒；

S3、往步骤2中得到的混料中加入4,4’-二氧基二苯基砜(DDS)、固化促进剂、催化剂，然后循环搅拌60～120min，调制完成得到胶液；

S4、将步骤3得到的胶液通过垂直上胶机浸渍于玻璃纤维布上，对浸渍胶液的玻璃纤维布进行烘烤，烘烤温度为90～150℃，烘烤时间为20～60min，形成连续化的半固化片；

S5、将步骤4得到的半固化片上下覆上铜箔，通过热压机热压成型，制得使用于PCB无铅制程的高Tg覆铜板板材。

一种无铅高Tg覆铜板，采用如上所述的制备方法制成。

本发明采用一种具有优良耐热性的环氧树脂固化剂4,4’-二氧基二苯基砜(DDS)，DDS分子结构中的硫原子已经处于最高氧化状态，同时砜基又倾向于吸收苯环上的电子而是苯环缺少电子，因此使整个二苯砜基都处于耐氧状态，另外二苯砜基的化学键强度高切整个二苯砜基处于高度共振状态，当吸收大量的热能和辐射时可以通过这种共振体系消散，而不发生链断裂和交联，由于这种原因使得DDS具有突出的耐热性，同时具有很低的吸湿性。

下面提供多个具体实施例来对本发明进行详细说明。

实施例1

开启调胶槽的冰水循环系统，冰水温度设定4℃，加入16％的低溴环氧树脂、15％的酚醛环氧树脂、14％的MDI改性无溴树脂、1.6％的四官能团环氧树脂、15.5％的酚醛树脂、4.5％的四溴双酚A和20％的丙二醇甲醚，搅拌300min至环氧树脂完全溶解于丙二醇甲醚中；往制备得到的混料中加入10.9％的复合性硅微粉和氢氧化铝，开启均质机及剪力机循环搅拌180min，并过分子筛压滤桶，吸附并过滤混料中的大颗粒；往得到的混料中加入1.5％的4,4’-二氧基二苯基砜(DDS)、0.5％的2-乙基-4-甲基咪唑、5％的乙酰丙酮钴，然后循环搅拌120min，调制完成得到胶液；将得到的胶液通过垂直上胶机浸渍于玻璃纤维布上，对浸渍胶液的玻璃纤维布进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为40min，形成连续化的半固化片；将得到的半固化片上下覆上铜箔，通过热压机热压成型，制得使用于PCB无铅制程的高Tg覆铜板板材。

实施例2

开启调胶槽的冰水循环系统，冰水温度设定5℃，加入14％的低溴环氧树脂、13％的酚醛环氧树脂、12％的MDI改性无溴树脂、3.6％的四官能团环氧树脂、17.5％的酚醛树脂、4.5％的四溴双酚A和20％的丁酮，搅拌150min至环氧树脂完全溶解于丁酮中；往制备得到的混料中加入11.4％的球形二氧化硅(粒径2微米)和熔融性二氧化硅(1.6微米)，开启均质机及剪力机循环搅拌90min，并过分子筛压滤桶，吸附并过滤混料中的大颗粒；往得到的混料中加入0.5％的4,4’-二氧基二苯基砜(DDS)、0.5％的2-甲基咪唑、3％的乙酰丙酮钴，然后循环搅拌60min，调制完成得到胶液；将得到的胶液通过垂直上胶机浸渍于玻璃纤维布上，对浸渍胶液的玻璃纤维布进行烘烤，烘烤温度为90℃，烘烤时间为60min，形成连续化的半固化片；将得到的半固化片上下覆上铜箔，通过热压机热压成型，制得使用于PCB无铅制程的高Tg覆铜板板材。

实施例3

开启调胶槽的冰水循环系统，冰水温度设定4℃，加入15％的低溴环氧树脂、14％的酚醛环氧树脂、13％的MDI改性无溴树脂、2.6％的四官能团环氧树脂、16.5％的酚醛树脂、5.5％的四溴双酚A和15％的乙二醇单甲醚，搅拌200min至环氧树脂完全溶解于乙二醇单甲醚中；往制备得到的混料中加入13％的德国BASF高度微粉化高岭土和四氮化三硅，开启均质机及剪力机循环搅拌150min，并过分子筛压滤桶，吸附并过滤混料中的大颗粒；往得到的混料中加入1.2％的4,4’-二氧基二苯基砜(DDS)、1.2％的2-乙基-4-苯基咪唑、3％的丁基三苯基溴化磷，然后循环搅拌80min，调制完成得到胶液；将得到的胶液通过垂直上胶机浸渍于玻璃纤维布上，对浸渍胶液的玻璃纤维布进行烘烤，烘烤温度为120℃，烘烤时间为45min，形成连续化的半固化片；将得到的半固化片上下覆上铜箔，通过热压机热压成型，制得使用于PCB无铅制程的高Tg覆铜板板材。

实施例4

开启调胶槽的冰水循环系统，冰水温度设定7℃，加入14％的低溴环氧树脂、13％的酚醛环氧树脂、12％的MDI改性无溴树脂、1.6％的四官能团环氧树脂、15.5％的酚醛树脂、4.5％的四溴双酚A和25％的甲基异丁酮，搅拌250min至环氧树脂完全溶解于甲基异丁酮中；往制备得到的混料中加入10％的氢氧化铝、氧化铁、氮化硼和氮化硅，开启均质机及剪力机循环搅拌150min，并过分子筛压滤桶，吸附并过滤混料中的大颗粒；往得到的混料中加入0.9％的4,4’-二氧基二苯基砜(DDS)、0.5％的2-十一烷基咪唑、3％的丁基三苯基溴化磷，然后循环搅拌60min，调制完成得到胶液；将得到的胶液通过垂直上胶机浸渍于玻璃纤维布上，对浸渍胶液的玻璃纤维布进行烘烤，烘烤温度为120℃，烘烤时间为40min，形成连续化的半固化片；将得到的半固化片上下覆上铜箔，通过热压机热压成型，制得使用于PCB无铅制程的高Tg覆铜板板材。

在本发明中，本发明采用新型树脂体系提高了材料的耐热性，使材料性能适应PCB无铅制程的要求；使用新型树脂改善胶水粘度，在上胶时，树脂量减小、树脂含量均匀、玻璃纤维布的含浸效果较好；使用的新型树脂体系制得覆铜板的尺寸稳定性可以得到改善，而且PCB加工性能较好；制备得到覆铜板具有：材料Tg≥170℃，FR-4无铅制程兼容板材；具备优秀的剥离强度；低Z-CTE值；优秀的耐CAF性能；UV Blocking和AOI兼容；较低的吸水率；优秀的尺寸安定性；适合PCB无铅制程的制程要求，产品技术指标符合IPC规范要求，主要应用于消费电子、仪器仪表、通讯设备、汽车电子等领域。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。