關于高頻高速基板樹脂體系的介紹

國能新材

發布時間:2022-08-17

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珠海國能新材料股份有限公司研發部技術人員對不同樹脂心得分享如下:

不同樹脂體系下所構成的高頻高速印制線路板用基板材料具有其特定的性能,基板材料所用樹脂的介電常數DK、介質損耗Df的高低主要受到樹脂分子結構本身的極化程度大小而定。極化程度愈大介電常數值就愈高、介質損耗越大。因此消除或降低樹脂中的易極化的化學結構來達到有效的降低基板材料DK、Df值。以下分別介紹幾種具有優異介電性能的樹脂材料,這些樹脂已在的高頻板、高速板中大量應用。

一、聚四氟乙烯樹脂(PTFE)

在低介電常數、低介質損耗基板材料所用的樹脂中早期應用較多的是聚四氟乙烯樹脂(PTFE)。這種低介電樹脂的基板材料,在1975年間被收入到美國軍標中,從此在以航天、航空、軍工業為中心的領域中,得到長年的使用。但PTFE樹脂的玻璃化溫度接近室溫,它像一般熱塑性樹脂那樣尺寸穩定低,而在機械強度、熱傳導性等方面又不如熱固性樹脂的材料。因此,需要針對PTFE樹脂進行改性,如加入導熱填料、高填充有機粉體。這使得PTFE樹脂基材可以制造高可靠高多層化印制線路板產品。

二、碳氫樹脂(CH)

碳氫樹脂又稱為碳氫化物樹脂,分子中僅含C、H兩種元素,分子鏈中C-H的極性小,分子鏈構象呈鋸齒狀平面排列,通過分子中的不飽和基團的交聯反應,可以形成高度交聯的結構,降低了基團的可動性,為丁二烯,苯乙烯以及二乙烯基苯等含雙鍵單體自由基聚合形成的低分子齊聚物。這種特殊的分子結構使得碳氫化合物樹脂具備低DK、低Df值,由于高度交聯,使其又具有高耐熱性,高可靠性。在碳氫化物樹脂分子鏈上進行改性,使其具有多功能聚合官能基團,在這方面所出現的新型樹脂如馬來酰亞胺—苯乙烯樹脂(簡稱MS樹脂)、苯并環丁烯樹脂(簡稱BCB樹脂),更進一步提升了碳氫樹脂的應用延申。

三、聚苯醚樹脂(簡稱PPE或PPO)

使用熱塑性樹脂作為基材的主樹脂是開發制作出低DK、低Df基板材料的一個很好的途徑。近20年左右在這方面的開發技術獲得了較大的進展。它在基板材料中應用最廣泛的是聚苯醚樹脂(簡稱PPE或PPO)。PPE樹脂為一種熱塑性樹脂屬于非結晶材料,這種樹脂具有較高的機械強度、高尺寸穩定性、低吸濕率、低介電常數、低介質損失角正切。它的DK、Df特性在溫度、濕度、頻率的變化下具有很好的穩定性。

為了解決熱塑性樹脂共有的耐熱性和耐溶劑性低下的問題多是利用高分子的互穿網絡技術(IPN技術)就是在PPE樹脂中引入熱固性樹脂或可參預反應的某種官能基團等使它成為聚合物合金化。常見引入的樹脂為環氧樹脂、氰酸酯樹脂、含丙烯基的樹脂或化合物等。自上世紀80年代以來日本、美國、西歐等國家、地區已相繼開發出了多種類型的熱固性PPE覆銅板。解決該樹脂體系的熔融粘度過高準確、適當地選擇熱固化的樹脂比例量壓制成型加工的更優條件、適當添加固化劑含量這些都是研究開發的主要課題。

四、熱固性氰酸酯樹脂(CE)

熱固性氰酸酯樹脂(cyanate ester簡稱CE)是一種具有很好的介電特性的樹脂但考慮到它的成本性、加工性目前很少單獨地用于基板材料的制造中。往往是通過用環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂(bismaleimide簡稱BMI)、高耐熱性的熱塑性樹脂等對其的改性才成為優異綜合特性的基板材料用樹脂。特別突出的改性CE的成功例是由雙馬來酰亞胺與氰酸酯樹脂合成出的雙馬來酰亞胺三嗪樹脂(bismaleimide-triazine簡稱BT樹脂)。它是一種優秀的低DK性的基板材料用樹脂材料。近幾年來它的市場需求在不斷擴大。日本三菱瓦斯化學公司于20世紀90年代中獲得將其應用基板材料上的重大成果成為了這類基板材料世界上目前最大的生產廠家。

BT樹脂中的極性官能團含量很少甚至不含活性氫的官能團,這使得這種基板材料的DK值很低。它是一類適用于高頻、高速化環氧樹脂印刷線路板(PCB)要求的、有發展前景的基材產品。特別是較為廣泛地應用在要求高速化的IC封裝基板上。美國SIA(美國半導體協會)組織已在近期將它列入半導體封裝基板用的重點發展的新型基板材料。但當前這種BT樹脂基材在價格上還存在著一定的劣勢。當前生產、開發環氧樹脂印刷線路板(PCB)用基板材料的高速化、高頻化已成為了全世界環氧樹脂印刷線路板(PCB)廠家以及環氧樹脂印刷線路板(PCB)基板材料基板生產廠的重要課題。

五、聚酰亞胺樹脂(PI)

聚酰亞胺樹脂(Polyimides簡稱PI)是分子主鏈上含有酰亞胺環結構的環鏈高聚物樹脂。它是具有很高耐熱性的、開發較早的樹脂,也是最早應用于基板材料制造的耐高溫、較低DK的樹脂。用聚酰亞胺樹脂制作的PCB基板材料具有高Tg性并還兼備低介電常數性(改性PI樹脂的基板材料DK值可達到3.3~3.6)。因而它目前已被大量地應用在航天航空、軍工產品上以及大型計算機、大型通信設備中的PCB上。但它目前還存在著一些不足表現在有較高的吸水率在進行層壓加工中易發生分層的現象成本較高等。由于PI制作成薄膜時具有可彎折性,聚酰亞胺樹脂在撓性基板上得到較多應用。  

六、其它樹脂

為了使基板材料進一步的降低其介電性能,國內外覆銅板業還在最近幾年不斷地開發出新型樹脂并用它制作出低介電的基板材料。 新的樹脂也是基于上述幾類樹脂進行更進一步改性和改良,以達到所需的低介電常數、低介電損耗、高可靠性、優異加工性等性能。

 

珠海國能新材料股份有限公司

2022年8月17日


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