CN103160229B - 一种环保型轻质层压板用胶液、层压板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型轻质层压板用胶液、层压板及其制备方法。该环保型轻质层压板用胶液的原料配方其原料配方包括下述质量份的组分：所述树脂450～500份，固化剂8～12份，固化促进剂0.2～0.3份，溶剂100～120份和占环保型轻质层压板用胶液总质量5～60%的无机填料，无机填料的平均真实密度为0.12～1.5g/cm3。采用本发明的胶液，通过胶液中添加轻质无机填料，层压板可以大幅降低板材密度，同时层压板具有高隔热、高耐热性和高尺寸稳定性和低热膨胀系数，产品性能亦得到较大提升。
Description
技术领域
本发明涉及层压板领域，尤其涉及一种环保型轻质层压板用胶液、层压板及其制备方法。
背景技术
随着印制电路板的发展，特别是封装技术的进步，封装元件朝着轻、薄、小型化方向发展，势必要求覆铜箔层压板（又称覆铜板）具有更优良的性能，如低密度、高耐热性、高尺寸稳定性和低热膨胀系数。目前市场上的覆铜板多采用往胶液添加无机填料这一方式改善覆铜板的局部性能，如氢氧化铝、氢氧化镁等无机填料，由于此类无机填料在200℃到300℃之间就开始热分解释放水分，容易导致焊锡过程中板材变形分层等现象，严重影响板材尺寸稳定性。另一方面，由于上述无机填料比重较大，添加至胶液中后制成覆铜板或者层压绝缘板密度较大，在板材要求更轻薄的应用领域中不利于板材的使用。对于上述技术问题的研究和解决，已成为本领域技术人员的一项较为重要的研究课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有的覆铜板中大量使用氢氧化铝、氢氧化镁所导致板材分层，层压板密度大的缺陷，提供了一种环保型轻质层压板用胶液、层压板及其制备方法。本发明的环保型轻质层压板用胶液能够大幅度降低层压板的密度，制得的层压板具有高耐热、高尺寸稳定性和低热膨胀系数等优良的性能，产品综合性能好，并且具有很好的环保特性，在后续的废料处理中不会对环境造成污染。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了一种环保型轻质层压板，其为覆铜板或绝缘板，所述环保型轻质层压板的原料包括一种环保型轻质层压板用胶液，所述的环保型轻质层压板用胶液的原料配方包括树脂和占所述环保型轻质层压板用胶液总质量5~60%的轻质无机填料。
本发明还提供了一种环保型轻质层压板用胶液，其原料配方较佳地包括下述质量份的组分：所述树脂450~500份，固化剂8~12份，固化促进剂0.2~0.3份，溶剂100~120份和占所述环保型轻质层压板用胶液总质量5~60%的无机填料；所述的无机填料的平均真实密度为0.12~1.5g/cm3。
其中，所述的树脂可为本领域层压板用胶液中常规使用的各种树脂，较佳地为酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰胺树脂和聚氨酯树脂中的一种或多种。所述的环氧树脂较佳地包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和含磷环氧树脂中的任一种或多种。所述环氧树脂的环氧当量较佳地为400~550。
其中，所述的无机填料可为本领域层压板用胶液中常规使用的无机填料，较佳地为实心陶瓷微球、实心玻璃珠、中空陶瓷微球和中空玻璃珠一种或多种。所述的无机填料的粒径通常在5~350μm。
其中，所述的固化剂可为本领域层压板用胶液中常规使用的各种固化剂，较佳地为胺类固化剂、酸酐类固化剂和高分子类固化剂中的一种或多种。所述的胺类固化剂可选用本领域各种常规的胺类固化剂，较佳地为乙二胺、2-乙烯-3-胺、2-氨基-2-苯甲烷、双氰胺、2-氨基-2-苯酚和有机酰肼中的一种或多种。所述的酸酐类固化剂可选用本领域各种常规的酸酐类固化剂，较佳地为邻苯二甲酸酐和/或2-苯醚-4-酸酐。所述的高分子类固化剂可选用本领域各种常规的高分子类固化剂，较佳地为酚醛树脂和/或苯并恶嗪树脂。
其中，所述的固化促进剂可为本领域层压板用胶液中常规使用的各种固化促进剂，较佳地为叔胺类固化促进剂和/或咪唑类固化促进剂。所述的叔胺类固化促进剂可选用本领域各种常规的叔胺类固化促进剂，较佳地为苄基-2-苯胺和/或三乙醇胺。所述的咪唑类固化促进剂可选用本领域各种常规的咪唑类固化促进剂，较佳地为1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑和2-十一烷基咪唑中的一种或多种。
其中，所述的溶剂可为本领域层压板用胶液中常规使用的各种溶剂，较佳地为丙酮、丁酮、环己酮、甲基异丁基甲酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙二醇甲醚和丙二醇甲醚中的一种或多种。
本发明还提供了所述环保型轻质层压板用胶液的制备方法，其包括下述步骤：（1）将所述固化剂、所述固化促进剂和所述溶剂混合，搅拌至溶解得混合物A；（2）将所述混合物A与所述树脂混合，搅拌均匀得混合物B；（3）将所述混合物B与所述无机填料混合，高速剪切，熟化后即可。
步骤（1）中，所述搅拌的方法和条件可为本领域常规的方法和条件。所述搅拌的时间以使所述固化剂和所述固化促进剂完全溶解为准，较佳地为2~5小时。所述搅拌的转速较佳地为800~1500rpm。
步骤（2）中，所述搅拌的方法和条件可为本领域常规的方法和条件。所述搅拌的时间以使所述固化剂和所述固化促进剂完全溶解为准，较佳地为3~5小时。所述搅拌的转速较佳地为1000~1500rpm。
步骤（3）中，所述高速剪切的方法和条件可为本领域常规的方法和条件。所述高速剪切的的时间较佳地为0.5~1.5小时。所述高速剪切的转速较佳地为2500~5000rpm。
步骤（3）中，所述熟化的方法和条件可为本领域常规的方法和条件。所述的熟化较佳地为以1000~1500rpm的转速搅拌6~8小时。
本发明还提供了一种环保型轻质层压板，所述环保型轻质层压板的种类为FR-4、FR-5、CEM-3、CEM-1或G-10型，其原料包括本发明所述的环保型轻质层压板用胶液和增强材料。
其中，所述的增强材料可为本领域常规使用的增强材料，较佳地为玻璃纤维布、玻璃纤维无纺布（又称玻璃毡）和木浆纸中的一种或多种。
本发明中，所述环保型轻质层压板的原料进一步地还可以包括金属导电材料，较佳地为铜箔和/或铝板。
本发明中，所述的环保型轻质层压板的结构可为本领域常规层压板的任一结构。所述的环保型轻质层压板为覆铜箔层压板或和绝缘板（也叫层压绝缘板）。
本发明中，所述的环保型轻质层压板的密度一般在1.0~1.6g/cm3。
本发明还提供了所述环保型轻质层压板的制备方法，其包括下述步骤：①上胶：在所述增强材料上涂上所述环保型轻质层压板用胶液，烘干，制得半固化片；②叠片：将所述半固化片叠配，得板材；或者，将所述半固化片叠配，覆上所述金属导电材料，得板材；③将所述的板材进行热压压制，即得。
步骤①中，所述上胶的方法和条件可为本领域常规的方法和条件。所述的上胶优选在上胶机中进行。所述上胶机的烘箱温度较佳地为170~210℃。所述上胶的车速较佳地为12~18m/min。
步骤①中，所述半固化片的性能参数可为本领域常规使用的半固化片的性能参数。所述半固化片的凝胶时间较佳地为70~130s。所述半固化片的流动度较佳地为15~30%。所述半固化片的挥发份较佳地在0.75wt%以下。所述半固化片的重量控制较佳地为3.2~4.4g/dm2。
步骤②中，所述叠片的方法和条件可为本领域常规的方法和条件，可根据本领域常规的覆铜板的结构或者常规的层压绝缘板的结构进行叠片。
步骤③中，所述热压压制的方法和条件可为本领域常规的方法和条件。所述热压压制的压力较佳地为20~40kg/cm2。所述热压压制的温度较佳地为135~220℃。所述热压压制的时间较佳地为60~150min。
本发明中，在制得所述的环保型轻质层压板后，一般还进行后续的外形加工和检验工序，以确保产品的品质。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的环保型轻质层压板用胶液能够大幅度降低层压板的密度，本发明的环保型轻质层压板具有高耐热、高尺寸稳定性和低热膨胀系数等优良的性能，产品综合性能好，并且具有很好的环保特性，在后续的废料处理中不会对环境造成污染。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
一、环保型轻质层压板用胶液
原料配方：酚醛树脂450kg、乙二胺8kg、苄基-2-苯胺0.2kg、丙酮110kg、实心玻璃珠5kg和中空陶瓷微球25kg，实心玻璃珠和中空陶瓷微球的粒径范围为10~200μm，实心玻璃珠和中空陶瓷微球的真实密度分别为2.5g/cm3和0.2g/cm3。
制备方法：（1）将乙二胺、苄基-2-苯胺和丙酮混合，以1000rpm的转速搅拌4小时，待其完全溶解后得混合物A；（2）将混合物A与酚醛环氧树脂混合，以1200rpm的转速充分搅拌3小时至搅拌均匀得混合物B；（3）将混合物B与中空陶瓷微球和实心玻璃珠混合，以3500rpm的转速高速剪切分散45分钟，然后以转速为1200rpm搅拌6小时，完全熟化后即可。
二、环保型轻质层压板
制备方法：①上胶：采用上胶机在3张电子级玻璃纤维布上涂覆实施例1所制得的环保型轻质层压板用胶液；上胶机的烘箱温度为170℃，上胶的车速为12m/min，得3张半固化片；该半固化片的凝胶时间为70s，该半固化片的流动度为15%，该半固化片的挥发份≤0.75wt%，半固化片的重量控制为4.2g/dm2；
②叠片：将3张半固化片叠配，得板材；或者，将3张半固化片叠配，覆上铜箔，得板材；
③将板材在压机中进行热压压制，热压压制的温度为135℃，热压压制的压力为20kg/cm2，热压压制的时间为60min，即得。
之后可利用剪板机对该环保型轻质层压板进行外形加工。
三、环保型轻质层压板的性能检测
取5cm×5cm大小的实施例1的环保型轻质覆铜箔层压板，其绝缘层厚度为0.8mm，称重，测得其绝缘层的密度为1.71g/cm3。常规市售的覆铜箔层压板的绝缘层的密度通常为1.8-2.2g/cm3，可见本发明的环保型轻质层压板的密度较常规的层压板明显降低。此外，对实施例1的该环保型轻质覆铜箔层压板进行性能检测，其结果见下表1。
表1实施例1的环保型轻质层压板的性能参数
| 试验项目 | 单位 | 检测标准 | 实施例1 |
| 1.可见光遮挡率 | % | - | 99.99 |
| 2.阻燃性 | - | UL94V-0 | V-1 |
| 3.热应力，288℃，20秒 | - | 表面无分层、无起泡 | 无破坏 |
| 4.耐热性，288℃（TMA法） | 分钟 | ≥3 | 5 |
| 6.Tg值，（DSC法） | ℃ | ≥125 | 145 |
| 6.吸水率，最大值 | % | ≤0.5 | 0.25 |
| 7.耐化学性（工艺溶剂浸泡法） | - | 60分钟不褪色 | 无破坏 |
由表1可见，实施例1所制得的环保型轻质层压板综合性能佳。
实施例2
一、环保型轻质层压板用胶液
原料配方：环氧树脂480kg、2-氨基-2-苯甲烷12kg、2-甲基咪唑0.25kg、二甲基甲酰胺100kg、实心陶瓷微球50kg和中空玻璃珠100kg，实心陶瓷微球和中空玻璃珠的粒径范围为15~200μm；实心陶瓷微球和中空玻璃珠的真实密度分别为1.2g/cm3和0.2g/cm3。
制备方法：（1）将2-氨基-2-苯甲烷、2-甲基咪唑和二甲基甲酰胺混合，以1500rpm的转速搅拌2小时，待其完全溶解后得混合物A；（2）将混合物A与双酚A型环氧树脂混合，以1000rpm的转速充分搅拌5小时至搅拌均匀得混合物B；（3）将混合物B与实心陶瓷微球和中空玻璃珠混合，以5000rpm的转速高速剪切分散30分钟，然后以转速为1500rpm搅拌6小时，完全熟化后即可。
二、环保型轻质层压板
制备方法：①上胶：采用上胶机在电子级玻璃纤维布上涂覆实施例2所制得的环保型轻质层压板用胶液；上胶机的烘箱温度为210℃，上胶的车速为20m/min，得半固化片；该半固化片的凝胶时间为130s，该半固化片的流动度为30%，该半固化片的挥发份≤0.72wt%,半固化片的重量控制为4.2g/dm2；
②叠片：将3张半固化片叠配，得板材；或者，将3张半固化片叠配，覆上铜箔，得板材；
③将板材在压机中进行热压压制，热压压制的温度为220℃，热压压制的压力为40kg/cm2，热压压制的时间为150min，即得。
之后可利用剪板机对该环保型轻质层压板进行外形加工。
取5cm×5cm大小的实施例2的环保型轻质覆铜箔层压板，其绝缘层厚度为0.82mm，称重，测得其绝缘层的密度为1.56g/cm3。
实施例3
一、环保型轻质层压板用胶液
原料配方：环氧树脂500kg、邻苯二甲酸酐12kg、三乙醇胺0.3kg、乙二醇甲醚100kg和中空陶瓷微球250kg，中空陶瓷微球的粒径范围为50~200μm；中空陶瓷微球的真实密度为0.3g/cm3。
制备方法：（1）将邻苯二甲酸酐、三乙醇胺和乙二醇甲醚混合，以800rpm的转速搅拌3小时，待其完全溶解后得混合物A；（2）将混合物A与溴化环氧树脂混合，以1300rpm的转速充分搅拌4小时至搅拌均匀得混合物B；（3）将混合物B与中空陶瓷微球混合，以2500rpm的转速高速剪切分散120分钟，然后以转速为1000rpm搅拌8小时，完全熟化后即可。
二、环保型轻质层压板
制备方法：①上胶：采用上胶机在电子级玻璃纤维布上涂覆实施例3所制得的环保型轻质层压板用胶液；上胶机的烘箱温度为200℃，上胶的车速为15m/min，得半固化片；该半固化片的树脂含量为42wt%，该半固化片的凝胶时间为90s，该半固化片的流动度为20%，该半固化片的挥发份≤0.71wt%,半固化片的重量控制为4.1g/dm2；
②叠片：将4张半固化片叠配，得板材；或者，将4张半固化片叠配，覆上铜箔，得板材；
③将板材在压机中进行热压压制，热压压制的温度为200℃，热压压制的压力为25kg/cm2，热压压制的时间为110min，即得。
之后可利用剪板机对该环保型轻质层压板进行外形加工。
取5cm×5cm大小的实施例3的环保型轻质覆铜箔层压板，其绝缘层厚度为1.08mm，称重，测得其绝缘层的密度为1.48g/cm3。
实施例4
一、环保型轻质层压板用胶液
原料配方：双马来酸酐树脂460kg、2-氨基-2-苯甲烷12kg、2-十一烷基咪唑0.3kg、甲基异丁基甲酮100kg、中空陶瓷微球200kg和中空玻璃珠300kg，中空陶瓷微球和中空玻璃珠的粒径范围为50~300μm；中空陶瓷微球和中空玻璃珠的真实密度分别为0.3g/cm3和0.2g/cm3。
制备方法：（1）将2-氨基-2-苯甲烷、2-十一烷基咪唑和甲基异丁基甲酮混合，以1400rpm的转速搅拌2小时，待其完全溶解后得混合物A；（2）将混合物A与双马来酸酐树脂混合，以1000rpm的转速充分搅拌5小时至搅拌均匀得混合物B；（3）将混合物B、中空陶瓷微球和中空玻璃珠混合，以4500rpm的转速高速剪切分散90分钟，然后以转速为1400rpm搅拌7小时，完全熟化后即可。
二、环保型轻质层压板
制备方法：①上胶：采用上胶机在电子级玻璃纤维布上涂覆实施例4所制得的环保型轻质层压板用胶液；上胶机的烘箱温度为170℃，上胶的车速为20m/min，得半固化片；该半固化片的凝胶时间为90s，该半固化片的流动度为15%，该半固化片的挥发份≤0.75wt%,半固化片的重量控制为4.1g/dm2；
②叠片：将4张半固化片叠配，得板材；或者，将4张半固化片叠配，覆上铜箔，得板材；
③将板材在压机中进行热压压制，热压压制的温度为155℃，热压压制的压力为40kg/cm2，热压压制的时间为100min，即得。
之后可利用剪板机对该环保型轻质层压板进行外形加工。
取5cm×5cm大小的实施例4的环保型轻质覆铜箔层压板，其绝缘层厚度为1.09mm，称重，测得其绝缘层的密度为1.28g/cm3。
实施例5
一、环保型轻质层压板用胶液
原料配方：聚氨酯树脂450kg、2-氨基-2-苯酚8kg、2-苯基-4-甲基咪唑0.2kg、丙二醇甲醚100kg、中空玻璃珠400kg和中空陶瓷微球440kg，中空玻璃珠和中空陶瓷微球的粒径范围为50~350μm；中空玻璃珠和中空陶瓷微球的真实密度分别为0.2g/cm3和0.3g/cm3。
制备方法：（1）将2-氨基-2-苯酚、2-苯基-4-甲基咪唑和丙二醇甲醚混合，以1300rpm的转速搅拌4小时，待其完全溶解后得混合物A；（2）将混合物A与聚氨酯树脂混合，以1500rpm的转速充分搅拌5小时至搅拌均匀得混合物B；（3）将混合物B、中空玻璃珠和中空陶瓷微球混合，以4500rpm的转速高速剪切分散60分钟，然后以转速为1500rpm搅拌7小时，完全熟化后即可。
二、环保型轻质层压板
制备方法：①上胶：采用上胶机在电子级玻璃纤维布上涂覆实施例5所制得的环保型轻质层压板用胶液；上胶机的烘箱温度为210℃，上胶的车速为19m/min，得半固化片；该半固化片的凝胶时间为130s，该半固化片的流动度为15%，该半固化片的挥发份≤0.74wt%,半固化片的重量控制为4.1g/dm2；
②叠片：将3张半固化片叠配，得板材；或者，将3张半固化片叠配，覆上铜箔，得板材；
③将板材在压机中进行热压压制，热压压制的温度为220℃，热压压制的压力为30kg/cm2，热压压制的时间为60min，即得。
之后可利用剪板机对该环保型轻质层压板进行外形加工。
取5cm×5cm大小的实施例5的环保型轻质覆铜箔层压板，其绝缘层厚度为0.82mm，称重，测得其绝缘层的密度为1.1g/cm3。
Claims (10)
1.一种环保型轻质层压板，其特征在于，其为覆铜板或绝缘板，所述环保型轻质层压板的原料包括一种环保型轻质层压板用胶液，所述的环保型轻质层压板用胶液的原料配方为下述质量份的组分：树脂450～500份，固化剂8～12份，固化促进剂0.2～0.3份，溶剂100～120份和占所述环保型轻质层压板用胶液总质量29～60％的无机填料，所述的无机填料的平均真实密度为0.12～1.5g/cm3，所述的无机填料为实心陶瓷微球、实心玻璃珠、中空陶瓷微球和中空玻璃珠中的一种或多种；所述无机填料的粒径为50～350μm；所述的树脂为酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰胺树脂和聚氨酯树脂中的一种或多种；
所述的环保型轻质层压板用胶液的制备方法包括下述步骤：(1)将所述固化剂、所述固化促进剂和所述溶剂混合，搅拌至溶解得混合物A；(2)将所述混合物A与所述树脂混合，搅拌均匀得混合物B；(3)将所述混合物B与所述无机填料混合，高速剪切，熟化后即可。
2.一种环保型轻质层压板用胶液，其特征在于，其原料配方为下述质量份的组分：树脂450～500份，固化剂8～12份，固化促进剂0.2～0.3份，溶剂100～120份和占所述环保型轻质层压板用胶液总质量29～60％的无机填料，所述的无机填料的平均真实密度为0.12～1.5g/cm3，所述的无机填料为实心陶瓷微球、实心玻璃珠、中空陶瓷微球和中空玻璃珠中的一种或多种；所述无机填料的粒径为50～350μm；所述的树脂为酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰胺树脂和聚氨酯树脂中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的环保型轻质层压板用胶液，其特征在于，所述的固化剂为胺类固化剂、酸酐类固化剂和高分子类固化剂中的一种或多种；所述的固化促进剂为叔胺类固化促进剂和/或咪唑类固化促进剂；所述的溶剂为丙酮、丁酮、环己酮、甲基异丁基甲酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙二醇甲醚和丙二醇甲醚中的一种或多种。
4.如权利要求2～3中任一项所述的环保型轻质层压板用胶液的制备方法，其包括下述步骤：(1)将所述固化剂、所述固化促进剂和所述溶剂混合， 搅拌至溶解得混合物A；(2)将所述混合物A与所述树脂混合，搅拌均匀得混合物B；(3)将所述混合物B与所述无机填料混合，高速剪切，熟化后即可。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌的时间为2～5小时，所述搅拌的转速为800～1500rpm；和/或，步骤(2)中所述搅拌的时间为3～5小时，所述搅拌的转速为1000～1500rpm；和/或，步骤(3)中所述的高速剪切的时间为30～120分钟，所述的高速剪切的转速为2500～5000rpm；和/或，步骤(3)中所述的熟化为以1000～1500rpm的转速搅拌6～8小时。
6.一种环保型轻质层压板，其特征在于，所述环保型轻质层压板的种类为FR-4、FR-5、CEM-3、CEM-1或G-10型，其原料包括如权利要求2～3任一项所述的环保型轻质层压板用胶液和增强材料。
7.如权利要求6所述的环保型轻质层压板，其特征在于，所述的增强材料为玻璃纤维布和木浆纸中的一种或多种；和/或，所述环保型轻质层压板的原料包括金属导电材料。
8.如权利要求6所述的环保型轻质层压板，其特征在于，所述的增强材料为玻璃纤维无纺布。
9.一种如权利要求6～8中任一项所述的保型轻质层压板的制备方法，其包括下述步骤：①上胶：在所述增强材料上涂上所述环保型轻质层压板用胶液，烘干，制得半固化片；②叠片：将所述半固化片叠配，得板材；或者，将所述半固化片叠配，覆上所述金属导电材料，得板材；③将所述的板材进行热压压制，即得。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤①中，所述的上胶在上胶机中进行；所述上胶机的烘箱温度为170～210℃；所述上胶的车速为12～18m/min；
和/或，步骤①中，所述半固化片的凝胶时间为70～130s；所述半固化片的流动度为15～30％；所述半固化片的挥发份在0.75wt％以下；所述半固化片的重量控制为3.2～4.4g/dm2；
和/或，步骤③中，所述热压压制的压力为20～40kg/cm2；所述热压压制的温度为135～220℃；所述热压压制的时间为60～150min。
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