TWI710594B - 用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物 - Google Patents

用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物 Download PDF

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Abstract

本發明公開一種用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，以有機固形物按100重量份(PHR)計，組合物包含：(a)含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪樹脂5-60PHR；(b)高耐熱環氧樹脂20-50PHR；(c)其它固化劑5-30PHR；(d)增韌樹脂0.1-10 PHR；(e)含磷阻燃劑10-30PHR；(f)無機填料40~150PHR；(g)固化促進劑0.01~1PHR；(h)矽烷偶聯劑0.01~1PHR；(g)溶劑適量。且由上述組合物製備的覆銅箔層壓板，具有優良的介電性能、高玻璃化轉變溫度、低熱膨脹係數、高耐熱性、良好的阻燃性以及優異的PCB加工性能。

Description

用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物
本發明涉及覆銅箔層壓板領域技術，尤其是指一種用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，其具有優良的介電性能、高玻璃化轉變溫度、低熱膨脹係數、高耐熱性，優異的機械加工性等性能，可滿足高頻高速PCB多層板製程。
傳統印製電路用層壓板為使阻燃達到UL94V0級，而防止電路不因短路而引起火災，通常在組合物中添加溴系阻燃劑，例如四溴雙酚A，然而含鹵阻燃劑或樹脂燃燒時生成有毒且具腐蝕性的氣體，對人體及周圍環境造成很大的危害。尤其是歐盟於2006年7月1日正式實施兩份環保指令RoHs和WEEE進行限制鹵素阻燃劑在電子電路產業上的應用，故開發無鹵阻燃環保的覆銅板勢在必行。
目前電子行業發展迅猛，對覆銅板性能的要求越來越高，尤其對介電常數(Dk)和介電損耗(Df)值要求越來越高。基板的介電係數(Dk)和介質損耗角正切值(Df)的高低，基材介電係數越小，信號的傳送速率越快，介質損耗角正切值越小，信號的傳輸也就越完整，信號的真實性就越高。因此降低Dk/Df已成為基板業者的追逐熱點。
當前電子產品呈小，輕，薄的發展趨勢，然而為了實現更多功能，基板應用層數就越來越高，高多層應用要求基材擁有低的膨脹係數及更高的耐熱 性。同時線路也越來越密集，密集的線路容易在基材在進行機械加工時基材受到損傷時影響到電路，令電路短路或斷路。故這要求基材有良好的機械加工性能，使基材減少損傷。故開發高頻用印製電路板具有優越的耐熱性、低膨脹係數及機械加工性，儼然已成為當前高頻基材發展的一個方向。
有鑑於此，本發明針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，以此組合物製作的覆銅箔層壓板具有優良的介電性能、高玻璃化轉變溫度、低熱膨脹係數、高耐熱性、良好的阻燃性以及優異的PCB加工性能。
為實現上述目的，本發明採用如下之技術方案：一種用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，以有機固形物按100重量份(PHR)計，組合物包含：(a)含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪樹脂5-60PHR；(b)高耐熱環氧樹脂20-50PHR；(c)固化劑5-30PHR；(d)增韌樹脂0.1-10 PHR；(e)含磷阻燃劑10-30PHR；(f)無機填料40~150PHR；(g)固化促進劑0.01~1PHR；(h)矽烷偶聯劑0.01~1PHR。
作為一種優選方案，所述含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪樹脂具有以下結構通式：
Figure 108100875-A0305-02-0005-57
或
Figure 108100875-A0305-02-0005-2
或
Figure 108100875-A0305-02-0005-3
或
Figure 108100875-A0305-02-0005-5
 式中m為1-200,n為1-5,R1為
Figure 108100875-A0305-02-0005-56
R2為-CH2-、
Figure 108100875-A0305-02-0005-10
R3為-H、-CH3、
Figure 108100875-A0305-02-0005-11
作為一種優選方案，所述高耐熱環氧樹脂為雙酚A型酚醛環氧樹脂、鄰甲酚醛環氧樹脂、雙環戊二烯苯酚環氧樹脂、三官能環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂，萘環型環氧樹脂、四甲基聯苯環氧樹脂中的一種或多種；其結構式為：雙酚A型酚醛環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0006-12
鄰甲酚醛環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0006-13
雙環戊二烯苯酚環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0006-14
三官能環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0006-15
四甲基聯苯環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0006-16
聯苯型環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0007-17
萘環型環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0007-18
作為一種優選方案，所述固化劑為酚醛樹脂、活性酯、苯並惡嗪、酸酐、氰酸酯中的一種或幾種。
作為一種優選方案，所述含磷阻燃劑為DOPO及其衍生物、DOPO及其衍生物改性的環氧樹脂、DOPO及其衍生物改性的酚醛樹脂、DOPO及其衍生物改性的活性酯、苯氧基磷腈化合物、磷酸酯、聚磷酸酯、膦酸酯和聚膦酸酯中的一種或幾種。
作為一種優選方案，所述增韌樹脂為丁苯橡膠、核殼橡膠、端羧基丁腈橡膠、聚丙烯酸酯橡膠及以其改性的環氧或是固化劑中的一種或幾種。
作為一種優選方案，所述無機填料為熔融型二氧化矽、結晶型二氧化矽、球形二氧化矽、矽鋁酸鹽、氫氧化鋁、勃姆石、滑石粉、高嶺土中的一種或幾種。
作為一種優選方案，所述固化促進劑為咪唑類固化促進劑，包含有2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-十一烷基咪唑中的一種或多種。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知：
一、本發明組合物中含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪樹脂，升溫固化得到的樹脂不僅保留了純主鏈苯並惡嗪樹脂高交聯密度，還與聚苯乙烯形成半互穿交聯網絡結構，從而擁有比普通苯並惡嗪樹脂更高的玻璃化轉變溫度及熱穩定性。其結構中低極性聚苯乙烯使共聚樹脂具有優異的介電性能及優異的韌性，提供組合物優異的電性及加工性。
二、本發明組合物中含有的增韌樹脂，具有優秀的韌性，能在組合物機械加工過程中起到吸收能量的作用，減少機械加工時對基材的損傷，令組合物具有更好的機械加工性。
三、本發明組合物中含有的含磷阻燃劑，可與苯並形成良好的磷氮協同阻燃，給整個體系提供了良好的阻燃效果。
四、本發明組合物中所含有的無機填料，可大大降低組合物的膨脹係數，同時亦可降低成本和提升難燃性。
五、採用本發明樹脂組合物製作的層壓板優良的介電性能、高玻璃化轉變溫度、低熱膨脹係數、高耐熱性、良好的阻燃性以及優異的PCB加工性能，從而克服了傳統高頻覆銅板耐熱性差，PCB加工性差，難以適應目前無鉛焊接工藝等缺點，使其能在多層板中得到很好的應用。
本發明揭示了一種用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，以有機固形物按100重量份(PHR)計，組合物包含：(a)含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪樹脂5-60PHR；(b)高耐熱環氧樹脂20-50PHR；(c)固化劑5-30PHR；(d)增韌樹脂0.1-10 PHR；(e)含磷阻燃劑10-30 PHR；(f)無機填料40~150PHR；(g)固化促進劑0.01~1PHR；(h)矽烷偶聯劑0.01~1PHR；(i)溶劑適量。
所述含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪樹脂具有以下結構通式：
Figure 108100875-A0305-02-0009-59
或
Figure 108100875-A0305-02-0009-60
或
Figure 108100875-A0305-02-0009-21
或
Figure 108100875-A0305-02-0010-22
 式中m為1-200,n為1-5,R1為
Figure 108100875-A0305-02-0010-25
R2為-CH2-、
Figure 108100875-A0305-02-0010-26
R3為-H、-CH3、
Figure 108100875-A0305-02-0010-28
所述高耐熱環氧樹脂為雙酚A型酚醛環氧樹脂、鄰甲酚醛環氧樹脂、雙環戊二烯苯酚環氧樹脂、三官能環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂，萘環型環氧樹脂、四甲基聯苯環氧樹脂中的一種或多種；其結構式為：雙酚A型酚醛環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0010-29
鄰甲酚醛環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0010-30
雙環戊二烯苯酚環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0011-31
三官能環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0011-32
四甲基聯苯環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0011-33
聯苯型環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0011-34
萘環型環氧樹脂：
Figure 108100875-A0305-02-0011-36
所述固化劑為酚醛樹脂、活性酯、苯並惡嗪、酸酐、氰酸酯中的一種或幾種。
所述含磷阻燃劑為DOPO及其衍生物、DOPO及其衍生物改性的環氧樹脂、DOPO及其衍生物改性的酚醛樹脂、DOPO及其衍生物改性的活性酯、苯氧基磷腈化合物、磷酸酯、聚磷酸酯、膦酸酯和聚膦酸酯中的一種或幾種。
所述增韌樹脂為丁苯橡膠、核殼橡膠、端羧基丁腈橡膠、聚丙烯酸酯橡膠及以其改性的環氧或是固化劑中的一種或幾種。
所述無機填料為熔融型二氧化矽、結晶型二氧化矽、球形二氧化矽、矽鋁酸鹽、氫氧化鋁、勃姆石、滑石粉、高嶺土中的一種或幾種。
所述固化促進劑為咪唑類固化促進劑，包含有2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-十一烷基咪唑中的一種或多種。
所述溶劑為丙酮、丁酮、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、環己酮中的一種或多種。
下面以多個實施例對本發明作進一步詳細說明：主要成分代號如下：
(A)含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪：A1：含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪。
(B)環氧樹脂：B1：聯苯環氧樹脂；B2：雙環戊二烯苯酚環氧樹脂；B3：雙酚A型酚醛環氧樹脂。
(C)其它固化劑：C1：線性酚醛； C2：氰酸酯。
(D)含磷阻燃劑：D：六苯氧基環三磷腈。
(E)增韌樹脂：E：核殼橡膠。
(F)無機填料：F：熔融型二氧化矽。
(G)固化促進劑：G：二乙基四甲基咪唑。
(H)矽烷偶聯劑：H：矽烷偶聯劑。
(I)溶劑：I：丁酮。
將上述樹脂按表1比例進行混合，然後塗覆在增強材料E-Glass上，在171℃烤箱中烘烤3-5min得到半固化片，以6張半固化片上下各覆一張1OZ銅箔為疊構，放入層壓機中壓合得到層壓板，以此層壓板進行特性評估。
Figure 108100875-A0305-02-0013-37
Figure 108100875-A0305-02-0014-38
Figure 108100875-A0305-02-0014-39
(1)吸水性：為PCT蒸煮1h前後重量差值相對於PCT前樣品重量的比率。
(2)PCT為在121℃ 105KPa壓力鍋中蒸煮1h，浸入288℃錫爐中，記錄爆板分層時間。
(3)熱分層時間T-288：按照IPC-TM-650 2.4.24.1方法進行測定。
(4)熱膨脹係數Z軸CTE(TMA)：按照IPC-TM-650 2.4.24.1方法進行測定。
(5)玻璃化轉變溫度(Tg)：根據差示掃描量熱法(DSC)，按照IPC-TM-6502.4.25所規定的DSC方法進行測定。
(6)介電常數及介質損耗值：按照SPDR方法測試10GHz下的介電常數和介電損耗因素。
(7)剝離強度：按照IPC-TM-650 2.4.9規定測試。
(8)燃燒性：依據UL 94垂直燃燒法測定。
(9)耐機械衝擊性：使用漆膜衝擊器固定高度進行衝擊性試驗，對比十字紋情況。
綜上所述，本發明的無鹵高耐熱樹脂組合物具有以此組合物製作的覆銅箔層壓板具有優良的介電性能、高玻璃化轉變溫度、低熱膨脹係數、高耐熱性、良好的阻燃性，可用於高頻高速PCB多層線路板板。
本發明的設計重點在於：
一、本發明組合物中含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪樹脂，升溫固化得到的樹脂不僅保留了純主鏈苯並惡嗪樹脂高交聯密度，還與聚苯乙烯形成半互穿交聯網絡結構，從而擁有比普通苯並惡嗪樹脂更高的玻璃化轉變溫度及熱
穩定性。其結構中低極性聚苯乙烯使共聚樹脂具有優異的介電性能及優異的韌性，提供組合物優異的電性及加工性。
二、本發明組合物中含有的增韌樹脂，具有優秀的韌性，能在組合物機械加工過程中起到吸收能量的作用，減少機械加工時對基材的損傷，令組合物具有更好的機械加工性。
三、本發明組合物中含有的含磷阻燃劑，可與苯並形成良好的磷氮協同阻燃，給整個體系提供了良好的阻燃效果。
四、本發明組合物中所含有的無機填料，可大大降低組合物的膨脹係數，同時亦可降低成本和提升難燃性。
五、採用本發明樹脂組合物製作的層壓板優良的介電性能、高玻璃化轉變溫度、低熱膨脹係數、高耐熱性、良好的阻燃性以及優異的PCB加工性能，從而克服了傳統高頻覆銅板耐熱性差，PCB加工性差，難以適應目前無鉛焊接工藝等缺點，使其能在多層板中得到很好的應用。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明的技術範圍作任何限制，故凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

Claims (8)

  1. 一種用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，以有機固形物按100重量份(PHR)計，組合物包含：(a)含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪樹脂5-60PHR；(b)高耐熱環氧樹脂20-50PHR；(c)固化劑5-30PHR；(d)增韌樹脂0.1-10 PHR；(e)含磷阻燃劑10-30PHR；(f)無機填料40~150PHR；(g)固化促進劑0.01~1PHR；(h)矽烷偶聯劑0.01~1PHR。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，其中，所述含聚苯乙烯的主鏈苯並惡嗪樹脂具有以下結構通式：
    Figure 108100875-A0305-02-0017-61
    或
    Figure 108100875-A0305-02-0017-62
    或
    Figure 108100875-A0305-02-0017-44
    或
    Figure 108100875-A0305-02-0018-40
     式中m為1-200,n為1-5,R1為
    Figure 108100875-A0305-02-0018-46
    R2為-CH2-、
    Figure 108100875-A0305-02-0018-47
    R3為-H、-CH3、
    Figure 108100875-A0305-02-0018-48
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，其中，所述高耐熱環氧樹脂為雙酚A型酚醛環氧樹脂、鄰甲酚醛環氧樹脂、雙環戊二烯苯酚環氧樹脂、三官能環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂，萘環型環氧樹脂、四甲基聯苯環氧樹脂中的一種或多種；其結構式為：雙酚A型酚醛環氧樹脂：
    Figure 108100875-A0305-02-0018-49
     鄰甲酚醛環氧樹脂：
    Figure 108100875-A0305-02-0018-50
     雙環戊二烯苯酚環氧樹脂：
    Figure 108100875-A0305-02-0019-51
     三官能環氧樹脂：
    Figure 108100875-A0305-02-0019-52
     四甲基聯苯環氧樹脂：
    Figure 108100875-A0305-02-0019-53
     聯苯型環氧樹脂：
    Figure 108100875-A0305-02-0019-54
     萘環型環氧樹脂：
    Figure 108100875-A0305-02-0019-55
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，其中，所述固化劑為酚醛樹脂、活性酯、苯並惡嗪、酸酐、氰酸酯中的一種或幾種。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，其中，所述含磷阻燃劑為DOPO及其衍生物、DOPO及其衍生物改性的環氧樹脂、DOPO及其衍生物改性的酚醛樹脂、DOPO及其衍生物改性的活性酯、苯氧基磷腈化合物、磷酸酯、聚磷酸酯、膦酸酯和聚膦酸酯中的一種或幾種。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，其中，所述增韌樹脂為丁苯橡膠、核殼橡膠、端羧基丁腈橡膠、聚丙烯酸酯橡膠及以其改性的環氧或是固化劑中的一種或幾種，所述固化劑為酚醛樹脂、活性酯、苯並惡嗪、酸酐、氰酸酯中的一種或幾種。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，其中，所述無機填料為熔融型二氧化矽、結晶型二氧化矽、球形二氧化矽、矽鋁酸鹽、氫氧化鋁、勃姆石、滑石粉、高嶺土中的一種或幾種。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之用於覆銅板的無鹵高耐熱樹脂組合物，其中，所述固化促進劑為咪唑類固化促進劑，包含有2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-十一烷基咪唑中的一種或多種。
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