关于高频高速基板树脂体系的介绍

国能新材

发布时间:2022-08-17

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珠海国能新材料股份有限公司研发部技术人员对不同树脂心得分享如下:

不同树脂体系下所构成的高频高速印制线路板用基板材料具有其特定的性能,基板材料所用树脂的介电常数DK、介质损耗Df的高低主要受到树脂分子结构本身的极化程度大小而定。极化程度愈大介电常数值就愈高、介质损耗越大。因此消除或降低树脂中的易极化的化学结构来达到有效的降低基板材料DK、Df值。以下分别介绍几种具有优异介电性能的树脂材料,这些树脂已在的高频板、高速板中大量应用。

一、聚四氟乙烯树脂(PTFE)

在低介电常数、低介质损耗基板材料所用的树脂中早期应用较多的是聚四氟乙烯树脂(PTFE)。这种低介电树脂的基板材料,在1975年间被收入到美国军标中,从此在以航天、航空、军工业为中心的领域中,得到长年的使用。但PTFE树脂的玻璃化温度接近室温,它像一般热塑性树脂那样尺寸稳定低,而在机械强度、热传导性等方面又不如热固性树脂的材料。因此,需要针对PTFE树脂进行改性,如加入导热填料、高填充有机粉体。这使得PTFE树脂基材可以制造高可靠高多层化印制线路板产品。

二、碳氢树脂(CH)

碳氢树脂又称为碳氢化物树脂,分子中仅含C、H两种元素,分子链中C-H的极性小,分子链构象呈锯齿状平面排列,通过分子中的不饱和基团的交联反应,可以形成高度交联的结构,降低了基团的可动性,为丁二烯,苯乙烯以及二乙烯基苯等含双键单体自由基聚合形成的低分子齐聚物。这种特殊的分子结构使得碳氢化合物树脂具备低DK、低Df值,由于高度交联,使其又具有高耐热性,高可靠性。在碳氢化物树脂分子链上进行改性,使其具有多功能聚合官能基团,在这方面所出现的新型树脂如马来酰亚胺—苯乙烯树脂(简称MS树脂)、苯并环丁烯树脂(简称BCB树脂),更进一步提升了碳氢树脂的应用延申。

三、聚苯醚树脂(简称PPE或PPO)

使用热塑性树脂作为基材的主树脂是开发制作出低DK、低Df基板材料的一个很好的途径。近20年左右在这方面的开发技术获得了较大的进展。它在基板材料中应用最广泛的是聚苯醚树脂(简称PPE或PPO)。PPE树脂为一种热塑性树脂属于非结晶材料,这种树脂具有较高的机械强度、高尺寸稳定性、低吸湿率、低介电常数、低介质损失角正切。它的DK、Df特性在温度、湿度、频率的变化下具有很好的稳定性。

为了解决热塑性树脂共有的耐热性和耐溶剂性低下的问题多是利用高分子的互穿网络技术(IPN技术)就是在PPE树脂中引入热固性树脂或可参预反应的某种官能基团等使它成为聚合物合金化。常见引入的树脂为环氧树脂、氰酸酯树脂、含丙烯基的树脂或化合物等。自上世纪80年代以来日本、美国、西欧等国家、地区已相继开发出了多种类型的热固性PPE覆铜板。解决该树脂体系的熔融粘度过高准确、适当地选择热固化的树脂比例量压制成型加工的更优条件、适当添加固化剂含量这些都是研究开发的主要课题。

四、热固性氰酸酯树脂(CE)

热固性氰酸酯树脂(cyanate ester简称CE)是一种具有很好的介电特性的树脂但考虑到它的成本性、加工性目前很少单独地用于基板材料的制造中。往往是通过用环氧树脂、双马来酰亚胺树脂(bismaleimide简称BMI)、高耐热性的热塑性树脂等对其的改性才成为优异综合特性的基板材料用树脂。特别突出的改性CE的成功例是由双马来酰亚胺与氰酸酯树脂合成出的双马来酰亚胺三嗪树脂(bismaleimide-triazine简称BT树脂)。它是一种优秀的低DK性的基板材料用树脂材料。近几年来它的市场需求在不断扩大。日本三菱瓦斯化学公司于20世纪90年代中获得将其应用基板材料上的重大成果成为了这类基板材料世界上目前最大的生产厂家。

BT树脂中的极性官能团含量很少甚至不含活性氢的官能团,这使得这种基板材料的DK值很低。它是一类适用于高频、高速化环氧树脂印刷线路板(PCB)要求的、有发展前景的基材产品。特别是较为广泛地应用在要求高速化的IC封装基板上。美国SIA(美国半导体协会)组织已在近期将它列入半导体封装基板用的重点发展的新型基板材料。但当前这种BT树脂基材在价格上还存在着一定的劣势。当前生产、开发环氧树脂印刷线路板(PCB)用基板材料的高速化、高频化已成为了全世界环氧树脂印刷线路板(PCB)厂家以及环氧树脂印刷线路板(PCB)基板材料基板生产厂的重要课题。

五、聚酰亚胺树脂(PI)

聚酰亚胺树脂(Polyimides简称PI)是分子主链上含有酰亚胺环结构的环链高聚物树脂。它是具有很高耐热性的、开发较早的树脂,也是最早应用于基板材料制造的耐高温、较低DK的树脂。用聚酰亚胺树脂制作的PCB基板材料具有高Tg性并还兼备低介电常数性(改性PI树脂的基板材料DK值可达到3.3~3.6)。因而它目前已被大量地应用在航天航空、军工产品上以及大型计算机、大型通信设备中的PCB上。但它目前还存在着一些不足表现在有较高的吸水率在进行层压加工中易发生分层的现象成本较高等。由于PI制作成薄膜时具有可弯折性,聚酰亚胺树脂在挠性基板上得到较多应用。  

六、其它树脂

为了使基板材料进一步的降低其介电性能,国内外覆铜板业还在最近几年不断地开发出新型树脂并用它制作出低介电的基板材料。 新的树脂也是基于上述几类树脂进行更进一步改性和改良,以达到所需的低介电常数、低介电损耗、高可靠性、优异加工性等性能。

 

珠海国能新材料股份有限公司

2022年8月17日