TG对板材影响

刘　涛

摘要：探求层压板的玻璃化转变温度(tg)对层压板性能的影响，对研制开发层压板新产品和选择适用层压板制作印刷电路板有重要的理论意义和实际意义。对不同tg的层压板的耐热性、抗弯强度和热膨胀性等8项性能进行了比较。结果表明层压板的tg升高，层压板的机械和电气性能明显提高。图6表1参2
关键词：层压板；印刷电路板(材料)；玻璃化转变温度
中图分类号：TN41
文献标识码：A

Effects of glass transition temperature on properties of laminated boards

LIU Tao
（International Laminate Material Company Limited，Lin an 311300，Zhejiang，China）

Abstract：It is great important in theory and practical production to research effects of glass transition temperature（tg）on laminated boards．At different tg，thermal expansion，heat resistance，flexure strength of liminated boavds were compared．The results showed that mechanical and electronic features of liminated boards were greatly improved as tg arise．
Key words：laminated boards；printed circuit plates（materials）；glass transition temperature

为适应电子工业的发展，提高印刷电路板(PCB）基板的性能，近年研究开发了FR-4等阻燃型高性能的覆铜箔层压板。目前在玻璃布基覆铜箔板总量中FR-4板生产量占90%以上。电脑、通讯工具和家电产品由于向轻、薄、小、多功能和高性能方向发展，也大量地应用PCB。
层压板生产中使用的树脂在常温时是一种无定形结晶的玻璃状物质，到达一定高温它将转变成一种橡胶状的弹性体。由“玻璃态”明显转变成“橡胶态”的温度称为玻璃化转变温度(tg）。由于层压板玻璃化转变温度对性能有重要影响，本文将对此作一探讨。

1　层压板生产工艺和tg的测定方法

层压板由树脂等粘接材料和玻璃布等增强材料构成，树脂含量一般为50%～80%。FR-4层压板所用的树脂是含溴双酚A型的环氧树脂。它由环氧氯丙烷和二酚基丙烷在碱性催化剂作用下缩聚而成。配制树脂胶液需加固化剂、催化剂和溶剂。固化剂是双氰胺；催化剂是苄基二甲基甲胺或者2-甲基咪唑；溶剂为甲基溶纤素、二甲基酰胺等中沸点或高沸点的溶剂。一般FR-4板所用的树脂选用环氧当量为400～500　g.mol－1的溴化环氧树脂，其含溴量约为18%～20%［1］。

1.1　层压板生产工艺
层压板的生产工艺流程如图1所示。树脂的配制是在釜中进行，要严格控制各个组分投料量、溶解时间和温度，以达到合适的粘度、比重和胶液的凝胶时间。玻璃布的上胶是在立式上胶机中进行的。为保证上胶的质量，上胶机烘箱横向温度差应在±1℃，传送速度和张力的波动不超过3%。在浸渍过程中要严格控制浸渍树脂的浸润性、含胶量和浸渍的均匀性。在烘干时要控制好烘箱温度和上胶速度，为此在生产中要监控树脂含量、凝胶时间和树脂流动度等指标。上胶布烘干后加以裁切得到半固化片。

图1　层压板的生产工艺流程
Figure 1　Process flow diagram of laminated boards

图2　测定一层压板tg的图谱
Figure 2　The　tg　measurement of a certain laminated board

层压板的成形压制是在半固化片的叠层上覆上铜箔，再用不锈钢板做模板，然后在热压机中经高温高压压制成型。叠板和配板在净化室进行。压制过程采用计算机程序控制(加温、加压和降温等)。现在一般均采用真空压制技术。真空压制可使树脂更紧密地填在玻璃纤维间隙中，板内的气隙和气泡基本被清除，使板的各部分树脂含量均匀，板的厚度精度提高。同时，由于所使用的压强比非真空压制小，减小了板材的内应力，板材抗翘曲性较好。
1.2　层压板tg的测定方法
tg的测定通常采用热膨胀法。它是以专用热分析仪，通过温度等速上升(例如10℃.min－1)，测出材料热膨胀情况急剧变化时的温度，以确定聚酰亚胺板材tg。图2为一测定层压板tg的图谱，由2段不同斜率的直线(对应于不同热膨胀系数)的延长线交点确定tg为138　℃。

2　tg对层压板性能的影响

在层压板的环氧树脂配方中加入部分可以提高高分子交联密度的树脂或者采用交联密度高的树脂，可以提高树脂的耐热等级，使层压板tg得以提高。目前世界上通常将玻璃布覆铜箔层压板按tg分为4档：第一档的tg为125～130℃，其树脂为环氧-双氰胺树脂，一般的FR-4层压板属于此类；第二档的tg为135～140℃，在树脂中加入部分多官能团或酚醛环氧树脂；第三档的tg为170℃左右，除加入多官能团或酚醛环氧树脂，也可使用PPO等改性环氧树脂。第二、第三档的FR-4板称改性FR-4板；第四档的tg为220℃以上，它用聚酰亚胺树脂(PI)，基层压板称PI板。近年来，国外使用第一档的层压板逐渐减少，而以第二档层压板代之，美、日和西欧各国正越来越多采用第三、第四档层压板［2］。
经过我们生产试验，并参考有关文献资料，发现层压板的tg对性能的影响是多方面的。
2.1　耐热性
由于印刷电路板上有可能安装高温电子元器件(如变压器、功率管等)，除了采取散热措施外，板材的耐热性也应予考虑。同时，在印刷电路板加工和组装时也会遇到热冲击产生的高温(如高速钻孔、波峰焊、表面贴装等)。所以层压板的耐热性是一个重要参数。
层压板的耐热性好坏对它在高温下的物理性能影响很大。耐热性差的层压板其树脂在温度不太高时会产生软化或熔融，同时机械和电气特性急剧下降。
表1为3种不同tg值FR-4板试样一些主要性能的测试结果。由表1可知第二档FR-4板比一般FR-4板耐热性好，而第三档FR-4板的耐热性更佳。耐热性的好坏可以tg来表征和测定。tg越高，层压板的耐热性越好，最高连续工作温度也越高。

表1　3种不同tg的FR-4板试样一些主要性能的测试结果　
Table 1　Principal properties of FR-4 sample boord at 3 kinds of tg

本文发布于:2024-09-21 22:44:13，感谢您对本站的认可！

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