環氧覆銅板無鹵材料知多少

    無鹵阻燃型覆銅板也稱無鹵型覆銅板(Halo-gen-free CCL)、環保型覆銅板、綠色覆銅板,這種板材不含有鹵素、銻、紅磷等成份,燃燒性達到UL94V-0級,是近年來發展較快的新一代覆銅板。雖然歐盟WEEE)及RoHS指令,對覆銅板沒有使用這兩種禁用的含鹵阻燃劑,而且覆銅板大量采用的四溴雙酚A(TBBA)也被證明在燃燒時不會產生二惡英,但日本及歐洲的一些電子電器整機廠已將禁用范圍擴展至全部含鹵阻燃劑。無論是預測數據還是實際銷售數據,都顯示出無鹵型覆銅板正處于快速增長期。哪么無鹵環氧覆銅板有哪些材料或曰品種呢?環氧樹脂行業協會專家介紹對此進行了全面介紹。
    據環氧樹脂行業協會專家介紹早期無鹵型覆銅板的阻燃主要通過采用添加型阻燃劑來實現,常見的有含磷、含氮的添加型阻燃劑如磷酸酯類、聚磷酸胺、氰脲酸三聚氰胺,以及氫氧化鋁、氫氧化鎂等,由于添加量大,使板材的玻璃轉變溫度(Tg)、耐熱性、加工性等性能降低;采用添加型含磷阻燃劑,還會導致板材吸水率上升,耐潮濕性降低,板材在熱風整平、元器件裝配時的高溫沖擊下容易分層起泡,板材在潮濕條件下的電性能也會下降。出于成本、板材性能及用途考慮,目前無鹵型紙基覆銅板和無鹵型復合基覆銅板仍然采用添加型阻燃劑為主,而無鹵型玻纖布基覆銅板則主要采用反應型阻燃劑。
    近幾年,采用DOPO或ODOPB等菲型含磷化合物和環氧樹脂合成的含磷環氧樹脂被大量用于制作無鹵型FR-4覆銅板。因采用的環氧樹脂和合成工藝的不同,各廠生產的含磷環氧樹脂的性能差別較大,用不同廠家生產的含磷環氧樹脂制作無鹵型覆銅板,需要對配方、生產工藝進行調整。一般,含磷環氧樹脂的ω(磷)為2.0%-3.2%,而ω(磷)為2.6%時,板材的燃燒性就能達到UL94 V-0級。含磷環氧樹脂是反應型阻燃劑,用其制成的無鹵型覆銅板具有較好的綜合性能。環氧樹脂行業協會專家稱:目前含磷環氧樹脂售價是普通溴化環氧樹脂的數倍,造成無鹵型覆銅板價格居高不下。
    含氮酚醛樹脂是制備無鹵覆銅板又一材料。磷與氮具有很好的阻燃協效作用,采用含氮酚醛樹脂(見下式)作為含磷環氧樹脂的固化劑,制成的無鹵型覆銅板的綜合性能好。目前已有多家日本廠商供應含氮酚醛樹脂。采用含磷酚醛樹脂作為環氧樹脂的固化劑,用于開發無鹵型覆銅板,近年來也開始得到重視。有文獻介紹一種含磷、氮元素的ODOPM-MPN型環氧樹脂固化劑,它利用氮一磷協效作用,可減少含磷環氧樹脂的磷含量,有助于提高板材的耐潮濕性能。日本三菱瓦斯株式會社采用聚羥基苯乙烯(Polyhydroxy styrene,簡稱PHS,日本丸善石油化學株式會社生產)和氯代磷酸二苯酯[(C6H5O)2PCl,日本大八化學株式會社生產,產品牌號為DPC]合成的DPC-PHS含磷酚醛樹脂,磷含量為3%。該含磷酚醛樹脂既是固化劑也是阻燃劑,它與普通酚醛環氧樹脂、酚醛樹脂配合可制成阻燃性為V-0級、Tg165℃的無鹵型玻纖布基覆銅板。
    苯并惡嗪樹脂(Benzoxazine)是一類具有苯環和惡嗪環(oxazine ring)等雜環結構的含氮開環聚合酚醛樹脂。環氧樹脂行業協會專家介紹說,它的開發始于20世紀30年代,苯環和惡嗪環的存在使這類樹脂具有優秀的耐熱性、機械性能和阻燃性。早采用苯并惡嗪樹脂生產無鹵型覆銅板的廠家是日本日立化成株式會社,該公司于2000年開始生產用苯并惡嗪樹脂制成的無鹵型覆銅板,是目前市場銷量大的無鹵型覆銅板。目前已有多家覆銅板廠家采用苯并惡嗪樹脂制作高Tg無鹵型覆銅板。苯并惡嗪樹脂不含鹵素、磷元素且耐堿性、耐潮濕性等性能比含磷環氧樹脂好,發展前景看好。由于苯并惡嗪樹脂固化物的脆性較大,實際使用時一般采用環氧樹脂進行改性。
    近年來各種高性能的無鹵型覆銅板相繼被開發出來。日本利昌開發出一種高彈性模量的無鹵型FR-4覆銅板,產品編號為CS-3356S,其彈性模量是普通FR-4覆銅板的1.5倍,達到31GPa,板材具有優秀的耐潮濕性、絕緣可靠性、通孔可靠性、耐堿性等。日本住友開發的ELC-4778GS無鹵型低介電常數多層板用覆銅板,1MHz的介電常數為3.6,介質損耗角正切為0.0037,Tg(DSC)為220℃。廣東生益推出無鹵型高Tg覆銅板,產品編號是S1165,板材Tg(DSC)>165℃,綜合性能優秀,耐堿性優異,已進入用戶試用階段。近兩年已有多家廠推出無鹵型高Tg覆銅板,例如日立化成(株)的MCL-RO-67G(Tg>160℃)、住友電木(株)的ELC-4756GS(Tg>170℃)等。此外一些不含鹵素、銻和磷的覆銅板也被開發出來,如日本三菱瓦斯CCL-ELl50無鹵型FR-4覆銅板采用氫氧化鋁為阻燃劑,板材具有低的熱膨脹系數(CTE),粘結片適合CO2激光打孔;日本電氣株式會社(NEC)開發的無鹵無磷、靠自身特殊結構阻燃的阻燃劑多官能環氧樹脂,是由多官能環氧樹脂和容易形成炭化結構的苯酚類物質的固化劑反應結合而成,已成功在無鹵型覆銅板上應用。
    由于含磷廢棄物仍有可能危害地球水生環境,因此無鹵無銻無磷的“三無”覆銅板將是下一代環保型覆銅板的開發方向。覆銅板無鹵化已成為業內一個重要的研究課題。環氧樹脂行業協會專家預見表示,隨著歐盟2份指令的實施、市場競爭的推動以及人類環保意識的提高,無鹵阻燃型覆銅板發展前景廣闊,未來幾年將繼續保持高速增長態勢。