适用于高频信号传输HDI板的塞孔树脂的研制

２０１　５ｒｅＪ：￣国￣，ＰＣＢ技术／信息论坛　－ＨＤＩ板ＨＤＩ　Ｂｏａｒｄ　适用　于高　频信号传输ＨＤＩ板的　塞孔树脂的研制　Ｐａｐｅｒ　Ｃｏｄｅ：Ｓ－０１　９　陈洪　丁杰　王扩军　唐章军　（深圳市板明科技有限公司，’广东深圳５１８１０５）　摘要　文章通过选取不同特性的环氧树脂进行科学的复配以及合理地使用固化剂组使得　ＢＴＨ一８０００系列塞孔树脂具有较高的耐热性，固化物　值高达１７６℃（ＴＭＡ法）。研　究结果表明，纳米添加剂的使用大大提高了ＢＴＨ－８０００系列塞孔树脂的触变性，对　升温固化程序适应性更强，彻底杜绝了塞孔过程中的渗墨现象。ＢＴＨ一８０００系列塞　孔树脂的电性能评测表明，其介电常数远低于目前市场中使用的塞孔树脂产品以　及行业标准，达到３．６５，且损耗因子仅为０．００８９。体积电阻率高达１．０３×１０　Ｑ・ｃｍ，　大大高于目前市场中使用的塞孔树脂产品。塞孔应用试验证实，塞孔饱满无收缩，　与铜结合良好。所以，ＢＴＨ一８　０００系列塞孔树脂的性能完全达到了国际先进水平，　可以替代进口产品的使用，降低企业的生产成本。　关键词　塞孔树脂；介电常数；玻璃化转换温度；高频线路板；纳米材料　中图分类号：ＴＮ４１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—００９６（２０１５）增刊一０３５５－０５　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｌｕｇｇｉｎｇ　ｒｅｓｉｎ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃ３ｈｌｇｈ－Ｉｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｒａＩ　ｒａｄｉｏ’１ｉｏ　Ｉ－　—’ＩＤＩ　ｂＯａｒ　’　Ｉ　ｂｏａｒｄＣＨＥＮＨｏｎ　ＤＩＮＧＪｉｅ　ＷＡＮＧＫｕｏ－ｊｕｎ　ＴＡＮＧ　Ｚｋａｎｇ－ｊｕｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｔ　ｍａｋｅｓ　ＢＴＨ一８０００　ｓｅｒｉｅｓ　ｐｌｕｇｇｉｎｇ　ｒｅｓｉｎ　ａｓ　ｈｉｇｈ　ｈｅａｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　Ｔｇ　ｖａｌｕｅｓ　ｕｐ　ｔｏ　１　７６￣Ｃ　（ＴＭＡ）ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｃｕｒｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ｇｒｏｕｐ　ｗｅｒｅ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙ　ｕｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｎａｎｏ　ａｄｄｉｔｉｖｅ　ｃａｎ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＢＴＨ－８０００　ｓｅｒｉｅｓ　ｐｌｕｇｇｉｎｇ　ｒｅｓｉｎｓ，ａｎｄ　ｍｅａｎｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｐｌｕｇｇｉｎｇ　ｒｅｓｉｎ　ｏｖｅｒｆｌｏｗ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ　ｉｓ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ＢＴＨ－８０００　ｓｅｒｉｅｓ　ｐｌｕｇｇｉｎｇ　ｒｅｓｉｎｓ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ　ｉｓ　ｏｎｌｙ　３．６５　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｅｌｅｃｔｉｒｃ　ｌｏｓｓ　ｖａｌｕｅ　ｉｓ　０．００８９　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｌｏｗｅｒ　ｆａｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｍａｒｋｅｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｖｏｌｕｍｅ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｔｏ　１．０３￣１　０　１　６．ｃｍ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｍｕｃｈ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｒｋｅｔ．Ｖｉａ　ｈｏｌｅ　ｉｆｌｌｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｃｏｎｆｉｒｍｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｕｒｅｄ　ｒｅｓｉｎ　ｈａｓ　ｎｏ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｐｐｅｒ　ｌａｙｅｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ＢＴＨ－８０００　ｓｅｒｉｅｓ　ｐｌｕｇｇｉｎｇ　ｒｅｓｉｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ａｓ　ｇｏｏｄ　ａｓ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｔｈｏｓｅ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｔｏ　ｒｅｐｌａｃｅ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔｅｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ａｂｓｏｌｕｔｅｌｙ．　Ｔｈｕｓ，ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｓｔｓ　Ｃａｌｌ　ｂｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｐｌｕｇｇｉｎｇ　Ｒｅｓｉｎ；Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｅｒｍ＿ｌｌｉＶｉｔｙ：Ｇｌａｓｓ　Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；Ｈｉｇｈ—Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃ：ｉｒｃｕｉｔ　ｂｏａｒｄ：Ｎａｎｏ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　．．３５５．．　ＨＤＩ板ＨＤＩ　Ｂｏａｒｄ　２０１５秋季国际ＰＣＢ技术，信息论坛　１　前言　在无线网络、卫星通讯日益发展的今天，信息产品走向高速与高频化以及通信产品走向容量大速度快的无线　传输之语音、视像和数据规范化，使得电子设备高频化成为发展趋势。而移动互联技术的飞跃进步要求ＰＣＢ上能　传输高频信号而不至于衰减。因此，发展新一代产品需要高频基板，这就要求卫星系统、移动电话接收基站等通　信产品必须采用具有高耐热性和低介电常数的高密度互联（ＨＤＩ－－Ｈｉｇｈ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）板。这就要求应　用于ＨＤＩ板和多层板的塞孔树脂与其性能相匹配川。　高密度连接技术（ＨＤＩ）的发展，线宽与线距朝着愈小愈密的发展趋势，因此衍生出了很多形态的ＰＣＢ结构　出现。在电路板次外层加工前，次外层的埋孔需要依靠压合时的半固化片与ＲＣＣ（Ｒｅｓｉｎ　Ｃｏａｔｅｄ　Ｃｏｐｐｅｒ涂树脂铜　箔）来填充，由于半固化片或ＲＣＣ中的树脂含量有限，当遇到内层芯板较厚、孔径较大、埋孔较多等情况下，　半固化片或ＲＣＣ在填充的同时会留下凹痕。这种凹痕会对后续加工产生较大影响，一方面外层走线如果经过凹　陷处会造成线路缺口短路等缺陷；如果平面不平整，会导致介质层厚度不均匀而影响阻抗，从而影响信号传输　的完整性。因此，各个线路板内层埋孔通常要求完全填满研磨平整以增加外层的布线面积口】　【。　目前，我国ＰＣＢ行业在ＨＤＩ塞孔树脂方面，绝大部分采用进口产品，主要是因为其性能稳定，但是价格高昂　。　本文通过研究不同特性的环氧树脂进行科学的复配，合理地使用固化剂组制得ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂，具有高　玻璃化转变温度（Ｈｉ．Ｔｇ）、低热膨胀系数（Ｌｏｗ．ＣＴＥ）、低吸水率、低收缩率、低介电常数、容易研磨等特　性，此系列塞孔树脂完全能替代进口产品，满足高频信号传输ＨＤＩ板的塞孔需求，有效地降低企业生产成本。　２　ＢＴＨ－８０００系列塞孔树脂的性能　２．１　ＢＴＨ－８０００系列塞孔树脂固化后的玻璃化转变温度（　）　由于塞孔油墨填充在孔当中，受热情况时，对于ｘ、ｖ方向不明显，在Ｚ方向树脂的热膨胀效应较明显。因　此，ＨＤＩ通常要求塞孔树脂固化后的丁ｇ大于ＦＲ．４介质材料的Ｔｇ，ＰＣＢ行业要求１４０￣Ｃ以上。　ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂固化后，使用ＴＭＡ法测试此系列Ｔｇ值处于１６５．６７℃～１７６．３１℃之间如表１，当前同类　塞孔树脂固化后的Ｔｇ值大都介于（１１０～１７０）℃，因此ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂在同类产品中属于高Ｔｇ值产品，　完全适用于ＨＤＩ板的耐热性要求。　表１　ＢＴＨ一８０００系列塞孑Ｌ树脂的性能　性能项目　测试方法／标准　ＴＭＡ　ＢＴＨ一８０００系列　１６５．６７～ｌ７６＿３ｌ℃　ＣＴＥ　ＴＭＡ（　１）　０．００３２７％－０．００３３８３％　介电常数　损耗因子　体积电阻　ＡＳＴＭ　Ｄ１５Ｏ。１　１　ＡＳＴＭ　Ｄ１５Ｏ．１　１　ＡＳＴＭ　Ｄ２５７．２００７　３．６５～３．９２　０．００８９～０．０１０４　１．０３Ｘ１０１６Ｑ・ｃｍ　介电强度　吸水率　ＩＥＣ　６０２４３．１：２０１３　ＧＢ　１０３４　１　８．５６ｋＶ／ｍｍ　Ｏ．１３％　２．２　ＢＴＨ－８０００系列塞孔树脂的线性热膨胀系数（ＯＴＥ）　从材料方面来说，由于ＨＤＩ介质层薄的特点，如果材料的ＣＴＥ过高，往往会发生分层或龟裂现象，尤其在回　流焊之后的埋孔密集区域会有非常明显的不同程度的凸起，最终会导致内部裂纹和分层。因此塞孔树脂与介质　材料都宜选用较低ＣＴＥ的无铅材料，且要求与层压的ＲＣＣ或ＦＲ．４的树脂以及孔壁铜能够相匹配【２ｊ　【。　当温度低于玻璃化温度丁叠时，材料处于玻璃态，此时的热膨胀系数（ＣＴＥ）为１；而当温度高于玻璃化温度　丁ｇ时，材料处于高弹态，此时的热膨胀系数（ＣＴＥ）为２。通常行业取１，且要求ＣＴＥ＜０．００５％。因为高于　值的　３５６．．　．．２０１　５秋季国际ＰＣＢ技术／信息论坛　ＨＤＩ板ＨＤＩ　Ｂｏａｒｄ　热膨胀系数２变化较大，且不同产品的Ｔｇ值差别较大，不具有比较性。　ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂使用ＴＭＡ法测试１处于０．００３２７％～０．００３８８３％之间如表１，当前同类产品中１处于　０．００２５％～０．００５５％之间，从数据就可以看出ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂在同类产品中属于较低热膨胀系数产品，能　够与ＨＤＩ的介质材料匹配良好。　２．３　ＢＴＨ－８０００系列塞孔树脂的介电常数与损耗因子　移动互联技术的飞跃进步要求ＰＣＢ上能传输高频信号而不至于衰减，这就要求ＨＤＩ中介质材料介电常数与损　耗因子必须尽可能小且很稳定。因为信号的传送速率与材料介电常数的平方根成反比，高介电常数容易造成信　号传输延迟。而损耗因子越小，即信号传输过程中信号损失小。因此，高频ＨＤＩ板要求塞孔树脂也要具有低介电　常数与低的损耗因子。　ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂检测介电常数与损耗因子如表．１所示，其介电常数３．６５～３．９２之间，同类主流产品　介电常数通常是大于４．５０：ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂损耗因子０．００８９～０．０１０４之间，同类产品损耗因子一般大于　０．００９０。从数据可以看出ＢＴＨ．８０００系列属于低介电常数、低损耗因子的塞孔树脂，完全符合高频信号传输的ＨＤＩ　板对材料低介电常数、低损耗因子的性能要求。　２．４　ＢＴＨ－８０００系列塞孔树脂的体积电阻率与介电强度　体积电阻率主要取决于材料的组成与结构，塞孔树脂的体积电阻率越大说明材料的绝缘性越好。介电强度　是指在强电场作用下，电介质丧失电绝缘能力的特性。体积电阻率与介电强度越高说明材料在高频、高压电气　环境下的稳定性就越好，即电气性能优异。　ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂经过检测，固化后其体积电阻率高达１．０３Ｘ　１０　Ｑ・ｃｍ，介电强度达到１８．５６　ｋＶ／ｍｍ，　充分表明了ＢＴＨ一８０００系列塞孔树脂固化体系具有良好的绝缘性能。当前市场上同类产品的体积电阻率大概在　４．９×１０”Ｑ・ｃｍ左右，ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂良好的绝缘性能完全超越进口产品的性能，完全符合ＨＤＩ板对塞　孔树脂绝缘性要求。　２．５　ＢＴＨ－８０００系列塞子Ｌ树脂的吸水率　吸水率是表示材料在正常大气压下吸水程度的物理量，通常用百分率来表示。在ＰＣＢ行业中都认同吸潮是　导致爆板的原因之一，尤其白蓉生教授做过系统的研究［６】。同时潮湿环境下吸水率高，会使材料极性增加而提　高材料的表面导电性，由此使得材料的介电常数与损耗因子都会增加，从而影响高频信号的正常传输　】。而各种　ＰＣＢ产品在加工或者使用过程中经常处于高温、高湿度环境中，因此要求应用于ＨＤＩ板中的塞孔树脂也要具有低　的吸水率，以保证产品性能稳定以及信号传输完整。　当前ＰＣＢ行业同类塞孔树脂的吸水率处于０．１５％～０．７０％之间，而ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂由于使用复合型环　氧树脂同时添加了纳米组分以及合适的无机填料，吸水率处于０．１３％～０．１４％之间。因此ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂　的吸水率在同类塞孔树脂中属于优异产品，完全能够保证ＨＤＩ对材料低吸水率性能要求。　３应用试验结果　３．１真空塞孑Ｌ测试　采用真空印刷，选取厚为２．ｏ　ｍｍ，孔径为０．３０　ｍｍ的ＨＤＩ板，使用ＢＴＨ．８０００系列塞孔树脂进行真空塞孔测　试塞孔效果，切片如图１所示（孔径：０．３０ｍｍ，固化条件：２０℃　３Ｏｍｉｎ＋ｌ５０℃　６０ｍｉｎ），树脂与孔壁铜结合良　好，没有气泡残留与开裂现象，而且截面没有收缩或凹陷与沉积铜层结合良好。　．３５７．．