BZ/EP树脂基覆铜板基板材料的研究
                                             郝志勇 　李玲
                         (中北大学材料科学与工程学院,山西太原030051)
    摘要：利用层压工艺制备了一种新型无卤无磷阻燃高性能覆铜板基板材料,对其力学性能、电绝缘性能和阻燃性能进行表征。结果表明,该基板材料的表面电阻系数和体积电阻系数的数量级为1014;UL94燃烧等级为V-0级;其中当Mg(OH)2含量为10%时,表现出最好的冲击强度和弯曲强度,分别为131.3kJ/m2、483. 6MPa。
    关键词：BZ/EP树脂;覆铜板;无卤无磷
    中图分类号：TQ 323. 5　文献标识码：A　文章编号：1001-0017(2008)06-0026-03
    前　言
    随着高度信息化时代的到来,电子元器件已进入了高集成度,高可靠型的新阶段,安装它们所必须的印制电路板已成为大多数电子产品不可缺少的重要组成部件。作为印制电路板制造中的主要材料-覆铜箔层压板起着导电、绝缘和支撑等三个主要方面的功能。印制电路板的性能、质量、制造中的加工性、成本、水平等很大程度上取决于覆铜板 (CCL)[1]。
    然而,目前制作环氧树脂覆铜板传统的阻燃处理以卤化和含磷方法为主,但是卤化或含磷环氧树脂材料在燃烧和废弃处理中将释放出有毒甚至致癌的物质[2-5]。随着人们环保意识的加强,环保法规 的建立和完善,以及市场对环保产品需求的日益递增,开发一种对环境更友好的覆铜板材料是一个亟待解决的重要课题。
    本文从低成本、高使用性能的思路出发,采用苯并恶嗪与海茵环氧共混树脂(BZ/EP树脂)作为基体,制备一种新型无卤无磷阻燃型覆铜板基板材料。
    1　实验部分
    1. 1　原材料
    氢氧化镁(Mg(OH)2):中国日用化学品研究院;玻璃纤维布:南京玻璃纤维研究设计院六所;Mg(OH)2/BZ/EP未固化树脂,自制。
    1. 2　Mg(OH)2/BZ/EP玻璃纤维复合材料的制备 Mg(OH)2/BZ/EP玻璃纤维复合材料是用玻璃 纤维增强加入无机粒子Mg(OH)2的BZ/EP树脂基 体。选择用层压工艺制备,由50%的树脂和50%的 玻璃布加工而成。配置一定比例的Mg(OH)2、BZ/ EP树脂基体和引发剂胶液,采用溶液法用丙酮溶 解,刷在玻璃纤维布上制备得到预浸料,晾干;然后 模具尺寸裁剪,用聚四氟乙烯布脱模,在平板硫化机 上固化成型。树脂的固化工艺为120℃/3h + 150℃/2h+180℃/3h,后处理工艺为200℃/2h。
    1. 3　力学性能测试
    弯曲强度:标准GB 1449-83,LJ-10000N机械 拉力实验机;
    冲击性能:标准GB 1451-83,XJU-22冲击实 验机。
   1. 4　极限氧指数测试
    测试仪器:HC-2型氧指数仪;
    测试条件:参照GB2406-93标准测定。
    1. 5　垂直燃烧实验(UL94)
    按UL94垂直燃烧测试标准进行测试,样品尺 寸为125mm×12. 5mm×1. 6mm。将垂直燃烧的火焰高度调节至2cm高,把样条一端垂直于火焰上点燃10s,移开火焰,记录样条第一次余焰时间t1、第二次余焰时间t2、第二次余燃时间t3,并观察样品是否燃尽,试验过程中滴落的微粒是否点燃棉花,国家标准为GB18380-2001。
    1. 6　电阻系数测试
    测试仪器:ZC型超高电阻计;
    测试条件:参照GB 1410-78标准进行测试,试样形状是圆形板状,直径100mm,厚度1~4mm,平整,表面光滑,无气泡;测量前放干燥器中处理至少24h。
    2　结果与讨论
    2. 1　力学性能的表征
    通过对Mg(OH)2改性BZ/EP树脂体系玻璃纤维复合材料冲击强度、弯曲强度的测试,可研究Mg(OH)2含量对BZ/EP树脂体系复合材料冲击强度、弯曲强度变化的关系。图1、2给出了BZ/EP树脂体系Mg(OH)2不同含量下复合材料的冲击强度和 弯曲强度。
            
    从图1中可以看出,随着Mg(OH)2含量的增大,复合材料的冲击强度先升高后逐渐下降。Mg(OH)2含量为40%时,复合材料的冲击强度最低,约为95. 4kJ/m2,低于未加Mg(OH)2时的冲击强度 值110.1kJ/m2。冲击强度是材料韧性性能的一个有效指标。由此说明:Mg(OH)2含量的多少影响着Mg(OH)2对BZ/EP树脂体系复合材料的增韧改性效果,且当Mg(OH)2含量为10%时,BZ/EP树脂体系玻璃纤维复合材料的增韧效果在本实验研究范围内最佳。
         
    弯曲强度是材料综合性能的评定指标,通过对它 的测试可以初步判断复合材料综合性能的好坏。由 图2可以看出,随着Mg(OH)2含量的增大,复合材料 的弯曲强度先上升后下降,其中当Mg(OH)2含量为 0%、10%、20%时复合材料的弯曲强度分别为479. 5MPa、483.6MPa、433.9MPa。可见,Mg(OH)2含量为 10%时, BZ/EP树脂体系玻璃纤维复合材料在实验 范围内表现出最佳的综合力学性能。
    综合图1、2可知, BZ/EP树脂体系复合材料的 韧性及其综合力学性能受到Mg(OH)2含量多少的 影响。当Mg(OH)2含量为10%时, BZ/EP树脂体 系玻璃纤维复合材料在实验范围内表现出最好的冲 击强度和弯曲强度,其分别为: 131. 3kJ/m2、483. 6MPa。
    2. 2　电阻系数表征
    对覆铜板基板材料来说电绝缘性是一项非常高的要求。图3、4列出了BZ/EP树脂体系Mg(OH)2 不同含量下玻璃纤维复合材料的表面电阻系数和体积电阻系数,并分别进行了对比。
    表面电阻系数,又称为表面电阻率,是沿表面电流方向的直流电场场强分量与此表面的单位长度 (即电极单位长度)电流之比。从图3中可以看出,复合材料的表面电阻系数随着Mg(OH)2含量的增加而先减小后增大再减小,其中当Mg(OH)2含量 为30%时,BZ/EP树脂体系玻璃纤维复合材料在实验范围内表面电阻系数最大,其值为2. 12×1014Ω。 体积电阻系数,又称为体积电阻率,是在体积电 流方向的直流电场强度与电流密度之比。从图4中可知,体积电阻系数随Mg(OH)2含量变化的规律同于表面电阻系数。当Mg(OH)2含量为30%时BZ/EP树脂体系玻璃纤维复合材料在实验范围内 体积电阻系数达到最大值,为13. 98×1014Ω·cm。
        
    综合图3、4可知,在本实验范围内,复合材料表 面电阻系数和体积电阻系数具有相同的变化规律。 其中Mg(OH)2含量为30%时,直流电流通过1cm2 表面和1cm3体积时的电阻最大。但从整体来看,在 Mg(OH)2所加含量内玻璃纤维复合材料的表面电 阻系数和体积电阻系数的数量级都在1014,可以看 出该基板材料有很好的电绝缘性。
    2. 3　耐燃烧性能的测试
      
    表1列出了Mg(OH)2不同含量下BZ/EP树脂 体系玻璃纤维复合材料的氧指数、UL94垂直燃烧测 试等级及燃烧发烟量情况。
    从表1中可以看出,玻璃纤维复合材料的氧指 数均在35以上,UL94等级为V-0级,复合材料属 于阻燃物质;Mg(OH)2加入量的增加,氧指数在逐 渐增大,但变化并不明显;燃烧发烟量情况随着Mg (OH)2加入量的增加而逐渐减少。这说明少量Mg (OH)2的加入并不能大幅度提高复合材料的阻燃 性,其对阻燃性的提高程度远远不及苯并恶嗪,因此 在BZ/EP树脂体系玻璃纤维复合材料中,对阻燃起 主要作用的是苯并恶嗪,但Mg(OH)2加入具有良 好的抑烟效果。
    3　结　论
    (1)当Mg(OH)2含量为10%时, BZ/EP树脂 体系玻璃纤维复合材料在实验范围内表现出最好的 冲击强度和弯曲强度,其分别为: 131. 3kJ/m2、483. 6MPa。
    (2)当Mg(OH)2含量为30%时,BZ/EP树脂体 系玻璃纤维复合材料在实验范围内具有最大的表面 电阻系数和体积电阻系数;从整体来看,在Mg (OH)2所加含量内玻璃纤维复合材料的表面电阻 系数和体积电阻系数的数量级都在1014,可以看出 该基板材料有很好的电绝缘性。
    (3)BZ/EP树脂体系玻璃纤维复合材料属于阻 燃物质,UL94等级为V-0级;阻燃起主要作用的 是苯并恶嗪,但Mg(OH)2加入具有良好的抑烟效 果。
参考文献:
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