電子產品的微型化、多功能化及系統級封裝技術的發展對PCB基材性能及產品功能的需求更加多元化和個性化。PPO與其他樹脂體系相比,同時具有低介電性能和高耐熱性以及尺寸穩定性,是高頻PCB的理想基材。
一、聚苯醚簡介
聚苯醚(Polyphenylene Oxide或Polypheylene ether,簡稱PPO或PPE),化學名稱為聚2,6-二甲基-1,4-苯醚,結構式如下所示:
聚苯醚分子鏈中含有大量芳香環結構,使分子鏈段內旋轉的位壘增加,分子鏈剛性強,阻燃性良好,具有自熄性,耐熱性高;分子結構對稱性好,無極性集團,因此吸水率非常低,表現出優異的耐濕性能,介電常數及介質損耗角正切是工程塑料中最小的,介電常數隨著溫度、頻率的變化很小,是一種良好的高頻材料。
PCB的焊錫溫度在260℃以上,在加工過程中需要用有機溶劑如三氯乙烯、四氯化碳等鹵代烴清洗,而聚苯醚樹脂容易被鹵代烴或芳香烴等溶劑腐蝕,造成產品整體質量下降,同時聚苯醚在熔融狀態下的熔體粘度較高,熔融流動性差,加工成型較為困難,且由于紫外線導致芳香醚的鏈結合分裂使得聚苯醚的耐光性差,因此聚苯醚需要改性來提高使用性能。
二、聚苯醚改性
PPO存在耐芳香烴和鹵代烴等溶劑性差,耐錫焊性差、成膜性差等缺陷,因此需要對PPO進行改性使其能形成交聯固化的熱固性樹脂,與苯乙烯共混可改善其加工性。
熱塑性聚苯醚樹脂熱固性改性的途徑主要有兩種:
通過化學接枝改性,在聚苯醚分子結構中引入可交聯的活性基團,如環氧基、不飽烯烴等,使之成為熱固性聚合物;
通過共混改性或互穿網絡技術引入其他高性能熱固性樹脂,形成相容共混的熱固性樹脂體系,如環氧樹脂(EP)、氰酸樹脂(CE)、雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)等等。
通過將烯丙基、環氧基、羧基、羥基等活性基團引入到聚苯醚的側鏈上可以使聚苯醚具有活性交聯基團,實現自身固化或者與其他樹脂交聯得到熱固性樹脂,從而提高固化后板材的各項性能。
圖 接枝烯丙基型熱固性PPO反應過程及其固化反應
日本旭化成通過在PPO分子主鏈上引入可交聯反應的烯丙基基團,首次實現了PPO自身的熱固化;美國GE公司首先利用互穿網絡聚合技術(IPN)成功研制出聚苯醚/環氧樹脂互穿聚合物網絡覆銅板產品GETEX。
熱固性PPO能夠滿足在負載、潮濕、高溫條件下依然具有優良的電氣性能,是高頻PCB的理想基材。
三、5G通信,聚苯醚最新研究進展
5G通信,傳統的PPO基電介質材料已經無法滿足PCB對基板材料特性化的需求,因此需開發與PCB基板材料性能及加工工藝兼容的新型功能性電介質材料,如有研究采用高介電常數填料如鈦酸鍶制備高介電常數低介電損耗PCB基材等。目前,根據客戶不同要求,PCB基材實現介電常數可定制化。
沃特HD10系列PPO/PPE介電常數2.5-10(10GHz),介電損耗角正切為0.001-0.002;
銀禧采用氨基改性聚苯醚制備低介電常數和介電損耗的聚苯醚覆銅板基材;
Sabic推出LNP THERMOCOMP ZX06323 高介電PPO基材。
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