趙瑋孫艷

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210023）

隨著電子行業(yè)的發(fā)展，參與到電路板(Printed Circuit Board,PCB)生產(chǎn)的企業(yè)也越來(lái)越多，為了形成更好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，低成本高品質(zhì)的PCB板成了各家企業(yè)追求的目標(biāo)，因此，各企業(yè)對(duì)PCB中樹(shù)脂的要求也逐漸提高，低介電常數(shù)、高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、高導(dǎo)熱系數(shù)以及高絕緣電阻的樹(shù)脂成了PCB企業(yè)的首選[1-3]。一般來(lái)說(shuō)，在高頻線路中，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗應(yīng)越小越好，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗越小則材料介電性能越好，信號(hào)的傳播速率越快，一般介電常數(shù)范圍在2．7-3．1之間[4-5]。

所以，本次試驗(yàn)將選其中的介電常數(shù)作為研究依據(jù)，對(duì)制作出的不同比例的復(fù)合樹(shù)脂進(jìn)行介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測(cè)量，確定最佳復(fù)合樹(shù)脂的混合比例以此來(lái)改善信號(hào)在電路板上的傳輸速度，這為PCB基材企業(yè)增添了成本優(yōu)勢(shì)，也為電子行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展提供一種可能性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 主要材料

氟樹(shù)脂（ZEFFLE GK-570，清漆），大金氟涂料（上海）有限公司；環(huán)氧樹(shù)脂（WSR6101），藍(lán)星新材料無(wú)錫樹(shù)脂廠；聚酰胺樹(shù)脂（650低分子），西南化工有限公司；改性密胺樹(shù)脂（CYMEL，○R 303LF 甲醛/甲醇＜0．5%)，氰特化工有限公司。

ZEFFLE GK-570氟樹(shù)脂為四氟乙烯/乙烯基單體的共聚物，不含氯，通常使用異氰酸酯、三聚氰酰胺作為固化劑，可調(diào)成各種光澤和顏色?？墒褂脟婌F器、刷子、滾筒進(jìn)行各種涂裝，具備優(yōu)良的耐候性、防食性、耐薬品性以及去污性。廣泛用于建筑施工、道路橋梁中的保護(hù)層涂料[6]。氟樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂直接混合，其介電常數(shù)可能相對(duì)較低[7-9]，但力學(xué)性能不理想，樣品成型不易。

WSR6101環(huán)氧樹(shù)脂具有防腐和黏結(jié)作用，是最常用的樹(shù)脂之一。

低分子650聚酰胺樹(shù)脂中含有增韌劑，一般與環(huán)氧樹(shù)脂配套使用，常溫下即可固化，為常用固化劑。

CYMEL是一種高度甲醚化氨基樹(shù)脂，可作為聚酯樹(shù)脂及環(huán)氧樹(shù)脂等樹(shù)脂的交聯(lián)固化劑，固化時(shí)能有極好的硬度，柔韌性和戶外耐候性，遂實(shí)驗(yàn)中也應(yīng)用于復(fù)合樹(shù)脂的固化。

1．2 主要設(shè)備儀器

集熱式磁力攪拌器DF-1；大功率磁力攪拌器88-1；真空干燥箱DZF-605；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱DHG-9146A；介電常數(shù)及介質(zhì)損耗測(cè)試儀SBJDCS-B。

1．3 實(shí)驗(yàn)方法

通過(guò)氟樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂以不同的比例混合，在不同的混合比例中可更換固化劑，比較不同固化劑下的固化樹(shù)脂效果，測(cè)得不同比例下樹(shù)脂的介電常數(shù)及介質(zhì)損耗，最后根據(jù)測(cè)得的介電常數(shù)及介質(zhì)損耗確定最佳復(fù)合樹(shù)脂的混合比例。

1．3．1 模具制作

用玻璃刀裁剪 11cm×10cm 玻璃板及 2cm×6．5cm、2cm×10cm 的玻璃條作為邊框。為防止樹(shù)脂在固化過(guò)程中從模具中流出及固化后難以從玻璃板上取下，故在玻璃板及玻璃條粘接處均用硅脂粘接。

1．3．2 樣品制作與分析

比較樹(shù)脂固化后性狀，以外觀和強(qiáng)度能夠滿足測(cè)試條件為宜：

樣品1，氟樹(shù)脂/改性密胺樹(shù)脂=5：1

樣品 2，氟樹(shù)脂/環(huán)氧樹(shù)脂/聚酰胺樹(shù)脂=5：1：1

樣品 3，氟樹(shù)脂/環(huán)氧樹(shù)脂/聚酰胺樹(shù)脂=5：3：3

樣品4，環(huán)氧樹(shù)脂/聚酰胺樹(shù)脂=3：1

以樣品1為例說(shuō)明制作過(guò)程：選用100ml燒杯，注入50ml氟樹(shù)脂，放入集熱式磁力攪拌器中加熱，以減少膠體中氣泡，初設(shè)定溫度為60℃，每隔3min升20℃，到130℃時(shí)可停止升溫；將氟樹(shù)脂放入大功率磁力攪拌器的大燒杯中加熱，溫度設(shè)為60℃，注入10ml改性密胺樹(shù)脂，加入轉(zhuǎn)子進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)間10min；在有一定的粘度下將混合物均勻倒入模具中，將模具放在托盤(pán)中一起放入真空干燥箱中抽真空30min，取出托盤(pán)放入烘箱中加熱，初設(shè)80℃，隔30min升20℃，觀察樹(shù)脂固化情況。混合時(shí)膠體為透明色，固化溫度170℃，取出為淺白色透明固體。

分析：氟樹(shù)脂/改性密胺樹(shù)脂5：1和環(huán)氧樹(shù)脂/聚酰胺樹(shù)脂3：1對(duì)比。由于氟樹(shù)脂中有wt25%-35%的醋酸正丁酯溶劑，故加熱過(guò)程中樣品有酸性氣味，且在加熱過(guò)程中不斷出氣泡。故實(shí)驗(yàn)過(guò)程中但凡有氟樹(shù)脂參與的混合樹(shù)脂均在配置過(guò)程中未加入固化劑時(shí)，將裝有氟樹(shù)脂或混合物放入集熱式磁力攪拌器中加熱至130℃，去除部分醋酸正丁酯，減少固化過(guò)程中的氣泡影響，保障樣品質(zhì)量。

2 介電性能分析

在電場(chǎng)作用下，能產(chǎn)生極化的物質(zhì)又被稱(chēng)之為電介質(zhì)。電介質(zhì)性能對(duì)電子工業(yè)中的集成電路、電容器等尤為重要。如果將一塊電介質(zhì)放入一平行電場(chǎng)中，則可發(fā)現(xiàn)在介質(zhì)表面感應(yīng)出了電荷，即正極板附近的電介質(zhì)感應(yīng)出了負(fù)電荷，負(fù)極板附近的介質(zhì)表面感應(yīng)出正電荷。這種電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生感生電荷的現(xiàn)象，稱(chēng)之為電介質(zhì)的極化。感應(yīng)電荷產(chǎn)生的原因在于介質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)(原子、分子、離子)在電場(chǎng)作用下正負(fù)電荷重心的分離，變成了偶極子。不同的偶極子有不同的電偶極矩，電偶極矩的方向與外電場(chǎng)方向一致。表征材料介電性能的參數(shù)主要有介電常數(shù)與介質(zhì)損耗。

介電常數(shù)：以絕緣材料為介質(zhì)與以真空為介質(zhì)制成同尺寸電容器的電容量之比值。表示在單位電場(chǎng)中，單位體積內(nèi)積蓄的靜電能量的大小。它代表電介質(zhì)極化并儲(chǔ)存電荷的能力，是個(gè)宏觀物理量。

介質(zhì)損耗：置于交流電場(chǎng)中的介質(zhì)，以內(nèi)部發(fā)熱(溫度升高)形式表現(xiàn)出來(lái)的能量損耗。介質(zhì)的功率損耗與介質(zhì)損耗角正切tgδ成正比,所以后者是絕緣材料介質(zhì)損耗的重要指標(biāo)，測(cè)量tgδ值是判斷電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)地一項(xiàng)靈敏有效的方法。它反映絕緣材料的整體性缺陷（如全面老化）和小電容樣品中的嚴(yán)重局部性缺陷。一般來(lái)說(shuō)，tgδ隨溫度的增高而增大。[4]

2．1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

被測(cè)樣品的介電常數(shù)：

被測(cè)樣品的損耗角正切值：

式中：K為圓筒電容器線性變化率，一般為0．33/mm，每個(gè)測(cè)試夾具在盒蓋內(nèi)標(biāo)有具體數(shù)值 (本實(shí)驗(yàn)采用的夾具K為0．32)。一般按以上公式計(jì)算的結(jié)果，其精度和重復(fù)性是能滿足的。D，M均通過(guò)儀器測(cè)量得到。

表1 樣品測(cè)定數(shù)據(jù)記錄表（L=1mH，K=0.32，F(xiàn)=500kHz）

2．2 結(jié)果分析

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在氟樹(shù)脂材料（樣品1）的基礎(chǔ)上加入少量環(huán)氧樹(shù)脂后（樣品2），其介電常數(shù)和介質(zhì)損耗均有明顯上升，信號(hào)傳播的衰減隨之變大。但繼續(xù)增加環(huán)氧樹(shù)脂和聚酰胺樹(shù)脂比例（樣品3），其介電常數(shù)與樣品2相比又有所下降，介質(zhì)損耗繼續(xù)增大。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，樣品3的介電常數(shù)比純粹的環(huán)氧樹(shù)脂（樣品 4）明顯要低，介質(zhì)損耗雖然較高，但仍可接受（＜3．0×10-2）。

3 結(jié)論

通過(guò)混合共聚的方法并選擇合適固化劑，制備了不同配比的氟樹(shù)脂/環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料。在氟樹(shù)脂/環(huán)氧樹(shù)脂/聚酰胺樹(shù)脂的配比為5：3：3時(shí)，室溫下測(cè)得其介質(zhì)損耗角正切為2．7，介電常數(shù)為2．1。 與普通環(huán)氧樹(shù)脂材料相比，在介電常數(shù)上有較明顯優(yōu)勢(shì)。說(shuō)明在環(huán)氧樹(shù)脂體系中加入適量的氟樹(shù)脂，可有效提高其介電性能，滿足電子工程應(yīng)用的需要。

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