一種高導熱、高耐熱、高CTI FR-4覆銅板的制作技術與應用

江蘇諾德新材料股份有限公司 包曉劍

隨著社會科技的快速發展，覆銅板在工業領域中得到了廣泛應用。基于此，本文對高導熱、高耐熱、高CTI FR-4 覆銅板的制作方法及其實際應用進行了詳盡闡述。制度步驟大致為：根據覆銅板的材質來分別配制貼面層及選擇內料層膠液→涂膠→疊合、熱壓。所配制的貼面層用膠液成分有：四官能基環氧樹脂、改性環氧樹脂、胺類固化劑、咪唑類固化促進劑等；再選用丙、丁酮及二甲基甲酰胺作為溶劑配制；內料層用膠液則由低溴環氧樹脂、胺類固化劑等制成；并配制相同溶劑。通過本文闡述的覆銅板制作技術所制成的覆銅板具有優良的導熱性能與耐熱性能，并其導熱率≥1.7W/mk，完全可達到LED產品的安全標準。

引言：覆銅板是由增強材料與樹脂膠液相結合的產物，該板面覆以銅箔，通過高溫高壓制成的經熱壓而成的一種板狀材料，全稱為覆銅箔層壓板，簡稱覆銅板。今年來，我國工業科技發展迅猛，因此工業市場對覆銅板的需求量也將逐漸增加。覆銅板是制作電路板(PCB)的重要材料之一，當前，應用最為廣泛的玻纖布基環氧型覆銅板是CTI FR-4覆銅板。基于此，本文將一種高導熱、高耐熱、高CTI FR-4覆銅板的制作技術與應用進行探究。

1.技術背景

半導體二極發光管是當前應用最為廣泛的光源技術之一，它相較于傳統光源技術，具有環保、節能、全周期使用壽命長等優勢。現階段，LED在人們的日常生活中隨處可見，例如指示牌、路燈等。簡言之，LED與人們的生活與工作息息相關。因此，隨著LED技術的持續發展，該項技術的耐熱性與導熱性將會面臨著光源市場的嚴苛挑戰。基于此，如何將有效提高LED發光效率及如何增強基板的耐熱性與導熱性至關重要。

根據相關專家學者研究后表明，UL和IEC可由根據電痕指數標準，將CTI值≥600V定為高級標準，CTI值≤400V則定為低級標準。CTI值較低的覆銅板無法在高壓環境下長期使用，否則會出現漏電現象。經相關數據調查可知，當前我國復合基覆銅板及普通玻璃纖維布基覆銅板均屬于低級標準，因此無法為電子設備提供安全保障。由于大部分電子設備均置于室外，環境條件普遍潮濕，因此易出現漏電現象，從而導致電力安全事故。

2011年， CEM-3覆銅板獲取專利，該板不僅具有優良的導電性與耐熱性，且還具有優良的電氣性能，但由于該板的組成材料的CTI值不滿足≥ 600V，因此其穩定性、抗干擾能力較差，因此采用CEM-3覆銅板作為原材料而制成的產品安全性能較差。

現階段，市面上出售的LED通常都是由采用CEM-3復合基板作為原材料所制成，FR-4覆銅板與CEM-3復合基板的玻璃化溫度、抗干擾性、絕緣性及電氣性能等幾乎不相上下。但CEM-3基板相較FR-4覆銅板而言，其穩定性、抗彎曲強度卻相對較弱，因此采用CEM-3復合基板作為原材料所制成的PCB穩定性較弱。除此之外，由于LED產品的工作環境通常處于室外，環境惡劣，從而易出現分層等現象，并在很大程度上降低了產品的使用壽命。

2.覆銅板的制作技術與內容

由上述可知，本文的研究目的在于如何根據CTI值對UL和IEC進行級別劃定，并同時闡述高導熱、高耐熱、高CTI FR-4覆銅板的制作技術，旨在為我國光源技術的持續發展提供有效依據，覆銅板結構組成如圖1所示。

當前，制作高導熱、高耐熱、高CTI FR-4覆銅板的制作步驟大致為：根據覆銅板的材質來分別配制貼面層及選擇內料層膠液→涂膠→疊合、熱壓。所需原材料貼面層用膠液由四官能基環氧樹脂、咪唑類固化促進劑、硅烷偶聯劑KH560等所制成，此外，還需采用粒徑D50≤2.0μm的超細氫氧化鋁作為貼面層填料。內料層用膠液則由低溴環氧樹脂、胺類固化劑、咪唑類固化促進劑、等制成，高純氧化鎂、二氧化硅作為填料。上膠面則包括貼面層上膠及內料層上膠兩部分，其過程為：（1）首先將玻璃纖維布浸入貼面層用膠液后，等待一段時間，待膠液充分浸入，再將貼面層置于中上膠機烘干制得半固化片；（2）疊合、熱壓：將上一步驟所制的半固化片和內料層半固化片進行重疊，并將其表面均覆以銅箔，再經高溫與高壓處理后成板狀形態。最后經打磨后得到的基板，其CTI值≥600V，具有油料的導電性與耐熱性，并且其燃燒性等級滿足V-0。

圖1 覆銅板剖面的構造

在本次研究中，各貼面層用膠液的所用原料情況如表1所示。

表1 貼面層用膠液成分情況

在本次研究中，內料層用膠液的所用原料情況如表2所示。

表2 內料層用膠液的所用原料情況

簡言之，本文所采取的制作方法，相較于傳統制作技術而言，具有以下優勢：本次制作的重點在于將貼面層用膠液和內料層用膠液進行分開調制，并選擇含溴量較低的改性環氧樹脂作為原材料，并使用大量CTI值較高的填料來增強覆銅板的耐熱性與導電性，以此提高板材的各種性能；所用材料均準備就緒后，在經高溫與高壓處理后，制成基板。本次研究所制成的覆銅板，其CTI值≥600V，抗干擾性強，具有良好的導熱性能，且其導熱率≥1.7W/mk，不僅滿足當前光源市場對覆銅板的性能要求，并且還能有效地提高LED產品的安全性。LED產品的散熱問題是一個較為常見燈源問題，幾乎所有的燈源產品均會出現散熱問題，但采用本次制作技術所得的基板能有效改善產品的散熱問題，且還具有優良的導熱性與導電性。現階段， LED基板仍普遍采用CEM-3復合基板作為原材料，而本次研究則以CEM-3復合基板的制作原理為基礎，選用玻璃纖維布作為增強材料，使得CTI FR-4覆銅板的性能得到有效優化，以此解決CEM-3復合基板結構不穩定、抗壓能力差等缺陷。

3.實際技術應用

由上文可知，本次研究以復合基板的制作原理為基礎，選用玻璃纖維布作為增強材料，玻璃纖維布簡稱玻纖布，它能在一定程度上優化FR-4覆銅板的整體性能，例如：耐熱性、散熱性和電氣絕緣性等。隨著社會科技的快速發展，玻纖布的使用范圍亦會越來越廣泛。玻纖布是由直徑為0.005-0.015mm的玻璃絲制成紗，在經過板塊與板塊間的連接，紗編織成布。我們常用的PCB基板材料正是一種玻纖布，但該種布料是一種E型布料，即電子級布料。它的組成成分屬于鋁硼硅酸鹽類，且堿金屬氧化物(Na2O+ K2O)含量均滿足JIS標準。當前，國內外都規范ASTM及IPC制度，并規定了相關E型玻璃相關的標準，嚴格控制其組成成分。

隨著工業科技的快熟發展，競爭日益劇烈的燈源市場勢必會對超薄玻纖布提出更高的標準與要求，基于此情況，我們需加大對超薄玻纖布的開發力度。本文所制成的FR-4覆銅板具有良好的綜合性能，能在很大程度上節約投資成本，為生產商帶來極其可觀的經濟效益。

4.結語

總而言之，本次研究所制成的CTI FR-4覆銅板具有優良高導熱與高耐熱性能，與傳統制作方式不同的是本次制作采用分別配制貼面層用膠液和內料層用膠液的手段，使得其原材料質量得到保障，從而解決LED的散熱問題。在用膠液的配方中大量加入含溴量較低的改性環氧樹脂，并選擇CTI值高的填料，以此提高基板的各項性能；經過本次研制方式所得的基板，其CTI值高，且其導熱率≥1.7W/mk，這不僅可LED產品的使用安全要求，并能有效的解決產品的散熱問題。