一种提升玻纤布覆铜板相比漏电起痕指数的方法

2022-11-30张友梅施忠仁王顺程

印制电路信息 2022年11期

张友梅刘玲邱银施忠仁王顺程

（重庆德凯实业股份有限公司，重庆 405400）

0 前言

科技的发展迅速使电子产品朝向轻薄化前进，而提高电子产品的安全可靠性特别是在潮湿环境条件使用下的绝缘材料安全可靠性则受到业界相当程度的关注。其中FR-4覆铜板作为电子产品的基板有着重要的地位，其绝缘安全性的相比漏电起痕指数（CTI）值视为产品必要条件之一。

CTI是指在绝缘材料表面有电位差的部位形成碳化导电通路，使之丧失绝缘性能的现象。其测试原理是根据绝缘材料在表面受到带电离子溶液污染物污染时，在外加一定电压作用下其表面之泄漏电流大于干净表面。依据电路中产生的热量Q与电流I的平方成正比，当泄漏电流增大时其泄漏电流产生热量增加，导致潮湿污染物蒸发速度加快，引发材料表面形成不均匀干燥状态，形成表面局部干燥点或干燥带。干燥区使表面电阻增大造成电场不均匀产生闪络放电。在热与电场的交互作用下促使绝缘材料表面碳化，碳化物电阻小导致施加电压的电极尖端形成电场强度增大因而更容易形成闪络放电。周而复始下变成恶性循环，直到引起施加电压的电极间绝缘破坏形成导电通路产生漏电起痕[1]。

影响覆铜板CTI的因素有很多: 基板材料的组成；特性如树脂种类、结构、性能、纯度、固化程度等等；填料的种类、形貌、粒径大小、粒径分布是否有结晶水；制作半固化片的工艺如填料的分散均匀、包覆是否良好、是否形成良好界面等等[2]。

提高FR-4的CTI值方法有很多，例如添加更多的无机粉体可提高耐电压能力。有学者发现，覆铜箔基板在加入氟化钙填料量达59%时，CTI值达到600V以上，且综合性能最优，同时具有较强的耐碱性[3]。此外，采用Al(OH)填料也可提高CTI。有研究发现当在某体系中添加Al(OH)含量至20.7%时，该体系之基板CTI值可达到600 V以上，但缺点是其耐化性不佳[4]。

使用改性后的树脂也可有效提高基材之CTI，更换较耐电压树脂容易减少断键。有学者对耐燃型树脂A型环氧树脂进行改性，得到苯酚-芳烷基型自熄性环氧树脂，该树脂具有良好的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性和优异的阻燃性，将其添加在某树脂体系中时，其CTI值均达600 V以上[5]。另有研究表明，通过将含溴阻燃剂和含磷阻燃剂复合在同一环氧树脂中，合成2种磷溴阻燃环氧树脂，在同一个体系中添加其中一种磷溴阻燃环氧树脂7%时，其CTI值较不添加体系有明显提升[6]。

除添加不同种类的粉体与树脂外，改善材料表面特性使其疏水性提升也可有效提升材料的耐漏电起痕性。有实验发现采用高阻燃PPO（聚苯醚）材料与高阻燃的PC（聚碳酸酯）材料，以PC作为主要基材，通过表面共挤制出一种高CTI值高阻燃复合薄膜（其厚度为0.5 mm），其CTI值达600 V，阻燃为94V-0[7]。其中改善表面特性使其疏水性提升是提高CTI值最快速的方法，我司在新品开发过程中发现透过表层的树脂层设计替换可大幅提升覆铜板的CTI指标，透过表层树脂的复合，亦可提升覆铜板整体的电性。

1 实验部分

1.1 主要物料

重庆德凯实业股份有限公司生产之DK—C150半固化片、碳氢胶膜（昆山富捷讯）、铁氟龙膜PFA处理（日本厂商）。

1.2 覆铜板制备方法

取同一型号和含量用不同结构的半固化片进行堆叠，上下覆以 35 μm（1 oz）铜箔在220 ℃下以2.5 MPa（25 kg/cm2）压力在真空层压机内压合180分钟制成双面覆铜板。

1.3 使用仪器及测试方法

耐漏电起痕指数测试仪，型号朗斯科LSK-655A。

测试方法为：用环保型蚀刻液将双面铜箔去除，样品裁切至10×10 cm大小后放入测试平台上，两电极间距为4.0 mm，夹角为60°、再以电解液（0.1%氯化铵水溶液）滴口距样品高度为35 mm；调节电压开始测试，滴液每30s滴一次滴落至50滴液为止，每增减电压25 V进行重复试验，直到得到两个相邻电压数值（较小电压为50滴不失效，较大电压为未达到50滴失效）取较小值为本次试验测试结果。本次实验对照组其结果由于击穿为机台自动降低电压所得结果。

2 结果与讨论

一般CTI测试会要求样品厚度规格，因其厚度会影响CTI值，厚度越大则CTI值越高越不易击穿。例如同样是Dk—C150的胶片制成0.4 mm、0.5 mm、0.7 mm的板材其CTI值分别为290 V/300 V/425 V，其击穿程度也不同。

将表面一层半固化片分别以碳氢胶膜与铁氟龙膜（PFA）进行取代，发现其表面改变后不论厚度多少均可以使其CTI值达至700 V且外观无任何受损。表1为不同板厚及叠构之CTI测试结果。

表1 不同板厚及叠构之CTI测试结果表

从结果可知，表面替代成PFA与碳氢膜后，无论厚度如何变化其CTI均可达到700 V以上，且无任何击穿碳化痕迹。测量两者表面张力水滴角均为100°～110°左右，而Dk—C150则大于120°。以碳氢膜与PFA的比较可以发现，树脂层的结构如C-H、C-F均可抵抗电击的压力提升整体的抗击穿能力。为了进一步验证比较，当在Dk—C150配方中加入疏水性的粉体使其表面张力水滴角接近110°左右，其CTI值亦可大幅提升至600 V。故在此基础上，现开发出一款无卤素高CTI材料Dk1650GC，其CTI可达600 V。