颜善银 杨中强 殷卫峰 李杜业（广东生益科技股份有限公司 国家电子电路基材工程技术研究中心，广东 东莞 523808）

活性酯固化环氧基高介电常数覆铜板的研制

颜善银 杨中强 殷卫峰 李杜业
（广东生益科技股份有限公司 国家电子电路基材工程技术研究中心，广东 东莞 523808）

当前各界对于天线设计的重点在于小型化、结构简单化及多频或宽带。高介电常数基板可以缩小微波辐射波长，达到天线小型化的目的。采用活性酯作为环氧树脂的固化剂，活性酯固化剂分子中有两个或多个具有较高活性的酯基，可以同环氧树脂进行固化反应。在同环氧树脂反应时形成不含仲醇羟基的网架，所以固化后的环氧树脂具有低的介电损耗和吸水率。采用高介电常数填料作为功能填料。研制的高介电常数覆铜板具有低的热膨胀系数、低的介电损耗和低的吸水率。

活性酯固化剂；高介电常数；覆铜板；天线

1 前言

随着微电子、微机械等新兴微加工技术的发展，天线作为重要的射频前端器件，其指标要求也日益苛刻，小型化、内置化、多频段、智能化是移动终端小天线的发展趋势。由于印制天线的尺寸与基板的相对介电常数成反比，所以要选用具有高介电常数的介质基板来减小天线尺寸，但过高的介电常数会激励出较强的表面波，表面损耗较大，使增益减小，直接降低天线的辐射效率，所以需要权衡选择基板的相对介电常数。

在高频领域的电波，要求电子器件的能量损失或输送损失小。输送损失作为热能量在电子器件中被消耗，成为电子器件发热的原因。输送损失通常用下式[1]：

输送损失=系数×频率×(介电常数)1/2×介电损耗角正切

为了降低输送损失，需要使介电常数、介电损耗角正切变小。这也说明了天线用覆铜板的介电常数并不是越高就越好，满足天线小型化的要求即可，同时要保证覆铜板的介电损耗要小，降低输送损失。

本文采用活性酯作为环氧树脂的固化剂，活性酯和环氧反应不生成极性基团，从而固化物具有低的吸水率、低的介电损耗和优异的耐湿热性能[2]-[6]；加入高介电常数填料后，固化物又具有较高的介电常数和较低的热膨胀系数；同时采用玻纤布作为增强材料，可以提高板材的机械性能和制作工艺。

2 实验部分

2.1 主要原材料

环氧树脂，活性酯固化剂，高介电常数填料，溶剂等。

2.2 测试项目

使用矢量网络分析仪，采用SPDR法测定5 GHz下层压板的Dk/Df；采用平板电容法测定1 GHz下层压板的Dk/Df；采用二流体槽法测定1 MHz下层压板的Dk/Df；采用热机械分析法（TMA）测定层压板的Tg、z-CTE和热分层时间T288；采用动态热机械分析法（DMA）测定层压板的Tg；采用差示扫描量热法（DSC）测定层压板的Tg；采用热重分析法（TGA）测量层压板的热分解温度（Td）和灰份；使用抗剥测试仪，按照IPC-TM-650 2.4.8方法中热应力后实验条件，测试覆金属箔的剥离强度；耐浸焊时间使用锡炉，将层压板完全浸入保持温度为288 ℃的熔融焊锡中，直到层压板出现分层起泡，记录层压板出现分层起泡的时间；吸水率按照IPC-TM-650 2.6.2.1方法进行测定；PCT（高压锅蒸煮实验）使用高压锅，在121 ℃、105 KPa的加压蒸煮处理装置内保持2小时后的层压板浸入保持温度为288 ℃的焊锡槽中，直到层压板出现分层起泡，记录层压板出现分层起泡的时间；采用高压蒸煮法（PCT）测定层压板的PCT吸水率。

2.3 覆铜板样品的制作

根据实验配方，称取一定量环氧树脂、活性酯固化剂、高介电常数填料和溶剂共混搅拌制得胶液。将胶液涂布在增强材料玻纤布上并通过实验上胶机夹轴控制浸胶量。将浸过胶液的玻纤布于155 ℃烘箱中烘制3 min ～ 5 min，制得粘结片。然后将制得的粘结片根据不同板材厚度的要求叠加，两面覆以铜箔，置于真空压机中压制成覆铜板。

3 结果与讨论

3.1 活性酯固化反应

活性酯固化系统与以往固化系统的比较见图1，活性酯作为环氧树脂的固化剂，与环氧树脂反应，形成不生成仲醇羟基的网架，所以固化物具有较低的介电损耗和吸水率，可以使得制备的覆铜板具有低的吸水率、低的介电损耗和优异的耐湿热性能。

图1 活性酯固化系统与以往固化系统的比较

3.2 覆铜板基本性能

本实验制得的覆铜板基本性能测试结果见表1，其中样品编号为HD-67的覆铜板不含高介电常数填料，样品编号为HD-68的覆铜板含有高介电常数填料，分别来说明树脂基体的综合性能和含高介电常数填料的高介电常数覆铜板的综合性能。由表1可知，本实验所用的树脂基体具有非常低的介电损耗。制得的覆铜板不仅具有较高的介电常数，可以满足天线基板材料对介电常数的要求，同时具有比较低的介电损耗，可以降低输送损失。

3.3 覆铜板的热性能

由表1可知，高介电常数覆铜板HD-68的z-CTE为2.6%，测试曲线如图2所示，而覆铜板HD-67的z-CTE 为4.3%。高介电常数填料的加入，提高了覆铜板的介电常数，而且大大降低了覆铜板的热膨胀系数，说明制得的高介电常数覆铜板具有较高的尺寸稳定性。

由表1可知，高介电常数覆铜板HD-68具备了较高的玻璃化转变温度，Tg（TMA）为163.85 ℃，Tg（DMA）为162.6 ℃，Tg（DSC）为158.8 ℃/159.5 ℃，Tg（DSC）测试曲线如图3所示，125.4 ℃/125.6 ℃是高介电常数陶瓷填料的居里转变温度[7]，158.8 ℃/159.5 ℃才是HD-68的Tg，与HD-67的Tg 160.4 ℃/162.4 ℃非常接近。

表1 覆铜板基本性能测试结果

图2 高介电常数覆铜板z-CTE测试曲线图(TMA)

图3 高介电常数覆铜板Tg(DSC)测试曲线图

高介电常数覆铜板HD-68具备了较高的耐热性能，图4可见，HD-68的热分层时间T288大于60 min。热分层时间T288主要与基体树脂的结构、性质，基体树脂与增强材料的界面结构、界面粘接状况，基板材料的Tg、Td等有关，是覆铜板材料Tg、Td、z-CTE、界面结构及界面粘接状况等的综合表现。由表1可知，覆铜板HD-67的热分层时间T288也大于60 min，说明基体树脂本身就具有非常好的耐热性能。由图5可见，HD-68热失重5%的温度Td高达425 ℃，而HD-67热失重5%的温度也高达399.4 ℃，说明活性酯固化环氧的基体树脂具有非常高的热分解温度，耐热性能优异。高介电常数覆铜板的耐浸焊时间和PCT都大于300 s，进一步说明了制得的高介电常数覆铜板具有非常好的耐热性能和耐湿热性能，完全可以满足PCB加工工艺的需要。此外，典型的无铅回流焊条件是峰温245 ℃ ～ 265 ℃，维持1分钟左右，因此制得的高介电常数覆铜板和不含高介电常数填料的覆铜板都完全可以满足无铅焊接。

图4 高介电常数覆铜板T288测试曲线图

图5 高介电常数覆铜板热失重温度Td测试曲线图

3.4 覆铜板其它性能

要求铜箔与基材有足够的附着力，自然是覆铜板最基本的性能，由表1可知，高介电常数覆铜板具有较高的剥离强度，为1.05 N/mm，相比不含高介电常数填料的覆铜板的剥离强度1.53 N/mm有所降低，主要是因为大量高介电常数填料的加入，降低了树脂的相对含量，故剥离强度相对下降。

吸水率不仅可以影响印制板的电性能（如表面电阻、体积电阻、电气强度、介电常数、介电损耗、耐金属离子迁移等），还可以影响印制板的力学性能（如断裂强度、剥离强度和尺寸稳定性等）和热性能（如耐浸焊、高温蒸煮、热冲击等）[8]。由表1可知，制得的高介电常数覆铜板和不含高介电常数填料的覆铜板都具有非常低的吸水率和PCT吸水率。吸水率越低，就越能保证板材在其它方面的综合性能指标。

4 结论

研究结果表明，采用活性酯作为环氧树脂的固化剂，并添加高介电常数填料制得的高介电常数覆铜板具有较高的介电常数，较低的介电损耗，优异的耐热性能和耐湿热性能，较高的剥离强度和较低的吸水率，可以满足天线基板材料的使用性能要求。

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Study on high dielectric constant copper clad laminate based on active ester curing agent and epoxy resin

YAN Shan-yin YANG Zhong-qiang YIN Wei-feng LI Du-ye

Current antenna design is focusing on miniaturization, structure simplification, and multi-band or broadband. The high dielectric constant substrate can be used to shorten a wavelength of the microwave radiation, so as to miniaturize the antenna size. Active ester is used as curing agents for epoxy resin. The active ester curing agent refers to one having two or more active ester groups in one molecule with high reactivity and having an action to cure the epoxy resin. A network is formed without producing secondary hydroxyl groups by the reaction with epoxy resin. So the cured epoxy resin has better dielectric properties and lower moisture absorption rate . The high dielectric constant filler is used as functional filler. The resulting high dielectric constant copper clad laminate has a low coefficient of thermal expansion, a low dielectric loss tangent and a low moisture absorption rate.

Active Ester Curing Agent; High Dielectric Constant; Copper Clad Laminate; Antenna

TN41

A

1009-0096（2014）01-0055-04