[发明专利]环氧树脂－氮化铝复合材料在制备高密度印刷线路板中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及环氧树脂中添加了氮化铝纳米或微米颗粒而制得的环氧树脂-氮化铝复合材料在制备高密度印刷线路板中的应用。

背景技术

随着PCB复杂化的发展，传统PCB材料如玻璃布绝缘材料和树脂覆铜箔由于缺少超前的性能而被淘汰。因此，人们致力于寻找新的易于加工成印刷线路板的高性能材料。在多种添加剂中，由于氮化铝(AlN)具有卓越的性能和潜在的多领域用途，已引起研究人员的注意。例如，氮化铝热传导性强，热膨胀系数小，机械性能好，这些性能使其适合用作电子基板。添加了氮化铝的PCB材料因此综合了多种优越性能。

随着高密线路设计和设备小型化的发展，线路中的铜线变得越来越细。环氧树脂基板和印刷线路板中铜线的热膨胀系数的匹配性也就变得越来越重要，尤其是对于多层压板而言，更需如此要求。

发明内容

本发明的目的在于获得一种尤其适用于高可靠性的高密度印刷线路板的基板材料，该材料的热膨胀系数低，热机械性能高，打孔得到的盲孔的锥度角小、底面平坦，能满足高可靠性和高密度印刷线路板的要求。

为了实现上述目的，本发明提供了一种环氧树脂-氮化铝复合材料，其中该复合材料中的氮化铝为纳米或微米颗粒。

本发明还提供了一种制备上述环氧树脂-氮化铝复合材料的方法。

本发明所提供的环氧树脂-氮化铝复合材料中的氮化铝颗粒的粒径为10nm-50μm，所述氮化铝颗粒的重量为复合材料总重的5-70wt％。

本发明的环氧树脂-氮化铝复合材料是通过如下制备方法而制得，该方法主要包括如下步骤：

用偶联剂预处理氮化铝纳米或微米颗粒表面；

将溶剂加入到氮化铝颗粒中，然后用超声搅拌器搅拌；

将上述氮化铝溶液与环氧树脂体系充分混合均匀，成为均一的分散液；以及

将上述分散液注入模具中，然后真空除气，最后固化。

现有研究表明在将氮化铝与环氧树脂混合时会发生严重的团聚现象，这样的团聚会负面影响材料的性能，而且还导致聚合物基体中存在气孔。

为了防止在制造氮化铝-环氧树脂复合材料的过程中发生团聚现象，本发明采用了两种方法，即化学方法和机械方法。本发明的化学方法是采用偶联剂来帮助分离团聚的氮化铝，然后使分离后的氮化铝稳定。本法采用了偶联剂预处理氮化铝颗粒表面，偶联剂的加入量为氮化铝粉末质量的0.5-5wt％。本发明的机械方法是采用了超声振动的方法，其有助于分离团聚的氮化铝，然后使分散后的氮化铝进一步分散开，例如采用超声搅拌器搅拌的方法对氮化铝溶液进行超声振动处理。然后将得到的氮化铝溶液与环氧树脂体系混合，所述环氧树脂体系可包括环氧树脂基体、固化剂和固化促进剂。充分搅拌上述混合物，得到高度均一的氮化铝/环氧树脂清漆，然后进行后续的注入与层压。注入了氮化铝-环氧树脂复合材料的环氧树脂需在真空中使溶剂挥干，以防止在层压过程中产生气泡。

本发明的复合材料中的环氧树脂的种类无需特别限定。复合材料中的环氧树脂可以是一种或一种以上。固化剂和促进剂的种类都无需特别限定。本领域适用的常规固化剂和促进剂都可用于本发明的复合材料中。

本发明采用的偶联剂无需特别限定，优选为除了能消除团聚现象之外，还对改善氮化铝和环氧树脂之间的界面性能也发挥着重要作用的偶联剂，从而能改进所制得的环氧树脂-氮化铝复合材料的性能。

环氧树脂的热机械性能由于添加了纳米或微米氮化铝也得到巨大改进。由环氧树脂-氮化铝复合材料制得的PCB层压板与常规FR4 PCB板相比，CTE降低了。这使得本发明的环氧树脂-氮化铝PCB可用于对CTE和热可靠性要求严格的用途中，尤其用于制造多层板和背板。随着对高可靠性印刷线路板(PCB)需求的增加，尤其是多层板和采用无铅焊接，PCB的绝缘材料的热机械性能就成为产品质量的关键因素，因为在使用期间该材料需要耐受热应力。受到热冲击而引起的分层、焊盘翘起、电镀铜出现裂缝或形成电连接等现象对于常规PCB材料而言是常见的，而本发明的环氧树脂-氮化铝复合材料具有较低的热膨胀系数，从而能缓解由于基板材料和铜的热膨胀系数的失配而产生的应力，因而采用本发明的复合材料制备的印刷线路板能够克服这些缺陷。环氧树脂-氮化铝复合材料制备的PCB还表现出杰出的耐受热应力的能力，如耐受无铅焊接中的热应力的能力。因此，本发明的环氧树脂-氮化铝复合材料制备的印刷线路板的可靠性高。此外，本发明的复合材料与没有添加氮化铝的环氧树脂相比具有更好的杨氏模量(young modules)。