耐热性fr___4覆铜板用的酚醛环氧树脂合成工艺的研究.doc

耐热性FR-4覆铜板用的酚醛环氧树脂合成工艺的研究 高分子材料与工程专业 学生：刘 也 指导教师：张少华 摘 要：随着电子元件焊接的无铅化，现有的覆铜板的耐温性已不能满足要求，研究耐热性能优异的覆铜板粘合剂是十分重要的。本文以传统酚醛树脂为基础材料，将部分线性酚醛树脂(双酚F)与环氧氯丙烷反应制得酚醛-环氧树脂，用这种酚醛-环氧树脂去交联传统的酚醛树脂，以此复合树脂生产的玻璃纤维覆铜板具有介电常数适当和介质损耗较低、耐热性和尺寸稳定性好的特点，而且价格合适，可以满足电子元件焊接无铅化要求。经检验在260℃的焊锡液中浸泡时间可以超过20秒钟，附着力好，剥离强度符合要求。 关键词： 酚醛树脂；环氧树脂；固化；覆铜板；无铅化 1前言 近年来，随着电子工业的迅速发展，印刷线路板(Printed Circuit Board，简称PCB)基板材料已成为连接与支撑电子器件的重要材料，应用于众多的电子产品中。覆铜板(Copper Clad Laminate，简称CCL)是数字化时代的基础材料，它是将树脂涂敷于玻璃布等增强材料上，配上铜箔经热压而成，其树脂与增强材料构成的内层为绝缘层，其铜箔构成的外层为导电层[1]。覆铜板因此被业内人士形象地喻为电子工业的地皮。 早期的FR-4覆铜板树脂配方，由于固化物交联密度较低，在过去的有铅焊接时代可以使用，但进入无铅焊接时代，要满足高焊接温度的要求，已力不从心。高热可靠性FR-4覆铜板的成功开发，对推动行业技术发展和提高产品技术水平，必将产生积极作用[]。 本论文在以节约生产成本与工艺的前提目的下，在前人多用双酚A环氧树脂等改性环氧树脂基础上采用了另一种方法，即甲醛与苯酚相互反应，获得一种线性酚醛树脂。利用线性酚醛树脂与环氧树脂相互交联来做基础树脂，以来制备耐高热酚醛环氧树脂。 2 验部分 2. 1 验试剂与仪器 2.1.1 验试剂 表2-1 验主要原料一览表 原料或试剂名称 规格 生产厂家 苯酚 分析纯 汕头兴华化学厂 甲醛 分析纯 湖南太阳植物资源有限公司 草酸 分析纯 天津巴斯夫化工有限公司 盐酸 分析纯 天津巴斯夫化工有限公司 硫酸 分析纯 天津巴斯夫化工有限公司 乙酸 分析纯 天津巴斯夫化工有限公司 环氧氯丙烷 化学纯 广州化学试剂厂 苯 分析纯 天津巴斯夫化工有限公司 氢氧化钠 分析纯 衡阳化学试剂厂 2.1.2 验仪器 表2-2 主要仪器及设备 仪器名称 型号 生产厂家 数显恒温水浴锅 HH-S 郑州长城科工贸有限司 精密磁力电动搅拌机 JJ-1 常州国华电器有限公司 电热真空干燥箱 ZK-82B 上海实验仪器总厂 循环水式真空泵 SHB-III 郑州长城科工贸有限公司 电子天平 BL600 上海精密仪器有限公司 2.2线性酚醛树脂的制备 2.2.1 线性酚醛树脂合成机理 图2-1 普通热塑性酚醛树脂的合成示意图 2. 2.2酚醛树脂合成具体步骤 在装有机械搅拌和回流冷凝装置的100mL三颈圆底烧瓶中，将物料按配比加入反应釜内，所需催化剂可分4~6次加入三颈烧瓶，（催化剂的总用量为苯酚重量的1.5%）在回流温度下反应2~3.5小时，加催化剂的速度以控制反应温度平稳为宜，催化剂加的速度快，容易发生爆聚；停搅拌，加苯酚重量2.2倍的水，让其冷却分层，分离水层；将反应容器内的树脂加热至150℃，再减压除去残留的水，在热的状态下放料[]。 2.3 酚醛环氧树脂的合成 2.3.1酚醛环氧树脂的合成原理 ⑴ 在碱催化下，酚醛树脂的羟基与环氧氯丙烷的环氧基反应，生成端基为氯化羟基的化合物开环反应。 反应式如下： ⑵ 氯化羟基与 NaOH 反应，脱 HCl 再形成环氧基闭环反应[]。反应式如下： 2.3.2 醛酚环氧树脂的合成 将前面得到的线性酚醛树脂冷却至室温，加入一定量的环氧氯丙烷升温使其与酚醛树脂完全溶解，再滴加一部分液碱，加热反应几小时后，回收过量的环氧氯丙烷。加入第二部分液碱，调温维持数小时后，减压蒸馏把剩余的环氧氯丙烷回收，水洗去盐，再加入苯溶解，回流，脱水，过滤沉降，减压脱苯，最后得到酚醛环氧树脂。 2.4酚醛-环氧树脂与酚醛树脂固化 在酚醛树脂中含有大量的酚羟基，在加热条件下可以固化环氧树脂，形成高度交联的结构，这个体系即保持了环氧树脂良好的黏附性，又保持了酚醛树脂的耐热性，使酚醛树脂/环氧树脂可以在260℃下长期使用。将酚树脂与酚醛环氧树脂按1:1的比例混合，在140~170℃，2~4h条件下固化。 3 结果与讨论 3.1不同因素对线性酚醛树脂合成的影响 3.1.1酚醛比的影响 在其它聚合条件一定的情况下，改变醛酚比，所得产物软化点、分子量的变化数据绘于图-1，该变化呈现明显的规律性。 图-1 酚醛比与产物质量关系温度80±3℃，反应