張友梅 劉 玲 邱 銀 施忠仁 王順程

（重慶德凱實業(yè)股份有限公司，重慶 405400）

0 前言

科技的發(fā)展迅速使電子產(chǎn)品朝向輕薄化前進，而提高電子產(chǎn)品的安全可靠性特別是在潮濕環(huán)境條件使用下的絕緣材料安全可靠性則受到業(yè)界相當程度的關注。其中FR-4覆銅板作為電子產(chǎn)品的基板有著重要的地位，其絕緣安全性的相比漏電起痕指數(shù)（CTI）值視為產(chǎn)品必要條件之一。

CTI是指在絕緣材料表面有電位差的部位形成碳化導電通路，使之喪失絕緣性能的現(xiàn)象。其測試原理是根據(jù)絕緣材料在表面受到帶電離子溶液污染物污染時，在外加一定電壓作用下其表面之泄漏電流大于干凈表面。依據(jù)電路中產(chǎn)生的熱量Q與電流I的平方成正比，當泄漏電流增大時其泄漏電流產(chǎn)生熱量增加，導致潮濕污染物蒸發(fā)速度加快，引發(fā)材料表面形成不均勻干燥狀態(tài)，形成表面局部干燥點或干燥帶。干燥區(qū)使表面電阻增大造成電場不均勻產(chǎn)生閃絡放電。在熱與電場的交互作用下促使絕緣材料表面碳化，碳化物電阻小導致施加電壓的電極尖端形成電場強度增大因而更容易形成閃絡放電。周而復始下變成惡性循環(huán)，直到引起施加電壓的電極間絕緣破壞形成導電通路產(chǎn)生漏電起痕[1]。

影響覆銅板CTI的因素有很多: 基板材料的組成；特性如樹脂種類、結構、性能、純度、固化程度等等；填料的種類、形貌、粒徑大小、粒徑分布是否有結晶水；制作半固化片的工藝如填料的分散均勻、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，例如添加更多的無機粉體可提高耐電壓能力。有學者發(fā)現(xiàn)，覆銅箔基板在加入氟化鈣填料量達59%時，CTI值達到600V以上，且綜合性能最優(yōu)，同時具有較強的耐堿性[3]。此外，采用Al(OH)填料也可提高CTI。有研究發(fā)現(xiàn)當在某體系中添加Al(OH)含量至20.7%時，該體系之基板CTI值可達到600 V以上，但缺點是其耐化性不佳[4]。

使用改性后的樹脂也可有效提高基材之CTI，更換較耐電壓樹脂容易減少斷鍵。有學者對耐燃型樹脂A型環(huán)氧樹脂進行改性，得到苯酚-芳烷基型自熄性環(huán)氧樹脂，該樹脂具有良好的化學穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性和優(yōu)異的阻燃性，將其添加在某樹脂體系中時，其CTI值均達600 V以上[5]。 另有研究表明，通過將含溴阻燃劑和含磷阻燃劑復合在同一環(huán)氧樹脂中，合成2種磷溴阻燃環(huán)氧樹脂，在同一個體系中添加其中一種磷溴阻燃環(huán)氧樹脂7%時，其CTI值較不添加體系有明顯提升[6]。

除添加不同種類的粉體與樹脂外，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電起痕性。有實驗發(fā)現(xiàn)采用高阻燃PPO（聚苯醚）材料與高阻燃的PC（聚碳酸酯）材料，以PC作為主要基材，通過表面共擠制出一種高CTI值高阻燃復合薄膜（其厚度為0.5 mm），其CTI值達600 V，阻燃為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，我司在新品開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)透過表層的樹脂層設計替換可大幅提升覆銅板的CTI指標，透過表層樹脂的復合，亦可提升覆銅板整體的電性。

1 實驗部分

1.1 主要物料

重慶德凱實業(yè)股份有限公司生產(chǎn)之DK—C150半固化片、碳氫膠膜（昆山富捷訊）、鐵氟龍膜PFA處理（日本廠商）。

1.2 覆銅板制備方法

取同一型號和含量用不同結構的半固化片進行堆疊，上下覆以 35 μm（1 oz）銅箔在220 ℃下以2.5 MPa（25 kg/cm2）壓力在真空層壓機內(nèi)壓合180分鐘制成雙面覆銅板。

1.3 使用儀器及測試方法

耐漏電起痕指數(shù)測試儀，型號朗斯科LSK-655A。

測試方法為：用環(huán)保型蝕刻液將雙面銅箔去除，樣品裁切至10×10 cm大小后放入測試平臺上，兩電極間距為4.0 mm，夾角為60°、再以電解液（0.1%氯化銨水溶液）滴口距樣品高度為35 mm；調(diào)節(jié)電壓開始測試，滴液每30s滴一次滴落至50滴液為止，每增減電壓25 V進行重復試驗，直到得到兩個相鄰電壓數(shù)值（較小電壓為50滴不失效，較大電壓為未達到50滴失效）取較小值為本次試驗測試結果。本次實驗對照組其結果由于擊穿為機臺自動降低電壓所得結果。

2 結果與討論

一般CTI測試會要求樣品厚度規(guī)格，因其厚度會影響CTI值，厚度越大則CTI值越高越不易擊穿。例如同樣是Dk—C150的膠片制成0.4 mm、0.5 mm、0.7 mm的板材其CTI值分別為290 V/300 V/425 V，其擊穿程度也不同。

將表面一層半固化片分別以碳氫膠膜與鐵氟龍膜（PFA）進行取代，發(fā)現(xiàn)其表面改變后不論厚度多少均可以使其CTI值達至700 V且外觀無任何受損。表1為不同板厚及疊構之CTI測試結果。

表1 不同板厚及疊構之CTI測試結果表

從結果可知，表面替代成PFA與碳氫膜后，無論厚度如何變化其CTI均可達到700 V以上，且無任何擊穿碳化痕跡。測量兩者表面張力水滴角均為100°～110°左右，而Dk—C150則大于120°。以碳氫膜與PFA的比較可以發(fā)現(xiàn)，樹脂層的結構如C-H、C-F均可抵抗電擊的壓力提升整體的抗擊穿能力。為了進一步驗證比較，當在Dk—C150配方中加入疏水性的粉體使其表面張力水滴角接近110°左右，其CTI值亦可大幅提升至600 V。故在此基礎上，現(xiàn)開發(fā)出一款無鹵素高CTI材料Dk1650GC，其CTI可達600 V。

3 結論

透過對表層的改變可讓FR-4板材之CTI指標大幅提升至700 V。若以材料中添加粉體方式最高可達到CTI指標600 V，但體系中添加過量的粉體易造成制程混合不均與半固化片外觀產(chǎn)生表面缺陷等問題。我公司的新方法可供業(yè)界作為改善參考。