以聚丁二烯為樹脂基體，玻纖布為增強(qiáng)材料，SiO2為填料，采用浸漬及真空熱壓技術(shù)制備SiO2填充碳?xì)錁渲层~板，研究了SiO2顆粒形貌(球形、角形)及粒徑(2~20μm)對(duì)覆銅板介電性能、彎曲強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度和吸水率的影響。結(jié)果表明：在相同粒徑下，與角形SiO2填充碳?xì)錁渲层~板相比，球形SiO2填充碳?xì)錁渲层~板的介電常數(shù)、介電損耗和吸水率較低，彎曲強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度較高，綜合性能更優(yōu)異；隨著SiO2粒徑的增大，球形和角形SiO2填充碳?xì)錁渲层~板的介電常數(shù)、介電損耗、彎曲強(qiáng)度和吸水率均降低，剝離強(qiáng)度升高。
1、試樣制備與試驗(yàn)方法
試驗(yàn)原料包括聚丁二烯，1,4-雙叔丁基過氧異丙基苯(BIBP)，甲苯，SiO2粉末，粉末顆粒形貌有2種，一種是球形，粒徑分別為2，5，9，13，20μm，另外一種是角形，粒徑分別為7，9，13，20μm；銅箔，厚度為35μm，玻纖布。
將聚丁二烯溶解于甲苯中，并于60℃水浴環(huán)境下攪拌1h，加入BIBP及SiO2粉末再持續(xù)攪拌3h，以確保SiO2充分分散；隨后通過浸漬的方式得到玻纖布增強(qiáng)樹脂半固化片，膠液中的聚丁二烯與SiO2質(zhì)量比約為30∶70，在浸漬過程中調(diào)節(jié)計(jì)量輥，使浸漬片膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，然后在120℃烘干7min，得到半固化片；裁剪出6張平面尺寸為20cm×20cm的半固化片，整齊堆疊，上下兩面覆以銅箔，經(jīng)真空熱壓成型，得到覆銅板，在壓制成型過程中先在0.8MPa壓力下將溫度以7℃·min-1速率從50℃升高至135℃，再將壓力升高至4MPa并保溫保壓15min，然后以7℃·min-1速率由135℃升溫至220℃并保溫70min，最后以4.25℃·min-1速率降溫至50℃。
使用旋轉(zhuǎn)黏度測(cè)試儀測(cè)試膠液黏度，測(cè)定溫度為25℃。用掃描電鏡(SEM)觀察覆銅板斷面微觀形貌。按照IPC-TM-650 2.4(測(cè)試方法手冊(cè) 機(jī)械測(cè)試方法)，采用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度及剝離強(qiáng)度測(cè)試，剝離面積為80mm×10mm，覆銅板正反面共測(cè)試6次取平均值，彎曲試樣的尺寸為63.5mm×25.4mm×0.79mm，測(cè)3次取平均值。采用分離介質(zhì)諧振腔測(cè)試方法測(cè)覆銅板的介電常數(shù)和介電損耗，取3次結(jié)果的平均值，測(cè)試頻率為5GHz。按照IPC-TM-650 2.6測(cè)覆銅板的吸水率，測(cè)試面尺寸為50.8mm×50.8mm，試驗(yàn)溫度為25℃，試驗(yàn)時(shí)間為24h，取3次結(jié)果的平均值。
2、試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 對(duì)膠液黏度的影響
由圖1可知：相同粒徑下球形SiO2填充膠液的黏度低于角形SiO2填充膠液黏度，分析認(rèn)為由于在相同體積下球形顆粒具有較小的比表面積，比表面積越小，填料對(duì)樹脂的吸收量越小，膠液的黏度越?。浑S著SiO2粒徑的增大，膠液黏度呈下降趨勢(shì)，這也歸因于填料顆粒的粒徑越大，比表面積越小，吸收樹脂的量越少。
2.2 對(duì)覆銅板斷面形貌的影響
由圖2可知：隨著粒徑的減小，SiO2填料在覆銅板中的分布由分散逐漸變得密集，使得填料與樹脂及玻纖布間的界面增多；相同粒徑角形顆粒填料相較于球形顆粒填料的分布更加雜亂，這在一定程度上有利于SiO2顆粒間相互接觸，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致填料之間的界面大量增多。
2.3 對(duì)覆銅板介電性能的影響
介電常數(shù)是指物質(zhì)保持電荷的能力；保持電荷能力越強(qiáng)，極化程度越高，介電常數(shù)越大。由圖3可見：在5GHz下，角形和球形SiO2填充覆銅板的介電常數(shù)均隨著SiO2粒徑的增大而減小，這是因?yàn)殡S著粒徑增大，比表面積減小，單位體積內(nèi)的界面面積減小，界面極化作用減弱，極化程度降低，在外電場(chǎng)作用下保持電荷能力減弱，所以介電常數(shù)減小；角形SiO2填充覆銅板的介電常數(shù)比球形SiO2填充覆銅板要高，這是因?yàn)榻切晤w粒形狀不規(guī)則，在覆銅板中分布易雜亂，導(dǎo)致界面比例升高，產(chǎn)生更高程度的界面極化，所以介電常數(shù)增大。
由圖4可見：在5GHz下，覆銅板的介電損耗隨不同形貌SiO2粒徑的增大而降低，角形SiO2填充覆銅板的介電損耗大于球形SiO2填充覆銅板。在5GHz的高頻下，當(dāng)介質(zhì)中的極化跟不上外電場(chǎng)的變化時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生極化損耗。隨著SiO2粒徑的增大，界面減少，界面極化程度降低，因此介電損耗降低。與球形SiO2填充覆銅板相比，相同粒徑下角形SiO2填充覆銅板在單位體積內(nèi)的界面較多，極化損耗較高，從而表現(xiàn)出較高的介電損耗。
2.4 對(duì)覆銅板彎曲強(qiáng)度的影響
由圖5可見：不同形貌SiO2填充覆銅板的彎曲強(qiáng)度均隨著SiO2粒徑的減小而升高，這是由于隨著顆粒粒徑的減小，玻纖布與填料及樹脂形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更致密；與角形SiO2填充覆銅板相比，相同粒徑下球形SiO2填充覆銅板的彎曲強(qiáng)度更高，這是由于球形顆粒的比表面積較小，聚丁二烯樹脂對(duì)SiO2的包覆性較好，界面缺陷大幅度減少導(dǎo)致的。
2.5 對(duì)覆銅板剝離強(qiáng)度的影響
由圖6可以看出，球形與角形SiO2填充覆銅板的剝離強(qiáng)度均隨著SiO2粒徑的增大而升高，且球形SiO2填充覆銅板的剝離強(qiáng)度較高。覆銅板的剝離強(qiáng)度主要與樹脂的黏結(jié)作用有關(guān)；球形SiO2顆粒表面在樹脂固化過程中與銅箔的接觸類型為點(diǎn)接觸，而角形SiO2顆粒與銅箔的接觸類型為面接觸，點(diǎn)接觸下樹脂基體接觸銅箔面積較大，黏結(jié)性較強(qiáng)，因此剝離強(qiáng)度更高。球形SiO2填充覆銅板的剝離強(qiáng)度隨粒徑增大而升高的幅度很小，原因在于球形SiO2粒徑的減小對(duì)銅箔與樹脂基體接觸面積產(chǎn)生的影響較小。
2.6 對(duì)覆銅板吸水率的影響
由圖7可見：球形SiO2填充覆銅板的吸水率低于角形SiO2填充覆銅板，這是由于球形SiO2填料被樹脂基體包覆較好，界面較少，水分子難以進(jìn)入，而角形SiO2填料與樹脂基體間界面較多，水分子容易進(jìn)入所致；2種形貌SiO2填充覆銅板的吸水率均隨著SiO2粒徑的減小而表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。膠層分散情況、玻纖布的浸漬情況、膠層與玻纖布的結(jié)合情況越優(yōu)異，覆銅板的吸水率越低。隨著SiO2粒徑的減小，比表面積增大，單位體積內(nèi)與樹脂基體形成的界面面積增多，更容易產(chǎn)生界面缺陷，導(dǎo)致水分更容易進(jìn)入覆銅板中，因此吸水率增大。
3、結(jié) 論
(1) 在相同粒徑下，球形SiO2填充碳?xì)錁渲z液的黏度低于角形SiO2填充碳?xì)錁渲z液；與角形SiO2填充碳?xì)錁渲层~板相比，球形SiO2填充碳?xì)錁渲层~板的介電常數(shù)、介電損耗、吸水率較低，彎曲強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度較高，綜合性能更優(yōu)異，更適合作為填充材料應(yīng)用于高頻覆銅板。
(2) 當(dāng)SiO2粒徑在2~20μm范圍時(shí)，隨著SiO2粒徑的增大，球形和角形SiO2填充碳?xì)錁渲层~板的介電常數(shù)、介電損耗、彎曲強(qiáng)度、吸水率均降低，剝離強(qiáng)度升高。
