摘　要:综合评述了应用于高频印刷线路板的树脂基体,如氰酸酯、聚苯醚、聚四氟乙烯、聚酰亚胺,以及它们的改性体系,指出了它们各自的特点和不足,并展望了高频印刷线路板用树脂基体可能的发展方向。
    关　键　词:高频印刷线路板;氰酸酯;聚苯醚;聚四氟乙烯;聚酰亚胺
    计算机、移动通讯、网络等已逐渐渗透到社会和人们生活中的每一个角落,人类生活正稳步朝着高度信息化的方向发展,信息处理与信息通讯构成高度信息化科学技术领域发展中的两大技术支柱。以高水平的电子计算机为主体的信息处理技术追求信息处理的高速化、记忆容量的增大化和体积的小型化;以手机、卫星通讯及蓝牙技术等为代表的信息通讯技术追求多通道数、高性能化和多功能化,使得使用频率不断提高,进入高频甚至超高频领域。它们的发展促进了优异高频线路板覆铜板的更新及其相应材料(如树脂基体)的发展。本文对适用于高频印刷线路板覆铜板的树脂基体进行了综述。
1　高频印刷线路板对树脂基体的要求频率在300ＭＨｚ以上的范围,一般称作高频。通常情况下,高频电路中,印刷线路板上导线内的电信号传播速率可以表示为:


    耗角正切基板能够减少信号延迟和传输损失,提高信号传播速率和传输效率,是应用于高频印刷线路板的理想材料。而基板的介电性能由树脂基体和增强材料决定,一般基板的介电常数近似符合混和定律:


    当增强材料一定时,树脂基体的介电性能对覆铜板的介电性能具有决定作用。因此应用于高频线路板的树脂基体必须具备优异的介电性能―――低介电常数和低介电损耗角正切。同时,作为高频印刷线路板的树脂基体,对其力学性能和热性能也有很高的要求。
    目前,应用于线路板覆铜板的树脂基体有环氧树脂、聚苯醚树脂及改性聚苯醚树脂、聚酰亚胺树脂、聚四氟乙烯树脂、氰酸酯树脂及ＢＴ树脂。其中能在高频线路板覆铜板中广泛应用的为氰酸酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯醚树脂及聚四氟乙烯树脂。表1给出了部分高性能树脂基体的力学性能、热性能和介电性能。

    从表1中可以看出,双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂和氰酸酯树脂在应用于高频线路板覆铜板时优势明显。而其中的氰酸酯树脂不仅拥有类似于双马来酰亚胺的性能,而且具有相当于环氧树脂的工艺性,在高频印刷线路板的应用上更具竞争力。
2　几种重要的高频印刷线路板树脂基体
    2.1　氰酸酯(ＣＥ)树脂
    ＣＥ树脂是20世纪70年代后期发展起来的一种高性能树脂基体,其单体中含有两个或两个以上氰酸酯官能团(―ＯＣＮ),其通式为:Ｎ≡Ｃ―Ｏ―Ａｒ―Ｏ―Ｃ≡Ｎ。ＣＥ树脂在热或催化剂作用下,发生环化三聚反应形成含有三嗪环的高交联度的网络结构大分子。固化的ＣＥ树脂具有许多优异性能:低的介电系数(2.8～3.2)和极小的介电损耗角正切值(0.002～0.008);高的耐热性(Ｔｇ为240～290℃);低的吸湿率(<1.5%);小的热膨胀系数;优良的力学性能和粘结性能。这些优异性能使得ＣＥ树脂在高频线路板覆铜板领域具有非常强的竞争力。但ＣＥ树脂韧性较差,固化温度过高,同时对其各种固化反应的机理还不是非常清楚,目前关于它的研究也主要集中在这几个方面。
    对ＣＥ树脂固化机理和催化剂的研究有助于找到合适的催化剂和相应的固化工艺,以期在无需用其它树脂改性的情况下得到固化温度较低、韧性较好的ＣＥ基覆铜板。对ＣＥ改性的研究主要是与其他树脂进行共混改性,尤其是应用价格低廉、易得的树脂(如环氧树脂)。国内外在这方面已取得较大进展。
    2.1.1　ＣＥ的固化
    目前较多使用的固化方法为自身热固化法和活泼氢固化法,这两种方法在机理和实际操作上研究较为成熟。但固化树脂往往存在着脆性、力学性能较差的缺点。采用适当催化剂可以有效地对ＣＥ树脂进行更为完全的固化,提高固化ＣＥ树脂及其复合材料的力学和电学性能。
    在加热的情况下,ＣＥ倾向于分子间发生三聚反应生成三嗪环结构。但是,若想得到高转化率,需要很高的温度和很长的时间,如在200℃固化7ｈ其转化率才能达到90%,而高纯的ＣＥ在热作用下生成三嗪环就显得更加困难。Ｓｉｍｏｎ等人[5]认为不加催化剂的ＣＥ树脂单体是通过自催化机理进行固化反应的,环境中的水分和单体中杂质起到催化作用。其自固化机理可参阅文献。
    采用催化剂固化ＣＥ树脂的研究也受到了国内外学者的重视。研究较多、效果较好的催化剂体系有过渡金属有机化合物、过渡金属-芳烃有机金属配位化合物[9]等等。其固化机理多是催化剂先利用过渡金属的空轨道或富余电子对与ＣＥ形成配合物,从而增大体系反应活性,在进行ＣＥ之间的聚合反应,在反应后期催化剂再从体系中撤离出来。其作用是降低体系的反应活化能,使反应在较低温度和较为缓和的条件下完成,优化了体系的工艺参数。同时体系的力学性能还得到了很大改善。
    2.1.2　ＣＥ的改性
    由于固化ＣＥ的脆性,限制了其在许多领域中的应用。采用其他树脂对ＣＥ树脂进行改性研究是国内外研究的又一热点,因为这不仅能够改善ＣＥ树脂的脆性,又能降低产品的成本(ＣＥ树脂价格较高)。目前应用于ＣＥ树脂改性的树脂种类较多,有热塑性树脂、热固性树脂、橡胶弹性体等。热塑性树脂中有:聚砜(ＰＳＵ)、聚醚砜(ＰＥＳ)、聚醚酰亚胺(ＰＥＩ)、聚碳酸酯(ＰＣ)、聚醚酮(ＰＥＫ)、聚酰胺(ＰＡ)、聚丙烯酸丁酯(ＰＢＡ)及聚酯(ＰＥＴ/ＰＢＴ);热固性树脂中有:环氧树脂、双马来酰亚胺等;橡胶弹性体中有:天然橡胶、氯丁橡胶、聚异戊二烯、端羧基丁腈、端氨基的丁腈共聚物、端羟基聚二甲基硅氧烷-聚酯嵌段共聚物、端氨基聚四氢呋喃、端酚基或端环氧基丁腈橡胶等。
    环氧/ＣＥ体系是国内外研究较多的一种ＣＥ改性体系,该体系利用环氧树脂的活泼氢固化ＣＥ。其固化过程可分为六步:ａ.ＣＥ的三聚成环;ｂ.三嗪环与环氧基反应生成烷基氰脲酸酯;ｃ.烷基氰脲酸酯异构化为异氰脲酸酯;ｄ.异氰脲酸酯与环氧基反应生成