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摘要：本文從阻燃機理、材料選擇及實際實驗入手，最終優化出性能較FR4更好的環保型基板。
　　關鍵詞：阻燃機理 配方 特性

The Study of New Type of halogen Free FR4 Laminates
Peng Daixin
Abstract in this paper we design the formulations from the mechanism of flame resistance and the election of stuff and have the trials. In the end we optimize the formulation and achieve the environment friendly FR4 with good performance
Key words the mechanism of flame resistance, formulation , performance

　　 人類的發展總是與環境息息相關，在電子行業中，基材的無鹵化與制程的無鉛化是關注的兩大核心。無鹵化基材的開發工作在20世紀80年代中期，真正工業化是在1997年左右，有關標準的擬訂先由JPCA開始發布執行。早在1998年11月，日本東芝化學就提供了世界上最早的無鹵化基材的筆記本電腦投放市場。

　　1 阻燃機理

　　本體系中含有磷、氮、無機金屬氫氧化物等。氣相阻燃和凝聚相阻燃是長期以來人們公認的兩種阻燃模式。磷類物質在燃燒時，在凝聚相中，有脫水、交聯、成碳等作用，能提高成碳率，意味較少物質被燃燒，一般而言，成碳率高達40~50%時，LOI可高于30%，碳的產生在熱分解時會減少生成可燃性揮發物,會影響下一步的熱降解,在物料表面形成絕燃碳層,而碳本身的LOI高達65%；水的生成可稀釋可燃氣體，同時二者都會帶走或吸收熱量，生成含磷高聚物能大幅提高LOI指數；在氣相中，生成小分子磷化物如HPO2、HPO抑制火焰傳播發揮阻燃效能。氮系阻燃劑燃燒分解吸收大量的熱，放出氮氣，沖淡了氧和環氧樹脂的接觸，且氮氣能促進物質以多鍵存在，而此類物質燃燒時要更多的能量，在本體系中促進含有P-N鍵的中間體，是一種比原獨立含磷系統較好的磷酸化試劑。體系中要加入無機添加劑，常用金屬氫氧化物，在高溫時分解要吸收大量的熱，生成金屬氧化物和水，前者可做隔熱絕燃體，具有極高的表面積，能吸附煙（消煙）和可燃物，使材料燃燒時放出的二氧化碳量少，水有利于降溫，促進脫氫反應和保護碳層。在燃燒中磷系會生成具有表面效應的磷化物能改善金屬氫氧化物的分散，可可同時提高阻燃效率。

　　2 原料的選擇

　　基于PCB用的板材的特殊性，達到阻燃效果只是其中一小必須滿足的性能，在耐熱性、吸水性、耐化學性、電性能等方面要明顯高于其它材料的要求。傳統的在在紙基、復合基體系中用到的添加型磷、氮阻燃劑如磷酸三苯酯、三聚氰胺化合物在FR-4中的環氧體系的應用顯得很有力不從心。我們根據阻燃機理，采用含磷結構的樹脂為主樹脂，以含氮結構樹脂作輔助樹脂，以避免以往那種純添加型阻燃劑的種種缺陷。含磷有菲型化合物如：DOPO(9,10-dihydro-9-oxa-10-phospha-phanthrene-10oxide)和ODOPB [2-(6-oxido-6-H-dibenzo<c,e><1,2>oxa phosphorin-6yl)1,4benzenediol]對應的環氧樹脂，磷氧化合物如：TAPO[tris-(4-aminobiphenyl) phoshinc oxide]對應的環氧樹脂，當然還有其它含磷樹脂如三聚氯化磷腈化物的環氧樹脂。含氮的樹脂有三聚氰酸三縮水甘油胺(TGIC)和含有三嗪結構的Novolac樹脂。同時無機阻燃劑選用金屬氫氧化物，由于氫氧化鎂在阻燃性和與環氧體系的配伍性要比氫氧化鋁（ATH）差，因此我們采用ATH，同時起降低成本和阻燃作用。普通的ATH耐熱性極差，其熱分解溫度在190~210℃，不能滿足基板的高耐熱性（如PCT等）要求，采用特殊處理的ATH，使其熱分解溫度提高到240℃左右，以滿足工藝要求，同時有人做過實驗，若將ATH熱分解溫度提高到超過300℃時會失去其作為阻燃劑的效果，可能是在熱分解溫度為300℃時，在燃燒過程中，放出水分的量變少和放出水分的時機延后致使是出現無阻燃效能。下圖1是我們采用的ATH的DSC曲線（10℃/min）。

　　
圖一 ATH熱分解溫度

　　 3 實驗部分

　　3.1 配方

　　在實際過程中，我們選擇了不同磷含量和不同氮含量特殊樹脂的配方體系進行燃燒等級實驗
表1 不同含量樹脂配方

　　從表中可看出3%的含磷樹脂相當于V0~V1的等級，含氮樹脂及ATH的加入，明顯提高體系的阻燃特性。

　　3.2 實驗結果

　　用上面的配方制作膠水，用E型玻璃布制作層壓板，所得基板特性結果如下表二（以1.6mm,35um/35um STD銅箔為測試樣品）。