摘 要：5G通信、無人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、X波段雷達(dá)/衛(wèi)星等終端電子產(chǎn)品對微波復(fù)合介質(zhì)材料覆銅板性能提出了新要求，但制約其發(fā)展的關(guān)鍵材料是基體材料，經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)眾多基體樹脂材料中聚四氟乙烯極具潛力，應(yīng)作為關(guān)鍵改性研究發(fā)展的覆銅板基體材料。

關(guān)鍵詞：5G；高頻高性能；覆銅板；基體樹脂材料；

隨著全球電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)獨立單一組分制備的微波介質(zhì)材料難以滿足市場要求，逐漸被聚合物與陶瓷材料組成的微波復(fù)合介質(zhì)材料取代。微波復(fù)合介質(zhì)材料因其依托有機(jī)聚合物的優(yōu)良物理化學(xué)性能（如柔韌性優(yōu)異、化學(xué)穩(wěn)定性較高、可加工性能較高等）以及微波介電陶瓷優(yōu)異的介電性能（如較適合的介電常數(shù)、較低的介電損耗、近乎零的諧振頻率溫度系數(shù)等）能較好的滿足微波通信行業(yè)領(lǐng)域相關(guān)設(shè)備對材料介電性能的要求，特別是其能解決微波介電陶瓷的脆性導(dǎo)致了材料加工較難的問題，在微波通信技術(shù)領(lǐng)域備受關(guān)注。特別是近幾年來，信息技術(shù)的革命性發(fā)展趨勢，在微波介質(zhì)材料領(lǐng)域，越來越多的電子元器件也需要具備優(yōu)異微波介電性能、良好的力學(xué)性能和良好的加工性能。如介電薄膜器件、介電基板器件、介質(zhì)天線、相陣控雷達(dá)、覆銅箔層壓板（簡稱覆銅板）等。

在手機(jī)通訊技術(shù)領(lǐng)域，5G手機(jī)通訊時代即將到來，全球5G產(chǎn)業(yè)總體市場投資規(guī)模將急劇增大，其中中國5G產(chǎn)業(yè)總體投資規(guī)模也將超過萬億美元。據(jù)海外科技媒體報道，美國的高通公司已突破了5G技術(shù)壁壘并發(fā)布了第一款5G智能手機(jī)毫米波天線模塊（QTM052），這將使超快速的5G手機(jī)成為現(xiàn)實。5G手機(jī)通訊時代的到來，也將極大地促進(jìn)電子化學(xué)產(chǎn)品品、特種樹脂、復(fù)合玻璃纖維、復(fù)合陶瓷粉料、聚四氟乙烯等相關(guān)市場消費的快速增長。作為電子元器件行業(yè)中的“鋼筋水泥”，覆銅板市場將迎來新一輪研發(fā)熱潮，其基體樹脂材料典型代表是環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin）和聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，簡稱PTFE）。5G覆銅板則對基體原材料提出了更高要求，如低/高介電常數(shù)、低介電損耗、頻率穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、高耐熱、低吸水、耐候性好、可加工性能好、綠色環(huán)保等。因此，筆者通過對覆銅板的基體樹脂材料深入調(diào)研，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂基覆銅板已無法滿足5G通信、無人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、X波段雷達(dá)/衛(wèi)星等終端電子產(chǎn)品要求，也無法滿足高密度互聯(lián)（HDI）、高頻高速、大功率高耐熱的多層PCB板的應(yīng)用要求。目前能滿足要求的覆銅板主要是一些新型樹脂基材料制備而成的，主要包括熱塑性樹脂聚酰亞胺（PI）、聚醚砜（PES）、聚醚醚酮（PEEK）、聚苯醚（PPE）、液晶聚合物（LCP）等工程塑膠材料和高頻率材料PTFE等，其中PTFE具有最好的頻率穩(wěn)定性。

覆銅板主要是由基體樹脂材料、增強(qiáng)材料和銅箔三部分組成。其中，基體樹脂材料的主要作用是經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化，將增強(qiáng)材料粘接在一起，最后形成具有特定強(qiáng)度的基板。目前備受行業(yè)關(guān)注的基體樹脂材料體系主要有：

1.傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂基材料

環(huán)氧樹脂基覆銅板主要應(yīng)用于線路板基板材料中，占據(jù)較大的比例[1，2]。一方面是由于它具備優(yōu)異的機(jī)械加工強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、粘結(jié)性、耐磨性、耐高低溫、電氣絕緣性能，另一方面是因為它比其它高性能樹脂價格便宜、易于加工和改性等優(yōu)勢[2-4]。環(huán)氧樹脂屬于高分子材料，在經(jīng)過60多年發(fā)展，形成了一系列的種類，得到了不同性能和粘度的環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂歸納起來可分為雙酚型縮水甘油醚、脂肪族縮水甘油醚、多酚型縮水甘油醚、縮水甘油酯型環(huán)氧、縮水甘油胺型環(huán)氧、雜環(huán)型和混合型、環(huán)氧化烯烴化合物、阻燃型環(huán)氧、水性環(huán)氧和其他環(huán)氧，在電子通訊、航天航空、建筑、輕工等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[4] 。但是環(huán)裝樹脂也存在著致命的缺陷，固化后其交聯(lián)密度較髙且呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，存在較大的內(nèi)應(yīng)力、質(zhì)脆，耐沖擊性、耐熱性、耐濕熱性、耐疲勞性差，以及剝離強(qiáng)度、開裂應(yīng)變低和表面能較高，在較大程度上限制了其在高科技領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在5G用高頻高性能微波復(fù)合介質(zhì)材料覆銅板中的應(yīng)用[2] 。

2.熱塑性樹脂聚酰亞胺（PI）[1]

熱塑性樹脂聚酰亞胺（PI）是一種由均苯四甲酸二酐和芳香二胺聚合而成的高分子化合物，其含有多重芳香雜環(huán)結(jié)構(gòu)單元，具有極佳的耐熱性，其玻璃化溫度一般在260℃以上，能適用于溫度較高的電路應(yīng)用。同時PI也具備較佳的介電性能、較良好的尺寸穩(wěn)定性能，PI基覆銅板應(yīng)用于大型計算機(jī)中。然而，PI基覆銅板雖然在大型計算機(jī)和線路板基板中廣泛應(yīng)用，但是在制造和處理的過程中，也會因應(yīng)用于覆銅板時其熱膨脹系數(shù)與電子元器件膨脹系數(shù)的巨大差異，導(dǎo)致產(chǎn)品中存在較大的內(nèi)應(yīng)力，從而出現(xiàn)電路剝離或裂紋的現(xiàn)象，甚至嚴(yán)重斷裂，極大地影響PI基覆銅板的性能。

3.聚苯醚樹脂（PPE）

聚苯醚是由2，6-二甲基苯酚經(jīng)氧化偶聯(lián)或醚化反應(yīng)縮聚而成[1，5]。PPE具有較高的玻璃化溫度、較低介電常數(shù)與損耗因子、穩(wěn)定性良好的尺寸、較低的吸水率、耐酸耐堿等優(yōu)異性能，在高頻基板材料中具備較大的應(yīng)用潛力。聚苯醚屬于非結(jié)晶聚合物，在熔融處理過程中幾乎不結(jié)晶，因其對稱結(jié)構(gòu)造成的空間位阻較大，雖然具有優(yōu)良的力學(xué)性能，但是溶解性特差，使其在加工成型時較為困難，其熔點與玻璃化溫度很接近，很難達(dá)到覆銅板加工溫度[6] 。

4.聚四氟乙烯（PTFE）

聚四氟乙烯是一種超高分子量的高聚化合物，其分子結(jié)構(gòu)是由-CF2-重復(fù)單元緊密構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)長程有序排列，也可認(rèn)為是四個完全對稱的取向氟原子中心連接一個碳原子。PTFE的分子結(jié)構(gòu)中F-C鍵極性小、鍵能高，因而其具備極低的表面自由能和優(yōu)異的耐熱性。另外，PTFE無真正的Tg，在0-327℃的使用溫度下性能穩(wěn)定，且長期在250℃以上保持良好的低溫柔韌性和良好的耐低溫性能；由F原子對C-C主鏈的屏蔽保護(hù)，賦予其優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性（如耐酸堿、耐有機(jī)溶劑）；優(yōu)異的電氣性能、優(yōu)異的抗老化和耐輻射性能、吸水率極低和良好的耐雨蝕性；PTFE的體積電阻率和表面電阻率均較高，在較寬頻率及溫度下相關(guān)參數(shù)均保持不變，具備較好的頻率溫度穩(wěn)定性，同時其介電常數(shù)在1.8～2.2、極低的介電損耗（tanδ～10-4數(shù)量級）。PTFE由于具有綜合性能優(yōu)異的優(yōu)勢，在覆銅板的基材樹脂材料應(yīng)用中優(yōu)勢非常明顯。PTFE雖然具備獨特和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)與性能，但是同樣存在缺陷：機(jī)械性能差（硬度較低、模量較低和拉伸強(qiáng)度較低）；線性膨脹系數(shù)較大，甚至可達(dá)到鋼的13倍，導(dǎo)致其極易在與其他材料形成微波復(fù)合介質(zhì)材料時發(fā)生變形和開裂等現(xiàn)象；耐磨性和耐蠕變差，導(dǎo)熱性差和界面粘接性差等[1，6，7]。

因市場與國家戰(zhàn)略布局需求，5G與毫米波應(yīng)用覆銅板的創(chuàng)新發(fā)展和技術(shù)突破迫在眉睫。因此，對5G用高頻高性能覆銅板基體材料應(yīng)選擇聚四氟乙烯（PTFE）作為主打基體材料，并結(jié)合PTFE材料的缺點進(jìn)行改性，如采用共混改性、陶瓷類改性法、高性能纖維增強(qiáng)改性等。同時以聚四氟乙烯為依托，開展填料組分設(shè)計技術(shù)研究、可控制備技術(shù)研究（如晶體結(jié)構(gòu)可控制備，形貌可控制備，晶型、結(jié)晶度可控，無機(jī)填料粒度控制等）、復(fù)合材料配方設(shè)計、復(fù)合材料均勻制備以及有機(jī)/無機(jī)界面改性等，讓中國的5G用高頻高性能微波復(fù)合介質(zhì)覆銅板早日實現(xiàn)量產(chǎn)，實現(xiàn)5G手機(jī)通訊時代。

參考文獻(xiàn)：

[1] 田勇.覆銅板用聚苯醚/環(huán)氧樹脂體系研究[D].華南理工大學(xué)，2006.

[2] 莫晶朝.高頻覆銅板用聚苯醚改性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備和性能[D].浙江大學(xué)，2013.

[3] 薛忠民，曾鴻鳴.國內(nèi)外環(huán)氧樹脂生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，1999，2：43.

作者簡介：

傅小龍，材料物理與化學(xué)專業(yè)，碩士，工程師，教師，主要從事壓電陶瓷材料、微波介質(zhì)材料、功能涂層材料、半導(dǎo)體光電器件等研究工作，從事半導(dǎo)體、光伏發(fā)電、光電器件、新能源等領(lǐng)域的教學(xué)工作。

（作者單位：江西工程學(xué)院新能源與環(huán)境工程學(xué)院）