CC BY
41Негорючий фольгированный стеклотекстолит
нового типа для печатных плат
В последнее время значительно возросли требования к пожарной безопасности промышленных и бытовых изделий, в том числе, естественно, и в радиоэлектронной промышленности. Это потребовало поиска и использования новых материалов и, в частности, негорючих фольгированных стеклотекстолитов, отвечающих требованиям безопасности. По нашей оценке, доля их в производстве печатных плат в ведущих странах мира уже сегодня составляет более 90 %.
Андрей Тарасов, Александр Шестаков
elifom@mail.ru
К.1К известно, негорючесть полимерных материалов достигаемся либо внедрением в поли мерную цепь атомов серы, азота, фосфора или галогеном, либо введением н композицию специальных добавок. Несмотря на широкий ассортимент антипиренов* используемых и полимерных изделиях. применительно к фольгнронлниым стекло-тексголитам выбор окалывается невелик. Гак, например, широко используемые неортаннческне антипирены — гидроксиды алюминии и магния, фосфаты и бораты непригодны и » м того, что они ухудшают диэлектрические свойства материалов. Органические .пггнинрены, такие как эфиры фосфорной кислоты (трикрезнлфосфат, трифеннл ^кхфат и лр.) снижают температуру стеклования и адгезию к медной фольге и. кроме того, могут вы мываться из полимерной матрицы и процессе пере работки ()к>лы ирован ною стеклотекстолита и печат ную плату, а фосфиш.1 и <{юсфа;кгны являются дорогим п дефинитным сырьем. В связи с этим практически единственным антипиреном, нашедшим широкое применение и данной облает, является тетрлбромднфеиилолирон ш 1 'страбромлиан). который вводится и полимерную цепь посредством конденсации с эпоксидными смолами. Однако .*101 антипирен имеет существенный недостаток на лнчие атомов брома. Как нэвес! но.и процессе наго товлення печатных плат исходный фояьгнронанный стеклотекстолит проходит несколько стадий иерерз боткн, пклк1чая сверление, обработку плавиковой и серной кислотами и воздействие раенланленного припоя с температурой 260-280 "( . При этом нрп-исходит мастичная механическая и термическая деструкция полимерной матрицы с выделением гок-сичных бромсодержашнх соединений. Кроме топ», и случае даже небольшого пожара также будут вы делиться г.гюобразиые вешестпа, содержащие ради калы брома, которые могу привести к отравлению людей Несмотря на ю. чти по данным [ I] нигде п мире нет правил. ограшршнаюншх, а тем более за прешаюшнх применение бромнрованных апгппи реион, уномииутая токсичность стимулирует поиск альтернативных вариантов. Па наш взгляд» весьма пе|>спсктш1Н1.1м заменителемтетрабромдиана является красный фосфор.
К настоящему времени выдано несколько патентов на изготовление негорючих полимерных маге-риалов, в том числе фольпфованных стеклотексто-лигов, с применением красною фос<|юра |2-5|, и материал этого ним включен в стандарт Института печатных плат 1РС |й].
Среди основных преимуществ красною фосфорт перед тетрабромшаном можно выделип. некжеич иость (это касае ся и продуктов ею горения) и бо лее высокую эффективность. Кроме тою, он лете брома, что позволяет снизить вес печатных идл
11нжс приведены результаты. полученные нами про разработке фолыпрованного стсклотекстолита пни IН 4 с применением красного фосфора. За оснону б* до взято свизуюшес на основе тралиниошюи эпокси» ной смолы марки »Д-Н с лицнанлпамнлом и 2-мея лимнлазолом в качестве отверди Iелей. Фос(|юр ии> лили в связующее в количестве 3, 10 и 15 масс. N1 пересчете на сухую смолу (в дальнейшем соогиета нуюшпе композиции обозначаются К5. К10 и К151.
11оскольку красный фосфор нерастворим в оргалите скнх растворителях, он присутствует в связующа»ч виде отдельной фалы (суспензии.). Для предотвращу; ния преждевременного оседания его частицы прелм-рительно обрабатывались попсрхносгно-иктниныя веществом, а затем диспергировались в связующем» бисерной мельнице- В результате седнментацнонии стабильность связующего составила 6 часов.
На основе полученных композиций были пии-ювлены образцы фольгированных стеклотекстол тон толщиной 13 мм и определены их основныеXI рактсрнстнки. При сравнении в качестве эталона кя , использовали громышленный фольгироваюшя I стеклотекстолит марки СОМФ.
I !з табл. I видно, что класс негорючести \'-0 лостп ] тается уже при 10 процентом содержании фосфор! хотя но некоторым количественным характерна^ кем (максимальное время горения и т. л.) такой ыатг риал все же уступает стеклотекстолиту СОНФ. ^ образец с содержанием фосфора 15 % иревосхиж промышленный аналог по всем показателям. Температура стеклования всех исследованных образшй оказалась заметно выше, чем у стеклотексго.нш СО! 1Ф (табл. 2). Однако это объясняется не прнсут I стянем красною фосфора, а составом отвердшек поскольку система эпоксидная смола-дпцнаилнл.чЦ обрадует более плотную полимерную сетку, чемо| темя эпоксидная смола-днампнодпфеннлмспк Красный фосфор, напротив, действует п качеств пластификатора, о чем свидетельствует температуры стеклования образцов по мере чения содержания антипирена (для сравнении, тек1 пера 1 ура стеклования аналогичного образца бе)ф» сфора составляет 155 °С). Аналогичная карпшлв*-блюдаегся н при анализе адгезионных стюйсп исследованных материалов. Все изготовленные он разны имеют значительно более высокую прочного
СНІІАСІІИГ I
ере ума»
Тоблмца 1
Наименование покомпала СОНФ К5 КЮ юз
Моаомаалкмм apeua (орфим посла приложен*» a(raiior*»i«oio плома»». с 12 19 15 10
45 70 46 38
брем, треина оброцо посла аторого удаляй* ислиюгелк-ио пламеии, с , 1 J 22 45 20 18
Кдоа горюча» по U194 1Ж1 - V-0 У*
Таблица 2
Наименование гкмаэат*т СОНФ К5 КЮ K1S
Прочное?* »0 0?СЛа«К!ии* фо.’ИИ ТОЛЩИНОЙ 35 ШШ. Н/Змм
— a -< «сдиси. соооаиим 5.5 53 6.5 | 63 6.2 5.8 60 54
- после тер-ообробоп- 180‘С а течами* 1 ч »:«1 *•' !
Та-лерогура аеилоао»»* С 120 1 145 140 130
Прсгчносп при .огиба а продопк-о»* копро»л«-им, Н/ш 1М 347 350 345
Тоблмца 3. Зааисичоси тоигвнео угла ди»пе«»ричеы.их потер* и удельного объелшого сопра-иапенка оброцо» омремлми аыдеркки а водв при те»лперотуре 40i2*C
Врема выдержи, шт К5 КЮ К15
Гдб IVO—o*' р„Ом>см| *»s |\,0*»«£м'
0 0.025 3.3-10* 0.021 2.6-10* 0.023 2J.I0'
15 0,03 2.8-10* 0,023 2,0-10* 0,025 2.0*10"
L 50 . 0.032 u-to* 0.025 1,1.10 • 0.028 1,6*10'
45 0,035 7.0-10 0.03 8.5-10' 0,032 6.8.10’
60 0.035 2,4.10- 0.03 3.4.10- 0.035 4.2* 10"
после аосстоноалаима 0.028 2.9.• 10" 0,022 2.2-10" 0,023 2.4-10*
нии с медной фолыоИ но срапнению с пым стеклотекстолитом. и 'тот показа 1НЖ.1СТСЯ но мерс увеличения содержа-типирена. Тем не менее, лаже у самого •|<1 образца < К15) адгелнониые свой-азались по крайней мере не ниже, чем
1.НПЛСНИОГО аналога.
•иными характеристиками материалом атных плат являются их илсктронюля к- показатели, причем важно не столько олкко высоки исходные значения этих слей, как ю. и какой степени они сохра и процессе и нотонления ил стеклотек тотопых печатных плат. Для опрелеле абнлыюсти ллектроизолационпмх изготовленных образцом была иссле-шшеимоегь удельного объемного со-сник и тангенса угла диэлектрических <т промен и выдержки образной в воде 1ературе 40+2 “С Образцы, пол пион н) ГОСГ 2624О.0-89, погружали в во-тук» моду, через ыданнос время иэ-с их поверхности фильтровальной бу-длили иоду, после чего и производили и. Результаты испытаний приведены Из них видно, что, независимо от со-* янгнпнрена, характер изменения шляпиоиных свойств образцов оди унеличеннем продолжительностн их нитрования в воде тангенс угла диз схих потерь и электрическое соиро-лосгепепно снижаются, причем по «жалатель в большей степени. Тем не «минимальные значения обоих по пера1 час выдержки остаются на ло-■ысоком уровне, а посте восстанов-хщов их свойства также практически
ШВаЮТСЯ.
тралом. проведенные нами иссле* окатали, что применение красного I качестве антипирена в связующем ш смола-днниандиамнд ласт воз наготавливать негорючий фольги-стеклотекстолит с высокими фнзи*
ко механическими и электроизоляционными свойствами В настоящее время проводится опытная работа по разработке технологии изготовлении данного материала в условиях се рийного производства. ■■
Литература
1. G.Ye.Zaikov and S.M.Lopatin. Ecological as peels of polymer flume retardation. Int. I I'olym. Mater.. I998. Vol. 41, Nos.I -2. •
2. Pat. 5438084 (ЛИЛ. I lame retardant polyimide containing resin composition and a flame retardant. Опубл. 01.08.95. МГ1К6 l.OHl 77/00.
Pat. 58695553 CIIIЛ, Epoxy resin composition comprising red phosphorus, Опубл. 09.02.99. МГ1К6 C08I, 63/00.
4. PCI Int. Appl. 9628511. Halogen free flame retardant epoxy composition, prepregs and printed circuit boards therefrom, Опубл. 19.09.96. МПК6С081.63/00.
5. S.l Iorold. Phosphorus flame retardants in thcr moset resins. Polymer Degrad, and StahiL Vol.64. No.3,1999.
6.1 PC 1101 A. Specification for Base Materials for Rigid and Multilayer Printed Boards. March 2001.
