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5G通信高频PCB的理想基材—PPO

电子产品的微型化、多功能化及系统级封装技术的发展对PCB基材性能及产品功能的需求更加多元化和个性化。PPO与其他树脂体系相比,同时具有低介电性能和高耐热性以及尺寸稳定性,是高频PCB的理想基材。


一、聚苯醚简介


聚苯醚(Polyphenylene Oxide或Polypheylene ether,简称PPO或PPE),化学名称为聚2,6-二甲基-1,4-苯醚,结构式如下所示:

聚苯醚分子链中含有大量芳香环结构,使分子链段内旋转的位垒增加,分子链刚性强,阻燃性良好,具有自熄性,耐热性高;分子结构对称性好,无极性集团,因此吸水率非常低,表现出优异的耐湿性能,介电常数及介质损耗角正切是工程塑料中最小的,介电常数随着温度、频率的变化很小,是一种良好的高频材料。

PCB的焊锡温度在260℃以上,在加工过程中需要用有机溶剂如三氯乙烯、四氯化碳等卤代烃清洗,而聚苯醚树脂容易被卤代烃或芳香烃等溶剂腐蚀,造成产品整体质量下降,同时聚苯醚在熔融状态下的熔体粘度较高,熔融流动性差,加工成型较为困难,且由于紫外线导致芳香醚的链结合分裂使得聚苯醚的耐光性差,因此聚苯醚需要改性来提高使用性能。


二、聚苯醚改性


PPO存在耐芳香烃和卤代烃等溶剂性差,耐锡焊性差、成膜性差等缺陷,因此需要对PPO进行改性使其能形成交联固化的热固性树脂,与苯乙烯共混可改善其加工性。


热塑性聚苯醚树脂热固性改性的途径主要有两种:

  1. 通过化学接枝改性,在聚苯醚分子结构中引入可交联的活性基团,如环氧基、不饱烯烃等,使之成为热固性聚合物;

  2. 通过共混改性或互穿网络技术引入其他高性能热固性树脂,形成相容共混的热固性树脂体系,如环氧树脂(EP)、氰酸树脂(CE)、双马来酰亚胺树脂(BMI)等等。


通过将烯丙基、环氧基、羧基、羟基等活性基团引入到聚苯醚的侧链上可以使聚苯醚具有活性交联基团,实现自身固化或者与其他树脂交联得到热固性树脂,从而提高固化后板材的各项性能。

图   接枝烯丙基型热固性PPO反应过程及其固化反应


日本旭化成通过在PPO分子主链上引入可交联反应的烯丙基基团,首次实现了PPO自身的热固化;美国GE公司首先利用互穿网络聚合技术(IPN)成功研制出聚苯醚/环氧树脂互穿聚合物网络覆铜板产品GETEX。


高频热固性PPO/玻纤厂家、牌号及主要性能指标

生产厂家

产品牌号

介电常数

介电损耗角正切

GE

RG200

3.9-4.3

0.01-0.015

GETEX

3.8-4.2

0.01

Isola

GIGAVER 410

3.4-3.6

0.0018

GIGAVER 210

3.7-3.9

0.003

旭化成

S2100

3.4-3.6

0.002

S3100

3.5-3.6

0.0025

S4100

3.4-3.6

0.002

polyclad

PCI-LD-621

3.4

0.006

Nelco

N6000

3.4

0.009

东芝化学

TCL-W-596ME

3.6

0.0022

三菱瓦斯

XXL-HL870

3.5

0.0025

利昌工业

CS3376A

3.5

0.003

CS3376B

3.6

0.002

CS3376C

3.5

0.002

松下电工

R4726

3.5

0.002


热固性PPO能够满足在负载、潮湿、高温条件下依然具有优良的电气性能,是高频PCB的理想基材。


三、5G通信,聚苯醚最新研究进展


5G通信,传统的PPO基电介质材料已经无法满足PCB对基板材料特性化的需求,因此需开发与PCB基板材料性能及加工工艺兼容的新型功能性电介质材料,如有研究采用高介电常数填料如钛酸锶制备高介电常数低介电损耗PCB基材等。目前,根据客户不同要求,PCB基材实现介电常数可定制化。


  • 沃特HD10系列PPO/PPE介电常数2.5-10(10GHz),介电损耗角正切为0.001-0.002;

  • 聚赛龙推出高介电常数低介电损耗的PPO复合材料用于5G基站;

  • 银禧采用氨基改性聚苯醚制备低介电常数和介电损耗的聚苯醚覆铜板基材;

  • Sabic推出LNP THERMOCOMP ZX06323 高介电PPO基材。


材料产业也迎来了5G新时代,在应用端手机、基站、物联网、汽车等硬件载体都将对5G新材料有更多的需求和更高的要求。欢迎长按下方二维码加入艾邦5G材料交流群进行交流,共谋发展进步!


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