以聚丁二烯为树脂基体，玻纤布为增强材料，SiO2为填料，采用浸渍及真空热压技术制备SiO2填充碳氢树脂覆铜板，研究了SiO2颗粒形貌(球形、角形)及粒径(2~20μm)对覆铜板介电性能、弯曲强度、剥离强度和吸水率的影响。结果表明：在相同粒径下，与角形SiO2填充碳氢树脂覆铜板相比，球形SiO2填充碳氢树脂覆铜板的介电常数、介电损耗和吸水率较低，弯曲强度和剥离强度较高，综合性能更优异；随着SiO2粒径的增大，球形和角形SiO2填充碳氢树脂覆铜板的介电常数、介电损耗、弯曲强度和吸水率均降低，剥离强度升高。
1、试样制备与试验方法
试验原料包括聚丁二烯，1,4-双叔丁基过氧异丙基苯(BIBP)，甲苯，SiO2粉末，粉末颗粒形貌有2种，一种是球形，粒径分别为2，5，9，13，20μm，另外一种是角形，粒径分别为7，9，13，20μm；铜箔，厚度为35μm，玻纤布。
将聚丁二烯溶解于甲苯中，并于60℃水浴环境下搅拌1h，加入BIBP及SiO2粉末再持续搅拌3h，以确保SiO2充分分散；随后通过浸渍的方式得到玻纤布增强树脂半固化片，胶液中的聚丁二烯与SiO2质量比约为30∶70，在浸渍过程中调节计量辊，使浸渍片胶的质量分数为70%，然后在120℃烘干7min，得到半固化片；裁剪出6张平面尺寸为20cm×20cm的半固化片，整齐堆叠，上下两面覆以铜箔，经真空热压成型，得到覆铜板，在压制成型过程中先在0.8MPa压力下将温度以7℃·min-1速率从50℃升高至135℃，再将压力升高至4MPa并保温保压15min，然后以7℃·min-1速率由135℃升温至220℃并保温70min，最后以4.25℃·min-1速率降温至50℃。
使用旋转黏度测试仪测试胶液黏度，测定温度为25℃。用扫描电镜(SEM)观察覆铜板断面微观形貌。按照IPC-TM-650 2.4(测试方法手册 机械测试方法)，采用万能试验机进行弯曲强度及剥离强度测试，剥离面积为80mm×10mm，覆铜板正反面共测试6次取平均值，弯曲试样的尺寸为63.5mm×25.4mm×0.79mm，测3次取平均值。采用分离介质谐振腔测试方法测覆铜板的介电常数和介电损耗，取3次结果的平均值，测试频率为5GHz。按照IPC-TM-650 2.6测覆铜板的吸水率，测试面尺寸为50.8mm×50.8mm，试验温度为25℃，试验时间为24h，取3次结果的平均值。
2、试验结果与讨论
2.1 对胶液黏度的影响
由图1可知：相同粒径下球形SiO2填充胶液的黏度低于角形SiO2填充胶液黏度，分析认为由于在相同体积下球形颗粒具有较小的比表面积，比表面积越小，填料对树脂的吸收量越小，胶液的黏度越小；随着SiO2粒径的增大，胶液黏度呈下降趋势，这也归因于填料颗粒的粒径越大，比表面积越小，吸收树脂的量越少。
2.2 对覆铜板断面形貌的影响
由图2可知：随着粒径的减小，SiO2填料在覆铜板中的分布由分散逐渐变得密集，使得填料与树脂及玻纤布间的界面增多；相同粒径角形颗粒填料相较于球形颗粒填料的分布更加杂乱，这在一定程度上有利于SiO2颗粒间相互接触，但同时会导致填料之间的界面大量增多。
2.3 对覆铜板介电性能的影响
介电常数是指物质保持电荷的能力；保持电荷能力越强，极化程度越高，介电常数越大。由图3可见：在5GHz下，角形和球形SiO2填充覆铜板的介电常数均随着SiO2粒径的增大而减小，这是因为随着粒径增大，比表面积减小，单位体积内的界面面积减小，界面极化作用减弱，极化程度降低，在外电场作用下保持电荷能力减弱，所以介电常数减小；角形SiO2填充覆铜板的介电常数比球形SiO2填充覆铜板要高，这是因为角形颗粒形状不规则，在覆铜板中分布易杂乱，导致界面比例升高，产生更高程度的界面极化，所以介电常数增大。
由图4可见：在5GHz下，覆铜板的介电损耗随不同形貌SiO2粒径的增大而降低，角形SiO2填充覆铜板的介电损耗大于球形SiO2填充覆铜板。在5GHz的高频下，当介质中的极化跟不上外电场的变化时，便会产生极化损耗。随着SiO2粒径的增大，界面减少，界面极化程度降低，因此介电损耗降低。与球形SiO2填充覆铜板相比，相同粒径下角形SiO2填充覆铜板在单位体积内的界面较多，极化损耗较高，从而表现出较高的介电损耗。
2.4 对覆铜板弯曲强度的影响
由图5可见：不同形貌SiO2填充覆铜板的弯曲强度均随着SiO2粒径的减小而升高，这是由于随着颗粒粒径的减小，玻纤布与填料及树脂形成的三维网状结构更致密；与角形SiO2填充覆铜板相比，相同粒径下球形SiO2填充覆铜板的弯曲强度更高，这是由于球形颗粒的比表面积较小，聚丁二烯树脂对SiO2的包覆性较好，界面缺陷大幅度减少导致的。
2.5 对覆铜板剥离强度的影响
由图6可以看出，球形与角形SiO2填充覆铜板的剥离强度均随着SiO2粒径的增大而升高，且球形SiO2填充覆铜板的剥离强度较高。覆铜板的剥离强度主要与树脂的黏结作用有关；球形SiO2颗粒表面在树脂固化过程中与铜箔的接触类型为点接触，而角形SiO2颗粒与铜箔的接触类型为面接触，点接触下树脂基体接触铜箔面积较大，黏结性较强，因此剥离强度更高。球形SiO2填充覆铜板的剥离强度随粒径增大而升高的幅度很小，原因在于球形SiO2粒径的减小对铜箔与树脂基体接触面积产生的影响较小。
2.6 对覆铜板吸水率的影响
由图7可见：球形SiO2填充覆铜板的吸水率低于角形SiO2填充覆铜板，这是由于球形SiO2填料被树脂基体包覆较好，界面较少，水分子难以进入，而角形SiO2填料与树脂基体间界面较多，水分子容易进入所致；2种形貌SiO2填充覆铜板的吸水率均随着SiO2粒径的减小而表现出增加的趋势。胶层分散情况、玻纤布的浸渍情况、胶层与玻纤布的结合情况越优异，覆铜板的吸水率越低。随着SiO2粒径的减小，比表面积增大，单位体积内与树脂基体形成的界面面积增多，更容易产生界面缺陷，导致水分更容易进入覆铜板中，因此吸水率增大。
3、结 论
(1) 在相同粒径下，球形SiO2填充碳氢树脂胶液的黏度低于角形SiO2填充碳氢树脂胶液；与角形SiO2填充碳氢树脂覆铜板相比，球形SiO2填充碳氢树脂覆铜板的介电常数、介电损耗、吸水率较低，弯曲强度和剥离强度较高，综合性能更优异，更适合作为填充材料应用于高频覆铜板。
(2) 当SiO2粒径在2~20μm范围时，随着SiO2粒径的增大，球形和角形SiO2填充碳氢树脂覆铜板的介电常数、介电损耗、弯曲强度、吸水率均降低，剥离强度升高。
