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覆铜板用玻纤布的新品种和新技术

日期: 2020-10-17 17:58         本文来源:ag旗舰厅在线下载

  (一)低介电玻瑞成分信息技术的迅速发展,诸如数字模拟、高速数字信息处理、高速宽频通讯等的应用,需要低介电常数和低介质损耗角正切的线路板基材。但传统的低介电玻璃(D 玻璃)由于生产性、加工性和耐久性方面的限制,难以在

  据日本的日东纺1999 年发表的论文介绍该公司成功开发了低介电常数和低介质损耗角正切的新E 玻璃成分(称NE 玻璃),并且已投入商业性生产。E 玻璃、D 玻璃和NE 玻璃的玻璃成分对比如表5-3-14。从表中可见NE 玻璃的Si02 、MgO 、Na20 和K2 0 含量与E 玻璃相同,降低了CaO 的含量,提高了B203 和Ti02 的含量。使NE 玻璃保持了E 玻璃的生产性、耐用性,又改善了介电性能。E 玻璃、D 玻璃和NE 玻璃的电性能见表5-3-15 。由此表可见,在所有的频率范围内NE 玻璃的介电常数都是E玻璃的2/3 ,介质损耗角正切也远低于E 玻璃。E玻璃、D玻璃利NE 玻璃的纤维性能见表5-3-16。由该表可见, NE 玻璃的拉伸强度和杨氏模量低于E玻璃,而高于D玻璃, NE 玻璃的耐用性与E玻璃相近,而比D玻璃高得多。E 玻璃、D 玻璃和NE 玻璃的玻纤布层压板耐热性、吸水性和钻孔性对比见表5-3-17。由该表可见, NE 玻璃层压板和E 玻璃层压板具有相同的性能,高于D 玻璃。E玻璃、D 玻璃和NE 玻璃的层压板电性能如表5-3-18 所示。由该表可见, NE 玻璃层压板在1 MHz频率下的介电常数和介质损耗角正切比E 玻璃低得多,与D 玻璃相近。

  综上所述NE 玻璃是一种低介电常数和低介质损耗角正切的新玻璃成分。而且可以在玻纤布工厂中利用原有生产系统稍加改进便可生产,用于制造覆铜板和线路板的加工方法也与传统方法相同,有利于增进和扩展其在高速、高频和高密度信息处理和传输用覆铜板方面的应用。

  除日东纺外,日本板玻璃公司以及其他公司也研究开发了一些新的低介电玻璃成分。我国的新低介电玻璃成分也正在研究开发中。

  现代信息社会中,多种移动通讯器材和系统逐步普及,利用通讯卫星的电视播送系统和卫星定位系统也走向实用化。对于便携式器件而言线路板的小型化是必要前提。这种线路板需要采用介电常数高的覆铜板作基板。制作这种覆铜板除了采用高Er值树脂外,还需用高Er值的玻纤布,高介电常数的玻璃纤维有利于高频设备的线路板实现小型化。以往通常采用光学高铅玻璃拉制高Er值玻璃纤维。高铅玻璃拉丝时易断头、生产效率低,纤维的力学性能、耐热性、耐化学性、耐水性差,对织造、表面处理和层压板性能均有不良影响。

  日东纺研究开发出两种新的高铅玻璃,其玻璃成分与普通光学高铅玻璃(SF03) 的成分和性能见表5-3-19。由该表可见,新配方玻璃不仅介电常数远高于E 玻璃,而且因加入了Al2 03 而具有比普通光学高铅玻璃更高的抗拉强度、耐水性和耐热性。

  此外,日本松下电工和京都大学工学部,日本电气玻璃公司合作开发了称作H 玻璃的高介电常数纤维,它以非铅类的铁硅酸盐玻璃作原料,介电常数为11.6 。这种玻璃不仅介电常数大幅提高,而且具有无铅、对人体无害,废弃时不会造成公害,介质损耗角正切低( tan = 0 .003 )和耐化学性能好等优点。

  在双面和多层线路板的光刻工艺中,如果采用双面同时进行紫外线曝光的方法,生产效率显然高于单面曝光、重复两次,但线路板的薄型化发展使两面同时曝光紫外线会一直照射到反面的阻焊膜上,造成不该曝光部分曝光。其原因是构成基板的玻纤布和环氧树脂透紫外光。要解决玻纤布透紫外光的问题的3种方法。

  日本电气玻璃公司和日东纺都研究开发了不透紫外光的玻璃成分。其代表性的手段是在E玻璃成分中加入Fe203 和Ti02 , Fe203 的添加量在1. 9% - 6.0% , Ti02 的添加量在0.2% -6.0% 。添加Fe203和Ti02 的玻璃对于360 nm 波长的紫外光几乎完全屏蔽,420 nm波长的紫外光透过率也相当低,用这种玻纤布制成的厚度在1 mm 以下的线路板具有足够的紫外光屏蔽性。

  2. 表面处理添加剂在玻纤布上被覆紫外光屏蔽性物质是国外研究得较多,而且已经实际应用的一类方法。所用的表面处理剂有氧化铁微粉、荧光增白剂、紫外线聚合引发剂等,为与通常用的表面处理剂相区别,称之为表面处理用添加剂。

  (1)氧化铁微粉氧化铁微粉的平均粒径为0.01-0.05m,玻纤布的附着量为0.01 %-3.00% 。被覆方法可以单独配制成胶态溶液浸渍玻纤布、烘干,然后再作硅烷处理。也可以直接将氧化铁分散在偶联剂水溶液中,一步制成处理玻纤布。据称,用数层这种玻纤布制造的层压板能够屏蔽99% 以上的紫外线。

  该方法的缺点是氧化铁微粉的分散状态难以稳定,在布上的附着不易均匀,为保证处理效果而加大附着量时会使基板变成白色。

  (2) 荧光增白剂荧光增白剂是纤维材料常用的增白处理剂,其原理是吸收340400m紫外能量,变换为400-500m 的紫蓝色光发出,从而起增白效果。常用的荧光增白剂,例如双(三嗪基氨基)芪二磺酸类、香豆素类、吡唑啉类、萘二甲酰亚胺类、双苯并、唑类、双苯乙烯基联苯类等等,水溶液、水乳刑都可使用。施用方法一般将经过热清洗的玻纤布浸渍荧光增白剂溶液、烘干,然后再作硅炕处理。荧光增白剂的附着量一般在0.5% 以下,超过1% 并无特别效果。用数层这种玻纤布制成的覆铜板能够屏蔽99% 以上的紫外光。这种玻纤布几乎不着色,基板呈半透明状,可以任意染色。

  (3)紫外线聚合引发剂采用紫外线聚合引发剂是日东纺的新技术。所用引发剂是双二低烧基氨基苯酷苯,它在365m 附近对紫外光具有吸收性。低烧基的碳原子数量1-4 个,以2 个为最佳,该引发剂单独使用就能提供足够的紫外屏蔽性,如与荧光增白剂并用则效果更佳,并可降低成本。使用时要用有机溶剂将紫外线聚合引发剂配制成溶液。可在硅烧处理前、后施加,或直接加入偶联剂溶剂中,但以硅;皖处理后施加为好。也可以加入制造预浸料用的树脂中。附着量通常在0.5% 以下。

  含双二乙基氨基苯酰苯的玻纤布层压板[表5-3-20 (例和含荧光增白剂EBF 的玻纤布层压板[表5-3-20 (例的365m 紫外光透过率如表5-3-20 所示。从该表可见例1的紫外屏蔽性明显优于例2 。上述试验层压板均用3 层玻纤布制成。另经试验例1 的玻纤布1 层所制层压板就能达到屏蔽99% 以上紫外光的要求,因此,采用这种玻纤布还有利于线路板的精密化、超薄化,特别适用于薄型超大规模集成电路用的印制电路板。

  用于玻璃纤维拉丝浸润剂的紫外屏蔽物质可以是上述的氧化铁微粉、荧光增白剂、紫外线聚合引发剂等,这些物质可单独使用,也可两种以上并用。浸润剂应采用无需脱浆的以树脂作成膜剂的浸润剂。这类浸润剂的纺织工艺性能与常规的淀粉-油类浸润剂相近,还含有硅烷偶联剂,与基体树脂亲和性好,不需脱浆,因而所具有的特定性能得以保持。采用含荧光增白剂的浸润剂[5-3-21 (例1) ] 和含氧化铁微粉的浸润剂[5-3-21 (例两种7628玻纤布以及对照用普通浸润剂[5-3-21 (例3)] 的玻纤布3 层所制层压板的紫外光透过率对比如表5-3-21 所示。

  此方法的优点是工艺简单,紫外光屏蔽物质分布均匀,附着牢固。这种纤维还可用于制毡和造纸。缺点是浸润剂中的其他成分未经清除,可能影响到覆铜板的其他性能。

  近代美日等工业大国的多层印制电路板产量超过了单面板和双面板,而且表现出持续增长趋势,对薄型玻纤布的需求也不断增加。

  超薄玻纤布意指厚度在50m 左右,以及更薄的玻纤布。除了布的厚度更薄之外还要求厚度和单位面积质量波动范围小,布的尺寸稳定性高。IPe 标准常用规格中有6060 、1080 、106 、104 、101五个品种。超薄布经纬纱除6060 外都是单丝直径5m 的单纱。最薄的101 布厚度仅24m ,单位面积质量为16.3g/m2 。

  原先线m 以上的玻纤布制造,厚度50m 左右的超薄布主要用于调节板的厚度,很少单独使用。近年来已经单独用超薄布制造集成电路芯片和移动电话用的超薄型印制电路基板,而且因使用需要叉开发了几种更薄的玻纤布。用超薄布进行多层层压加工时,其尺寸变化率要比用厚度100m 以上的布制造多层板大好几倍,使得内外层电路位置的吻合、元件的自动组装发生困难。为解决这一难题国外玻纤布制造商进行了多方面研究,改进布的结构、采取特殊的物理或化学处理方法,在改善布的表面平滑性,提高层压板的尺寸稳定性和耐热性方面取得明显效果。

  开纤布和起毛布是日东纺特种工艺(Special Proces喝时,简称SP 工艺)的两类产品,统称为SP布。SP 工艺是物理加工技术与相应的表面化学处理技术相结合的产物。SP 工艺的物理加工方法是用高压射水对玻纤布进行再加工,使经纬纱中的纤维在布面开松、均匀散开成为扁平状。根据加工程度的深浅SP 布可分为两类:一类只开纤称开纤布[见图5-3-6 中(a) 图] ;另一类除开纤外,经纬纱的部分单丝断裂,在布面形成一层均匀密布的细密茸毛,称起毛布[见图5-3-6 中(b) 图。图5-3-6 中(c) 图为未经SP 工艺处理的玻纤布。从该图可见未经SP 处理的玻纤布经纬纱绞织点凸起,四周孔隙明显,经SP处理的开纤布经纬纱绞织点凸起减缓,纤维分散开来填充了交织点周围的孔隙。SP 工艺的效果是明显地提高了玻纤布的表面平滑性、树脂浸渍性、层间剥离性和钻孔加工性,同时又保留了玻纤布的力学性能和尺寸稳定性。经试验证明印制电路板要求的各种性能, SP 布大大超过普遍玻纤布和膨体纱布。SP 工艺加工程度对布性能的影响见表5-3-22 。

  采用SP 布可使双面板的性能和可靠性高于多层板,用经SP 加工的较厚玻纤布可取代原来的薄型玻纤布,还可在不降低覆铜板质量的前提下降低成本。

  在玻纤布的热清洗工序中采用高于常规的温度或更长的处理时间进行过烧处理,这种布称作过烧布或脆化布。过烧布的特点是适当降低布的抗拉强度,使布变脆,从而提高布的钻孔加工性,改善孔壁质量。

  过烧布一般控制在强度比普通布低20% -80% 。将两种过烧布和对照的普通布用常规工艺制成双面覆铜板,用仰mm 的钻头以60000 rlmin 的转速, 25 mm 的孔距对三种双面覆铜板作钻孔加工性试验,试验结果如表5-3-23 所示。该表中例1 和例2 为过烧布,例3 为普通布。从该表数据可见,脆化布的抗拉强度低于普通布,而孔壁质量远高于普通布。

  若将过烧技术和开纤技术结合起来,则可制造出钻孔加工性、表面平滑性均优的玻纤布。这种布制作的层压板,用细钻头进行钻孔加工时的钻头磨损性、孔壁粗糙度、小孔弯曲度等性能良好,而且可以增加钻孔时的重叠片数,有利于提高生产效率,降低成本。覆铜板的表面平滑性好,能够实现电路微型化和高密度化。开纤脆化布和对照普通布的性能如表5-3-24 所示。表中四种布采用相同的工艺加工成同样规格的覆铜板,用以对比不同的玻纤布的性能,其中例1 、例2 为开纤脆化布,例3 为不开纤不脆化的普通布,例4 为只开纤不脆化的玻纤布。从该表可见,采用开纤脆化布的覆铜板的钻孔加工性和表面平滑性均大大高于普通布覆铜板,其钻孔加工性也高于只开纤不脆化玻纤布的覆铜板。

  为了提高覆铜板的Tg 值通常采用高Tg 的树脂,近几年来玻纤布在提高T g 方面也研究开发了相应的新表面处理剂和加工方法。日本旭休贝尔公司为解决玻纤布覆铜板T g 低和层间粘结差的问题,从改进表面化学处理剂和物理加工两方面研究开发取得成效。该公司有关论文推荐对不同类型的基体树脂可采用表5-3-25 所列的表面化学处理剂。

  该表中, AS-888 处理剂由完全预先加水分解的硅烷偶联剂和专用的促进剂组成,可使硅烷偶联剂改善玻璃表面与基体树脂的反应能力。

  AS-90S 处理剂由硅烷偶联剂和专用的催化剂组成,可使硅炕偶联剂改善环氧树脂与酸酯的反应能力。

  表5-3-26 比较了两种不同处理剂的处理效果。从表5-3-26 可见, AS-888 处理的玻纤布覆铜板各项性能均优于AS-440 处理。

  此外,据该公司介绍其开纤工艺(AW 工艺)对高Tg 覆铜板的性能亦有很多作用,可以提高树脂的润湿速度,减少半固化片中的气泡,改善布与树脂的粘着性.

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