專利名稱:采用發泡工藝和丙烯酸纖維制造的用于生產印刷電路板的基礎絲網的制作方法
背景技術:
及概述印刷電路板(也被稱為印刷線路板或PWB),主要采用常規玻璃纖維與不導電填料制成。然而由于發現芳族聚酸胺纖維比玻璃纖維性能更優越,人們對用芳族聚酸胺纖維或者它與玻璃纖維的混合物來制造印刷電路板的興趣日益濃厚。如杜邦化學公司就使用自己的芳族聚酸胺纖維品牌(“THERMOUNT”)制造印刷電路板。
杜邦公司采用通常的液體安置工藝(liquid laid process)制造芳族聚酸胺PCB,該工藝適用于非編織絲網生產,使用網孔元件(foraminous element),如金屬絲。為更有效地應用液體安置工藝,使用芳族聚酸胺纖維生產非編織絲網,杜邦公司采用不同長度和直徑的芳族聚酸胺纖維混合物,其中一些可以是纖絲的,試圖生產出通用的,能大批量生產的印刷電路板。然而采用常規對芳族聚酸胺纖維(即“純的”)生產的芳族聚酸胺非編織片或絲網,還存在許多與水安置工藝water laid process)相關的難題。
常規的芳族聚酸胺印刷電路板和構成這種印刷電路板的非編織絲網形成的層,有許多值得注意的問題。這些問題包括不能按客戶希望自由均勻地分散芳族聚酸胺纖維,而一般芳族聚酸胺纖維片是定向的。這種定向性在成品的機械方向和與機械方向相交的方向產生不同的熱膨脹系數,還產生與浸透片相關的磨損特性。此外這樣的板很難操作,不但要求用戶具有相當豐富的操作經驗,而且這種板很容易受潮,以至于一些客戶使用前得在爐中烘烤各卷,驅除濕氣。在制造過程中,還要特別注意避免產生串皺紋(chain wrinkle)、側平(lay flat)和其它在成型、壓延和卷緊時可能產生的不需要的性能。另外還有導電粒子污染問題,它會降低所生產絲網的電性能。
根據本發明的印刷電路板層,該印刷電路板的生產方法,與常規的基于芳族聚酸胺和玻璃的印刷電路板相比,在本質上是有利的。按照本發明,它優選地采用發泡工藝,如美國專利5,904,809所述(其公開內容在此引入作為參考)。根據發明,用于PWB結構的原纖維是丙烯酸纖維,具體而言一種高密度纖維例如聚丙烯腈。根據本發明,已經發現丙烯酸纖維在PWB生產中具有極高地優越性。
按照本發明的另一方面,這種非編織片或絲網可以使用發泡工藝制造。發泡工藝處理纖維如丙烯酸纖維時效率很高,能形成更加均勻的絲網,并且允許纖維比水安置工藝生產絲網時混合程度更高。在生產含丙烯酸纖維的印刷電路板層中,纖維的混合也許特別重要。常規的不導電纖維(如塑料或玻璃顆粒)能夠被混合到泡沫里并且均勻地分布于最終所生產的絲網里。此外應用發泡工藝生產的片或絲網所含纖維密度,可以比利用液體安置工藝更加緊密地被調節,其他的纖維如丙烯酸纖維和玻璃纖維也許很容易被混合,而且整個發泡工藝成本低而且能量效率高。
利用本發明可以生產印刷電路板和用于印刷電路板的層,它們含有至少50%的丙烯酸纖維,最好是大約60-80%的長度約3-12毫米,直徑約為6-15微米的純高密度丙烯酸纖維,和大約40-20%的纖絲狀的丙烯酸纖維(如漿狀纖維)。按照本發明可以生產基本上100%的丙烯酸纖維板和層,但一般至少還存在一些其它的非導電纖維,像玻璃纖維,或芳族聚酸胺纖維,或非導電填料,以及0-40%的無機或有機非導電膠合劑。
按照本發明生產的片或絲網一般最好要被致密化或壓縮(如通過使用常規的熱壓延輥)使其密度范圍約0.1-1g/cm3,基本重量范圍約20-120g/m2。該片或絲網可以是無膠合劑的,或可以包含重量約1%-40%(最好小于20%)的基本上不導電的無機或有機膠合劑。
按照本發明另一方面所生產的印刷電路板包含下列組件多個基本上不導電的襯底層,和設置在層上或在至少一層襯底層之間的導電線路元件;在預浸處理以前,至少有一個層含有一個非編織層,該層包含至少50%重量的丙烯酸纖維[最好至少往一些層中注入預浸材料]。大多數的印刷電路板采用三到六個層制成,盡管也有相當數量的印刷電路板用七到八個層制成,此外還有許多的印刷電路板由九個或更多的層制成。使用的預浸材料完全是常規材料,通常是環氧樹脂,并且,導電線路元件也完全是常規的(依照原來的定位),其通常包括帶狀銅線,電線,或沉積物,或其它具有類似物理結構的的導電材料如銀。一般至少一個含丙烯酸纖維的層是由發泡工藝生產(盡管也可以用液體安置工藝生產),并且在預浸處理以前可以至少含有重量約9 0%的丙烯酸纖維。在預浸處理以前,各個襯底層密度可以是0.1-1g/cm3,并且印刷電路板通常含有多個的電子組件(例如計算機芯片,二極管,電阻等),采用完全常規技術將這些組件連接到印刷電路板襯底上和連接到導電線路元件上。
根據本發明的另一方面,生產印刷電路板所述的方法包括下列步驟(a)生產一個非編織片或絲網,其中含有重量至少達50%(基本上高達1 0 0%)的丙烯酸纖維,其余至少基本上是不導電纖維、填料和膠合劑中的一個。(b)對(a)的片或絲網進行致密化(例如熱壓延)。(c)利用(a)的片或絲網形成印刷電路板層。(d)把其它的基本上不導電層和(c)的層結合起來。(e)在(c)的層上或至少一層的層之間設置導電線路元件。也可以是在(c)和(d)之間進行,(f)通過向(c)層里注入樹脂或其它類似的物,在(c)層形成一個預浸層。(g)固化(d)-(f)產生的預浸層,從而生產出印刷電路板。
步驟(b)是常規的,典型方法是在200℃以上溫度和至少500psi的壓力下使用壓延輥完成。常規的步驟還包括將片或絲網分層以生產印刷電路板(c),形成預浸層(f),把其它的不導電層與(c)的層結合(d),(e)形成導電線路元件,以及固化(g)。此外最好還有另外的常規步驟對(g)的線路板施加機械作用(h);(i)將電子組件與(h)的印刷電路板和線路元件進行電和物理連接。
實施本發明時,發泡工藝優先進行步驟(a)。并且(a)和(b)都是通常用來制造密度約0.1-1g/cm3的片或絲網,并且一般進行(a)時使用約40-20%的纖絲的丙烯酸纖維(比如約30%),和約60-80%純高彈性的丙烯酸纖維。基本上,不使用膠合劑,或者使用重量約1-40%的無機或有機非導電膠合劑。
同現有技術相比,按照本發明方法的襯底和根據本發明所述的方法所生產的襯底都是有優勢的。這些優勢是.比芳族聚酸胺紙或編織玻璃好得多的樹脂浸漬性。
.改善了樹脂注入期間的纖維強度并且減少了纖維絨毛的產生。
.在襯底形式,和預浸注入或形成層狀時更容易切割。
.易于進行激光切割和鉆孔,因為玻璃比本發明的非編織物吸收較多的激光能量。
.吸潮能力與芳族聚酸胺紙相比較低。
.改善了尺寸穩定性。
.改善了MD/CD的比和穩定性。
.與玻璃纖維相比重量輕;以及.對預浸處理樹脂具有良好的附著力,通常用于分層生產。
本發明的主要目的是生產包含層的丙烯酸纖維,以及用這樣的一個或更多的層形成印刷電路板。與通用的玻璃和含層或線路板的芳族聚酸胺纖維相比,本發明提高了適用性和(或)方便性,并降低了生產成本。從對本發明的詳細描述以及所附的權利要求中,可以本發明的這些和其它目的有更清楚的了解。
附圖詳述
圖1用圖示意說明一種優選的生產印刷電路板所述的方法10,該印刷電路板至少有一個含丙烯酸纖維的層。根據本發明的第一步驟最好是應用發泡工藝生產絲網或片,雖然也可以采用濕法貯存工藝進行生產,如圖1的中11。提供了來自源12的丙烯酸纖維,來自源112的其它纖維或填料,來自源14的水和表面活化劑等,以及如美國專利5,904,809里所述的被優選實施的發泡工藝。通常情況下,漿的濃度至少為約5%,比如約5-50%。通常情況下,一些膠合劑要被添加到絲網里,如圖1中的15所示,在形成片或絲網之前加入,和/或如圖1中的16所示,在片或絲網形成后加入。膠合劑可以含有重約1%-40%(最好小于20%)的基本上不導電的有機膠合劑。已知的用于此目的的膠合劑例子有環氧樹脂,丙烯酸,三聚氰(酰)胺甲醛,聚乙烯醇,酚醛或尿烷氨基甲酸乙酯及其混合物,另外也可以使用1-40%的無機膠合劑,如硅石。
如圖1的17所示,片或絲網形成后進行干燥,使用常規干燥設備(例如干燥爐),接著如圖1的18所示,將絲網致密化,例如使用熱壓延輥,在200℃的溫度以上和超過500psi的壓力下。通常情況下,步驟11,15,16,17和18在同一處進行,然后,最終生產的片或絲網被運輸到另一處,在那里進行生產印刷板的其它常規步驟(若生產的是網,則被卷起來;若生產的是片,則被層層堆起,以便于運輸)。
一般經由步驟11,15至18生產的片或絲網密度約0.1-1g/cm3,重量約20-120g/m2。
圖1大致示出的步驟20是一個預浸步驟,在那里經18的片或絲網被源21提供的環氧樹脂或類似物質浸漬,浸漬樹脂基本上是不導電的。在預浸片形成后,印刷電路板被分層,使用各種各樣的層(經步驟18的層,或者采用常規技術和更加普通的材料生產的其它層,例如玻璃纖維或丙烯酸纖維等等,與液體結晶聚合物(如Vectran),纖絲的丙烯酸纖維(正常的聚丙烯腈大于90%),丙烯酸槳,杜邦纖絲,微玻璃纖維(正常的直徑小于5微米),聚酯纖維,PEN纖維,PPS纖維,MF纖維,及酚醛朔料)--如圖1的22所示,將層裝配在一起并裝入電路元件。電路元件也可以通過一些常規方式裝入(如絲網印刷,包覆,機械安裝和添加等)。接著如圖1的23所示,用常規所述的方法,將裝有電路元件的分層的中間板進行固化,如在固化爐里進行固化。
經23固化后,對中間板進行機械加工,如圖1的24所示,按照常規方法,例如在上面形成各種各樣的孔,成型、刨、組織化處理、擴大電路元件的曝光量等等。接著如圖1中25所示添加電子元件,如圖1中的26所示生產出最終的印刷電路板。添加電子組件的步驟25也是常規的,將各種各樣的用于成品板26的電子元件機械連接到印刷電路板上或相互電連接和/或電連接電路元件。
正如圖1所示,板26包含由多層構成的襯底27(一般在三到九層之間,大多數在三到六層之間),如圖1中的28所示。根據本發明,28里的各一層可以至少含有重量50%的丙烯酸纖維(在預浸處理之前)(最好是漿和純纖維的混合物)。然而層28可以含有不同百分比及類型的丙烯酸纖維,或有層28中的一些層可以是常規的玻璃或芳族聚酸胺纖維,或者其它常規的結構。然而還可以使用重量比約為90%或更大的漿狀丙烯酸纖維。
圖1所示的成品線路板26還有導電電路元件29,例如帶狀線,電線,或導電材料的沉積物如銅、銀、或其它常規導電材料或它們的混合物。元件29把電子組件連接在一起,也把線路板26連接到電源上和其它的線路板上,或其它的外部組件上。圖1大致示出常規電子芯片30,以及31的二極管或者電阻或電容等等。根據本發明,在這種結構的線路板26里,可以采用任何常規電子組件。
按照本發明的線路板26在潮濕條件下,其尺寸的穩定性將好于常規的丙烯酸線路板或玻璃線路板,因此可有較高的電路密度并且對高頻能量退化不敏感。也因為有較好的熱膨脹系數,可以預料線路板26比其它常規的線路板壽命要長,并在其它方面具有如上所述的優勢。
在形成絲網的步驟11時,添加合適種類和百分比的纖維以獲得想要的結果,特別是圖3所述的結果。在步驟12添加的纖維至少是重量百分比為50%的丙烯酸纖維。可以添加常規的純漿狀纖絲的高彈性丙烯酸纖維,也可以采用常規的填充物,只要它們基本上是不導電的,例如已知的玻璃和塑料顆粒填充物,還有其它的纖維都可以。
圖2大致示出在圖1的機械工作步驟24和添加電子元件步驟25之前的線路板26,在分解圖里示出了這些元件。
28中的各層最好按步驟11,15直到18(以及20的預浸處理)進行生產,并且可以改變纖維組分,但是每一層至少含有50%丙烯酸纖維。如圖所示,導電電路元件安置在層28之間,并且為連接外部的電子組件,層28的邊緣可以重疊在一起,或為便于連接最終被安裝到襯底27上的組件。正如常規所述的方法,28里的一個或更多的層,可以在必需或所希望要的地方進行蝕刻、機械噴砂或處理,或其它加工以暴露出電路元件29。
圖3大致示出按照本發明生產非編織絲網的一個步驟。丙烯酸纖維與水、表面活性劑、還有可能其它類型的纖維,膠合劑,或填料一道,被加入化漿器33。加入化漿器33的丙烯酸纖維最好是純高彈性丙烯酸纖維如聚丙烯腈纖維,最好其長度約為3-12毫米,直徑約為6-15微米。
從33排出的泡沫漿由泵34打到管道35里,然后輸送到通用的混合器36。從混合器36出來的漿繼續前行到37里進行常規的絲網成形。正如常規所述的方法,泡沫和液體從37清除到線坑38,然后由泵39被再次打入混合器36里循環,絲坑38出來的再循環的漿與化漿器33出來的纖維漿在混合器36里混合。
最好從33出來的純丙烯酸纖維也可以與漿狀丙烯酸(纖絲的)纖維混合。這個可以通過幾種方式完成,例如圖3所示的兩種方式之一。
漿狀丙烯酸纖維與水,最好是水和表面活性劑,一起被加入化漿器41,然后成形的泥漿由泵42打入勻漿機或離頻疏解機43里被精煉,或打入另一種能對漿里的漿狀丙烯酸纖維施加高切變力的裝置里。
從高切變力的裝置43出來的漿狀纖絲的丙烯酸纖維可以送到混合器36之前,被直接輸送到管道35里,以便純纖絲的丙烯酸纖維在形成絲網前被均勻地分散。另外,或者可選地,也可以將一些從高切變力裝置43出來的纖絲丙烯酸纖維供給化漿器33。
在優選的實施方案中,向加入純丙烯酸纖維中添加至少一些纖絲丙烯酸纖維,使得包括至少50%丙烯酸纖維的成品。所期望的丙烯酸纖維的混合物約20-80%是純纖維(最好是70%左右),約40-20%是纖絲纖維(最好是30%左右)。
作為一個例子,30%精制的纖絲丙烯酸纖維和約70%的純丙烯酸纖維,共同構成了最終的非編織片或絲網約85%的重量,它們與約10%重量的玻璃纖維或聚酯纖維或丙烯酸纖維,以及重約5%的有機膠合劑被混合生產[所有都是預浸前的百分比]。非編織片或絲網由液體安置或發泡工藝生產,最好用發泡工藝。
在說明書的上述部分,所有范圍包括位于寬范圍中的所有的窄范圍。例如,約1-40%重量的膠合劑意味著2-5%、3-20%、25-15%和所有在該線路板范圍內的其它更窄的范圍。
因此,根據本發明將看到,提出了一種用于印刷電路板結構和印刷電路板的高級非編織片或絲網及生產線路板所述的方法。盡管本發明在這里所公開的應是目前最現實可行所述的方法,并由此介紹了具體裝置,對本領域普通技術人員來說,對本發明范圍內的許多改進是顯而易見的,這些范圍基于所附權利要求最寬解釋以便涵蓋所有等價的結構和方法。
權利要求
1.一種印刷電路板,該印刷電路板包含多個基本上不導電的襯底層;至少所述層中的一層在預浸處理之前含有一層含纖維的非編織層,并且該纖維至少包含50%重量的丙烯酸纖維;和在所述襯底層上或所述襯底層中的至少一層之間裝有導電電路元件。
2.如權利要求1的印刷電路板,其中所述的丙烯酸纖維至少包含約50%的高彈性丙烯酸纖維,其纖維長度約為3-12毫米,直徑約為6-15微米。
3.如權利要求2的印刷電路板,其中所述的纖維至少包含約90%的聚丙烯晴纖維。
4.如權利要求2的印刷電路板,其中所述的非編織層纖維基本上由丙烯酸纖維構成。
5.如權利要求1的印刷電路板,其中所述的非編織層基本上不含膠合劑。
6.如權利要求1所述的印刷電路板,其中所述的非編織層包含一種無機或有機膠合劑,該膠合劑構成非編織層約1-40%之間的重量。
7.如權利要求1所述的印刷電路板,其中所述的非編織層包含純丙烯酸纖維與纖絲丙烯酸纖維的混合物。
8.如權利要求1的印刷電路板,其中所述的非編織層除丙烯酸纖維以外還包含至少10%重量的其它纖維。
9.如權利要求1的印刷電路板,其中所述的非編織層至少包括重量為10%的下列材料中的一種或幾種液晶聚合物、芳族聚酸胺纖維、漿狀芳族聚酸胺纖維、微玻璃纖維、聚酯纖維、杜邦纖維、PEN纖維、PPS纖維、MF纖維及酚醛塑料纖維。
10.如權利要求1所述的印刷電路板,其中所述的非編織層采用發泡工藝生產。
11.如權利要求10的印刷電路板,其中所述的非編織層利用熱壓延方法在溫度高于200℃,壓力大于500psi的條件下進行致密化。
12.如權利要求7所述的印刷電路板,其中所述的非編織層包含約60-80%的純纖維和約40-20%精制纖絲的纖維。
13.如權利要求2的印刷電路板,該印刷電路板還包含多個電子組件,這些組件安裝在所述襯底層上或至少一個所述襯底層之間,并且與所述電路元件電連接。
14.一種生產印刷電路板所述的方法,該方法包括(a)生產非編織片或絲網,該非編織片或絲網包含至少50%重量的丙烯酸纖維,其余的重量至少包含基本上不導電纖維、填料和膠合劑中的一種。(b)對(a)的片或絲網進行致密化;(c)用(b)制造的片或絲網形成一個印刷電路板層;(d)把(c)制造的層與其它基本上不導電的層組合;(e)在(c)產生的層上或至少一個層之間安裝導電電路元件。
15.如權利要求14所述的方法,其中(a)是用純丙烯酸纖維與纖絲丙烯酸纖維的混合物進行實施。
16.如權利要求15所述的方法,其中(a)是用約60-80%的純纖維與約40-20%的應該是精制的纖絲的纖維的混合物進行實施。
17.如權利要求14所述的方法,其中(b)是用熱壓延方法,在溫度高于200℃,壓力大于500psi的條件下進行實施。
18.如權利要求14所述的方法,該方法還包括(f),通過對(c)的層用樹脂進行浸漬,從而在(c)和(d)之間形成一個預浸片,然后在(e)之后的(g)里,固化預浸片以生成印刷電路板。
19.如權利要求14所述的方法,其中實施(a)所用的聚丙烯晴纖維長約3-12毫米,直徑約6-15微米。
20.如權利要求(19)所述的方法,其中實施(a)時基本上沒有用膠合劑。
21.如權利要求(19)所述的方法,其中采用重量占1-40%的無機或有機膠合劑來實施(a)。
22.如權利要求(14)所述的方法,其中實施(a)和(b)以生產密度達0.1-1g/cm3的片或絲網,而且其中采用發泡工藝實施(a),發泡工藝使用的漿的固體濃度度至少達到大約5%。
23.如權利要求14所述的方法,其中(a)被實施時采用發泡工藝。
24.一種非編織片或絲網,該非編織片或絲網包含重量至少占50%的丙烯酸纖維,而且其它剩下的基本上是不導電纖維或填料或膠合劑,或它們的混合物。
25.如權利要求24所述的非編織片或絲網,該非編織片或絲網包含約60-80%的純丙烯酸纖維和約40-20%的纖絲丙烯酸纖維。
26.如權利要求24所述的非編織片或絲網,其中所述的片或絲網基本上沒有膠合劑。
27.如權利要求24所述的非編織片或絲網,其中所述的片或絲網被壓縮以使密度達到0.1-1g/cm3。
28.如權利要求24所述的非編織片或絲網,該非編織片或絲網還包含重量約占1%-40%的基本上不導電的有機或無機膠合劑。
29.如權利要求25所述的非編織片或絲網,該非編織片或絲網包含至少約90%的丙烯酸纖維。
30.如權利要求25所述的非編織片或絲網,其中的纖絲纖維是被精制的。
31.如權利要求24所述的非編織片或絲網,其中的片或絲網是由非編織工藝制造的。
全文摘要
一種至少由一層非編織片或絲網層制成印刷電路板。該層至少包括50%重量的丙烯酸纖維,其余則基本上是不導電纖維、填料和膠合劑。該片或絲網有選地采用發泡工藝優先制造,并且可以含60-80%的純聚丙烯腈纖維和40-20%的漿狀纖絲聚丙烯腈纖維。該片或絲網采用熱壓延法壓縮,以使其密度達到0.1-1g/cm
文檔編號B32B5/28GK1391784SQ00815984
公開日2003年1月15日 申請日期2000年9月20日 優先權日1999年9月21日
發明者R·科姆萊尼克, K·倫內爾斯, K·雷克曼, H·薩貝爾 申請人:阿爾斯特羅姆玻璃纖維有限公司