CN103009765B - 热压机用的缓冲材及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种热压机用的缓冲材，包含：一基材；以及一纤维材料，其于约20oC时的热传导系数低于约0.15瓦/米?K，且该热传导系数随温度上升而上升，例如于约160oC时的热传导系数可高于约0.20瓦/米?K，其中，该纤维材料以针轧方式固定于基材上。本发明的缓冲材不仅可重复使用、还具有可与牛皮纸匹配的热传特性，且在热压过程中能有效降低积层板材料的溢胶情形。从而，使用本发明缓冲材所制得的积层板，不仅厚度均匀且在尺寸稳定性上也显现改良效果。
Description
技术领域
本发明是关于一种热压机用的缓冲材及其应用，尤指一种在低温时具有低热传导系数且在高温时具有高热传导系数的缓冲材及其应用。
背景技术
积层板是通过热压程序而形成的复合层结构，如软性印刷电路板(Flexible Printed Circuit Board，FPCB)、IC载板、多层布线板、印刷电路板、铜箔积层板、高密度连结板(High DensityIntrerconnection，HDI)等。以印刷电路板(Printed CircuitBoard，PCB)为例，其是由数层的胶片、绝缘层、黏合层与金属层以热压程序黏合而成。于热压程序中，温度及压力的控制极为重要，其不仅直接影响所得积层板各层间的接合效果，且影响所得积层板的物理特性及电特性。
参考图1以说明积层板的制造。如图1所示，由外而内依序为上下成对配置的加热板111、载盘131、缓冲材151及钢板171，待热压的积层板材料191则置于二钢板171之间。借助二加热板111施加一定压力与热，并通过钢板171来提供热压效果。通过缓冲材151的使用，可将来自加热板111的压力及热能均匀传递到积层板材料191表面，从而获致精密度良好的积层板成品。
其中，缓冲材151所要求的特性包括，例如：吸收其上下的加热板111及/或载盘131压力的缓冲性、吸收加热板111温度不均的温度缓和性、以及均匀传递来自加热板111的热及压力的传递能力等。
牛皮纸由于具有成本低廉、传热效果均匀等优点，因此常作为缓冲材的材料。然而，牛皮纸也存在许多缺点，包括，在高温(如150℃)的热压条件下的拉张强度(tensile strength)，不及于在室温时的拉张强度的20％，且其在高温下的弹性系数(modulus ofelasticity)更低至250百万磅/平方英寸以下。此外，牛皮纸于重复使用后，容易因本身的劣化而造成缓冲材的热阻提升、热传效能降低等问题，故无法重复使用，既不符合环保概念也不符合经济效益。
目前已开发出可供重复使用的缓冲材。举例言之，日本专利特开昭第55-101224号中揭露一种如由芳香族聚酰胺纤维构成的多层针刺毛毡缓冲材，该芳香族聚酰胺纤维中可混纺氟系纤维、玻璃纤维、金属纤维、碳纤维等其他耐热纤维。中国台湾专利第I231265号是揭露一种可重复使用的缓冲材，其中是组合二种具不同特性的纤维来达到重复使用的目的。中国台湾专利第I318924号则揭露一种由具有芯鞘结构的纤维所形成的缓冲材，其中纤维芯部的软化温度是低于热压温度，而纤维鞘部的软化温度则高于热压温度，藉此维持在热压循环下的缓冲性。
现有技术缓冲材的改良中，莫不着眼于提高缓冲材的重复使用性能及提升缓冲材的热传导性能。然而，在实际操作上，具有高热传导性的缓冲材同时会面临到“溢胶”的问题。其中，当缓冲材的热传导系数太高，则会在热压操作初期(即低温阶段，此时树脂仍为半固化状态)因导热过快，使得积层板材料上的树脂软化溢流，进而污染缓冲材的表面，造成“溢胶”问题；更甚者，若溢胶情况过于严重，将使得所制得的积层板的厚度不均，严重影响生产稳定性。
鉴于此，本发明提供一种可重复使用且在低温时具有低热传导系数、在高温时具有高热传导系数的缓冲材，可解决既有缓冲材的溢胶问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种缓冲材，其包含一基材以及一纤维材料，该纤维材料于约20℃时的热传导系数是低于约0.15瓦/米·K，且其热传导系数是随温度上升而上升，其中该纤维材料是以针轧方式固定在该基材上。
本发明的另一目的在于提供一种积层板的制造方法，其于热压工具与积层板材料之间存在如上述的缓冲材的情况下，进行积层板材料的热压处理。
一种热压机用的缓冲材，包含：基材；以及，纤维材料，其于约20℃时的热传导系数低于约0.15瓦/米·K且该热传导系数随温度上升而上升，其中，该纤维材料以针轧方式固定于该基材上。
本发明还提供一种积层板的制造方法，其于热压工具与积层板材料之间存在如前所述的缓冲材的情况下，进行积层板材料的热压处理。
本发明的有益效果在于：本发明的缓冲材不仅可重复使用、具有可与牛皮纸匹配的热传特性，且在热压过程中能有效降低积层板材料的溢胶情形。从而，使用本发明缓冲材所制得的积层板，不仅厚度均匀且在尺寸稳定性上也显现改良效果。
附图说明
图1所示为一热压机的概略的剖面图；
图2所示为另一热压机的概略的剖面图；以及
图3所示为再一热压机的概略的剖面图。
【主要元件符号说明】
1、2、3热压机 111、211、311加热板
131载盘 151、231、331缓冲材
171、251钢板 191、271、351积层板材料
具体实施方式
以下将具体地描述根据本发明的部分具体实施方式；只是，在不背离本发明的精神下，本发明尚可以多种不同形式的实施方法，不应将本发明保护范围解释为限于说明书所陈述内容。此外，除非文中有另外说明，于本说明书中(尤其是在后述专利申请范围中)所使用的“一”、“该”及类似用语应理解为包含单数及复数形式。
本发明是提供一种在低温时具有低热传导系数且在高温时具有高热传导系数的缓冲材。具体言之，本发明缓冲材是通过针轧方式，将纤维材料固定于基材上，其中纤维材料于约20℃时的热传导系数低于约0.15瓦/米·K且其热传导系数随温度上升而上升，举例言之，于约160℃时，纤维材料的热传导系数可高于约0.20瓦/米·K。借助纤维材料的热传导及缓冲特性，可在无须更改热压机的热压条件下，避免在热压操作初期的低温加热段热传导过快，达到抑制溢胶的效果，同时可在热压操作的高温加热段提供高热传导能力，缩短压合反应时间。
于本发明缓冲材中，纤维材料除须具备所述热传导系数性质以外，其热降解温度也须高于积层板制程上的最高温度，较佳是高于350℃。举例言之，聚对苯二甲酰对苯二胺(poly-paraphenyleneterephthalamide，PPTA)的热降解温度为427℃，且PPTA纤维在低温时(约10至30℃)的热传导系数低于约0.06至约0.12瓦/米·K 且在约160℃时的热传导系数高于约0.23至约0.29瓦/米·K，故可用为本发明缓冲材所需的纤维材料。
除具所欲热传导系数特性的纤维以外，本发明缓冲材的纤维材料也可混掺其他纤维，以赋予缓冲材不同特性。举例言之，本发明缓冲材的纤维材料可实质上由PPTA纤维及一选自以下群组的纤维所构成：聚间苯二甲酰间苯二胺(poly-metaphenyleneisophtalamide，MPIA)纤维、含杂原子的芳香族纤维、芳香族杂环纤维、石墨化碳纤维、酚醛树脂纤维(Kynol)、三聚氰胺缩甲醛(melamine formaldehyde，MF)纤维、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)纤维、Visil纤维及前述的组合。于本发明的部分实施样式中，是采用PPTA纤维、或并用PPTA纤维与MPIA纤维来提供所需纤维材料。由于MPIA纤维具有优异的缓冲能力，且其在低温时的热传导系数较P PTA纤维高，而在高温时的热传导系数却较PPTA纤维低，因此可用来调整缓冲材于高低温时的热传导特性，以符合使用者需求。纤维混掺的比例并无特殊限制，只要能提供所欲的纤维材料热传导系数特性即可。以混掺PPTA纤维及MPIA纤维为例，以构成纤维材料的纤维总重量计，MPIA纤维的含量以约5重量％至约45重量％为宜。
于本发明缓冲材中，基材主要是用来提供一结构支撑物，以固定纤维材料并保持纤维材料的取向(orientation)。基材的结构并无特殊限制，可例如为网状形式、织物形式、薄片形式等。基材的材料种类也无特殊限定，只是其材料的热降解温度须高于积层板制程上的最高温度，较佳是高于350℃。
举例言之，本发明缓冲材的基材可实质上由选自以下群组的纤维所构成：PPTA纤维、MPIA纤维、含杂原子的芳香族纤维、芳香族杂环纤维、石墨化碳纤维、Kynol纤维、MF纤维、PTFE纤维、玻璃纤维、Visil纤维及前述的组合。更佳地，基材是由于高温时(如约180℃)具收缩效果的纤维所构成，从而能于高温热压时更紧实地将纤维材料固定于基材上，以避免纤维材料的纤维脱落同时提高缓冲层于高温下的热传导效果。
已发现，MPIA纤维在升温过程中有收缩的现象，因此非常适合作为本发明的基材。于本发明的部分实施样式中，是以MPIA纤维所构成的纤维网作为基材，并将纤维材料针轧于此基材上。
本发明缓冲材的热传导特性除受纤维材料的材料特性影响以外，也与其自身的基重有关。一般来说，在相同加热条件下，缓冲材的基重越低，所产生的热阻越低，通过缓冲材传递热能至待加工物料的速率就越快；反之，缓冲材的基重越高，热阻也相对提高，热能传递至待加工物料的速率就越慢。因此，可视需要调整基重，以符合各种既定热压制程的温度控制(升/降温速率)需求。
一般而言，本发明缓冲材的基重为约200克/平方米至约3000克/平方米，较佳约1400克/平方米至约2200克/平方米，只是本领域技术人员于观得本文揭露内容后，可视制程需求而选用其他合宜的基重，不以上述范围为限。于本发明的部分实施样式中，缓冲材的基重为约1600克/平方米。可通过如调整纤维材料的纤维粗细或调整纤维材料密度，来提供所欲的缓冲材基重，或者也可将数层经初步针轧的缓冲片材彼此结合，来提供所欲的缓冲材基重，本领域技术人员参照本文揭露内容后，可依其通常知识而视需要调整。
视操作需要，可以单层或多层的本发明缓冲材来进行积层板的热压处理。当使用多层缓冲材时，各层间的构成材料(基材及纤维材料)及基重可彼此相同或不同，以提供所欲的热传导及缓冲特性。
此外，基于保护或其他目的(如便于吸附移载)，可于本发明缓冲材的表面覆上一覆层。举例言之，可于本发明缓冲材的至少一侧覆上一纤维层或特氟龙层，以避免溢胶污染同时加强对移载工具的吸附性。其中，纤维层较佳是由选自以下群组的纤维所构成：PPTA纤维、MPIA纤维、含杂原子的芳香族纤维、芳香族杂环纤维、石墨化碳纤维、Kynol纤维、MF纤维、PTFE纤维、玻璃纤维、Visil纤维及前述的组合。也可以金属层为覆层，于本发明缓冲材的至少一侧覆上一金属层，以提升缓冲材的热传导性能。上述覆层可视需要单独或组合使用。此外，覆层的厚度并无特殊限制，只要能提供所欲的效果即可。于本发明的部分实施样式中，例示在缓冲材的两侧各覆上一厚度约75微米的MPIA纤维层。
本发明另提供一种积层板的制造方法，其是于热压工具与积层板材料之间存在上述热压机用缓冲材的情况下，进行积层板材料的热压处理。其中，可视所应用的热压机种类，以各种合宜的方式配置本发明的热压机用缓冲材(如直接与待加工材料接触或不直接与待加工材料接触)，使得压力及热能均匀分布于积层板材料表面，提供所欲的缓冲效果，从而获致精密度良好的积层板成品。
举例言之，可如图1所示的热压机1，将缓冲材151安置于上下成对配置的载盘131及钢板171之间，或如图2所示的热压机2，将缓冲材231安置于加热板211及钢板251之间，不直接与积层板材料191、271相接触。也可如图3所示的热压机3，将本发明缓冲材331安置于上下成对配置的加热加压板311及待热压的积层板材料351之间。图1、图2及图3所示的热压机样式及缓冲材设置方式仅供例示说明，并非用以限制本发明缓冲材的应用；例如，也可视需要将缓冲材同时安置于加热板与钢板之间，以及于钢板与待热压的积层板材料之间。
兹以下列具体实施样式以进一步例示说明本发明。
实施例
<缓冲材的制备>
[实施例1]
采用由MPIA纤维所构成的纤维网作为基材，并单独使用PPTA纤维作为纤维材料。借助开棉(opening)、混纺(blending)、铺棉(lapping)、疏棉(carding)、初步针轧(pre-needle-punching)等步骤，形成经初步针轧的缓冲片材。嗣后将数片缓冲片材迭合，并经46500针的针轧(needle-punching)处理、热压烫平(hot-pressing)及烧毛(singeing)处理，形成基重为约1600克/平方米的缓冲材1。分别测量缓冲材1于20℃及160℃的热传导系数，其结果各为0.0915瓦/米·K及0.2651瓦/米·K。
[实施例2]
在缓冲材1的两侧各覆上一厚度约75微米的MP I A纤维层，获得缓冲材2。
[实施例3]
重复实施例1的步骤以制备缓冲材3，只是使用90重量％的PP TA纤维与10重量％的MP I A纤维作为纤维材料。
[实施例4]
在缓冲材3的两侧各覆上一MPIA纤维层，获得缓冲材4。
[实施例5]
重复实施例1的步骤以制备一缓冲材，只是使用60重量％的PPTA纤维与40重量％的MPIA纤维作为纤维材料。于所制得的缓冲材的两侧各覆上一厚度约75微米的MPIA纤维层，获得缓冲材5。
[比较例1]
重复实施例1的步骤以制备一缓冲材，只是单独使用MPIA纤维作为纤维材料，并于所制得的缓冲材的两侧各覆上一厚度约75微米的MPIA纤维层，获得缓冲材1′。
[比较例2]
迭合16张牛皮纸作为缓冲材2′。
<积层板制备>
将7628玻璃纤维布含浸于环氧树脂中，以提供半固化片(树脂/玻璃纤维布：43％)，嗣后将八片半固化片层合，并于其最外层的两侧各层合一张1盎司的铜箔，以此形成积层板材料。分别使用缓冲材1至5及缓冲材1′与2′做为缓冲层，并安置于如图1所示的热压机1，对该积层板材料进行热压操作以制备积层板。热压条件如下：在30毫米汞柱的减压环境中、于全压15公斤/平方米(初压8公斤/平方米)的压力条件下，将温度由室温升温至120℃，并持温20分钟，嗣后再将温度由120℃升温至180℃，最后再升温至200℃，并持温40分钟。分别使用各缓冲材制造20片积层板，并测量各缓冲材于50℃至120℃及120℃至180℃时的平均升温速率；以及测量所制得的积层板的厚度差异(积层板中心厚度-积层板角落厚度)、玻璃转移温度(Tg)及尺寸收缩率，并取其平均值，将结果记录于表1。其中，由于牛皮纸(缓冲材2′)操作2至3次后即出现脆化现象，因此仅记录单次操作下的测试结果。
于表1结果中，尺寸收缩率是通过以下方式测量：于积层板样本上标定两定位点，随后蚀刻该积层板，并烘干该经蚀刻的积层板，最后测量两定位点间的胀缩差异。
由表1可知，本发明缓冲材(缓冲材1至5)在用于热压操作时，能提供与牛皮纸缓冲材(缓冲材2′)相当的升温速率，且应用本发明缓冲材所制得积层板的玻璃转移温度，也与使用牛皮纸缓冲材所制得者相当。此外，由本发明缓冲材所制得的积层板的厚度差异，明显小于使用牛皮纸或单纯使用MPIA纤维作为纤维材料的缓冲材所制得的积层板的厚度差异，此一事实说明，本发明缓冲材在热压过程中能有效减少积层板材料的树脂发生溢胶情形，此使得积层板的厚度分布更为均匀，且相应地减少缓冲材受沾污的情况。
另外，如表1所示，使用本发明缓冲材所制得的积层板，其在尺寸上的变化也小于非使用本发明的缓冲材所制得者(甚至远小于使用牛皮纸所制得的积层板)，此一事实显示，经本发明缓冲材所制得的积层板结构较为致密，且固化反应的交联完整性较高。
综合上述，本发明的缓冲材不仅可重复使用、具有可与牛皮纸匹配的热传特性，且在热压过程中能有效降低积层板材料的溢胶情形。从而，使用本发明缓冲材所制得的积层板，不仅厚度均匀且在尺寸稳定性上也显现改良效果。
上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，并阐述本发明的技术特征，而非用于限制本发明的保护范畴。任何熟悉本技术者在不违背本发明的技术原理及精神下，可轻易完成的改变或安排，均属本发明所主张的范围。因此，本发明的权利保护范围是如后附申请专利范围所列。
Claims (9)
1.一种热压机用的缓冲材，该缓冲材是由复数个缓冲片材所构成，其特征在于，缓冲片材各包含：
基材；以及
纤维材料，该纤维材料实质上由聚对苯二甲酰对苯二胺纤维及聚间苯二甲酰间苯二胺纤维所构成，且以该纤维材料重量计，聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的含量为5％至45％，其于20℃时的热传导系数低于0.15瓦/米·K且该热传导系数随温度上升而上升，
其中，该纤维材料以针轧方式固定于该基材上。
2.如权利要求1所述的缓冲材，其特征在于，该纤维材料于160℃时的热传导系数高于0.20瓦/米·K。
3.如权利要求1所述的缓冲材，其特征在于，该纤维材料及该基材的热降解温度均高于350℃。
4.如权利要求1所述的缓冲材，其特征在于，该基材实质上是由选自以下群组的纤维所构成：聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、含杂原子的芳香族纤维、芳香族杂环纤维、石墨化碳纤维、酚醛树脂纤维、三聚氰胺缩甲醛纤维、聚四氟乙烯纤维、玻璃纤维、Visil纤维及前述的任意组合。
5.如权利要求4所述的缓冲材，其特征在于，该基材实质上是由聚间苯二甲酰间苯二胺纤维所构成。
6.如权利要求1所述的缓冲材，其特征在于，其基重为200克/平方米至3000克/平方米。
7.如权利要求1至6中任一项所述的缓冲材，其特征在于，该缓冲材的至少一侧覆有纤维层、特氟龙层或金属层。
8.如权利要求7所述的缓冲材，其特征在于，该纤维层实质上由选自以下群组的纤维所构成：聚对苯二甲酸对苯二胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、含杂原子的芳香族纤维、芳香族杂环纤维、石墨化碳纤维、酚醛树脂纤维、三聚氰胺缩甲醛纤维、聚四氟乙烯纤维、玻璃纤维、Visil纤维及前述的任意组合。
9.一种积层板的制造方法，其特征在于，其于热压工具与积层板材料之间存在如权利要求1至8中任一项所述的缓冲材的情况下，进行积层板材料的热压处理。
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