CN103476989A

CN103476989A - 包含芳族合成纤维纸的半固化片和由其制得的印刷电路板

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Publication number: CN103476989A
Application number: CN2012800066830A
Authority: CN
Inventors: 陶世毅; 衡沛之
Original assignee: Longpont Co Ltd
Current assignee: Longpont Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2013-12-25
Also published as: WO2012100648A1; US20130309463A1; CN102174770A

Abstract

一种用作印刷电路板的芳族合成纤维纸，由其制成的半固化片，及由该半固化片制成的覆铜板和印刷电路板。用作电路板基板的基础材料的合成纤维纸，由下述材料制成：结构纤维（对位芳纶纤维）10%-90%；粘结纤维（对位芳纶沉析纤维或浆粕）90%-10%。本发明的合成纤维纸用作电路板基板和印刷电路板具有重量轻，耐温性好，热稳定性高，加工性能好的优点。

Description

包含芳族合成纤维纸的半固化片和由其制得的印刷电路板技术领域

本发明涉及一种用作印刷电路板的芳族合成纤维纸，由其制成的半固化片，具体地说涉及包括至少一层芳族合成纤维纸制成的半固化片。

本发明还涉及由该半固化片制成的覆铜板和印刷电路板。背景技术

PCB 即 Printed Circuit Board, 指印刷电路板（或印刷线路板），它是在公共基板上，按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板。印刷线路板是用增强材料浸渍树脂经干燥后制成半固化片，根据需要将半固化片制成不同厚度的覆铜板（基板），再根据需要用覆铜板制作成一层或多层印刷线路板。印刷线路板是现代电子设备中必不可少的配件。它广泛应用于电脑、通讯、 LED、LCD、安防、家电、数码产品、仪表仪器、医疗设备、照明、数控、玩具、游戏、汽车行业、军事工业以及航天等各个领域，只要是有关电子方面的都与它有关。印刷线路板的性能与电子产品的质量有密切的关系。随着电子工业的飞跃发展，特别是以计算机为代表的电子产品，向着高功能化、高多层化发展，需要 PCB基板材料的更高的耐热性作为重要的保证。以 SMT、 CMT为代表的高密度安装技术的出现和发展，使 PCB在小孔径、精细线路化、薄型化方面，越来越离不开基板高耐热性的支持。特别是印刷电路板的耐温、热膨胀系数 (CTE)、介电常数（Dk)、介质损耗（Df) 几项指标，尤为重要。

PCB加工与使用条件的日趋苛刻、对基板材料提出了更高耐热性要求; PCB 基材是铜导体与绝缘材料粘结在一起的结构层，提供了印制板所需的电气和机械性能，绝大多数的绝缘材料是增强纤维和有机树脂组成的，在增强纤维方面，常用有玻璃纤维，属耐高温材料。替代材料包括芳纶纤维、丙烯酸纤维、石英纤维和碳纤维，以及聚酯、乙烯基酯或氰酸酯树脂。聚亚氨酯和双马来酰亚胺三嗪树脂（BT) 树脂主要用于要求严格的高温领域。树脂通常采用环氧类树脂。

以芳纶纤维为主体材料，添加粘结纤维制成的合成纤维纸因其具有高强度、低变形、耐高温、耐化学腐蚀、无疲劳反应和优良的绝缘性能而获得日益广泛的应用。芳纶合成纤维纸主要用于制造蜂窝芯材料，应用于航空航天军事等领域。

申请号为 00810718.1的专利申请公开了一种全芳族聚酰胺纤维纸，其由 60-97wt%的对位芳族聚酰胺纤维和 3-40wt%的粘结剂通过液晶纺丝形成，其中粘结剂采用间位芳族聚酰胺类纤维（芳纶 1313 )，将其用做电路板基板的基础材料，制得的电路板具有在高湿度下高的电绝缘可靠性、优异的后加热尺寸稳定性和高的耐热性。与其他的增强材料相比，芳族聚酰胺纤维纸有高的模量、低的比重和低的介电常数。在纤维的抄造过程中以短纤维作为全部填料，由于纤维的径向膨胀作用，使它具有负的轴向 CTE (热膨胀系数）值。

用作电路基板的基础材料时，合成纤维纸需要承受在层压过程中的受热和加压，在合成纤维纸的构成中，粘结纤维的选择对于成纸的各项性能有较大的影响，例如，以树脂作为粘结剂的芳纶纤维纸因树脂的玻璃化转变温度（Tg) 大大低于对位芳纶纤维的玻璃化转变温度，当纤维纸的预浸渍件作为电路板的基础材料在受热和加压下被层压时，树脂粘结剂会再融化，导致纤维纸不稳定的粘结，使得层压的基板发生显著的尺寸变化。因此，对于粘结纤维的选择以及结构纤维与粘结纤维的构成直接影响层压的电路板的各项性能指标。发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用作电路板基板的基础材料的全对位芳族聚酰胺纤维纸，其以聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（也称对位芳纶纤维，芳纶 1414 )作为结构纤维，以聚对苯二甲酰对苯二胺沉析纤维或桨粕（也称对位芳纶沉析纤维或浆粕，或芳纶 1414沉析纤维或浆粕）作粘接纤维，制成合成纤维纸，该合成纤维纸采用对位芳纶沉析纤维或浆粕作为粘结纤维的优点一是在水中极易疏解，在对位芳纶胚纸的抄造过程中，改善了纸的抄造性能和成纸性能；二是作为结构纤维的对位芳纶纤维，经打浆后纤维的帚化度提高，比表面积增大，增加了纤维间的结合性能。大大提高了芳纶纸的强度；三是比其他粘合剂耐受温度高，因而用作制作电路板基板的基础材料，在制作电路板的层压过程中能耐受高温高压，获得性能更好的电路板。

本发明的另一个目的在于提供一种半固化片，其以上述全对位芳族聚酰胺纤维纸为基础材料，经浸渍层压形成用作电路板基板的半固化片。本发明的再一个目的在于提供一种印刷电路板，将上述半固化片进行表面覆铜制得覆铜板。该覆铜板进一步用于加工印刷电路板。

根据本发明的一方面，用作电路板基板的基础材料的合成纤维纸，由下述材料制成：结构纤维（对位芳纶纤维），重量比： 10%-90%；粘结纤维（对位芳纶沉析纤维或浆粕），重量比： 90%-10%。优选的配比为：结构纤维 70〜90%，粘结纤维： 10〜30%；或结构纤维 70~80%，粘结纤维： 20~30%更优选的配比为：结构纤维 80%，粘结纤维 20%，或结构纤维 70%，粘结纤维 30%。

根据本发明的另一方面，提供将上述全对位芳族聚酰胺纤维纸作为基础材料，经浸渍形成的电路板基板，浸渍材料可以从本领域已知的制备印刷电路板的浸渍材料中选择，优选的是选自环氧树脂、聚酰亚胺树脂和聚四氟乙烯树脂 (PTFE) 。最优选的浸渍材料为聚四氟乙烯树脂，浸渍树脂与芳族聚酰胺纤维纸重量比优选在 47— 55%重量之间。

本发明的电路板基板具有在 x，y轴的平面方向上的线性热膨胀系数（CTE) 为 4〜9 ppm/°C，介电常数 (Dk) ¾ 2.4-3.5 , 介质损耗 (Df) 为 0.001~0.013。

本发明的合成纤维纸做基础材料的电路板基板和印刷电路板的优点在于：

1. 重量轻；

2. 耐温高，对位芳纶的耐温可达 500。C，完全可以满足电路板各种使用环境。

3. 介电常数（Dk)低，印刷线路板介电常数的高低直接影响高频信号的传输速度，信号传输速度 ^{V = k}' ( V表示信号传输速度， κ 为常数， _c为真空中的光速， ε为介电常数。）玻璃纤维的介电常数为 6.6, 玻璃纤维浸渍环氧树脂做出的印刷电路板基板的介电常数为 4.5〜4.7，芳纶纸浸渍环氧树脂做出的印刷电路板基板的介电常数为 3.4〜3.5，芳纶纸浸渍聚酰亚胺树脂做出的印刷电路板基板的介电常数在 3.5以下，芳纶纸浸渍聚四氟乙烯树脂（PTFE)做出的印刷电路板基板的介电常数在 2.4〜2.8。因此芳纶纸做增强材料做成的印刷线路板，可以大大提高信号传输速度，在印刷电路板的应用上有非常重大的意义。

4. 介质损耗（Df) 小。玻璃纤维做的基板介质损耗在 0.015〜0.02，芳纶纸浸渍聚四氟乙烯 (PTFEM故出的基板介质损耗小于 0.002。 5. 芳纶纸做的基板可以用激光打孔，加工性能好。

6. 芳纶纸做的基板耐热循环冲击可达 1万次以上（国际标准为 4800次），因而可广泛用在航空航天发动机上。

7. 热稳定好。用芳纶纸做的基板在 x,y轴的平面方向上的线性热膨胀系数 (CTE) 为 4〜9 ppm/°C，因而可大量用于集成电路的封装片。具体实施方式

以上是对本发明的一般性描述，下面将通过具体实施方式对本发明的权利要求作进一步解释。

材料来源：

芳纶 1414纤维：聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，日本帝人公司生产，商品名： twaron®1080

芳纶 1414沉析纤维:聚对苯二甲酰对苯二胺沉析纤维。日本帝人公司生产，商品名： twaron®8016

芳纶 1414浆粕（型号 1094 ) ：聚对苯二甲酰对苯二胺浆粕，日本帝人公司生产，商品名： twaron®1094

检测标准：

在对实施例中抄造出的纸张性能进行检测时，使用下列检测方法：定量 GB/T 451.3— 2002

厚度 GB/T 451.3— 2002

紧度 GB/T 451.3— 2002

抗张强度 GB/T 453― 2002

伸长率 GB/T 453— 2002

撕裂强度 GB/T 455— 2002

【实施例 1】

按下述比例配制本实施例 1合成纤维纸：

芳纶 1414纤维（5〜6mm) 80重量份（以下称"份"）芳纶 1414沉析纤维 20份

将上述含量芳纶 1414纤维，按 1%重量浓度在水力疏解机中疏解制成纸浆 A, 另将 1414沉析纤维按 2%浓度在水力碎浆机中疏解，并经过磨打浆，控制打浆度约 75°SR，制成浆液 B。将浆液 A和浆液 B在配料池中混合均匀后，从而形成能够添加至造纸网前箱的造纸纸浆，在稳浆箱中加入 5份的聚氧化乙烯。经稳浆箱调节浆液上网压头，在流浆箱中桨液被均匀分布到造纸成型网上，多余浆液经溢流至白水池。当浆液沿成形网运行时，借助伏辊的作用，水从纸浆中滤出，湿纸页离开网面，湿纸页在毛毯上，经真空箱到湿压搾进一步脱去水分，进入纸机干燥部。随后纸页经热轧机复合热轧，热轧是采用双温双压区的热轧工艺对纸页轧制，其中第一组热轧线压力 25kg/cm，轧辊表面温度为 250°C，轧速为 15m/min; 第二组热轧线压力 100 kg/cm，轧辊表面温度为 220°C，轧速为 15/min。热轧后的纸，再经过压光机整饰，控制温度 180°C。得到的结果见表 1 _:

表 1 纤维纸的物理机械性能

项目单位测试结果

定量 g/m² 34.30

厚度 mm 0.049

. /又 g/m³ 0.70

抗张强度 KN/m MD 1.12

伸长率 % MD 2.6

【实施例 2】

按下述比例配制本实施例 2纤维纸：

芳纶 1414纤维（5〜 6mm) 20份

芳纶 1414沉析纤维 80份

本实施例调整芳纶 1414纤维和沉析纤维用 t，纤维纸的制备方法与实施例

1相同，得到的结果见表 2:

表 2 纤维纸的物理机械性能

项目单位测试结果

定量 g/m² 34.90

厚度 mm 0.045

紧度 g/m³ 0.78

抗张强度 KN/m MD 1.86

伸长率 % MD 2.25 【实施例 3】

按下述比例配制本实施例 3纤维纸：

芳纶 1414纤维（5〜6mm) 70份

芳纶 1414沉析纤维 30份

本实施例调整芳纶 1414纤维和沉析纤维用: 纤维纸的制备方法与实施例相同，得到的结果见表 3 :

表 3 纤维纸的物理机械性能

单位测试结果

定量 g/m² 35

厚度 mm 0.049

糸反 g/m³ 0.72

抗张强度 KN/m MD 1.25

伸长率 % MD 2.0

【实施例 4】

按下述比例配制本实施例 4纤维纸：

芳纶 1414纤维（5 〜6mm) 80份

芳纶 1414浆粕 20份

本实施例纤维纸的制备方法与实施例 1相同，得到的结果见表 4:

表 4 纤维纸的物理机械性能

项目单位测试结果

定量 g/m² 34.60

厚度 mm 0.059

糸又 g/m³ 0.59

抗张强度 KN/m MD 0.76

伸长率 % MD 0.92

【实施例 5】

按下述比例配制本实施例 5纤维纸:

芳纶 1414纤维（5〜6mm) 20份

芳纶 1414浆粕 80份本实施例调整芳纶 1414纤维和芳纶 1414浆粕重量份，纤维纸的制备方法与实施例 1相同，得到的结果见表 5 : 项目单位测试结果

定量 g/m² 35.20

厚度 mm 0.052

紧度 g/m³ 0.68

抗张强度 KN/m MD 1.12

伸长率 % MD 0.8

【实施例 6】

按下述比例配制本实施例 6纤维纸：

芳纶 1414纤维（5〜 6mm) 70份

芳纶 ι₄₁₄浆粕 30份

本实施例纤维纸坯的抄造方法与实施 ί歹 |J 1相同。得到的结果见表 6:

表 6 纤维纸的物理机械性能

项目单位测试结果

定量 g/m² 35

厚度 mm 0.054

紧度 g/m³ 0.65

抗张强度 KN/m MD 0.98

伸长率 % MD 0.92

【实施例 7】半固化片和覆铜板的制备

以上述实施例中制备的芳纶纤维纸制备半固化片和覆铜板，步骤如下：芳纶纤维纸浸胶（一般是用环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯）烘干，制成半固化片，根据需要的厚度将半固化片一层或多层，加温加压和铜片复合在一起，做成覆铜板（又叫硬板）。覆铜板再根据不同需要做成各种印刷电路板。

将芳纶纤维纸浸渍环氧树脂后在 200-250°C烘干，制成半固化片（又称绝缘板），将半固化片切张（一层或多层），然后进行表面覆铜，在压机上压制（压机压力 30-50kg，温度 200-250°C)，制成覆铜板。或者，将芳纶纤维纸浸渍聚酰亚胺树脂， 200-250°C烘干制成半固化片（又称绝缘板），将半固化片切张（一层或多层），然后进行表面覆铜，在压机上压制（压机压力 30-50kg，温度 200-250°C)，制成覆铜板。

或者，将芳纶纤维纸浸渍聚四氟乙烯树脂，在 280-380°C烘干制成半固化片（又称绝缘板），将半固化片切张（一层或多层），然后进行表面覆铜，在压机上压制（压机压力 30-50kg，温度 380-420°C)，制成覆铜板。

【实施例 8】电路板基板性能测定

1. 以上 6个实施例纸种以聚四氟乙烯浸渍制成的电路板基板 CTE (热膨胀系数）、 Dk (介电常数）、 Df (介质损耗）值对照表：

2. 以上 6个实施例纸种以环氧树脂浸渍制成的电路板基板 CTE (热膨胀系数）、 Dk (介电常数）、 Df (介质损耗）值对照表：

CTE Dk

纸种 Df ( 1GHz)

(ppm/°C ) ( 1GHz) 实施例 1 X-Y 5-8 3.40 0.012 实施例 2 X-Y 5-8 3.45 0.013 实施例 3 X-Y 5-8 3.40 0.011 实施例 4 X-Y 5-8 3.50 0.013 实施例 5 X-Y 5-8 3.50 0.013 实施例 6 X-Y 5-8 3.45 0.013 对照例 * X-Y 6-9 - 0.015

* 对照例使用 Arlon公司 55NT电路板（其中合成纤维纸组成为芳纶 1414 纤维 +芳纶 1313粘结剂），以 Arlon公司公布的数据作为对照。

3. 以上 6个实施例纸种以聚酰亚胺浸渍制成的电路板基板 CTE (热膨胀系数）、 Dk (介电常数）、 Df (介质损耗）值对照表：

* 对照例采用美国 Arlon公司 85NT电路板，以 Arlon公司公布的数据作为对照。

4. 芳纶的比重是 1.44, 玻纤的比重是 2.56，故芳纶制作的电路基板的优点是轻。

以上对本发明的详细描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims

权利要求书

1、电路板基板的基础材料的合成纤维纸，由下述材料制成：

结构纤维： 10%〜 90%重量；

粘结纤维： 90%〜 10%重量，

其中所述结构纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，纤度为 l〜2d、长度为

3〜10mm;

所述粘结纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺沉析纤维或聚对苯二甲酰对苯二胺浆粕；

通过湿法抄造将所述结构纤维、粘接纤维抄造成形，并经过高温、高压热轧制成所述合成纤维纸。
2、要求 1所述的合成纤维纸，由 80%重量结构纤维和 20%重量粘结纤维制成。
3、要求 1所述的合成纤维纸，由 70%重量结构纤维和 30%重量粘结纤维制成。
4、要求 1所述的合成纤维纸，其中所述粘结纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺沉析纤维，打浆度为 25〜75 °SR。
5、半固化片，包含至少一层权利要求 1所述的合成纤维纸。
6、求 5所述的半固化片，以所述合成纤维纸作为基础材料，经浸渍形成所述半固化片，浸渍材料选自环氧树脂、聚酰亚胺树脂和聚四氟乙烯树脂。
7、要求 6所述的半固化片，其中所述浸渍材料为聚四氟乙烯树脂，浸渍材料与所述合成纤维纸的重量比为 47%〜55%。

8、要求 5所述的半固化片，其在 x-y轴的平面方向上的线性热膨胀系数为 4〜9 ppm/°C，介电常数为 2.4~3.5，介质损耗为 0.001~0.013。
9、覆铜板，由权利要求 5所述的半固化片经表面覆铜制得。
10、刷电路板，包括至少一层权利要求 1所述的合成纤维纸或权利要求 5 所述的半固化片或权利要求 9所述的覆铜板。