CN111684117B - 石英玻璃纱及石英玻璃布 - Google Patents

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Abstract

根据低介电常数及低损耗以外还加上特性阻抗的稳定化,提供信号传递速度稳定的石英玻璃纱及石英玻璃布。具有曲率半径5mm以下且弯折角120度以下的弯曲点的缠络的缠络密度为0.10个/cm以下的石英玻璃纱。上述石英玻璃纱的拉伸强度为2.0GPa以上,构成上述石英玻璃纱的石英玻璃丝的开始断裂强度为上述石英玻璃纱的拉伸强度的80.0%以上为佳。

Description

石英玻璃纱及石英玻璃布
技术领域
本发明是涉及适用于高频用印刷布线基板的石英玻璃纱及石英玻璃布。
背景技术
在预定于2020年开始运用的第5代移动通信标准中,除了从前使用的6GHz频带以下、还使用28GHz频带的高频电波,进而在下一代的第6代移动通信标准,计划使用毫米波段的高频电波的一部分。
此外,不限于移动通信,伴随着IoT/M2M的普及,数据通信的领域也对应于急遽膨胀的数据,进行着构成各种网络设备的电子电路的高频化。例如,当前正在进行测定的WiFi通信标准之一的IEEE802ad,开始使用60GHz频带。
对应于这样的高频的通信设备或网络设备所使用的高频用印刷布线基板,要求低损耗及低延迟的信号处理,伴随于此,用在高频印刷布线基板的玻璃布也要求低介电常数及低损耗。
例如,在专利文献1提出了:控制成为石英玻璃制粗纤维的原料的碇材往炉内的进给速度,控制成为石英玻璃丝的原料的石英玻璃制粗纤维的拉线速度,由此得到表面平滑性优异、质量及厚度的偏差很少且尺寸稳定性优异的石英玻璃布。
另一方面,网络设备间的数据传输方式也伴随着数据传输速度的高速化,而由从前的平行传输方式变成高速差动序列传输方式,对于高频用印刷布线基板所要求的特性,除了低介电常数及低损耗以外,基于特性阻抗的稳定化的信号传递速度也成为重要因素。
例如,在专利文献2中,提出以下多层印刷布线,即为了降低由玻璃布与树脂的相对介电常数不同而产生的阻抗变化或是传输延迟时间差而采用斜向布线,事先设想/避免由此副次地产生的谐振频率的问题而进行布线设计,从而确保信号质量,可良好地进行高速信号传递。
[在先技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2016-11484号公报
[专利文献2]日本特开2016-207776号公报
发明内容
-发明所要解决的技术问题-
但是,专利文献1的情况下,可获得低介电常数及低损耗的石英玻璃布,但考虑到用在高频用印刷布线基板时,除此之外,还要求基于特性阻抗的稳定化的信号传递速度。
此外,专利文献2的情况下,随着存在于剖面方向的玻璃纤维与树脂的分布状况,针对相对介电常数随场所而改变所引起的介电特性的差异,并不是靠改变玻璃布自身的物性来避免,而是根据电路的配置在设计上进行回避。因此,并没有降低存在于基板自身的玻璃布与树脂的相对介电常数的差异。
本发明是有鉴于上述情形而完成的发明,目的在于提供一种除了低介电常数及低损耗以外,根据特性阻抗的稳定化而使信号传递速度稳定的石英玻璃纱及石英玻璃布。
-用于解决技术问题的手段-
本申请发明人们,为了解决上述课题而致力进行了研究的结果,关于构成高频用印刷布线基板的石英玻璃布,发现石英玻璃布的平坦度及石英玻璃布的缺陷有重大影响。而且,进而由这些观点发现针对作为原料的石英玻璃纱,减少缠络导致的弯曲点为重要因素,从而完成本发明。
也即,本发明的石英玻璃纱,具有曲率半径5mm以下且弯折角120度以下的弯曲点的缠络的缠络密度为0.10个/cm以下。
优选上述石英玻璃纱的拉伸强度为2.0GPa以上,构成上述石英玻璃纱的石英玻璃丝的开始断裂强度为上述石英玻璃纱的拉伸强度的80.0%以上。
优选构成上述石英玻璃纱的石英玻璃丝的丝径为3.0~10.0μm,丝数量为20~300根,且捻数为4~24捻/m。
本发明的石英玻璃布,是使用本发明的石英玻璃纱来织制、开纤而成的石英玻璃布。
在上述石英玻璃布,优选在测定压63.2kPa下通过电子式测微器测定的布厚平均值,为测定压176.8kPa下通过电子式测微器测定的布厚平均值的100~110%。
在上述石英玻璃布,在测定压63.2kPa下通过电子式测微器测定的布厚的变动系数在10%以内为宜。
-发明效果-
根据本发明,根据使用缠络导致的弯曲点很少的石英玻璃纱,提供具有优异的平坦性,根据低介电常数及低损耗以外还加上特性阻抗的稳定化,可以使信号传递速度稳定的石英玻璃布。
附图说明
图1是石英玻璃纱的缠络的说明图,(a)是表示缠络的测定方法的概略放大图,(b)~(d)是(a)的重要部位放大图。
图2是制造在实施例1使用的石英玻璃制粗纤维的电阻加热式电炉的示意图。
图3是制造在实施例1使用的石英玻璃丝的方法的示意说明图。
图4是在实施例1使用的改良过的电阻加热式电炉的气体导入部的剖视图。
图5是从前的炉的气体导入部的剖视图。
图6是石英玻璃纱的应力-应变曲线的示意说明图,(A)是所有的石英玻璃丝具有相同拉伸强度的情况,(B)为石英玻璃丝的拉伸强度有偏差情形的情况。
图7是与假定为被极致开纤的情况下的石英玻璃布的平坦度相关的示意说明图。
图8是本发明的石英玻璃布的特性阻抗测定用基板的剖视图。
具体实施方式
以下,详细说明本发明。
(1)石英玻璃纱
在本说明书,将拉长石英玻璃得到的细丝状单纤维定义为石英玻璃丝,将上述石英玻璃丝捆束所得的结构定义为石英玻璃股线,将上述石英玻璃股线捆束捻绞所得的结构定义为石英玻璃纱。
本发明的石英玻璃纱,缠络密度为0.10个/cm以下,优选为0.08个/cm以下,更优选为0.05个/cm以下。
图1是石英玻璃纱的缠络的说明图,(a)是表示缠络的测定方法的概略放大图,(b)~(d)是(a)的重要部位放大图。在图1,符号10是石英玻璃纱。符号12是石英玻璃纱的弯曲点,图1中,以圆圈表示因缠络导致的石英玻璃纱的弯曲点12。符号13是并非本申请的弯曲点的曲部。本发明的石英玻璃纱10的缠络,是稍微松开丝的情况下观测到的较大弯曲,缠络的测定,是以石英玻璃纱所形成的弯曲的半径为曲率半径、以是曲率半径5mm以下的弯曲且弯曲弯折角120度以下的弯曲部为弯曲点,测定该弯曲点的数量,设为缠络个数,来算出缠络密度。
具体而言,由卷绕在卷线轴的石英玻璃纱10,将卷绕的最外层的石英玻璃纱用作试验纱。检查石英玻璃纱卷绕在卷线轴的状态的缠络的情况下,由石英玻璃纱卷绕的中层部分取出试验纱,除了必须除去卷绕在比这靠外层的石英玻璃纱而产生浪费之外,加上由于卷绕在比样本部分靠上层的石英玻璃纱的卷绕压力有可能影响测定而产生误差,所以用卷绕的石英玻璃纱的最外层石英玻璃纱进行检查。
通过固定单元固定石英玻璃纱10的上端部之后,采用JIS L 1013(2010)“化学纤维丝试验方法”的“5.试验方法”的5.1初载荷的a)所记载的初载荷2.94mN,在使石英玻璃纱10以不伸长而拉直的程度的载荷拉伸开的状态下,以固定间隔L=400mm的方式将石英玻璃纱10的下端部以固定单元固定。其后,在固定石英玻璃纱10的上下端的情况下将上下间隔缩小1mm(0.25%),并将固定间隔L调整成399mm。根据缩小固定间隔,使绷紧的石英玻璃纱10松弛,针对此时的石英玻璃纱的状态,拍摄全方向的影像。使用该影像,将石英玻璃纱10所形成的弯曲的曲率半径r及弯折角度θ用影像解析软件进行测定。将曲率半径r为5mm以下且弯折角θ为120度以下的弯曲部12作为弯曲点,计测弯曲点的数目。曲率半径r超过5mm或者弯折角θ超过120度的小弯曲当作缠络并不计数。测定的全方向影像中,采用弯曲点数目最大的影像的结果,以该弯曲点的个数作为石英玻璃纱的缠络个数,可以算出缠络密度。
图1的(b)~(d),表示在石英玻璃纱10形成的曲部的曲率半径r或者弯折角θ的概略说明图。如图1的(d)所示,本说明书中,根据缠络形成的弯曲点12,是弯曲的曲率半径r为5mm以下且弯曲的弯折角θ为120度以下的弯曲部。图1的(b)所示的曲部13的曲率半径r超过5mm,所以并非本申请的弯曲点。同样地,图1的(c)所示的曲部13的弯折角θ比120度还大,并非本申请的弯曲点。
缠络密度超过0.1个/cm时,石英玻璃纱之间容易交络,得到的石英玻璃布的平坦度降低。进而,根据因石英玻璃纱之间交络造成石英玻璃纱之间的光滑性恶化,使织制后的开纤处理效果难以获得,且开纤处理后的石英玻璃布的平坦度降低。又,因为最好是没有由缠络而形成的弯曲点,所以缠络密度的下限是0.00个/cm。
石英玻璃纱的软化点为1600℃~1710℃,与其他玻璃(例如,E玻璃的软化点为840℃)相较压倒性高,所以在加工成丝形状时,丝整体急遽冷却,其结果具有构造性易碎、缺乏柔软性、容易产生缠络等性质。
接着,使用此石英玻璃纱进行织制的情况下,织制时施加高张力,而织制后释放此张力。此时,缠络密度高(因缠络形成的弯曲点多)的石英玻璃纱的情况下,作成石英玻璃布后缠络会残留下微妙的表面凹凸,通过其后的开纤处理也未改善而留下来,所以为了得到具有高平坦性的石英玻璃布,缠络密度低(因缠络形成的弯曲点少)者为佳。
在本发明,通过使用因缠络形成的弯曲点少的石英玻璃纱进行织制石英玻璃布,改善石英玻璃布内的石英玻璃纱之间的交络,达到石英玻璃布平坦化的效果。进而,石英玻璃纱之间的交络少所以使石英玻璃纱之间的光滑性提升,从而可以有效地进行开纤处理,作为相乘效应而能稳定制造更平坦的石英玻璃布。
石英玻璃纱的拉伸强度,由织制石英玻璃纱时不发生起毛等的缺陷的观点、或者将织制的石英玻璃布进行开纤时可以在适当的水压下进行充分地开纤等的观点而言,优选为2.0GPa以上,更优选为2.4GPa以上,进一步优选为2.7GPa以上。
又,本说明书中,石英玻璃纱的拉伸强度测定,是依照日本工业标准JIS R3420:2013“玻璃纤维一般试验方法”之中的“7.4拉伸强度”、特别是“7.4.3玻璃丝及粗纱的情况下”所规定的方法来进行。本申请中,采用同JIS R 3420的7.4.1记载的3个拉伸试验方法之中的“a)定速伸长型拉伸试验方法(CRE)”,由10个试验片的断裂力,以牛顿(N)单位求出断裂力的算术平均值,进而将此应力除以石英玻璃纱的剖面积(构成石英玻璃纱的石英玻璃丝的剖面积总和),并将换算成压力的数值定义为拉伸强度。
本发明的石英玻璃纱内的石英玻璃丝的强度分布,为防止石英玻璃纱部分断裂的重要因素。石英玻璃纱的部分断裂是石英玻璃纱起毛的质量上的问题。石英玻璃纱起毛,成为织制时丝线断裂的原因并妨碍织制,而且即便并未发生丝线断裂也会导致直接使用此起毛布的电路基板的绝缘不良。
然而,在纱的阶段,观察到起毛的石英玻璃纱可以在检查步骤排除,所以对在石英玻璃布的平坦度或起毛而言直接的影响较少。反而,问题是根据存在于石英玻璃纱内的石英玻璃丝的强度分布,造成织制步骤、开纤步骤中石英玻璃纱部分地断裂并起毛的情况。
特别是在使用高压喷射水流使纤维彼此滑动的开纤处理步骤,由于在对石英玻璃纱自身施加强烈的压力,如果石英玻璃纱内存在部分脆弱的丝,则容易发生石英玻璃纱部分断裂。
在石英玻璃纱内部存在强度弱的丝的情况下,由于为了防止部分断裂,无法设定本来必要的压力条件因而导致得到的石英玻璃布的平坦度降低。
于是,本发明中,通过预先检讨石英玻璃纱断裂试验中的应力-应变曲线以预期石英玻璃纱这样的部分断裂,可以得到表面缺陷较少的石英玻璃纱。
图6是石英玻璃纱的应力-应变曲线的示意说明图,(A)是所有的石英玻璃丝具有相同拉伸强度的情况下,(B)为石英玻璃丝的拉伸强度有偏差情形的情况下。
本说明书中,应力-应变曲线在JIS R 3420:2013“玻璃纤维一般试验方法”的“7.4.1拉伸试验方法”的“a1所规定的定速伸长型拉伸试验方法(CRE)”,如图6所示,横轴上绘制石英玻璃纱的应变(应变:将两把间的长度除以两把间隔250mm,以%表示)、在纵轴绘制应力(挂在石英玻璃纱两端的张力)而得到的曲线。
构成石英玻璃纱的所有石英玻璃丝具有相同的拉伸强度的情况下,石英玻璃纱如图6的(A)所示,在某应力一下子断裂。将此石英玻璃纱断裂的应力换算压力的数值就是本申请的拉伸强度。
另一方面,实际上构成石英玻璃纱的石英玻璃丝的强度是具有偏差情形。此情况下,伴随着应变的增加而由强度弱的石英玻璃丝起依序断裂。如图6的(B)所示,一部分石英玻璃丝的断裂,使石英玻璃纱的实质的剖面积减少,附加于石英玻璃纱的应力即压力会增大,因而改变应力-应变曲线上应力对应变的增加率(曲线的斜率)。结果,在应力-应变曲线产生拐点。以此拐点定义为断裂点,将断裂点的应力除以拉伸试验开始时的石英玻璃纱的剖面积,将换算成压力的数值称为断裂点的强度,在断裂点内,将最初的断裂点定义为断裂开始点、将断裂开始点的强度定义为开始断裂强度。又,石英玻璃丝的部分断裂,会在开始断裂强度与拉伸强度之间的任何一点发生,所以针对断裂开始点的强度,以石英玻璃纱的拉伸强度为基准予以规定。
从防止石英玻璃纱的部分断裂的观点而言,石英玻璃纱的断裂开始点是重要的。
石英玻璃丝的开始断裂强度,由石英玻璃丝强度的偏差减少的观点而言,石英玻璃纱的拉伸强度优选为80.0%以上,为85.0%以上较佳,为90.0%以上更佳,而石英玻璃丝的开始断裂强度的上限是100.0%。
本发明的石英玻璃纱所使用的石英玻璃丝的丝径,由石英玻璃布的厚度的观点而言,优选为3.0~10.0μm,为3.5~7μm较佳,为3.5~5.5μm更佳。
又,石英玻璃丝的丝径的测定,是切断石英玻璃纱后用电子显微镜将此切断面拍摄照片,且以游标尺计测照片上的切断面的径长并换算倍率而算出。
此外,石英玻璃丝的丝数量,由石英玻璃布的厚度或石英玻璃纱的强度的观点而言,优选为20~300根,为25~200根较佳,为30~150根更佳。
石英玻璃丝的SiO2组成量,优选为98.0~100.0质量%,为99.0~100.0质量%较佳,为99.5~100.0质量%更佳。
石英玻璃纱所用的石英玻璃丝的制造方法,可根据将具有期望的真圆度的石英玻璃碇材根据公知的纺纱方法予以纺纱而得到。为了得到缠络密度低的石英玻璃纱,仅以引用文献1所记载的方式,控制成为石英玻璃制粗纤维的原料的石英玻璃碇材往炉内的进给速度、控制石英玻璃丝的卷取速度并不足够,还需充分确保原料的石英玻璃碇材的剖面的真圆度。例如,
Figure BDA0002612332000000081
的石英玻璃碇材的情况下,优选进行精密研磨,以使得真圆度成为50μm以下、为30μm以下较佳、为20μm以下更佳。
具有所期望的真圆度的石英玻璃碇材,例如,可通过利用圆筒研削盘的圆筒研削而获得。具体而言,在圆筒研削盘的夹头两端把持石英玻璃碇材,使用移动的旋转磨石,并边使之安稳移动、边进行石英玻璃碇材表面的研削。此时,边改变并调整旋转磨石的粗糙度与切入量,例如分成粗刨加工步骤及最终加工步骤,边进行多次圆筒研削。具体而言,在粗刨加工步骤,使用旋转磨石的粗糙度优选是依照JIS粒度表所示#100/120~#140/170、更优选为#120/140的磨石且切入量优选为0.010~0.030mm、更优选为0.015~0.025mm地进行加工。具体而言,在粗刨加工步骤,使用旋转磨石的粗糙度最好是依照JIS粒度表所示#230/270~#325/400、更优选#270/325的磨石且切入量优选为0.005~0.010mm、更优选为0.006~0.009mm地进行加工。进行1次圆筒研削之后由石英玻璃碇材切出厚度10mm的样本,计测其真圆度并将结果反馈到下一次的圆筒研削,这样的作业反复进行多次后,获得具有所要的真圆度的石英玻璃碇材。
在此,石英玻璃碇材的真圆度,是指与JIS B 0621-1984“几何偏差的定义及显示”的“4.3真圆度”中定义的圆形形状的几何学上正圆的偏差大小。具体而言,如同“5.3真圆度”所规定,在将圆形形体挟在二个同心的几何学的圆之间时,指同心二圆之间隔成为最小的情况下的、二圆的半径之差。又,JIS(日本工业标准)的真圆度的单位是以mm或者μm来表示,但在本申请中真圆度为非常微小的数值,所以是以μm表示真圆度的单位。
真圆度,是将原料的石英玻璃碇材切断成厚度10mm,可以使用满足JIS B 7451:1997“真圆度测定机”的真圆度测定机(例如,Mitutoyo Corporation制造Roundtest RA-2200AS等)进行测定。
作为石英玻璃纱的制造方法,例如,如图2所示,把具有所要的真圆度、且直径50~200mm的石英玻璃碇材20在电阻加热式电炉42内加热延伸,制造直径100~300μm的石英玻璃制粗纤维43。此时,适宜以激光式外径测定机44测定石英玻璃制粗纤维的外径,且反馈控制石英玻璃碇材20往电阻加热式电炉内的插入速度V1、与石英玻璃制粗纤维的卷取速度V2。在图2,符号M表示供卷取石英玻璃制粗纤维43用的高精度卷取机。此外,符号46是炉心管、符号48为气体导入管、符号61为控制石英玻璃制粗纤维43的卷取速度的卷取速度控制部、符号62为控制石英玻璃碇材20的进给速度的碇材进给速度控制部。
进而,在延伸石英玻璃制粗纤维时,如果在石英玻璃制粗纤维的外径存在局部的偏差,则最终得到的石英玻璃丝的强度分布会发生,所以在抑制石英玻璃制粗纤维外径的局部变动的目的下,最好是采取极力减小电阻加热式电炉内的温度分布。具体而言,考虑到为了保护加热器而被导入电阻加热式电炉内的惰性气体的种类、导入路径、气体流量等,适宜注意不会由于惰性气体而扰乱电阻加热式电炉内的温度均匀性。
例如,针对氮气等保护气体的往电阻加热式电炉内的导入路径,最好是由从前的1个(图5)增加到多个(图4中,4个气体导入管),4个气体导入管48分别配有独立的压力调整器与流量计,以便气体由电阻加热式电炉下部流向上部而使来自各部位的气体流量均匀化。
由上述制造出的石英玻璃制粗纤维43制造石英玻璃股线,如图3所示,边根据控制进给辊53的转速来控制进给速度、边将多根直径100~300μm的石英玻璃制粗纤维43导入来自宽幅氢氧焰燃烧器B1的燃烧器火焰F1中,同时,由燃烧器的相反方向透过施胶机50及集束器47捆束,通过以卷取机49卷取予以加热延伸,而制作30~100根石英玻璃丝14,将这些以施胶机50涂布胶料剂后,利用集束器47予以集束而制造石英玻璃股线18。制造出的石英玻璃股线18,之后通过卷取机49而被卷取。在此方法中,可以得到直径为3.0~10.0μm的石英玻璃丝14。
对于上述石英玻璃股线,可以通过使用捻线机以指定捻数捻绞,而制造本发明的石英玻璃纱。
上述捻数,由石英玻璃布的开纤容易度(捻数愈少愈容易开纤)及石英玻璃纱的强度(捻数愈多则强度愈高)的观点而言,优选为4~24捻/m、更优选为4~16捻/m、进一步优选为4~12捻/m。
此外,为了通过石英玻璃纱的所有步骤,并降低构成石英玻璃纱的石英玻璃丝的强度分布,最好是考虑到纺纱或捻线时存在于纱道的集束器(纺纱步骤)、螺旋线(纺纱步骤)、导纱器(捻线步骤)、钢丝圈(捻线步骤)的变形或损伤。也即,由于石英玻璃纱非常硬且脆,所以容易损伤所接触的构件,另一方面,自身也容易受伤。因此,石英玻璃丝或石英玻璃纱所接触的地方要时常进行绵密的检查而有损伤的情况下,则最好是立即更换为没有损伤的零件。
(2)石英玻璃布
本发明的石英玻璃布,是使用本发明的石英玻璃纱而制造。石英玻璃布的制造方法并无特别限制,可以根据公知的方法进行制造。具体而言,本发明的石英玻璃布,是将本发明的石英玻璃纱根据常法以平织等织制、开纤的布,且经线与纬线以周期性交叉的形式配置。其后,因应需要而通过胺基硅烷、乙烯基硅烷、丙烯酸硅烷等硅烷耦合剂进行表面处理。在用树脂浸渍石英玻璃布而形成的印刷布线基板,微观地看时,布的纱线与纱线的交叉部分的树脂量较少,纱眼(经线与纬线之间的空隙)的部分的树脂量较多。由于石英玻璃布与树脂的相对介电常数的差较大,根据此树脂量的相对变化,而在基板产生微观的介电常数分布,这会引起基板上部形成的电子电路传输的高频信号的传输速度差异产生。
为了降低在印刷布线基板产生的因纱眼造成基板的相对介电常数差异,在将构成石英玻璃布的石英玻璃纱织制后,进行以水流等将经线及纬线的石英玻璃丝扩张的、所谓的开纤处置(也称“纱眼阻塞处置”)。根据充分的开纤处理,构成石英玻璃纱的丝束充分地散开,俯视观察的情况下,石英玻璃纱幅度宽,相反地,纱眼变窄,石英玻璃布的厚度变薄。
在本发明,石英玻璃布的厚度优选为8~35μm、更优选为10~30μm。
使用缠络密度低、也即由缠络造成的弯曲点较少的石英玻璃纱的情况下,可得到表面凹凸较少的石英玻璃布。具体而言,在测定压63.2kPa下根据电子式测微器测定的布厚平均值,最好是测定压157.9kPa下根据电子式测微器测定的布厚平均值的100~110%,为100~108%较佳、为100~105%更佳。
在此,石英玻璃布的厚度是在通常压力下测定,所以无法测定石英玻璃布表面的凹凸,而为了知道凹凸的程度则有必要在几乎无加重的状态下测定石英玻璃布的厚度。
但是,无加重状态下的石英玻璃布厚度测定,根据测定者关于测定机的先端是否接触到石英玻璃布表面的感觉而有很大的差异,且得到的数值的可靠性差。于是,本发明中取代无加重的状态,而进行可靠性高、且在可以用测定机设定的极力低的压力63.2kPa下的测定,将与通常压力157.9kPa下的测定结果的差加以比较来检查石英玻璃布表面的凹凸程度。
又,石英玻璃布的厚度,是采用JIS R 3420:2013“玻璃纤维一般试验方法”的“7.10.1.1试验用机械器具”中的“a)载重测微器”中的“2)电子式测微器”予以测定。具体而言,使用测定压包含由63.2kPa起到157.9kPa的范围的测微器(例如,Mitutoyo MeasuringForce Variable Digimatic Micrometer Soft Touch Micro CLM2-10QBM)予以测定。操作是依据JIS R 3420:2013“玻璃纤维一般试验方法”的“7.10.1.4操作”中的“b)B法”,在63.2kPa下及157.9kPa下测定了测定压。
在此,由于以测定力可变式测微器可改变的是测定力,所以有必要通过将测定力除以测定砧的面积,而将测定力变换成测定压。由于例示的Mitutoyo Measuring ForceVariable Digimatic Micrometer Soft Touch Micro CLM2-10QBM的情况下,测定砧直径为6.35mm,所以测定力分别为2N的情况下及5N的情况下下测定压成63.2kPa及157.9kPa。
此外,如同“7.10.1.4操作”中的“c)”所示,布厚度的测定是针对相隔75mm以上的5个地方进行,以其平均值作为石英玻璃布的厚度。进而,求出其偏差作为标准偏差,除以厚度的平均值为变动系数。但是,关于各个测定点,在测定压63.2kPa下及157.9kPa下进行测定。
此外,在测定压63.2kPa下由电子式测微器测定的石英玻璃布厚度的变动系数在10%以内为佳、在7%以内较佳、在5%以内更佳。即,根据抑制石英玻璃布厚度的变动系数,可以使得石英玻璃布整体的平坦度均匀。
作为表示开纤程度的尺度,石英玻璃布的平坦度,根据后述式(1)而求出。
【数式1】
平坦度=TC/TABS…(1)
式(1)中,TC表示石英玻璃布的厚度,TABS表示假定为被极致开纤的情况下的石英玻璃布的平均厚度。
图7为有关假定为被极致开纤的情况下的石英玻璃布的平坦度的示意说明图。在图7,符号14是构成经线石英玻璃纱的石英玻璃丝、符号15是被极致开纤的状态的经线石英玻璃纱、符号16是基准面。又,将基准面的幅宽设为1。
在本说明书,石英玻璃布被极致开纤的状态,表示构成石英玻璃布的石英玻璃纱及构成石英玻璃纱的石英玻璃丝没有束缚地、完全地在平面上分布的状态,作为石英玻璃布的厚度则表示极致地薄(平坦)的状态。实际上为了石英玻璃纱捻线,并不可能完全地开纤、平坦化,所以到底只是供数值化平坦度用的尺度。
在此,被极致地开纤的状态的构成经线石英玻璃纱的丝14,如图7的(A)所示,全部排列在平面的状态,所以经线石英玻璃纱的幅宽(Ly)可以以后述式(2)表示。
Ly=Df×Nf···(2)
(式(2)中、Df表示丝径、Nf表示石英玻璃纱中的丝数量)
接着,在被极致地开纤的状态下,如图7的(B)所示,经线石英玻璃纱自身也全部排列在基准面上的状态,所以总丝的幅宽L对基准面的幅宽,可以以后述式(3)表示。
L=Ly×Ny···(3)
(式(3)中、Ly表示纱幅宽、Ny表示基准面幅宽中的纱数量)
从而,每个基准面幅宽的石英玻璃布的平均厚度Tave,如图7的(C)所示,是构成经线石英玻璃纱的石英玻璃丝部分(幅宽L、厚度Df)与没有石英玻璃丝的部分(幅宽1-L、厚度0)的平均值,因而可以以后述式(4)表示。
Tave=Df×L···(4)
整理上述式(2)~(4),则成为后述式(5)。
Tave=Df×Ny×Df×Nf=Df 2×Ny×Nf···(5)
图7的(A)~(C)仅表示涉及经线石英玻璃纱,但实际上石英玻璃布也包含纬线石英玻璃纱。纬线石英玻璃纱与经线石英玻璃纱相互交叉,但在设为忽视该交叉造成布厚度的增加的情况下,极致的石英玻璃布的厚度TABS可以视为是经线Tave与纬线Tave之和。因而,作为TABS导出后述式(6)。
【数式2】
TABs=(DWf 2×NWy×NWf)+(DFf 2×NFy×NFf)···(6)
(式(6)中、DWf表示构成经线石英玻璃纱的石英玻璃丝径(mm)、NWy表示每个基准面幅宽的经线石英玻璃纱数量(根)、NWf表示构成经线石英玻璃纱的石英玻璃丝数量(根)、DFf表示构成纬线石英玻璃纱的石英玻璃丝径(mm)、NFy表示每个基准面幅宽的纬线石英玻璃纱数量(根)、NFf表示构成纬线石英玻璃纱的石英玻璃丝数量(根))
石英玻璃布的平坦度优选为1.90以下,为1.88以下较佳,为1.85以下更佳。又,石英玻璃布的平坦度的下限最好较低,所以为1.00。
[实施例]
以下表示实施例及比较例,具体地说明本发明,但本发明并不限于后述实施例。
[实施例1]
作为原料的石英玻璃碇材,准备直径121mm、长度2,000mm的合成石英玻璃碇材,边测定真圆度边反复进行圆筒研削,最终得到真圆度为20μm的直径120mm、长度1,900mm的石英玻璃碇材。
圆筒研削步骤,是将石英玻璃碇材保持在圆筒研削盘的两夹头,使用基于#120/140的钻石磨轮(diamond wheel)的研削磨石,以最大切入量0.02mm实施4次粗刨加工。粗刨后,将石英玻璃碇材由圆筒研削盘取下,由实施完研削的端部切出长度10mm的样本,在用Mitutoyo Corporation制造Roundtest RA-2200AS进行真圆度测定时,为60μm。
其次,将完成粗刨加工的石英玻璃碇材再度放入圆筒研削盘,使用基于#325/400的钻石磨轮的研削磨石,以最大切入量0.007mm实施两次修整加工。加工后,同样地切出真圆度测定用样本,进行了真圆度测定时,真圆度为10μm。
在图2所示的电阻加热式电炉内,将得到的石英玻璃碇材予以加热延伸,制造直径230μm的石英玻璃制粗纤维。此时,以激光式外径测定机44测定石英玻璃制粗纤维的外径,且反馈控制石英玻璃碇材20的往电阻加热式电炉内的插入速度V1、与石英玻璃制粗纤维的卷取速度V2。又,电阻加热式电炉的作为保护气体的氮导入口,使用图4所示的4个气体导入管48并极力缩小炉内的温度分布,且抑制石英玻璃制粗纤维的局部的外径变动。
其次,如图3所示,边控制进给辊53的转速边控制进给速度,将70根的上述石英玻璃制粗纤维43同时地导入70根并排配置宽幅氢氧焰燃烧器B1的火焰中,同时,边由燃烧器的相反方向透过施胶机50及集束器47予以捆束,边用卷取机49予以卷取,制造出由直径为3.7μm的70根丝所构成的石英玻璃股线。
将得到的石英玻璃股线,根据捻线机以16捻/m予以捻绞而制造出石英玻璃纱。
进而,使用此石英玻璃纱,制造出织密度为经线95根/吋(3.74根/mm)、纬线95根/吋(3.74根/mm)的幅宽1m、长度1,000m的平织石英玻璃布。
其次,使用在石英玻璃布的幅宽方向以等间隔配置了多个直径0.1~0.2mm小口径的旋转喷嘴的高压喷水管,进行石英玻璃布的开纤处理。
然后,开纤处理后的石英玻璃布,使用立式涂料机,通过胺基硅烷表面处理剂进行表面处理涂敷。
又,实施例1是在纺纱及由得到的石英玻璃纱制造石英玻璃布时进行两次试行,因而分别形成石英玻璃纱实施例1-1及1-2、石英玻璃布实施例1-1及1-2。
1.石英玻璃纱的评价
针对得到的石英玻璃纱,采用上述的测定方法,测定石英玻璃纱的缠络密度、石英玻璃纱的拉伸强度及开始断裂强度。分别在表1表示缠络的结果、在表2表示石英玻璃纱的拉伸强度及开始断裂强度的结果。
2.石英玻璃布的评价
针对得到的石英玻璃布,采用上述的测定方法测定布厚度,算出其平均值。也即,在相互间隔75mm以上的5点测定点,分别在测定压63.2kPa下及157.9kPa下根据MitutoyoMeasuring Force Variable Digimatic Micrometer Soft Touch Micro CLM2-10QBM测定布厚度,且算出该5点的平均值及变动系数、测定压63.2kPa下被测定的布厚度的平均值对测定压157.9kPa下被测定的布厚度的平均值之比,将其结果表示在表3。
此外,针对得到的石英玻璃布表面的平滑性,根据以下的方法,评价平坦度、光泽度及起毛。将其结果表示在表4。
又,评价是通过辊将实施例及比较例的石英玻璃布拉出,铺在平坦的台桌上,由斜上方照射亮度10,000lux光源,根据目视予以评价。
<平坦度>
平坦度作为表示开纤程度的尺度,根据上述的后述式(1)而数值化。
【数式3】
平坦度=TC/TABS···(1)
式(1)中,TC表示石英玻璃布的厚度,TABS表示假定为被极致开纤的情况下的石英玻璃布的平均厚度。
TABS是采用上述的后述式(6)并输入石英玻璃布的各参数而算出。
【数式4】
TABs=(DWf 2×NWy×NWf)+(DFf 2×NFy×NFf)···(6)
针对各实施例及比较例,根据上述式(6)求出极致的石英玻璃布厚度TABS时,成为以下所示。
实施例1及比较例1的TABS=0.0072(mm)
实施例2及比较例2的TABS=0.0148(mm)
使用这些数值,将计算出的石英玻璃布平坦度结果表示在后述表4。此外,平坦度的评价,平坦度1.90以下评价为“○”、1.91~2.00为“△”、2.01以上为“×”。
<光泽度>
针对光泽度,利用因石英玻璃布表面的起伏或缠络而造成光泽度偏差的现象,将并未观察到光泽度偏差的情况评价为“○”、观察到光泽度有若干偏差的情况评价为“△”、光泽度偏差很显著的情况评价为“×”。
<起毛>
针对起毛,将10个/m2以下的情况评价为“○”、将11个/m2以上20个/m2以下的情况评价为“△”、将21个/m2以上的情况评价为“×”。
[实施例2]
将丝直径3.7μm变更为5.3μm、将丝数量70根变更为100根以外,根据与实施例1同样的方法,制造石英玻璃股线,以12捻/m予以捻绞而制造出石英玻璃纱。
进而,使用此石英玻璃纱,根据与实施例1同样的方法,制造出织密度为经线66根/吋(2.60根/mm)、纬线68根/吋(2.68根/mm)的平织石英玻璃布后,在与实施例1相同的开纤条件下将此施以开纤处理。
实施例2是在纺纱及由得到的石英玻璃纱制造石英玻璃布时进行两次试行,因而分别形成石英玻璃纱实施例2-1及2-2、石英玻璃布实施例2-1及2-2。
针对得到的石英玻璃纱及石英玻璃布,根据与实施例1同样的方法进行评价。将结果表示在表1~4。
3.基板的评价
使用得到的石英玻璃布而形成微带线的电路基板,评价特性阻抗的稳定性。
在基于微带线的特性阻抗测定,基板厚度最好是100μm以上,所以使用两层布厚度30μm前后的实施例2-1及比较例2-1的石英玻璃布制造特性阻抗测定用基板,且进行评价。
将特性阻抗测定用基板的剖面构造表示在图8。在图8,符号100为线、符号102为接地、符号103为石英玻璃布、符号104为玻璃纤维胶片。
使上述得到的石英玻璃布103浸渍含有50质量%的石英玻璃填料的环氧树脂,制造出由石英玻璃布103及环氧树脂所构成的玻璃纤维胶片104。得到的玻璃纤维胶片104中的石英玻璃布103与环氧树脂的比例,前者为40质量%、后者为60质量%。
将此玻璃纤维胶片104堆叠两层,进而与堆叠在其外侧两面的铜箔一起加热加压,制造双面铜箔层叠板(双面CCL),且以此作成特性阻抗测定用基板。
特性阻抗测定用基板的厚度为100μm,进行评价的线100是在形成在特性阻抗测定用基板的两面的微带线,并作成线幅宽100μm、线长30mm。
使用Agilent公司制造TDR54754A,测定特性阻抗,以其最大值与最小值的差作为偏差并予以评价。
TDR脉冲的上升时间为20ps,进行3次测定,且排除数据两端的数值的后,将各个TDR时间(53.4~54.4ns)的特性阻抗Z的平均值的差(最大值-最小值)作为特性阻抗Z偏差。
将特性阻抗Z偏差相对在特性阻抗Z为2%未满的情况下、评价为“○”,将这以上评价为“×”。将评价结果表示在表5。
[比较例1]
除了不进行原料石英玻璃碇材的圆筒研削以外,在通过与实施例1同样的方法而得到直径230μm的石英玻璃制粗纤维后,通过与实施例1同样的方法,制造由石英玻璃丝径3.7μm、石英玻璃丝数量70根所构成的石英玻璃股线,且以16捻/m予以捻绞而制造出石英玻璃纱。
进而,使用此石英玻璃纱并根据与实施例1同样的方法,制造出织密度为经线95根/吋(3.74根/mm)、纬线95根/吋(3.74根/mm)的幅宽1m、长度1,000m的平织石英玻璃布后,依照与实施例1相同开纤条件将此进行开纤处理。
比较例1,是在纺纱及由得到的石英玻璃纱制造石英玻璃布时进行两次试行,因而分别形成石英玻璃纱比较例1-1及1-2、石英玻璃布比较例1-1及1-2。
针对得到的石英玻璃纱及石英玻璃布,根据与实施例1同样的方法进行评价。将结果表示在表1~4。
[比较例2]
除了不进行原料石英玻璃碇材的圆筒研削以外,在根据与实施例1同样的方法,得到直径230μm的石英玻璃制粗纤维后,根据其他条件与实施例2同样的方法,制造由石英玻璃丝径5.3μm、石英玻璃丝数量100根所构成的石英玻璃股线,制造出12捻/m的石英玻璃纱。
进而,使用此石英玻璃纱并根据与实施例1同样的方法,制造出织密度为经线66根/吋(2.60根/mm)、纬线68根/吋(2.68根/mm)的平织石英玻璃布后,在与实施例1相同开纤条件下将此施以开纤处理。
比较例2,是在纺纱及由得到的石英玻璃纱制造石英玻璃布时进行两次试行,因而分别形成石英玻璃纱比较例2-1及2-2、石英玻璃布比较例2-1及2-2。
针对得到的石英玻璃纱及石英玻璃布,根据与实施例1同样的方法进行评价。将结果表示在表1~4。
此外,使比较例2-1的石英玻璃布浸渍含有50质量%的石英玻璃填料的环氧树脂,制造出由石英玻璃布及环氧树脂所构成的玻璃纤维胶片。得到的玻璃纤维胶片中的石英玻璃布与环氧树脂的比例,前者为40质量%、后者为60质量%。
将此玻璃纤维胶片堆叠两层,进而与堆叠在其外侧两面的铜箔一起加热加压,制造双面铜箔层叠板(两面CCL),且与实施例2-1同样地进行基板的评价。将结果表示在表5。
【表1】
石英玻璃纱的结果
Figure BDA0002612332000000191
【表2】
石英玻璃纱的结果
Figure BDA0002612332000000192
【表3】
石英玻璃布的结果
Figure BDA0002612332000000201
【表4】
石英玻璃布的结果
Figure BDA0002612332000000202
【表5】
石英玻璃布的结果
Figure BDA0002612332000000211
如表1~表5所示,根据因缠络形成的弯曲点较少的石英玻璃纱的实施例1及2而得到的石英玻璃布,具有优良的平坦性、且光泽度无偏差,也可抑制起毛,进而,特性阻抗的稳定性上也优良。
-符号说明-
10:石英玻璃纱,12:石英玻璃纱的弯曲点,13:非弯曲点的曲部,14:石英玻璃丝,15:极致开纤状态的经线石英玻璃纱,16:基准面,18:石英玻璃股线,20:石英玻璃碇,42:电阻加热式电炉,43:石英玻璃制粗纤维,44:激光式外径测定机,46:炉心管,47:集束器,48:气体导入管,49:卷取机,50:施胶机(sizing applicator),53:进给辊,61:卷取速度控制部,62:碇材进给速度控制部,100:线,102:接地,103:石英玻璃布,104:玻璃纤维胶片,B1:宽幅氢氧焰燃烧器,F1:燃烧器火焰,M:高精度卷取机,r:曲率半径,V1:石英玻璃碇材的插入速度,V2:石英玻璃制粗纤维的卷取速度,θ:弯折角。

Claims (7)

1.一种石英玻璃纱,其特征在于,
具有曲率半径5mm以下且弯折角120度以下的弯曲点的缠络的缠络密度为0.10个/cm以下,
构成所述石英玻璃纱的石英玻璃丝的丝径为3.0~10.0μm,
丝数量为20~300根,且捻数为4~24捻/m。
2.根据权利要求1所述的石英玻璃纱,其特征在于,
所述石英玻璃纱的拉伸强度为2.0GPa以上,
构成所述石英玻璃纱的石英玻璃丝的开始断裂强度为上述石英玻璃纱的拉伸强度的80.0%以上。
3.一种石英玻璃布,其特征在于,
使用权利要求1或2所述的石英玻璃纱织制、开纤而成。
4.根据权利要求3所述的石英玻璃布,其特征在于,
在测定压63.2kPa下通过电子式测微器测定的布厚平均值,是在测定压157.9kPa下通过电子式测微器测定的布厚平均值的100~110%。
5.根据权利要求3或4所述的石英玻璃布,其特征在于,
在测定压63.2kPa下通过电子式测微器测定的布厚的变动系数在10%以内。
6.一种石英玻璃布,其特征在于,
使用具有曲率半径5mm以下且弯折角120度以下的弯曲点的缠络的缠络密度为0.10个/cm以下的石英玻璃纱,织制、开纤而成,
在测定压63.2kPa下通过电子式测微器测定的布厚平均值,是在测定压157.9kPa下通过电子式测微器测定的布厚平均值的100~110%。
7.一种石英玻璃布,其特征在于,
使用具有曲率半径5mm以下且弯折角120度以下的弯曲点的缠络的缠络密度为0.10个/cm以下的石英玻璃纱,织制、开纤而成,
在测定压63.2kPa下通过电子式测微器测定的布厚的变动系数在10%以内。
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