CZ9802005A3

CZ9802005A3 - Lamináty pro tištěné obvody za použití jednosměrné skleněné tkaniny

Info

Publication number: CZ9802005A3
Application number: CZ982005A
Authority: CZ
Inventors: Diego Scarí; Marco Scarí
Original assignee: Gividi Italia S. P. A.
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 1998-11-11
Also published as: MY132725A; EP0838977A1; KR19990076757A; WO1998019506A1; AU4946897A; JPH11509280A; TW336194B; US5807793A

Description

Lamináty pro tištěné obvody za použití jednosměrné skleněné tkaniny

Oblast techniky

Vynález se týká laminátů pro tištěné obvody, zejména listů sklem vyztužené pryskyřice (GRR), jež obsahují jednosměrnou skleněnou tkaninu, přeměněnou na listy pomocí impregnace epoxidovou, ještě ne úplně vytvrzenou pryskyřicí (pre-preg B stage), které, umístí-li se jeden nad druhým ve v .y pai cua v se přemění na laminát, kterého se užívá hlavně jako podkladu pro tištěné obvody (?WB).

Dosavadní stav techniky

Dielektrické lamináty, používané při konstrukci tištěných obvodů, jsou většinou zhotoveny za použití skleněné tkaniny a epoxidové pryskyřice.

Kombinace skla a pryskyřice vede ke konstrukčnímu, materiálu, jehož vlastnosti dokonale splňují požadavky, kladené širokým rozsahem jejich použití na trhu s elektronickými prvky.

Je vsak žádoucí neustálé zdokonalování pryskyřičných laminátů, vyztužených sjlem a to z důvodu technologického vývoje, který se vyznačuje zejména miniaturizací elektronických zařízení a menší tlouštkou a větším soustředěním měděných stop na tištěných obvodech.

Dnes jsou žádána zlepšení zejména následujících vlastností laminátů: povrch, drsnost a zvlnění povrchu, rozměrová stálost, stejnoměrnost a perforovate.lnost.

- 2 00 0 * * · · · 0 00' 0 00· • 00 · 0 0 0

000 00 . 0* ·*

Standardní skleněná tkanina, normálně používaná pro listy, začíná jevit první známky špatné přizpůsobilosti s kvalitativním zlepšením, požadovaným trhem.

Trh s elektronickými potřebami je však také neschopen se vyrovnat se značným zvýšením cen výrobků, který se nyní stal masově vyráběným předmětem. Z toho důvodu se stala nezajímavými všechna řešení, která radikálně mění způsob konstruování listů pro tištěné obvody.

Byly již navrženy pro řešení těchto problémů různě původní postupy jako alternativa užívání skleněné tkaniny jako základu pro konstrukci laminátů, avšak všechny tyto postupy měly některé zásadní nevýhody.

Například patentový spis č, EP 0 478 051 popisuje způsob plynulé výroby ploché vrstvy, konstruované uložením pouze dvou vláken,.impregnovaných pryskyřicí, střídavě ve směrech 0° až 90°.

Tato soustava má technické vlastnosti, které nejsouzcela přijatelné vzhledem k tomu, že vlákna musí být udržována v silném napětí po celou dobu trvání postupu, přístroj je velmi málo produktivní a velmi složitý a zahrnuje použití složitých a nákladných strojních součástek.

Patentový spis EP 9301919 také popisuje způsob výroby laminátů, vytvořených spojením a plynulým tvarováním vláken, předem impregnovaných pryskyřicí. Avšak tento systém má, jak tomu je u všech systémů, které navrhují pouhé použití předem impregnovaných vláken, má tu nevýhodu,že neumožňuje dobré tvarovací tlaky, což vede k udržení mikroskopických dutin uvnitř tištěných listů s následným zhoršením elektrických vlastností. Další problémy zhoršení elektrických vlastností mohou vzniknout v důsledku kazů podél vláken, úplně φ φ φ φφ φ φ ♦ · ♦ · φ φφ · · ·* φφ φφφ φ · · φφφ φφφφ φφφ φφ ·· ·· prostých křížení. Soustava je kromě toho neskladná a vyžaduje úplně novou konstrukci instalace.

i Patentová přihláška MI96A 000237, podaná 28. února

1996 na jméno přihlašovatelů této přihlášky, popisuje jedno* směrnou skleněnou tkaninu (UDF), vyrobenou z plynulé příze, která je zakroucena, má malý počet zákrutů nebo nulové zkrutné závity, s různými hmotnostmi v gramech a je prokládána · tenkými skleněnými přízemi na způsob vazby. Tato tkanina umožňuje výrobu laminátů pro tištěné obvody a tyto lamináty splňují požadavky na pokračující miniaturizaci. V této patentové přihlášce je popsáno použití jednosměrné skleněné tkaniny pro výrobu pryskyřičných, sklem vyztužených laminátů pro tištěné obvody. Avšak nejsou udány žádné podrobnosti, pokud jde o orientaci vláken, a.umožňující vyřešení shora uvedených problémů.

Podstata vynálezu

Bylo nyní zjištěno, že uspořádáním různých vrstev jednosměrné skleněné tkaniny se střídavou orientací v úhlech

......~~....... —0-° a-90^ ve zvláštním vz-tahu-je možné- získat- pryskyřičné ,--------------sklem vyztužené listy (nebo lamináty), které umožňují konstrukci tištěných obvodů, jež splňují požadavky na nízkou drsnost povrchu, rozměrovou stálost a zpracovatelnost laminátu.

Vynález se proto týká listů pryskyřice, vyztužené sklem i

a sestávajících z jednosměrné skleněné tkaniny, vyrobených ze souvislé příze, která je zakroucena, má nízký počet zákrutů nebo nulové zákrutové závity s různými hmotnostmi v gramech, je proložená ve směru osnovy perlinkovou vetkanou vazbou za použití skleněných přízí o 5,5 až 22 tex v odstupu až 20 cm, jež jsou vyznačeny tím, že orientace vláken v laminátu je od 50 do 80 % vláken v úhlu 0° a od 50 do 20 % vláken v úhlu 90°.

Vynález se také týká způsobu výroby uvedených listů.

Vynález se dále týká použití uvedených listů nebo laminátů jako dielektrického nosiče při konstrukci tištěných obvodů.

Vynález také zahrnuje tištěné obvody, obsahující dielektrické lamináty podle vynálezu, zejména pak tištěné obvody používané ve vysokofrekvenční technologii.

Vynález nyní bude podrobněji popsán také za pomoci výkresů.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje schematicky axonometrický pohled na jednosměrnou skleněnou tkaninu, použitou u vynálezu.

Obr. 2 znázorňuje schematicky jednak axonometrický pohled a jednak pohled se strany na běžnou skleněnou tkaninu.

— ---------- Obr·. 3 -znázorňuje schematicky jednak-axonometrický- pohled a jednak pohled se strany na jednosměrnou tkaninu, použitou podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

U jednosměrné tkaniny, použité podle vynálezu, se osnovní provázání získá použitím skleněných lřízí o 5,5 až 22 tex.

Obě příze leží ve dvojících poblíže spodních přízí a nejsou na tkanině viditelné. V tkanině jsou tyto příze pro·· * • · · · • »ι♦ * · . « · · • · ·· vázány s útky, přičemž jsou střídavě umístěny na prvním útku na horní pravé straně a na druhém útku na spodní levé straně, což vede k vazbě, obecně známé textilním odborníkům * pod názvem perlinková pleteň. Zavedením vazebních přízí, které budou označovány jako vazby se dosáhne stabilizace '' spodních přízí, což umožňuje manipulaci s jednosměrnou tkaninou bez klouzání přízí, což by vedlo k přepětí a velmi silné deformaci následující impregnační fáze. Příze takto zůstanou dokonale navzájem vyřízené a rovnoměrně napnuté', čímž se zabrání jejich vzájemnému přemístění, položení na sebe a jejich svazkování při tvarovacích tlacích, vznikají--:---—_:-:- ;--—, _; ' cíčh v technologickém, dnes používaném postupu, a což vede ,|j k rovnoměrnému poměru pryskyřice/sklo ve hmotě laminátu. $ i

Poměr hmotnosti příze, uspořádané ve směru osnovy, má ·,’ být nejméně 90 % celkové hmotnosti tkaniny.

Prokládání může být provedeno v maximální vzájemné vzdálenosti 20 cm, s výhodou ve Vzdálenosti mezi 10 a 15 cm a počet útků může být až 8 na 1 cm.

______ Příze,, která tvoří tkaninu, je zhotovena z běžných _ vláken, s výhodou s průměrem mezi 5 a 13 mikrometry.

U výhodného provedení má příze hodnotu tex v rozmezí 22 a 136.

Zvláště výhodné provedení navrhuje jednosměrnou tkaninu, kde osnova má hodnotu tex mezi 22 a 136^ s výhodou 74 tex, útek má hodnotu tex mezi 11 a 34, s výhodou 22 tex, a proplétané niti mají hodnotu tex mezi 5 a 22, s výhodou 11 tex.

V listech pro tištěné obvody musí být uspořádání vláken takové, aby byla zajištěna rovnoměrná stálost a požadavky na rovnoměrnost (oblouky a zákruty).

• b · ·

Ideální poměr pro orientaci vláken v laminátu kolísá od 50 až 80 % vláken při úhlu 0° do 50 až 20 % při úhlu 90°. Tohoto poměru se dosáhne tím, že se neúplně vytvrzené vrstvy uspořádají tak, že se protínají v úhlech 0° a 90°.

Střídání vrstev lze dosáhnout různými způsoby:

vrstva v úhlu 0° s 1 vrstvou v úhlu 90° na celé žádané tlouštce,.

vrstvy v úhlu 0° se 2 vrstvami v úhlu 90° na celé žádané tlouštce, vrstvy v úhlu 0° na vnější straně s vrstvami v úhlu

90° na vnitřní straně, až se- dosáhne žádané tlouštky.

Bylo zjištěno, že největší celkové stability se dosáhne při střídání více vrstev, což vytvoří vrstvenou strukturu.

Při používání neúplně vytvrzených vrstev jako vazebního členu ve hmotových laminátech, je třeba střídat uspořádání neúplně vytvrzených vrstev tak, že jedna je v úhlu 0° a druhá v úhlu 90°.

Pryskyřice, použitá pro impregnaci, zůstává stejná při zachování dalších možností a výhod. Standardní pryskyřičná vrstva (FR4-FR5), používaná pro impregnaci tkanin, je soustava, obsahující 90 % epoxidové pryskyřice o různé molekulové hmotnosti a dále tvrdidlo a urychlovací činidlo. Molekulová hmotnost pryskyřice je taková, že pryskyřice není schopna smáčet skleněnou tkaninu, v tomto případě se pryskyřice rozředí rozpouštědly, která snižují její viskositu. Jednosměrné skleněné tkaniny jsou mnohem méně protkány než standardní tkaniny, takže skleněné příze jsou otevřenější a v důsledku toho snadněji smáčitelné, což vede téměř k nepřítomnosti kapes nebo dutin se vzduchem nebo rozpouštědlem.

·· · · ·· • · · * ··· · · • I · · · · ·« ·· ··

Tak je možné použít viskosnejšíčh pryskyřičných soustav při značné úspoře rozpouštědla a energie, použité pro vypaření rozpouštědla, které musí být z impregnované tkaniny odstraněno .

- I J ,

Tato schopnost snadnějšího smáčení kromě toho vede k možnosti použít, pryskyřičných soustav, roztavených za tepla, jež používají'principu snížení viskosity pryskyřičné Soustavy pomocí hahřívání; Tím, že se vyloučí použití rozpouštědla není již zapotřebí nákladných zařízení pro vyřešení problému snížení škodlivých emisí uvolňovaných do okolí.

Listy tištěných obvodů, získané při použití jednosměrných skleněných tkanin, vedou k technologickému zlepšení ve všech parametrech, které charakterizují pryskyřičné, sklem vyztužené listy v kategoriích, kde tkanina je hlavní a základní prvek.

Drsnost povrchu a vlnitost listů jsou ovlivňovány strukturou spodní tkaniny. Standardní tkanina (obr. 2) má v důsledku většího počtu průsečíků na 1 cm profil, který nemůže být menší než běžné hodnoty 3 mikrometry.

Jednosměrná skleněná tkanina (obr. 3) má znatelně lineárnější profil, který umožňuje, aby povrch listu byl zmenšen pod hodnotu 2 mikrometry. Při této hodnotě může tlouštka mědi, která potom bude stopou tištěného obvodu, být snížena pod hodnotu 18 mikrometrů, jak se již stalo nutným v obou vysokofrekvenčních aplikacích.

Bude také možno provádět přímé nanesení tenkých měděných stop, což vede k ekonomickým a ekologickým výhodám vzhledem k úsporám mědi, jakož i k vytvoření leptání, jež se provádí toxickými kyselinami.

0 0» 0 0 00 9 9 9 9 9 · 0 ··· · · »000 000

00 «0 ··

Rozměrová stálost < 50 ppm na osách x a y je důsledkem dokonalého seřazení přízí a mimořádně snadné možnosti získat vysoké procentové hodnoty pro obsah skla.

Perforovatelnost laminátu je zlepšena o 50 % vzhledem k trvanlivosti použitých hrotů a značného zmenšení odchylky otvoru. Tyto dva faktory jsou negativně ovlivněny nedostatkem homogennosti poměru pryskyřice/sklo jenž existuje v listech konstruovaných použitím standardních látek v důsledku velkého počtu průsečíků přízí o velkém relativním průměru (jenž je dvojnásobkem průměru u jednosměrné skleněné tkaniny).

Měď, uložená na povrchu první vrstvy impregnované tkaniny, která je vytvrzena a když zpracování bylo dokončeno, tvoří stopu tištěného obvodu, má na sobe reprodukovány všechny nepravidelnosti tkaniny, pod ní ležící. Zejména skleněná vlákna, která po ulomení od tkaniny vyčnívají, tvoří poruchu, která způsobuje ztenčení stopy a její oddělení, což vede ke ztrátě materiálu. Tento jev, který je zvláště nebezpečný, je znatelně snížen na povrchu jednosměrných skleněných tkanin v důsledku přítomnosti menšího počtu průsečíků příze, které jsou hlavní příčinou lámání vláken skleněné příze v kritické fázi tkaní.

Deformace listů, vyvolává napětími', vznikajícími ve standardní tkanině s mnoha průsečíky přízí a útku a vytvořenými řízením deformace, která je jen někdy menší než 1,5%, se značně zmenší při použití jednosměrných skleněných tkanin, a to v důsledku jejich velmi volné struktury, neovlivněné deformačními jevy.

Pryskyřice, sklem vyztužené listy podle vynálezu jsou vhodné pro použití při výrobě tištěných obvodů s vysokými technologickými vlastnostmi.

ϊ « ·· . . ··· .« ·· ··· · · «·· ···· · · · · ·· ·* .· ·· ··

Kromě toho lze jednosměrnou skleněnou tkaninu se složitou výrobní technologií použít i v jiných průmyslových odvětvích, jako je letecký nebo námořní průmysl, a to pro' vyloučení kazových jevů, jež se běžně vyskytují při kombinovaném používání jednosměrného skleněného pásu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Pryskyřičné, sklem vyztužené listy, sestávající z jednosměrné skleněné tkaniny a vytvořené ze spojité příze, která je zakroucena, má nízký počet zákrutů nebo nulové zákrutové závity s různými gramovými hmotnostmi, prokládané ve směru osnovy perlinkovou protkanou vazbou za použití skleněných přízí o 5,5 až 22 tex při odstupu až do 20 cm, vyznačující se tím, že orientace vláken v laminátu sestává z 50 až 80 % Vláken při 0° a z 50 až_

20 % vláken při 90°.
2. Listy podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že pryskyřice je epoxidového typu a obsahuje tvrdidla a urychlovací činidla.
3. Listy podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj íc í se t í m, že laminát sestává z vrstev skleněné tkaniny orientovaných na 0° a střídajících se s vrstvami skleněné tkaniny orientovaných na 90°, a to jednotlivě na celé požadované tlouštce.
4. Listy podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj íc í se t í m , že laminát sestává z vrstev skleněné tkaniny, orientované v úhlu 0° a střídající se s vrstvami skleněné tkaniny, orientované v úhlu 90°, a to ve dvojicích po celé požadované tlouštce.
5. Listy podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj íc í se t í m, že laminát sestává ze dvou vnějších vrstev skleněné tkaniny, orientované v úhlu 0° a z vnitřních vrstev skleněné tkaniny, orientované v úhlu 90°.

0* · 0 0*

00 0
6. Listy podle nároku 1 až 5, vyznačuj ící se t í m , že vrstvy jsou uspořádány střídavě tak, že se obdrží sendvičová čili vrstevnatá struktura,
7.. Listy,podle kteréhokoliv z nároků 1 až .6, vyznačující se tím, že neúplně vytvrzené vrstvy jsou uspořádány střídavě v úhlu 0° a 90°
8. Listy podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, v y značující se tím, že drsnost povrchu jemenAí_n.e.ž_2_m.i.kro.me_t.ry_._i__:'
9. Listy podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že rozměrová stálost je menší než 50 ppm,
10. Listy podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, vyznačující se t i m, že v jednosměrné skleněné tkanině je poměr hmotnosti příze uspořádané ve směru osnovy nejméně 90 % celkové hmotnosti tkaniny.
11. Listy podle kteréhokoliv z nároků 1 až 10, v yznačující se tím, že jednosměrná skleněná tkanina sestává z vláken o průměru v rozmezí 5 a 13 mikrome t rů.
12. Listy podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že v jednosměrné skleněné tkanině má příze hodnotu tex v rozmezí 22 a 136.
13. Skleněné listy podle kteréhokoliv z nároků 1 až

12,vyznačující se tím, že v jednosměrné skleněné tkanině má osnova hodnotu tex v rozmezí 22 až 136, útek má hodnotu mezí 11 a 34 tex a vazbové niti hodnotu mezi 5 a 22 tex.

0 · 00 • 4*0 0

0 4 0

0« ·· t ·· • 0

- 12
14. Způsob výroby pryskyřičných, sklem vyztužených listů podle nároků 1 až 13,vyznačující se impregnováním jednosměrné skleněné tkaniny, vyrobené ze spojité příze, která je zakroucena, má nízký počet závitů nebo nulové závitové obloučky, má různé hmotnosti v gramech a je ve směru osnovy prokládána perlinkovou protkanou vazbou za užití skleněných přízí s hodnotou 5,5 až 22 tex při odstupu až 20 cm, a následujícím lisováním.
15. Způsob podle nároku 14, vyznačující se t í rii , že pryskyřice sestává z 90 % z epoxidové 4 pryskyřice.
16. Způsob podle nároku 14 nebo 15, v y z n a č u jící se tím, že impregnace tkaniny se provádí f rozpuštěním pryskyřice za pomoci rozpouštědla nebo použi- í tím techniky tavení za horka. í
17. Užití listů podle nároků 1 až 13 pro výrobu tiš- ΐ těných obvodů.

I
18. Tištěné obvody obsahující dielektrické lamináty, vytvořené pryskyřičnými, sklem vyztuženými listy podle nároků 1 až 13.
19. Tištěné obvody pro vysoké kmitočty s měděnými stopami o; šířce menší než 35 mikrometrů, obsahující pryskyřičné, sklem vyztužené listy podle nároků 1 až 13.
20. Kombinované materiály, získané použitím jednosměrných skleněných tkanin, zbavené kazových jevů.