ES2202099T3

ES2202099T3 - Refuerzo textil para optimizar la estabilidad dimensiona de estructuras compuestas laminadas, incluyendo productos para aplicaciones electricas y electronicas.

Info

Publication number: ES2202099T3
Application number: ES00920589T
Authority: ES
Inventors: Diego Scari'; Marco Scari'
Original assignee: Gividi Italia SpA
Current assignee: Gividi Italia SpA
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: DE60003540T2; JP2000290851A; IT1312002B1; KR100642262B1; WO2000060152A1; HK1042122A1; DE60003540D1; US6325110B1; EP1165870A1; KR20010108417A; HK1042122B; CZ20013508A3; MXPA01009725A; CA2367327A1; EP1165870B1; CN1119443C; TW510364U; ITMI990665A1; CN1345388A; CA2367327C

Abstract

Un tejido de refuerzo para placas de circuitos impresos de construcción ortogonal con un peso por unidad de superficie de hasta 190 gramos por metro cuadrado, teniendo hilos de urdimbre y de trama, caracterizado porque comprende un cierto número de hilos de urdimbre el cual es superior al 55% del número total de hilos de urdimbre y de trama por unidad de superficie, el número de cruces entre hilos de urdimbre e hilos de trama está entre 200 y 315 cruces por centímetro cuadrado, teniendo el mencionado tejido una disposición de hilos de urdimbre y/o trama tal que aproximadamente el 50% del número de hilos de urdimbre y/o de trama tiene torsión en sentido horario de entre aproximadamente 0, 4 y 40 vueltas por metro, y aproximadamente el 50% del número de hilos de urdimbre y/o de trama tiene torsión en sentido antihorario de la misma magnitud.

Description

Refuerzo textil para optimizar la estabilidad dimensional de estructuras compuestas laminadas, incluyendo productos para aplicaciones eléctricas y electrónicas.

La presente invención se refiere a un refuerzo de tejido para ser usado en estructuras compuestas laminadas, en particular, para laminados dieléctricos y placas de circuitos impresos. La geometría específica del tejido y la disposición de hilo contribuye a una estructura equilibrada de tejido que reduce en gran medida los movimientos de la estructura resultante de compuesto laminado durante los sucesivos procesos mecánicos y térmicos para la fabricación de las placas de circuitos impresos.

Antecedentes de la invención

Los tejidos de refuerzo se usan hoy con éxito en la fabricación de compuestos dieléctricos avanzados para las industrias eléctrica y electrónicas. En particular, para la fabricación de laminados, el tejido de fibra de vidrio domina el mercado en el refuerzo de todos los tipos de resinas termoestables y termoplásticas.

Los laminados han incorporado, sobre uno o sobre ambos lados, una hoja de cobre que, tras varios procesos de fotografía, grabado químico, perforado y acabado se convierte en una placa de circuito impreso bien conocida. En una placa multicapa, capas adicionales de resina de refuerzo de tejido y capas adicionales de hoja de cobre, están laminadas juntas y experimentan procesos adicionales de fotografía, grabado químico, perforado y acabado para convertirse más bien en placas de circuitos impresos multicapa.

Se requiere que las placas de circuitos impresos, y los laminados usados para su fabricación, tengan una estabilidad dimensional superior, el menor retorcido y torsión posibles, y un movimiento muy limitado y predecible sobre los ejes X e Y durante las etapas sucesivas del proceso mecánico y térmico.

Actualmente, los tejidos de refuerzo producidos son normalmente de construcción en ligamento tafetán, y se caracterizaron por un gran número de cruces entre hilos de urdimbre e hilos de trama, por ejemplo, aproximadamente de 500 o más, lo cual se determinó en la década de 1950 a consecuencia de las posibilidades tecnológicas entonces disponibles, y la cual ha permanecido sin cambiar en gran parte.

El hilo usado, particularmente hilo de fibra de vidrio, tiene un número medio de torsiones por metro que van de 12 hasta 40 vueltas por metro. El sentido de la torsión normalmente usado es torsión Z. En la torsión Z el filamento adopta una configuración ascendente de izquierda a derecha, como en la parte central de la letra Z (véase la figura 1). En la torsión S el filamento adopta una configuración ascendente de derecha a izquierda, como en la parte central de la letra S (véase la figura 2).

El reto al comportamiento proviene de los recientes avances en tecnología en la fabricación de placas de circuitos impresos (y en particular de placas multi-capa de hilo mayor tamaño), tales como procesos de formación, micro-vías y perforado por láser, lo que requiere una mayor estabilidad dimensional de los laminados y un refuerzo distribuido más uniformemente dentro de la matriz de resina.

El documento de los Estados Unidos 5.662.990 describe que el uso de hilo sin torsión en el refuerzo de tejido mejora en gran medida el comportamiento del laminado resultante y de la placa de circuito impreso. Sin embargo, se obtienen incluso mejores, además, cambiando la geometría del tejido, como se describe en la memoria descriptiva, en lugar confiar sólo en mejores características de simples hilos.

En el documento EP-399219 se describe un tejido usado en paneles impresos de estructura ortogonal, con un peso por unidad de superficie por debajo de 190 g/m^{2}.

Sumario de la invención

Se ha descubierto que la geometría del tejido de refuerzo es responsable principalmente de la conducta de la estabilidad dimensional de la estructura resultante de compuesto laminado. Los efectos excepcionales de la presente invención han sido remarcablemente obtenidos también para la producción de delgados laminados donde se usan finos tejidos con espesores que van de 0,035 mm hasta 0,13 mm, y se montan como siempre en un número limitado de pliegues. La investigación que se llevó a cabo llevó una distinción en cuanto a tejidos de refuerzo: por encima de 190 gramos por metro cuadrado se obtuvieron resultados óptimos con tejidos unidireccionales, como en el documento de los Estados Unidos 5.752.550 del mismo titular, mientras que por debajo de 190 gramos por metro cuadrado el uso de tejido unidireccional dio resultados por debajo del óptimo. Además, se encontraron tres características primarias que contribuyen al comportamiento de estabilidad dimensional o en un tejido de refuerzo ortogonal de peso superior a 190 gramos por metro cuadrado, en particular, en estructura de ligamento tafetán.

1. La geometría de la estructura del tejido es extremadamente importante pues debido al hecho de que todas las etapas de acabado y de impregnación usan procesos continuos que devanan, tiran y rebobinan el tejido en la dirección de la urdimbre, se ha descubierto que es necesario tener en la dirección de la urdimbre al menos 55% y hasta aproximadamente el 65% del número total de hilos de urdimbre y de trama para mantener satisfactoriamente la estabilidad del tejido de refuerzo. Esto se traduce en un mejor comportamiento de los laminados dieléctricos y placas de circuitos impresos.

2. El número de cruces entre hilos de trama y de urdimbre puede mantenerse dentro de un intervalo limitado por unidad de superficie, independientemente del peso del tejido. Hasta un peso por unidad de superficie de 190 gramos por metro cuadrado, los resultados indican que el intervalo óptimo está entre 200 y 315 cruces por centímetro cuadrado. Fuera de este rango, la estructura resultante de compuesto laminado muestra una conducta errática e impredecible.

3. El tercer factor más influyente en el comportamiento de la estabilidad dimensional de estructuras de compuesto laminado es la torsión presente en cada hilo de trama y de urdimbre. Se ha descubierto que utilizando aproximadamente un 50% (\pm 10%) del número de hilos de urdimbre o de trama con torsión en sentido antihorario (torsión Z) y el resto, aproximadamente 50% (\pm 10%), de hilos con torsión en sentido horario (torsión S) de la misma magnitud, el tejido de refuerzo tiene una conducta completamente neutra en la estructura resultante del compuesto laminado. Los niveles de torsión se deben mantener tan bajos como sea posible para tener resultados óptimos, pero se ha descubierto también a altos niveles de torsión, de tal forma que se han obtenido buenos resultados en todo el intervalo entre 0,4 a 40 vueltas por metro. Esto puede ser fácilmente explicado si pensamos en cada hilo como un grupo de filamentos (algunos de cientos) que tienen una forma helicoidal. De este modo, en cada tensión térmica el hilo se comporta como un resorte, donde el calentamiento a altas temperaturas produce una elongación y el enfriamiento produce una contracción. Ahora, si cada hilo tiene la misma dirección de torsión, estas tensiones térmicas producirán un retorcido de toda la estructura de compuesto laminado. Sin embargo, como la elongación debida al calentamiento y la contracción debida al enfriamiento no son lineales, el resultado es una deformación geométrica de la estructura resultante de compuesto laminado, que ocasiona una mala alineación del laminado en las etapas subsiguientes de tratamiento necesarias para formar la placa final de circuito impreso. Se puede describir una conducta similar para las tensiones mecánicas, o para las tensiones mecánicas y térmicas combinadas.

En una realización preferida de la presente invención, la torsión de cada hilo retorcido en sentido antihorario está neutralizada por la torsión del hilo contiguo retorcido en sentido horario. De hecho, en una realización preferida de la invención, cada hilo siguiente de urdimbre tiene una tensión opuesta de igual magnitud comparada con la del hilo de urdimbre precedente, y cada hilo de trama siguiente tiene una torsión opuesta de igual magnitud comparada con la del hilo de trama precedente. Esta disposición de hilos actúa de un modo similar a un árbol de equilibrado en un motor de vehículo automóvil, el cual está diseñado para producir un efecto contrario a las vibraciones creadas por el árbol principal del motor (aunque la naturaleza dinámica de este principio es, sin embargo, diferente de la naturaleza cuasi-estática de la presente invención).

Dicha geometría de tejido y disposición de hilo se traduce en un comportamiento óptimamente neutro del refuerzo de tejido y de la estructura compuesta laminada resultante.

Breve descripción de los dibujos

El asunto de la presente invención se describirá en la detallada descripción que sigue conjuntamente con los dibujos en los cuales:

la figura 1 muestra la definición de sentido antihorario o torsión Z;

la figura 2 muestra la definición de sentido horario o torsión S;

la figura 3 muestra el perfil del tejido de refuerzo de la técnica anterior;

la figura 4 muestra el perfil de un tejido de refuerzo de acuerdo con la presente invención;

la figura 5 muestra el movimiento X-Y de un laminado fabricado con tejido 2116 (estado de la técnica); y

la figura 6 muestra el movimiento X-Y de un laminado fabricado con un tejido de refuerzo de acuerdo con la presente invención.

Descripción detallada de la invención

El proceso necesario para producir tejido de refuerzo, en particular tejido de vidrio, sigue las etapas siguientes:

1. Operación de urdido

Varios cientos de hilos se reúnen juntos para producir los denominados carretes primarios. Esto se usa pues normalmente los números de hilos de urdimbre necesarios para fabricar un tejido es tan grande que una única máquina susceptible de procesar todos los hilos de urdimbre de una vez sería ineficaz en términos de calidad y productividad.

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2. Operación de empesado

Un cierto número de carretes primarios se montan juntos para formar los hilos de urdimbre del tejido, enrollando todos los hilos sobre un denominado carrete de telar. Al mismo tiempo se aplica una apresto a cada hilo para reforzarlo y para aumentar sus prestaciones en los telares de alta velocidad de hoy en día.

En la actualidad, el hilo usado tanto en las direcciones de trama como de urdimbre de un tejido de refuerzo, en particular tejido de vidrio, tiene siempre una torsión en sentido antihorario denominada torsión Z. Por esta razón, los carretes primarios se fabrican normalmente sin límites respecto de su número, pues todos ellos están construidos de la misma manera. Por ejemplo, si un estilo particular de tejido tiene 3.000 hilos de urdimbre, su construcción puede ser realizada de varias formas, incluyendo la siguiente:

A.: 4 carretes primarios cada uno de 750 extremos de urdimbre

B.: 5 carretes primarios cada uno de 600 extremos de urdimbre

C.: 6 carretes primarios cada uno de 500 extremos de urdimbre

De acuerdo con la realización preferida de la presente invención, el número de carretes primarios siempre debe ser par, con el fin de distribuir uniformemente los hilos con torsión Z y torsión S. Como ejemplo, los elementos A y C mencionados en lo que antecede tendrían el 50% del número de carretes primarios fabricados con torsión antihoraria (torsión Z), y el 50% del número de carretes primarios fabricados con torsión horaria (torsión S), respectivamente. Alternando los carretes primarios de torsión Z y de torsión S uno por uno en la estizola de la máquina de empesado, y teniendo cuidado para seguir el mismo procedimiento en los rastrillos de la máquina de enfilado, el tejido resultante tendrá hilos de urdimbre pares con torsión Z e hilos de urdimbre impares con torsión S. Es posible alternarlos de forma diferente, en tanto aproximadamente un 50% del número de hilos de urdimbre tengan torsión Z y el resto, aproximadamente el 50% del número de hilos de urdimbre, tengan torsión S, y viceversa.

3. Operación de tejer

La operación de tejer se realiza sobre máquinas para tejer denominadas telares. La operación consiste en entrelazar hilos de urdimbre e hilos de trama a fin de obtener la deseada estructura de tejido. Los hilos que discurren verticalmente a lo largo del recorrido del material (a 0º) forman la urdimbre, y aquellos dispuestos en dirección transversal (a 90º) forman la trama. La disposición de entrelazado entre hilos de urdimbre e hilos de trama se conoce como el tejido. Los tejidos de refuerzo previstos en la presente invención son de tejidos diferentes como raso, ranúnculo, tela asargada, cesta y otros tipo de tejidos ortogonales. Una realización preferida de la presente invención utiliza ligamento tafetán como tipo de tejido.

Los tipos de telares usados preferentemente están equipados para insertar la trama en el tejido en un doble alimentador de trama con el fin de reducir la velocidad de inserción de trama. La presente alta elevada del chorro de aire o telares de pinza requiere este equipo de doble inserción el cual se alimenta por dos bobinas independientes de hilo para reducir drásticamente la tensión de trama y evitar así un exceso de tensión en el hilo. Con el fin de tener una trama equilibrada, como lo hace la presente invención, es sencillo usar una bobina de hilo con retorcido en Z y la otra bobina de hilo con retorcido en S. Como el equipo de doble inserción arrastra alternativamente un hilo de trama desde la primera bobina, y el siguiente hilo de trama desde la segunda bobina de hilo, podemos obtener fácilmente la trama descrita equilibrada y el tejido resultante.

4. Operación de acabado

El tejido de refuerzo obtenido con el proceso descrito en lo que antecede puede ser tratado en la operación de acabado usando tecnología convencional, la cual comprende una operación de desaprestado, térmica o química, y el tratamiento con agentes ligadores en una línea de acabado.

Las estructuras de tejido de refuerzo, en particular tejidos de refuerzo de vidrio, usados por los fabricantes de laminado se caracterizan por diferentes pesos, y particularmente en el intervalo desde 25 gramos por metro cuadrado hasta 190 gramos por metro cuadrado, se caracterizan por tener un elevado número de cruces entre los hilos de urdimbre y de trama, por ejemplo, 500 o más. Los cruces son los puntos en la estructura de tejido donde los hilos de urdimbre y los hilos de trama se cruzan entre sí. En un ligamento tafetán, cada cruce donde un hilo de urdimbre discurre sobre la parte superior de un hilo de trama (este hilo de urdimbre se denomina un hilo de alta) está contiguo a un cruce donde un hilo de urdimbre discurre por debajo de hilo de trama (este hilo de urdimbre se denomina un hilo de baja). Esto se repite tanto en la dirección de la urdimbre como en la dirección de la trama de forma uniforme, de tal forma que si se produce una nasa de hilos de alta (marcados con cuadrado negro) e hilos de baja (marcados con cuadrado blanco), la imagen resultante tendrá un diseño de tablero de ajedrez.

Se ha descubierto que el recorrido ondulado que tienen que seguir los hilos de urdimbre y de trama es crítico para el comportamiento de la estructura resultante de compuesto laminado y de la placa de circuito impreso, donde un mayor número de cruces determina tensiones adicionales en las etapas térmicas y mecánicas subsiguientes, determinado de esta forma la conducta errática y no repetible.

En las figuras 3 y 4 se ilustran dos tejidos diferentes que tienen el mismo peso y espesores similares pero un número diferente de cruces. Es evidente que el reducido número de hilos de urdimbre y de hilos de trama por unidad de superficie está compensado con un mayor tamaño de hilo (peso de hilo) para obtener el mismo peso del tejido por unidad de superficie.

Un tejido de refuerzo bien conocido de un peso aproximado de 100 gramos por metro cuadrado tiene el nombre código 2116 (véanse las especificaciones IPC-EG-140 por el "The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits"). En este caso la construcción de tejido es como sigue:

23.6 hilos por cm en urdimbre

22.8 hilos por cm en trama

A partir de los datos anteriores podemos deducir que el número de hilos de urdimbre es del 50,86%, del número total de hilos de urdimbre y de trama, que el número total de cruces es de 538 cruces por centímetro cuadrado y que no se especifica ningún requisito para el número de torsiones necesario, ni para su dirección.

Un tejido de refuerzo del mismo peso por unidad de superficie de acuerdo con la presente invención tiene las siguientes características:

20 hilos por cm en urdimbre

12.6 hilos por cm en trama

A partir de los datos anteriores podemos deducir que el número de hilos de urdimbre es del 61,35%, del número total de hilos de urdimbre y de trama, que el número total de cruces es de 252 cruces por centímetro cuadrado, y que los requisitos para el número de torsiones necesario y su disposición de acuerdo con la descripción dada previamente, es decir, torsión esencialmente igual.

Cuando comparamos los resultados de la prueba de estabilidad dimensional de la estructura resultante de compuesto laminado, los datos se dan en la tabla, y las figuras 5 y 6 muestran los diferentes movimientos de los laminados producidos con el estilo 2116 de tejido (figura 5) y con un tejido de refuerzo del mismo peso por unidad de superficie producido de acuerdo con la presente invención (figura 6), respectivamente.

TABLA Resultados de estabilidad dimensional

	Estabilidad dimensional en X-Y
Tipo de tejido	\Delta\upbar{x} [ppm]	\sigmax [ppm]	\Delta\upbar{y} [ppm]	\sigmay [ppm]
2116	215	31	150	25
Presente invención	120	12	80	9

donde:

\Delta\upbar{x}= movimiento diferencial medio en dirección X en ppm (partes por millón);

\sigmax = Desviación estándar del movimiento diferencial en dirección X en ppm (partes por millón);

\Delta\upbar{y} = movimiento diferencial medio en dirección Y en ppm (partes por millón);

\sigmay = Desviación estándar del movimiento diferencial en dirección Y en ppm (partes por millón);

Como puede ser evidente para alguien experto en la técnica, la nueva construcción y la disposición de hilo del tejido producido de acuerdo con la presente invención da resultados de estabilidad dimensional que son sencillamente inalcanzables por tejidos por ligamentos de tafetán fabricados de acuerdo con el presente estado de la técnica.

Claims

1. Un tejido de refuerzo para placas de circuitos impresos de construcción ortogonal con un peso por unidad de superficie de hasta 190 gramos por metro cuadrado, teniendo hilos de urdimbre y de trama, caracterizado porque comprende un cierto número de hilos de urdimbre el cual es superior al 55% del número total de hilos de urdimbre y de trama por unidad de superficie, el número de cruces entre hilos de urdimbre e hilos de trama está entre 200 y 315 cruces por centímetro cuadrado, teniendo el mencionado tejido una disposición de hilos de urdimbre y/o trama tal que aproximadamente el 50% del número de hilos de urdimbre y/o de trama tiene torsión en sentido horario de entre aproximadamente 0,4 y 40 vueltas por metro, y aproximadamente el 50% del número de hilos de urdimbre y/o de trama tiene torsión en sentido antihorario de la misma magnitud.

2. El tejido de refuerzo según la reivindicación 1, que tiene una disposición de hilos de urdimbre y de trama tal que aproximadamente el 50% tanto del número de hilos de urdimbre como de trama tiene torsión en el sentido de las agujas del reloj de entre aproximadamente 0,4 y 40 vueltas por metro, y aproximadamente el 50% tanto del número de hilos de urdimbre como de trama tiene torsión en sentido antihorario de la misma magnitud.

3. Tejido de refuerzo según la reivindicación 1, en el cual aproximadamente el 50% del número de hilos de urdimbre tiene torsión en sentido horario de entre aproximadamente 0,4 y 40 vueltas por metro, y aproximadamente el 50% del número de hilos de urdimbre tiene torsión en el sentido antihorario de la misma magnitud.

4. Tejido de refuerzo según la reivindicación 1, en el cual aproximadamente el 50% del número de hilos de trama tiene torsión en el sentido horario de entre aproximadamente 0,4 y 40 vueltas por metro, y aproximadamente el 50% del número de hilos de trama tiene torsión en el sentido antihorario de la misma magnitud.

5. Una estructura laminada compuesta para placas de circuitos impresos que comprende el tejido de las reivindicaciones 1-4.