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 ◇ 印制电路用电子级玻璃纤维 [阅读3690次] 【字体:   环球资讯·技术动态

印制电路用电子级玻璃纤维


板是电子工业中的一门高新科技,而多层印制电路板又是印制电路中最具代表性、最具有生产力和最具发展潜力的品种。

目前,国外多层板正朝着高精度、高密度、高性能、微孔化、薄型化和高层化方向迅猛发展。

国外多层板的平均层数为4—6层。但是层数可达40层,甚至高达63层。日本富士通公司早于1985年就诚制成功堪规格为540mm×480mm×7.3mm的42层,通孔直径为0.35mm,孔数为80000个。4层的印制电路板只有0.3mm~0.4mm厚,6层的为0.6mm厚。线宽和间距为0.08~0.13mm,最小孔径为0.2~0.3mm。

世界电子工业的飞跃发展也带动国外玻璃纤维工业电子级玻璃纤维制品不断扩大生产,提高产品质量及产品迅速更新换代。

据国外最近报道,2000年世界玻璃纤维总产量已突破250万吨,其中电子级玻璃纤维为37万吨,约占世界玻璃纤维总产量的15%左右。在这37万吨中,约有15万吨为印制电路专用。

目前,国外多层印制电路板已从工业用大型电子计算机、通讯仪表、电气测量、国防尖端及航空、航天等工业部门,迅速进入民用电器及其相关产品,如笔记本型计算机,大哥大电话、小型摄像机、存储卡及Smart卡等等。为此,印制电路板工业对电子级玻璃纤维制品的需求量越来越大。

印制电路板的基础材料是覆铜板。它是以电子级玻璃纤维布为基材,浸以环氧树脂,经烘干处理后。制成半固化状态的粘结片,再在单面、双面或多层板面敷上板薄的铜箔,经特殊的热压工艺条件下制成的。随着科学技术的发展,覆铜板工业也在不断的发展壮大。

近年来,为了满足国际市场的新需求,国外各大覆铜板生产厂家,都在调整产品结构上狠下功夫,把采用新型层压材料、开发新品利作为提高市场竞争力的关键,如日本松下电工株式会社,在九十年代初到1997年底,共开发出多层板层压材料,包括内芯板和半固化片材料等共计26个新品种,占近几年来新增品种的54%。

国外电子工业近来发展的特点是印制电路板密度高、功能多、体积小,所以原来的单、双面板已经满足不了要求,加上超级计算机、通迅仪表设备的高速度、大容量化、功能化,多层板也由传统的多层板向具有埋、肓、通孔结合的多层板、并向薄型化、高层化迅猛发展。因为只有多层板才能够组装更多的芯片,符合高密度组装和产品功能化的要求及其进一步发展的趋势。

为了满足上述要求,近年来,国外大多数覆铜箔板生产厂家,原来生产采用绝缘纸作基材的单、双面覆铜箔板,现已纷纷改生产采用玻璃纤维布作基材的覆铜箔板,以确保印制电路板向多层化、薄型化及高层化方向发展。所以从国外整个发展趋势看来,多层板和性板逐年增长幅度较大,而单面和双面板的比例在逐年下降。

为了提高印制电路板用玻璃纤维的物化性能,改善产品质量并扩大品种,近几年来,国外各大玻璃纤维生产厂家,与各覆铜板及印制电路板生产厂家携手合作,努力提高质量增添品种,取得了良好的技术经济效果。

首先,日本旭硝子株式会社研制成功无气泡玻璃纤维并应用于印制电路板上,是对全球印制电路板用玻璃纤维生产工艺的重大推进。过去覆铜板用玻璃纤维的单根原丝中均含有微小的肉眼看不见的气泡。这种汽泡在拉丝过程中被快速拉长,形成几十厘米长度的空心段。一般来说,每100万根单丝中,约可出现100—800根含空心段的玻璃纤维。这种人心段的玻璃纤维一般不会影响普通层压板的电性能。但是,对大型工业计算机精密度高的印制电路板,空心段玻璃纤维都会影响其可靠性。因在印制电路板的制造过程中常常需要钻大量的微孔,并要进行洞内镀敷。如果这些微孔和空心段玻璃纤维相通,电镀液或铜液就会流入空心段,从而会降低印制电路板的电绝缘性能,形成异常电路而造成短路。日本旭硝子株式会社研制成功的消除玻璃液中残泊微气泡的熔制技术和拉丝技术,为印制电路板工业采用新型无微气泡玻璃纤维作出了贡献。

因为大型电子计算机中提高印制电路板的导线信号传输速度,通讯电子产品的高频电路都需要印制电路板的基材具有低价电常数。

为了满足上述要求,近年来,国外各大玻璃纤维生产厂家在改变玻璃成份上作了大量的研究,并取得了可喜匠成果。

目前,国外通用的电子布,其采用的玻璃成份都是E玻璃,其介电常数为5.8~6.3。介电常数是表示印制电路板电气特性的一项重要参数。为了提高印制电路板的信号传递速度,实现大型电子计算机的高速运算,就必须进一步降低电子布的介电常数。

介电常数低于E玻璃的玻璃成份有D玻璃,其介电常数为3.8~4.2,Q玻璃的介电常数为3.5~3.8,还有S及T玻璃,其介电常数为4.5~5.2。另外一种高介电常数的H玻璃,其介电常数为11.6,有利于制成小型化印化印制电路板。D玻璃的介电特性优异,但软化温度较高,机械强度也较低,拉丝和织布的难度较大。因硅含量高,制板钻孔加工时,存在钻头磨损问题,只能满足特殊要求的印制电路板需要。

国外通用型E玻璃电子布及低介电常数电子布的玻璃成份如表1(重量%)

E S D Q

Sio2 53~56 62~65 75~76 99.9

AL2O3 14~18 20~25 <1 /

Cao 20~24 / <1 /

MgO <1 10~15 <1 /

R2O <1 0~1 <3 /

B2O3 5~20 0~1 19~20 /

国外D玻璃电子布的技术规格如表2。

电子布

代 号 纱 的 规 格 纱 的 密 度

(根/25 mm) 厚 度(mm) 质 量(g/m2)

经 纱 纬 纱 经纱 纬纱

50D 8微米×80根 8微米×80根 60 47 0.06 42

100D 8微米×180根 8微米×180根 55 43 0.10 87

180D 9微米×400根 9微米×400根 44 32 0.19 188

国人感研制成功一种高浸胶量的E玻璃电子布,这种布由于其织物结构不同,可使浸胶量增加为10%左右,有利于改进印制电路板的介电特性。

众所周知,降低印制电路板的吸湿性,有利于其改善电性能。而降低吸湿性,亦可通过改进电子布的织物结构来实现。国外研制成功的这种新型织物结构的电子布有两种。一种是经纱由Z捻(左捻)和S捻(右捻)纱构成,其比例为2~8:1。纬纱全部用Z捻纱或S捻纱。这种电子布的特性是内应力小,变形少,因而制成的印制电路板的翘曲现象明显减少。另一种是经纬纱全部或其中之一用未经加捻的纺织纱,再采用喷气织机织造。因为用无捻纱作纬纱时,喷气织机对纱的磨损小,且生产效率高。这种电子布由于有部份纱是扁平状的无捻纱,故布的浸透性好,制成的印制电路板的翘曲度与扭曲度也大大改善,因时,这咱印制电路板的吸湿率大幅度下降,介电稳定性大大提高。因而这种电子布成为一种良好的阻水型电子布。

最近,日本板玻璃公司研制成功一种以B2O3和B2O3为主听新型电子玻璃成份,其介电常数不大于4.5。据国外专家预言,这种新型玻璃成份的电子布与低介电常数的有机纤维——聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)及聚砜(PSE)等热塑性树脂纤维混纺或混织而面的电子布,有可能成为二十一世纪高级电子计算机用印制电路板的基材。

改善电子布的钻孔性能,已成为国外电子布生产厂家的一个重要研制课题。他们采用的主要方法是使电子布与树脂表面更加韧性化(采用新型偶联剂处理),适当降低玻璃组份中的B2O3含量或采用新型加要技术。

近年来,国外研制成功一种新型加工技术,被称为“过烧布”。这种“过烧布”又被称作“脆化布”。它是在电子布的后处理工序中进行布面热情洗时,用更高的温度和更长的时间,对电子布进行过烧处理,以便适当降低电子布的抗张强度,使布性变脆,其强度约比普通电子布低20~90%。

用这种“过烧布”制作的印制电路板,采用细钻头进行钻孔加工时的钻头磨损性、孔壁粗糙度及小孔弯曲度等性能良好,而且可以增中钻孔时的重迭片数。有利于提高生产效率和降低生产成本,实现印制电路板的微型化和高密度化。

日本国日东纺绩株式会社早在八十年代中期就研制成功一种“开纤”电子布。这种新型电子布是用喷水针刺法对织造完毕的电子布进行再加工,使经纱与纬露在布面的部份,均匀地形成扁平状,被称作“开纤布”。还有一种是,经、纬纱除形成扁平状外,还会形成一层均匀密布的微茸毛,被称作“超毛布。”

这两种布由于经、纬纱被开松摊平,经、纬纱交迭部的凸起明显减少,空隙易闭塞或缩小,因而布面的平滑性大大提高,同时,还可大大提高树脂浸透性、层间剥离性及尺寸稳定性。

八十年代未期。日本国日东纺绩株式会社在电子布后处理剂 ,添加氧化钛微粉、荧光增白剂及紫外线聚合引发剂等新组份,研制成功能屏蔽99%以上紫外线的新型电子布。

这种新型电子布不仅具有良好的紫外线屏蔽性,而且制成的板材呈透明状,有利于印制电路板实现精密化、微型化、超薄化,尤其适用于薄型超大规模集成电路用的印制电路板。接着,九十年化初期,日本纺又研制成功一种无微量金属杂质电子布。他们在捻线机上,加装了一种特制的金属物含量检测装置,以识别在直径4微米以上长度2米范围内含有任何微量金属元素的玻璃纤维纺织纱。若该纺织纱的任何微量金属元素含量超过允许规定,则电子装置的传感器及放大器上的二级管指示灯会自动发出信号,此时该捻线机的某个纱锭会立即停止运转,由档车工取下来另作它用。这就保证了含有任何微量金属元素的纺织纱不流入织造工序,从而确保了电子布的电性能。

为了进一步,改善印制电路板的冲孔性能、介电特性及降低成本,近年来,国外覆铜板生产厂家研究成功复合型覆铜板系列产品。系列产品中有一种代号为CEM-3型的,其面层采用7628电子布,芯导层则采用一种新型玻璃纤维无纺制品——玻璃纤维湿法薄毡(又称为玻璃纤维纸)。

这种CEM—3型覆铜板,在制造方法上与传统的FR—4型制造工艺大致相同。它是通过卧式或立式浸胶机,进行浸胶、烘干、制成半固化片,然后进行复合。在层压机(用蒸汽或油加热)中进行热压、固化而成。这种用玻璃纤维湿法薄毡作芯层的,应进行二次浸胶。即先经过预浸胶处理,再浸环氧树脂,以提高覆铜板的电气性能和耐湿性。

据报道,1999年东南亚地区共生产各类覆铜板1.155亿张,其中CEM型0.2106亿张。2000年估计东南亚地区共生产各类覆铜板1.252亿张,其中CEM型0.2508亿张,呈增长趋势。据称,日本早在九十年代初,CEM—3型,产量即超过传统的FR—4型。

我国在1998年前,玻璃纤维纸全部为进口,价格较高,使CEM—3型的成本优势不能显示,限制了CEM—3型的发展。1998年后,江苏常州和陕西兴平先后引进了玻璃纤维纸制造设备。2001年陕西生益华电科技公司投产,目前生产规模为年产200万平方米,主产产品为CEM型覆铜板。预计这种覆铜板今后将会飞跃发展。

玻璃纤维湿法薄毡(又称玻璃纤维纸),是将直径为5~10微米的单纤维,短切成5~15MM长度,分散在水溶液中,消除其团状物,再在圆网或长网抄纸机上,抄制而成的一种类似纸状的玻璃纤维非织造制品。

这种CEM—3型复合基覆铜板,由于其芯层为玻璃纤维薄毡,大大提高了板材的冲剪性能,使很多装配孔都可以直接冲制,极大地提高了功效。如果在加工过程中,采用长轴钻头,可以一将五层板垂迭钻孔。因此,钻头磨损量大大减少。还有利于树脂浸渍,其电性能、耐热及阻燃等性能,均与传统的FR—4型相同,其详细性能对比如表3。

为了适应微型电子计算机的需要,国外最近又研制成功一种挠性印制电路板,即采用电子布与环氧树脂薄膜层合材料作为印制电路的基板。

据称,这种挠性印制电路板的厚度只有100微米,具有很大的挠性,可以任意弯曲,构成三维形式的高密度组装结构。

项目 处理条件 CEM—3型 FR—4型

树脂类别 / 环氧 环氧

基材 面层 / 7628布 7628布

芯层 / 玻璃纤维纸 7628布

抗剥强度 (铜箔35微米)A 17.7~21.6 17.7~21.6

耐浸焊性 A 120以上 120以上

体积电阻率 C—96/20/65 22×1016 5×1015

绝缘电阻 D—2/100 3×1012 4×1012

介电常数

(IMHZ) C—96/20/65 4.0 4.1

D—48/50 4.0 4.4

介质损失角正切

(IMHZ) C—96/20/65 0.017 0.019

D—48/50 0.020 0.024

弯曲强度 纵向 A 434 543

横向 335 434

线膨胀系数 厚度(20—800C) 5.1 4.4

吸水率 E—24/50+D—24/23 0.08 0.09

阻燃性 UL方法 94V—0 94V—0





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