覆銅板用玻纖布的新品種和新技術(shù)

(一)低介電玻瑞成分信息技術(shù)的迅速發(fā)展，諸如數(shù)字模擬、高速數(shù)字信息處理、高速寬頻通訊等新技術(shù)的應(yīng)用，需要低介電常數(shù)和低介質(zhì)損耗角正切的線路板基材。但傳統(tǒng)的低介電玻璃(D 玻璃)由于生產(chǎn)性、加工性和耐久性方面的限制，難以在覆銅板上推廣應(yīng)用。為此近年來有些玻纖企業(yè)致力于研究造合于覆銅板用途的新低介電玻璃成分。

據(jù)日本的日東紡1999 年發(fā)表的論文介紹該公司成功開發(fā)了低介電常數(shù)和低介質(zhì)損耗角正切的新E 玻璃成分(稱NE 玻璃)，并且已投入商業(yè)性生產(chǎn)。E 玻璃、D 玻璃和NE 玻璃的玻璃成分對比如表5-3-14。從表中可見NE 玻璃的Si02 、MgO 、Na20 和K2 0 含量與E 玻璃相同，降低了CaO 的含量，提高了B203 和Ti02 的含量。使NE 玻璃保持了E 玻璃的生產(chǎn)性、耐用性，又改善了介電性能。E 玻璃、D 玻璃和NE 玻璃的電性能見表5-3-15 。由此表可見，在所有的頻率范圍內(nèi)NE 玻璃的介電常數(shù)都是E玻璃的2/3 ，介質(zhì)損耗角正切也遠(yuǎn)低于E 玻璃。E玻璃、D玻璃利NE 玻璃的纖維性能見表5-3-16。由該表可見， NE 玻璃的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量低于E玻璃，而高于D玻璃， NE 玻璃的耐用性與E玻璃相近，而比D玻璃高得多。E 玻璃、D 玻璃和NE 玻璃的玻纖布層壓板耐熱性、吸水性和鉆孔性對比見表5-3-17。由該表可見， NE 玻璃層壓板和E 玻璃層壓板具有相同的性能，高于D 玻璃。E玻璃、D 玻璃和NE 玻璃的層壓板電性能如表5-3-18 所示。由該表可見， NE 玻璃層壓板在1 MHz頻率下的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切比E 玻璃低得多，與D 玻璃相近。

綜上所述NE 玻璃是一種低介電常數(shù)和低介質(zhì)損耗角正切的新玻璃成分。而且可以在玻纖布工廠中利用原有生產(chǎn)系統(tǒng)稍加改進(jìn)便可生產(chǎn)，用于制造覆銅板和線路板的加工方法也與傳統(tǒng)方法相同，有利于增進(jìn)和擴(kuò)展其在高速、高頻和高密度信息處理和傳輸用覆銅板方面的應(yīng)用。

除日東紡?fù)?，日本板玻璃公司以及其他公司也研究開發(fā)了一些新的低介電玻璃成分。我國的新低介電玻璃成分也正在研究開發(fā)中。

(二)高介電玻璃成分

現(xiàn)代信息社會中，多種移動通訊器材和系統(tǒng)逐步普及，利用通訊衛(wèi)星的電視播送系統(tǒng)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)也走向?qū)嵱没?。對于便攜式器件而言線路板的小型化是必要前提。這種線路板需要采用介電常數(shù)高的覆銅板作基板。制作這種覆銅板除了采用高Er值樹脂外，還需用高Er值的玻纖布，高介電常數(shù)的玻璃纖維有利于高頻設(shè)備的線路板實現(xiàn)小型化。以往通常采用光學(xué)高鉛玻璃拉制高Er值玻璃纖維。高鉛玻璃拉絲時易斷頭、生產(chǎn)效率低，纖維的力學(xué)性能、耐熱性、耐化學(xué)性、耐水性差，對織造、表面處理和層壓板性能均有不良影響。

日東紡研究開發(fā)出兩種新的高鉛玻璃，其玻璃成分與普通光學(xué)高鉛玻璃(SF03) 的成分和性能見表5-3-19。由該表可見，新配方玻璃不僅介電常數(shù)遠(yuǎn)高于E 玻璃，而且因加入了Al2 03 而具有比普通光學(xué)高鉛玻璃更高的抗拉強(qiáng)度、耐水性和耐熱性。

此外，日本松下電工和京都大學(xué)工學(xué)部，日本電氣玻璃公司合作開發(fā)了稱作H 玻璃的高介電常數(shù)纖維，它以非鉛類的鐵硅酸鹽玻璃作原料，介電常數(shù)為11.6 。這種玻璃不僅介電常數(shù)大幅提高，而且具有無鉛、對人體無害，廢棄時不會造成公害，介質(zhì)損耗角正切低( tanδ = 0 .003 )和耐化學(xué)性能好等優(yōu)點。

(三)紫外屏蔽玻纖布

在雙面和多層線路板的光刻工藝中，如果采用雙面同時進(jìn)行紫外線曝光的方法，生產(chǎn)效率顯然高于單面曝光、重復(fù)兩次，但線路板的薄型化發(fā)展使兩面同時曝光紫外線會一直照射到反面的阻焊膜上，造成不該曝光部分曝光。其原因是構(gòu)成基板的玻纖布和環(huán)氧樹脂透紫外光。要解決玻纖布透紫外光的問題的3種方法。

1.紫外屏蔽玻璃成分

日本電氣玻璃公司和日東紡都研究開發(fā)了不透紫外光的玻璃成分。其代表性的手段是在E玻璃成分中加入Fe203 和Ti02 ， Fe203 的添加量在1. 9% - 6.0% , Ti02 的添加量在0.2% -6.0% 。添加Fe203和Ti02 的玻璃對于360 nm 波長的紫外光幾乎完全屏蔽，420 nm波長的紫外光透過率也相當(dāng)?shù)停眠@種玻纖布制成的厚度在1 mm 以下的線路板具有足夠的紫外光屏蔽性。

2. 表面處理添加劑在玻纖布上被覆紫外光屏蔽性物質(zhì)是國外研究得較多，而且已經(jīng)實際應(yīng)用的一類方法。所用的表面處理劑有氧化鐵微粉、熒光增白劑、紫外線聚合引發(fā)劑等，為與通常用的表面處理劑相區(qū)別，稱之為表面處理用添加劑。

(1)氧化鐵微粉氧化鐵微粉的平均粒徑為0.01-0.05μm，玻纖布的附著量為0.01 %-3.00% 。被覆方法可以單獨配制成膠態(tài)溶液浸漬玻纖布、烘干，然后再作硅烷處理。也可以直接將氧化鐵分散在偶聯(lián)劑水溶液中，一步制成處理玻纖布。據(jù)稱，用數(shù)層這種玻纖布制造的層壓板能夠屏蔽99% 以上的紫外線。

該方法的缺點是氧化鐵微粉的分散狀態(tài)難以穩(wěn)定，在布上的附著不易均勻，為保證處理效果而加大附著量時會使基板變成白色。

(2) 熒光增白劑熒光增白劑是纖維材料常用的增白處理劑，其原理是吸收340400μm紫外能量，變換為400-500μm 的紫藍(lán)色光發(fā)出，從而起增白效果。常用的熒光增白劑，例如雙(三嗪基氨基)芪二磺酸類、香豆素類、吡唑啉類、萘二甲酰亞胺類、雙苯并、唑類、雙苯乙烯基聯(lián)苯類等等，水溶液、水乳刑都可使用。施用方法一般將經(jīng)過熱清洗的玻纖布浸漬熒光增白劑溶液、烘干，然后再作硅炕處理。熒光增白劑的附著量一般在0.5% 以下，超過1% 并無特別效果。用數(shù)層這種玻纖布制成的覆銅板能夠屏蔽99% 以上的紫外光。這種玻纖布幾乎不著色，基板呈半透明狀，可以任意染色。

(3)紫外線聚合引發(fā)劑采用紫外線聚合引發(fā)劑是日東紡的新技術(shù)。所用引發(fā)劑是雙二低燒基氨基苯酷苯，它在365μm 附近對紫外光具有吸收性。低燒基的碳原子數(shù)量1-4 個，以2 個為最佳，該引發(fā)劑單獨使用就能提供足夠的紫外屏蔽性，如與熒光增白劑并用則效果更佳，并可降低成本。使用時要用有機(jī)溶劑將紫外線聚合引發(fā)劑配制成溶液?？稍诠锜幚砬啊⒑笫┘?，或直接加入偶聯(lián)劑溶劑中，但以硅;皖處理后施加為好。也可以加入制造預(yù)浸料用的樹脂中。附著量通常在0.5% 以下。

含雙二乙基氨基苯酰苯的玻纖布層壓板[表5-3-20 (例和含熒光增白劑EBF 的玻纖布層壓板[表5-3-20 (例的365μm 紫外光透過率如表5-3-20 所示。從該表可見例1的紫外屏蔽性明顯優(yōu)于例2 。上述試驗層壓板均用3 層玻纖布制成。另經(jīng)試驗例1 的玻纖布1 層所制層壓板就能達(dá)到屏蔽99% 以上紫外光的要求，因此，采用這種玻纖布還有利于線路板的精密化、超薄化，特別適用于薄型超大規(guī)模集成電路用的印制電路板。

3 含紫外光屏蔽物質(zhì)的浸潤劑

用于玻璃纖維拉絲浸潤劑的紫外屏蔽物質(zhì)可以是上述的氧化鐵微粉、熒光增白劑、紫外線聚合引發(fā)劑等，這些物質(zhì)可單獨使用，也可兩種以上并用。浸潤劑應(yīng)采用無需脫漿的以樹脂作成膜劑的浸潤劑。這類浸潤劑的紡織工藝性能與常規(guī)的淀粉-油類浸潤劑相近，還含有硅烷偶聯(lián)劑，與基體樹脂親和性好，不需脫漿，因而所具有的特定性能得以保持。采用含熒光增白劑的浸潤劑[5-3-21 (例1) ] 和含氧化鐵微粉的浸潤劑[5-3-21 (例兩種7628玻纖布以及對照用普通浸潤劑[5-3-21 (例3)] 的玻纖布3 層所制層壓板的紫外光透過率對比如表5-3-21 所示。

此方法的優(yōu)點是工藝簡單，紫外光屏蔽物質(zhì)分布均勻，附著牢固。這種纖維還可用于制氈和造紙。缺點是浸潤劑中的其他成分未經(jīng)清除，可能影響到覆銅板的其他性能。

(四)超薄玻纖布

近代美日等工業(yè)大國的多層印制電路板產(chǎn)量超過了單面板和雙面板，而且表現(xiàn)出持續(xù)增長趨勢，對薄型玻纖布的需求也不斷增加。

超薄玻纖布意指厚度在50μm 左右，以及更薄的玻纖布。除了布的厚度更薄之外還要求厚度和單位面積質(zhì)量波動范圍小，布的尺寸穩(wěn)定性高。IPe 標(biāo)準(zhǔn)常用規(guī)格中有6060 、1080 、106 、104 、101五個品種。超薄布經(jīng)緯紗除6060 外都是單絲直徑5μm 的單紗。最薄的101 布厚度僅24μm ，單位面積質(zhì)量為16.3g/m2 。

原先線路板大多用厚度100μm 以上的玻纖布制造，厚度50μm 左右的超薄布主要用于調(diào)節(jié)板的厚度，很少單獨使用。近年來已經(jīng)單獨用超薄布制造集成電路芯片和移動電話用的超薄型印制電路基板，而且因使用需要叉開發(fā)了幾種更薄的玻纖布。用超薄布進(jìn)行多層層壓加工時，其尺寸變化率要比用厚度100μm 以上的布制造多層板大好幾倍，使得內(nèi)外層電路位置的吻合、元件的自動組裝發(fā)生困難。為解決這一難題國外玻纖布制造商進(jìn)行了多方面研究，改進(jìn)布的結(jié)構(gòu)、采取特殊的物理或化學(xué)處理方法，在改善布的表面平滑性，提高層壓板的尺寸穩(wěn)定性和耐熱性方面取得明顯效果。

(五)開纖布和起毛布

開纖布和起毛布是日東紡特種工藝(Special Proces喝時，簡稱SP 工藝)的兩類產(chǎn)品，統(tǒng)稱為SP布。SP 工藝是物理加工技術(shù)與相應(yīng)的表面化學(xué)處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。SP 工藝的物理加工方法是用高壓射水對玻纖布進(jìn)行再加工，使經(jīng)緯紗中的纖維在布面開松、均勻散開成為扁平狀。根據(jù)加工程度的深淺SP 布可分為兩類:一類只開纖稱開纖布[見圖5-3-6 中(a) 圖] ;另一類除開纖外，經(jīng)緯紗的部分單絲斷裂，在布面形成一層均勻密布的細(xì)密茸毛，稱起毛布[見圖5-3-6 中(b) 圖。圖5-3-6 中(c) 圖為未經(jīng)SP 工藝處理的玻纖布。從該圖可見未經(jīng)SP 處理的玻纖布經(jīng)緯紗絞織點凸起，四周孔隙明顯，經(jīng)SP處理的開纖布經(jīng)緯紗絞織點凸起減緩，纖維分散開來填充了交織點周圍的孔隙。SP 工藝的效果是明顯地提高了玻纖布的表面平滑性、樹脂浸漬性、層間剝離性和鉆孔加工性，同時又保留了玻纖布的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性。經(jīng)試驗證明印制電路板要求的各種性能， SP 布大大超過普遍玻纖布和膨體紗布。SP 工藝加工程度對布性能的影響見表5-3-22 。

采用SP 布可使雙面板的性能和可靠性高于多層板，用經(jīng)SP 加工的較厚玻纖布可取代原來的薄型玻纖布，還可在不降低覆銅板質(zhì)量的前提下降低成本。

(六)過燒布

在玻纖布的熱清洗工序中采用高于常規(guī)的溫度或更長的處理時間進(jìn)行過燒處理，這種布稱作過燒布或脆化布。過燒布的特點是適當(dāng)降低布的抗拉強(qiáng)度，使布變脆，從而提高布的鉆孔加工性，改善孔壁質(zhì)量。

過燒布一般控制在強(qiáng)度比普通布低20% -80% 。將兩種過燒布和對照的普通布用常規(guī)工藝制成雙面覆銅板，用仰mm 的鉆頭以60000 rlmin 的轉(zhuǎn)速， 25 mm 的孔距對三種雙面覆銅板作鉆孔加工性試驗，試驗結(jié)果如表5-3-23 所示。該表中例1 和例2 為過燒布，例3 為普通布。從該表數(shù)據(jù)可見，脆化布的抗拉強(qiáng)度低于普通布，而孔壁質(zhì)量遠(yuǎn)高于普通布。

若將過燒技術(shù)和開纖技術(shù)結(jié)合起來，則可制造出鉆孔加工性、表面平滑性均優(yōu)的玻纖布。這種布制作的層壓板，用細(xì)鉆頭進(jìn)行鉆孔加工時的鉆頭磨損性、孔壁粗糙度、小孔彎曲度等性能良好，而且可以增加鉆孔時的重疊片數(shù)，有利于提高生產(chǎn)效率，降低成本。覆銅板的表面平滑性好，能夠?qū)崿F(xiàn)電路微型化和高密度化。開纖脆化布和對照普通布的性能如表5-3-24 所示。表中四種布采用相同的工藝加工成同樣規(guī)格的覆銅板，用以對比不同的玻纖布的性能，其中例1 、例2 為開纖脆化布，例3 為不開纖不脆化的普通布，例4 為只開纖不脆化的玻纖布。從該表可見，采用開纖脆化布的覆銅板的鉆孔加工性和表面平滑性均大大高于普通布覆銅板，其鉆孔加工性也高于只開纖不脆化玻纖布的覆銅板。

(七)高Tg 覆銅板用玻纖布

為了提高覆銅板的Tg 值通常采用高Tg 的樹脂，近幾年來玻纖布在提高T g 方面也研究開發(fā)了相應(yīng)的新表面處理劑和加工方法。日本旭·休貝爾公司為解決玻纖布覆銅板T g 低和層間粘結(jié)差的問題，從改進(jìn)表面化學(xué)處理劑和物理加工兩方面研究開發(fā)取得成效。該公司有關(guān)論文推薦對不同類型的基體樹脂可采用表5-3-25 所列的表面化學(xué)處理劑。

該表中， AS-888 處理劑由完全預(yù)先加水分解的硅烷偶聯(lián)劑和專用的促進(jìn)劑組成，可使硅烷偶聯(lián)劑改善玻璃表面與基體樹脂的反應(yīng)能力。

AS-90S 處理劑由硅烷偶聯(lián)劑和專用的催化劑組成，可使硅炕偶聯(lián)劑改善環(huán)氧樹脂與酸酯的反應(yīng)能力。

AS-440 處理劑是環(huán)氧樹脂和聚酰亞胺樹脂的標(biāo)準(zhǔn)處理。

表5-3-26 比較了兩種不同處理劑的處理效果。從表5-3-26 可見， AS-888 處理的玻纖布覆銅板各項性能均優(yōu)于AS-440 處理。

此外，據(jù)該公司介紹其開纖工藝(AW 工藝)對高Tg 覆銅板的性能亦有很多作用，可以提高樹脂的潤濕速度，減少半固化片中的氣泡，改善布與樹脂的粘著性.