具有均匀介电性能的预浸料和层压板的制作方法
【专利说明】具有均匀介电性能的预浸料和层压板
[0001]发明背景
[0002](I)发明领域
[0003]本发明涉及树脂组合物，其包含一种或多种高Dk材料和基础树脂，其中所述高Dk材料的介电常数高于固化的基础树脂的介电常数。本发明还涉及由本发明的树脂组合物制成的预浸料(prepregs)和层压板(laminates )，所述预浸料和层压板具有跨预浸料或层压板横截面的均匀介电常数。
[0004](2)现有技术描述
[0005]预浸料和覆铜层压板是在制造印刷电路板中常规使用的平面材料。预浸料和层压板通常是复合结构，其包括诸如玻璃织物、玻璃非织物、纸、或其他纤维和非纤维材料的补强材料，以及聚合树脂，所述聚合树脂被用作基质材料一施加于或用于浸渍补强材料的材料。
[0006]随着电子器件操作频率的不断增加，小心控制预浸料和层压板的介电性能变得更为重要。现有预浸料和层压板的一个问题是，补强材料和基质材料的介电性能迥然不同。当通过使用这样的覆金属层压板构建的结构如印刷电路板传输非常高速的信号时，随着信号传播经过各向异性区域，信号经历偏斜(skew)和速度的不同。当运行不同的信号时，这个问题更加复杂，并且在最坏的情况下，长线上传播速度的不同导致主要的信号完整问题以及在某些情况下导致总体信号消失。这个问题已经成为电子器件设计者的主要顾虑，尤其是随着板载(onboard)频率移动至14GHz及以上以在四通道以超过大于100千兆比特/秒传输，在此过程中预计偏斜为主要的设计挑战。
[0007]发明概述
[0008]本发明涉及预浸料和层压板，其通过消除基质的介电常数和补强材料的介电常数之间的差距来解决偏斜问题。因此，本发明的一个方面为树脂组合物，其含有一种或多种基础树脂以及一种或多种高Dk材料，其中所述一种或多种高Dk材料以足够使所述树脂组合物具有固化Dk的量存在于所述树脂组合物中，所述固化Dk与待施加所述树脂组合物的补强材料的Dk在正或负(±)15%的范围内相匹配。
[0009]本发明的另一个方面是树脂组合物，其含有至少一种基础树脂和约5至约60wt%或更多的高Dk材料颗粒，所述高Dk材料选自钛酸锶、钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸锆酸镧铅、及其组合，其中所述树脂组合物的Dk与待施加所述树脂组合物的织造玻璃织物补强材料的Dk在正或负(±)15%的范围内相匹配。
[0010]本发明的又一个方面为预浸料，其含有具有DkR的补强材料，以及树脂组合物，所述树脂组合物包含一种或多种具有Dkw的基础树脂，其中DkR高出Dkw超过15%，所述树脂组合物还包含一种或多种高Dk材料，所述一种或多种高Dk材料以足够使所述树脂组合物具有固化Dkw的量存在于所述树脂组合物中，所述固化Dkw与待施加所述树脂组合物的补强材料的DkR在正或负(±)15%的范围内相匹配。
[0011]本发明的另一个实施方式为预浸料，其含有:至少部分固化的树脂浸渍的补强材料部分；以及游离树脂部分，其中所述树脂含有至少一种高介电常数材料，所述游离树脂部分具有介电常数D&，并且所述树脂浸渍的补强材料部分具有介电常数DK?，其中所述高介电常数材料以足够使DK?与DKw相匹配的量掺入所述树脂中，从而使得DK?与DKw相差不大于(±)15%。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的预浸料或层压板实施方式的横截面，所述预浸料或层压板实施方式具有跨其横截面的均匀介电常数。
[0013]现有实施方式的描述
[0014]本发明总体上涉及用于电子工业的经补强的预浸料和层压板，其含有树脂或基质组分以及补强组分。用于本发明的预浸料和层压板的起始组分的介电常数相差大于15%。具体地说，树脂组分具有DKw，补强组分具有DKr，并且DKw与DKr相差大于15 %。的确，对于DKr和不含有高Dk材料的树脂材料的DK(本文中称为Dko)相差容易超过30%是常见的。
[0015]术语“起始组分的介电常数”是指在起始材料被合并以形成树脂浸渍的补强材料之前和/或在它们被掺入到经补强的预浸料和/或层压板中之前每种起始材料的介电常数。
[0016]在本发明的一个实施方式中，树脂组分用高介电常数材料改性以形成预浸料或层压板，其中基质组分的介电常数和补强材料的介电常数是“均匀的”或“相匹配”。术语“均匀的”或“相匹配”在本文中类似地用于指彼此相差不大于正或负(± ) 15%以及更优选地不大于正或负(±)5%的两个介电常数。
[0017]本发明的另一个实施方式是具有跨其横截面的相匹配或均匀的介电常数的预浸料或层压板。对于预浸料或层压板，这是指预浸料或层压板的树脂浸渍的补强材料部分的介电常数(DKm)与预浸料或层压板的游离树脂部分的介电常数(DKw)相匹配。在该实施方式中，树脂的介电常数与树脂浸渍的补强材料的介电常数相匹配，以形成具有跨其横截面的相匹配的介电常数的层压板。
[0018]在上述实施方式中，补强材料的介电常数(DkR)通常是固定的。而且，不含有高介电常数材料的树脂或基质材料的介电常数(Dko)通常显著不同于补强材料的介电常数(DkR)，即差值大于± 15%。因此，本发明通过在使基质材料与补强材料结合(associating)之前将一种或多种高介电常数(Dk)材料掺入到树脂(也称为基质材料)中来使介电常数相匹配。
[0019]现参照图1，其示出了具有横截面“Y”的本发明的预浸料(10)。所述预浸料包括游离树脂部分(12)和树脂浸渍的补强材料部分(14)。游离树脂部分具有Db。树脂浸渍的补强材料部分具有Dk?。预浸料或层压板的游离树脂部分包括具有能够独立于Dkw测定的Dkw的任何树脂。术语“游离树脂”指为预浸料或层压板的一部分但是在树脂掺入到树脂浸渍的补强材料部分之后距任意补强表面一顶部(16)底部(18)或侧面(20)和(22)至少I微米的树月旨。游离树脂通常为b-阶或C-阶树脂。这包括例如在将树脂涂布的铜片以树脂向下的方式施加至芯树脂浸渍的补强材料以形成铜涂布的预浸料或层压板之后仍保留的游离树脂。
[0020]本文讨论的“介电常数”以及本文所提及的介电常数范围和数值通过Bereskin测试方法或可替代地通过后分离方法(split post method)测定。其中讨论了介电常数的比较，然后通过相同的测试方法测定经过比较的介电常数。树脂的介电常数使用完全固化的树脂样品来测定。树脂浸渍的补强材料部分的介电常数Dk?使用完全固化的树脂浸渍的补强材料的样品来测定。
[OO21 ]补强材料可以是已知可用于制造基板(substrate)片材的任意片材或地面材料，所述基板片材用于制造用于生产印刷电路板的预浸料或层压板。然而，如上所述，可以使用地面材料例如地面玻璃纤维材料，优选的是补强材料为片材。例如，补强片材可以是无机纤维布，包括各种玻璃布(例如纱束布、布、短切毡和表面毡)、金属纤维布等；由液晶纤维制成的织造布或无纺布(例如，全芳族聚酰胺纤维、全芳族聚酯纤维以及聚吲哚纤维)；由合成纤维制成的织造布或无纺布(例如聚乙烯醇纤维、聚酯纤维以及丙烯酸纤维)；天然纤维布(例如棉布、麻布以及毛毡)；碳纤维布；以及天然纤维素布(例如牛皮纸、棉纸、以及纸-玻璃组合的纤维纸)。
[0022]在本发明的一个方面，补强材料为织造玻璃织物材料。这样的织造玻璃织物材料将具有约3.5至7.0或更大的DkR。这样的织造玻璃织物材料的例子包括，例如具有约3.5至约4.5的DkR的低Dk玻璃，E-玻璃;R-玻璃、ECR-玻璃、S-玻璃、C-玻璃、Q-玻璃以及这类已知可用于制备玻璃织物补强的预浸料和层压板的任何其他织造玻璃织物。
[0023]本发明的树脂组合物包括本领域中已知的可用于制造预浸料和层压板材料的一种或多种基础树脂。基础树脂通常是热固性或热塑性树脂。可用的基础树脂的例子包括环氧树脂、基于聚苯醚的树脂、氰脲酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、二甲苯甲醛树脂、酮甲醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、苯胺树脂、醇酸树脂、不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、氰脲酸三烯丙酯树脂、三嗪树脂、聚氨酯树脂、硅酮树脂、及其任意组合或混合物。
[0024]在本发明的一个方面，基础树脂是环氧树脂或包括环氧树脂。可用的环氧树脂的一些例子包括酚型，如基于双酸A的二缩水甘油醚、基于苯酚-甲醛酚醛清漆或甲酚-甲醛酚醛清漆的多缩水甘油醚、基于三(对-羟基苯酚)甲烷的三缩水甘油醚、或基于四苯乙烷的四缩水甘油醚的那些;胺型，如基于四缩水甘油基-亚甲基双苯胺或基于对氨基二醇的三缩水甘油醚的那些；脂环族型，如基于3，4_环氧基环己基甲基-3，4_环氧基环己烷羧酸酯的那些。术语“环氧树脂”还指含有过量环氧基的化合物(例如，上述类型)和芳族二羟基化合物的反应产物。这些化合物可以是卤素取代的。优选的是衍生自双酸A的环氧树脂，特别是FR-4 cFR-4是通过用过量的双酸A二缩水甘油醚和四溴双酸A的增长反应(advancingreact1n)制得的。也可以应用环氧树脂与双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂和/或双马来酰亚胺三嗪树脂的混合物。
[0025]树脂组合物除了包括基础树脂外通常还包括引发剂或催化剂、一种或多种任选的阻燃剂和溶剂。阻燃剂可以是已知可用在用于制造预浸料和层压板的树脂组合物中的任何阻燃材料，所述预浸料和层压板用于制造印刷电路板。阻燃剂可以含有卤素或者它们可以不含卤素。可替代地或另外地，树脂可含有卤素如溴，以使固化树脂具有阻燃性能。
[0026]树脂组合物还可以包括聚合引发剂或催化剂。一些可用的引发剂或催化剂的例子包括但不限于过氧化物或偶氮型聚合引发剂(催化剂)。一般情况下，所选择的引发剂/催化剂可以是已知的可用于树脂合成或固化的任何化合物，无论其是否执行这些功能中的一个。
[0027]树脂组合物包含一种或多种溶