专利名称：层合制品及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于电子组合件的绝缘层合材料，更具体地说，涉及在恶劣的湿度、温度和压力环境下仍具有高绝缘电阻的树脂和纤维复合材料。
绝缘层合材料的一般制法包括用诸如环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪(BT)树脂的热固性树脂组合物浸渍非织造或织造纤维织物(一般是玻璃)，然后再使织物干燥。将干燥的织物切割成片材，在印刷电路工业中称其为半固化片，然后，以包括其他上述层合结构的各种组合的形式，将该半固化片层合到固态的或已标有记号的导电层(一般是铜)，形成单层或多层基片。
可以在基片中形成具有用导电材料填充的导电隔层的孔和通路，以便在导电层之间提供电接触。众所周知，基片制造领域中有许多其他变化。基片用来固定包括半导体、无源元件、其他基底的电子元件、和诸如接头、开关等的各种元件，还用来在这些元件的适当触点之间提供电的相互连接。
半固化片必须具有作为基片材料的许多性能。例如美国专利5648171作为规格列出的高机械和热强度、良好的机械和热稳定性、热不形变性，以及良好的耐老化性。还列出良好的对玻璃和铜的粘合性、良好的机械加工性(打孔性、钻孔性)、低吸水率和高耐腐蚀性。
美国专利5,376,453述及，因为基片材料在加工期间受到高温的作用，所以耐热变形性是重要的。例如，印刷电路板在浸锡时受到270℃温度的作用。在切割和钻孔时也能局部短暂遇到200℃以上的温度。在美国专利5,565,267中，采用导电油墨形成导电层，在大多数应用中，该油墨应在200～230℃下固化30秒至1小时。玻璃转化温度(TG)高的材料显示良好的特性，因为，如果其玻璃转化温度高于上述数值，那末就能保证固有稳定性，并能在很大程度上消除诸如变形的损坏。
美国专利5,368,921叙述了，从耐水性的观点出发，优选使用采用硅烷偶联剂等进行表面处理的纤维。在美国专利5,483,101中，将硅烷偶联剂使用在导电层和树脂层(苯并环丁烯)之间。美国专利4,783,345叙述了用于制造能贮存的半固化片的树脂材料。
在块状载体的制造中，使用半固化片材料有较大吸引力，由于其成本比一般的陶瓷材料具有优势。另外，导电层(通常是铜)的导电性更好，与一般施加到陶瓷载体上的糊状材料相比，能够较容易地将其加工成密集的几何图形。用半固化片制的块状载体所需要的半固化片的许多特性与其他基片相同。用半固化片制造基片的上述全部规格已被成功地达到，至少是某种程度上。然而，通常块状载体还有当经受潮湿、温度和压力时高绝缘电阻的附加技术规格。
当此项绝缘电阻规格附加到上述规格中时，在此以前还没有得到这些性能的满意组合。
结果，用半固化片制的块状载体必须在特殊的不透潮气的容器中进行处理。容器一打开，就必须在较短的时间内，将这样的电路块载体焊接到诸如印刷电路板的下一级载体上，如果该块状载体没有在规定时限内使用，那末必须将其缓缓烘干，以除去水分，并且再密封在不透潮气的容器中。已经制定了一般工业规程，使元件制造者能够规定该时限和处理步骤。显然，这些步骤对元件装配者是个负担，因为诸如陶瓷元件、塑料密封元件、无源元件、接头等其他元件没有这一要求。
所以，本发明的目的是提供一种能够在一定湿度、温度和压力应力下保持高绝缘电阻的半固化片材料。
另一个目的是提供这样一种用于块状载体组合件的材料，其中，不需要为潮湿敏感性而进行特殊处理。
再一个目的是提供这样一种以较不昂贵的特别适合于大规模生产的方法制造的材料。
还有一个目的是提供一种能够以易于实施的方式制造这种材料的方法。
按照本发明的一个实施方案，达到了这些目的和其他目的，该方案中提供了一种织物材料，其包含具有预定最大厚度的以及具有作为其一部分的低重量百分率颗粒的织物构件，以及基本上把包含颗粒的织物构件包起来的硬化树脂材料，以便织物材料具有较高的绝缘电阻。
按照本发明的另一个实施方案，提供了一种制造具有高绝缘电阻的织物材料的方法，该方法的步骤包括提供具有预定最大厚度的以及具有作为其一部分的低重量百分率颗粒的织物构件；用树脂材料基本上把包含颗粒的织物构件包起来；以及使树脂材料至少部分硬化。
图1以横断面说明纤维辫的机织物，其具有过量偶联剂、干燥薄膜和粗表面颗粒，全部由树脂材料所围绕；图2以横断面说明类似的非织造织物，其也由树脂材料所围绕；和图3是玻璃纤维织物的放大照片，显示出纤维辫上的颗粒。
为了更好地理解本发明，以及其另外的其他目的、优点和性能，请与上述附图相结合，参阅如下公开内容和所附的权利要求。
在图1中，示出织物材料10的放大横断面图。织物材料包含纤维辫12和14的机织织物，各个纤维辫均包含许多纤维，优选玻璃纤维丝。纤维辫12平行于纸面延伸，而纤维辫14则插入纸面。机织织物在纤维辫12和14相重叠的位置有最大厚度“T”。
已知机织织物包含一些颗粒，这个术语意指包含干燥薄膜、过量偶联剂、断裂长丝和粗表面碎片。例如，常规作法是，在机织之前，将聚乙烯醇浆料、和玉米淀粉和润滑油施加到纤维辫上，以便改进机织过程并减少断纱。在机织之后，通过点燃工序除去浆料，以便清除纤维长丝上的润滑剂和其他材料。然而，一些浆料以颗粒的形式随机地留下来。
通常将硅烷偶联剂施加到机织织物上，以便改善树脂材料的粘合性。过量偶联剂如果留在织物上会干燥而形成随机地散布在整个织物上的颗粒。断裂长丝能够产生许多微小长丝材料(通常是玻璃)颗粒。最后，各种空中的和其他的碎片可以以各自的途径进入机织织物，并且依附到长丝股上。图3的照片显示在机织玻璃纤维织物的纤维辫上的颗粒。
将包含颗粒(图1没有显示这些颗粒)的图1所示的机织织物包起来的是一些硬化的树脂材料16(树脂材料16未用横断面的形式为了说明的目的示出)。树脂例如可以是环氧树脂，其现在在世界范围内大规模使用于FR4复合材料。以双马来酰亚胺-三嗪(BT)为基础的树脂材料也是可接受的。更优选其是本领域已知的二酚醛可硬化树脂材料。
如上所述，树脂材料的玻璃转化温度(TG)应大于织物材料在随后加工和使用中将会遇到的预期温度应力。环氧树脂的TG一般为130℃。已知BT树脂的TG为约200℃。TG为约145℃或更高的酚醛硬化树脂材料优选随后用于块状载体制造中，如图1所示，一定量树脂材料就足以完全将机织物和颗粒包起来，这样，所得半固化片织物体材料的厚度大于机织织物的最大厚度“T”。
图1的织物材料能够采用称作浸涂塔的常规设备进行制造，在其中，包含任何颗粒的织物构件基本上用树脂材料包起来(通常采用通过液体浴槽的方法)，然后使树脂材料至少部分固化(通常采用暴露在热空气下进行)。
图2表示按照本发明的另一个实施方案的织物材料20。非织造织物构件21由无规排列的纤维22组成，优选为玻璃丝，其具有最大厚度“T1”。也有如上述图1实施方案中那样的与纤维混合的颗粒。一定量硬化树脂26(为了说明的目的，未采用横断面的形式表示出)包围着包含颗粒的纤维，其量足以使所得的半固化片织织物比非织造织物21的最大厚度“T1”厚。
本发明的这种织物材料特别适用于制造块状载体。这种电子组合件，在块状载体经受高温时，例如，在将块状载体焊接到更高级组合件上期间，对能够引起损坏的水分吸收特别敏感。印刷电路工业已经制定了一套称作高速升温增湿应力试验(HAST)的标准，即JEDEC标准22-A110和辅助标准22-A112和22-A113，可从在哥伦比亚特区、华盛顿的电气工业协会得到，用于测定和设定这种潮湿敏感性。就该试验说，织物材料的绝缘电阻是在使其经受规定温度、湿度和压力作用期间和之后进行测定的。绝缘电阻低于1百万欧姆则认为已被损坏，表明吸湿量高。
不符合称为HAST A级的最高HAST水平的元件，在要求高度安全的块状载体应用中，是不能使用的，因为这些供大量制造应用是不合乎要求的。现在已知的织物材料没有确实地通过HAST A级试验，结果是产品损耗高或者需要费用巨大的专门处理。
虽然所有织物材料都有一些颗粒，但是已经发现，由具有足够低颗粒含量的织物构件，和其量足以完全包围含有颗粒的织物构件以致延伸过织物构件的最高凸出(即织物材料比图1的TG厚)的树脂材料制造的织物材料会通过HAST A级试验。颗粒含量采用放大倍数达5000倍的显微镜进行测定。
图3为玻璃纤维织物30的一部分，该织物包括若干玻璃长纤维32，粗表面碎片34和干燥薄膜36，其放大倍率为2000。在优选实施方案中，颗粒含量为织物构件的0.05％(重量)以下，远远低于当今工业中广泛使用的一般织物构件中的颗粒含量。适用于本发明的玻璃纤维机织织物构件可购自日本Asahi-Schwebel公司，商品名AS-450，还有在南卡罗来钠州安德森的Clark-Schwebel公司商品名CS-4370。
至此，展示并说明了具有较高绝缘电阻的织物材料及其制造方法。已经证明，因为该织物材料的潮湿敏感性低，所以特别适用于制造块状载体。因此，本发明被认为大大推进了本领域的进步。
已经展示并叙述了本发明优选实施方案，但是，本领域技术人员显然清楚，可以在不背离本发明的所附权利要求规定的范围的情况下进行各种变更和改进。
权利要求
1.一种织物材料，其包含织物构件，其具有预定最大厚度，以及含有作为其一部分的低重量百分率的颗粒；和硬化树脂材料，其基本上把包含所述颗粒的所述织物构件包起来，所述织物材料具有比较高的绝缘电阻。
2.权利要求1的织物材料，其中所述织物构件含有少于约0.05％(重量)的颗粒。
3.权利要求1的织物材料，其中所述织物构件是机织织物。
4.权利要求1的织物材料，其中所述织物构件包含玻璃纤维辫。
5.权利要求1的织物材料，其中所述树脂材料是酚醛硬化树脂材料。
6.权利要求1的织物材料，其中所述树脂材料的玻璃转化温度大于145℃。
7.权利要求1的织物材料，其还具有经HAST试验之后大于约1,000,000欧姆的绝缘电阻。
8.一种制备具有高绝缘电阻的织物材料的方法，该方法包括以下步骤提供具有预定最大厚度并具有作为其一部分的低重量百分率颗粒的织物构件；采用树脂材料把包含所述颗粒的所述织物构件基本上包起来；以及使所述树脂材料至少部分固化。
9.权利要求8的方法，其中所述织物构件含有少于约0.05％(重量)的颗粒。
10.权利要求8的方法，其中所述织物构件以机织织物的形式提供。
11.权利要求8的方法，其中所述织物构件以玻璃纤维辫的形式提供。
12.权利要求8的方法，其中将包含所述颗粒的所述织物构件用酚醛可硬化树脂材料基本上包起来。
13.权利要求8的方法，其中将包含所述颗粒的所述织物构件用硬化后玻璃转化温度大于145℃的树脂材料基本上包起来。
全文摘要
适用于包括块状载体的电子组合件的织物材料及其制造方法。当经受高的温度和湿度应力条件时，显示高的绝缘电阻。
文档编号H05K1/03GK1227787SQ9910255
公开日1999年9月8日 申请日期1999年3月1日 优先权日1998年3月2日
发明者B·K·伯恩特, R·D·黑文斯, L·R·布隆伯格, R·M·雅普, W·T·福托尼, K·帕帕托马斯, J·奥布祖特, M·D·波利斯, A·S·雷 申请人:国际商业机器公司