专利名称：采用发泡工艺和丙烯酸纤维制造的用于生产印刷电路板的基础丝网的制作方法
背景技术：
及概述印刷电路板(也被称为印刷线路板或PWB)，主要采用常规玻璃纤维与不导电填料制成。然而由于发现芳族聚酸胺纤维比玻璃纤维性能更优越，人们对用芳族聚酸胺纤维或者它与玻璃纤维的混合物来制造印刷电路板的兴趣日益浓厚。如杜邦化学公司就使用自己的芳族聚酸胺纤维品牌(“THERMOUNT”)制造印刷电路板。
杜邦公司采用通常的液体安置工艺(liquid laid process)制造芳族聚酸胺PCB，该工艺适用于非编织丝网生产，使用网孔元件(foraminous element)，如金属丝。为更有效地应用液体安置工艺，使用芳族聚酸胺纤维生产非编织丝网，杜邦公司采用不同长度和直径的芳族聚酸胺纤维混合物，其中一些可以是纤丝的，试图生产出通用的，能大批量生产的印刷电路板。然而采用常规对芳族聚酸胺纤维(即“纯的”)生产的芳族聚酸胺非编织片或丝网，还存在许多与水安置工艺water laid process)相关的难题。
常规的芳族聚酸胺印刷电路板和构成这种印刷电路板的非编织丝网形成的层，有许多值得注意的问题。这些问题包括不能按客户希望自由均匀地分散芳族聚酸胺纤维，而一般芳族聚酸胺纤维片是定向的。这种定向性在成品的机械方向和与机械方向相交的方向产生不同的热膨胀系数，还产生与浸透片相关的磨损特性。此外这样的板很难操作，不但要求用户具有相当丰富的操作经验，而且这种板很容易受潮，以至于一些客户使用前得在炉中烘烤各卷，驱除湿气。在制造过程中，还要特别注意避免产生串皱纹(chain wrinkle)、侧平(lay flat)和其它在成型、压延和卷紧时可能产生的不需要的性能。另外还有导电粒子污染问题，它会降低所生产丝网的电性能。
根据本发明的印刷电路板层，该印刷电路板的生产方法，与常规的基于芳族聚酸胺和玻璃的印刷电路板相比，在本质上是有利的。按照本发明，它优选地采用发泡工艺，如美国专利5,904,809所述(其公开内容在此引入作为参考)。根据发明，用于PWB结构的原纤维是丙烯酸纤维，具体而言一种高密度纤维例如聚丙烯腈。根据本发明，已经发现丙烯酸纤维在PWB生产中具有极高地优越性。
按照本发明的另一方面，这种非编织片或丝网可以使用发泡工艺制造。发泡工艺处理纤维如丙烯酸纤维时效率很高，能形成更加均匀的丝网，并且允许纤维比水安置工艺生产丝网时混合程度更高。在生产含丙烯酸纤维的印刷电路板层中，纤维的混合也许特别重要。常规的不导电纤维(如塑料或玻璃颗粒)能够被混合到泡沫里并且均匀地分布于最终所生产的丝网里。此外应用发泡工艺生产的片或丝网所含纤维密度，可以比利用液体安置工艺更加紧密地被调节，其他的纤维如丙烯酸纤维和玻璃纤维也许很容易被混合，而且整个发泡工艺成本低而且能量效率高。
利用本发明可以生产印刷电路板和用于印刷电路板的层，它们含有至少50％的丙烯酸纤维，最好是大约60-80％的长度约3-12毫米，直径约为6-15微米的纯高密度丙烯酸纤维，和大约40-20％的纤丝状的丙烯酸纤维(如浆状纤维)。按照本发明可以生产基本上100％的丙烯酸纤维板和层，但一般至少还存在一些其它的非导电纤维，像玻璃纤维，或芳族聚酸胺纤维，或非导电填料，以及0-40％的无机或有机非导电胶合剂。
按照本发明生产的片或丝网一般最好要被致密化或压缩(如通过使用常规的热压延辊)使其密度范围约0.1-1g/cm3，基本重量范围约20-120g/m2。该片或丝网可以是无胶合剂的，或可以包含重量约1％-40％(最好小于20％)的基本上不导电的无机或有机胶合剂。
按照本发明另一方面所生产的印刷电路板包含下列组件多个基本上不导电的衬底层，和设置在层上或在至少一层衬底层之间的导电线路元件；在预浸处理以前，至少有一个层含有一个非编织层，该层包含至少50％重量的丙烯酸纤维[最好至少往一些层中注入预浸材料]。大多数的印刷电路板采用三到六个层制成，尽管也有相当数量的印刷电路板用七到八个层制成，此外还有许多的印刷电路板由九个或更多的层制成。使用的预浸材料完全是常规材料，通常是环氧树脂，并且，导电线路元件也完全是常规的(依照原来的定位)，其通常包括带状铜线，电线，或沉积物，或其它具有类似物理结构的的导电材料如银。一般至少一个含丙烯酸纤维的层是由发泡工艺生产(尽管也可以用液体安置工艺生产)，并且在预浸处理以前可以至少含有重量约9 0％的丙烯酸纤维。在预浸处理以前，各个衬底层密度可以是0.1-1g/cm3，并且印刷电路板通常含有多个的电子组件(例如计算机芯片，二极管，电阻等)，采用完全常规技术将这些组件连接到印刷电路板衬底上和连接到导电线路元件上。
根据本发明的另一方面，生产印刷电路板所述的方法包括下列步骤(a)生产一个非编织片或丝网，其中含有重量至少达50％(基本上高达1 0 0％)的丙烯酸纤维，其余至少基本上是不导电纤维、填料和胶合剂中的一个。(b)对(a)的片或丝网进行致密化(例如热压延)。(c)利用(a)的片或丝网形成印刷电路板层。(d)把其它的基本上不导电层和(c)的层结合起来。(e)在(c)的层上或至少一层的层之间设置导电线路元件。也可以是在(c)和(d)之间进行，(f)通过向(c)层里注入树脂或其它类似的物，在(c)层形成一个预浸层。(g)固化(d)-(f)产生的预浸层，从而生产出印刷电路板。
步骤(b)是常规的，典型方法是在200℃以上温度和至少500psi的压力下使用压延辊完成。常规的步骤还包括将片或丝网分层以生产印刷电路板(c)，形成预浸层(f)，把其它的不导电层与(c)的层结合(d)，(e)形成导电线路元件，以及固化(g)。此外最好还有另外的常规步骤对(g)的线路板施加机械作用(h)；(i)将电子组件与(h)的印刷电路板和线路元件进行电和物理连接。
实施本发明时，发泡工艺优先进行步骤(a)。并且(a)和(b)都是通常用来制造密度约0.1-1g/cm3的片或丝网，并且一般进行(a)时使用约40-20％的纤丝的丙烯酸纤维(比如约30％)，和约60-80％纯高弹性的丙烯酸纤维。基本上，不使用胶合剂，或者使用重量约1-40％的无机或有机非导电胶合剂。
同现有技术相比，按照本发明方法的衬底和根据本发明所述的方法所生产的衬底都是有优势的。这些优势是.比芳族聚酸胺纸或编织玻璃好得多的树脂浸渍性。
.改善了树脂注入期间的纤维强度并且减少了纤维绒毛的产生。
.在衬底形式，和预浸注入或形成层状时更容易切割。
.易于进行激光切割和钻孔，因为玻璃比本发明的非编织物吸收较多的激光能量。
.吸潮能力与芳族聚酸胺纸相比较低。
.改善了尺寸稳定性。
.改善了MD/CD的比和稳定性。
.与玻璃纤维相比重量轻；以及.对预浸处理树脂具有良好的附着力，通常用于分层生产。
本发明的主要目的是生产包含层的丙烯酸纤维，以及用这样的一个或更多的层形成印刷电路板。与通用的玻璃和含层或线路板的芳族聚酸胺纤维相比，本发明提高了适用性和(或)方便性，并降低了生产成本。从对本发明的详细描述以及所附的权利要求中，可以本发明的这些和其它目的有更清楚的了解。
附图详述
图1用图示意说明一种优选的生产印刷电路板所述的方法10，该印刷电路板至少有一个含丙烯酸纤维的层。根据本发明的第一步骤最好是应用发泡工艺生产丝网或片，虽然也可以采用湿法贮存工艺进行生产，如图1的中11。提供了来自源12的丙烯酸纤维，来自源112的其它纤维或填料，来自源14的水和表面活化剂等，以及如美国专利5,904,809里所述的被优选实施的发泡工艺。通常情况下，浆的浓度至少为约5％，比如约5-50％。通常情况下，一些胶合剂要被添加到丝网里，如图1中的15所示，在形成片或丝网之前加入，和/或如图1中的16所示，在片或丝网形成后加入。胶合剂可以含有重约1％-40％(最好小于20％)的基本上不导电的有机胶合剂。已知的用于此目的的胶合剂例子有环氧树脂，丙烯酸，三聚氰(酰)胺甲醛，聚乙烯醇，酚醛或尿烷氨基甲酸乙酯及其混合物，另外也可以使用1-40％的无机胶合剂，如硅石。
如图1的17所示，片或丝网形成后进行干燥，使用常规干燥设备(例如干燥炉)，接着如图1的18所示，将丝网致密化，例如使用热压延辊，在200℃的温度以上和超过500psi的压力下。通常情况下，步骤11，15，16，17和18在同一处进行，然后，最终生产的片或丝网被运输到另一处，在那里进行生产印刷板的其它常规步骤(若生产的是网，则被卷起来；若生产的是片，则被层层堆起，以便于运输)。
一般经由步骤11，15至18生产的片或丝网密度约0.1-1g/cm3，重量约20-120g/m2。
图1大致示出的步骤20是一个预浸步骤，在那里经18的片或丝网被源21提供的环氧树脂或类似物质浸渍，浸渍树脂基本上是不导电的。在预浸片形成后，印刷电路板被分层，使用各种各样的层(经步骤18的层，或者采用常规技术和更加普通的材料生产的其它层，例如玻璃纤维或丙烯酸纤维等等，与液体结晶聚合物(如Vectran)，纤丝的丙烯酸纤维(正常的聚丙烯腈大于90％)，丙烯酸桨，杜邦纤丝，微玻璃纤维(正常的直径小于5微米)，聚酯纤维，PEN纤维，PPS纤维，MF纤维，及酚醛朔料)--如图1的22所示，将层装配在一起并装入电路元件。电路元件也可以通过一些常规方式装入(如丝网印刷，包覆，机械安装和添加等)。接着如图1的23所示，用常规所述的方法，将装有电路元件的分层的中间板进行固化，如在固化炉里进行固化。
经23固化后，对中间板进行机械加工，如图1的24所示，按照常规方法，例如在上面形成各种各样的孔，成型、刨、组织化处理、扩大电路元件的曝光量等等。接着如图1中25所示添加电子元件，如图1中的26所示生产出最终的印刷电路板。添加电子组件的步骤25也是常规的，将各种各样的用于成品板26的电子元件机械连接到印刷电路板上或相互电连接和/或电连接电路元件。
正如图1所示，板26包含由多层构成的衬底27(一般在三到九层之间，大多数在三到六层之间)，如图1中的28所示。根据本发明，28里的各一层可以至少含有重量50％的丙烯酸纤维(在预浸处理之前)(最好是浆和纯纤维的混合物)。然而层28可以含有不同百分比及类型的丙烯酸纤维，或有层28中的一些层可以是常规的玻璃或芳族聚酸胺纤维，或者其它常规的结构。然而还可以使用重量比约为90％或更大的浆状丙烯酸纤维。
图1所示的成品线路板26还有导电电路元件29，例如带状线，电线，或导电材料的沉积物如铜、银、或其它常规导电材料或它们的混合物。元件29把电子组件连接在一起，也把线路板26连接到电源上和其它的线路板上，或其它的外部组件上。图1大致示出常规电子芯片30，以及31的二极管或者电阻或电容等等。根据本发明，在这种结构的线路板26里，可以采用任何常规电子组件。
按照本发明的线路板26在潮湿条件下，其尺寸的稳定性将好于常规的丙烯酸线路板或玻璃线路板，因此可有较高的电路密度并且对高频能量退化不敏感。也因为有较好的热膨胀系数，可以预料线路板26比其它常规的线路板寿命要长，并在其它方面具有如上所述的优势。
在形成丝网的步骤11时，添加合适种类和百分比的纤维以获得想要的结果，特别是图3所述的结果。在步骤12添加的纤维至少是重量百分比为50％的丙烯酸纤维。可以添加常规的纯浆状纤丝的高弹性丙烯酸纤维，也可以采用常规的填充物，只要它们基本上是不导电的，例如已知的玻璃和塑料颗粒填充物，还有其它的纤维都可以。
图2大致示出在图1的机械工作步骤24和添加电子元件步骤25之前的线路板26，在分解图里示出了这些元件。
28中的各层最好按步骤11，15直到18(以及20的预浸处理)进行生产，并且可以改变纤维组分，但是每一层至少含有50％丙烯酸纤维。如图所示，导电电路元件安置在层28之间，并且为连接外部的电子组件，层28的边缘可以重叠在一起，或为便于连接最终被安装到衬底27上的组件。正如常规所述的方法，28里的一个或更多的层，可以在必需或所希望要的地方进行蚀刻、机械喷砂或处理，或其它加工以暴露出电路元件29。
图3大致示出按照本发明生产非编织丝网的一个步骤。丙烯酸纤维与水、表面活性剂、还有可能其它类型的纤维，胶合剂，或填料一道，被加入化浆器33。加入化浆器33的丙烯酸纤维最好是纯高弹性丙烯酸纤维如聚丙烯腈纤维，最好其长度约为3-12毫米，直径约为6-15微米。
从33排出的泡沫浆由泵34打到管道35里，然后输送到通用的混合器36。从混合器36出来的浆继续前行到37里进行常规的丝网成形。正如常规所述的方法，泡沫和液体从37清除到线坑38，然后由泵39被再次打入混合器36里循环，丝坑38出来的再循环的浆与化浆器33出来的纤维浆在混合器36里混合。
最好从33出来的纯丙烯酸纤维也可以与浆状丙烯酸(纤丝的)纤维混合。这个可以通过几种方式完成，例如图3所示的两种方式之一。
浆状丙烯酸纤维与水，最好是水和表面活性剂，一起被加入化浆器41，然后成形的泥浆由泵42打入匀浆机或离频疏解机43里被精炼，或打入另一种能对浆里的浆状丙烯酸纤维施加高切变力的装置里。
从高切变力的装置43出来的浆状纤丝的丙烯酸纤维可以送到混合器36之前，被直接输送到管道35里，以便纯纤丝的丙烯酸纤维在形成丝网前被均匀地分散。另外，或者可选地，也可以将一些从高切变力装置43出来的纤丝丙烯酸纤维供给化浆器33。
在优选的实施方案中，向加入纯丙烯酸纤维中添加至少一些纤丝丙烯酸纤维，使得包括至少50％丙烯酸纤维的成品。所期望的丙烯酸纤维的混合物约20-80％是纯纤维(最好是70％左右)，约40-20％是纤丝纤维(最好是30％左右)。
作为一个例子，30％精制的纤丝丙烯酸纤维和约70％的纯丙烯酸纤维，共同构成了最终的非编织片或丝网约85％的重量，它们与约10％重量的玻璃纤维或聚酯纤维或丙烯酸纤维，以及重约5％的有机胶合剂被混合生产[所有都是预浸前的百分比]。非编织片或丝网由液体安置或发泡工艺生产，最好用发泡工艺。
在说明书的上述部分，所有范围包括位于宽范围中的所有的窄范围。例如，约1-40％重量的胶合剂意味着2-5％、3-20％、25-15％和所有在该线路板范围内的其它更窄的范围。
因此，根据本发明将看到，提出了一种用于印刷电路板结构和印刷电路板的高级非编织片或丝网及生产线路板所述的方法。尽管本发明在这里所公开的应是目前最现实可行所述的方法，并由此介绍了具体装置，对本领域普通技术人员来说，对本发明范围内的许多改进是显而易见的，这些范围基于所附权利要求最宽解释以便涵盖所有等价的结构和方法。
权利要求
1.一种印刷电路板，该印刷电路板包含多个基本上不导电的衬底层；至少所述层中的一层在预浸处理之前含有一层含纤维的非编织层，并且该纤维至少包含50％重量的丙烯酸纤维；和在所述衬底层上或所述衬底层中的至少一层之间装有导电电路元件。
2.如权利要求1的印刷电路板，其中所述的丙烯酸纤维至少包含约50％的高弹性丙烯酸纤维，其纤维长度约为3-12毫米，直径约为6-15微米。
3.如权利要求2的印刷电路板，其中所述的纤维至少包含约90％的聚丙烯晴纤维。
4.如权利要求2的印刷电路板，其中所述的非编织层纤维基本上由丙烯酸纤维构成。
5.如权利要求1的印刷电路板，其中所述的非编织层基本上不含胶合剂。
6.如权利要求1所述的印刷电路板，其中所述的非编织层包含一种无机或有机胶合剂，该胶合剂构成非编织层约1-40％之间的重量。
7.如权利要求1所述的印刷电路板，其中所述的非编织层包含纯丙烯酸纤维与纤丝丙烯酸纤维的混合物。
8.如权利要求1的印刷电路板，其中所述的非编织层除丙烯酸纤维以外还包含至少10％重量的其它纤维。
9.如权利要求1的印刷电路板，其中所述的非编织层至少包括重量为10％的下列材料中的一种或几种液晶聚合物、芳族聚酸胺纤维、浆状芳族聚酸胺纤维、微玻璃纤维、聚酯纤维、杜邦纤维、PEN纤维、PPS纤维、MF纤维及酚醛塑料纤维。
10.如权利要求1所述的印刷电路板，其中所述的非编织层采用发泡工艺生产。
11.如权利要求10的印刷电路板，其中所述的非编织层利用热压延方法在温度高于200℃，压力大于500psi的条件下进行致密化。
12.如权利要求7所述的印刷电路板，其中所述的非编织层包含约60-80％的纯纤维和约40-20％精制纤丝的纤维。
13.如权利要求2的印刷电路板，该印刷电路板还包含多个电子组件，这些组件安装在所述衬底层上或至少一个所述衬底层之间，并且与所述电路元件电连接。
14.一种生产印刷电路板所述的方法，该方法包括(a)生产非编织片或丝网，该非编织片或丝网包含至少50％重量的丙烯酸纤维，其余的重量至少包含基本上不导电纤维、填料和胶合剂中的一种。(b)对(a)的片或丝网进行致密化；(c)用(b)制造的片或丝网形成一个印刷电路板层；(d)把(c)制造的层与其它基本上不导电的层组合；(e)在(c)产生的层上或至少一个层之间安装导电电路元件。
15.如权利要求14所述的方法，其中(a)是用纯丙烯酸纤维与纤丝丙烯酸纤维的混合物进行实施。
16.如权利要求15所述的方法，其中(a)是用约60-80％的纯纤维与约40-20％的应该是精制的纤丝的纤维的混合物进行实施。
17.如权利要求14所述的方法，其中(b)是用热压延方法，在温度高于200℃，压力大于500psi的条件下进行实施。
18.如权利要求14所述的方法，该方法还包括(f)，通过对(c)的层用树脂进行浸渍，从而在(c)和(d)之间形成一个预浸片，然后在(e)之后的(g)里，固化预浸片以生成印刷电路板。
19.如权利要求14所述的方法，其中实施(a)所用的聚丙烯晴纤维长约3-12毫米，直径约6-15微米。
20.如权利要求(19)所述的方法，其中实施(a)时基本上没有用胶合剂。
21.如权利要求(19)所述的方法，其中采用重量占1-40％的无机或有机胶合剂来实施(a)。
22.如权利要求(14)所述的方法，其中实施(a)和(b)以生产密度达0.1-1g/cm3的片或丝网，而且其中采用发泡工艺实施(a)，发泡工艺使用的浆的固体浓度度至少达到大约5％。
23.如权利要求14所述的方法，其中(a)被实施时采用发泡工艺。
24.一种非编织片或丝网，该非编织片或丝网包含重量至少占50％的丙烯酸纤维，而且其它剩下的基本上是不导电纤维或填料或胶合剂，或它们的混合物。
25.如权利要求24所述的非编织片或丝网，该非编织片或丝网包含约60-80％的纯丙烯酸纤维和约40-20％的纤丝丙烯酸纤维。
26.如权利要求24所述的非编织片或丝网，其中所述的片或丝网基本上没有胶合剂。
27.如权利要求24所述的非编织片或丝网，其中所述的片或丝网被压缩以使密度达到0.1-1g/cm3。
28.如权利要求24所述的非编织片或丝网，该非编织片或丝网还包含重量约占1％-40％的基本上不导电的有机或无机胶合剂。
29.如权利要求25所述的非编织片或丝网，该非编织片或丝网包含至少约90％的丙烯酸纤维。
30.如权利要求25所述的非编织片或丝网，其中的纤丝纤维是被精制的。
31.如权利要求24所述的非编织片或丝网，其中的片或丝网是由非编织工艺制造的。
全文摘要
一种至少由一层非编织片或丝网层制成印刷电路板。该层至少包括50％重量的丙烯酸纤维，其余则基本上是不导电纤维、填料和胶合剂。该片或丝网有选地采用发泡工艺优先制造，并且可以含60－80％的纯聚丙烯腈纤维和40－20％的浆状纤丝聚丙烯腈纤维。该片或丝网采用热压延法压缩，以使其密度达到0.1－1g/cm
文档编号B32B5/28GK1391784SQ00815984
公开日2003年1月15日 申请日期2000年9月20日 优先权日1999年9月21日
发明者R·科姆莱尼克, K·伦内尔斯, K·雷克曼, H·萨贝尔 申请人:阿尔斯特罗姆玻璃纤维有限公司