用于优化包括电子、电气应用产品的层压复合结构的尺寸稳定性的织造织物增强材料

摘要

一种织造织物增强材料,重量达190克/米2,具有点纱线总数至少55%的一定数量的经纱,经纱和纬纱之间的交叉点是每平方厘米200个至315个。纱线设置成这样,在经纱中的各扭转部分的总数和纬纱中的各扭转部分的总数相互平衡而等于零。在层压复合结构中使用这种织物,特别是印刷电路板,具有尺寸稳定和均匀的优点。

说明书

本发明涉及一种在层压复合结构中使用的织造织物增强材料，特别是用于电介质叠层制品和印刷电路板的织造织物增强材料。这种特定的织物几何尺寸和纱线布置有助于平衡织物结构，并大大地降低在制造印刷电路板的持续机械和热加工过程中获得的层压复合结构的运动。

背景技术

增强织物在今天已被成功地应用在生产先进的用于电气和电子工业的电介质复合材料中。具体地说，为了生产叠层制品，玻璃纤维织物占据了各种类型的热固性和热塑性树脂增强材料的市场。

这种叠层制品具有结合在其一侧或两侧的一种铜箔，该铜箔在几道照相、蚀刻、钻孔、精加工工艺之后变成一种众所周知的印刷电路板。在一多双层板中，另外几层织物增强树脂和另外几层铜箔被层压在一起、并经历另外几道照相、蚀刻、钻孔和精加工工艺而变成更复杂的多层印刷电路板。

印刷电路板和用于其生产的叠层制品需要具有出众的尺寸稳定性、最低可能的弯曲和扭转、以及在持续地机械和热加工步骤过程中在X和Y轴上有限和预定的运动。

现在生产的增强织物通常具有平纹组织构造，其特征在于，在经纱和纬纱之间存在大量的交叉点，例如有500个或者更多；所述交叉点是在20世纪50年代作为当时技术能力的结果确定的，并且基本没有变化。

所用纱线、特别是玻璃纱线或玻璃丝每米的平均捻度是12至40转/米。通常使用的捻度方向是Z捻。在Z捻的情况下，长丝呈由左向右的上升趋势，如同在字母Z的中部(见图1)。在S捻的情况下，长丝呈由右向左上升趋势，如同在字母S的中部(见图2)。

性能的挑战来自近年生产印刷电路板(特别是高层数多层板)过程中的技术进步，例如内建工艺(build-up process)、微转接工艺(micro-vias)、和激光钻孔，这些均需要叠层制品更高的尺寸稳定性和在树脂基体中增强材料更均匀地分布。

US 5,662,990公开了在织物增强材料中使用未加捻的纱线来提高最终叠层制品和印刷电路板的性能。然而，即使通过改变在此描述的织物的几何尺寸进一步获得了更好的效果，也不愿意仅仅依靠单根纱线更好的特性。

本发明概述

已经发现，增强织物的几何尺寸是影响最终层压复合结构的性能的尺寸稳定性能的主要因素。已经在薄叠层制品的生产中显著地获得了本发明的突出效果，其中使用了厚度为0.035mm至0.13mm的薄织物，并且如同通常情况以有限数量的几层进行装配。所进行的研究为增强织物带来了差别：利用单向织物获得了190克/每米²以上的最好结果，如同公共拥有的US 5,752,550，而利用单向织物在190克/每米²以下获得了不是特别好的结果。另外，发现有三种基本特征有助于在重量达到190克/每米²的特别是平纹组织结构中正交增强织物的尺寸稳定性能，即：

1.织物构造的几何尺寸是非常重要的：因为所有的精加工和浸渍生产步骤使用在经纱方向退绕、拉动、和重新卷绕织物的连续工艺；已经发现，在经纱方向需要占经纱和纬纱总量的至少55％至高达约65％的纱线，以保持增强织物的令人满意的稳定性。这导致电介质叠层制品和印刷电路板更好的性能。

2.在每单位面积内经纱和纬纱之间的交叉点的数目必须被保持在一限定的范围内，而不必考虑织物的重量。在每单位面积的重量高达190克/米²时，结果表明每平方厘米的交叉点的优选范围在200和315之间。在此范围之外，最终的层压复合结构具有不稳定和难以预定的性能。

3.在层压复合结构的尺寸稳定性中第三个最重要的影响因素是存在于各经纱和纬纱中的扭矩。已经发现，通过使经纱或纬纱中50％(±10％)的数量具有逆时针方向扭矩(Z捻)，而剩余50％(±10％)的纱线具有相同大小的顺时针扭矩(S捻)；所述增强织物在获得的层压复合结构中具有绝对中性的性能(neutral behavior)。为了优选的结果，扭矩水平必须被保持得尽可能小，但是所述中性性能已经被发现同样具有较高的扭矩水平，从而在每米0.4至40转的整个范围内获得了良好的结果。如果我们将每一根纱线看作是具有螺旋(elicoidal)形式的一组长丝(几百根左右)，那么这很容易解释。于是，在各热应力下，纱线表现的性能类似于弹簧，其中在高温下的加热产生了一延长，而在冷却时产生了一收缩。现在，如果各纱线具有相同的扭转方向，这些热应力将产生整个层压复合结构的扭转。然而，因为由于加热而产生的延长和由于冷却而产生的收缩不是线性的，该结果是最终层压复合结构的几何变形，这使得所述叠层制品在随后需要形成最终印刷电路板的工艺步骤中导致错开。一种类似的性能能够结合机械应力或组合的机械和热应力进行说明。

在根据本发明的一个优选实施例中，各逆时针方向加捻的纱线的扭转被相邻的顺时针加捻纱线的扭转所中和。事实上，在本发明的一个优选实施例中，与在前的经纱相比，每下一根经纱具有相反的、但等值的扭转；并且与在前的纬纱相比，每下一根纬纱具有相反的、但等值的扭转。这种纱线的设置以类似于在一汽车发动机中的一个平衡轴的方式作用，所述平衡轴被设计用来对由发动机主轴产生的各种振动产生反作用(尽管该原理的动能特性与本发明的准静定特性完全不同)。

这种织物的几何尺寸和纱线的设置导致织物增强材料的优选的中性性能和获得的层压复合结构的中性性能。

附图的简要描述

结合附图，通过下面详细的说明对本发明的主题进行说明。

图1是逆时针方向或Z捻的定义；

图2是顺时针方向或S捻的定义；

图3表示现有技术增强织物的构形；

图4表示根据本发明的增强织物的构形；

图5表示用2116织物(技术状态)生产的叠层制品沿X-Y方向的运动；

图6表示用根据本发明的增强织物生产的叠层制品沿X-Y方向的运动。

本发明的详细说明

需要生产增强织物、特别是玻璃织物的方法，其步骤是：

1.整经操作

几百根纱线被聚集在一起以生产所谓初级经轴。之所以要生产初级经轴是因为通常需要生产一种织物的经纱的数目这样大，以致于能够一次加工所有的经纱的一单台机器其质量和产量较低。

2.上浆操作

通过将所有纱线卷绕在所谓织机经轴上，一定数量的初级经轴被装配在一起以形成织物的经纱。同时，浆液被供应到每根纱线以加强所述纱线，并增加其在今天的高速织机中的性能。

现在，在增强织物、特别是玻璃织物的经纱和纬纱方向使用的纱线总具有逆时针方向扭转，即Z捻。为此，生产出的初级经轴通常对其数量没有限制，因为它们是以相同的方式构造的。例如，对一具有3000根经纱的特定织物类型，其构造能以许多种方式进行，包括下述：

A.各具有750根经纱的4个初级经轴；

B.各具有600根经纱的5个初级经轴；

C.各具有500根经纱的6个初级经轴；

根据本发明的优选实施例，初级经轴的数量总是偶数，其目的是均匀地分配Z捻和S捻纱线。例如，上述A项和C项中50％的初级经轴具有逆时针方向扭转(Z捻)、50％的初级经轴具有顺时针方向扭转(S捻)。通过在浆纱机经轴架中一个接一个地改变Z捻和S捻初级经轴，并且仔细地跟随机器钢筘插入(thread-in)时相同的程序，最终的织物将具有偶数位的Z捻经纱和奇数位的S捻经纱。可以不同地改变其捻向，只要大约50％的经纱具有Z捻，而剩余50％的经纱具有S捻，相反亦可。

3.织造操作

织造操作在称作织机的织造机器上进行。该操作在于使经纱和纬纱缠结在一起，以获得期望的织物构造。沿材料路径纵向(0°)运行的纱线为经纱，而设置在其横向交叉方向(90°)的纱线为纬纱。

经纱和纬纱之间的缠结设置众所周知称为组织。在本发明中的增强织物具有不同的织造组织，例如缎纹、五经缎纹、斜纹、席纹和其它正交组织形式。本发明的一个优选的实施例使用了平纹组织作为组织形式。

现在使用的织机类型装备成用于将纬纱插入具有双纬纱导纱器的织物中，以降低插纬速度。喷气或投梭和/或剑杆织机现在的高速度需要该双插纬设备，该插纬设备通过两个独立的纱管喂送以显著地降低纬纱张力并由此避免纱线过分的应力。根据本发明，为了具有平衡的纬纱，简单地使用一个具有Z捻的纱管和另一个具有S捻的纱管即可。因为双插纬设备交替地从第一纱管抽取一根纬纱并从第二纱管抽取下一根纬纱，可以容易地获得所描述的平衡的纬纱和最终织物。

4.精加工操作

利用上述方法获得的增强织物能够利用传统的工艺在精加工操作中进行处理，其包括退浆操作、热或化学处理、以及在精加工线上用粘结剂的处理。

由叠层制品生产者使用的增强织物结构、特别是玻璃增强织物的特征在于不同的重量，尤其在25克/米²至190克/米²的范围内；它们的特征在于在经纱和纬纱之间具有大量的交叉点，例如500个或更多。交叉点是织物结构中经纱和纬纱彼此交叉的地方。在平纹组织织物中，经纱在一根纬纱顶部穿行的各交叉点(其中的经纱称作浮纱)与一根经纱在一根纬纱下方穿行的交叉点(其中的经纱称作沉纱)相邻。这在经纱方向和纬纱方向以均匀的方式重复，从而如果生产出一片浮纱(用黑框表示)和沉纱(用白框表示)，最终的图象将具有一个棋盘图案。

经纱和纬纱经历的波形的路径对于最终层压复合结构和印刷电路板的性能来说非常关键，在所述层压复合结构和印刷电路板中，更加多的交叉点在随后的热和化学加工步骤中确定了另外的应力，从而确定了不稳定的和无法重复的性能。

在图3和4中示出了具有相同重量和类似厚度但不同数量的交叉点的两种不同织物。很显然，每单位面积较小数量的经纱和纬纱由较高的纱线支数(纱线重量)补偿，以获得每单位面积相同的织物重量。

一知名的每平方米重量大约100克的增强织物编码名称2116(见The Institute for Interconnecting and Packaging ElectronicCircuits的IPC-EG-140规格)。在这种情况下，织物构造如下：

经纱：每厘米23.6根纱线

纬纱：每厘米22.8根纱线

由上述数据可以看出，经纱数量是经纱和纬纱总量的50.86％，每平方厘米的交叉点的总数是538个，并且对于所需要的捻数和其方向没有特定的要求。

根据本发明每平方面积相同重量的增强织物具有下述特性：

经纱：每厘米20根纱线

纬纱：每厘米12.6根纱线

由上述数据可以看出，经纱的数量是经纱和纬纱总数的61.35％，每平方厘米交叉点的总数是252个，并且对所需捻数及其设置的要求根据先前给定的说明，即，基本上相等的扭转。

当比较最终层压复合结构的尺寸稳定性的测试结果时，下表和图5和6给出的数据表示了由织物形式2116(图5)和根据本发明生产的每平方面积具有相同重量的增强织物(图6)分别具有不同的运动。表：尺寸稳定性结果

    在X-Y方向的尺寸稳定性织物型式Δx[ppm]σx[ppm]Δy[ppm]σy[ppm]2116 215 31 150 25本发明120 12 80 9

其中：Δx＝在x方向上的平均差运动，单位ppm(百万分率)

σx＝在x方向上的标准差运动偏差，单位ppm(百万分率)

Δy＝在y方向上的平均差运动，单位ppm(百万分率)

σy＝在y方向上的标准差运动偏差，单位ppm(百万分率)

对于本领域中的技术人员来说，很显然根据本发明生产的织物的新颖结构和纱线设置赋予了尺寸稳定性的结果，其通过根据现有技术目前的状态生产的平纹组织织物是不能得到的。