超薄电子级玻璃纤维布的技术开发

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超薄电子级玻璃纤维布的技术开发
序言
的“2003 年度版日本安装技术发展路线图”所 近年来，由于半导体技术的进步，以及以计算机、移动电话为代表的电子产品的轻薄短小化、高速化的发展，要求它们所用的多层板更趋于向基板层间的薄型化、导通孔的窄间隔化、电路图形的微细化。

并需要这些性能能够同步并进，共同提高。

表 1 为日本电子信息技术产业协会所编制
提出的对未来积层法多层板及一般多层板用半固化片的厚度及其逐年发展需求的预测。

由于所用半固化片朝着薄型化方向发展，因此，印制电路板的绝缘层构成中所用的增强材料—— 玻纤布，同样也在上述需求下发生着变化，即更强调发展它的更加薄型化。

表 1-1 未来积层法每个绝缘层多层板厚度变化的预测
表 1-2 未来多层板用半固化片厚度变化的预测
注：表 1-1 和表 1-2 中：A 类板，表示在 PCB 销售额中占 80%的、大量生产的、采用一般技术水平的 PCB ；B 类板，表示在 PCB 销售额中占 15 %的、可批量生产的、采用较高水平技术的 PCB ；C 类板，表示在PCB 销售额中占 5 %的、试生产的、采用尖端水平技术的 PCB 。

表 2 一般 PCB 用的纱的规格品种
注：序号 1、2 两个纱的品种，在 IPC 标准中未列入， BC3000、 BC1500 为新开发品.。

在 IPC 标准中未收录“BC ”的牌号。

在 PCB 薄型化强烈需求之下，开发超级薄
点阐述此方面的研究成果。

1. 玻纤布
玻纤布的基本形态，是由经纱、纬纱的品种、经纬密度、织物组织、织造参数所决定的。

一般 PCB 用的纱的规格品种如表 2。

一般印制电路板所用的玻纤布的类型与布的厚度的关系，见图 1 所示。

图 1 一般印制电路板所用的玻纤布的类型
与布的厚度的关系
制造覆铜板及 PCB 用玻纤布的主要工艺过
程有：整经工序、制织工序、脱蜡工序、表面处理工序。

特别需要指出的是，表面处理是作为增强材料的 PCB 用玻纤布的加工中的一个重要的环节。

它是为提高玻纤布与树脂的粘接性能，在玻纤布的表面进行化学的，或物理的处理，为了使得与树脂粘接力得到增强，对玻纤布进行能与树脂很好组成一起的硅烷偶联剂（以下称为 SC 剂）处理是非常必要的。

玻纤布与 SC 剂之间，通过硅氧烷的结合、还有 SC 剂与树脂间产生了亲和力，以及产生化学结合——这些都使得玻纤布与树脂的界面接合力得以提高。

由此可得到所制的基板材料在电气、物理等性能上提高的效果。

近年来，玻纤布的物理处理——开纤加工已经逐渐成为一般要进行的一道工序。

通过此加工所达到的开纤状态的玻纤布，树脂对它的浸透性、覆铜板及多层板的层压加工性都得到提高。

进行与不进行开纤加工的玻纤布，所制造的基板在性能上有很大的差异。

多年来，许多玻纤布生产厂家，包括日东纺织公司，对玻纤布的开纤处理曾进行了各方面的研究。

但目前开纤处理多采用的工艺路线，主要是通过包括 WJN（Water Jet Needling）工艺在内的高压射水的流水压力，或是通过机械应力等的物理方法。

若是采用了 WJN 特殊的机械加工处理的玻纤布，称为 SP（Super Process）加工玻纤布[SP 玻纤布是日东纺织公司对该公司开发的开纤处理的玻纤布的称谓。

而其它生产厂家有不同的叫法，如日本旭-休贝尔公司将其称为“AW 玻纤布”和“MS 玻纤布”——译者]。

SP 玻纤布由于在制造覆铜板及多层板用半固化片中，浸透性、层压加工性的提高，因此可实现板的焊接耐热性、尺寸稳定性等的特性大幅度上升。

其中，由于树脂浸透性的大大改善，在板的层压成型中抑制了树脂绝缘层中微孔的发生。

这样对于改善板的耐离子迁移性，起到很好的效果。

2.极薄玻纤布
2.1超极薄玻纤布的定义
超极薄玻纤布目前还未有明确厚度界限的定义。

在图 2 中，表示了用微细单丝直径 C （φ4.5μm）以下的纱,达到玻纤布基厚度为 25 μm 以下的玻纤布,将它称为超极薄玻纤布。

2.2实现超极薄玻纤布制造所需的技术集成制
造超极薄玻纤布所包括的运用技术,可用图 2 所示的内容来概括。

它是一种多项技术的集成。

图 2 实现超极薄玻纤布制造所需的技术方面
超极薄玻纤布的制造技术中的关键技术, 包括极细纤维的纺纱技术；极细纤维的织布技术；高开纤处理技术三大方面。

纤维纱的号数（Tex）、织密度（经纬密度），主要决定了玻纤布的单重（g/m2）和厚度。

图
3 中所示的薄型玻纤布—— 1080（D450 纱）、
106（D900 纱）、101（D1800 纱），都是采用了直径5μm的单丝构成的纤维纱。

但是近期对布的厚度精度有更高的要求。

这样，单丝直径的控制，就表现得现尤为重要。

图 3 极薄和超极薄玻纤布的品种
图4 所示使用了 1 张最薄的 101 型玻纤布，通过涂胶、干燥，制成的覆铜板的厚度方向的剖面照片。

照片所记录的覆铜板样品，它的绝缘层实际厚度为23μm。

由于101 型玻纤布是在经纱中的直径为φ5μm单丝的 3—4 层，纬纱中的φ5μm单丝的 2—3 层相互交织构成的，
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因此叠加的单丝，总层数为 5—7 层，玻纤布的理论厚度推算则为 25～35μm。

这说明，用 101 型玻纤布实际制成覆铜板的厚度，要比通过在经、纬纱中单丝组成层数所推算的厚度（理论值）要小。

这里，其原因是由于玻纤布在板的层压加工时受到压力后，玻纤单丝产生了变形而造成的。

图 4 使用101 玻纤布所制成的覆铜板剖面
极薄玻纤布在覆铜板制造中的应用，还面临一个需解决的问题，这就是由于极薄玻纤布的构成是采用直径很小的单丝，因此所制成的玻纤布在与铜箔复合在一起时，其表面平滑较高的玻纤布与铜箔的界面状态，表现了更大“面接触”的特点。

推测这是造成使用一般越薄的玻纤布制成的覆铜板，它所制出 PCB 后的层间电路图形绝缘性就越有所降低的原因之一。

因此，在超极薄玻纤布的开发中，必须要解决上述的由于布表面平滑而造成绝缘电阻下降的问题。

在克服此问题出现上，选择单丝的直径、单丝的单束根数、对更少的经纬纱总捻回数的控制——这些都是所要研究的重要方面。

另一方面，在此课题开发中，只有实现了高开纤技术中的单丝的开纤、分散、再组合这些必要加工的问题，才能有效的控制构成玻纤布的单丝总层数。

日东纺织公司的新开发的超极薄玻纤布，是从开发并应用了新型玻纤纱为“突破口”，来推进整个开发工作的新进展。

具体讲有三种：其一是采用了φ4.5μm直径单丝构成的
C1200（在 IPC 标准中，有此纱的代号），织造成1037 型玻纤布。

其布厚度为25μm。

另一种新开发的超极薄玻纤布产品。

它是由单丝直径4.0μm所构成的 BC1500 纱（在 IPC 标准中，未有此纱的代号）织造成20μm厚的“开发品A”玻纤布（以下，将此布简称为 20 μm玻纤布）。

而日东纺织公司近期突出的开发成果，是应对覆铜板及PCB 市场的需求，采用BC3000 纱，开发出16μm厚的“开发品B”玻纤布（以下，将此布简称为16μm玻纤布）。

这种16μm玻纤布已经实现了商品化。

表 3 所示了超极薄玻纤布各品种的构成参数。

表 3 超极薄玻纤布的构成参数
WEX
-1037
开发品A20
μm 玻纤布
开发品B16
μm 玻纤布使
用
纱
代号 C 1200 BC 1500 BC 3000 单丝直径μm 4.5 4.O 4.O
单束根数100 100 50
Tex 4.3 3.3 1.7 织密度根/25 mm 69×7274×7485×85
单重g / m224.3 19.5 11.6
玻纤布厚度(μm)
(SS 加工)
25 20 16
2.3超极薄玻纤布的高开纤处理技术
运用玻纤布的开纤处理技术，可获得树脂对玻纤布更好的浸渍性及更高的半固化片生产性。

从而达到提高覆铜板及PCB 性能的目的。

日本日东纺织公司在开发开纤处理技术方面，经历了两个发展阶段。

20 年前，该公司开发成功了初阶段的开纤处理技术。

它是以运用开纤技术，实现提高玻纤布树脂浸渍性为具体目标。

21 世纪90 年代末（约五年前），开纤处理技术又得到新的发展，使此技术进入了第二阶段，在保持第一阶段成果的基础上，通过开纤处理，解决所制成的覆铜板及 PCB 在 CO2 激光钻孔及微细孔的机械加工中的加工性提高的问题。

当时，日东纺织公司所开发的这种开纤处理布，是以 1078 玻纤布（相当于50μm厚）为典型代表产品。

这种玻纤布对玻纤纱实现了高扁平化，对单丝进行了水平方向的开纤处理。

这第二阶段的开纤加工的技术进步，对原有开纤处理加工的玻纤布，在经、纬纱交织构成的间隙较大的问题得到了改进[这一问题的存在，会造成经、纬纱交织点处和经、纬纱交织“围” 成的空隙处，在涂树脂后的含胶量不均匀，从而在 CO2 激光钻孔加工中，由于玻纤布两处位置，即交叉点处和空隙处的吸收激光发射光的能量不同，蚀孔加工的孔直径等尺寸造成不一
3
致——译者 ]。

得到改进的开纤加工后的玻纤布，其均匀性得到了提高。

图5 采用SP 加工和SS 加工（高开纤处理）
的玻纤布结构模型
发展到第二阶段的开纤加工，称为“高开纤加工”，又简称为 SS（Smart Surface）加工。

图 5 所示分别采用 SP 加工处理的玻纤布和 SS 进行了高开纤处理的玻纤布的厚度，由于它通过单丝的再组合，而实现这种玻纤布制成覆铜板的厚度只有16μm 厚。

3．制成覆铜板的特性
3.1所制覆铜板的厚度
图7 用1 张16μm 厚玻纤布（开发品B）
制成覆铜板的剖面照片
加工处理的玻纤布的结构模型。

超极薄玻纤布的制造技术，是在继承两个发展阶段的开纤处理技术基础上，实现对经、纬纱在平面方向上更加达到了均一分散交织的技术。

另外，这种高开纤技术，除了使玻纤纱达到高扁平化外，它为了使单丝水平方向上的扁平分散性上的提高，还包括了单丝再组合技术，控制单丝的重叠层数减少的技术等方面。

图 6 高开纤处理和非高开纤处理的玻纤布
在剖面形态上的对比
图 6 表示了16μm厚玻纤布的高开纤处理后的玻纤布，与非高开纤处理的玻纤布在剖面形态上的对比。

非高开纤处理的玻纤布构成的纱，它的单丝重叠成的总层数是 8 层（Max：5+3=8 层），经开纤处理后，玻纤纱变成为高扁平化，同时单丝出现位置移动，出现新的组合、排列，使得它的重叠单丝层数减少到 1—2 层，经、纬纱交叠的单丝总层数为 4 层。

因此，两种不同加工的玻纤布，尽管都采用了 BC3000 纱，但非开纤处理的玻纤布制成覆铜板的厚度为 32μm，而
图 7 所示了用 1 张16μm厚玻纤布（开发品B）制成覆铜板的剖面照片。

它在压制加工前，板绝缘层厚度为25μm厚。

板成型后的厚度为17μm。

由于这种17μm 厚的覆铜板使用的玻纤布，它的单丝经过了再组合的加工，经、纬纱交织构成的空隙及偶联剂处理都得到了改进，使得玻纤布与铜箔之间的树脂更充分、饱满的进行填充，这对于适应印制电路板有高要求的、20 μm 厚覆铜板制造是有利的。

另外，使用了16 μm 玻纤布，给覆铜板在制造中提高成型加工性，创造了有利的条件。

3.2基板特性
日东纺织公司采用新开发成功的超极薄玻纤布制成的覆铜板的特性，见表 4 所示。

表4 新开发成功的超极薄玻纤布制成的覆铜板的特性
用16μm玻纤布制造出的覆铜板，厚度在17μ
4
5
m 。

它在耐热性等性能上与传统薄型化板——采用 1080 布制成的 70μm 厚的覆铜板相比毫无逊色。

并在吸水率、表面平滑性上还比使用 1080 布的覆铜板还优秀。

3.3 力学的特性 在使用超极薄型玻纤布方面，今后一般将以采用两张此布，制成刚性双面覆铜板的方式会居多。

这更利于板的性能可靠性稳定与提高。

采用四种不同玻纤布制成的覆铜板，利用Cantilever 法对它们分别测定了抗张强度、弹性模量。

以对比它们在这两项表现力学的特性。

图 8 表明了不同玻纤布品种所制出覆铜板的力学性能对比。

图 8 不同玻纤布品种所制出覆铜板的力学性能对比
采用两张 20μm 或两张 16μm 玻纤布，分别所制造出的覆铜板，在抗张强度、弹性模量上，要比采用两张 106 玻纤布制成的覆铜板要高出 20%。

对于四种不同玻纤布品种制成的覆铜板在刚性方面进行的对比测定结果也表明了： 16μm 玻纤布（2 张）所制造出的覆铜板，要比传统的 1080 玻纤布制成的覆铜板要约增加30%。

20μm 玻纤布（2 张）制的覆铜板要高于 的情况下，就不能再进行折曲。

因此，如果超极薄玻纤布要扩大今后它在挠性覆铜板中的应用领域就还需要解决提高它的弯曲曲率问题。

图 9 单丝直径与玻纤布弯曲曲率的关系
图 10 中，描述了采用 16μm 玻纤布，浸上挠性高的树脂所制成的覆铜板，可形成直径 200 μm 弯曲弧度的情况照片。

其中作为这种覆铜板增强材料——超极薄玻纤布可保持好的弯曲特性，未发生玻纤布折断、界面分离等问题。

这说明，可挠型树脂与超极薄玻纤布的复合，可制成既具有可挠特性，又保持一定的刚性强度的覆铜板。

这给超极薄玻纤布在今后又开辟了一个新的应用领域。

这种新应用领域的扩大， 目前主要还是期待着挠性树脂开发方面获得新的进展。

图 10 采用 16 μm 玻纤布制成的覆铜板弯曲弧度的剖面情况照片
约 40%。

同样此性能，2 张 106 玻纤布的覆铜板， 要比 1 张 106 玻纤布的覆铜板在刚性方面，约提高了 50%。

当前，印制电路板向着轻薄短小方向发展， 改进玻纤布的刚性，对于适应要搭载上元器件的基板，它的安装操作性提高十分有利的。

3.4 耐折曲性
具有高耐折曲性，也是对超极薄玻纤布特性上的一种新需求。

表示耐折曲性的一项性能参数是弯曲曲率。

用不同直径单丝构成玻纤布在弯曲曲率方面有所差异。

单丝直径越大，构成玻纤布的弯曲曲率就越大（见图 9 所示）。

从理论上讲，一般玻纤布在弯曲曲率低到 40μm
4．结束语
当前，世界上整机电子产品的轻薄短小、高速化等的高功能化，在继续深入的推进。

它使得作为印制电路板、覆铜板的原材料——玻纤布所担负着的作用，也就越来越大。

今后除了在超极薄玻纤布方面需要进一步的研究、开发外，还需要在玻纤布的低介电常数性（低 Dk 性）、低热膨胀系数性（低 α 性）等高性能玻纤布品种方面，需要进行开发。

而在这些课题的研发，日东纺织公司当前也是积极正在开发之中。

本文编译自:《ƾレDžǞロǡDžǏ实装学会志》Vol.8No.2 (2005) 载文: “超極薄ǂǿǏDžロǏ”。