專利名稱：層合制品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電子組合件的絕緣層合材料，更具體地說，涉及在惡劣的濕度、溫度和壓力環(huán)境下仍具有高絕緣電阻的樹脂和纖維復(fù)合材料。
絕緣層合材料的一般制法包括用諸如環(huán)氧樹脂或雙馬來酰亞胺-三嗪(BT)樹脂的熱固性樹脂組合物浸漬非織造或織造纖維織物(一般是玻璃)，然后再使織物干燥。將干燥的織物切割成片材，在印刷電路工業(yè)中稱其為半固化片，然后，以包括其他上述層合結(jié)構(gòu)的各種組合的形式，將該半固化片層合到固態(tài)的或已標有記號的導(dǎo)電層(一般是銅)，形成單層或多層基片。
可以在基片中形成具有用導(dǎo)電材料填充的導(dǎo)電隔層的孔和通路，以便在導(dǎo)電層之間提供電接觸。眾所周知，基片制造領(lǐng)域中有許多其他變化?；脕砉潭òò雽?dǎo)體、無源元件、其他基底的電子元件、和諸如接頭、開關(guān)等的各種元件，還用來在這些元件的適當觸點之間提供電的相互連接。
半固化片必須具有作為基片材料的許多性能。例如美國專利5648171作為規(guī)格列出的高機械和熱強度、良好的機械和熱穩(wěn)定性、熱不形變性，以及良好的耐老化性。還列出良好的對玻璃和銅的粘合性、良好的機械加工性(打孔性、鉆孔性)、低吸水率和高耐腐蝕性。
美國專利5,376,453述及，因為基片材料在加工期間受到高溫的作用，所以耐熱變形性是重要的。例如，印刷電路板在浸錫時受到270℃溫度的作用。在切割和鉆孔時也能局部短暫遇到200℃以上的溫度。在美國專利5,565,267中，采用導(dǎo)電油墨形成導(dǎo)電層，在大多數(shù)應(yīng)用中，該油墨應(yīng)在200～230℃下固化30秒至1小時。玻璃轉(zhuǎn)化溫度(TG)高的材料顯示良好的特性，因為，如果其玻璃轉(zhuǎn)化溫度高于上述數(shù)值，那末就能保證固有穩(wěn)定性，并能在很大程度上消除諸如變形的損壞。
美國專利5,368,921敘述了，從耐水性的觀點出發(fā)，優(yōu)選使用采用硅烷偶聯(lián)劑等進行表面處理的纖維。在美國專利5,483,101中，將硅烷偶聯(lián)劑使用在導(dǎo)電層和樹脂層(苯并環(huán)丁烯)之間。美國專利4,783,345敘述了用于制造能貯存的半固化片的樹脂材料。
在塊狀載體的制造中，使用半固化片材料有較大吸引力，由于其成本比一般的陶瓷材料具有優(yōu)勢。另外，導(dǎo)電層(通常是銅)的導(dǎo)電性更好，與一般施加到陶瓷載體上的糊狀材料相比，能夠較容易地將其加工成密集的幾何圖形。用半固化片制的塊狀載體所需要的半固化片的許多特性與其他基片相同。用半固化片制造基片的上述全部規(guī)格已被成功地達到，至少是某種程度上。然而，通常塊狀載體還有當經(jīng)受潮濕、溫度和壓力時高絕緣電阻的附加技術(shù)規(guī)格。
當此項絕緣電阻規(guī)格附加到上述規(guī)格中時，在此以前還沒有得到這些性能的滿意組合。
結(jié)果，用半固化片制的塊狀載體必須在特殊的不透潮氣的容器中進行處理。容器一打開，就必須在較短的時間內(nèi)，將這樣的電路塊載體焊接到諸如印刷電路板的下一級載體上，如果該塊狀載體沒有在規(guī)定時限內(nèi)使用，那末必須將其緩緩烘干，以除去水分，并且再密封在不透潮氣的容器中。已經(jīng)制定了一般工業(yè)規(guī)程，使元件制造者能夠規(guī)定該時限和處理步驟。顯然，這些步驟對元件裝配者是個負擔，因為諸如陶瓷元件、塑料密封元件、無源元件、接頭等其他元件沒有這一要求。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種能夠在一定濕度、溫度和壓力應(yīng)力下保持高絕緣電阻的半固化片材料。
另一個目的是提供這樣一種用于塊狀載體組合件的材料，其中，不需要為潮濕敏感性而進行特殊處理。
再一個目的是提供這樣一種以較不昂貴的特別適合于大規(guī)模生產(chǎn)的方法制造的材料。
還有一個目的是提供一種能夠以易于實施的方式制造這種材料的方法。
按照本發(fā)明的一個實施方案，達到了這些目的和其他目的，該方案中提供了一種織物材料，其包含具有預(yù)定最大厚度的以及具有作為其一部分的低重量百分率顆粒的織物構(gòu)件，以及基本上把包含顆粒的織物構(gòu)件包起來的硬化樹脂材料，以便織物材料具有較高的絕緣電阻。
按照本發(fā)明的另一個實施方案，提供了一種制造具有高絕緣電阻的織物材料的方法，該方法的步驟包括提供具有預(yù)定最大厚度的以及具有作為其一部分的低重量百分率顆粒的織物構(gòu)件；用樹脂材料基本上把包含顆粒的織物構(gòu)件包起來；以及使樹脂材料至少部分硬化。


圖1以橫斷面說明纖維辮的機織物，其具有過量偶聯(lián)劑、干燥薄膜和粗表面顆粒，全部由樹脂材料所圍繞；圖2以橫斷面說明類似的非織造織物，其也由樹脂材料所圍繞；和圖3是玻璃纖維織物的放大照片，顯示出纖維辮上的顆粒。
為了更好地理解本發(fā)明，以及其另外的其他目的、優(yōu)點和性能，請與上述附圖相結(jié)合，參閱如下公開內(nèi)容和所附的權(quán)利要求。
在圖1中，示出織物材料10的放大橫斷面圖?？椢锊牧习w維辮12和14的機織織物，各個纖維辮均包含許多纖維，優(yōu)選玻璃纖維絲。纖維辮12平行于紙面延伸，而纖維辮14則插入紙面。機織織物在纖維辮12和14相重疊的位置有最大厚度“T”。
已知機織織物包含一些顆粒，這個術(shù)語意指包含干燥薄膜、過量偶聯(lián)劑、斷裂長絲和粗表面碎片。例如，常規(guī)作法是，在機織之前，將聚乙烯醇漿料、和玉米淀粉和潤滑油施加到纖維辮上，以便改進機織過程并減少斷紗。在機織之后，通過點燃工序除去漿料，以便清除纖維長絲上的潤滑劑和其他材料。然而，一些漿料以顆粒的形式隨機地留下來。
通常將硅烷偶聯(lián)劑施加到機織織物上，以便改善樹脂材料的粘合性。過量偶聯(lián)劑如果留在織物上會干燥而形成隨機地散布在整個織物上的顆粒。斷裂長絲能夠產(chǎn)生許多微小長絲材料(通常是玻璃)顆粒。最后，各種空中的和其他的碎片可以以各自的途徑進入機織織物，并且依附到長絲股上。圖3的照片顯示在機織玻璃纖維織物的纖維辮上的顆粒。
將包含顆粒(圖1沒有顯示這些顆粒)的圖1所示的機織織物包起來的是一些硬化的樹脂材料16(樹脂材料16未用橫斷面的形式為了說明的目的示出)。樹脂例如可以是環(huán)氧樹脂，其現(xiàn)在在世界范圍內(nèi)大規(guī)模使用于FR4復(fù)合材料。以雙馬來酰亞胺-三嗪(BT)為基礎(chǔ)的樹脂材料也是可接受的。更優(yōu)選其是本領(lǐng)域已知的二酚醛可硬化樹脂材料。
如上所述，樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(TG)應(yīng)大于織物材料在隨后加工和使用中將會遇到的預(yù)期溫度應(yīng)力。環(huán)氧樹脂的TG一般為130℃。已知BT樹脂的TG為約200℃。TG為約145℃或更高的酚醛硬化樹脂材料優(yōu)選隨后用于塊狀載體制造中，如圖1所示，一定量樹脂材料就足以完全將機織物和顆粒包起來，這樣，所得半固化片織物體材料的厚度大于機織織物的最大厚度“T”。
圖1的織物材料能夠采用稱作浸涂塔的常規(guī)設(shè)備進行制造，在其中，包含任何顆粒的織物構(gòu)件基本上用樹脂材料包起來(通常采用通過液體浴槽的方法)，然后使樹脂材料至少部分固化(通常采用暴露在熱空氣下進行)。
圖2表示按照本發(fā)明的另一個實施方案的織物材料20。非織造織物構(gòu)件21由無規(guī)排列的纖維22組成，優(yōu)選為玻璃絲，其具有最大厚度“T1”。也有如上述圖1實施方案中那樣的與纖維混合的顆粒。一定量硬化樹脂26(為了說明的目的，未采用橫斷面的形式表示出)包圍著包含顆粒的纖維，其量足以使所得的半固化片織織物比非織造織物21的最大厚度“T1”厚。
本發(fā)明的這種織物材料特別適用于制造塊狀載體。這種電子組合件，在塊狀載體經(jīng)受高溫時，例如，在將塊狀載體焊接到更高級組合件上期間，對能夠引起損壞的水分吸收特別敏感。印刷電路工業(yè)已經(jīng)制定了一套稱作高速升溫增濕應(yīng)力試驗(HAST)的標準，即JEDEC標準22-A110和輔助標準22-A112和22-A113，可從在哥倫比亞特區(qū)、華盛頓的電氣工業(yè)協(xié)會得到，用于測定和設(shè)定這種潮濕敏感性。就該試驗說，織物材料的絕緣電阻是在使其經(jīng)受規(guī)定溫度、濕度和壓力作用期間和之后進行測定的。絕緣電阻低于1百萬歐姆則認為已被損壞，表明吸濕量高。
不符合稱為HAST A級的最高HAST水平的元件，在要求高度安全的塊狀載體應(yīng)用中，是不能使用的，因為這些供大量制造應(yīng)用是不合乎要求的?，F(xiàn)在已知的織物材料沒有確實地通過HAST A級試驗，結(jié)果是產(chǎn)品損耗高或者需要費用巨大的專門處理。
雖然所有織物材料都有一些顆粒，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由具有足夠低顆粒含量的織物構(gòu)件，和其量足以完全包圍含有顆粒的織物構(gòu)件以致延伸過織物構(gòu)件的最高凸出(即織物材料比圖1的TG厚)的樹脂材料制造的織物材料會通過HAST A級試驗。顆粒含量采用放大倍數(shù)達5000倍的顯微鏡進行測定。
圖3為玻璃纖維織物30的一部分，該織物包括若干玻璃長纖維32，粗表面碎片34和干燥薄膜36，其放大倍率為2000。在優(yōu)選實施方案中，顆粒含量為織物構(gòu)件的0.05％(重量)以下，遠遠低于當今工業(yè)中廣泛使用的一般織物構(gòu)件中的顆粒含量。適用于本發(fā)明的玻璃纖維機織織物構(gòu)件可購自日本Asahi-Schwebel公司，商品名AS-450，還有在南卡羅來鈉州安德森的Clark-Schwebel公司商品名CS-4370。
至此，展示并說明了具有較高絕緣電阻的織物材料及其制造方法。已經(jīng)證明，因為該織物材料的潮濕敏感性低，所以特別適用于制造塊狀載體。因此，本發(fā)明被認為大大推進了本領(lǐng)域的進步。
已經(jīng)展示并敘述了本發(fā)明優(yōu)選實施方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然清楚，可以在不背離本發(fā)明的所附權(quán)利要求規(guī)定的范圍的情況下進行各種變更和改進。
權(quán)利要求
1.一種織物材料，其包含織物構(gòu)件，其具有預(yù)定最大厚度，以及含有作為其一部分的低重量百分率的顆粒；和硬化樹脂材料，其基本上把包含所述顆粒的所述織物構(gòu)件包起來，所述織物材料具有比較高的絕緣電阻。
2.權(quán)利要求1的織物材料，其中所述織物構(gòu)件含有少于約0.05％(重量)的顆粒。
3.權(quán)利要求1的織物材料，其中所述織物構(gòu)件是機織織物。
4.權(quán)利要求1的織物材料，其中所述織物構(gòu)件包含玻璃纖維辮。
5.權(quán)利要求1的織物材料，其中所述樹脂材料是酚醛硬化樹脂材料。
6.權(quán)利要求1的織物材料，其中所述樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度大于145℃。
7.權(quán)利要求1的織物材料，其還具有經(jīng)HAST試驗之后大于約1,000,000歐姆的絕緣電阻。
8.一種制備具有高絕緣電阻的織物材料的方法，該方法包括以下步驟提供具有預(yù)定最大厚度并具有作為其一部分的低重量百分率顆粒的織物構(gòu)件；采用樹脂材料把包含所述顆粒的所述織物構(gòu)件基本上包起來；以及使所述樹脂材料至少部分固化。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述織物構(gòu)件含有少于約0.05％(重量)的顆粒。
10.權(quán)利要求8的方法，其中所述織物構(gòu)件以機織織物的形式提供。
11.權(quán)利要求8的方法，其中所述織物構(gòu)件以玻璃纖維辮的形式提供。
12.權(quán)利要求8的方法，其中將包含所述顆粒的所述織物構(gòu)件用酚醛可硬化樹脂材料基本上包起來。
13.權(quán)利要求8的方法，其中將包含所述顆粒的所述織物構(gòu)件用硬化后玻璃轉(zhuǎn)化溫度大于145℃的樹脂材料基本上包起來。
全文摘要
適用于包括塊狀載體的電子組合件的織物材料及其制造方法。當經(jīng)受高的溫度和濕度應(yīng)力條件時，顯示高的絕緣電阻。
文檔編號H05K1/03GK1227787SQ9910255
公開日1999年9月8日 申請日期1999年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月2日
發(fā)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·帕帕托馬斯, J·奧布祖特, M·D·波利斯, A·S·雷 申請人:國際商業(yè)機器公司