无捻玻纤增强技术及其对pcb基材性能的改进

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1、无捻玻纤增强技术及其对PCB基材性能的改进张洪文编译摘要：根据近期看到的有关技术资料，介绍了无捻玻纤增强技术的原理、方法和PCB基材性能改进的情况。关键词：无捻玻纤（untwistedglassfiber）,介电常数(dk),、介质损耗（df）,阳极性纤维漏电（CAF）（现象），激光通孔（laserdrillingthroughhole）,聚四氟乙烯（PTFE）1引言玻纤增强技术对人类社会的科技进步和生产力发展起到了很大的作用，在电子产品领域，在PCB业界也不例外，不乏靓丽的身形和光辉的史迹，譬如FR-4等系列基材在众多电子产品中的应用就是很好的例证。但是，随

2、着电子技术的快速进步和产品的不断更新，很多电子产品的工作主频达到GHz频段，玻纤增强技术遇到了严峻的挑战，例如：介电常数较大、在传输过程中信号发生扭曲变形、耐受阳极性纤维漏电性能较差等；还有在加工制造过程中激光微通孔品质不好、效率低下等等；无法满足很多新型电子产品的需求。分析几种PCB基材增强用玻纤布的结构及其对基材的性能影响后发现，之所以出现上述诸多问题，主要是玻纤布的结构造成的；而影响玻纤布结构最突出因素就是纤维织纹现象（FEW：fiberweaveeffect）；本来“纹纱”、“织布”，是很自然而然顺理成章的事情，在这里却成了问题的“症结”之所在。再深入

3、分析，产生纤维织纹现象的根本原因是织布用纤维纱的“捻”，也就是“纺”的结果；如果改用无捻的纱织布，纤维织纹现象将明显减轻；于是提出了“无捻”玻纤这一议题。从上世纪末到本世纪初，无捻玻纤增强技术在改进PCB基材性能方面，已经取得了可喜的进展；例如，美国的Dielectricsolutions,LLC公司等，采用玻纤直接处理（directfinish）技术，生产出了无捻（twistfree）纱制成novaspeed系列玻纤织品，制成PCB基材在10GHZ情况下的介电常数（DK）为3.0，介质损耗（DF）为0.004，而且耐阳极性纤维漏电性能(CAF:conduct

4、iveanodicfilament)及激光通孔(laserdrillingthroughhole)性能等也有明显改善。下面将根据近期年到的一些资料作简要介绍。2基本原理及做法传统的玻纤布制法是当熔融的玻璃从喷头喷出成玻纤丝时立即涂敷淀粉-油质的浆料，接着合股纺纱，之后整经、上浆、织布；如果用于增强PCB基材，则需将相应的玻纤布放在7000F的加热炉中处理3天[2]，将涂敷的淀粉-油质的浆料脱除；之后将该玻纤布用与基材树脂相适应的硅烷偶联剂进行处理，得出用于增强PCB基材的玻纤布。新发明的方法是当玻纤被喷出形成时立即涂敷与基材树脂相适应的胶粘剂，使玻纤在其胶粘剂

5、的作用下形成扁平光滑的条带状纱线，之后进行整经、织布。不必纺纱、上浆、热净化和硅烷偶联剂处理。两种方法制成的玻纤布结构不同，对比情况如图1所示。从上图中可以清楚地看到，传统的玻纤布的确是“经、纬分明”，布的“织纹”非常清晰；而改进后的无捻纤布则是整个幅面上显得灰暗，“织纹”有点模糊，很像是老百姓“竹”（或苇）蔑“编制的”席子“。这主要是由于织布时采用的纤维纱线不同而导致的结果，即传统的玻纤布是采用的普通玻纤纱，而改进后的玻纤而则是采用的无捻玻纤纱。两种玻纤纱的制法不同，结构各异，如图2所示。因为是横截面图，无法看到普通玻纤“纺纱”、“加捻”的情况；但可以想象得

6、到将近30条玻纤单丝被浆料和机械“加捻”而纽结在一起成“绳索状”（rope-like）”纱线，纵横交织成布，就像用“柳条”编制“篮子”一样，要让它“织纹”模糊是非常困难的。至于扁平的“条带状（ribbon-like）”无捻玻纤纱，织成布自然是另一番景象了。类似“竹（或苇）蔑“编制的”席子“样的无捻玻纤布，肯定”织纹“结构远没有普通玻纤布者清晰。从图1中看到不管是用绳索样玻纤纱织成的“柳条篮子”样传统的玻纤布还是用条带样无捻纱织成的“竹蔑席子”样的无捻玻纤布，在它们幅面的结构中都存在着这样三种区域，即无玻纤纱的区域、单层玻纤纱的区域和双层玻纤纱的区域；分别用红色

7、、黄色和绿色来表示，并计算它们的面积占总面积的比值，结果如图3所示。从上面的3幅图中可以清楚地对比看到，无捻玻纤布的结构更为合理，玻纤在织物中的分布更为均匀；纱线扁平，尽管支数相同但织成的布与同规格的常规玻纤布相比厚度较薄。由于玻纤在布的结构中颁均匀合理，更适合与树脂结合，当然，在玻纤表面涂的胶料与树脂的适应性也是重要的因素，所以制成基材时性能更趋优化，例如对介电性能的影响两种玻纤布就有明显的差别。如图4所示。这种玻纤喷丝后直接涂敷处理粘合制成无捻扁平的做法，不仅省去了热净化和硅烷处理工序，节约了能源、资源，减少了废气排放，有利于环境保护；同时因为不需要高温处

8、理而保持了玻纤的机械强度；一般情况下玻