БУМАГА ИЗ ПОЛИКЕТОНОВЫХ ВОЛОКОН, МАТЕРИАЛ СЕРДЦЕВИНЫ НА ОСНОВЕ БУМАГИ ИЗ ПОЛИКЕТОНОВЫХ ВОЛОКОН ДЛЯ ПЕЧАТНЫХ МОНТАЖНЫХ ПЛАТ И ПЕЧАТНЫЕ МОНТАЖНЫЕ ПЛАТЫ
PAPER BASED OF POLYKETONE FIBER, CORE MATERIAL BASED ON POLYKETONE FIBER PAPER FOR CIRCUIT CARDS, AND CIRCUIT CARDS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к бумаге из поликетоновых волокон, которая содержит от 1 до 100 мас.% волокон алифатических поликетонов и которую получают способом мокрого формования, к материалу сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон, используемому для печатных монтажных плат, и печатным монтажным платам, изготовленным с использованием материала сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон.
В частности, настоящее изобретение относится к бумаге из поликетоновых волокон, которая содержит волокна алифатических поликетонов, обладает высокими прочностью и модулем упругости; великолепной стабильностью размеров, химической стойкостью, теплостойкостью, адгезионной способностью и электроизоляционными свойствами; низкими диэлектрическими свойствами и водопоглощением; является легкой, тонкой, пористой с однородными порами; к материалу сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон, используемому для печатных монтажных плат, и печатным монтажным платам, изготовленным с использованием материала сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон.
Уровень техники
За последние годы были проведены исследования в области производства бумаги из синтетических волокон, в которой синтетические волокна используются вместо древесной массы. Бумага из синтетических волокон характеризуется хорошей водостойкостью и одновременно обладает различными свойствами синтетических волокон. Таким образом, бумага из синтетических волокон привлекает внимание как новый материал, различные типы которого уже были предложены.
Например, бумага из полиэфирных волокон описана в патентном документе 1. Она обладает великолепными водостойкостью и химической стойкостью. Таким образом, ее используют для изготовления основы печатных плат термочувствительных трафаретов. Однако требуется повышение ее теплостойкости, поскольку полиэфирные волокна относятся к термопластам, поэтому стабильность их размеров и прочность снижаются из-за теплового расширения под действием высоких температур.
Кроме того, бумага из волокон ароматических полиамидов описана в патентном документе 2. Эта бумага имеет великолепную механическую прочность, стабильность размеров, теплостойкость и т.д. Таким образом, ее используют в качестве подложки многослойных печатных монтажных плат. Однако, поскольку волокна ароматических полиамидов характеризуются высоким водопоглощением, подложки печатных монтажных плат, изготовленные из волокон ароматических полиамидов, разбухают и выделяют поглощенную воду в ходе обработки при высокой температуре. Таким образом, имеется возможность для усовершенствований. Кроме того, желательно, чтобы волокна ароматических полиамидов обладали лучшими адгезионными характеристиками по отношению к другим полимерам.
Листовой материал, получаемый из волокон алифатических поликетонов, описан в патентном документе 3. Хотя в нем указано, что этот листовой материал обладает низким водопоглощением, значительной жесткостью, химической стойкостью, механической прочностью, стабильностью размеров, теплостойкостью и адгезионностью, все-таки имеется возможность для усовершенствований.
Хотя в патентном документе 4 указано, что поликетоновый нетканый материал толщиной от 50 до 200 мкм используют для изготовления разделителя аккумуляторных батарей, все-таки имеется возможность для усовершенствований.
Бумага из синтетических волокон также имеет великолепные электроизоляционные свойства. Таким образом, ее использование в электротехнических материалах, в частности, для изготовления подложек печатных монтажных плат (материал сердцевины) и т.п. привлекает внимание исследователей.
Успехи в области миниатюризации и высокая степень интеграции электронных устройств порождают потребность в еще более тонких и многослойных печатных монтажных платах.
Облегчение многослойных печатных монтажных плат затруднительно, если слой материала сердцевины толстый. Если слой материала сердцевины тонкий, печатные монтажные платы легко деформируются и обладают ненадлежащей стабильностью размеров. Кроме того, если материал сердцевины обладает высоким водопоглощением, это является причиной таких дефектов, как набухание и/или нарушение электроизоляции подложки при погружении в ванну с расплавленным припоем. Кроме того, при плохой адгезии между материалом сердцевины и термопластичным полимером или термореактивным полимером, которыми пропитан материал сердцевины или которые нанесены на его поверхность, снижается ударопрочность подложки.
Если бумагу из волокон ароматических полиамидов используют в качестве материала сердцевины многослойных печатных монтажных плат, желательно, чтобы она обладала более низким водопоглощением и более высокой адгезионностью. Кроме того, если используют бумагу, содержащую полиэфирные волокна, многослойные печатные монтажные платы легко деформируются из-за низкого модуля упругости. Таким образом, есть возможность для усовершенствования стабильности размеров. Использование тканого или нетканого материала из стекловолокон ограничено там, где требуются высокочастотные характеристики, поскольку стекло обладает высокой диэлектрической постоянной. Однако на рынок еще не поставляется материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон и печатные монтажные платы, изготовленные с использованием бумаги из поликетоновых волокон.
(Патентный документ 1) заявка на патент Японии № 2003-171191.
(Патентный документ 2) выложенная заявка на патент Японии № Н08-190326.
(Патентный документ 3) выложенная заявка на патент Японии № 2001-207335.
(Патентный документ 4) заявка на патент Японии № 2004-10408.
Описание изобретения
Задачи, решаемые настоящим изобретением
Благодаря настоящему изобретению решаются указанные выше задачи известного уровня техники. А именно, задача настоящего изобретения заключается в создании бумаги из волокон алифатических поликетонов, которая содержит от 1 до 100 мас.% волокон алифатических поликетонов, обладает высокими прочностью и модулем упругости; великолепной стабильностью размеров, химической стойкостью, теплостойкостью, адгезионной способностью и электроизоляционными свойствами; низкими диэлектрическими свойствами и водопоглощением, является легкой, тонкой, пористой и однородной.
Другой задачей настоящего изобретения является создание материала сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, который обладает великолепной теплостойкостью, адгезионной способностью, химической стойкостью; низкими диэлектрическими свойствами и водопоглощением; высоким модулем упругости; является легким, тонким, пористым и однородным, а также создание печатных монтажных плат, в которых использована бумага, содержащая волокна алифатических поликетонов в качестве материала сердцевины, и которые обладают низкими диэлектрическими свойствами, великолепной стабильностью размеров и электроизоляционными свойствами.
Средства решения указанных задач
Для достижения указанных выше задач авторы настоящего изобретения провели всесторонние исследования бумаги, содержащей волокна алифатических поликетонов. В результате авторами обнаружено, что возможно изготовить бумагу из волокон алифатических поликетонов, обладающую великолепной химической стойкостью, теплостойкостью, стабильностью размеров, адгезионной способностью и электроизоляционными свойствами; имеющую низкие диэлектрические свойства и водопоглощение, высокие прочность и модуль упругости; являющуюся легкой, тонкой, пористой и однородной.
Кроме того, авторы обнаружили, что возможно изготовить материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, который обладает великолепной теплостойкостью, адгезионной способностью, химической стойкостью; низкими диэлектрическими свойствами и водопоглощением; высоким модулем упругости; является легким, тонким, пористым и однородным, и что возможно изготовить печатные монтажные платы, в которых использована бумага, содержащая волокна алифатических поликетонов, и которые обладают низкими диэлектрическими свойствами, великолепной стабильностью размеров и электроизоляционными свойствами. Эти данные легли в основу настоящего изобретения.
А именно, настоящее изобретение относится к:
1. Бумаге из поликетоновых волокон, которая содержит от 1 до 100 мас.% волокон алифатических поликетонов, которые содержат повторяющиеся звенья представленной ниже формулы (1), где бумагу из поликетоновых волокон получают способом мокрого формования
2
2
-СН-СН-СО- (1)
2. Бумаге из поликетоновых волокон, которая содержит от 1 до 99 мас.% волокон алифатических поликетонов, которые содержат повторяющиеся звенья представленной ниже формулы (1), где бумагу из поликетоновых волокон получают способом мокрого формования
2
2
-СН-СН-СО- (1)
3. Бумаге из поликетоновых волокон, содержащей волокна алифатических поликетонов, которые содержат повторяющиеся звенья представленной ниже формулы (1), где бумагу из поликетоновых волокон получают способом мокрого формования
2
2
-СН-СН-СО- (1)
4. Бумаге из поликетоновых волокон по любому из пп.1-3 толщиной от 5 до 200 мкм.
5. Бумаге из поликетоновых волокон по любому из пп.1-3 толщиной от 5 до 100 мкм.
6. Бумаге из поликетоновых волокон по любому из пп.1-3 толщиной от 5 до 50 мкм.
7. Бумаге из поликетоновых волокон по любому из пп.1-6, обладающей коэффициентом пористости, выражаемым нижеследующей формулой и равным от 30 до 90%.
Коэффициент пористости = (1 - общая масса волокон, образующих бумагу/плотность волокон/(толщина бумаги из волокон × площадь бумаги из волокон))×100
8. Бумаге из поликетоновых волокон по любому из пп.1-7, где прочность на единицу массы бумаги из волокон составляет 100 МН/кг или более, где прочность на единицу массы является пределом прочности при растяжении/толщина/плотность.
9. Бумаге из поликетоновых волокон по любому из пп.1-7, где прочность на единицу массы бумаги из волокон составляет 200 МН/кг или более, где прочность на единицу массы является пределом прочности при растяжении/толщина/плотность.
10. Бумаге из поликетоновых волокон по любому из пп.1-7, где прочность на единицу массы бумаги из волокон составляет 400 МН/кг или более, где прочность на единицу массы является пределом прочности при растяжении/толщина/плотность.
11. Бумаге из поликетоновых волокон по любому из пп.1-10, где волокна алифатических поликетонов представляют собой штапельные волокна длиной от 0,5 до 10 мм.
12. Бумаге из поликетоновых волокон по любому из пп.1-11, где средний диаметр волокон алифатических поликетонов составляет от 0,1 до 20 мкм.
13. Материалу сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, который содержит бумагу из поликетоновых волокон по любому из пп.1-12.
14. Материалу сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат по п.13, в котором бумага из поликетоновых волокон образует один слой или множество слоев.
15. Печатной монтажной плате, содержащей материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон по любому из пп.13 или 14 и полимерную смолу.
16. Печатной монтажной плате, содержащей материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон, пропитанный или покрытый полимерной смолой.
17. Печатной монтажной плате по любому из пп.15 или 16, где полимерная смола представляет собой полимерную смолу с низкими диэлектрическими свойствами.
18. Печатной монтажной плате по любому из пп.15-17, где полимерная смола представляет собой эпоксидную смолу на основе полифениленового эфира, содержащую в качестве основных компонентов полифениленовый эфир, замещенный или содержащий в среднем одну или более эпоксигрупп на молекулу, и, по меньшей мере, один отвердитель, выбираемый из группы, состоящей из амина, новолачного фенола и ангидрида карбоновой кислоты.
19. Печатной монтажной плате по любому из пп.15-18, включающей однослойную или многослойную печатную монтажную плату.
20. Способу получения бумаги из волокон алифатических поликетонов, включающему предварительный размол волокон алифатических поликетонов, распушку размолотых волокон алифатических поликетонов и изготовление бумаги из распушенных волокон алифатических поликетонов.
21. Способу получения бумаги из волокон алифатических поликетонов по п.20, в котором предварительный размол включает обработку с использованием битера или рафинера.
22. Способу получения бумаги из волокон алифатических поликетонов по п.20, в котором распушка включает обработку с использованием гомогенизатора высокого давления.
Технический результат изобретения
Бумага из поликетоновых волокон, являющаяся объектом настоящего изобретения, - это бумага из волокон, обладающая высокими прочностью и модулем упругости; стабильностью размеров, теплостойкостью и химической стойкостью; низкими диэлектрическими свойствами и водопоглощением; высокими электроизоляционными свойствами; великолепной адгезионной способностью, она легкая, очень тонкая, пористая и однородная. Таким образом, значение бумаги из поликетоновых волокон состоит в том, что она имеет такие свойства, которых нет ни у одного из известных материалов.
Материал сердцевины на основе бумаги  из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, который является объектом настоящего изобретения, - это легкий, очень тонкий и пористый материал сердцевины, обладающий низкими диэлектрическими свойствами, высокими прочностью и модулем упругости, великолепной теплостойкостью, химической стойкостью, низким водопоглощением, великолепной адгезионной способностью. Кроме того, печатные монтажные платы, изготовленные с использованием бумаги из волокон алифатических поликетонов в качестве материала сердцевины, являются легкими и тонкими и отличаются низкими диэлектрическими свойствами, стабильностью размеров, ударопрочностью, электроизоляционными свойствами и пригодностью для получения однородных отверстий путем лазерного перфорирования. Таким образом, значение таких печатных монтажных плат состоит в том, что они имеют такие свойства, которых нет у известных печатных монтажных плат.
Лучший вариант осуществления изобретения
Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения.
Бумага из поликетоновых волокон, являющаяся объектом настоящего изобретения, производимая способом мокрого формования, содержит от 1 до 100 мас.% волокон алифатических поликетонов. Бумага из поликетоновых волокон быстро размягчается и деформируется при температуре, близкой к температуре плавления волокон алифатических поликетонов. Эти свойства используются при производстве бумаги из поликетоновых волокон, являющейся объектом настоящего изобретения, а бумага характеризуется тем, что волокна алифатических поликетонов сплавлены друг с другом или с другими волокнами. Кроме того, описываемым в данном документе способом можно получать однородную и жесткую бумагу из волокон, которая при этом легкая, тонкая и пористая.
Материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, который является объектом настоящего изобретения, содержит бумагу из поликетоновых волокон, являющуюся объектом настоящего изобретения.
Материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, который является объектом настоящего изобретения, может состоять только из бумаги из поликетоновых волокон, являющейся объектом настоящего изобретения, либо содержать другие компоненты, необходимые в качестве материала сердцевины для печатных монтажных плат.
Толщина бумаги из волокон, являющейся объектом настоящего изобретения, составляет предпочтительно от 5 до 200 мкм, более предпочтительно от 5 до 100 мкм, более предпочтительно от 5 до 90 мкм, более предпочтительно от 5 до 50 мкм, более предпочтительно от 5 до 40 мкм, более предпочтительно от 5 до 20 мкм, еще более предпочтительно от 5 до 15 мкм. С бумагой из волокон толщиной от 5 до 200 мкм можно обращаться так же, как и с обычно используемой бумагой. Такая бумага из волокон является мягкой и может быть подвергнута различным видам обработки, а полученные продукты можно легко деформировать и резать. Кроме того, бумага из волокон обладает превосходной воздухопроницаемостью, пропитываемостью, проницаемостью для чернил, пропускает газ и жидкость. Бумага из волокон толщиной 5 мкм или более может сохранять прочность. При толщине не более 200 мкм бумага гарантированно обладает хорошей гибкостью и технологичностью, но также превосходной пропитываемостью и проницаемостью для газа и жидкости. Кроме того, если толщина не превышает 200 мкм, имеет место достаточная теплопередача к внутренним зонам бумаги из волокон и тем самым достаточное сплавление волокон в процессе горячего прессования бумаги из волокон, чем обеспечивается ее достаточная прочность.
Предпочтительно, чтобы материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, который является объектом настоящего изобретения, также имел толщину от 5 до 200 мкм, более предпочтительно от 5 до 100 мкм, более предпочтительно от 5 до 90 мкм, более предпочтительно от 5 до 50 мкм, более предпочтительно от 5 до 40 мкм, более предпочтительно от 5 до 20 мкм, еще более предпочтительно от 5 до 15 мкм.
Бумага из волокон, являющаяся объектом настоящего изобретения, обладает коэффициентом пористости, выражаемым нижеследующей формулой и равным от 30 до 90%.
Коэффициент пористости = (1 - общая масса волокон, образующих бумагу/плотность волокон/(толщина бумаги × площадь бумаги))×100
Более предпочтительным является коэффициент пористости от 35 до 85%. При коэффициенте пористости от 30 до 90% гарантируется, что бумага из волокон обладает такими характеристиками, как легкий вес, пористость, технологичность, пропитываемость и др. При коэффициенте пористости, равном 30% или более, обеспечиваются такие характеристики бумаги из волокон, как легкий вес и пористость. При коэффициенте пористости, равном 90% или менее, обеспечивается необходимая для бумаги из волокон прочность.
Прочность на единицу массы бумаги из волокон, являющейся объектом настоящего изобретения, то есть прочность на единицу толщины и плотности (= предел прочности при растяжении/толщина/плотность), составляет предпочтительно 100 МН/кг или более, более предпочтительно 200 МН/кг или более, более предпочтительно 400 МН/кг или более, более предпочтительно 700 МН/кг или более, более предпочтительно 1000 МН/кг или более, более предпочтительно 1500 МН/кг или более, еще более предпочтительно 2000 МН/кг или более и особенно предпочтительно 2500 МН/кг или более. Жесткая бумага из волокон, обладающая необходимой для обработки и манипулирования с ней прочностью и при этом легкая и тонкая, может быть получена при достижении прочности на единицу массы 100 МН/кг или более.
Волокна алифатических поликетонов, используемые в соответствии с настоящим изобретением, характеризуются структурой, состоящей на 90 мол.% по массе или более из повторяющихся звеньев представленной ниже формулы (1)
2
2
-СН-СН-СО- (1)
Если содержание таких повторяющихся звеньев составляет 90 мол.% или более, бумага из волокон обладает высокими прочностью и модулем упругости и превосходной теплостойкостью.
Кристалличность волокна составляет предпочтительно 30% или более. При кристалличности, равной 30% или более, гарантируется, что бумага из волокон обладает высокими прочностью и модулем упругости.
В качестве способа получения поликетоновых волокон, обладающих высокими прочностью и модулем упругости, предпочтительным является способ, включающий мокрое прядение волокон из водного раствора поликетона с использованием солей цинка, кальция, изоцианата или им подобных с последующим горячим вытягиванием волокон, как описано в патентном документе 3.
Предпочтительно, чтобы волокна алифатических поликетонов, используемые в соответствии с настоящим изобретением, представляли собой штапельные волокна средней длины от 0,5 до 10 мм, более предпочтительно от 1 до 7 мм. Предпочтительно использовать резаные штапельные волокна. Если длина штапельных волокон составляет 0,5 мм или более, гарантируется необходимая в процессе изготовления прочность бумаги. Если длина штапельных волокон не превышает 10 мм, может быть улучшена гомогенность диспергирования волокон в процессе изготовления бумаги.
Для получения однородной и тонкой бумаги волокна алифатических поликетонов, используемые в соответствии с настоящим изобретением, должны иметь средний диаметр 20 мкм или меньше. Более предпочтительно, если средний диаметр волокон составляет 17 мкм или меньше. Кроме того, для сохранения прочности в процессе сплавления листов средний диаметр волокон должен составлять предпочтительно 0,1 мкм или более, более предпочтительно 1 мкм или более.
Предпочтительным является смешивание от 1 до 100 мас.% поликетоновых волокон, соответствующих настоящему изобретению, с от 99 до 0 мас.% других волокон. Более предпочтительным количеством поликетоновоых волокон является 100 мас.% или от 1 до 99 мас.%. Еще более предпочтительным количеством поликетоновоых волокон является от 1 до 99 мас.% или 100 мас.%. Нижний предел количества поликетоновых волокон составляет, более предпочтительно 10 мас.%, более предпочтительно 50 мас.%, более предпочтительно 60 мас.%, более предпочтительно 70 мас.%, еще более предпочтительно 80 мас.%. Если это количество составляет 1 мас.% или более, гарантируется, что продукт будет обладать высокими прочностью и теплостойкостью, присущими поликетоновым волокнам. Бумага из волокон будет обладать свойствами, присущими поликетоновым волокнам, если это количество составляет 100 мас.%, и свойствами, присущими другим волокнам, если это количество составляет 99 мас.% или меньше.
В качестве примеров других волокон, используемых в соответствии с настоящим изобретением, можно привести природные волокна, регенерированные природные волокна, неорганические волокна и/или синтетические волокна. Целлюлозные волокна, такие как хлопковые, пеньковые и шерстяные, являются примерами природных волокон. В качестве примеров регенерированных природных волокон можно привести вискозу, искусственный шелк и пряденые из раствора целлюлозные волокна. В качестве примеров неорганических волокон можно привести стекловолокно, углеродные и металлические волокна. В качестве примеров синтетических волокон можно привести полиэтиленовые, полипропиленовые, найлоновые, полиэфирные и полиакрилонитрильные волокна. Теплостойкость частично можно повысить путем использования синтетических теплостойких волокон, таких как волокна, полностью состоящие из ароматических полиамидов (п-фенилентерефталамида и п-фенилендифенилового эфира терефталамида (которые далее именуются «пара-арамидные волокна»)), волокна, полностью состоящие из ароматических полиэфиров, волокна поли(п-фениленбензобисоксазола), полиимидные волокна, волокна сульфида полифенилена и волокна Teflon™. Для получения бумаги из волокон, обладающей свойствами, присущими этим волокнам, к поликетоновым волокнам может быть добавлено любое из этих других волокон или сочетание двух или более из этих других волокон. Длина волокна этих других волокон такая же, как длина поликетоновых волокон, то есть предпочтительно от 0,5 до 10 мм. Средний диаметр волокна составляет предпочтительно от 0,1 до 20 мкм.
Бумага из поликетоновых волокон, являющаяся объектом настоящего изобретения, может быть изготовлена способом мокрого формования, включающим гомогенное диспергирование 100 мас.% поликетоновых волокон или смеси от 1 до 99 мас.% поликетоновых волокон с от 99 до 1 мас.% других волокон в воде с использованием разрывателя; обработку дисперсной жидкости на круглосеточной бумагоделательной машине, машине Фурдринье, формирователе наклонной сетки или с использованием сочетания бумагоделательной машины и указанных машин, при которой образуются плоские слои бумаги, в которых волокна равномерно распределены по сетчатой структуре; достаточную сушку бумаги в сушилке, такой как барабанная сушилка, сушилка Янки (Yankee), воздушно-роликовая сушилка; горячее прессование высушенной бумаги до достижения сплавления поликетоновых волокон друг с другом или с другими волокнами, тем самым до достижения бумагой необходимой прочности.
Это типичный способ изготовления бумаги из волокон, однако этот способ ни коим образом не ограничивается описанным выше процессом. Например, когда от 1 до 99 мас.% поликетоновых волокон смешивают с от 99 до 1 мас.% других волокон, эти волокна могут быть смешаны при помощи разрывателя во время распушки либо отдельно распушены перед смешиванием. Если волокна диспергированы в воде, к ним могут быть примешаны такие добавки, как эмульгатор, диспергатор, регулятор вязкости и/или армирующий наполнитель, с целью повышения дисперсности и тем самым получения более тонкой и однородной бумаги из волокон, обладающей достаточной прочностью. Введение добавок ни коим образом не является ограничением настоящего изобретения. Кроме того, все поликетоновые волокна или их часть перед изготовлением из них бумаги могут быть размолоты до тонковолокнистого состояния, все другие волокна или их часть могут быть примешаны после размола и распушки, либо поликетоновые и другие волокна размалывают после смешивания. Слой волокон, подвергшихся размолу, приобретает однородность, повышается прочность слоев бумаги, возрастают объем выработки и производительность, гарантируется получение более тонкой и однородной бумаги из волокон, обладающей повышенной прочностью. Размол может быть осуществлен при помощи устройства, называемого битер, либо дискового рафинера, гомогенизатора высокого давления или им подобных. Для получения более тонкой бумаги из волокон, обладающей более однородной прочностью, предпочтительно сначала размолоть волокна при помощи битера или дискового рафинера, а затем подвергнуть их распушке в гомогенизаторе высокого давления с целью снижения диаметра волокон. Для получения более тонкой бумаги из волокон, обладающей более однородной прочностью, предварительный размол осуществляют предпочтительно в течение от 1 до 4 часов при помощи битера. Предпочтительно повторить обработку волокон в дисковом рафинере от 10 до 200 раз, затем распушку в гомогенизаторе высокого давления при давлении 100 МПа - от 5 до 50 раз. После этого степень размола составляет предпочтительно от 20 до 50°SR, более предпочтительно, от 25 до 45°SR. Степень размола определяют при помощи прибора для определения степени размола по Шопперу - Ригеру в соответствии с JIS-P8121 путем разведения волокон в воде до достижения концентрации волокон 0,2 мас.%. Величиной степени размола является среднее значение двух измерений. Поскольку число волокон по толщине бумаги из волокон возрастает при высокой степени распушки волокон и снижении диаметра волокон, путем распушки волокон и снижения их диаметра возможно добиться получения более тонкой и более однородной бумаги из волокон. Высокая степень распушки и миниатюризация диаметра волокон способствует увеличению числа точек контакта волокон и повышению прочности после сплавления. Условие наличия этапа размола ни коим образом не может являться ограничением настоящего изобретения. Кроме того, возможно предварительно изготовить бумагу из 100 мас.% поликетоновых волокон и сформовать бумагу из других волокон на поверхности бумаги из 100 мас.% поликетоновых волокон или сформировать бумагу из других волокон на обеих сторонах бумаги из 100 мас.% поликетоновых волокон. Этот этап может быть осуществлен в обратном порядке. Способ изготовления бумаги не имеет специфических ограничений.
Бумага из волокон с высокой прочностью на единицу массы, являющаяся объектом настоящего изобретения, может быть получена только путем сплавления волокон, образующих легкую, тонкую и однородную бумагу из волокон. Для сплавления всех или части волокон алифатических поликетонов друг с другом или с другими волокнами предпочтительно использовать горячее прессование при температуре в диапазоне от величины на 40 градусов ниже до величины на 40 градусов выше температуры плавления поликетоновых волокон. Поликетоновые волокна сплавляют путем горячего прессования при температуре, величина которой на 40 градусов ниже их температуры плавления или более. Горячее прессование при температуре, величина которой на 40 градусов выше температуры плавления волокон или менее, является предпочтительным, поскольку волокна в этом температурном диапазоне не расплавленные и не спеченные. Если температура плавления других волокон ниже, чем температура плавления поликетоновых волокон, поликетоновые волокна могут быть сплавлены с такими другими волокнами. В этом случае другие волокна предпочтительно подвергают горячему прессованию при температуре в диапазоне от величины на 40 градусов ниже до величины на 40 градусов выше температуры плавления таких других волокон. Хотя при горячем прессовании прикладывают обычно используемую погонную нагрузку пресса, для контроля толщины предпочтительной является погонная нагрузка от 1 до 200 кН/м.
Для того чтобы еще увеличить прочность или обеспечить получение материала сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, обладающего технологичностью и другими характеристиками, бумагу из поликетоновых волокон и материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, являющийся объектом настоящего изобретения, пропитывают или покрывают слоем той же или другой полимерной смолы, что и термопластичная смола или термореактивная смола, используемая для производства печатных монтажных плат.
Бумага из поликетоновых волокон и материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, являющиеся объектом настоящего изобретения, могут быть использованы в качестве печатных монтажных плат в один слой или в несколько слоев.
Если тонкую бумагу из поликетоновых волокон используют в несколько слоев, такая многослойная бумага из волокон обладает большей прочностью, чем однослойная бумага, изготовленная из тех же волокон и имеющая такую же пористость и толщину. Такой материал может быть использован в качестве высокопрочных печатных монтажных плат или для других целей в виде высокопрочной пропитанной смолой платы.
Печатную монтажную плату, являющуюся объектом настоящего изобретения, изготавливают путем пропитки или нанесения на материал сердцевины на основе бумаги из волокон алифатических поликетонов, содержащий от 1 до 100 мас.% волокон алифатических поликетонов, полимерной смолы. Благодаря низким диэлектрическим свойствам материала сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон обеспечивается получение подложки, обладающей великолепными электрическими характеристиками, такими как низкая диэлектрическая постоянная и низкий тангенс угла диэлектрических потерь.
В качестве примеров полимерных смол, используемых в соответствии с настоящим изобретением, можно привести термопластичные смолы, такие как полиолефиновые и фторполимерные, и термореактивные смолы, такие как фенольные, эпоксидные и полиимидные. В частности, если используют полимерные смолы с низкими диэлектрическими свойствами, обладающие диэлектрической постоянной, равной 4,0 или меньше, такие как полиолефин, полистирол, фторполимерная смола, кремнийорганическая смола, эпоксидная смола и особенно эпоксидная смола на основе полифениленового эфира (смола, содержащая в качестве основных компонентов полифениленовый эфир, замещенный или содержащий в среднем одну или более эпоксигрупп на молекулу, и, по меньшей мере, один отвердитель, подбираемый из группы, состоящей из амина, новолачного фенола и ангидрида карбоновой кислоты), то подложка обладает очень хорошими электрическими характеристиками, определяемыми низкими диэлектрическими свойствами материала сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон. Такая подложка пригодна для использования в качестве подложки для высокочастотных цепей.
Печатная монтажная плата, являющаяся объектом настоящего изобретения, может быть изготовлена путем плавления полимерной смолы или растворения полимерной смолы в растворителе с целью переведения ее в жидкое состояние, пропитки материала сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон расплавленной или ожиженной полимерной смолой и охлаждения или сушки этой смолы. В случае использования термореактивной смолы она может быть подвергнута отверждению при последующем нагревании до температуры отверждения. Возможно прессование печатных монтажных плат с целью корректировки их толщины. Ограничений способа получения печатной монтажной платы, являющейся объектом настоящего изобретения, не существует.
Печатная монтажная плата, являющаяся объектом настоящего изобретения, может быть использована там, где нужна однослойная подложка. Кроме того, благодаря малой толщине указанный материал сердцевины может быть использован для образования многослойной платы путем горячего прессования или для образования изолирующего слоя или многослойной печатной монтажной платы в случае многослойной печатной монтажной платы, в которой печатный монтаж осуществляется на внутреннем слое и на поверхностном слое сквозь изолирующий слой.
Примеры
Ниже настоящее изобретение более подробно будет описано на примерах, которые не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение.
Тип, форма и т.д. волокон, используемых для изготовления бумаги из поликетоновых волокон и материалов сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, приведены в табл. 1, а состав и результаты измерения свойств бумаги из поликетоновых волокон и материалов сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат приведены в табл. 2. Результаты измерения свойств печатных монтажных плат, для изготовления которых использованы указанные материалы сердцевины, также приведены в табл. 2.
Поликетоновые волокна, описываемые в табл. 1, состоят, практически, на 100 мол.% из повторяющихся звеньев представленной ниже формулы (1). Волокна А6 и А7 были подвергнуты размолу путем 30-кратной обработки водной дисперсии с концентрацией волокон 1 мас.%, к которой был добавлен пеногаситель (как описано в примере 1), в дисковом рафинере (производства Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd.), в котором расстояние между дисками составляло 0,2 мм; затем после установления концентрации водной дисперсии, равной 0,75 мас.%, 10-кратной (в случае волокон А) или 20-кратной (в случае волокон В) обработки этой водной дисперсии в гомогенизаторе высокого давления (производства Niro Soavi S. p. A.) под давлением 100 МПа. Волокна F, описываемые в табл. 1, были подвергнуты размолу путем 30-кратной обработки водной дисперсии пряденых из раствора целлюлозных волокон (TENCEL™ производства Courtauds Fibers, Inc.) в дисковом рафинере и 5-кратной обработки в гомогенизаторе высокого давления подобным образом
2
2
-СН-СН-СО- (1)
Пример 1
100 мас.% штапельных волокон алифатических поликетонов со средним диаметром 10 мкм и длиной 3 мм были загружены в разрыватель, после этого к ним добавлена подогретая до 50°С вода для получения водной дисперсии штапельных поликетоновых волокон (с концентрацией волокон 2 мас.%). Эту жидкую дисперсию перемешивали в течение 15 минут. К жидкой дисперсии была добавлена вода до получения концентрации волокон 1 мас.%. Пеногаситель (сложный эфир полиоксиалкиленгликоля и жирной кислоты) был добавлен в количестве 0,5 мас.% от количества волокон, полученную смесь перемешивали в течение 30 минут в низкоскоростной мешалке. Затем к жидкой дисперсии снова добавили воду до получения концентрации суспензии 0,1 мас.%, после чего добавили 200 промилле регулятора вязкости (полиэтиленоксид). Полученную суспензию деаэрировали в вакууме непосредственно перед изготовлением из нее бумаги на круглосеточной бумагоделательной машине, оборудованной проволочной сеткой 100 меш, при скорости 30 м/мин. Полученную влажную бумагу подвергли сушке при помощи сушилки Янки при температуре поверхности 130°С и прессованию при помощи устройства горячей прокатки при температуре поверхности 275°С с получением бумаги из поликетоновых волокон, обладающей толщиной 50 мкм и коэффициентом пористости 70%.
В течение трех часов бумагу из волокон выдержали при температуре разложения целлюлозы (230°С). Ни цвет, ни размер бумаги не измелились, что указывает на великолепную теплостойкость и стабильность размеров. Кроме того, с бумагой из волокон не произошло изменений после погружения на 10 дней в 40%-ную серную кислоту, 40%-ный водный раствор гидроксида натрия или гексан при комнатной температуре, что указывает на великолепную химическую стойкость. Кроме того, водопоглощение этой бумаги из волокон после хранений при 23°С и относительной влажности 80% в течение 3 дней составило менее 1 мас.%, указывая на низкую поглощательная способность.
Эта бумага из волокон, как материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат, была погружена в раствор эпоксидной смолы (эпоксидная смола на основе бисфенола А: 75 мас. частей, эпоксидная смола на основе бромированного бисфенола А: 25 мас. частей, отвердитель дициандиамид: 3 мас. части) с концентрацией твердого компонента 45%. Подложку вынули из раствора эпоксидной смолы, высушили и подвергли полуотверждению при 160°С, прессованию и отверждению при 185°С с получением плоской платы с гладкой поверхностью.
Примеры 2-9
Бумага из поликетоновых волокон и материалы сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат были изготовлены так же, как в Примере 1, с использованием волокон алифатических поликетонов, параметры которых приведены в табл. 2. Условия, отличающиеся от условий Примера 1, описаны в табл. 2. Печатные монтажные платы из указанных материалов сердцевины были изготовлены так же, как в Примере 1.
Пример 10
Печатные монтажные платы были изготовлены так же, как в Примере 1, путем погружения полученных в Примере 1 материалов сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат в раствор эпоксидной смолы (эпоксидная смола на основе полифениленового эфира: 100 мас. частей, отвердитель дициандиамид: 3 мас. части) с концентрацией твердого компонента 45%.
Примеры 11-15
Бумага из поликетоновых волокон и материалы сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат были изготовлены так же, как в Примере 1, с использованием волокон алифатических поликетонов, параметры которых приведены в табл. 2. Условия, отличающиеся от условий Примера 1, описаны в табл. 2. Печатные монтажные платы из указанных материалов сердцевины были изготовлены так же, как в Примере 10.
Пример 16
К смеси 70 мас.% штапельных волокон алифатических поликетонов со средним диаметром 10 мкм и длиной 3 мм и 30 мас.% пара-арамидных волокон (Technora™ производства Teijin, Ltd.) с длиной волокон 3 мм добавили пеногаситель. Смесь загрузили в разрыватель и диспергировали в воде до получения жидкой дисперсии волокон. К жидкой дисперсии волокон добавили регулятор вязкости, после чего смесь деаэрировали в вакууме непосредственно перед изготовлением из нее бумаги на круглосеточной бумагоделательной машине, оборудованной проволочной сеткой 100 меш. Полученную бумагу подвергли сушке при помощи сушилки Янки при температуре поверхности 130°С и прессованию при помощи устройства горячей прокатки при температуре поверхности 275°С с получением бумаги из поликетоновых волокон, обладающей толщиной 50 мкм и коэффициентом пористости 70%.
В течение трех часов бумагу из волокон выдержали при температуре разложения целлюлозы (230°С). Ни цвет, ни размер бумаги не измелились, что указывает на великолепную теплостойкость и стабильность размеров. Кроме того, с бумагой из волокон не произошло изменений после погружения на один день в 40%-ную серную кислоту, 40%-ный водный раствор гидроксида натрия или гексан при комнатной температуре, что указывает на великолепную химическую стойкость. Кроме того, водопоглощение этой бумаги из волокон после хранений при 23°С и относительной влажности 80% в течение 3 дней составило 1 мас.%, указывая на низкую поглощательная способность.
Подложка из этой бумаги как материала сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат была изготовлена так же, как в Примере 1.
Бумага из поликетоновых волокон и материалы сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат были изготовлены так же, как в Примере 1, с использованием волокон алифатических поликетонов и других волокон, параметры которых приведены в табл. 2. Условия, отличающиеся от условий Примера 1, описаны в табл. 2. Печатные монтажные платы из указанных материалов сердцевины были изготовлены так же, как в Примере 1.
Пример 28
Печатная монтажная плата была изготовлены так же, как в Примере 1, путем погружения полученного в Примере 16 материала сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат в раствор эпоксидной смолы (эпоксидная смола на основе полифениленового эфира: 100 мас. частей, отвердитель дициандиамид: 3 мас. части) с концентрацией твердого компонента 45%.
Сравнительные примеры 1 и 2
К стеклянным волокнам со средним диаметром 12 мкм и длиной волокон 3 мм и к пара-арамидным волокнам добавили пеногаситель. Каждый тип волокон диспергировали в воде при помощи разрывателя до получения жидких дисперсий волокон. После добавления регулятора вязкости каждую жидкую дисперсию волокон деаэрировали в вакууме непосредственно перед изготовлением из нее бумаги на круглосеточной бумагоделательной машине, оборудованной проволочной сеткой 100 меш. Полученную бумагу подвергли сушке при помощи сушилки Янки при температуре поверхности 130°С и прессованию при помощи устройства горячей прокатки, температура в котором была максимально возможной, 350°С. Ни стеклянные, ни пара-арамидные волокна не достигли соответствующей температуры размягчения, таким образом не проявив прочности бумаги из волокон. Следовательно, после перемещения на лист политетрафторэтилена эти типы бумаги из волокон были пропитаны тем же раствором эпоксидной смолы, который использовали в Примере 1, с целью получения печатных монтажных плат при тех же условиях, что и в Примере 1.
Стеклянные и пара-арамидные волокна выдержали в течение трех часов при температуре разложения целлюлозы (230°С). Ни цвет, ни размер бумаги не изменились, что указывает на великолепную теплостойкость и стабильность размеров. В результате погружения на 10 дней в 40%-ную серную кислоту, 40%-ный водный раствор гидроксида натрия и гексан при комнатной температуре зафиксировано разрушение стеклянных и пара-арамидных волокон водным раствором гидроксида натрия. Кроме того, стеклянные и пара-арамидные волокна выдержали при 23°С и относительной влажности 80% в течение 3 дней; было подтверждено, что водопоглощение стеклянных волокон составляет менее 1 мас.%, а пара-арамидных - менее 4 мас.%.
Сравнительный пример 3
Бумагу из волокон изготовили в соответствии со способом, использованным в Примере 1, из волокон полиэтилентерефталата (полиэстер) (ЕРО43™ производства Kuraray Co., Ltd.).
Хотя полученная бумага из волокон обладала более низким водопоглощением, она деформировалась в ходе испытаний на теплостойкость и стабильность размеров, в ходе испытаний на химическую стойкость зафиксировано разрушение 40%-ным водным раствором гидроксида натрия.
Печатная монтажная плата из этой бумаги из волокон в качестве материала сердцевины для печатных монтажных плат была изготовлена так же, как в Примере 1.
Сравнительный пример 4
К смеси 50 мас.% пара-арамидных волокон со средним диаметром 12 мкм и длиной волокон 3 мм и 50 мас.% волокон поли(п-фениленбензобисоксазола) (ZYLON AS™ производства Toyobo Co., Ltd.) добавили пеногаситель. Смесь диспергировали в воде при помощи разрывателя до получения жидкой дисперсии волокон. После добавления регулятора вязкости жидкую дисперсию волокон деаэрировали в вакууме непосредственно перед изготовлением из нее бумаги на круглосеточной бумагоделательной машине, оборудованной проволочной сеткой 100 меш. Полученную бумагу подвергли сушке при помощи сушилки Янки при температуре поверхности 130°С и прессованию при помощи устройства горячей прокатки, температура в котором была максимально возможной, 350°С. Ни пара-арамидные волокна, ни волокна поли(п-фениленбензобисоксазола) не достигли соответствующей температуры размягчения, таким образом не проявив прочности бумаги из волокон. Следовательно, после перемещения на лист политетрафторэтилена эти типы бумаги из волокон были пропитаны тем же раствором эпоксидной смолы, который использовали в Примере 1, с целью получения печатной монтажной платы при тех же условиях, что и в Примере 1.
Сравнительные примеры 5-7
Материалы сердцевины печатных монтажных плат из комбинации других волокон, параметры которых приведены в табл. 2, были изготовлены так же, как в Примере 1. Условия, отличающиеся от условий Примера 1, описаны в табл. 2. Печатные монтажные платы из указанных материалов сердцевины были изготовлены так же, как в Примере 1.
В ходе описанных ниже испытаний была выполнена оценка бумаги из волокон и материалов сердцевины печатных монтажных плат на основе бумаги из волокон, полученных в Примерах 1-28 и Сравнительных примерах 1-7.
Предел прочности при растяжении: испытываемые образцы шириной 15 мм и длиной 100 мм подвергли растяжению на машине для испытания на растяжение с постоянной скоростью при скорости растяжения 300 мм/мин с целью определения максимальной нагрузки до разрушения. Средняя величина пяти измерений рассматривалась как предел прочности на растяжение (кН/м).
Неравномерность толщины: толщину измеряли в пяти произвольных точках при помощи микрометра с целью вычисления степени изменения толщины. Образцы со степенью изменения толщины менее 10% обозначены «О», образцы со степенью изменения толщины от 10 до 20% обозначены «Δ», образцы со степенью изменения толщины 20% и выше обозначены «Х».
Степень изменения толщины = (максимальная измеренная толщина - минимальная измеренная толщина)/средняя измеренная толщина × 100
Оценку и сравнение печатных монтажных плат, изготовленных из материалов сердцевины на основе бумаги из волокон, полученных, как описано выше, производили следующим образом.
Гладкость: зеркально отраженный поверхностью подложки свет наблюдали визуально. Образцы, отражающие свет равномерно, обозначены «О», другие образцы обозначены «Х».
Теплостойкость: печатные монтажные платы в течение трех дней выдержали при температуре 30°С и относительной влажности 80%, затем на две минуты погрузили в ванну с расплавленным припоем с температурой 260°С и визуально наблюдали изменение состояния. Образцы, изменение которых не наблюдалось, обозначены «О», другие образцы обозначены «Х».
Полуотвержденные печатные монтажные платы, полученные, как описано выше, подвергли ламинированию и горячему прессованию при 185°С с получением многослойных плат толщиной 1 мм. Многослойные платы выдержали в течение одного дня при температуре 23°С и относительной влажности 65% и затем выполнили их оценку следующим образом.
Диэлектрическая постоянная: для измерения диэлектрической постоянной подложки при помощи измерительного устройства производства Agilent Technologies, Inc. (тип 4284™) с обеих сторон подложки в качестве электрода наложили медную фольгу. Измерения проводили при частоте 1 МГц.
Стабильность размеров: коэффициент теплового расширения испытываемого образца в направлении XY измеряли при помощи измерительного устройства для измерения линейного расширения при повышении температуры со 100°С до 200°С. Образцы, коэффициент теплового расширения которых составил 10 промилле/°С или менее, обозначены «О», образцы, коэффициент теплового расширения которых составил от 10 до 20 промилле/°С, обозначены «Δ», образцы, коэффициент теплового расширения которых составил 20 промилле/°С или более, обозначены «Х».
<b>Таблица 1</b>
Наименование волокна
Длина волокна, мм
Средний диаметр волокна, мкм
Размол
Степень размола, °SR
Волокно А1
Поликетоновое волокно
3
10
нет
≤10
Волокно А2
Поликетоновое волокно
1
10
нет
≤10
Волокно А3
Поликетоновое волокно
5
10
нет
≤10
Волокно А4
Поликетоновое волокно
7
10
нет
≤10
Волокно А5
Поликетоновое волокно
2
15
нет
≤10
Волокно А6
Поликетоновое волокно
2
6
да
26
Волокно А7
Поликетоновое волокно
2
3
да
43
Волокно А8
Поликетоновое волокно
15
15
нет
≤10
Волокно А9
Поликетоновое волокно
5
25
нет
≤10
Волокно B
Стеклянное волокно
3
12
нет
≤10
Волокно C
Пара-арамидное волокно
3
12
нет
≤10
Волокно D
Волокно поли(п-фениленбензобисоксазола)
3
12
нет
≤10
Волокно E
Волокно ароматических полиэфиров
3
8
нет
≤10
Волокно F
Пряденое из раствора целлюлозное волокно
-
-
да
60
Промышленное применение
Бумага из поликетоновых волокон, являющаяся объектом настоящего изобретения, хорошо подходит для использования в качестве материала сердцевины печатных монтажных плат; разделителя электродов или материала сердцевины разделителя для конденсаторов, таких как электролитический конденсатор с алюминиевым электродом или электрический двухслойный конденсатор; разделителя электродов или материала сердцевины разделителя электродов для гальванических элементов, таких как топливная батарея, ионно-литиевая батарея или никель-водородная батарея; материала сердцевины для ионообменных мембран.
Материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат и печатные монтажные платы, изготовленные с использованием этого материала сердцевины, хорошо подходят в качестве печатных монтажных плат для электротехнического оборудования, в особенности для использования в качестве многослойных печатных монтажных плат и т.п., благодаря малой толщине такого материала сердцевины. Кроме того, материал сердцевины на основе бумаги из поликетоновых волокон для печатных монтажных плат и печатные монтажные платы, изготовленные с использованием этого материала сердцевины, благодаря низким диэлектрическим свойствам хорошо подходят для использования в качестве печатных монтажных плат для высокочастотных цепей.