TWI512155B - 包芯紗、纖維布及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用於織造高頻印刷電路板之基布的包芯紗，尤指一種具有環狀烯烴聚合物纖維之包芯紗及其所製成之纖維布。
新世代的消費性電子產品將朝向輕、薄、短、小及多功能合一的方向發展。而電子產品中所使用之印刷電路板(PCB,printed circuit board)亦朝向高密度、高聚集化發展，且印刷電路板所應用的電性質及耐熱性之要求係日益提高。
對於印刷電路板材料之電性質要求低介電常數，其主要目的在於縮短電子訊號在材料介質中的傳遞時間，並降低電子訊號傳遞時彼此互相干擾及損耗能量。
印刷電路板的核心材料為基板，常見的基板為銅箔基板(CCL,copper clad laminate)，基板製作技術依照材料不同而有不同之製造方法。目前，世界上市場占有率最高的產品為FR4(DICY Cured)基板，但此類基板之介電常數值約4.3~4.8之間，其介電常數值過高，故材料的特性係具有較多的改善空間。
此外，應用在高頻印刷電路板的基板之樹脂材料主要有：PTFE(polytetrafluoroethylene)系列樹脂及PPO(Poly phenyl oxide)系列樹脂。PTFE系列樹脂雖然具有極低之介
電常數值，但是原料價格極貴且不易加工成形，導致基板製程特殊且昂貴，因此PTFE系列基板基本應用在3 GHz以上頻率的特殊需求領域，且利用PTFE所製成之印刷電路板都運用在精密儀器或高單價的電子產品，故並未普遍地被使用。而GE公司則利用PPO所製造出來的印刷電路板之基板GETEK®
，其介電常數值約為4.0，材料的特性係相對較差。
再者，由於上述銅箔基板亦具有玻璃轉移溫度過低之問題，導致銅箔基板之耐熱性不足，從而造成使用時的危險性。
基於上述基板的電性質及耐熱性之缺點，習知技術大多數針對基板中之樹脂材料提供改良之手段，但仍無法提供具低介電常數且高耐熱性性質之基板。
此外，少數改良基板之纖維布及其所使用之紗線用來有效減低介電係數及增加耐熱性之技術被提出，而上述改良技術大部分係採用玻璃纖維布作為基板之基布，以用作補強與絕緣材料，但為使所製成之基板更具耐熱性，玻璃纖維布需經過矽烷偶合處理才能與樹脂偶合，以提高兩者結合的強度，但也增加了一道處理程序，增加其基布製程之複雜度。
有鑑於前述習知技術之缺失，本發明之目的在於揭示一種環狀烯烴聚合物纖維所製成之包芯紗，以及利用該包
芯紗編織成一預製布，再經一水洗步驟而製成一纖維布，以取代玻璃纖維布而作為銅箔基板之基布，本發明所提供之纖維布可以降低銅箔基板之介電係數、電子正切損耗，並增加玻璃轉化溫度以提升耐熱性。
然而，由於環狀烯烴聚合物纖維幾乎無結晶相，單純由環狀烯烴聚合物所構成之紗線，其纖維強度較弱而未能達到一般紡織品織造的標準，無法直接編織成一纖維布；本發明將澱粉及PVA混合物作為漿料包覆環狀烯烴聚合物纖維以形成漿紗；或以水溶性纖維作為外鞘來包覆環狀烯烴聚合物纖維以形成包芯紗，利用該漿紗或包芯紗作為經紗及緯紗以編織一預製布，再經一水洗步驟而完成由環狀烯烴聚合物纖維所構成之纖維布。
為達成上述之目的，本發明係提供一種包芯紗，包含：一芯紗，其係由環狀烯烴聚合物纖維所構成；及複數鞘紗，其係由聚乙烯醇纖維所構成，且該等鞘紗係纏繞於該芯紗上；其中該包芯紗之撚係數係介於2.3至2.5 TPI之間。
由上述包芯紗所量測而得之紗線強度係為3.1 g/d以上。再者，該包芯紗所測得之殘餘扭力介於83~104 note/m之間，且該包芯紗之0.2 mm以上之毛羽數係小於100根/m。因此，本發明所提供之包芯紗係可彌補環狀烯烴聚合物纖維之強度不足的缺點，同時在適合織造之扭力與毛羽數量之間取得平衡。
此外，在本發明實施例之包芯紗中，該鞘紗之數量為四股。
再者，該芯紗之線密度可為150 D，且該芯紗可包含48根環狀烯烴聚合物纖維。
再者，各該鞘紗之線密度可為40 D，且各該鞘紗可包含12根聚乙烯醇纖維。
本發明之另一目的在於提供一種纖維布之製造方法，包含以下步驟：一紡織步驟，將紗線紡織形成一預製布，該預製布包含複數經紗及複數緯紗，其中各該經紗為上述之包芯紗；及一水洗步驟，將該預製布經過一水洗處理，以移除非環狀烯烴聚合物纖維之材料，進而獲得一纖維布。
再者，上述預製布之緯紗可為包芯紗或漿紗，當使用包芯紗時，該水洗步驟係用於移除聚乙烯醇纖維，當使用漿紗時，該水洗步驟係用於移除聚乙烯醇複合漿料。
應瞭解的是，由於本發明之包芯紗具有高於3 g/d之強度，該包芯紗係可作為經紗或同時作為經紗及緯紗。
此外，在本發明之實施例中，該水洗處理所使用之水溫為60℃以上，而所使用之水溫越高其溶解速度越快，其中較佳之水溫為80℃。
本發明之再一目的在於提供一種纖維布，其係利用上述之製造方法所製成，該纖維布包含複數經紗及複數緯紗，各該經紗及緯紗係由環狀烯烴聚合物纖維所構成。
再者，在本發明之實施例中，該纖維布之經緯密為50×37根/in.。
據此，本發明係利用聚乙烯醇纖維纏繞環狀烯烴聚合物纖維以形成包芯紗，而其中最佳之包芯紗撚係數為2.5
TPI、強度為3.15、且殘餘扭力為104 note/m。此外，該包芯紗可進一步織造成纖維布，而利用該纖維布壓製而成之銅箔基板經由IPC-TM-650的測試標準方法得知，在該銅箔基板之電性質中，當頻率為5 GHz時，介電常數(Dk
)為2.7，電子正切損耗(Df
)為0.025，兩者均低於習知由玻璃纖維布所壓製而成之銅箔基板。再者，由DSC分析圖可得知，由環狀烯烴聚合物之纖維布所壓製而成之銅箔基板具有提高玻璃轉化溫度以增加耐熱性之功效，其相較習知的銅箔基板而高約25℃。
為充分說明本發明之目的、特徵及功效，使本發明所屬技術領域中具有通常知識者能瞭解本發明之內容並可據以實施，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
於本文中，「或」係指涵蓋性的「或」而非排他性的「或」。舉例而言，條件「A或B」在下列三種情形均屬滿足：A為真(或存在)且B為偽(或不存在)、A為偽(或不存在)且B為真(或存在)以及A、B均為真(或存在)。
此外，「一」乃用以描述本發明之要素及組分。此用法只是為了方便，同時提供本發明一般性的概念，且此種描述方式應包含一或至少一，且除非很明顯可知不含複數，否則單數也應包含複數。
若數量、濃度或其他數值或參數係以範圍、較佳範圍或一系列上限與下限表示，則其應理解成是特定揭露由任一對任何範圍之上限或較佳值與任何範圍之下限或較佳值構成之所有範圍，不論該等範圍是否有分別揭示。此外，於本文中若提到數值之範圍時，除非另有說明，否則該範圍應包括其端點以及範圍內之所有整數與分數。
於本發明中，在可達成發明目的之前提下，數值應理解成具有該數字有效位數之精確度。舉例來說，數字40應理解成涵蓋從35.0至44.9之範圍，而數字40.0則應理解成涵蓋從39.50至40.49之範圍。
本發明所使用之環狀烯烴聚合物(COC,cyclic olefin copolymer)纖維之規格為150 D/48 F，強度為1.41 g/d，伸度為57.4%；聚乙烯醇(PVA,polyvinyl alcohol)纖維之規格為40 D/12 F，強度為4.31 g/d，伸度為21.7%。
此外，在本發明所使用之量測儀器中，溶液黏度以3號及4號福特杯來量測；纖維強度及伸度以德國Textechno Statimat ME型儀器來量測；熱性質以SETARAM DSC131來量測。
請參考第1A圖及第1B圖，在本發明之實施例中，包芯紗1包含一股芯紗11及四股鞘紗12，其中該芯紗11係利用複數束COC纖維所形成，而各鞘紗12係利用複數束
PVA纖維所形成。第1B圖中之箭號表示鞘紗之撚向。由於COC纖維本身的強度較低，且在織造成纖維布時會因為與設備之中空錠子摩擦而產生毛線，從而降低織造效率，故需要利用PVA纖維纏繞於COC纖維上以提高其強度。
再者，在本發明中係利用撚係數來評定纖維之間的抱合度。一般而言，紗線之撚係數須大於2.3 TPI(twist per inch)才能使其強度高於370 gf，進而用於梭織布之織造，且隨著紗線之撚係數增加，其毛羽數及毛羽長度則會減少。但相對地，若紗線之撚係數過高，則造成其殘餘的扭力過高而無法順利織造紗線。以下表1為COC纖維在不同撚係數下被PVA纖維纏繞以形成包芯紗所測得之數據。
表1之數據顯示當包芯紗的撚係數達到2.3 TPI以上時，COC纖維產生毛線之現象才能被有效改善，並順利出紗。然而，當撚係數超過2.5 TPI時，則造成紗線殘餘的扭力過高，不利於進行織造。依據表1之量測結果可了解，本發明之包芯紗的撚係數需介於2.3~2.5 TPI之間，以達到織造所需之強度，同時，使得超過0.2 mm的毛羽數低於
100根，以達到出紗之標準。
此外，以下表2為本發明之包芯紗在不同撚係數下所對應之紗線強度。
一般而言，用於纖維布之經紗具有高於緯紗之強度，且紗線之強度須達到3 g/d以上才可作為經紗，而由表2中可觀察出紗線強度係隨著包芯紗的撚係數增加而增加，當撚係數達到2.1 TPI時，紗線強度係達到3.04 g/d，已符合作為經紗之標準。本發明之包芯紗具有較高紗線強度之主要原因，其一為利用鞘紗的纏繞係使得單股芯紗中之COC纖維之間更加緊密地結合，進而提升紗線的強度；其二為鞘紗本身具有較高之強度(4.31 g/d)，可提高整體包芯紗之強度。
在本發明之實施例中另提供由PVA漿料及COC纖維所形成之漿紗，其中，漿料的配製係利用40℃以上之熱水將PVA漿料及澱粉漿料調勻，接著利用福特杯測試複合漿料的黏度，以使漿料的黏度介於20~30 cps，最後將COC
纖維經含浸上漿、烘乾以製成漿紗，其中漿料之浸透率係介於20~30%之間。
上述之漿紗之強度僅達到2.12 g/d，係未符合一般梭織布之經紗所需之強度(3 g/d)，僅能作為緯紗使用。
在本發明之實施例中，對於COC纖維布之織造製程，係利用PVA纖維及COC纖維所製成之包芯紗作為經紗，而利用上述之漿紗作為緯紗，接著經過整經及打緯，織造成平紋組織之梭織布。該梭織布係作為後續加工處理之預製布，其經緯密為50×37根/in.，布厚為0.2 mm。
之後，將該預製布進一步經過一水洗處理，由於纏繞於包芯紗上之PVA纖維以及包覆於漿紗上之PVA漿料皆由水溶性之PVA材料所構成，而當PVA接觸到水時即可被溶解，以使其自預製布上移除，形成僅具有COC纖維之平織組織之COC纖維布。
在本實施例中，水洗處理係使用80℃之熱水進行溶解約20分鐘以移除PVA。
應了解的是，雖在本發明之實施例中係使用漿紗作為纖維布之緯紗，但本領域中具有通常知識者應可理解，由於本發明之包芯紗之強度係強於該漿紗，故該包芯紗係能取代漿紗而作為纖維布之緯紗，換言之，在本發明其他等效變換之實施例中，包芯紗除可僅作為經紗之外，亦可同時作為經紗及緯紗。
本發明之主要目的之一在於利用COC纖維所製成之基布取代銅箔基板中之玻璃纖維之基布，以提供具有低介電常數(Dk
,permitivity)及低電子正切損耗(Df
,loss tangent)，因此，在實施例中，係利用本發明COC纖維布製成之銅箔基板來量測電性質，以佐證本發明之優異功效。
一般而言，銅箔基板包含樹脂、基布及銅箔，在本發明之實施例及比較例之銅箔基板中，樹脂的調配比例係依據特定壓板條件來決定。
以下表3為測試之樹脂的調配比例，其中銅箔基板之壓板條件係固定在熱壓壓力：3 kg/cm2
、熱壓溫度：185℃、熱壓時間：2小時，以尋找合適之配方比例。
其中，NPEB-475A70為多種溴化環氧樹脂混合物之產品型號，其溶於丙酮中，固形份為70%，可購自一般商業來源；2-MI代表2-甲基咪唑(2-methyl imidazole)，其為硬化促進劑，用量單位為0.05 PHR；Dicy代表二氰二胺(dicyandiamide)；DMF代表二甲基甲醯胺(dimethylformamide)。
依據銅箔基板之壓製製程的最佳硬化時間為180秒，由表3可得知配方1的膠化時間最接近180秒，因此壓製銅箔基板之樹脂配方選用配方1。
接著，本發明實施例之銅箔基板係使用COC纖維布作為基布，而比較例之銅箔基板係使用玻璃纖維布(其規格如表4)作為基布。
接著，以膠化時間的2/3作為含進時間，將上述實施例及比較例之基布含浸於配方1之樹脂中，然後利用熱風循環風箱在165℃下進行烘乾，使樹脂中之部分成分聚合，以獲得具黏著性之預浸膠片(prepreg)，再與1 oz之銅箔疊
合於175~200℃下進行熱硬化壓合，製得銅箔基板。
以下表5為銅箔基板的電性質分析數據。
表5之COC纖維布所壓製而成的銅箔基板(實施例)，與玻璃纖維布所壓製而成的銅箔基板(比較例)之介電常數的數據係依據IPC-TM-650的測試標準方法而獲得。在該等數據中，實施例之銅箔基板的介電常數在頻率從1 MHz至5 GHz之條件下均低於比較例之銅箔基板的介電常數，且該等介電常數之最大差值係達到2.1。
再者，由表5所列之數據亦顯示出實施例之銅箔基板具有較低之電子正切損耗，且在頻率越高之條件下差異更趨明顯，最大差值係達到0.01。
此外，第2圖及第3圖依序為實施例與比較例之銅箔基板之DSC分析圖。由第2圖中可觀察出實施例之銅箔基板之玻璃轉化溫度為175℃，而由第3圖中可觀察出比較例之銅箔基板之玻璃轉化溫度則為150℃，藉此可佐證COC纖維布對於由其所壓製而成之銅箔基板具有提高玻璃轉化溫度之功效，進而提高銅箔基板之耐熱性。
據此，本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習
本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧包芯紗
11‧‧‧芯紗
12‧‧‧鞘紗
第1A圖為本發明實施例之包芯紗示意圖。
第1B圖為第1A圖之包芯紗沿A-A剖面線之剖視圖。
第2圖為實施例之銅箔基板之DSC分析圖。
第3圖為比較例之銅箔基板之DSC分析圖。
1‧‧‧包芯紗
11‧‧‧芯紗
12‧‧‧鞘紗
Claims (9)
- 一種包芯紗，包含：一芯紗，其係由環狀烯烴聚合物纖維所構成；及複數鞘紗，其係由聚乙烯醇纖維所構成，且該等鞘紗係纏繞於該芯紗上；其中該包芯紗之撚係數係介於2.3至2.5TPI之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之包芯紗，其中該鞘紗之數量為四股。
- 如申請專利範圍第1項所述之包芯紗，其中該芯紗之線密度為150D，且該芯紗包含48根環狀烯烴聚合物纖維。
- 如申請專利範圍第1項所述之包芯紗，其中各該鞘紗之線密度為40D，且各該鞘紗包含12根聚乙烯醇纖維。
- 一種纖維布之製造方法，包含以下步驟：一紡織步驟，將紗線紡織形成一預製布，該預製布包含複數經紗及複數緯紗，其中各該經紗係為如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之包芯紗；及一水洗步驟，將該預製布經過水洗處理，以移除聚乙烯醇纖維，而獲得一纖維布。
- 如申請專利範圍第5項所述之製造方法，其中各該緯紗為包芯紗或漿紗。
- 如申請專利範圍第5項所述之製造方法，其中該水洗處理所使用之水溫為60℃以上。
- 一種纖維布，其係利用如申請專利範圍第5項所述之製造方法所製成，該纖維布包含複數經紗及複數緯紗，各該經 紗及緯紗係由環狀烯烴聚合物纖維所構成。
- 如申請專利範圍第8項所述之纖維布，其經緯密為50×37根/in.。
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