CN1015771B - 模塑印刷电路板 - Google Patents

模塑印刷电路板

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Abstract

本发明涉及一种实质上由四亚甲基己二酰二胺单元组成的热塑性材料制成的模塑印刷电路板。最好是采用多层结构，而该多层结构的至少一层含有增强填料，所述增强填料含有至少一种纤维质和一种非纤维质，其中，纤维质材料的量比非纤维质材料少。

Description

本发明涉及一种热塑性聚合体材料模塑成的印刷电路板。
一般来说，这种印刷电路板比目前使用的玻璃纤维增强的热固性树脂（例如酚醛树脂和环氧树脂）制成的扁平印刷电路板具有很大的优点。
这种模塑印刷电路板的一个例子见诸U.朱韦克博士一九八七年十月十四至十六日在西德维尔茨堡电子学聚合物材料专业会议上所作的题为“印刷电路用的热塑性塑料”的报告的讲稿。这些印刷电路板重要的优点是设计的灵活性更大，可以把插座之类的各种功能部件与印刷电路板注塑成一个整体，而在热固性树脂制成的普通扁平的印刷电路板的情况下，这些部件则必须分别敷设。
热塑性聚合体必须满足适合于模塑印刷电路板所需的一系列要求，除了要具有高的热挠曲温度和良好的加工性能外，尤其在注塑时，还必须具备可加以金属化的性能，尺寸稳定，耐化学腐蚀，具有不受温度或频率影响的介电性能和阻燃性。
朱韦克谈到适用的耐高温热塑性材料有聚醚亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）聚亚苯基硫醚（PPS），这些都是经过玻璃纤维增强了的。
在这些可能适用的热塑性材料中，看来只有PEI，即聚醚亚胺，能耐受钎焊所要求的高温。象ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）和聚碳酸酯之类也极其适用作壳体的不太特殊的聚合物，则只有用可靠的低温电密封技术来代替要求耐高温的钎焊技术时才能加以使用。上述聚合物用作模塑印刷电路板的另一个缺点是有时粘结电路所用的金属元件的能力差。尤其是用真空涂敷或溅射法敷设这些金属元件时更是如此，这是 由于在加工条件下聚合物产生挥发性组分所致。因此聚醚亚胺也不适用。按照J.H.雷伟一九八七年十一月二日在英国的索利哈尔的工程塑料讨论会（对未来的设想之二）上所作的有关二类工程塑料题为“增长中的高性能塑料的电气工程市场”的讲座，目前的研究工作已接近于生产模塑印刷电路板用的高性能塑料的阶段，但迄今还没有发现能满足所有要求的塑料。
当前本发明的目的是能满足用于模塑印刷电路板时所需一切要求的一种热塑性聚合物，特别是高热挠曲温度、可钎焊性和与金属粘结的要求，这种热塑性聚合物的印刷电路板用作外壳时外观精美，例如，电动器具和厨房用具就是用作外壳的模塑印刷电路板的一种实例。由于模塑印刷电路板可成形为任意形状，因此所述器具或厨房用具的外壳形状可任意给定，从而避免了有时需在外壳中将一般平面式印刷电路板进行复杂组装的情况和/或具有可利用电气零件同器具外壁（即，该外壳）直接接触而达到更好的散热效果，或可进一步减小器具体积等优点。
本发明热塑性聚合物材料模塑成的印刷电路板，其特征在于，该聚合物实质上是由许多四亚甲基己二酰二胺单元组成。实质上由四亚甲基己二酰二胺组成的这种聚合物也可以含有部分取代四亚甲基二胺或己二酸的其它单体。一般来说，这类共聚物仅仅在浓度上受到限制，即其浓度应不致对共聚物材料的机械性能和热性能产生过大的不利影响。在实践中，这个浓度不应超过30%，最好是小于20%。这类共聚物的例子有诸如内酰胺、二羧酸和二胺等制造酰胺类的化合物、制造亚胺类的化合物和诸如乙二醇对苯二酸酯和对苯二酸丁酯等制造酯类的化合物。这些共聚合物，举例说可用以提高注塑时的可加工性能或影响吸水性能。
所述聚合物还可由聚四亚甲基-己二酰二胺同基于上述单体的聚合物的混合物组成，例如同6、6.6、12型聚酰胺类和聚亚胺类，或同诸如聚砜、聚醚砜和聚亚苯基硫醚之类的其它聚合物混合，这可提供特殊优点。
若模塑印刷电路板是由若干薄层组成则特别有利。
本发明的模塑印刷电路板最好含有一个充以增强性填料的薄层。适用的增强性填料的例子有，象无机纤维或聚合物纤维之类的纤维，和/或象云母、粘土和滑石之类的片状填料，和/或象玻璃珠之类的球形填料，和/或棒形填料，和/或象白垩之类的粉状填料。最好将纤维质和非纤维质的填料混合使用。若纤维质填料的量比非纤维质填料少则能达到最佳的尺寸稳定性，从而抑制各向异性的影响。填料百分比的变化范围可以很宽，例如，以含有增强性填料薄层的总重量为基准，可以在15重量%至80重量%的范围。增强性填料用量的选择，部分取决于填料的性质和形状、所希望达到的机械性能和加工条件。
此外，该混合料还可含有常用的添加剂，例如稳定剂、润滑剂、阻燃剂、脱模剂、着色剂和颜料。
印刷电路板最好含有至少一含有电磁干扰防止剂的薄层。这种防止剂可以由例如金属纤维或金属片（例如钢和镍纤维或铝片）和金属化填料（如覆以例如镍的塑料或碳质纤维和云母）组成。在这些情况下，印刷电路板还可用作外壳。
模塑印刷电路板，即按模型成形，如一般技术人员所知，其模制过程是：将可塑性材料注入模具，再利用力的作用使其形成模具形状然后将其固化，便制成该材料的模制品。例如，可以采用如下工艺：注入模制用熔融聚合物和压制聚合物粉末或平板，通过挤压或延伸，即可获得如同受热模具形状的模塑印刷电路板成品。进行小批量生产时，先对原料型材（例如挤塑棒材）进行加工然后进行金属处理，实践证明，这样制造模塑印刷电路板有好处。
下面的一些实例将说明用实质上含四亚甲基己二酰二胺单元的热塑性聚合物制成的模塑印刷电路板与按现有技术制成的印刷电路板比较时所具有的特殊优点。
试验板是用若干混合料注塑成的。下面的一些性能是对这些实验板进行测定得出的，见表一。
第二栏“标准”给定了已测出的各性能所使用的标准方法。
表一
混合料    标准    单位    PA4.6    PA4.6    PA4.6/MXD.6    环氧
性能    30%    20%    云    80/20    （FR4）
玻纤    母    15%    30%    20%    玻
玻纤    玻纤    纤织物
熔点    ℃    292    292    272    无关
带V型切口    ASTM    D180    千焦/    10    10    -    3
平方米
在1.8兆帕时    ASTM    D648    ℃    284    286    262    -
的热畸变温度
10，000小时连    UL    746    B    ℃    150    150    150    125
续使用温度
膨胀系数1）ASTM D696 10-6/°K 30 30 - 20
膨胀系数2）ASTM D696 10-6/°K 55 35 - 77
体积电阻率 ASTM D257 欧.厘米 101510151015＜1013
表面电阻率 ASTM D257 欧 101510151015＜1013
抗电弧径迹    ASTM    D3638    伏    225    225    220    -
性CTI
介电常数
1千赫    DIN    53483    4.4    4.4    3.0    -
1兆赫    4.2    4.2    ＜5.5
24小时的吸    ASTM    D570    重量%    0.9    1.0    0.6    0.03
水率
1）在注塑方向上的膨胀系数。
2）垂直于注塑方向的膨胀系数。
PA    4.6：荷兰DSM公司出口的STANYL    R塑料，经过热稳定处理。
η相对＝3.0
PA 4.6/MXD按80∶20克分子比制成的四亚甲基己二酰二胺与间位二甲苯叉己二酰二胺的共聚多酰胺η相对＝2.8
环氧FR4：由玻纤增强的环氧树脂制成的标准印刷电路板
连续使用温度：是指经过10，000小时之后抗拉强度减少到原值的一半时所处的温度
所有的性能都是用干试样测定出来的。
试验板的表面都光滑，不出现色变现象。由于胺端基的浓度较高，所以聚酰胺表面能很好地加以金属化。如果用多层注塑法制成由非增强聚酰胺组成的薄层作为外层，则得到的表面还要好。
但聚酰胺类在潮湿情况下的电性能看来对其一般用途不利，更具体地说，对聚四亚甲基己二酰二胺在印刷电路板的应用不利。在这方面的特性数据如表二所示。
表二
湿含量对聚酰胺4.6的电性能和尺寸稳定
性的影响
D    C＊）
体积电阻（欧） 10151013-109
表面电阻（欧） 1014-10151013-1010
溶胀%    0.6
D＝干燥
C＝按照ISO    1110进行调理，加速法;70℃/62%的相对湿度
＊）经调理之后发现电阻值的变化相当大，这视添加剂（填料和/或稳定 剂的情况而定。
大大出乎本发明人的意料之外，实际上并不存在这个问题。之所以如此是由于电气装置或电子装置散热，导致温度升高，从而相对湿度下降，使体积电阻和表面电阻保持高值。
间歇使用本发明的三维印刷电路板，从而产生一定的温度循环，这样做看来具有特殊好处，这可从以下实例看出。
实例
一个厚1.6毫米由STANYLR＊250 F6模制成的试验板经受下列温度循环的考验：
在相对湿度经常为54%的室温（23℃）下放置16小时，然后升温至70℃，在此温度下保持8小时（这时相对湿度下降到2%），接着再次降温到室温，等等。
图1表示在该温度循环过程中试验板上各不同点处的含水量。
这表明大部分电路板的含水量总是很低，而且只有在表面非常薄的一层处的含水量是变化着的。这几乎不影响板的尺寸。试验板的体电阻性能也几乎不受影响，并保持在应用于电子装置时所需要的高阻值。但含水的表面层促使表面电导增大。然而这个在时间和量上受限制的表面电导的增加在许多情况下对防止静电的产生是有利的，而且对电路的工作没有不良的影响。
＊STANY LR250 F6 是荷兰DSM公司出品的聚四亚甲基己二酰二胺塑料，含有30重量%的玻纤和20重量%的阻燃剂。

Claims (3)

1、一种热塑性聚合物混合料模塑成的印刷电路板，其特征在于，该聚合物实质上由四亚甲基已二酰二胺单元组成，所述印刷电路板含有至少一充填有增强材料的薄层，所述增强材料含有至少一种纤维质和一种非纤维质材料，其中纤维质材料的量比非纤维质材料少。
2、根据权利要求1的模塑印刷电路板，其特征在于，该印刷电路板含有至少一层包含电磁干扰防止剂的薄层。
3、根据权利要求1或2的模塑印刷电路板，其特征在于，该印刷电路板也用作外壳。
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