DE102006016400A1 - Für die bleifreie Lötung geeignete identische VACULAM Basismaterialien und MULTIVACULAYER Mehrlagenschaltungen aus VACUPREG, VACUROLLAM und VACUCONTILAM sowie Verfahren und Vorrichtungen - Google Patents

Für die bleifreie Lötung geeignete identische VACULAM Basismaterialien und MULTIVACULAYER Mehrlagenschaltungen aus VACUPREG, VACUROLLAM und VACUCONTILAM sowie Verfahren und Vorrichtungen Download PDF

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Abstract

Es wird ein bleifrei lötbares identisches VACULAM-Basismaterial aus Epoxidharz-Glasgewebeprepregs beschrieben, das bevorzugt über perforierte Wickelhülsen durch Eintauchen in eine lösungsmittelfreie Lackmischung mit einer Viskosität von 100 bis 500 mPaÈs bei 50 DEG C vakuumimprägniert, in einem MEANDER-STRAHLUNGS-KOMPAKTTROCKNER, der aus vorzugsweise vier bis fünf hohen und 2 m langen Strahlersegmenten besteht, über auf 5 DEG C gekühlte meanderförmig angeordnete Umlenkrollen geführt und auf einen pressfähigen Vorhärtungsgrad gebracht oder mit Kupferfolie mittels einer auf einem Vertikaltrockner angeordneten Walzenkaschieranlage zu rollenförmigen identischen VACUROLLAM-Basismaterialien der Dicke 0,05 bis 0,2 mm ohne Verpressen kaschiert oder zu identischen VACUCONTILAM-Basismaterialien mittels Doppelbandpressen verpresst und gemeinsam zu identischen MULTIVACULAYERN auf Kurztakt oder ADARA-Pressen in 1 bis 10 min bei 5 bis 20 bar und 180 bis 190 DEG C verpresst wird, die über einen Anteil von kleiner 0,25% an flüchtigen Bestandteilen verfügen und mit zehn Reflowlötungen bei 260 DEG C keine Delamination aufweisen.

Description

  • Zur Herstellung von Multilayer und Basismaterialien werden Mehretagenpressen verwendet. Diese Mehretagenpressen werden pro Pressetage mit mehr als 10 Lagen belegt. Aufgrund des Wärmedurchgangs ist jedoch die Materialdicke auf 16 mm und die Presstemperatur auf 190 ° beschränkt. Der Pressdruck wird mit einem unteren Presszylinder auf alle Etagen gleichzeitig aufgegeben. Die Druckdifferenzen werden mittels Presspolster aus Papier oder Aramidvlies verstärkter Gummierung ausgeglichen. Der Pressvorgang ist isobar. Das bedeutet, dass beim Harzverlust in den Randbereichen der Druck durch die Verdichtung der Presspolster nachgesetzt wird. Dies führt zu einem abfallenden Druck über die zu pressende Fläche. Dies macht den Einsatz eines höheren Druckes erforderlich, damit auch noch im Randbereich der Multilayer oder Basismaterialien genügend Druck vorhanden ist, um die noch vorhandene Luft im Harzsystem aufzulösen. Der Pressdruck konnte von ursprünglich 40 bar auf derzeit 15 bis 20 bar reduziert werden, wenn eine Evakuierung der Prepregs in der Presse vor der Druckaufgabe erfolgt. Diese Evakuierung konnte jedoch bei dünnen und großformatigen Tafeln insbesondere in der Mitte der Laminate nicht vollständig erfolgen. Es war daher auch weiterhin ein hohes Fließverhalten des Harzes erforderlich, um die Luft aus dem Prepreggelege herauszutransportieren. Da die Aufheizung von außen erfolgt, ist die Aufwärmung der einzelnen Lagen nicht einheitlich. Dies hat zusammen mit dem Druckgradienten über die zu pressende Laminatfläche zur Folge, dass die einzelnen Multilayer und Basismaterialien ein nicht einheitliches Dimensionsverhalten aufweisen. Um dimensionsstabile Basismaterialien herzustellen, ist eine Einzelverpressung mittels Doppelbandpresse, Kurztaktpresse oder einer ADARA Presse erforderlich. Diese Einzelpressverfahren benötigen Prepregs mit niedrigem Harzfluss und einem möglichst schnellem Härtungsverhalten. Diesem schnellen Härtungsverhalten steht der hohe Lösungsmittelanteil beim Imprägnieren in einem Treater entgegen. Das Harzsystem muss daher eine ausreichend lange sogenannte offene Zeit besitzen, in der die Viskosität nicht so stark ansteigt, dass die Trocknung des Prepregs nicht vollständig erfolgen kann. Dann hat das Prepreg einen hohen Volatile. Dieser setzt die Qualität des daraus hergestellten Basismaterials deutlich herab. Um jedoch für die direkte Erwärmung geeignete Prepregs verfügbar zu machen, ist eine lösungsmittelfreie Imprägnierung erforderlich.
  • Es ist weiterhin ein wirtschaftlicher Trocknungs-Vorhärtungsprozess erforderlich, der keine hohen Trocknerschächte mehr erforderlich macht, da es hierdurch zu Verzügen der Glasgewebe und somit zu Dimensionsinstabilitäten kommt.
  • Die Herstellung von immer höherlagigen Multilayern führt zu immer dünneren Innenlagen. Die Innenlagen mit einer Dicke unter 0,2 mm werden bevorzugt mit einem Glasgewebeprepreg erzeugt. Dadurch dass zwischen zwei Pressblechen dann nur noch Innenlagen mit Dicken von 0.05 bis 0,2 mm liegen, kann eine Unebenheit im Pressblech nicht mehr ausgeglichen und die Luft aus diesem dünnen Prepreg nicht mehr entfernt werden.
  • Zur Herstellung von flexiblen Schaltungen wird neben den Polyimidfolien insbesondere ein Roll-Laminat verwendet, welches auf der Basis von 20 bis 50 μm Glasgeweben aufgebaut ist. Hierbei wird zunächst ein Epoxidharz-Glasgewebeprepreg hergestellt, welches anschließend auf zuvor mit Epoxidharzkleber beschichtete Kupferfolie kaschiert wird. Bei doppelseitiger Kaschierung, muss dieser Arbeitsgang noch ein zweites Mal durchgeführt werden.
  • Der Nachteil dieses Verfahrens sind nicht nur die drei Beschichtungs- und Kaschiervorgänge sondern auch die beidseitige Kleberschicht. Somit ist ein semiflexibles Basismaterial mit einer Dicke von 0,05 mm und mehr als 20 Biegezyklen auf Grund der erforderlichen Harzschicht nicht herzustellen. Bei beidseitiger Kaschierung kann wegen des Luftgehaltes im Prepreg eine ausreichende Lötfähigkeit nicht sichergestellt werden.
  • Zur Lösung dieses Problems und zur Realisierung von Herstellungsverfahren zur Erzielung identischer Mulilayerinnenlagen wurde die Herstellung in Doppelbandpressen empfohlen. Die Doppelbandpressen haben jedoch je nach dem System der Druckaufgabe unterschiedliche Probleme. So ermöglicht eine mit Druckkissen arbeitende Presse eine gestufte Druckaufgabe pro Druckkissen., jedoch keine schnelle Erwärmung des Prepregs. Eine nach dem Hydrodyn System arbeitende Presse lässt bisher keine Druckdifferenzierung zu kann jedoch das Prepreg mittels Thermo-Hydrauliköl schnell erwärmen.
  • Da jedoch bei der kontinuierlichen Verpressung in Doppelbandpressen bisher eine Befreiung der Prepregs von Luft und Restlösungsmittelanteilen nicht möglich war, konnten bisher keine luftblasenfreien identischen Innenlagen hergestellt werden. Es war bisher auch nicht möglich mittels einer Doppelbandpresse eine vollkontinuierliche Herstellung von Basismaterial ohne vorherige Imprägnierung durchzuführen.
  • In jüngster Zeit gibt es Überlegungen, die Multilayerschaltungen in einer Kurztaktpresse zu verpressen. In der Offenlegungsschrift DE 101 00 022 A1 wird bereits eine vakuumunterstützte Kurztaktpresse zur Verpressung von HDI Multilayerlaminaten beschrieben. Es wird eine Heizpresse für Gelierung und Härtung beschrieben. In der Offenlegungsschrift DE 0206787.2 vom 19.02.2002 wird bereits eine Kurztaktpresse zur Verpressung von kupferkaschierten HDI-Multilayern beschrieben. Es handelt sich hierbei um eine dreifache Unterkolbenpresse bestehend aus Gelierpresse, Härtungspresse und Kühlpresse. Diese Presse ermöglicht bereits eine Kurztaktverpressung. Das Problem von Lufteinschlüssen in Multilayerschaltungen wurde jedoch nicht gelöst. Die Kurztaktpressen arbeiten mit hoher Temperatur, sodass die Gelierung des Harzes innerhalb von 60 sek. eintritt. In dieser Zeit besteht für die eingeschlossene Luft keine Möglichkeit zu entweichen. Die normalerweise langen Gelierzeiten für Multilayerprepregs haben ihre Ursache in der Notwendigkeit, den Schaltungen die Entgasung zu ermöglichen.
  • Dies ist bei den bisher beschriebenen Kurztaktpressen nicht möglich. Bei den Temperaturen von 180 bis 220 °C ist das Harzsystem sofort flüssig, sodass es zum Herauslaufen des Harzes kommt. Mit den derzeitig bekannten Kurztaktpressen ist es nicht möglich, ein qualitativ hochwertiges Basismaterial oder eine Multilayerschaltung herzustellen.
  • Zur Herstellung von identischen Basismaterialien auf Kurztaktpressen, ADARA Pressen und Doppelbandpressen werden Prepregs benötigt, die keine Entgasung und somit kein Vakuum mehr in der Presse erforderlich machen, auf einen hohen Harzfluss verzichten können. und über eine hoher Reaktivität bei geringem Volatile verfügen. Zur Herstellung von beidseitig mit Kupferfolie kaschierten Basismaterialien mit einer Dicke von 0,04 bis 0,2 mm für den Einsatz als Multilayer – Innenlage oder als semiflexibles Basismaterial ist bisher kein Verfahren bekannt, mit dem ein Luftblasen- und Volatile freies rollenförmiges Basismaterial hergestellt werden kann. Die Herstellung von semiflexiblen Laminaten in den Dicken von 0,04 und 0,05 mm in Rollen ist bisher nicht möglich. Da das Prepreg bisher eine Textur aufweist kann diese erst mit der Kaschierung auf eine kleberbeschichtete Kupferfolie ausgeglichen werden. Dies führt jedoch zu einer größeren Harzschichtdicke, was wiederum die Reduzierung der Flexibilität bewirkt. Auch für die Herstellung von Multilayer-Innenlagen bis zu einer Dicke von 0,8 mm ist bisher kein Verfahren bekannt, welches zu identischen Multilayer Innenlagen führt, deren Prepregs luftblasen- und volatilefrei sind. Für die bleifreie Lötung bei einer Substrattemperatur von 200 °C ist ebenfalls kein Basismaterial bekannt, dass eine absolute Sicherheit vor der Delamination der Schaltungen beim löten gewährleistet.
    •
  • Aufgabe der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist es daher, identische Basismaterialien durch Verpressung auf Doppelbandpressen, Kurztaktpressen und ADARA Pressen unter Verwendung eines im Vakuum imprägnierten Glasgewebes herzustellen. Außerdem sollen Multilayer aus Innenlagen hergestellt werden, die nicht mehr durch Verpressung hergestellt werden müssen. Damit wird eine Möglichkeit geschaffen, Innenlagen aus beidseitig oder einseitig mit Kupferfolie kaschierten rollenförmigen Basismaterialien herzustellen.
  • Die Innenlagenschaltungen können somit alle von der Rolle verarbeitet werden. Es entfällt der schwierige Transport von foliendünnen Innenlagen bei der Resistbeschichtung bei der Belichtung, der Ätzung und der Oxidation. Es soll insbesondere ein Basismaterial gefunden werden, welches eine absolute Sicherheit vor der Delaminierung von Schaltungen beim bleifreien Lötprozess mit einer Temperatur von 245 °C gewährleistet. In der Zeitschrift PLUS 05/2005 Seite 805 wurde in dem Artikel „Bleifreies Löten- welches Basismaterial ist geeignet unter anderem auf die Problematik der Feuchtigkeit im Basismaterial mit deren Auswirkung auf die Delamination des Basismaterials bei einem Dampfdruck von 20 bar beschrieben. Es konnte hier jedoch außer dem Trocknen der Schaltungen über 3–5 stunden bei 120 °C keine Lösung des Problems angeboten werden.
  • In dem Artikel wird weiterhin darauf hingewiesen, dass Basismaterialien noch bis zu 0,5% Feuchtigkeit aufnehmen können. In der Fachzeitschrift PLUS 0312006 wird im Artikel Leiterplatten-Innovation und Kosten auf Seite 399/400 unter dem Titel Basismaterial und die Entwicklung hin zu bleifrei Technologien von Herrn Erik Biehl Fa. Multek beschrieben, dass alle Schaltungen mit einem Gewichtsverlust von 0,5% in allen Fällen beim Reflowlöten bei 260 °C delaminiert sind.
  • Die Lösung erfolgt durch ein VACULAM Basismaterial nach Anspruch 1, VACUPREG Prepreg nach Anspruch 2, VACUROLLAM Basismaterialien nach Anspruch 3 VACUFLEXLAM semiflexibles Basismaterial nach Anspruch 4, VACUCONTILAM kontinuierlich gepresstes Basismaterial nach Anspruch 5, MULTIVACULAYER identische Mehrlagenschaltung nach Anspruch 6 sowie Verfahren nach den Patentansprüchen 7 bis 14 und Vorrichtungen nach den Patentansprüchen 15 bis 20.
  • Es ist daher Bestandteil dieser Erfindung, dass herausgefunden wurde, dass nicht nur die von außen aufgenommene Feuchtigkeit ein Problem darstellt, sondern dass insbesondere die in den Prepregs enthaltenen Restlösungsmittel und die während der Lagerung aufgenommene Feuchtigkeit zum zentralen Problem wird. Die mit Kupferfolien beidseitig kaschierten Basismaterialien lassen sich nach dem Pressen nicht mehr trocknen, da die flüchtigen Bestandteile nicht mehr entweichen können. Somit führt ein Basismaterial mit noch eingeschlossenen Gasen aus Lösungsmittel und Feuchtigkeit zu einer Gefährdung der daraus hergestellten Schaltungen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Basismaterial verfügbar zu machen, welches möglichst aus volatilefreien Prepregs hergestellt wurde und keinen höheren Gewichtsverlust als 0,25% nach der Trocknung von 3 Stunden bei 120 °C aufweist.
  • Zur Lösung all dieser und noch weiterer Probleme werden Epoxidharz-Glasgewebeprepregs zur Herstellung von FR4 Epoxidharz-Glasgewebelaminaten nach NEMA den sogenannten VACULAM Basismaterialien sowie insbesondere für Multilayer-Innenlagen und von semiflexiblen Basismaterialien benötigt, die eine hohe Homogenität und keine Lufteinschlüsse besitzen. Die Harze müssen lösungsmittelfrei sein. Die hierzu geeigneten Aushärtungsmittel werden in der Offenlegungsschrift 1645556 Aktenzeichen P 16 45 556.4 (U 12017) vom 30. Juli 1970 beschrieben. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen in der Offenlegungsschrift DE 39 15 823 A1 vom 22.11.90 beschrieben, in dem Bisphenol-A-Novolak Härter und Imidazol Beschleuniger zur Anwendung kommen.
  • Zur Lösung dieses Problems bei gleichzeitiger Herstellung von hochwertigen identischen Basismaterialien, wird erfindungsgemäß eine Vakuumimprägnierung der kompletten Glasgeweberolle (1) in einem lösungsmittelfreiem Harzsystem (2) durchgeführt.
  • Hierzu werden die Glasgeweberollen (1) zunächst in einem Ofen (3) (1) auf 50 bis 120 °C erwärmt und dann in einen Autoklaven (4) (2) senkrecht auf die verschlossene Hülse (5) gestellt. Aus einem Harztank (6) (3), der bevorzugt mit einem aus mehreren Harzrohstoffen bestehendem Einkomponentenlack befüllt ist, welcher auf 50 bis 100 °C erwärmt wurde, wird der Lack (2) in einen Mischbehälter (7) gepumpt. Hier wird der Härtungsbeschleuniger aus einem separatem Tank (8) zugegeben.
  • Nachdem der mit einer Glasgeweberolle (1) gefüllte Autoklav (4) (2) mittels einer am Deckel angeordneten Vakuumpumpe (9) auf ein Vakuum von 5 bis 10 mbar evakuiert wurde, wird der auf 50 bis 100 °C erwärmte Lack von unten in den Autoklaven (4) (2) eingefüllt. Das Glasgewebe (1), welches auf einer nach unten verschlossenen bevorzugt metallenen Wickelhülse (5) aufgewickelt wurde, die durch eine Hülsenverlängerung (10) vor dem Eindringen von Lack (2) geschützt wird, wird nun luftblasenfrei mit Epoxidharzlack (2) imprägniert. Wenn dieser Vorgang abgeschlossen ist, wird der Lack wieder in dem Mischbehälter (6) zurückgepumpt. Der Autoklav (4) (2) wird nun um 90 ° ge schwenkt, so dass die Geweberolle (1) waagerecht liegt. Nun kann sie über die Hülse (5) mittels einer Transportvorrichtung aufgenommen und in eine Imprägnierablaufwanne (11) (4) gegeben werden. Diese Wanne (11) besitzt eine Walzenanordnung aus bevorzugt zwei stehenden Walzen (12), mit denen der Harzüberschuss in die Ablaufwanne (11) zurückgeführt wird.
  • Die Vakuumimprägnierung kann auch direkt am Treater (14) (6) oder vor der Doppelbandpresse (15) (7) durch permanente Vakuumimprägnierung über eine perforierte Wickelhülse (5) (5) durchgeführt werden., die über Lochungen (16) im Mittelbereich verfügt. Die perforierten Wickelhülsen (5) werden mittels eines Verschlusses (17) vakuumdicht befestigt. Anschließend wird ein pneumatischer Spanndornen (18) in die Hülse (5) gesteckt der mittig über ein Rohr (19) verfügt, welches mittels eines Schwimmerventils (20) vor dem Harzzutritt geschützt ist. Die pneumatischen Spanndorne (18) dichten über aufblasbare Gummibeläge (21) die Hülse (5) vakuumdicht ab. Die Geweberolle (1) wird mittels einer Vakuumpumpe (9)) über die perforierte Hülse (5) evakuiert und ein Vakuum von 10 bis 500 mbar aufgebaut. Vor der Evakuierung kann die Glasgeweberolle (1) noch in einem Wärmeschrank (3) (1) auf 50 bis 100 °C aufgewärmt werden. Anschließend wird sie auf einem Wendewickler (22) (6) aufgehangen und in die Imprägnierwanne (23) getaucht und permanent mit einer Vakuumpumpe (9) evakuiert. Das Glasgewebe (1) wird dann einer aus zwei Stäben bestehenden Abstreifeinheit (24) zugeführt. Die Abstreifeinheit (24) zur Entfernung von auf der Oberfläche befindlichem Lack (2) kann beim Rollenwechsel seitlich herausgefahren werden. Das auf der Oberfläche von Harz (2) befreite Glasgewebe (1) wird nun über eine Umlenkrolle ((25) durch eine Klebepresse (26) und durch einen Warenbahnspeicher (27) geführt. Über eine weitere Umlenkrolle (28) wird das vakuumimprägnierte Gewebe (13) in eine zweite Harzlösung (29) getaucht. Nach der zweiten Imprägnierung wird das vakuumimprägnierte Glasgewebe (13) mittels Dosierwalzen (30) auf den gewünschten Harzgehalt eingestellt und in einen vertikalen Trockenkanal (31) geführt Dieser Trockenkanal ist mit IR Strahlungsflächen (32) mit Wellenlängen von vorzugsweise 4 bis 6 μm ausgestattet. Die Trocknerluft wird bevorzugt entgegen der Gewebebahn von oben in den aufsteigenden Trockenkanal (31) eingeblasen und als Umluft über den zweiten Trockenkanal (40) zurückgeführt. Die Luft sollte bevorzugt eine Temperatur von 170 bis 190 ° C aufweisen. Die Temperatur sollte auf + – 3 °C genau geregelt werden, da hierdurch die erforderliche Genauigkeit der Gelierzeit eingehalten werden kann. Die lang- bis mittelwelligen IR Strahler sorgen für eine schnelle Erwärmung des Prepregs können jedoch nicht zur Einhaltung einer definierten Temperatur verwendet werden. Um eine Überhitzung zu vermeiden ist bei lösungsmittelhaltigen Harzsystemen eine Umluft/Abluft in vertikaler Strömung vorzusehen. Diese kann sowohl gegen die Bahnlaufrichtung wie auch mit dieser geschehen. Durch den Wegfall der Trocknung kann eine doppelte Imprägniergeschwindigkeit wie mit lösungsmittelhaltigen Harzsystemen erzielt werden. Es können auch Trockner mit geringerer Höhe verwendet werden. Dadurch können insbesondere bei dünnen Glasgeweben (1) Verzüge vermieden werden. Die nur mit Umluft betriebenen Strahlungstrockner erreichen somit die doppelte Produktionsgeschwindigkeit wie bisher übliche Abluft Trockner. Es wird erhebliche Energie eingespart, dadurch dass keine heiße Trockenluft verloren geht. Eine Nachverbrennung ist ebenfalls nicht erforderlich.
  • Bei der Herstellung von einlagigem rollenförmigen Basismaterial bringen die IR Strahler (32) das Harz (2) im aufsteigenden Trockenkanal (31) bereits auf einen pressfähigen Polymerisationsgrad. Über dem vertikalen Trockenschacht (31) sind zwei Kaschierwalzen (32) angeordnet, mit denen die auf einer Bühne (33) installierten Kupferfolienrollen (34) auf das vorreagierte Prepreg (35) aufkaschiert werden können. Hierzu wird zunächst die Kupferfolie (34) über die erste Kaschierrolle ((36) geführt und das Prepreg (35) auf die bereits mit Kupferfolie (34) belegte Rolle laminiert. Anschließend wird die zweite Kupferfolienrolle (34) auf der zweiten Kaschierrolle (37) abgelegt, auf die das bereits einseitig kaschierte Prepreg (35) ebenfalls durch halbe Umschlingung aufgelegt. und mit einem durch die Bahnspannung erzieltem Anpressdruck auf diese laminiert.
  • Anschließend wird das kupferkaschierte Prepreg (35) mittels zweier Heißkaschierwalzen (38) in den B-Zustand gebracht und das VACUROLLAM Basismaterial (39) auf dem absteigenden Trockenkanal (40) in den C-Zustand überführt. Nach dem Austritt aus dem absteigenden Trockenkanal (40) wird das VACUROLLAM (39) Basismaterial in einem Luftkühler (41) und mittels eine Kühl- und Bahnspannungswalze (42) auf 20 bis 50 °C abgekühlt und auf einem Wendewickler (22) aufgewickelt
  • Bei der Herstellung von einseitig mit Kupferfolie (34) kaschiertem Prepreg (35) wird die zweite von oben aufkaschierte Kupferfolie (34) durch eine Trennfolie ersetzt.
  • Zur Herstellung von VACUFLEXLAM Basismaterial in den Dicken von 0,45 bis 0,55 mm wird ein 50 μm dickes Glasgewebe (1) verwendet, welches bevorzugt mit 45 bis 55% Harzgehalt versehen wird. Durch das lösungsmittelfreie Harzsystem (2) wird eine texturfreie Oberfläche schon bei 50% Harzgehalt erreicht. Hierdurch ist es möglich eine Flexibilität von größer 20 Biegezyklen bei 4 mm Biegeradius zu erzielen.
  • VACUPREG Prepreg wird erfindungsgemäß mittels eines MEANDER-STRAHLUNGS-KOMPAKTTROCKNER (43) hergestellt, wie er in (7) dargestellt ist Es handelt sich hierbei um einen Trockenofen, der eine Bauhöhe von bevorzugt 4000 bis 5000 mm eine Länge von vorzugsweise 2000 mm und eine Breite von 1500 bis 2000 mm besitzt und durch den Anbau weiterer Segmente auf jede beliebige Länge ausbaubar ist. Vor diesem MEANDER-STRAHLUNGS-KOMPAKT TROCKNER ist eine Imprägnierwanne (23) angeordnet, in der das Glasgewebe (1) mittels Vakuumpumpe (9) über die perforierte Wickelhülse (18) permanent vakuumimprägniert wird. Zwei Dosierwalzen (30) sorgen für die Einstellung des richtigen Harzgehaltes. In diesem Kompakttrockner (43) sind oben und unten im Abstand von 50 bis 100 cm Rollen (44) angebracht, über die das Prepreg (13) meanderförmig geführt wird. Zwischen den Rollen (44) sind senkrechte Strahlersegmente (45) angeordnet, die parallel zur Prepregbahn ausgerichtet sind. Die Rollen (44) werden mittels eines Kühlaggregates (46) auf 5 bis 10 °C gekühlt, um so ein Ankleben des Harzes zu vermeiden. Nach der erfolgten Vorhärtung auf einen für die Verpressung geeignete Gelierzeit, wird das Prepreg (13) wieder aus dem KOMPAKTTROCKNER (43) herausgeführt und über eine Kühlwalze (47) der Aufwickelstation (48) zugeführt.
  • Diese erfindungsgemäße Bauweise ermöglicht es erstmalig Trockner für Prepregs nicht mehr turmartig in vertikalen Trockenschächten von 18 bis zu 36 m zu bauen sondern den Trockner in horizontaler Form als MEANDERTROCKNER zu konstruieren, so dass er in jede Produktionshalle aufgestellt werden kann
  • In (8) wird eine vollkontinuierlich Produktion von VACUCONTILAM Basismaterialien mittels Vakuumimprägnierung und Doppelbandpresse (15) dargestellt.
  • Hierbei handelt es sich um eine Doppelbandpresse (15) des Systems Hydrodyn. Die Pressplatte (49) (9) ist hierbei mit sogenannten Belägen (50) ausgestattet, die aus Teflon bestehen. In diese Beläge (50 sind fischgrätenartige Kanäle (51) eingebracht, in die Hydrauliköl über Bohrungen (52) mittels Hochdruckpumpen eingepresst wird. Das Öl fließt nun über den Steg (53) des Belages (50) und bildet einen Ölfilm aus. Im Zweiten Kanal (51) wird dieses Öl über eine weitere Bohrung (52) wieder in den Ölkreislauf zurückgeführt. Somit ist eine sehr intensive Erwärmung und eine isobare Verpressung gegeben. Um mit dieser Doppelbandpresse eine vollkontinuierliche Verpressung von vakuumimprägnierten nicht vorgehärteten Prepregs durchführen zu können, muss erfindungsgemäß vor dem Druckbereich (53 der Presse (15) (8) eine IR Strahlereinheit (54), eine Pressbandkontaktzone (55) und eine Presszone mit isocore Presscharakteristik (56) vorhanden sein. Dies ist insbesondere daher erforderlich, um das noch weiche Harz (2) nicht aus der Presse herauszudrücken. Diese isocore Presscharakteristik wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Bohrungen (52) in den Belägen (50) im Bereich von 20 bis 100 cm nach dem Eintritt in die Press zone verschlossen werden. Die Wärme wird hier nur noch über die Teflonbeläge (50) und die Pressbänder (57) übertragen. Die schnelle Härtung erfolgt dann in der mit Öl beaufschlagten Härtungszone (53). Die Kühlung erfolgt außerhalb der Presse.
  • Zur Verpressung werden die zuvor im Autoklaven (4) mit lösungsmittelfreiem Epoxidharlack bei einer Gelierzeit von 50 bis 70 sek 170 °C vakuumimprägnierten Prepregs (13) verwendet, die in Abtropfwannen (11) vor der Presse (15) angeordnet und mittels feststehender Walzen (12) auf den richtigen Harzgehalt eingestellt werden. Sollte der Harzgehalt nicht hoch genug sein, so sind die Prepregrollen (13) höhenverstellbar aufgehängt und können in das am Boden der Abtropfwanne (11) befindliche Harz eingetaucht werden. Nach der Harzdosierung werden die Prepregs über Umlenkrollen (58) der Presse (15) zugeführt. Wenn alle Prepregs (13) übereinander angeordnet sind, werden sie beidseitig mittels IR Strahler (54) auf einen pressfähigen Vorhärtungsgrad mit einer Restgelierzeit von 20 bis 30 sek gebracht. Anschließend werden sie mit Kupferfolien (34) kaschiert die auf den vorderen Umlenktrommeln (59) aufliegend auf Presstemperatur von 180 bis 190 °C vorgewärmt sind. Nach der weiteren Vorhärtung in der Pressbandkontaktzone (55) mit einer Länge von 50 bis 75 cm auf eine Gelierzeit von 10 bis 15 sek und im isocoren Presseneintrittsbereich (56) von 50 bis 100 cm auf 3 bis 5 sek wird in der Härtungszone (53) bei einem Druck von 5 bis 20 bar in 60 bis 120 sek. bei 180 bis 190 °C die Aushärtung in den C-Zustand durchgeführt.
    •
  • Beispiel 1:
  • Vakuumimprägnation von Glasgewebe mittels eines Autoklaven (Fig. 2).
    Figure 00100001
  • Beispiel 2
  • Herstellung von VACUPREG Prepregs durch permanente Vakuumimprägnation mittels eines MEANDER-STRAHLUNGS-KOMPAKTTROCKNERS
  • MEANDER-STRAHLUNGS-KOMPAKTTROCKNER (Fig. 7)
    Höhe: 4 m
    IR Strahlerlänge: 3 m
    Anzahl Segmente: 3
    Gesamtstrahlerlänge: 18 m
    IR Wellenlänge: 4 μm
    Umlenkrollen Temperatur: 5 °C
  • Figure 00100002
  • Epoxidbarzrezeptur A:
    Imprägnierviskosität: 500 m Pas bei 50 °C
    Verarbeitbarkeit bei 50 °C: 10 Tage
    Gelierzeit bei 170 °C: 60 sek.
    Prepreg Gewicht: 360 g/qm
    Prepreg Harzgehalt: 45%
    Prepreg Dicke: 0,210
    Evakuierung mit Vakuumpumpe (9): 10 mbar
    Geschwindigkeit: 10 m/min
    Restgelierzeit 170 °C: 20 sek.
    Volatile: 0,01%
    Fluss nach MIL: 20%
  • Beispiel 3
  • Figure 00110001
  • Herstellung von VACUROLLAM Basismaterialien der Dicke 0.2 mm (Fig. 6) als Innenlagen zur Herstellung von MULTIVACULAYERN mittels eines Strahlungstrockners Epoxidharzrezeptur A:
    Imprägnierviskosität: 500 m Pas bei 50 °C
    Verarbeitbarkeit bei 50 °C: 10 Tage
    Gelierzeit bei 170 °C: 60 sek.
    Prepreg Gewicht: 360 g/qm
    Prepreg Harzgehalt: 45%
    Prepreg Dicke: 0,210
    Trockner Höhe: 12 m
    Mittelwellige IR Strahler Wellenlänge: 4 μm
    Strahlerlänge pro Segment: 3 m
    Anzahl Segmente a 4 m: 3
    Aufsteigender Schacht (31): 180 °C Luft
    Absteigender Schacht (40): 180 °C Luft
  • Evakuierung mit Vakuumpumpe: 10 mbar
    Geschwindigkeit: 8 m/min
    Kupferfolie: 18 μm TW S Circuit Foils
    Kaschierwalzentemperatur (36, 37): 40 °C
    Laminierwalzentemperatur (38): 190 °C
    Luftkühler/Kühlwalzentemperatur (42): 20 °C
    • Ergebnis: VACUROLLAM Dicke 0.21 18/18 μm CU 50 m Rolle TG 160 °C
    • Gewichtsverlust nach 3 Stunden Trocknung bei 120 °C (ohne Kupfer) 0,1%
  • Beispiel 4
  • Herstellung von VACUCONTILAM der Dicke 0,6 mm zur vollkontinuierlichen Herstellung auf einer Doppelbandpresse (Fig. 8)
    Figure 00120001
  • Epoxidharzrezeptur A:
    Verarbeitbarkeit bei 50 °C: 10 Tage
    Gelierzeit bei 170 °C: 60 sek.
    Volatile: 0,01
    Prepregdicke: 0,21 mm
    Anzahl Prepregs: 3
    Harzgehalt: 45%
    Doppelbandpresse (15): Systen Hydrodyn
    Presslänge (48): 400 cm
    IR Strahlerstecke (49): 200 cm
    Bandkontakt (50): 75 cm
    Isocore Presseneintrittzone (56): 100 cm
    Druckmedium: Öl.,
    Pressdruck: 15 bar
    Trommeltemperatur Öl: 180 °C
    Öltemperatur: 180 °C
    Luftkühler 10 m Länge: 20 °C
    Produktionsgeschwindigkeit: 4 m pro min
    • Ergebnis: VACUCONTILAM Dicke 0.6 18/18 μm CU TG 160 °C
    • Gewichtsverlust nach 3 Stunden Trocknung 120 °C (ohne Kupfer) 0,12%
  • Beispiel 5
  • Herstellung von VACUFLEXLAM 0.05 mm 18/18 μm CU Anspruch 3 (Fig. 6)
    Figure 00130001
  • Epoxidharzrezeptur A:
    Imprägnierviskosität: 500 m Pas bei 50 °C
    Verarbeitbarkeit bei 50 °C: 10 Tage
    Gelierzeit bei 170 °C: 60 sek.
    Prepreg Gewicht: 100 g/qm
    Prepreg Harzgehalt: 50%
    Trockner Höhe: 12 m
    Mttelwellige IR Strahler Wellenlänge: 4 μm
    Strahlerlänge pro Segment: 3 m
    Anzahl Segmente a 4 m: 3
    Aufsteigender Schacht (31): 180 °C Luft
    Absteigender Schacht (40): 180 °C Luft
    Evakuierung mit Vakuumpumpe (9): 10 mbar
    Geschwindigkeit: 8 m/min
    Kupferfolie: 18 μm TW S Circuit Foils
    Kaschierwalzentemperatur (36): 40 °C
    Laminerwalzentemperator (38): 190 °C
    Luftkühler (41)/Kühlwalzen (42): 20 °C
    • Ergebnis: VACUFLEXLAM Dicke 0,05 mm 18/18 μm Cu
    • Biegezyklen: 25 TG 160° °C
  • Beispiel 6
  • Herstellung eines MULTIVACULAYERS mittels einer ADARA Presse.
    • Herstellung eines 8 lagigen Multilayers
    • Dicke 1,8 mm aus
    • 0,6 mm dickem Kernlaminat aus VACUCONTILAM (Beispiel 4)
    • 2 × VACUPREG Prepregs des Typs 7628 Dicke 0,21 mm (Beispiel 2)
    • 2 × Innenlagen aus VACUROLLAM (1 × 7628 18/18 μm CU) Dicke 0,21 mm
    • 2 × VACUPREG Prepreg Typ 7628 (Beispiel 2)
    • 2 × Kupferfolie (34) 18 μm verpresst.
    • Format = 920 × 650 mm
  • ADARA Presse Fa CEDAL Equipment.
    Anzahl Multilayer: 50
    Gesamtdicke: 90 mm
    Aufheizgeschwindigkeit: 15 °C pro Min.
    Aufheizzeit: 11 min.
    Druck: 10 bar
    Vakuum 5 Min: 50 mbar
    Presstemperatur: 180 °C
    Presszeit: 20 min
    • Ergebnis: TG 160 °C
    • Gewichtsverlust nach Trocknung 3 Stunden 120 °C = 0,15
    • Retlowlöten 10 fach 260° C: keine Delaminierung

Claims (20)

  1. VACULAM Basismaterial dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein bleifrei lötbares identisches Basismaterial zur Herstellung von Leiterplatten handelt, welches aus mit lösungsmittelfreiem Epoxydharzsystemen im Vakuum imprägnierten Glasgeweben besteht und welches bevorzugt im Einzelpressverfahren mittels Doppelbandpresse, Kurztaktpresse oder ADARA Presse hergestellt wurde, einen Gewichtsverlust nach 3 Stunden bei 120 °C von kleiner/gleich 0,25% besitzt, und nach zehnfachem Reflowlöten bei 260 °C keine Delaminierung aufweist.
  2. VACUPREG Prepreg zur Herstellung von bleifrei lötbarem identischem VACULAM Basismaterial nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass es aus Glasgeweberollen (1) besteht, die in einem lösungsmittelfreies Harzbad (2) in einem Autoklaven (2) oder durch permanentes Vakuum über die perforierte Wickelhülse (5) imprägniert, mittels Strahlungstrockner auf einen für die Laminat- und Multilayerherstellung geeigneten Vorhärtungsgrad gebracht wurden und vorzugsweise keine Luftblasen und flüchtigen Bestandteile enthalten.
  3. VACUROLLAM, ein rollenförmiges identisches VACULAM Basismaterial nach Anspruch 1 zur Herstellung von identische Multilayerinnenlagen dadurch gekennzeichnet, dass es aus Glasgeweben (1) bestehen, die mit lösungsmittelfreien Epoxidharzformulierungen (2) vakuumimprägniert und auf Rollen als einlagige-Laminate derart hergestellt werden dass sie mittels zweier auf dem Treater (14) angeordneten Walzenkaschieranlagen (36, 37, 38) (6) ein- und beidseitig mit Kupferfolie (34) ohne Anwendung von Pressdruck allein unter Ausnutzung der Bahnspannung kaschiert werden.
  4. VACUFLEXLAM ein rollenförmiges identisches VACULAM Basismaterial nach Anspruch 1 zur Herstellung von semiflexiblem Basismaterial dadurch gekennzeichnet, dass es aus 40 bis 50 μm dickem Glasgewebe (1) besteht, das mit lösungsmittelfreien thermisch härtbaren Harzformulierungen (2) vakuumimprägniert, mittels zweier auf dem Treater (14) angeordneter Walzenkaschieranlagen (36, 37, 38) (6) mit Kupferfolie (34) kaschiert wurde und das bereits ab einem Harzgehalt von 45 bis 55 Gew.% eine texturfreie Oberfläche mit einer mittleren Rauhigkeit von Rz. 3 bis 6 μm und eine Flexibilität von größer 20 Biegezyklen bei einem Radius von 4 mm erreicht.
  5. VACUCONTILAM ein Basismaterial nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es aus vakuumimprägnierten Prepregs (13) besteht, die auf einer Doppelbandpresse (15) mit Kupferfolie (34) verpresst wurden
  6. MULTIVACULAYER, eine identische Mehrlagenschaltung aus VACULAM nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sie aus endlos hergestellten identischen rollenförmigen VACUROLLAM (nach Anspruch 3) und VACUCONTILAM Innenlagen (nach Anspruch 5) besteht, die mit VACUPREG Prepregs (Anspruch 2) verpresst wurden.
  7. VACUIMPREG-Verfahren zur Herstellung von VACUPREG Prepregs (13) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Glasgeweberolle (1) in einem Ofen (3) (1) auf 50 bis 100 °C erwärmt senkrecht in einen Autoklaven (2) gestellt die unten verschlossene Hülse (5) oben mit einem Aufsatz (10) versehen wird, anschließend ein Vakuum von 5 bis 10 mbar erzeugt und von unten mit lösungsmittelfreiem Epoxidharzlack (2) mit gleicher Temperatur befüllt nach der Imprägnierung das Harz (2) abgelassen und das Prepreg (13) in eine mit einer Walzendosiereinheit (12) ausgestatteten Ablaufwanne (11) (4) gegeben und sowohl vor einem MEANDER-STRAHLUNGS-KOMPAKTTROCKNER oder einem Treater (14) zur weiteren Imprägnation in einem zweiten Imprägnierbad (29) (6) und der anschließenden Vorhärtung wie auch vor eine Doppelbandpresse (15) (8) zur kontinuierlichen Aushärtung installiert wird.
  8. VACUPREG-Verfahren zur Herstellung von VACUPREG Prepregs (35) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet dass die Glasgeweberolle (1) bevorzugt auf eine mittig mit Bohrungen (16) versehene Wickelhülse (5) aufgewickelt wird., die Wickelhülse (5) (5) beidseitig mit einem pneumatischem Verschluss (17) abgedichtet und mittels auf einem Spanndorn (18) angebrachten pneumatischen Gummibelägen (21) vakuumdicht verschlossen mittels eines Wendewicklers (6) (22) in eine mit lösungsmittelfreiem Harz (2) gefüllte Imprägnierwanne (23) mit einer Temperatur von 50 bis 100 °C und einer Viskosität von 100 bis 500 m Pas getaucht, über eine im Spanndorn (18) angebrachte Rohrleitung (19) die mit einem Schwimmerventil (20) vor dem Harzeintritt geschützt ist, mittels einer Vakuumpumpe (9) auf 10 bis 500 m bar permanent evakuiert,. einer Abstreifereinheit (24) oder einem Dosierwalzenpaar (12) zugeführt, von überschüssigem Harz (2) befreit, vor einer Doppelbandpresse (15) (8) einem MEANDER-STRAHLUNGS-KOMPAKTTROCKNER (7) oder einem Treater (14) (6) installiert und vor diesem über eine Umlenkrolle (25) durch eine Klebepresse (26) und einen Warenbahn speicher (27) und über eine weitere Umlenkrolle (28) in die zweite Imprägnierwanne (29) geführt und mittels einem Dosierwalzenpaar (30) auf den pressfähigen Harzgehalt eingestellt und bevorzugt mittels eines Strahlungstrockners (31, 40) in 30 bis 40 sek. auf den pressfähigen Vorhärtungszustand gebracht wird.
  9. Verfahren zur Herstellung von VACUPREG Prepregs nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass zwei Imprägnierbäder benutzt werden wobei in dem zweiten Imprägnierbad (29) (6) sowohl mit Füllstoffen versehene wie auch Lösungsmittel enthaltene Lacke verwendet werden können.
  10. Verfahren zur Herstellung von VACUPREG Prepregs nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass ein MEANDER-STRAHLUNGS-KOMPAKTTROCKNER (7) verwendet wird, wobei das Prepreg (35) über auf 5 bis 10 °C gekühlte Umlenkrollen meanderförmig durch einen Kompakttrockner geführt wird, der über vertikale IR Strahlerflächen mit einer bevorzugten Wellenlänge von 4 μm verfügt.
  11. Verfahren zur Herstellung von VACUROLLAM Basismaterial nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass über dem Treater (14 (6) vorzugsweise zwei Kaschierwalzen (36, 37) mit einer bevorzugten Temperatur von 20 bis 60 °C zwei Laminierwalzen (38) mit einer Temperatur von 180 bis 220 °C sowie zwei Kupferfolienrollen (34) angeordnet sind mit denen durch Halbumschlingung das Prepreg (35) mit den Kupferfolien (34) kaschiert und durch den über die Bahnspannung aufgebrachten Anpressdruck laminiert in den B-Zustand gebracht im absteigenden Trockenkanal (40) bevorzugt vollständig ausgehärtet und mittels Luftkühler (41) und der Kühlwalze (42) vor dem Aufwickeln mittels Wendwickler (22) auf 20 bis 50 °C abgekühlt wird.
  12. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von identischen VACUCONTILAM FR4 Basismaterialien nach (Anspruch 5) dadurch gekennzeichnet, dass Prepregs im VACUIMPREG Verfahren (1) (Beispiel 7) aus einer lösungsmittelfreien Epoxidharzformulierung mit einer vorzugsweisen Gelierzeit von 50 bis 70 sek. bei 170 °C hergestellt und mittels Doppelbandpresse (15) (8) nach dem Hydrodyn System derart verpresst werden dass die Prepregs (13) durch vor der Presse angeordnete IR Strahler (49) auf eine Restgelierzeit von 20 bis 30 sek. vorgehärtet, in der druckfreien Pressblechauflagezone (50) von 50 bis 75 cm auf 10 bis 15 sek. und in der isocoren Presszone (51) mit einer bevor zugten Länge von 50 bis 100 cm, die durch verschließen der in die Kanäle (45) der fischgrätenförmig angeordneten Teflonbeläge (44) der Pressplatte (43) eingebrachten Durchflussbohrungen (46) (9) erzeugt wird, auf 3 bis 5 sek. vorgehärtet und in einer zweiten isobaren Presszone (53) bei einem Druck von 5 bis 20 bar und einer Temperatur von 180 bis 190 °C in 60 bis 120 sek. ausgehärtet wird.
  13. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von identischen VACUCONTILAM FR4 Basismaterialien nach den Ansprüchen 5 und 12 dadurch gekennzeichnet, dass auch eine nach dem Druckkissenprinzip arbeitende Doppelbandpresse verwendet werden kann; wenn das erste Druckkissen im Presseneingang einen Druck von 1 bis 2 aufweist.
  14. Verfahren zur Herstellung von identischen VACULAM Basismaterial und MULTIVACULAYER nach den Ansprüchen 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass VACUPREG Prepregs VACUCONTILAM und VACUROLLAM Basismaterialien mittels einer direkt heizenden Presse wie eine Kurztaktpresse, einer Doppelbandpresse oder bevorzugt einer ADARA Presse bei 180 bis 190 °C und einem Druck von 5 bis 20 bar in 1 bis 10 min nach dem Erreichen der Härtungstemperatur ausgehärtet werden.
  15. Vorrichtung zur Aufbringung von Vakuum auf das Innere einer Glasgeweberolle (1) 5) dadurch gekennzeichnet, dass ein pneumatischer Spanndorn (18) verwendet wird, der im Inneren über ein Rohr (19) verfügt, welches bis zur Mitte des Spanndorn (18) führt und dort in einer Öffnung endet, welche über ein Schwimmerventil (20) verschlossen werden kann, über die ein Vakuum in das Innere einer Wickelhülse (5) aufbringbar ist, welche über mittig in die bevorzugt metallische Hülse eingebrachte Bohrungen (16) in die Glasgeweberolle (1) gelangt.
  16. MEANDER-STRAHLUNGS-KOMPAKTTROCKNER zur Herstellung von VACUPREG Prepregs (Anspruch 2) gemäß Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass ein bevorzugt 4 bis 8 m hoher, 1,5 bis 2 m breiter und in Segmente zu je 2 m unterteilbarer Trockenofen (43) verwendet wird. der an seinen beiden Außenwänden wie auch in der Mitte mit vertikal angeordneten IR Strahlern (45) ausgestattet ist zwischen denen das Prepreg (35) mittels kühlbarer Umlenkrollen (44) mittig geführt werden kann und diese Ofensegmente zu einem Kompakttrockner (43) beliebiger Länge zusammenstellbar sind.
  17. MEANDER-STRAHLUNG-KOMPAKTTROCKNER nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen die bevorzugt im Trockner angeordnet sind, auf eine Temperatur von 5 bis 10 °C kühlbar sind.
  18. Vorrichtung zur Herstellung von VACUROLLAM Basismaterial nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein vertikaler Strahlungs-Umlufttrockner (31, 40) verwendet wird, auf dem eine Walzenkaschiereinheit aus zwei bis vier Rollen angeordnet ist.
  19. Vorrichtung zur Herstellung von identischem VACUCONTILAM Basismaterialien nach den Ansprüchen 5 und 12 dadurch gekennzeichnet, dass eine Doppelbandpresse (15) (8) verwendet wird, vor der die bereits im Autoklaven (2) vakuumimprägnierten Prepregs (13) in je einer Abtropfwanne (11) angeordnet sind.
  20. Vorrichtung zur Herstellung von identischem VACUCONTILAM Basismaterial nach den Ansprüchen 5 und 12 dadurch gekennzeichnet, dass Glasgeweberollen (1) derart vor dem Eintritt in eine Doppelbandpresse (15) (8) angeordnet werden, dass jede Geweberolle (1) separat in einer Ablaufwanne (11) permanent durch Aufbringung von Vakuum auf die perforierte Wickelhülse (5) imprägniert werden kann.
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