DE102008051918A1

DE102008051918A1 - Dielektrische Zusammensetzungen, die beschichteten Füllstoff enthalten, und damit verbundene Verfahren

Info

Publication number: DE102008051918A1
Application number: DE102008051918A
Authority: DE
Inventors: G. Sidney Cox; Thomas Edward Orient Carney; Michele L. Ostraat; Stephen Wilmington MAZUR
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2009-05-07
Also published as: TW200921710A; US20090118408A1; KR20090046711A; JP2009117836A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft dielektrische Zusammensetzungen, die ein Harz und einen Füllstoff aufweisen. Der Füllstoff wird verwendet, um die Dielektrizitätskonstante zu erhöhen, und weist eine passivierende Oberflächenschicht auf.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein dielektrische Zusammensetzungen, die einen Füllstoff mit hoher Dielektrizitätskonstante (auch als "hoher k-Wert" bezeichnet) aufweisen. Konkreter bieten die dielektrischen Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung einen vorteilhaft niedrigen Leckstrom in kondensatorartigen Anwendungen, der zumindest teilweise auf eine Passivierungsschicht zurückzuführen ist, die auf den Füllstoff mit hohem k-Wert aufgebracht wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
In der Elektronikindustrie besteht ein Bedarf für kleinere Kondensatoren ohne Verminderung ihrer Leistung. Kondensatoren speichern elektrische Energie. Ein Weg zum Erzielen kleinerer Kondensatoren, welche die gleiche Menge elektrischer Energie speichern können, ist die Beimengung eines Füllstoffs, der eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist. Typischerweise ermöglicht die Verwendung eines Füllstoffs mit hoher Dielektrizitätskonstante in der dielektrischen Schicht eines Kondensators im Vergleich zu Dielektrika, die keinen Füllstoff enthalten, für eine gegebene Dicke der dielektrischen Schicht die Speicherung der gleichen elektrischen Ladungsmenge bei verminderter Kondensatorfläche.
Unerwünschter Leckstrom ist ein häufiger Nachteil von Füllstoffen mit hoher Dielektrizitätskonstante. Außerdem nimmt der Leckstrom im allgemeinen mit abnehmender Dicke der dielektrischen Schicht zu.
Es besteht ein Bedarf, die in einem Kondensator gespeicherte elektrische Energiemenge ohne Vergrößerung des Kondensators zu erhöhen und dabei auch den Leckstrom zu verringern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf eine dielektrische Zusammensetzung gerichtet, die aufweist: i. 10 bis 65 Vol.-% Füllstoff mit mindestens einer passivierenden Oberflächenschicht; und ii. 35 bis 90 Vol.% eines Harzes. Der Füllstoff kann irgendein dielektrischer Füllstoff sein, wie z. B. ein paraelektrischer Füllstoff, ein ferroelektrischer Füllstoff oder dergleichen. Die passivierende Oberflächenschicht kann ein Oxid oder dergleichen sein und kann im allgemeinen in einem Anteil von etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-% des Füllstoffs anwesend sein. Die dielektrische Zusammensetzung kann in die Form einer Schicht, einer Dickschichtpaste, eines Laminats oder dergleichen gebracht werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Obwohl die vorliegende Offenbarung nachstehend die bevorzugte(n) Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung beschreib, versteht es sich, daß die vorliegende Offenbarung die Erfindung nicht auf irgendeine offenbarte Ausführungsform einschränken soll. Im Gegenteil soll die vorliegende Offenbarung alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente einschließen, die im Grundgedanken und Umfang der Erfindung enthalten sind, wie in den beigefügten Patentansprüchen definiert.
In einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße dielektrische Zusammensetzung auf: i. 10 bis 65 Vol.-% Füllstoff mit mindestens einer passivierenden Oberflächenschicht; und ii. 35 bis 90 Vol.-% polymerartiges Harz.
Der erfindungsgemäße Füllstoff kann irgendein isolierendes Material sein, das heißt ein Material mit einem spezifischen Widerstand gegen Elektronenfluß von mehr als 10, 50, 100, 500, 1000, 5000 oder 10000 Ohm. In einer Ausführungsform weist der Füllstoff Keramikteilchen, -Plättchen oder -fasern auf. Brauchbare keramische Füllstoffe sind unter anderem Metalloxide, wie z. B. Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid und dergleichen. In einer Ausführungsform soll der Füllstoff die dielektrische Eigenschaft der Endzusammensetzung erhöhen.
Der Begriff "Dielektrizitätskonstante" soll die elektrostatische Energie bedeuten, die bei einem Potentialgradienten eins pro Volumeneinheit gespeichert wird, und ist das Verhältnis der Kapazität eines Materials zu der Kapazität, die sich ergibt, wenn das Material durch Luft oder Vakuum ersetzt wird. Die Kapazität ist ein Maß der elektrischen Ladungsmenge die bei einem gegebenen elektrischen Potential gespeichert wird. Die Kapazität kann berechnet werden, wenn die Geometrie der Leiter und die dielektrischen Eigenschaften des Dielektrikums zwischen den Leitern bekannt sind. Die Kapazität ist proportional zur Oberfläche des Leiters und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den Leitern.
In einigen Ausführungsformen ist der Füllstoff unter organischen Materialien, anorganischen Materialien oder deren Gemischen ausgewählt. In einigen Ausführungsformen hat der Füllstoff eine Dielektrizitätskonstante von mindestens 50. In einigen Ausführungsformen hat der Füllstoff eine Dielektrizitätskonstante von mindestens 75. In einigen Ausführungsformen hat der Füllstoff eine Dielektrizitätskonstante von mindestens 150. In einigen Ausführungsformen hat der Füllstoff eine Dielektrizitätskonstante zwischen 50 und 10000. In einigen Ausführungsformen ist der Füllstoff unter denjenigen mit einer Dielektrizitätskonstante zwischen 50 und 150 ausgewählt. In einigen Ausführungsformen hat der Füllstoff eine Dielektrizitätskonstante zwischen 70 und 150. In einigen Ausführungsformen hat der Füllstoff eine Dielektrizitätskonstante zwischen 150 und 10000. In einigen Ausführungsformen ist der Füllstoff unter denjenigen mit einer Dielektrizitätskonstante zwischen 300 und 10000 ausgewählt. Im Grunde genommen soll der Begriff "hohe Dielektrizitätskonstante" eine Dielektrizitätskonstante von mindestens 50 bedeuten.
Der Füllstoff kann von irgendeiner Form sein, einschließlich regelmäßiger oder unregelmäßiger Formen, und kann eine glatte oder rauhe Oberflächenstruktur aufweisen. In einigen Ausführungsformen werden Füllstoffe mit unterschiedlichen Formen verwendet. In einigen Ausführungsformen ist der Füllstoff partikulär. In einigen Ausführungsformen werden Füllstoffe mit unterschiedlichen Strukturen eingesetzt. In einigen Ausführungsformen weist das Füllstoffteilchen glatte Oberflächenabschnitte und andere, rauhe Oberflächenabschnitte auf. In einigen Ausführungsformen hat der Füllstoff eine mittlere Größenverteilung, in der 50% der Teilchen kleiner als 1 μm sind. In einigen Ausführungsformen hat der Füllstoff eine mittlere Größenverteilung, in der 50% der Teilchen kleiner als 0,75 μm sind. In einigen Ausführungsformen hat der Füllstoff eine mittlere Größenverteilung, in der 50% der Teilchen kleiner als 0,5 μm sind. In einigen Ausführungsformen hat der Füllstoff eine mittlere Größenverteilung, in der 50% der Teilchen kleiner als 0,4 μm sind. Messungen der Teilchengrößenverteilung wurden an einem Horiba LA-930-Analysator durchgeführt.
In einigen Ausführungsformen ist der Füllstoff in dem Anteil zwischen und wahlweise einschließlich irgend zwei der folgenden Werte anwesend: 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62 und 65 Vol.-% der Zusammensetzung. In einigen Ausführungsformen ist der Füllstoff in dem Anteil von 10 bis 65 Vol.-% der Zusammensetzung anwesend. In einigen Ausführungsformen ist der Füllstoff in dem Anteil von 15 bis 50 Vol.-% der Zusammensetzung anwesend. In einigen Ausführungsformen ist der Füllstoff in dem Anteil von 20 bis 40 Vol.-% der Zusammensetzung anwesend.
In einigen Ausführungsformen ist der Füllstoff unter mindestens einem paraelektrischen Füllstoff, mindestens einem ferroelektrischen Füllstoff oder Gemischen von zwei oder mehreren derartigen Füllstoffen ausgewählt. Verwendbare paraelektrische Füllstoffe sind TiO₂, Ta₂O₅, Hf₂O₅, Nb₂O₅, Al₂O₃, Steatit und Gemische davon. Verwendbare ferroelektrische Füllstoffe sind BaTiO₃, BaSrTiO₃, PbZrTiO₃, PdLaTiO₃, PdLaTiO₃, PdLaZrTiO₃, PdMgNbO₃, CaCuTiO₃ und Gemische davon.
Paraelektrische Füllstoffe sind Keramikteilchen, die eine lineare Charakteristik der Ladung oder Polarisation als Funktion der Spannung aufweisen und eine völlig reversible Polarisation von Ladungen innerhalb der Füllstoffstruktur nach Wegnahme des angelegten elektrischen Feldes aufweisen. In einigen Ausführungsformen sind paraelektrische Füllstoffe unter denjenigen ausgewählt, die eine Dielektrizitätskonstante zwischen 50 und 150 aufweisen. In einigen Ausführungsformen weisen die paraelektrischen Füllstoffe hohe Durchschlagspannungen von annähernd 39,37 kV/mm (1000 V/Mil) oder mehr und in ihrer räumlichen Form spezifische Volumenwiderstände von 10E12 Ohm-cm auf. In einigen Ausführungsformen zeigen die paraelektrischen Füllstoffe sehr kleine Änderungen der Dielektrizitätskonstante mit Änderungen der Temperatur.
Ferroelektrische Füllstoffe sind Keramikteilchen, die eine nichtlineare Charakteristik der Ladung und Polarisation als Funktion der Spannung aufweisen. Herkömmlicherweise werden ferroelektrische Füllstoffe verwendet, um die Dielektrizitätskonstante eines Dielektrikums zu erhöhen, da sie im Vergleich zu paraelektrischen Füllstoffen gewöhnlich eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweisen. Ferroelektrische Füllstoffe haben eine Dielektrizitätskonstante zwischen 150 und 10000. Die höheren Dielektrizitätskonstanten von ferroelektrischen Materialien werden durch die nichtlineare Charakteristik von Ladung und Polarisation als Funktion der Spannung verursacht. Diese nichtlineare Charakteristik ist eine Schlüsseleigenschaft von ferroelektrischen Materialien. Ferroelektrische Füllstoffe weisen außerdem bei Polarisation durch ein angelegtes Feld wegen irreversibler Änderungen in der Kristallstruktur einen Hystereseeffekt auf. Die Dielektrizitätskonstante für ferroelektrische Füllstoffe kann sehr stark mit der Temperatur variieren. Ferroelektrische Füllstoffe haben eine Curie-Temperatur. Die Curie-Temperatur ist die Temperatur, bei welcher der ferroelektrische Füllstoff spontane Polarisations- und ferroelektrische Eigenschafen verliert. Ferroelektrische Füllstoffe oberhalb ihrer Curie-Temperatur verhalten sich wie Paraelektrika. Während ferroelektrische Füllstoffe höhere Dielektrizitätskonstanten aufweisen, neigen ferroelektrische Materialien dazu, einen höheren Leckstrom als paraelektrische Stoffe aufzuweisen. Ferroelektrische Materialien haben außerdem eine niedrigere dielektrische Stehspannung und eine breitere Schwankung der Kapazität mit der Temperatur.
Der Füllstoff weist eine passivierende Oberflächenschicht auf. Der Begriff "passivierend" bezeichnet hierin die Behandlung einer Oberfläche, um die Oberfläche weniger aktiv zu machen. Eine passivierende Oberflächenschicht bezieht sich auf ein Material, das, wenn es auf die Außenfläche des Füllstoffs aufgebracht wird, den Leckstrom der dielektrischen Schicht in einem Kondensator vermindert. Der Begriff "Kondensator" bezeichnet hierin ein Bauelement, dessen Funktion darin besteht, elektrische Energie zu speichern. Er besteht aus zwei leitfähigen Schichten, die durch isolierendes oder dielektrisches Material getrennt sind. Er sperrt den Gleichstromfluß und läßt den Wechselstromfluß zu. Der Begriff "leitfähige Schichten" bezeichnet hierin Metallschichten oder Metallfolien. Leitfähige Schichten müssen nicht als Elemente in reiner Form eingesetzt werden; sie können auch als Metallfolienlegierungen verwendet werden, wie z. B. Kupferlegierungen, die Nickel, Chrom, Eisen und andere Metalle enthalten.
Der Leckstrom ist ein unerwünschter Strombetrag, der durch einen Isolator (ein Dielektrikum) zwischen zwei Elektroden fließt. Dieser unerwünschte Stromfluß durch einen Isolator läßt auf dem Kondensator befindliche Ladung abfließen. Normalerweise wird angenommen, daß die dielektrische Schicht den Stromfluß durch einen Kondensator verhindert. Obwohl der Widerstand der dielektrischen Schicht äußerst hoch ist, fließt ein winziger Strombetrag. Es entweicht eine so kleine Strommenge, daß sie im allgemeinen ignoriert wird. Wenn jedoch der Leckstrom ungewöhnlich hoch ist, treten Ladungsverlust und Überhitzung des Kondensators auf. Der Leckstrom kann mit der Zeit, der Temperatur und der Spannung variieren. Der Leckstrom ist außerdem von der verwendeten Füllstoffmenge und der Dicke der dielektrischen Schicht abhängig. Durch eine Verringerung der Dicke der dielektrischen Schicht wird der Leckstrom erhöht. Der Leckstrom wird gemessen, indem zwischen zwei Elektroden und an die dielektrische Schicht ein Potential angelegt wird. Der Strom zwischen den zwei Elektroden wird gemessen. Der gemessene Strom ist der Leckstrom.
In einigen Ausführungsformen wird die passivierende Oberflächenschicht unter organischen Materialien, anorganischen Materialien oder Gemischen davon ausgewählt. In einigen Ausführungsformen weist die passivierende Oberflächenschicht eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 50 auf. In einigen Ausführungsformen hat die passivierende Oberflächenschicht eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 30. In einigen Ausführungsformen hat die passivierende Oberflächenschicht eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 10. In einigen Ausführungsformen ist die passivierende Oberflächenschicht ein Oxid. Der Begriff "Oxid" bezeichnet hierin eine chemische Verbindung, die mindestens ein Sauerstoffatom und andere Elemente, aber nicht Kohlenstoff enthält. In einigen Ausführungsformen ist die passivierende Oberflächenschicht ein Gemisch von mindestens zwei Oxiden. In einigen Ausführungsformen ist die passivierende Oberflächenschicht ein Oxid, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid und Gemischen davon besteht.
In einigen Ausführungsformen gibt es einen praktischen oberen Grenzwert für den Anteil der anwesenden passivierenden Oberflächenschicht. Wenn die Dicke der passivierenden Oberflächenschicht auf dem Füllstoff zu groß ist, wird die gewünschte Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Zusammensetzung im allgemeinen nicht erzielt. In einigen Ausführungsformen ist die passivierende Oberflächenschicht in einem Anteil zwischen und wahlweise einschließlich irgend zwei der folgenden Werte anwesend: 0,1, 0,5, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19 und 20 Gew.-% vom Gesamtgewicht des Füllstoffs. Die passivierende Oberflächenschicht ist in einem Anteil von 0,1 bis 20 Gew.-% vom Gesamtgewicht des Füllstoffs anwesend. In einigen Ausführungsformen ist die passivierende Oberflächenschicht in einem Anteil von 0,5 bis 15 Gew.-% vom Gesamtgewicht des Füllstoffs anwesend. In einigen Ausführungsformen ist die passivierende Oberflächenschicht in einem Anteil von 1 bis 10 Gew.% vom Gesamtgewicht des Füllstoffs anwesend. In einigen Ausführungsformen ist die passivierende Oberflächenschicht in einem Anteil von 3 bis 9 Gew.-% vom Gesamtgewicht des Füllstoffs anwesend. In einigen Ausführungsformen kann die passivierende Oberflächenschicht eine einzige oder mehr als eine Schicht, kontinuierlich oder nicht kontinuierlich, auf der Oberfläche des Füllstoffs sein. In einigen Ausführungsformen wird eine kontinuierliche einheitliche Schicht gewünscht.
In einer Ausführungsform kann die passivierende Oberflächenschicht gebildet werden, indem das Oxidmaterial aus irgendeiner Anzahl von Lösungszusammensetzungen aus der Lösung auf den Füllstoff abgeschieden wird, was daher als "Naßbehandlung" bezeichnet wird. In einigen Ausführungsformen kann es notwendig sein, den pH-Wert der Lösung zu kontrollieren. In einigen Ausführungsformen kann die passivierende Oberflächenschicht durch Abscheidung aus der Dampfphase gebildet werden. Dem Fachmann sind andere Möglichkeiten zur Ausbildung der passivierenden Oberflächenschicht auf dem Füllstoff bekannt.
In einigen Ausführungsformen liegen die Werte des Leckstroms bei 500 V Gs zwischen und wahlweise einschließlich irgend zwei der folgenden Werte: 0,04, 0,05, 0,06, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,4², 0,5, 0,8, 1,0, 1,5, 2,0, 2,2, 2,4, 3, 6, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 94 und 100 μA/cm². In einigen Ausführungsformen beträgt der Leckstrom eines Kondensators, der die Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält, 0,04 bis 94 μA/cm² bei 500 V Gs. In einigen Ausführungsformen beträgt der Leckstrom eines Kondensators, der die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält, 0,42 bis 50 μA/cm² bei 500 V Gs. In einigen Ausführungsformen beträgt der Leckstrom eines Kondensators, der die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält, 2,4 bis 32 μA/cm² bei 500 V Gs.
In einigen Ausführungsformen liegen die Werte des Leckstroms bei 250 V Gs zwischen und einschließlich irgend zwei der folgenden Werte: 0,001, 0,002, 0,005, 0,01, 0,02, 0,04, 0,05, 0,06, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,35, 0,4, 0,42, 0,5, 0,55 und 0,6 μA/cm². In einigen Ausführungsformen beträgt der Leckstrom eines Kondensators, der die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält, 0,001 bis 0,6 μA/cm² bei 250 V Gs. In einigen Ausführungsformen beträgt der Leckstrom eines Kondensators, der die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält, 0,002 bis 0,25 μA/cm² bei 250 V Gs. In einigen Ausführungsformen beträgt der Leckstrom eines Kondensators, der die dielektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält, 0,002 bis 0,04 μM/cm² bei 250 V Gs.
Das Harz gemäß der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Material, das mindestens eine polymerisierbare Verbindung, mindestens ein Polymer oder mindestens eines von jedem Material aufweist. "Polymerisierbare Verbindung" bedeutet irgendeine Verbindung, die mit sich selbst oder einer anderen Verbindung reaktionsfähig ist, um große Moleküle zu bilden, die aus sich wiederholenden Struktureinheiten bestehen. Mit Struktureinheit ist eine relativ einfache Gruppe von Atomen gemeint, die durch kovalente Bindungen in einer spezifischen dreidimensionalen Anordnung verbunden sind. In einigen Ausführungsformen kann die polymerisierbare Verbindung ein Monomer oder eine Kombination von Monomeren sein. In einigen Ausführungsformen kann die polymerisierbare Verbindung ein Polymervorläufer mit niedrigem Molekulargewicht sein. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung können die Bezeichnungen Harz und Polymer austauschbar benutzt werden.
In einigen Ausführungsformen ist das Harz ein Copolymer. Der Begriff "Copolymer" soll ein Polymer mit mindestens zwei verschiedenen Struktureinheiten bedeuten. In einigen Ausführungsformen ist das Harz ein hitzehärtbares Harz. In anderen Ausführungsformen ist das Harz ein Thermoplast. In einer weiteren Ausführungsform kann das Harz ein Gemisch aus hitzehärtbaren Harzen und Thermoplasten sein. In einigen Ausführungsformen kann die polymerisierbare Verbindung durch Hitze oder andere Mittel, die eine Bestrahlung (z. B. mit Mikrowellen, Ultraviolett, Infrarot) einschließen, aber nicht darauf beschränkt sind, vernetzt oder ausgehärtet werden. In einigen Ausführungsformen ist das Harz eine Polyamidsäure (Polyimid-Vorläufer).
Verwendbare Harze sind unter anderem Epoxidharz, Acrylharz, Polyurethan, Polyester, Polyesteramid, Polyesteramidimid, Polyamid, Polyamidimid, Polyetherimid, Polyesterimid, Polycarbonat, Polysulfon, Polyether, Polyetherketon, Bismaleimidharze, Bismalimidtriazine, Flüssigkristallpolymere, Cyanatester, Fluorpolymere und Gemische von zwei oder mehreren dieser Harze. Die Harze sind im Handel erhältlich oder können durch dem Fachmann bekannte Verfahren hergestellt werden.
In einigen Ausführungsformen ist das Harz ein Polyimid. Einige Beispiele von Dianhydriden, die für die Herstellung von Polyimidharzen gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendbar sind, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf 4,4'-Oxydiphthalsäuredianhydrid (ODPA), Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), 3,4,3',4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, Naphthalin-2,3,6,7-tetracarbonsäuredianhydrid, Naphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)etherdianhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfondianhydrid, 2,3,2',3'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfiddianhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)methandianhydrid, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)propandianhydrid, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropan, 3,4,3',4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 2,6-Dichlornaphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid, 2,7-Dichlornaphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid, 2,3,6,7-Tetrachlornaphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäuredianhydrid, Phenanthren-1,8,9,10-tetracarbonsäuredianhydrid, Pyrazin-2,3,5,6-tetracarbonsäuredianhydrid, Benzol-1,2,3,4-tetracarbonsäuredianhydrid, und Thiophen-2,3,4,5-tetracarbonsäuredianhydrid und Gemische davon.
Einige Beispiele von Diaminen, die für die Herstellung von Polyimidharzen gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendbar sind, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf 1,3-Bis(4-aminophenoxy)benzol (APB-134), 3,4'-Oxydianilin, 4,4'-Oxydianilin, meta-Phenylendiamin, para-Phenylendiamin, 2,2-Bis(4-aminophenyl)propan, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Diaminodiphenylsulfid, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 3,3'-Diaminodiphenylsulfon, 4,4'-Diaminodiphenylether, 2,6-Diaminopyridin, Bis(3-aminophenyl)diethylsilan, Benzidin, 3,3'-Dichlorbenzidin, 3,3'-Dimethoxybenzidin, 4,4'-Diaminobenzophenon, N,N-Bis(4-aminophenyl)-n-butylamin, N,N-Bis(4-aminophenyl)methylamin, 1,5-Diaminonaphthalin, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, m-Aminobenzoyl-p-aminoanilid, 4-Aminophenyl-3-aminobenzoat, N,N-Bis(4-aminophenyl)anilin, 2,4-Bis(⎕-amino-t-butyl)toluol, Bis(p-⎕-amino-t-butylphenyl)ether, p-Bis-2-(2-methyl-4-aminopentyl)benzol, p-Bis(1,1-dimethyl-5-aminopentyl)benzol, m-Xylylendiamin, p-Xylylendiamin, Hexamethylendiamin, Stellungsisomere der obigen Verbindungen und Gemische davon.
In einigen Ausführungsformen ist das Harz in dem Anteil zwischen wahlweise einschließlich irgend zwei der folgenden Werte anwesend: 35, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88 und 90 Vol.-%. In einigen Ausführungsformen ist das Harz in dem Anteil von 35 bis 90 Vol.-% der dielektrischen Zusammensetzung anwesend. In einigen Ausführungsformen ist das Harz im Anteil von 50 bis 85 Vol.-% der dielektrischen Zusammensetzung anwesend. In einigen Ausführungsformen ist das Harz im Anteil von 60 bis 80 Vol.-% der dielektrischen Zusammensetzung anwesend.
In einigen Ausführungsformen hat das Harz in Abwesenheit von Füllstoff, wie hierin beschrieben, eine Dielektrizitätskonstante von 2 bis 6. In einigen Ausführungsformen hat das Harz in Abwesenheit von Füllstoff, wie hierin beschrieben, eine Dielektrizitätskonstante von 3 bis 5. Die Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Zusammensetzung gegenüber dem Harz allein wird durch den Volumenanteil von Füllstoff und die Dielektrizitätskonstante des eingesetzten Füllstoffs bestimmt. In einigen Ausführungsformen beträgt die Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Zusammensetzung 50 bis 90%. In einigen Ausführungsformen beträgt die Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Zusammensetzung 60 bis 80%. Es gibt einen praktischen oberen Grenzwert für den Füllstoffanteil, der dem Harz zugesetzt werden kann. Bei hohen Beladungen können die physikalischen Eigenschaften der dielektrischen Zusammensetzung beeinträchtigt werden. Zum Beispiel wird die dielektrische Zusammensetzung spröde. Dieser obere Grenzwert wird durch die Anwendung bestimmt, in der die Zusammensetzung eingesetzt wird.
Der dielektrischen Zusammensetzung können Lösungsmittel zugesetzt werden, um die Dispersion des Füllstoffs in dem Harz zu unterstützen. Das Lösungsmittel ist genauso lange nicht wichtig, wie es mit dem Polymer verträglich ist und die gewünschten Eigenschaften der dielektrischen Zusammensetzung nicht beeinträchtigt. Beispiele von typischen Lösungsmitteln sind unter anderem Dimethylacetamid und N-Methylpyrrolidon, aliphatische Alkohole, wie z. B. Isopropanol, Ester derartiger Alkohole, z. B. Acetate und Propionate; Terpene, wie z. B. Kiefernnadelöl und ⎕- oder ⎕-Terpineol, oder Gemische davon; Ethylenglycol und dessen Ester, wie z. B. Ethylenglycolmonobutylether und Butylcellosolveacetat; Carbitolester, wie z. B. Butylcarbitol, Butylcarbitolacetat und Carbitolaceta, sowie andere geeignete Lösungsmittel.
Die dielektrische Zusammensetzung kann auch andere Zusatzstoffe enthalten, wie z. B. Dispersionsmittel, Haftvermittler, Stabilisatoren, Antioxidationsmittel, Egalisierungshilfsmittel, Viskositätsregulatoren, Flammverzögerungsmittel, Weichmacher, Gleitmittel, Statikreguliermittel, Verarbeitungshilfsmittel und jeden anderen Zusatzstoff, der gewöhnlich in der Technik verwendet wird, vorausgesetzt, daß sie die gewünschten Eigenschaften der dielektrischen Zusammensetzung nicht beeinträchtigen.
Die dielektrische Zusammensetzung kann in verschiedenen Formen verwendet werden. In einigen Ausführungsformen hat die Zusammensetzung die Form eines Films. Der Begriff "Film" bezeichnet hierin einen freistehenden Film oder einen Überzug auf einem Substrat. Der Begriff "Film" wird austauschbar mit dem Begriff "Schicht" verwendet und bezieht sich auf eine Abdeckung einer gewünschten Fläche. Filme und Schichten können durch irgendein herkömmliches Abscheidungsverfahren, Aufdampfung, Flüssigkeitsabscheidung (kontinuierliche und diskontinuierliche Verfahren) und Thermotransfer gebildet werden. Kontinuierliche Abscheidungsverfahren schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Schleuderbeschichten, Gravurbeschichten, Gießen, Tauchbeschichten, Breitschlitzdüsenbeschichten, Sprühbeschichten und kontinuierliches Düsenbeschichten. Diskontinuierliche Abscheidungsverfahren schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Tintenstrahldruck, Tiefdruck und Siebdruck. Für die Zwecke der Offenbarung beträgt die gewöhnliche Schichtdicke 2 bis 50 μm. In einigen Ausführungsformen beträgt die Schichtdicke 4 bis 35 μm. In einer anderen Ausführungsform beträgt die Schichtdicke 8 bis 25 μm. In weiteren Ausführungsformen beträgt die Schichtdicke 0,308 bis 0,381 mm (12 bis 15 Mil).
In einigen Ausführungsformen kann die Zusammensetzung die Form einer Dickschichtpaste haben. Der Begriff "Dickschichtpaste" bezeichnet hierin ein Material, das durch ein Sieb auf eine Oberfläche gepreßt werden kann, um eine Schicht zu bilden. Das Material kann leitfähig, widerstandsbehaftet oder dielektrisch sein und beim Erhitzen, Leiter, Widerstände und Kondensatoren bilden. Das Material oder die "Paste" besteht aus Feststoffen, die in einem Lösungsmittel suspendiert sind.
In einigen Ausführungsformen hat die Zusammensetzung die Form eines Laminats. Der Begriff "Laminat" bezeichnet hierin ein Material, das durch Vereinigen von zwei oder mehr Materialschichten aufgebaut wird. Die Materialien können gleich oder unterschiedlich sein. In einer Ausführungsform weist das Laminat mindestens eine Metallschicht und eine dielektrische Schicht auf. In einer anderen Ausführungsform weist das Laminat mehr als eine Metallschicht und mindestens eine dielektrische Schicht auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Laminat mehr als eine Metallschicht und mehr als eine dielektrische Schicht auf. In einigen Ausführungsformen befindet sich die Metallschicht auf einer Seite einer dielektrischen Schicht. In anderen Ausführungsformen ist eine Metallschicht auf beiden Seiten einer dielektrischen Schicht vorhanden. In einigen Ausführungsformen ist das Metall als elektrischer Leiter vorhanden. In einigen Ausführungsformen kann das Metall, Gold, Titan, Silber und deren Legierungen sein. In anderen Ausführungsformen ist das Metall Kupfer. In einigen Ausführungsformen weist die Metallschicht auf einer Seite eine matte Oberfläche auf, um die Haftung zwischen dem Metall und der dielektrischen Schicht zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen hat die Metallschicht eine matte Oberfläche auf beiden Seiten. In einigen Ausführungsformen können die Laminate gestapelt und miteinander verbunden werden, um komplexere Schichtanordnungen zu ergeben, wobei die Schichten verschiedene Dielektrizitätskonstanten und verschiedene Dicken aufweisen können. In einigen Ausführungsformen ist die dielektrische Schicht thermisch an die Metallschicht gebunden. In einigen Ausführungsformen kann ein Klebstoff verwendet werden, um die Metallschicht und die dielektrische Schicht zu laminieren. In einigen Ausführungsformen hat die Metallschicht eine Dicke von 10 bis 40 μm. In einigen Ausführungsformen hat die Metallschicht eine Dicke von 18 bis 35 μm. In einigen Ausführungsformen hat die Metallschicht eine Dicke von 20 bis 30 μm.
Das Laminat kann nach einem der herkömmlichen, vom Fachmann angewandten Verfahren produziert werden, welche die folgenden Verfahren einschließen, aber nicht darauf beschränkt sind:
Extrusion oder Koextrusion einer Schmelze oder Lösung und anschließendes Spritzgießen. Die Schmelze oder Lösung kann direkt auf leitfähige Metallfolie gegossen werden. Oder die Schmelze oder Lösung kann durch Gießen auf eine Trommel, ein Band, eine Trennmittelfolie, Glasplatte oder ein anderes geeignetes Substrat als freistehende Folie gegossen und anschließend auf die leitfähige Metallfolie auflaminiert oder aufgeklebt werden;
Naßbeschichtungsverfahren: Sprühbeschichten, Schleuderbeschichten, Tauchbeschichten, Gravurbeschichten, Streichrakel, Ziehrakel, Spiralrakel, Gießmesser, Luftmesser, Walze, Bürste, Quetschwalze, Tauchwalze usw. auf die leitfähige Metallfolie;
Kalandrieren, Pulverbeschichten, elektrostatisches Beschichten, Aufdampfen oder Sputtern.
Beim Gießen oder Beschichten aus der Lösung kann ein Koagulations- oder Verdampfungsprozeß angewandt werden, um das Lösungsmittel zu entfernen. Einige Polymere, wie z. B. Polyamidsäuren oder Epoxide, können eine Aushärtung erfordern, um die endgültigen chemischen Eigenschaften zu erzielen oder einen erwünschten Grad physikalischer Eigenschaften zu erreichen. Die Aushärtung kann in Folge mit dem Beschichtungs-/Gießvorgang ausgeführt werden oder sie kann in einem getrennten Schritt ausgeführt werden. Im letzteren Fall wird zunächst ein "roher" oder "B-Stufen"-Film/Überzug hergestellt. Filme können mit herkömmlichen Verfahren einachsig oder zweiachsig orientiert werden, wie z. B. durch Strecken, Blasen, Spannen, aber nicht darauf beschränkt.
In einigen Ausführungsformen kann der Film als dielektrische Schicht in einem Kondensator verwendet werden. Kondensatoren, die einen Film gemäß der vorliegenden Offenbarung nutzen, sind für Leiterplatten verwendbar. Eine Leiterplatte ist eine Struktur, die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, aber keine gedruckten Komponenten, in einer vorgegebenen Anordnung auf einem gemeinsamen Träger bereitstellt. Sie kann einseitig oder doppelseitig oder eine mehrschichtige Konstruktion aus steifen oder flexiblen Verbundmaterialien sein. Eine weitere nützliche Anwendung sind Gehäuse für elektronische Schaltungen, ein Leiterrahmengehäuse, ein Chip-an-Flex-Gehäuse (COF), ein Lead-on-Chip-Gehäuse (LOC), ein Multichipmodul-Gehäuse, ein Ball-Grid-Array-Gehäuse (Chipgehäuse mit Lötpunkten, BGA), ein Gehäuse in Chipgröße (CSP), ein Gehäuse mit automatischem Folienbonden oder ein Aufbau-Mehrlagengehäuse. Mehrlagenpackung, Leiterplatten, BUM-Mehrlagenleiterplatten.
Der Begriff "Gehäuse" bezeichnet hierin ein Gehäuse für einen oder mehrere Halbleiterchips, das den elektrischen Anschluß ermöglicht und mechanischen Schutz sowie Schutz gegen Umgebungseinflüsse bietet.
Der Begriff "Lead-on-Chip-Gehäuse" bezeichnet hierin einen Leiterrahmen, der für die Ausrichtung auf und den Anschluß an die Bondinseln des integrierten Schaltkreises konstruiert ist, die an einer Fläche des Chips mit integriertem Schaltkreis angeordnet sind. Diese Bondinseln sind die Punkte, an denen alle Eingangs- und Ausgangssignale anliegen und Strom- und Masseanschlüsse hergestellt werden, damit der integrierte Schaltkreis wie vorgesehen funktioniert. Die Leiter des Leiterrahmens können aus irgendeinem zum Bonden geeigneten Metall bestehen und können entweder selektiv oder nichtselektiv metallbeschichtet sein, wie dem Fachmann bekannt ist. Jeder integrierte Schaltkreistyp erfordert einen Leiterrahmen mit einer spezifischen Leiterstruktur. Diese Struktur kann durch Anwendung von Ätz- oder Stanzprinzipien gefertigt werden, die in der Technik der Halbleitermaterialien bekannt sind. Außer der richtigen Struktur für einen spezifischen integrierten Schaltkreis muß der Leiterrahmen richtig ausgerichtet und in Ausrichtung mit den Bondinseln des integrierten Schaltkreises gehalten werden. Sobald er ausgerichtet ist, kann der Leiterrahmen durch Drahtbonden, automatisches Folienbonden ("TAB"), Keilbonden oder andere, dem Fachmann bekannte Verfahren an die Bondinseln des integrierten Schaltkreises angeschlossen werden.
Der Begriff "Multichipmodul-Gehäuse" bezeichnet hierin ein Gehäuse, das mehr als einen Chip auf einem Substrat enthält. Das Substrat kann ein laminiertes oder aufgebautes Silicium-, Keramik- oder Metallsubstrat für gedruckte Schaltungen mit hoher Bestückungsdichte sein.
Der Begriff "Gehäuse mit Lötpunkten" (Ball-Grid-Array, BGA) bezeichnet hierin ein Gehäuse, in dem die Außenanschlüsse an das Gehäuse über eine Matrix von kugelartigen Anschlüssen, typischerweise aus Lötmetall, alle auf einer gemeinsamen Ebene hergestellt werden.
Der Begriff "Gehäuse in Chipgröße" (CSP) bezeichnet hierin einen Chipträger für einen integrierten Schaltkreis, der Bondinseln anstelle von Stiften oder Drähten mit einer um 10 bis 20% größeren Gesamtgröße als der Chip verwendet.
Der Begriff "Gehäuse mit automatischem Folienbonden" bezeichnet hierin ein Verfahren, bei dem präzise geätzte Anschlüsse, die auf einem flexiblen Band oder Kunststoffträger unterstützt werden, automatisch über den Bondinseln auf einem Chip positioniert werden. Ein erhitzter Druckkopf wird dann über der Baugruppe abgesenkt und bewirkt dadurch gleichzeitig das Thermokompressionsbonden der Anschlüsse an alle Bondinseln auf dem Chip. Der Chip wird dann durch Auftropfen von Epoxidharz oder Kunststoff gekapselt ("glob-topped").
Der Begriff "Aufbau-Mehrlagengehäuse" bezeichnet hierin Schichten einer Leiterplatte, die durch Anlagern von organischen dielektrischen und strukturierten Kupferschichten an eine oder beide Seiten eines laminierten Leiterplattenkerns aufgebaut werden.
Der Begriff "Leiterrahmengehäuse" bezieht sich auf einen rechteckigen Metallrahmen mit Anschlüssen. Der Rahmen enthält die Anschlüsse, die mit den Halbleiterchips verbunden sind. Nach dem Kapseln oder Abdecken des Gehäuses wird der Rahmen abgeschnitten und läßt die aus dem Gehäuse hervorstehenden Anschlüsse zurück.
Der Begriff "Chip-an-Flex-Gehäuse" bezeichnet hierin die Montage von Chips direkt auf flexiblen Substraten und anschließendes Drahtbonden, automatisches Folienbonden oder Flip-Chip-Bonden (Höckerbonden) zur Herstellung elektrischer Verbindungen. Der Chip wird dann durch Auftropfen von Epoxidharz oder Kunststoff gekapselt ("glob-topped").
Der Begriff "Flip-Chip" bezeichnet hierin einen Halbleiterchip mit allen Anschlüssen auf einer Seite in Form von Lötkontakten oder Kontakthöckern. Nachdem die Oberfläche des Chips passiviert worden ist, wird er zur Befestigung an einem passenden Substrat umgewendet.
Die Begriffe "weist auf', "aufweisend", "schließt ein", "einschließlich", "hat", "habend (mit)" oder irgendeine weitere Variante davon sollen einen nicht ausschließenden Einschluß beinhalten. Zum Beispiel sind ein Verfahren, Prozeß, Gegenstand oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen aufweisen, nicht unbedingt nur auf diese Elemente beschränkt, sondern können andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder einem solchen Verfahren, Prozeß, Gegenstand oder einer Vorrichtung eigen sind. Ferner bezieht sich, wenn nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben wird, "oder" auf ein inklusives Oder und nicht auf ein exklusives Oder. Zum Beispiel wird eine Bedingung "A oder B" durch eine der folgenden Aussagen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
Außerdem werden "ein (eine)" oder "der (die, das)" benutzt, um Elemente oder Komponenten der Erfindung zu beschreiben. Dies erfolgt lediglich zur Bequemlichkeit und um einen allgemeinen Sinn der Erfindung zu vermitteln. Diese Beschreibung ist so zu lesen, daß sie "ein oder mindestens ein" einschließt und der Singular den Plural einschließt, wenn nicht offensichtlich ist, daß sie anders gemeint ist.
BEISPIELE
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen weiter beschrieben, die den in den Ansprüchen beschriebenen Umfang der Erfindung nicht einschränken.
Verfahren zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten werden im ASTM-Standard D150 "Standard Test Methods for AC Loss Characteristics and Permittivity (Dielectric Constant) of Solid Electrical Insulation" (Standard-Testverfahren für Wechselstromverlusteigenschaften und Permittivität (Dielektrizitätskonstante) von Feststoffisolatoren) beschrieben. Die Dielektrizitätskonstante von Verbundschichten wurde auf der Basis der gemessenen Kapazität der Kondensatoren mit 2,5 cm Durchmesser berechnet.

Der Leckstrom wird mit einem Hipotronics H300B Series HiPot (Isolationstester) and Megohmmeter bei Raumtemperatur gemessen. Zwischen den zwei Kupferfolienelektroden und an die dielektrische Schicht wird ein Gleichspannungspotential von 250 und 500 Volt angelegt. Bei diesem Potential wird der Strom zwischen den zwei Elektroden gemessen und in Strom pro Flächeneinheit der Kondensatorelektrode umgerechnet.

R-101	Titandioxid, das 1,7 Gew.-% Aluminiumoxid auf der TiO₂-Teilchenoberfläche enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht des Teilchens einschließlich der Beschichtung. Im Handel erhältlich von DuPont.
R-706	Titandioxid, das 2,4 Gew.-% Aluminiumoxid und 3 Gew.-% Siliciumdioxid auf der TiO₂-Teilchenoberfläche enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht des Teilchens einschließlich der Beschichtung. Im Handel erhältlich von DuPont.
R-960	Titandioxid, das 3,3 Gew.-% Aluminiumoxid und 5,5 Gew.-% Siliciumdioxid auf der TiO₂-Teilchenoberfläche enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht des Teilchens einschließlich der Beschichtung. Im Handel erhältlich von DuPont.
R-350	Titandioxid, das 1,7 Gew.-% Aluminiumoxid und 3,0 Gew.-% Siliciumdioxid auf der TiO₂-Teilchenoberfläche enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht des Teilchens einschließlich der Beschichtung. Im Handel erhältlich von DuPont.
JEC RA	Walzgeglühte, 35 μm dicke Kupferfolie.

Die in den Beispielen verwendete Polyamidsäure ist ein Copolymer von 4,4'-Oxydiphthalsäuredianhydrid (ODPA), Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA) and 1,3-Bis(4-aminophenoxy)benzol (APB-134) mit einer Glasübergangstemperatur von annähernd 250°C.
BEISPIEL 1
Es werden zwei Aufschlämmungs-Chargen hergestellt. Eine Charge enthält R-101, und eine zweite Charge enthält R-706. Die Aufschlämmungen werden unter Verwendung eines Dispergierers mit Cowles-Blättern in einem stickstoffgespülten Mischbehälter nach der folgenden Rezeptur hergestellt:

DMAC-(Dimethylacetamid-)Lösungsmittel 5534 g

TiO₂-Füllstoff 2903 g

19 Gew.-% Polyamidsäurelösung in DMAC 635 g
DMAC und TiO₂ werden zunächst etwa 30 Minuten dispergiert. Dann wird die Polyamidsäurelösung zugesetzt und ~15 Minuten dispergiert. Die Aufschlämmungen werden im Kreislaufbetrieb mit einer Premier-Zerkleinerungsmühle, Modell HM1.5 (1,5 Liter) (Premier Mill Co., Reading, PA) unter Verwendung von 0,6–0,8 mm Zirconiumsilicat-Mahlmittel gemahlen. Die Umwälzmengen sind 10–20 GPH (37,85–75,7 Liter/h), die Blattspitzengeschwindigkeit war 2200–2400 FPM (670,56–731,52 m/min). Die Aufschlämmungen werden lange genug gemahlen, um > 10 Chargenumläufe sicherzustellen und eine enge Verweildauerverteilung zu erreichen.
384,3 g Aufschlämmung werden mit weiteren 608,3 g Polyamidsäurelösung vermischt. PMDA-Endbehandlungslösung (6 Gew.-% in DMAC) (6 Gew.-% in DMAC) wird unter Rühren schrittweise zugesetzt, um die Viskosität des Gemischs auf 50 Pa·s zu erhöhen.
Die fertigen Dispersionen werden unter Verwendung eines Edelstahl-Gießstabs von Hand auf die behandelte Seite von JEC RA Kupferfolie gegossen. Die Gießprodukte werden zunächst bei 150°C getrocknet, um den größten Teil des Lösungsmittels zu entfernen, und dann in einem Umluftofen bei 355°C ausgehärtet. Die ausgehärteten Beschichtungen haben eine Nenndicke von 12 μm und enthielten 51 Gew.-% TiO₂ (26 Vol.-%).
Die ausgehärteten, mit Titandioxid gefüllten, auf eine Kupferfolienlage aufgetragenen Schichten werden dann auf eine weitere Kupferfolienlage auflaminiert. Jede Kupferfolie ist 35 μm dick. Der Laminierpressenzyklus wird gestartet, indem die Folien 1,5 Stunden bei 250°C unter Vakuum gehalten werden. An die Folien wird während der letzten ½ Stunde ein Druck von 0,70 kg/cm² angelegt. Dann wird die Temperatur eine weitere Stunde lang auf 350°C erhöht. Nach 30 Minuten bei der höheren Temperatur wird der Druck auf 24,7 kg/cm² erhöht. Die Hitze wird dann abgestellt, und nach der Abkühlung werden die Proben entnommen.
Mit Trockenschicht-Photoresistabbildung und Kupferätzen werden Kondensatoren von 1 Zoll (2,54 cm) Durchmesser zur Prüfung in eine der Kupferfolien abgebildet. Nach der elektrischen Prüfung der abgebildeten Kondensatoren wird die Kupferfolie durch Ätzen entfernt, und die Dicke des Dielektrikums wird gemessen. Die Dicken des Dielektrikums liegen im Bereich von 12 bis 30 μm.
Die TiO₂-Füllstoffe erhöhen die Dielektrizitätskonstante des Verbundstoffs auf etwa 7 bis 8, verglichen mit der Dielektrizitätskonstante des Polymers von 3,4. Die Dielektrizitätskonstante des Verbundstoffs ist für beide TiO₂-Typen gleich, in Übereinstimmung mit der Dielektrizitätskonstante von TiO₂-Teilchen mit Rutil-Kristallstruktur. Eine höhere Beladung ist zweifellos möglich und würde noch höhere Verbundstoff-Dielektrizitätskonstanten erzielen.
Bei 15 μm Dicke beträgt der Leckstrom für das R-101 0,6 bzw. 94,0 μA/cm² bei 250 bzw. 500 V Gs. Bei der gleichen Dicke beträgt der Leckstrom für das R-706 0,05 bzw. 0,42 μA/cm² bei 250 bzw. 500 V Gs.
BEISPIEL 2
Es werden drei Aufschlämmungs-Chargen hergestellt. Eine Charge enthält R-706, eine zweite Charge enthält R-960, und eine dritte Charge enthält R-350. Die Aufschlämmungen werden unter Verwendung eines Dispergierers mit Cowles-Blättern in einem stickstoffgespülten Mischbehälter nach der folgenden Rezeptur hergestellt:

DMAC 443,5 g

TiO₂ 600,0 g

23 Gew.-% Polyamidsäurelösung in DMAC 156,5 g
Die Aufschlämmungen werden mit einem Propellerrührwerk in einem stickstoffgespülten Behälter vermischt. Die Polyamidsäurelösung wird zunächst in DMAC aufgelöst, dann wird das TiO₂-Pulver zugegeben und vermischt, bis es gut dispergiert ist. Die Aufschlämmungen werden 30 Minuten im Kreislaufbetrieb in einer Netzsch MiniZETA-Zerkleinerungsmühle (Netzsch Inc., Exton, PA) unter Verwendung von 0,8 mm-Zirconiumoxid-Mahlmittel bei einer Wellendrehzahl von 2800 U/min gemahlen.
346,0 g jeder Aufschlämmung werden mit weiteren 645,8 g Polyamidsäurelösung vermischt. PMDA-Endbehandlungslösung (6% in DMAC) wird unter Rühren schrittweise zugesetzt, um die Viskosität des Gemischs auf 50 Pa·s zu erhöhen.
Die fertigen Dispersionen werden unter Verwendung eines Edelstahl-Gießstabs von Hand auf die behandelte Seite von JEC RA Kupferfolie gegossen. Die Gießprodukte werden zunächst bei 150°C getrocknet, um den größten Teil des Lösungsmittels zu entfernen, und dann in einem Umluftofen bei 355°C ausgehärtet. Die ausgehärteten Beschichtungen haben eine Nenndicke von 12 μm und enthielten 58 Gew.-% TiO₂ (31 Vol.-%).
Die ausgehärteten, mit Titandioxid gefüllten, auf eine Kupferfolienlage aufgetragenen Schichten werden dann auf eine weitere Kupferfolienlage auflaminiert. Jede Kupferfolie ist 35 μm dick. Der Laminierpressenzyklus wird gestartet, indem die Folien 1,5 Stunden bei 250°C unter Vakuum gehalten werden. An die Folien wird während der letzten ½ Stunde ein Druck von 0,70 kg/cm² angelegt. Dann wird die Temperatur eine weitere Stunde lang auf 350°C erhöht. Nach 30 Minuten bei der höheren Temperatur wird der Druck auf 24,7 kg/cm² erhöht. Die Hitze wird dann abgestellt, und nach der Abkühlung werden die Proben entnommen.
Mit Trockenschicht-Photoresistabbildung und Kupferätzen werden Kondensatoren von 1 Zoll (2,54 cm) Durchmesser zur Prüfung in eine der Kupferfolien abgebildet. Nach der elektrischen Prüfung der abgebildeten Kondensatoren wird die Kupferfolie durch Ätzen entfernt, und die Dicke des Dielektrikums wird gemessen. Die Dicken des Dielektrikums liegen im Bereich von 12 bis 29 μm.
Die TiO₂-Füllstoffe erhöhen die Dielektrizitätskonstante des Verbundstoffs auf 9, verglichen mit der Dielektrizitätskonstante des Polymers von 3,4. Die Dielektrizitätskonstanten des Verbundstoffs sind für alle TiO₂-Typen gleich, bezogen auf den TiO₂-Anteil in Gew.-% in jedem Typ. Die Verbundstoff-Dielektrizitätskonstanten sind in Übereinstimmung mit der Dielektrizitätskonstante von TiO₂-Teilchen mit Rutil-Kristallstruktur. Eine höhere Beladung ist möglich und würde noch höhere Verbundstoff-Dielektrizitätskonstanten erzielen.
Bei 12 μm Dicke beträgt der Leckstrom für R-960, R-706 bzw. R-350 0,04, 2,4 bzw. 32 μA/cm² bei 500 V Gs. Bei 250 V Gs war der Leckstrom 0,002, 0,02 bzw. 0,04 μA/cm². Extrapolation von Beispiel 1 läßt darauf schließen, daß der Leckstrom für das TiO₂ von R-101 bei der Beladung von 58 Gew.-% und einer Dicke von 12 μm größer als 2 bzw. 200 μA/cm² gewesen wäre. Die Beispiele zeigen, daß mit zunehmendem Anteil in Gew.-% der passivierenden Oberflächenschicht der Leckstrom abnimmt.
Zu beachten ist, daß nicht alle Aktivitäten erforderlich sind, die oben in der allgemeinen Beschreibung oder den Beispielen beschrieben werden, daß ein Teil einer bestimmten Aktivität unter Umständen nicht erforderlich ist, und daß weitere Aktivitäten zusätzlich zu den beschriebenen ausgeführt werden können. Ferner ist die Reihenfolge, in der die Aktivitäten jeweils aufgeführt werden, nicht unbedingt die Reihenfolge, in der sie durchgeführt werden. Nach Durchlesen der vorliegenden Patentbeschreibung werden Fachleute imstande sein, festzustellen, welche Aktivitäten für ihre konkreten Bedürfnisse oder Wünsche verwendet werden können.
In der vorstehenden Patentbeschreibung ist die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden. Der Durchschnittsfachmann erkennt jedoch, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den nachstehenden Patentansprüchen dargelegt ist. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Figuren eher in erläuterndem als in einschränkendem Sinne anzusehen, und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang der Erfindung enthalten sein.
Vorzüge, weitere Vorteile und Lösungen von Problemen sind oben in Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben worden. Die Vorzüge, Vorteile Problemlösungen und etwaige Elemente, die dazu führen, daß irgendein Vorzug, Vorteil oder eine Lösung auftritt oder stärker ausgeprägt wird, sind jedoch nicht als entscheidendes, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Element eines oder aller Ansprüche aufzufassen.
Wenn eine Menge, Konzentration oder ein anderer Wert oder Parameter entweder als Bereich, bevorzugter Bereich oder als Liste von oberen Werten und unteren Werten angegeben wird, ist dies als konkrete Offenbarung aller Bereiche zu verstehen, die durch irgendein Paar aus irgendeinem oberen Bereichsgrenzwert oder bevorzugten Wert und irgendeinem unteren Bereichsgrenzwert oder bevorzugten Wert gebildet werden, ungeachtet dessen ob Bereiche getrennt offenbart werden. Wo hierin ein Bereich von Zahlenwerten angegeben wird, dann soll der Bereich, wenn nicht anders angegeben, seine Endpunkte und alle ganzen Zahlen und Brüche innerhalb des Bereichs einschließen. Es ist nicht beabsichtigt, den Umfang der Erfindung auf die bei der Definition eines Bereichs angegebenen konkreten Werte einzuschränken.

Claims

Dielektrische Zusammensetzung, die aufweist: A. 10 bis 65 Vol.-% eines Füllstoffs mit mindestens einer passivierenden Oberflächenschicht; B. bis 90 Vol.-% eines Harzes.
Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Füllstoff unter paraelektrischem Füllstoff, ferroelektrischem Füllstoff oder Gemischen davon ausgewählt ist.
Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei der Füllstoff ein paraelektrischer Füllstoff ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus TiO₂, Ta₂O₅, Hf₂O₅, Nb₂O₅, Al₂O₃, Steatit und Gemischen davon besteht.
Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei der Füllstoff ein ferroelektrischer Füllstoff ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus BaTiO₃, BaSrTiO₃, PbZrTiO₃, PdLaTiO₃, PdLaTiO₃, PdLaZrTiO₃, PdMgNbO₃, CaCuTiO₃ und Gemischen davon besteht.
Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die passivierende Oberflächenschicht ein Oxid ist.
Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei das Oxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid oder anderen passivierenden anorganischen Oxiden und Gemischen davon besteht.
Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die passivierende Oberflächenschicht in einem Anteil von 0,1 bis 20 Gew.-% vom Gesamtgewicht des Füllstoffs anwesend ist.
Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Harz aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Epoxidharz, Acrylharz, Polyurethan, Polyimid, Polyester, Polyesteramid, Polyesteramidimid, Polyamid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyetherimid, Polycarbonat, Polysulfon, Polyether, Polyetherketon, Bismaleimidharzen, Bismalimidtriazinen, Flüssigkristallpolymeren, Cyanatestern, Fluorpolymeren und Gemischen davon besteht.
Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1 in Form einer Schicht.
Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1 in Form einer Dickschichtpaste.
Dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1 in Form eines Laminats.
Kondensator, der die dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1 aufweist, in welcher der Leckstrom bei 100 bis 500 V Gs kleiner als 0,5 μA/cm² ist.
Kondensator, der die dielektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1 aufweist, in welcher der Leckstrom bei 100 bis 500 V Gs kleiner als 0,2 μA/cm² ist.
Leiterplatte, die Kondensatoren nach Anspruch 12 aufweist.
Laminat nach Anspruch 11, wobei das Laminat zum Packen elektronischer Schaltkreise verwendet wird, wobei das Laminat in einem Leiterrahmengehäuse, einem Chip-an-Flex-Gehäuse, einem Lead-on-Chip-Gehäuse, einem Multichipmodul-Gehäuse, einem Ball-Grid-Array-Gehäuse, einem Gehäuse in Chipgröße, einem Gehäuse mit automatischem Folienbonden oder einem Aufbau-Mehrlagengehäuse verwendet wird, wobei größere Anwendungen nicht nur Chips, sondern Leiterplatten sind.