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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Mehrschichtschaltungen, die Flüssigkristallpolymere
(LCPs – Liquid Crystalline
Polymers) enthalten, und Verfahren zur ihrer Herstellung.
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Wie
vorliegend verwendet, ist ein Schaltkreismaterial ein Artikel, der
bei der Herstellung von Schaltkreisen und Mehrschichtschaltungen
verwendet wird und Schaltungslaminate, Klebschichten (bond ply),
Leitungsschichten und kunstharzbeschichtete Leitungsschichten und
Beschichtungen umfasst. Diese Schaltkreismaterialien umfassen jeweils
dielektrische Materialien, die aus duroplastischen oder thermoplastischen Polymeren
geformt sind. Das dielektrische Material in einer Klebschicht, kunstharzbeschichteten
Leitungsschicht oder Beschichtung kann ein im Wesentlichen nicht
fließfähiges dielektrisches
Material enthalten, das heißt,
ein Material, das bei der Herstellung erweicht oder fließt, nicht
aber beim Betrieb des Schaltkreises. Das dielektrische Material
in einem Schaltungslaminat (das heißt ein dielektrisches Substrat)
ist im Gegensatz dazu derart ausgelegt, nicht während der Herstellung oder
im Betrieb des Schaltkreises oder der Mehrschichtschaltung zu erweichen
oder zu fließen.
Dielektrische Substrate werden üblicherweise
weiterhin in zwei Klassen unterteilt, flexible und starre. Flexible
dielektri sche Substrate sind im allgemeinen dünner und biegsamer als die sogenannten
starren Dielektrika, die üblicherweise
ein Faservlies oder andere Mittel zur Verstärkung, wie beispielsweise kurze
oder lange Fasern oder Füllstoffe,
enthalten.
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Schaltungslaminate
besitzen weiterhin eine fest mit einer Schicht dielektrischen Substrats
fest verbundene Leitungsschicht. Wenn eine zweite Leitungsschicht
auf der anderen Seite der dielektrischen Schicht angeordnet wird,
wird das Material oft als zweiseitig laminiertes Schaltkreislaminat
bezeichnet. Strukturierung einer Leitungsschicht eines Schaltungslaminates,
beispielsweise durch ätzen,
liefert eine Schaltungsschicht. Eine oder beide Leitungsschichten
eines zweiseitigen Laminates können
bearbeitet werden, um Schaltungsschichten bereitzustellen.
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Die
obengenannten Schaltkreismaterialien und Schaltkreise können in
verschiedenen Konfigurationen kombiniert werden, um Mehrschichtschaltungen
bereitzustellen. „Mehrschichtschaltungen" beziehen sich wie vorliegend
verwendet auf Materialien mit mindestens zwei dielektrischen Schichten
und mindestens drei Leitungsschichten, wobei mindestens eine der
Leitungsschichten strukturiert ist, und schließt sowohl Unterbaugruppen,
die verwendet werden die fertigen Schaltkreise zu bilden, als auch
die fertigen Schaltungen selbst ein.
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In
einer einfachen Ausführungsform
umfaßt
eine Mehrschichtschaltung eine zweiseitig laminierte Schaltung und
eine harzbeschichtete Leitungsschicht, wobei das Dielektrikum der
harzbeschichteten Leitungsschicht auf einer Schaltungsschicht der
zweiseitig laminierten Schaltung angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform
liegt eine zweite harzbeschichtete Leitungsschicht vor, wobei das
Dielektrikum der zweiten harzbeschichteten Leitungsschicht auf der
zweiten Leitungsschicht (oder Schaltungsschicht) der zweiseitig
laminierten Schaltung angeordnet ist. In noch einer weiteren Ausführungsform
umfaßt
eine Mehrschichtschaltung eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung,
die über
eine Klebschicht verbunden sind, die zwischen der Schaltungsschicht
der ersten Schaltung und dem dielektrischen Substrat der zweiten
Schaltung angeordnet ist. Typischerweise werden solche Mehrschichtschaltungen
durch Laminieren der Schaltungen) und/oder des Schaltkreismaterials
(der Schaltkreismaterialien) in geeigneter Anordnung unter Verwendung
von Wärme und/oder
Druck geformt.
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Klebschichten
können
verwendet werden, um die Haftung zwischen Schaltungen und/oder zwischen einer
Schaltungsschicht und einer Leitungsschicht, oder zwischen zwei
Leitungsschichten bereitzustellen. An Stelle einer mit einer Klebschicht
an eine Schaltung gebundenen Leitungsschicht kann die Mehrschichtschaltung
eine harzbeschichtete Leitungsschicht enthalten, die direkt auf
die äußere Schicht
einer Schaltung gebunden ist. Bei solchen Mehrschichtstrukturen
können
nach der Laminierung bekannte Lochformungs- und Plattierungsverfahren
angewandt werden, um verwendbare elektrische Leitungswege zwischen
den Leitungsschichten zu erzeugen.
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Flüssigkristallpolymere
sind für
ihre Verwendung als dielektrische Schichten, Klebschichten und in Deckschichten
(cap layer) in Schaltungen und Mehrschichtschaltungen bekannt. Die
Kanadische Patentanmeldung 2,273, 542 von Forcier beschreibt beispielsweise
ein Schaltungslaminat, das durch Bindung einer adhäsiven harzbeschichteten
Kupferfolie an einen dünnen
Flüssigkristallpolymerfilm
hergestellt wird, aber offenbart nicht, wie aus diesen Schaltungslaminaten
Mehrschichtschaltungen hergestellt werden können.
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Weiterhin
ist bekannt, die Flüssigkristallpolymere
vor Verwendung in Schaltungen zu tempern, da das Tempern sowohl
ihre Beständigkeit
gegen hohe Temperaturen als auch Eigenschaften wie Lötbeständigkeit und
den „in-plane" Koeffizienten der
thermischen Expansion verbessern kann. Der Begriff „Tempern" ist, wie vorliegend
verwendet, der Prozeß des
Anhebens des kristallinen zum nematischen Schmelzpunkt (wie durch den
Peak-Endotherm über
der Glasübergangstemperatur
(Tg) in einer dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) definiert)
eines Flüssigkristallpolymers
durch halten des Polymers über
einen längeren
Zeitraum bei einer Temperatur die höher als die Glasübergangstemperatur
aber niedriger als ihr Schmelzpunkt ist. Wie in einem von Ticona,
dem Hersteller von Vectra® Flüssigkristallpolymer, herausgegebenen
Prospekt beschrieben, "kann
die hohe Wärmeformbeständigkeit
von Vectra® Flüssigkristallpolymeren
durch thermische Nachbehandlung der geformten Teile um weitere 30–50 °C erhöht werden". Um ein Flüssigkristallpolymer
mit einem Schmelzpunkt von 280 °C
zu tempern, rät
der Prospekt, den Ofen und die Teile von Raumtemperatur auf 220 °C innerhalb
von 2 Stunden aufzuheizen; die Temperatur allmählich über eine Stunde von 220 °C auf 240 °C zu erhöhen; die
Temperatur für
2 Stunden bei 240 °C
zu halten; die Temperatur allmählich über eine
Stunde von 240 °C
auf 250 °C
zu erhöhen;
die Temperatur für
2 Stunden bei 250 °C
zu halten; und auf Raumtemperatur abzukühlen. Ähnliche Temper-Zyklen mit verschiedenen
Temperatursollwerten für
verschiedene Klassen von Flüssigkristallpolymeren
mit verschiedenen Schmelzpunkten und Glasübergangstemperaturen werden ebenfalls
bereitgestellt. US Patent 6,274,242 offenbart die Verwendung von
spezifischen Wärmebehandlungsprogrammen
um Flüssigkristallpolymerfilme
schneller zu tempern.
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Während eine
Auswahl von Materialien und Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtschaltungen unter
Verwendung von Flüssigkristallpolymeren,
einschließlich
getemperter Flüssigkristallpolymere,
bekannt sind, besitzen sie eine Reihe von Nachteilen, die ihre Anwendbarkeit
beschränken.
Beispielsweise wäre
es äußerst wünschenswert,
Klebschichten zu verwenden, die bei vergleichsweise geringen Temperaturen
von weniger als 280 °C,
und vorzugsweise bei weniger als 250 °C, erweichen und fließen, da
die Temperaturgrenze elektrisch beheizter Pressen kleiner oder gleich
etwa 280 °C
ist. Es ist jedoch auch höchst
wünschenswert
für Mehrschichtschaltungen
Temperaturen von 260 °C
und mehr zu widerstehen. Dieses ist besonders wichtig für Lötvorgänge zur
Befestigung von Bauteilen an der Mehrschichtleiterplatte. Wenn derzeitig
im Handel erhältliche
Flüssigkristallpolymere
als Klebschicht verwendet werden, schmelzen die Klebschichten beim
Löten oder anderen
Hochtemperaturoperationen erneut, was zu Blasenbildung oder dimensionalen
Verzerrungen des Bauteils führen
kann.
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US
Patent 5,259,110 von Bross et al. offenbart Mehrschichtleiterplatten
mit Flüssigkristallpolymer-Dielektrikum-Schichten
(liquid crystalline polymer dielectric substrate layers). Bross
offenbart ferner, dass mehrere solcher Schichten miteinander unter
Verwendung von Wärme
und Druck verbunden werden können,
und dass eine Klebfilm-Klebschicht, wie eine weitere Flüssigkristallpolymerschicht,
verwendet werden kann. Bei der Herstellung der Mehrschichtleiterplatten
nach Bross et al. muß die
Flüssigkristallschicht
jedoch bis zu ihrem Schmelzpunkt oder darüber hinaus erwärmt werden,
um eine gute Adhäsion
zu erhalten, was zu Verformung oder Fluß der Schaltungsschichten führen kann.
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US
Patent 5,719,354 von Jester et. Al offenbart die Herstellung von
Mehrschichtschaltungen unter Verwendung von Flüssigkristallpolymerklebschichten
mit einer Schmelztemperatur, die mindestens 10 °C unter der des Flüssigkristallpolymer-Schaltungsschicht-Dielektrikums
ist. Die Verwendung von niedriger schmelzenden Klebschichten beseitigt
oder vermindert wesentlich die Verformung der Schaltungsschichten
während
der Laminierung, beschränkt
aber ebenso die maximale Bearbeitungstemperatur der Mehrschichtschaltung
während
der nachfolgenden Laminierung und/oder Komponentenlötung auf
die Schmelztemperatur der Klebschicht oder darunter, um Verformung
oder Blasenbildung und Verlust der Adhäsion zu vermeiden.
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US
Patent 6,538,211 von St. Lawrence et al. offenbart eine Mehrschichtschaltung
mit einer Schaltung, einer Deckschicht (cap layer), einschließend eine
Flüssigkristallpolymerschicht,
die auf der Schaltung angeordnet ist. Diese Schaltung kann beim
Hinzufügen
von „Fine-Line" dünnen Außenschichten
zu einer Mehrschichtschaltungsplatte mit hoher Verdrahtungsdichte
verwendet werden. Wenn jedoch mehrere Deckschichten aufeinanderfolgend
zu einer Mehrschichtschaltung hinzugefügt werden, müssen Deckschichten
mit Flüssigkristallpolymeren
mit sequentiell abnehmenden Schmelzpunkten verwendet werden, um
Verformungen der zuvor laminierten Schichten zu vermeiden. Dies
kann besonders problematisch sein, da jede nachfolgende Bearbeitung
der fertigen Mehrschichtschaltung, wie z.B. das Löten, bei
einer Temperatur erfolgen muss, die niedriger als der Schmelzpunkt
der niedrigschmelzendsten Zusammensetzung der harzbeschichteten
Folie-Flüssigkristallpolymerharzschichten
(the resin coated foil liquid crystalline polymer resin layers)
ist.
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Demgemäß verbleibt
ein Bedarf auf dem Gebiet nach einem Verfahren zur Herstellung einer
Mehrschichtschaltung mit einer thermoplastischen Flüssigkristallpolymerschicht,
wobei das Verfahren sowohl den Aufbau der Schichten bei Temperaturen,
die mit konventionellen elektrischen Pressen anwendbar sind, als auch
die nachfolgende Bearbeitung bei höheren Temperaturen ohne Formänderung,
Blasenbildung und/oder Verlust der Verbindung gestattet.
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Kurze Zusammenfassung
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Die
oben beschriebenen Unzulänglichkeiten
und Nachteile werden durch ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtschaltung,
die eine Flüssigkristallpolymerschicht
enthält,
gemildert, wobei das Verfahren die Behandlung der Mehrschichtschaltung
mit einer Wärmemenge
umfaßt,
die wirksam den kristallinen zum nematischen Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht,
wie vom Peak endotherm über
der Glassübergangstemperatur
in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, um mindestens
etwa 10 °C
anhebt. Das Tempern der Mehrschichtschaltung gegenüber dem
Schaltkreismaterial erlaubt die Herstellung der Mehrschichtschaltung
bei Temperaturen, die mit konventionellen elektrischen Pressen anwendbar
sind zusammen mit der nachfolgenden Bearbeitung bei höheren Temperaturen
ohne Formänderung,
Blasenbildung und/oder Verlust der Verbindung.
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Das
Verfahren gestattet weiterhin die Herstellung von Mehrschichtschaltungen
mit einer breiten Variation von Konfigurationen. In einer Ausführungsform
umfaßt
die Mehrschichtschaltung eine erste Schaltung, die mit einer zweiten
Schaltung unter Verwendung einer Flüssigkristallpolymerklebschicht,
die zwischen den beiden Schaltungen angordnet ist, verklebt ist.
In einer anderen Ausführungsform
umfaßt
eine Mehrschichtschaltung eine Schaltung (ein- oder doppelseitig)
und eine Deckschicht, die an die Schaltungsschicht der Schaltung
gebunden ist. Die oben diskutierten und andere Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden vom Fachmann auf dem Gebiet durch die nachfolgende
detaillierte Beschreibung dargelegt und verstanden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Bezugnehmend
auf die beispielhaften Zeichnungen, in denen entsprechende Elemente
gleiche Bezugszeichen in mehreren Zeichnungen haben:
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1 zeigt
Vergleichsdaten für
eine Referenzmehrschichtschaltung und eine Mehrschichtschaltung der
vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Mehrschichtschaltung;
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3 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren beispielhaften
Mehrschichtschaltung;
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Mehrschichtschaltung;
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5 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Mefarschichtschaltung;
und
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6 zeigt
eine schematische Darstellung noch einer weiteren beispielhaften
Mehrschichtschaltung;
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Detaillierte
Beschreibung
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass bei
Mehrschichtschaltungen, die Flüssigkristallpolymerschichten
enthalten, Tempern der Mehrschichtschaltungen nach dem Aufbau deutliche Vorteile
bei der nachfolgenden Montage und Herstellung bietet, was sowohl
die Flexibilität
des Herstellungsprozesses erhöht,
als auch eine verbesserte Produktqualität erlaubt. Insbesondere erlaubt
das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Gestaltung von Mehrschichtschaltungen
bei geringeren Temperaturen als sie zuvor geeignet waren, um Mehrschichtschaltungen
mit höherer
Wärmebeständigkeit
herzustellen, als vorher möglich war.
Die Mehrschichtschaltungen werden durch Behandlung mit Wärme bei
einer Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur und dem
nematischen Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht
getempert. Das Tempern hebt den nematischen Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht,
wodurch die maximale Wärmebeständigkeit
der Mehrschichtschaltung erhöht
wird. Vorzugsweise wird der nematische Schmelzpunkt um mindestens
10 °C oder
mehr, stärker
bevorzugt um mindestens 15 °C
oder mehr angehoben. Dieses Verfahren gestattet die Herstellung
einer flüssigkristallpolymerverklebten
Mehr schichtschaltung oder Schaltungsunterbaugruppe mit einer maximalen
Verwendungstemperatur, die über
der Laminierungstemperatur liegt.
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Flüssigkristallpolymere,
die im vorliegend beschriebenen Herstellungsverfahren verwendet
werden können,
sind bekannt und werden zuweilen als stabartige ("rigid-rod", "rod-like"), insbesondere starrer
Stab, oder geordnete Polymere bezeichnet. Es wird angenommen, dass
diese Polymere eine feste Molekularstruktur haben, beispielsweise
linear oder dergleichen, infolge der Art ihrer sich wiederkehrenden
Einheiten, die die Polymerkette bilden (sinngemäße Übersetzung, Original ergibt
keinen Sinn, da die Einheiten nicht die Polymerkette umfassen, sondern
umgedreht.) Die wiederkehrenden Einheiten umfassen typischerweise
starre molekulare Abschnitte. Die molekularen Abschnitte (Mesogene)
sind in ihrer Form häufig
stabartig oder scheibenförmig
und sind üblicherweise
aromatisch oder heterocyclisch. Die starren molekularen Abschnitte
können
in der Hauptkette (Rückgrat)
des Polymers oder in den Seitenketten vorliegen. Wenn sie in der
Hauptkette oder in den Seitenketten vorliegen können sie durch flexiblere molekulare
Abschnitte, die manchmal als Spacer bezeichnet werden, getrennt
sein.
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Flüssigkristallpolymere
können
mit Polymeren gemischt werden, die keine Flüssigkristallpolymere sind,
diese werden nachstehend als nicht-Flüssigkristallpolymere
bezeichnet. Diese Mischungen werden manchmal als Polymerlegierungen
bezeichnet. Einige dieser Mischungen besitzen Verarbeitungs- und funktionelle
Eigenschaften, die denen von Flüssigkristallpolymeren
gleich sind und sind daher in den Anwendungsbereich der vorliegenden
Erfindung eingeschlossen. Die nicht-Flüssigkristallpolymere und Flüssikristallpolymerkomponenten
werden im allgemeinen in einem Gewichtsverhältnis von 10 : 90 bis 90 10,
vorzugsweise in einem Bereich von 30 : 70 bis 70 : 30 gemischt.
Nachfolgend umfaßt
der Begriff Flüssigkristallpolymer
die Flüssigkristallpolymermischungen.
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Verwendbare
Flüssigkristallpolymere
können
thermoplastisch oder duroplastisch sein. Geeignete thermotrope Flüssigkristallpolymere
umfassen Flüssigkristallpolyester,
Flüssigkristallpolycarbonate,
Flüssigkristallpolyetheretherketone,
Flüssigkristallpolyetherketonketone
und Flüssigkristallpolyesterimide,
wobei konkrete Beispiele derselben (vollständig) aromatische Polyester,
Polyesteramide, Polyamidimide, Polyestercarbonate und Polyazomethine
umfassen.
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Verwendbare
thermotrope Flüssigkristallpolymere
umfassen ebenfalls Polymere, die ein Segment eines Polymer enthalten,
das in der Lage ist, eine anisotrope geschmolzene Phase als Teil
einer Polymerkette desselben zu bilden, und ein Segment eines Polymers,
das nicht in der Lage ist, eine anisotrope geschmolzene Phase wie
der Rest der Polymerkette zu bilden, und auch Zusammensetzungen
einer Vielzahl von thermotropen Flüssigkristallpolymeren.
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Repräsentative
Beispiele der Monomere, die zur Bildung von thermotropen Flüssigkristallpolymeren geeignet
sind, enthalten:
- (a) mindestens eine aromatische
Dicarbonsäureverbindung,
- (b) mindestens eine aromatische Hydroxycarbonsäureverbindung,
- (c) mindestens eine aromatische Diolverbindung,
- (d) mindestens eine der Verbindungen ausgewählt aus einem aromatischen
Dithiol (d1), einem aromatischen Thiophenol (d2) und einer aromatischen
Thiolcarbonsäure
(d3), und
- (e) mindestens eine der Verbindungen ausgewählt aus einem aromatischen
Hydroxyamin und einem aromatischen Diamin.
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Die
Monomere können
zuweilen allein verwendet werden, werden aber häufiger in einer Kombination der
Monomere (a) und (c); (a) und (d); (a), (b) und (c); (a), (b) und
(e); (a), (b), (c) und (e); und dergleichen verwendet.
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Beispiele
aromatischer Dicarbonsäureverbindungen
(a) umfassen aromatische Dicarbonsäuren wie Terephthalsäure, 4,4'-Diphenyldicarbonsäure, 4,4'-Triphenyldicarbonsäure, 2,6-Naphthalendicarbonsäure, 1,4-Naphthalendicarbonsäure, 2,7-Naphthalendicarbonsäure, Diphenylether-4,4'-dicarbonsäure, Diphenoxyethan-4,4'-dicarbonsäure, Diphenoxybutan-4,4'-dicarbonsäure, Diphenylethan-4,4'-dicarbonsäure, Isophthalsäure, Diphenylether-3,3'-dicarbonsäure, Diphenoxyethan-3,3'-dicarbonsäure, Diphenylethan-3,3'-dicarbonsäure und
1,6-Naphthalendicarbonsäure; und
alkyl-, alkoxy- und halogensubstituierte Derivate der oben genannten
aromatischen Dicarbonsäuren,
wie beispielsweise Chlorterephthalsäure, Dichlorterephthalsäure, Bromterephthalsäure, Methylterephthal säure, Dimethylterephthalsäure, Ethylterephthalsäure, Methoxyterephthalsäure, und
Ethoxyterephthalsäure.
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Beispiele
aromatischer Hydroxycarbonsäureverbindungen
(b) umfassen aromatische Hydroxacarbonsäuren 4-Hydroxybenzoesäure, 3-Hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-2-naphthoesäure, und
6-Hydroxy-1-naphthoesäure;
und alkyl-, alkoxy- und
halogensubstituierte Derivate der oben genannten aromatischen Hydroxycarbonsäuren, wie
beispielsweise 3-Methyl-4-hydroxybenzoesäure, 3,5-Dimethyl-4-hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-5-methyl-2-naphthoesäure, 6-Hydroxy-5-methoxy-2-naphthoesäure, 2-Chlor-4-hydroxybenzoesäure, 3-Chlor-4-hydroxybenzoesäure, 2,3-Dichlor-4-hydroxybenzoesäure, 3,5-Dichlor-4-hydroxybenzoesäure, 2,5-Dichlor-4-hydroxybenzoesäure, 3-Brom-4-hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-5-Chlor-2-naphthoesäure, 6-Hydroxy-7-chlor-2-naphthoesäure, und
6-Hydroxy-5,7-dichlor-2-naphthoesäure.
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Beispiele
der aromatischen Diolverbindung (c) umfassen aromatischen Diole
wie 4,4'-Dihydroxydiphenyl,
3,3'-Dihydroxydiphenyl,
4,4'-Dihydroxytriphenyl,
Hydrochinon, Resorcinol, 2,6-Naphthalendiol, 4,4'-Dihydroxydiphenylether, bis-(4-Hydroxyphenoxy)ethan,
3,3'-Dihydroxydiphenylether,
1,6-Naphthalendiol, 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan,
und bis-(4-Hydroxyphenyl)methan; und alkyl-, alkoxy- und halogensubstituierte
Derivative der aromatischen Diole wie Chlorhydrochinon, Methylhydrochinon,
t-Butylhydrochinon, Phenylhydrochinon, Methoxyhydrochinon, Phenoxyhydrochinon,
4-Chlorresorcinol und 4-Methylresorcinol.
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Beispiele
der aromatischen Dithiole (d1) umfassen Benzol-1,4-dithiol, Benzol-1,3-dithiol, 2,6-Naphthalendithiol,
und 2,7-Naphthalendithiol. Beispiele der aromatischen Thiophenole
(d2) umfassen 4-Mercaptophenol, 3-Mercaptophenol und 6-Mercaptophenol. Beispiele
der aromatischen Thiolcarbonsäure
(d3) umfassen 4-Mercaptobenzoesäure, 3-Mercaptobenzoesäure, 6-Mercapto-2-naphthoesäure und
7-Mercapto-2-naphthoesäure.
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Beispiele
der aromatischen Hydroxyaminverbindungen und der aromatischen Diaminverbindungen
(e) umfassen 4-Aminophenol, N-Methyl-4-aminophenol, 1,4- Phenylendiamin, N-M;ethyl-1,4-phenylendiamin, N,N'-dimethyl-1,4-phenylendiamin, 3-Aminophenol,
3-Methyl-4-aminophenol, 2-Chlor-4-aminophenol, 4-Amino-1-naphthol, 4-Amino-4'-hydroxydiphenyl,
4-Amino-4'-hydroxydiphenylether,
4-Amino-4'-Hydroxydiphenylmethan,
4-Amino-4'-hydroxydiphenylsulfid,
4,4'-Diaminodiphenylsulfid
(Thiodianilin), 4,4'-Diaminodiphenylsulfon,
2,5-Diaminotoluol, 4,4'-Ethylenedianilin,
4,4'-Diaminodiphenoxyethan,
4,4'-Diaminodiphenylmethan
(Methylendianilin) und 4,4'-Diaminodiphenylether
(Oxydianilin).
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Thermotrope
Flüssigkristallpolymere
werden durch eine Vielzahl von Veresterungsmethoden dargestellt,
wie beispielsweise Schmelzacidolyse oder Fällungspolymerisation (Slurry-Polymerisation)
oder ähnliche Verfahren.
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Das
Molekulargewicht der thermotropen Flüssigkristallpolyester, die
vorzugsweise verwendet werden, kann etwa 2000 bis etwa 200000 betragen,
wobei etwa 4000 bis etwa 100000 bevorzugt sind. Die Bestimmung des
Molekulargewichts kann beispielsweise entweder durch Bestimmung
der terminalen Gruppen eines komprimierten Films gemäß Infrarotspektroskopie
oder durch Gelpermeationschromatographie (GPC) erfolgen.
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Thermotrope
Flüssigkristallpolymere
können
entweder allein oder in einer Mischung von mindestens zwei derselben
verwendet werden. Ein bevorzugtes Flüssigkristallpolymer ist 2-Naphthalencarbonsäure, 6-(Acetyloxy)-polymer,
mit 4-(Acetyloxy)benzoesäure.
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Geeignete
Flüssigkristallpolymere
umfassen unter anderem beispielsweise VECTRA®, im
Handel erhältlich
von Ticona, XYDAR®, im Handel erhältlich von
Amoco Polymers, und ZENITE®, im Handel erhältlich von
DuPont. Die oben beschriebenen Flüssigkristallpolymere und Polymermischungen
sind als Beispiel und nicht zur Beschränkung gedacht, da viele andere
geeignete Flüssigkristallpolymere
und Polymermischungen im Stand der Technik bekannt sind. Gleichermaßen können in
den Flüssigkristallpolymeren
Compatibilizer, Weichmacher, Flammschutzmittel und andere Zusätze enthalten
sein. Weiterhin ist vorgesehen, dass andere als hier offenbarte
Dielektrika in Kombination mit mindestens einer Flüs sigkristallpolymerschicht
bei der Herstellung von Schaltkreismaterialien, Schaltungen und
Mehrschichtschaltungen verwendet werden können.
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Die
Flüssigkristallpolymere
können
in Form von Verbundstoffen eingesetzt werden, die anorganische oder
organische Teilchenfüllstoffe
und/oder gewebte oder nicht gewebte Gewebe enthalten.
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Verwendbare
Teilchenfüllstoffe
umfassen, sind aber nicht beschränkt
auf, Titandioxid (Rutil und Anatas), Bariumtitanat, Strontium, Titanat,
Silica (Teilchen und Hohlkugeln) einschließlich amorphem synthetischen
Quarz und pyrogenem Siliciumdioxid; Korund, Wollastonit, Aramidfasern
(z.B. KEVLAR® von
DuPont), Fiberglas, Ba2Ti9O20, Glaskugeln, Quartz, Bornitrid, Aluminumnitrid,
Siliciumcarbid, Beryllia, Alumina und Magnesia. Die Teilchenfüllstoffe
können
allein oder in Kombination verwendet werden. Besonders bevorzugte Teilchenfüllstoffe
sind Rutil Titandioxid und amorphes Siliciumdioxid, da diese Füllstoffe
eine hohe bzw. eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen, wodurch
sie ermöglichen,
einen weiten Bereich von Dielektrizitätskonstanten in Verbindung
mit einem geringen Verlustfaktor im Endprodukt durch Einstellung
der entsprechenden Mengen der beiden Füllstoffe in der Zusammensetzung
zu erzielen.
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Sofern
sie verwendet werden, können
Teilchenfüllstoffe
in einer Menge von etwa 1 bis etwa 70 Gewichtsprozent (Gew.-%) des
Gesamtgewichts der Zusammensetzung vorliegen, wobei weniger oder
gleich oder gleich etwa 60 Gew.-% bevorzugt sind und weniger oder
gleich oder gleich etwa 50 Gew.-% stärker bevorzugt sind.
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Kupplungsreagenzien
können
verwendet werden, um die Bildung kovalenter Bindungen, die die Füllstoffoberfläche mit
einem Polymer verbinden, zu propagieren oder an diesen teilzunehmen.
Ausgewählte Kupplungsreagenzien
umfassen 3-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan
und 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan. Sofern verwendet, können Kupplungsreagenzien
in Mengen von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 1 Gew.-% des Gesamtgewichts
der Harzzusammensetzung eingesetzt werden.
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Bei
Verwendung als ein im Wesentlichen nicht fließfähiges Dielektrikum, wie ein
dielektrisches Substrat für
ein starres Schaltungslaminat, kann ein Fasergewebe in das Flüssigkristallpolymer
eingearbeitet sein. "Fasergewebe" ist hierbei definiert
als eine gewebte oder nicht-gewebte Assemblage von Fasern, die unter
den involvierten Prozeßbedingungen
bei der Herstellung des Dielektrikums, des Klebschicht-Materials,
des Schaltkreismaterials und der daraus gebildeten Schaltungen beständig sind.
Fasergewebematerialien können
organisch oder anorganisch sein. Besonders brauchbare Fasergewebe
können
Materialien mit einem Schmelzpunkt umfassen, der größer oder
gleich der höchsten
Verarbeitungstemperatur ist. Beispielhafte Fasermaterialien haben
einen Schmelzpunkt größer oder
gleich etwa 250 °C,
bevorzugt größer oder
gleich etwa 280 °C, und
stärker
bevorzugt größer oder
gleich oder gleich etwa 300 °C.
Das Fasergewebe umfaßt
thermisch stabile Gewebe einer geeigneten Faser, vorzugsweise Glas
(E, S und D-Glas) oder Hochtemperaturpolymerfasern (z.B. KODEL Polyester
von Eastman Kodak oder Polyphenylensulfidfasern von Phillips Petroleum).
Solche thermisch stabilen Faserverstärkungen sorgen für die gewünschte strukturelle
Steifigkeit des Verbundstoffs. Zusätzlich ergibt die Verwendung
des Fasergewebes ein Dielektrikum, Klebschicht-Material oder Schaltkreismaterial
mit einer relativ hohen mechanischen Belastbarkeit.
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Bevorzugte
Beispiele des Fasergewebes sind in der folgenden Tabelle dargestellt:
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Im
allgemeinen liegt das Fasergewebe in einem Anteil vor, der kleiner
oder gleich oder gleich etwa 50 Gew.-% der gesamten Flüssigkristallpolymerzusammensetzung
ist, wobei kleiner oder gleich oder gleich etwa 40 Gew.-% bevorzugt
sind und kleiner oder gleich oder gleich etwa 30 Gew.-% stärker bevorzugt
sind. Der Anteil des Fasergewebes ist vorzugsweise größer oder
gleich oder gleich etwa 10 Gew.-%, wobei größer oder gleich oder gleich
etwa 15 Gew.-% bevorzugt sind und größer oder gleich oder gleich
etwa 20 Gew.-% stärker bevorzugt
sind. Brauchbare Stärken
des Fasergewebes sind etwa 25 bis etwa 150 Mikrometer, wobei etwa
50 bis etwa 100 Mikrometer bevorzugt sind.
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Verwendbare
Leitungsschichten zur Herstellung von Schaltkreismaterialien, Schaltkreisen
und Mehrschichtschaltungen umfassen Edelstahl, Kupfer, Aluminium,
Zink, Eisen, Übergangsmetalle
und Legierungen, die mindestens eine der vorhergenannten enthalten,
wobei Kupfer bevorzugt ist. Weder hinsichtlich der Dicke der Leitungsschicht
bestehen besondere Beschränkungen,
noch hinsichtlich der Form, Größe oder
Oberflächenstruktur
der Leitungsschicht. Vorzugsweise umfasst die Leitungsschicht jedoch
eine Dicke von etwa 3 Mikrometern bis etwa 200 Mikrometern, wobei
etwa 9 Mikrometer bis etwa 180 Mikrometer besonders bevorzugt sind.
Liegen zwei oder mehr Leitungsschichten vor, kann die Dicke der
beiden Schichten gleich oder verschieden sein.
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Kupferleitungsschichten
sind bevorzugt. Die Kupferleitungsschicht kann behandelt werden,
um die Oberfläche
zu vergrößern, mit
einem Stabilisator behandelt werden, um einer Oxidation der Leitungsschicht vorzubeugen,
oder behandelt werden, um eine thermische Grenzschicht zu bilden.
Sowohl Kupferleitungsschichten mit geringer als auch hoher Rauhigkeit,
die mit thermischen Grenzschichten aus Zink oder Zinklegierungen
behandelt sind, sind besonders brauchbar und können des weiteren eine Korrosionsschutzschicht umfassen.
Solche Kupferleitungsschichten sind beispielsweise erhältlich von
Co-Tech unter den Handelsnahmen "TWX", "TW" und "TAX"; von Oak-Mitsui
unter dem Handelsnamen "TOB"; von Circuit Foil
Luxembourg unter den Handelsnamen "TWS" und "NTTOR"; von Gould Electronics
unter dem Handelsnamen "JTCS"; und von Chang Chun
Petrochemical Company unter dem Handelsnamen "PINK".
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Manchmal
können
solide Bögen
der Leitungskaschierung, wie Masseableitungen bzw. -ebene (ground plane)
oder Versorgungsebenen (power plane), dazu führen, dass geringe Mengen Gas
eingefangen werden, die während
des Temperns freigesetzt werden können, was zu Blasenbildung
führt.
Wenn Blasenbildung zwischen Masseableitung und Versorgungsebene
auftritt, kann eine "Gitter"- Ebenenstruktur ("grid"-plane
structure) Besserung schaffen. Im Wesentlichen besteht das Gitter
aus einem Lochmuster, das in die solide Leitungsfläche geätzt ist,
und das Gasen das Entweichen erlaubt, wenn sie erzeugt werden.
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Die
Mehrschichtschaltungen können
unter Verwendung eines schrittweisen oder halbkontinuierlichen Verfahrens
zusammengefügt
und laminiert werden, wie im Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise
werden die Schichten, die zur Darstellung der Mehrschichtschaltung
verwendet werden, in der gewünschten
Reihenfolge angeordnet, so dass sie einen Stapel bilden. Die Schichten
können
einzeln zusammengesetzt werden oder in Form von Schaltungen und/oder
Schaltkreismaterialien wie Schaltungslaminaten, Deckschichten und
dergleichen bereitgestellt werden. Der Stapel wird dann in einer
Presse angeordnet, die wahlweise zur Ausbildung eines Vakuums evakuiert
werden kann. Die Temperatur wird üblicherweise mit einer Geschwindigkeit
von etwa 10 °C/min
bei einem Druck von etwa 0,5 bis 3 MPa angehoben. Ist die Soll-Laminierungstemperatur
erreicht, wird der Stapel bei Solltemperatur und -druck über einen
Zeitraum gehalten, der hinreichend ist, um die Schichten zu verkleben,
beispielsweise für
etwa 5 bis etwas 45 Minuten. Während
die Solltemperatur von der Zusammensetzung des Flüssigkristallpolymers
und der anderen Komponenten des Stapelmaterials abhängt, liegt
die Temperatur üblicherweise
zwischen dem Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers
und etwa 20 °C über dem
Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers.
Solche Temperaturen sind im Allgemeinen etwa 200 bis 350 °C. Der Temperprozeß wie vorliegend
beschrieben gestattet vorteilhafterweise die Verwendung von Flüssigkristallpolymeren,
die bei niedrigeren Temperaturen laminiert werden können, vorzugsweise bei
Temperaturen von etwa 200 °C
bis etwa 290 °C,
weiter bevorzugt von etwa 200 °C
bis etwa 275 °C,
stärker bevorzugt
von etwa 200 °C
bis etwa 250 °C.
Solche Temperaturen sind mit konventionellen, elektrisch beheizten
Pressen kompatibel. Demgemäß ist für Laminierungszwecke
der Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers
vor dem Tempern vorzugsweise kleiner oder gleich etwa 290 °C, weiter
bevorzugt, kleiner oder gleich etwa 285 °C, noch weiter bevorzugt kleiner
oder gleich etwa 250 °C,
stärker
bevorzugt kleiner oder gleich etwa 240 °C, und noch stärker bevorzugt
kleiner oder gleich etwa 230 °C.
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Die
resultierende Mehrschichtschaltung wird dann abgekühlt, im
allgemeinen unter Druck, und aus der Presse entnommen, wenn die
Temperatur kleiner oder gleich 100 °C ist. Die Mehrschichtschaltung
kann vor dem Tempern gelagert werden.
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Anschließend werden
die Mehrschichtschaltungen für
einen Zeitraum und bei einer Temperatur getempert, die in der Lage
sind, den nematischen Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht
zu erhöhen, wobei
die damit verbundenen thermischen Eigenschaften der Mehrschichtschaltung
wie Wärmeformbeständigkeitstemperatur,
Lötwiderstandstemperatur
(solder resistance temperature) und/oder maximale Anwendungstemperatur
verbessert werden. Wirksame Tempertemperaturen liegen über der
Glasübergangstemperatur,
aber unter dem nematischen Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers und können leicht
ohne übermäßiges Experimentieren
ausgehend von der Gleichheit der Flüssigkristallpolymerschichten,
der Anzahl der Flüssigkristallpolymerschichten
und ähnlichen Überlegungen
bestimmt werden. Tempern umfasst im allgemeinen das Unterwerfen
der Mehrschichtschaltung einer Reihe programmierter Temperaturen,
die höher
als die Glasübergangstemperatur,
aber niedriger als der Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht
sind.
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Vorzugsweise
erhöht
das Tempern den Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers um etwa
10 °C oder mehr,
bevorzugt um etwa 15 °C
oder mehr. Der erhöhte
Schmelzpunkt ist vorzugsweise größer oder
gleich etwa 250 °C,
stärker
bevorzugt größer oder
gleich etwa 290 °C,
und am stärksten
bevorzugt größer oder
gleich etwa 300 °C.
In einer bevorzugten Ausführungsform
wird daher ein Flüssigkristallpolymer
ausgewählt,
bei dem die effektive Laminierungstemperatur kleiner oder gleich
etwa 290 °C
ist und der angehobene Schmelzpunkt des getemperten Flüssigkristallpolymers
größer oder
gleich etwa 300 °C
ist. Dieses kann beispielsweise durch Verwendung einer Flüssigkristallpolymerklebschicht
mit einem Schmelzpunkt von etwa 250 bis etwa 290 °C und Tempern
der Klebschicht nach der Laminierung zur Erhöhung des Schmelzpunktes auf
etwa 300 bis etwa 315 °C
erreicht werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Flüssigkristallpolymer
ausgewählt,
bei dem die effektive Laminierungstemperatur kleiner oder gleich
etwa 250 °C
ist und der angehobene Schmelzpunkt des getemperten Flüssigkristallpolymers
größer oder
gleich etwa 265 °C
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird ein Flüssigkristallpolymer
ausgewählt,
bei dem die effektive Laminierungstemperatur kleiner oder gleich
etwa 235 °C
ist und der angehobenen Schmelzpunkt des getempertern Flüssigkristallpolymers
größer oder
gleich etwa 250 °C
ist. Dieses kann beispielsweise durch Verwendung einer Flüssigkristallpolymerklebschicht
mit einem Schmelzpunkt von etwa 200 bis etwa 235 °C und tempern
der Klebschicht nach der Laminierung zur. Erhöhung des Schmelzpunktes auf
etwa 250 bis etwa 285 °C erreicht
werden.
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In
einer Ausführungsform
wird das Tempern der Mehrschichtschaltung mit einer fertiggestellten
Mehrschichtschaltung ausgeführt,
um den Schmelzpunkt der Klebschichten zu erhöhen, wodurch die Lötwiderstandstemperatur,
Wärmeformbeständigkeitstemperatur
und maximale Anwendungstemperatur der fertigen Mehrschichtschaltung
erhöht
werden.
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Alternativ
kann eine Mehrschichtschaltung getempert werden, die anschließend bei
der Herstellung einer weiteren Mehrschichtschaltung verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform
werden mehrfache sequentielle Temperschritte ausgeführt, wenn
neue Schichten zugefügt
werden. Der Prozeß der
Strukturierung (Circuitization) der äußeren Leitungsschichten gefolgt
vom Tempern der Mehrschichtschaltung und anschließender Laminierung
weiterer Leitungsschichten kann fortgesetzt werden, bis die gewünschte Anzahl
von Leitungsschichten erreicht ist. Vorteilhafterweise können mehrfach
aufeinanderfolgende Laminierungen unter Verwendung derselben Zusammensetzung
des Flüssigkristallpolymerklebschichten
und derselben Laminierungstemperatur ausgeführt werden, ohne die zuvor
laminierten Schichten zu schmelzen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer Mehrschichtschaltung, die nach dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung hergestellt worden ist, ist in 2, Bezugszeichen 10 gezeigt
und enthält
eine harzbeschichtete Leitungsschicht 12, die auf einer
zweiseitig laminierten Schaltung 14 angeordnet ist. Die
zweiseitig laminierte Schaltung 14 umfaßt ein dielektrisches Substrat 20 und
zwei Leitungsschichten 22, 24, wobei mindestens
die Leitungsschicht 22 strukturiert ist. Wie hier verwendet
bedeutet "angeordnet", dass die Schichten
einander teilweise oder vollständig überdecken.
Bei einem Herstellungsverfahren wird die harzbeschichtete Leitungsschicht 12,
die ein im wesentlichen (bei höherer
Temperatur) fließfähiges Dielektrikum 16 und
eine Leitungsschicht 18 enthält, benachbart der Schaltungsschicht 22 der
beidseitig laminierten Schaltung 14 angeordnet. Das Dielektrikum 16 und/oder
das dielektrische Substrat 20 enthalten ein Flüssigkristallpolymer.
Das dielektrische Substrat 20 kann ferner Teilchenfüllstoffe
und ein gewobenes Gewebe 28 enthalten. Alternativ kann
das gewobene Gewebe 28 durch eine nicht verwobene Assemblage
ersetzt werden. Der Stapel wird anschließend laminiert, vorzugsweise
bei einer Temperatur, die nicht höher als etwa 20 °C über dem
Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht 16 und/oder 20 liegt.
Die laminierte Mehrschichtschaltung kann anschließend wie oben
beschrieben getempert oder bei der Herstellung anderer Mehrschichtschaltungen
verwendet werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Mehrschichtschaltung 110, die nach dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, wird in 3 gezeigt
und umfaßt
eine erste Schaltung 112 die mit einer zweiseitig laminierten
Schaltung 114 durch bond ply 115 verklebt ist.
Die erste Schaltung 112 enhält ein im Wesentlichen nicht
fließfähiges dielektrisches
Substrat 116 und eine Schaltungsschicht 118. Die
zweiseitig laminierte Schaltung 114 umfaßt eine
erste Schaltungsschicht 122, ein im Wesentlichen nicht
fließfähiges dielektrisches
Substrat 120 und eine auf der anderen Seite davon angeordnete
Leitungsschicht 124. Die Leitungsschicht 124 kann
strukturiert sein, muss aber nicht strukturiert sein. Das Dielektrikum 115 und
oder eine oder beide dielektrischen Substrate 116,120 enthalten
ein Flüssigkristallpolymer.
Jedes der dielektrischen Substrate 116, 120 kann
Teilchenfüllstoffe
und/oder ein gewebtes oder nicht verwobenes Netz (nicht dargestellt)
enthalten. Bei einem Herstellungsverfahren ist die Klebschicht 115 zwischen
der Schaltungsschicht 122 und dem dielektrischen Substrat 116 angeordnet.
Der Stapel wird anschließend
laminiert, vorzugsweise bei einer Temperatur, die nicht höher als
etwa 20 °C über dem
Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht liegt.
Die laminierte Mehrschichtschaltung kann anschließend wie
oben beschrieben getempert oder bei der Herstellung weiterer Mehrschichtschaltungen
verwendet werden.
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Wie
in 4 mit Bezugszeichen 210 dargestellt kann
die Flüssigkristallpolymerklebschicht 115 mit
einer zusätzlichen
Polymerschicht 117 kombiniert sein, um eine Mehrschichtklebschicht
zu bilden. Schicht 117 ist vorzugsweise ein Flüssigkristallpolymer
und kann dieselbe oder eine andere Zusammensetzung und/oder Eigenschaften
wie die Klebschicht 115 haben. In einer Ausführungsform
ist Schicht 117 dünner
und/oder schmilzt bei niedrigerer Temperatur als Schicht 115.
Mehrschichtschaltung 210 kann durch Anordnung eines Mehrschichtfilmes
hergestellt werden, der die Klebschichtlagen 115, 117 zwischen
Schaltungsschicht 122 und dielektrischem Substrat 116,
wie dargestellt, enthält,
und Laminieren des Stapels hergestellt werden. Die laminierte Mehrschichtschaltung
kann anschließend,
wie oben beschrieben, getempert oder bei der Herstellung weiterer
Mehrschichtschaltungen verwendet werden.
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Es
liegt ebenfalls im Anwendungsbereich der Erfindung mehr al eine
zusätzliche
Schicht zu verwenden, falls dieses von den Anforderungen der Anwendung
vorgegeben wird. Wie in 5 dargestellt, umfasst eine
beispielhafte Mehrschichtbond-ply 140 Polymerschichten 115,117 und 119,
wobei mindestens eine und vorzugsweise alle Schichten 115,117 und 119 Flüssigkristallpolymerschichten
sind. In einer Ausführungsform sind
die Schichten 115 und 119 dünner als Schicht 117 und/oder
schmelzen bei einer niedrigeren Temperatur. Die Herstellung der
Mehrschichtschaltung 310 in 5 kann durch
Anordnung des Mehrschichtfilms 140 zwischen Schaltungsschicht 136 und
Schaltungsschicht 122, wie dargestellt, und Laminieren
des Stapels erfolgen. Mehrschichtfilme sind ebenfalls ein Anwendungsbereich
der Erfindung, die mehr als drei Schichten (nicht dargestellt) enthalten,
und die mindestens zwei äußere Klebschichtlagen
und so viele innere Klebschichtlagen wie erforderlich enthalten.
Der Mehrschichtfilm würde
dann benachbart zu der Leitungsschicht oder den Leitungsschichten
angeordnet sein, um einen Stapel zu bilden und wie oben beschrieben
laminiert zu werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Mehrschichtschaltung, die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt
worden ist, wird in 6, Bezugszeichen 410 gezeigt,
und sie umfasst eine erste Schaltung 212, die mit einer
ersten Klebschicht 224 mit einer zweiten Schaltung 214 verbunden
ist, und eine dritte Schal tung 216, die an die zweite Schaltung 214 durch
die Klebschicht 232 gebunden ist. Die erste zweiseitig
laminierte Schaltung 212 weist ein im Wesentlichen nicht
fließfähiges dielektrisches
Substrat 222 und Schaltungsschichten 218 und 224 auf.
Die zweite Schaltung 214 ist eine zweiseitig laminierte
Schaltung und umfasst ein im wesentlichen nicht fließfähiges dielektrisches
Substrat 228 und zwei Schaltungsschichten 226 und 230;
und die dritte Schaltung 216 umfasst ein im wesentlichen
nicht fließfähiges dielektrisches
Substrat 236 und Schaltungsschichten 234 und 238.
Andere Konfigurationen sind ebenfalls möglich. Eine oder mehrere Klebschichten 216, 232 und/oder
dielektrische Substrate 222, 228, 236 enthalten
ein Flüssigkristallpolymer.
Vorzugsweise ist jede ein Flüssigkristallpolymer.
Jedes der dielektrischen Substrate 222, 228, 236 kann
Teilchenfüllstoffe und/oder
ein gewobenes oder nicht verwobenes bzw. nonwoven Netz enthalten.
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Bei
einem Herstellungsverfahren werden die Klebschichten 224, 232 zwischen
den Schaltungen 212, 214, 216, wie dargestellt,
angeordnet und der Stapel wird laminiert, vorzugsweise bei einer
Temperatur, die nicht höher
als etwa 20 °C über dem
Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht
liegt. Die laminierte Mehrschichtschaltung kann anschließend wie
oben beschrieben getempert oder bei der Herstellung anderer Mehrschichtschaltungen
verwendet werden.
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Bei
einem weiteren Herstellungsverfahren wird aufeinanderfolgendes Tempern
verwendet, d.h. Klebschicht 224 wird zwischen der ersten
und zweiten Schaltung 212, 214, wie dargestellt,
angeordnet und der Stapel laminiert, vorzugsweise bei einer Temperatur,
die nicht höher
als etwa 20 °C über dem
Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht
liegt, und anschließend
wie hier beschrieben getempert. Klebschicht 232 wird dann
zwischen der zweiten Schaltung 214 und der dritten Schaltung 218 angeordnet
und der Stapel laminiert, vorzugsweise bei einer Temperatur, die
nicht höher
als etwa 20 °C über dem
niedrigsten Schmelzpunkt einer der Flüssigkristallpolymerschichten
liegt. Das resultierende Laminat kann dann getempert oder bei der
Herstellung weiterer Mehrschichtschaltungslaminate verwendet werden.
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Offensichtlich
besitzt das vorliegende Verfahren eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem
Stand der Technik. Die Verwendung einer Laminierungstemperatur von weniger
als 290 °C
und vorzugsweise weniger als 250 °C
bedeutet, dass der Laminierungsschritt mit konventionellen elektrisch
beheizten Pressen durchgeführt
werden kann. Die Anwendung des neuen Tempern-nach-Laminierung-Schritts
der Mehrschichtschaltungen hebt den Flüssigkristallpolymerschmelzpunkt
auf einen Wert oberhalb der Laminierungstemperatur an. Dieses gestattet
aufeinanderfolgendes Tempern und bietet dem Mehrschichtschaltungshersteller
maximale Flexibilität
bei der Fertigung.
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Das
oben beschriebene Verfahren wird weitergehend durch die folgenden
Beispiele dargelegt, die illustrierend aber nicht beschränkend sein
sollen.
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Beispiel 1: Vergrößerung der
Temperaturbeständigkeit
des Vectra LKX1112 Flüssigkristallpolymer-Klebfilms.
-
Um
die Erhöhung
geeigneter Mehrschichtschaltungseigenschaften zu demonstrieren,
die mit dem Tempern-nach-Laminierung-Schritt zu erzielen sind, wurde
der folgende Versuch durchgeführt.
Zwei Bögen
17 Mikrometer dicker NT-TOR Kupferfolie (Hergestellt von Circuit
Foils Luxembourg) wurden zusammen mit einer 50 Mikrometer dicken
Folie Vectra LKX1112 Flüssigkristallpolymer-Klebfilm
Vectra® LKX1112
Flüssigkristallpolymer
(Ticona Corporation) laminiert. Vectra® LKX1112
Flüssigkristallpolymer
zeigt einen Schmelzpunkt (gemessen als Peak-Wert des Schmelzpunkts durch dynamische
Differenzkalorimetrie (DSC – differential
scanning calorimetry) von 232 °C.
Das Pressen-Temperaturprogramm begann mit einer auf 95 °C vorgeheizten Presse,
Erhöhung
der Temperatur auf 230 °C
mit einer Geschwindigkeit von 3,3 °C/min und einem Druck von 2,76 × 106 N/m2 (400 psi),
Halten der Presse bei 230 °C
für 15
Minuten und anschließende
Abkühlung
der Presse auf Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von 3,3 °C/min.
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Vier
verschiedene Muster wurden vom oben beschriebenen Laminat vorbereitet,
eine nicht getemperte Kontrolle und drei Proben, die in einem Ofen über 8 Stunden
bei 200 °C,
210 °C und
220 °C getempert
wurden.
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Die
Lötbadwiderstandstemperatur
(solder float resistance temperature) wurde gemäß dem IPCTM-650 2.4.13 Testverfahren
gemessen.
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Der
Schmelzpunkt wurde durch Aufzeichnung des Peak-Endotherm-Wertes
in einer DSC-Spur unter Verwendung eines TA Instruments MDSC Modell
2920 unter Stickstoffatmosphäre
bei einer Heizrate von 10°C/min
gemessen.
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Die
Wärmeformbeständigkeitstemperatur
(HDT – hegt
distortion temperature) wurde "in
der ebene" (in-plane)
auf einem 3 mm × 9
mm großen
Muster gemessen, das unter Zugbeanspruchung in einen TA Instruments
Modell 2940 Thermo-Mechanical
Analyzer angeordnet wurde. Die HDT wird als die Temperatur aufgezeichnet,
bei der die Probe plötzlich
unter einer Beanspruchung von 0,01 Newton und einer Heizrate von
10 °C/min
nachgibt.
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Wie
in 1 dargestellt, verursacht Tempern bei 220 °C eine wesentliche
Erhöhung
aller drei zweckmäßigen thermischen
Eigenschaften.
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Beispiel 2. Mehrfache
sequentielle Mehrschichtlaminierungen mit Rogers R/flex 3800 LCPfilm.
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Das
folgende Beispiel zeigt sequentielle Laminierungen unter Verwendung
von flüssigkristallpolymerharzbeschichteten
Leitungsfolien und die Verbesserung des Verfahrens, die durch Tempern
der Mehrschichtschaltungsunterbaugruppen nach Laminierung erzielt
wird.
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Eine
Schaltung, die Rogers R/flex 3800 Flüssigkristallpolymerfilm als
dielektrische Schicht enthält
und die auf beiden Seiten mit Kupferfolie laminiert ist, kann von
der Rogers Corporation unter dem Handelsnamen R/flex3850® bezogen
werden. Das Flüssigkristallpolymerschaltungssubstrat
in diesem Material zeigt einen durch DSC gemessenen nematischen
Schmelzpunkt von 315 °C.
Ein Schaltungssubstrat mit R/flex 3800 Flüssigkristallpolymerfilm als
dielektrischer Schicht das auf einer Seite mit Kupferfolie laminiert
ist, kann von der Rogers Corporation unter dem Handelsnamen R/flex3600® bezogen
werden. Das Flüssigkristallpolymerschaltungssubstrat
in diesem Material zeigt einen durch DSC gemessenen nemati schen
Schmelzpunkt von 290 °C
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Ein
Modell einer zweiseitigen Schaltung wurde durch Ätzen einer Reihe von parallenen,
3,2 mm (1/8 inch) breiten Linien in die Kupferfolie eines 15,24 × 15,24 × 0,0051
cm (6 inch × 6
inch × 0,002
inch) R/flex3850®-Laminates hergestellt.
Zwei Bögen
0,051 mm (0,002 inch) dicke R/flex3600® Schaltungssubstrate wurden
anschließend
auf die Außenschichten
des R/flex3850®-Laminates
bei einer Temperatur von 290 °C und
einem Druck von 0,52 × 106 N/m2 (75 psi) über 35 Minuten
laminiert. Die Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe wurde in der
Presse auf Raumtemperatur abgekühlt
und anschließend
vom Druck entlastet. 3,2 mm (1/8 inch) breite Linien wurden in die
Außenschichten
der Kupferfolie geätzt.
Die Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe wurde dann durch Anordnung
in einem Ofen zwischen zwei 2,5 mm (0,1 inch) dicken Edelstahlplatten
bei einer Temperatur von 270 °C über 1,5
Stunden getempert.
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Zwei
zusätzliche
Schichten 0,051 mm (0,002 inch) dicke R/flex3600® Schaltungssubstrate
wurden auf die Außenseiten
der oben genannten Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe bei einer
Temperatur von 290 °C und
einem Druck von 0,52 × 106 N/m2 (75 psi) über 35 Minuten
laminert. Die resultierende Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe
(jetzt mit den beiden zusätzlichen
Schichten R/flex3600® Schaltungssubstrat) wurden
in der Presse auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend vom
Druck entlastet. Wiederum wurden 3,2 mm (1/8 inch) breite Linien
in die Außenschichten
der Kupferfolie geätzt
und die Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe dann durch Anordnung
in einem Ofen zwischen zwei 2,5 mm (0,1 inch) dicken Edelstahlplatten
bei einer Temperatur von 270 °C über 1,5
Stunden getempert.
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Derselbe
Vorgang, Hinzufügen äußerer Schichten
von R/flex3600® Schaltungssubstrat,
wurde wiederholt, einschließlich Ätzen der
3,2 mm (1/8 inch) breiten Linien und eines dritten Temper-Schritts.
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Der
nematische Schmelzpunkt der äußeren Filmschicht
wurde nach dem dritten Temper-Schritt unter Verwendung des DSC-Verfahrens
gemessen. Es wurde festgestellt, dass das Tempern den Schmelzpunkt
des R/flex3600®-Substrats von
290 °C auf
311 °C angehoben
hat.
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Die
Mehrschichtschaltungsbaugruppe wurde quergeschnitten und untersucht.
Eine Bewegung der Kupferspuren, die während einem der Laminierungsschritte
hätte stattfinden
können,
wurde nicht festgestellt.
-
Derselbe
Vorgang wurde ohne die wirksamen Temper-Schritte wiederholt. Eine
wesentliche Erhöhung des
nematischen Schmelzpunktes konnte nicht beobachtet werden. Eine
signifikante Bewegung der geätzten Kupferlinien
in den inneren Lagen wurde beobachtet. Ohne den Temper-Schritt führt eine
sequentielle Laminierung einer Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe
unter Verwendung eines Flüssigkristallpolymermaterials mit
gleichem Schmelzpunkt und gleicher Klebetemperatur nicht zu einer
verwendbaren Mehrschichtschaltung.
-
Während bevorzugte
Ausführungsbeispiele
gezeigt und beschrieben worden sind, können an diesen zahlreiche Modifikationen
und Substitutionen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Anwendungsbereich
der Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist die Beschreibung der
vorliegenden Erfindung illustrativ und nicht limitierend zu sehen.
-
- 10,
110, 210, 310, 410
- Mehrschichtschaltung
- 12
- harzbeschichtete
Leitungsschicht
- 14,
114
- zweiseitig
laminierte Schaltung
- 16
- Dielektrikum
- 18
- Leitungsschicht
- 20,
120
- dielektrisches
Substrat
- 22
- Leitungsschicht/Schaltungsschicht
- 24,
124
- Leitungsschicht
- 28
- gewobenes
Gewebe
- 110
- Mehrschichtschaltung
- 112,
212
- erste
Schaltung
- 115
- bond
ply, Dielektrikum
- 116
- dielektisches
Substrat
- 117,
119
- Schicht
- 118
- Schaltungsschicht
-
Zusammenfassung
-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltung.
Sie enthält
eine strukturierte Leitungsschicht, die auf einer Flüssigkristallpolymerschicht
mit einer Tg (Glasübergangstemperatur)
und einem ersten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie
durch den Peak endotherm über
der Glasübergangstemperatur
in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, angeordnet
ist. Das Verfahren umfasst die Behandlung der Schaltung bei einer
Temperatur zwischen der Tg und dem ersten Schmelzpunkt, mit der Wirkung
den ersten Schmelzpunkt auf einen zweiten kristallinen bis nematischen
Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur
in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, anzuheben,
wobei der zweite Schmelzpunkt mindestens 10 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt.
