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Hintergrund
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Die
vorliegende Erfindung betrifft dielektrische Materialien verwendbar
bei der Herstellung von Schaltungsmaterialien, Schaltungen und Mehrschichtschaltungen.
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Wie
im folgenden verwendet ist ein Schaltungsmaterial ein Gegenstand,
der bei der Herstellung von Schaltungen und Mehrschichtschaltungen
verwendet wird, und beinhaltet Schaltungslaminate, Klebfilme (bond
plies), harzbeschichtete Leitungsschichten und Abdeckfolien. Die
Schaltungsmaterialien werden aus einem dielektrischen Material hergestellt,
das ein wärmehärtendes
(duroplastisches) oder thermoplastisches Polymer ist. Die Polymere
werden häufig
mit Füllstoffen
wie Silica kombiniert, um die dielektrischen oder andere Eigenschaften
des Polymers einzustellen. Das dielektrische Material in einem Klebfilm,
einer harzbeschichteten Leitungsschicht oder einer Abdeckfolie kann
im wesentlichen nicht-fließfähig sein,
d.h., es erweicht oder fließt
während
der Herstellung, aber nicht während
des Betriebs der Schaltung, wohingegen das dielektrische Material
in einem Schaltungslaminat (das ist ein dielektrisches Substrat)
nicht so ausgelegt ist, daß es
während der
Herstellung oder des Betriebs der Schaltung oder Mehrschichtschaltung
nicht erweicht oder fließt.
Dielektrische Substratmaterialien können rigide dielektrische Materialien
sein, die ein Fasergewebe und/oder ande re Arten von Verstärkungen,
wie beispielsweise kurz- oder langfaserige Füllstoffe. enthalten können.
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Ein
Schaltungslaminat ist eine Art von Schaltkreismaterial, das eine
fest an eine dielektrische Substratschicht gebundene Leitungsschicht
besitzt. Zweiseitig laminierte Laminate haben zwei Leitungsschichten, eine
auf jeder Seite des dielektrischen Substrats. Strukturierung (Patterning)
einer Leitungsschicht eines Laminates, beispielsweise durch Ätzung, liefert
eine Schaltungsschicht und so eine Schaltung. Mehrschichtschaltungen
enthalten eine Mehrzahl von Leitungsschichten, von denen mindestens
eine ein leitfähiges
Verdrahtungsmuster enthält.
Typischerweise werden Mehrschichtschaltungen durch Laminieren einer
oder mehrerer Schaltungen aufeinander unter Verwendung von Klebfilmen
bzw. Klebmitteln und, in einigen Fällen, harzbeschichteter Leitungsschichten
in der richtigen Anordnung unter Anwendung von Wärme und/oder Druck hergestellt.
Die Klebfilme werden verwendet, um die Adhäsion zwischen den Schaltungen
und/oder zwischen einer Schaltung und einer Leitungsschicht, oder
zwischen zwei Leitungsschichten herzustellen. An Stelle von 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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Zahlreiche
polymere dielektrische Materialien werden gegenwärtig zur Herstellung von Schaltungsmaterialien
verwendet, einschließlich
Phenol-Formaldehyd-Harze,
Epoxidharze und auf Isopren und Butadien aufbauende Harze. Die derzeit
verwendeten polymeren dielektrischen Materialien sind oft nicht
selbst flammhemmend und können
daher bromhaltige Additive enthalten, um die UL 94-Bewertung V-0 zu
erhalten. Aufgrund neuerer Gesetzgebung, beispielsweise in Europa
und Japan, besteht großes
Interesse an der Entfernung der bromierten Verbindungen aus diesen
Schaltkreismaterialien. Unglücklicherweise
erfordert der Ersatz der bromhaltigen Verbindungen durch andere
flammhemmende Additive oft den Zusatz großer Mengen Additiv, was für die elektrischen
Eigenschaften der mit den polymeren Materialien hergestellten Laminate
abträglich sein
kann. Daher besteht weiterhin ein Bedarf an flammhemmenden polymeren
Materialien, die geeignete elektrische und thermische Eigenschaften
besitzen, zur Verwendung in Schaltkreismaterialien, Schaltungen und
Mehrschichtschaltungen.
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Kurze Zusammenfassung
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Die
obenbeschriebenen Nachteile und Unzulänglichkeiten werden durch Schaltungsmaterialien
verringert, die ein Polymer enthalten, das ein kovalent gebundenes
vielflächiges
(polyhedrales) Silsesquioxan enthält.
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In
einer weiteren Ausführung
umfaßt
das Schaltkreismaterial eine auf einer dielektrischen Schicht angeordnete
Leitungsschicht, wobei die dielektrische Schicht ein Polymer enthält, das
ein kovalent gebundenes vielflächiges
Silsesquioxan enthält.
Eine zusätzliche
Leitungsschicht kann auf der gegenüberliegenden Seite der dielektrischen
Schicht angeordnet sein, um ein zweiseitig laminiertes Schaltungsmaterial
zu bilden. Zusätzliche
Schaltungsschichten können
hinzugefügt
werden, um eine Mehrschichtschaltung herzustellen. In einer weiteren
Ausführungsform
enthält
die dielektrische Schicht weiterhin eine Fasermatte.
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Das
ein kovalent gebundenes vielflächiges
Silsesquioxan enthaltende Polymer ist inhärent flammhemmend und kann
verwendet werden, um flammhemmende Schaltungsmaterialien mit ausgezeichneten
elektrischen und physikalischen Eigenschaften herzustellen. Die
oben diskutierten und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden vom Fachmann auf dem Gebiet durch die nachfolgende detaillierte
Beschreibung gewürdigt
und verstanden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird auf die beispielhaften Zeichnungen Bezug genommen,
in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen in verschiedenen
Zeichnungen versehen sind:
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines beispielhaften Schaltungsmate rials
enthaltend ein kovalent gebundenes vielflächiges Silsesquioxan-Polymermaterial,
ein gewebtes Gewebe und eine Leitungsschicht;
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines beispielhaften Schaltungsmaterials
enthaltend ein kovalent gebundenes vielflächiges Silsesquioxan-Polymermaterial und
eine Leitungsschicht;
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines beispielhaften zweiseitig laminierten
Schaltungsmaterials enthaltend ein kovalent gebundenes vielflächiges Silsesquioxan-Polymermaterial,
ein gewebtes Gewebe und zwei Leitungsschichten;
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines beispielhaften zweiseitig laminierten
Schaltungsmaterials enthaltend ein kovalent gebundenes vielflächiges Silsesquioxan-Polymermaterial
und zwei Leitungsschichten;
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5 zeigt
eine schematische Darstellung eines beispielhaften zweiseitig laminierten
Schaltungslaminats enthaltend ein kovalent gebundenes vielflächiges Silsesquioxan-Polymermaterial;
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6 zeigt
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Mehrschichtschaltung
enthaltend ein kovalent gebundenes vielflächiges Silsesquioxan-Polymermaterial.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Im
folgenden werden Schaltkreismaterialien beschrieben, die aus einem
dielektrischen Material hergestellt sind, das ein Polymer enthält, das
ein kovalent gebundenes vielflächiges
Silsesquioxan (POSS) enthält.
Solche Polymere ermöglichen
die Herstellung flammhemmender Schaltungsmaterialien mit guten elektrischen
und thermischen Eigenschaften. Unter einem "kovalent gebundenen POSS" wird verstanden,
daß das POSS
kovalent an das Polymer als Seitengruppe oder als eine sich wiederholende
Einheit innerhalb des Polymers gebunden ist. Die Zusammensetzung
kann ferner ein dispergiertes POSS enthalten, wobei das dispergierte
POSS dasselbe oder ein anderes kovalent gebundenes POSS sein kann.
In Verbindung mit Kieselgel und/oder Glasfasergewebe können starre
Schaltungsmate rialien mit geeigneten elektrischen Eigenschaften und
einer UL-94-Bewertung mit V-0 ohne den Zusatz halogenierter Flammschutzmittel
hergestellt werden. Da POSS-Harze von Natur aus duroplastisch sind
und bei geringen Temperaturen aushärten, kann das kovalent gebundene
POSS-Gruppen enthaltende Polymer auch als Klebfilmschicht für andere
Laminate verwendet werden, beispielsweise für solche, die auf Flüssigkristallpolymeren
basieren.
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Geeignete
Polymere zur kovalenten Bindung von POSS-Gruppen umfassen beispielsweise
Silikonharze, 1,2-Polybutadiene, Polyisoprene, Polyester, Acrylatester,
Polybutadien-polyisopren-copolymere, allylierte Polyphenylenether,
und thermoplastische Harze wie Polyphenylenether (PPE), Bismaleimidtriazine
(BT), Epoxide, Cyanatester, Dialkylsiloxanpolymere wie Dimethylsiloxanpolymere,
und Kombinationen, die mindestens eines der vorhergenannten Harze
enthalten. Ebenso können
Mischungen warmhärtender
Harze und nichthärtender
Kunststoffe verwendet werden, wobei die nicht beschränkenden
Beispiele epoxy-imprägnierte Polytetrafluoroethylene
(PTFE), epoxidbeschichtete PTFE, Epoxypolyphenylenether, Epoxypolyetherimide (PEI),
Cyanatester-PPE, und 1,2-Polybutadienpolyethylen umfassen. Zusammensetzungen,
die Polybutadien-, Polyisopren-, und/oder Polybutadien- und Polyisopren-Copolymere
enthalten, sind besonders geeignet. Andere geeignete Polymere umfassen
Diorganosiloxanpolymere, die monovalente Kohlenwasserstoffe mit
bis zu 16 Kohlenstoffatomen enthalten, insbesondere Alkyl-, Alkenyl-
oder Arylgruppen mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen und noch spezieller
Phenyl oder Niederalkyl oder -alkenylgruppen mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen
und ganz besonders Methyl- oder Phenylgruppen, beispielsweise Polydimethylsiloxane,
Polydivinylsiloxane und Polydiphenylsiloxane.
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Vielflächige Silsesquioxane
haben die allgemeine Formel (RsiO1,5)n, wobei R ein organischer Rest und n = 6,
8, 10, 12 oder größer ist.
Diese Moleküle
besitzen ein starres, thermisch stabiles Silicium-Sauerstoff-Grundgerüst mit einem
Sauerstoff : Silicium-Verhältnis
von 1,5 und kovalent gebundenen organischen Gruppen, die eine organische
Außenschicht
bereitstellen, die beispielsweise sowohl Kohlenwasserstoffe enthält (z.B.
Vinyl, Phenyl, Isooctyl, Cyclohexyl, Cyclopentyl, Isobutyl oder
andere Kohlenwasserstoffe) als auch funktionelle Gruppen wie Ester,
Epoxide, Acrylate und andere funktionelle Gruppen. Ein spezifisches
POSS ist ein Vinyl-POSS. POSS können
eine Oberfläche
von mehr als 400 Quadratmeter pro Gramm (m2/g)
haben. Eine Si8-POSS-Struktur ist unten
dargestellt.
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Die
Copolymerisation oder die Bindung als Seitengruppe kann unter Verwendung
funktionalisierter POSS (auch bekannt als "POSS-Monomere") erfolgen, wobei eine, zwei oder mehr
der kovalent gebundenen organischen Gruppen mit mindestens einem
bei der Herstellung des Polymers verwendetem Monomer oder Oligomer,
oder mit mindestens einer Gruppe im Polymer reagieren können. In
einigen Fällen
ist es möglich, daß alle kovalent
gebundenen organischen Gruppen reaktive Gruppen sind.
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Funktionalisierte
POSS können
beispielsweise durch "corner-capping" eines unvollständig kondensierten,
Trisilanolgruppen enthaltenden POSS mit einem substituierten Trichlorsilan
dargestellt werden. Beispielsweise kann die Trisilanolfunktion von
R7T4D3(OH)3 (wobei R ein Kohlenwasserstoff ist) mit
Cl3Si-Y umgesetzt werden, um ein vollständig kondensiertes
POSS-Monomer R7T8Y
zu erhalten. Bei der folgenden Struktur ist T = SiO1,5 und
Y ein organischer Rest.
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Durch
Variation des Restes Y am Silan kann eine Vielfalt funktioneller
Gruppen an der Ecke des POSS Grundgerüst angeordnet werden einschließlich aber
nicht beschränkt
auf Halogen, Alkohol, Amin, Hydrid, Isocyanat, Säure, Säurechlorid, Silanol, Silan,
Acrylat, Methacrylat, Olefin und Epoxid.
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Weitere
Beispiele geeigneter POSS-Monomere umfassen diese mit der allgemeinen
Formel Rn-mTnYm, wobei R ein Kohlenwasserstoff, n = 6,
8, 10, 12 oder größer, M =
1 bis n, T = SiO1,5 und Y ein organischer
Rest mit einer funktionellen Gruppe ist, wobei die funktionelle
Gruppe beispielsweise Halogen, Alkohol, Amin, Hydrid, Isocyanat,
Säure,
Säurechlorid,
Silanol, Silan, Acrylat, Methacrylat, Olefin und Epoxid umfaßt. Bei
einem geeigneten POSS-Monomer ist beispielsweise n = 8, M = 1, 2,
3, 4, 5, 6, 7 oder 9, R = C1-C24 geradkettig,
verzweigt oder cycloalkyl, C1-C24 aromatisch,
alkylaryl, oder arylalkyl, wobei der Alkylrest oder der aromatische Rest
wahlweise substituiert sein können
mit C1-C6-Alkyl,
Haloalkyl (Halo kann nicht allein stehen, ebensowenig wie alkyl),
C1-C6-Alkoxy, C1-C6 Perhaloalkyl,
und dergleichen.
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Andere
geeignete POSS-Monomere umfassen solche mit der allgemeinen Formel
R
7T
4D
3(OY)
3,
wobei R und Y wie zuvor für das R
7T
8Y-Monomer definiert
werden.
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Geeignete
funktionelle Gruppen sind Epoxide, Ester und Acrylat(-X-OC(O)CH=CH2) und Methacrylatgruppen (-X-OC(O)CH(CH3)=CH2), wobei X
eine divalente Kopplungsgruppe (Linker) mit 1 bis etwa 36 Kohlenstoffatomen
ist, wie Methylen, Ethylen, Propylen, Isopropylen, Butylen, Isobutylen,
Phenylen und dergleichen. X kann auch mit einer funktionellen Gruppe
wie ein Ether substituiert sein (z.B. – CH2CH2OCH2CH2-), solange
diese funktionellen Gruppen bei der Darstellung oder der Verwendung
der POSS nicht stören.
X kann Propylen, Isobutylen, oder -OSi(CH3)2CH2CH2CH2- sein. Eine, alle oder eine dazwischenliegende
Anzahl kovalent gebundener Gruppen können Acrylat- oder Methacrylatgruppen
(im folgenden (Meth)acrylat) sein. Solche funktionalisierten POSS
sind von Gelest, Inc. (Tullytown, PA) und Hybrid Plastics Corp.
erhältlich.
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Ein
Methacryloxypropyl-substituiertes T8-POSS
(bei dem alle Positionen des Polyeders methacryloxypropyl-substituiert
sind) ist unter der Handelsbezeichnung MA0735 von der Hybrid Plastics
Corp. zu beziehen.
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Ein
weiteres Methacryloxypropyl-substituiertes T8-POSS
(bei dem eine Position methacryloxypropyl-substituiert ist und die
verbleibenden Positionen Isobutylsubstituiert sind), ist unter der
Handelsbezeichnung MA0702 von der Hybrid Plastics Corp. (Fountain
Valley, CA, USA) zu beziehen.
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Die
Kopplungsgruppen X sind für
die Verwendung mit anderen funktionellen Gruppen geeignet. Andere
POSS-Strukturen umfassen beispielsweise T6,
T8, T10 oder T12-Strukturen, die funktionalisiert sind
mit Alkoxysilanen wie Diethoxymethylsilylethyl, Diethoxymethylsilylpropyl,
Ethoxydimethylsilylethyl, Ethoxydimethylsilylpropyl, Triethoxysilylethyl,
und dergleichen; mit Styrol wie Styrenyl(C6H5CH=CH-), Styryl(-C6H4CH=CH2), und dergleichen;
mit Olefinen wie Allyl, -OSi(CH3)2CH2CH=CH2, Cyclohexenylethyl, -OSi(CH3)2CH=CH2, und dergleichen;
mit Epoxiden wie 4-Propyl-1,2-epoxycyclohexyl, 3-Propoxy, Glycidyl (-CH2CH2CH2OCH2CH(O)CH2), und dergleichen;
mit Chlorsilanen wie Chlorsilylethyl, Dichlorsilylethyl, Trichlorsilylethyl,
und dergleichen; mit Aminen wie Aminopropyl, Aminoethylaminopropyl,
und dergleichen; mit Alkoholen und Phenolen wie -OSi(CH3)2CH2CH2CH2OC(CH2CH3)2(CH2CH2OH), 4-Propylen-trans-1,2-cyclohexandiol, -CH2CH2CH2OCH2C(CH2OH)(OH), und
dergleichen; mit Phosphinen wie Diphenylphosphinoethyl, Diphenylphosphinopropyl,
und dergleichen; mit Norbornenylen wie Norbornenylethyl; mit Nitrilen
wie Cyanoethyl, Cyanopropyl, -OSi(CH3)2CH2CH2CH2CN, und dergleichen; mit Isocyanaten wie
Isocyanatopropyl, -OSi(CH3)2CH2CH2CH2NCO,
und dergleichen; mit Halogeniden wie 3-Chlorpropyl, Chlorbenzyl
(-C6H4CH2Cl), Chlorbenzylethyl, 4-Chlorphenyl, Trifluorpropyl
(eingeschlossen ein T8-Würfel mit acht Trifluorpropylsubstituten),
und dergleichen; und mit Estern wie Ethylundecanoat-1-yl und Methylpropionat-1-yl,
und dergleichen. Bestimmte Polymere wie Poly(dimethyl-co-methylhydrido-co-methylpropyl)
Polymere, Poly(dimethyl-co-methylvinyl-co-methylethylsiloxy), Poly(ethylnorbonenyl-co-norbonen)
und Poly(ethylsilsesquioxan) können
ebenfalls zur Funktionalisierung von POSS verwendet werden. Viele
dieser Substitute an T8-POSS sind im Handel
erhältlich
von Hybrid Plastics Corp. and Gelest.
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Die
POSS-Monomere können
unter Verwendung von Standardverfahren polymerisiert werden, um
anorganisch-organische Hybridcopolymere zu erhalten, beispielsweise
mittels radikalischer Polymerisationsverfahren. Die Copolymere können zufällig verteiltes
POSS, oder Blöcke
von POSS-Monomeren enthalten. Beispielsweise kann ein Silsesquioxan-Blockpolymer
durch homopolymeres Kettenwachstum bis zur gewünschten Länge gefolgt von Addition einer
zweiten Monomerzuführung
und nachfolgende Polymerisation, bis die gewünschte Segmentlänge erreicht
ist, dargestellt werden. Diesem Prozeß können nachfolgende Re-Additionen und Polymerisationen
folgen. Eine Abwandlung dieses Prozesses kann durch Addition von
zwei oder mehr Silsesquioxan-Oligomeren zu einer Lösung gefolgt
von Polymerisation ausgeführt
werden, um ein Polymer dazustellen, das Silsesquioxaneinheiten in
zufälliger
oder geordneter Anordnung enthält.
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Alternativ
oder zusätzlich
zur Copolymerisation können
polyhedrale oligomere Silsesquioxane kovalent an ein vorgebildetes
Polymerrückgrat
oder Kette gebunden werden. Pfropfreaktionen können verwendet werden, wo das
POSS einen funktionalen Verknüpfungspunkt
enthält
wie beispielsweise, wenn die reaktive Gruppe Y ein Hydrid, ein Chlorid
oder ein Alkohol ist. Eine Pfropfreaktion eines polyhedralen oligomeren
Silsesquioxan an ein Polymer mit terminalen Vinylgruppen kann in
THF über
einen Zeitraum von mehreren Stunden in Gegenwart eines Katalysators
für Hydrosilylierungen
wie ein Karsted-Katalysator oder ein Speier-Katalysator wie Hexachlorplatinsäure ablaufen.
Die Synthese von Silsesquioxanpolymeren aus dieser Reaktion rührt von
der Addition der Reaktiven Silicium-Wasserstoff-Bindung an die Vinylbindung
des Stammpolymers her.
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Die
Menge kovalent gebundenen POSS im Polymer kann etwa 20 Gewichtsprozent
(Gew.-%) bis etwa 80 Gew.-% betragen ausgehend vom Gesamtgewicht des
Polymers, das kovalent gebundenes POSS enthält. Bevorzugte Mengen sind
etwa 30 bis etwa 70 Gew.-%, und besonders bevorzugte Mengen sind
etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% ausgehend vom Gesamtgewicht des Polymers,
das kovalent gebundenes POSS enthält.
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Das
dielektrische Material kann weiterhin wahlweise ein dispergiertes
POSS enthalten, das dasselbe oder ein anderes als das kovalent gebundene
POSS ist. Ein geeignetes dispergiertes POSS ist beispielsweise ein
Vinyl-POSS. Wenn vorhanden kann das dispergierte POSS etwa 20 bis
etwa 80 Gew.-% des Gesamtgewichts des dielektrischen Materials ausmachen.
Bevorzugte Mengen sind etwa 30 bis etwa 70 Gew.-%, und besonders
bevorzugte Mengen sind etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% ausgehend vom
Gesamtgewicht des dielektrischen Materials.
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Das
dielektrische Material kann zusätzlich
zu dem Polymer, das kovalent gebundenes POSS enthält, andere
Additive enthalten, z.B. Polymere, Quervernetzer (Crosslinker),
Härter
und dergleichen. Das dielektrische Material kann beispielsweise
andere zur Verwendung in Leiterplattenmaterialien bekannte Polymere
enthalten wie Polybutadien, Polyisopren und dergleichen. Das dielektrische
Material kann daher etwa 5 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% ausgehend vom
Gesamtgewicht des dielektrischen Materials eines zweiten Polymers
enthalten, das chemisch verschieden von dem Polymer ist, das kovalent
gebundenes POSS enthält.
Eine bevorzugte Menge des zweiten Polymers sind etwa 10 bis etwa
60 Gew.-%, und besonders bevorzugte Mengen sind etwa 15 bis etwa
50 Gew.-% ausgehend vom Gesamtgewicht des dielektrischen Materials.
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In
einer Ausführungsform
kann das zweite Polymer ein Polymer mit geringem Molekulargewicht
mit einem Molekulargewicht kleiner als etwa 10000 sein, das reaktivc
Gruppen enthält,
die eine kovalente Bindung mit POSS ermöglichen. Solche Polymere können als
Vermittlungsreagenzien (compatibilizing agent) oder Quervernetzer
nützlich
sein. Geeignete reaktive Gruppen umfassen Epoxide, Maleat-, Hydroxy-,
Carboxyl-, Methacrylate-, und Alkenylgruppen, im Speziellen Vinylgruppen.
Geeignete zweite Polymere umfassen beispielsweise Polybutadien mit
geringem Molekulargewicht, alkenylterminierte Polyphenylenoxide, (Meth)acrylatpolymere
und dergleichen. Warmhärtende
Polybutadien- oder Polyi soprenharze mit geringem Molekulargewicht
umfassen, sind aber nicht beschränkt
auf, epoxy-, maleat, hydroxy-, carboxyl- und methacrylatfunktionalisierte
Harze. Etwaige funktionalisierte flüssige Polybutadienharze sind
von Nippon Soda Co., Ltd. erhältlich
und umfassen diese unter den Handelsnamen Nisso G-1000, G-2000, G-3000;
Nisso C-1000; Nisso BN-1010, BN-2010, BN-3010, CN-1010; Nisso TE-2000;
und Nisso BF-1000. Ein weiteres geeignetes funktionalisiertes Polymer
ist im Handel erhältlich
von der Colorado Chemical Specialties, Inc. unter dem Handelsnamen
Ricon131/MA.
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Polydiorganosiloxane
mit durchschnittlich zwei siliciumgebunden Alkenylgruppen pro Molekül, z.B.
je eines an jedes terminale Siliciumatom des Moleküls gebunden,
sind ebenfalls geeignete zweite Polymere. Die organischen Gruppen
der Polydiorganosiloxane können
jeweils unabhängig
voneinander ein monovalenter Kohlenwasserstoff mit bis zu 16 Kohlenstoffatomen
sein, bevorzugt eine Alkyl- oder
Arylgruppe mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt eine
niedere Alkylgruppe mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen und am meisten
bevorzugt Methyl. Die Alkenylgruppe kann bis zu 8 Kohlenstoffatome
besitzen und ist bevorzugt eine Vinylgruppe. Geeignete Polydiorganosiloxane
umfassen Polydialkylsiloxanes wie α,ω-Vinyldimethylsiloxypolydimethylsiloxane,
Polydiarylsiloxane wie α,ω-Vinyldiphenylsiloxypolydiphenylsiloxan,
oder Polyalkylarylsiloxane wie α,ω-Vinylmethylphenylsiloxypolymethylphenylsiloxan,
und dergleichen. Copolymere, die Dialkylsiloxan- und Diarylsiloxangruppen
enthalten, können
gleichfalls verwendet werden, beispielsweise vinyl-terminiertes Dimethylsiloxan-Diphenylsiloxan-Copolymer
(Copoly(Dimethylsiloxan/Diphenylsiloxan)). Mischungen, die mindestens
eines der vorhergenannten zweiten Polymere enthalten, beispielsweise
Triallylisocyanurat, können
ebenfalls verwendet werden.
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Quervernetzungsreagenzien,
die kleine Moleküle
sind, können
ebenfalls verwendet werden, beispielsweise Triallylisocyanurat,
Triallylcyanurat, Diallylphthalat, Divinylbenzol, und mulfifunktionelle
Acrylatmonomere (z.B. die von Arco Specialty Chemicals Co. erhältlichen
Sartomer-Verbindungen), sowie Kombinationen daraus, wobei all diese
im Handel erhältlich
sind. Der Gehalt an Quervernetzungsreagenzien der warmhärtenden Zusammensetzung
kann vom Fachmann in Abhängigkeit
von der gewünschten
Flammschutzwirkung der Zusammensetzung, dem Anteil weiterer Bestandteile
und der anderen gewünschten
Eigenschaften des Endprodukts leicht ermittelt werden. Im allgemeinen
liegen wirksame Mengen bei etwa 0,5 bis etwa 15, bevorzugt bei etwa
1 bis etwa 10 und besonders bevorzugt bei etwa 5 bis etwa 8 Gew.-%
ausgehend vom Gesamtgewicht des Harzanteils des dielektrischen Materials.
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Bevorzugte
Härter
sind organische Peroxide wie Dicumylperoxid, t-Butylperbenzoat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan,
alpha,alpha-bis-(t-Butylperoxy)diisopropylbenzol
und t-Butylperoxyhexin-3, die alle im Handel erhältlich sind. Sie können allein
oder in Kombination eingesetzt werden. Typische Mengen an Härter sind
von etwa 1,5 Teile pro Hundert der Gesamtharzzusammensetzung (PHR)
bis etwa 6 PHR. Eine Härtung
bei relativ niedriger Temperatur des dielektrischen Materials kann
durch die Verwendung einer entsprechenden Menge organischen Peroxids
wie Dicumylperoxid und t-Butylperbenzoat erreicht werden.
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Um
die Härte
zu verbessern und/oder die Sprödigkeit
des Polymers zu reduzieren, kann den Zusammensetzungen zusätzlich ein
Elastomer zugesetzt werden. Geeignete optionale Polymere umfassen
beispielsweise Ethylen-Propylen-Elastomer
(EPR); Ethylen-Propylendienmonomer-Elastomer (EPDM); Styrol-Butadien-Elastomer
(SBR); Styrol-Butadien Block-Copolymere (SB); 1,4-Polybutadien; weitere
Polybutadien Block-Copolymere wie Styrol-Isopren-Styrol-Triblock (SIS), Styrol-(Ethylen-Butylen)-Styrol-Triblock
(SEBS), Styrol- (Ethylen-Propylen)-Styrol-Triblock
(SEPS) und Styrol-(Ethylen-Butylen)-Diblock (SEB); Polyisopren; elastomere
(Meth)acrylathomopolymere und Copolymere; Silikon-Elastomere; Fluoropolymer-Elastomere;
Butylkautschuk; Urethan-Elastomere; Norbornen- und Dicyclobutadien-basierte
Elastomere; Butadien-Copolymere mit Acrylonitril, (Meth)acrylatestern
oder carboxylierten Vinylmonomeren; Copolymere von Isopren mit Acrylonitril,
Acrylatestern, (Meth)acrylatester oder carboxylierten Vinylmonomeren;
und Kombinationen, die eines der vorhergenannten Monomere enthalten.
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Wenn
vorhanden, wird das Elastomer in einer Menge von etwa 1 Gew.-% bis
zu etwa 50 Gew.-% des Gesamtgewichts des dielektrischen Materials
eingesetzt.
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Bevorzugte
Mengen sind etwa 5 bis etwa 40 Gew.-%, und besonders bevorzugt etwa
10 bis etwa 30 Gew.-% ausgehend vom Gesamtgewicht des dielektrischen
Materials.
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Zusätzlich zu,
oder an Stelle von, dem optionalen, dispergierten POSS kann das
dielektrische Material einen oder mehrere dielektrische Teilchenfüllstoffe
enthalten. Verwendbare Teilchenfüllstoffe
umfassen, sind aber nicht beschränkt
auf, Titandioxid (Rutil und Anatas), Bariumtitanat, Strontiumtitanat,
Silica (Teilchen und Hohlkugeln) einschließlich amorphem synthetischem
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. Um die Adhäsion
zwischen den Füllstoffen
und dem Polymer zu verbessern, können
die Füllstoffe
mit einem oder mehreren Kupplungsreagenzien wie Silanen, Zirkonaten
oder Titanaten behandelt sein.
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Sofern
sie verwendet werden, liegen die dielektrischen Teilchenfüllstoffe
im allgemeinen in einer Gesamtmenge von etwa 20 bis etwa 80 Gew.-%
des Gesamtgewichts der dielektrischen Zusammensetzung vor. Bevorzugte
Mengen sind etwa 30 bis etwa 70 Gew.-%, und besonders bevorzugt
etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% ausgehend
vom Gesamtgewicht des dielektrischen Materials.
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Insbesondere
wenn es als dielektrisches Substrat verwendet wird, kann das dielektrische
Material weiterhin ein Faservlies enthalten, was vorliegend definiert
wird als eine gewebte oder nicht-gewebte Assemblage von Fasern,
die unter den involvierten Prozeßbedingungen bei der Herstellung
des Dielektrikums, des Leiterplattenmaterials und der daraus gebildeten
Schaltungen beständig
sind.
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Das
Fasergewebe umfaßt
thermisch stabile Gewebe einer geeigneten Faser, vor zugsweise Glas
(E, S und D-Glas) oder Hochtemperaturpolymerfasern (z.B. KODEL Polyester
von Eastman Kodak oder Polyphenylensulfidfasern von Phillips Petroleum
oder Vectris von Kuraray). Solche thermisch stabilen Faserverstärkungen
sorgen für
die gewünschte
strukturelle Steifigkeit des Verbundstoffs. Zusätzlich ergibt die Verwendung des
Fasergewebes ein dielektrisches Material mit einer relativ hohen
mechanischen Belastbarkeit.
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Bevorzugte
Beispiele des Fasergewebes sind in der folgenden Tabelle dargestellt:
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Das
Faservlies kann etwa 10 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% des Gesamtgewichts
des dielektrischen Materials ausmachen. Bevorzugte Mengen sind etwa
15 bis etwa 40 Gew.-%, und besonders bevorzugt etwa 20 bis etwa
30 Gew.-% ausgehend vom Gesamtgewicht des dielektrischen Materials.
Die Dicke des dielektrischen Materials ist bevorzugt von etwa 0,025
bis etwa 3,05 mm (etwa 1 bis etwa 120 mils).
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Im
allgemeinen werden die POSS-enthaltenden Polymere in Lösung verarbeitet.
Das Polymer, das kovalent gebundenes POSS enthält sowie etwaige zusätzliche
Polymere, dipergierte POSS, Teilchenfüllstoffe und optionale Bestandteile
wie Peroxide und Quervernetzer wie Vinylalkoxysilane können in
einem Lösungsmittel,
in dem das Polymersystem löslich
ist, gut gemischt werden. Die Mischtemperatur wird so geregelt,
das eine erhebliche Zersetzung, Quervernetzung oder ander Reaktion
der Komponenten vermieden wird. Das Mischen wird fortgesetzt, bis
die Teilchenfüllstoffe
gleichmäßig in der
Zusammensetzung dispergiert sind. Die Teilchenfüllstoffe können in einem getrennten Schritt
mit Silanen zur effizienteren Verwendung der Reagenzien vorbehandelt
werden. Wahlweise können
sowohl Silane als auch Peroxidhärter
in der Aufschlämmung
enthalten sein.
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Wenn
die Zusammensetzung ein gewebtes oder nicht-gewebtes Gewebe enthält, kann
das Gewebe mit der Aufschlämmung
beschichtet werden, beispielsweise als Überzugslack. Nach dem Entfernen
des Lösungsmittels
aus dem Gewebe liegt das Gewebe als Prepreg vor.
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Verwendbare
Leitungsschichten zur Herstellung von Schaltungsmaterialien, Schaltungen
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
(d.h. Rostschutzbehandlung), 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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Wie
zuvor dargelegt ist das Polymer, das kovalent gebundenes POSS enthält, als
dielektrisches Material bei der Herstellung von Schaltungsmaterialien
wie Schaltungslaminaten, Klebfilmen und harzbeschichteten Leitungsschichten
anwendbar, von denen alle oder einige bei der Herstellung von Schaltungen
und Mehrschicht schaltungen verwendet werden können. In Abhängigkeit
vom Grad der Fließfähigkeit
des dielektrischen Materials kann das dielektrische Material verwendet
werden, um ein dielektrisches Substrat für ein im wesentlichen nicht
fließfähiges Dielektrikum,
wie es in harzbeschichteten Leitungsschichten zu finden ist, oder um
ein fließfähiges Dielektrikum
wie in einer Klebeschicht herzustellen. Dielektrische Substrate
zeichnen sich durch einen im wesentlichen geringen Grad der Fließfähigkeit
bei der Schaltungsherstellung und Verwendung aus. Es ist vorgesehen,
daß andere
als hier offenbarte dielektrische Materialien in Kombination mit
den vorliegend offenbarten dielektrischen Materialine bei der Herstellung
von Schaltungsmaterialien, Schaltungen und Mehrschichtschaltungen
verwendet werden können.
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Bei
Anwendung eines schrittweisen oder halbkontinuierlichen Verfahrens
werden mindestens eine Schicht des dielektrischen Materials, das
ein Polymer mit kovalent gebundenem POSS enthält, und andere gewünschte optionale
zusätzliche
Schichten, die zur Herstellung der Schaltung oder der Mehrschichtschaltung verwendet
werden, in der gewünschten
Reihenfolge angeordnet, so daß sie
einen Stapel bilden. Der Stapel wird dann in einer Presse angeordnet,
die wahlweise zur Ausbildung eines Vakuum evakuiert werden kann.
In einem typischen Verpressungszyklus wird die Temperatur mit einer
Geschwindigkeit von etwa 2 bis etwa 10 °C/min angehoben. Hat die Temperatur
die Soll-Laminierungstemperatur erreicht, wird der Druck auf etwa
2 bis etwa 3 MegaPascal (MPa) angehoben. Während die Solltemperatur von
der Zusammensetzung des dielektrischen Materials abhängt, liegt
die Temperatur üblicherweise
bei etwa 100 °C
bis 170 °C,
bevorzugt bei etwa 130 °C.
Der Stapel wird bei Solltemperatur und -druck über einen Zeitraum gehalten,
der hinreichend ist, um die Schichten zu verkleben, etwa 5 bis etwas
45 Minuten. Das resultierende Produkt wird dann unter Aufrechterhaltung
des Solldrucks abgekühlt.
Der Stapel kann wahlweise bei einer Temperatur von etwa 200 °C bis etwa
350 °C,
bevorzugt etwa 250 °C
für etwa
2 Stunden thermisch nachbehandelt werden. Das Produkt kann aus der
Presse entnommen werden, wenn die Temperatur kleiner oder gleich
100 °C ist,
und bis zur Verwendung gelagert werden.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
wird in 1 gezeigt, in der ein Schaltungsmate rial 10 eine
Leitungsschicht 20 enthält,
die auf einem dielektrischen Material 12 angeordnet ist.
Wie hier und in der gesamten Offenbarung verwendet umfaßt "angeordnet" Schichten, die sich
teilweise oder vollständig überdecken.
Das dielektrische Material 12 enthält ein Polymer, das ein kovalent
gebundenes POSS 14 enthält,
einen Teilchenfüllstoff 16 und
ein gewebtes Gewebe 18. Ein einseitig laminiertes Schaltunglaminat
wird bereitgestellt, wenn die dielektrischen Schicht 20 im
wesentlichen nicht fließfähig (d.h.
ein dielektrisches Substrat) ist, und eine harzbeschichtete Leitungsschicht
wird bereitgestellt, wenn die dielektrische Schicht 20 bei
der Schaltungsherstellung, z.B. bei der Laminierung, fließfähig ist.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform,
in der ein Schaltungsmaterial 30 eine dielektrische Schicht 32 enthält, die
ein Polymer mit kovalent gebundenem POSS 34 enthält, ohne
Teilchenfüllstoff
oder gewebtes Gewebe. Die dielektrische Schicht 32 ist
auf einer Leitungsschicht 36 angeordnet. Ein einseitig
laminiertes Schaltunglaminat wird bereitgestellt, wenn die dielektrischen
Schicht 32 im wesentlichen nicht fließfähig (d.h. ein dielektrisches
Substrat) ist, und eine harzbeschichtete Leitungsschicht wird bereitgestellt,
wenn die dielektrische Schicht 32 bei der Schaltungsherstellung,
z.B. bei der Laminierung, fließfähig ist.
Zusätzlich
kann die Leitungsschicht 36 in Form einer Schaltungsschicht
(nicht dargestellt) vorliegen, um eine einseitig laminierte Schaltung
(nicht dargestellt) zu bilden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
ist in 3 gezeigt, in der ein zweiseitig laminiertes Schaltungslaminat 40 ein
zwischen einer Leitungsschicht 50 und einer Leitungsschicht 52 angeordnetes
dielektrisches Substrat 42 enthält. Das dielektrische Substrat 42 enthält ein Polymer,
das ein kovalent gebundenes POSS 44 enthält, einen
Teilchenfüllstoff 46 und
ein gewebtes Gewebe 48. Zusätzlich können eine oder beide Leitungsschichten 50, 52 als
Schaltungsschicht (nicht dargestellt) vorliegen.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
eines zweiseitig laminierten Schaltungslaminates 60, das
ein zwischen einer Leitungsschicht 62 und einer Leitungsschicht 68 angeordnetes
dielektrisches Substrat 64 enthält. Das dielektrische Substrat 64 enthält ein Polymer,
das ein kovalent gebundenes POSS 66 enthält, ohne
Zusatz eines Teilchenfüllstoffes
oder eines gewebten Gewebes. Zusätzlich können eine
oder beide Leitungsschichten 62, 68 geätzt sein,
um (eine) Schaltungsschichten) zu bilden (nicht dargestellt).
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5 zeigt
eine Mehrschichtschaltung 150, die eine Ausführungsform
einer harzbeschichteten Leitungsschicht 152 enthält. Vorliegend
enthält
die harzbeschichtete Leitungsschicht 152 eine Leitungsschicht 154,
die auf einem fließfähigen dielektrischen
Material 156 angeordnet ist. Das fließfähige dielektrische Material 156 ist
auf einer Schaltungsschicht 160 einer zweiseitig laminierten
Schaltung 158 auf einer Seite der Schaltungsschicht 160 gegenüber einer
dielektrischen Substratschicht 162 angeordnet. Die dielektrische
Substratschicht 162 ist auf einer Leitungsschicht 164 angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel
enthält
das fließfähige dielektrische
Material 156 einen Teilchenfüllstoff 168 und/oder
ein gewebtes Gewebe 170. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann das Gewebe weggelassen werden (nicht dargestellt). Die dielektrische
Substratschicht 162 enthält einen Teilchenfüllstoff 174 und/oder
ein Gewebe 176. Mindestens das fließfähige dielektrische Material 156 und/oder
das dielektrische Substrat 162 enthalten ein Polymer mit
kovalent gebundenem POSS 166, 172.
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6 zeigt
eine Mehrschichtschaltung 180, die eine harzbeschichtete
Leitungsschicht 182 enthält, die auf einer zweiseitig
laminierten Schaltung 188 angeordnet ist. Die harzbeschichtete
Leitungsschicht 182 umfaßt eine Leitungsschicht 184,
die auf einem fließfähigen dielektrischen
Material 186 angeordnet ist. Die zweiseitig laminierte
Schaltung 188 enthält
ein dielektrisches Substrat 192, das zwischen einer Schaltungsschicht 190 und
einer Leitungsschicht 194 angeordnet ist. Mindestens das
fließfähige dielektrische
Material 186 und/oder das dielektrische Substrat 192 enthalten
ein Polymer mit kovalent gebundenem POSS. Eines oder beide, das
fließfähige dielektrische
Material 186 und/oder das dielektrische Substrat 192,
können
einen Teilchenfüllstoff
beinhalten.
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Das
dielektrische Material, wie oben beschrieben, besitzt geeignete
dielektrische Eigenschaften, das bedeutet, eine Dielektrizitätskonstante
kleiner etwa 4, bevorzugt kleiner als etwa 3,8, und besonderes bevorzugt
kleiner als etwa 3,6; und einen Verlustfaktor kleiner etwa 0,015,
bevorzugt kleiner. als 0,001 und besonders bevorzugt kleiner als
etwa 0,008; jeweils gemessen von 1 bis 10 Gigahertz (GHz). Die dielektrischen
Materialien werden als V-0 bei Messung gemäß der UL-94 eingestuft mit einer Brenndauer von
etwa 1 Sekunde. Der Z-Achsen-Koeffizient
der thermischen Ausdehnung ist kleiner als etwa 60 ppm, bevorzugt
kleiner als etwa 40 ppm.
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Die
Erfindung wird durch die folgenden, nicht beschränkenden Beispiele beschrieben.
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Die
bei der Herstellung der folgenden Beispiele verwendeten Materialien
umfassen: POSS Harzsystem, erhältlich
von Hybrid Plastics Inc. unter dem Handelsnamen PM1284X; Vinyl-terminiertes
Copoly(dimethylsiloxan/diphenylsiloxan), erhältlich von Gelest unter dem
Handelsnamen PS782; amorphes Quartzpulver, erhältlich von CE Minerals unter
dem Handelsnamen CE 44i; Siliconharz (Phenylsilsesquioxan), erhältlich von Nusil
Chemical Corporation unter dem Handelsnamen CF-4721; Triethoxysilyl-modifiziertes
Poly-1,2-butadien ("M-PBD"), erhältich als
50 Gew.-%ige Lösung
in Toluol von Gelest (Viscosität
100–200
cSt., Mw 3500–4500, Dichte
0,90); Vinyltrimethoxysilan ("silane"), erhältlich von
General Electric Corporation unter dem Handelsnamen A-171; und Triallylisocyanurat
("TAIC"), erhältlich von
Nippon Kasei Chemical Inc unter dem Handelsnamen Perkalink 301.
Dicumylperoxid ("Dicup") wurde als Starter
verwendet. Das bei der Herstellung der Laminate in den Beispielen
verwendete Glasfasergewebe ist Style 1080 gewebtes Glasfasergewebe
von der Hexcel-Schwebel Corporation. Die zur Herstellung der Laminate
verwendete Kupferfolie ist eine Kupferfolie mit ca. 167 g/m2 (1/2 Unze pro Quadratfuß (oz./ft2))
bezogen von der Mitsui Corporation und erhältlich unter dem Handelsnamen
MQ-VL. Diese Materialien sind unten in der Zusammenfassung der Komponenten
in Tabelle 1 enthalten.
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Entflammbarkeits-/Flammlöschversuche
(flame/flameout testing) werden gemäß Underwriter's Laboratory Verfahren
UL-94 durchgeführt.
Eine Flamme mit einem Innenkegel mit einer Höhe von 1,9 cm (3/4'') wird an jede Probe angelegt, so das
eine Distanz von 1,0 cm (3/8'') das untere Ende
der Probe von der Flammenbasis trennt. Die Flamme wird für 10 Sekunden
in dieser Position gehalten und dann entfernt. Eine Brenndauer (T1) wird als die Zeit definiert, die die von
der Probe ausgehende Flamme bis zum erlöschen braucht. Wenn das Brennen
der Probe innerhalb einer Zeit T1 von 30
Sekunden erlischt, wird die Flamme erneut für weitere 10 Sekunden angelegt
und eine zweite Brenndauer (T2) wird bestimmt.
UL Entflammbarkeitsbewertungen gemäß dem Underwriter's Laboratory Verfahren
UL-94 sind wie folgt:
Für
eine V-0-Bewertung darf keine individuelle Brenndauer von der ersten
oder zweiten Applikation 10 Sekunden überschreiten. Die Summe der
Brenndauern für
fünf beliebige
Proben darf 50 Sekunden nicht überschreiten.
Heruntertropfende Teilchen, die ein unter der Probe angeordnetes
Baumwollstück
entflammen, sind nicht gestattet.
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Für eine V-1-Bewertung
darf keine individuelle Brenndauer von der ersten oder zweiten Applikation
30 Sekunden überschreiten.
Die Summe der Brenndauern für
fünf beliebige
Proben darf 250 Sekunden nicht überschreiten.
Heruntertropfende Teilchen, die ein unter der Probe angeordnetes
Baumwollstück
entflammen, sind nicht gestattet.
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Für eine V-2-Bewertung
darf keine einzige Brenndauer von der ersten oder zweiten Applikation
30 Sekunden überschreiten.
Die Summe der Brenndauern für
fünf beliebige
Proben darf 250 Sekunden nicht überschreiten.
Heruntertropfende Teilchen, die ein unter der Probe angeordnetes
Baumwollstück
entflammen, sind gestattet.
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Eine
F-Bewertung zeigt die Entflammbarkeit an.
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Die
Dielektrizitätskonstante
wird nach IPC-TM-650-2.5.5.5. bestimmt. Der Verlustfaktor wird nach IPC-TM-650-2.5.5.5.
bestimmt. Die prozentuale Absorption von Wasser wird nach ASTM D570
bestimmt.
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Die
Laminate der Beispiele wurden unter Verwendung der in Tabelle 1
gegebenen Härtungsbedingungen
hergestellt. Wo alternative Laminierungstemperaturen und -zeiten
angezeigt werden, sind die angewandten Bedingungen in den Beispielen
spezifiziert. Die Laminierung wird bei 100 psi ausgeführt, ausgenommen die
optionale Nachbehandlung, die in einem Ofen bei Atmosphärendruck
durchgeführt wird.
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Tabelle
1: Härtungsbedingungen
-
- *Laminierungstemperaturen sind Haltetemperaturen; die Temperaturen
werden auf die nächste
Heizstufe nach dem Ende der Dauer jeder Stufe hochgefahren.
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Beispiel 1:
-
In
diesem Beispiel wurde ein Kompositmaterialsystem hergestellt, das
33,5 Gewichtsanteile PM1284X, 47,1 Gewichtsanteile CE 44i und 0,7
Gewichtsanteile Dicup enthält.
Diese Komponenten wurden in Xylol mit einer Konzentration der Feststoffe
von 50 Gew.-% gemischt und anschließend auf ein Style 1080 gewebtes
Glasfasergewebe beschichtet, so daß das Gewebe 18,8 Gewichtsanteile
des Trockengewichts lieferte. Das getrocknete Pre-Preg wurde anschließend zwischen
zwei Blätter
Kupferfolie mit dem in Tabelle 2 dargestellten Temperaturprofil
laminiert, wobei die Heizstufe 4 bei 250 °C für 1 Stunde ausgeführt wurde.
Das resultierende Laminat besaß ausgezeichnete
dielektrische Eigenschaften, wie in Tabelle 2 gezeigt.
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Beispiel 2:
-
In
diesem Beispiel wurde ein Kompositmaterialsystem hergestellt, das
31,4 Gewichtsanteile PM1284X, 3,2 Gewichtsanteile PS782, 49,5 Gewichtsanteile
CE 44i und 0,7 Gewichtsanteile Dicup enthält. Diese Komponenten wurden
in Xylol mit einer Konzentration der Feststoffe von 50 Gew.-% gemischt
und anschließend
auf Glasfasergewebe beschichtet, so daß das Gewebe 15,2 Gewichtsanteile
des Trockengewichts lieferte. Das getrocknete Pre-Preg wurde anschließend zwischen zwei
Blätter
Kupferfolie mit dem in Tabelle 2 dargestellten Temperaturprofil
laminiert, wobei die Heizstufe 4 bei 250 °C für 1 Stunde ausgeführt wurde.
Das resultierende Laminat besaß ausgezeichnete
dielektrische und flammhemmende Eigenschaften, wie in Tabelle 2
gezeigt.
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- *Die Dielektrizitätskonstante
wurde bei einer Frequenz von 4 GHz bestimmt.
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Beispiele 3–8
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In
diesen Beispielen wurden Kompositmaterialsysteme hergestellt, die
40,2 Gewichtsanteile einer Mischung von PM1284X und einem Additiv
A (siehe Tabelle 3 für
die Verhältnisse
von Additive A zu PM1284X), 47,4 Gewichtsanteile CE 44i, 0,4 Gewichtsanteile
A-171, 0,4 Gewichtsanteile A-171 und 0,7 Gewichtsanteile Dicup enthalten.
Diese Komponenten wurden in Xylol mit einer Konzentration der Feststoffe
von 50 Gew.-% gemischt und anschließend auf Glasfasergewebe beschichtet,
so daß das
Gewebe 18,8 Gewichtsanteile des Trockengewichts lieferte. Das getrocknete
Prepreg wurde anschließend
zwischen zwei Blätter
Kupferfolie mit dem in Tabelle 2 dargestellten Temperaturprofil
laminiert, wobei die Heizstufe 4 bei 290 °C für 2 Stunden ausgeführt wurde,
sofern nicht anders angezeigt. Die Eigenschaften der resultierenden
Laminate sind unten in Tabelle 3 gegeben.
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- *Die Laminierung wurde bei 250 °C/2 h durchgeführt
-
Die
oben dargestellten Ergebnisse zeigen, daß Elastomere wie Polybutadien
und modifiziertes Polybutadien, Quervernetzer mit kleinen Molekülen wie
TAIC und polymere Silicone verwendet werden können, um einen Teil des polymeren
POSS zu ersetzen, um die Wasserabsorption, die elektrischen Eigenschaften
und die Flammhemmung der in den Beispielen verwendeten Zusammensetzungen
zu modifizieren. Wie aus den oben gegebenen Beispielen zu sehen
ist, führt
die Verwendung eines Polybutadienadditive (modifiziert oder unmodifiziert)
als zunehmender Anteil der POSS-Beladung zu einer allgemeinen Verbesserung
der Dielektrizitätskonstante
und einer geringeren Wasserabsorption (ausgenommen der Fall des
modifizierten PDB), aber auch zu einer allgemeinen Abnahme der Flammhemmung
im Vergleich mit den Beispielen 1 und 2, die kein BPD enthalten.
Austausch eines kleineren Anteils der POSS-Beladung mit CF2-4721,
das als preisgünstiges Streckmittel
verwendet wird, führt
zu vergleichbaren elektrischen Eigenschaften wie die in Beispiel
1.
-
Beispiele 9–11
-
In
diesen Beispielen wurden Kompositmaterialsysteme hergestellt, die
37,3 Gewichtsanteile einer Mischung von PM1284X und Silan (siehe
Tabelle 5 (eigentlich 4) für
die Gewichtsverhältnisse
von Additive A zu Silan), 43,1 Gewichtsanteile CE 44i, und 0,8 Gewichtsanteile
Dicup enthalten. Diese Komponenten wurden in Xy lol mit einer Konzentration
der Feststoffe von 50 Gew.-% gemischt und anschließend auf
Glasfasergewebe beschichtet, so daß das Gewebe 18,8 Gewichtsanteile
des Trockengewichts lieferte. Das getrocknete Pre-Preg wurde anschließend zwischen
zwei Blätter
Kupferfolie mit dem in Tabelle 2 dargestellten Temperaturprofil
laminiert, wobei die Heizstufe 4 bei 290 °C für 2 Stunden ausgeführt wurde.
Die Eigenschaften der resultierenden Laminate sind unten in Tabelle
4 gegeben.
-
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- * T1 < 6 Sekungen & T2 = O
-
Die
oben dargestellten Daten zeigen, daß Silanadditive die Entflammbarkeit
nicht nachteilig beeinflussen und der Verlusfaktor (Df) durch die
Zugabe eines geringen Silananteil im Vergleich mit den Ergebnissen des
Beispiels 1 ohne zugesetztes Silan verringert wird.
-
Untersuchungen
zur Nachbehandlung nach Laminierung
-
Die
Laminate der Beipspiele 3–7
und 9 wurden weiterhin mit einer Temperung nach Laminierung wie in
Tabelle 2 dargestellt, behandelt, wobei die verwendeten Bedingungen
nach der Laminierung unten in den Tabellen 5 und 6 spezifiziert
werden. Vergleichsbeispiel 1 wurde ohne Additive A gemäß der in
Beispiel 1 beschriebenen Zusammensetzung formuliert.
-
Tabelle
5 zeigt einen Vergleich der Dielektrizitätskonstante (Dk) und des Verlustfaktors
(Df) für
die Laminate der Beispiele 3–7
und 9 nach Laminierung und nach der Temperung nach Laminierung
-
-
Die
oben dargestellten Ergebnisse zeigen, daß das Nachtempern des Laminats
zu einer Verbesserung des Verlustfaktors des Laminats führt.
-
Tabelle
6 zeigt einen Vergleich zwischen der prozentualen Wasserabsorption
der Laminate der Beispiele 3–7
(eigentlich 6) nach der Laminierung und nach der Temperung nach
Laminierung.
-
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Die
oben dargestellten Ergebnisse zeigen, daß das Nachtempern keinen signifikanten
Effekt auf die Wasserabsorption der Laminate besitzt.
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Die
Singularformen "ein,
eine" und "der, die, das" umfassen auch den
Plural, wenn nicht der Kontext eindeutig Anderes angibt. Die Endpunkte
aller Bereiche, die dieselben Charakteristika angeben, sind kombinierbar
und schließen
auch die genannten Endpunkte ein. Alle angegebenen Referenzen gehören zur
Offenbarung.
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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.
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Zusammenfassung
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Ein
elektrisches Schaltungsmaterial mit einer Leitungsschicht angeordnet
auf einem Substrat, wobei das Substrat ein organisches oder anorganisches
Polymer enthält,
das ein kovalent gebundenes vielflächiges Silsesquioxan (POSS)
enthält.
Das Substrat kann weiterhin ein zusätzliches dispergiertes POSS,
jedwede weitere Füllstoffe
einschließlich
Faservliesen enthalten. Die Verwendung kovalent gebundenen POSS
gewährleistet
eine flammhemmende Wirkung in Zusammensetzungen mit annehmbaren
Dielektrizitätskonstanten
und Verlustfaktoren.