DE112011100802T5

DE112011100802T5 - Hydrophobe silanbeschichtung zur verhinderung des anwachsens von anodisch leitfähigen fasern (caf) in leiterplatten

Info

Publication number: DE112011100802T5
Application number: DE201111100802
Authority: DE
Inventors: Dylan Joseph Boday; Joseph Kuczynski
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2031-03-01
Also published as: WO2011107418A1; US20130280417A1; CN102782208A; GB2490813A; DE112011100802B4; JP5782466B2; JP2013521637A; GB201210460D0; GB2490813B; US20110214909A1; US9351405B2

Abstract

Ein verbessertes Substrat zur Herstellung einer Leiterplatte (PCB) umfasst eine auf ein Glasfasersubstrat aufgebrachte hydrophobe Silanbeschichtung einer Silanzusammensetzung, die mit einem Silanhaftvermittler vermischt ist. Der Silanhaftvermittler wird auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht, um das Substrat mit einer Lackbeschichtung zu verbinden. Durch das Aufbringen des Silanhaftvermittlers auf die Oberfläche des Substrats werden Oberflächensilanole erzeugt, welche in das Anwachsen von anodisch leitfähigen Fasern (CAF) verwickelt sind. Eine Silanzusammensetzung, welche mit den Oberflächensilanolen reagiert, wird auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, um die hydrophobe Silanbeschichtung zu bilden. Die Oberfläche, welche durch die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat dargestellt wird, ist hydrophob und weitgehend Silanol-frei. Diese Oberfläche wird anschließend getrocknet, und es wird darauf Lack aufgetragen. Dann werden das Substrat, die hydrophobe Silanbeschichtung und der Lack Härtungsbedingungen ausgesetzt, um die PCB zu definieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen beschichtete Glasfasersubstrate zur Verwendung bei der Herstellung von Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCB). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verhinderung des Wachstums von anodisch leitfähigen Fasern (Conductive Anodic Filaments, CAF) in PCBs durch ein verbessertes Substrat, welches eine auf ein Glasfasersubstrat aufgebrachte hydrophobe Silanbeschichtung einer Silanzusammensetzung umfasst, die mit einem Silanhaftvermittler vermischt ist.
Das Grundkonzept hinter einem Haftvermittler ist es, zwei unvereinbare Flächen zu verbinden. Im Fall von Leiterplatten (PCBs) wird oft ein Silanhaftvermittler verwendet, um eine Lackbeschichtung (z. B. ein Harz auf Epoxid-Basis) mit einem Substrat (z. B. einem Glasgewebe) zu verbinden, um ein Laminat oder eine laminierte Struktur zu definieren. Der Silanhaftvermittler besteht typischerweise aus einer organofunktionellen Gruppe, um die Lackbeschichtung zu binden, und einer hydrolysierbaren Gruppe, welche an die Oberfläche des Substrats bindet. Speziell werden die Alkoxygruppen an dem Silicium zu Silanolen hydrolysiert, entweder durch die Zugabe von Wasser oder durch Restwasser auf der Oberfläche des Substrats. Anschließend reagieren die Silanole mit Hydroxylgruppen an der Oberfläche des Substrats, um eine Siloxanbindung (Si-O-Si) zu bilden und Wasser zu eliminieren.
Für den speziellen Fall von Laminaten auf Epoxid-Basis sind die organofunktionellen Gruppen, von denen auf der Grundlage zahlreicher Kriterien herausgefunden wurde, dass sie wünschenswerte Leistungseigenschaften aufweisen, die Vinylbenzylaminoethylaminopropyl-Gruppe und auch die Benzylaminoethylaminopropyl-Gruppe. Von Silanhaftvermittlern, welche diese organofunktionelle Gruppe umfassen, wird angenommen, dass sie über die sekundären Stickstoffatome der Aminogruppen kovalent an die epoxidfunktionellen Gruppen des herkömmlichen Harzes auf Epoxid-Basis, z. B. der wohlbekannten FR4-Epoxidharze, binden. Obwohl es eine Fülle von Silanhaftvermittlern gibt, ist das Arbeitspferd der Industrie für die Haftvermittlung von Harzen auf Epoxidbasis Vinylbenzylaminoethylaminopropyltrimethoxysilan (kommerziell als Dow Corning Z-6032 erhältlich).
Die PCB-Industrie hat sich zuletzt von den herkömmlichen Harzen auf FR4-Epoxid-Basis wegbewegt (aufgrund der Erfordernisse der Bleifreiheit und der höheren Löttemperaturen im Zusammenhang mit Zinn-Silber-Kupfer-Legierungen). Daher bestehen die aktuellen Lackbeschichtungen typischerweise nicht mehr aus FR4-Epoxidharzen, sondern es handelt sich eher um Bismaleimidtriazin(BT)-Harze oder durchdringende Netzwerke aus Polyphenylenoxid/Triallylisocyanurat (PPO/TAIC).
Typischerweise ist Vinylbenzylaminoethylaminopropyltrimethoxysilan, welches ursprünglich für herkömmliche FR4-Epoxidharze entwickelt wurde, immer noch der Haftvermittler, der verwendet wird, um das Glasgewebesubstrat mit dem Laminatlack zu verbinden oder an diesen zu binden. Es sind für die Verwendung bei der Herstellung von Hochtemperatur-PCBs jedoch auch andere Silanhaftvermittler vorgeschlagen worden. Zum Beispiel offenbart die US-Patentanmeldung 12/694 005 an Gelorne u. a. mit der Bezeichnung „SILANE COUPLING AGENTS FOR PRINTED CIRCUIT BOARDS”, eingereicht am 26. Januar 2010, welche eine Continuation-in-Part-Anmeldung der US-Patentanmeldung 12/391 500 an Gelorne u. a. mit der Bezeichnung „SILANE COUPLING AGENTS FOR PRINTED CIRCUIT BOARDS”, eingereicht am 24. Februar 2009, ist, solche Silanhaftvermittler, z. B. Diallylpropylisocyanurattrimethoxysilan.
Ein Problem, dem man bei PCBs begegnet, ist eine anodisch leitfähige Faser (CAF), welche aus der Auflösung von Kupfer resultiert, das aus der Anode einer Schaltung austritt und unterhalb der Oberfläche in Richtung der Kathode „anwächst”, häufig entlang getrennter Glasfaser/Lackbeschichtungs-Grenzflächen. Bei PCBs sind Anode/Kathode-Paare typischerweise Durchmetallisierungen. Die CAF-Bildung bewirkt eine Anzahl von Zuverlässigkeitsproblemen und kann zu einem katastrophalen Versagen von PCBs führen, welches in einigen Fällen ein Feuer verursachen kann. Es versteht sich, dass die Bindung zwischen dem Lack und dem Substrat ein wichtiger Faktor bei CAF ist, ebenso wie die Gegenwart von Wasser an der Grenzfläche Lack/Substrat.
Im Allgemeinen besteht an Stellen auf PCBs, wo Kupferquellen, eine elektrische Vorspannung, Glasfasern und Feuchtigkeit vorliegen, die Möglichkeit der Bildung von CAF. Typischerweise treten CAF an der Grenzfläche auf, wo die Glasfaser aus dem Lack delaminiert ist, wodurch ein Weg für die Wasserdiffusion erzeugt wird. Der Grund, warum dieser Weg gewöhnlich mit der CAF-Bildung verbunden ist, ist das Freiliegen von Oberflächensilanolen auf den Glasfasern. Silanole liegen an der Oberfläche der Glasfaser immer vor, und daher besteht immer ein Weg für die Bildung von CAF. Um diesen Weg zu erzeugen, muss keine Delaminierung auftreten. Außerdem können CAF durch zuvor vorhandenes Wasser auftreten, das an der Oberfläche der Glasfaser adsorbiert ist (d. h. das Wasser kann während der Verarbeitung der Glasfasern aufgebracht werden).
Oberflächensilanole liegen, wie oben erwähnt, an der Oberfläche der Glasfaser immer vor. Diese Oberflächensilanole werden zur Reaktion gebracht, wenn Silanhaftvermittler wie Vinylbenzylaminoethylaminopropyltrimethoxysilan oder Diallylpropylisocyanurattrimethoxysilan verwendet werden, um das Glasgewebesubstrat mit dem Laminatlack zu verbinden oder an diesen zu binden. Wie oben angeführt, werden die Alkoxygruppen an dem Silicium des Silanhaftvermittlers zu Silanolen hydrolysiert, entweder durch die Zugabe von Wasser oder durch Restwasser auf der Oberfläche des Substrats. Anschließend reagieren die Silanole mit Hydroxylgruppen an der Oberfläche des Substrats, um eine Siloxanbindung (Si-O-Si) zu bilden und Wasser zu eliminieren. Leider werden restliche Alkoxygruppen an dem Silanhaftvermittler hydrolysiert und bilden weitere Silanole. Daher werden durch den Silanhaftvermittler weitere Silanole erzeugt.
Wenn zum Beispiel Diallylpropylisocyanurattrimethoxysilan als Silanhaftvermittler verwendet wird, werden dennoch Oberflächensilanole erzeugt, obwohl die Propylgruppe, an welcher das Trialkoxysilan befestigt ist, hydrophob ist (wodurch das Eindringen von Wasser in die Harz/Glas-Grenzfläche verzögert wird und die CAF-Widerstandsfähigkeit verbessert wird). Diese Oberflächensilanole stellen immer noch einen hydrophilen Weg für die Wasserdiffusion bereit, welche zur CAF-Bildung führt.
In früheren Lösungen zur Verhinderung von CAF ist typischerweise die Zugabe von Oberflächenmodifikatoren wie n-Octyltrimethoxysilan und 3-Methacryloxypropyltrimethylsilan angewendet worden, die Zugabe dieser Silane macht jedoch CO₂-Reaktoren erforderlich, welche bei hohen Drücken arbeiten, die für die Produktion im großen Maßstab typischerweise eine Unsicherheit darstellen. Außerdem erzeugen die bei diesem Verfahren verwendeten Silane Silanole, welche immer noch einen hydrophilen Weg für die Wasserdiffusion bereitstellen, die schließlich zur CAF-Bildung führt. Obwohl dieses Verfahren die Wahrscheinlichkeit der CAF-Bildung verringert, treten CAF aufgrund der als Oberflächenmodifikatoren verwendeten Silane dennoch unvermeidbar auf.
Andere frühere Lösungen zur Verhinderung von CAF unter Verwendung von beschichteten Fasersträngen sind in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung 2002/0058140 A1 an Dana u. a. mit der Bezeichnung „GLASS FIBER COATING FOR INHIBITING CONDUCTIVE ANODIC FILAMENT FORMATION IN ELECTRONIC SUPPORTS”, veröffentlicht am 16. Mai 2002, ausgeführt. Zum Beispiel ist in der Zusammenfassung der obigen veröffentlichten Patentanmeldung die Verwendung einer Harz-kompatiblen Beschichtungszusammensetzung an der Oberfläche von Glasfasern beschrieben, wobei die Harz-kompatible Beschichtungszusammensetzung (a) mehrere diskrete Teilchen, welche ein Silicat einer hohen Affinität für Metallionen umfassen; und (b) mindestens ein Dünnschicht-bildendes Material umfasst. Wie in der obigen veröffentlichten Patentanmeldung offenbart, sind Teilchen, welche Kupferfänger enthalten, in eine Polymerbeschichtung eingebettet. Bei dieser Lösung wird also versucht, die Migration von Kupfer durch die Polymerbeschichtung, welche die Teilchen enthält, zu verhindern. Bei dieser Lösung wird jedoch nichts gegen die Feuchtigkeit an der Grenzfläche Glasfaser/Harz unternommen. Dadurch, dass dieser Aspekt nicht behandelt wird, existiert immer noch ein Weg für CAF. Außerdem kommen die in die Polymerbeschichtung eingebetteten Teilchen niemals in engen Kontakt mit der Glasfaser, und somit beschränken diese Teilchen die Kupfermigration nicht wirksam auf ein Mindestmaß. Auch gäbe es eine endliche Kupfermenge, welche eingefangen werden könnte, bevor die Kupferfänger mit Kupfer gesättigt wären und nicht mehr als Kupferfänger wirken könnten. Das Bei Erreichen dieses Sättigungspunktes würde noch ein weiterer Weg für die CAF-Bildung erzeugt.
In einer anderen Lösung, die in der obigen veröffentlichten Patentanmeldung offenbart ist, können die Teilchen in der Harz-kompatiblen Beschichtungszusammensetzung auch aus hydrophoben Polymermaterialien gebildet werden, um die Feuchtigkeitsabsorption durch den beschichteten Strang zu verringern oder zu begrenzen. Diese Teilchen sind in einer Sekundärschicht enthalten, welche über eine Primärschicht einer primären Schlichtzusammensetzung (Silanhaftvermittler) aufgebracht wird. Obwohl die Teilchen in der Sekundärschicht aus hydrophobem Polymermaterial gebildet werden können, werden dennoch Oberflächensilanole durch die darunter angeordnete Primärschicht erzeugt. Diese Oberflächensilanole stellen einen hydrophilen Weg für die Wasserdiffusion bereit, welche zur CAF-Bildung führt.
Überdies weisen die in der obigen veröffentlichten Patentanmeldung offenbarten Lösungen weitere andere Probleme auf, z. B. dass sie dick sind (mehrere Mikrometer), eine andere Wärmeausdehnung als Glasfaser aufweisen, eine weitere Grenzfläche für eine möglicherweise auftretende Delaminierung erzeugen, die Glasgewebeherstellung stark verändern sowie dadurch kostspielig und kompliziert sind, dass eine Anzahl von Materialien erforderlich ist, nur um die Harz-kompatible Beschichtungszusammensetzung herzustellen.
Deswegen besteht ein Bedarf für einen verbesserten Mechanismus zur Verhinderung des Anwachsens von anodisch leitfähigen Fasern (CAF) in Leiterplatten (PCBs).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein verbessertes Substrat zur Herstellung einer Leiterplatte (PCB) eine auf ein Glasfasersubstrat aufgebrachte hydrophobe Silanbeschichtung einer Silanzusammensetzung, die mit einem Silanhaftvermittler vermischt ist. Der Silanhaftvermittler wird auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht, um das Substrat mit einer Lackbeschichtung zu verbinden. Durch das Aufbringen des Silanhaftvermittlers auf die Oberfläche des Substrats werden Oberflächensilanole erzeugt, welche in das Anwachsen von anodisch leitfähigen Fasern (CAF) verwickelt sind. Eine Silanzusammensetzung, welche mit den Oberflächensilanolen reagiert, wird auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, um die hydrophobe Silanbeschichtung zu bilden. Die Oberfläche, welche durch die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat dargestellt wird, ist hydrophob und weitgehend Silanol-frei. Diese Oberfläche wird anschließend getrocknet, und es wird darauf Lack aufgetragen. Dann werden das Substrat, die hydrophobe Silanbeschichtung und der Lack Härtungsbedingungen ausgesetzt, um die PCB zu definieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wo mit gleichen Bezeichnungen gleiche Elemente gekennzeichnet sind.
1 ist ein Blockdiagram, welches einen Teil einer Leiterplatte (PCB) veranschaulicht, in welchem zwischen einer Lackbeschichtung und einem Glasfasersubstrat, dessen Oberfläche mit einem Silanhaftvermittler modifiziert ist, eine hydrophobe Silanbeschichtung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist, um die Bildung einer anodisch leitfähigen Faser (CAF) zu verhindern.
2 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Aufbringen einer Silanzusammensetzung über eine Abscheidung aus der Gasphase veranschaulicht, um eine hydrophobe Silanbeschichtung zu bilden, welche die Bildung einer anodisch leitfähigen Faser (CAF) in einer Leiterplatte (PCB) verhindert, die gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
3 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Aufbringen einer Silanzusammensetzung durch Eintauchen in eine Silan/Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel-Lösung veranschaulicht, um eine hydrophobe Silanbeschichtung zu bilden, welche die Bildung einer anodisch leitfähigen Faser (CAF) in einer Leiterplatte (PCB) verhindert, die gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein verbessertes Substrat zur Herstellung einer Leiterplatte (PCB) eine auf ein Glasfasersubstrat aufgebrachte hydrophobe Silanbeschichtung einer Silanzusammensetzung, die mit einem Silanhaftvermittler vermischt ist. Der Silanhaftvermittler wird auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht, um das Substrat mit einer Lackbeschichtung zu verbinden. Durch das Aufbringen des Silanhaftvermittlers auf die Oberfläche des Substrats werden Oberflächensilanole erzeugt, welche in das Anwachsen von anodisch leitfähigen Fasern (CAF) verwickelt sind. Eine Silanzusammensetzung, welche mit den Oberflächensilanolen reagiert, wird auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, um die hydrophobe Silanbeschichtung zu bilden. Die Oberfläche, wie sie sich durch die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat darstellt, ist hydrophob und weitgehend Silanol-frei. Diese Oberfläche wird anschließend getrocknet, und es wird darauf Lack aufgetragen. Dann werden das Substrat, die hydrophobe Silanbeschichtung und der Lack Härtungsbedingungen ausgesetzt, um die PCB zu definieren.
Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Silanzusammensetzung auf die Oberfläche eines Glasfasersubstrats (auf welches zuvor ein Silanhaftvermittler aufgebracht wurde) aufgebracht, um eine hydrophobe Silanbeschichtung zu bilden, bei welcher es sich um eine vermischte Schicht handelt, die beide Silane enthält. Das heißt, die Silanzusammensetzung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nach der Zugabe des Silanhaftvermittlers aufgebracht.
1 ist ein Blockdiagramm, welches einen Teil einer Leiterplatte (PCB) 100 veranschaulicht, in welchem zwischen einer Lackbeschichtung 140 und einem Glasfasersubstrat 110, dessen Oberfläche mit einem Silanhaftvermittler modifiziert ist, eine hydrophobe Silanbeschichtung 130 gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist, um die Bildung einer anodisch leitfähigen Faser (CAF) zu verhindern. Bei der hydrophoben Silanbeschichtung 130 handelt es sich um eine vermischte Schicht, welche sowohl die Silanzusammensetzung als auch den Silanhaftvermittler enthält.
Das Substrat 110 ist ein herkömmliches, und es kann sich um jedes geeignete Substrat handeln, welches Glasfasern umfasst. Zum Beispiel kann es sich bei dem Substrat 110 um einen gewebten Glasfaserstoff handeln.
Die Lackbeschichtung 140 ist eine herkömmliche, und es kann sich um jede geeignete organische oder anorganische Oberflächenbeschichtung handeln. Zum Beispiel kann es sich bei der Lackbeschichtung 140 um ein FR4-Epoxidharz, ein Bismaleimidtriazin(BT)-Harz oder ein durchdringendes Netzwerk aus Polyphenylenoxid/Triallylisocyanurat (PPO/TAIC) handeln.
Der Silanhaftvermittler ist ein herkömmlicher, und es kann sich um jeden geeigneten Silanhaftvermittler handeln. Der Silanhaftvermittler besteht typischerweise aus einer organofunktionellen Gruppe zum Binden an die Lackbeschichtung 140 und einer hydrolysierbaren Gruppe, welche an die Oberfläche des Substrats 110 bindet. Zum Beispiel kann es sich bei dem Silanhaftvermittler um Vinylbenzylaminoethylaminopropyltrimethoxysilan oder Diallylpropylisocyanurattrimethoxysilan handeln. Typischerweise weist der Silanhaftvermittler die Dicke einer Monoschicht auf.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die hydrophobe Silanbeschichtung 130, bei welcher es sich um eine vermischte Schicht handelt, die beide Silane enthält, hydrophob (Wasser abweisend). Demzufolge weist ein Wassertröpfchen, welches sich auf der hydrophoben Silanbeschichtung 130 befindet, einen großen Kontaktwinkel auf (d. h. mindestens 90°). Die hydrophobe Silanbeschichtung 130 weist vorzugsweise die Dicke einer Monoschicht auf.
Die Silanzusammensetzung, die verwendet wird, um die hydrophobe Silanbeschichtung 130 gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden, umfasst ein Silan der allgemeinen Formelstruktur R₁-S-R_(2-4), wobei R₁ für eine funktionelle Gruppe steht, die mit Alkoholen, Wasser und/oder Oberflächensilanolen reaktiv ist, und wobei R₂, R₃ und R₄ jeweils für eine funktionelle Gruppe stehen, die hydrophob und nicht reaktiv ist (d. h., R₂, R₃ und R₄ sind jeweils nicht mit den Alkoholen, dem Wasser und/oder den Oberflächensilanolen reaktiv, mit denen R₁ reaktiv ist). Beispiele für geeignete Silane für die Silanzusammensetzung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind (ohne Beschränkung) Chlortrimethylsilan (d. h. (CH₃)₃SiCl, auch als Trimethylsilylchlorid oder TMSCl bekannt), Hexamethyldisilazan (d. h. [(CH₃)₃Si]₂NH, auch als HMDS oder HMDZ bekannt), Perfluoroctyl-1H,1H,2H,2H-dimethylchlorsilan (d. h. C₁₀H₁₀ClF₁₃Si) und (3,3,3-Trifluorpropyl)dimethylchlorsilan (d. h. C₅H₁₀ClF₃Si) und Kombinationen dieser.
Silan bzw. Silane, das/die verwendet wird/werden, um die hydrophobe Silanbeschichtung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung herzustellen, reagiert/reagieren mit adsorbiertem Wasser an der Oberfläche des Substrats, wodurch das gesamte adsorbierte Wasser, das sich während der Faserverarbeitung angesammelt hat, entfernt wird. Nachdem die Glasoberfläche entwässert ist, reagieren diese Silane dann mit Oberflächensilanolen, wodurch eine hydrophobe Oberfläche erzeugt wird. Die hydrophobe Oberfläche verhindert die Wasserdiffusion in die Grenzfläche zwischen der Lackbeschichtung (welche bei dem Verfahren der Herstellung einer Leiterplatte anschließend aufgebracht wird) und der Glasfaser in der Leiterplatte. Auch wenn zwischen der Lackbeschichtung und der Glasfaser in der Leiterplatte eine Delaminierung auftritt, ist die normalerweise hydrophile Glasfaser hydrophob, wodurch der häufigste Weg für die CAF-Bildung eliminiert wird.
Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann Silan bzw. können Silane zur Verhinderung der CAF-Bildung (d. h. das Silan bzw. die Silane in der Silanzusammensetzung) zugegeben werden, nachdem der Silanhaftvermittler aufgebracht wurde. Die Zugabe dieser Silane zur Verhinderung der CAF-Bildung kann in einer Ausführungsform (dargestellt in 2, die nachstehend beschrieben ist) durch Abscheidung aus der Gasphase auf der Oberfläche der Glasfasern erreicht werden, wodurch in vorteilhafter Weise das Erfordernis der Verwendung von Lösungsmitteln entfallen kann.
Alternativ können die Glasfasern in einer anderen Ausführungsform (dargestellt in 3, die nachstehend beschrieben ist) mit dem Silan bzw. den Silanen oberflächenmodifiziert werden, um die CAF-Bildung zu verhindern, wobei einfache nasschemische Verfahren in einem geeigneten Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel oder einem anderen geeigneten wasserfreien Lösungsmittel angewendet werden (typischerweise ohne das Erfordernis eines zusätzlichen Katalysators). Hierdurch wird ermöglicht, dass das Verfahren auf eine Fülle von bestehenden Glasfaser-Modifikationsverfahren zugeschnitten wird. Beispiele für geeignete Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel sind (ohne Beschränkung) Heptane, Hexane, Pentane, Xylole, Cyclohexan und Toluol und Kombinationen dieser.
Nachdem die Glasfasern mit dem Silan bzw. den Silanen zur Verhinderung der CAF-Bildung behandelt worden sind, sammelt sich während der Faserverarbeitung kein adsorbiertes Wasser mehr an. Auch wenn als Ergebnis der Wärmeausdehnung der Lackbeschichtung (welche beim Verfahren der Herstellung einer Leiterplatte in der Folge aufgebracht wird) eine Delaminierung auftritt, bleibt die Glasfaser hydrophob – wodurch ein Weg für die CAF-Bildung verhindert wird. Durch die Zugabe des Silans bzw. der Silane zur Verhinderung der CAF-Bildung werden keine restlichen Silanole hinterlassen (solche restlichen Silanole sind mit früheren Ansätzen verbunden).
2 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren 200 zum Aufbringen einer Silanzusammensetzung über eine Abscheidung aus der Gasphase veranschaulicht, um eine hydrophobe Silanbeschichtung zu bilden, welche die Bildung einer anodisch leitfähigen Faser (CAF) in einer Leiterplatte (PCB) verhindert, die gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. In dem Verfahren 200 werden die im Folgenden beschriebenen Schritte (Schritt 210 bis 260) durchgeführt. Diese Schritte werden in ihrer bevorzugten Reihenfolge ausgeführt. Es versteht sich jedoch, dass die verschiedenen Schritte im Verhältnis zueinander zu anderen Zeitpunkten erfolgen können als dargestellt oder gleichzeitig erfolgen können. Überdies wird der Fachmann erkennen, dass einer oder mehrere der Schritte weggelassen werden können.
Das Verfahren 200 beginnt, wenn ein Substrat, welches Glasfasern umfasst, gereinigt wird (Schritt 210). Das Substrat ist ein herkömmliches, und es kann sich um jedes geeignete Substrat handeln, das Glasfasern umfasst. Zum Beispiel kann es sich bei dem Substrat um einen gewebten Glasfaserstoff handeln. Das Substrat wird unter Anwendung eines beliebigen geeigneten herkömmlichen Reinigungsverfahrens gereinigt, wie z. B. des Standardverfahrens der Industrie zur Reinigung gewebter Glasfaserstoffe, welches nachstehend beschrieben wird.
Die Glasfaser wird beim Glasweber typischerweise auf einer Spule aufgenommen und enthält ein Schlichtmittel, welches typischerweise zu ungefähr 1,5 Gew.-% der Glasfaser vorliegt. Bei dem Schlichtmittel handelt es sich um eine Formulierung auf Stärke- und Öl-Basis, welche als Antistatik- und Gleitmittel dient, wodurch dem Gewebe während des Webverfahrens Festigkeit verliehen wird. Die in Maschinenrichtung zu webende Glasfaser kann 1 Gew.-% PVA enthalten, um während des Zettelverfahrens weitere mechanische Festigkeit zu verleihen. Nach dem Weben wird das Gewebe über ein industrielles Standardverfahren gereinigt:

1) Das Gewebe wird auf einen Dorn gewickelt und mehrere Stunden lang Temperaturen von mehr als 500°C ausgesetzt (ein Verfahren, welches dem Fachmann als „Karamellisieren” bekannt ist, da das Gewebe eine goldbraune Farbe annimmt).
2) Die Dorne werden anschließend mehrere Tage lang Temperaturen von mehr als 200°C ausgesetzt (um zu ermöglichen, dass sich die Temperatur in der Mitte des Kerns mit der Temperatur der Gewebeoberfläche ausgleicht).
3) Man lässt das Gewebe über Nacht auf Umgebungstemperatur abkühlen.

Das Verfahren 200 wird mit der Modifikation der Oberfläche des Substrats mit einem Silanhaftvermittler fortgesetzt (Schritt 220). Der Silanhaftvermittler ist ein herkömmlicher, und es kann sich um jeden geeigneten Silanhaftvermittler handeln. Zum Beispiel kann es sich bei dem Silanhaftvermittler um Vinylbenzylaminoethylaminopropyltrimethoxysilan oder Diallylpropylisocyanurattrimethoxysilan handeln. Der Silanhaftvermittler wird unter Anwendung eines beliebigen geeigneten herkömmlichen Oberflächenmodifikationsverfahrens auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht.
Die Schritte 210 und 220 können zugunsten des Erhaltens eines herkömmlichen Glasfasersubstrats, dessen Oberfläche bereits mit einem Silanhaftvermittler modifiziert ist, weggelassen werden. Solche oberflächenmodifizierten Glasfasersubstrate sind von Glaswebern kommerziell erhältlich. Die von diesen Glaswebern angewendeten Oberflächenmodifikationsverfahren können firmeneigene Elemente des Glaswebers umfassen.
Typische Verfahrensparameter herkömmlicher Oberflächenmodifikationsverfahren umfassen die Zugabe einer oberflächenaktiven Substanz zu einem Silanbad (d. h., das Glasgewebe wird typischerweise in ein Silanbad getaucht), um die Benetzung des Glasgewebes zu verbessern sowie ein Aufschäumen zu verhindern. Die Konzentration des Silanhaftvermittlers in dem Silanbad kann zum Beispiel bis zu 1 Gew.-% betragen, ist jedoch typischerweise viel geringer. Das Silanbad ist typischerweise sauer (pH 3 bis 5), um ein Selbstkondensieren des Silans zu verhindern.
In einem beispielhaften herkömmlichen Oberflächenmodifikationsverfahren kann das Glasgewebe in eine 0,1- bis 0,5-%ige Silanhaftvermittler/Wasser-Lösung (oder Wasser-Ethanol-Lösung) getaucht und anschließend an der Luft getrocknet werden. Das Glasgewebe kann dann 5 bis 10 Minuten lang bei 110°C bis 120°C in einen Exsikkator gegeben werden, um den Silanhaftvermittler auf der Oberfläche des Substrats zu härten.
In anderen herkömmlichen Oberflächenmodifikationsverfahren wird zum Silylieren der Oberfläche des Substrats mit einem Silanhaftvermittler eine Alkohollösung verwendet. Es kann eine 2-%ige Silanlösung in einem geeigneten Alkohol (z. B. Methanol, Ethanol, Isopropanol und Ähnliches) hergestellt werden. Die Oberfläche des Substrats kann gewischt, getaucht oder mit dieser Lösung besprüht werden. Wenn das Substrat in die Lösung getaucht wird, kann eine ausreichende Tauchzeit (z. B. eine oder zwei Minuten) erforderlich sein, um die Silanmigration an die Oberfläche des Substrats zu ermöglichen. Anschließend wird das Substrat getrocknet (z. B. an der Luft). Nachdem die Oberfläche des Substrats getrocknet ist, kann überschüssiges Material vorsichtig abgewischt oder kurz mit Alkohol abgespült werden. Die Schicht des Silanhaftvermittlers kann dann auf der Oberfläche des Substrats 5 bis 10 Minuten lang bei 110°C oder 24 Stunden lang bei Umgebungstemperatur gehärtet werden.
Das Verfahren 200 kann mit dem Trocknen der Oberfläche des Substrats (d. h. des behandelten Glasgewebes) für die Gasphasenzugabe einer Silanzusammensetzung fortgesetzt werden (Schritt 230). Das behandelte Glasgewebe kann zum Beispiel 5 bis 10 Minuten lang bei 110°C bis 120°C getrocknet werden. Der Schritt 230 kann jedoch zumindest teilweise als Teil des oben beschriebenen Schritts 220 durchgeführt werden, wenn der Silanhaftvermittler auf der Oberfläche des Substrats gehärtet wird.
Nachdem die Glasfaser mit einem Silanhaftvermittler behandelt worden ist, bleibt ein großer Teil der Oberflächensilanole zurück. Hierdurch wird die Oberfläche hydrophil (Wasser liebend) belassen, und es ist wahrscheinlicher, dass die Möglichkeit der CAF-Bildung steigt.
Im Stand der Technik wurde erkannt, dass bei einem moderaten Härtungszyklus (110°C/15 Minuten) Silanolgruppen in freier Form zurückbleiben, vgl. zum Beispiel Gerald L. Witucki, „A Silane Primer: Chemistry and Applications of Alkoxy Silanes", Journal of Coating Technology, Bd. 65, Nr. 822, Seite 57 bis 60, Juli 1993. Im Stand der Technik wurden diese Oberflächensilanole jedoch fälschlicherweise als vorteilhaft klassifiziert (statt als möglicherweise zerstörerischer Weg für die CAF-Bildung), weil die Silanole an die folgende Deckbeschichtung binden können, wodurch ein durchdringendes Polymernetzwerk (Interpenetrating Polymer Network, IPN) gebildet wird und für eine verbesserte Haftung gesorgt ist.
Durch Behandeln der Oberfläche mit einer Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung werden die verbleibenden Oberflächensilanole zur Reaktion gebracht und entfernt. Auch wird die Oberfläche durch Behandeln der Oberflächensilanole mit einer Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung äußerst hydrophob (Wasser abweisend). Durch die Verwendung einer Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nicht nur Oberflächensilanole entfernt, sondern es wird auch sämtliches adsorbiertes Wasser auf der Oberfläche der Glasfasern zur Reaktion gebracht und entfernt, wodurch ein weiterer Weg für die CAF-Bildung verhindert wird.
Das Verfahren 200 wird dann fortgesetzt, indem das Substrat (d. h. das behandelte und getrocknete Glasgewebe) in einer Gasphase einer Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet wird (Schritt 240). Um die Oberfläche einer Glasfaser unter Anwendung von Gasphasen-Abscheidungstechniken mit einer Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zu modifizieren, muss das Substrat durch eine Kammer geführt oder darin angeordnet werden, welche ermöglicht, dass die Silanzusammensetzung einen Dampfdruck aufbaut. Solche Gasphasen-Abscheidungstechniken sind dem Fachmann wohlbekannt.
Die Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Silan der allgemeinen Formelstruktur R₁-S-R_(2-4), wobei R₁ für eine funktionelle Gruppe steht, die mit Alkoholen, Wasser und/oder Oberflächensilanolen reaktiv ist, und wobei R₂, R₃ und R₄ jeweils für eine funktionelle Gruppe stehen, die hydrophob und nicht reaktiv ist (d. h., R₂, R₃ und R₄ sind jeweils nicht mit den Alkoholen, dem Wasser und/oder den Oberflächensilanolen reaktiv, mit denen R₁ reaktiv ist). Beispiele für geeignete Silane für die Silanzusammensetzung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind (ohne Beschränkung) Chlortrimethylsilan (d. h. (CH₃)₃SiCl, auch als Trimethylsilylchlorid oder TMSCl bekannt), Hexamethyldisilazan (d. h. [(CH₃)₃Si]₂NH, auch als HMDS oder HMDZ bekannt), Perfluoroctyl-1H,1H,2H,2H-dimethylchlorsilan (d. h. C₁₀H₁₀ClF₁₃Si) und (3,3,3-Trifluorpropyl)dimethylchlorsilan (d. h. C₅H₁₀ClF₃Si) und Kombinationen dieser.
Der Dampfdruck kann im Bereich von 0,1 bis 1.000 mm Hg, vorzugsweise 0,5 bis 500 mm Hg, insbesondere 2 bis 7 mm Hg liegen. Das folgende Beispiel dient der Veranschaulichung und ist nicht beschränkend. In diesem (nicht beschränkenden) Beispiel wird Silangas erzeugt, indem das Silan oder eine Silan/Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel-Lösung (wobei der Beitrag des Partialdrucks des mit dem Silan vermischten Kohlenwasserstoff-Lösungsmittels genutzt wird) in einem Reservoir unterhalb der zu beschichtenden Oberfläche angeordnet wird. Das Reservoir wird erwärmt, um den Dampfdruck zu erzeugen. Wenn das Silan einen niedrigen Dampfdruck aufweist, kann an die Kammer ein Vakuum angelegt werden, um die Dampfkonzentration des Silans zu erhöhen. Das Substrat wird, wenn es beschichtet wird, typischerweise auf einer erhöhten Temperatur im Bereich von 25°C bis 150°C, vorzugsweise 35°C bis 125°C, insbesondere 45°C bis 90°C gehalten. Die Dauer, wie lang das Substrat der Gasphase der Silanzusammensetzung ausgesetzt wird, kann in Abhängigkeit von der gewünschten Oberflächenbedeckung mit Silan am Ende zum Beispiel von 0,1 bis 1.440 Minuten, vorzugsweise von 0,5 bis 180 Minuten, insbesondere von 2 bis 30 Minuten reichen. Die hydrophobe Silanbeschichtung weist vorzugsweise die Dicke einer Monoschicht auf. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die gewünschte Oberflächenbedeckung mit Silan am Ende in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung variiert. Auch kann es wünschenswert sein, der Gasphase der Silanzusammensetzung Katalysator (z. B. Amine) zuzufügen, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, was wiederum eine Verringerung der Dauer ermöglichen kann, wie lang das Substrat der Gasphase ausgesetzt wird.
Nachdem es aus der Kammer entnommen worden ist, wird das beschichtete Substrat (d. h. die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat) unter Anwendung einer beliebigen geeigneten herkömmlichen Methodik, die dem Fachmann bekannt ist, getrocknet (Schritt 250). Zum Beispiel kann das beschichtete Substrat 5 bis 10 Minuten lang bei 110°C bis 120°C getrocknet werden. Da die Oberfläche des beschichteten Substrats hydrophob ist, wird im Schritt 250 jegliches Restwasser darauf einfach und vollständig entfernt.
Das beschichtete Substrat (d. h. die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat) kann dann unter Anwendung herkömmlicher PCB-Herstellungstechniken weiter verarbeitet werden (Schritt 260). Zum Beispiel kann auf das beschichtete Substrat ein herkömmlicher Lack (z. B. FR4-Epoxidharze, Bismaleimidtriazin(BT)-Harze, durchdringende Netzwerke aus Polyphenylenoxid/Triallylisocyanurat (PPO/TAIC) und Ähnliches) aufgebracht werden, wobei eine beliebige geeignete herkömmliche Methodik angewendet wird, die dem Fachmann bekannt ist. Danach wird das Laminat Härtungsbedingungen ausgesetzt, z. B. unter Vakuum erwärmt, wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist, was zu einer vernetzten Phase führt, die kovalent an die Glasfasern gebunden ist, um ein Laminat oder eine laminierte PCB zu definieren. Die hydrophobe Oberfläche des beschichteten Substrats verhindert die Wasserdiffusion in die Grenzfläche zwischen der Lackbeschichtung und der Glasfaser in der laminierten PCB. Auch wenn zwischen der Lackbeschichtung und der Glasfaser in der Leiterplatte eine Delaminierung auftritt, ist die normalerweise hydrophile Glasfaser hydrophob, wodurch der häufigste Weg für die CAF-Bildung eliminiert wird.
3 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren 300 zum Aufbringen einer Silanzusammensetzung durch Eintauchen in eine Silan/Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel-Lösung veranschaulicht, um eine hydrophobe Silanbeschichtung zu bilden, welche die Bildung einer anodisch leitfähigen Faser (CAF) in einer Leiterplatte (PCB) verhindert, die gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. In dem Verfahren 300 werden die im Folgenden beschriebenen Schritte (Schritt 310 bis 360) durchgeführt. Diese Schritte werden in ihrer bevorzugten Reihenfolge ausgeführt. Es versteht sich jedoch, dass die verschiedenen Schritte im Verhältnis zueinander zu anderen Zeitpunkten erfolgen können als dargestellt oder gleichzeitig erfolgen können. Überdies wird der Fachmann erkennen, dass einer oder mehrere der Schritte weggelassen werden können.
Das Verfahren 300 beginnt, wenn ein Substrat, welches Glasfasern umfasst, gereinigt wird (Schritt 310). Das Substrat ist ein herkömmliches, und es kann sich um jedes geeignete Substrat handeln, das Glasfasern umfasst. Zum Beispiel kann es sich bei dem Substrat um einen gewebten Glasfaserstoff handeln. Das Substrat wird unter Anwendung eines beliebigen geeigneten herkömmlichen Reinigungsverfahrens gereinigt, wie z. B. des Standardverfahrens der Industrie zur Reinigung gewebter Glasfaserstoffe, welches nachstehend beschrieben wird.
Die Glasfaser wird beim Glasweber typischerweise auf einer Spule aufgenommen und enthält ein Schlichtmittel, welches typischerweise zu ungefähr 1,5 Gew.-% der Glasfaser vorliegt. Bei dem Schlichtmittel handelt es sich um eine Formulierung auf Stärke- und Öl-Basis, welche als Antistatik- und Gleitmittel dient, wodurch dem Gewebe während des Webverfahrens Festigkeit verliehen wird. Die in Maschinenrichtung zu webende Glasfaser kann 1 Gew.-% PVA enthalten, um während des Zettelverfahrens weitere mechanische Festigkeit zu verleihen. Nach dem Weben wird das Gewebe über ein industrielles Standardverfahren gereinigt:

Das Verfahren 300 wird mit der Modifikation der Oberfläche des Substrats mit einem Silanhaftvermittler fortgesetzt (Schritt 320). Der Silanhaftvermittler ist ein herkömmlicher, und es kann sich um jeden geeigneten Silanhaftvermittler handeln. Zum Beispiel kann es sich bei dem Silanhaftvermittler um Vinylbenzylaminoethylaminopropyltrimethoxysilan oder Diallylpropylisocyanurattrimethoxysilan handeln. Der Silanhaftvermittler wird unter Anwendung eines beliebigen geeigneten herkömmlichen Oberflächenmodifikationsverfahrens auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht.
Die Schritte 310 und 320 können zugunsten des Erhaltens eines herkömmlichen Glasfasersubstrats, dessen Oberfläche bereits mit einem Silanhaftvermittler modifiziert ist, weggelassen werden. Solche oberflächenmodifizierten Glasfasersubstrate sind von Glaswebern kommerziell erhältlich. Die von diesen Glaswebern angewendeten Oberflächenmodifikationsverfahren können firmeneigene Elemente des Glaswebers umfassen.
Typische Verfahrensparameter herkömmlicher Oberflächenmodifikationsverfahren umfassen die Zugabe einer oberflächenaktiven Substanz zu einem Silanbad (d. h., das Glasgewebe wird typischerweise in ein Silanbad getaucht), um die Benetzung des Glasgewebes zu verbessern sowie ein Aufschäumen zu verhindern. Die Konzentration des Silanhaftvermittlers in dem Silanbad kann zum Beispiel bis zu 1 Gew.-% betragen, ist jedoch typischerweise viel geringer. Das Silanbad ist typischerweise sauer (pH 3 bis 5), um ein Selbstkondensieren des Silans zu verhindern.
In einem beispielhaften herkömmlichen Oberflächenmodifikationsverfahren kann das Glasgewebe in eine 0,1- bis 0,5-%ige Silanhaftvermittler/Wasser-Lösung (oder Wasser-Ethanol-Lösung) getaucht und anschließend an der Luft getrocknet werden. Das Glasgewebe kann dann 5 bis 10 Minuten lang bei 110°C bis 120°C in einen Exsikkator gegeben werden, um den Silanhaftvermittler auf der Oberfläche des Substrats zu härten.
In anderen herkömmlichen Oberflächenmodifikationsverfahren wird zum Silylieren der Oberfläche des Substrats mit einem Silanhaftvermittler eine Alkohollösung verwendet. Es kann eine 2-%ige Silanlösung in einem geeigneten Alkohol (z. B. Methanol, Ethanol, Isopropanol und Ähnliches) hergestellt werden.. Die Oberfläche des Substrats kann gewischt, getaucht oder mit dieser Lösung besprüht werden. Wenn das Substrat in die Lösung getaucht wird, kann eine ausreichende Tauchzeit (z. B. eine oder zwei Minuten) erforderlich sein, um die Silanmigration an die Oberfläche des Substrats zu ermöglichen. Anschließend wird das Substrat getrocknet (z. B. an der Luft). Nachdem die Oberfläche des Substrats getrocknet ist, kann überschüssiges Material vorsichtig abgewischt oder kurz mit Alkohol abgespült werden. Die Schicht des Silanhaftvermittlers kann dann auf der Oberfläche des Substrats 5 bis 10 Minuten lang bei 110°C oder 24 Stunden lang bei Umgebungstemperatur gehärtet werden.
Nachdem die Glasfaser mit einem Silanhaftvermittler behandelt worden ist, bleibt ein großer Teil der Oberflächensilanole zurück. Hierdurch wird die Oberfläche hydrophil (Wasser liebend) belassen, und es ist wahrscheinlicher, dass die Möglichkeit der CAF-Bildung steigt.
Im Stand der Technik wurde erkannt, dass bei einem moderaten Härtungszyklus (110°C/15 Minuten) Silanolgruppen in freier Form zurückbleiben, vgl. zum Beispiel Gerald L. Witucki, „A Silane Primer: Chemistry and Applications of Alkoxy Silanes", Journal of Coating Technology, Bd. 65, Nr. 822, Seite 57 bis 60, Juli 1993. Im Stand der Technik wurden diese Oberflächensilanole jedoch fälschlicherweise als vorteilhaft klassifiziert (statt als möglicherweise zerstörerischer Weg für die CAF-Bildung), weil die Silanole an die folgende Deckbeschichtung binden können, wodurch ein durchdringendes Polymernetzwerk (IPN) gebildet wird und für eine verbesserte Haftung gesorgt ist.
Durch Behandeln der Oberfläche mit einer Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung werden die verbleibenden Oberflächensilanole zur Reaktion gebracht und entfernt. Auch wird die Oberfläche durch Behandeln der Oberflächensilanole mit einer Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung äußerst hydrophob (Wasser abweisend). Durch die Verwendung einer Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nicht nur Oberflächensilanole entfernt, sondern es wird auch sämtliches adsorbiertes Wasser auf der Oberfläche der Glasfasern zur Reaktion gebracht und entfernt, wodurch ein weiterer Weg für die CAF-Bildung verhindert wird.
Das Verfahren 300 wird dann fortgesetzt, indem das Substrat (d. h. das behandelte Glasgewebe) in einem Silan-Oberflächenmodifikationsbad angeordnet wird, welches eine Lösung einer Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung und ein geeignetes Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel enthält (Schritt 330). Der Schritt 330 kann durch Mittel durchgeführt werden, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, z. B. durch ein Tauchbeschichtungsverfahren.
Die Silanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Silan der allgemeinen Formelstruktur R₁-S-R_(2-4), wobei R₁ für eine funktionelle Gruppe steht, die mit Alkoholen, Wasser und/oder Oberflächensilanolen reaktiv ist, und wobei R₂, R₃ und R₄ jeweils für eine funktionelle Gruppe stehen, die hydrophob und nicht reaktiv ist (d. h., R₂, R₃ und R₄ sind jeweils nicht mit den Alkoholen, dem Wasser und/oder den Oberflächensilanolen reaktiv, mit denen R₁ reaktiv ist). Beispiele für geeignete Silane für die Silanzusammensetzung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind (ohne Beschränkung) Chlortrimethylsilan (d. h. (CH₃)₃SiCl, auch als Trimethylsilylchlorid oder TMSCl bekannt), Hexamethyldisilazan (d. h. [(CH₃)₃Si]₂NH, auch als HMDS oder HMDZ bekannt), Perfluoroctyl-1H,1H,2H,2H-dimethylchlorsilan (d. h. C₁₀H₁₀ClF₁₃Si) und (3,3,3-Trifluorpropyl)dimethylchlorsilan (d. h. C₅H₁₀ClF₃Si) und Kombinationen dieser.
Beispiele für geeignete Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel sind (ohne Beschränkung) Heptane, Hexane, Pentane, Xylole, Cyclohexan und Toluol und Kombinationen dieser.
Die Konzentration des Silans kann im Bereich von 0,01 bis 100 Vol.-% vorzugsweise von 0,05 bis 10 Vol.-% insbesondere von 0,1 bis 3 Vol.-% liegen. Die Dauer, wie lang das Substrat dem Silan-Oberflächenmodifikationsbad ausgesetzt wird, kann zum Beispiel im Bereich von 0,1 bis 1.440 Minuten, vorzugsweise von 0,5 bis 180 Minuten, insbesondere von 2 bis 30 Minuten liegen. Die hydrophobe Silanbeschichtung weist vorzugsweise die Dicke einer Monoschicht auf. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die gewünschte Oberflächenbedeckung mit Silan am Ende in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung variiert.
Nachdem es aus dem Bad entnommen worden ist, wird das beschichtete Substrat (d. h. die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat) unter Anwendung einer beliebigen geeigneten herkömmlichen Methodik, die dem Fachmann bekannt ist, getrocknet (Schritt 340). Zum Beispiel kann das beschichtete Substrat 5 bis 10 Minuten lang bei 110°C bis 120°C getrocknet werden. Da die Oberfläche des beschichteten Substrats hydrophob ist, wird im Schritt 340 jegliches Restwasser darauf einfach und vollständig entfernt.
Das beschichtete Substrat (d. h. die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat) kann dann unter Anwendung herkömmlicher PCB-Herstellungstechniken weiter verarbeitet werden (Schritt 350). Zum Beispiel kann auf das beschichtete Substrat ein herkömmlicher Lack (z. B. FR4-Epoxidharze, Bismaleimidtriazin(BT)-Harze, durchdringende Netzwerke aus Polyphenylenoxid/Triallylisocyanurat (PPO/TAIC) und Ähnliches) aufgebracht werden, wobei eine beliebige geeignete herkömmliche Methodik angewendet wird, die dem Fachmann bekannt ist. Danach wird das Laminat Härtungsbedingungen ausgesetzt, z. B. unter Vakuum erwärmt, wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist, was zu einer vernetzten Phase führt, die kovalent an die Glasfasern gebunden ist, um ein Laminat oder eine laminierte PCB zu definieren. Die hydrophobe Oberfläche des beschichteten Substrats verhindert die Wasserdiffusion in die Grenzfläche zwischen der Lackbeschichtung und der Glasfaser in der laminierten PCB. Auch wenn zwischen der Lackbeschichtung und der Glasfaser in der. Leiterplatte eine Delaminierung auftritt, ist die normalerweise hydrophile Glasfaser hydrophob, wodurch der häufigste Weg für die CAF-Bildung eliminiert wird.
Der Fachmann wird erkennen, dass innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung viele Variationen möglich sind. Obwohl die vorliegende Erfindung speziell in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden ist, versteht der Fachmann daher, dass diese und andere Veränderungen der Form und der Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2002/0058140 A1 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Gerald L. Witucki, „A Silane Primer: Chemistry and Applications of Alkoxy Silanes”, Journal of Coating Technology, Bd. 65, Nr. 822, Seite 57 bis 60, Juli 1993 [0042]
Gerald L. Witucki, „A Silane Primer: Chemistry and Applications of Alkoxy Silanes”, Journal of Coating Technology, Bd. 65, Nr. 822, Seite 57 bis 60, Juli 1993 [0058]

Claims

Verbessertes Substrat für eine Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB), welches das Folgende umfasst: ein Substrat, welches Glasfasern umfasst; und eine auf ein Glasfasersubstrat aufgebrachte hydrophobe Silanbeschichtung einer Silanzusammensetzung, die mit einem Silanhaftvermittler vermischt ist, wobei die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat eine Oberfläche darstellt, die hydrophob und weitgehend Silanol-frei ist.
Verbessertes Substrat nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine Bahn gewebter Glasfasern umfasst.
Verbessertes Substrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei die hydrophobe Silanbeschichtung durch Aufbringen einer Silanzusammensetzung auf die Oberfläche des Substrats gebildet ist, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, wobei die Silanzusammensetzung ein Silan der allgemeinen Struktur R₁-S-R_(2-4) umfasst, wobei R₁ für eine funktionelle Gruppe steht, die mit einem oder mehreren Oberflächensilanolen reaktiv ist, die erzeugt werden, wenn der Silanhaftvermittler auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird, und wobei R₂, R₃ und R₄ jeweils für eine funktionelle Gruppe stehen, die hydrophob und mit dem einen oder den mehreren Oberflächensilanolen nicht reaktiv ist.
Verbessertes Substrat nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die hydrophobe Silanbeschichtung durch Aufbringen einer Silanzusammensetzung auf die Oberfläche des Substrats gebildet ist, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, und wobei die Silanzusammensetzung ein Silan umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Chlortrimethylsilan, Hexamethyldisilazan, Perfluoroctyl-1H,1H,2H,2H-dimethylchlorsilan und (3,3,3-Trifluorpropyl)dimethylchlorsilan und Kombinationen dieser besteht.
Verbessertes Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die hydrophobe Silanbeschichtung die Dicke einer Monoschicht aufweist.
Verbessertes Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner eine Lackbeschichtung auf der Oberfläche umfasst, die von der hydrophoben Silanbeschichtung/dem Substrat dargestellt wird, wobei der Silanhaftvermittler die Lackbeschichtung mit dem Substrat verbindet.
Leiterplatte (PCB), welche mindestens ein verbessertes Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Substrats für eine Leiterplatte, welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Substrats, welches Glasfasern umfasst; Aufbringen eines Silanhaftvermittlers auf die Oberfläche des Substrats, wobei die Oberfläche des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, ein oder mehrere Oberflächensilanole umfasst; und Aufbringen einer Silanzusammensetzung auf die Oberfläche des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, um eine hydrophobe Silanbeschichtung zu bilden, welche eine vermischte Schicht der Silanzusammensetzung und des Silanhaftvermittlers umfasst, wobei die Silanzusammensetzung mit dem einen oder den mehreren Oberflächensilanolen reagiert und wobei die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat eine Oberfläche darstellt, die hydrophob und weitgehend Silanol-frei ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Substrat eine Bahn gewebter Glasfasern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Silanzusammensetzung ein Silan der allgemeinen Struktur R₁-S-R_(2-4) umfasst, wobei R₁ für eine funktionelle Gruppe steht, die mit Alkoholen, Wasser und/oder dem einen oder den mehreren Oberflächensilanolen reaktiv ist, und wobei R₂, R₃ und R₄ jeweils für eine funktionelle Gruppe stehen, die hydrophob ist und mit den Alkoholen, dem Wasser und/oder dem einen oder den mehreren Oberflächensilanolen, mit welchen R₁ reaktiv ist, nicht reaktiv ist.
Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die Silanzusammensetzung ein Silan umfasst, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Chlortrimethylsilan, Hexamethyldisilazan, Perfluoroctyl-1H,1H,2H,2H-dimethylchlorsilan und (3,3,3-Trifluorpropyl)dimethylchlorsilan und Kombinationen dieser besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die hydrophobe Silanbeschichtung die Dicke einer Monoschicht aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Schritt des Aufbringens der Silanzusammensetzung die folgenden Schritte umfasst: Trocknen der Oberfläche des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist; Anordnen des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, in einer Gasphase der Silanzusammensetzung nach dem Schritt des Trocknens der Oberfläche des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, um die hydrophobe Silanbeschichtung durch Abscheidung aus der Gasphase zu bilden; Trocknen der Oberfläche, die durch die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat dargestellt wird, nach dem Schritt des Anordnens des Substrats in einer Gasphase der Silanzusammensetzung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Schritt des Aufbringens der Silanzusammensetzung die folgenden Schritte umfasst: Anordnen des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, in einer Lösung der Silanzusammensetzung und eines Kohlenwasserstoff-Lösungsmittels; Trocknen der Oberfläche, die durch die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat dargestellt wird, nach dem Schritt des Anordnens des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, in einer Lösung der Silanzusammensetzung in einem Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel.
Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (PCB), welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Substrats, welches Glasfasern umfasst; Aufbringen eines Silanhaftvermittlers auf die Oberfläche des Substrats, wobei die Oberfläche des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, ein oder mehrere Oberflächensilanole umfasst; Aufbringen einer Silanzusammensetzung auf die Oberfläche des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, um eine hydrophobe Silanbeschichtung zu bilden, welche eine vermischte Schicht der Silanzusammensetzung und des Silanhaftvermittlers umfasst, wobei die Silanzusammensetzung mit dem einen oder den mehreren Oberflächensilanolen reagiert und wobei die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat eine Oberfläche darstellt, die hydrophob und weitgehend Silanol-frei ist; Trocknen der Oberfläche, die durch die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat dargestellt wird, nach dem Schritt des Aufbringens einer Silanzusammensetzung; Aufbringen eines Lacks über die Oberfläche, die durch die hydrophobe Silanbeschichtung/das Substrat dargestellt wird, nach dem Schritt des Trocknens, wobei der Silanhaftvermittler die Lackbeschichtung mit dem Substrat verbindet; und Aussetzen des Substrats, der hydrophoben Silanbeschichtung und des Lacks Härtungsbedingungen, um eine PCB zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Substrat eine Bahn gewebter Glasfasern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Silanzusammensetzung ein Silan der allgemeinen Struktur R₁-S-R_(2-4) umfasst, wobei R₁ für eine funktionelle Gruppe steht, die mit Alkoholen, Wasser und/oder dem einen oder den mehreren Oberflächensilanolen reaktiv ist, und wobei R₂, R₃ und R₄ jeweils für eine funktionelle Gruppe stehen, die hydrophob ist und mit den Alkoholen, dem Wasser und/oder dem einen oder den mehreren Oberflächensilanolen, mit welchen R₁ reaktiv ist, nicht reaktiv ist.
Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, wobei die Silanzusammensetzung ein Silan umfasst, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Chlortrimethylsilan, Hexamethyldisilazan, Perfluoroctyl-1H,1H,2H,2H-dimethylchlorsilan und (3,3,3-Trifluorpropyl)dimethylchlorsilan und Kombinationen dieser besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die hydrophobe Silanbeschichtung die Dicke einer Monoschicht aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Schritt des Aufbringens der Silanbeschichtung die folgenden Schritte umfasst: Trocknen der Oberfläche des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist; Anordnen des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, in einer Gasphase der Silanzusammensetzung nach dem Schritt des Trocknens der Oberfläche des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, um die hydrophobe Silanbeschichtung durch Abscheidung aus der Gasphase zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei der Schritt des Aufbringens der Silanbeschichtung die folgenden Schritte umfasst: Anordnen des Substrats, welches den darauf aufgebrachten Silanhaftvermittler aufweist, in einer Lösung der Silanzusammensetzung und eines Kohlenwasserstoff-Lösungsmittels.