DE112018000034T5

DE112018000034T5 - Polymermatrix-Verbundstoff zum Beseitigen von Übertragungsverzögerung und Webeffekt

Info

Publication number: DE112018000034T5
Application number: DE112018000034.6T
Authority: DE
Inventors: Tarun Amla
Original assignee: ITEQ Corp
Current assignee: ITEQ Corp
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2019-11-14
Also published as: TW201915091A; SG11201809033YA; CN109575516A; LU101218A1; CA3068087C; CA3068087A1; JP2020535292A; US20190104612A1; LU101218B1; BR112020000607A2; WO2019062359A1; MY194824A

Abstract

Die Erfindung offenbart einen Polymermatrix-Verbundstoff und ein Laminat, ein Prepreg und eine gedruckte Leiterplatte, die den Polymermatrix-Verbundstoff verwenden. Der Polymermatrix-Verbundstoff enthält ein Polymerharz und ein nichtgewebtes Verstärkungsmaterial mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis 4,8 und einem Verlustfaktor von weniger als 0,003 bei 10 GHz. Die gedruckte Leiterplatte verwendet ein Laminat, das einen Polymermatrixverbundstoff als eine Kernschicht aufweist. Die Kernschicht ist sandwichartig zwischen mindestens zwei äußeren Schichten angeordnet. Der in der vorliegenden Erfindung offenbarte Polymermatrix-Verbundstoff und das Laminat, das Prepreg und die gedruckte Leiterplatte, die den Polymermatrix-Verbundstoff verwenden, können die Übertragungsverzögerung und den Webeffekt durch Verwendung eines speziellen nichtgewebten Verstärkungsmaterials wirksam reduzieren.

Description

Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62 / 565,538 mit dem Titel „ POLYMER MATRIX COMPOSITE FOR ELIMINATING SKEWAND FIBER WEAVE EFFECT “, eingereicht am 29. September 2017, deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Der gesamte Inhalt der vorläufigen US-Patentanmeldung ist in einen Teil der Patentbeschreibung der vorliegenden Erfindung zur Bezugnahme eingeschlossen.
Die Erfindung betrifft einen Polymermatrix-Verbundstoff, insbesondere einen Polymermatrix-Verbundstoff zum Beseitigen von Übertragungsverzögerung und Webeffekt.
Eine gedruckte Leiterplatte (PCB) wird typischerweise aus einem dielektrischen Material hergestellt, beispielsweise einem gewebten Glasmaterial, das in einer Polymermatrix imprägniert ist. Eine oder beide Seiten des Verbundstoffs, der aus dem gewebten Glasmaterial gebildet ist, das in der Polymermatrix imprägniert ist, sind mit Kupfer verkleidet, um ein Laminat zur Verwendung in PCB-Anwendungen zu bilden.
In den meisten Anwendungen ist die Polymermatrix ein Epoxyharz oder ein modifiziertes Epoxyharz, während Polymere wie z. B. Polyethylenimin, Bismaleimidtriazin, Cyanatester und Polyphenylenetherpolymere ebenfalls verwendet werden. In einigen Radiofrequenz-Anwendungen werden Polybutadien, Polyisopren und Derivate davon mit Härtern, Beschleunigern und Additiven wie Füllstoffen und Flammschutzmitteln gemeinsam verwendet. Bei Glasgewebe-Materialien werden meist E-Glas, L-Glas und andere Nieder-Dielektrizitätskonstanten-Glas und spezielle Arten von Glas verwendet, zum Beispiel S-Glas und T-Glas werden in einigen speziellen Anwendungen verwendet.
Der Unterschied in der Permittivität oder Dielektrizitätskonstante zwischen Glas und Polymermatrix ist sehr signifikant. Im Fall von E-Glas, das häufiger verwendet wird, ist der Dk des E-Glases höher als 6,0 (abhängig von der gemessenen Frequenz), wobei der Dk des als Matrix verwendeten Polymers üblicherweise etwa 3,0 beträgt. Hierdurch ergibt sich ein inhomogenes Medium zur Signalübertragung.
Heute werden gedruckte Leiterplatten in einer Vielzahl von digitalen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsanwendungen verwendet und sind die Hauptwerkzeuge zum Routen, Schalten und Speichern von Daten. Mit dem explosiven und exponentiellen Wachstum von Internet steigt die Nachfrage nach schnelleren Datenübertragungsraten. In der Tat bedeutet dies, dass jeder Kanal mehr Daten übertragen muss und jeder Kanal eine Übertragungsleitung auf der Platine ist. Die Daten sind als Hochfrequenzwellenformen codiert, von denen jede typischerweise 2 oder 4 Bits codiert. In dem Fall, in dem jede Wellenform 2 Bits codiert, wird beim Stand der Technik die NRZ- oder PAM2-Technik bzw. Niveau-2-Pulsamplitudenmodulation verwendet. In dem Fall, in dem jede Wellenform 4 Bits codiert, wird die PAM4-Technik (d. H. N-4-Impulsamplitudenmodulation) verwendet. Wenn eine Übertragungsleitung als Vergleichsstandard verwendet wird, wird das Differenzsignal verwendet. Ein Vorteil der Verwendung eines Differenzsignals besteht darin, dass es eine niedrigere Nyquist-Frequenz erzeugt. Die Nyquist- oder Trägerfrequenz beträgt bei Verwendung der NRZ-Technik die halbe Datenrate und bei Verwendung der PAM4-Technik 1/4 der Datenrate. In dem Fall, in dem die Daten über eine einzige Leitung gesendet werden, werden Harmonischen höherer Frequenz benötigt. Zum Beispiel wird zum Übertragen von 28 Gbps (1 Milliarde Bits pro Sekunde) eine Frequenzkomponente von bis zu 70 GHz (die fünfte Harmonische der Grundfrequenz) benötigt. Das Problem bei solchen hohen Frequenzen besteht darin, dass der Signalamplitudenverlust im Dielektrikum eine positive Funktion (proportional) zur Frequenz des Leiters ist oder der Kupferverlust eine Funktion der Quadratwurzel der Frequenz ist.
Die Übertragungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen in dem Medium ist umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel der dielektrischen Konstante. Mit anderen Worten, je höher die Dielektrizitätskonstante ist, desto langsamer ist die Signalübertragung. In einer typischen Rückwandplatine ist die Länge des Kanals sehr lang und kann bis zu einem Meter oder länger betragen. Da der Stand der Technik auf glasfaserverstärkten Laminaten beruht (verstärkte Materialien und Materialien von Harzen können heterogen sein), überspannen die beiden Übertragungsleitungen, die voneinander beabstandet sind und ein differentielles Paar bilden, typischerweise Pfade mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten, was zu einer Verzögerung des Signals auf dem Pfad mit einer höheren Dielektrizitätskonstante führt. Dies ist auf dem Gebiet der digitalen Technik als „Übertragungsverzögerung“ bekannt. Wenn die Signalübertragung von PAM4 (und möglicherweise PAM8 oder höher) bei der Industrie bevorzugt ist, wird die Übertragungsverzögerung ein wichtigerer Faktor bei der Signalübertragung.
Es gibt viele Möglichkeiten, Signalverzögerungen zu minimieren. Die wichtigste ist die Verwendung einer Leitung, die in einem Winkel verläuft. Dies ist ein effizienter Weg, führt jedoch zu einer ineffizienten Nutzung des Platzes auf der Platine und führt wiederum zu verschwendeter Fläche und erhöhtem Ausschuss, während immer noch signifikante Übertragungsverzögerung verursacht wird. Die Verwendung von mehrschichtigen Prepregs zum datenmäßigen Ausgleichen der Differenz der Dielektrizitätskonstanten ist ebenfalls nicht sehr effektiv, da dieser Ansatz die Dicke der Platte erhöht und das Problem immer noch nicht vollständig löst.
Die Verwendung von Flachglas, aufgestreutem Glas oder Glas mit einem E-Glas von Dk von> 6,0, beispielsweise ein Glas mit einem Dk von etwa 4,8, löst ebenfalls nicht vollständig das Problem der Übertragungsverzögerung. Die Wirkung der Verwendung unverstärkter thermoplastischer Platten ist ebenfalls begrenzt, da diese Leiterplatten typischerweise eine Hochtemperaturverarbeitung erfordern, die die Toleranz dieser Materialien übersteigt, was zu schlechten mechanischen und thermischen Eigenschaften dieser Materialien führt, wodurch das Produkt für die Herstellung der meisten Leiterplatten ungeeignet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Polymermatrix-Verbundstoff zu schaffen, der unter Verwendung eines nichtgewebten Verstärkungsmaterials mit einem spezifischen Bereich von Dk und einem Verlustfaktor die mit Übertragungsverzögerungen und Faserwebewirkungen verbundenen Verluste verringert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Polymermatrix-Verbundstoff, der ein Polymerharz und ein nicht gewebtes Verstärkungsmaterial mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis etwa 4,8 und einem Verlustfaktor von 0,003 bei 10 GHz aufweist.
Gemäß der Erfindung wird ein Laminat bereitgestellt, das wenigstens eine Verstärkungsschicht besitzt, die aus dem Polymermatrix-Verbundstoff hergestellt ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Prepreg bereitgestellt, das einen Harzabschnitt aufweist, der teilweise gehärtet und mit einem nichtgewebten Verstärkungsmaterial imprägniert ist, das eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis etwa 4,8 und einen Verlustfaktor unter 0,003 bei 10 GHz aufweist.
Gemäß der Erfindung wird eine gedruckte Leiterplatte bereitgestellt, die wenigstens zwei äußere Schichten und eine zwischen den beiden äußeren Schichten vorgesehene Kernschicht. Die Kernschicht weist das oben erwähnte Laminat auf.
Eine der vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der von der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Polymermatrix-Verbundstoff und das den Polymermatrix-Verbundwerkstoff verwendende Produkt eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis etwa 4,8 und einen Verlustfaktor unter 0,003 bei 10 GHz aufweist, um die Übertragungsverzögerung zu beseitigen.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 einen Schnitt durch ein Laminat gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Polymermatrix-Verbundstoffs; und
2 einen Schnitt durch eine gedruckte Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Polymermatrix-Verbundstoffs.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Polymermatrix-Verbundstoffs zum Beseitigen von Übertragungsverzögerung und Webeffekt beschrieben. Der Fachmann kann durch die Offenbarung der vorliegenden Beschreibung die Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Erfindung verstehen. Die Erfindung kann durch andere unterschiedliche Ausführungsbeispiele implementiert oder angewendet werden. Die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung können verschiedenartig abgewandelt und verändert werden, ohne vom Gegenstand und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich sind die Zeichnungen der vorliegenden Erfindung lediglich veranschaulichend und sollen nicht in der tatsächlichen Größe angegeben werden. Durch das folgende Ausführungsbeispiel werden die zugehörigen technischen Inhalte der vorliegenden Erfindung weiter im Detail erläutert. Die Offenbarung soll jedoch den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt Polymermatrix-Verbundstoffe bereit, die in der Elektronikindustrie verwendet werden können. Der Polymermatrix-Verbundstoff kann ein Polymerharz und ein nichtgewebtes Verstärkungsmaterial enthalten. Das Polymerharz wird als eine Matrix verwendet, und das nichtgewebte Verstärkungsmaterial kann in das Polymerharz imprägniert oder auf das Polymerharz aufgetragen werden. Nichtgewebte Verstärkungsmaterialien sind statistisch und kontinuierlich in dem Polymerharz vorhanden und erzeugen daher im Vergleich zu instabilen und gleichförmigen Geweben keine heterogenen Bereiche.
Das erfindungsgemäße Polymerharz kann ein oder mehrere Basisharze umfassen, von denen bekannt ist, dass sie bei der Herstellung von Prepregs sowie Laminatmaterialien nützlich sind. Das Basisharz ist üblicherweise ein wärmehärtbares oder thermoplastisches Harz, wie beispielsweise Epoxidharz, ein auf Polyphenylenether basierendes Harz, ein Cyanuratharz, ein Bismaleinimidharz, ein Polyiminharz, ein Phenolharz, ein Furanharz, ein Xylolformaldehydharz, ein Ketonformaldehydharz, ein Harnstoffharz, ein Melaminharz, ein Anilinharz, ein Alkydharz, ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Diallylphthalatharz, ein Cyanursäuretrien, ein Esterharz, ein Triazinharz, ein Polyurethanharz, ein Silikonharz und jede Kombination oder Mischung davon, ist jedoch nicht darauf beschränkt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Polymerharz eine Dielektrizitätskonstante von etwa 3,0. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Insbesondere ist im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Polymerharz ein Epoxidharz oder enthält ein Epoxidharz. Einige Beispiele von Epoxidharzen umfassen Phenolepoxyharze, wie z. B. auf Diglycidylether von Bisphenol A, Polyglycidylether von Phenol-Formaldehyd-Novolac oder Kresol-Formaldehyd-Novolac, und (p-Hydroxyphenol) methantriglycidylether oder auf Tetraphenylethandetraglycidylether basierende Epoxidharze. Das Epoxidharz kann ein Epoxidharz auf Aminbasis sein, wie z. B. hauptsächlich ein auf Tetraglycidylmethylendiphenylamin oder Triglycidylether von p-Aminoglycol basierendes Epoxidharz. Das Epoxidharz kann aber auch ein cycloaliphatisches Epoxidharz, wie z. B. ein Epoxidharz, das hauptsächlich aus 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-Epoxycyclohexancarboxylat besteht. Der Ausdruck „Epoxidharz“ bezeichnet auch das Reaktionsprodukt von einer Verbindung, die einen Überschuss einer Epoxygruppe (beispielsweise eine Epoxidgruppe der vorstehenden Art) enthält und einer aromatischen Dihydroxyverbindung. Diese Verbindungen können halogensubstituiert sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Polymerharz ein Epoxyharz, das ein Bisphenol-A-Derivat, insbesondere FR-4, ist. FR-4 wird durch eine Reaktionsverlängerung von einem Überschuss an Bisphenol-A-diglycolether und Tetrabrombisphenol-A hergestellt. In den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen können auch Mischungen von Epoxidharzen mit Bismaleinimidharzen und Mischungen aus Cyanatharzen und / oder Bismaleimidtriazinharzen verwendet werden.
Das nichtgewebtes Verstärkungsmaterial kann eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis etwa 4,8 und einen Verlustfaktor von weniger als 0,003 bei 10 GHz aufweisen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das gewebte Verstärkungsmaterial eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1,8 bis etwa 4,8. Der obige Bereich der Dielektrizitätskonstanten wird gemessen, bevor das nichtgewebte Verstärkungsmaterial mit dem Polymerharz kombiniert wird, um ein harzimprägniertes Verstärkungsmaterial zu bilden, und / oder bevor das nichtgewebte Verstärkungsmaterial und das Polymerharz werden in das verstärkte Prepreg und / oder Laminat eingebaut werden. Die „Dielektrizitätskonstante“ und der Bereich oder Wert der Dielektrizitätskonstanten, die hierin beschrieben sind, werden durch das Bereskin-Testverfahren oder durch das Schlitz-Post-Verfahren (slit post method) gemessen.
Da die PCB-Industrie üblicherweise ein Dk von etwa 3,0 bis 3,5 benötigt, kann Dk des Verstärkungsmaterials insbesondere unter 4,8 so beibehalten werden, dass das gesamte Laminat eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist.
Das nichtgewebte Verstärkungsmaterial kann als Folien- oder Grundmaterial sein. Diese Materialien können verwendet werden, um Substratfolien zum Bilden von Prepregs oder Laminaten herzustellen. Prepreg oder Laminat ist geeignet für die Herstellung von Leiterplatten. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das nichtgewebte Verstärkungsmaterial ein Folienmaterial.
Zum Beispiel kann das nichtgewebte Verstärkungsmaterial aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Quarz, Glasmaterialien, Flüssigkristallpolymeren oder aus einer Kombination dieser Materialien ausgewählt werden. Insbesondere kann das nichtgewebte Verstärkungsmaterial ein nicht gewebtes PTFE-Unterlage / Papier sein und wird optional mit anderen Bestandteilen und Bindemitteln gemischt oder kann ein Quarzunterlage / -papier oder ein Flüssigkristallpolymer sein. Zum Beispiel können die obigen Bestandteile geschnittene PTFE-Fasern, geschnittene Glasfasern, Füllstoffe wie Bornitrid und geschmolzenes Ceroxid enthalten.
Die Menge an nichtgewebtem Verstärkungsmaterial kann in Abhängigkeit von den Bedürfnissen des unter Verwendung des Polymermatrix-Verbundstoffs hergestellten Produkts variieren. Zum Beispiel kann das nichtgewebte Verstärkungsmaterial in einer Menge zwischen etwa 5% und etwa 70% und vorzugsweise von etwa 5% bis etwa 60% vorhanden sein, bezogen auf das Gesamtgewicht des polymeren Matrixverbundstoffs. Ferner beträgt der Gehalt des Polymerharzes einschließlich des Füllstoffs und des Flammschutzmittels und anderer Additive zwischen etwa 95% und etwa 30% und vorzugsweise zwischen etwa 95% und etwa 40%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymermatrix-Verbundstoffs.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Vliesverstärkungsmaterial einer Oberflächenverstärkungsbehandlung unterzogen, um seine Haftung an dem Polymerharz zu verbessern. Die Oberflächenverbesserungsbehandlung kann eine Koronabehandlung oder die Verwendung eines Kopplungsmittels umfassen.
Im Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Polymermatrix-Verbundstoff ferner ein gewebtes Verstärkungsmaterial, einen Füllstoff in Mikrometergröße, einen Füllstoff in Nanogröße, eine organische Stapelfaser, eine anorganische Stapelfaser, ein Flammschutzmittel, ein Lösungsmittel und mindestens eines der anderen Additive umfassen.
Zum Beispiel kann das gewebte Verstärkungsmaterial Folgendes umfassen: ein Gewebe aus anorganischen Fasern, das verschiedene Glasgewebe (z. B. Gazetuch, Stapelfasermatte, Oberflächenfilz usw.), Metallfasertuch und dergleichen enthält; ein Gewebe aus Flüssigkristallfasern (z. B. vollaromatischen Polyamidfasern, vollaromatischen Polyesterfasern und Polyfluorenfasern); ein Gewebe aus synthetischen Cellulosen (z. B. Polyvinylalkoholfasern, Polyesterfasern und Acrylfasern); ein Gewebe aus Naturfasern (zum Beispiel Baumwollen, Leinen und Filz), Kohlefasergewebe; und ein Gewebe aus natürlichen Cellulosen (zum Beispiel Krepppapier, Tissuepapier und Papier-Glas-Verbundfaserpapier).
Im Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das gewebte Verstärkungsmaterial ein gewebtes Glasgewebe mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 3,5 bis 7,0 oder höher, zum Beispiel Glas mit niedrigem Dk-Wert und mit einer Dielektrizitätskonstante von 3,5 bis etwa 4,5. E-Glas, R-Glas, ECR-Glas, 5-Glas, C-Glas, Q-Glas und jedes andere gewebte Glasgewebe, von dem bekannt ist, dass es bei der Herstellung von glasfaserverstärkten Prepregs und Laminaten verwendbar ist.
Andere Additive in dem Verbundstoff können Initiatoren oder Katalysatoren umfassen. Beispiele für Initiatoren oder Katalysatoren umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Peroxid- oder Azo-Typ-Polymerisationsinitiatoren. Im Allgemeinen kann der zu verwendende Initiator oder Katalysator irgendeine Verbindung sein, von der bekannt ist, dass sie für die Harzsynthese oder Härtung geeignet ist, ganz egal, ob sie die oben erwähnten Funktionen (Harzsynthese oder -härtung) oder nicht.
Das flammbeständige Mittel kann ein beliebiges flammbeständiges Material sein, von dem bekannt ist, dass es bei der Herstellung von Polymermatrix-Verbundstoffen von Prepregs und Laminaten nützlich ist. Das Flammschutzmittel kann Halogen enthalten oder halogenfrei sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Polymermatrix-Verbundstoff ein Halogen wie Brom enthalten, um dem gehärteten Harz flammhemmende Eigenschaften zu verleihen.
Das Lösungsmittel, das in dem Polymermatrix-Verbundstoff enthalten sein kann, wird im Allgemeinen verwendet, um die Komponenten in dem Polymermatrix-Verbundstoff zu lösen und um die Viskosität des Polymermatrix-Verbundstoffs und / oder eine Komponente wie das nichtgewebte Verstärkungsmaterial in einer Suspensionsdispersion zu halten. In diesem Fall kann ein Lösungsmittel, von dem bekannt ist, dass es üblicherweise in der Technik verwendet wird, in Kombination mit einem wärmehärtbaren Harzsystem verwendet werden. Zum Beispiel kann das Lösungsmittel Methylethylketon, Toluol, Dimethylformamid (DMF) und eine beliebige Mischung davon umfassen.
Der Polymermatrix-Verbundstoff kann ferner verschiedene andere optionale Komponenten umfassen, einschließlich Füllstoffe, Schlagfestmacher, Haftvermittler, Entschäumer, Nivellierer, Farbstoffe und Pigmente. Zum Beispiel kann ein Fluoreszenzfarbstoff zu dem Polymermatrix-Verbundstoff in einer Spurenmenge hinzugefügt werden, so dass das daraus hergestellte Laminat Fluoreszenz emittiert, wenn er zum Zeitpunkt des Verkaufs unter einer optischen Detektionsvorrichtung ultraviolettem Licht ausgesetzt wird.
Anzumerken ist, dass die Harzzusammensetzung zur Herstellung von Prepregs sowie Laminaten verwendet wird. Während der Herstellung wird das nichtgewebte Verstärkungsmaterial mit dem obigen Polymerharz, selektiven Additiven und Lösungsmittel imprägniert oder auf andere Weise mit diesen Komponenten assoziiert, und der größte Teil des Lösungsmittels wird aus dem Polymermatrix-Verbundstoff entfernt, um die Prepregs und die Laminate zu bilden.
Die obigen Polymermatrix-Verbundstoffe sind besonders geeignet für die Bereitstellung von Prepregs und / oder Laminaten zur Herstellung von gedruckten Leiterplatten. Das Laminat kann teilweise gehärtet oder B-gestuft sein, um ein in der Industrie bekanntes „Prepreg“ zu bilden. In diesem Zustand können diese Prepregs mit zusätzlichen Materialblättern gestapelt werden, um ein C-gestuftes oder vollständig ausgehärtetes Laminat zu bilden. Alternativ kann das Harz zu einem C-gestuftes oder vollständig ausgehärteten Materialblatt verarbeitet werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Polymermatrix-Verbundstoff durch diskontinuierliche oder kontinuierliche Herstellungsverfahren zu einem Prepreg verarbeitet werden. Prepregs werden normalerweise unter Verwendung eines Kernmaterials wie einer Rolle eines gewebten Glasgewebes (Tuch) hergestellt, das auf einer Reihe von Antriebsrollen abgewickelt wird. Das gewebte Glasgewebe durchläuft dann eine Beschichtungszone, in der das Glasgewebe einen Tank durchläuft, in dem sich ein wärmehärtendes Harzsystem (einschließlich Polymerharz), Lösungsmittel und andere Komponenten befinden, und das Glasgewebe enthält dann ein mit einem Polymer gesättigtes Harz. Das gesättigte Glasgewebe wird dann durch ein Paar Dosierwalzen geführt, durch die das überschüssige Polymerharz von dem gesättigten Glasgewebe entfernt wird. Danach wird das mit dem Polymerharz beschichtete Glasgewebe für eine vorbestimmte Zeitdauer entlang der Länge des Trockenturms bewegt, bis das Lösungsmittel von dem Glasgewebe verdampft ist. Die zweite Harzschicht und die nachfolgenden Harzschichten können auf das Glasgewebe aufgebracht werden, indem diese Schritte wiederholt werden, bis das Prepreg vollständig gefertigt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Prepreg auf die Rolle aufgewickelt. Das Glasgewebe kann durch gewebte Stoffmaterialien, Papier, Kunststoffolien, Filze und / oder spezielle Materialien wie Glasfaserkörner oder partikuläre Materialien ersetzt werden.
Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung eines Prepreg- oder Laminatmaterials werden die Komponenten des Polymermatrix-Verbundstoffs zuvor in einem Mischbehälter bei normaler Temperatur und normalem Druck gemischt. Die Viskosität der Vormischung beträgt etwa 600-1000 cps und kann durch Zugabe oder Entfernen von Lösungsmittel aus der Vormischung eingestellt werden. Ein Stoffsubstrat wie ein E-Glas wird durch einen Eintauchbehälter, der einen vorgemischten Polymermatrix-Verbundstoff enthält, hochgezogen. Durch einen Ofenturm wird überschüssiges Lösungsmittel entfernt. Das Prepreg wird in einer Vielzahl von Herstellungsprozessen gewalzt oder mit einer Folie bedeckt laminiert, basierend auf der Glasgewebeform, dem Harzgehalt und den Dickenanforderungen, um ein Laminat zwischen Kupfer-Folien zu bilden.
Der Polymermatrix-Verbundstoff kann auch als eine dünne Schicht auf ein Cu-Folien-Substrat (RCC-Harz-beschichtetes Cu) durch eine Schlitzdüse oder eine andere verwandte Beschichtungstechnik aufgetragen werden.
Die obigen Polymermatrix-Verbundstoffe, Prepregs und harzbeschichteten Kupferfolien (RCC) können verwendet werden, um Laminate herzustellen, wie zum Beispiel Laminate zur Herstellung von gedruckten Leiterplatten durch diskontinuierliche oder kontinuierliche Verfahren.
Wie in 1 gezeigt, weist ein erfindungsgemäßen Laminat L eine Verstärkungsschicht 1, die aus dem oben erwähnten Polymermatrix-Verbundstoff hergestellt ist, und zwei Metallschichten 2 wie Kupferfolie auf. Gemäß der Erfindung kann das Laminat L die Verstärkungsschicht 1 und wenigstens eine auf der Verstärkungsschicht 1 angeordnete Metallschicht 2 aufweisen. Anzumerken ist, dass die erfindungsgemäße Metallschicht 2 durch eine Nichtmetallschicht ersetzt werden kann. Ferner kann das Laminat L eine Gewebeschicht (nicht gezeigt) aufweisen, in die das in dem Polymermatrix-Verbundstoff befindliche Polymerharz imprägniert werden kann.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Laminat L aus einer einzelnen oder mehreren Schichten der Verstärkungsschicht 1 ausgebildet sein, um ein nicht-laminiertes Laminat zu bilden.
In einem erfindungsgemäßen beispielhaften kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung der Laminate sind kontinuierliche Folien in der Form von Kupfer (an der Metallschicht 2), Prepreg (zur Bildung der Verstärkungsschicht 1) und einer Gewebeschicht kontinuierlich auf eine Reihe von Antriebsrollen abgewickelt werden, um ein Schichtgewebe zu bilden. Das Schichtgewebe ist benachbart zu der Prepreg-Folie und angrenzend an die Kupferfolie, so dass die Prepreg-Folie zwischen der Kupferfolie und der Gewebefolie positioniert ist. Das Schichtgewebe wird dann einer Wärme- und Druckbehandlung für eine Zeitspanne unterworfen, die ausreicht, um zu bewirken, dass das Harz in dem Prepreg in das Gewebematerial migriert und das Harz vollständig aushärtet. In dem gewonnenen Laminat führt die Migration des Harzes in das Gewebe zu einer Verringerung der Dicke der Harzschicht [bzw. des Abstands zwischen dem Kupferfolienmaterial und dem Gewebefolienmaterial] und nahe bei Null, wobei die oben beschriebene Kombination von Schichten von einem Dreischichtaufbau in ein einzelnes Laminat umgewandelt wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann eine einzelne Prepreg-Harzfolie auf eine Seite der Gewebematerialschicht aufgebracht werden, woraufhin diese soweit gefertigte Konstruktion sandwichartig zwischen zwei Kupferschichten zu einem Laminat zusammengefügt wird. Danach wird Wärme und / oder Druck auf das Laminat aufgebracht, um zu bewirken, dass das Harzmaterial fließt und die Gewebeschicht vollständig imprägniert ist, wodurch die beiden Kupferfolien an dem mittig vorgesehenen Laminat haften.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine mit einem Polymermatrix-Verbundstoff beschichtete Kupferfolie während der Herstellung des Laminats gefertigt werden. Durch Auftragen einer dünnen Beschichtung des Polymermatrix-Verbundstoffs auf zwei verschiedene sich kontinuierlich bewegende Kupferfolien, Entfernen überschüssigen Polymermatrix-Verbundstoffs von den Kupferfolien zur Kontrolle der Dicke und dann durch teilweises Härten des Harzes unter Wärme- und / oder Druckeinwirkung kann sich insbesondere eine B-gestufte, harzbeschichtete Kupferfolie ergeben. Die B-gestufte, harzbeschichtete Kupferfolie kann dann direkt in dem Verfahren zur Herstellung des Laminats verwendet werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Gewebematerial, ob mit oder ohne vorbehandeltem Gewebematerial, kontinuierlich in ein Bad eingeführt werden, das den erfindungsgemäßen Polymermatrix-Verbundstoff enthält, so dass das Gewebematerial mit dem Polymermatrix-Verbundstoff imprägniert ist. Der Polymermatrix-Verbundstoff kann in diesem Schritt des Verfahrens selektiv teilweise gehärtet werden. Als nächstes können eine oder zwei Schichten Kupferfolie mit der ersten und / oder zweiten ebenen Oberfläche der mit dem Polymermatrix-Verbundstoff imprägnierten Gewebefolie verbunden werden, um eine Bahn zu bilden. Danach wirkt Wärme und / oder Druck auf die Bahn ein, um den Polymermatrix-Verbundstoff vollständig zu härten.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine gedruckte Leiterplatte bereit, die unter Verwendung des obigen Laminats und Prepregs gefertigt wird. Die in 2 gezeigte gedruckte Leiterplatte B umfasst ein Laminat L als eine Kernschicht, zwei äußere Schichten 4, durch die das Laminat L sandwichartig gehalten ist und zwei Verbindungsschichten 3, die zwischen dem Laminat L und den jeweiligen äußeren Schichten 4 angeordnet sind.
Das Laminat L als Kernschicht kann das oben erwähnte Laminat L sein, das die Verstärkungsschicht 1 und mindestens eine Metallschicht 2 (oder eine Nichtmetallschicht) enthält, wobei die Verbindungsschichten 3 durch das oben erwähnten Prepreg ausgebildet sind. Mit anderen Worten kann das Prepreg aus einem Polymermatrix-Verbundstoff hergestellt werden, der ein nicht gewebtes Verstärkungsmaterial mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis etwa 4,8 und einem Verlustfaktor von 0,003 bei 10 GHz aufweist.
[Vorteilhafte Wirkungen von Ausführungsbeispielen]
Eine der vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der von der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Polymermatrix-Verbundstoff und das den Polymermatrix-Verbundwerkstoff verwendende Produkt eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis etwa 4,8 und einen Verlustfaktor unter 0,003 bei 10 GHz aufweist, um die Übertragungsverzögerung zu beseitigen.
Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

L: Laminat
B: gedruckte Leiterplatte
1: Verstärkungsschicht
2: Metallschicht
3: Verbindungsschicht
4: äußere Schicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/565538 [0001]

Claims

Polymermatrix-Verbundstoff, aufweisend: ein Polymerharz; und ein nichtgewebtes Verstärkungsmaterial mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis etwa 4,8 und einem Verlustfaktor von 0,003 bei 10 GHz.
Polymermatrix-Verbundstoff nach Anspruch 1, ferner aufweisend: mindestens ein gewebtes Verstärkungsmaterial, einen Füllstoff mit einer Größe im Mikrometerbereich, einen Füllstoff mit einer Größe im Nanometerbereich, eine organische Stapelfaser, eine anorganische Stapelfaser und ein flammbeständiges Mittel.
Polymermatrix-Verbundstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Flammschutzmittel um ein halogenhaltiges Flammschutzmittel handelt.
Polymermatrix-Verbundstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem nichtgewebten Verstärkungsmaterial um ein nichtgewebtes Verstärkungsmaterial ist, das einer Oberflächenverstärkungsbehandlung unterzogen ist.
Polymermatrix-Verbundstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem nichtgewebten Verstärkungsmaterial um Polytetrafluorethylen handelt.
Polymermatrix-Verbundstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem nichtgewebten Verstärkungsmaterial um Flüssigkristallpolymer handelt.
Polymermatrix-Verbundstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem nichtgewebten Verstärkungsmaterial um Quarz handelt.
Polymermatrix-Verbundstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem nichtgewebten Verstärkungsmaterial um Glas handelt.
Prepreg, aufweisend: einen Harzabschnitt, der teilweise gehärtet und mit einem nichtgewebten Verstärkungsmaterial imprägniert ist, das eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis etwa 4,8 und einen Verlustfaktor unter 0,003 bei 10 GHz aufweist.
Gedruckte Leiterplatte (B), aufweisend: wenigstens zwei äußere Schichten (4); und eine Kernschicht, die zwischen den beiden äußeren Schichten (4) vorgesehen ist, wobei die Kernschicht ein Laminat (L) aufweist, das wenigstens eine Verstärkungsschicht (1) besitzt, die aus dem Polymermatrix-Verbundstoff nach dem Anspruch 1 hergestellt ist.
Gedruckte Leiterplatte (B) nach Anspruch 10, ferner mit einer Verbindungsschicht (3), die zwischen dem Laminat L und den jeweiligen äußeren Schichten (4) angeordnet ist, wobei die Verbindungsschicht (3) durch ein Prepreg ausgebildet ist, und wobei das Prepreg einen Harzabschnitt, der teilweise gehärtet und mit einem nichtgewebten Verstärkungsmaterial imprägniert ist, das eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis etwa 4,8 und einen Verlustfaktor unter 0,003 bei 10 GHz aufweist.
Gedruckte Leiterplatte (B) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat (L) ferner wenigstens eine auf der Verstärkungsschicht (1) angeordnete Metallschicht (2) aufweist.