DE112019005002T5

DE112019005002T5 - Gedruckte Leiterplatten-Substrate, bestehend aus einem beschichteten Bornitrid

Info

Publication number: DE112019005002T5
Application number: DE112019005002.8T
Authority: DE
Inventors: Eui Kyoon Kim; Bruce Fitts; Christopher Brown
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-06-24
Also published as: JP2022504433A; GB202101705D0; CN112806103A; KR20210065957A; US20220322517A1; US11895768B2; GB2589800B; KR102584736B1; GB2589800A; WO2020072566A1

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst ein Leiterplattensubstrat eine Polymermatrix; eine Verstärkungsschicht; und eine Vielzahl beschichteter Bornitridteilchen; wobei die Vielzahl beschichteter Bornitridteilchen eine Beschichtung mit einer durchschnittlichen Beschichtungsdicke von 1 bis 100 Nanometern umfasst. Die Polymermatrix kann mindestens eines von einem Epoxid, einem Polyphenylenether, Polystyrol, einem Ethylen-Propylen-Dicyclopentadien-Copolymer, einem Polybutadien, einem Polyisopren, einem Fluorpolymer oder einer vernetzten Matrix umfassen, die mindestens eines von Triallylcyanurat, Triallylisocyanurat, 1,2,4-Trivinylcyclohexan, Trimethylolpropantriacrylat oder Trimethylolpropantrimethacrylat umfasst.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der vorläufigen US-Patentanmeldung Serial No. 62/740,083 , eingereicht am 2. Oktober 2018. Die zugehörige Anmeldung ist hier vollständig durch Bezugnahme enthalten.
HINTERGRUND
Hierin werden ein gedrucktes Leiterplattensubstrat und Verfahren zur Herstellung des Leiterplattensubstrats offenbart.
Schaltungsdesigns für elektronische Geräte wie Fernsehgeräte, Radios, Computer, medizinische Instrumente, Büromaschinen, Kommunikationsgeräte und dergleichen sind immer kleiner und dünner geworden. Die steigende Leistung solcher elektronischer Komponenten hat zu einer zunehmenden Wärmeentwicklung geführt. Außerdem werden kleinere elektronische Bauteile auf immer kleinerem Raum dicht gepackt, was zu einer intensiveren Wärmeentwicklung mit erhöhten Hot-Spot-Temperaturen führt. Gleichzeitig müssen temperaturempfindliche Elemente in elektronischen Geräten innerhalb einer vorgeschriebenen Betriebstemperatur gehalten werden, um eine erhebliche Leistungsverschlechterung oder sogar einen Systemausfall zu vermeiden.
In diesem Zusammenhang wurden gedruckte Leiterplattensubstrate entwickelt, die eine effektive Wärmeableitung ermöglichen. Im Allgemeinen basieren diese Leiterplattensubstrate auf Verbundwerkstoffen, wie duroplastischen Polymeren, die wärmeleitende Partikel enthalten. Zum Beispiel gehören Epoxide aufgrund ihrer guten Klebeeigenschaften und Verarbeitbarkeit zu den am weitesten verbreiteten duroplastischen Polymeren in der Technik. Epoxide selbst haben jedoch eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit und leiten daher die in modernen mikroelektronischen Geräten entstehende Wärme nicht effektiv ab. Daher werden in der Regel wärmeleitende Materialien wie Aluminiumnitrid (AIN), Bornitrid (BN), Aluminiumoxid (AI203) oder Siliziumkarbid (SiC) in die Polymere eingearbeitet, um eine effektive Wärmeableitung zu erreichen.
Obwohl das Hinzufügen solcher wärmeleitenden Materialien nachweislich zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit verschiedener Leiterplattensubstrate führt, weisen diese gefüllten Materialien oft mindestens eine Verringerung der mechanischen Eigenschaften, eine Verringerung der Schälfestigkeit oder ein langfristiges Problem mit der thermischen Alterung auf. Es wäre besonders vorteilhaft, wenn ein Leiterplattensubstrat entwickelt würde, das leicht zu verarbeiten ist, verbesserte mechanische/adhäsive Eigenschaften gegenüber den derzeitigen thermischen Schnittstellen besitzt oder eine verbesserte Wärmeübertragungseffizienz bietet.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Hierin werden ein gedrucktes Leiterplattensubstrat und ein Verfahren zur Herstellung des Leiterplattensubstrats offenbart.
In einer Ausführungsform umfasst das Leiterplattensubstrat eine Polymermatrix; eine Verstärkungsschicht; und eine Vielzahl beschichteter Bornitridteilchen; wobei die Vielzahl beschichteter Bornitridteilchen eine Beschichtung mit einer durchschnittlichen Beschichtungsdicke von 0,1 bis 100 Nanometern umfasst.
Ein Verfahren zur Herstellung des Leiterplattensubstrats umfasst das Bilden einer Mischung, die eine wärmehärtende Zusammensetzung und die Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen umfasst; und das Härten der wärmehärtenden Zusammensetzung, um das gedruckte Leiterplattensubstrat zu bilden.
Die oben beschriebenen und weitere Merkmale werden durch die folgenden Figuren, die detaillierte Beschreibung und die Ansprüche veranschaulicht.
Figurenliste
Die folgenden Figuren sind beispielhafte Ausführungsformen, die zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung vorgesehen sind. Die Figuren dienen zur Veranschaulichung der Beispiele, die nicht dazu gedacht sind, die gemäß der Offenbarung hergestellten Vorrichtungen auf die hier dargelegten Materialien, Bedingungen oder Prozessparameter zu beschränken.

1 ist eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Schaltungsmaterials, das das Leiterplattensubstrat umfasst;
2 ist eine Illustration einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Vorbereitung des Leiterplattensubstrats;
3 ist eine grafische Darstellung der Aluminiumkonzentration mit der Anzahl der Zyklen der Beispiele 1-6;
4 ist eine grafische Darstellung der Oberflächenenergie mit der Anzahl der Zyklen der Beispiele 1-6; und
5 ist eine grafische Darstellung der Durchschlagsfestigkeit über der Zeit der Beispiele 9 und 11.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Obwohl die Zugabe von wärmeleitenden Partikeln wie Bornitrid zu Polymer-Verbundwerkstoffen nachweislich die Wärmeleitfähigkeit erhöht, hat sich gezeigt, dass viele dieser wärmeleitenden Partikel zu einer signifikanten Abnahme der Kupferschälfestigkeit mit zunehmender Füllstoffbelastung führen. Diese Verringerung der Kupferschälfestigkeit mit zunehmender Füllstoffbeladung ist auf die außergewöhnlich niedrige Oberflächenenergie von Bornitrid, seine relativ inerte Oberflächenchemie, die zu einem Mangel an chemischen Bindungsstellen führt, und seine Topographie mit glatten Basalebenen zurückzuführen, die zu einem offensichtlichen Mangel an Möglichkeiten für chemische Bindungen oder mechanische Verriegelungsstellen zwischen dem Bornitrid und seiner umgebenden Matrix führen. In der Praxis führen diese Eigenschaften in Kombination zu einem adhäsiven Versagen zwischen den Bornitridpartikeln und dem Polymer, was empirisch dazu führt, dass das Bornitrid als Hohlraum im Polymerverbund wirkt.
Es wurde entdeckt, dass ein Leiterplattensubstrat, das eine Vielzahl von beschichteten Bornitridteilchen mit einer durchschnittlichen Beschichtungsdicke von 0,1 bis 100 Nanometern (nm) umfasst, zu einem Leiterplattensubstrat mit einer verbesserten Schälfestigkeit führen kann. Zum Beispiel kann die Schälfestigkeit zwischen dem Leiterplattensubstrat und einer leitenden Schicht größer oder gleich 3 Pfund pro linearem Zoll (pli) [0,54 Kilogramm pro linearem Zentimeter (kg/cm)] sein, gemessen nach IPC-TM-650-2.4.8. Das Leiterplattensubstrat kann überraschenderweise mindestens 90 % oder 90 bis 99 % der Wärmeleitfähigkeit in Z-Richtung beibehalten, verglichen mit einem ansonsten ähnlichen Leiterplattensubstrat, das aus der Vielzahl von Bornitridteilchen ohne die Beschichtung hergestellt wurde. „Wärmeleitfähigkeit in Z-Richtung“ bezieht sich auf die Wärmeleitfähigkeit in der Richtung senkrecht zur Ebene der dielektrischen Substratschicht. Das offengelegte Leiterplattensubstrat kann dazu beitragen, die Herausforderungen des Wärmemanagements beim Entwurf von Mehrschichtschaltungen zu überwinden, die eine weitere Miniaturisierung und Integration von Komponenten sowie höhere Betriebsfrequenzen anstreben. Die Wärmeleitfähigkeit in Z-Richtung kann mindestens 0,8 Watt pro Meter pro Kelvin (W/mK) betragen, gemessen mit ASTM D5470-17, TIM Tester 1300. Die Leiterplatte kann eine Wasserabsorption von weniger als oder gleich 0,15 Gew.-% oder 0,01 bis 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Probe, aufweisen, gemessen gemäß ASTM D570-98(2018).
1 ist eine Querschnittsdarstellung eines Schaltungsmaterials 40 mit einem Leiterplattensubstrat 12, das sich zwischen einer ersten leitenden Schicht 46 und einer zweiten leitenden Schicht 46' befindet. Es versteht sich, dass in allen hier beschriebenen Ausführungsformen die verschiedenen Schichten einander ganz oder teilweise bedecken können, und dass auch zusätzliche Kupferfolienschichten, strukturierte Schaltungsschichten und Substratschichten vorhanden sein können. Es versteht sich auch, dass die verschiedenen Schichten in direktem physischem Kontakt mit benachbarten Schichten stehen können (direkt auf) oder Schichten wie Klebeschichten dazwischen angeordnet sein können (auf). Das Leiterplattensubstrat 12 umfasst eine Vielzahl der beschichteten Bornitridpartikel 44 und eine Verstärkungsschicht 42.
Die Vielzahl der beschichteten Bornitrid-Teilchen kann eines oder beides von einzelnen Teilchen (Primärteilchen) oder Agglomeraten (Sekundärteilchen) umfassen, die eine Vielzahl von Teilchen enthalten. Die Mehrzahl der beschichteten Bornitridteilchen (die Primärteilchen oder Agglomerate von Teilchen) kann eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,1 bis 1.000 Mikrometer oder 5 bis 500 Mikrometer oder 10 bis 250 Mikrometer oder 25 bis 150 Mikrometer oder 500 Nanometer bis 100 Mikrometer oder 3 bis 40 Mikrometer aufweisen. Die Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen kann unregelmäßig geformte hexagonale Bornitridplättchen umfassen, die eine durchschnittliche Teilchengröße von mehr als oder gleich 10 Mikrometern haben. „Partikelgröße“, wie hier verwendet, kann sich auf den mittleren Durchmesser oder den äquivalenten Durchmesser beziehen, wie er am besten durch eine Standard-Laserpartikelmessung bestimmt wird. Die Partikelgröße kann sich auf die D₅₀-Partikelgröße beziehen, die als Median-Durchmesser oder als Median-Wert der Partikelgrößenverteilung bekannt ist; es ist der Wert des Partikeldurchmessers bei 50% in der kumulativen Verteilung.
Die Vielzahl der beschichteten Bornitrid-Teilchen kann in Form von mindestens einem Pulver (das Flocken, Plättchen und andere Formen einschließt), Fasern, Stäben, Whiskern, Blättern, Nanoblättern, Agglomeraten oder Bornitrid-Nanoröhrchen (BNNT) vorliegen und kann hinsichtlich des kristallinen Typs, der Form oder der Größe variieren, einschließlich einer Verteilung der vorgenannten. Die Vielzahl der beschichteten Bornitridpartikel kann ein durchschnittliches Aspektverhältnis (das Verhältnis von Breite oder Durchmesser zu Länge eines Partikels) von 1:2 bis 1:100.000, oder 1:5 bis 1:1.000, oder 1:10 bis 1:300 haben. Beispielhafte Formen von Partikeln mit besonders hohen Aspektverhältnissen sind Plättchen, stäbchenförmige Partikel, Fasern, Whisker und dergleichen. Die Vielzahl der beschichteten Bornitridpartikel kann beschichtete Bornitridplättchen umfassen. Die genaue Form der Plättchen ist nicht entscheidend. In dieser Hinsicht können die beschichteten Bornitridplättchen unregelmäßige Formen haben. Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Plättchen“, wie er hier verwendet wird, im Allgemeinen alle dünnen, abgeflachten Teilchen, einschließlich Flocken, beschreibt. Die Plättchen können ein durchschnittliches Seitenverhältnis (das Verhältnis von Breite zu Länge eines Teilchens) von 4:5 bis 1:300, oder 1:2 bis 1:300, oder 1:2 bis 1:200, oder 3:5 bis 1:100, oder 1:25 bis 1:100 haben.
Hinsichtlich des kristallinen Typs können die beschichteten Bornitridteilchen mindestens eine Struktur aufweisen, die hexagonal, kubisch, wurtzitisch, rhomboedrisch oder eine andere synthetische Struktur ist. Unter den verschiedenen Strukturen können Bornitridteilchen mit hexagonaler Struktur (hBN) eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise 10 bis 300 Watt pro Meter Kelvin (W/mK) oder mehr erreichen, und Teilchen mit kubischer Struktur können eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit von maximal 1.300 W/mK erreichen. Die Wärmeleitfähigkeit der Bornitridpartikel kann gemäß ASTM E1225-13 bestimmt werden. Hexagonales Bornitrid hat eine Schichtstruktur, analog zu Graphit, bei der die Schichten in Registrierung gestapelt sind, so dass die hexagonalen Ringe in den Schichten zusammenfallen. Die Positionen der N- und B-Atome wechseln sich von Schicht zu Schicht ab. Die Vielzahl der beschichteten Bornitrid-Teilchen kann eine hexagonale Struktur mit einem Kristallisationsindex von mindestens 0,12, oder 0,20 bis 0,55, oder 0,30 bis 0,55 aufweisen. Die hBN-Partikel können aus einer Vielzahl von kommerziellen Quellen bezogen werden.
Bornitrid-Partikel, kristallin oder teilkristallin, können durch in der Technik bekannte Verfahren hergestellt werden. Dazu gehören zum Beispiel Bornitrid-Pulver, das nach dem Pressverfahren hergestellt wird, das in den US-Pat. Nrn. 5.898.009 und 6.048.511 offenbart ist, das agglomerierte Bornitrid-Pulver, das in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2005/0041373 offenbart ist, und das hoch delaminierte Bornitrid-Pulver, das in US-Pat. Nr. 6,951,583 . Eine Vielzahl von Bornitridpulvern ist im Handel erhältlich, z. B. von Momentive unter dem Handelsnamen POLARTHERMA Bornitrid.
Die Vielzahl der beschichteten Bornitridpartikel umfasst eine Beschichtung. Die Beschichtung kann mindestens eines von Kohlenstoff, Aluminium, Silizium, Germanium, Kupfer, Nickel, Palladium, Platin, Iridium, Kobalt, Eisen, Ruthenium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Zirkonium oder Titan umfassen, beispielsweise in Form von mindestens einem Carbid, einem Oxid, einem Nitrid, einem Sulfid oder einem Phosphid. Die Beschichtung kann mindestens eines von einem anorganischen Karbid (wie Aluminiumkarbid oder Titankarbid), einem anorganischen Oxid (wie Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid, Siliziumdioxid (SiO₂), Titandioxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid oder Zinkoxid) umfassen, ein anorganisches Nitrid (wie Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliciumnitrid), ein anorganisches Sulfid (wie Galliumsulfid, Molybdänsulfid oder Wolframsulfid), ein anorganisches Hydroxid (wie Aluminiumhydroxid (Al_xO_yH_z), Zinkhydroxid (Zn_xO_yH_z) oder Siliciumhydroxid (Si_xO_yH_z)) oder ein anorganisches Phosphid. Die Beschichtung kann mindestens eines von Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid umfassen.
Die Beschichtung kann eine oder mehrere unterschiedliche Beschichtungsschichten umfassen, die optional alternierende Schichten sein können. Zum Beispiel kann die Beschichtung eine erste Beschichtungsschicht aus Aluminiumoxid und eine zweite Beschichtungsschicht aus Aluminiumnitrid umfassen. In einem anderen Beispiel kann die Beschichtung eine erste Beschichtungsschicht mit Aluminiumoxid und eine zweite Beschichtungsschicht mit Siliziumdioxid umfassen. Vor der Abscheidung einer Siliziumdioxidschicht durch Atomlagenabscheidung (ALD) kann es vorteilhaft sein, die Vielzahl der Bornitridteilchen zunächst mit Aluminiumoxid zu beschichten, da das Aluminiumoxid dazu neigt, sich viel gleichmäßiger als Siliziumdioxid sowohl auf den Basisebenen als auch auf den Kanten der Bornitridteilchen abzulagern und danach als Keimschicht für die Abscheidung des Siliziumdioxids dienen kann.
Die Beschichtung kann über 10 bis 100 Flächenprozent (A%), oder 50 bis 100 A%, oder 90 bis 100 A% der Oberfläche angeordnet sein. Die Beschichtung kann eine Dicke von 0,1 bis 100 nm, oder 0,5 bis 30 nm, oder 1 bis 20 nm, oder weniger als oder gleich 5 nm haben. Die Beschichtung kann eine Dicke von 0,5 bis 100 nm, oder 1 bis 10 nm haben. Die Mehrzahl der beschichteten Bornitridteilchen kann weniger als 1 Gewichtsprozent (Gew.-%), oder 0,001 bis 0,9 Gew.-%, oder 0,001 bis 0,5 Gew.-%, oder 0,005 bis 0,1 Gew.-% der Beschichtung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mehrzahl der beschichteten Bornitridteilchen, umfassen.
Die Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen kann mit einem Kopplungsmittel weiter oberflächenbehandelt werden. Kopplungsmittel fördern die Bildung von oder beteiligen sich an kovalenten Bindungen, die die Haftung zwischen dem Füllstoff und der duroplastischen Polymermatrix verbessern. Beispielhafte Kopplungsmittel sind Silane, Zirkonate, Titanate und dergleichen, wie Vinyltrichlorsilan, Vinyltrimethoxysilan, Trivinylmethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltris(ß-methoxyethoxy)silan, β-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltriethoxysilan, γ-Methacryloxypropylmethyldimethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, γ-Methacryloxypropylmethyldiethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltriethoxysilan, N-β(Aminoethyl)γ-aminopropylmethyldimethoxysilan, N-β(Aminoethyl)γ-aminopropyltrimethoxysilan, Bis(trimethoxysilylethyl)benzol, Bis(triethoxysilyl)ethylen, triethoxysilylmodifiziertes Butadien, Styrylethyltrimethyloxysilan, N-β(Aminoethyl)γ-aminopropyltriethoxysilan, γ-Aminopropyltrimethoxysilan, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan, Trimethoxyphenylsilan, Perfluorocotyltriethoxysilan und γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan.
Die Beschichtung kann auf die Vielzahl der Bornitridpartikel mittels ALD aufgebracht werden. ALD ist eine Art der chemischen Gasphasenabscheidung, bei der eine dünne Schicht auf einem Substrat unter Verwendung von chemischen Vorläufern in der Gasphase abgeschieden wird, die an der Substratoberfläche reagieren. Zum Beispiel kann eine Siliziumdioxidschicht durch abwechselnde Exposition der Bornitridpartikel mit SiCl4 und H₂O abgeschieden werden und eine Aluminiumoxidschicht durch abwechselnde Exposition von Al(CH₃)₃ und H₂O. Eine zweckmäßige Methode zum Aufbringen der ultradünnen Beschichtung aus dem anorganischen Material auf die Vielzahl von Bornitridteilchen besteht darin, ein Wirbelbett aus den Teilchen zu bilden und dann die verschiedenen Reagenzien nacheinander unter Reaktionsbedingungen durch das Wirbelbett zu leiten. Methoden zur Verwirbelung von partikelförmigen Materialien sind gut bekannt und beinhalten im Allgemeinen die Unterstützung der Partikel auf einer porösen Platte oder einem Sieb. Ein Fluidisierungsgas kann dann nach oben durch die Platte oder das Sieb geleitet werden, wodurch die Partikel etwas angehoben werden und das Volumen des Bettes expandiert wird. Bei entsprechender Expansion verhalten sich die Partikel ähnlich wie eine Flüssigkeit. Fluidische (gasförmige oder flüssige) Reagenzien können in das Bett eingeführt werden, um mit der Oberfläche der Partikel zu reagieren. Das Verfahren zum Aufbringen der Beschichtung des anorganischen Materials kann die Durchführung der Beschichtungsreaktion in einem rotierenden Reaktor umfassen, um die einzelnen Partikel gleichmäßig zu verteilen und alle Partikel den Reagenzien auszusetzen. Falls gewünscht, können mehrere Schichten ultradünner Beschichtungen auf der Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen abgeschieden werden. Die mehrfachen Schichten können abgeschieden werden, um Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen bereitzustellen, z. B. um alternierende Zusammensetzungen bereitzustellen.
Nachdem eine anorganische Beschichtung gebildet wurde, können eine oder mehrere Reaktionen an der so gebildeten Beschichtung durchgeführt werden, um die Beschichtung zu modifizieren. Diese Technik ist nützlich, um ultradünne Beschichtungen verschiedener Arten zu erzeugen, die sich nicht mit Atomlagenabscheidungstechniken abscheiden lassen. Zum Beispiel können verschiedene Arten von ultradünnen Oxidschichten mit Hilfe der oben beschriebenen Atomschichtabscheidungstechniken gebildet werden und dann aufgekohlt werden, um das Oxid in das entsprechende Karbid oder Nitrid umzuwandeln, um das Oxid in das entsprechende Nitrid umzuwandeln.
Vor oder nach der Beschichtungsbehandlung können die Bornitridpartikel thermisch behandelt werden. Die thermische Behandlung kann das Erhitzen der Bornitridteilchen bei einer Temperatur von 100 bis 250 Grad Celsius (°C), oder 150 bis 200°C, zum Beispiel für mehr als 4 Stunden, oder 6 bis 10 Stunden, umfassen. Die thermische Behandlung kann das Erhitzen der Bornitridpartikel bei einer Temperatur von 500 bis 1.500°C umfassen, zum Beispiel für 4 bis 18 Stunden oder 6 bis 10 Stunden. Die thermische Behandlung kann in Gegenwart von Luft, einer inerten Atmosphäre oder einem Vakuum durchgeführt werden.
Ein Leiterplattensubstrat kann 1 bis 85 Volumenprozent (Vol.-%) oder 25 bis 80 Vol.-% oder 40 bis 60 Vol.-% der Vielzahl von beschichteten Bornitridteilchen, bezogen auf das Gesamtvolumen des Leiterplattensubstrats, umfassen. Ein Leiterplattensubstrat kann 1 bis 50 Vol%, oder 5 bis 35 Vol%, oder 10 bis 25 Vol% der Vielzahl von beschichteten Bornitridpartikeln, bezogen auf das Gesamtvolumen des Leiterplattensubstrats, umfassen. Das Leiterplattensubstrat kann 15 bis 99 Vol%, oder 50 bis 99 Vol%, oder 65 bis 95 Vol%, oder 75 bis 80 Vol% der duroplastischen Polymermatrix, bezogen auf das Gesamtvolumen des Leiterplattensubstrats, umfassen. Das Leiterplattensubstrat kann frei von einem Hohlraum sein.
Das gedruckte Leiterplattensubstrat kann optional eine Verstärkungsschicht enthalten, z. B. eine Faserschicht mit einer Vielzahl von thermisch stabilen Fasern. Die Verstärkungsschicht kann eine Gewebeverstärkung sein. Die Faserschicht kann gewebt oder nicht gewebt sein, wie z. B. ein Filz. Die Verstärkungsschicht kann die Schrumpfung des Leiterplattensubstrats bei der Aushärtung in der Ebene des Materials reduzieren. Darüber hinaus kann die Verwendung der Verstärkungsschicht dazu beitragen, dass das Material eine relativ hohe mechanische Festigkeit aufweist. Solche Materialien können leichter mit handelsüblichen Methoden verarbeitet werden, z. B. durch Laminierung, einschließlich Rolle-zu-Rolle-Laminierung. Die thermisch stabilen Fasern können Glasfasern umfassen, wie z. B. mindestens eine von E-Glasfasern, S-Glasfasern oder D-Glasfasern. Die thermisch stabilen Fasern können Fasern auf Polymerbasis umfassen, wie z. B. Hochtemperatur-Polymerfasern. Die Fasern auf Polymerbasis können ein Flüssigkristallpolymer wie VECTRAN umfassen, das im Handel von Kuraray America Inc. in Fort Mill, SC, erhältlich ist. Die Fasern auf Polymerbasis können mindestens eines von Polyetherimidfasern, Polyetherketonfasern, Polysulfonfasern, Polyethersulfonfasern, Polycarbonatfasern oder Polyesterfasern umfassen.
Das Leiterplattensubstrat kann eine Vielzahl von unbeschichteten Bornitridpartikeln umfassen. Das Leiterplattensubstrat kann einen sekundären anorganischen Füllstoff, insbesondere einen dielektrischen und/oder flammhemmenden Füllstoff, in Kombination mit den beschichteten Bornitridpartikeln umfassen. Zu den sekundären anorganischen dielektrischen Füllstoffen gehören Titandioxid (Rutil und Anatas), Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Siliziumdioxid (Partikel und Hohlkugeln) einschließlich geschmolzenem amorphen Siliziumdioxid, Korund, Wollastonit, Glasfaser, Ba₂Ti₉O₂₀, Glaskugeln, Quarz, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Phosphorverbindungen (z. B., Phosphorverbindungen (z. B. flammhemmende phosphorhaltige Verbindungen), bromhaltige Verbindungen (z. B. flammhemmende bromhaltige Verbindungen), Siliziumkarbid, Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Magnesia, Glimmer, Talkum, Nanotone, Aluminiumsilikate (natürlich und synthetisch) und pyrogenes Siliziumdioxid (z. B. CAB-O-SIL, erhältlich von Cabot Corporation). Andere sekundäre Füllstoffe können verwendet werden, z. B. Magnesiumhydroxid. Auch Kombinationen der sekundären dielektrischen Füllstoffe können verwendet werden. Insbesondere Rutil-Titandioxid und amorphes Siliziumdioxid sind besonders wünschenswert, da diese Füllstoffe eine hohe bzw. niedrige Permittivität aufweisen, wodurch ein breiter Bereich von Permittivitäten (z. B. in Kombination mit einem niedrigen dielektrischen Verlust) im ausgehärteten Endprodukt erreicht werden kann, indem die jeweiligen Mengen der beiden sekundären dielektrischen Füllstoffe im Leiterplattensubstrat angepasst werden. Spezifische dielektrische Füllstoffe umfassen rutiles Titandioxid und amorphes Siliziumdioxid. Die sekundären Füllstoffe können in Form von festen, porösen oder hohlen Partikeln vorliegen. Wenn sekundäre Füllstoffe verwendet werden, können sie in einer Menge von 15 bis 60 Vol% oder 20 bis 50 Vol%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Leiterplattensubstrats, vorhanden sein.
Das Leiterplattensubstrat kann ein teilchenförmiges Fluorpolymer umfassen. Beispielhafte teilchenförmige Fluorpolymere umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: fluorierte Homopolymere, z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE), und fluorierte Copolymere, z. B. Copolymere von Tetrafluorethylen mit Hexafluorpropylen oder Perfluoralkylvinylether wie Perfluoroctylvinylether, oder Copolymere von Tetrafluorethylen mit Ethylen. Es können auch Kombinationen aus fluorierten Polymeren, Copolymeren und Terpolymeren verwendet werden. Die Fluorpolymere können in Form eines feinen Pulvers, einer Dispersion oder eines Granulats vorliegen, einschließlich feines Pulver (oder „koagulierte Dispersion“) PTFE, hergestellt durch Koagulation und Trocknung von in Dispersion hergestelltem PTFE, das im Allgemeinen so hergestellt wird, dass es eine Teilchengröße von 400 bis 500 Mikrometern aufweist; granuliertes PTFE, hergestellt durch Suspensionspolymerisation, im Allgemeinen mit zwei verschiedenen Teilchengrößenbereichen (mittlere Teilchengröße von 30 bis 40 Mikrometern für das Standardprodukt und 400 bis 500 Mikrometern für das Produkt mit hoher Schüttdichte); und/oder granuliertes PTFE, fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer (FEP) oder ein Copolymer mit einem Tetrafluorethylen-Grundgerüst mit einer vollständig fluorierten Alkoxy-Seitenkette (PFA). Die körnigen Fluorpolymere können kryogen gemahlen werden, so dass sie eine mittlere Teilchengröße von weniger als 100 Mikrometern aufweisen.
Wenn vorhanden, kann der effektive Gehalt an teilchenförmigem Fluorpolymer im Leiterplattensubstrat von einem Fachmann leicht bestimmt werden, abhängig von der gewünschten Flammwidrigkeit der Zusammensetzung, der Menge der anderen Komponenten und den anderen gewünschten Eigenschaften des Endprodukts. Insbesondere hängt die Menge des Fluorpolymers von den Mengen der beschichteten Bornitridpartikel und anderer Füllstoffe und partikulärer Flammschutzmittel im Leiterplattensubstrat ab. Im Allgemeinen liegen die effektiven Mengen bei 1 bis 90 Gewichtsteilen pro hundert Gewichtsteilen duroplastischer Polymermatrix (phr), oder 5 bis 75 phr, oder 10 bis 50 phr.
Die Polymermatrix kann mindestens eines von einem Epoxid, einem Polyphenylenether, Polystyrol, einem Ethylen-Propylen-Dicyclopentadien-Copolymer, einem Polybutadien, einem Polyisopren, einem Fluorpolymer, Poly(etheretherketon) ein Polyimid, oder eine vernetzte Matrix, die mindestens eines von Triallylcyanurat, Triallylisocyanurat, 1,2,4-Trivinylcyclohexan, Trimethylolpropantriacrylat oder Trimethylolpropantrimethacrylat umfasst. Die duroplastische Polymermatrix kann mindestens eines der folgenden Materialien umfassen: Epoxid, Polybutadien oder Polyisopren. Die Polymermatrix kann einen duroplastischen Polyphenylenether wie OPE-2ST 1200 oder OPE-2ST 2200 (kommerziell erhältlich von Mitsubishi Gas Chemical Co.) oder NORYL SA9000 (kommerziell erhältlich von SABIC Innovative Plastics) umfassen. Die Polymermatrix kann aus einem Ethylen-Propylen-Dicyclopentadien-Copolymer bestehen. Das duroplastische Harz enthält eine vernetzte Matrix, die ein Derivat eines Vernetzers wie mindestens eines von Triallylcyanurat, Triallylisocyanurat, 1,2,4-Trivinylcyclohexan, Trimethylolpropantriacrylat oder Trimethylolpropantrimethacrylat umfasst. Die Polymermatrix kann ein thermoplastisches Harz umfassen, wie mindestens eines von einem Fluorpolymer, einem Poly(arylenetherketon) (z. B. Poly(etheretherketon (PEEK) oder Poly(etherketonketon) (PEKK)) oder einem Polyimid (z. B. ein Polyetherimid (PEI) wie ULTEM, das von SABIC Innovative Plastics im Handel erhältlich ist). Der Duroplast kann ein Epoxid umfassen.
„Fluorpolymere“, wie sie hier verwendet werden, umfassen Homopolymere und Copolymere, die sich wiederholende Einheiten umfassen, die von einem fluorierten Alpha-Olefin-Monomer abgeleitet sind, d.h. einem Alpha-Olefin-Monomer, das mindestens einen Fluoratom-Substituenten enthält, und optional ein nicht-fluoriertes, ethylenisch ungesättigtes Monomer, das mit dem fluorierten Alpha-Olefin-Monomer reaktiv ist. Beispielhafte fluorierte Alpha-Olefin-Monomere umfassen CF2=CF2, CHF=CF2, _CH2=CF2, CHCI=CHF, CCIF=CF2, CCI2=CF2, CCIF=CCIF, CHF=CCI2, _CH2=CCIF, CC12=CCIF, CF3CF=CF2, CF3CF=CHF, CF3CH=CF2, CF3CH=CH2, CHF2CH=CHF und CF3CH=CH2, und Perfluor(C2-8-alkyl)vinylether wie Perfluormethylvinylether, Perfluorpropylvinylether und Perfluoroctylvinylether. In einigen Ausführungsformen umfasst das fluorierte Alpha-Olefinmonomer mindestens eines von Tetrafluorethylen (CF2=CF2), Chlortrifluorethylen (CCIF=CF2), (Perfluorbutyl)ethylen, Vinylidenfluorid (_CH2=CF2) oder Hexafluorpropylen (CF2=CFCF3). Beispielhafte nicht-fluorierte monoethylenisch ungesättigte Monomere umfassen Ethylen, Propylen, Buten und ethylenisch ungesättigte aromatische Monomere wie Styrol und alpha-Methyl-Styrol. Beispielhafte Fluorpolymere sind Poly(chlortrifluorethylen) (PCTFE), Poly(chlortrifluorethylen-propylen), Poly(ethylen-tetrafluorethylen) (ETFE), Poly(ethylen-chlortrifluorethylen) (ECTFE), Poly(hexafluorpropylen), Poly(tetrafluorethylen) (PTFE), Poly(tetrafluorethylen-ethylen-propylen), Poly(tetrafluorethylen-hexafluorpropylen) (auch bekannt als fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer (FEP)), Poly(tetrafluorethylenpropylen) (auch bekannt als Fluorelastomer) (FEPM), Poly(tetrafluorethylen-perfluorpropylenvinylether), ein Copolymer mit einem Tetrafluorethylen-Grundgerüst mit einer vollständig fluorierten Alkoxy-Seitenkette (auch bekannt als Perfluoralkoxy-Polymer (PFA)) (z. B. Poly(tetrafluorethylen-Perfluorpropylen-Vinylether)), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Poly(vinylidenfluorid-chlortrifluorethylen), Perfluorpolyether, Perfluorsulfonsäure oder Perfluorpolyoxetan, vorzugsweise Perfluoralkoxyalkanpolymer, oder fluoriertes Ethylen-Propylen, noch bevorzugter Perfluoralkoxyalkanpolymer. Eine Kombination aus mindestens einem der vorgenannten Fluorpolymere kann verwendet werden. In einigen Ausführungsformen ist das Fluorpolymer FEP, PFA, ETFE oder PTFE, das fibrillenbildend oder nicht fibrillenbildend sein kann. FEP ist unter dem Handelsnamen TEFLON FEP von DuPont oder NEOFLON FEP von Daikon erhältlich; und PFA ist unter dem Handelsnamen NEOFLON PFA von Daikin, TEFLON PFA von DuPont oder HYFLON PFA von Solvay Solexis erhältlich.
Der Duroplast kann mindestens eines von einem Homopolymer oder einem Copolymer umfassen, das Einheiten umfasst, die sich von mindestens einem von Butadien oder Isopren ableiten. Einheiten, die von anderen copolymerisierbaren Monomeren abgeleitet sind, können ebenfalls in dem duroplastischen Polymer vorhanden sein, z. B. in der Hauptkette des Polymers oder in Form von Pfropfstücken. Copolymerisierbare Monomere schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf vinylaromatische Monomere, z. B. substituierte und unsubstituierte monovinylaromatische Monomere wie mindestens eines von Styrol, 3-Methylstyrol, 3,5-Diethylstyrol 4-n-Propylstyrol, alpha-Methylstyrol, alpha-Methylvinyltoluol, para-Hydroxystyrol, para-Methoxystyrol, alpha-Chlorstyrol, alpha-Bromstyrol, Dichlorstyrol, Dibromstyrol, Tetra-Chlorstyrol, oder dergleichen; und substituierte und unsubstituierte divinylaromatische Monomere, wie Divinylbenzol, Divinyltoluol oder dergleichen. Es können auch Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten copolymerisierbaren Monomere verwendet werden. Die duroplastische Polymermatrix kann mindestens eines von Epoxidharzen, Butadien-Homopolymeren, Isopren-Homopolymeren, Butadien-Vinylaromaten-Copolymeren wie Butadien-Styrol, Isopren-Vinylaromaten-Copolymeren wie Isopren-Styrol-Copolymeren oder Ähnlichem umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
Das Polybutadien und/oder Polyisopren kann in der duroplastischen Polymermatrix in einer Menge von bis zu 100 Gew.-%, oder bis zu 75 Gew.-%, oder 10 bis 70 Gew.-%, oder 20 bis 60 oder 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der duroplastischen Polymermatrix (abzüglich eines Füllstoffs oder einer Verstärkungsschicht) vorhanden sein. Die duroplastische Polymermatrix kann mindestens 90 Gew.-% 1,2-Addition, bezogen auf die gesamten sich wiederholenden Einheiten, aufweisen, die beim Aushärten eine größere Vernetzungsdichte aufgrund der großen Anzahl der für die Vernetzung verfügbaren, hängenden Vinylgruppen aufweisen kann.
Andere Polymere, die mit der duroplastischen Polymermatrix co-härten können, können für spezifische Eigenschafts- oder Verarbeitungsmodifikationen vorhanden sein. Um z. B. die Stabilität der Durchschlagfestigkeit und der mechanischen Eigenschaften des elektrischen Substratmaterials im Laufe der Zeit zu verbessern, kann ein Ethylen-Propylen-Elastomer mit niedrigerem Molekulargewicht verwendet werden. Ein Ethylen-Propylen-Elastomer, wie es hier verwendet wird, ist ein Copolymer, wie z. B. ein Terpolymer, oder ein anderes Polymer, das hauptsächlich aus Ethylen und Propylen besteht. Ethylen-Propylen-Elastomere können weiter als EPM-Copolymere (d. h. Copolymere aus Ethylen- und Propylenmonomeren) oder EPDM-Terpolymere (d. h. Terpolymere aus Ethylen-, Propylen- und Dienmonomeren) klassifiziert werden. Insbesondere Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer-Kautschuke haben gesättigte Hauptketten, wobei die Ungesättigtheit außerhalb der Hauptkette für eine einfache Vernetzung zur Verfügung steht. Flüssige Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer-Kautschuke, bei denen das Dien Dicyclopentadien ist, können verwendet werden.
Die Molekulargewichte der Ethylen-Propylen-Kautschuke können weniger als oder gleich 10.000 Gramm pro Mol (g/mol) Viskositätsmittel des Molekulargewichts (Mv) betragen. Der Ethylen-Propylen-Kautschuk kann ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) von weniger als oder gleich 50.000 g/mol haben, gemessen durch Gelpermeationschromatographie auf der Basis von Polycarbonatstandards. Der Ethylen-Propylen-Kautschuk kann einen Ethylen-Propylen-Kautschuk mit einem Mv von 7.200 g/mol umfassen, der von Lion Copolymer, Baton Rouge, LA, unter dem Handelsnamen TRILENE CP80 erhältlich ist; einen flüssigen Ethylen-Propylen-Dicyclopentadien-Terpolymer-Kautschuk mit einem Mv von 7.000 g/mol, der von Lion Copolymer unter dem Handelsnamen TRILENE 65 erhältlich ist; und ein flüssiges Ethylen-Propylen-Ethyliden-Norbornen-Terpolymer mit einem Mv von 7.500 g/mol, das von Lion Copolymer unter dem Namen TRILENE 67 erhältlich ist.
Der Ethylen-Propylen-Kautschuk kann in einer Menge vorhanden sein, die wirksam ist, um die Stabilität der Eigenschaften des Trägermaterials über die Zeit zu erhalten, insbesondere die Durchschlagfestigkeit und die mechanischen Eigenschaften. Typischerweise liegen solche Mengen bei bis zu 20 Gew.%, oder 4 bis 20 Gew.-%, oder 6 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der duroplastischen Polymermatrix.
Eine andere Art von co-härtbarem Polymer ist ein ungesättigtes polybutadien- oder polyisoprenhaltiges Elastomer. Diese Komponente kann ein statistisches oder Block-Copolymer aus primär 1,3-Additionsbutadien oder Isopren mit einem ethylenisch ungesättigten Monomer sein, z. B. einer vinylaromatischen Verbindung wie Styrol oder alpha-Methylstyrol, einem Acrylat oder Methacrylat wie Methylmethacrylat oder Acrylnitril. Das Elastomer kann ein festes, thermoplastisches Elastomer sein, das ein lineares oder pfropfartiges Blockcopolymer mit einem Polybutadien- oder Polyisoprenblock und einem thermoplastischen Block umfasst, der von einem monovinylaromatischen Monomer wie Styrol oder alpha-Methylstyrol abgeleitet sein kann. Zu den Blockcopolymeren dieses Typs gehören Styrol-Butadien-Styrol-Triblockcopolymere, z. B. die von Dexco Polymers, Houston, TX, unter dem Handelsnamen VECTOR 8508M, von Enichem Elastomers America, Houston, TX, unter dem Handelsnamen SOL-T-6302 und von Dynasol Elastomers unter dem Handelsnamen CALPRENE 401 erhältlichen; und Styrol-Butadien-Diblock-Copolymere und gemischte Triblock- und Diblock-Copolymere, die Styrol und Butadien enthalten, z.B. solche, die von Kraton Polymers (Houston, TX) unter dem Handelsnamen KRATON D1118 erhältlich sind. KRATON D1118 ist ein gemischtes styrol- und butadienhaltiges Diblock-/Triblock-Copolymer, das 33 Gew.-% Styrol, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers, enthält.
Das optionale polybutadien- oder polyisoprenhaltige Elastomer kann weiterhin ein zweites Blockcopolymer ähnlich dem oben beschriebenen umfassen, außer dass der Polybutadien- oder Polyisoprenblock hydriert wird, wodurch ein Polyethylenblock (im Fall von Polybutadien) oder ein Ethylen-Propylen-Copolymerblock (im Fall von Polyisopren) gebildet wird. In Verbindung mit dem oben beschriebenen Copolymer können Materialien mit höherer Zähigkeit hergestellt werden. Ein Beispiel für ein zweites Block-Copolymer dieses Typs ist KRATON GX1855 (im Handel erhältlich bei Kraton Polymers), bei dem es sich vermutlich um eine Mischung aus einem styrolhaltigen 1,2-Butadien-Styrol-Block-Copolymer und einem Styrol-(Ethylen-Propylen)-Styrol-Block-Copolymer handelt.
Die ungesättigte polybutadien- oder polyisoprenhaltige Elastomerkomponente kann in der Polymermatrixzusammensetzung in einer Menge von 2 bis 60 Gew.-% oder 5 bis 50 Gew.-% oder 10 bis 40 Gew.-% oder 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der duroplastischen Polymermatrix, vorhanden sein.
Weitere co-härtbare Polymere, die für spezifische Eigenschafts- oder Verarbeitungsmodifikationen hinzugefügt werden können, sind unter anderem Homopolymere oder Copolymere von Ethylen wie Polyethylen und Ethylenoxid-Copolymere, Naturkautschuk, Norbornen-Polymere wie Polydicyclopentadien, hydrierte Styrol-Isopren-Styrol-Copolymere und Butadien-Acrylnitril-Copolymere, ungesättigte Polyester und dergleichen. Der Anteil dieser Copolymere beträgt im Allgemeinen weniger als oder gleich 50 Gew.-% des Gesamtgewichts der duroplastischen Polymermatrix.
Freie radikalisch härtbare Monomere können auch für spezifische Eigenschafts- oder Verarbeitungsmodifikationen zugesetzt werden, z. B. um die Vernetzungsdichte des Systems nach der Aushärtung zu erhöhen. Zu den Monomeren, die als Vernetzungsmittel geeignet sind, gehören z. B. di-, tri- oder höher ethylenisch ungesättigte Monomere wie Divinylbenzol, Trivinylbenzol, Triallylcyanurat, Diallylphthalat und multifunktionale Acrylatmonomere (z. B. SARTOMER-Polymere, erhältlich bei Sartomer USA, Newtown Square, PA) oder Kombinationen davon, die alle im Handel erhältlich sind. Das Vernetzungsmittel kann, wenn es verwendet wird, in der Polymermatrixzusammensetzung in einer Menge von bis zu 20 Gew.-% oder 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der duroplastischen Polymermatrix, vorhanden sein.
Ein Härtungsmittel kann einer wärmehärtenden Zusammensetzung vor der Aushärtung zugesetzt werden, um die Härtungsreaktion von Polyenen mit olefinischen reaktiven Stellen zu beschleunigen. Härtungsmittel können organische Peroxide umfassen, z. B. mindestens eines von Dicumylperoxid, t-Butylperbenzoat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-Butylperoxy)hexan, α,α-Di-bis(t-Butylperoxy)diisopropylbenzol oder 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-Butylperoxy)hexyne-3. Kohlenstoff-Kohlenstoff-Initiatoren, z. B. 2,3-Dimethyl-2,3-diphenylbutan, können verwendet werden. Vernetzer oder Initiatoren können allein oder in Kombination verwendet werden. Die Menge des Härtungsmittels kann 1,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der duroplastischen Polymermatrix, betragen.
Die duroplastische Polymermatrix kann auch modifiziert werden. Die duroplastische Polymermatrix kann z. B. carboxylatterminiert, hydroxylterminiert, methacrylatterminiert o. ä. sein. Es können auch nachreagierte Polymere verwendet werden, wie z. B. Epoxid-, Maleinsäureanhydrid- oder Urethan-modifizierte Polymere von Butadien oder Isopren-Polymeren. Die duroplastische Polymermatrix kann auch vernetzt werden, z. B. durch divinylaromatische Verbindungen wie Divinylbenzol, z. B. ein mit Divinylbenzol vernetztes Polybutadien-Styrol. Die Polymere werden von ihren Herstellern allgemein als „Polybutadiene“ bezeichnet, z. B. Nippon Soda Co., Tokio, Japan, und Cray Valley Hydrocarbon Specialty Chemicals, Exton, PA. Es können auch Mischungen von Polymeren verwendet werden, z. B. eine Mischung aus einem Polybutadien-Homopolymer und einem Poly(butadien-isopren)-Copolymer. Auch Kombinationen, die ein syndiotaktisches Polybutadien enthalten, können sinnvoll sein.
Die duroplastische Polymermatrix kann carboxy-funktionalisiert werden. Die Funktionalisierung kann unter Verwendung einer polyfunktionellen Verbindung erreicht werden, die im Molekül sowohl (i) eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung oder eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung als auch (ii) mindestens eine Carboxygruppe, einschließlich einer Carbonsäure, eines Anhydrids, Amids, Esters oder Säurehalogenids, aufweist. Eine spezifische Carboxygruppe ist eine Carbonsäure oder ein Ester. Beispiele für polyfunktionelle Verbindungen, die eine funktionelle Carbonsäuregruppe bereitstellen können, sind Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure und Zitronensäure. Insbesondere können mit Maleinsäureanhydrid adduzierte Polybutadiene in der duroplastischen Zusammensetzung verwendet werden. Geeignete maleinisierte Polybutadienpolymere sind z. B. von Cray Valley unter den Handelsnamen RICON 130MA8, RICON 130MA13, RICON 130MA20, RICON 131MA5, RICON 131MA10, RICON 131MA17, RICON 131MA20 und RICON 156MA17 im Handel erhältlich. Geeignete maleinisierte Polybutadien-Styrol-Copolymere sind z.B. von Sartomer unter den Handelsnamen RICON 184MA6 (ein mit Maleinsäureanhydrid adduziertes Butadien-Styrol-Copolymer mit einem Styrolgehalt von 17 bis 27 Gew.-% und einem zahlengemittelten Molekulargewicht (Mn) von 9.900 g/mol) kommerziell erhältlich.
Die relativen Mengen der verschiedenen Polymere in der duroplastischen Polymermatrix, z. B. das Polybutadien- oder Polyisoprenpolymer und andere Polymere, können von der jeweils verwendeten leitfähigen Metallschicht, den gewünschten Eigenschaften der Schaltungsmaterialien und kupferkaschierten Laminate und ähnlichen Überlegungen abhängen. So kann z. B. die Verwendung eines Poly(arylenethers) eine erhöhte Haftfestigkeit zur leitenden Metallschicht, z. B. Kupfer, bieten. Die Verwendung eines Polybutadiens und/oder Polyisoprens kann die Hochtemperaturbeständigkeit der Laminate erhöhen, z. B. wenn diese Polymere carboxyfunktionalisiert sind. Die Verwendung eines elastomeren Blockcopolymers kann zur Kompatibilisierung der Komponenten der Polymermatrix dienen. Die Bestimmung der geeigneten Mengen der einzelnen Komponenten kann ohne übermäßige Experimente erfolgen, abhängig von den gewünschten Eigenschaften für eine bestimmte Anwendung.
Im Allgemeinen kann das Leiterplattensubstrat hergestellt werden, indem zunächst alle Komponenten gemischt werden, z. B. einschließlich des Monomers/der Monomere, der beschichteten Bornitridteilchen, eines optionalen sekundären Füllstoffs, eines optionalen Kopplungsmittels (z. B. wie mindestens eines von einem Silan, einem Zirkonat oder einem Titanat), eines optionalen Lösungsmittels und eines optionalen Aushärtungsmittels). Das Mischen kann fortgesetzt werden, um eine Aufschlämmung oder Dispersion zu bilden, in der die jeweiligen Komponenten gleichmäßig in der Mischung dispergiert sind. Für die Anwendungen, bei denen die Mischung auf eine Verstärkungsschicht imprägniert wird, um ein Prepreg zu bilden, können herkömmliche Prepreg-Herstellungsverfahren verwendet werden. Typischerweise wird die Verstärkungsschicht mit der Mischung imprägniert, auf die richtige Dicke dosiert und dann jegliches Lösungsmittel entfernt, um das Prepreg zu bilden. Wenn das Prepreg bestimmte wärmehärtende Polymere enthält, kann es dann optional B-gestuft werden, um eine teilweise gehärtete Schicht vor der Verwendung bei der Bildung einer Schaltungsunterbaugruppe zu bilden.
Ein Lösungsmittel oder Dispergiermittel kann optional vorhanden sein, um die Viskosität der Mischung einzustellen. Das Lösungsmittel kann so gewählt werden, dass es die Komponenten des Gemischs löst oder dispergiert und eine günstige Verdunstungsrate für das Auftragen und Trocknen des Gemischs, z. B. auf eine Verstärkungsschicht, aufweist. Eine nicht abschließende Liste möglicher Lösungs- und Dispergiermittel umfasst mindestens eines von Wasser, Xylol, Toluol, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Hexan oder höheren flüssigen linearen Alkanen, wie Heptan, Octan, Nonan, Cyclohexan, Isophoron oder verschiedene Lösungsmittel auf Terpenbasis. Spezifische Lösungsmittel und Dispergiermedien für wärmehärtende Zusammensetzungen können mindestens eines von Xylol, Toluol, Methylethylketon, Methylisobutylketon oder Hexan umfassen, und insbesondere mindestens eines von Xylol oder Toluol.
2 ist eine Illustration eines Verfahrens zur Vorbereitung des gedruckten Leiterplattensubstrats. 2 zeigt, dass eine Verstärkungslage von der Rolle 10 abgewickelt wird, durch den Akkumulator 12 und in den Beschichtungsbereich 16 läuft. Im Beschichtungsbereich 16 wird die Beschichtungsmischung im Tank 20 so angehoben, dass die Verstärkungslage durch die Beschichtungsmischung hindurchläuft, um die Verstärkungslage mit der Beschichtungsmischung zu bedecken. Die Verstärkungslage durchläuft dann die Dosierwalzen 22, um eine gleichmäßige Beschichtung der Beschichtungsmischung auf der Verstärkungslage zu gewährleisten. Nach der Beschichtung durchläuft die Verstärkungslage den Trockenturm 18, um vorhandenes Lösungsmittel verdampfen zu lassen und die Polymermatrix zumindest teilweise auszuhärten. Schließlich läuft die Verstärkungsschicht um die Antriebswalzen 28, durch den Akkumulator 30 und schließlich auf die beschichtete Walze 32. Es versteht sich, dass viele Variationen dieses Beschichtungsverfahrens durchgeführt werden können und dass diese Abbildung lediglich als nicht begrenzte Ausführungsform eines Beschichtungsverfahrens dargestellt ist.
Ein Artikel kann das gedruckte Leiterplattensubstrat umfassen. Der Artikel kann eine Bondlage, eine Deckfolie oder ein Aufbaumaterial sein, das in Kombination mit einer leitfähigen Schicht ein Schaltungslaminat, eine harzbeschichtete Deckschicht oder eine Schaltungsunterbaugruppe ergeben kann. Ein Schaltungsmaterial kann das Leiterplattensubstrat mit einer leitfähigen Schicht umfassen, die auf einer oder beiden breiten Oberflächen angeordnet ist. Nützliche leitende Schichten sind z. B. mindestens eine aus Edelstahl, Kupfer, Gold, Silber, Aluminium, Zink, Zinn, Blei oder einem Übergangsmetall. Es gibt keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich der Dicke der leitfähigen Schicht, noch gibt es irgendwelche Einschränkungen hinsichtlich der Form, Größe oder Textur der Oberfläche der leitfähigen Schicht. Die leitfähige Schicht kann eine Dicke von 3 bis 200 Mikrometern oder 9 bis 180 Mikrometern haben. Wenn zwei oder mehr leitende Schichten vorhanden sind, kann die Dicke der beiden Schichten gleich oder unterschiedlich sein. Die leitende Schicht kann aus einer Kupferschicht bestehen. Geeignete leitfähige Schichten umfassen eine dünne Schicht eines leitfähigen Metalls wie eine Kupferfolie, die derzeit bei der Herstellung von Schaltungen verwendet wird, z. B. galvanisch abgeschiedene Kupferfolien. Die Kupferfolie kann einen quadratischen Mittelwert der Rauheit (RMS) von weniger als oder gleich 2 Mikrometer oder weniger als oder gleich 0,7 Mikrometer aufweisen, wobei die Rauheit mit einem optischen Profiler von Veeco Instruments WYCO unter Verwendung der Methode der Weißlicht-Interferometrie gemessen wird.
Das Aufbringen der leitfähigen Schicht kann durch Einlegen der leitfähigen Schicht in eine Form vor dem Reaktionsspritzguss, durch Laminieren der leitfähigen Schicht auf das Leiterplattensubstrat, durch direkte Laserstrukturierung oder durch Aufkleben der leitfähigen Schicht auf das Leiterplattensubstrat über eine Klebeschicht erfolgen. Andere in der Technik bekannte Verfahren können zum Aufbringen der leitfähigen Schicht verwendet werden, wenn die besonderen Materialien und die Form des Schaltungsmaterials dies zulassen, z. B. galvanische Abscheidung, chemische Gasphasenabscheidung und dergleichen.
Das Laminieren kann das Laminieren eines Mehrschichtstapels beinhalten, der das Leiterplattensubstrat, eine leitfähige Schicht und eine optionale Zwischenschicht zwischen dem Leiterplattensubstrat und der leitfähigen Schicht umfasst, um eine Schichtstruktur zu bilden. Die leitende Schicht kann in direktem Kontakt mit dem Leiterplattensubstrat stehen, ohne die Zwischenschicht. Die Schichtstruktur kann dann in einer Presse, z. B. einer Vakuumpresse, unter einem Druck und einer Temperatur und für eine Zeitdauer platziert werden, die geeignet ist, die Schichten zu verbinden und ein Laminat zu bilden. Das Laminieren und optionale Aushärten kann in einem einstufigen Prozess, z. B. mit einer Vakuumpresse, oder in einem mehrstufigen Prozess erfolgen. Bei einem einstufigen Verfahren kann die Schichtstruktur in eine Presse gelegt, auf Laminierdruck (z. B. 150 bis 2.500 Pfund pro Quadratzoll (psi) [1 bis 17 Megapascal]) gebracht und auf Laminiertemperatur (z. B. 150 bis 390 °C) erhitzt werden. Die Laminiertemperatur und der Druck können für eine gewünschte Einweichzeit, z. B. 20 Minuten, aufrechterhalten werden und danach (während sie noch unter Druck stehen) auf weniger als oder gleich 150 °C abgekühlt werden.
Falls vorhanden, kann die Zwischenschicht einen Polyfluorkohlenstoff-Film umfassen, der sich zwischen der leitfähigen Schicht und der Substratschicht befinden kann, und eine optionale Schicht aus mikroglasverstärktem Fluorkohlenstoff-Polymer kann sich zwischen dem Polyfluorkohlenstoff-Film und der leitfähigen Schicht befinden. Die Schicht aus mikroglasverstärktem Fluorkohlenstoffpolymer kann die Haftung der leitfähigen Schicht auf dem Substrat erhöhen. Das Mikroglas kann in einer Menge von 4 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht, vorhanden sein. Das Mikroglas kann eine längste Längenskala von weniger als oder gleich 900 Mikrometern oder weniger als oder gleich 500 Mikrometern haben. Das Mikroglas kann Mikroglas des Typs sein, wie er von der Johns-Manville Corporation aus Denver, CO, kommerziell erhältlich ist. Die Polyfluorkohlenstoff-Folie umfasst ein Fluorpolymer (wie Polytetrafluorethylen (PTFE), ein fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer (wie Teflon FEP) und ein Copolymer mit einem Tetrafluorethylen-Grundgerüst mit einer voll fluorierten Alkoxy-Seitenkette (wie Teflon PFA)).
Die leitfähige Schicht kann durch Laserdirektstrukturierung aufgebracht werden. Hier kann das Leiterplattensubstrat einen Laser-Direktstrukturierungszusatz umfassen; und die Laser-Direktstrukturierung kann die Verwendung eines Lasers zur Bestrahlung der Oberfläche des Substrats, die Bildung einer Spur des Laser-Direktstrukturierungszusatzes und das Aufbringen eines leitfähigen Metalls auf die Spur umfassen. Der Laser-Direkt-Strukturierungszusatz kann ein Metalloxid-Partikel (wie Titanoxid und Kupfer-Chromoxid) umfassen. Das Laser-Direktstrukturierungsadditiv kann ein anorganisches Metalloxidteilchen auf Spinellbasis umfassen, wie z. B. Spinellkupfer. Das Metalloxidteilchen kann z.B. mit einer Zusammensetzung beschichtet sein, die Zinn und Antimon enthält (z.B. 50 bis 99 Gew.-% Zinn und 1 bis 50 Gew.-% Antimon, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung). Das Additiv zur Laserdirektstrukturierung kann 2 bis 20 Teile des Additivs bezogen auf 100 Teile der jeweiligen Zusammensetzung umfassen. Die Bestrahlung kann mit einem YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1.064 Nanometern bei einer Ausgangsleistung von 10 Watt, einer Frequenz von 80 Kilohertz (kHz) und einer Rate von 3 Metern pro Sekunde erfolgen. Das leitfähige Metall kann mit einem Plattierungsverfahren in einem stromlosen Plattierungsbad aufgebracht werden, das z. B. Kupfer enthält.
Die leitende Schicht kann durch Aufkleben der leitenden Schicht aufgebracht werden. Die leitfähige Schicht kann eine Schaltung (die metallisierte Schicht einer anderen Schaltung) sein, z. B. eine flexible Schaltung. Zwischen einer oder mehreren leitenden Schichten und dem Substrat kann eine Adhäsionsschicht angeordnet sein. Gegebenenfalls kann die Haftschicht einen Poly(ary-lenether) und ein carboxyfunktionalisiertes Polybutadien- oder Polyisoprenpolymer umfassen, das Butadien-, Isopren- oder Butadien- und Isopreneinheiten und 0 bis 50 Gew.-% co-härtbare Monomereinheiten enthält. Die Klebstoffschicht kann in einer Menge von 2 bis 15 Gramm pro Quadratmeter vorhanden sein. Der Poly(ary-lenether) kann einen Carboxy-funktionalisierten Poly(arylenether) umfassen. Der Poly(arylenether) kann das Reaktionsprodukt aus einem Poly(arylenether) und einem zyklischen Anhydrid oder das Reaktionsprodukt aus einem Poly(arylenether) und Maleinsäureanhydrid sein. Das carboxyfunktionalisierte Polybutadien- oder Polyisopren-Polymer kann ein carboxyfunktionalisiertes Butadien-Styrol-Copolymer sein. Das carboxyfunktionalisierte Polybutadien- oder Polyisoprenpolymer kann das Reaktionsprodukt eines Polybutadien- oder Polyisoprenpolymers und eines cyclischen Anhydrids sein. Das carboxyfunktionalisierte Polybutadien- oder Polyisopren-Polymer kann ein maleinisiertes Polybutadien-Styrol- oder maleinisiertes Polyisopren-Styrol-Copolymer sein.
Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung. Die Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen nicht dazu dienen, die gemäß der Offenbarung hergestellten Geräte auf die darin angegebenen Materialien, Bedingungen oder Prozessparameter zu beschränken.
Beispiele
In den Beispielen wird die Kupferschälfestigkeit gemäß IPC-TM-650-2.4.8 nach einer thermischen Belastung mit einer 10-sekündigen Einwirkung von geschmolzenem Lot bei 288°C gemessen. Die relative Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlust wurden in Übereinstimmung mit IPC-TM-650-2.5.5.5 gemessen. Die Durchschlagsfestigkeit wurde in Übereinstimmung mit IPC-TM-650-2.5.6.2 gemessen. Die Wasseraufnahme wurde in Übereinstimmung mit ASTM D570-98(2018) unter Verwendung eines Prüfkörpers mit einer Nenndicke von 1,52 Millimetern nach 48 Stunden Eintauchen bei 50°C gemessen. Die Wärmeleitfähigkeit ist die Wärmeleitfähigkeit in Z-Richtung, gemessen nach ASTM D5470-17, TIM Tester 1300.
Beispiele 1-6: Einfluss der Schichtdicke auf beschichtetes hexagonales Bornitrid

Die Oberflächen von Partikeln aus hexagonalem Bornitrid wurden mit Aluminiumoxid durch Atomlagenabscheidung (ALD) unter Verwendung von Trimethylaluminium und Wasser als Vorläufer beschichtet. Das verwendete Bornitridpulver war PBN20, hochdichte Agglomerate aus hexagonalen Bornitridplättchen, geliefert von Zibo Jonye Ceramics Technology Company. PBN20 weist eine typische mittlere Teilchengröße von 18 bis 22 Mikrometern und eine spezifische Oberfläche von 6,2 Metern im Quadrat pro Gramm (m²/g) auf. Durch schrittweise Veränderung der Anzahl der ALD-Zyklen wurde eine Serie von beschichteten Pulvern mit unterschiedlichen Schichtdicken hergestellt. Der Aluminiumgehalt der beschichteten Pulver wurde durch ICP-Analysen bestimmt, und die Oberflächenenergien wurden mit der Washburn-Wicking-Methode für den Kontaktwinkel mit verschiedenen Sondenflüssigkeiten gemessen. Die Kontaktwinkelmessungen wurden mit der Fowkes-Theorie kombiniert, um die Oberflächenenergien in dispersive und polare Komponenten aufzulösen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1, 3 und 4 dargestellt, wobei mJ/m² und mJ/sqm für Millijoule pro Quadratmeter und ppm für parts per million by weight, bezogen auf das Gesamtgewicht der Proben, stehen.

Tabelle 1
Beispiel	1	2	3	4	5	6
Anzahl der Zyklen	0	4	4	6	10	20
Aluminiumgehalt (ppm)	25	3,467	2,950	4,275	6,462	14,482
Feuchtigkeitsgehalt (ppm)	1,430	1,020	488	493	311	370
Gesamtoberflächenenerg ie (mJ/m2)	28.03	35.64	33.38	37.11	38.40	40.93
Polare Oberflächenenergie (mJ/m2)	2.90	9.14	6.89	10.78	12.07	14.65
Disperse Oberflächenenergie (mJ/m2)	25.13	26.50	26.49	26.33	26.33	26.28
Oberfläche Polarität (%)	10.3	25.6	20.6	29.0	31.4	35.8
Diiodmethan-Kontaktwinkel (Grad)	66.0	63.6	63.6	63.9	63.9	64.0
Wasserkontaktwinkel (Grad)	88.5	73.0	77.4	70.2	68.0	63.9

Tabelle 1 und 3 zeigen, dass die Menge des abgeschiedenen Aluminiums durch die Anzahl der ALD-Zyklen gut gesteuert wird. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass diese Selbstregulierung darauf zurückzuführen ist, dass die Oberflächenreaktionen, an denen Trimethylaluminium und Wasser beteiligt sind, selbstlimitierend sind.
Tabelle 1 und 4 zeigen, dass das unbeschichtete Beispiel 1 die niedrigste Gesamtoberflächenenergie, dispersive Oberflächenenergie (obere Kurve in 4) und Oberflächenpolarität (untere Kurve in 4) aufwies. Es wird angenommen, dass die Oberflächenpolarität von unbeschichtetem Bornitrid im Wesentlichen auf die auf der Oberfläche vorhandenen Boroxide zurückzuführen ist. Es ist zu erkennen, dass die Beschichtung eine Methode zur Modifizierung der Oberflächenpolarität des Bornitrid-Füllstoffs darstellt. Die Erhöhung der Oberflächenpolarität ist wahrscheinlich auf die Anwesenheit von Hydroxylgruppen auf der Oberfläche der Beschichtung zurückzuführen.
Beispiel 7: Leiterplattensubstrat, das ein beschichtetes Bornitrid enthält
Es wurde ein Leiterplattensubstrat hergestellt, das 15 Vol% eines beschichteten Bornitrids und 85 Vol% RO4000 (kommerziell erhältlich von Rogers Corporation) enthält, beides bezogen auf das Gesamtvolumen des Substrats abzüglich der Glasfaserverstärkungsschicht. Das beschichtete Bornitrid wurde durch Beschichtung eines Bornitridpulvers (Momentive PT-120) mit 10 Zyklen ALD-Beschichtung aus Aluminiumoxid hergestellt. Die Dicke der Aluminiumoxidbeschichtung betrug 5 nm. Die Wärmeleitfähigkeit und Schälfestigkeit sind in Tabelle 2 dargestellt.
Beispiel 8: Leiterplattensubstrat, das ein unbeschichtetes Bornitrid enthält
Es wurde ein Leiterplattensubstrat hergestellt, das 15 Vol% eines unbeschichteten Bornitrids und 85 Vol% RO4000 (im Handel erhältlich von Rogers Corporation) enthält. Das unbeschichtete Bornitrid war Momentive PT-100. Die Wärmeleitfähigkeit und Schälfestigkeit sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Beispiel 7 8

Beschichtetes Bornitrid Y N

Wärmeleitfähigkeit (W/mK) 0.84-0.94 0.89-0.95

Schälfestigkeit (pli (kg/cm)) 3.5 (0.63) 2.1 (0.38)
Tabelle 2 zeigt, dass die Schälfestigkeit des Leiterplattensubstrats von Beispiel 7, das das beschichtete Bornitrid enthält, im Vergleich zu dem Leiterplattensubstrat von Beispiel 8, das die gleiche Menge Bornitrid enthält, aber unbeschichtet war, deutlich verbessert wurde.
Beispiele 9-11: Wirkung von beschichtetem Bornitrid in Mehrschichtverbunden

Dielektrische Substrate, die 17,3 Vol.-% PBN20 und 27,6 Vol.-% verschmolzene amorphe Siliziumdioxidpartikel enthalten, wurden mit 1674-Glasgewebe in einem konventionellen Lösungs-Prepreg-Prozess hergestellt. Die Prepreg-Materialien wurden sowohl mit Bornitrid-Aggregaten im Ausgangszustand als auch mit Aggregaten hergestellt, die in 4 ALD-Zyklen mit Aluminiumoxid beschichtet wurden (Schichtdicke von 0,4 nm). Die nominelle Zusammensetzung der Prepreg-Materialien ist in Tabelle 3 dargestellt, wobei das Polymerblend aus einer Mischung von 1,2-Polybutadien (NISSO-PB B-3000) in einer Menge, die ausreicht, um die kontinuierliche Phase zu bilden, einem Butadien-Styrol-Blockcopolymer (KRATON D1118 ET) und einem EPDM-Terpolymer (TRILENE 65) bestand.

Tabelle 3
Komponente	Menge (Vol%)
Polymer-Mischung	32.01
Flammhemmend	6.70
Geschmolzenes amorphes Siliziumdioxid	27.57
Beschichtetes Bornitrid	17.25
Silan-Haftvermittler	0.78
Antioxidans	0.29
Organisches Peroxid	0.59
Gewebtes Glasgewebe	14.81

Mehrere Platten der resultierenden Prepreg-Materialien mit einer nominalen gepressten Dicke von 0,25 Millimeter (mm) wurden gestapelt und auf eine elektrolytisch abgeschiedene Kupferfolie von 305 Gramm pro Quadratmeter laminiert, um Testplatten mit nominalen Kerndicken von 0,508 mm (0,020 Zoll) und 1,52 mm (0,060 Zoll) herzustellen. Eine Zusammenfassung der Eigenschaften der Beispiele 9 und 10 mit unbeschichtetem Bornitrid bzw. beschichtetem Bornitrid ist in Tabelle 4 dargestellt, wobei kV/cm für Kilovolt pro Zentimeter steht.

Tabelle 4
Beispiel	9	10
Schälfestigkeit von Kupfer (pli (kg/cm))	4.28 (0.77)	4.83 (0.86)
Relative Dielektrizitätskonstante bei 10 GHz	3.55	3.54
Dielektrischer Verlust, tan ö bei 10 GHz	0.0027	0.0032
Durchschlagsfestigkeit (Volt pro mil (kV/cm))	715 (0.28)	855 (0.34)
Wasseraufnahme (Gew.-%)	0.21	0.08
Wärmeleitfähigkeit in Z-Richtung (W/mK)	1.02	1.01

Tabelle 4 zeigt, dass Beispiel 10 mit dem beschichteten Bornitrid eine höhere dielektrische Durchschlagsfestigkeit und eine geringere Wasserabsorption aufweist, was auf eine verbesserte Füllstoff-Polymer-Grenzfläche hinweist. Tabelle 4 zeigt auch eine geringere Wasseraufnahme im Vergleich zu Beispiel 9. Diese niedrige Wasserabsorption ist von besonderer Bedeutung, da bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen in wässrige Bäder eingetaucht wird und das Eindringen von ionischen Materialien schädliche Auswirkungen auf die elektrische Leistung haben kann. Diese Vorteile wurden ohne eine signifikante Auswirkung auf die Wärmeleitfähigkeit in Z-Richtung erzielt.
Zusätzlich zu den vorteilhaften Auswirkungen auf die Durchschlagsfestigkeit und die Wasseraufnahme kann die Langzeitbeständigkeit gegen thermooxidativen Abbau bei erhöhten Temperaturen durch die Verwendung von beschichtetem Bornitrid deutlich verbessert werden. 5 zeigt, dass das dielektrische Substrat aus Beispiel 11, das das beschichtete Bornitrid enthält, eine 4-fache Erhöhung der Halbwertszeit der Durchschlagsfestigkeit bei kontinuierlicher Einwirkung von 200 °C aufweist. Insbesondere zeigt 5, dass die Halbwertszeiten von Beispiel 9 mit dem unbeschichteten Bornitrid (untere Kurve) und Beispiel 11 mit dem beschichteten Bornitrid bei einer Dicke von 0,51 mm (0,020 Zoll) (höhere Kurve) 980 Stunden bzw. 4.200 Stunden betragen.
Im Folgenden werden verschiedene, nicht einschränkende Aspekte der Offenlegung beschrieben.
Aspekt 1A: Leiterplattensubstrat, umfassend: eine Polymermatrix; eine Verstärkungsschicht; und eine Vielzahl beschichteter Bornitridteilchen; wobei die Vielzahl beschichteter Bornitridteilchen eine Beschichtung mit einer durchschnittlichen Beschichtungsdicke von 0,5 bis 100 Nanometern oder 1 bis 100 Nanometern umfasst.
Aspekt 1B: Ein Leiterplattensubstrat, umfassend: eine Polymermatrix, wobei die Polymermatrix mindestens eines von einem Epoxid, einem Polyphenylenether, Polystyrol, einem Ethylen-Propylen-Dicyclopentadien-Copolymer, einem Polybutadien, einem Polyisopren, einem Fluorpolymer oder einer vernetzten Matrix umfasst, die mindestens eines von Triallylcyanurat, Triallylisocyanurat, 1,2,4-Trivinylcyclohexan, Trimethylolpropantriacrylat oder Trimethylolpropantrimethacrylat umfasst; eine Verstärkungsschicht; und eine Vielzahl von beschichteten Bornitridteilchen; wobei die Vielzahl von beschichteten Bornitridteilchen eine Beschichtung mit einer durchschnittlichen Beschichtungsdicke von 0.5 bis 100 Nanometern oder 1 bis 100 Nanometern aufweisen.
Aspekt 1C: Leiterplattensubstrat, umfassend: eine wärmehärtende Polymermatrix, die mindestens eines von einem Epoxid, einem Polybutadien oder einem Polyisopren umfasst; eine Verstärkungsschicht; und eine Vielzahl von beschichteten Bornitridteilchen; wobei die Vielzahl von beschichteten Bornitridteilchen eine Beschichtung mit einer durchschnittlichen Beschichtungsdicke von 0,5 bis 100 Nanometer oder 1 bis 100 Nanometer umfasst.
Aspekt 2: Das Leiterplattensubstrat von Aspekt 1, wobei die Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,1 bis 1000 Mikrometer oder 5 bis 500 Mikrometer oder 25 bis 150 Mikrometer oder 3 bis 40 Mikrometer aufweist.
Aspekt 3: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei die Beschichtung mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: ein anorganisches Carbid, ein anorganisches Oxid, ein anorganisches Nitrid, ein anorganisches Sulfid, ein anorganisches Hydroxid oder ein anorganisches Phosphid. Das anorganische Hydroxid, falls vorhanden, kann mindestens eines von Aluminiumhydroxid, Zinkhydroxid oder Siliziumhydroxid umfassen.
Aspekt 4: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei die Beschichtung mindestens eines von Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid umfasst.
Aspekt 5: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei die Dicke 0,5 bis 30 nm, oder 1 bis 20 nm, oder weniger als oder gleich 5 nm beträgt.
Aspekt 6: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei die Beschichtung über 10 bis 100 A%, oder 50 bis 100 A%, oder 90 bis 100 A% der Oberfläche der Vielzahl der Bornitridteilchen angeordnet ist.
Aspekt 7: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorangegangenen Aspekte, wobei die Vielzahl beschichteter Bornitridteilchen weniger als 1 Gew.-%, oder 0,001 bis 0,9 Gew.-%, oder 0,001 bis 0,5 Gew.-%, oder 0,005 bis 0,1 Gew.-% der Beschichtung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Vielzahl beschichteter Bornitridteilchen, umfasst.
Aspekt 8: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei die Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen ALD-beschichtete Teilchen umfasst.
Aspekt 9: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei das Leiterplattensubstrat 1 bis 85 Vol.-% oder 1 bis 50 Vol.-% oder 5 bis 35 Vol.-% oder 10 bis 25 Vol.-% der Vielzahl von beschichteten Bornitridteilchen, bezogen auf das Gesamtvolumen des Leiterplattensubstrats, umfasst.
Aspekt 10: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei das Leiterplattensubstrat 15 bis 99 Vol.-% oder 50 bis 99 Vol.-% oder 65 bis 95 Vol.-% oder 75 bis 80 Vol.-% der duroplastischen Polymermatrix, bezogen auf das Gesamtvolumen des Leiterplattensubstrats, umfasst.
Aspekt 11: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei die Verstärkungsschicht eine Vielzahl von Glasfasern umfasst.
Aspekt 12: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei die duroplastische Polymermatrix mindestens eines der folgenden umfasst: ein Epoxidharz, ein Butadien-Homopolymer, ein Isopren-Homopolymer, ein Butadien-Vinylaromaten-Copolymer oder ein Isopren-Vinylaromaten-Copolymer. Die duroplastische Polymermatrix kann das Epoxidharz umfassen. Die duroplastische Polymermatrix kann ein Polybutadien umfassen. Die duroplastische Polymermatrix kann ein Polyisopren umfassen.
Aspekt 13: Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei das Leiterplattensubstrat eine Schälfestigkeit von mehr als oder gleich 3 pli, bestimmt nach IPC-TM-650-2.4.8, aufweist.
Aspekt 14: Ein Schaltungsmaterial, das das Leiterplattensubstrat eines oder mehrerer der vorangegangenen Aspekte und eine leitende Schicht umfasst, die auf mindestens einer Oberfläche des Leiterplattensubstrats angeordnet ist.
Aspekt 15: Verfahren zur Herstellung des Leiterplattensubstrats nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, umfassend das Bilden einer Mischung, die eine wärmehärtende Zusammensetzung und die Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen enthält; das Beschichten einer Verstärkungsschicht mit der Mischung; und das Aushärten der wärmehärtenden Zusammensetzung, um das Leiterplattensubstrat zu bilden.
Aspekt 16: Das Verfahren nach Aspekt 15, wobei das Beschichten einer Verstärkungsschicht mindestens eines der folgenden Verfahren umfasst: Tauchbeschichten, Beschichten mit dem Überrollmesser, Beschichten von Rolle zu Rolle oder ähnliches.
Aspekt 17: Das Verfahren nach Aspekt 16, wobei das Beschichten der Verstärkungsschicht ferner das Rolle-zu-Rolle-Beschichten der Verstärkungsschicht mit dem Gemisch umfasst, indem die Verstärkungsschicht zunächst von einer ersten Rolle abgerollt wird, die Verstärkungsschicht durch das Gemisch hindurchgeführt wird, die Verstärkungsschicht durch einen Lösungsmittel-Trocknungsabschnitt hindurchgeführt wird und das wärmehärtende Gemisch zumindest teilweise ausgehärtet wird, und die beschichtete Verstärkungsschicht auf eine zweite Rolle aufgewickelt wird.
Aspekt 18: Das Verfahren nach einem oder mehreren der Aspekte 15 bis 17, wobei das Aushärten ein teilweises Aushärten zur Bildung eines Pre-Pregs umfasst.
Aspekt 19: Das Verfahren nach einem oder mehreren der Aspekte 15 bis 18, das ferner das Aufbringen einer leitfähigen Schicht auf mindestens eine Oberfläche des Leiterplattensubstrats umfasst.
Aspekt 20: Das Verfahren nach einem oder mehreren der Aspekte 15 bis 19, ferner umfassend das Abscheiden der Beschichtung auf der Vielzahl der mit Bornitrid beschichteten Teilchen durch Atomlagenabscheidung vor der Bildung der Mischung.
Die Zusammensetzungen, Verfahren und Artikel können alternativ alle geeigneten Materialien, Schritte oder Komponenten, die hier offengelegt sind, umfassen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen. Die Zusammensetzungen, Verfahren und Artikel können zusätzlich oder alternativ so formuliert werden, dass sie frei oder im Wesentlichen frei von jeglichen Materialien (oder Spezies), Schritten oder Komponenten sind, die ansonsten nicht zur Erreichung der Funktion oder der Ziele der Zusammensetzungen, Verfahren und Artikel erforderlich sind.
Wie hier verwendet, bedeuten „ein“, „ein“, „die“ und „mindestens ein“ keine Mengenbeschränkung und sollen sowohl den Singular als auch den Plural abdecken, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. So hat z. B. „ein Element“ die gleiche Bedeutung wie „mindestens ein Element“, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Der Begriff „oder“ bedeutet „und/oder“, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Verweise in der gesamten Beschreibung auf „einen Aspekt“, „eine Ausführungsform“, „eine andere Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ usw. bedeuten, dass ein bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur, ein Schritt oder eine Eigenschaft), das im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform enthalten ist und in anderen Ausführungsformen vorhanden sein kann oder nicht. Darüber hinaus ist es zu verstehen, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen auf jede geeignete Weise kombiniert werden können.
Wenn ein Element, wie z. B. eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat, als „auf“ einem anderen Element liegend bezeichnet wird, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden oder es können auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wenn ein Element dagegen als „direkt auf‟ einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
Im Allgemeinen können die Zusammensetzungen, Verfahren und Artikel alternativ alle hierin offengelegten Bestandteile, Schritte oder Komponenten umfassen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen. Die Zusammensetzungen, Verfahren und Artikel können zusätzlich oder alternativ so formuliert, durchgeführt oder hergestellt werden, dass sie frei oder im Wesentlichen frei von jeglichen Bestandteilen, Schritten oder Komponenten sind, die zur Erreichung der Funktion oder der Ziele der vorliegenden Ansprüche nicht erforderlich sind.
Sofern hier nicht anders angegeben, sind alle Prüfnormen die neueste Norm, die zum Anmeldetag dieser Anmeldung in Kraft ist, oder, wenn eine Priorität beansprucht wird, das Anmeldedatum der frühesten Prioritätsanmeldung, in der die Prüfnorm erscheint.
Die Endpunkte aller Bereiche, die sich auf dieselbe Komponente oder Eigenschaft beziehen, sind inklusive der Endpunkte, sind unabhängig voneinander kombinierbar und schließen alle Zwischenpunkte und Bereiche ein. Zum Beispiel sind Bereiche von „bis zu 25 Gew.-% oder 5 bis 20 Gew.-%“ inklusive der Endpunkte und aller Zwischenwerte der Bereiche von „5 bis 25 Gew.-%“, wie 10 bis 23 Gew.-% usw.
Der Begriff „Kombination“ schließt Verschnitte, Mischungen, Legierungen, Reaktionsprodukte und dergleichen ein. Außerdem bedeutet „mindestens eines von“, dass die Liste jedes Element einzeln, sowie Kombinationen von zwei oder mehr Elementen der Liste und Kombinationen von mindestens einem Element der Liste mit gleichartigen, nicht genannten Elementen umfasst.
Sofern nicht anders definiert, haben die hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, gemeinhin verstanden wird.
Alle zitierten Patente, Patentanmeldungen und anderen Referenzen sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit enthalten. Wenn jedoch ein Begriff in der vorliegenden Anwendung einem Begriff in der einbezogenen Referenz widerspricht oder kollidiert, hat der Begriff aus der vorliegenden Anwendung Vorrang vor dem kollidierenden Begriff aus der einbezogenen Referenz.
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, können sich den Anmeldern oder anderen Fachleuten Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und substanzielle Äquivalente ergeben, die gegenwärtig nicht vorhersehbar sind oder sein können. Dementsprechend sollen die beigefügten Ansprüche in der eingereichten und gegebenenfalls geänderten Fassung alle solchen Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und wesentlichen Äquivalente umfassen.
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 62/740083 [0001]
US 6951583 [0017]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM D5470-17 [0012]
ASTM D570-98(2018) [0012]

Claims

Ein gedrucktes Leiterplattensubstrat, das Folgendes umfasst: eine Polymermatrix, wobei die Polymermatrix mindestens eines von einem Epoxid, einem Polyphenylenether, einem Polystyrol, einem Ethylen-Propylen-Dicyclopentadien-Copolymer, einem Polybutadien, einem Polyisopren, einem Fluorpolymer oder einer vernetzten Matrix umfasst, die mindestens eines von Triallylcyanurat, Triallylisocyanurat, 1,2,4-Trivinylcyclohexan, Trimethylolpropantriacrylat oder Trimethylolpropantrimethacrylat umfasst; eine Verstärkungsschicht; und eine Vielzahl von beschichteten Bornitridteilchen; wobei die Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen eine Beschichtung mit einer durchschnittlichen Beschichtungsdicke von 0,5 bis 100 Nanometer umfasst.
Das Leiterplattensubstrat nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,1 bis 1.000 Mikrometer oder 5 bis 500 Mikrometer oder 25 bis 150 Mikrometer oder 3 bis 40 Mikrometer aufweist.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung mindestens eines von einem anorganischen Carbid, einem anorganischen Oxid, einem anorganischen Nitrid, einem anorganischen Sulfid, einem anorganischen Hydroxid oder einem anorganischen Phosphid umfasst.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung mindestens eines von Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid umfasst.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die durchschnittliche Beschichtungsdicke 0,5 bis 30 nm, oder 1 bis 20 nm, oder weniger als oder gleich 5 nm beträgt.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung über 10 bis 100 A%, oder 50 bis 100 A%, oder 90 bis 100 A% der Gesamtoberfläche der Vielzahl der Bornitridteilchen angeordnet ist.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl beschichteter Bornitridteilchen weniger als 1 Gew.-%, oder 0,001 bis 0,9 Gew.-%, oder 0,001 bis 0,5 Gew.-%, oder 0,005 bis 0,1 Gew.-% der Beschichtung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Vielzahl beschichteter Bornitridteilchen, umfasst.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen ALD-beschichtete Teilchen umfasst.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leiterplattensubstrat 1 bis 85 Vol.-% oder 1 bis 50 Vol.-% oder 5 bis 35 Vol.-% oder 10 bis 25 Vol.-% der Vielzahl von beschichteten Bornitridteilchen, bezogen auf das Gesamtvolumen des Leiterplattensubstrats, umfasst.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leiterplattensubstrat 15 bis 99 Vol.-% oder 50 bis 99 Vol.-% oder 65 bis 95 Vol.-% oder 75 bis 80 Vol.-% der duroplastischen Polymermatrix, bezogen auf das Gesamtvolumen des Leiterplattensubstrats, umfasst.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstärkungsschicht eine Vielzahl von Glasfasern umfasst.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polymermatrix mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: Epoxid, ein Butadien-Homopolymer, ein Isopren-Homopolymer, ein Butadien-Vinylaromat-Copolymer oder ein Isopren-Vinylaromat-Copolymer.
Das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leiterplattensubstrat eine Schälfestigkeit von mehr als oder gleich 3 pli [0,54 Kilogramm pro linearem Zentimeter], bestimmt gemäß IPC-TM-650-2.4.8, aufweist.
Schaltungsmaterial, umfassend das Leiterplattensubstrat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche und eine leitende Schicht, die auf mindestens einer Oberfläche des Leiterplattensubstrats angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung des Leiterplattensubstrats nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, umfassend Bilden einer Mischung, die eine wärmehärtende Zusammensetzung und die Vielzahl der beschichteten Bornitridteilchen enthält; Beschichten einer Verstärkungsschicht mit der Mischung; und Aushärten der wärmehärtenden Zusammensetzung zur Bildung des Leiterplattensubstrats.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Verstärkungsschicht eine Vielzahl von Glasfasern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Beschichten der Verstärkungsschicht ferner das Rolle-zu-Rolle-Beschichten der Verstärkungsschicht mit dem Gemisch umfasst, indem zunächst die Verstärkungsschicht von einer ersten Rolle abgerollt wird, die Verstärkungsschicht durch das Gemisch hindurchgeführt wird, die Verstärkungsschicht durch einen Lösungsmittel-Trocknungsabschnitt hindurchgeführt wird und das wärmehärtende Gemisch zumindest teilweise ausgehärtet wird, und die beschichtete Verstärkungsschicht auf eine zweite Rolle aufgewickelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Aushärten ein teilweises Aushärten zur Bildung eines Pre-Pregs umfasst.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 18, ferner umfassend das Abscheiden einer leitenden Schicht auf mindestens einer Oberfläche des Leiterplattensubstrats.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 19, ferner umfassend das Abscheiden der Beschichtung auf der Vielzahl der mit Bornitrid beschichteten Teilchen durch Atomlagenabscheidung vor der Bildung der Mischung.