DE1665360A1

DE1665360A1 - Elektrische Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE1665360A1
Application number: DE19671665360
Authority: DE
Inventors: Benz Jun John William
Original assignee: Polymer Corp
Current assignee: Polymer Corp
Priority date: 1966-03-23
Filing date: 1967-03-18
Publication date: 1971-03-18
Also published as: NL6704197A; US3483058A; GB1164191A

Description

PATENTANWÄLTE 1 6 6 5 3 6 Q

dr. w. Schalk · dipl.-ing. peter Wirth

DIPL-ING. G. E. M. DANNENBERG · DR. V. SCHMIED-KOWARZIK

Dr. Po V/einhold

6 FRANKFURTAM MAIN

GR. ESCHENHEIMER STR. 39

16. März 1967 Wd/SM

The Polymer Corporation

2120 Fairmont Avenue, Reading,

Pennsylvania / USA

Elektrische Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung derselben

Die vorliegende Erfindung betrifft Schaltkreisträger ("circuit boards"; Hochfrequenzleiter ("high frequency strip transmission lines") und _ dergl., sowie Verfahren und Materialien, die sich zur Herstellung derselben eignen. Die Erfindung betrifft insbesonders die Verwendung eines neuen Kunstharzes zur Herstellung von dielektrischen Materialier mit geringem Verlust und Verfahren zum Aufbringen leitender Elemente auf die Oberflächen der so hergestellten dielektrischen Materialien«

Bisher erfolgte die Auswahl dielektrischer Materialien in erster Linie aufgrund deren Isolierungseigenschaften. Jedoch mußten bei der wachsenden Verwendung von Schaltkreisträgern zur Verdrahtung elektro-

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nisclier Stromkreise andere Überlegungen, wie der dielektrische Verlustfaktor der Trägermaterialien, berücksichtigt werden» Das beruht hauptsächlich auf der wachsenden Tendenz zu immer höheren Frequenzen, höheren Leistungszufuhren und verkleinerten Stromkreisen·

Selbstverständlich vergrößert sich der Energieverlust durch das dielektrische Material bei Erhöhung der Stromstärke und ebenfalls der Frequenzo Wenn diese Verluste groß werden, kann sich eine ]?ehles?tätigkeit oder ein Versagen des Stromkreises ergeben. Selbst wenn diese extremen Bedingungen nicht eintreten, können die anfallenden Verluste, die zwangsläufig in Wärme umgewandelt werden müssen, zum mechanischen Versagen des dielektrischen Materials führen, wie Erweichung, Schmelzen oder untragbare Wärmeausdehnung,. Es ist also ersichtlich, daß Materialien zur Verwendung bei der Herstellung von Schaltkreisträgern und anderen Einrichtungen, wie Hochfrequenzleiter, unter Berücksichtigung ihres dielektrischen Verlustfaktors ausgewählt v/erden müssen»

Außer einem niedrigen Verlustfaktor gibt es noch andere Anforderungen an Materialien für Schaltkreisträger. Es ist beispielsweise notwendig_$

bzw. purch.sch.lagsfes*iijke.±t daß diese Materialien eine hohe dielektrische Widerstandsfähigkeit/ sowie einen hohen Oberflächen- und spezifischen Widerstand besitzen. Es ist auch notwendig, daß das dielektrische Material genügend Festigkeit aufweist und Festigkeit gegen mechanische Beanspruchung und mechanische Beständigkeit zeigt, was für die Schaltkreisträger erwünscht! ist. Das ist besonders bei hohen Temperaturen wichtig, die sich bei der erwähnten Wärmeabgabe anadas dielektrische Material ergeben können. Deshalb ist es für das dielektrische Material nicht nur wichtig, daß es einen hohen Schmelzpunkt und eine hohe Wärmeverformungstemperatur aufweist, sondern daß es auch einen relativ geringen Wänneaus-

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durch
dehnungskoeffizienten besitzt, damit/Temperaturschwankungen keine unzulässigaiSpannungen in den verschiedenen Elementen des Stromkreises und in der Trägerbasis hervorgerufen werden.

Dia Wärmebestl ndigkeit des dielektrischen Materials ist ebenfalls beim Herstellungsverfahren von Wichtigkeit· Es ist z.B. in einigen Ar, vendungsformen zweckmäßig, die Elemente, nachdem sie auf den Schaltk ;is gesetzt wurden, durch Tauchlöten anzubringen. Damit das durch-ί "ührt werden kann, ist es notwendig, daß das dielektrische Material α Tauchlöttemperaxuren, denen es ausgesetzt werden kann, und die b -spielsv.eise in Seitabständen von 60 Sekunden etwa 232 C betragen, v. !erstehen icann.

anderseits sollten Sc*.ii.".ltk_-eistrclger nicht ungünstig von niederen Temperaturen beeinflußt werden, wie es bei Schaltungen in Flugzeugen bei großen Höhen notwendig sein kann. Bei der Auswahl des dielektri-ε .en Materials kami also auch die Versprödungstemperatur ein enteidender Faktor sein.

. oen diesen meehauisehen und elektrischen Eigenschaften sollte das laltkreismaterial gegenüber chemischen Einflüssen widerstandsfähig

ε in, damit keine Oxydation bei erhöhter Temperatur auftritt, und es Lite gegenüber bestimmten Chemikalien, wie herkömmliche Lösungsttel und andere Substanzen, die zur Reinigung und Entfettung der aaltung verwendet v/erden kennen, unempfindlich sein.

.e letzte Eigenschaft, die ebenfalls bei der Auswahl eines geeigne-

Schaltkreisinaterials von großer »Vichtigkeit ist, ist der Schwie-Keitsgrad, mit dem eine leiter.de Lletallsciicht mit dem Material buKden werden iiar-n. .3elbGtvor..:t".r;'j.i J cix m'üsen die bei (Ur ⁷^r-

stellung von Schaltkreisträgern und Jlochfrequenzleitungen verwendeten dielektrischen Materialien mit leitenden Oberflächen versehen sein,, Hach einem 'Verfahren zur Herstellung von Schaltkreisträgern wird zunächst auf die Oberfläche des dielektrischen Materials eine dünne Kupferfolie angebracht. Die einzelnen Stromkreise werden gebildet, indem aan diese Kupferoberfläche mit einem photobeständigen Material überzieht, eine Maske anbringt und belichtet, wonach unter Ver.-vendung einer Säuree.tzlösung Teile der Kupferfolie selektiv -gelöst werden. Herrn dieses Verfahren angewendet werden soll, so ist es offensichtlich notwendig, daß ein Aufbringen der Kupferfolie auf das dielektrische Material vorgesehen ist.

Bisher beruhte die Auswahl geeigneter dielektrischer Materialien zur Verwendung bei der Fabrikation von Schaltkreisträgern, Hochfrequenzleitern u.a. auf einem Komm)omiss hinsichtlich der oben abgegebenen Eigenschaften. Kein einziges Material vereinigt alle gewünschten elektrischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften in sich und läßt sich gleichzeitig auf Kupferfolie festhaftend aufbringen. !Tun wurde gefunden, daß ein neues Kunstharzmaterial nicht nur die meisten dieser gewünschten elektrischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften besitzt, sondern auch ausgesprochen leicht mit einer ivupferfolie verbunden werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist also die Herstellung dielektriccner Materialien, die sich besonders zur Verwendung bei der Fabrikation von SchaJtf kreisträgern, Hochfrequenzleitern und dergl. eignen. Die dielektrischen Materialien mit geringem Verlust sollen gegenüber chemischen Einflüssen sehr widerstandsfähig und innerhalb eines weiten Temperaturbereiches mechanisch fest sein,,

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Weitere Aufgaben der Erfindung sind Verfahren und Vorrichtungen, durch die leitende Kupferfolienteile auf die Oberfläche von Platten aus dielektrischen Materialien, die erfindungsgemäß hergestellt wurden, aufgebracht werden können.

Bei der Verwendung von Polyphenylenoxyd zur Herstellung von Platten aus dielektrischem Material werden die oben genannten Vorteile erzielt. Das erfindungsgemäß verwendete Polyphenylenoxyd besitzt nicht nur aufriedenstellende elektrische Eigenschaften, sondern weist^ eine chemische Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxydation und dem Einfluß der meisten Chemikalien auf und behält seine hohe mechanische Festigkeit innerhalb eines weiten Temperaturbereiches bei. LIderraschenderweise wurde gefunden, daß es durch relativ einfache Verfahren trotz der vergleichsweise chemischen Trägheit des Polyphenylenoxyds ermöglicht wird, eine Kupferfolie auf die Oberfläche der dielektrischen Platten aus Polyphenylenoxyd aufzubringen. Dabei wird die Oberfläche einer Kupferfolie bis zum schwärzen Kupferoxyd oxydiert und dann eine solche Oberfläche bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck auf die Polyphenylenoxydschicht gelegt, wobei sich eine feste Bindung ausbildete

Ein Polyphenylenoxyd, das erfindungsgemäß sehr.gut geeignet ist, besitzt folgende allgemeine Formel:

10 9 81?/136 0

Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäß hergestellten Schaltkreisträgers 1. Dieser Träger 1 besteht aus einer imaallgemeinen flachen Platte aus dielektrischem Material 2, auf dessen Oberflächen sich dünne Schichten aus einer Kupfer*· folie 5 befinden. Das dielektrische Material 2 besteht aus Polyphenylenoxyd.

Beispiel 1

Aus Polyphenylenoxyd hergestellte Formkörner wurden in eine erhitzte form einer Dimension von 15 x 15 x 2,5 cm gegeben; diese wurde geschlossen, ohne daß dabei auf die Polyphenylenoxydkörnchen ein Druck ausgeübt wurde, und dann etwa 18 Minuten auf 260⁰C erhitzt. Danach wurde bei der gleichen Temperatur der Druck auf der Form auf 28 kg/cm erhöht und.20 Minuten aufrechterhalten, wonach die Form mit Kühlwasser gekühlt wufde. Nachdem die Form bis auf Zimmertemperatur abgekühlt war, wurde der Druck aufgehoben, die Form geöffnet und eine flache Pla&te des Materials von 0,32 cm Dicke aus der Form entnommen·

ψ Diese 0,32 cm dicke Platte aus Polyphenylenoxyd wurde dann auf ihre Eigenschaften hin untersucht-&&& gefunden wurde:

Eigenschaften ASTM-Versuch Durchschnittswerte

Wärmeverformungstemperatur

(18,5 kg/cm^z Belastung) D 648 193 C

Versprödungspunkt bei nied-

riger Temperatur -170 C

Linearer Ausdehnungskoeffizient D 696 520 000 cm/cm/°G

Zugfestigkeit (22,8⁰C) D 638 735 kg/cm²

Zugfestigkeit (125°C> D 638 420 kg/en²

Spannungsmodul (22,8⁰C) D 638 27 300 kg/cm²

Spannungsmodul (125°0) D 638 24 500 kg/cm²

Kriechstrecke (10 000 Stunden

bei 210 kg/cm² bei 22,8⁰C) D 674 1,0 $

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Eigenschaften

ASIM-Yersuch

Durchschnittswerte

Biegemodul (22,8°C][

Dielektrische \7iderstandsfähigkeit

Spezifischer widerstand Dielektrizitätskonstante

D 790

D 149 D 257 D1531

26 600 kg/cm^£

197 000 Y/cm ¹

2,55

3eispiel 2

line 15 x 15 cm große Platte wurde wie in Beispiel 1 hergestellt und us dieser ein öchaltkreisträger durch das Aufbringen einer Kupfer-)lie auf beiden Seiten des dielektrischen Materials angefertigt. Es irde Kupferblech von etwa 0,0075 cm Dicke verwendet, das an einer ite bis zum schwarzen Kupferoxyd oxydiert wurde, nachdem es in konantrierter Salpetersäure sorgfältig gereinigt worden war. Dann wurde ,ie Kupferfolie in 15 x 15 cm große quadratische Stücke geschnitten, von denen je ein Stück auf ^ede Seite des dielektrischen Materials mit der Kupferoxydseite nach innen gelegt wurde.

ese Schichtstruktur wurde dann in einer Form auf 260 C erhitzt und

nem Druck von etwa 28 kg/cm ausgesetzt. Mach einer Zeitdauer von wa 10 Hinuten wurde die \7ärmezufuhr unterbrochen und Kühlwasser um _e Form geführt, Etwa 5 Minuten später wurde der Druck aufgehoben, e Form geöffnet und der Schaltkreisträger herausgenommen.

e mit dem Kupfer überzogene dielektrische Platte aus Polyphenylenyd wurde untersucht und gefunden, daß das Kupferblech auf beiden it en fest verbunden war. Dieser Versuch wurde mehrmals wiederholt,

jbei der Druck zwischen etwa 17,5 bis 52,5 kg/cm und die Temperatur Ischen etwa 204 bis 316 C variiert wurde. Ss wurde gefunden, daß ? Haftfestigkeit der Kupferfolie auf dem Polyphenylenoxyd zwischen -a 53 bis etwa 356 kg/m schwankte. Der Grad der Haftung reichte für B 3chalt>reisträger und Ilochfrequenzleiter volücoinmen aus.

BAD ORIGINAL

Claims

Patent ans prüche

1. Elektrische Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein leitendes Teil auf eine? Polyphenylenoxydschicht festhaftend aufgebracht ist»

2ο Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
leitende Teil aus Zupfer besteht.

3ο Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Schicht aus Kupferfolie zumindest auf einen Teil der Oberfläche der Polyphenylenoxydschicht festhaftend aufgebracht isto

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Verwendung als Hochfrequenzleiter, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiterpaar, vorzugsweise aus Kup—

mit
fer, mittels eines Trägerteils v&er/nledriger Dielektrizitflt aus

Polyphenylenoxyd voneinander getrennt gehalten wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter des Leiterpaares sich parallel voneinander befinden,.

6. Vorrichtung nach Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß daß Polyphenylenoxyd die allgemeine Formel

-H

besitzt,

Verfahren zur Herstellung der elektrischen Vorrichtung nach Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polyphenyl enoxydplatte hergestellt und zumindestens ein leitende*s Teil auf mindestens einen Teil der Oberfläche der Plaite angebracht wird ρ

8ο Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche einer Kupferfolie bis zum Kupferoxyd oxydiert, die Polyphenylenoxydplatte mit der oxydierten Oberfläche in Berührung gebracht und die Kupferfolie gegen die Polyphenylenoxydplatte bei erhöhter Temperatur gepreßt wirdo

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen bei einer Temperatur zwischen etwa 204 bis 316 C, vorzugsweise etwa 149 bis etwa 316 C und bei einem Druck zwischen etwa 17»5

ρ Ο

bis 52,5 kg/cm , vorzugsweise etwa 17»5 bis 49 kg/cm durchgeführt wirdo

Der Patentanwalt:

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