DE2031132B2

DE2031132B2 - Metallkaschiertes lötbeständiges Basismaterial für gedruckte Schaltungen

Info

Publication number: DE2031132B2
Application number: DE19702031132
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. 3500 Kassel Fasbender; Kurt Dipl.-Ing. 3450 Holzminden Schoen
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-06-24
Filing date: 1970-06-24
Publication date: 1974-08-22
Also published as: DE2031132A1

Description

Die voiliegende Erfindung bezieht sich auf ein metallkaschiertes Basismaterial, das vorzugsweise für flexible gedruckte Schaltungen Verwendung finden kann.

Es ist bekannt, für flexible Schaltungen Kunststofffolien, wie z. B. Polyesterfolie oder Polyimidfolie, als Isoliermaterial zu verwenden. Bekanntlich werden bei der Herstellung von flexiblen gedruckten Schaltungen an das Basismaterial besondere Anforderungen bezüglich Flexibilität bzw. Knickbarkeit, Lötbeständigkeit, Chemikalien- und Lösungsmittelbeständigkeit gestellt, wobei gute elektrische und mechanische Eigenschaftswerte vorausgesetzt werden. Die Forderung der Geschmeidigkeit und Flexibilität kann von den genannten Kunststoffolientypen befriedigend erfüllt werden, ebenso wie die Forderung guter Lösungsmittelbeständigkeit. Dagegen ist bei Polyesterfolie die Lötbeständigkeit bei den üblichen Löttemperaturen um 250°C und der erforderlichen Verweilzeit von einigen Sekunden kaum ausreichend, so daß Schaltungen, die auf kupferkaschierter Polyesterfolie hergestellt werden, im allgemeinen mit ausreichender Sicherheit nur durch Klemmen mit elektrischen Bauteilen verbunden werden können. Polyimidfolie ist zwar gut lötbar, jedoch relativ feuchtigkeitsempfindlich und zudem sehr kostspielig. Dadurch scheidet sie für eine Reihe von Anwendungen aus. Nachteilig wirkt sich ferner bei kupferkaschierten Kunststoffolien auch die zum Verbund notwendige Zwischenschicht aus einem geeigneten Kleber aus, die in ihren elektrischen Eigenschaftswerten nicht mit der Folie übereinstimmt und somit zu einem heterogenen Dielektrikum führt, zumal eine Kleberfilmstärke von 10 bis 30 (im bei flexiblem Basismaterial in einer Stärke von SO bis 120 (im nicht mehr vernachlässigt werden kann.

Die Forderung nach ausreichender Lötbeständigkeit wurde auch zu erfüllen versucht durch Verwendung von feinem Glasseidengewebe als Trägermaterial, das mit einem temperaturbeständigen, aber zugleich geschmeidigen Bindemittel, z. B. auf Epoxydharzbasis, imprägniert ist. Derartige Kombinationen sind bei entsprechender Auswahl eines duroplastischcn Bindemittelsystems recht gut lötbar, erfüllen aber die Forderung nach Geschmeidigkeit und Knickbarkeit in der Regel nur dann, wenn nennenswerte Mengen an Flexibilisator, z. B. Nitrilkautschuk, beigemengt werden. Dadurch werden jedoch die Chemikalien- und Lösungsmittelbeständigkeit des Harzsystems so weit herabgesetzt, daß die Herstellung von gedruckten Schaltungen nur unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen möglich wird.

Man könnte daran denken, an Stelle eines Glasseidengewebes ein Glasfaservlies zu verwenden, um eine höhere Geschmeidigkeit für den Trägerkörper zu

ίο erzielen. Versuche haben jedoch ergeben, daß derartiges anorganisches Fasermaterial in Vliesform einen zu spröden Trägerkörper und somit keine Vorteile ergibt. Ausschlaggebend scheint hierbei die zu geringe mechanische Festigkeit des Glasfaservlieses bei Biegebeanspruchung zu sein. Die Verwendung eines imprägnierten Papiers als Trägermaterial für flexible Schaltungen führt in ähnlicher Weise zu sehr spröden und mechanisch wenig beansprjchbaren Produkten, abgesehen davon, daß bei der Imprägnierung von Papier in Folge

ao der zu erzielenden elektrischen Eigenschaften die notwendige Doppelimprägnierung imprägniertechnisch recht aufwendig ist.

Es war ferner bekannt, für gedruckte Schaltungen ein Basismaterial aus synthetischen Fasern zu verwenden. Derartige synthetische Fasern wurden bisher für Basismaterial in Form von Geweben eingesetzt, nicht aber als Vliesmaterial. Synthetische Fasern, wie z. B. aus Stapelfasern auf Polyamidbasis, sind zur Herstellung eines Basismaterials unter Verwendung eines Gewebes bekannt, ein derartiges Gewebe birgt wegen seines anisotropen Aufbaues bezüglich des Kett- und Schußfadenmaterials in sich die Gefahr von Verwerfungen bei Temperatureinfluß und zeigt die bekannten Schwierigkeiten beim Bohren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ausreichend flexibles Basismaterial für gedruckte Schaltungen zu erhalten, das gleichzeitig auch den Anforderungen hinsichtlich der thermischen Beständigkeit, insbesondere der Lötbadbeständigkeit sowie der Lösungsmittel- und Chemikalienbeständigkeit, gerecht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Bei der thermischen Verfestigung der Wirrfasern untereinander kann ein zusätzlicher Binder zur Fixierung der Fasern untereinander entfallen. Ein derartiger Aufbau des Vlieses ermöglicht es, die Lötbadbeständigkeit wesentlich heraufzusetzen, da die üblichen für diesen Zweck eingesetzten Binder, die nur eine begrenzte thermische Beständigkeit aufweisen, entfallen können.

Darüber hinaus wird bei dieser thermischen Verfestigung die einzelne Faser in einen Zustand überführt, daß bei späterer Lötbehandlung ein Schrumpfvorgang weitgehend vermieden wird.

Es war zwar schon bekannt, thermoplastisch verschweißte Vliesstoffe für die Herstellung von Isolierbändern zu verwenden, doch hatte man noch nicht erkannt, daß durch die Verwendung dieser thermisch verfestigten Vliesstoffe ein Basismaterial mit verbesserten Eigenschaften hergestellt werden kann. In diesem Vlies sind die Wirrfasern nicht papiertechnologisch mit einem Binder, sondern nur thermisch miteinander verfestigt. Die Dehnung des Materials kann durch

eingebettete Längsfäden noch erhöht werden.

Als Material für die Wirrfasern können solche auf Basis von Polyestern, z. B. Polyäthylenterephthalat oder Poly-l.ö-Cyclohexylendimethylterephthaiat, oder

auf Basis von Polyacrylnitril, Polyamiden, Polyimiden oder aus Kombinationen aus diesen dienen.

Durch die Wahl eines geeigneten Bindemittelsystems und die Wahl eines geeigneten Bindemittelgehalts kann dem Vlies aus organischen Fasern, selbst wenn es an sich nicht lötbeständig ist, wie z. B. im Fall Polyäthylenterephthalat, ein »thermisches Korsett« gegeben werden, so daß die Kombination beider Komponenten lötfähig wird. Mit ausschlaggebend für eine ausreichende Lötbarkeit des Werkstoffes ist eine einwandfreie Imprägnierung des Vlieses in der Art, daß einerseits keine Lufteinschlüsse, andererseits keine Lösungsmittelrückstände vor der Kaschierung mit Kupferfolie im Vlies zurückbleiben.

Wie die Praxis gezeigt hat, bringt die Verwendung von Vliesmaterial gegenüber einer Folie eine Verbesserung in der Haftung mit der Metallkaschierung.

AuSerdem läßt sich dieses Material einwandfrei durch Stanzen mechanisch bearbeiten. In elektrischer und mechanischer Hinsicht wird ein weitgehend isotropes Material erhalten. Dies macht sich unter anderem in einer genaueren Fixierung der durch Bohren erzeugten Löcher für die Durchmetallisierung bemerkbar, da bekanntlich bei Verwendung von Gewebe als Trägermaterial ein Ausweichen des Bohrers beobachtet wird, wenn er auf die Kreuzungspunkte von Kett- und Schußfaden trifft.

Die Herstellung eines Verbundstoffes aus einer oder mehreren Lagen imprägnierten Polyesterviicses gescfiieht in der Art, daß zunächst das Vlies, von dem 3» mit Vorteil eine leichte und offene Qualität verwendet wird, mit dem temperaturbeständigen Imprägnierharz getränkt wird. Man benutzt als Imprägnierharz vorteilhaft ein niedrigviskoses Medium, um eine möglichst optimale Durchtränkung zu erzielen. Bei Mitverwendung von Lösungsmitteln sind möglichst niedrigsiedende Solventien wie z. B. Azeton, Butanon, Spiritus und ähnliches auszuwählen, die in einem sich an die Imprägnierung anschließenden Trocknungsprozeß rückstandfrei ausgetrieben werden können. Die Restmenge an flüchtigen Substanzen soll etwa §0,6% betragen.

Gleichzeitig mit diesem Trocknungsvorgang findet eine Gelierung des Tränkharzes statt, deren Grad auf die nachfolgende Art des Kaschiervorganges abgestimmt ist. Das mit dem härtbaren Tränkharz imprägnierte Polyestervlies wird dann, entweder in einer oder mehreren Lagen zusammengefaßt, mit der Kupferkaschierung versehen, die sowohl ein- als auch beidseitig aufgebracht werden kann. Hierzu kommen eine diskontinuierliche Herstellung in einem Preßverfahren, z. B. mittels Etagenpressen, oder eine kontinuierliche Herstellung, z. B. in einem Kalandrierverfahren, in Frage. Bei dem diskontinuierlichen Preßverfahren werden eine oder mehrere Lagen des imprägnierten Polyestervlieses mit einer oder zwei Lagen elektrolytisch abgeschiedener Kupferfolie, die in den üblichen Stärken von 20, 35, 70 μηι vorliegt, zusammengeschichtet und anschließend unter Anwendung von Druck und Temperatur zu einem Schichtpreßstoff verfestigt. Hierbei erhält man Tafeln begrenzten Formats. Beim Kalandrierverfahren wird die Kupferfolie mittel eines geheizten Kaschierwerkes, das sich bereits am Ende des Trocknungsschachtes der Tränkanlage befinden kann, in einem ununterbrochenen ^s Durchlaufverfahren auf das imprägnierte Polyestervlies aufgepreßt. Jn diesem Fall ist in der Regel eine Nachhärtung des ganzen Verbundstoffs durch Tempern erforderlich. Bei mehrlagigem sowie doppeiseitig kupferkaschiertem Material ist bei diesem Verfahren eine entsprechend häufige Wiederholung des Kaschierprozesses nötig, sofern nicht bereits vor dem Andrücken der Kupferfolie mehrere Bahnen des imprägnierten Polyestervlieses zusammengefaßt werden.

Anwendungsbeispiel:
Trägermaterial:

Vlies aus Polyäthylenterephthalat, thermisch verfestigt, mit längsgerichteter Faser etwa 30 g/m² schwer, 40 bis 50 μπι dick, in Längsrichtung mit etwa 40% Dehnung.

Bindemittel: Epoxydharzlösung, bestehend aus

100 Gewichtsteilen unmodifiziertes Epoxydharz vom Typ Bisphenol-A und einem Epoxydäquivalentgewicht von 180 bis 200

44 GewichtsteiJe aromatisches Diamin als Härter

0,5 Gewichtsteile BF₃-Addukt als Beschleuniger 20 Gewichtsteile Flexibilisator (Nitrilkautschuk)

gelöst in einem Gemisch aus Azeton/Butanon im Verhältnis I : 1 zu einer etwa 45 gewichtsprozentigen Lösung.

Der Bindemittelgehalt des imprägnierten Polyestervlieses foil in dieesm Fall mindestens 50% betragen.

Durch die Auswahl modifizierter, z. B. halogenierter, Epoxydharze, anderer Härter und anderer Flexibilisatoren sind Modifizierungen des Epoxydharz-Härtersystems, z. B. zwecks Erzielung flammwidriger Eigenschaften, möglich. Als Imprägnierharz können auch andere Harztypen wie z. B. Silikon, ungesättigte Polyester-, Bisdien- oder modifizierte Phenolharze Verwendung finden.

In dem angegebenen Anwendungsbeispiel werden bei einem Verbundstoff aus 35 μηι-Kupferfolie und einer Lage imprägnierten und gehärteten Polyestervlieses folgende Eigenschaftswerte erhalten:

Oberflächen widerstand IO¹³ Ohm
Spezifischer Durchgangswiderstand I0¹⁵Ohm · cm Dielektrizitätszahl im Frequenzbereich
100 Hz bis 100 kHz: = 4,0±0,4

Dielektrischer Verlustfaktor tan 5 bei

100 Hz 0,009

1 kHz 0,009

1OkHz 0,015

100 kHz 0,024

I MHz 0,035

— Vorstehende Werte beziehen sich auf den Anlieferungszustand. —

Nach 24stündiger Lagerung der Proben in destilliertem Wasser von 23⁰C ergeben sich folgende Werte:

Spezifischer Durchgangswiderstand 10^ls Ohm · cm Dielektrizitätszahl e_r — 4,5
tan<5 bei I kHz 0,010
tan δ bei 1 MHz 0,040

Sonstige Werte:

Haftfestigkeit der Kupferfolie > 3,6 kp/25 mm
Lötbadbeständigkeit bei 260⁰C >20 see

Tritest (2 min Tridampf 9O⁰C) keine Erweichung oder Blasen.

Die Metallkaschierung des mit einem härtbaren oder gehärteten Harz versehenen Basismaterials kann auch im an sich bekannten Additivverfahren erfoleen. wobei

die Metallisierung des Basismaterials in an sich bekannter Weise chemisch, d. h. stromlos oder galvanisch, hergestellt werden kann.

Das Bindemittel kann so ausgewählt werden, daß es sowohl beim Aufbringen und Aushärten des hierzu verwendeten Haftvermittlers als such beim Einbringen in stromlose oder galvanische Metallisierungsbäder nicht angegriffen wird und da bildung auftritt. Ferner kann ύ lieh katalysiert werden, so daß kannt ist, ein kernkatalysierte Hierin liegt ein weiterer Vortei über der Verwendung von Ku materialien.

Claims

Patentansprüche:

1. Metallkaschiertes Βε sismaterial für gedruckte Schaltungen aus einer Trägerschicht aus synthetischem organischem Fasermaterial, die mit einem härtbaren Harz als Bindemittel imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasermaterial ein Vlies aus thermisch verfestigten Wirrfasern verwendet ist.

2. Basismaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial die Metallkaschierung beidseitig trägt.

3. Basismaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel auf Basis eines Epoxydharzes aufgebaut ist.

4. Basismaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkaschierung aus einer stromlos oder galvanisch auf das Basismaterial aufgebrachten Schicht besteht.