DE2155764A1

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Publication number: DE2155764A1
Application number: DE19712155764
Authority: DE
Priority date: 1970-11-11
Filing date: 1971-11-10
Publication date: 1972-05-31
Also published as: GB1364755A; NL7016489A; SE417071B; BE775062A; FR2113905A1; FI52706C; SE7502184L; DE2155764B2; DE2166448C3; SE390228B; DE2166448B2; DD94897A5; DD104868A5; FR2113905B1; DE2166448A1; DD106595A5; DK133120C; SU451258A3; NO130869C; NL143717B

Description

PATENTANWÄLTE.

DR.-1NG. VON KREISLER OIL-JNG. SCHΌNWALD DJL-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHE-M. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH

DIPL.-ING. SELTING
KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

₃ den 9. November 1971 Ke/Ki

Konirikllgke Papierfabrieken Van Gelder Zonen Έ.Ύ., Pamassusweg 126,, Amsterdam (Miederlande)

Armierter Kunststoffträger für gedruckte Schaltungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Glasfaservlies für Isolierplatten sowie auf eine glasfaservliesarmierte Kunststoffisolierplatte für gedruckte Schaltungen; Kunststoffisolierplatten dieser Art sind bereits in einer Abhandlung von Benzinger in "Tappi" 4£, No. 10, Seite 460, beschrieben worden.

Gedruckte Schaltungen finden neuerdings immer mehr Eingang. Sie werden im allgemeinen aus metallüberzogenen, meistens kupferüberzogenen Kunststoffmaterialien hergestellt, indem ein Teil der Metallkaschierung entfernt wird. Das verbleibende Metall stellt dann die gedruckte Schaltung dar. Von den zahlreichen Verfahrensschritten, die zur Herstellung einer solchen gedruckten Schaltung erforderlich sind, hat man den verschiedenen möglichen Behandlungen der Metallüberzugsschicht bisher die bei weitem größte Aufmerksamkeit, geschenkt. Dem Kunststoffträger hingegen wurde bisher verhältnismäßig wenig Literatur gewidmet.

Trotzdem hat dieser Kunststoffträger für die zu erzielende Qualität and Zuverlässigkeit des Ganzen hervorragenden Belang. Auch an dienen Träger sind mithin hohe Forderungen

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zu stellen. In erster Linie soll er ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften besitzen, d.h. beispielsweise möglichst geringe elektrische Leitfähigkeit haben; zweitens werden besonders gute Dimensionsstabilität und drittens größte Steifigkeit gefordert.

Der letzten Forderung wegen haben sich Träger aus reinem Kunststoff nicht bewährt, und man hat deshalb schon früh zu armierten Kunststoffen gegriffen. Meistens wird als Armierungswerkstoff Papier angewendet, während für bestimmte Zwecke auch Glasgewebe benutzt worden sind. Mit papierarmierten Kunststoffen jedoch werden im allgemeinen nicht die bei erhöhten Temperaturen gewünschten Steifigkeits- und Stabilitätswerte erreicht, während Glasgewebe nicht nur besonders teuer ist, sondern auch Schwierigkeiten beim Auftragen des eigentlichen Kunststoffes bzw. beim Imprägnieren mit diesem sowie bei der Weiterverarbeitung mit sich bringt.

Man hat daher bereits nach anderen Armierungsmaterialien als Ersatz für Papier oder Glasgewebe gesucht, und beispielsweise wird hierfür nicht gewebtes Glasfaservlies in der oben genannten Veröffentlichung von Benzinger ausführlich behandelt. Diese Glasfaservliese können in analoger Weise wie Papier auf nassem Wege auf Papiermaschinen hergeste11t werden; vor Papier selbst haben sie den Vorteil, daß sie besser isolieren \md bei erhöhten Temperaturen eine höhere Dimensionsstabilität aufweisen, vor Glasgeweben haben diese ungewebten Vliese den Vorteil, daß sie wesentlich preiswerter sind und sich mit Kunst-stoff besser imprägnieren lassen. Wie Benzinger weiter angibt, wird das Glasfaservliesmaterial vorzugsweise mit einem Epoxydharz imprägniert und das Ganze unter Druck erhitzt und dabei zu einem steifen Material gehärtet. Diese Kombination von ungowebtem Glasfaservlies und Epoxydharz entsprach den

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— "5 ~

NEMA-Forderungen in bezug auf FR~3 Laminate ganz zufriedenstellend, denen für G-IO Laminate jedoch überhaupt nicht.

Bei der Herstellung von Glasfaservliesen sowohl auf nassem Wege als auch auf trockenem Wege muß ein Bindemittel verwendet werden, weil die Fasern des Vlieses sonst ungenügenden Zusammenhang aufweisen, so daß das Vlies bei der Verarbeitung mit den Epoxyd- oder anderen Harzen auseinanderfallen würde. Als Bindemittel werden für gewöhnlich die verschiedensten Latices von beispielsweise Butadienmischpolymerisaten, Polyesterharzen, Melamin- oder Phenolformaldehydkondensaten oder Polyvinylacetat verwendet. Es fällt auf, daß Benzinger über die Verwendung eines solchen Bindemittels überhaupt nichts aussagt.

Es wurde nun gefunden, daß die Wahl des Bindemittels die Fähigkeit der damit hergestellten Faservliese, nach Imprägnierung mit einem Epoxydharz zu befriedigenden Trägermaterialien für gedruckte Schaltungen verarbeitet werden zu können, entscheidend beeinflußt. Bei Verwendung der oben genannten herkömmlichen Bindemittel zeigte sieh nämlich, daß entweder die Behandlung mit dem Epoxydharz das Vlies auseinanderfallen ließ, oder aber daß das erhaltene Material unzulängliche dielektrische Eigenschaften hatte. Hingegen bewährte sieh erfindungsgemäß ein unUbliches Bindemittel, und zwar ein aus Polyvinylalkohol hergestelltes Pulver oder eine Polyvinylalkoholsuspension, sofern ein Verseifungsgrad von 98 bis 100 % und eine Viskosität in %#iger wäßriger Lösung bei 20°C von 20 bis 100 eP eingehalten wurden, überraschenderweise besonders gut. Dieses Resultat war auch deshalb so überraschend, weil Polyvinylalkohol nun gerade nicht als ein Material mit guten dielektrischen Eigenschaften gilt. Außerdem weichen die wiedergegebenen Werte deutlich von denen der handelsüblichsten Polyvinylalkohole, die einen Verseifungsgrad von 88 bis 90 % und eine Viskosität von 4 bis 5 cP haben, ab.

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Bei der Herstellung der ungewebten Glasfaservliesegemäß der Erfindung wird von einem Handel »produkt in Form von aus Ε-Glas hergestellten Glasfasern in einer Stärke von 5 bis 15 u und einer Länge von 5 bis ^Q mm, die vorzugsweise, wit einem SiIan überzogen sind, ausgegangen. Diese Pasern werden mit dem Bindemittel In Wasser zn einer 0,005 bis Q,G5Siigea Suspension dispergiert und in dieser Form auf einer Faservliesmaschine durch Entwässerung zu einem ungewebten Glasfaservlies verarbeitet. Die hierfür brauchbaren Maschinen sind längst bekannt, und zwar sind beispielsweise Päplermäschinen, "Rotoformers" usw. für diesen Zweck besonders geeignet.

Das Bindemittel, das zweckmäßig in einer Menge von 5 bis ···"* 25 %, bezogen auf die Glasfasern, verwendet wirä,' ist wie gesagt ein Polyvinylalkohol, wobei jedoch bei weitem nicht jeder Polyvinylalkohol geeignet ist. Wesentliche Forderungen sind, daß der Verseifungsgrad 98 bis 100 % beträgt und die Viskosität in 4#iger wäßriger Lösung bei 20⁰C zwischen 20 und 100 cP liegt. Weiter hat sich gezeigt, daß die Teilchengröße des verwendeten Polyvinylalkohols in Trockenform zweckmäßig zwischen 50 und I80 η und der Quellgrad bei 20⁰C vorzugsweise zwischen 3 und 8 liegen. Unter diesem Quellgrad wird das Mehrfache des Eigentrockengewichts der Polyvinylalkoholkörner verstanden, das sie an Wasser festhalten, wenn sie im 20-fachen Überschuß an Wasser suspendiert, werden und die Suspension 15 Minuten später abgesaugt wird.

Die bindemlttelhaltigen Glasfaservliese haben beim Verlassen der eigentlichen Faservliesmaschine, mithin nach der Entwässerung, meistens einen Trockenstoffgehalt von 10 bis 50 %. Dieses nasse Gut wird sodann auf vorzugsweise 85° bis 100⁰C erwärmt,Dabei gehen die Polyvinylalkoholkörner in

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ihrem eigenen Quellwasser in Lösung und häufen sich ablagernd an den KreiEungspunkten der Pasern an. Damit diesel' Prozeß möglichst wirksam verläuft, empfiehlt es sich, während des Erwärmens nicht zu viel'Wasser verdunsten zu lassen. Am besten ist mithin ein Erwärmen mittels IR-Strahler, obgleich sich auch andere Systeme anwenden lassen. Die Temperatur wird dann weiter erhöht und das Wasser beispielsweise unter Durchblasen von Heißluft verdampft.. Durch die hierbei auftretende Dehydratisierung des Polyvinylalkohols wird dieser gehärtet und feuchtigkeitsunempfindlich gemacht. Nach diesem Trocknen hat das Vlies ausreichenden Zusammenhang erhalten, um aufgewickelt werden zu können. Glasvliese mit einem Gewicht von JO TdIs 200 g/m sind zu bevorzugen»

Das so erhaltene Glasfaservlies kann daraufhin in an sich bekannter Weise zu einer Isolierplatte oder einer Trägerplatte für eine gedruckte Schaltung verarbeitet werden, indem das Vlies mit der Lösung eines thermohärtenden Kunststoffes in einem Lösungsmittel imprägniert wird. Als thermohärtende Kunststoffe können Phenolformaldehyd-, Polyestersilikon- und Kohlenwasserstoffharze, jedoch vorzugsweise Epoxydharze verwendet werden. Die Wahl des Lösungsmittels ist von dem verwendeten Harz abhängig, bei Epoxydharzen verwendet man vorzugsweise Aceton. Der Kunstharzlösung können weiterhin die üblichen Härtungsmittel und Beschleuniger zugegeben sein. Die Harzaufnahme des Glasfaservlieses läßt sich aufs genaueste regulieren. Eine Harzaufnahme bis zum Zehnfachen des Vliesgewichtes an Harzlösung ist möglich (bei Glasgeweben nicht mehr als das Ein- bis Zweifache), worauf durch Abquetschen das Verhältnis Glas:Harz nachreguliert werden kann. Das harzimprägnierte Vlies wird dann zu Folien geschnitten, die in Mengen von beispielsweise 4 bis 30 Folien überelnandergelegt und in einer Presse unter hohem Druck und bei hoher Temperatur zu Platten verpreßt wer-

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den, wobei erwünschtenfalls zum Beispiel an den Außenseiten auch Folien aus imprägniertem Glasgewebe angeordnet werden können.

Die so erhaltenen Isolierplatten sind besonders geeignet, um nach üblichen Verfahren mit einer Metallfolie versehen und zu einer gedruckten Schaltung verarbeitet zu werden, da die Platten allen Anforderungen hinsichtlich Steifigkeit, Dimensionsstabilität und dielektrischen Eigenschaften in " besonderem Umfang genügen. Sie haben gegenüber Platten mit Glasgeweben als Armierungsmaterial außerdem den Vorteil, daß sie besser durch Stanzen und Bohren bearbeitet werden können.

Beispiel 1

100 g Ε-Glasfasern in einer Länge von 6 mm und einer Stärke von 10 + 0,5 W, versehen mit einem 0,7#igen Silanüberzug, wurden im Laufe von 30 Minuten in 20 1 Wasser dispergiert; dann wurden unter Rühren 15 g trockenes Polyvinylalkoholpul- < ver zugegeben. Dieses Pulver hatte einen Verseifungsgrad von 99,5 % und eine Viskosität von 30 cP (4 % in V/asser ) von 20°C)j 95 % des Pulvers hatten eine Teilchengröße zwischen 50 und l80 u und der Quellgrad betrug 4. Die erhaltene Suspension wurde unter Rühren mit Wasser auf 200 1 verdünnt und daraus wurden auf einer Laborblattformmaschine Probefolien von 50 + 2 g/m hergestellt. Die feuchten Folien wurden 10 Minuten mit Infrarotstrahlen auf 90⁰C erwärmt und dann bei einer Endtemperatur von l80°C getrocknet. Anschliessend wurden Bruchfestigkeit und Bindemittelretention der so erhaltenen Faservliese bestimmt sowie die Leitfähigkeit des Wassers, in dem sie während 24 Stunden bei 20°C aufbewahrt worden waren. ■ ,

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Bruchfestigkeit 12,6 kp/5 cm

Bindern!ttelretention 95 %

Leitfähigkeit 2Ou S/cm

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß ein Polyvinylalkoholpulver vom Verseifungsgrad 95 % benutzt wurde. Die Werte für die Teilchengröße, den Quellgrad und die Viskosität wichen nicht vom denen nach Beispiel 1 ab. Die am Vlies gemessenen Werte betrugen:

Bruchfestigkeit 7»5 kp/5 cm Bindemitteiretention 6l %

Leitfähigkeit 20 u S/cm

Beispiel 5

Beispiel 1 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß ein Polyvinylalkholpulver mit einer Viskosität von 5 cP verwendet wurde. Die am Vlies gemessenen Vierte betrugen:

Bruchfestigkeit 6,2 kp/5 cm Bindemittelretention '54 %

Leitfähigkeit 20 u S/cm

Beispiel 4

Beispiel 1 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß ein Polyvinylalkoholpulver mit einer Viskosität von 125 cP verwendet wurde. Die am Vlies gemessenen Werte betrugen:

Bruchfestigkeit 9,8 kp/5 cm Bindemittelretention 96 % Leitfähigkeit 20 u S/cm

Beispiel 5

Beispiel 1 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß der gleiche Polyvinylalkohol, aber nicht in Form eines Pulvers

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oder einer Suspension, sondern in Form einer wäßrigen 5$agen Lösung zugegeben wurde. Die. am Vlies gemessenen Werte betrugen:

Bruchfestigkeit 13,5 kp/5 cm Bindemittelretention 100 % Leitfähigkeit 68 η S/cm

Aus den Beispielen 2 bis 5 geht hervor, daß abweichende Viskositäten und Verseifungsgrade zu einem ungenügend festen Material führen und daß die Verwendung eines gelösten Polyvinylalkohols den Wert der Leitfähigkeit zu hoch ansteigen läßt. Außerdem wurden bei Übertragung der Methoden der Beispiele 2 bis 5 in den technischen Maßstab Schwierigkeiten durch Schaumbildung beobachtet, die die Homogenität des Vlieses erheblich beeinflußten. Bei Verwendung eines Polyvinylalkohols mit abweichenden Werten für Teilchengröße und Quellwert kann sich übrigens ebenfalls etwas Schaum bilden und das Bindemittel weniger gut und homogen über das Vlies verteilt werden.

Beispiel 6

Beispiel 1 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß statt des Polyvinylalkoholpulvers eine 5$ige Polyvinylacetatmischpolymerdispersion verwendet und ca. 13 g davon auf 100 g Glasfasern aufgetragen wurden. Die am Vlies gemessenen Werte betrugen:

Bruchfestigkeit 13,2 kp/5 cm Bindemittelretention 100 % Leitfähigkeit 39 μ S/cm

Diese Resultate erscheinen zwar ziemlich günstig, doch wurde festgestp] ] t, daß die ICaßfestigkeit in Aceton nur 1,0 kp/5 cm botruß. Da aber Aceton dar. zweckmäßigste Lösungsmittel für dan vorzugsweise verwendete ΙΙ.ίγζ darstellt, ist diener IJachteJ] von entscheidender Bedmji üng. Die Haftfestigkeit in /W;ton eines nach Bei spiel .1 hergestellten 209823/ 1 1 5Λ

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Vlieses dagegen betrug nicht weniger als 12,0 kp/5 cm. Außerdem erwies sich ein mit Polyvinylacetat gebundenes Faservlies als besonders temperaturempfindlich.

Beispiel 7

Ein nach Beispiel 1 hergestelltes Vlies wurde mit der Acetonlösung eines Epoxydharzes unter Verwendung eines Diamins als Härter und von BP, als Beschleuniger imprägniert. Dieses Vlies nahm das Fünffache seines Eigengewichts an Imprägnierflüssigkeit auf und wurde anschliensend 10 Minuten mit Luft von 150° bis l60°C getrocknet. Auf diese Weise wurde ein klebfreies epoxydharzimprägniertes Glasfaservlies, erhalten.

20 Folien aus diesem Vlies wurden aufeinander gelegt und zusammengepreßt, und zwar 10 Minuten bei 150⁰C unter einem Druck von 10 kp/cm und dann 2 Stunden bei 170 C unter einem Druck von 75 kp/cm .

Das so erhaltene Laminat war 1,5 mm stark. Seine Biegefestigkeit (DIN 7755) betrug 3000 kp/cm und war somit nur um einen Bruchteil niedriger als bei einem G-10-Laminat (35OO kp/cm ). Die dielektrischen Eigenschaften des Laminats entsprachen völlig der DIN-Norm für ein G-10-Laminat.

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Claims

Π55764

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Patentansprüche

1·) Verfahren zur Herstellung eines Glasfaservlieses für Isolierplatten durch Suspendieren von Glasfasern (E-GIav.) mit einer Länge von 5 bis J50 mm und einer Stärke von 5 bis 15 u mit einem Bindemittel in Wasser-, Entwässern dieser Suspension auf einer Faservliesmaschine unter Bildung eines ungewebten Vlieses, das unter Erhitzen getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel ein Polyvinylalkoholpulver oder eine Polyvinylalkoholsuspension vom Verseifungsgrad 98 bis 100 % und von einer Viskosität von 20 bis 100 cP, gemessen in 4#iger Lösung in Wasser von 20⁰C, verwendet.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Polyvinylalkohol mit einem Quellgrad zwischen J5 und 8 bei 20°C verwendet.
J5.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polyvinylalkoholpulver in Trockenform mit einer Teilchengröße zwischen 50 und I80 u verwendet.
4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Polyvinylalkohol in einer Menge von 5 bis Gew.%, bezogen auf die Glasfasern, verwendet.

5·) Verwendung eines Glasfaservlieses nach Anspruch 1 bis 4 zur Gewinnung von Isolierplatten, insbesondere für gedruckte Schaltungen, durch Imprägnieren des Vlieser, mit der Lösung eines thermohärtenden Kunststoffes, vorzugsweise eines Epoxydharzes,.Verdampfen des Lösungsmittels, Übereinanderschi chten von 4" bis J>0 dieser imprägnierten Vliese und Zusammenpressen bei erhöhten Temperaturen zu einem Laminat.

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