DE3112437C1 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von metallkaschiertem Basismaterial für Leiterplatten - Google Patents

Description

• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von metallkaschiertem Basismaterial für die Leiterplattenfertigung zu vereinfachen und zu beschleunigen und damit im Zusammenhang den Raumbedarf und die Kosten der hierfür benötigten apparativen Einrichtungen zu verringern. Insbesondere soll auch hartes Basismaterial mit einer Dicke von über 1 mm vollkontinuierlich mit minimalem Energieeinsatz hergestellt werden.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man die Fasermaterialbahn(en) mit einem photohärtbaren Epoxydharz- oder ungesättigten Polyesterharzmaterial tränkt und die getränkte(n) Bahn(en) vor Eintritt in den Walzenspalt zur Teilhärtung ein- oder beidseitig mit aktinischem Licht bestrahlt. Es hat sich gezeigt, daß die mit dem photopolymerisierfähigen Epoxydharz (EP-Harz) bzw. ungesättigten Polyesterharz (UP-Harz) getränkten Fasermaterialbahnen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich schneller auf den für die Verbindung mit der Metallfolie oder der getränkten Bahnen untereinander erforderlichen richtigen Kondensationsgrad gebracht werden kann als bei der Trocknung in einer thermischen Trockenstrecke. Die getränkte Bahn kann bei Einsatz entsprechender UV-Strahler mit größerer Energiedichte beaufschlagt werden als bei Wärmeübergang von einem Warmluftstrom. Trotzdem ergibt sich keine Versprödung des Harzes, die einer Vereinigung der Bahnen untereinander und einer festen Bindung der Kupferfolie abträglich wäre. Es können daher auch entsprechend dickere Fasermaterialbahnen verarbeitet werden, wenn auf Grund ausreichender Porosität eine vollständige Imprägnierung möglich ist. Es wurde auch festgestellt, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren photogehärtete Harz/Fasermaterialbahn ohne Kleber im Walzenspalt mit der Metallfolie verbunden werden kann, wobei auch die für Hartmaterial wichtige Planität und geringe Rauhigkeit der Metallkaschierung erreicht wird. Die Aushärtung kann bei einseitiger Metallkaschierung ebenfalls durch UV-Bestrahlung von der unkaschierten Seite her oder aber thermisch erfolgen.
• Bei beidseitig kaschiertem Material kann die Aushärtung nur auf thermischem Wege durchgeführt werden.
• Als Fasermaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung können außer Glasfasergewebe und Papier auf Zellulosebasis auch Glasfaservlies, Kunstfaservlies, Kunstfaser- oder Baumwollgewebe, usw. dienen. Bevorzugt werden Glasfasergewebe und Papiere auf Zellulosebasis eingesetzt.
• Die erfindungsgemäß einsetzbaren photohärtbaren EP-Harzmaterialien enthalten Epoxyd-Verbindungen mit mehr als einer Epoxyd-Funktion je Molekül sowie wenigstens einer Photoinitiator. Darüber hinaus kann dieses Material neben den Epoxyd-Verbindungen noch andere Polymere, beispielsweise solche das Acrylat-und/oder Styroltyps enthalten. Das ungesättigte Polyesterharzmaterial enthält im wesentlichen neben ungestättigtem Polyester und ungesättigten Monomeren einen Photoinitiator und im Falle der thermischen Aushärtung einen radikalischen Initiator.
• Als aktinische Strahlungsquellen sind bevorzugt solche mit einer Strahlung in dem Bereich von 240 bis 540 nm, z. B. Quecksilber-Hochdruckdampflampen, jedoch auch Xenon- und Kohlebogenlampen, geeignet.
• An die Stelle dieser UV-Strahlungsquellen kann Elektronenstrahlung treten, wenn eine stärkere Durchdringung erforderlich ist, beispielsweise bei einer undurchsichtigen Harz/Fasermaterialbahn, oder wenn in Sonderfällen eine Bestrahlung durch eine Kupferfolie erfolgen soll. Die Bestrahlungszeiten liegen in dem Bereich von 1 bis 60 Sekunden. Sie hängen ab von dem jeweiligen Harzmaterial, der Menge des enthaltenen Photoinitiators, der Strahlungsquelle, dem Abstand der Strahlungsquelle von der getränkten Materialbahn und insbesondere von der Dicke der zu bestrahlenden Schicht. Im allgemeinen liegt die pro Bahn benötigte Strahlungsenergie in dem Bereich von 2 bis 10 J/cm2.
• Die Härtung setzt sich fort, wenn die Harz/Fasermaterialbahn den Einstrahlungsbereich passiert hat, wobei durch eine anschließende Temperaturerhöhung, beispielsweise beim Passieren des Walzenpaares, die Aushärtung beschleunigt wird.
• Die ein- oder beidseitig aufzukaschierende Kupferfolie hat eine Dicke in dem Bereich von 17 bis 125 um, insbesondere von 35 um. Bei speziellen Verfahren kann sich die Dicke auf bis zu 5 um reduzieren. Das Kupfer ist galvanisch hergestellt und hat im allgemeinen eine Reinheit von mindestens 99,5%.
• Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens führt man eine Mehrzahl von getränkten Fasermaterialbahnen konvergierend in dem Walzenspalt zusammen und bestrahlt die getränkten Bahnen durch in den Sektoren zwischen den Bahnen befindliche Strahlungsquellen. Auf diese Weise können entsprechend der gewünschten Stärke des Endmaterials und der Dicke der einzelnen Bahn z. B. 5 bis 9 Bahnen, insbesondere 7 Bahnen, zusammengeführt und im Walzenspalt vereinigt werden. Zweckmäßigerweise strahlt jede Strahlungsquelle die beiden den jeweiligen Sektor bildenden Bahnen an, so daß jede Bahn beidseitig bestrahlt wird. Das Walzenpaar, in dem die getränkten Bahnen zusammengeführt und -gepreßt werden, ist vorzugsweise zur Aushärtung des Harzes beheizt. Es können sich weitere beheizte Walzenpaare sowie für die Kalibrierung ein weiteres Walzenpaar anschließen.
• Nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens führt man eine erste getränkte Bahn mit einer Metallfolie in dem Spalt eines ersten Walzenpaares zusammen und vereinigt sie, führt dann die so kaschierte Bahn mit einer zweiten getränkten Bahn in dem Spalt eines zweiten Walzenpaares zusammen und vereinigt sie und addiert in dieser Weise eine solche Anzahl getränkter Bahnen, bis die gewünschte Dicke der Basismaterialbahn erreicht ist, wobei naturgemäß die Dickenreduktion bei der anschließenden Aushärtung unter Druck in Rechnung zu stellen ist. Auf diese Weise wird das Basismaterial in einer Mehrzahl von Walzenpaaren sukzessive aufgebaut Dabei bestrahlt man zweckmäßigerweise die neu hinzutretenden Bahnen durch jeweils zwischen den Bahnen befindliche Strahlungsquellen.
• Bei dieser Ausführungsform sind die Walzenpaare, in denen die neu hinzutretenden Bahnen mit der Hauptbahn vereinigt werden, zweckmäßigerweise unbeheizt, um zu vermeiden, daß die zuerst gebildete Seite der Basismaterialbahn länger als die zuletzt gebildete Seite beheizt wird und somit eine ungleichmäßige Durchhärtung eintritt. Die Aushärtung wird daher zweckmäßigerweise in wenigstens einem beheizten Walzenpaar, vorgenommen, nachdem die gesamte Basismaterialbahn aufgebaut ist.
• Vorzugsweise führt man mehrere aufeinander liegende Fasermaterialbahnen in das Tränkbad ein und zieht die Bahnen nach ihrer Vereinzelung getrennt aus dem Bad ab. Auf diese Weise kommt man mit einem relativ kleinen Badvolumen aus, und die Verweilzeit des Harzmaterials in dem Bad ist gering. Das Bad ist naturgemäß von den Strahlungsquellen abgeschirmt, wobei die Bahnen durch in der Abschirmung angeordnete, im wesentlichen strahlungsdichte Doppelrakel, Walzenpaare oder dergl. in den Bereich der Strahlungsquellen gezogen werden.
• Zweckmäßigerweise härtet man die kaschierte Materialbahn durch Erwärmung auf Temperaturen im Bereich von 100 bis 2000C aus. Diese Aushärtung der fertigen kaschierten Materialbahn erfolgt vorzugsweise durch Hindurchführen durch ein oder mehrere beheizte Walzenpaare. Zusätzlich können Wärmestrahler eingesetzt werden. Anschließend wickelt man eine ausgehärtete flexible Materialbahn auf, während man eine harte Materialbahn direkt auf die gewünschten Längen schneidet.
• Bei einer Ausführungsform des Verfahrens tränkt man die Fasermaterialbahn(en) mit einem photopolymerisierfähigen EP-Harz-Material, das einen Photoinitiator enthält. Als Photoinitiatoren können insbesondere lichtzersetzliche Komplexsalze, z. B. Onium-Salze, wie aromatische Jodonium-Komplexsalze und aromatische Sulfonium-Komplexsalze und aromatische Diazonium-Komplexsalze, -z. B. Benzoldiazoniumfluoborat, sowie os"B-ungeäsättigte N-Nitrosoamine dienen. Soweit die Photoinitiatoren nur auf UV-Bestrahlung ansprechen, können sie durch an sich bekannte Sensibilisatoren für den sichtbaren Bereich und den UV-nahen Bereich sensibilisiert wcrdei-i. Für Onium-Komplexsalze geeignete Sensibilisatoren sind beispielsweise aromatische Amine und kondensierte Aromaten. Selbstverständlich erstreckt sich die Erfindung auch auf EP- und UP-Harzmaterialien, die unter Benutzung entsprechender Sensibilisatoren im sichtbaren und UV-nahen Bereich photopolymerisiert werden.
• Bei der Tränkung der Fasermaterialbahn(en) mit einem photopolymerisierbaren ungesättigten Polyesterharzmaterial enthält dieses neben ungestättigtem Polyester und ungesättigtem Monomeren einen Photoinitiator und ggfs. einen radikalischen Initiator. Als Photoinitiatoren dienen insbesondere aromatischen Carbonyl-Verbindungen, wie Benzoin oder Benzoin-Derivate sowie Benzil oder Benzil-Derivate. Als radikalische Initiatoren dienen die als Härter bekannten und eingesetzten Peroxide, Perbenzoate, Peroktoate, z. B. Benzoylperoxid.
• Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur für die Herstellung von Basismaterial für starre Leiterplatten, sondern auch zur Herstellung von flexiblem Leiterbahnmaterial und auch für die Herstellung von Dünnschichtlaminat für Multilayermaterial.
• Dieses letztere Material besteht aus einer Trägerschicht von beispielsweise nur 0,1 mm Dicke, die beidseitig mit einer z. B. 5 um dicken Kupferfolie kaschiert ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dieses Grundmaterial für die Multilayer-Herstellung mit wesentlich geringeren herstellungsbedingten Mängeln, wie z. B.
• Knicken, Falten und dergl., als bei der herkömmlichen Herstellung von Hand gefertigt werden.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die für die Harz-Teilkondensation maßgebenden Faktoren, wie eingestrahlte Energiedichte, Schichtdicke des Harzes, Verweilzeit des Bandes im Strahlungsbereich, so aufeinander einzustellen, daß bei Eintritt in das Walzenpaar ein für die Vereinigung der getränkten Bahnen untereinander bzw. mit der Kupferfolie ausreichender Kondensationsgrad vorliegt. Im allgemeinen liegt dieser Kondensationsgrad in dem Bereich von 60 bis 95% der maximal möglichen Kondensation.
• Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von metallkaschiertem Basismaterial für Leiterplatten nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von Basismaterial für Leiterplatten nach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Fig. 1 zeigt einen Tank 1, in dem durch Stutzen 1a kontinuierlich oder intermittierend das photopolymerisierfähige Tränkharz zugeführt wird, mit dem der Tank ständig zu mehr als der Hälfte gefüllt ist. Durch einen Einlaufschlitz 1b werden fünf übereinander liegende Glasfasergewebebahnen 2 in den Tank 1 eingeführt, durch die Walzen 3 und 4 in das Tränkharz 5 geleitet und dann durch fünf in dem Harz 5 in horizontaler Ebene angeordnete, parallele Walzen 4a, 4b, 4c, 4d und 4e vereinzelt. Die vereinzelten Glasfasergewebebahnen 2a-2e werden aus dem Tank 1 durch strahlungsdichte Schlitze im Tankdeckel 1c durch ein beheiztes Walzenpaar 6 fächerförmig von den Walzen 4a-4e abgezogen. In den Sektoren zwischen den einzelnen getränkten Glasfasergewebenbahnen 2a- 2e sowie auf den Außenseiten der Bahnen 2a und 2e sind Quecksilber-Hochdruckdampflampen 7 fächerartig angeordnet, die sich in Laufrichtung der Bahnen 2a-2e erstrecken und die Bahnen beim Durchlaufen der Spalte mit einer für die Teilhärtung ausreichenden UV-Strahlungsmenge beidseitig bestrahlen. Zu beiden Seiten des Bahnenfächers 2a-2e wird dem Walzenpaar 6 je eine Kupferfolie 4a bzw. 4b zugeführt, so daß nach der thermischen Aushärtung hinter dem beheizten Walzenpaar 6 ein beidseitig kupferkaschiertes Basismaterial 9 vorliegt.
• Bei der in F i g. 2 dargestellten Einrichtung zur Herstellung von Basismaterial nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden zur Bezeichnung entsprechender Teile der Einrichtung die gleichen Bezugszahlen wie in F i g. 1 benutzt. Die Tränkeinrichtung 1-5 zur Herstellung der mit dem photopolymerisierfähigen Harz getränkten Glasfasergewebebahnen unterscheidet sich im wesentlichen nicht von der Einrichtung nach Fig. 1. Die Bahnen 2a-2e werden jedoch parallel zueinander aus dem Tank 1 abgezogen. Die Bahn 2a wird durch einen Spalt zwischen zwei Quecksilber-Hochdruckdampflampen 7 gezogen und dabei bestrahlt und anschließend in dem unbeheizten Walzenpaar 6a unter Druck mit der Kupferfolie 8a vereinigt. Das so gebildete Laminat wird in dem unbeheizten Walzenpaar 6b mit der harzgetränkten und ebenfalls UV-bestrahlten Glasfasergewebebahn 2b zusammengeführt und unter Druck vereinigt. Anschließend werden in gleicher Weise die weiteren harzgetränkten Glasfasergewebebahnen 2c-2e nach Bestrahlung durch die Lampen 7 mit dem schon gebildeten Laminat addiert, so daß sich insgesamt ein kaskadenartiger Aufbau der Basismaterialbahn ergibt. Nach der Addition der letzten Glasfasergewebebahn 2e in dem Walzenpaar 6e wird die Materialbahn durch das beheizte Walzenpaar 6 gezogen, dabei erwärmt und zu der fertigen, einseitig kupferkaschierten Basismaterialbahn 9 ausgehärtet. Die Bahn 9 kann auf der kupferfreien Seite mit einer abziehbaren Kunststoffolie, insbesondere einer Polyesterfolie, beschichtet werden (nicht dargestellt).
• Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, in denen das kaschierte Basismaterial durch fächerartige bzw. kaskadenartige Vereinigung von mehreren mit photopolymerisierfähigem Harz getränkten Fasermaterialbahnen gebildet wird. Es können mehr oder weniger als fünf Materialbahnen vereinigt werden.
• Insbesondere kann eine einzige hochporöse, jedoch wesentlich dickere Fasermaterialbahn durch UV-Bestrahlung soweit gehärtet werden, daß eine problemlose Vereinigung mit der K upferfolie möglich ist. In diesem Falle wird man mit photopolymerisierfähigen Harzmaterialien mit besonders hochwirksamen Photoinitiatoren arbeiten, die die Harzkondensation auch bei Bestrahlung einer dicken Schicht gewährleisten.
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Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von metallkaschiertem Basismaterial für Leiterplatten durch Tränken wenigstens einer Fasermaterialbahn mit einem Harz, Teilhärtung der Harz/Fasermaterialbahn(en), Aufbringen einer Metallfolie auf einer oder auf beiden Außenseiten der teilgehärteten Harz/Fasermaterialbahn(en) durch Zusammenführen und -pressen der Folie(n) und Bahn(en) in dem Spalt eines Walzenpaares und Aushärtung der so kaschierten Materialbahn, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß man die Fasermaterialbahn(en) mit einem photohärtbaren Epoxydharz- oder ungesättigten Polyesterharzmaterial tränkt und die getränkte(n) Bahn(en) vor Eintritt in den Walzenspalt zur Teilhärtung ein- oder beidseitig mit aktinischem Licht bestrahlt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrzahl von getränkten Bahnen konvergierend in dem Walzenspalt zusammenführt und die Bestrahlung durch in den Sektoren zwischen den Bahnen befindliche Strahlungsquellen erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine erste getränkte Bahn mit einer Metallfolie in dem Spalt eines ersten Walzenpaares zusammenführt und vereinigt, die so kaschierte Bahn mit einer zweiten getränkten Bahn in dem Spalt eines zweiten Walzenpaares zusammenführt und vereinigt und in dieser Weise eine solche Anzahl getränkter Bahnen addiert, bis die gewünschte Dicke der Basismaterialbahn erreicht ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die neu hinzutretenden Bahnen durch jeweils zwischen ihnen befindliche Strahlungsquellen bestrahlt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

   dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere aufeinanderliegende Fasermaterialbahnen in das Tränkbad einführt und die einzelnen Bahnen getrennt aus dem Bad abzieht.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die kaschierte Materialbahn durch Erwärmung auf Temperaturen in dem Bereich von 100 bis 2000 C aushärtet.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die kaschierte Materialbahn zur Aushärtung durch ein oder mehrere beheizte Walzenpaare führt.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man eine ausgehärtete flexible Materialbahn aufwickelt bzw. eine harte Materialbahn direkt ablängt.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasermaterialbahn(en) mit einem photopolymerisierfähigen Epoxydharzmaterial tränkt, das einen Photoinitiator enthält.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasermaterialbahn(en) mit einem photopolymerisierfähigen ungesättigten Polyesterharzmaterial tränkt, das neben ungesättigtem Polyester und ungesättigten Monomeren einen Photoinitiator und ggf. einen radikalischen Initiator enthält.

    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von metallkaschiertem Basismaterial für Leiterplatten durch Tränken wenigstens einer Fasermaterialbahn mit einem Harz, Teilhärtung der Harz/Fasermaterialbahn(en), Aufbringen einer Metallfolie auf eine oder auf beide Außenseiten der teilgehärteten Harz/Fasermaterialbahn(en) durch Zusammenführen und -pressen der Folie(n) und Bahn(en) in dem Spalt eines Walzenpaares und Aushärten der so kaschierten Materialbahn.

    Zur Herstellung von kupferkaschiertem Basismaterial für die Leiterplattenherstellung wird bisher eine Fasermaterialbahn, insbesondere aus Papier oder Glasfasergewebe, mit einer Harzlösung, insbesondere einer Phenolharz- bzw. Epoxydharzlösung, getränkt und dann in einer Trockenstrecke getrocknet, wobei das Lösungsmittel verdampft und das Harz auf einen bestimmten Kondensationsgrad gebracht wird, so daß es beim späteren Verpressen noch das gewünschte Fließverhalten zeigt. Die auf die gewünschten Formate zugeschnittenen getränkten Papiere bzw. Gewebe werden dann entsprechend der geforderten Stärke des Basismaterials in beispielsweise 7 bis 9 Bogen aufeinandergelegt, wobei zuunterst und/oder zuoberst eine Kupferfolie angeordnet wird. Dann wird eine größere Zahl der so verlegten Bogen und Folien bei Temperaturen von 130 bis 1800C und Preßdrücken von 70 bis 200 bar in diskontinuierlich arbeitenden Pressen gepreßt, wobei eine erneute Erweichung des Harzes unter dem Preßdruck und schließlich die vollständige Aushärtung und feste Verbindung zwischen Kupferfolie und Harzmaterial erfolgt.

    Diese Herstellung des Basismaterials ist aus mehreren Gründen nachteilig. Die Trockenstrecke für die Teilhärtung der getränkten Bahn hat eine Länge von etwa 20 bis 30 m, so daß die Anlage insgesamt einen beträchtlichen Raumbedarf in horizontaler oder vertikaler Richtung hat. Da zur Verdampfung und Abführung des Lösungsmittels in der Trockenstrecke mit Warmluft gearbeitet wird, ist die Trocknung mit einem beträchtlichen Energieverbrauch verbunden. Ferner sind der apparative Aufwand für die Rückgewinnung des Lösungsmittels sowie die Luftverunreinigung durch Lösungsmitteldämpfe zu beachten. Besonders unbefriedigend ist schließlich die Fertigung der Basismaterialplatten in den diskontinuierlich arbeitenden Pressen.

    Das Aufeinanderlegen der einzelnen Gewebebogen und Folien sowie das Ein- und Ausräumen der Presse erfordert viel Handarbeit, wobei ein sauberes und genaues Arbeiten nötig ist, um Mängel an der Kupferkaschierung des fertigen Materials zu vermeiden.

    Die Größe der Platten erfordert - sehr kräftige und demzufolge teuere Pressen; schließlich sind die Anheiz-und Abkühlzeiten beträchtlich, so daß einer preisgünstigen Herstellung des Basismaterials hier enge Grenzen gesetzt sind.

    Aus der US-PS 39 36 575 ist bereits die Herstellung von flexiblem Basismaterial bekannt, bei der die getränkte vorgetrocknete Materialbahn in einem beheizten Walzenpaar mit einer Kupferfolie laminiert wird. Hierbei erfolgt die Trocknung unter Verdampfung des Lösungsmittels und Teilkondensation des Harzes rein thermisch, wofür trotz der geringen Dicke dieses flexiblen Materials eine beträchtliche Zeit und damit eine lange Trockenstrecke benötigt wird.