DE3711238A1

DE3711238A1 - Gedruckte leiterplatte

Info

Publication number: DE3711238A1
Application number: DE19873711238
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Motai; Toshiya Kawabe; Isao Fujita
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1987-04-03
Publication date: 1987-10-15
Also published as: KR870010762A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gedruckte Leiterplatte für den Einsatz bei verschiedenen elek tronischen Anwendungen.

Beispiele einer konventionellen gedruckten Leiterplatte, wie ein integriertes Schaltungssubstrat für verschiedene elektronische Anwendungen umfassen eine laminierte Schicht (50), die mit verwebten Gewebeschichten (51) zu sammengeschichtet ist, welche aus Glas bestehen und die jeweils eine Kupferfolie (52) aufweisen, die auf der Oberseite der laminierten Schichten aufgebracht ist, wie dies Fig. 1 veranschaulicht.

Als laminierte Schicht (50) für eine derartige gedruckte Leiterplatte ist im allgemeinen eine Schicht verwendet worden, die ein Glas-Grundmaterial aufweist. Fig. 1(A) veranschaulicht einen Typ der konventionellen gedruckten Leiterplatte, die ein Glas-Grundmaterial und ein nicht verwebtes Glasgewebe oder Zellulosepapier (53) in Kombi nation enthält, welches unter Bildung einer laminierten Platte (50) mit dem genannten Material zusammengeschichtet ist. Fig. 1(B) veranschaulicht einen anderen Typ der konventionellen gedruckten Leiterplatte, die eine laminierte Schicht aus einem Glas-Grundmaterial und einem Polyesterharz (54) enthält.

Eine gedruckte Leiterplatte ist ferner in der JP-OS 57 83 090 angegeben. Die betreffende gedruckte Leiterplatte umfaßt eine Platte (50′) mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten, wobei auf der Oberfläche dieser Platte eine dünne Harzschicht (52′) vorgesehen ist. Ferner ist im Innern eine Glasschicht gebildet, die Glas-Mikro ballons (51′) enthält. Die Bildung dieser Glasschicht ist dadurch erfolgt, daß Glas-Mikroballons in einer Ober flächenbehandlung mit einem Schaumerzeuger zu einem ein hohes Molekulargewicht aufweisenden flüssigen Harz hinzu gegeben wurden, wobei eine Vermischung und Einspritzung der resultierenden Mischung in eine Form zur Bildung eines Musters erfolgte. Die so geschaffene Platte (50′) weist eine Leiterschaltung (53′) auf, wie dies Fig. 2 veranschaulicht.

Im allgemeinen müssen gedruckte Leiterbahnen, insbesondere solche für Mikrowellen-IC-Substrate zur Verarbeitung von Signalen in einem Hochfrequenzband nicht nur stabilisierte mechanische Eigenschaften aufweisen, sondern außerdem exzellente elektrische Eigenschaften, wie einen niedrigen Dielektrizitätsverlust zeigen, was bedeutet, daß sie eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen niedrigen Dielektrizitäts-Verlustwinkel (Tangens) bei zunehmender Signalübertragungsgeschwindigkeit aufweisen. Ferner muß die betreffende Leiterplatte eine hohe Wärmeleitfähigkeit und damit starke Strahlungsfähigkeit aufweisen, um eine Herabsetzung der elektrischen Eigenschaften des Substrats infolge eines Temperaturanstiegs zu vermeiden.

Die oben beschriebene erste konventionelle gedruckte Leiterplatte weist jedoch eine hohe Dielektrizitäts konstante auf, die zu einem starken Dielektrizitäts verlust führt, und außerdem weist sie eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, da sie eine laminierte Platte verwendet, die ein Glas-Grundmaterial aufweist. Um den Dielektrizitätsverlust in einer derartigen gedruckten Leiterplatte zu vermindern, ist bereits vorgeschlagen worden, ein spezielles Harz hohen Molekulargewichts, wie Polytetrafluoräthylen, in Verbindung mit einem Glas-Grund material zu verwenden. Diese Lösung bringt jedoch eine Erhöhung der Herstellkosten mit sich.

Demgegenüber steht die oben zuletzt betrachtete konven tionelle gedruckte Leiterplatte, die Glas-Mikroballons aufweist, für die Herabsetzung der hohen Dielektrizitäts konstanten der zuerst betrachteten Leitungsplatte zur Ver fügung. Mit der letzten, oben beschriebenen konventionel len gedruckten Leiterplatte sind jedoch verschiedene Nachteile verknüpft. So weist die betreffende Leiter platte eine verminderte mechanische Festigkeit auf, da sie Glas-Mikroballons in einem hohen Anteil aufweist, was häufig zum Bruch führt, wenn ein elektronisches Bauteil oder Element, welches ein hohes Gewicht hat, auf der be treffenden Platte montiert wird. Außerdem ist es besonders schwierig, große Substrate bzw. Trägermaterialien her zustellen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine gedruckte Leiterplatte zu schaffen, die frei ist von den oben beschriebenen Mängeln der konventionellen Leiter platten. Dabei soll eine gedruckte Leiterplatte geschaffen werden, die einen niedrigen dielektrischen Verlustwinkel (Tangens) und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und die somit eine hohe Strahlungsfähigkeit und einen hohen Widerstand sowie einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffi zienten aufweist. Im übrigen soll die neu zu schaffende gedruckte Leiterplatte eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen und ihre Herstellung in einer großen Größe er möglichen.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erfaßte Erfindung.

Infolge einer extensiven Untersuchung hat sich gezeigt, daß die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst wird, daß ein anorganisches verwebtes oder nicht verwebtes Gewebe als Hauptkomponente des Grundmaterials eines laminierten Substrats verwendet wird in Verbindung mit einer nennenswerten Herabsetzung des SiO₂-Anteils in dem Grundmaterial des laminierten Substrats.

Durch die vorliegende Erfindung ist eine gedruckte Leiter platte geschaffen, die ein laminiertes Substrat umfaßt, welches aus Gewebeschichten besteht, deren jede Aluminium oxid als eine Hauptkomponente enthält, wobei eine leitende Schicht auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist. Das laminierte Substrat ist dadurch gebildet, daß die Ge webeschichten durch einen organischen Binder zusammen geschichtet bzw. laminiert sind. Ferner kann die Gewebe schicht mit Glas-Mikroballons imprägniert sein. Vorzugs weise sind die Glas-Mikroballons mittels eines Schaumer zeugers einer Oberflächenbehandlung unterzogen.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1(A) und 1(B) zeigen in Perspektivansichten eine Ausführungsform einer konventionellen gedruck ten Leiterplatte.

Fig. 2 zeigt in einer Perspektivansicht eine weitere Ausführungsform einer konventionellen gedruckten Leiterplatte.

Fig. 3 zeigt in einer Perspektivansicht eine gedruckte Leiterplatte gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Grundmaterial Aluminiumoxid enthält.

Fig. 4 zeigt in einer Perspektivansicht eine gedruckte Leiterplatte gemäß einer zweiten Ausführungs form der Erfindung, bei der das Grundmaterial Glas-Mikroballons enthält.

Fig. 5 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Aluminiumoxid-Anteil (Gewichtsprozent) des Grundmaterials und dem Dielektrizitätsverlust der in Fig. 3 dargestellten gedruckten Leiterplatte.

Fig. 6 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Aluminiumoxid-Anteil (Gewichtsprozent) des Grund materials und der Wärmeleitfähigkeit der in Fig. 3 dargestellten gedruckten Leiterplatte.

Fig. 7 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Anteil der Glas-Mikroballons (Gewichtsprozent) des Grundmaterials und des Dielektrizitätsver lustes der in Fig. 4 dargestellten gedruckten Leiterplatte.

Fig. 8 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Anteil der Glas-Mikroballons (Gewichtsprozent) des Grundmaterials und der Biegefestigkeit der in Fig. 4 dargestellten gedruckten Leiterplatte.

Nunmehr werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Gemäß Fig. 3 umfaßt die ein erstes Ausführungsbeispiel darstellende gedruckte Leiterplatte 1 ein laminiertes Substrat 3, welches durch Zusammenschichten von nicht verwebten Gewebeschichten 2 mittels eines organischen Bindemittels bzw. Binders gebildet ist, wobei eine Kupfer schicht bzw. Kupferfolie 4 auf jeder Oberfläche des lami nierten Substrats 3 aufgebracht bzw. aufgeschichtet ist.

Um die gedruckte Leiterplatte 1 zu bilden, wird zunächst das nicht verwebte Gewebe 2 mit einem ein hohes Molekular gewicht aufweisenden Harzlack imprägniert, der dadurch hergestellt worden ist, daß ein Epoxidharz, ein Härte mittel, ein Härtebeschleunigungsmittel und ein Lösungs mittel bemischt werden, das durch Auflösung folgt.

Anschließend wird das mit dem Lack imprägnierte nicht verwebte Gewebe 2 getrocknet, um ein vorimprägniertes Element zu erhalten. Die vorimprägnierten Elemente werden unter Bildung eines laminierten Substrats 3 einer be stimmten Dicke einander überlagert. Sodann wird jede Ober fläche des laminierten Substrats 3 mit einer Kupferfolie 4 überzogen, und ein Wärme-Preßvorgang wird auf beiden Oberflächen des betreffenden Substrats vorgenommen, d.h. auf den Kupferfolien 4.

Das nichtverwebte Gewebe 2 umfaßt hauptsächlich Aluminiumoxid (Al₂O₃). Es enthält Siliciumoxid (SiO₂) zusätzlich zu dem Aluminiumoxid. Der Anteil von Aluminium oxid zu Siliciumoxid in dem nichtverwebten Gewebe 2 be trägt vorzugsweise 45 bis 100 Gewichtsprozent Aluminium oxid zu 0 bis 55 Gewichtsprozent Siliciumoxid, und zwar auf der Grundlage des Gewichts des nichtverwebten Gewe bes. Der Grund hierfür liegt darin, daß dann, wenn der Anteil an Aluminiumoxid in dem nichtverwebten Gewebe 2 bei 45 bis 100 Gewichtsprozent auf der Grundlage des Gewichts des Gewebes liegt, die erhaltene gedruckte Leiterplatte in vorteilhafter Weise einen Dielektrizitäts verlust von 0,065/1 MHz oder weniger hat (Fig. 5) und daß sie eine thermische Leitfähigkeit von 0,5 kcal/mh°C oder mehr aufweist. Dies steht im Kontrast zu den konventionel len gedruckten Leiterplatten, die einen Dielektrizitäts verlust von 0,09/1MHz und eine thermische Leitfähigkeit von 0,3 kcal/mh°C aufweisen.

Als Grundmaterial für das laminierte Substrat 3 kann ein verwebtes Gewebe verwendet werden, welches hauptsächlich Aluminiumoxid aufweist, und zwar anstatt des nichtver webten Gewebes 2, welches hauptsächlich Aluminiumoxid bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält.

Gemäß Fig. 4 umfaßt eine ein zweites Ausführungsbeispiel darstellende gedruckte Leiterplatte 11 ein laminiertes Substrat 14, welches dadurch gebildet ist, daß mittels eines organischen Binders bzw. Bindemittels Schichten aus einem nichtverwebten Gewebe 13 zusammengeschichtet sind, die mit Glas-Mikroballons 12 vermischt sind, wobei auf jeder Oberfläche des laminierten Substrats 14 eine Kupferfolie 15 vorgesehen ist.

Die gedruckte Leiterplatte 11 kann wie folgt hergestellt werden. Zunächst werden das Ausgangsmaterial für die Herstellung des nichtverwebten Gewebes 13, wie ein Keramik auf Aluminiumoxidbasis und dgl. sowie 5 bis 40 Ge wichtsprozent Glas-Mikroballons auf der Grundlage des Gesamtgewichts des nichtverwebten Gewebes zuzüglich der Glas-Mikroballons, die einer Oberflächenaktivierung mit tels eines Schaumerzeugers unterzogen worden sind, wie Methoxy-Siliciumalkyl oder Amino-Siliciumalkyl, vermischt, und die Mischung wird in eine Papierform umgesetzt, wie mittels einer Papiermaschine, um das nichtverwebte Ge webe 13 herzustellen.

Sodann wird ein Lack dadurch hergestellt, daß beispiels weise ein Epoxidharz, ein Härtemittel, ein Härtebe schleunigungsmittel und ein durch Auflösen folgendes Lösungsmittel vermischt werden. Nachdem die Konzentration des Lackes so eingestellt ist, daß dessen Lackanteil auf die Herstellung eines vorimprägnierten Teiles 65 bis 25 Gewichtsprozent betragen kann, wird der Lack in das nichtverwebte Gewebe 13 imprägniert und zur Bildung des vorimprägnierten Teiles getrocknet. Das betreffende vor imprägnierte Teil wird dann mit einem weiteren vorimpräg nierten Teil überlagert, bis eine bestimmte Dicke unter Bildung eines laminierten Substrats 14 erreicht ist. Jede Oberfläche dieses Substrats wird sodann mit einer Kupferfolie 15 überzogen. Ein Wärme-Druckvorgang wird auf beiden Oberflächen des erzielten Substrats vorge nommen, d.h. auf den Kupferfolien 15.

Gemäß dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das laminierte Substrat der gedruckten Schaltungsplatte folgende Zusammensetzung auf:

Nichtverwebtes Gewebe,
welches Aluminiumoxid (Al₂O₃)
als Hauptkomponente
enthält45 Gewichtsprozent Glas-Mikroballons20 Gewichtsprozent Harzlack
hohen Molekulargewichts35 Gewichtsprozent

Wie aus Fig. 7 und 8 verständlich sein dürfte, beträgt der Anteil der verbundenen Glas-Mikroballons vorzugsweise 5 bis 40 Gewichtsprozent auf der Grundlage des gesamten Gewichts des nichtverwebten Gewebes zuzüglich der Glas- Mikroballons, da die gedruckte Leiterplatte einen ge ringeren Dielektrizitätsverlust und eine höhere Biege festigkeit zeigt. Je kleiner die Korngröße der Glas- Mikroballons ist, um so leichter ist die Verarbeitung, wie das Ausstanzen und Plattieren bzw. Überziehen der gedruckten Leiterplatte 11. Vorzugsweise beträgt die mittlere Korngröße der Mikroballons etwa 40/µm oder weniger.

Im Hinblick auf das Grundmaterial für das laminierte Substrat 14 kann ein verwebtes Gewebe verwendet werden, welches hauptsächlich Aluminiumoxid enthält, und zwar anstatt des nichtverwebten Gewebes 13, welches haupt sächlich Aluminiumoxid bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform enthält. Ferner kann ein nichtverwebtes Glasgewebe oder ein verwebtes Glasgewebe als Grundmaterial für das laminierte Substrat bei der zweiten Ausführungs form verwendet werden.

Wie oben beschrieben, sind durch die vorliegende Erfindung gedruckte Leiterplatten geschaffen, die stabilisierte mechanische Eigenschaften und geringe Dielektrizitäts verluste aufweisen. Die Verwendung des Aluminiumoxid als Hauptkomponente enthaltenden verwebten oder nichtverwebten Gewebes reduziert stark den Dielektrizitätsverlust der resultierenden gedruckten Leiterplatte.

Claims

1. Gedruckte Leiterplatte, gekennzeichnet durch ein zusammengeschichtetes Substrat (3), welches aus Gewebeschichten (2), deren jede Aluminiumoxid als eine Hauptkomponente enthält, und aus einer leitenden Schicht (4) besteht, die auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist.

2. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengeschichte te Substrat (3) dadurch gebildet ist, daß die Gewebeschich ten (2) mittels eines organischen Verbinders zusammen geschichtet sind.

3. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Verbinder aus Epoxidharz, einem Härtemittel, einem die Aushärtung beschleunigenden Mittel und einem Lösungsmittel be steht.

4. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeschicht ferner Siliciumoxid als eine Komponente enthält.

5. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeschicht das Aluminiumoxid in einer Menge von 45 bis 100 Gewichts prozent und das Siliciumoxid in einer Menge von 0 bis 55 Gewichtsprozent enthält.

6. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmepressen auf beide Oberflächen der gedruckten Leiterplatten erfolgt.

7. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeschicht mit Glas-Mikroballons imprägniert ist.

8. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeschicht die Glas-Mikroballons in einer Menge von 5 bis 40 Ge wichtsprozent enthält.

9. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glas-Mikroballons eine mittlere Korngröße von etwa 40/µm oder weniger auf weisen.

10. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Glas-Mikroballons mittels eines Schaumerzeugers einer Oberflächenbehandlung unterzogen sind.

11. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumerzeuger ein organisches Siliziumalkyl umfaßt, welches aus der Methoxy- Siliciumalkyl und Amino-Siliciumalkyl umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

12. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeschicht in einer Menge von 45 Gewichtsprozent mit Glas-Mikroballons in einer Menge von 20 Gewichtsprozent imprägniert ist.

13. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeschicht aus einem nichtverwebten Gewebe besteht.

14. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeschicht aus einem verwebten Gewebe besteht.

15. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeschicht aus einem nichtverwebten Glasgewebe besteht.

16. Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeschicht aus einem verwebten Glasgewebe besteht.