DE4101767A1 - Formbestaendige, flexible gedruckte leiterplatte - Google Patents

Formbestaendige, flexible gedruckte leiterplatte

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DE4101767A1
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epoxy resin
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DE4101767A
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Samuel Gazit
Gary W Adams
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Rogers Corp
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Description

Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der gedruckten Leiterplatten. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf gedruckte Leiterplatten mit einem faser­ verstärkten Substrat, die ähnlich wie starre Leiter­ platten oder Hartfaser-Leiterplatten verarbeitet werden können, aber danach zu dauerhaften multiplanaren Formen gebogen werden können.
Das Verfahren zum Herstellen einer starren Leiter­ platte oder Hartfaser-Leiterplatte ist Fachleuten auf diesem Gebiet gut bekannt. Die Hartfaser-Leiterplatte wird in Plattenform hergestellt, wobei die betreffende Schaltung durch Ätzen, Plattieren, Siebdrucken oder Drucken darauf verwirklicht wird. Auf solchen starren gedruckten Leiterplatten darf jedoch nur eine Leiterbahn­ ebene angebracht werden, da sonst bei einer Biegung Risse und/oder Brüche entstehen würden.
Um innerhalb eines elektronischen Gerätes Hart­ faser-Leiterplatten mit einer Leiterbahnebene miteinander zu verbinden, müssen teure Multiplatten-Verbindungen ver­ wendet werden. Diese Verbindungen erhöhen nicht nur die Material- und Lohnkosten, sondern machen die betreffende Anlage auch komplizierter. Multiebenen-Schaltungen können verwirklicht werden durch:
  • 1. Kombination von zwei oder mehreren starren Plattenabschnitten, die mittels flexibler Verbindungs­ kabel miteinander verbunden werden.
  • 2. eine Mutter/Tochterplatten-Anordnung, bei der Karten-Randverbinder verwendet werden, und
  • 3. Verwirklichung einer flexiblen Schaltung, die dann in Abschnitten, die für die Montage der Bauelemente bestimmt sind, selektiv versteift werden.
Die oben erwähnten, gut bekannten Probleme bei der Verwirklichung von multiplanaren Schaltungen mit her­ kömmlichen starren und flexiblen Leiterplatten wurden beseitigt oder vermindert durch ein neuartiges, biegbares, formbeständiges Leiterplattenmaterial, das in der US-Patentanmeldung 7 78 603 vom 20. September 1985 beschrieben wurde. Dieses Material wird von der Rogers Corporation, Rogers, Connecticut, unter dem Warenzeichen BEND/flex vertrieben. Das Leiterplatten-Material der US-Patentanmeldung 7 78 603 wird nach herkömmlichen Hartfaserplatten-Verfahren hergestellt. Die Leiterplatte wird in Plattenform hergestellt, und kann mittels herkömmlicher Hartfaserplatten-Verarbeitungstechniken, einschließlich Montage der Bauelemente, zu einer gedruck­ ten Leiterplatte verarbeitet werden. Infolge der einzig­ artigen Eigenschaften dieses Materials ist es möglich, die gedruckte Leiterplatte danach zu einer vorgegebenen dreidimensionalen Leiterplatte zu formen und dann in ein elektronisches Gerät einzubauen. Die geformte gedruckte Leiterplatte bildet keine Risse und hat eine genügende Steifigkeit, um ihre Form nach dem Einbau beizubehalten.
Bei dem Herstellungsverfahren des Leiterplatten- Materials der US-Patentanmeldung 7 78 603 wird ein Faser­ vlies-Substrat aus Polyester- und Glasfaser gebildet, danach das Faservlies mit einer Epoxylösung getränkt und gesättigt, und schließlich das Faservlies getrocknet, um das Lösungsmittel auszutreiben. Das trockene, klebrige Faservlies wird dann auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit Kupferfolie laminiert, wobei eine Platte aus Leiterplatten-Material erhalten wird. Wie das Hartfaser- Material kann die Platte geätzt, gelocht, gebohrt oder gestanzt werden, um ein beliebiges Leiterbahnen-Muster zu verwirklichen, und schließlich kann die Leiterplatte mit den darauf angebrachten Bauelementen zu einer multi­ planaren Konfiguration geformt oder gebogen werden.
Eine wichtige Eigenschaft des Leiterplatten- Materials der US-Patentanmeldung 7 78 603 ist seine Biegbarkeit und Formbeständigkeit bei Raumtemperatur. Um diese Eigenschaft zu erhalten, muß das Epoxyharz sorg­ fältig ausgewählt werden, mit dem Ziel, eine bei oder nahe bei Raumtemperatur liegende Glasübergangstemperatur (Tg) zu erreichen. Die Glasübergangstemperatur liegt gewöhnlich im Bereich von 10-60°C und vorzugsweise im Bereich von 40-50°C. Dieser Glasübergang erfolgt über einen breiten Bereich von 20-30°C. Außer der Epoxymatrix und dem Faservlies aus Glas- und Polyesterfasern enthält das kommerzielle, biegbare Verbundmaterial noch flamm­ hemmende Füllstoffe.
Wie erwähnt, kann das oben beschriebene formbare/ biegbare Leiterplatten-Material verwendet werden, um das Problem der Multiebenen-Verbindungen kostengünstiger zu lösen als mit herkömmlichen Techniken. Bei dem Konzept fungieren Teile der biegbaren Leiterplatte als die starren Abschnitte, während andere Teile derselben Leiterplatte als die "flexiblen" Verbindungen einer Multiebenen-Konfiguration fungieren.
Das Leiterplattenmaterial der US-Patentanmeldung 7 78 603 ist zwar für seine Zwecke gut geeignet, weist aber verschiedene Unzulänglichkeiten auf, die mit seinen thermischen Eigenschaften zusammenhängen. Insbesondere wäre eine größere Zuverlässigkeit der Lochplattierung und eine größere Wärmebeständigkeit erforderlich. Das Leiter­ platten-Material der US-Patentanmeldung 7 78 603 hat ober­ halb der Glasübergangstemperatur einen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten in Richtung Z von ungefähr 300-400 ppm/°C, der die Lochplattierungs-Zuverlässigkeit des Laminats bei Anwendungen mit doppelt plattierten Leiterplatten begrenzt.
Außerdem besteht das Leiterplatten-Material der US- Patentanmeldung 7 78 603 aus Polyesterfasern, die nahe bei den Standardlötmittel-Umwälztemperaturen (250-260°C) schmelzen. Dies kann bei dem bisherigen biegbaren Leiter­ platten-Material während der Lötmittelumwälzungs- Verarbeitung zu Blasenbildung an der Oberfläche und zu einer strukturellen Aufschmelzung des Fasernetzes im Inneren führen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die oben erwähnten Probleme und Unzulänglichkeiten mittels eines verbesserten biegbaren und formbeständigen Leiterplatten- Materials zu beseitigen oder zu vermindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Leiter­ platten-Verbundmaterial verwirklicht, aus
  • a) einem Substrat, das enthält
    • - ein Faservlies;
    • - ein Epoxyharz, mit dem das besagte Faservlies getränkt ist, wobei das besagte Epoxyharz einen Glas­ übergang im Bereich von ungefähr 10-60°C aufweist, und der besagte Glasübergang eine Breite von ungefähr 20 bis 30°C hat;
    • - Füllstoff in dem besagten Faservlies und dem besagten Epoxyharz, der 20-70 Gewichtsprozent des gesamten Verbundmaterials ausmacht und aus anorganischem Füllmaterial oder anorganischen Fasern besteht, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Leiterplatten-Verbund­ materials in dem Bereich von 100-300 ppm/°C liegt; und
  • b) einer Schicht eines leitenden Materials auf mindestens einem Teil einer Oberfläche des besagten Substrats.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Leiter­ platten-Material der US-Patentanmeldung 7 78 603 so ver­ ändert, daß es bis zu 70 Gewichtsprozent Füllstoffe mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder einen zusätzlichen Anteil von Fasern mit höherem Schmelzpunkt aufweist, um die thermischen Eigenschaften des Materials insgesamt zu verbessern. Wenn das Leiterplatten-Substrat (aus einem mit Epoxyharz getränktem Faservlies) mit Partikeln mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie beispielsweise Glaskugeln, Silika oder gemahlenen Mikro-Glasfasern innerhalb eines bevorzugten Füllbereichs von ungefähr 20-50 Gewichtsprozent gefüllt wird, wird das bisherige Problem der begrenzten Lochplattierungs- Zuverlässigkeit infolge des hohen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten in Richtung der Z-Achse vermindert.
Wenn die Polyesterkomponente in dem Faservlies durch eine thermisch beständigere Faser, wie beispiels­ weise ein aromatisches Polyamid, ein Polyacrylnitril oder eine ähnliche polymere Faser ersetzt wird, wird außerdem das bisherige Problem der begrenzten Wärmebeständigkeit bei Lötmittel-Umwälztemperaturen vermindert. Das sich ergebende Leiterplatten-Material hält Temperaturen, wie sie bei dem Lötmittel-Umwälzprozeß üblich sind, ohne nachteilige Wirkungen aus.
Die oben erwähnten und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute auf diesem Gebiet aufgrund der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen ersichtlich und verständlich werden.
Im Folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, bei denen in den verschiedenen Fig. gleiche Teile mit der gleichen Kennziffer bezeichnet sind.
Die Fig. 1 ist ein Diagramm, das einen Temperatur­ zyklustest für das bisherige, formbeständige Leiter­ plattenmaterial wiedergibt.
Die Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen Temperatur­ zyklustest für ein Leiterplattenmaterial wiedergibt, das einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht.
Die Fig. 3 ist ein Diagramm, das einen Temperatur­ zyklustest für ein Leiterplattenmaterial wiedergibt, das einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht.
Die Fig. 4 ist ein Vergleichsdiagramm, das den Mittelwert der Testdaten der Fig. 1, 2 und 3 wieder­ gibt.
Die Leiterplatte der US-Patentanmeldung 7 78 603 weist ein faserverstärktes Substrat auf, das auf eine oder mehrere elektrisch leitende Folien laminiert ist. Das Substrat besteht aus einem Faservlies-Gemisch aus Polyester- und Glasfasern. Dieses Faservlies wird mit einem Epoxyharz gesättigt, wobei ein polymeres, getränktes Faservlies erhalten wird.
Das kommerzielle Laminat gemäß der US-Patent­ anmeldung 7 78 603 (das unter dem Warenzeichen BEND/flex) vertrieben wird, besteht insbesondere aus einer Epoxy­ matrix, flammhemmenden Stoffen, und einer Faservlies­ verstärkung, die auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit Kupfer laminiert ist. Die Faservliesverstärkung besteht aus E-Glas-Stapelfasern (0-100 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10-30 Gewichtsprozent), wobei der restliche Anteil des Faservlieses aus Polyäthylenterephthalat- Stapelfasern, wie beispielsweise Hoechst Celanese TREVIRA- oder DuPont DACRON-Fasern besteht. Das bisherige Verbundmaterial enthält 5-75 Gewichtsprozent (vorzugs­ weise 20-40 Gewichtsprozent) Faservlies, wobei der rest­ liche Anteil des Verbundmaterials aus einem vernetzten Epoxyharz und flammhemmenden Stoffen besteht.
Die bei den bisherigen Leiterplatten verwendeten flammhemmenden Stoffe sind bromierte organische Verbin­ dungen, die 5-50 Gewichtsprozent (vorzugsweise 20-30 Gewichtsprozent) des Epoxyharz-Anteils des Verbund­ materials (einschließlich des Gewichts der Füllstoffe) ausmachen. Die bromierten organischen Verbindungen haben gute elektrische Eigenschaften und weisen eine gute thermische Beständigkeit auf. Die bromierten Füllstoffe können entweder fest, oder flüssig sein. Dekabrom­ diphenyloxid, Pentabromdiphenyloxid, Bis (2,3 dibrom­ propyläther) von Tetrabrombisphenol A, monofunktionaler bromierter Glycidyläther, bromierte Imide, wie Äthylen- bis-tetrabromphthalimid und bromierte bifunktionale Epoxyverbindungen sind typische Beispiele dieser Klasse von flammhemmenden Chemikalien. Das flammhemmende System ist wirksamer, wenn außerdem eine synergistische Antimon­ verbindung als Füllstoff zugegeben wird. Die Menge der synergistischen Verbindung (wie beispielsweise Antimon­ trioxid oder Antimonpentoxid) sollte so gewählt werden, daß das Molverhältnis von Brom zu Antimon zwischen 1 : 1 und 5 : 1 (vorzugsweise zwischen 2 : 1 und 3 : 1) liegt.
Um den Epoxyharz-Anteil des bisherigen Verbund­ materials herzustellen, läßt man ein multifunktionales Epoxyharz, ein monofunktionales Epoxyharz, und ein Anhydrid oder Diazid miteinander reagieren. Typische multifunktionale Epoxyharze sind Glycidyläther von Phenol-Novolaks, Glycidyläther von Tetraphenyloläthan, oder Triglycidyläther von Tris(hydroxyphenyl) methan und seinen Isomeren oder Oligomeren.
Beispiele für monofunktionale Epoxyharze sind aromatische oder aliphatische Glycidyläther und Dibrom­ phenylglycidyläther, die alle eine Verminderung der Tg des Verbundmaterials bewirken. Die Biegbarkeit bei Raum­ temperatur kann auch erreicht werden, wenn aliphatische Diglycidyläther zu der Formulierung zugegeben werden. Typische Anhydride, die verwendet werden können, sind: Dodecenylsuccinsäure-, Hexahydrophthalsäure-, NADIC­ methyl-, Phthalsäure-, Bernsteinsäure-, Tetrahydro­ phthalsäure-, Chlorendinsäure-, Polyazelainsäure-, Polyadipinsäure-, und Polysebacinsäureanhydrid. Die entsprechenden Diazide dieser Anhydride können auch verwendet werden. Das Verhältnis von Anhydrid zu Epoxy ist ebenfalls wichtig und kann zwischen 0,5 : 1 und 1,5 : 1 variiert werden. Der bevorzugte Bereich des Anhydrid/ Epoxy- Verhältnisses reicht von 0,6 : 1 bis 0,8 : 1. Dieser bevorzugte Bereich ergibt optimale elektrische und mechanische Eigenschaften des Verbundmaterials.
Das vorstehend beschriebene bisherige biegbare Laminat-Verbundmaterial weist zwei Mängel auf. Erstens ist die Lochplattierungs-Zuverlässigkeit infolge des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Verbundmaterials in Richtung der Z-Achse (Dicke) oberhalb der Tg (25-50°C) begrenzt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbund­ materials oberhalb der Tg beträgt 300-400 ppm/°C. Dieser hohe Wärmeausdehnungskoeffizient begrenzt die beid­ seitigen Anwendungen, die Lochplattierungen erfordern. Zweitens kann es vorkommen daß die Polyesterfasern während der Lötmittel-Umwälzungs- oder Schwall-Lötungs- Schritte aufschmelzen und Blasen bilden, insbesondere dann, wenn die Temperatur des geschmolzenen Lötmittels über der empfohlenen Temperatur liegt. Das Aufschmelzen und Verschmelzen der Polyesterfasern führt zu einer Ver­ sprödung des Verbundmaterials und zu einer verminderten Lochplattierungs-Zuverlässigkeit.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient in Richtung der Z-Achse verringert, wenn anorganische Partikel oder Fasern mit niedrigem Wärmeausdehnungs­ koeffizienten zu der Harzformulierung hinzugegeben werden. Der anorganische Füllstoff bewirkt, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundmaterials in Z-Richtung nur noch 100-300 ppm/°C beträgt. Beispiele für anorganische Materialien mit niedrigem Wärmeausdehnungs­ koeffizienten sind Tonerden oder mineralische Füllstoffe, wie Wollastonit, Diatomeenerde, Glimmer, Beta-Eukriptit, Silika, Glasperlen oder Glaskugeln, gemahlene Glasfasern, gemahlene Mineralfasern, Quarzfasern oder Quarzpartikel, Aluminiumoxidfasern oder Aluminiumoxidpartikel, und Kalziumsulfat-Fasern, wobei diese Aufzählung jedoch keine Begrenzung darstellt. Um bei unveränderter Verarbeitbar­ keit des Verbundmaterials eine maximale Wirkung hinsicht­ lich des Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erhalten, sollten die Füllgrade (Gewichtsprozent des Harzanteils des Verbundmaterials, einschließlich des Füllstoffes) in dem Bereich von 20-70% (vorzugsweise von 40-50%) liegen. Haftmittel, wie 3-Aminopropyl-triäthoxysilan oder 3-Glycidyloxypropyl-trimethoxysilan können verwendet werden, um:
  • a) die mechanischen Eigenschaften des Verbund­ materials zu verändern (wobei das Haftmittel reaktions­ fähig oder nicht reaktionsfähig sein kann);
  • b) die Feuchtigkeitsabsorption zu vermindern;
  • c) die dimensionelle Stabilität zu erhöhen. Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung wird das eventuelle Problem der schmelzen­ den Polyesterfasern dadurch gelöst, daß diese Fasern mit niedrigem Schmelzpunkt (Ts=255°C) durch organische Fasern ersetzt werden, die eine größere thermische Beständigkeit haben (Schmelzpunkt vorzugsweise über 260°C). Fasern mit größerer thermischer Beständigkeit sind beispielsweise aromatisches Polyamid (NOMEX, KEVLAR); Phenolharz, Poly(acrylnitril), Polyester (KODEL), Poly(phenylensulfid), Fluorpolymer (TEFLON), und andere flüssigkristalline, oder starre, stabförmige polymere Fasern, wobei diese Aufzählung keine Begrenzung darstellt.
Wie bei den bisherigen Laminaten liegt die Glas­ übergangstemperatur des Epoxyharzes weiterhin bei oder nahe bei Raumtemperatur, das heißt, in dem Bereich von 10-60°C; und der Glasübergang erstreckt sich über einen Bereich von 20-30°C. Außerdem kann es wünschenswert sein, einen Katalysator/Beschleuniger zu verwenden, um die Bildung des Leiterplatten-Verbundlaminats zu erleichtern.
Wir wenden uns nun den Fig. 1-4 zu. Die Daten des Temperaturzyklustests für die drei Materialien der Tabelle 1 sind in Form eines Diagramms wiedergegeben. (Die Fig. 4 ist ein Vergleichsdiagramm mit den Mittel­ wert-Kurven der Fig. 1, 2 und 3). Der Temperatur­ zyklustest, bei dem Temperaturzyklen zwischen 20 und 260°C durchlaufen wurden, wurde bei einer gedruckten Leiterplatte ausgeführt, in der sechzig (60) Löcher kranzförmig angebracht waren.
Tabelle 1
Wie sich bei einem Vergleich der Fig. 1, 2, 3 und 4 ergibt, wird die Lochplattierungs-Zuverlässigkeit durch die Hochtemperatur-Fasern NOMEX wesentlich ver­ bessert gegenüber Laminaten mit Polyester-Faservliesen. Außerdem wird bei Zugabe von Silika (Fig. 3) die Leistungsfähigkeit des Verbundmaterials, welches das Faservlies NOMEX enthält, weiter verbessert. Bei Kombina­ tion von NOMEX und Silika wird die Lochplattierungs- Zuverlässigkeit in der Tat ungefähr verdoppelt gegenüber der bisherigen biegbaren Leiterplatte der US-Patent­ anmeldung 7 78 603.
Nachstehend werden nichtbegrenzende Beispiele für verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wiedergegeben; bei allen diesen Beispielen hat sich gezeigt, daß die laminierten und ausgehärteten Leiter­ platten bei oder nahe bei Raumtemperatur biegbar und formbeständig sind.
Beispiel 1
396 g Hexahydrophthalsäureanhydrid, 402 g Poly­ azelainsäure-polyanhydrid, und 2020 g eines poly­ funktionalen Glycidyläthers von Phenolnovolak (mittlere Funktionalität 3,6) wurden bei 140°C während 20-30 Minuten miteinander vermischt. Nach Erreichen eines homogenen Gemischs wurden 940 g Tetrabrombisphenol A, 560 g Antimontrioxid (Sb2O3), 1500 g grobes Aluminium­ silikathydrat (50 Prozent Partikel über 5 Mikron), und 1310 g feines Aluminiumsilikathydrat (50 Prozent Partikel unter 0,8 Mikron) in das Gemisch aus Epoxyharz und Anhydriden hineingerührt.
Ein Fasergemisch (2850 g) mit 40 Gewichtsprozent Poly(äthylenterephthalat)-Stapelfasern von 6 Denier× 2,0′′ Länge und 60 Gewichtsprozent Poly(äthylen­ terephthalat)-Stapelfasern von 3 Denier×2,0′′ Länge (wie die Polyesterfaser Dacron von DuPont) wurde in einen Fasermischer gegeben und zu einem Faservlies geformt. Das Gewicht des Faservlieses konnte entsprechend der gewünschten Dicke des Verbundmaterial-Laminats zwischen 0,6 und 7,3 kg/m2 verändert werden.
Um das Verbundmaterial-Laminat herzustellen, wurde ein Faservlies mittels eines Zweirollen-Beschichters mit dem Gemisch aus heißem Harz beschichtet. Der Harzgehalt wurde über den Abstand zwischen den zwei Rollen ein­ gestellt. Das Harz/Faser-Verhältnis wurde weiterhin durch Zugabe eines zweiten, trockenen Faservlieses von gewünschtem Gewicht eingestellt. Das getränkte Faservlies wurde bei 90°C in das B-Stadium gebracht und danach auf galvanisch abgeschiedenes Kupfer von 0,3 kg/m2 laminiert. Die Laminierung wurde bei 6,89×105-34,5×105 Pa und 220°C ausgeführt. Das sich ergebende Verbundmaterial enthielt 21-34 Gewichtsprozent Polyesterfaser, wobei der übrige Anteil des Verbundmaterials aus Epoxyharz, flammhemmenden Füllstoffen und Tonerden (Aluminiumsilikathydraten) bestand.
Beispiel 2
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
770
- Polyfunktionaler Glycidyläther von Phenolnovolak (mittlere Funktionalität = 2,2) 800
- Diglycidyläther von Tetrabrombisphenol A 300
- Dibromphenylglycidyläther 431
- Antimontrioxid 333
- Glas-Mikrokugeln (maximale Größe 60 Mikron) 2560
Faservlies aus: @ - Poly(M-phenylenisothalamid)-Fasern (d. h. NOMEX-Fasern) von 2 Denier 1560
- Glasfasern aus H-Glas 670
Die obigen Bestandteile wurden auf ähnliche Weise wie bei dem Beispiel 1 gemischt. Mit dem erhaltenen Gemisch aus Füllstoffen, Epoxyharzen, Anhydrid und Silan wurde das Faservlies gesättigt. Das gesättigte Faservlies wurde unter ähnlichen Bedingungen wie bei dem Beispiel 1 auf elektrisch abgeschiedenes Kupfer von 0,3 kg/m2 laminiert. Dieser Prozeß wurde ebenfalls bei den folgenden Beispielen 3-10 angewandt.
Beispiel 3
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
330
- Triglycidyläther von Paraaminophenol 416
- Dibromphenylglycidyläther 300
- Dekabromdiphenyloxid 150
- Antimontrioxid 260
- Silika (maximale Partikelgröße = 60 Mikron) 1470
- Faservlies aus Poly(äthylenterephthalat)-Fasern von 3 Denier 320
Beispiel 4
Material
Gewichtsteile
- Azelainsäure
340
- Polyfunktionaler Glycidyläther von Phenolnovolak (mittlere Funktionalität = 3,6) 720
- Dibromphenylglycidyläther 640
- Antimontrioxid 240
- Silika (maximale Partikelgröße = 10 Mikron) 1900
Faservlies aus: @ - Acrylfasern von 3 Denier 410
- Glasfasern aus H-Glas 285
Beispiel 5
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
195
- Polyfunktionaler Glycidyläther von Phenolnovolak (mittlere Funktionalität = 3,6) 247
- Dibromphenylglycidyläther 109
- Dekabromdiphenyloxid 54
- Antimontrioxid 190
- Glas-Mikrokugeln (maximale Größe 44 Mikron) 435
Faservlies aus: @ - NOMEX-Fasern von 2 Denier 168
- Glasfasern aus H-Glas 42
Beispiel 6
Material
Gewichtsteile
- Polysebacinsäurepolyanhydrid (PSPA)
206
- Diglycidyläther von Bisphenol A 250
- Dibromphenylglycidyläther 110
- Antimontrioxid 95
- Glas-Mikrokugeln (maximale Größe 60 Mikron) 675
- Faservlies aus Poly-1,4-cyclohexylendimethylenterephthalat (PCDT) von 6 Denier 380
Beispiel 7
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
195
- Diglycidyläther von Bisphenol A 258
- O-cresyl-glycidyläther 65
- Dekabromdiphenyloxid 108
- Antimontrioxid 165
- Silika (maximale Partikelgröße 30 Mikron) 675
- 3-Glycidyl-oxypropyltrimethoxysilan 8
Faservlies aus: @ - Acrylfasern von 3 Denier 400
- Glasfasern aus H-Glas 100
Beispiel 8
Material
Gewichtsteile
- Polysebacinsäurepolyanhydrid (PSPA)
206
- Glycidyläther von Tetraphenyloläthan 300
- Dibromphenylglycidyläther 109
- Antimontrioxid 75
- Silika (maximale Partikelgröße 60 Mikron) 575
- 3-Amino-oxypropyltrimethoxysilan 10
Faservlies aus: @ - Poly(äthylenterephthalat)-Fasern von 3 Denier 260
- Glasfasern aus H-Glas 170
Beispiel 9
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
123
- Polyfunktionaler Glycidyläther von bromiertem Phenolnovolak 372
- p-t-butyl-phenylglycidyläther 80
- Dekabromdiphenyloxid 54
- Antimontrioxid 55
- Glas-Mikrokugeln (maximale Größe 60 Mikron) 200
- Faservlies aus NOMEX-Fasern von 2 Denier 280
Beispiel 10
Material
Gewichtsteile
- Polysebacinsäurepolyanhydrid (PSPA)
206
- Glycidyläther von Para-aminophenol 247
- O-cresyl-glycidyläther 65
- Tetrabrombisphenol A 225
- Antimontrioxid 120
- Silika (maximale Partikelgröße 30 Mikron) 375
- 3-Glycidyl-oxypropyltrimethoxysilan 30
Faservlies aus: @ - NOMEX-Fasern von 2 Denier 200
- Glasfasern aus H-Glas 100
Beispiel 11
Material
Gewichtsteile
- Polysebacinsäurepolyanhydrid (PSPA)
209
- Polyfunktionaler Glycidyläther von gekoppelten Bisphenol-Einheiten (mittlere Funktionalität = 8,0) 373
- Dibromphenylglycidyläther 117
- Dekabromdiphenyloxid 58
- Antimontrioxid 205
- Glas-Mikrokugeln (maximale Partikelgröße 60 Mikron) 285
Faservlies aus: @ - NOMEX-Fasern von 2 Denier 218
- Glasfasern aus H-Glas 55
Beispiel 12
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
209
- Polyfunktionaler Glycidyläther von bromiertem Phenolnovolak 404
- Dibromphenylglycidyläther 117
- Antimontrioxid 210
- Glas-Mikrokugeln (maximale Partikelgröße 60 Mikron) 305
Faservlies aus: @ - Poly(äthylenterephthalat)-Fasern von 3 Denier 240
- Glasfasern aus H-Glas 60
Beispiel 13
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
123
- Bifunktionaler Glycidyläther von Tetrabrombisphenol A 188
- Dibromphenylglycidyläther 117
- Antimontrioxid 205
- Silika 465
Faservlies aus: @ - Poly(äthylenterephthalat)-Fasern von 3 Denier 320
- Glasfasern aus H-Glas 80
Beispiel 14
Material
Gewichtsteile
- Dodecenylsuccinsäureanhydrid
266
- Polyfunktionaler Glycidyläther von Phenolnovolak (mittlere Funktionalität 3,6) 178
- Antimontrioxid 80
- Dekabromdiphenyloxid 35
- Silika 335
Faservlies-Verstärkung aus: @ - Polyacrylnitril von 3 Denier 240
- Glasfasern aus H-Glas 60
Beispiel 15
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
209
- Polyfunktionaler Glycidyläther von Phenolnovolak (mittlere Funktionalität 3,6) 265
- Polyfunktionaler Glycidyläther eines aliphatischen Polyols mit einem Glycidyläther-Äquivalentgewicht von ungefähr 640 100
- Antimontrioxid 105
- Glas-Mikrokugeln (maximale Partikelgröße 60 Mikron) 215
Faservlies aus: @ - NOMEX-Fasern von 2 Denier 210
- Glasfasern aus H-Glas 140
Beispiel 16
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
209
- Polyfunktionaler Glycidyläther von Phenolnovolak (mittlere Funktionalität 3,6) 265
- Diglycidyläther von Dibromneopenthylglykol 91
- Antimontrioxid 145
- Dekabromdiphenyloxid 45
- Glas-Mikrokugeln (maximale Partikelgröße 35 Mikron) 535
Faservlies-Verstärkung aus: @ - Poly(äthylenterephthalat)-Fasern von 3 Denier 400
- Glasfasern aus H-Glas 100
Beispiel 17
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
209
- Tetraglycidyldiamindiphenylmethan 162
- Dibromphenylglycidyläther 115
- Antimontrioxid 120
- Dekabromdiphenyloxid 54
- Silika 260
Faservlies-Verstärkung aus: @ - NOMEX-Fasern von 2 Denier 210
- Glasfasern aus H-Glas 140
Beispiel 18
Material
Gewichtsteile
- Polyadipinsäurepolyanhydrid (PAPA)
100
- Diglycidyläther von Bisphenol A 100
- Antimontrioxid 50
- Dekabromdiphenyloxid 27
- Silika 175
Faservlies-Verstärkung aus: @ - NOMEX-Fasern von 2 Denier 160
- Glasfasern aus H-Glas 40
Beispiel 19
Material
Gewichtsteile
- Azelainsäure
448
- Polyglycidyläther von Phenolnovolak (mittlere Funktionalität 3,6) 850
- Dekabromdiphenyloxid 307
- Antimontrioxid 481
- 3-Glycidyl-oxypropyltrimethoxysilan 25
- Silika 800
Faservlies-Verstärkung aus: @ - Poly(äthylenterephthalat)-Fasern von 3 Denier 600
- Glasfasern aus H-Glas 400
Beispiel 20
Material
Gewichtsteile
- Azelainsäure
108
- Polyglycidyläther von Phenolnovolak (mittlere Funktionaliät 3,6) 34
- Diglycidyläther von Bisphenol A 72
- Antimontrioxid 140
- Dekabromdiphenyloxid 75
- Glas-Mikrokugeln 240
Faservlies-Verstärkung aus: @ - NOMEX-Fasern von 3 Denier 160
- Glasfasern aus H-Glas 40
Bei allen Beispielen wurde ein Katalysator/ Beschleuniger zugegeben, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Solche Katalysatoren/Beschleuniger sind jedoch nicht erforderlich, um das Leiterplatten- Verbundmaterial dieser Erfindung herzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit der einzigartigen Kombination von Bestandteilen eine gedruckte Leiterplatte erhalten, die zu einer dauerhaften multiplanaren Form gebogen und geformt werden kann, ohne daß sich bei dem Substrat oder dem Kupfer Risse oder Falten bilden. Die multiplanare, gebogene Leiterplatte behält ihre gebogene oder geformte Form bei, wenn die Formkräfte weggenommen werden. Im allgemeinen sollten die Biegungen verrundet sein (einen bestimmten Radius haben), da bei scharfen Biegungen das Kupfer brechen kann und/ oder das Substrat Haarrisse bekommen kann. Bei einem Laminat mit 3,8 mm Substrat und 28,35 g Kupfer sollte der Radius ungefähr 6,3 mm betragen, und bei dickeren Laminaten sollte der Radius größer sein. Wesentlich ist, daß die Biegung oder Formung bei Raumtemperatur aus­ geführt werden kann.
Das Verhältnis von minimalem Biegeradius (R) zu dielektrischer Dicke (t) hängt von der Dehnung des laminierten Kupfers und der Leiterbahnbreite ab. Gewöhn­ lich liegt der minimale Wert von R/t zwischen 5 und 10. Wenn beispielsweise eine Probe der vorliegenden Erfindung, mit 0,76 mm Dicke und 100% der ursprünglichen Kupferplattierung von 0,3 kg/m2 auf beiden Seiten, mit einem Radius von 0,76 mm bis zu einem Biegewinkel von 50° gebogen wird, ist der einige Stunden nach der ursprüng­ lichen Biegung verbleibende Winkel 60-80°. Der ver­ bleibende Winkel ändert sich mit der Zeit nicht wesent­ lich. Bei zahlreichen verschiedenen Proben, die mit einer galvanisch abgeschiedenen Standard-Kupferfolie her­ gestellt wurden, traten bei einem Biegeverhältnis (R/t) von 5-8 zuerst in den Kupfer-Leiterbahnen Risse auf. Bei diesen Biegeverhältnissen waren bei 50-facher Ver­ größerung keine Risse oder Falten in dem Dielektrikum sichtbar.
Wie bei dem bisherigen Leiterplatten-Material der US-Patentanmeldung 7 78 603 kann also die Formung oder Biegung bei Raumtemperatur ausgeführt werden, und zwar von Hand oder mit einer Maschine. Wenn das Leiterplatten­ element einmal geformt ist, behält es seine Form bei, was für die vorliegende Erfindung von entscheidender Bedeutung ist.
Die gedruckte Leiterplatte der vorliegenden Erfindung ist also ein formbares oder biegbares Leiter­ platten-Element, das einige der Vorteile von sowohl starren, als auch flexiblen Leiterplatten-Materialien im wesentlichen miteinander kombiniert. Zu diesen Vor­ teilen gehören:
  • 1) Die Leiterplatte kann in Plattenform verarbeitet werden, was für Hartfaserplatten-Hersteller, die dies gewöhnlich tun, nützlich ist.
  • 2) Schwere Bauelemente können auf der relativ starren Struktur ohne Verwendung von zusätzlichen Ver­ steifungen montiert werden, wie diese bei herkömmlichen flexiblen gedruckten Leiterplatten erforderlich sind, und die Montage kann mit automatischen Bestückungsmaschinen erfolgen.
  • 3) Die Leiterplatte kann, ebenso wie eine flexible gedruckte Leiterplatte, an die Form des verfügbaren Platzes angepaßt werden und um Ecken herum gebogen werden.
  • 4) Die Leiterplatte behält, ebenso wie eine Hartfaserplatte, nach dem Einbau ihre Form bei.
Es ist ersichtlich, daß das Leiterplatten-Material der vorliegenden Erfindung nicht dem in dem B-Stadium verarbeiteten Material entspricht. Nach Ausführung der thermischen Verarbeitungsschritte kann es nämlich zu einer multiplanaren Form gebogen oder geformt werden. Seine Biegbarkeit ändert sich nicht wesentlich, wenn es thermischen Prozessen, wie Heißluft-Lötmittel- Nivellierung, Schwall-Löten oder Infrarot-Lötmittel- Umwälzung ausgesetzt wird. Nach mehreren Erwärmungen bis auf 288°C kann eine gedruckte Leiterplatte der vor­ liegenden Erfindung mit einem Biegeverhältnis (R/t) von 10 : 1 gebogen werden, ohne daß die Kupfer-Leiterbahnen brechen oder in dem Dielektrikum Risse oder Falten gebildet werden.

Claims (19)

1. Leiterplatten-Verbundmaterial, aus
  • a) einem Substrat, das enthält
    • - ein Faservlies;
    • - ein Epoxyharz, mit dem das besagte Faservlies getränkt ist, wobei das besagte Epoxyharz einen Glas­ übergang im Bereich von ungefähr 10-60°C aufweist, und der besagte Glasübergang eine Breite von ungefähr 20 bis 30°C hat;
    • - Füllstoff in dem besagten Faservlies und dem besagten Epoxyharz, der 20-70 Gewichtsprozent des gesamten Verbundmaterials ausmacht und aus anorganischem Füllmaterial oder anorganischen Fasen besteht, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Leiterplatten-Verbund­ materials in dem Bereich von 100-300 ppm/°C liegt; und
  • b) einer Schicht eines leitenden Materials auf mindestens einem Teil einer Oberfläche des besagten Substrats.
2. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Silan-Haftmittel enthält.
3. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Faservlies aus einem Gemisch von Glasfasern und polymeren Fasern besteht.
4. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten polymeren Fasern bis zu ungefähr 260°C thermisch beständig sind.
5. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten polymeren Fasern mindestens eine Faser enthalten, die aus der Gruppe aus­ gewählt ist, die aus aromatischem Polyamid, Phenolharz, Poly(acrylnitril), Copolymeren von Acrylnitril, Poly­ ester, Poly(phenylensulfid) und Fluorpolymer besteht.
6. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tonerden und minerali­ schen Füllmaterialien besteht.
7. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wollastonit, Diatomeen­ erde, Glimmer, Beta-Eukriptit, Silika, Glas-Mikrokugeln, gemahlenen Glas-Mikrofasern und Kalziumsulfat besteht.
8. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Epoxyharz besteht aus:
  • - einem multifunktionalen oder bifunktionalen Epoxyharz;
  • - einem monofunktionalen oder aliphatischen, bifunktionalen, flexiblen Epoxyharz: und
  • - einem Anhydrid, Polyanhydrid oder Diazid.
9. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Füllstoff 40-50 Gewichtsprozent des gesamten Verbundmaterials ausmacht.
10. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine synergistische Kombination von Antimon und bromierten Verbindungen zur Flammhemmung enthält.
11. Leiterplatten-Verbundmaterial, aus
  • a) einem Substrat, das enthält
    • - ein Faservlies, das aus einem Gemisch von Glas­ fasern und polymeren Fasern besteht, wobei die besagten polymeren Fasern bis zu ungefähr 260°C beständig sind;
    • - ein Epoxyharz, mit dem das besagte Faservlies getränkt ist, wobei das besagte Epoxyharz einen Glas­ übergang im Bereich von ungefähr 10-60°C aufweist, und der besagte Glasübergang eine Breite von ungefähr 20 bis 30°C hat;
  • b) einer Schicht eines leitenden Materials auf mindestens einem Teil einer Oberfläche des besagten Substrats.
12. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Füllstoff in dem besagten Faservlies und dem besagten Epoxyharz enthalten ist, wobei der besagte Füllstoff 20-70 Gewichtsprozent des gesamten Verbundmaterials ausmacht, und aus anorganischem Füllmaterial oder anorganischer Faser besteht, und daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Leiterplatten- Verbundmaterials in dem Bereich von 100-300 ppm/°C liegt.
13. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein Silan- Haftmittel enthält.
14. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten polymeren Fasern mindestens eine Faser enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus aromatischem Polyamid, Phenolharz, Poly(acrylnitril), Copolymeren von Acryl­ nitril, Polyester, Poly(phenylensulfid) und Fluorpolymer besteht.
15. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tonerden und mineralischen Füllmaterialien besteht.
16. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wollastonit, Diatomeenerde, Glimmer, Beta-Eukriptit, Silika, Glas- Mikrokugeln, gemahlenen Glas-Mikrofasern und Kalzium­ sulfat besteht.
17. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Epoxyharz besteht aus:
  • - einem multifunktionalen oder bifunktionalen Epoxyharz;
  • - einem monofunktionalen oder aliphatischen, bifunktionalen Epoxyharz; und
  • - einem Anhydrid, Polyanhydrid oder Diazid.
18. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Füllstoff 40-50 Gewichtsprozent des gesamten Verbundmaterials ausmacht.
19. Leiterplatten-Verbundmaterial gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es eine synergistische Kombination von Antimon und bromierten Verbindungen zur Flammhemmung enthält.
DE4101767A 1990-02-06 1991-01-22 Formbestaendige, flexible gedruckte leiterplatte Withdrawn DE4101767A1 (de)

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