DE4224835A1 - Elektrisch hochwertiges Basismaterial für Leiterplatten - Google Patents

Elektrisch hochwertiges Basismaterial für Leiterplatten

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Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch hochwertiges Basismaterial für ein- oder beidseitig kupferkaschierte Leiterplatten gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.
Es ist bekannt, Basismaterialien für Leiterplatten, die ein- oder beidseitig kupferkaschiert sind, durch Verpressen von Prepregs auf der Basis von Glasseidenflächengebilden als Trägermate­ rial und geeigneten Laminierharzen als Bindemittel herzustellen. Als Laminierharze werden gegenwärtig überwiegend Epoxidharze verwendet. Weiterhin ist bekannt, daß sowohl durch die Veränderung der Trägermaterialien als auch der Laminierharze die elektrischen Eigenschaften der resultierenden Basismaterialien beeinflußt werden können. So soll beispielsweise durch Verwendung nicht gewebter Glasseidenflächengebilde anstelle von Glasseidengeweben mit Polyimiden als Bindemittel eine Reduzierung der Di­ elektrizitätskonstante von 4,8 auf 3,6 möglich sein (JP-OS 01 271 235). Durch Verwendung von Geweben oder Matten aus Glasseiden auf der Basis von 65-90% SiO2 und 7-30% B2O3 soll eine Dielektrizitätskonstante εr (gemessen bei 1 MHZ) von 3,2 erreicht werden können (JP-OS 63 289 033). An aus Flourpolymeren (z. B. PTFE) unter Verwendung von Polyaramidflächengebilden hergestellten Basismaterialien wurden nach EP-OS 0 320 901 für die Dielektrizitätskonstante εr Werte im Bereich von 2,18 bis 2,54 bestimmt.
Die bekannten Basismaterialien für Leiterplatten weisen jedoch einige Nachteile auf. So ver­ schlechtern sich bespielsweise die dielektrischen Eigenschaften der aus Glasseidenflächen­ gebilden und Epoxidharzen gefertigten Leiterplatten bei erhöhten Temperaturen und relativen Feuchten deutlich mit der Beanspruchungsdauer. Ein weiterer Nachteil dieser Basismaterialien ist die starke Frequenzabhängigkeit ihrer dielektrischen Eigenschaften.
Nachteilig bei den Basismaterialien mit Polymiden als Bindemittel sind neben ihren hohen Preisen vor allem ihre hohe Feuchtigkeitsaufnahme und schlechte Verarbeitbarkeit. Die mit Fluorpolymeren hergestellten Basismaterialien weisen zwar ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften auf, sind jedoch bedingt durch den hohen Fertigungsaufwand sehr teuer. Bei der Weiterverarbeitung dieser Basismaterialien zu Leiterplatten kommen die durch ungenügende Durchkontaktierbarkeit bedingte, nicht ausreichende Dimensionsstabilität und die durch den hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bedingten Probleme hinzu.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisch hochwertiges Basismaterial für Lei­ terplatten anzugeben, welches gute dielektrische Eigenschaften in einem breiten Frequenz- und Temperaturbereich, sowie bei Feuchtebeanspruchung aufweist, wirtschaftlich herstellbar und bis zur fertigbestückten Leiterplatte problemlos weiterverarbeitbar ist. Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Basismaterials soll preisgünstig und gebrauchsvorteilhaft sein.
Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Basismaterials gibt Anspruch 7 an. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausbildungen dar.
Gemäß Anspruch 1 weist das elektrisch hochwertige Basismaterial als Träger neben Prepregs mit Glasseidenflächengebilden auch Flächengebilde mit schwefelfreiem, partiell oxidiertem, intramolekular cyclisiertem Acrylnitrilpolymerisat. Durch die Verwendung eines neuen Trägers weisen diese Basismaterialien neben guten dielektrischen Eigenschaften, die in einem breiten Frequenz- und Temperaturbereich auch bei Feuchtebeanspruchung praktisch konstant bleiben, bei ihrer Weiterverarbeitung eine gute Dimensionsstabilität, einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie weder unerwünschte Verfärbungen noch Smear (gelartiger Borstaub) beim Bohren auf, wodurch eine einwandfreie Durchkontaktierung ermöglicht wird. Von besonderem Vorteil ist dabei eine Verbesserung der Schneid- und Bohrbarkeit dieser Basismaterialien. Weiterhin wird die Dichte des Basismaterials um etwa 25 % reduziert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Träger sandwichartig, aus mindestens einer Lage eines Prepreg mit Glasseidenflächengebilden und mindestens einer Lage eines Prepreg mit Flächengebilden aus schwefelfreiem, partiell oxidiertem, intramolekular cyclisiertem Acrylnitrilpolymerisat zusammengesetzt sein.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Basismaterialien ist die Verwendung von Laminierharzen auf der Basis von Epoxidharz-Diandicyanat-Kombinationen vorteilhaft, wobei diese flammwidrig ausgerüstet sein können.
Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Basismaterials ist besonders einfach und ge­ brauchsvorteilhaft ausgestaltet. Die Fertigung der erfindungsgemäßen Basismaterialien kann nach der bekannten Prepregtechnologie unter Verwendung von Etagen- und Doppelband­ pressen und aus Prepregs mit ein- oder beidseitig aufkaschierter Kupferfolie gebildet werden. Das Verfahren des Verpressens der einzelnen Prepreglagen miteinander und mit der Kupfer­ folie, ist in seiner Technologie besonders einfach durchführbar. Vorteilhaft ist, wenn mehrere Lagen der verschiedenen Prepregs übereinander gelegt werden und anschließend miteinan­ der und mit der Kupferfolie verpreßt werden. Dabei können die äußeren, der Kupferfolie zu­ gewandten Prepreglagen sowohl aus Prepregs mit schwefelfreiem, partiell oxidiertem, intra­ molekular cyclisiertem Acrylnitrilpolymerisat, als Trägermaterial, als auch aus Prepregs mit Glasseidenflächengebilden als Trägermaterial gebildet werden.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert:
Es zeigen Tabelle 1 Kennwerte aus Komponenten 1, 2, 3 und 4 hergestellten Prepregs.
Tabelle 2 Kennwerte der hergestellten Basismaterialien für Leiterplatten für die angeführten Beispiele 1 bis 6.
Nachfolgend werden die Komponenten 1 bis 4 beschrieben.
Komponente 1
E-Glasseidengewebe mit einer Flächenmasse von 50 bis 200 g/m2.
Komponente 2
Flächengebilde aus schwefelfreiem, partiell oxidiertem, intramolekular cyclisiertem Acrylnitril­ polymerisat (z. B. Sigrafil O der Sigri GmbH) mit einer Flächenmasse von 100 bis 200 g/m2.
Komponente 3
100 Masseteile einer nach einem an sich bekannten Verfahren hergestellten Diandicyanat mit einer B-Zeit (bestimmt bei 160°C) von 25 Stunden und 20 Minuten, 75 Masseteile eines mit­ telmolekularen Dianepoxidharzes mit einem Epoxidäquivalent von 450 und einem Gahlt an leicht hydrolysierbarem Chlor von 0.015% und 12 Masseteile Dian werden unter Rühren in 100 Masseteile Methylethylketon gelöst.
Komponente 4
100 Masseteile eines nach einem an sich bekannten Verfahren hergestellten Diandicyanat- Prepolymeren mit einer b-Zeit (bestimmt bei 160°C) von 7 Stunden, 80 Masseteile eines bro­ mierten Epoxidharzes mit einem Epoxidäquivalent von 355, einem Gehalt an leicht hydroly­ sierbarem Chlor von 0,03% und einem Bromgehalt von 42%, 34 Masseteile eines niedermo­ lekularen Dianepoxidharzes mit einem Epoxidäquivalent von 187 und einem Gehalt an leicht hydrolysierbarem Chlor von 0,04% sowie 27 Masseteile Tetrabromdian werden unter Rühren in 250 Masseteilen Methylethylketon gelöst.
Ausführungsbeispiele
Wurden aus Komponente 1 und Komponente 2, werden in an sich bekannter Weise, auf einer Lackiermaschine mit den Komponenten 3 und 4 klebfreie, elastische und glatte Prepregs her­ gestellt. Die Prepregkenndaten sind der Tabelle 1 zu entnehmen.
Beispiel 1
Vier Lagen des Prepreg 1 als Kernlagen und jeweils zwei Lagen des Prepreg 5 als äußere, der Kupferfolie zugewandten Lagen sowie zwei Kupferfolien von 35 µm Dicke werden bei einer Temperatur von 175°C und einem Preßdruck von 4 MPa zu Laminaten als Basismaterial für Leiterplatten verpreßt.
Die Dielektrizitätskonstante des hergestellten Basismaterials ist, wie auch die der folgenden Beispiele, in der Tabelle 2 aufgeführt.
Beispiel 2
Fünf Lagen des Prepreg 2 als Kernlagen und jeweils eine Lage des Prepreg 5 als äußere, der Kupferfolie zugewandte Lagen sowie zwei Kupferfolien von 35 µm Dicke werden bei einer Temperatur von 180°C und einem Preßdruck von 4 MPa zu Laminaten als Basismaterial für Leiterplatten verpreßt.
Beispiel 3
Vier Lagen des Prepreg 1 und drei Lagen des Prepreg 5, die abwechselnd so übereinander gelegt sind, daß jeweils eine Lage des Prepreg 1 der Kupferfolie zugewandt ist, sowie zwei Kupferfolien von 35 µm Dicke werden bei einer Temperatur von 175°C und einem Preßdruck von 4 MPa zu Laminaten als Basismaterial für Leiterplatten verpreßt.
Beispiel 4
Drei Lagen des Prepreg 3 und vier Lagen des Prepreg 4, die abwechselnd so übereinander gelegt sind, daß jeweils eine Lage des Prepreg 3 der Kupferfolie zugewandt ist, sowie zwei Kupferfolien von 35 µm Dicke werden bei einer Temperatur von 180°C und einem Preßdruck von 4 MPa zu Laminaten als Basismaterial für Leiterplatten verpreßt.
Beispiel 5
Vier Lagen des Prepreg 4 und drei Lagen des Prepreg 3, die abwechselnd so übereinander gelegt sind, daß jeweils eine Lage des Prepreg 4 der Kupferfolie zugewandt ist, sowie zwei Kupferfolien von 35 µm werden bei einer Temperatur von 180°C und einem Preßdruck von 4 MPa zu Laminaten als Basismaterial für Leiterplatten verpreßt.
Beispiel 6
Vier Lagen des Prepreg 5 und drei Lagen des Prepreg 1, die abwechselnd so übereinander gelegt sind, daß jeweils eine Lage des Prepreg 5 der Kupferfolie zugewandt ist, sowie zwei Kupferfolien von 35 µm Dicke werden bei einer Temperatur von 175°C und einem Preßdruck von 4 MPa zu Laminaten als Basismaterial für Leiterplatten verpreßt.
Tabelle 1
Tabelle 2

Claims (8)

1. Elektrisch hochwertiges Basismaterial für ein- oder beidseitig kupferkaschierte Leiterplatten mit einem Prepregs auf der Basis von Glasseidenflächengebilden aufweisenden Träger und geeigneten Laminierharzen als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger neben Prepregs mit Glasseidenflächengebilden Prepregs mit schwefelfreiem, partiell oxidiertem, intramolekular cyclisiertem Acrylnitrilpolymerisat bestehenden Flächengebilden aufweist.
2. Basismaterial für Leiterplatten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mindestens eine Lage Prepreg mit Glasseidenflächengebilden und mindestens eine Lage Prepreg mit schwefelfreiem, partiell oxidiertem, intramolekular cyclisiertem Acrylnitrilpolymerisatflächengebilden aufweist.
3. Basismaterial nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren der Kupferfolie zugewandten Prepreglagen sowohl aus Prepregs mit Flächengebilden aus schwefelfreiem, partiell oxidiertem, intramolekular cyclisiertem Acrylnitrilpolymerisat, als auch aus Prepregs mit Glasseidenflächengebilden als Trägermaterial gebildet werden.
4. Basismaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Epoxidharze-Diandicyanat-Kombinationen verwendet werden.
5. Basismaterial nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Epoxidharz-Diandicyanat-Kombination flammwidrig ausgerüstet ist.
6. Basismaterial nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die flammwidrig ausgerüstete Epoxid-Diandicyanat-Kombination ein bromiertes Epoxidharz-Diandicyanat- Kombination enthält.
7. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch hochwertigen Basismaterials nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, die Prepreglagen miteinander und mit der Kupferfolie durch Verpressen verbunden werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd mehrere Lagen der verschiedenen Prepregs übereinander gelegt werden und miteinander und mit der Kupferfolie verpreßt werden.
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