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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte, die mit einer
Mehrzahl von Leiterinstallationen von hoher Dichte bereitgestellt
wird, wobei die Leiterinstallationen eine hohe Zuverlässigkeit
hinsichtlich der Verbindungen entweder auf beiden Seiten oder auf
der inneren Schicht eines Substrats aufweisen. Die Leiterplatte
hat eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit
und Feuchtigkeitsbeständigkeit,
so dass sich das Substrat bei erhöhter Temperatur nicht verbiegt
oder verdreht und es können
verschiedene elektronische Komponenten mit hoher Zuverlässigkeit
hinsichtlich der Verbindungen auf das Substrat montiert werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Vliesstoff-Material
und ein Prepreg, das zur Herstellung der Leiterplatte verwendet
wird.
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In
der letzten Zeit ist im Bereich der industriellen Apparate und der
Apparate für
Verbraucher der Bedarf an elektronischen Apparaten, die klein sind,
ein geringes Gewicht und verbesserte Funktionen aufweisen, weiter
angewachsen. Daher müssen
auch die elektronischen Schaltungskomponenten die auf diese elektronischen
Apparate zu montieren sind, wie zum Beispiel Halbleiter und Leiterplatten,
eine verbesserte Dichte und eine hohe Leistung aufweisen. Zum Beispiel
schreitet für
Halbleiter, wie zum Beispiel LSI, der Trend zu schmaleren Pitches
und wachsender Zahl von Pins wegen des anwachsenden Maßes an Integration
und an hoher Leistung rasch voran. Als ein Ergebnis dessen wird
das Montieren von Komponenten auf Leiterplatten durch konventionelles
Löten schwierig.
Zur Lösung
des Problems wurde die COB-Technik (Chip on Board Technik) entwickelt
und hat bereits Verwendung gefunden. Bei dieser Technik sind Halbleiterchips
nicht wie bei den konventionellen Techniken mit Keramiken oder Harzen
verpackt, sondern es werden freiliegende Chips direkt mit hoher
Dichte auf Leiterplatten montiert.
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Für Leiterplatten,
die darauf mit hoher Zuverlässigkeit
montierte elektronische Komponenten umfassen können, haben Glas-Epoxyharz-Substrate
breite Verwendung gefunden. Solche Glas-Epoxyharz-Substrate werden
durch Imprägnieren
von aus Glasfasern gewebten Materialien mit wärmebeständigen Epoxyharzen hergestellt.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Glas-Epoxyharz-Substrats ist jedoch mindestens dreimal größer als
der Wärmeausdehnungskoeefizient
des Siliciums, das Halbleiterchips bildet. Obgleich dieser Unterschied
keine schwerwiegenden Probleme bei der Montierung von konventionell
verpackten Halbleitern mit sich bringt, kann er die Verbindbarkeit
an elektrisch verbundenen Teilen zwischen Leiterplatten und Halbleiterchips
verschlechtern. Ein weiteres Problem ist die schlechte Verarbeitbarkeit
bei der Bildung von Mikroporen mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung
von Bohrern oder Lasern, da in der letzten Zeit kleine Bohrlöcher oder
Durchgangslöcher
erzeugt werden, gemäß einer
entwickelten Montierungstechnik von hoher Dichte, um mit den kleinen
elektronischen Hochleistungsvorrichtungen in Einklang zu stehen.
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Um
den oben genannten Problemen gerecht zu werden, wurden Verfahren
zur Herstellung von mit neuen Konfigurationen ausgestatteten Leiterplatten
oder Leiterplatten zur Leitungsverlegung hoher Dichte entwickelt.
In einer Technik werden kurze Fasern hergestellt, indem synthetische
Fasern auf eine vorbestimmte Länge
geschnitten werden und in die Fasern eines Blatts gebracht werden,
entweder mit Zellstoff-Fasern oder einem Bindeharz. Dieses Blatt
wird kalandriert, um ein Vliesstoff-Material herzustellen. Das Vliesstoff-Material wird
mit einem wärmeaushärtbaren
Harz wie zum Beispiel einem Epoxyharz imprägniert und teilgehärtet, um ein
Prepreg für
eine Leiterplatte herzustellen. Eine Leiterplatte, die das Vliesstoff-Material
umfaßt,
weist eine Oberfläche
mit verbesserter Glätte
auf, ist von geringem Gewicht und hat verglichen mit einem konventionellen Glas-Epoxyharz-Substrat
eine niedrige dielektrische Konstante. Darüber hinaus ist eine Leiterplatte,
die das Vliesstoff-Material umfaßt, im Hinblick auf die Verbindbarkeit
mit mikroelektronischen Komponenten wie zum Beispiel Halbleiterchips
zuverlässig
und erlaubt Leitungsverlegungen in hoher Dichte vorzunehmen, die
feine Leitungsmuster erfordern. Bekannte Leiterplatten schließen zum
Beispiel nicht gewebte Papiere ein, die mit einem Phenolharz imprägniert sind
und schließen
nicht gewebte Materialien aus aromatischen Polyamiden (Aramide)
ein, die mit einem Epoxyharz imprägniert sind. Unter diesen wird
insbesondere eine Leiterplatte, die aus einem Prepreg eines nicht
gewebten Aramid-Materials
und einem wärmeaushärtbaren
Epoxyharz hergestellt wird, für
die direkte Montierung von freiliegenden Halbleiterchips und die
Bildung von Leitungen in hoher Dichte in Betracht gezogen, da der
Koeffizient der Wärmeausdehnung ähnlich dem
des Siliciums ist und die Verbindung zuverlässig ist. Siehe zum Beispiel
die veröffentlichten,
ungeprüften
japanischen Patentanmeldungen (Tokkai-Sho) 61-160500, Tokkai-Sho
62-261190, Tokkai-Sho 62-273792, Tokkai-Sho 62-274688 und Tokkai-Sho 62-274689. Die
Leiterplatten finden breite Verwendung in verschiedenen elektronischen
Apparaten für Verbraucher
und in industriellen Anwendungen. Verschiedene Leiterplatten sind
in tragbaren elektronischen Apparaten im Verbrauchsgüterbereich
zum Einsatz gekommen, wie beispielsweise in tragbaren Telefonen
für Harz-Mehrschichtleitersubstrate,
die eine NH-Struktur in allen Schichten aufweisen (Tokkai-Hei 6-268345),
die Durchgangsloch-Leiter direkt unter den Landungsteilen oder zwischen
arbiträren
Schichten bilden können
und wegen ihrer Charakteristika wie zum Beispiel der niedrigen Expansion,
der niedrigen dielektrischen Konstante und des geringen Gewichts
kleine Substrate und Montierungen hoher Dichte bereitstellen.
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Bei
Isolatoren, die konventionelle Aramid-Vliesstoffe und ein wärmeaushärtbares
Epoxyharz umfassen, verbiegen sich die Substrate einschließlich der
Vliesstoffe und der synthetischen Fasermaterialien jedoch, insbesondere
wenn die Temperatur ansteigt. Dieses Verbiegen kann durch die Charakteristika
des Harzes verursacht werden. Das Bindemittel der Aramid-Fasern
in dem Vliesstoff ist ein Harz mit niedrigem Erweichungspunkt (etwa
200 °C)
oder es wird ein in Wasser dispergierbares Epoxyharz mit niedrigem
Erweichungspunkt als Bindemittel verwendet, um die Fasern in der
Anordnung eines Vliesstoffes zu binden. Bei höherer Temperatur verlieren
diese Bindemittel die Funktion die Fasern stabil zu binden und die
Verschiebung der Fasern verursacht ein Verbiegen oder ein Verkrümmen des
Substrats.
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Tokkai-Hei
10-37054 offenbart ein Verfahren, um das oben erwähnte Problem
zu lösen.
Insbesondere werden Materialien für einen Vliesstoff mit kurzen
Fasern, die bei ansteigender Temperatur keine Plastizität aufweisen,
und Fasern, die Plastizität
aufweisen, gemischt, bevor sie unter identischen Bedingungen wie
bei der Hitze- Kompression
verarbeitet werden. Bei diesen Verfahren werden die nicht plastischen
Fasern unter Heißschmelzen
an die thermoplastischen Fasern gebunden und das Substrat wird sich
weniger stark verbiegen. Die Wärmebeständigkeit
der Leiterplatten ist jedoch unbefriedigend, da die Bindemittel
thermoplastische Fasern einschließen, deren Erweichungspunkt
relativ niedrig ist. JP-A-11-128667 offenbart ein Filtermaterial zur
Verwendung als desodorierendes Mittel, um heiße schädliche Komponenten in Abluftgasen
effektiv zu entfernen. Der Filter umfaßt ein kubisches Netz synthetischer
chemischer Fasern wie zum Beispiel PP (Polypropylen), das ein inneres
Skelett bildet, und ein desodorierendes Mittel ist mit einem anorganischen
Bindemittel, wie zum Beispiel kolloidalem Siliciumdioxid, daran
gebunden.
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Um
die oben erwähnten
konventionellen Probleme zu lösen,
stellt die vorliegende Erfindung ein Vliesstoff-Material bereit,
das eine überlegene
Wärmebeständigkeit,
Feuchtigkeitsbeständigkeit
und Dimensionsstabilität
aufweist und stellt ein Prepreg bereit und eine Leiterplatte, die
dieses verwendet.
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Zu
diesem Zweck ist ein Vliesstoff-Material der vorliegenden Erfindung
ein Vliesstoff-Material,
das wärmebeständige synthetische
Fasern umfaßt,
in dem kurze Fasern unter Verwendung eines anorganischen Bindemittels
gebunden sind. Es ist bevorzugt, dass in dem Vliesstoff die kurzen
Fasern des Materials mit dem anorganischen Bindemittel an den Knotenpunkten
gebunden sind.
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Bevorzugt
sind die wärmebeständigen synthetischen
Fasern in dem Vliesstoff-Material wenigstens eine An von Fasern,
die gewählt
ist aus der Gruppe, die besteht aus Poly-(pphenylen-2,6-benzobisoxazol)-Fasern
(PBO-Fasern), Polybenzimidazol-Fasern (PBI-Fasern), Aramid-Fasern, Polytetrafluorethylen-Fasern (PTFE-Fasern)
und Poly-(pphenylen-2,6-benzobisthiazol)-Fasern (PBZ-Fasern).
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Es
ist auch bevorzugt, dass das anorganische Bindemittel in dem Vliesstoff
ein Rest ist, der gebildet ist aus entweder einer Lösung eines
Glases mit niedrigem Schmelzpunkt oder einer in Wasser dispergierbaren kolloidalen
Lösung,
in der wenigstens ein Material aus Fasern eines Glases mit einem
niedrigen Schmelzpunkt oder Teilchen eines Glases mit einem niedrigen
Schmelzpunkt dispergiert ist. Ein weiteres Beispiel eines anorganischen
Bindemittels, das zu diesem Zweck verwendet werden kann, umfaßt Siliciumoxid,
Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, oder Magnesiumoxid als die Hauptkomponente.
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Es
ist auch bevorzugt, dass die Fasern mit einer kovalenten chemischen
Siloxanbindung gebunden sind.
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Es
ist auch bevorzugt, dass der Gehalt an anorganischem Bindemittel
im Bereich von 5 bis 40 Gew.-Teilen liegt, wenn die Menge an wärmebeständigen synthetischen
Fasern 100 Gew.-Teile ist.
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Es
ist auch bevorzugt, dass die Feinheit der wärmebeständigen synthetischen Fasern
im Bereich von 0,25 bis 4 Denier liegt, oder der durchschnittliche
Faserdurchmesser im Bereich von 5 bis 20 μm liegt.
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Es
ist auch bevorzugt, dass die Länge
der wärmebeständigen synthetischen
Fasern im Bereich von 1 bis 6 mm liegt.
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Es
ist auch bevorzugt, dass der Vliesstoff durch ein Naßherstellungsverfahren
erhalten wird.
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Es
ist auch bevorzugt, dass das Gewicht des Vliesstoffes im Bereich
von 20 bis 100 g/m2 liegt.
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Es
ist auch bevorzugt, dass die durchschnittliche Dicke des Vliesstoffes
im Bereich von 0,03 bis 0,2 mm liegt.
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Es
ist auch bevorzugt, dass das Vliesstoff-Material weiter Zwischenräume für ein Imprägnieren
mit Harz umfaßt.
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Ein
Prepreg der vorliegenden Erfindung wird hergestellt durch weiteres
Imprägnieren
irgendeines der oben erwähnten
Vliesstoffe mit einem Tränkharz
und Trocknen.
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Es
ist bevorzugt, dass das Tränkharz
in dem Prepreg wenigstens eines ist, das gewählt ist aus der Gruppe, die
besteht aus einem Epoxyharz, einem Polyimidharz, einem Phenolharz,
einem Fluorharz und einem Cyanatesterharz.
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Bevorzugt
ist das Gewicht des Prepregs im Bereich von 40 bis 200 g/m2. Bevorzugt ist die durchschnittliche Dicke
des Prepregs im Bereich von 0,04 bis 0,2 mm.
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Eine
Leiterplatte der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung irgendeines
der oben genannten Prepregs als elektrischer Isolator hergestellt.
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Bevorzugt
ist das Gewicht der Leiterplatte im Bereich von 45 bis 400 g/m2.
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Bevorzugt
ist die durchschnittliche Dicke der Leiterplatte im Bereich von
0,05 bis 2 mm.
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Der
Vliesstoff der vorliegenden Erfindung wird hergestellt durch festes
Binden synthetischer Fasern mit einem Bindemittel, das ein anorganisches
Material umfaßt,
wenn ein Vliesstoff aus wärmebeständigen synthetischen
Fasern hergestellt wird, und eine Leiterplatte der vorliegenden
Erfindung wird aus einem Prepreg fabriziert, hergestellt durch Imprägnieren
des Vliesstoff-Materials mit einem Tränkharz und Trocknen des Vliesstoff-Materials.
Die Leiterplatte hat selbst bei hohen Temperaturen eine ausgezeichnete
Dimensionsstabilität und
es wird verhindert, dass sich das Substrat verbiegt oder durch Feuchtigkeitsabsorption
oder ähnliche
Faktoren beschädigt
wird.
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1 ist eine partiell vergrößerte Querschnittsansicht
eines Vliesstoff-Materials einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Isolierungssubstrats der ersten Ausführungsform.
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3 ist eine partiell vergrößerte Querschnittsansicht
eines Prepregs einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Die 4A-4F sind Querschnittsansichten,
die ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Die 5A-SF sind Querschnittsansichten,
die ein Verfahren zeigen zur Herstellung einer Leiterplatte, die
eine Mehrschichten-Leiterstruktur aufweist, in einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Vliesstoff-Material bereit, das
hergestellt ist durch Binden kurzer Fasern, einschließlich wärmebeständiger synthetischer
Fasern, unter Verwendung eines anorganischen Materials. Ein Bindemittel,
das zum Binden kurzer Fasern verwendet wird, umfaßt ein anorganisches
Material, das einen höheren
Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt aufweist, verglichen mit konventionellen
synthetischen organischen Materialien wie zum Beispiel ein in Wasser
dispergierbares Epoxyharz. Daher wird das Material mit hoher Wärmebeständigkeit
und Feuchtigkeitsbeständigkeit
bereitgestellt. Darüber
hinaus wird sich die Leiterplatte nicht verbiegen oder infolge von
Feuchtigkeitsabsorption eine Verschlechterung in den elektrischen Eigenschaften
zeigen, selbst dann nicht, wenn die elektronische Apparatur unter
extremen Temperaturbedingungen verwendet wird. So wird eine ausgezeichnete
Zuverlässigkeit
zur Verfügung
gestellt.
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Die
synthetischen Fasern, die den Vliesstoff bilden sind wenigstens
eine Art von Fasern, die gewählt sind
aus der Gruppe, die besteht aus PBO-Fasern, PBI-Fasern, Aramid-Fasern,
PTFE-Fasern und PBZ-Fasern. Da diese Fasern eine hohe Wärmebeständigkeit
und die Eigenschaft der Wasserundurchlässigkeit (Feuchtigkeitsbeständigkeit)
aufweisen, haben die Vliesstoff-Substrate einschließlich der
Fasern eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit
und Feuchtigkeitsbeständigkeit
als auch die Funktionen, die von dem anorganischen Bindemittel bereitgestellt
werden.
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Das
hier verwendete Bindemittel ist ein Rest, der gebildet ist aus entweder
einer Lösung
eines Glases mit niedrigem Schmelzpunkt oder einer in Wasser dispergierbaren
kolloidalen Lösung
in der wenigstens ein Material aus Fasern eines Glases mit einem
niedrigen Schmelzpunkt oder Teilchen eines Glases mit einem niedrigen
Schmelzpunkt dispergiert ist. Da diese Lösung einen hohen Erweichungspunkt
oder Schmelzpunkt aufweist, wird die Verbindung zwischen den kurzen
Fasern, die den Vliesstoff bilden nicht verloren gehen, selbst wenn
die Leiterplatte einer hohen Temperatur ausgesetzt wird. Als ein
Ergebnis dessen wird das Isolierungssubstrat nicht unter Verbiegen
etc. leiden und eine hohe Dimensionsstabilität kann aufrecht erhalten werden.
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Ein
Prepreg wird durch Imprägnieren
des Vliesstoff-Materials mit einem Tränkharz und Trocknen hergestellt,
Leiterplatten der vorliegenden Erfindung, z.B. doppelseitig bedruckte
Leiterplatten und bedruckte Mehrschichten-Leiterplatten, weisen
eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit
und Feuchtigkeitsbeständigkeit
auf. Das Tränkharz
kann wenigstens eines sein, das gewählt ist aus der Gruppe, die
besteht aus einem Epoxyharz, einem Polyimidharz, einem Phenolharz,
einem Fluorharz und einem Cyanatesterharz. Demgemäß kann ein
Prepreg mit guter Verarbeitbarkeit in den Herstellungsschritten
bereitgestellt werden.
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Leiterplatten
der vorliegenden Erfindung umfassen doppelseitig bedruckte Leiterplatten
und bedruckte Mehrschichten-Leiterplatten mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit
und Feuchtigkeitsbeständigkeit.
Solche Leiterplatten weisen eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit
sowohl in industriellen oder militärischen elektronischen Apparaten
auf, die unter extremen Bedingungen verwendet werden, als auch in
elektronischen Apparaturen zur Verwendung für Endverbraucher.
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Ein
Vliesstoff-Material einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist unten unter Bezug auf die 1 und 2 erläutert. 1 zeigt eine Probe eines Vliesstoff-Materials
der Ausführungsform
in partieller mikroskopischer Vergrößerung. In 1 verfilzen kurze Fasern 1,
die wärmebeständige synthetische
Fasern wie z.B. PBO oder Para-Amid einschließen, miteinander in einem gebildeten
Blatt auf komplizierte Weise. An den zahlreichen Knotenpunkten der
kurzen Fasern 1, wie im Innern des Kreises von 1 gezeigt, ist das Glas 2,
das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, wie beispielsweise Alkalimetallsilicat
kondensiert und führt zu
einer festen Bindung der kurzen Fasern 1. Der Erweichungspunkt
dieses Glases, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, ist in
einem weiten Temperaturbereich durch Variieren der Zusammensetzung
einstellbar, es ist aber typischerweise bevorzugt, dass der Erweichungspunkt
nicht unterhalb von 350 °C
liegt. Das obere Limit dieses Temperaturbereichs ist für PBO 650 °C, während das
gleiche Limit für
Aramid 400 °C
ist. Die Komponenten des Glases, das einen niedrigen Schmelzpunkt
aufweist, werden aus einer nahezu unbegrenzten Anzahl von Inhaltsstoffen
ausgewählt.
Das Vliesstoff-Material,
das die wärmebeständigen synthetischen
Fasern, die durch ein anorganisches Bindemittel, das eine hohe Wärmebeständigkeit
aufweist, gebunden sind, einschließt, kann eine ausgezeichnete
Dimensionsstabilität,
Wärmebeständigkeit
und Feuchtigkeitsbeständigkeit
aufrechterhalten.
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Ferner
kann das anorganische Bindemittel (Glas 2 mit niedrigem
Schmelzpunkt) nicht nur an den Knotenpunkten der kurzen Fasern 1 einen Überzug bilden,
sondern auch an den verbleibenden Bereichen der Fasern, in dem die
Materialien für
das anorganische Bindemittel entsprechend ausgewählt werden und die Mischrate
mit dem Vliesstoff und die Bedingungen zur Herstellung gesteuert
werden. Demzufolge kann die Wärmebeständigkeit,
die Feuchtigkeitsbeständigkeit
und die Dimensionsstabilität
des Vliesstoff-Materials weiter verbessert werden.
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Beispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird unten mit Bezug auf die Beispiele näher erläutert werden,
obgleich die vorliegende Erfindung durch die Beispiele nicht beschränkt wird.
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Die
Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in folgender Weise durchgeführt worden.
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(1) Die Wärmebeständigkeit 1 (ein
Maß für das Verbiegen
einer geäzten
Leiterplatte) wird durch die Schritte erhalten:
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Herstellen
einer Leiterplatte durch Laminieren von drei Prepregs, Hitzepressen
der Prepregs, Plazieren von Kupferfolien auf beiden Seiten, um ein
doppelseitig mit Kupfer platiertes Laminat von der Größe 20 × 20 cm
herzustellen, Entfernen der Kupferfolien und
Plazieren der
Leiterplatte auf einer Platte und Messen des Verbiegungsgrads an
den vier Ecken der Leiterplatte, um den maximalen Wert zu erhalten.
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(2) Die Wärmebeständigkeit 2 (eine
Variation des Durchgangswiderstandswertes bei einem Reflow) wird
durch die Schritte erhalten:
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Eintauchen
einer Leiterplatte, die mit einem Leitermuster ausgebildet ist in
einem Lötmetallbad
von 260 °C
(zu jedem Zeitpunkt wird für
30 Sekunden eingetaucht) und
Messen der Veränderung des Widerstandswertes
pro Durchgang, wovon der Widerstandswert der Leiter vor und nach
dem Test ausgenommen wird.
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Das
Substrat für
die Bewertung ist wie in den 4F und 5F gezeigt, durch Verbinden
einer Mehrzahl von Durchgängen
konfiguriert. Bei einer normalen Messung wird der Widerstandswert
des Leiters in den Widerstandswert der Durchgänge eingeschlossen. Die Erfinder
haben entsprechend der Leiterlänge
Testmuster entwickelt, um den Widerstandswert der Leiter von dem
Widerstandswert des Substrats auszunehmen und genaue Widerstandswerte
der Durchgänge
zu erhalten. Als ein Ergebnis dessen wird sich die Sensitivität im Hinblick
auf die Variation der Widerstandswerte der Durchgänge weniger
verschlechtern, selbst wenn sich der Widerstandswert der Leiter
im Vergleich zu dem Widerstandswert der Durchgänge erhöht.
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(3) Die Feuchtigkeitsbeständigkeit 1 (Feuchtigkeitsabsorption)
wird durch die Schritte erhalten:
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Herstellen
einer Leiterplatte durch Bilden eines Leitermusters und Trocknen,
Einwirkenlassen
einer gesättigten
Dampfatmosphäre
von 121 °C,
0,2 Pa auf die Leiterplatte für
24 Stunden und
Messen der Feuchtigkeitsabsorptionsrate des
Substrats durch Messen der Gewichtszunahme, die durch die Feuchtigkeitsabsorption
verursacht wird.
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(4) Die Feuchtigkeitsbeständigkeit 2 (Variation
des Widerstandswerts des Durchgangs unter einem Druck-Cooker Test)
wird durch die Schritte erhalten:
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Herstellen
einer Leiterplatte, in dem ein Leitermuster gebildet wird und Trocknen,
Einwirkenlassen
einer gesättigten
Dampfatmosphäre
von 121 °C,
0,2 Pa auf die Leiterplatte für
300 Stunden und
Messen der Veränderung des Widerstandswerts
pro Durchgang, von dem der Widerstandswert der Leiter vor und nach
dem Test ausgenommen wird. Der Widerstandswert der Leiter sollte
aus dem gleichen Grund wie in der obigen Bewertung (1)
ausgenommen werden.
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(Beispiel 1)
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PBO-Fasern,
die gesponnen wurden, um einen geeigneten Faserdurchmesser zu erhalten
(„Zylon" (Handelsname), geliefert
von TOYOBO CO., LTD.) wurden geschnitten, um kurze Fasern von 0,3
bis 5 Denier und einer Länge
von etwa 1 bis 10 mm herzustellen. Die Fasern wurden in Wasser dispergiert,
gut gemischt, in die Form eines Blattes von 70 g/m2 durch
bekannte Techniken gebracht und getrocknet.
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Nachfolgend
wurde eine wässrige
Lösung
eines Alkalimetall-Silicatglases hergestellt, dessen Molekularformel
M2O · nSiO2 (M bezeichnet ein Alkalimetall) wurde hergestellt,
indem die Viskosität
eingestellt wurde. Die Lösung
wurde auf beide Seiten eines gut getrockneten Vliesstoffes gesprüht, um den
Vliesstoff (100 Gew.-Teile) mit 10 Gew.-Teilen der Lösung zu
imprägnieren.
Der Vliesstoff wurde in einem Trockenofen gut getrocknet und in
einer Kalandriervorrichtung, die über ein Paar Metallrollen verfügte unter
den folgenden Bedingungen kalandriert:
Temperatur: 300 bis
400 °C,
Linearer
Druck: 200 kg/cm,
Geschwindigkeit: 4 m/min.
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Zwischen
dem Silanol des Alkalimetall-Silicatglases trat eine Dehydrierungskondensation
durch die Wärme
während
des Kaladrierens auf und so wurden zwischen den Molekülen Siloxanbindungen
gebildet. Zu diesem Zeitpunkt verfilzten die Fasern an den Knotenpunkten,
das Alkalimetall-Silicatglas wurde, wie in 1 gezeigt, ein amorpher Feststoff und
so der Vliesstoff fest gebunden.
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Das
erhaltene Vliesstoff-Material wurde mit 50 bis 60 Gew.-% eines Epoxyharzes
imprägniert,
durch Wärme
getrocknet und so teilweise gehärtet
(Stufe B). Das Epoxyharz war eine Mischung aus bromiertem Bisphenol
A-Epoxyharz (Handelsname Epikote YL 6090) und Bisphenol A · Formaldehyd-Kondensat-Epoxyharz (Handelsname
Epicure YLH 129) in einem Mischungsverhältnis von 2 : 1. Beide Harze
wurden von YUKA SHELL EPOXY CO. geliefert.
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Das
erhaltene Prepreg wies 140 g/m2 auf und
war 0,14 mm dick.
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(Beispiel
2) Es wurden PBI-Fasern mit einem Durchmesser von 5 bis 20 μm gesponnen.
Die Feinheit betrug 1,5 Denier und die Fasern wurden zuvor auf eine
Länge von
3 bis 7 mm geschnitten. Es wurden Para-Amid-Fasern, die zuvor mechanisch
behandelt wurden, um einen Brei herzustellen, mit den kurzen PBI-Fasern
gemischt und die Mischung wurde in einer kolloidalen Lösung dispergiert,
wobei die Lösung
ultrafeine Partikel oder kurze Fasern von darin in Wasser dispergierbarem
Glas mit niedrigem Schmelzpunkt umfaßte, und die Lösung wurde
gut homogenisiert. Im Anschluß daran
wurde die Lösung
in die Form eines Blattes gebracht und das Blatt wurde unter den
gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 beschrieben kalandriert.
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Wie
in 2 gezeigt wurden
in dem Vliesstoff-Material kolloidale Partikel mit einer Siloxanstruktur -Si-O-Si-
an den Knotenpunkten und um die synthetischen Fasern herum angehaftet.
Die Siloxan-Bindung, die infolge der Dehydrierungskondensation der
Silanolgruppen an den Partikeln auftraten, diente dazu, die Knotenpunkte
der verfilzten Fasern zu verbinden und dazu die Fasern zu überziehen.
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Das
erhaltene Vliesstoff-Material wurde mit 50 bis 60 Gew. % eines Epoxyharzes
imprägniert,
durch Wärme
getrocknet und so teilweise gehärtet
(Stufe B). Das Epoxyharz war eine Mischung aus bromiertem Bisphenol
A-Epoxyharz (Handelsname Epikote YL 6090) und Bisphenol A · Formaldehyd-Kondensat-Epoxyharz (Handelsname
Epicure YLH 129) in einem Mischungsverhältnis von 2 : 1. Beide Harze
wurden von YUKA SHELL EPOXY CO. geliefert.
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Das
erhaltene Prepreg wies 140 g/m2 auf und
war 0,14 mm dick.
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(Beispiel 3)
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PBZ-Fasern,
die gesponnen wurden, damit sie einen geeigneten Faser-Durchmesser
aufweisen, wurden geschnitten, um kurze Fasern von 0,3 bis 5 Denier
und einer Länge
von etwa 1 bis 10 mm herzustellen. Die Fasern wurden in Wasser dispergiert,
gut gemischt, in die Form eines Blatts von 70 g/m2 durch
bekannte Techniken gebracht und getrocknet. Anschließend wurde
Borsilicat-Bleiglas-Pulver hergestellt, indem 10 Gew.% Al2O3 und 10 Gew.-%
CaO, 30 Gew.-% SiO2, 20 Gew.-% Borsäure und
30 Gew.-% Blei verwendet wurden, und es wurde durch Lösen eines
synthetischen Bindemittels (Ethyl-Cellulose oder ein Acrylharz)
in einem organischen Lösungsmittel
(z.B. Butylcarbitolacetat) eine Paste hergestellt. Die Paste wurde
zu dem Borsilicat-Bleiglas-Pulver
hinzugefügt
und es wurde geknetet, um eine Glaspaste zu erhalten. Die Glaspaste
wurde auf beide Seiten eines Vliesstoffs (100 Gew.-Teile) gesprüht, um den
Vliesstoff mit 10 Gew.-Teilen der Paste zu imprägnieren. Nach Entfernen des
organischen Lösungsmittels
durch Evaporieren und Trocknen in einem Trockenofen wurde der Vliesstoff
in einer Kalandriervorrichtung, die ein Paar von Metallrollen aufwies,
unter den folgenden Bedingungen kalandriert:
Temperatur: 300
bis 400 °C,
Linearer
Druck: 200 kg/cm,
Geschwindigkeit: 4 m/min.
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Da
in Beispiel 3 eine Glaspaste von relativ hoher Viskosität verwendet
wurde, haftete die Glaslösung leicht
an den Knotenpunkten und an den Fasern in dem Vliesstoff. Um die
Adhäsion
des Glases zu steuern, kann die Viskosität durch Variieren des Gehalts
des organischen Lösungsmittels
eingestellt werden.
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Das
erhaltene Vliesstoff-Material wurde mit 50 bis 60 Gew.-% eines Epoxyharzes
imprägniert,
durch Wärme
getrocknet und so teilweise gehärtet
(Stufe B).
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Das
Epoxyharz war eine Mischung aus bromiertem Bisphenol A-Epoxyharz
(Handelsname Epikote YL 6090) und Bisphenol A · Formaldehyd-Kondensat-Epoxyharz
(Handelsname Epicure YLH 129) in einem Mischungsverhältnis von
2 : 1. Beide Harze wurden von YUKA SHELL EPOXY CO. geliefert.
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Das
erhaltene Prepreg wies 140 g/m2 auf und
war 0,14 mm dick.
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(Beispiel 4)
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Es
wurden kurze PBO-Fasern, die gesponnen wurden, damit sie einen geeigneten
Faser-Durchmesser
aufweisen, und PTFE-Fasern von 12 um im Durchmesser hergestellt.
Die Feinheit der PBO-Fasern betrug 0,3 bis 5 Denier und die PBO-Fasern
wurden zuvor auf eine Länge
von 1 bis 10 mm geschnitten, während
die PTFE-Fasern auf eine Länge
von 4 mm geschnitten wurden. Diese Fasern wurden hinzugefügt und gemischt in
einer wässrigen
kolloidalen Lösung,
die ultrafeine Partikel oder kurze Fasern eines in Wasser dispergierbaren
Glases von niedrigem Schmelzpunkt umfaßte, und zum Homogenisieren
gut dispergiert. Die Lösung
wurde durch bekannte Techniken in die Form eines Blatts von 100
g/m2 gebracht. Nachdem in einem Trockenofen
gut getrocknet wurde, wurde der Vliesstoff in einer Kalandriervorrichtung,
die ein Paar von Metallrollen aufwies, unter den folgenden Bedingungen
kalandriert:
Temperatur: 300 bis 400 °C,
Linearer Druck: 200
kg/cm,
Geschwindigkeit: 4 m / min.
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Das
erhaltene Vliesstoff-Material wurde mit 50 bis 60 Gew.-% eines Epoxyharzes
imprägniert,
durch Wärme
getrocknet und so teilweise gehärtet
(Stufe B).
-
Das
Epoxyharz war eine Mischung aus bromiertem Bisphenol A-Epoxyharz
(Handelsname Epikote YL 6090) und Bisphenol A · Formaldehyd-Kondensat-Epoxyharz
(Handelsname Epicure YLH 129) in einem Mischungsverhältnis von
2 : 1. Beide Harze wurden von YUKA SHELL EPOXY CO. geliefert.
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Das
erhaltene Prepreg wies 140 g/m2 auf und
war 0,14 mm dick.
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(Beispiel 5)
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sFür para-orientierte
Aramid-Fasern wurden kurze „Kevlar
49"-Fasern (Handelsname),
geliefert von E. I. DuPont (Feinheit: 1,5 Denier, Faserlänge: 3 bis
7 mm) hergestellt. Die Fasern wurden in Wasser dispergiert, gut
gemischt, durch bekannte Techniken in die Form eines Blatts von
50 g/m2 gebracht und getrocknet, um einen
Vliesstoff zu erhalten. Es wurde eine wässrige Lösung eines Alkalimetallsilicatglases
(Molekularformel: M2O · nSiO2),
die zuvor auf eine geeignete Viskosität eingestellt wurde, auf beide
Seiten des Vliesstoffs gesprüht
(100 Gew.-Teile), um den Vliesstoff mit 10 Gew.-Teilen der Lösung zu
imprägnieren.
Nachdem in einem Trockenofen gut getrocknet wurde, wurde der Vliesstoff
in einer Kalandriervorrichtung, die ein Paar von Metallrollen aufwies,
unter den folgenden Bedingungen kalandriert:
Temperatur: 300
bis 400 °C,
Linearer
Druck: 200 kg / cm,
Geschwindigkeit: 4 m/min.
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Das
erhaltene Vliesstoff-Material wurde mit 50 bis 60 Gew.-% eines Epoxyharzes
imprägniert,
durch Wärme
getrocknet und so teilweise gehärtet
(Stufe B).
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Das
Epoxyharz war eine Mischung aus bromiertem Bisphenol A-Epoxyharz
(Handelsname Epikote YL 6090) und Bisphenol A · Formaldehyd-Kondensat-Epoxyharz
(Handelsname Epicure YLH 129) in einem Mischungsverhältnis von
2 : 1. Beide Harze wurden von YUKA SHELL EPOXY CO. geliefert.
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Das
erhaltene Prepreg wies 140 g/m2 auf und
war 0,14 mm dick.
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Die
in den Beispielen 1, 2, 4 und 5 beschriebenen Bindemittel waren
Lösungen
von in Wasser dispergierbarem Glas. Da die synthetischen Fasern
inhärent
wasserabweisend sind, ist es bevorzugt, dass die synthetischen Fasern
mit einem oberflächenaktiven
Mittel vorbehandelt werden, um entweder Glaspartikel oder Glasfasern
an den Knotenpunkten oder den anderen Regionen der Fasern unter
Verwendung der Lösung
des in Wasser dispergierbaren Glases anzubringen. Zur weiteren Verbesserung
der Wasserundurchlässigkeit
des wärmehärtbaren
Wasserglases werden bevorzugt zusammen damit Härtungsmittel verwendet, um
eine feste Bindung bereitzustellen, so dass das Vliesstoff-Material
der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweist. Die Härtungsmittel
umfassen Oxide oder Hydroxide von Zink, Magnesium, Calcium etc.,
Siliciumfluoride von Natrium, Kalium, Calcium etc. und Phosphate
von Aluminium, Zink, etc.
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Um
die Eigenschaften der Vliesstoff-Materialien der obigen Beispiele
aufzuzeigen, wurden Leiterplatten, hergestellt aus den Vliesstoffen
der Beispiele, im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit und die Feuchtigkeitsbeständigkeit
verglichen mit Leiterplatten, die unter Verwendung von konventionellen
Vliesstoff-Materialien hergestellt wurden.
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(Vergleichsbeispiel
1)
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Ein
PBO-Vliesstoff wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Ein emulgiertes Bindemittel eines wasserlöslichen Epoxyharzes wurde auf
den PBO-Vliesstoff
gesprüht.
Der Vliesstoff wurde durch eine Heißluftzone von 120 °C geschleust
und getrocknet, um eine Leiterplatte herzustellen.
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(Vergleichsbeispiel
2) Eine Leiterplatte wurde in der gleichen Weise wie in Vergleichsbeispiel
1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Bindemittel für den PBO-Vliesstoff
durch meta-Aramid ersetzt wurde.
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(Vergleichsbeispiel 3)
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Für para-orientierte
Aramid-Fasern wurde „Kevlar
49" (Markenname),
geliefert von E. I. Du Pont in Wasser dispergiert, um ein Blatt
eines Vliesstoffs von 50 g/m2 zu bilden.
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Als
Bindemittel wurde eine Emulsion von Epoxyharz auf das Vliesstoff-Blatt
in einer Menge von etwa 10 Gew.-% als Feststoff, gesprüht. Der
Vliesstoff wurde bei 120 °C
kontinuierlich getrocknet, mit einem Acrylpolymer behandelt und
in einer Kalandriervorrichtung, die ein Paar von Metalkollen aufwies,
bei einer Temperatur von 120 °C
kalandriert, so dass eine Leiterplatte hergestellt wurde.
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(Vergleichsbeispiel 4)
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Eine
Leiterplatte wurde in der gleichen Weise wie in Vergleichsbeispiel
3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Bindemittel für den para-orientierten
Aramid-Vliesstoff durch meta-Aramid ersetzt wurde.
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Die
Evaluierungsergebnisse der Beispiele der vorliegenden Erfindung
und der Vergleichsbeispiele sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, weisen die Vliesstoff-Materialien, die gemäß den Beispielen
der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine ausgezeichnete
Wärmebeständigkeit,
Feuchtigkeitsbeständigkeit
und Dimensionsstabilität
auf, da die Vliesstoffe hergestellt werden durch Binden kurzer Fasern
von wärmebeständigen synthetischen
Fasern mit Glas, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, und
eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit
hat.
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Ähnliche
Effekte können
durch Verwendung einer Glaspaste erhalten werden, die ein anorganisches Bindemittel
und ein organisches Bindemittel einschließt. Das anorganische Bindemittel
ist ein Pulver oder es sind kurze Fasern eines auf Phosphat basierenden
in Wasser dispergierbaren Glases, das durch die Formel M · HP2O4 (M = Al, Mg,
Ca, Ba, Ti etc.) wiedergegeben werden kann oder ein kristallines
Borsilicat-Bleiglas, das
ZnO enthält.
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Die
folgende Beschreibung betrifft ein Prepreg in einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Prepreg wurde hergestellt durch
Mischen eines Katalysators und eines organischen Lösungsmittels
mit geeigneten Inhaltsstoffen in einem Tränkharz eines Epoxyharzes, das
die folgende Zusammensetzung aufweist und Einstellen der Viskosität der Lösung; Imprägnieren
irgendeines der Vliesstoff-Materialien
der Beispiele 1 bis 3 mit der Lösung
unter Verwendung einer Beschichtungsmaschine; Evaporieren des Lösungsmittels
in einem Trockenofen und Erhitzen des Epoxyharzes auf eine bestimmte
Temperatur, um einen teilweise gehärteten Zustand zu erreichen
(Stufe B).
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- Basismaterialien:
Bromiertes Bisphenol
A-Epoxyharz 75 Gew.-Teile Novolak Phenolharz 25 Gew.-Teile
Härtungsmittel:
Carbonyldiimidazol
0,2 Gew.-Teile
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Ein
Prepreg mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit
für Leiterplatten
wird erhalten unter Verwendung von wärmehärtbaren Harzen für ein Imprägnierungs-Tränkharz wie
beispielsweise ein Polyamidharz, ein Phenolharz, ein Fluorharz und
ein Cyanatesterharz als auch das oben erwähnte Epoxyharz. Die Harze können alleine
verwendet werden oder miteinander gemischt werden. 3 ist eine Querschnittsansicht eines
Prepregs, das gebildet wird durch Imprägnieren des Vliesstoffs in 1 mit einem Tränkharz und
Zusammenpressen unter Hitze zur teilweisen Härtung. Ein Tränkharz 3,
das ein Epoxyharz einschließt,
wird in den Zwischenräumen
der verfilzten Vliesstoff-Fasern 1, deren Knotenpunkte
mit dem anorganischen Bindemittel 2 gebunden sind, imprägniert.
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Unten
wird mit Bezug auf die 4A-4F eine
Leiterplatte einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erklärt.
Zuerst wird ein Prepreg 4 aus irgendeinem der in den Beispielen 1 bis 3 beschriebenen Vliesstoff-Materialien
hergestellt durch Imprägnieren
des Vliesstoffs mit einem wärmehärtbaren
Harz, wie beispielsweise einem Epoxyharz, um den Vliesstoff teilweise
zu härten.
Wie in 4A gezeigt, haften
die Harzfilme 5, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat,
an beiden Oberflächen
des Prepregs 4. Unter Verwendung eines Lasers etc. werden
an vorbestimmten Positionen des Prepregs 4 Penetrationen 6 gebildet
(4B) und es wird mit
Hilfe eines Druckverfahrens eine elektrisch leitende Paste 7 zum
Füllen
von Durchgangslöchern
in die Penetrationen 6 gefüllt (4C). Nach Ablösen des Harzfilms 5 (4D) werden, wie in 4E gezeigt, Kupferfolien
(8a, 8b) an beiden Oberflächen des Prepregs 4 angebracht
und die elektrisch leitende Paste 7 und das teilweise gehärtete Prepreg 4 werden
unter Anwendung von Druck (20 bis 50 kg/cm2) und Hitze (von 170 bis 260 °C) von beiden
Seiten für
60 Minuten vollständig
gehärtet.
Die Bedingungen für
den Druck und die Hitze sollten entsprechend dem imprägnierten
Tränkharz
modifiziert werden. Anschließend
werden die Kupferfolien (8a, 8b) in einer konventionellen
Photolithographie mit Mustern versehen, um wie in 4F gezeigt, vorbestimmte Leiter (9a, 9b)
auf beiden Seiten zu bilden, so dass eine Leiterplatte bereitgestellt
wird.
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Nachfolgend
wird unten in einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Leiterplatte mit einer Mehrschichten-Leiterstruktur
mit Bezug auf die Figuren 5A-SF
beschrieben. Zunächst
wird ein Prepreg 11 aus irgendeinem des in den Beispielen 1 bis 3 beschriebenen
Vliesstoff-Materials hergestellt durch Imprägnieren des Vliesstoffs mit
einem wärmehärtbaren
Harz, wie beispielsweise einem Epoxyharz, um den Vliesstoff teilweise
zu härten.
Wie in 5A gezeigt, haften
Harzfilme 12, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat,
an beiden Seiten des Prepregs 11. Unter Verwendung eines
Lasers etc. werden an vorbestimmten Positionen des Prepregs 11 (5B) Penetrationen 13 gebildet
und es wird mit Hilfe eines Druckverfahrens eine elektrisch leitende
Paste 14a zum Füllen
von Durchgangslöchern
(Durchgangslochleiter) in die Penetrationen 13 gefüllt (5C). Durch Ablösen des
Harzfilms 12 wird ein Zwischenverbindungsstück 15 und
ein Zwischenverbindungsstück 16 erhalten,
wie in 5D gezeigt. Das
auf ähnliche
Weise gebildete Zwischenverbindungsstück 16 weist ein Durchgangsloch-Verbindungsteil 14b auf.
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Wie
in 5E gezeigt, sind
die Zwischenverbindungsstücke 15 und 16 präzise auf
beiden Seiten der doppelseitig bedruckten Leiterplatte 17 in 4F positioniert. Die Kupferfolien 18a und 18b werden
weiter auf beiden Seiten laminiert und die Laminate werden mit Wärme zusammengepreßt, damit
die doppelseitig bedruckte Leiterplatte 17 und die Kupferfolien
(18a, 18b) durch die Zwischenverbindungsstücke (15, 16)
aneinander haften. Im Anschluß werden
die Kupferfolien (18a, 18b) zur Erzeugung von
vorbestimmten Mustern mit einer konventionellen Photolithographie
geäzt,
um Leiter (19a, 19b) zu bilden, wie in 5F gezeigt. Als ein Ergebnis
wird eine Leiterplatte mit einer Vierschicht-Leiterstruktur erhalten,
in welchem die Leiter (9a, 9b) und die Leiter
(19a, 19b) durch Schichten über die mehreren Durchgangsloch-Leiter 7, 14a und 14b verbunden sind.
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Wie
oben erwähnt,
werden die Vliesstoff-Materialien und Prepregs der vorliegenden
Erfindung durch Integrieren von Vliesstoffen, die aus wärmebeständigen synthetischen
Fasern aufgebaut sind, mit einem Bindemittel, das anorganische Materialien
einschließt,
bereitgestellt. Daher sind die Leiterplatten, die Vliesstoffe und
Prepregs einschließen,
ausgezeichnet im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit und die Feuchtigkeitsbeständigkeit.
