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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen glasfaserverstärkten Kunststoff
mit hoher Dickengenauigkeit und ausgezeichneter Verformbarkeit,
sowie ein Verfahren zur Herstellung des glasfaserverstärkten Kunststoffs.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen glasfaserverstärkten Kunststoff, durch
den mit Hilfe der Lasertechnik Durchführungslöcher gebohrt werden können, sowie
auf ein Verfahren zur Herstellung dieses glasfaserverstärkten Kunststoffs.
Der glasfaserverstärkte
Kunststoff der vorliegenden Erfindung ist gut geeignet zur Herstellung
von Substraten für
Mobiltelefone, Personal Computer, RAM Bus-Speicher, PDAs (Personal
Digital Assistants = Digital Organiser Handhelds) und äh. verwendet
werden, die für Hochfrequenzbetrieb
geeignet sein müssen.
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BISHERIGER TECHNOLOGIESTAND
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Da
neuerdings für
laminierte Platten, zur Herstellung von Leiterplatten und mehrschichtigen
Leiterplatten, höhere
Frequenzen als bisher verwendet werden, sind die Anforderungen an
die Materialeigenschaften solcher Platten strenger geworden. Die
Materialien für
Leiterplatten sind in der Vergangenheit hauptsächlich nach den Signallaufzeiten
untersucht worden. Es sind Harze entwickelt worden, die in der Lage
sind, die Impedanz durch Verringerung der Dielektrizitätskonstanten
der Leiterplatten und Erhöhung
der Dickengenauigkeit des Substrats nach der Fertigung zu kontrollieren.
Die Dickengenauigkeit eines Substrats steht in wechselseitiger Beziehung
zur Signallaufzeit und die Quadratwurzel aus der Dielektrizitätskonstanten
steht in wechselseitiger Beziehung zu den Signallaufzeiten. Daher
ist die Erhöhung
der Genauigkeit der Substratdicke von Bedeutung. Es ist bisher schwierig
gewesen, konventionellen, glasfaserverstärkten Kunststoff wegen des, beim
Pressvorgang ausfließenden
Harzes, das in der Glasfaser imprägniert und gehärtet wird,
mit großer
Substratdickengenauigkeit herzustellen. Wenn nicht die neuesten
Pressvorrichtungen verwendet werden, ist nur eine geringe Substratdickengenauigkeit
zu erzielen. Außerdem
fällt Harzpulver
von dem glasfaserverstärkten Kunststoff,
wenn der glasfaserverstärkte
Kunststoff zur Bearbeitung geschnitten oder gebogen wird. Dieses Harzpulver
setzt sich auf Kupferfolien fest und verursacht Schaltkreisfehler.
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Verfahren
zur Verbesserung der Substratdickengenauigkeit wurden in den Veröffentlichungen
Japanischer Patentanmeldungen No. 123875/ 1978, No. 142576/ 1979,
No. 168438/1988 und No. 119836/ 1992 beschrieben. Die Veröffentlichungen
der Japanischen Patentanmeldungen No. 123875/ 1978, No. 142576/
1979 und No. 119836/ 1992 beschreiben glasfaserverstärkte Kunststoffe,
die eine vollständig
ausgehärtete
Harzschicht und eine teilweise ausgehärtete Harzschicht enthalten.
Die abmessungsrelevante Stabilität
von laminierten Platten ist durch dieses Verfahren verbessert worden.
Diese Verfahren haben jedoch das Problem, dass die Harzschichten
an der Schnittstelle abblättern,
wo die vollständig
ausgehärtete
Harzschicht und die teilweise ausgehärtete Harzschicht aufeinander
treffen,. Die Veröffentlichung
der Japanischen Patentanmeldung 168438/1988 beschreibt einen glasfaserverstärkten Kunststoff,
der aus Harzschichten zusammengesetzt ist, die unterschiedliche
Reaktionsgrade aufweisen. Dieses Verfahren schafft nur eine ungenügende Verbesserung
der abmessungsrelevanten Stabilität, wenn es bei der Herstellung
von laminierten Platten verwendet wird. Außerdem kann das Verfahren eine
Wanderung von Hohlräumen
in der inneren Gewebeschicht hervorrufen, was zu einer geringeren
Langzeitzuverlässigkeit
führt.
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Ein
Verfahren zur Verbesserung des Problems, das durch anfallendes Harzpulver
von glasfaserverstärktem
Kunststoff beim Biegen der Substrate auftritt, wurde in der Japanischen
Patentveröffentlichung 334/1984
beschrieben. Die Japanische Patentveröffentlichung 334/1984 schlägt vor,
die Teile zu schmelzen, von denen leicht Harzpulver fallen kann
oder auf denen sich das Harzpulver festsetzt. Wenn dieses Verfahren auch
die Entstehung von Harzpulver beim glasfaserverstärktem Kunststoff
verhindern kann, so entstehen bei diesem Verfahren Schwierigkeiten,
wie Denaturierung des Epoxidharzes aufgrund des Schmelzvorgangs,
Investitionsbedarf für
Einrichtungen und eine erhöhte
Zahl von Arbeitsschritten.
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Deshalb
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die Herstellung eines
glasfaserverstärkten Kunststoffs
mit großer
Dickengenauigkeit, bei dem beim Abbiegen u. äh. kein Harzpulver entsteht,
der keine Hohlräume
in den inneren Schichten aufweist, nicht ausfließt und sich ausgezeichnet gestalten
lässt,
sowie ein Verfahren, einen solchen glasfaserverstärkten Kunststoff
herzustellen.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In
Anbetracht dieser Situation haben die Autoren der vorliegenden Erfindung
umfangreiche Studien durchgeführt
und herausgefunden, dass ein glasfaserverstärkter Kunststoff mit großer Dickengenauigkeit,
bei dem beim Abbiegen u. äh.
kein Harzpulver entsteht, der keine Hohlräume in den inneren Schichten
aufweist, nicht ausfließt
und ausgezeichnete Verformbarkeit hat, dadurch entsteht, dass man
einen glasfaserverstärkten Kunststoff
herstellt, der aus einer inneren Schicht mit einem speziellen Glasfasersubstrat
besteht, das mit einem Epoxidharz imprägniert wird und mit einer äußeren Schicht
eines Epoxidharzüberzugs
mindestens auf einer Seite der inneren Schicht versehen ist, wobei
der Reaktionsgrad des Epoxidharzes in der inneren Schicht 85 % oder
mehr und der Reaktionsgrad des Epoxidharzes in der äußeren Schicht
60 % oder weniger beträgt. Diese
Ergebnisse haben zur Fertigstellung der vorliegenden Erfindung geführt.
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Insbesondere
sieht die vorliegende Erfindung einen glasfaserverstärkten Kunststoff
vor, der aus einer inneren Schicht besteht, die aus einem Glasfasersubstrat
hergestellt ist, 40 g oder mehr, aber weniger als 115 g pro m2 wiegt, sowie eine Luftdurchlässigkeit
von 20 cm3/cm2/sec
oder weniger aufweist, mit einem Epoxidharz imprägniert ist und mit einer äußeren Schicht
eines Epoxidharzüberzugs
mindestens auf einer Seite der inneren Schicht versehen ist, wobei
der Reaktionsgrad des Epoxidharzes in der inneren Schicht 85 % oder mehr
und der Reaktionsgrad des Epoxidharzes in der äußeren Schicht 60 % oder weniger
beträgt.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner ein Herstellungsverfahren eines
glasfaserverstärkten
Kunststoffs vor, bestehend aus (a) einem Fertigungsschritt zur Imprägnierung
mit einem Lösungsmittel,
eines Glasfasersubstrats, dessen Gewicht 40 g oder mehr, aber weniger
als 115 g/m2 beträgt und eine Luftdurchlässigkeit von
20 cm3/cm2/sec oder
weniger aufweist, (b) ein Fertigungsschritt zur Imprägnierung
mit Epoxidharz des, mit dem Lösungsmittel
imprägnierten
Glasfasersubstrats, (c) ein Fertigungsschritt zur Erwärmung des
mit Epoxidharz imprägnierten
Glasfasersubstrats, (d) ein Fertigungsschritt zur weiteren Imprägnierung
mit Epoxidharz des, mit Epoxidharz imprägnierten Glasfasersubstrats,
bei dem das Epoxidharz gehärtet
worden ist und (e) ein Fertigungsschritt zur Erwärmung des zuletzt erzeugten,
mit Epoxidharz imprägnierten
Glasfasersubstrats, wobei der Reaktionsgrad des Epoxidharzes in
der inneren Schicht 85 % oder mehr und der Reaktionsgrad des Epoxidharzes
in der äußeren Schicht
60 % oder weniger beträgt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Flussdiagramm, das die Prozessschritte zur Herstellung des glasfaserverstärkten Kunststoffs
einer Anordnung der vorliegenden Erfindung aufzeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Das
Glasfasersubstrat, das für
den glasfaserverstärkten
Kunststoff bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hat ein
Gewicht von 40 g oder mehr, aber weniger als 115 g pro m2 und eine Luftdurchlässigkeit von 20 cm3/cm2/sec oder weniger. Ein solches Glasfasersubstrat
garantiert eine erhöhte
Imprägnierung
mit Epoxidharz, wie es für
die innere Schicht verwendet wird und erzeugt eine innere Schicht,
die in hohem Maße
frei von Hohlräumen
ist (nachstehend auch als „hohlraumfrei" bezeichnet). Gewöhnlich werden
verbleibende Hohlräume
in der inneren Schicht, die aus Glasfasersubstrat und Epoxidharz
mittels Imprägnierung
und Aushärtung
hergestellt wird, durch einen Formierungsprozess, wie beispielsweise
ein Pressformierungsprozess beseitigt. Die Hohlräume können aber durch einen solchen
Pressformierungsprozess nicht restlos beseitigt werden. Die verbleibenden
Hohlräume
können
die Langzeitzuverlässigkeit
beeinträchtigen,
was durch einen Migrationstest oder ähnliches überprüft werden kann. Da im glasfaserverstärkten Kunststoff
der vorliegenden Erfindung der Reaktionsgrad des Epoxidharzes in
der inneren Schicht bei 85 % oder mehr gehalten wird, hat das Epoxidharz
im geschmolzenen Zustand eine hohe Viskosität und es können deshalb während der
Verformung unter Hitze fast keine Hohlräume ausgeräumt werden. Daher muss die
innere Schicht vor der Pressformgebung hohlraumfrei gemacht werden.
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Wenn
das, für
die innere Schicht verwendete, Glasfasersubstrat eine Luftdurchlässigkeit
von mehr als 20 cm3/cm2/sec
hat, werden die Fasern, die das Glasfasersubstrat bilden, nicht
so gründlich
auseinander gespreizt, was nicht nur die Imprägnierung der Glasfaser mit
dem Harzlack erschwert, sondern auch leicht zu Faserhohlräumen führt. Wenn
das Gewicht des Glasfasersubstrats weniger als 40 g pro Quadratmeter
ist, wird die Formierung des glasfaserverstärkten Kunststoffs schwierig;
wenn es andererseits über
115 g/m2 beträgt, wird die Imprägnierung
nicht verbessert, selbst wenn die Forderung der Luftdurchlässigkeit
des Glasfasersubstrats mit 20 cm3/cm2/sec oder weniger erfüllt ist. Ein Glasfasersubstrat
mit einem Gewicht von 47 bis 105 g/m2 und
einer Luftdurchlässigkeit
von 5 bis 10 cm3/cm2/sec
ist zu bevorzugen. Wenn die Luftdurchlässigkeit weniger als 10 cm3/cm2/sec beträgt, so kann
mit einer Verkürzung
der für
die Imprägnierung
benötigten
Zeit gerechnet werden, was eine höhere Produktivität zulässt. Da
außerdem
ein Glasfasersubstrat mit einer Luftdurchlässigkeit von 10 cm3/cm2/sec oder weniger, lose Fasern hat, kann
der entstandene, glasfaserverstärkte
Kunststoff mit einem Laserstrahl verarbeitet werden. Bekannte Glasfasergeflechte
können
als Glasfasersubstrat für den
glasfaserverstärkten
Kunststoff verwendet werden,
Je höher der Wert der Luftdurchlässigkeit
ist, desto weiter ist der Abstand zwischen den Fasern und desto
größer ist,
bei einem bestimmten Druck, die Luftmenge, die von der Oberfläche auf
die Rückseite
fließen
kann. Andererseits gilt, je kleiner der Wert der Luftdurchlässigkeit
ist, desto kleiner ist der Abstand zwischen den Fasern und desto
kleiner ist, bei einem bestimmten Druck, die Luftmenge, die durch
das Substrat fließen
kann. Die Luftdurchlässigkeit
kann nach dem Verfahren in Übereinstimmung
mit JIS R3420 gemessen werden. Zur Weitung der Fasern kann eine
bekannte, herkömmliche
Behandlung durchgeführt
werden, um die Luftdurchlässigkeit
eines Glasfasersubstrats im vorgenannten Bereich zu bekommen. Ferner
sollte nach Möglichkeit
ein konvergierendes Mittel aus dem, in der vorliegenden Erfindung
verwendeten Glasfasersubstrat, durch eine geeignete Behandlung entfernt
werden. Eine solche Behandlung kann außerdem die Imprägnierung
mit Epoxidharz in der inneren Schicht erhöhen und dadurch die Herstellung
von hohlraumfreiem, glasfaserverstärktem Kunststoff gewährleisten.
Die Behandlung zur Weitung der Fasern, die in dieser Spezifikation
angewendet wird, ist eine Behandlung unter Verwendung eines Hochdruckwasserstrahls
oder ähnlichem,
um Kettenfaden und Einschlagfaden zu lösen, woraus das Glasfasersubstrat
hergestellt ist, und die gegenseitigen Abstände zu vergrößern. Die
Behandlung zur Beseitigung des konvergierenden Mittels ist eine
Behandlung, um Bindemittel, Klebstoffe u. äh. zu entfernen, die herkömmlicherweise
verwendet werden, wenn ein Glasfasersubstrat gewebt wird, und um
den Anteil solcher Materialien auf ein bestimmtes Niveau zu reduzieren,
z.B. auf weniger als 0,1 GW-%.
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Es
gibt keine besonderen Einschränkungen
für das
Epoxidharz, das für
die innere Schicht und die äußere Schicht
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bisphenolepoxidharz,
Novolakepoxidharz, u. äh. können als
Beispiele angeführt
werden. Zusätze,
wie ein Härtungsmittel,
Härtungsbeschleuniger,
Füllstoff, oberflächenaktives
Mittel, Silanbindemittel, u.s.w. können wahlweise dem Epoxidharz
der vorliegenden Erfindung beigefügt werden. Gewöhnlich wird
das Epoxidharz als Lack verwendet, den man dadurch erhält, dass man
Epoxidharz vorzugsweise in einem Lösungsmittel auflöst, in dem
das Harz gut löslich
ist. Auch ein schwaches Lösungsmittel
kann in dem Maße
verwendet werden, wenn dadurch keine gegenteilige Wirkung ausgeht. Für die innere
Schicht und die äußere Schicht
kann entweder der gleiche Lack oder es können verschiedene Lacke verwendet
werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist der Reaktionsgrad der inneren Schicht
85 oder mehr und derjenige der äußeren Schicht
60 % oder weniger. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die
Substratdickengenauigkeit zu verbessern und die Entstehung von Harzpulver
zu verhindern, kann bei Verwendung des oben genannten, speziellen
Glasfasersubstrats und durch Herstellung der inneren Schicht und
der äußeren Schicht aus
Epoxidharz mit den festgelegten Reaktionsgraden, erreicht werden.
Wenn der Reaktionsgrad des Epoxidharzes in der inneren Schicht weniger
als 85 % beträgt,
fließt
während
der Formgebung unter Hitze eine größere Menge Harz aus, was zu
einer schlechteren Dickengenauigkeit führt. Wenn andererseits der
Reaktionsgrad des Epoxidharzes in der äußeren Schicht mehr als 60 %
beträgt,
kann die Haftfähigkeit
mit den anderen Schichten unzureichend sein, wenn sie für mehrschichtige
Leiterplatten verwendet werden, wie kupferkaschierte Laminate und
mehrschichtige, gedruckte Leiterplatten, was zu unzulänglicher
Verformbarkeit, wie unzureichende Harzeinbettung in Schaltkreisen
führt.
Da das Epoxidharz der inneren Schicht in der vorliegenden Erfindung
in weiter fortgeschrittenem Maße
gehärtet
worden ist, zeigt der glasfaserverstärkte Kunststoff geringeres
Fließverhalten
und weniger Haftfähigkeit,
wenn nur die innere Schicht allein vorgesehen ist. Jedoch die Bereitstellung
des Epoxidharzes der äußeren Schicht
mit einem Reaktionsgrad von 60 % oder weniger, kann die Bedingung
der Harzeinbettung in den Schaltkreisen der inneren Schicht und
die Haftfähigkeit
mit den anderen Schichten bei mehrschichtigen Leiterplatten ausreichend
erfüllen.
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Noch
bevorzugter ist, wenn der Reaktionsgrad des Epoxidharzes der inneren
Schicht 90 bis 95 % und der des Epoxidharzes der äußeren Schicht
0 bis 20 % beträgt,
mit besonders bevorzugten Reaktionsgraden für die innere Schicht und die äußere Schicht
von 90 bis 95 %, bzw. 0 bis 20 %. Wenn die Reaktionsgrade innerhalb
des oben genannten, bevorzugten Bereichs liegen, kann nicht nur
die Dickengenauigkeit erhöht
und die Entstehung von Harzpulver verhindert werden, sondern es
kann auch der Ausfluss von Harz verhindert und die Verformbarkeit
verbessert werden. Wenn der Reaktionsgrad des Epoxidharzes der äußeren Schicht
0 bis 20 % beträgt,
kann außerdem
die Harzeinbettung in den Schaltkreisen der inneren Schicht, im
Falle mehrschichtiger Leiterplatten, verbessert werden, wobei die
Harzmenge für
die Einbettung oder die Flussharzmenge eingespart werden kann. Das
resultiert in einer erhöhten
Dickengenauigkeit. Bei einem glasfaserverstärkten Kunststoff, bei dem der
Reaktionsgrad des Epoxidharzes der inneren Schicht nicht so hoch
ist, wie in der vorliegenden Erfindung verlangt wird oder in einem
einschichtigen, glasfaserverstärkten
Kunststoff, mit dem Reaktionsgrad von 20 % oder weniger, steigt
der Ausfluss des Harzes an und die Substratdickengenauigkeit wird beeinträchtigt.
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Der
Reaktionsgrad in der vorliegenden Erfindung kann durch differentielle
Abtastwärmemessung
bestimmt werden (DSC). Genauer gesagt, der Reaktionsgrad kann dadurch
bestimmt werden, dass man die, durch die DSC-Reaktion gefundenen
Spitzenbereiche der Wärmeabgabe,
sowohl von dem Harz, das keine Reaktion durchgeführt hat, als auch vom Harz
in jeder Schicht, in die Formel (2) einsetzt. Die Messungen können in
einem Schutzgas aus Stickstoff bei einem Temperaturanstieg von 10°C/Minute
durchgeführt
werden. Reaktionsgrad
(%) = {1 – (Spitzenbereich
der Harzreaktion)/(Spitzenbereich des nicht reagierten Harzes)}×100 (2)
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Obwohl
der Reaktionsgrad auf verschiedene Art gesteuert werden kann, wie
z.B. durch Einstellung der Erwärmungstemperatur,
Erwärmungsdauer,
Strahlungsintensität
von Licht und Elektronenstrahlen u. äh., ist die Steuerung der Erwärmungstemperatur
und Erwärmungsdauer
einfach und bringt gute Ergebnisse.
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Das
Gewichtsverhältnis
(R)/(G) von Epoxidharz (R) und Glasfasersubstrat (G) der inneren
Schicht der vorliegenden Erfindung beträgt 0,43 oder mehr und vorzugsweise
0,53 bis 2,40. Spezieller, der Anteil an Epoxidharz sollte vorzugsweise
43 Gewichtsanteile oder mehr für
100 Gewichtsanteile Glasfasersubstrat betragen. Wenn der Anteil
an Epoxidharz weniger als 43 Gewichtsanteile beträgt, ist
die Imprägnierung
des Glasfasersubstrats unvollständig
und gibt Anlass zu einer möglichen
Bildung von Faserhohlräumen.
Wenn eine solche innere Schicht getrocknet und gehärtet ist
und eine äußere Schicht über die
innere Schicht gezogen wird, können
Hohlräume
im Glasfasergeflecht nicht ausreichend entfernt werden. Die Zuverlässigkeit
der erzeugten, laminierten Leiterplatten kann beeinträchtigt sein.
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Der
glasfaserverstärkte
Kunststoff der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise für mehrschichtige Leiterplatten
verwendet werden, wie kupferkaschierte, laminierte Leiterplatten
und mehrschichtige Leiterplatten für gedruckte Schaltungen. Wenn
der glasfaserverstärkte
Kunststoff zur Isolation der Schichten von gedruckten Schaltkreisen
in mehrschichtigen, gedruckten Leiterplatten verwendet wird, sollte
das Gewicht des Epoxidharzes pro Flächeneinheit in jeder äußeren Schicht
vorzugsweise größer als
der Wert A sein, der durch die folgende Formel bestimmt wird, aber
weniger als 1,5 A sein. A
= (1–b/102)×c/104×d (1)wobei A das
Gewicht des Harzes pro Flächeneinheit
der äußeren Schicht
(g/cm2) ist, b die Menge des verbleibenden
Kupfers (%) in einer Schaltkreisschicht darstellt, die auf der äußeren Schicht
des glasfaserverstärkten Kunststoffs
liegt, c bedeutet die Dicke (μm)
der Kupferfolie und d ist die spezifische Schwerkraft (g/cm3) des Harzes der äußeren Schicht.
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Wenn
das Gewicht des Epoxidharzes pro Flächeneinheit in der äußeren Schicht
weniger als der Wert A beträgt,
ist die Harzmenge in der äußeren Schicht
unzureichend, so dass die Einbettung der Schaltkreise wahrscheinlich
unzulänglich
sein wird; wenn sie andererseits größer als 1,5 A ist, so ist die
Harzmenge in der äußeren Schicht
zu groß,
was dazu führt,
dass es zu einer erhöhten
Ausflussmenge während
des Formgebungsprozesses kommt, was Anlass zu verminderter Dickengenauigkeit
ist. Die Wirkung auf den Ausfluss in den verschiedenen Schaltkreisen
mit dem gleichen Restkupferfaktor, ändert sich in Übereinstimmung
mit den Schaltkreismustern. Deshalb kann man die Harzmenge innerhalb
des vorgenannten Bereichs entsprechend bestimmen. Ein bevorzugter
Bereich des Gewichts pro Flächeneinheit
von Epoxidharz in der äußeren Schicht liegt
zwischen 1,1 A und 1,4 A. Der Restkupferfaktor (%) gibt den Prozentsatz
der Schaltkreisfläche
an, der in der inneren Schaltkreisschicht einer Mehrschichtleiterplatte
vorhanden ist.
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Beim Überziehen
und Imprägnieren
des Harzes der äußeren Schicht
auf beiden Seiten der inneren Schicht, kann die auf den verschiedenen
Seiten der inneren Schicht aufgetragene Epoxidharzmenge ungleich sein.
Wenn zum Beispiel Kupferfolienflächen,
die mit einer äußeren Schicht
versehen werden, unterschiedliche Restkupferfaktoren haben, kann
die Dicke der äußeren Schicht
nach dem Restkupferfaktor gesteuert werden. Insbesondere kann eine
Harzmenge, die auf einer Fläche
mit hohem Restkupferfaktor aufgebracht wird, kleiner sein als die
Harzmenge, die auf einer Fläche
mit geringem Restkupferfaktor vorgesehen wird. Indem die verschiedenen
Seiten der äußere Schicht
mit unterschiedlichen Mengen Harz versehen werden, stellt man sicher,
dass die Ausflussmenge kleiner wird. Wenn der glasfaserverstärkten Kunststoff
der vorliegenden Erfindung mit einer Kupferfolie verbunden wird,
kann die Harzmenge in der äußere Schicht
nach der Menge bestimmt werden, die zur Auffüllung der feinen, mikroskopischen
Löcher
auf der aufgerauten Oberfläche
der Kupferfolie benötigt
wird. Um die zwei äußeren Schichten
herzustellen, die beide unterschiedliche Mengen Epoxidharz aufweisen,
kann das Glasfasersubstrat eine der beiden Seiten einer harzmengenabhängigen Steuereinrichtung
durchlaufen, die von dieser Seite eine größere Harzmenge entfernt, als
von der anderen Seite.
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Aus
jeder Platte allein oder aus einer Kombination von zwei oder mehr
Platten des glasfaserverstärkten
Kunststoffs der vorliegenden Erfindung kann eine laminierte Leiterplatte
hergestellt werden. Insbesondere kann eine Leiterplatte oder eine
mehrschichtige Leiterplatte dadurch hergestellt werden, dass der
glasfaserverstärkte
Kunststoff mit einer Metallfolie und einer Innenschichtleiterplatte
laminiert und bei Hitze mit Pressdruck geformt wird. Die Verwendung
des glasfaserverstärkten
Kunststoffs der vorliegenden Erfindung mit einer inneren Leiterplatte
hat eine höhere
Dickengenauigkeit als Ergebnis, gegenüber der Verwendung von konventionellen,
glasfaserverstärkten
Kunststoffen. Bei der Verwendung von konventionellen, glasfaserverstärkten Kunststoffen
muss die Harzmenge erhöht
oder die Viskosität
des Harzes herabgesetzt werden, um das Resultat der Schaltkreiseinbettung
zu verbessern. Dies führt
zu einem höheren
Harzfluss und vermindert die Dickengenauigkeit der Leiterplatte.
Wenn der glasfaserverstärkte
Kunststoff der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann die für die Einbettung
des Schaltkreises benötigte
Harzmenge nach der Schaltkreisanordnung der Innenschichtleiterplatte
eingestellt werden, wodurch der Harzfluss minimiert werden kann.
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Der
glasfaserverstärkte
Kunststoff der vorliegenden Erfindung kann mit einem Verfahren hergestellt werden,
das folgendes beinhaltet (a) eine Fertigungsschritt für die Imprägnierung
mit einem Lösungsmittel
eines Glasfasersubstrats, das 40 g oder mehr, aber weniger als 115
g pro m2 wiegt und eine Luftdurchlässigkeit von
20 cm3/cm2/sec oder
weniger aufweist, (b) ein Fertigungsschritt zur Imprägnierung
mit Epoxidharz des, mit Lösung
imprägnierten
Glasfasersubstrats, (c) ein Fertigungsschritt zur Erwärmung des
mit Epoxidharz imprägnierten
Glasfasersubstrats, (d) ein Fertigungsschritt zur weiteren Imprägnierung
mit Epoxidharz des, mit Epoxidharz schon imprägnierten Glasfasersubstrats,
bei dem das Epoxidharz gehärtet
ist und (e) ein Fertigungsschritt zur Erwärmung des zuletzt hergestellten,
mit Epoxidharz imprägnierten
Glasfasersubstrats, bei dem der Reaktionsfaktor des Epoxidharzes
in der inneren Schicht 85 % oder mehr und der Reaktionsfaktor des
Epoxidharzes in der äußeren Schicht
60 % oder weniger beträgt.
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Bezugnehmend
auf 1, wird nun das Verfahren zur Herstellung des
glasfaserverstärkten
Kunststoffs der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist
ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung
des Herstellungsverfahrens des glasfaserverstärkten Kunststoffs in dieser
Anwendungsform. In dieser Darstellung besteht die Fertigungseinrichtung 10 für den glasfaserverstärkten Kunststoff
aus einer Wickelvorrichtung 1 zum Abwickeln eines Glasfasersubstrats,
einem ersten Akkumulator 11a, einer Vorrichtung 3 zur
Imprägnierung
mit Lösungsmittel,
einer Zone 4 zur Imprägnierung
mit Lösungsmittel,
einer ersten Vorrichtung 5 zur Imprägnierung mit Harzlack, einem
ersten Trockner 6, einer zweiten Vorrichtung 7 zur
Imprägnierung
mit Harzlack, einem zweiten Trockner 8, einem zweiten Akkumulator 11b und
einer Wickelvorrichtung 9. Diese Einrichtungen sind entsprechend
des Prozessablaufs in dieser Reihenfolge angeordnet. Zusätzlich kann
ein Steuergerät
für die Harzmenge
vorgesehen werden, das nicht in der Abbildung dargestellt ist.
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Der
Fertigungsschritt (a) umfasst das Abwickeln des Glasfasersubstrats 2 vom
Abwickler 1 und die Imprägnierung des Glasfasersubstrats 2 mit
einem Lösungsmittel,
um die Hohlräume
in dem herzustellenden, glasfaserverstärkten Kunststoff zu reduzieren.
Das gleiche Glasfasersubstrat, wie vorstehend angegeben, kann als
Glasfasersubstrat 2 verwendet werden. Als Lösungsmittel
können
Dimethylformamid (DMF), Methyl-Cellosolve (MCS), Methylethylketon
(MEK) u. äh.
aufgeführt
werden. Von diesen Lösungsmitteln
wird vorzugsweise DMF verwendet, da es sich im Herstellungsprozess
leicht kontrollieren lässt,
ausgezeichnete Imprägnierung
im Glasfasersubstrat 2 bewirkt und sich leicht gegen ein
Epoxidharz im späteren
Fertigungsschritt austauschen lässt.
Die Zeit, die in diesem Fertigungsschritt für die Imprägnierung des Glasfasersubstrats 2 mit dem
Lösungsmittel
benötigt
wird, beträgt
bei Raumtemperatur bevorzugt 0,1 bis 1 Minute, besser 0,1 bis 0,5 Minuten.
Wenn die Zeit für
die Imprägnierung
weniger als 0,1 Minute dauert, wird die Imprägnierung unzureichend. Eine
Imprägnierungsdauer
von mehr als einer Minute erfordert große und komplizierte Einrichtungen für die Imprägnierung
mit dem Lösungsmittel,
was zu erhöhten
Produktionskosten führt.
Zur Imprägnierung des
Glasfasersubstrats mit einem Lösungsmittel
kann ein Überzugsverfahren
durch Eintauchen oder Berührung
u. äh.
angegeben werden.
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Nach
der Imprägnierung
mit dem Lösungsmittel,
entsprechend Fertigungsschritt (a) und vor der Imprägnierung
der inneren Schicht mit dem Epoxidharz, gemäß Fertigungsschritt (b), wird
das Substrat vorzugsweise 1 bis 5 Minuten lang durch einen Luftstrom
geführt,
dessen Temperatur niederer als der Siedepunkt des Lösungsmittels
ist, das bei der Imprägnierung
mit einem Lösungsmittel
gemäß Fertigungsschritt
(a) verwendet wurde, vorzugsweise mindestens 50°C niederer als der Siedepunkt
des Lösungsmittels,
das bei der Lösungsmittelimprägnierung
gemäß Fertigungsschritt
(a) verwendet wurde. Diese Prozedur erlaubt es, das Lösungsmittel
gleichmäßig über die
ganze Glasfaser zu verteilen und gewährleistet damit eine hohlraumfreie,
innere Schicht. Nachdem das Substrat durch den Luftstrom geführt worden
ist, wird die überschüssige Menge
Lösungsmittel
mit einem Abstreifbügel
oder äh.
entfernt, so dass die Lösungsmittelmenge
unmittelbar vor Fertigungsschritt (b) 16 bis 25 Gewichtsanteile
pro 100 Gewichtsanteile des Glasfasersubstrats erreicht. Wenn dann
noch eine überschüssige Menge
Lösungsmittel
vorhanden ist, wird diese in den Harzlack des Fertigungsschritts
(b) übertragen,
was es dann erforderlich macht, das überschüssige Lösungsmittel im Trocknungsvorgang
des Fertigungsschritts (c) zu beseitigen. Dies begleitet unerwünschte Probleme,
wie die leichte Entstehung von Hohlräumen u. äh.
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Im
Fertigungsschritt (b) wird das mit Lösungsmittel imprägnierte
Glasfasersubstrat 2, das im Fertigungsschritt (a) erzeugt
wurde, durch eine erste Vorrichtung 5 zur Imprägnierung
mit Harzlack geführt,
um das Glasfasersubstrat 2 mit einem Epoxidharz zu imprägnieren.
Beispiele für
die im Fertigungsschritt (b) verwendeten Epoxidharze umfassen, aber
sind nicht auf diese begrenzt, Bisphenolepoxidharze und Novolakepoxidharze.
Das Epoxidharz wird in Form von Lack verwendet, den man dadurch
erhält,
dass man Epoxidharz vorzugsweise in einem Lösungsmittel auflöst, in dem
das Harz gut löslich
ist. Auch ein schwaches Lösungsmittel kann
in dem Ausmaß verwendet
werden, wenn dadurch keine gegenteilige Wirkung ausgeht. Zusätze, wie Härtungsmittel,
Härtungsbeschleuniger,
Füllstoff,
oberflächenaktives
Mittel, Silanbindemittel, u.s.w. können wahlweise beigefügt werden.
Die Zeit, die für
die Imprägnierung
des Glasfasersubstrats 2 mit dem Epoxidharz benötigt wird,
beträgt
bei Raumtemperatur vorzugsweise 0,1 bis 1 Minute und noch besser
0,1 bis 0,5 Minuten. Wenn die Zeit für die Imprägnierung weniger als 0,1 Minute
dauert, kann die Imprägnierung
des Harzes in Querrichtung inhomogen ausfallen. Eine Imprägnierungsdauer
von mehr als einer Minute erfordert große und komplizierte Einrichtungen
für die
Lackimprägnierung,
was zu höheren
Herstellungskosten führt.
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Der
Fertigungsschritt (c) ist ein Fertigungsschritt, in dem das mit
Epoxidharz imprägnierte
Glasfasersubstrat 2 in einem ersten Trockner 6 erhitzt
wird, um eine Schicht aus Epoxidharz zu bilden, die in einem bestimmten
Maße reagiert
hat. In diesem Fertigungsschritt werden im Glasfasergewebe verbliebene
Hohlräume dadurch
entfernt, dass das Lösungsmittel
durch Lack ersetzt und Wärme
zugeführt
wird. Dieser Vorgang erhöht
den Reaktionsgrad des Epoxidharzes in der inneren Schicht auf 85
% oder mehr und macht die innere Schicht hohlraumfrei, wobei die
Dickengenauigkeit des entstandenen, glasfaserverstärkten Kunststoffs
verbessert und die Entstehung von Harzpulver verhindert wird. Die
Erwärmungsbedingungen
sind vorzugsweise 140 bis 200°C über eine
Dauer von 1 bis 5 Minuten. Wenn die Temperatur der Erwärmung weniger
als 140°C ist,
dauert es zu lange, bis der Reaktionsgrad 85 % erreicht wird, so
dass dadurch große
Produktionseinrichtungen benötigt
werden. Wenn die Temperatur mehr als 200°C beträgt, kann das Epoxidharz denaturiert
werden und eine Verschlechterung der Eigenschaften der erzeugten,
laminierten Produkte verursachen, besonders was die Beständigkeit
gegen Hitze und den Widerstand gegen Wasseraufnahme betrifft. Wenn
die Erwärmungsdauer
weniger als eine Minute beträgt,
können
Hohlräume
in der inneren Schicht verbleiben; wenn die Erwärmungsdauer länger als
fünf Minuten
beträgt,
werden große
Produktionseinrichtungen benötigt.
In Anbetracht der Kompatibilität
zwischen Produktivität
und Entfernung von Hohlräumen,
liegen wünschenswerte
Erwärmungsbedingungen
bei Erwärmungstemperaturen
von 160 bis 180°C
und Erwärmungszeiten
bei 1 bis 4 Minuten. Der Reaktionsgrad des Epoxidharzes von 85 %
oder mehr in der inneren Schicht wird nicht notwendigerweise in
diesem Fertigungsschritt (c) erreicht. Es genügt, wenn dieses Ziel letztlich
in dem glasfaserverstärkten
Kunststoff nach dem später
beschriebenen Fertigungsschritt (e) erreicht wird.
-
Im
Fertigungsschritt (d) durchläuft
das mit Epoxidharz imprägnierte
Glasfasersubstrat 2 die zweite Vorrichtung 7 zur
Imprägnierung
mit Harzlack für
die weitere Imprägnierung
des Epoxidharzes, wobei eine äußere Schicht
von Epoxidharz mindestens auf einer Seite der inneren Schicht gebildet
wird. Diese weitere Imprägnierung
mit Epoxidharz nach dem oben genannten Fertigungsschritt (c), gemäß der vorliegenden
Erfindung, stellt den Aufbau sicher, der aus einer inneren Schicht,
in der die Reaktion in einem bestimmten Maß vorangeschritten ist und
aus einer äußeren Schicht,
auf mindestens einer Seite der inneren Schicht, besteht. Es gibt keine
besonderen Einschränkungen
bezüglich
der verwendeten Epoxidharze für
die äußere Schicht.
Bisphenolepoxidharze, Novolakepoxidharze und äh. können als Beispiele genannt
werden. Die Zeit, die in diesem Fertigungsschritt (d) für die Imprägnierung
mit einem Epoxidharz des, mit Epoxidharz imprägnierten Glasfasersubstrats
benötigt
wird, beträgt
bei Raumtemperatur vorzugsweise 0,1 bis 1 Minute. Wenn die Zeit
für die
Imprägnierung
weniger als 0,1 Minute dauert, kann das Harz in Querrichtung nicht
imprägniert
sein. Eine Imprägnierungsdauer
von mehr als einer Minute erfordert eine große und komplizierte Einrichtung
für die
Lackimprägnierung,
was die Produktion behindert. Mit Blick auf die Produktivität liegt
die Dauer für
die Imprägnierung des
Lacks vorzugsweise bei 0,1 bis 0,5 Minuten. Die Harzmenge kann mit
dem Harzmengen-Steuergerät geregelt
werden, wie z.B. mit einer Presswalze, einem Abstreichmesser oder ähnlichem.
Insbesondere kann die Harzmenge durch den Spalt des Harzmengen-Steuergerätes und
mit der Durchlassstellung des Glasfasersubstrats 2 geregelt
werden. So kann beispielsweise ein glasfaserverstärkter Kunststoff
mit einer beidseitig gleichen Harzmenge auf der äußere Schicht dadurch erzielt
werden, dass das Glasfasersubstrat durch die Spaltmitte des Harzmengen-Steuergerätes geführt wird.
-
Der
Fertigungsschritt (e) umfasst die Erwärmung des Glasfasersubstrats 2,
das mit Epoxidharz imprägniert
ist, mit einem zweiten Trockner 8 zur Bildung einer äußeren Schicht
von Epoxidharz. Der Reaktionsgrad des Epoxidharzes in der inneren
Schicht und der äußeren Schicht
wird ebenfalls in diesem Fertigungsschritt eingestellt. Die Erwärmungsbedingungen
betragen vorzugsweise 140 bis 200 °C über eine Dauer von 1 bis 5 Minuten.
Wenn die Temperatur weniger als 140 °C beträgt, ist die Produktivität nieder;
wenn sie höher
als 200 °C
ist kann die Härtungsreaktion
in unnötiger
Weise voranschreiten und das Epoxidharz kann denaturiert werden,
was zu verschlechterten Eigenschaften der erzeugten, laminierten
Produkte führt,
besonders was die Beständigkeit
gegen Hitze und den Widerstand gegen Wasseraufnahme betrifft. Wenn
die Erwärmungsdauer
weniger als eine Minute beträgt,
kann der Härtungsgrad
in Querrichtung ungleichmäßig werden,
was die Herstellung von glasfaserverstärktem Kunststoff schwierig
gestaltet. Eine Erwärmungsdauer
von mehr als fünf
Minuten erfordert große
Einrichtungen. Aus der Sicht der Produktivität liegen wünschenswerte Erwärmungsbedingungen
bei Erwärmungstemperaturen
von 160 bis 200°C
und Erwärmungszeiten
bei 1 bis 4 Minuten.
-
Der
Reaktionsgrad des Epoxidharzes in der inneren Schicht und der äußeren Schicht
in dem glasfaserverstärkten
Kunststoff der vorliegenden Erfindung wird auf 85 % oder mehr, bzw.
60 % oder weniger gebracht, indem die oben genannten Fertigungsschritte
in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Ein glasfaserverstärkter Kunststoff
mit unterschiedlichem Reaktionsgrade in der inneren Schicht und
der äußeren Schicht,
kann dadurch hergestellt werden, dass die Erwärmungsbedingungen des Fertigungsschritts
(c) und des Fertigungsschritts (e) in geeigneter Weise gewählt werden.
Der erzeugte glasfaserverstärkte
Kunststoff wird in den zweiten Akkumulator 11b geführt und
durch die Wickelvorrichtung 9 kontinuierlich aufgewickelt oder
mit einer Schneidevorrichtung, die in der Abbildung nicht dargestellt
ist, auf eine vorgegebene Länge
zugeschnitten. Insbesondere kann der nach dieser Anordnung hergestellte,
glasfaserverstärkte
Kunststoff in eine geeignete Länge
geschnitten, mit einer Metallfolie, einer Innenschicht-Leiterplatte
u. äh.
laminiert werden und durch Pressverformung und Erhitzen zu Leiterplatten
oder zu mehrschichtigen Leiterplatten verarbeitet werden. Alternativ
kann der bandförmige,
glasfaserverstärkte
Kunststoff so aufgewickelt werden, wie er ist und durch kontinuierliches
Walzen mit einer Metallfolie, wie beispielsweise einer Kupferfolie,
Aluminiumfolie oder Nickelfolie, einer Innenschicht-Leiterplatte
und ähnlichem
in Leiterplatten oder mehrschichtige Leiterplatten verarbeitet werden.
-
BEISPIELE
-
Die
vorliegende Erfindung wird durch Beispiele genauer beschrieben,
die nicht so verstanden werden sollten, dass sie die vorliegende
Erfindung einschränken.
-
Beispiel 1
-
Ein
glasfaserverstärkter
Kunststoff, der aus einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht
besteht, wurde unter Verwendung der in 1 dargestellten
Fertigungseinrichtung für
glasfaserverstärkten
Kunststoff angefertigt. Die innere Schicht bestand aus einem mit
Epoxidharz imprägniertem
Glasfasersubstrat, wovon beide Seiten mit einer äußeren Schicht aus Epoxidharz überzogen
waren.
-
<Verfahren zur Faserentflechtung eines
Glasgeflechts>
-
Ein
im Handel erhältliches
Glasgeflecht mit einem Gewicht von 104 g/m2 wurde
einem bekannten Verfahren zur Faserentflechtung unterzogen, um die
gewobene Fasern und eingeschlagenen Fasern zu lockern. Es entstand
ein Glasgeflecht mit einer Dicke von 0,1 mm und einer Luftdurchlässigkeit
von 10 cm3/cm2/sec. Die
Luftdurchlässigkeit
wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt.
-
< Herstellung von Epoxidharzlack (I)>
-
70
Gewichtsanteile Bisphenol-A-Epoxidharz, mit einem Epoxid-Äquivalent
von etwa 450, sowie 30 Gewichtsanteile Phenolnovolakepoxidharz,
mit einem Epoxid-Äquivalent
von etwa 190, wurden in 100 Gewichtsanteilen Methylethylketon aufgelöst. Dieser
Lösung
wurde eine Lösung
von 3 Gewichtsanteilen Dizyandiamid und 0,15 Gewichtsanteilen 2-Phenyl-4-Methylimidazol
zugegeben, aufgelöst
in 20 Gewichtsanteilen Dimethylformamid. Das Gemisch wurde umgerührt, um
so Epoxidharzlack (I) für
Glasgeflechte zu erzeugen.
-
< Herstellung von Epoxidharzlack (II)>
-
35
Gewichtsanteile Bisphenol-A-Epoxidharz, mit einem Epoxid-Äquivalent
von etwa 450, 35 Gewichtsanteile Bisphenol-A-Epoxidharz, mit einem
Epoxid-Äquivalent
von etwa 2000, sowie 30 Gewichtsanteile o-Cresolnovolakepoxidharz,
mit einem Epoxid-Äquivalent
von etwa 210, wurden in 100 Gewichtsanteilen Methylethylketon aufgelöst. Dieser
Lösung
wurde eine Lösung
von 3 Gewichtsanteilen Dizyandiamid und 0,15 Gewichtsanteilen 2-Phenyl-4-Methylimidazol,
aufgelöst
in 20 Gewichtsanteilen Dimethylformamid, zugegeben, um so Epoxidharzlack
(II) zu bekommen.
-
<Herstellung von glasfaserverstärktem Kunststoff>
-
<Fertigungsschritt (a) – Fertigungsschritt
(c)>
-
Das
Glasgeflecht wurde von der Wickelvorrichtung 1 abgespult
und durch eine Vorrichtung 3 zur Imprägnierung mit Lösungsmittel
geschickt, wo das Glasgeflecht mit DMF Lösungsmittel imprägniert wurde
(Fertigungsschritt (a)) Dann wurde es 3,5 Minuten lang durch einen
Luftstrom von 25°C
geführt.
Anschließend durchlief
das mit Lösungsmittel
imprägnierte
Glasgeflecht die erste Vorrichtung 5 zur Imprägnierung
mit Harzlack, die einen Epoxidharzlack (I) enthielt, um 100 Gewichtsanteile
des Glasgeflechts mit 64 Gewichtsanteilen Harz auf Feststoffbasis
zu imprägnieren
(Fertigungsschritt (b)). Das im Fertigungsschritt (b) erzeugte Produkt wurde
3 Minuten lang im ersten Trockner 6 bei 170°C getrocknet,
um eine innere Schicht a herzustellen, bestehend aus einem Glasgeflecht,
das mit dem Epoxidharz imprägniert
war (Fertigungsschritt (c)).
-
<Fertigungsschritt (d) – Fertigungsschritt
(e)>
-
Das
im Fertigungsschritt (c) erzeugte, mit Epoxidharz imprägnierte
Glasgeflecht wurde durch die zweite Vorrichtung 7 zur Imprägnierung
mit Harzlack geführt,
die den Epoxidharzlack (I) enthält,
um 100 Gewichtsanteile des Glasgeflechts mit 110 Gewichtsanteilen
Harz (einschließlich
des Gewichts des Harzes der inneren Schicht) auf Feststoffbasis
zu imprägnieren
(Fertigungsschritt (d)), sowie anschließender Trocknung für 1,5 Minuten
bei 170°C
im Trockner, um eine äußere Schicht
b zu erzeugen (Fertigungsschritt (e)). Auf diese Weise wurde ein
glasfaserverstärkter
Kunststoff erzeugt, bestehend aus einer inneren Schicht a und einer
gebildeten äußeren Schicht
b auf beiden Seiten der inneren Schicht.
-
<Bestätigung des Reaktionsgrads>
-
Eine
innere Schicht, die durch Imprägnieren
des Glasgeflechts mit Epoxidharzlack (I) und einer Trocknung über 4,5
Minuten bei 170°C
in einem oben beschriebenen Trockner erzeugt worden war, wurde als
Muster für
die innere Schicht a verwendet. Das Muster für die äußere Schicht b wurde durch
Aufschneiden der Fläche
des glasfaserverstärkten
Kunststoffs erzeugt, die aus der inneren Schicht a und der oben
erhaltenen, äußeren Schicht
b besteht. Ein hitzeerzeugender Scheitelwert wurde als Muster für jede Schicht
mit Hilfe eines DSC-Gerätes
(hergestellt von TA Instrument Co.) ermittelt. Die hitzeerzeugenden
Scheitelflächen,
aufgrund der Härtungsreaktion
bei etwa 160°C
beim Harz vor der Reaktion und das Harz jeder Schicht wurden verglichen
und der Reaktionsgrad aus der oben genannten Formel (2) errechnet.
Das Ergebnis zeigte, dass der Reaktionsgrad für die innere Schicht a und
die äußere Schicht
b mit 90 %, bzw. 55 % bestätigt
wurden.
-
Beispiel 2
-
Ein
glasfaserverstärkter
Kunststoff aus einer inneren Schicht a und einer äußeren Schicht
b, die auf beiden Seiten der inneren Schicht angeordnet sind, wurde
in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme,
dass die innere Schicht b durch Verwendung von Epoxidharzlack (II),
anstelle von Epoxidharzlack (I) im Fertigungsschritt (d) hergestellt
wurde. Das Ergebnis zeigte, dass der Reaktionsgrad für die innere
Schicht a und die äußere Schicht
b mit 87 %, bzw. 59 % bestätigt
wurden.
-
Vergleichendes Beispiel
1
-
Ein
glasfaserverstärkter
Kunststoff wurde hergestellt, der nur aus einer inneren Schicht
a besteht und bei dem die Fertigungsschritte zur Bildung der äußeren Schicht
b weggelassen wurden. Speziell bei den Fertigungsschritten (a) bis
(c) wird das mit Lösungsmittel
imprägnierte
Glasfasergeflecht durch die erste Vorrichtung 5 zur Imprägnierung
mit Harzlack geführt,
das den Epoxidharzlack (I) enthält,
um 100 Gewichtsanteile des Glasfasergeflechts mit 110 Gewichtsanteilen
des Harzes auf Trockenbasis zu imprägnieren. Das mit Lack imprägnierte
Glasfasergeflecht wurde in einem Trockner 1,5 Minuten lang bei 170°C getrocknet,
um einen glasfaserverstärkten
Kunststoff herzustellen. Der Reaktionsgrad betrug 62 %.
-
Vergleichendes Beispiel
2
-
Ein
glasfaserverstärkter
Kunststoff wurde in der gleichen Weise, wie im Vergleichenden Beispiel
1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das mit Lack imprägnierte
Glasgeflecht im Trockner 3 Minuten lang bei 170°C, statt
1,5 Minuten lang bei 170°C
getrocknet wurde. Der Reaktionsgrad betrug 80 %.
-
Vergleichendes Beispiel
3
-
Ein
glasfaserverstärkter
Kunststoff, der aus einer inneren Schicht a mit einem Reaktionsgrad
von 50 % und einer äußeren Schicht
b mit einem Reaktionsgrad von 60 % bestand, wurde in der gleichen
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass im Fertigungsschritt
(c) und im Fertigungsschritt (e) in geeigneter Weise modifizierte
Erwärmungskonditionen
verwendet wurden.
-
Vergleichendes Beispiel
4
-
Ein
glasfaserverstärkter
Kunststoff wurde in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 hergestellt,
mit der Ausnahme, dass bei der Herstellung der inneren Schicht a
im Fertigungsschritt (b) 100 Gewichtsanteile des Glasgeflechts mit
30 Gewichtsanteilen Harz auf Trockenbasis und bei der Herstellung
der äußeren Schicht
b im Fertigungsschritt (d) 100 Gewichtsanteile des Glasgeflechts
mit 80 Gewichtsanteilen Harz auf Trockenbasis imprägniert wurden.
Das Ergebnis zeigte, dass der Reaktionsgrad für die innere Schicht a und
die äußere Schicht
b mit 81 %, bzw. 68 % bestätigt
wurden.
-
Vergleichendes Beispiel
5
-
Ein
glasfaserverstärkter
Kunststoff wurde in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 hergestellt,
mit der Ausnahme, dass das Glasfasergeflecht so wie es war verwendet
wurde, ohne es einem Faseröffnungsprozess zu
unterziehen. Die Luftdurchlässigkeit
dieses Glasfasergeflechts betrug 60 cm3/cm2/sec.
-
(Auswertung des glasfaserverstärkten Kunststoffs)
-
Es
wurden eine beidseitig kupferkaschierte, laminierte Leiterplatte
und eine vierschichtige Leiterplatte hergestellt, wobei der nach
Beispiel 1 und 2 und nach Vergleichendem Beispiel 1 bis 5 erzeugte
glasfaserverstärkte
Kunststoff verwendet wurde. Die Eigenschaften der Leiterplatten
wurden ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Der Ausfall von Harzpulver in der Tabelle 1 ist das Ergebnis der
Auswertung des glasfaserverstärkten
Kunststoffs vor der Herstellung der beidseitig kupferkaschierten,
laminierten Leiterplatte und der vierschichtigen Leiterplatte.
-
<A. Herstellung der beidseitig kupferkaschierten,
laminierten Leiterplatte>
-
Beide
Seiten des glasfaserverstärkten
Kunststoffs wurden mit einer 18 μm
dicken Kupferfolie beschichtet, unter Erhitzen 60 Minuten lang bei
einer Temperatur von 170°C
und unter einem Druck von 40 kgf/cm2 pressgeformt,
um ein beidseitig kupferkaschiertes Laminat mit einer 0,1 mm dicken
Isolationsschicht zu erhalten.
-
<Auswertung des beidseitig kupferkaschierten
Laminats>
-
- • Die
Substratdickengenauigkeit und Verformbarkeit wurden auf der Isolationsschicht
ausgewertet, die durch Ätzen
und Entfernen der Kupferfolie von dem beidseitig kupferkaschierten
Laminat mit den Abmessungen 500 mm × 500 mm zur Verfügung stand.
Zur Bestimmung der Substratdickengenauigkeit, wurde das Substrat
in 36 Quadrate unterteilt und die Dicke von jedem der 36 Quadrate
gemessen. Der Durchschnittswert der 36 Messungen wurde als die Substratdicke
und die Standardabweichung der 36 Messungen als Substratdickengenauigkeit
genommen. Die Verformbarkeit wurde dadurch beurteilt, dass ein 500 mm × 500 mm
großes
Plattenstück
auf Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Hohlräumen in
einer gegebenen Prüfschaltkreisfläche und
durch weitere Inspektion der Platte auf Abnormalitäten, sowohl
mit dem bloßen
Auge, als auch mit dem optischen Mikroskop untersucht wurde
- • Die
Ablösekraft
der 18 μm
dicken Kupferfolie wurde nach JIS C6481 bewertet.
- • Für die Beurteilung
der Hitzebeständigkeit
gegenüber
Lötzinn,
wurde nur eine Seite des glasfaserverstärkten Kunststoffs geätzt und
in eine 50 mm × 50
mm große
Platte geschnitten, wobei man drei Testproben bekam. Jede Testprobe
wurde einer Behandlung im Druckkocher zur Prüfung der Feuchtigkeitsaufnahme, zwei
Stunden lang einem Druck von 2,0 atm bei 121 °C unterzogen. Die Testproben
wurden dann 120 Sekunden in ein Lötbad von 260°C getaucht,
wonach sie mit bloßem
Auge und mit dem optischen Mikroskop auf das Vorhandensein von Schwellungen
und Blasen untersucht werden.
- • Für die Bewertung
des Ausflusses, wurde ein beidseitig kaschiertes Laminat hergestellt
und die Ausflusslänge
(die gespritzte Fläche)
gemessen.
-
<B. Herstellung einer vierschichtigen
Leiterplatte>
-
Es
wurde eine Oxydationsbehandlung (Schwärzung) auf der Oberfläche der
Kupferfolie (Dicke: 35 μm) eines
beidseitig kupferkaschierten, 1 mm dicken Laminats als Innenschichtleiterplatte
vorgenommen. Eine Platte des glasfaserverstärkten Kunststoffs wurde auf
jeder Seite des kupferkaschierten Laminats aufgeschichtet, über den
eine 18 μm
dicke Kupferfolie aufgeschichtet wurde. Die entstandene Leiterplatte
wurde unter Erhitzen 120 Minuten lang bei einer Temperatur von 170°C und unter
einem Druck von 40 kgf/cm2 pressgeformt,
um eine vierschichtige Leiterplatte zu erhalten.
-
<Auswertung der vierschichtigen Leiterplatte>
-
- • Zur
Bestimmung der Substratdickengenauigkeit, wurde ein 500 mm × 500 mm
großes
Substrat in 36 Quadrate unterteilt und die Dicke von jedem der 36
Quadrate gemessen. Der Durchschnittswert der 36 Messungen wurde
als die Substratdicke und die Standardabweichung der 36 Messungen
als Substratdickengenauigkeit genommen.
- • Die
Verformbarkeit wurde dadurch beurteilt, dass ein 500 mm × 500 mm
großes
Plattenstück
auf Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Hohlräumen in
einer gegebenen Prüfschaltkreisfläche und
durch weitere Inspektion der Platte auf Abnormalitäten, sowohl
mit dem bloßen
Auge, als auch mit dem optischen Mikroskop untersucht wurde
- • Zur
Bestimmung der Ablösekraft
der inneren Schicht wurde die Ablösekraft nach der Schwärzungsbehandlung
an der Schnittstelle zwischen der Kupferfolie der inneren Schicht
dieses Substrats und dem glasfaserverstärktem Kunststoff gemessen.
- • Die
Hitzebeständigkeit
gegenüber
Lötzinn
wurde in der gleichen Weise, wie in dem oben erwähnten Bewertungsverfahren des
beidseitig kupferkaschierten Laminats. gemessen.
- • Für die Bewertung
des Ausflusses, wurde eine vierschichtige Leiterplatte hergestellt
und die Ausflusslänge
(die gespritzte Fläche)
gemessen.
- • Das
Herausfallen von Harzpulver wurde nach dem folgenden Verfahren bewertet:
- • Zuerst
wurde ein glasfaserverstärkter
Kunststoff von Hand auf 100 mm × 100
mm große
Stücke
zugeschnitten, wobei mit größtmöglicher
Sorgfalt vorzugehen war, um das Herausfallen von Harzpulver an den Schnittenden
auf ein Minimum zu beschränken.
Zehn so hergestellte, glasfaserverstärkte Kunststoffplatten wurden
aufgestapelt und das Gewicht ermittelt. Der Stapel wurde dann zehn
Mal aus einer Höhe
von 100 mm fallen gelassen, um das Gewicht des durch den Aufschlag
herausgefallenen Harzpulvers zu ermitteln. Die Menge des herausgefallenen
Harzpulvers wurde aus der Gewichtsdifferenz der Platten vor und
nach dem Fallenlassen bestimmt. Diese Messung wurde fünf Mal wiederholt,
um den Durchschnittswert zu ermitteln.
- • Die
Bewertung von Faserhohlräumen
wurde wie folgt durchgeführt.
Zuerst wurde ein glasfaserverstärkter Kunststoff
von Hand in Querrichtung auf eine Breite von 10 cm geschnitten.
Dieses Mal sollte die Stelle der Musterentnahme willkürlich und
unbeabsichtigt gewählt
werden. Dann wurde der glasfaserverstärkte Kunststoff mit einem optischen
Mikroskop (Vergrößerung 120fach)
untersucht, um die Zahl der Faserhohlräume in der Größe von 10 μm oder größer zu zählen. Die
sich ergebende Anzahl an Faserhohlräumen wurde durch die Fläche des
Musters dividiert, um die Anzahl der Faserhohlräume pro Flächeneinheit zu berechnen. Dieses
Verfahren wurde an drei Stellen entlang der Länge des glasfaserverstärkten Kunststoffs durchgeführt. Der
Durchschnittswert der drei Stellen wird als Bewertungspunkt für die Faserhohlräume genommen.
-
-
Die
in Beispiel 1 und 2 entstandenen, glasfaserverstärkten Kunststoffe zeigen hohe
Substratdickengenauigkeit und ausgezeichnete Verformbarkeit. Das
Produkt des Vergleichenden Beispiels 1, das ein Beispiel eines konventionellen,
glasfaserverstärkten
Kunststoffs darstellt zeigt eine schlechtere Substratdickengenauigkeit
als der glasfaserverstärkte
Kunststoff der Beispiele. Der glasfaserverstärkte Kunststoff des Vergleichenden
Beispiels 2 hat eine Oberflächenharzschicht,
in welcher die Reaktion zu weit fortgeschritten ist. Der glasfaserverstärkte Kunststoff
zeigte eine gute Dickengenauigkeit, aber geringere Verformbarkeit.
Der glasfaserverstärkte
Kunststoff des Vergleichenden Beispiels 3, bei dem der Reaktionsgrad
in der inneren Schicht a geringer ist, als der Reaktionsgrad in
der äußeren Schicht
b, zeigte eine schlechtere Substratdickengenauigkeit als der glasfaserverstärkte Kunststoff
der Beispiele. Der glasfaserverstärkte Kunststoff des Vergleichenden Beispiels
4, bei dem der Reaktionsgrad in der äußeren Schicht b hoch und die
Harzmenge groß ist,
zeigte eine schlechtere Substratdickengenauigkeit als der glasfaserverstärkte Kunststoff
der Beispiele. Der glasfaserverstärkte Kunststoff des Vergleichenden
Beispiels 5, der aus Glasfasersubstrat mit ungenügender Faseröffnung hergestellt
war, enthielt verbliebene Hohlräume
in der inneren Schicht. Diese Hohlräume verblieben unverändert in
der laminierten Leiterplatte, die aus diesem glasfaserverstärkten Kunststoff
hergestellt wurde. Der mit Glasfaser verstärkte Kunststoff zeigte auch
eine schlechtere Verformbarkeit.
-
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
-
Der
glasfaserverstärkte
Kunststoff der vorliegenden Erfindung hat eine hohe Dickengenauigkeit
und erzeugt beim Biegen etc. kein Harzpulver, ist frei von Hohlräumen im
Glasfasergeflecht der inneren Schichten und frei von Harzausfluss.
Aufgrund dieser Eigenschaften hat der glasfaserverstärkte Kunststoff
eine ausgezeichnete Verformbarkeit. Dieser glasfaserverstärkte Kunststoff
lässt sich,
unter Verwendung des Fabrikationsverfahren der vorliegenden Erfindung,
sicher und in stabiler Weise herstellen.
