-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf die Laminate, welche zur Herstellung
gedruckter Schaltungen weithin verwendet werden. In einer Anwendung
wird die Erfindung auf das Kompositmaterial angewendet, welches
als ein Substrat für
derartige Schaltungen verwendet wird, im Besonderen solche, die
mit glasfaserverstärkten
Epoxidharzen hergestellt werden.
-
Die
allgemein anerkannten Arten von Laminaten werden in Printed Circuits
Handbook, Coombs ed., 3. Auflage, McGraw Hill Book Co., 1988 diskutiert.
Die preiswertesten Materialien verwenden typischerweise phenolharzimprägniertes
Papier (FR-2) und werden dort verwendet, wo die Kosten wichtiger
als die elektrische und physikalische Leistung sind. FR-3 ist ein
Papierkomposit, welches eher mit Epoxidharzen als mit phenolischen
Harzen imprägniert
wurde. CEM-1 ist ein Komposit, welches teurer als die FR-2- und
FR-3-Materialien ist, welches jedoch verbesserte elektrische und
physikalische Eigenschaften liefert. Für CEM-1 wird wie in FR-3 ein
Epoxidharz zur Papierbeschichtung verwendet, jedoch ist das Kernstück mit äußeren Schichten
von glasfaserverstärkten
Epoxidharzen bedeckt. FR-4 wird mit einem mit Epoxidharz imprägnierten
Gewebe aus Glasfasergarnen hergestellt. Die vorliegende Erfindung
hat Anwendung auf alle Arten von Laminaten, jedoch im Besonderen
auf FR-4-Laminate.
-
In
dem US-Patent Nr. 5,264,065 ist offenbart, dass anorganische Füllstoffe
zur Einstellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der
Z-Achse von Laminaten verwendet werden können, wobei üblicherweise
30 bis 100 Teile Füllstoff
pro 100 Teilen Harz verwendet werden. Solche Füllstoffe wurden in Laminaten zu
anderen und verwandten Zwecken verwendet, wie beispielsweise zur
Begrenzung des Harzflusses und zur Verbesserung der Stanzbarkeit
gemäß den japanischen
Patentveröffentlichungen
(JP 222,950 (1989), JP 199,643 (1982) und 7,044 (1984), JP 97,633
(1989), JP 120,330 (1990)), wie in dem '065 US-Patent diskutiert. In dem US-Patent
Nr. 4,960,634 wird Zinkoxid als ein Additiv zur Verbesserung der
Wärmeleitfähigkeit
offenbart. In der
JP 133,440 (1990)
ist offenbart, dass "gebrannter" Talk die dimensionale
Stabilität
von Laminaten verbessert. Der Talk wurde auf 1.000°C bis 2.000°C erhitzt,
um Kristallisationswasser zu entfernen. Es wurde festgestellt, dass
auf weniger als 1.000°C
erhitzten Talken die gewünschte
verbesserte dimensionale Stabili tät fehlte.
-
Die
JP 07 024995 A (TOSHIBA
CHEM CORP), 27. Januar 1995 (27.01.1995) offenbart ein Laminat zur
Verwendung in gedruckten Schaltungen, welches ein gehärtetes Epoxidharz
umfasst, enthaltend ein Silan-Kupplungsmittel und 10 bis 50 Gew.-% anorganischen Füllstoff,
welcher Talk sein kann.
-
Die
vorliegenden Erfinder befassten sich mit Problemen, welche bei der
Verwendung von Epoxidharzen mit relativ hohen Glasübergangstemperaturen
(Tg), im Besonderen um 150°C
oder höher
entstehen. Diese Harze haben Vorteile, welche bei solchen mit niedrigeren
Tg-Werten nicht zur Verfügung
stehen, jedoch tendieren sie dazu, spröder und schwieriger mechanisch
zu bearbeiten zu sein. Sie produzieren Epoxidharzstaub, wenn Laminate
während
der Herstellung von gedruckten Schaltungen gestanzt, geschnitten
oder gebohrt werden. Staub ist aus verschiedenen Gründen unerwünscht, jedoch
im Besonderen deshalb, weil er die Präzision beeinträchtigt,
mit welcher Schaltungen hergestellt werden können.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt Mittel zur signifikanten Reduzierung
der produzierten Staubmenge bereit, mit den begleitenden Vorteilen
bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen. Die Erfindung stellt
auch Laminate bereit, welche einfacher gebohrt werden können. Aus
Wirtschaftlichkeit werden Laminate typischerweise gestapelt und
gleichzeitig gebohrt. Wenn die Löcher
nicht sauber gebohrt werden, kann Überarbeiten oder Verwerfen
der Schaltung nötig
sein. Alternativ kann das Bohrverfahren modifiziert werden, jedoch
kann dies die Geschwindigkeit vermindern, mit der die Laminate gebohrt
werden. Ein zusätzlicher
Vorteil der Erfindung ist, dass das Epoxidharz einen niedrigeren
thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) in der Z-Richtung hat,
was Schaltungsausfälle
aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung bzw. Expansion
reduziert. Diese Vorteile werden durch Einfügen geringer Mengen Talk in
das Epoxidharz erzielt. Es wurde indes gefunden, dass nicht alle
Talke verwendet werden können,
da einige eine beträchtliche
Verminderung an elektrischer Spannungsfestigkeit verursachen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
In
einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Verbesserung
von Laminaten, welche aus Epoxidharzen hergestellt werden, im Besonderen
aus solchen mit einer Tg von 150°C
oder höher,
welches Einfügen
von mehr als 0 und bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 15 Gew.-%
Talkpartikel mit der Formel 3MgO·4SiO2· H2O mit weniger als 5 Gew.-% Verunreinigungen
und einer maximalen Partikelgröße von 40 μm in die
Harze umfasst. Vorzugsweise umfasst der Talk weniger als ungefähr 0,01
Gew.-% (100 Gew.-ppm) wasserextrahierbare Anionen. Besonders geeignet
sind Montana-Flachtalkpartikel (> 96
Gew.-% Talk). Sie können entweder
unbehandelt sein oder eine Oberflächenbehandlung wie beispielsweise
mit einem Silan haben. Es ist eine wichtige Besonderheit der erfindungsgemäß verwendeten
Talkpartikel, dass sie, verglichen mit Laminaten, welche keinen
Talk enthalten, keine signifikante Verminderung an elektrischer
Spannungsfestigkeit verursachen.
-
In
einem anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Laminat
zur Verwendung in gedruckten Schaltungen, welches ein verstärkendes
Material in einem gehärteten
Epoxidharz umfasst, vorzugsweise in solchen mit einer Tg von 150°C oder mehr,
und enthaltend mehr als 0 bis zu 20 Gew.-% Talkpartikel mit der Formel
3MgO·4SiO2·H2O mit weniger als 5 Gew.-% Verunreinigungen
und einer maximalen Partikelgröße von 40 μm, welche
die elektrische Spannungsfestigkeit des genannten Laminats verglichen
mit Laminaten, welche keine Talkpartikel enthalten, nicht signifikant
reduzieren. Ein bevorzugter Talk ist Montana-Flachtalk, welcher eine
relativ hohe Reinheit hat (größer 96 Gew.-%
Talk) und sich der theoretischen Zusammensetzung 3MgO·4SiO2·H2O mit weniger als ungefähr 0,01 Gew.-% (100 Gew.-ppm)
wasserextrahierbaren Anionen annähert.
Wahlweise kann der Talk oberflächenbehandelt
sein, zum Beispiel mit einem Silan.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die
Zugabe von festen Partikeln zu Epoxidharzverbundstoffen wurde zur
Senkung der Kosten von Laminaten und um anderer Vorteile zu erhalten
vorgeschlagen. Anorganische Partikel wie beispielsweise Tone, Talk,
etc. sind typischerweise weniger teuer als Epoxidharze und sind
als Füllstoffe
vorgeschlagen worden. Idealerweise könnten feste Partikel die Härte von
spröden
Materialien durch Verhinderung der Propagation von Rissen verbessern.
Sie haben den Nachteil, dass sie abschleifend sein können und
zusätzliche
Abnutzung an Schneid- und Stanzwerkzeugen verursachen können, die
zur Herstellung von Schaltungen verwendet werden.
-
Zur
Verwendung in Epoxidharzen gibt es eine Anzahl von Anforderungen,
welche erfüllt
werden sollten. Erstens müssen
die festen Partikel kompatibel mit den Komponenten der Epoxidlacke
sein, die für
die Anwendung auf Papier und Glasfasern formuliert werden. Zum Beispiel
sollten sie gegenüber
aggressiven Lösungsmitteln
wie beispielsweise DMF und Aceton resistent sein. Die Partikel sollten
eine Größe ha ben,
die gute Dispersion durch den Lack erlaubt, und sie sollten nicht
zu groß im
Verhältnis
zum Abstand zwischen den Schaltlinien sein. Sie sollten nicht zusammenklumpen,
und ihre Dichte sollte ähnlich
der von Epoxidharz sein, sodass sie auch nicht dazu tendieren, abzusetzen
oder auf der Oberfläche
zu schwimmen. Es ist wichtig, dass die Partikel die elektrischen
Eigenschaften des Harzes, im Besonderen die für Laminate benötigte elektrische Spannungsfestigkeit,
nicht schwächen.
-
Sie
sollten keinen signifikanten Einfluss auf Hochtemperaturtests haben,
welche Laminate bestehen müssen,
wie beispielsweise Lötzinn-Float.
Die Erfinder haben gefunden, dass nicht alle festen Partikel diese Anforderungen
erfüllen
und haben bestimmte Talke entwickelt, welche verbesserte Leistung
bei Verwendung in Laminaten liefern, welche jedoch die elektrischen
Eigenschaften nicht schwächen.
-
Talk
-
Talk
ist ein natürlich
vorkommendes Mineral mit einer theoretischen Formel 3MgO·4SiO2·H2O. Da es ein natürliches Material ist, variiert
die Zusammensetzung. Von den in den USA geförderten Talken werden solche
aus Montana als unter den reinsten erachtet (zum Beispiel < 96 Gew.-% Talk),
während
viele andere signifikante Mengen an Verunreinigungen enthalten,
was ihre Verwendbarkeit in bestimmten Anwendungen beeinträchtigt.
Dies scheint in der vorliegenden Anwendung der Fall zu sein, wie
in den Beispielen weiter unten gezeigt ist, wo die elektrische Leistung
von Laminaten durch weniger reine Talke geschwächt werden kann.
-
Eine
Hauptanwendung von Talken ist die Verwendung als verstärkende Füllstoffe
in Kunststoffen, wo sie für
verbesserte Steifheit und Kriechwiderstand sorgen. Die Verwendung
in den Laminaten, die wichtige Bestandteile in gedruckten Schaltungen
sind, wurde neben vielen anderen Arten von partikulären Füllstoffen,
wie oben angemerkt, vorgeschlagen. Die Erfinder haben jedoch gefunden,
dass nicht alle Talke gleichermaßen verwendbar sind.
-
Nach
der Förderung
werden Talkablagerungen weiterverarbeitet, um sie zu reinigen und
sie zu feinen Partikeln zu zerkleinern. Kommerzielle Produkte können eine
maximale Partikelgröße von ungefähr 70 μm haben,
wobei feinere Materialien Partikel haben, die nicht größer als
ungefähr
10 μm sind.
Reiner Talk ist sehr weich und hat eine Härte von 1 auf der Moh-Skala.
Die Partikel haben verschiedene Kristallformen, welche charakteristisch
für den
Fundort sind. Die meisten kommerziellen Talke haben plattenartige
Kristalle und werden als "Flachtalke" bezeichnet. Die
bevor zugten Talke der vorliegenden Erfindung sind von dieser Art.
-
Während Talke
als Nicht-Leiter von Elektrizität
erachtet werden, haben die Erfinder gefunden, dass nicht alle Talke
in dieser Hinsicht gleich erscheinen. Zur Verwendung in gedruckten
Schaltungen sind bestimmte elektrische Eigenschaften wichtig, und
es wurde gefunden, dass einige Talke in den verlangten elektrischen Analysetests
versagen, wie in den Beispielen unten zu sehen ist.
-
Eine
Art von Talk, welcher in der
JP
133,440 (1990) zur Verwendung in elektrischen Laminaten
vorgeschlagen wurde, wird als "gebrannter
Talk" bezeichnet,
und es wird auf das Erhitzen von Talk auf 1.000°C bis 2.000°C verwiesen. Dies verursacht
offensichtlich eine Veränderung
der physikalischen Struktur des Talkes und verbessert die dimensionale
Stabilität
der Laminate. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Talke sind
nicht von dieser Art.
-
Wenn
Talkpartikel in elektrischen Laminaten verwendet werden, sollten
sie fein sein, da die Laminate dünn
sind und die Abstände
zwischen den Kupferstromleitungen sehr gering sein können. Wir
bevorzugen es, dass die maximale Partikelgröße nicht größer als ungefähr 40 μm sein sollte.
Uns ist nicht bekannt, dass es irgendeine untere Grenze der maximalen
Partikelgröße gibt,
abgesehen davon, dass die Handhabung und das Mischen der Talkpartikel
in das Epoxidharz vor Anwendung auf das verstärkende Material beeinträchtigt werden
könnte.
-
Wie
in den Beispielen zu sehen sein wird, wurde gefunden, dass relativ
reiner Talk, welcher sich der theoretischen Formel 3MgO·4SiO2·H2O annähert,
die elektrische Spannungsfestigkeit, wie gemessen durch den IPC-Test
TM650 2.5.6.2, nicht signifikant reduziert. Ein aus einem weniger
reinen Talk hergestelltes Laminat fällt durch den Test durch. Die
Gründe
für dieses
Ergebnis wurden nicht vollständig
geklärt,
jedoch wird angenommen, dass die Reinheit des Talks, im Besonderen
die Menge an wasserextrahierbaren Anionen, welche er enthält, ein
wichtiger Faktor ist.
-
Ein
Vergleich zweier Talke wurde gemacht, um die Unterschiede hinsichtlich
Verunreinigungen und Struktur zu bestimmen, welche mit der elektrischen
Spannungsfestigkeit der Laminate korrelieren könnten. In einer Elementaranalyse,
welche mittels XRF (Röntgenstrahlfluoreszenz)
unter Verwendung eines Philips PW1400 Spektrometers gemacht wurde,
wurde ein unreiner Talk (Nytal 400, R. J. Vanderbilt Company, Inc.) mit
einem reinen Talk (1731, Whittaker, Clark & Daniels, Inc.) mit den folgenden
Ergebnissen verglichen.
-
-
Es
ist zu sehen, dass das Nytal 400 viel mehr Calcium und signifikante
Mengen an Chlor, Natrium und Kalium enthält, was zu dem Verlust an elektrischer
Spannungsfestigkeit in mit diesem Talk hergestellten Laminaten beigetragen
haben könnte.
-
Die
Proben wurden auch mit XRD (Röntgenstrahldiffraktion)
unter Verwendung eines Philips PW3710-Diffraktometers untersucht.
Die Ergebnisse zeigten, dass der 1731-Talk eine Talkstruktur (Mg3·Si4O10·(OH)2] mit geringen Mengen Magnesiumsilikathydroxid
[Mg3·Si2O5·(OH)4] hat. Indes wurde gefunden, dass das Nytal
400 eine Mischung von Talk mit Calciummagnesiumsilikathydroxid [Ca2·Mg5·Si8O22·(OH)2], Magnesiumsilikathydroxid [Mg3·Si2O5·(OH)4] und eine geringe Menge Natriumcalciummagnesiumsilikathydroxid
enthält.
-
Eine
weitere Analyse wurde durchgeführt,
um die wasserextrahierbaren Anionen in den zwei Talken zu bestimmen,
da diese zu einem Verlust an elektrischer Spannungsfestigkeit beitragen
könnten.
Eine Talkprobe wurde in reinem Wasser bei 60°C für 15 Minuten extrahiert, und
das Wasser wurde mittels Ionenchromatographie (Dionex DX-300) analysiert.
Die Ergebnisse waren wie folgt:
-
-
Der
hohe Anteil an extrahierbarem Chlorid steht mit dem Unterschied
an Chlorgehalt in Einklang, welcher in der XRF-Analyse gefunden
wurde. Lösliche
Chloride wurden für
den Verlust von elektrischen Eigenschaften in anderen Anwendungen
verantwortlich gemacht und infolgedessen wird geglaubt, dass die
in den zwei Talkproben gefundene Differenz an extrahierbaren Chloriden
eine mögliche
Ursache für den
Verlust an elektrischer Spannungsfestigkeit in Laminaten, welche
Nytal 400-Talk enthalten,
sein könnte.
Der viel höhere Anteil
an Phosphaten könnte
mit dem hohen Calciumgehalt von Nytal 400 in Beziehung stehen, und
es wird auch geglaubt, dass diese zu der Verschlechterung der elektrischen
Leistung beitragen. Folglich wird geglaubt, dass die Talke weniger
als 0,01 Gew.-% (100 Gew.-ppm) wasserextrahierbare Anionen enthalten
sollten.
-
Verwendung
von Talkpartikeln in Laminaten
-
Konventionelle
elektrische Laminate werden durch Imprägnierung von verstärkenden
Materialien, wie beispielsweise Schichten von Papier, Glasfasermatten
oder gewebten Glasfasergarnen, mit einer Epoxidharzformulierung
und dann B-Bereitstellung (B-Staging) des imprägnierten Materials hergestellt.
B-Bereitstellung (B-Staging) bedeutet, dass das Epoxidharz partiell
gehärtet
ist, sodass es nicht klebrig ist und gehandhabt und für einige
Zeit gelagert werden kann, bevor es zur Herstellung eines Fertiglaminates
verwendet wird. Solche Materialien werden oft "Prepregs" genannt. Wenn die Prepregs mit Kupferfolien
oder anderen Schichten von Prepreg oder vollständig gehärteten Verbundstoffen zusammengebaut
werden, können
diese unter Hitze und Druck ausgehärtet werden, um den Heilungsprozess
zu vervollständigen
(C-Bereitstellung/C-Staging).
-
Während der
Herstellung von gedruckten Schaltungen gibt es viele Ereignisse
wähernd
des Schneidens, Bohrens und Stanzens eines Laminats, wobei alle
diese Arbeitsschritte Epoxidharzstaub erzeugen. Solch ein Staub
ist aus vielen Gründen
unerwünscht.
Es versteht sich, dass die Herstellung von dichten elektronischen
Schaltungen durch Staub negativ beeinflusst wird, der sich auf der
Schaltung ansammelt und welcher die elektrische Kontinuität der Schaltkreise
in Mitleidenschaft ziehen kann oder mit ihrer Konstruktion interferieren
kann. Bohren kann ebenso ein Problem sein, im Besonderen wenn Harze
verwendet werden, welche eine Glasübergangstemperatur (Tg) oberhalb
der des typischen FR-4-Laminats haben (ungefähr 130°C). Solche Harze tendieren dazu,
spröder
und schwierig sauber zu bohren zu sein. Es wird nötig, die "Chipladung" zu reduzieren, das
heißt,
die Länge
des Lochs, welches für
jede Umdrehung der Bohrkrone gebohrt wird, und folglich wird die
Produktivität
vermindert. Die Erfinder haben ein Verfahren zur Verbesserung des
Herstellungsverfahrens und Verminderung der Staubbildung von Epoxidharzen
mit höheren
Tg gesucht und gefunden, während
sie gleichzeitig die mit der Bohrung verbundenen Probleme gemindert
haben.
-
Es
wurde gefunden, dass die Zugabe von Talkpartikeln die benötigte Verbesserung
der Epoxidlaminate liefert, wenn die zugegebene Menge bis zu ungefähr 20 Gew.-%
des Laminats bezogen auf den Harzgehalt beträgt. Größere Mengen können die
physikalischen Eigenschaften negativ beeinflussen. Vorzugsweise
sollte die verwendete Menge zwischen ungefähr 10 und 15 Teilen pro 100
(phr) bezogen auf den Harzgehalt sein. Die maximale Partikelgröße sollte
ungefähr
40 μm sein.
Größere Partikel
werden schwierig einheitlich innerhalb des Epoxidharzes zu verteilen
sein und würden
erwartungsgemäß die Struktur
schwächen,
wenn sie zu groß sind.
Den Erfindern ist keine minimal akzeptable Größe der Partikel bekannt.
-
Epoxidharzformulierungen
umfassen die Harze selbst plus Härtungsmittel,
Kettenverlängerer,
Katalysatoren und Additive, wenn nötigt. Die Erfindung ist im
Besonderen auf Zusammensetzungen gerichtet, welche nach der Aushärtung eine
Glasübergangstemperatur
(Tg) von ungefähr
150°C oder
höher haben,
die dazu tendieren, spröder
als die in gewöhnlichen
FR-4-Laminaten verwendeten Epoxidharze zu sein und folglich schwieriger
zu bohren und anfällig
gegenüber
Staubbildung während
der Weiterverarbeitung von gedruckten Schaltungen zu sein. Jedoch
kann die Erfindung eine Anwendung auf Epoxidharze, welche eine niedrigere
Tg haben, oder auf andere Polymere haben, bei denen Schwierigkeit
mit Bohrung oder Stanzen von Laminaten aufgrund von Spröde erfahren
wird.
-
Die
Talkpartikel können
zu der Epoxidharzformulierung durch ein beliebiges zweckmäßiges Verfahren zugegeben
werden. Da indes die Formulierung gewöhnlich einigermaßen viskos
sein wird, kann zur Erreichung einer einheitlichen Verteilung der
Partikel Hochschermischen notwendig sein, um ein Zusammenklumpen
der Partikel zu vermeiden.
-
In
den folgenden Beispielen wurde eine Epoxidharzformulierung auf ein
aus Glasgarn hergestelltes Gewebestück angewendet und dann zur
Herstellung von Laminaten vollständig
ausgehärtet.
Diese Laminate wurden Tests zur Bohrbarkeit und Verstauben und der
thermischen Z-Achsenexpansion unterworfen. Es wurde gefunden, dass
die elektrische Spannungsfestigkeit durch die Zugabe von Talk zu
den Epoxidharzen beeinträchtigt
wird und dass die Reinheit der Talke wichtig war, wenn die elektrische
Spannungsfestigkeit der Laminate erhalten werden sollte.
-
Beispiel 1
-
(Vergleichend)
-
Eine
Harzformulierung wurde ohne die Zugabe von Talk hergestellt.
| XUS
19041 | 331,5
g |
| PM
Glykolether | 48,0
g |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 2,1
g |
| Dicyandiamid | 2,1
g |
| Durit
SD-357B | 2,1
g |
-
Laminate
mit einer Dicke von 0,059'' (1,5 mm) wurden
aus der obigen Formulierung mittels eines Glasgarngewebes (7628
Clark-Schwebel) hergestellt. Das beschichtete Gewebe wurde bei 171°C für 3 Minuten ausgehärtet, um
ein Prepreg herzustellen. Dann wurde 1 oz/ft2 (35 μm dick) Kupferfolie
auf jeder Seite des Prepreg angebracht und das Laminat bei 177°C für 70 Minuten
ausgehärtet.
Zur Bestimmung der Bohrbarkeit der Laminate wurden Standardbohrparameter
verwendet, welche für
weniger spröde
130°C-Tg-Laminate
benutzt werden, und vier Laminate wurden in einem Stapel gebohrt.
Das obige Laminat bohrte gradfrei in nur einem von drei Bohrversuchen,
was darauf hindeutet, dass die Laminate, welche mit einem nominalen
150°C-Tg-Epoxidharz hergestellt
wurden, nicht zufriedenstellend unter Verwendung von Bohrpraktiken,
welche für 130°C-Tg-Epoxidharze
als akzeptable gefunden werden, gebohrt werden konnten.
-
Laminate
mir einer Dicke von 0,008'' (0,2 mm) wurden
aus der obigen Formulierung hergestellt, und beim Testen im IPC-Test
TM650 2.5.6.2 wurde gefunden, dass sie eine elektrische Spannungsfestigkeit
aufweisen, welche 1.250 Volt/mil (49212 Volt/mm), gemessen unter
D48/50-Konditionierung (48 Stunden in Wasser bei 50°C eingetaucht), übersteigt.
Die Militärspezifikation
für Minimalleistung
ist 750 Volt/mil (29528 Volt/mm).
-
Es
wurden geschlossen, dass die obigen Laminate nicht gut bohrten,
aber eine gute elektrische Leistung hatten.
-
Beispiel 2
-
Zu
der Formulierung von Beispiel 1 wurde ein vergleichsweise weniger
reines Talk, Nytal 400 (ein New York Talk von der R. T. Vanderbilt
Company), hinzugegeben, welches ungefähr 7 Gew.-% CaO enthält und eine maximale
Partikelgröße von 20 μm hat.
| XUS
19041 Harz | 331,5
g |
| PM
Glykolether | 54,0
g |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 2,1
g |
| Dicyandiamid | 2,1
g |
| Durit
SD-357B | 2,1
g |
| Nytal
400 | 30,0
g |
-
Wiederum
wurden 0,059'' (1,5 mm) Laminate
aus der obigen Formulierung hergestellt und in Stapeln gebohrt.
Wie vorher wurden die für
130°C-Tg-Laminate
verwendeten Standardbohrparameter benutzt, und die Laminate wurden
in 4-er-Stapeln gebohrt.
-
Die
obigen Laminate bohrten gradfrei in allen drei Bohrversuchen, was
darauf hinweist, dass die Zugabe von Talk die Bohreigenschaften
des 150°C-Tg-Epoxidharzes
verbesserte.
-
Für aus der
obigen Formulierung hergestellte 0,008'' (0,2
mm) Laminate wurde festgestellt, dass sie eine elektrische Spannungsfestigkeit
zwischen 600 bis 700 Volt/mil (23622-27559 Volt/mm) in dem IPC-Test von
Beispiel 1 aufweisen, was unterhalb der Militärspezifikation für Minimalleistung
von 750 Volt/mil (29528 Volt/mm) ist.
-
Es
wurde geschlossen, dass die Zugabe von unreinem Talk die Bohrung
der obigen Laminate verbesserte, jedoch eine unakzeptable elektrische
Leistung bewirkte.
-
Beispiel 3
-
(Vergleichend)
-
Zu
der Kontrollformulierung von Beispiel 1 wurde ein epoxidierter Kautschuk
zum Vergleich gegeben.
| XUS
19041 Harz | 331,5
g |
| PM
Glykolether | 48,0
g |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 2,1
g |
| Dicyandiamid | 2,1
g |
| Durit
SD-357B | 2,1
g |
| Epon
58005 | 7,5
g |
-
Die
aus der obigen Formulierung hergestellten 0,059'' (1,5
mm) Laminate wurden dreimal wie oben unter Verwendung von Standardbohrparametern
für 130°C-Tg Laminate
gebohrt.
-
Die
Laminate bohrten gradfrei in 2 von 3 Bohrversuchen, was darauf hindeutet,
dass der Austausch des epoxidierten Gummis einen günstigen
Effekt auf die Bohrleistung hatte, obwohl es der Verwendung von Talk
als unterlegen erachtet wird. Zusätzlich ist der Talk viel weniger
teuer und wäre
aus diesem Grund bevorzugt.
-
Beispiel 4
-
Zu
der Kontrollformulierung von Beispiel 1 wurde ein reiner Montana-Plattentalk
zum Vergleich mit dem weniger reinen Talk von Beispiel 2 gegeben.
Dieser Talk enthält
nur ungefähr
0,1–0,3
Gew.-% CaO (1 lb = 0,4536 kg).
| XUS
19041 Harz | 350,0
lbs |
| PM
Glykolether | 70,0
lbs |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 2,217
lbs |
| Dicyandiamid | 2,217
lbs |
| Durit
SD-357B | 3,801
lbs |
| 1731 | 31,7
lbs |
-
Aus
der obigen Formulierung hergestellte 0,059'' (1,2
mm) Laminate wurden wiederum dreimal unter Verwendung von Standardbohrparametern
für 130°C-Tg-Laminate
gebohrt.
-
Die
obigen Laminate bohrten gradfrei in allen drei Bohrversuchen, was
auf überlegene
Leistungen dieses Talks hinweist.
-
Für aus der
obigen Formulierung hergestellt 0,008'' (0,2
mm) Laminate wurde getestet, dass sie eine elektrische Spannungsfestigkeit
aufweisen, welche 1.300 Volt/mil (51.181 Volt/mm) in dem IPC-Test
von Beispiel 1 übersteigt,
was darauf hinweist, dass die elektrische Spannungsfestigkeit aus
Beispiel 1 nicht reduziert wurde.
-
So
führt der
verbessernde Montana-Plattentalk, von welchem 1731 ein Beispiel
ist, zu verbesserter Bohrleistung ebenso wie guter elektrischer
Leistung.
-
Beispiel 5
-
Eine
Reihe von Laminatproben wurde unter Verwendung einer Formel hergestellt,
welche allgemein der der vorherigen Beispiele entspricht, die sich
jedoch hinsichtlich der zugefügten
Talke unterschieden, um die Beziehung zwischen dem extrahierbaren
Anionengehalt und der elektrischen Spannungsfestigkeit der Laminate
zu bestimmen.
| XUS
19041 Harz | 75,31
Gew.-% |
| PM
Glykolether | 16,12
Gew.-% |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 0,48
Gew.-% |
| Dicyandiamid | 0,48
Gew.-% |
| Durit
SD-357B | 0,8
Gew.-% |
| Talk | 6,81
Gew.-% |
-
Unter
Verwendung von Nytal 400 und 1731 alleine und in Mischungen wurde
die elektrische Spannungsfestigkeit in jedem Laminat gemessen, welche
in der unten folgenden Tabelle zusammen mit den kalkulierten wasserextrahierbaren
Anionen berichtet sind.
- (1)
Scheruhn Industriemineralien GmbH & Co.
-
Es
ist offensichtlich, dass die Messungen der elektrischen Spannungsfestigkeit
gut mit den extrahierbaren Anionen korrelieren. Ein anderer Talk,
welcher geringe extrahierbare Anionen hat und welcher die elektrische
Spannungsfestigkeit nicht vermindert, wurde eingefügt, um die
Korrelation zu bestätigen.
-
Bei
der Zugabe von fein gepulvertem Talk zu der 150°C-Tg-Harzformulierung bei Gehalten
von ungefähr
10 phr haben wir ganz unerwartet eine Verminderung in der Verstaubung
des Prepregs beobachtet, wie durch den "Verstaubungstest" gemessen wurde. Der "Verstaubungs"-Test misst die Menge
an Staubverlust, der auftritt, wenn das Prepreg eine bestimmte Anzahl
von Malen geschert wird. Im Spezielleren wurden Paneele 5'' × 5'' (127 mm × 127 mm) gewogen und dann
in 0,5'' (12,7 mm) breite
Streifen unter Verwendung eines Papierschneiders geschnitten. Die
geschnittenen Enden wurden gebürstet,
um lose Partikel zu entfernen und nochmals gewogen. Die Gewichtsdifferenz
wurde als der beim Schneiden der Paneele produzierte "Staub" bezeichnet.
-
Beispiel 6
-
(Vergleichend)
-
Eine
Formulierung ohne Talk wurde zu Laminaten umgesetzt und hinsichtlich
Staubmenge, gebildet wie in dem oben beschriebenen Test, untersucht.
| XUS
19041 Harz | 331,5
g |
| PM
Glykolether | 48,0
g |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 2,1
g |
| Dicyandiamid | 2,1
g |
| Durit
SD-357B | 2,1
g |
-
Es
wurde gefunden, dass die obige Kontrollformulierung einen Staubverlust
zwischen 2,5 bis 3,0% aufweist, wie über den "Verstaubungs"-Test gemessen wurde.
-
Beispiel 7
-
Eine ähnliche
Formulierung wurde unter Verwendung des vergleichsweise weniger
reinen Talks von Beispiel 2 hergestellt (1 lb = 0,4536 kg).
| XUS
19041 Harz | 364,7
lbs |
| PM
Glykolether | 59,4
lbs |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 2,31
lbs |
| Dicyandiamid | 2,31
lbs |
| Durit
SD-357B | 2,31
lbs |
| Nytal
400 | 33,0
lbs |
-
Es
wurde gefunden, dass die aus der obigen Formulierung hergestellten
Laminate einen Staubverlust von 1,17% aufweisen, wie über den "Verstaubungs"-Test gemessen wurde.
-
Beispiel 8
-
Der
reinere Talk von Beispiel 4 wurde in der Formulierung verwendet,
und Laminate wurden wie vorher hergestellt und getestet (1 lb =
0,4536 kg).
| XUS
19041 Harz | 350,0
lbs |
| PM
Glykolether | 70,0
lbs |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 2,217
lbs |
| Dicyandiamid | 2,217
lbs |
| Durit
SD-357B | 3,801
lbs |
| 1731 | 31,7
lbs |
-
Es
wurde gefunden, dass die Laminate, die mit der obigen Formulierung
hergestellt wurden, einen Staubverlust von 1,28% aufweisen, wie über den "Verstaubungs"-Test gemessen wurde.
-
Beispiel 9
-
Die
Formulierung von Beispiel 8 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass
ein oberflächenbehandelter
Montana-Plattentalk verwendet wurde (1 lb = 0,4536 kg).
| XUS
19041 Harz | 350,0
lbs |
| PM
Glykolether | 70,0
lbs |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 2,217
lbs |
| Dicyandiamid | 2,217
lbs |
| Durit
SD-357B | 3,801
lbs |
| Polytalc
262 | 31,7
lbs |
-
Es
wurde gefunden, dass die aus der obigen Formulierung hergestellten
Laminate einen Staubverlust von 1,69% aufweisen, wie über den "Verstaubungs"-Test gemessen wurde.
-
Beispiel 10
-
Die
Formulierung von Beispielen 8 und 9 wurde mit dem Austausch von
einem silanbehandelten Montana-Plattentalk hergestellt (1 lb = 0,4536
kg).
| XUS
19041 Harz | 350,0
lbs |
| PM
Glykolether | 70,0
lbs |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 2,217
lbs |
| Dicyandiamid | 2,217
lbs |
| Durit
SD-357B | 3,801
lbs |
| Vertal
710 | 31,7
lbs |
-
Es
wurde gefunden, dass Laminate, die mit der obigen Formulierung hergestellt
wurden, einen Staubverlust von 1,61% aufweisen, wie über den "Verstaubungs"-Test gemessen wurde.
-
Wie
in den obigen Beispielen 6 bis 10 gezeigt ist, führt fein gepulverter Talk bei
Verwendung als Füllstoff
zu einer Erniedrigung des Staubverlustes während der Scherung des Prepregs.
Die Reduktion an Staubverlust scheint unabhängig von dem verwendeten Talk
zu sein.
-
Mit
der Zugabe von fein gepulvertem Talk zu der 150°C-Tg-Harzformulierung bei ungefähr 10 phr
Gehalten haben wir eine signifikante Erniedrigung in dem Z-Richtungskoeffizienten
der thermischen Ausdehnung/Expansion (CTE) der 0,059'' (1,2 mm) steifen Laminate im Vergleich
zur Kontrollformulierung, die keinen Talk enthält, beobachtet. Eine Erniedrigung
in dem Z-Richtungs-CTE ist ein höchst
wünschenswertes
Merkmal, da es zu verbesserter Zuverlässigkeit von durchplattierten
Löchern
in Schaltungen führt.
Ein geringerer Z-Richtungs-CTE impliziert eine geringere Fehlanpassung
im CTE zwischen dem Laminat und Kupfer. Dies führt zu einer geringeren unterschiedlichen
Expansion und geringerem Spannungsaufbau zwischen der Kupfer/Laminat-Grenzfläche in dem
durchplattierten Loch. Beispiel
11
| XUS
19041 Harz | 331,5
g |
| PM
Glykolether | 48,0
g |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 2,1
g |
| Dicyandiamid | 2,1
g |
| Durit
SD-357B | 2,1
g |
-
Wenn
aus der obigen Formulierung hergestellte 0,059'' (1,2
mm) Laminate hinsichtlich thermischer Z-Achsen-Expansion unter Verwendung
des Thermo-Mechanical-Analyzer (TMA) gemessen wurden, wurden die
folgenden Daten erhalten:
| | CTE
(ppm/°C) |
| < Tg | 65 |
| > Tg | 290 |
| 20° bis 288° | 190 |
-
Beispiel 12
-
Der
reine Montana-Plattentalk von Beispiel 4 und 7 wurde zugegeben (1
lb = 0,4536 kg).
| XUS
19041 Harz | 1326
lbs |
| PM
Glykolether | 264
lbs |
| 2MI
(2-Methylimidazol) | 8,4
lbs |
| Dicyandiamid | 8,4
lbs |
| Durit
SD-357B | 8,4
lbs |
| 1731 | 120,0
lbs |
-
Die
aus der obigen Formulierung hergestellten 0,059'' (1,2
mm) Laminate wurden wie in Beispiel 10 behandelt. Die thermische
Z-Richtungsexpansion, gemessen unter Verwendung des Thermo-Mechanical-Analyzer
(TMA), war wie folgt:
| | CTE
(ppm/°C) |
| < Tg | 53 |
| > Tg | 254 |
| 20° bis 288° | 166 |
-
Aus
Beispielen 10 bis 12 ist offensichtlich, dass es mit der Zugabe
von 1731-Talk eine signifikante Erniedrigung in dem Netto-Z-Richtungskoeffizienten
(aus der Ebene heraus) der thermischen Expansion gibt.
