EP2179631A2 - Trägerfolie - Google Patents

Trägerfolie

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EP2179631A2
EP2179631A2 EP08758992A EP08758992A EP2179631A2 EP 2179631 A2 EP2179631 A2 EP 2179631A2 EP 08758992 A EP08758992 A EP 08758992A EP 08758992 A EP08758992 A EP 08758992A EP 2179631 A2 EP2179631 A2 EP 2179631A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier film
less
film according
microns
layer
Prior art date
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Ceased
Application number
EP08758992A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Schlipf
Katja Widmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ElringKlinger AG
Original Assignee
ElringKlinger AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ElringKlinger AG filed Critical ElringKlinger AG
Publication of EP2179631A2 publication Critical patent/EP2179631A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a carrier film for a flexible printed circuit board with one or more film layers, which are made of a polymer material.
  • High-performance printed circuit boards based on PTFE-coated glass fabric, optionally with a PTFE film lamination, are usually used in such applications.
  • high-performance polymer films are used which are produced on the basis of polyethylene, liquid-crystalline polymers (LCP), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI) or polyimide (PI).
  • LCP liquid-crystalline polymers
  • PEEK polyetheretherketone
  • PEI polyetherimide
  • PI polyimide
  • PTFE-coated glass fabrics do not have the optimum dielectric properties of PFTE with a relative dielectric constant ⁇ r of approximately 2.4.
  • Air inclusions in the PFTE-coated glass fabrics can lead to defects when a voltage is applied.
  • the emergence of the microvoids is due to the special coating process which requires repeated dipping of the glass fabric into a PTFE dispersion followed by drying and sintering.
  • Residual contents of the emulsifiers contained in the PTFE dispersion and traces of their decomposition products remain in the PTFE-coated glass fabric printed circuit board and adversely affect the performance potential of the PTFE material in this application. In particular, these residues influence the dielectric loss factor (tan ⁇ ) and the relative dielectric constant ⁇ r .
  • PTFE-coated glass fabric has a comparatively rough surface, since at the typically applied application rates, the glass fabric still forms on the surface.
  • a skin effect is the fact that the (negative) charge carriers responsible for the flow of current preferably flow on the surface of an electrical conductor due to their mutual repulsion.
  • the skin effect increases with increasing frequency. In the same direction, the demands on the surface quality also increase.
  • Rough surfaces are also found in peel-made PTFE films.
  • the roughness is here in particular by, based on the peeling process, longitudinally oriented grooves, originating from the paring knife generated.
  • the mechanical properties of by means of peeling process produced PTFE films therefore often differ in comparison of the longitudinal and transverse values.
  • the values determined in the transverse direction in particular the values for tensile strength and elongation at break, can be up to 50% lower than the values determined in the longitudinal direction.
  • Printed circuit boards based on polymers and high-performance polymers are typically characterized by good surface properties.
  • the tendency of many polymers to admit water over time in direct contact with water or even humidity affects the properties of printed circuit boards negatively.
  • the performance data of the original dry state fall off during the life due to the continuing water absorption continues.
  • the relatively strong tendency of the polyimide (PI) to absorb water has proven to be particularly negative for printed circuit board applications.
  • PI-based carrier films a copper foil is conventionally rolled onto the PI carrier foil, which necessitates layer thicknesses of 18 ⁇ m and more for reasons of process technology. If the intended use of the printed circuit board requires lower Cu layer thicknesses, the superfluous Cu layer thickness must be removed by a complex etching process in a downstream process step.
  • Liquid crystalline polymers are characterized by a strongly reduced tendency to absorb water. In the most favorable case, up to a factor of about one hundred reduced water absorption can be observed in comparison with PI. However, LCPs are comparatively brittle, and especially in vibratory applications, mechanical damage or even board cracking can easily occur. In addition, LCPs are very expensive materials and therefore limited to niche applications in printed circuit board construction.
  • the object of the invention is to propose a carrier material for printed circuit boards, which avoids the above-mentioned problems and in particular can be made available at economic cost. This object is achieved by a carrier film according to claim 1.
  • melt flow index (MFI) which is different from zero (ASTM Test D1238-88 at 372 0 C and a load of 5 kg at a maximum extrudate-collection time of 1 hour).
  • thermoplastically processable, substantially fully fluorinated plastic material used in accordance with the invention can be processed into films, in particular in the extrusion process, so that the carrier film according to the invention can be produced in a simple process and with very good surface properties.
  • thermoplastically processable PTFE As a fully fluorinated thermoplastic material, preferably thermoplastically processable PTFE is used. A large number of such materials is described, for example, in WO 01/60911 and WO 03/078481.
  • TFE copolymers in which the comonomer content is less than 3.5 mol% are particularly suitable here since the PTFE properties are largely retained and thermoplastic processing is nevertheless possible. More preferably, the comonomer content is limited to less than about 3 mole%, even more preferred are comonomer levels of less than about 1 mole%, for example, 0.5 mole% or less.
  • Preferred comonomers which, on the one hand, ensure good thermoplastic processability and, on the other hand, leave the material properties largely unchanged relative to PTFE, are hexafluoropropylene, perfluoroalkylvinyl ether, perfluoro- (2,2-dimethyl-1,3-dioxole) and chlorotrifluoroethylene.
  • Polymer blends of PTFE and one or more thermoplastically processable plastics are used in addition to the TFE copolymers as the fully fluorinated plastic material to be used according to the invention.
  • These other plastics are selected in particular from the group of PTFE micropowders.
  • PTFE micropowders These are PTFE types with low molecular weight and low melt viscosity compared to high molecular weight (standard) PTFE. They are typically prepared by either emulsion polymerization, by thermomechanical degradation of high molecular weight PTFE in the extruder, or by jet degradation of high molecular weight PTFE, followed by a milling process.
  • the carrier films according to the invention have a significantly better value than PTFE-coated glass fabrics.
  • the plastic materials to be used according to the invention are distinguished by very good resistance to aging, even at high temperatures and under the action of light, in particular UV light, and a low tendency to cracking and brittleness.
  • the excellent surface properties and outstanding dielectric properties result in lowest levels of attenuation in many electronic applications and enable use in conjunction with higher signal frequencies than conventional polymer and high performance polymer based printed circuit boards.
  • the carrier films according to the invention open up applications in the automotive sector, such as e.g. high-frequency distance radar and others.
  • the carrier films according to the invention can also be produced in several layers with little effort, a particular advantage in highly integrated circuits with high component density.
  • the carrier film according to the invention or one of the layers thereof preferably has a Cu lamination, wherein in particular the carrier film according to the invention can serve as a substrate for the lamination. It can therefore be transferred to thinner Cu layers than is the case in the technique of rolling of Cu films on polymer films so far.
  • the thickness of the Cu layer can vary within wide limits. It is typically between 1 ⁇ m and 20 ⁇ m.
  • One of the advantages of the present invention is the ability to produce particularly thin Cu layers with high adhesion and high uniformity.
  • the chill roll side and the opposite side of the film have slightly different surface roughness. This allows selection of the appropriate side as the side to be laminated (conductor side) to find an optimum between a very good adhesion of the conductive copper layer and low attenuation values, even in high-frequency applications.
  • the polymer material of the carrier film according to the invention preferably has an amorphous content which is about 50% by weight or more.
  • the arithmetic mean roughness of a layer of the carrier film has a value of about 1 ⁇ m or less on a first surface and about 0.8 ⁇ m or less on the opposite side (chill roll side).
  • the surface roughness, expressed by the arithmetic mean roughness, of a layer of the carrier film on a first surface is about 0.6 ⁇ m or less, in particular about 0.3 ⁇ m or less, and on the opposite surface ( Chillrollseite) is about 0.5 microns or less, in particular about 0.25 microns or less.
  • Particularly preferred are films in which the arithmetic mean roughness of the chill roll side is about 0.2 microns or less.
  • preferred carrier films have surfaces of the individual layers with a roughness depth of about 2.5 ⁇ m or less, in particular 2 ⁇ m or less.
  • the present invention further relates to a process for producing a carrier film according to the invention as defined in claim 18.
  • the carrier films produced by the process according to the invention can be particularly well equipped with a Cu lining with good adhesion.
  • Particularly preferred for the lamination are methods for electrodeposition (chemical or electrochemical) of the Cu layer.
  • the activation may include roughening the surface to improve the mechanical bond between the Cu layer and the layer surface.
  • the roughening of the surface may involve treatment thereof by ion beam or ion track technology, and / or plasma jet and / or electron beam and / or laser beam resulting in nanostructuring of the surface.
  • a nanostructured transition layer containing nanocomposites is produced, preferably immediately following the roughening of the surface and more preferably by means of ion and / or plasma processes, preferably immediately after.
  • a copper starting layer is applied by vacuum coating.
  • galvanically ie applied in a chemical or electrochemical process, the main part of the copper layer.
  • the carrier film according to the present invention has the advantage of a significantly improved surface quality, which manifests itself in a lower arithmetic mean roughness and a lower roughness.
  • the desired roughness in the nm range is to be distinguished from the roughness of the surface as described elsewhere. The latter leads to a better mechanical anchoring of the Cu layer on the surface without appreciably impairing the damping properties.
  • the roughening can also be done with chemical etching.
  • roughening is meant in particular the creation of a surface structure in the nm range.
  • the lamination of a surface of a layer of the carrier film may alternatively comprise, in particular, the application of a thin, conductive Cu layer by means of a sputtering method.
  • the sputtering process can be carried out as a PVD or CVD process or by sputtering.
  • the carrier films according to the invention also have over the peeled films a higher average yield stress and a better shrinkage behavior, ie a better dimensional stability, which adds up to a simpler handling of the carrier films according to the invention and a better product quality.
  • a disadvantageous anisotropic behavior is observed in the peeled films, which is avoided in the carrier films produced according to the invention.
  • a laminating method in which the carrier film layer and the copper foil are continuously connected to one another by means of a double-belt press is more advantageous.
  • a so-called roll-to-roll production can be realized, which works much more economically than the discontinuous process with the platen press.
  • two or more layers of the carrier film can be laminated together in a conventional laminating process to form a laminate.
  • the screw 10 comprises a feed zone 12, a compression zone 14 and a metering zone 16.
  • the polymer material used is a TFE copolymer with a comonomer content of 0.5 mol%.
  • the comonomer was perfluoropropyl vinyl ether (PPVE).
  • the film which is preferably produced in the chill roll process, is roughened by means of a special process, which has already been described above.
  • the resulting surface structure can also be described as "nanoclips" structured.
  • a nanostructured, nanocomposite-containing transition layer which preferably has an extension from the surface into the sheet material of 2 ⁇ m or less.
  • a metallization of the film surface takes place by means of copper.
  • This thin Cu layer a so-called copper starting layer, is also called Cu seed layer. It forms an adhesive bond with the carrier film due to the treatment described above.
  • a copper layer having a desired layer thickness for the respective application can then be applied to the copper starting layer.
  • Schematically such films are shown with Cu lamination in Figure 3 of WO 2005/084940. Please refer to the corresponding description of the figures here.

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Abstract

Um eine Trägerfolie für Leiterplatten bereitzustellen, die sich insbesondere für hohe Bauteildichten eignet, wird vorgeschlagen diese aus einem Polymermaterial herzustellen, welches ein thermoplastisch verarbeitbares im Wesentlichen voll fluoriertes Kunststoffmaterial umfasst.

Description

Trägerfolie
Die Erfindung betrifft eine Trägerfolie für eine flexible Leiterplatte mit einer oder mehreren Folienlagen, welche aus einem Polymermaterial hergestellt sind.
Herkömmliche Leiterplatten des FR 4-Typs benötigen für gute Festigkeitswerte vergleichsweise große Schichtstärken. In Verbindung mit den relativ schlechten dielektrischen Eigenschaften erlauben sie nur eine geringe Bauteildichte der zu montierenden elektronischen Komponenten.
Für viele anspruchsvolle Anwendungen in der modernen Welt der Elektronik, z.B. Mobiltelefonen, Laptops oder mobilen elektronischen Spielgeräten sowie in Abstandsradarvorrichtungen in Automobilen sind herkömmliche Standardleiterplatten nicht zu verwenden.
In solchen Anwendungen kommen üblicherweise Hochleistungsleiterplatten auf Basis PTFE-beschichtetem Glasgewebe, gegebenenfalls mit einer PTFE-Folien- kaschierung zum Einsatz. Daneben kommen Hochleistungspolymerfolien zum Einsatz, die auf der Basis von Polyethylen, flüssigkristallinen Polymeren (LCP), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI) oder Polyimid (PI) hergestellt sind. Solche Hochleistungsleiterplatten, auch in Form von flexiblen Folien, weisen zwar viele Verbesserungen im Vergleich zu den Standardleiterplatten (kurz FR 4-Leiterplatten genannt) auf, können jedoch nicht alle Anforderungen zufrieden stellend erfüllen.
Leiterplatten auf der Basis von Polymer- und Hochleistungspolymerfolien können zwar sehr dünn ausgeführt werden und ermöglichen dank ihrer Flexibilität innovative Einbausituationen, jedoch weisen auch sie noch signifikante Nachteile auf. Die PTFE-beschichteten Glasgewebe weisen mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten εr von ca. 2,4 nicht die optimalen dielektrischen Eigenschaften von PFTE auf.
Lufteinschlüsse in den PFTE-beschichteten Glasgeweben, so genannte Micro- voids, können beim Anlegen einer Spannung zu Defekten führen. Das Entstehen der Microvoids ist in dem speziellen Beschichtungsverfahren begründet, das ein wiederholtes Eintauchen des Glasgewebes in eine PTFE-Dispersion mit anschließendem Trocknen und Sintern verlangt. Restgehalte der in der PTFE- Dispersion enthaltenen Emulgatoren und Spuren ihrer Zersetzungsprodukte verbleiben in der PTFE-beschichteten Glasgewebeleiterplatte und beeinträchtigen das Leistungspotenzial des Werkstoffes PTFE in dieser Anwendung negativ. Insbesondere beeinflussen diese Rückstände den dielektrischen Verlustfaktor (tan δ) und die relative Dielektrizitätskonstante εr.
PTFE-beschichtetes Glasgewebe weist eine vergleichsweise raue Oberfläche auf, da sich bei den typischerweise angewandten Auftragsmengen noch das Glasgewebe auf der Oberfläche abbildet.
Raue Oberflächen, wie sie insbesondere bei den PTFE-beschichteten Glasgeweben auftreten, führen nach dem Aufbringen der Kupferschicht in Verbindung mit einem so genannten Skin-Effekt zu einem vergleichsweise hohen dielektrischen Dämpfungskoeffizienten (hohes tan δ). Unter einem Skin-Effekt versteht man die Tatsache, dass die für den Stromfluss verantwortlichen (negativen) Ladungsträger aufgrund ihrer gegenseitigen Abstoßung vorzugsweise an der Oberfläche eines elektrischen Leiters fließen. Der Skin-Effekt steigt mit zunehmender Frequenz. In gleicher Richtung nehmen auch die Anforderungen an die Oberflächengüte zu.
Raue Oberflächen werden ebenfalls bei mittels Schälprozess hergestellten PTFE-Folien festgestellt. Die Rauigkeit wird hierbei insbesondere durch, bezogen auf den Schälprozess, längsorientierten Riefen, herrührend vom Schälmesser, erzeugt. Die mechanischen Eigenschaften von mittels Schälprozess hergestellten PTFE-Folien differieren deshalb häufig bei Vergleich der Längsund Querwerte. Die in Querrichtung ermittelten Werte, insbesondere die Werte für Zugfestigkeit und Bruchdehnung können bis um 50 % tiefer liegen als die in Längsrichtung ermittelten Werte.
Leiterplatten, die auf der Basis von Polymeren und Hochleistungspolymeren hergestellt sind, zeichnen sich typischerweise durch gute Oberflächeneigenschaften aus. Jedoch wirkt sich die Tendenz von vielen Polymeren, im Laufe der Zeit in direktem Kontakt mit Wasser oder auch Luftfeuchtigkeit Wasser aufzunehmen negativ auf die Eigenschaften der Leiterplatten aus. Die Leistungsdaten des originalen trockenen Zustands fallen während der Lebensdauer auf Grund der weiter fortschreitenden Wasseraufnahme immer weiter ab. Als besonders negativ für Leiterplattenanwendungen erweist sich die relativ stark ausgeprägte Tendenz des Polyimids (PI) zur Wasseraufnahme. Bei den PI-basierten Trägerfolien wird herkömmlich eine Cu-Folie auf die PI-Trägerfolie aufgewalzt, was aus Gründen der Prozesstechnik Schichtdicken von 18 μm und mehr notwendig macht. Erfordert die vorgesehene Verwendung der Leiterplatte geringere Cu-Schichtdicken, so muss die überflüssige Cu-Schichtdicke durch einen aufwändigen Ätzprozess in einem nachgeschalteten Prozessschritt wieder entfernt werden.
Flüssigkristalline Polymere (LCP) zeichnen sich durch eine stark reduzierte Tendenz zur Wasseraufnahme aus. Im günstigsten Fall kann im Vergleich mit PI eine bis zu einem Faktor von ca. einhundert reduzierte Wasseraufnahme beobachtet werden. Allerdings sind LCP vergleichsweise spröde, und insbesondere in Anwendungen mit Vibrationsbelastung kann es leicht zur mechanischen Beschädigung oder gar zum Leiterplattenabriß kommen. Darüber hinaus sind LCP sehr teuere Materialien und in der Anwendung im Leiterplattenbau deshalb auf Nischen beschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Trägermaterial für Leiterplatten vorzuschlagen, welches die oben genannte Probleme vermeidet und insbesondere zu wirtschaftlichen Kosten zur Verfügung gestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Trägerfolie gemäß Anspruch 1 gelöst.
Unter thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffmaterialien sind solche Materialien zu verstehen, welche einen Schmelzflußindex (MFI) aufweisen, der von Null verschieden ist (ASTM Test D1238-88 bei 372 0C und einer Last von 5 kg bei einer maximalen Extrudat-Auffangzeit von 1 Stunde).
Das erfindungsgemäß verwendete, thermoplastisch verarbeitbare, im Wesentlichen voll fluorierte Kunststoffmaterial lässt sich insbesondere im Extrusions- verfahren zu Folien verarbeiten, so dass die erfindungsgemäße Trägerfolie in einem einfachen Prozess und mit sehr guten Oberflächeneigenschaften herstellbar ist.
Als voll fluoriertes thermoplastisches Kunststoffmaterial wird bevorzugt thermoplastisch verarbeitbares PTFE verwendet. Eine Vielzahl solcher Materialien ist beispielsweise in der WO 01/60911 und WO 03/078481 beschreiben.
Hierbei kommen insbesondere TFE-Copolymere in Betracht, bei denen der Co- monomeranteil weniger als 3,5 Mol-% beträgt, da hier die PTFE-Eigenschaften weitgehend erhalten bleiben und trotzdem eine thermoplastische Verarbeitung möglich ist. Weiter bevorzugt ist der Comonomeranteil beschränkt auf weniger als ca. 3 Mol-%, noch weiter bevorzugt sind Comonomeranteile von weniger als ca. 1 Mol-%, beispielsweise 0,5 Mol-% oder weniger.
Bevorzugte Comonomere, die einerseits eine gute thermoplastische Verarbeit- barkeit gewährleisten und andrerseits die Materialeigenschaften gegenüber PTFE weitgehend unverändert lassen, sind Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvi- nylether, Perfluor-(2,2-dimethyl-l,3-dioxol) und Chlortrifluorethylen.
Als erfindungsgemäß zu verwendendes voll fluoriertes Kunststoffmaterial kommen neben den TFE-Copolymeren auch Polymerblends von PTFE und einem oder mehreren thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffen zum Einsatz. Diese weiteren Kunststoffe werden insbesondere ausgewählt aus der Gruppe der PTFE-Mikropulver. Hierbei handelt es sich um PTFE-Typen mit im Vergleich zu hochmolekularem (Standard) PTFE niederem Molekulargewicht und niederer Schmelzviskosität. Sie werden typischerweise hergestellt entweder durch Emulsionspolymersation, durch thermomechanischen Abbau von hochmolekularem PTFE im Extruder oder durch Strahlenabbau von hochmolekularem PTFE, gefolgt von einem Mahlprozess.
Die Eigenschaftsunterschiede von hochmolekularem (Standard) PTFE und niedermolekularen PTFE-Mikropulvern lassen sich beispielsweise wie folgt darstellen (vgl. S. Ebnesajjad, Fluoroplastics, Vol. 1, Non-Melt Processible Fluoro- plastics, Verlag William Andrew Publishing, 2000) :
Beispiele für solche Polymerblends finden sich in den Offenlegungsschriften WO 01/60911 und WO 03/078481.
Die erfindungsgemäßen Trägerfolien weisen mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten εr von ca. 2,1 einen deutlich besseren Wert als PTFE-beschichtete Glasgewebe auf.
Die stark ausgeprägte Hydrophobie der voll fluorierten Kunststoffe ist die Ursache für eine extrem niedrige Wasseraufnahme der erfindungsgemäßen Trägerfolien während der Lebensdauer der Leiterplatten. Dadurch bleiben die ursprünglichen Werkstoff- und Leiterplatteneigenschaften über lange Zeit, auch in feuchter Umgebung nahezu vollständig erhalten. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Kunststoffmaterialien zeichnen sich auf Grund ihres speziellen molekularen Aufbaus aus durch sehr gute Alterungsbeständigkeit, auch bei hohen Temperaturen und unter Einwirkung von Licht, insbesondere UV-Licht, und eine geringe Neigung zu Rissbildung und Sprödigkeit.
Die Tatsache, dass bei den erfindungsgemäß zu verwendenden voll fluorierten Kunststoffmaterialien über sehr weite Temperaturbereiche bis hin zur Temperatur des flüssigen Heliums keine sprunghaften Änderungen in den Eigenschaften des Werkstoffs zu erwarten sind, erlaubt einen Einsatz der erfindungsgemäßen Trägerfolien und von daraus gefertigten Leiterplatten auch in elektronischen Anwendungen, die zur Erzielung geringster Widerstände Helium-Kühlung bedingen.
Die exzellenten Oberflächeneigenschaften und herausragenden dielektrischen Eigenschaften resultieren in geringsten Dämpfungswerten in vielen elektronischen Anwendungen und ermöglichen den Einsatz in Verbindung mit höheren Signalfrequenzen als dies mit herkömmlichen Polymer- und Hochleistungspolymer basierenden Leiterplatten der Fall ist.
In Kombination mit der extrem geringen Feuchtigkeitsaufnahme über lange Zeiträume erschließen sich den erfindungsgemäßen Trägerfolien Anwendungen im Automobilbereich, wie z.B. hochfrequentes Abstandsradar und andere.
Die erfindungsgemäßen Trägerfolien lassen sich mit geringem Aufwand auch mehrlagig herstellen, ein besonderer Vorteil bei hoch integrierten Schaltungen mit hoher Bauteildichte.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Trägerfolie bzw. einer der Lagen hiervon eine Cu-Kaschierung auf, wobei insbesondere die erfindungsgemäße Trägerfolie als Substrat für die Kaschierung dienen kann. Es kann deshalb auf dünnere Cu-Schichten übergegangen werden als dies bei der Technik des Aufwalzens von Cu-Folien auf Polymerfolien bisher der Fall ist. Die Dicke der Cu-Schicht kann in weiten Bereichen variieren. Typischerweise liegt sie zwischen 1 μm und 20 μm.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht in der Möglichkeit, besonders dünne Cu-Schichten mit hoher Haftfestigkeit und hoher Einheitlichkeit herzustellen.
Von besonderem Vorteil sind Folien, die im Chillrollverfahren hergestellt sind. Die Chillrollseite und die gegenüberliegende Seite der Folie weisen geringfügig unterschiedliche Oberflächenrauigkeiten auf. Dies erlaubt durch Auswahl der geeigneten Seite als zu kaschierende Seite (Leiterseite) ein Optimum zu finden zwischen einer sehr guten Haftfestigkeit der leitenden Kupferschicht und geringen Dämpfungswerten auch bei Hochfrequenzanwendungen.
Bevorzugt weist das Polymermaterial der erfindungsgemäßen Trägerfolie einen amorphen Anteil auf, der ca. 50 Gew.% oder mehr beträgt.
Auch dieser Maßgabe kann einfach bei der Herstellung der Folie im Chillrollverfahren Rechnung getragen werden.
Bevorzugt weist der arithmetische Mittenrauwert einer Lage der Trägerfolie auf einer ersten Oberfläche einen Wert von ca. 1 μm oder weniger und auf der gegenüberliegenden Seite (Chillrollseite) ca. 0,8 μm oder weniger auf.
Bei weiter bevorzugten erfindungsgemäßen Trägerfolien wird darauf geachtet dass die Oberflächenrauigkeit, ausgedrückt durch den arithmetischen Mittenrauwert, einer Lage der Trägerfolie auf einer ersten Oberfläche ca. 0,6 μm oder weniger, insbesondere ca. 0,3 μm oder weniger und auf der gegenüberliegenden Oberfläche (Chillrollseite) ca. 0,5 μm oder weniger, insbesondere ca. 0,25 μm oder weniger beträgt. Besonders bevorzugt sind Folien bei denen der arithmetische Mittenrauwert der Chillrollseite ca. 0,2 μm oder weniger beträgt. Des Weiteren weisen bevorzugte Trägerfolien Oberflächen der einzelnen Lagen mit einer Rautiefe von ca. 2,5 μm oder weniger, insbesondere 2 μm oder weniger auf.
Zur Ermittlung der oben genannten Oberflächeneigenschaften eignet sich z.B. ein Messgerät der Firma Mahr, welche unter dem Handelsnamen Marsurf XR20 vertrieben wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Trägerfolie wie es in Anspruch 18 näher definiert ist.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Trägerfolien lassen sich insbesondere gut mit einer Cu-Kaschierung mit guter Haftfestigkeit ausrüsten.
Besonders bevorzugt für die Kaschierung sind Verfahren zur galvanischen Abscheidung (chemisch oder elektrochemisch) der Cu-Schicht.
Es empfiehlt sich die zu kaschierende Oberfläche einer Lage der Trägerfolie vor der galvanischen Abscheidung der Cu-Schicht zu aktivieren. Das Aktivieren kann ein Aufrauen der Oberfläche beinhalten um den mechanischen Haftverbund zwischen Cu-Schicht und der Lagenoberfläche zu verbessern.
Das Aufrauen der Oberfläche kann die Behandlung derselben mittels Ionenstrahl- oder Ionenspurtechnologie, und/oder Plasmastrahl und/oder Elektronenstrahl und/oder Laserstrahl beinhalten, die eine Nanostrukturierung der Oberfläche zur Folge hat.
Zur Cu-Kaschierung wird zunächst, bevorzugt unmittelbar im Anschluß an das Aufrauen der Oberfläche und weiter bevorzugt mittels Ionen- und/oder Plasmaverfahren, eine Nanokomposite enthaltende, nanostrukturierte Übergangsschicht erzeugt. Auf diese wird dann durch Vakuumbeschichtung eine Kupferstartschicht aufgebracht. Auf diese wird nachfolgend insbesondere galvanisch, d.h. in einem chemischen oder elektrochemischen Prozess, der Hauptteil der Kupferschicht aufgebracht.
Aus der WO 2005/084940 sind solche besonders bevorzugte Verfahren zur Oberflächenbehandlung und anschließender Cu-Kaschierung im Einzelnen beschrieben, wie sie sich für die Herstellung erfindungsgemäßer Trägerfolien eignen. Gegenüber den in der WO 2005/084940 genannten Substrate, insbesondere geschälte PTFE-Folien, hat die Trägerfolie gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorteil einer deutlich verbesserten Oberflächenqualität, die sich in einem geringeren arithmetischen Mittenrauwert und einer geringeren Rau- tiefe zeigt.
Von der Rautiefe der Oberfläche zu unterscheiden ist die gewollte Aufrauung im nm-Bereich wie an anderer Stelle beschrieben. Letztere führt zu einer besseren mechanischen Verankerung der Cu-Schicht auf der Oberfläche ohne die Dämpfungseigenschaften merklich zu beinträchtigen.
Alternativ kann das Aufrauen auch mit chemischem Ätzen erfolgen.
Unter Aufrauen ist hier insbesondere die Schaffung einer Oberflächenstruktur im nm-Bereich gemeint.
Die Kaschierung einer Oberfläche einer Lage der Trägerfolie kann alternativ insbesondere das Aufbringen einer dünnen, leitfähigen Cu-Schicht mittels Sputterverfahren umfassen. Insbesondere kann das Sputterverfahren als PVD- oder CVD-Verfahren oder mittels Kathodenzerstäubung durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäßen Trägerfolien weisen darüber hinaus gegenüber den geschälten Folien eine höhere mittlere Streckspannung und ein besseres Schrumpfverhalten, d.h. eine bessere Maßhaltigkeit auf, was sich insgesamt zu einer einfacheren Handhabung der erfindungsgemäßen Trägerfolien sowie eine bessere Produktqualität summiert. Darüber beobachtet man bei den geschälten Folien ein nachteiliges anisotropes Verhalten, das bei den erfindungsgemäß hergestellten Trägerfolien vermieden wird.
Alternativ zu den zuvor beschriebenen Cu-Kaschierverfahren können konventionelle Laminierverfahren eingesetzt werden, bei dem eine Cu-Folie mit einer Etagenpresse mit der Trägerfolienlage verbunden wird.
Vorteilhafter ist allerdings ein Laminierverfahren, bei dem die Trägerfolienlage und die Cu-Folie mittels einer Doppelbandpresse kontinuierlich miteinander verbunden werden. Hier kann eine so genannte Rolle-zu-Rolle-Produktion realisiert werden, die deutlich wirtschaftlicher arbeitet als das diskontinuierliche Verfahren mit der Etagenpresse.
Schließlich lassen sich zwei oder mehr Lagen der Trägerfolie in einem konventionellen Laminierverfahren zu einem Laminat miteinander verbinden.
Herstellung einer Trägerfolie aus thermoplastischen verarbeitbarem PTFE:
Für die Verarbeitung der erfindungsgemäß zu verwendenden voll fluorierten Kunststoffmaterialien im Extrusionsverfahren empfiehlt sich die Verwendung einer speziellen Maschinenausrüstung.
Da bei der Verarbeitung von Fluorthermoplasten Fluorwasserstoff entstehen kann, empfiehlt es sich alle mit der Schmelze in Berührung kommenden Teile korrosionsbeständig auszulegen (z.B. aus Hastelloy C4 oder Inconel 625).
Um des Weiteren eine optimale Verarbeitung des Fluorthermoplasten zu gewährleisten empfiehlt sich die Verwendung einer Schnecke 10 mit einer Auslegung der Schneckengeometrie wie sie beispielsweise in Figur 1 dargestellt ist und im Folgenden beschreiben wird. Die Schnecke 10 umfasst eine Einzugszone 12, eine Kompressionszone 14 und eine Meteringzone 16.
Die zugehörigen beispielhaften Schneckenparameter sind die folgenden, wobei D den Nenndurchmesser der Schnecke bezeichnet:
Wirksame Schneckenlänge ca. 25 D
Länge der Einzugszone ca. 13 bis ca. 14 D
Länge der Kompressionszone ca. 5 bis ca. 6 D
Länge der Meteringzone ca. 5 bis ca. 6 D
Steigung a ca. 1 D
Stegbreite b ca. 0,1 D
Gangtiefe der Einzugszone c ca. 0,16 bis ca. 0,18 D
Gangtiefe der Meteringzone d ca. 0,06 bis ca. 0,07 D
Kompressionsverhältnis ca. 2,5 bis ca. 2,7
Als Polymermaterial kommt ein TFE-Coploymer zum Einsatz mit einem Como- nomergehalt von 0,5 Mol-%. Das Comonomer war Perfluorpropylvinylether (PPVE).
Aus den mit oben beschriebener Ausrüstung hergestellten Trägerfolien, die beispielsweise eine Schichtdicke von ca. 25 μm bis ca. 500 μm aufweisen können, lassen sich flexible Leiterplatten fertigen, wie im Folgenden kurz beispielhaft beschrieben wird. Obwohl unterschiedliche Technologien geeignet sind um auf der erfindungsgemäßen Trägerfolie eine Cu-Kaschierung aufzubringen, wird das in der WO 2005/084940 Al beschriebene Verfahren bevorzugt. Damit lassen sich insbesondere klebemittelfreie Leiterplatten fertigen.
Zunächst wird die vorzugsweise im Chillroll-Verfahren hergestellte Folie mittels eines speziellen, zuvor bereits beschriebenen Verfahrens aufgeraut. Die dabei entstehende Oberflächenstruktur ist auch mit "Nanoklippen"-strukturiert zu umschreiben. Hernach wird durch einen Ionen- und/oder Plasmabearbeitungsschritt eine nanostrukturierte, Nanokomposite enthaltende Übergangsschicht erzeugt, die vorzugsweise eine Ausdehnung von der Oberfläche in das Folienmaterial hinein von 2 μm oder weniger aufweist. Unmittelbar danach findet eine Metallisierung der Folienoberfläche mittels Kupfer statt. Diese dünne Cu- Schicht, eine so genannte Kupferstartschicht, wird auch als Cu seed layer bezeichnet. Sie bildet aufgrund der vorstehend beschriebenen Behandlung einen haftfesten Verbund mit der Trägerfolie.
Auf die Kupferstartschicht lässt sich dann beispielsweise mittels chemischer oder elektrochemischer Abscheidung eine Kupferschicht mit einer für die jeweilige Anwendung gewünschten Schichtdicke aufbringen. Schematisch sind solche Folien mit Cu-Kaschierung in der Figur 3 der WO 2005/084940 dargestellt. Auf die zugehörige Figurenbeschreibung darf hier verwiesen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Trägerfolie für eine flexible Leiterplatte mit einer oder mehreren Folienlagen, welche aus einem Polymermaterial hergestellt sind, welches ein thermoplastisch verarbeitbares im Wesentlichen voll fluoriertes Kunststoffmaterial umfasst.
2. Trägerfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastisch verarbeitbare Kunststoffmaterial ein thermoplastisch verarbeitbares PTFE-Material ist.
3. Trägerfolie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische PTFE-Material ein TFE-Copolymer ist, wobei der Co- Monomeranteil vorzugsweise ca. 2 Mol-% oder weniger beträgt, insbesondere ca. 1 Mol-% oder weniger, weiter bevorzugt ca. 0,5 Mol-% oder weniger.
4. Trägerfolie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Co- Monomer ausgewählt ist aus Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvinylether, Perfluor-(2,2-dimethyl-l,3-dioxol) und/oder Chlortrifluorethylen.
5. Trägerfolie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Co- Monomer Perfluoralkylvinylether ist.
6. Trägerfolie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Perfluoralkylvinylether ein Perfluorpropylvinylether ist.
7. Trägerfolie nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das PTFE-Material ein Polymerblend ist, umfassend PTFE und einen thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoff.
8. Trägerfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mehrlagig ist.
9. Trägerfolie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Lagen der Trägerfolie Cu-kaschiert sind.
10. Trägerfolie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Cu- Kaschierung mittels galvanischer Abscheidung erzeugt ist.
11. Trägerfolie nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Cu-Kaschierung ca. 20 μm oder weniger beträgt.
12. Trägerfolie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Cu-Kaschierung ca. 12 μm oder weniger, weiter bevorzugt ca. 6 μm oder weniger, insbesondere 3 μm oder weniger beträgt.
13. Trägerfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen der Folie im Chillrollverfahren hergestellt sind.
14. Trägerfolie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der amorphe Anteil des Polymermaterials in den einzelnen Lagen ca. 50 Gew.% oder mehr beträgt.
15. Trägerfolie nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der arithmetische Mittenrauwert einer Lage der Trägerfolie auf einer ersten Oberfläche ca. 1 μm oder weniger und auf der gegenüberliegenden Oberfläche (Chillroll-Seite) ca. 0,8 μm oder weniger beträgt.
16. Trägerfolie nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der arithmetische Mittenrauwert einer Lage der Trägerfolie auf einer ersten Oberfläche ca. 0,6 μm oder weniger, insbesondere ca. 0,3 μm oder we- niger und auf der gegenüberliegenden Oberfläche (Chillroll-Seite) ca. 0,5 μm oder weniger, insbesondere ca. 0,25 μm oder weniger beträgt.
17. Trägerfolie nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der arithmetische Mittenrauwert der Chillroll-Seite ca. 0,2 μm oder weniger beträgt.
18. Verfahren zur Herstellung einer Trägerfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 17, umfassend:
Herstellung einer Lage der Folie im Chillroll-Verfahren, wobei die Temperatur der Chillroll so eingestellt wird, dass ein Amorphanteil von ca. 50 Gew.% oder mehr erzielt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lagen mit einer Cu-Kaschierung versehen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Cu-Kaschierung galvanisch auf einer Lage abgeschieden wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass vor der galvanischen Abscheidung der Cu-Kaschierung die zu kaschierende Oberfläche aktiviert wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Oberfläche das Aufrauen der Oberfläche umfasst.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen der Oberfläche die Behandlung derselben mittels Ionenstrahl- oder Ionenspurtechnologie, und/oder Plasma-, und/oder Elektronenstrahl und/oder Laserstrahl umfasst.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Cu-Kaschierung zunächst durch Vakuumbeschichtung eine Kupferstartschicht unmittelbar auf einer Nanokomposite enthaltende, nanostrukturierte Übergangsschicht erzeugt und, darauf aufbauend, mittels chemischem oder elektrochemischem Prozess der Hauptteil der Cu-Schicht aufgebracht wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung einer Nanokomposite enthaltenden, nanostrukturierten Übergangsschicht mittels Ionen- und/oder Plasmaverfahren erfolgt und dass der Hauptteil der Cu-Schicht chemisch oder elektrochemisch aufgebracht wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Lagen der Trägerfolie in einem Laminier- verfahren miteinander verbunden werden.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Lami- nierverfahren mittels einer Etagenpresse durchgeführt wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Lami- nierverfahren mittels einer Doppelbandpresse im Wesentlichen kontinuierlich durchgeführt wird.
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