NO164950B

NO164950B - Dielektriske materialer med lave dielektriske konstanter og fremgangsmaate for deres fremstilling.

Info

Publication number: NO164950B
Application number: NO854790A
Authority: NO
Inventors: Daniel David Johnson
Original assignee: Gore & Ass
Priority date: 1985-02-26
Filing date: 1985-11-28
Publication date: 1990-08-20
Also published as: KR900005893B1; GB2171356B; SG83291G; US4680220A; HK103491A; GB8530534D0; FI854846A; DK569085D0; JP2578097B2; ZA861438B; IN166493B; NO164950C; NZ214011A; EP0194381A2; GB2171356A; EG17361A; FI854846A0; GR852947B; ES8800497A1; ES8800781A1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører dielektriske materialer, og spesielt dielektriske materialer med lav dielektrisk konstant og egnet for bruk i trykte kretskort av flerlagstypen.

Videre angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av et slikt dielektrisk materiale.

Det viktigste konvensjonelle dielektriske materiale som for tiden er i bruk for trykte kretskort, er et laminert komposittmateriale omfattende fiberglass-stoff impregnert med en termoherdende epoksyharpiks, referert til i National Electronic Manufacturers Asociation (NEMA)-klassifiseringen som FR_4»FR_4fremstilles ved impregnering av fiberglass-stof f eller -vevnad med en flytende, termoherdende epoksyharpiks. Harpiksen i det impregnerte stoffmateriale blir delvis herdet med varme for dannelse av et tørt, bøyelig ark hvor harpiksen er i en intermediær herdetilstand betegnet "B"-trinnet eller "prepreg"-ark (forimpregnert ark). Et eller flere prepregark stables deretter sammen til en ønsket tykkelse og lamineres sammen ved ytterligere herding under innvirkning av varme og trykk for dannelse av et laminert komposittmateriale hvor harpiksen er i en fullstendig herdet tilstand, betegnet "C"-trinn-tilstanden.

Under lamineringsprosessen blir B-trinn-epoksyharpiksen i prepreg-arket omdannet til fullstendig herdet C-trinn-harpiks. Normalt bindes prepregarkene til et eller to ark av kobberfolie under lamineringsprosessen slik at det laminerte komposittmateriale består av dielektrisk materiale belagt på en eller begge sider av kobberfolie. Dette komposittmateriale refereres til som FR_4kobberbelegglaminat og fabrikeres til enkelt- og dobbelt-sidede trykte kretskort.

Når meget høye kretsdensiteter er nødvendig, har trykte kretskort med mer enn 2 kretslag blitt utviklet, betegnet trykte kretskort av flerlagstypen. Tynt dielektrisk Fr_4kobberbelegglaminat fabrikeres til enkelt- eller dobbelt-sidede kretsmønstere betegnet innerlag. Ett eller flere av disse innerlag interfolieres med ett eller flere ark av B-trinn-prepreg og lamineres sammen under innvirkning av varme og trykk for dannelse av en homogen, hulromfri flerlagstruktur. Lamineringsprosessen omdanner B-trinn-epoksyharpiksen i prepreg-materialet til C-trinn-harpiks, idet innerlagene bindes sammen og gir isolering mellom kretslagene. Flerlagstrukturen bearbeides videre til et trykt kretskort av flerlagstypen.

Den termoherdende harpiksen er vesentlig for fremstillingen av trykte av flerlagstypen hvori harpiksen er ensartet helt igjennom. B-trinn-harpiksen i prepreg-materialet omdannes til en fullstendig herdet C-trinn-tilstand uten smelting eller materiell endring av det dielektriske C-trinn-materialet i innerlagene. P.g.a. at det intermediært herdede prepreg-materialet har vesentlig den samme sammensetning som C-trinn-harpiksen i innerlagene, er flerlags -komposittmaterialet dimensjonsstabilt og lar seg lett bearbeide.

Innen den elektroniske industri er det behov for dielektriske materialer som har lavere dielektriske konstanter enn de til konvensjonelle materialer fordi signalhastigheter og operasjonsfrekvenser til elektroniske systemer har øket dramatisk. Dielektriske materialer med lavere dielektrisk konstant både nedsetter kapasitiv kobling og øker hastigheten til det elektroniske signalet slik at elektroniske systemer kan behandle data ved større hastigheter.

FR_4laminat har en relativt høy dielektrisk konstant, omkring 5,0 ved 1 megahertz. Dette er et resultat av den høye dielektriske konstant som fiberglass bidrar med, 6,11, gjennomsnittsutregnet med den lavere dielektriske konstanten til epoksyharpiksen, 3,4. For å oppnå et dielektrisk materiale med lavere dielektrisk konstant har den elektroniske industri begynt å benytte laminerte kompositter omfattende fiberglass-stoff impregnert med fluorkarbon-harpikser. Disse laminerte kompositter har en dielektrisk konstant på omkring 2,5 ved 1 megahertz. Fluorkarboner er imidlertid ikke termoherdende harpikser og er meget vanske-lige å bearbeide til trykte kretskort av flerlagstypen. Ved temperaturer hvorved fluorkarbon-prepregark vil binde pakningen sammen, kan innerlagene smelte eller tape sin dimensjonsstabilitet. Dersom FR_4prepreg-elementer anvendes for å binde sammen fluorkarbon-innerlagene, er det resulterende flerlags-komposittmaterialet ikke-homogent, og den dielektriske konstanten heves som et resultat av den høyere dielektriske konstanten til prepregmaterialet.

Andre dielektriske materialer for spesielle formål har blitt utviklet ved anvendelse av fibrer andre enn fiberglass i kombinasjon med termoherdende harpikser. Laminerte kompositter av polyaramidfIbrer og epoksyharpikser har en dielektrisk konstant på 3,8, hvilket er betydelig høyere enn den for fluorkarbonkompositter. Kvartsfibrer har blitt benyttet i kompositter, men kvartsfibrer har nesten den samme dielektriske konstant som polyaramidfibrer.

Fra GB-A-2.061.989 er det kjent å tilveiebringe en isolerende plate for dannelse av trykte kretskort, som omfatter ett eller flere lag av polymert fiberholdig materiale, slik som polytetrafluoretylen, hvilket har en forutbestemt dielektrisk konstant og er impregnert med en termoherdende polymer. Denne polymeren har en dielektrisk konstant som ligger nær den for nevnte fiberholdige materiale. Den isolerende platen utviser isotrope egenskaper. Formålet i GB-skriftet er å fremstille et isolerende plateelement fra polybutadienharpiks og polymere fiberforsterkningsmaterialer for å oppnå isotrope dielektrisk konstant- og tangens delta-egenskaper. Skriftet gir eksempler på hvordan en slik isolerende plate kan fremstilles ved polybutadienharpiks og polypropylenfibermateri-aler. Det foreslås at en lignende prosess kan benyttes for polytetrafluoretylenfibrer, men det gis ingen eksempler på dette.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe dielektriske materialer som har en dielektrisk konstant under 3,5 og utviser de ønskede håndterings- og fremstillings-egenskapene for strukturer fremstilt fra termoherdende harpikser, ikke bare polybutadien. Formålet omfatter ikke bare behovet for et system av såkalte "prepreg"-materialer og laminater som kan bearbeides ved hjelp av konvensjonelle pro-sesser og utstyr for dannelse av flerlags plateelementer for trykte kretser. Det er også hensikten å komme frem til en økonomisk metode for fremstilling av disse dielektriske materialene. Disse formålene kan bare oppnås med kompositt-materialer fremstilt fra et bredt område av tilgjengelige termoherdende harpikser. F.eks. representerer epoksy- og polyimidharpikser over 9056 av det elektroniske markedet for termoherdende harpikser p.g.a. deres utmerkede styrke, høy-temperaturegenskaper og lette bearbeidbarhet. Polybutadienharpiks er ikke utbredt benyttet i den elektroniske industri p.g.a. begrensninger i temperatur, stivhet og bearbeidbarhet.

Det som læres i GB-A-2.061.989 vil Ikke lede til oppnåelse av de ovenfor angitte formål. Tvert imot, ved at skriftet er begrenset til materialer med nøye tilpassede dielektriske konstanter, mister man fordelene ved bruk av vanlig benyttede epoksyharpikser som har høyere dielektrisk konstant.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et dielektrisk materiale innbefattende et stoff som har fibrer og mellomrom mellom nevnte fibrer hvor minst en del av fibrene i stoffet er av fluorkarbon, idet stoffet er impregnert i nevnte mellomrom mellom fibrene med en termoherdende harpiks som er herdet til i det minste den halv-herdende B-trinn-tilstand, og idet den dielektriske konstanten til det dielektriske materialet er mindre enn 3,5, kjennetegnet ved at nevnte del av fibrene er fluorkarbonfibrer som har blitt behandlet for å gjøre fluorkarbonfibrene fuktbare av en uherdet termoherdende harpiks.

Materialets dielektriske konstant er fortrinnsvis mindre enn 3,0. Den termoherdende harpiksen kan herdes til den fullstendig herdede C-trinn-tilstand, og det dielektriske materiale kan ha elektrisk ledende folie bundet til i det minste en av dets overflater.

Et dilektrisk materiale ifølge oppfinnelsen i form av en laminert komposittstruktur innbefatter ett eller flere ark av dette dielektriske materiale hvori den termoherdende harpiks er herdet til den fullstendig herdede C-trinn-tilstand, og hvor ett eller flere ark av det dielektriske materiale hvori den termoherdende harpiks er herdet til den seml-herdede B-trinn-tilstand, er orientert slik at hvor enn et lag av materiale i C-trinn-tilstanden er i kontakt med et annet lag, er det andre laget av materialet i B-trinn-tilstanden.

I en laminert komposittstruktur omfattende ett eller flere ark av nevnte dielektriske materiale hvori den termoherdende harpiksen er herdet til den fullstendig herdede C-trinn-tilstand og har en elektrisk ledende folie bundet til i det minste en side av minst ett av arkene, og ett eller flere ark av det dielektriske materiale hvori den termoherdende harpiks er herdet til den semi-herdede B-trinn-tilstand, er lagene orientert slik at hvor enn et lag av materiale i C-trinn-tilstanden er i kontakt med et annet lag, og hvor enn en elektrisk ledende folie er i kontakt med et annet lag, så er det andre laget av materialet i B-trinn-tilstanden.

Ved elektriske bruksanvendelser blir den termoherdende harpiksen i det dielektriske materiale herdet til den fullstendig herdede C-trinn-tilstand gjennom hele det laminerte komposittmateriale. Komposittstrukturen kan ha minst ett ytterligere lag av et materiale annet enn det dielektriske materiale ifølge oppfinnelse. Dette ytterligere lag kan være et lag av epoksy/fiberglas-, fluorkarbon/fiberglass-, polyimid/fiberglass-, epoksy/polyaramidfiber-, epoksy/kvartsfiber- og polyimid/kvartsfiber-kompositter. Den termoherdende harpiksen kan være en epoksy-, polyimid, polyamid-, polyester-, fenol- eller en akryl-termoherdende harpiks. Den er fortrinnsvis en epoksyharpiks. Alle fibrer i stoffet kan være fluorkarbonfibrer eller kombinasjoner av fluorkarbonfibrer og fiberglassfibrer, polyaramidfibrer eller kvartsfibrer. Stoffet kan være et vevet stoff eller en ikke-vevet filt eller matte. Fluorkarbonfibrene er fortrinnsvis PTFE-fibrer som kan være trukket, ikke-porøse, sintrede PTFE-fibrer eller ekspanderte, porøse PTFE-fibrer. Fluorkarbonfibrene kan inneholde et fyllstoff som kan være et dielektrisk isolatormateriale slik som keramikk eller glass, eller det kan være elektrisk ledende slik som elektrisk ledende eller halvledende metaller, metalloksyder eller karbon. Det dielektriske materiale er nyttig i et trykt kretskompositt-materiale av laminert type som en dielektrisk isolator for sub-mikrobølge- eller mikrobeslgesignaler. Det kan anvendes i et trykt mikrobølgekretskort og i en mikrobølgeradon.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en fremgangsmåte for fremstilling av det ovenfor angitte dielektriske materiale, innbefattende veving av et stoff som har fibrer og mellomrom mellom nevnte fibrer, impregnering av stoffet med en uherdet, termoherdende harpiks, og oppvarming og tørking av det harpiksimpregnerte stoffet for å herde harpiksen til i det minste den halvherdede B-trinn-tilstand, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at i det minste en del av fibrene i det vevede stoffet er fluorkarbonfibrer som behandles for å gjøre dem fuktbare av nevnte uherdede harpiks før veving til nevnte stoff, idet fibrene holdes under lengdestrekk under nevnte behandling for å hindre lengde-krymping av fibrene.

Ifølge oppfinnelsen omfatter en alternativ fremgangsmåte for fremstilling av ovennevnte dielektriske materiale tilveiebringelse av et stoff som har fibrer og mellomrom mellom fibrene, hvor i det minste en del av fibrene i nevnte stoff er fluorkarbonfibrer, impregnering av stoffet med en uherdet, termoherdende harpiks, og oppvarming og tørking av det harpiksimpregnerte stoff for å herde harpiksen til i det minste den halvherdede B-trinn-tilstand, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at stoffet behandles for å gjøre fluorkarbonfibrene fuktbare av nevnte uherdede, ; termoherdende harpiks.

Fremgangsmåten kan innbefatte kalandrering av stoffet for å redusere dets tykkelse. Behandlingen for å gjøre fluorkarbonfibrene fuktbare innbefatter påføring av en alkalinaftanat-oppløsning på fluorkarbonfibrene eller stoffet. Fremgangsmåten kan innbefatte oppkrassing av fluorkarbonfibrene for å forbedre fuktbarheten og adhesjonen mellom fibrer og harpiks. Fibrene eller stoffet kan blekes etter behandlingen for å gjøre den fuktbare, for å gjøre fibrenes farge lysere.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet spesielt ved hjelp av eksempel under henvisning til medfølgende tegninger hvor: fig. IA er et skjematisk riss av en fremgangsmåte for fremstilling av et dielektrisk materiale ifølge oppfinnelsen; fig. IB er et skjematisk riss av en fremgangsmåte for behandling av en fluorkarbonfIber som kan veves til et stoff, vist på fig. 1C, og som kan behandles på lignende måte som i fig. 1 for dannelse av det dielektriske materiale;

fig. 2 viser en stabel av prepreg-ark av det dielektriske materiale som har ark av metallfolie over og under prepreg-arkene;

fig. 3 viser resultatet av tilføring av varme og trykk til arkene i fig. 2, for fremstilling av et komposittmateriale som har fullstendig hérdet C-trinn-harpiks og kobberfolie bundet dertil på både topp og bunn;

fig. 4 viser et stoff for bruk I foreliggende oppfinnelse og hvor alle fibrene er fluorkarbonfibrer;

fig. 5 viser et stoff for bruk i oppfinnelsen og som har fluorkarbonfibrer og fibergassfibrer;

f fig. 6 viser et dielektrisk materiale ifølge oppfinnelsen som har en trykt krets bundet dertil;

fig. 7 viser en stabel av metallfolier dielektriske ark og et midtre trykt kretskort like før laminering og binding; og

fig. 8 er et riss av stabelen vist på fig. 7 etter binding ved tilføring av varme og trykk.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse kan det tilveiebringes dielektriske materialer som har en dielektrisk konstant under 3,5 ved 1 megahertz, og med de ønskede håndterings- og fremstillingsegenskaper til strukturer fremstilt fra termoherdende harpikser.

Det kan dessuten tilveiebringes et system av trykte krets-laminater omfattende prepreg-ark og innerlag, hvilket system har en dielektrisk konstant under 3,5 ved 1 megahertz, og som kan vlderebehandles til en homogen, hulromfri, trykt krets av flerlagstypen.

De dielektriske materialene ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter termoherdende harpikser forsterket med fluorkarbonfibrer. I foreliggende fremgangsmåte behandles fluorkarbonfibrer under lengde-strekk eller —spenning, fortrinnsvis med en alkalinaftanatoppløsning, for tilveiebringelse av en fuktbar overflate. Lengdestrekkingen av fiberen under behandling med et alkalinaftånat anvendes fordi fluorkarbonfiberen overraskende nok krymper opp til 20% under behandlingsprosessen dersom den holdes i uspent tilstand. Den behandlede fiber veves til et stoff under anvendelse av konvensjonelle veveteknikker.

Ubehandlet fluorkarbonstoff kan ikke impregneres med flytende termoherdende harpikser ved hjelp av kjente teknikker. Behandlet fluorkarbonstoff kan imidlertid impregneres med en flytende termoherdende harpiks og delvis herdes til et tørt, bøyelig ark av B-trinn-prepregmaterlalet. Ett eller flere av B-trinn-prepregarkene kan stables sammen til en ønsket tykkelse og lamineres under innvirkning av varme og trykk for dannelse av et laminatkompositt av termoherdende harpiks og fluorkarbonstoff. Dersom epoksy anvendes som den termoherdende harpiks, så har det laminerte fluorkarbonstoff-kompositt en dielektrisk konstant ved 35 volum-# epoksy på omkring 2,6 ved 1 megahertz. Arket av fluorkarbonfiber-prepreg kan bindes til ett eller to ark av kobberfolie under lamineringsprosessen slik at det laminerte kompositt består av dielektrisk materiale belagt på en eller begge sider med kobberfolie. Dersom epoksy anvendes som den termoherdende harpiks, så har det resulterende laminat av fluorkarbonfiber og kobberbelegg en dielektrisk konstant ved 35 volum-56 epoksy på 2,6 ved 1 megahertz. Laminatet av fluorkarbonfiber og kobberbelegg kan viderebehandles til et enkelt- eller dobbeltsidet trykt kretskort.

Ett eller flere innerlag fremstilt fra fluorkarbonfiber-kobberbelegg-laminatet kan interfolieres med ett eller flere fluorkarbonflber-prepreg-ark og lamineres sammen under innvirkning av varme og trykk for dannelse av en homogen, hulromfri flerlagstruktur. Dersom epoksy anvendes som den termoherdende harpiks, så har flerlagstrukturen en nesten homogen harpikssammensetning ved viderebearbeidelse til et trykt kretskort av flerlagstypen.

Denne prosess for Impregnering av spesielt behandlede fluorkarbonfibrer med termoherdende harpiks har resultert i enestående produkter som utviser en dielektrisk konstant under 3,5 og bibeholder bearbeidelses- og håndterings-fordelene til termoherdende harpikser. Det er den eneste kjente metode for fremstilling av homogene, hulromfrie trykte kretskort av flerlagstypen som har en ensartet dielektrisk konstant som alltid er under 3,5 ved 1 megahertz.

Spesielle fluorkarbonfibrer gir ønskede fysikalske egenskaper til det laminerte komposittmateriale. Fluorkarbonfibrer av

trukket, sintret polytetrafluoretylen (PTFE) fremstilt Ifølge US patent 2.772.444, kan anvendes i foreliggende oppfinnelse. Den foretrukne fluorkarbonfiber for oppfinnelsen er imidlertid ekspandert, porøs PTFE fiber fremstilt ifølge US patenter 3.953.566 og 4.187.390. Laminerte kompositter omfattende ekspanderte PTFE-fibrer har høyere bøyestyrke, høyere strekkfasthet og en lavere krymping etter bearbeidelse enn laminater av trukket, sintret PTFE-fiber.

Det er også funnet at meget tynne laminerte kompositter kan fremstilles ved kalandrering av fluorkarbonfibrene til en redusert tykkelse. Stoff vevet fra ekspanderte PTFE-fibrer kan kalandreres til en tykkelse på mindre enn 0,064 mm, og to ark av epoksy-prepreg fra dette stoff kan gi et tynt laminat med en dielektrisk kjerne med tykkelse på 0,127 mm. Dielektriske kjerner av en slik tykkelse er meget ønskelig for innerlag og fleksible kretser.

Dersom det er ønskelig å øke det laminerte komposittmateria-lets strekkfasthet, bøyestyrke, krymping etter bearbeidelse eller termiske utvidelseskoeffisient, så kan andre fibrer enn fluorkarbonfibrer innbefattes i komposittstrukturen. F.eks., fIberglassfibrer og behandlede fluorkarbonfibrer kan veves inn i det samme stoffet og anvendes som forsterkning for de termoherdende harpikser. Laminerte kompositter bestående av epoksyharpiks og ekspandert PTFE-stoff inneholdende mindre enn 10 vekt-# fiberglass har vist en dielektrisk konstant på 2,8 ved 1 megahertz, mens laminatets bøyestyrke, strekkfasthet, krymping etter bearbeidelse og termiske ekspansjons koeffisient har blitt betydelig forbedret. En annen metode for innbefatning av andre fibrer enn fluorkarbonfibrer i fluorkarbon-komposittmaterialet, er å interfoliere ark av fiberglass-prepreg med ark av behandlet fluorkarbonfiber-prepreg. Mens denne metoden også kan gi et laminert komposittmateriale med lav dielektrisk konstant, har det Ikke den samme ønskede homogene struktur.

En uventet ytterligere nyttevirkning av difluorkarbonfiber-laminerte kompositter er deres høye bøyeevne. Et laminert kompositt med en tykkelse på 0,2 mm, f.eks. ,av to ark av ekspandert PTFE-stoff, impregnert med epoksyharpiks, kan bøyes rundt en dor med radius 2,4 mm, uten at PTFE-fibrene brister, mens fiberglassfibrer i et FR_4laminat av ekvivalent tykkelse vil briste når laminatet bøyes over en dor med ekvivalent diameter. De laminerte komposittene av fluor-karbonf iber kan derfor være utmerkede dielektriske materialer for bøyelige trykte kretskort.

Når fluorkarbonfibrene behandles med et alkalinaftånat, blir fibrenes overflate mørkebrun. I anvendelser hvor denne fargen Ikke er ønsket, kan fibrene blekes til en lysere farge ved anvendelse av varme eller et oksydasjonsmlddel slik som klorbleking. Lysgjøringsprosessen må reguleres for å sikre at en fuktbar overflate beholdes.

I prosessen illustrert på fig. 1A blir stoffet 10 inneholdende minst en del polytetrafluoretylenfibrer matet fra en matevalse over en førlngsvalse 12 Inn i et bad 14 inneholdende alkalinaftanat-behandllngsoppløsningen 16. Stift-formede føringer 13 gjennomhuller stoffet og hindrer at det krymper i både lengde- og tverretningen under passasjen gjennom behandlingsoppløsningen 16. Det behandlede stoffet 10 kommer ut av badet 16 og passerer over førlngsvalsen 12 i retningen angitt med pilen og kommer inn i vaskevannet 18 hvori overskudd behandlingsoppløsning vaskes bort. Stoffet blir deretter eventuelt bleket i kammeret 19 ved bruk f.eks. av en klorblekeoppløsning. Det behandlede stoffet passerer deretter mellom eventuelle trykkvalser 20 hvor det kan reduseres i tykkelse dersom dette er ønsket. Flytende harpiks 22 påføres på stoffet fra en beholder 22 og fukter stoffet og —trenger Inn 1 dets mellomrom. Det belagte stoffet, varmes 1 en oppvarmingsanordnlng 26 for å herde harpiksen til i det minste B-trinn-herdet eller prepreg-ark 29, og dette arket skjæres opp i individuelle prepreg-ark 30 ved hjelp av en skjæreinnretning 28. Fig. IB viser en alternativ fremgangsmåte for behandling av fibrer for bruk i et stoff for fremstilling av prepreg-ark ifølge oppfinnelsen. En PTFE-fiber 40 føres rundt en første strammevalse 42 over og rundt føringsvalser 44 som fører fiberen gjennom behandlingoppløsningen 48 i badet 46. Fiberen kommer ut av badet og passerer rundt en annen strammevalse 50 om roterer ved vesentlig den samme hastigheten som den første strammevalsen 42 og hindrer derved fiberen i å krympe under behandling. Den behandlede fiber formes deretter til et stoff 52, som vist på fig. 1C, som skal anvendes ved fremstilling av prepreg-arket ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser en stabel av prepreg-arkene 30 ifølge oppfinnelsen med en metallfolie 32, fortrinnsvis kobber, anbragt over og under arkene 30. Ved anvendelse av varme og trykk som vist på fig. 3, blir harpiksen i prepreg-arkene 30 herdet til en homogen C-trinn-herdet tilstand for dannelse av komposittmateriale 34 og metallfollene 32 blir fast bundet til nevnte kompositt 34. Fig. 4 viser en del av et vevet stoff hvori alle fibrene 40 er porøse PTFE-fibrer, og fig. 5 viser en del av et stoff hvori en del av fibrene 40 er porøs PTFE og en del er glassfibrer 38. Fig. 6 viser et kompositt 34 hvorfra en del av metallet fra metallfolien 32 har blitt fjernet og etterlatt en elektrisk krets 60. Fig. 7 viser komposittelementet på fig. 6 anbragt mellom 2 prepreg-ark 30 og med metallfolier 32 over og under prepreg-arkene 30. Der et lag av materiale hvori harpiksen er i C-trinn-tilstanden, dvs. lag 34, og der en elektrisk ledende folie eller krets dvs. 32 eller 60, er i kontakt med et annet lag, dvs. lag 30, er det andre laget av materiale som befinner seg i B-trinn-tilstanden. Fig. 8 viser et komposittelement ifølge oppfinnelsen 80 oppnådd ved tilføring av varme og trykk til stabelen vist på fig. 7. Harpiksen i den midtre del 36 har blitt homogen og fullstendig herdet til C-trlnn-tilstanden. Foliene 32 er fast bundet til begge sider av komposittelementet 36.

Følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

Eksempel I

Et stoff ble vevet ved bruk av konvensjonelle metoder fra fibrer av ekspandert polytetrafluoretylen (PTFE) tilgjengelig kommersielt som "GORE-TEX"-ekspanderte PTFE-fibrer for veving. Stoffkonstruksjonen hadde 52 (400 denier) fibrer pr. 2,5cm (20 pr. cm) i lengderetningen og 52 (400 denier) fibrer pr. 2,5 cm (20 pr. cm) i tverretningen. Stoffet ble skåret i seks, 15 cm x 15 cm, ark, og neddyppet i ustrukket tilstand i 30 sek. i en alkalinaftanatoppløsning, tilgjengelig kommersielt under varebetegnelsen "TETRA-ETCH". Etter denne behandling ble stoffet vasket 1 varmt ledningsvann og skyllet i aceton. Behandlingen med "TETRA-ETCH"-oppløsningen forårsaket at fibrene utviklet en mørkebrun farge og resulterte i at stoffet krøp omkring 20% i både lengde- og tverretningen. Stoffet ble strukket til nesten dets opprinne lige dimensjoner ved å gripe stoffet i dets kanter og manuelt strekke stoffet.

Det ble fremstilt en flytende epoksyharpiks ved å følge retningslinjene i Dow Chemical Copany produktbrosjyre nr. 296-396-783 for "Dow epoxy resin 521-A80". Når flytende epoksyharpiks ble belagt på ubehandlet PTFE-stoff, dannet harpiksen perler og ville ikke fukte eller trenge inn i mellomrommene mellom fibrene. Derimot, når den flytende epoksyharpiksen ble belagt på det behandlede stoffet, fuktet den stoffet og fylte mellomrommene mellom fibrene for dannelse av et jevnt belegg over stoffoverflaten.

De seks epoksybelagte behandlede stoffarkene ble anbragt et av gangen i en konveksjonsovn ved 160°C, hvert i 4 minutter. Da arkene ble fjernet fra ovnen og avkjølt, ble det observert at epoksyharpiksen fullstendig hadde fuktet stoffet og hadde blitt omdannet til en tørr, bøyelig, semi-herdet tilstand kjent som B-trinn-prepreg. Det gjennomsnittlige harpiks-opptak for hvert prepreg-ark var 5 g, og den gjennomsnittlige tykkelsen var omkring 0,36 cm.

De seks prepreg-arkene ble stablet på hverandre og anbragt mellom FEP-slippark og "caul"-plater av rustfritt stål for dannelse av en lamineringspakke. Pakken ble anbragt 1 en "Carver"-platepresse som var blitt forvarmet til 175°C, og et trykk på 690 kPa ble tilført. Etter 3 min. ble trykket øket til 5516 kPa, og pakken ble herdet i 30 min. ved 175°C. Varmeinnretningene ble avstengt, og pakken fikk avkjøles til romtemperatur mens trykket fremdeles ble holdt ved 5.516 kPa. Pakken ble fjernet fra pressen, og det laminerte komposittmaterialet ble skilt fra FEP-slipparkene og "caul"-platene.

Det laminerte komposittmateriale var fullstendig herdet til C-trinn-tilstanden, hadde en tykkelse på omkring l,14cm og viste utmerket harpiksfukting gjennom hele komposittmaterialet. Det var intet tegn på innesperret luft, blæredannelse, harpikshulrom eller delaminering mellom stofflagene. Mikroskopisk undersøkelse av tverrsnitt av det laminerte komposittmateriale viste en jevn fordeling av epoksyharpiks rundt fibrene, i stoffet og mellom stofflagene.

Eksempel II

De samme betingelser og materialer som I eksempel I ble benyttet med unntagelse for at stabelen av prepreg-ark ble anbragt mellom ark av kobberfolie med en tykkelse på 0,036 mm istedenfor FEP-slipparkene. Etter fjerning av den avkjølte prøven fra platepressen ble det observert at kobberfolien var intimt og fast bundet til komposittkjernen av C-trinn-herdet epoksyharpiks og "GORE-TEX"-ekspanderte PTFE-fibrer til dannelse av en struktur kjent som et dobbeltsidet kobberbelagt laminat. Den totale laminattykkelsen var omkring 1,14 cm, og kjernetykkelsen var ca. 0,107 cm. Ved bruk av en kapasitansbro ble den dielektriske konstanten ved 1 MHz for laminatprøven bestemt til å være ca. 2,8. Den beregnede vekt-SÉfiber i kjernen var 63$, og den for epoksyharpiks var 37$.

Eksempel III

Det ble fremstilt et dobbeltsidet kobberbelagt laminat som angitt i eksempel II, og dette ble viderebehandlet til et dobbeltsidet, plettert-hull-kretskort ved bruk av standard teknikker som er kjent for fagmannen på området. Kretskortet var elektrisk ledende langs kretslinjene og over de plet-ter te-hullforbindelsene.

Eksempel IV

Åtte prepreg-ark ble fremstilt som beskrevet i eksempel I med unntagelse for at stoffkonstruksjonen hadde 64 fibrer pr. 2,5

cm av "GORE-TEX"-ekspandert PTFE-fiber i lengderetningen og 60 firer pr. 2,5cm (24 pr. cm) i tverretningen. Treark av

kommersielt tilgjengelig prepreg-FR_4fremstilt fra B-trinn-epoksyharpiks forsterket med et 7628-fiberglasstoff (7628 er et kjent typenummer av fiberglass) ble anbragt i stabelen av ekspanderte PTFE-prepreg-ark og kobberfolie i følgende rekkefølge:

A = 0,036 mm kobberfolie

B = epoksy/fiberglass-prepreg

C = epoksy/ekspandert PTFE-fiber-prepreg

Denne pakke ble anbragt mellom "caul"-plater av rustfritt stål og bearbeidet til et dobbeltsidet, kobberbelagt laminat ved bruk av betingelsene beskrevet i eksempel II.

Det C-trinn-herdede laminat var hulromfritt og viste utmerket adhesjon mellom lag av stoff, kobberfolie og harpiks. Den dielektriske kjernen hadde en tykkelse på 0,234 cm, og besto av 15 vekt-56 fiberglass, 54 vekt-# "GORE-TEX"-ekspanderte PTFE-fibrer og 31% C-trinn epoksyharpiks. Den dielektriske konstanten til komposittmaterialet var 2,9 ved 1 mHz.

Tilsetningen av 15 vekt-% fiberglass forbedret kompositt-materialets mekaniske egenskaper betydelig som vist nedenfor:

Kjernesammensetning A = 55 vekt-* epoksy/45 vekt-* "GORE-TEX"-ekspandert PTFE-fiber; kjernesammensetnlng B=15vekt-* fiberglass/31 vekt-* epoksy/54 vekt-* "GORE-TEX"-ekspandert PTFE-fiber.

Eksempel V

Et stoff* ble vevet ved bruk av konvensjonelle metoder, fra "GORE-TEX"-ekspanderte PTFE-fibrer og fiberglassfibrer. Stoffkonstruksjonen hadde 64 ekspanderte PTFE-fibrer pr. 2,5 cm (25 pr. cm) i lengderetningen og 60,150 1/0, fiberglassfibrer pr. 2,5 cm (24 pr. cm) i tverretningen. (150 1/0 betyr 150 denier en ikke-lagformet eller enkelt fiberglassfiber pr. 2,5 cm i tverretningen). Ti, 12,7 cm x 15,2 cm, ark av stoffet ble behandlet med "TETRA-ETCH" og omdannet til en epoksy-B-trinn-prepreg ved bruk av metoden beskrevet I eksempel I.

Et dobbeltsidet, kobberbelagt laminat ble fremstilt fra prepreg-arkene ved bruk av metoden beskrevet i eksempel II med den unntagelse at prepreg-arkene vekselvis ble stablet rettvinklet i forhold til hverandre slik at fiberglassfIbrene løp i både retningen for x- og y-aksen i det ferdige, herdede laminat.

Laminatet hadde en kjernetykkelse på 0,19 cm og besto av 36 vekt-* epoksy, 40 vekt-* ekspandert PTFE-fIber, og 24 vekt-* fiberglass. Den dielektriske konstanten ved 1 mHz var 3,4, og de mekaniske egenskapene var også forbedret i samme grad som den fiberglassholdige prøven i eksempel IV, som vist ved prøvenes termiske ekspansjonskoeffisient på 14 ppm/°C.

Eksempel VI

Et stoff ble vevet ved bruk av konvensjonelle metoder, fra 400 denier trukket, massiv PTFE-fiber, tilgjengelig kommersielt under betegnelsen "Teflon"-TFE-fluorkarbonfiber. Disse fibrene er multifilamentfibrer, og er ikke ekspanderte. Stoffkonstruksjonen hadde 60 fibrer pr. 2,5 cm (24 pr. cm) i lengderetningen og 64 fibrer pr. 2,5 cm (25 pr. cm) i tverretningen.

Flytende epoksyharpiks ville ikke fukte det ubehandlede PTFE-stoffet, men når stoffet ble behandlet med "TETRA-ETCH", kunne det bearbeides ved metodene beskrevet i eksemplene I og II. PTFE-stoffet viste den samme 20* krymping som nevnte "GORE-TEX"-ekspanderte PTFE-fiberstoff, men kunne strekkes tilbake til sin opprinnelige størrelse.

Et dobbeltsidet kobberbelagt laminat ble fremstilt ved bruk av metodene beskrevet i eksemplene I og II. Laminatkjernen hadde en tykkelse på 0,224 cm, en dielektrisk konstant ved 1 mHz på 2,6 og besto av 32 vekt-* epoksyharpiks og 68 vekt-* "Teflon"-fiber. De mekaniske egenskapene var noe lavere enn for laminatet fremstilt fra nevnte "GORE-TEX"-ekspanderte PTFE-fiber.

Kjernesammensetnlng A = 32 vekt-* epoksy/68 vekt-* "Teflon"-PTFE-fiber.

Kjernesammensetnlng B = 55 vekt-* epoksy/45 vekt-* "GORE-TEX "-ekspandert PTFE-fiber.

Eksempel VII

400 denier fibrer av "GORE-TEX"-ekspandert PTFE ble behandlet med "TETRA-ETCET-naftanatoppløsning før veving til et stoff i motsetning til behandling av stoffet etter at det var vevet som beskrevet i eksempel I. Fiberen ble behandlet og vasket 1 varmt vann mens den befant seg i strammet tilstand i lengderetningen for derved å hindre fiberkrymping resulterende i en mer stabil stoffkonstruksjon. Det ble vevet et stoff fra fiberen ved bruk av en håndvev for å minimalisere fiberabrasjon. Stoffet ble deretter belagt med flytende epoksyharpiks og omdannet til et prepreg-materiale ved metodene beskrevet i eksempel I. Prepreg-materialet ble godt fuktet av epoksyharpiksen og viste ingen tegn på hulrom eller dårlig adhesjon.

Eksempel VIII

Et stoff ble vevet fra 100 denier "GORE-TEX"-ekspanderte PTFE-fibrer under anvendelse av konvensjonelle metoder. Stoffet hadde 80 fibrer pr. 2,5 cm (31 pr. cm) i både lengde-og tverretningen. Stoffet ble behandlet med "TETRA-ETCH"-alkalinaftanatoppløsning og strukket som beskrevet i eksempel I. Stoffet hadde på dette punkt en tykkelse på ca. 0,13 mm. Stoffet ble ført mellom kalandreringsvalser av rustfritt stål med et gap på ca. 0,05 mm. Etter tp passasjer gjennom kalandreringsvalsene ble stofftykkelsen redusert til 0,066 mm.

Stoffet ble omdannet til et prepreg-materlale, og dobbeltsidet, kobberbelagt laminat ved bruk av metodene som beskrevet i eksemplene I og II. Laminatet inneholdende arkene av kalandrert stoff hadde en kjernetykkelse på 0,13 mm, hvilket er en meget ønskelig tykkelse for laminat benyttet for trykte kretskort av flerlagstypen. Den dielektriske konstant ved 1 var 2,8.

Eksempel IX

Et stoff av 400 denier "GORE-TEX"-ekspandert PTFE-fiber ble vevet og behandlet med "TETRA-ETCH"-alkalinaftånat som beskrevet i eksempel I. Stoffet ble bleket til nesten sin opprinnelige hvite farge ved neddypping av stoffet I 5 min. i "Chlorox"-klorblekemiddel ved 7993°C. Det blekede stoffet ble deretter omdannet til et epoksy-prepregmateriale og ubelagt, herdet laminat ved bruk av metodene beskrevet i eksempel I.

Det blekede stoffet ble fuktet med flytende epoksyharpiks, og det herdede laminat var fritt for hulrom. Adhesjon mellom de blekede fibrene og den herdede epoksyharpiks var utmerket.

Eksempel X

Et dobbeltsidet, kobberbelagt laminat ble fremstilt ved bruk av metodene beskrevet i eksemplene I og II med unntagelse for at to stoffark vevet fra 100 denier "GORE-TEX"-ekspanderte PTFE-fibrer ble benyttet. Kjernetykkelsen var 0,2 mm og den dielektriske konstant ved 1 mHz var 2,6.

Laminatet ble testet for bøybarhet ved å brette det tilbake over seg selv med en radius på 0,25 cm. Mens kobberfollen sprakk ved bøyen, opprettholdt den dielektriske kjernen sin integritet og sprakk eller skilte seg ikke ved opptil 10 bøyinger. Et dobbeltsidet, kobberbelagt epoksy/fiberglass- laminat av kommersiell kvalitet med en 0,15 mm tykk kjerne, ble også bøyet med en radius på 0,25 cm. Kobberfolien på den ytre radius av laminatet sprakk, men epoksy/fiberglass-kjernen sprakk også, og etter to bøyinger gikk den i stykker og skilte seg i to deler.

Eksempel XI

Dobbeltsidet, kobberbelagt laminat og prepreg-materiale ble fremstilt ved bruk av metodene og betingelsene som angitt i eksempel VIII. Tre av de kobberbelagte laminater ble videre behandlet til dobbeltsidede trykte Innerlagskretser ved bruk av standard metoder. De tre trykte lnnerlagskretsene ble interfoliert med to ark av prepre-materialet mellom hver to lnnerlagskretser for et totale på 4 ark av prepreg-materiale 1 stabelen. Stabelen ble laminert under Innvirkning av varme og trykk, bildepåført og plettert ved bruk av konvensjonelle metoder for fremstilling av trykte kretskort av flerlagstypen.

Det ferdige trykte kretskort av flerlagstypen var fritt for hulrom og viste god adhesjon lagene imellom.

Eksempel XII

Det ble vevet et stoff ved bruk av materialene og metodene som beskrevet i eksempel I. Stoffet ble skåret i 20 cm x 20 cm firkantelementer og plassert over en 15 cm x 15 cm nåleramme (strekkramme). Nålerammen var i en firkantet struktur av vindusrammetypen som hadde 1,27 cm lange nåler plassert på 2,54 cm sentere rundt rammens omkrets. Stoffet ble presset på nålene på en kant av rammen og strukket under moderat spenning til nålene på den andre siden av rammen. De to andre sidene av stoff-firkantelementet ble likeledes strukket og anbragt på nålene på de gjenstående to sider av nålerammen. Stoffet ble dermed strammet under moderat spenning på alle fire sider.

Nålerammen som holdt stoffet, ble nedsenket i en alkali-naf tånat opp lø sn ing i 30 sek., vasket i varmt vann og skyllet i aceton. Stoffet utviklet den karakteristiske mørkebrune fargen, hvilket indikerer effektiv behandling, men krympet ikke nevneverdig etter å ha blitt fjernet fra nålerammen. Stoffet ble belagt med epoksyharpiks og bearbeidet som beskrevet i eksempel I til et prepreg-materiale og deretter til et laminert komposittmateriale. Epoksyharpiksen fuktet stoffet i akseptabel grad, og det fullstendig herdede laminerte komposittmateriale oppførte seg ekvivalent med det laminerte komposittmateriale i eksempel I.

Claims

1. Dielektrisk materiale innbefattende et stoff som har fibrer og mellomrom mellom nevnte fibrer hvor minst en del av fibrene i stoffet er av fluorkarbon, idet stoffet er impregnert i nevnte mellomrom mellom fibrene med en termoherdende harpiks som er herdet til i det minste den halvherdede B-trinn-tilstand, og Idet den dielektriske konstanten til det dielektriske materialet er mindre enn 3,5,karakterisert vedat nevnte del av fibrene er fluorkarbonfibrer som har blitt behandlet for å gjøre fluorkarbonfibrene fuktbare av en uherdet termoherdende harpiks.

2. Dielektrisk materiale ifølge krav 1,karakterisert vedat det har en dielektrisk konstant mindre enn 3,0.

3. Dielektrisk materiale ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den termoherdende harpiks er herdet til den fullstendig herdede C-trinn-tilstand.

4. Dielektrisk materiale ifølge krav 3,karakterisert vedat en elektrisk ledende folie er bundet til minst en overflate av det impregnerte stoff.

5. Dielektrisk materiale ifølge krav 3 eller 4karakterisert vedat det impregnerte stoffet er i arkform og har en elektrisk ledende folie bundet til en av dets sider.

6. Dielektrisk materiale ifølge krav 5,karakterisert vedat det impregnerte stoffet har elektrisk ledende folie bundet til begge sider derav.

7. Dielektrisk materiale ifølge hvilket som helst av kravene 4-6,karakterisert vedat nevnte folie er kobberfolie.

8. Dielektrisk materiale ifølge krav 3, i form av en laminert komposittstruktur,karakterisertved at det omfatter to eller flere ark av det impregnerte stoff og har en elektrisk ledende folie bundet til minst en side av i det minste ett av nevnte ark.

9. Dielektrisk materiale ifølge krav 1, i form av en laminert komposittstruktur,karakterisertved at det innbefatter ett eller flere ark av det impregnerte stoff hvori den termoherdende harpiksen er herdet til den fullstendig herdede C-trinn-tilstand, og ett eller flere ark av det impregnerte stoff hvori den termoherdende harpiksen er herdet til den semi-herdede B-trinn-tilstand, idet, når et lag av materiale i nevnte C-trinn-tilstand er i kontakt med et annet lag, så er nevnte andre lag av materialet i nevnte B-trinn-tilstand.

10. Dielektrisk materiale ifølge krav 1, i form av en laminert komposittstruktur,karakterisertved at det innbefatter ett eller flere ark av det impregnerte stoff hvori den termoherdende harpiksen er herdet til den fullstendig herdede C-trinn-tllstand og har en elektrisk ledende folie bundet til minst en side av i det minste ett av nevnte ark, og ett eller flere ark av det impregnerte stoff hvori den termoherdende harpiksen er herdet til den semi-herdede B-trinn-tilstand, idet, når et lag av materiale 1 nevnte C-trinn-tilstand er i kontakt med et annet lag, og når en elektrisk ledende folie er kontakt med et annet lag, så er nevnte andre lag av materiale i nevnte B-trinn-tilstand.

11. Dielektrisk materiale ifølge hvilket som helst av kravene 8-10,karakterisert vedminst et ytterligere lag som er et lag av epoksy/fiber-, fluorkarbon/fiberglass-, polyimid/fiberlass-, epoksy/polyaramid-fiber-, epoksy/kvartsfiber- eller polyimid/kvartsfiber-kompositter.

12. Dielektrisk materiale ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den termoherdende harpiksen er en epoksy-, polyimid-, polyamid-, polyester-, fenol- eller akryl-termoherdende harpiks.

13. Dielektrisk materiale ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat alle fibrer i nevnte stoff andre enn fluorkarbonfibrer er fIberglassfibrer eller polyaramidfibrer eller kvartsfibrer.

14. Dielektrisk materiale ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte stoff er et vevet stoff eller en ikke-vevet filt eller matte.

15. Dielektrisk materiale Ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat nevnte fluorkarbonfibrer er trukket, ikke-porøse, sintrede PTFE-fibrer eller ekspanderte, porøse PTFE-fibrer, og at fluorkarbonfibrene inneholder et dielektrisk isolatormateriale eller annet materiale som et fyllstoff.

16. Dielektrisk materiale ifølge krav 15,karakterisert vedat fyllstoffet er elektrisk ledende eller halvledende, og er et metall, et metalloksyd, karbon, keramikk eller glass.

17. Fremgangsmåte for fremstilling av det dielektriske materiale ifølge krav 1, innbefattende veving av et stoff som har fibrer og mellomrom mellom nevnte fibrer, impregnering av stoffet med en uherdet, termoherdende harpiks, og oppvarming og tørking av det harpiksimpregnerte stoffet for å herde harpiksen til i det minste den halvherdede, B-trinn-tilstand,karakterisert vedat i det minste en del av fibrene i det vevede stoffet er fluorkarbonfibrer som behandles for å gjøre dem fuktbare av nevnte uherdede harpiks før veving til nevnte stoff, idet fibrene holdes under lengdestrekk under nevnte behandling for å hindre lengdekrymplng av fibrene.

18. Fremgangsmåte for fremstilling av det dielektriske materialet ifølge krav 1, innbefattende tilveiebringelse av et stoff som har fibrer og mellomrom mellom fibrene, hvor i det minste en del av fibrene i nevnte stoff er fluorkarbonfibrer, impregnering av stoffet med en uherdet, termoherdende harpiks, og oppvarming og tørking av det harpiksimpregnerte stoff for å herde harpiksen til i det minste den halvherdede B-trinn-tilstand,karakterisert vedat stoffet behandles for å gjøre fluorkarbonfibrene fuktbare av nevnte uherdede termoherdende harpiks.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 17 eller 18,karakterisert vedat stoffet kalandreres for å redusere dets tykkelse.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 17 eller 18,karakterisert vedat nevnte behandling innbefatter påføring av en alkalinaftanatoppløsning på fluorkarbonfibrene eller stoffet.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20,karakterisert vedat fluorkarbonfibrene oppkrasses for å forbedre fuktbarhet og adhesjon mellom nevnte fibrer og harpiks.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 17 eller 18,karakterisert vedat fibrene eller stoffet blekes etter at de er behandlet for å gjøre dem fuktbare.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22,karakterisert vedat det anvendes et oksydasjonsmiddel for å bleke fibrene eller stoffet.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 23,karakterisert vedat fibrene eller stoffet blekes ved oppvarming til en temperatur i området fra ca. 260 til 357°C.

25. Fremgangsmåte Ifølge krav 18,karakterisert vedat stoffet holdes i lengde- og tverrspenning under nevnte behandling for derved å hindre krymping av stoffet i lengde- og tverrretningen under behandling.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 18,karakterisert vedat stoffet er uinnspent under nevnte behandling og får krympe, hvoretter stoffet strekkes til omtrent sine opprinnelige dimensjoner forut for nevnte behandling.