DE112008000932T5

DE112008000932T5 - Schaltkreismaterialien, Mehrschichtschaltkreise und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE112008000932T5
Application number: DE112008000932T
Authority: DE
Inventors: Scott D. Canterbury Kennedy
Original assignee: World Properties Inc
Current assignee: World Properties Inc
Priority date: 2007-04-11
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2010-02-18
Also published as: US7790268B2; WO2008127970A3; US20080254313A1; CN101683005A; WO2008127970A2; CN101683005B; JP2010524265A

Abstract

Schaltkreisbaugruppe, die Folgendes umfasst:
zwei oder mehr Schaltkreislaminate, die jeweils eine leitfähige Metallschicht umfassen, die auf einer Poly(arylenetherketon)-Substratschicht angeordnet ist, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten zu einem Schaltkreis strukturiert wurde, und
eine thermoplastische Bond-Ply-Schicht, die zwischen den Schaltkreislaminaten angeordnet ist, wobei das Bond-Ply einen Schmelzpunkt zwischen 250°C und 370°C, eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C und einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz aufweist.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Diese Erfindung betrifft Materialien und Verfahren zur Herstellung von Schaltkreismaterialien und Mehrschichtschaltkreisen.
Gedruckte Leiterplatten müssen zunehmend strengere Leistungs- und Umweltanforderungen erfüllen. Zum Beispiel enthalten hochentwickelte gedruckte Leiterplatten mehr Schichten und arbeiten mit zunehmend höheren Frequenzen. Dünnere Schichten sind wünschenswert, aber erhöhen möglicherweise die dielektrischen oder Schaltkreisbezogenen Verluste. Um diesem Erfordernis Rechnung zu tragen, können Substrate mit einer Dielektrizitätskonstante (Dk) von kleiner als 4 verwendet werden, da solche Substrate höhere Signalausbreitungsgeschwindigkeiten bewältigen können, während der Einfügungsverlust minimiert wird.
Aus Umweltgründen sind die Hersteller bestrebt, die Schwermetalle in Schaltkreisbaugruppen zu verringern. Bleifreies Lot wird diesem Erfordernis gerecht, aber es erfordert höhere Prozesstemperaturen, die für Mehrschicht-Schaltkreismaterialien mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) oder geringer thermischer Stabilität schädlich sind. Solche Materialien können sich delaminieren, können chemisch degradieren oder einfach schmelzen. Des Weiteren sind die Hersteller von hochfrequenzelektronischen Geräten – ebenfalls aus Umweltgründen – auch bestrebt, auf den Einsatz von chlorierten und bromierten Flammhemmern zur Erreichung der UL-94-Entflammbarkeitseinstufung von V0 im Wesentlichen zu verzichten.
Das Verlangen nach niedriger Dk, geringem Verlust, Hochtemperaturfestigkeit und inhärentem Flammhemmvermögen macht neue Arten von Schaltkreissubstraten notwendig. Eine Klasse von Materialien, die dieser Notwendigkeit gerecht werden, sind die Poly(aryletherketon)polymere (PAEKs). Zu den PAEKs gehören Poly(etheretherketon) (PEEK), Poly(etherketon) (PEK), Poly(etheretherketonketon) (PEEKK), Poly(etherketonketon) (PEKK) und ähnliche Materialien. Diese Klasse von Materialien zeichnet sich durch Hochtemperaturfestigkeit (mit Schmelzpunkten von 307°C bis 381°C) und hinreichend niedrige Dielektrizitätskonstanten- und Verlustwerte aus.
Neben den oben angesprochenen Vorteilen lassen sich PAEK-Polymere problemlos zu Dünnfilmen extrudieren, und sie haben einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE). Durch Zugabe relativ geringer Mengen von mineralischem oder keramischem Füllstoff zu den PAEK-Polymeren kann eine gute planare CTE-Übereinstimmung mit einer Kupferfolien-Laminat-Plattierung (Kupferfolien-Schichtstoffverbund-Plattierung) erreicht werden. Eine gute planare CTE-Übereinstimmung ist wichtig für das Erreichen von Abmessungsstabilität in dem Schaltkreis, wenn die Kupferfolie selektiv geätzt wird, um eine Schaltkreisschicht zu bilden. PAEK-Polymere besitzen daher viele der Vorteile von Flüssigkristallpolymerlaminaten, wie zum Beispiel Rogers Ultralam^® 3000, mit dem zusätzlichen Vorteil eines höheren Schmelzpunktes.
Doch obgleich PAEK ein ausgezeichneter Kandidat als ein dielektrisches Material für die Produktion von kupferplattierten Hochfrequenzschaltkreislaminaten ist, erfordert seine Verwendung die gleichzeitige Entwicklung neuer Verbundmaterialien, die auch eine niedrige Dk, einen geringen Verlust, Hochtemperaturfestigkeit und inhärentes Flammhemmvermögen aufweisen. Solche Verbundmaterialien (Bond-Plies (Verbundlagen)) werden verwendet, um zwei oder mehr Schaltkreislaminate zu einer Mehrschichtschaltkreisbaugruppe zu verbinden.
Eine Reihe thermoplastischer Verbundmaterialien mit niedrigem dielektrischem Verlust sind auf dem freien Markt erhältlich und werden zum Laminieren von Hochfrequenzschaltkreisbaugruppen verwendet. Jedoch können diese Materialien niedrige Schmelzpunkte haben, die die maximale Arbeitstemperatur oder Verarbeitungstemperatur von Schaltkreisbaugruppen begrenzt. CuClad^® 6250 Bond-Ply, zu beziehen bei der Arlon Corporation, beschränkt die Arbeitstemperaturen in Mehrschichtschaltkreisen auf maximal 75°C. CuClad^® 6700 Bond-Ply, ebenfalls bei Anion zu beziehen, hat einen Schmelzpunkt von 184°C. Schaltkreisbaugruppen, die aus diesem Material hergestellt sind, würden die Temperaturen von 220°C oder mehr, die für die Montage mit bleifreiem Lot erforderlich sind, nicht überstehen.
Thermoplastische Bond-Plies mit höherem Schmelzpunkt, darunter DuPont Teflon^® FEP (Schmelzpunkt = 250°C), Teflon^® PFA (Schmelzpunkt = 308°C) und Rogers Ultralam^® 3908 (Schmelzpunkt = 280°C), sind ebenfalls für die Herstellung von verlustarmen Hochfrequenz-Leiterplatten verwendet worden. Obgleich hochschmelzende Substrate (Träger) die Herstellung von Mehrschichtschaltkreisen vereinfachen, können andere Faktoren, wie zum Beispiel der Substratmodul, Grenzen vorgeben. Zum Beispiel kann ein typisches Substratmaterial, Rogers Ultralam^® 3850 (Schmelzpunkt = 315°C), mit einem Bond-Ply, wie zum Beispiel Ultralam^® 3908, verwendet werden. Zwar gibt es ein Temperaturfenster von 35°C zwischen den Schmelzpunkten dieses Substrats und dem Bond-Ply, doch der niedrige Modul des Substrats bei hoher Temperatur führt zu einem Verziehen des Substrats während der Verbindung. Dieses Verziehen verursacht eine schlechte Erfassung zwischen den Schichten der Schaltkreisbaugruppe. Wenn andererseits ein Substrat wie zum Beispiel DuPont Teflon PFA-Film mit einem Bond-Ply wie zum Beispiel Ultralam^® 3908 verwendet wird, so ist das Temperaturfenster von 7°C zwischen dem Schmelzpunkt des Substrats und dem Schmelzpunkt des Bond-Ply zu klein, um die Herstellung von Mehrschichtschaltkreisen in einem industriellen Prozess zu erlauben.
Duroplastische Bond-Plies werden ebenfalls weithin in der Mehrschichtschaltkreisindustrie verwendet. In den letzten Jahren war das am häufigsten verwendete Material ”FR4” – eine Familie von flammhemmenden Epoxidharz-Glasfaser-Verbundsubstratmaterialien und Bond-Plies. Die Glasübergangstemperatur (Tg), die Zersetzungstemperatur und das elektrische Hochfrequenzverhalten hängen von der genauen Formulierung des Epoxidharzes ab. In der Regel weisen die preiswertesten Sorten von FR4, die in niedrigerfrequenten Konsumgütern werden verwendet, eine Tg von etwa 125°C und einen Verlustfaktor (DF) bei 10 GHz von mehr als 0,02 auf. Mehrschichtschaltkreise, die mit PAEK-Substraten und FR4-Epoxidharz (Tg = 125°C) hergestellt werden, können die hohe Temperatur, die für bleifreies Löten erforderlich sind, nicht überstehen. Solche Mehrfachschichten weisen außerdem DF-Werte auf, die zur Verwendung in vielen Hochfrequenzgeräten zu hoch sind.
Die Isola-Gruppe stellt eine Hochleistungs-FR4-Formulierung unter der Bezeichnung FR408 her, die eine Tg von 180°C und einen DF von 0,013 bei 10 GHz aufweist. Selbst mit diesen verbesserten Eigenschaften des duroplastischen Bond-Plys würde eine mit diesem Material und PAEK hergestellte Schaltkreisbaugruppe keine hohe Leistung aufweisen. Weder wäre die Beständigkeit gegen die für bleifreies Löten erforderliche Temperatur hoch genug für einen stabilen Fertigungsprozess, noch wäre der DF der Mehrschichtbaugruppe für viele Hochfrequenzanwendungen niedrig genug.
Es werden derzeit noch andere Polymere mit niedriger Dielektrizitätskonstante als Schaltkreismaterialien verwendet, darunter Phenolformaldehydharze, Epoxidharze und Harze auf Isopren- und Butadien-Basis. Zwar sind sie für ihre vorgesehenen Zwecke geeignet, doch es besteht auf diesem technischen Gebiet ein ständig spürbarer Bedarf nach Schaltkreismaterialien mit verbesserten Kombinationen von Eigenschaften, insbesondere Materialien mit einer Kombination aus niedriger Dielektrizitätskonstante und niedrigem Verlust, Beständigkeit gegen hohe Löttemperaturen und Flammhemmvermögen ohne Einsatz bromierter und/oder chlorierter Flammhemmer.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die oben beschriebenen Schwächen und Nachteile werden durch eine Schaltkreisbaugruppe gemindert, die zwei oder mehr Schaltkreislaminate, die jeweils eine leitfähige Metallschicht umfassen, die auf einer Poly(arylenetherketon)-Substratschicht angeordnet ist, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten zu einem Schaltkreis strukturiert wurde, und eine thermoplastische Bond-Ply-Schicht umfasst, die zwischen den Schaltkreislaminaten angeordnet ist, wobei das Bond-Ply einen Schmelzpunkt zwischen 250°C und 370°C, eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C und einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz aufweist. Diese Schaltkreismaterialien eignen sich sowohl für flexible als auch für starre Leiterplattenanwendungen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Schaltkreisbaugruppe zwei oder mehr Schaltkreislaminate, die jeweils eine leitfähige Metallschicht umfassen, die auf einer Poly(arylenetherketon)-Substratschicht angeordnet ist, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten zu einem Schaltkreis strukturiert wurde, sowie eine duroplastische Bond-Ply-Schicht, die zwischen den leitfähigen Metallschichten angeordnet ist, wobei das Bond-Ply einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz und eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C aufweist.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltkreisbaugruppe umfasst das Ausbilden einer Schichtstruktur, die zwei oder mehr Schaltkreislaminate umfasst, die jeweils eine leitfähige Metallschicht umfassen, die auf einer Poly(arylenetherketon)-Substratschicht angeordnet ist, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten zu einem Schaltkreis strukturiert wurde, sowie eine thermoplastische Bond-Ply-Schicht umfasst, die zwischen den Schaltkreislaminaten angeordnet ist, wobei das Bond-Ply einen Schmelzpunkt zwischen 250°C und 370°C, eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C und einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz aufweist; sowie das Laminieren der Schichtstruktur zu einer Schaltkreisbaugruppe.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltkreisbaugruppe das Ausbilden einer Schichtstruktur, die zwei oder mehr Schaltkreislaminate umfasst, die jeweils eine leitfähige Metallschicht umfassen, die auf einer Poly(arylenetherketon)-Substratschicht angeordnet ist, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten zu einem Schaltkreis strukturiert wurde, sowie eine duroplastische Bond-Ply-Schicht umfasst, die zwischen den Schaltkreislaminaten angeordnet ist; sowie das Laminieren der Schichtstruktur zu einer Schaltkreisbaugruppe; wobei das Bond-Ply in der Schaltkreisbaugruppe einen Schmelzpunkt zwischen 250°C und 370°C, eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C und einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz aufweist.
Die im vorliegenden Dokument offenbarten Schaltkreisbaugruppen eignen sich für eine bleifreie Hochtemperaturverarbeitung. Die Schaltkreisbaugruppen können halogenfrei und trotzdem flammhemmend hergestellt werden und können darum zur Herstellung flammhemmender Schaltkreismaterialien mit ausgezeichneten elektrischen und physikalischen Eigenschaften verwendet werden.
Die oben besprochenen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung können durch den Fachmann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen gewürdigt und verstanden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Schaltkreisbaugruppe, die eine einzelne Schaltkreisschicht umfasst, die aus einem einzeln plattierten Laminat gemäß der Erfindung aufgebaut ist;
2 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Schaltkreisbaugruppe, die eine einzelne Schaltkreisschicht umfasst, die aus einem doppelt plattierten Laminat gemäß der Erfindung aufgebaut ist;
3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Schaltkreisbaugruppe, die drei Schaltkreisschichten umfasst, die aus zwei doppelt plattierten Laminaten gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind.
4 ist eine schematische Darstellung der in Beispiel 9 verwendeten Schichtstruktur.
5 ist eine schematische Darstellung der in Beispiel 10 verwendeten Schichtstruktur.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass unerwarteterweise Schaltkreisbaugruppen mit ausgezeichneten Eigenschaften unter Verwendung einer Kombination bestimmter Materialien hergestellt werden können, insbesondere eines thermoplastischen oder duroplastischen Bond-Plys (zum Beispiel eines Flüssigkristallpolymers oder eines Polybutadien- und/oder Polyisoprenhaltigen Polymers) und eines dielektrischen Substratmaterials, das ein Poly(arylenetherketon) umfasst. Die Verwendung eines der genannten Bond-Ply-Materialien in Kombination mit einem Poly(arylenetherketon)-Substrat gestattet die Herstellung von Schaltkreisbaugruppen, die sich nicht verziehen und die gute elektrische und thermische Eigenschaften aufweisen. Die Schaltkreismaterialien können anstelle von Hochfrequenzschaltkreismaterialien, die bromierte Flammhemmer enthalten, verwendet werden.
Schaltkreisbaugruppen umfassen mehrere leitfähige Schichten, von denen mindestens eine zu einem Schaltkreis strukturiert wurde. In der Regel werden Schaltkreisbaugruppen gebildet, indem ein oder mehrere strukturierte, einzeln oder doppelt plattierte Laminate unter Verwendung von Bond-Plies und, in einigen Fällen, harzbeschichteten leitfähigen Schichten in korrekter Ausrichtung unter Verwendung von Wärme und/oder Druck miteinander laminiert werden. Das Strukturieren nach der Laminierung ist eine weitere Option. Ein einzeln plattiertes Laminat weist eine leitfähige Schicht auf, die fest an eine dielektrische Substratschicht gebunden ist. Ein doppelt plattiertes Laminat weist zwei leitfähige Schichten auf, eine auf jeder Seite des Substrats. Das Strukturieren einer leitfähigen Schicht, zum Beispiel durch Ätzen, ergibt eine Schaltkreisschicht und somit einen Schaltkreis. Ein Schaltkreislaminat ist ein einzeln oder doppelt plattiertes Laminat, das eine oder mehrere Schaltkreisschichten aufweist. Bond-Plies werden verwendet, um eine Adhäsion zwischen Schalt kreisen und/oder zwischen einer Schaltkreisschicht und einer leitfähigen, unstrukturierten Schicht oder zwischen zwei unstrukturierten leitfähigen Schichten herzustellen.
Schaltkreislaminate zur Verwendung in den Schaltkreisbaugruppen umfassen eine dielektrische Poly(arylenetherketon)-Substratschicht und eine leitfähige Metallschicht. Mindestens eine der leitfähigen Metallschichten wurde zu einem Schaltkreis strukturiert. Eine thermoplastische Bond-Ply-Schicht ist zwischen den Schaltkreislaminaten angeordnet.
Die dielektrischen Substrate umfassen ein PAEK-Harzsystem, ein dielektrisches Partikelfüllstoffsystem und eine optionale Faserbahn. Das PAEK enthält Einheiten der Formel -(-Ar-X-)- und der Formel -(-Ar'-Y-)-, wobei Ar und Ar' jeweils unabhängig eine substituierte oder nichtsubstituierte bivalente aromatische Verbindung sind, zum Beispiel Phenylen, Naphthylen und dergleichen. Zu beispielhaften Substituenten gehören C_1-4-Alkyl- und -Alkoxy-Gruppen, Halide und Kombinationen, die mindestens eine der oben genannten Gruppen umfassen. Zu konkreten Beispielen von Ar und Ar' gehören 1,4-Phenylen, 4,4'-Biphenylen oder 1,4-, 1,5- oder 2,6-Naphthylen. Des Weiteren ist X eine Elektronen abziehende Gruppe, bevorzugt Carbonyl oder Sulfonyl; Y ist eine bivalente Gruppe, wie zum Beispiel -O-, -S-, -CH₂-, Isopropyliden oder dergleichen, wobei mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 70%, oder ganz besonders bevorzugt mindestens 80%, der Gruppen X eine Carbonyl-Gruppe sind und mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 70%, oder ganz besonders bevorzugt mindestens 80%, der Gruppen Y -O- sind.
In einer besonders nützlichen Ausführungsform sind 100% der Gruppen X Carbonyl-Gruppen, und 100% der Gruppen Y sind Sauerstoff. In dieser Ausführungsform kann das PAEK ein Polyetheretherketon (PEEK; Formel I), ein Polyetherketon (PEK; Formel II), ein Polyetherketonketon (PEKK; Formel III) oder ein Polyetheretherketonketon (PEEKK; Formel IV) sein, aber andere Anordnungen der Carbonyl-Gruppen und Sauerstoff-Gruppen sind ebenfalls möglich.
Zu beispielhaften auf dem freien Markt erhältlichen PAEK-Materialien gehören PEEK von Victrex (Schmelzpunkt 343°C) und PEKK, das unter dem Handelsnamen OXPEKK bei der Oxford Performance Materials, Inc. (Schmelzpunkt, je nach Sorte, von 307°C bis 360°C) zu beziehen ist.
Außerdem kann das dielektrische Substrat einen oder mehrere dielektrische Partikelfüllstoffe umfassen. Zu brauchbaren Partikelfüllstoffen gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Titandioxid (Rutil und Anatas), Bariumtitanat, Ba₂Ti₉O₂₀, Strontiumtitanat, Siliziumdioxidpartikel und -hohlkügelchen, darunter amorphes Quarzglas und pyrogenes Siliziumdioxid, andere hohle keramische Kügelchen, Glaskügelchen, Korund, Wollastonit, Aramidfasern, zum Beispiel KEVLAR von DuPont, Fiberglas, Quarz, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumsilikathydroxid, (Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂, Talk) und Magnesiumoxid. Die Partikelfüllstoffe können allein oder in Kombination verwendet werden. Um die Adhäsion zwischen den Füllstoffen und dem Polymer zu verbessern, kann der Füllstoff mit einem oder mehreren Haftvermittlern behandelt werden, wie zum Beispiel Silanen, Zirconaten oder Titanaten.
Die Gesamtmenge an dielektrischem Partikelfüllstoff beträgt etwa 10 bis etwa 60 Gewichtsprozent (Gewichts-%) des Gesamtgewichts des dielektrischen Substrats. Bevorzugte Mengen sind etwa 20 bis etwa 50 Gewichts-%, und ganz besonders bevorzugt etwa 30 bis etwa 40 Gewichts-%, auf der Basis des Gesamtgewichts des dielektrischen Substrats.
Ein besonders brauchbarer Füllstoff in einem starren oder flexiblen dielektrischen Poly(arylenetherketon), zum Beispiel Polyetheretherketon, ist Talk. Es wurde festgestellt, dass Talk-gefüllte dielektrische Polyetheretherketon-Substrate einem ungefüllten Polyetheretherketon-Film elektrisch und thermo-mechanisch gleichwertig sein können, jedoch mit verbessertem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE). Dies ist besonders für flexible Schaltkreismaterialien von Nutzen. In einer Ausführungsform hat ein Talk-gefüllter Polyetheretherketon-Film einen CTE (von 30 bis 150°C gemessen) von kleiner als 30 ppm/°C, bevorzugt kleiner als 25 ppm/°C. In einer Ausführungsform hat ein extrudierter, mit 40 Gewichts-% Talk gefüllter Film einen CTE von 16,5 ppm/°C in der Maschinenrichtung und einen CTE von 22,5 ppm/°C quer zur Maschinenrichtung.
Geeignete Talksorten haben eine geringe Partikelgröße, zum Beispiel mit einer durchschnittlichen größten Abmessung von kleiner als 10 Mikrometern, bevorzugt kleiner als 5 Mikrometern. Ein Vorteil der Verwendung von Talk ist, dass er inhärent flammbeständig und nicht-halogeniert ist und nicht nennenswert die elektrischen Eigenschaften des Poly(arylenetherketon)-Harzsystems beeinträchtigt. Poly(arylenetherketon)-Harze mit geringen Mengen Talk zeichnen sich außerdem durch geringe Wasserabsorption aus und können somit für den Einsatz in Umgebungen mit hoher Feuchte geeignet sein. In einer Ausführungsform ist Talk in einer Menge von etwa 5 bis etwa 60 Gewichts-%, bevorzugt etwa 10 bis etwa 55 Gewichts-%, besonders bevorzugt etwa 20 bis etwa 50 Gewichts-% des Gesamtgewichts der Substratzusammensetzung enthalten. Ein mit 40 Gewichts-% Talk gefülltes Polyetheretherketon ist auf dem freien Markt zum Beispiel bei Victrex PLC unter dem Handelsnamen VICTREX^® PEEK^TM 450TL40 zu beziehen.
Zu besonders brauchbaren Partikelfüllstoffen in starren dielektrischen Substratmaterialien gehören Rutil-Titandioxid und amorphes Siliziumdioxid, weil diese Füllstoffe eine hohe bzw. eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen, wodurch ein weiter Bereich an Dielektrizitätskonstanten in Kombination mit einem niedrigen Verlustfaktor im Endprodukt erreicht werden kann, indem die jeweiligen Mengen der zwei Füllstoffe in der Zusammensetzung entsprechend eingestellt werden.
Bei Verwendung als starres dielektrisches Substrat kann das Poly(arylenetherketon)-Harzsystem des Weiteren eine Faserbahn als Verstärkung und eine Gewebe- oder Vlies-Zusammenstellung von Fasern umfassen, die den Verarbeitungsbedingungen stand halten können, die bei der Herstellung des dielektrischen Materials, der Leiterplattenmaterialien und der daraus gebildeten Schaltkreise herrschen. Die Faserbahn umfasst thermisch stabile Bahnen aus einer geeigneten Faser, bevorzugt Glas, zum Beispiel E-, S- und D-Glas, oder Hochtemperaturpolymerfasern, zum Beispiel KODEL-Polyester von Eastman Kodak, oder Polyphenylensulfidfaser von Phillips Petroleum, Flüssigkristallpolymere wie zum Beispiel VECTRAN von Kuraray und Polyaramidfasern. Eine solche thermisch stabile Faserverstärkung verleiht dem dielektrischen Substratverbund die gewünschte strukturelle Steifigkeit. Außerdem erbringt die Verwendung der Faserbahn ein dielektrisches Material mit einer relativ hohen mechanischen Festigkeit. Konkrete Beispiele von Faserbahnen sind auf dem freien Markt zum Beispiel zu beziehen bei Fiber Glast unter der Typbezeichnung ”519-A” (0,0015 Inch (38 Mikrometer) dick); Hexcel-Schwebel unter den Typbezeichnungen ”112” (0,0032 Inch (81 Mikrometer) dick), ”1674” (0,0045 Inch (114 Mikrometer) dick) und ”1080” (0,0025 Inch (63,5 Mikrometer) dick); BGF unter der Typbezeichnung ”106” (0,0015 Inch (38 Mikrometer) dick); und BGF unter der Typbezeichnung ”7628” (0,0069 Inch (175 Mikrometer) dick).
Wird die Faserbahn verwendet, so umfasst sie etwa 10 Gewichts-% bis etwa 50 Gewichts-% des Gesamtgewichts des dielektrischen Substrats. Bevorzugte Mengen sind etwa 15 Gewichts-% bis etwa 40 Gewichts-%, oder besonders bevorzugt etwa 20 bis etwa 30 Gewichts-%, auf der Basis des Gesamtgewichts des dielektrischen Substrats. Wenn eine Faserbahn verwendet wird, so kann die Dicke der dielektrischen Substratsschicht etwa 1 bis etwa 120 mils (etwa 0,025 bis etwa 3,05 Millimeter) oder besonders bevorzugt etwa 5 bis etwa 80 mils (etwa 0,13 bis etwa 2,03 mm) betragen.
Das Poly(arylenetherketon)-Harzsystem kann des Weiteren optional weitere dem Fachmann bekannte Zusatzstoffe umfassen, zum Beispiel Antioxidanzien und UV-Absorptionsstoffe. Da einer der signifikanten Vorteile der Verwendung von PEEK sein Flammhemmvermögen ist, enthalten in einer Ausführungsform die Zusammensetzungen keinen zugesetzten Flammhemmer. In einer weiteren Ausführungsform enthalten die Zusammensetzungen keinen bromierten oder chlorierten Flammhemmer. Es ist dennoch in weiteren Ausführungsformen möglich, nicht-halogenierte und/oder halogenierte Flammhemmer beizugeben, zum Beispiel Ethylen-Bistetrabromphthalimid, Tetradecabromdiphenoxybenzen und/oder Decabromdiphenoxyloxid.
Die dielektrischen Substratmaterialien können durch im Stand der Technik bekannte Verfahren bearbeitet werden. Zum Beispiel werden alle Komponenten (Harzkomponente(n) und optionale Zusatzstoffe) in herkömmlichen Mischanlagen in schmelzflüssigem Zustand gründlich vermischt. Das Mischen wird fortgesetzt, bis Harze und Zusatzstoffe gleichmäßig in der gesamten Zusammensetzung gleichmäßig verteilt sind. Das Gemisch kann zu einem Film extrudiert werden. In einem beispielhaften Prozess wird ein starres dielektrisches Substrat, das eine Faserbahn umfasst, durch Anordnen der Bahn zwischen zwei Poly(arylenetherketon)-Harzfilmen hergestellt und bei einer Temperatur und einem Druck und über eine Zeit gepresst, die bzw. der ausreicht, um die Faserbahn mit dem Harz zu infiltrieren. Geeignete Bedingungen für ein solches Infiltrieren können durch einen Durchschnittsfachmann mit der vorliegenden Anleitung problemlos und ohne übermäßiges Experimentieren ermittelt werden und richten sich nach Faktoren wie zum Beispiel der Erweichungs- oder Schmelztemperatur des Harzes und der Dicke der Faserbahn. Beispielhafte Bedingungen sind etwa 300 bis etwa 400°C (), bevorzugt etwa 340 bis etwa 360°C (etwa 171 bis etwa 182°C), und etwa 100 bis etwa 1200 pounds per square inch (psi) (etwa 0,689 bis etwa 8,27 Megapascal (MPa)) für bis zu etwa drei Stunden.
Die Schaltkreismaterialien werden am häufigsten in der Form eines einzeln oder doppelt plattierten Laminats verwendet. Einzeln oder doppelt plattierte Laminate können durch schichtweises Anordnen des Dielektrikums und der entsprechenden Anzahl leitfähiger Metallschichten und anschließendes Laminieren hergestellt werden. Geeignete Bedingungen für das Laminieren können durch einen Durchschnittsfachmann mit der vorliegenden Anleitung problemlos und ohne übermäßiges Experimentieren ermittelt werden und richten sich nach Faktoren wie zum Beispiel der Erweichungs- oder Schmelztemperatur des Harzes und der Dicke der Faserbahn, sofern vorhanden. Beispielhafte Bedingungen sind etwa 300 bis etwa 400°C und etwa 100 bis etwa 1200 psi (etwa 0,689 bis etwa 8,27 MPa) für bis etwa drei Stunden. Eine oder beide leitfähige Schichten können zu einem Schaltkreis geätzt werden.
Zu brauchbaren Metallen für die leitfähige Schicht in Schaltkreislaminaten, strukturierte Schaltkreisschichten und Schaltkreisbaugruppen gehören Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Zink, Eisen, Übergangsmetalle sowie Legierungen, die mindestens eines der oben genannten Metalle umfassen, wobei Kupfer besonders geeignet ist. Es gelten keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich der Dicke der leitfähigen Schicht, und es gelten keine Einschränkungen hinsichtlich der Form, Größe oder Beschaffenheit der Oberfläche der leitfähigen Schicht. Bevorzugt hat jedoch die leitfähige Schicht eine Dicke von etwa 1 Mikrometer bis etwa 200 Mikrometer, wobei etwa 9 Mikrometer bis etwa 180 Mikrometer besonders brauchbar sind. Wenn zwei oder mehr leitfähige Schichten vorhanden sind, so kann die Dicke der zwei Schichten gleich oder verschieden sein.
Leitfähige Schichten aus Kupfer sind besonders geeignet. Die Kupferfolie kann entweder durch Elektroabscheidung (ED) auf einer rotierenden Edelstahltrommel aus einem Kupfersulfatbad oder durch Walzen massiver Kupferstäbe hergestellt werden. Die leitfähige Kupferschicht kann oberflächenvergrößernd behandelt werden, kann mit einem Stabilisator, zum Beispiel durch Behandeln mit einem schmutzabweisenden Mittel, behandelt werden, um ein Oxidieren der leitfähigen Schicht zu verhindern, oder kann so behandelt werden, dass eine thermische Barriere gebildet wird. Leitfähige Kupferschichten sowohl mit geringer als auch mit starker Rauhigkeit, auf denen durch Behandeln mit Zink oder einer Zinklegierung eine thermische Barriere errichtet wurde, sind besonders geeignet und können des Weiteren optional eine schmutzabweisende Schicht umfassen.
Geeignete leitfähige Kupferschichten (Folien) sind auf dem freien Markt zum Beispiel bei Circuit Foil unter dem Handelsnamen TWS, bei Oak-Mitsui unter den Handelsnamen MLS-TOC-500, SQ-VLP und MQ-VLP und bei Furukawa Circuit Foils unter den Handelsnamen F2-WS und FWL-WS zu beziehen.
Die einzeln oder doppelt plattierten Laminate werden für den Bau von Schaltkreisbaugruppen in Kombination mit einem Bond-Ply verwendet. Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die Temperatur des Laminierungsschrittes unterhalb des Schmelzpunktes des Poly(arylenetherketon)-Substratmaterials liegen sollte, damit die Schichten einer Schaltkreisbaugruppe einander gut erfassen. Gleichermaßen sollte der Schmelzpunkt eines thermoplastischen Bond-Plys nicht über 370°C liegen.
Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn das Bond-Ply in der Lage ist, den höheren Verarbeitungstemperaturen zu widerstehen, die während der bleifreien Bauteilmontage auftreten. Eine übliche Anforderung an ”bleifreies” Löten ist, dass die Mehrschichtbaugruppe 10 Minuten bei einer Temperatur von 288°C ohne Delaminierung übersteht. Eine Materialeigenschaft, die oft die Fähigkeit anzeigt, die 10 Minuten bei 288°C zu überstehen, ist die ”Zersetzungstemperatur” T_d. Die Zersetzungstemperatur wird unter Verwendung eines thermogravimetrischen Analysators (TGA) gemessen. Das zu testende Material wird in den TGA gelegt, und die Temperatur wird mit einer Rate von 10°C/Minute erhöht. Die T_d ist als die Temperatur definiert, bei der der kumulative Gewichtsverlust 5% erreicht. Um den Delaminierungstest von 10 Minuten bei 288°C zu überstehen, muss die T_d höher als etwa 290°C sein.
Es kann ein thermoplastisches oder ein duroplastisches Material als Bond-Ply verwendet werden. Geeignete thermoplastische Bond-Plies haben einen Schmelzpunkt zwischen 250°C und 370°C, eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C und einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz. Zu beispielhaften thermoplastischen Materialien gehören Flüssigkristallpolymere, Polyimide, PFA, FEP und PTFE.
Flüssigkristall-Bond-Ply-Zusammensetzungen umfassen Materialien, die zum Beispiel im US-Patent Nr. 6,602,583 beschrieben sind, das durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird. Zu brauchbaren thermotropen Flüssigkristallpolymeren gehören Polymere, die ein Segment eines Polymers umfassen, das in der Lage ist, eine anisotrope schmelzflüssige Phase als Teil einer Polymerkette des Polymers zu bilden, und ein Segment eines Polymers umfasst, das nicht in der Lage ist, eine anisotrope schmelzflüssige Phase als den Rest der Polymerkette zu bilden, und auch ein Verbund aus mehreren thermotropen Flüssigkristallpolymeren.
Zu repräsentativen Beispielen der Monomere, die für die Bildung des thermotropen Flüssigkristallpolymers brauchbar sind, gehören: Verbindung a – eine aromatische Dicarbonsäureverbindung, Verbindung b – eine aromatische Hydroxycarbonsäureverbindung, Verbindung c – eine aromatische Diolverbindung, Verbindung d – ein aromatisches Dithiol d1, ein aromatisches Thiophenol d2 und eine aromatische Thiolcarbonsäureverbindung d3, oder Verbindung e – eine aromatische Hydroxyaminverbindung und eine aromatische Diaminverbindung. Sie können mitunter allein verwendet werden, können aber häufig in einer Kombination von Monomeren a und c; a und d; a, b und c; a, b und e; a, b, c und e; oder dergleichen verwendet werden.
Zu Beispielen der aromatischen Dicarbonsäureverbindung a gehören aromatische Dicarbonsäuren, wie zum Beispiel Terephthalsäure, 4,4'-Diphenyldicarbonsäure, 4,4'-Triphenyldicarbonsäure, 2,6-Naphthalendicarbonsäure, 1,4-Naphthalendicarbonsäure, 2,7-Naphthalendicarbonsäure, Diphenylether-4,4'-dicarbonsäure, Diphenoxyethan-4,4'- dicarbonsäure, Diphenoxybutan-4,4'-dicarbonsäure, Diphenylethan-4,4'-dicarbonsäure, Isophthalsäure, Diphenylether-3,3'-dicarbonsäure, Diphenoxyethan-3,3'-dicarbonsäure, Diphenylethan-3,3'-dicarbonsäure und 1,6-Naphthalendicarbonsäure; und Alkyl-, Alkoxy- und Halogen-substituierte Derivate der oben genannten aromatischen Dicarbonsäuren, wie zum Beispiel Chlorterephthalsäure, Dichlorterephthalsäure, Bromterephthalsäure, Methylterephthalsäure, Dimethylterephthalsäure, Ethylterephthalsäure, Methoxyterephthalsäure und Ethoxyterephthalsäure.
Zu Beispielen der aromatischen Hydroxycarbonsäureverbindung b gehören aromatische Hydroxycarbonsäuren, wie zum Beispiel 4-Hydroxybenzoesäure, 3-Hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-2-naphthoesäure und 6-Hydroxy-1-naphthoesäure; und Alkyl-, Alkoxy- und Halogen-substituierte Derivate der aromatischen Hydroxycarbonsäuren, wie zum Beispiel 3-Methyl-4-hydroxybenzoesäure, 3,5-Dimethyl-4-hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-5-methyl-2-naphthoesäure, 6-Hydroxy-5-methoxy-2-naphthoesäure, 2-Chlor-4-hydroxybenzoesäure, 3-Chlor-4-hydroxybenzoesäure, 2,3-Dichlor-4-hydroxybenzoesäure, 3,5-Dichlor-4-hydroxybenzoesäure, 2,5-Dichlor-4-hydroxybenzoesäure, 3-Brom-4-hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-5-chlor-2-naphthoesäure, 6-Hydroxy-7-chlor-2-naphthoesäure und 6-Hydroxy-5,7-dichlor-2-naphthoesäure.
Zu Beispielen der aromatischen Diolverbindung c gehören aromatische Diole, wie zum Beispiel 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 3,3'-Dihydroxydiphenyl, 4,4'-Dihydroxytriphenyl, Hydrochinon, Resorcinol, 2,6-Naphthalendiol, 4,4'-Dihydroxydiphenylether, Bis-4-hydroxyphenoxyethan, 3,3'-Dihydroxydiphenylether, 1,6-Naphthalendiol, 2,2-Bis-4-hydroxyphenylpropan und Bis-4-hydroxyphenylmethan; und Alkyl-, Alkoxy- und Halogen- substituierte Derivate der aromatischen Diole, wie zum Beispiel Chlorydrochinon, Methylhydrochinon, t-Butylhydrochinon, Phenylhydrochinon, Methoxyhydrochinon, Phenoxyhydrochinon, 4-Chlorresorcinol und 4-Methylresorcinol.
Zu Beispielen des aromatischen Dithiols d1 gehören Benzen-1,4-dithiol, Benzen-1,3-dithiol, 2,6-Naphthalen-dithiol und 2,7-Naphthalen-dithiol. Zu Beispielen des aromatischen Thiophenols d2 gehören 4-Mercaptophenol, 3-Mercaptophenol und 6-Mercaptophenol. Zu Beispielen der aromatischen Thiolcarbonsäure d3 gehören 4-Mercaptobenzoesäure, 3-Mercaptobenzoesäure, 6-Mercapto-2-naphthoesäure und 7-Mercapto-2-naphthoesäure.
Zu Beispielen der aromatischen Hydroxyaminverbindung und der aromatischen Diaminverbindung e gehören 4-Aminophenol, N-methyl-4-aminophenol, 1,4-Phenylendiamin, N-methyl-1,4-phenylendiamin, N,N'-dimethyl-1,4-phenylendiamin, 3-Aminophenol, 3-Methyl-4-aminophenol, 2-Chlor-4-aminophenol, 4-Amino-12-naphthol, 4-Amino-4'-hydroxydiphenyl, 4-Amino-4'-hydroxydiphenylether, 4-Amino-4'-hydroxydiphenylmethan, 4-Amino-4'-hydroxydiphenylsulfid, 4,4'-Diaminodiphenylsulfid-thiodianilin, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 2,5-Diaminotoluen, 4,4'-Ethylendianilin, 4,4'-Diaminodiphenoxyethan, 4,4'-Diaminodiphenylmethanmethylendianilin und 4,4'-Diaminodiphenylether-oxydianilin.
Das Molekulargewicht des thermotropen Flüssigkristallpolyesters kann etwa 2.000 bis 200.000, bevorzugt 4.000 bis 100.000 betragen. Die Messung des Molekulargewichts kann zum Beispiel entweder durch Ermittlung der Endgruppen eines komprimierten Films des Polyesters gemäß Infrarotspektroskopie oder durch Gelpermeationschromatografie (GPC) erfolgen.
Thermotrope Flüssigkristallpolymere können entweder allein oder in einem Gemisch aus mindestens zwei von ihnen verwendet werden. Eine bevorzugte thermotrope Flüssigkris tallpolymerzusammensetzung ist 2-Naphthalen-carbonsäure, 6-Acetyloxy-Polymer mit 4-Acetyloxy-benzoesäure.
Im Allgemeinen werden diese thermoplastischen Bond-Ply-Zusammensetzungen folgendermaßen verarbeitet. Als Erstes werden alle Komponenten (Bond-Ply-Harze und optionale Zusatzstoffe) gründlich in schmelzflüssigem Zustand in herkömmlichen Mischanlagen vermischt. Die Mischtemperatur wird so geregelt, dass eine wesentliche Zersetzung der Komponenten vermieden wird. Das Mischen wird fortgesetzt, bis die Harze und die Zusatzstoffe gleichmäßig in der gesamten Zusammensetzung verteilt sind. Das schmelzflüssige Gemisch wird zu einer Schicht mit der korrekten Dicke extrudiert und dann abgekühlt. Brauchbare Bond-Plies, die ein Flüssigkristallpolymer umfassen, sind auf dem freien Markt bei Rogers unter dem eingetragenen Handelsnamen Ultralam 3908 zu beziehen. Zu weiteren thermoplastischen Bond-Ply-Materialien gehören FEP-, PFA- oder PTFE-Fluorpolymere, die bei DuPont zu beziehen sind.
Geeignete duroplastische Bond-Plies haben eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C und einen Verlustfaktor (DF) von kleiner als 0,01 bei 10 GHz gemäß Messung durch die X-Band-Streifenleitungsresonanztestverfahren nach IPC TM-650 2.5.5.5c. Zu beispielhaften duroplastischen Bond-Ply-Materialien gehören ein Polybutadien- und/oder Polyisoprenpolymer und geschäumtes PTFE, das mit duroplastischem Material imprägniert wurde.
Geeignete Polyisopren- und/oder Polybutadienpolymersysteme sind zum Beispiel im US-Patent Nr. 6,071,836 beschrieben, das hiermit in vollem Umfang durch Bezugnahme aufgenommen wird. Im Sinne des vorliegenden Textes enthält der Begriff duroplastisches ”Polybutadien- und/oder Polyisoprenharz” Homopolymere und Copolymere, die Einheiten umfassen, die von Butadien, Isopren oder Gemischen daraus abgeleitet sind. Einheiten, die von anderen copolymerisier baren Monomeren abgeleitet sind, können ebenfalls in dem Harz, zum Beispiel in Form von Aufpropfungen, vorhanden sein. Zu beispielhaften copolymerisierbaren Monomeren gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, vinylaromatische Monomere, zum Beispiel substituierte und nichtsubstituierte monovinylaromatische Monomere, wie zum Beispiel Styrol, 3-Methylstyrol, 3,5-Diethylstyrol, 4-n-propylstyrol, Alpha-methylstyrol, Alpha-methyl-vinyltoluen, Para-hydroxystyrol, Para-methoxystyrol, Alpha-chlorstyrol, Alpha-bromstyrol, Dichlorstyrol, Dibromstyrol, Tetrachlorstyrol; und substituierte und nicht-substituierte divinylaromatische Monomere, wie zum Beispiel Divinylbenzen und Divinyltoluen. Kombinationen, die mindestens eines der oben genannten copolymerisierbaren Monomere umfassen, können ebenfalls verwendet werden. Zu beispielhaften duroplastischen Polybutadien- und/oder Polyisoprenharzen gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Butadienhomopolymere, Isoprenhomopolymere, Butadien-vinylaromatische Copolymere, wie zum Beispiel Butadien-styrol, und Isoprenvinylaromatische Copolymere, wie zum Beispiel Isoprenstyrol-Copolymere.
Die duroplastischen Polybutadien- und/oder Polyisoprenharze in dem Bond-Ply-System können auch modifiziert werden. Zum Beispiel können die Harze Hydroxyl-terminiert, Methacrylat-terminiert oder Carboxylat-termierte Harze sein. Es können nachreagierte Harze verwendet werden, wie zum Beispiel Epoxid-, Maleinanhydrid- oder Urethanemodifizierte Butadien- oder Isoprenharze. Die Harze können auch zum Beispiel durch divinylaromatische Verbindungen, wie zum Beispiel Divinylbenzen, vernetzt sein, zum Beispiel ein mit Divinylbenzen vernetztes Polybutadien-styrol. Geeignete Harze sind durch ihre Hersteller weithin als ”Polybutadiene” klassifiziert, zum Beispiel durch die Nippon Soda Co., Tokio, Japan, und die Sartomer Company Inc., Exton, Pennsylvania. Es können auch Harzgemische verwendet werden, zum Beispiel ein Gemisch aus einem Polybutadienhomopolymer und einem Poly(Butadien-Isopren)-Copolymer. Kombinationen, die ein syndiotaktisches Polybutadien umfassen, können ebenfalls brauchbar sein.
Das duroplastische Polybutadien- und/oder Polyisoprenharz in dem Bond-Ply-System kann bei Raumtemperatur flüssig oder fest sein, wobei flüssige Harze bevorzugt sind, um eine für die Verarbeitung geeignete Viskosität herzustellen. Geeignete flüssige Harze können ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von größer als etwa 5.000 aufweisen, haben aber allgemein ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von kleiner als etwa 5.000, oder besonders bevorzugt etwa 1.000 bis etwa 3.000. Duroplastische Polybutadien- und/oder Polyisoprenharze mit mindestens 90 Gewichts-% 1,2-Addition sind bevorzugt, weil sie aufgrund der großen Zahl von Vinyl-Seitengruppen, die für das Vernetzen zur Verfügung stehen, die höchste Vernetzungsdichte beim Aushärten aufweisen.
Das Polybutadien- und/oder Polyisoprenharz ist in dem Bond-Ply-Harzsystem in einer Menge bis etwa 60 Gewichts-% des gesamten Bond-Ply-Harzsystems enthalten, besonders bevorzugt etwa 10 bis etwa 55 Gewichts-%, oder ganz besonders bevorzugt etwa 15 bis etwa 45 Gewichts-%, auf der Basis des gesamten Bond-Ply-Harzsystems.
Es können noch weitere Polymere, die zusammen mit den duroplastischen Polybutadien- und/oder Polyisoprenharzen in dem Bond-Ply-System aushärten können, beigegeben werden, um bestimmte Veränderungen der Eigenschaften oder der Verarbeitung herbeizuführen. Um zum Beispiel die Stabilität der dielektrischen Festigkeit und die mechanischen Eigenschaften des elektrischen Substratmaterials im zeitlichen Verlauf zu verbessern, kann ein Ethylenpropylenelastomer mit niedrigerem Molekulargewicht in den Harzsystemen verwendet werden. Ein Ethylenpropylenelastomer, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Copolymer, Terpolymer oder ein sonstiges Polymer, das überwiegend Ethylen und Propylen umfasst. Ethylenpropylenelastomere können des Weiteren als EPM-Copolymere (d. h. Copolymere von Ethylen- und Propylenmonomeren) oder EPDM-Terpolymere (d. h. Terpolymere von Ethylen-, Propylen- und Dienmonomeren) klassifiziert werden. Insbesondere Ethylenpropylendien-Terpolymerkautschuksorten weisen gesättigte Hauptketten auf, wobei abseits der Hauptkette Ungesättigtheit für leichtes Vernetzen zur Verfügung steht. Flüssige Ethylenpropylendien-Terpolymerkautschuksorten, bei denen das Dien Dicyclopentadien ist, sind bevorzugt.
Brauchbare Molekulargewichte der Ethylenpropylenkautschuksorten sind kleiner als ein viskositätsgemitteltes Molekulargewicht von 10.000. Zu geeigneten Ethylenpropylenkautschuksorten gehören ein Ethylenpropylenkautschuk mit einem viskositätsgemittelten Molekulargewicht (MV) von etwa 7.200, das bei der Uniroyal Chemical Co., Middlebury, Connecticut, unter dem Handelsnamen Trilene CP80 zu beziehen ist; ein flüssiger Ethylenpropylen-dicyclopentadien-Terpolymerkautschuk mit einem Molekulargewicht von etwa 7.000, der bei der Uniroyal Chemical Co. unter dem Handelsnamen Trilene 65 zu beziehen ist; und ein flüssiges Ethylenpropylenethyliden-norbornen-Terpolymer mit einem Molekulargewicht von etwa 7.500, das bei der Uniroyal Chemical Co. unter dem Namen Trilene 67 zu beziehen ist.
Der Ethylenpropylenkautschuk ist bevorzugt in einer Menge vorhanden, die geeignet ist, die Stabilität der Eigenschaften des Bond-Plys im zeitlichen Verlauf beizubehalten, insbesondere die dielektrische Festigkeit und die mechanischen Eigenschaften. In der Regel betragen solche Mengen bis etwa 20 Gewichts-% mit Bezug auf das Gesamtgewicht des Bond-Ply-Harzsystems, besonders bevorzugt etwa 4 bis etwa 20 Gewichts-% und ganz besonders bevorzugt etwa 6 bis etwa 12 Gewichts-%.
Ein weiterer Typ eines mithärtbaren Polymers, das in dem Bond-Ply-System verwendet werden kann, ist ein ungesättigtes Polybutadien- oder Polyisopren-haltiges Elastomer. Diese Komponente kann ein ungeordnetes oder Blockcopolymer von überwiegend 1,3-Addition-Butadien oder -Isopren mit einem ethylenisch ungesättigten Monomer sein, zum Beispiel eine vinylaromatische Verbindung, wie zum Beispiel Styrol oder Alpha-methylstyrol, ein Acrylat oder Methacrylat, wie zum Beispiel ein Methylmethacrylat oder Acrylnitril. Das Elastomer ist bevorzugt ein festes, thermoplastisches Elastomer, das ein lineares oder Aufpropf-Blockcopolymer mit einem Polybutadien- oder Polyisoprenblock und einen thermoplastischen Block umfasst, der vorzugsweise von einem monovinylaromatischen Monomer, wie zum Beispiel Styrol oder Alpha-methylstyrol, abgeleitet ist. Zu geeigneten Blockcopolymeren dieses Typs gehören Styrol-Butadien-Styrol-Triblockcopolymere, zum Beispiel jene, die bei Dexco Polymers, Houston, Texas, unter dem Handelsnamen Vector 8508M zu beziehen sind, oder jene, die bei Enichem Elastomers America, Houston, Texas, unter dem Handelsnamen Sol-T-6302 zu beziehen sind, und jene, die bei der Fina Oil and Chemical Company, Dallas, Texas, unter dem Handelsnamen Finaprene 401 zu beziehen sind; Styrol-Butadien-Diblockcopolymere; und gemischte Triblock- und Diblockcopolymere, die Styrol und Butadien enthalten, zum Beispiel jene, die bei der Shell Chemical Corporation, Houston, Texas, unter dem Handelsnamen Kraton D1118X zu beziehen sind. Kraton D1118X ist ein gemischtes Diblock/Triblock-Styrol- und Butadien-haltiges Copolymer mit 30 Vol.-% Styrol.
Das optionale Polybutadien- oder Polyisopren-haltige Elastomer in dem Bond-Ply-System kann des Weiteren ein zweites Blockcopolymer ähnlich dem umfassen, das oben beschrieben wurde, außer dass der Polybutadien- oder Polyisoprenblock hydriert ist, wodurch ein Polyethylenblock (im Fall von Polybutadien) oder ein Ethylen-Propylen-Copolymerblock (im Fall von Polyisopren) gebildet wird. Bei Verwendung in Verbindung mit dem oben beschriebenen Copolymer können Materialien mit größerer Zähigkeit hergestellt werden. Ein beispielhaftes zweites Blockcopolymer dieses Typs ist Kraton GX1855 (auf dem freien Markt bei der Shell Chemical Corp. zu beziehen), bei dem es sich vermutlich um ein Gemisch aus einem styrolreichen 1,2-Butadien-Styrol-Blockcopolymer und einem Styrol-(Ethylen-Propylen)-Styrol-Blockcopolymer handelt.
In der Regel liegt die ungesättigte Polybutadien- oder Polyisopren-haltige Elastomerkomponente in dem Bond-Ply-Harzsystem in einer Menge von etwa 10 bis etwa 60 Gewichts-% mit Bezug auf das gesamte Bond-Ply-Harzsystem vor, besonders bevorzugt etwa 20 bis etwa 50 Gewichts-%, oder ganz besonders bevorzugt etwa 25 bis etwa 40 Gewichts-%.
Freie radikalisch härtbare Monomere können ebenfalls hinzugefügt werden, um bestimmte Eigenschaften oder Verarbeitungsweisen zu modifizieren, zum Beispiel um die Vernetzungsdichte des Bond-Ply-Harzsystems nach dem Härten zu erhöhen. Zu beispielhaften Monomeren, die geeignete Vernetzer sein können, gehören zum Beispiel di-, tri- oder höher ethylenisch ungesättigte Monomere, wie zum Beispiel Divinylbenzen, Triallylcyanurat, Diallylphthalat und multifunktionale Acrylatmonomere, zum Beispiel Sartomerharze, die bei der Arco Specialty Chemicals Co., Newtown Square, Pennsylvania, zu beziehen sind, oder Kombinationen daraus, die alle auf dem freien Markt erhältlich sind. Der Vernetzer, wenn er verwendet wird, wird im Harzsystem in einer Menge von bis etwa 20 Vol.-%, auf der Basis des Gesamtgewichts des Bond-Ply-Harzsystems, verwendet.
Ein Härter kann dem Bond-Ply-Harzsystem zugegeben werden, um die Härtungsreaktion der Polyene, die olefinische reaktive Stellen aufweisen, zu beschleunigen. Insbesondere sind brauchbare Härter organische Peroxide, wie zum Beispiel Dicumylperoxid, t-Butylperbenzoat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan, α,α-Di-bis(t-butylperoxy)diisopropylbenzen und 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyn-3, die alle auf dem freien Markt erhältlich sind. Sie können allein oder in Kombination verwendet werden. Typische Härtermengen liegen im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 10 Gewichts-% der gesamten Bond-Ply-Harzzusammensetzung.
Im Allgemeinen werden duroplastische Bond-Ply-Zusammensetzungen folgendermaßen verarbeitet. Zuerst werden alle Komponenten (Bond-Ply-Harze und optionale Zusatzstoffe) in herkömmlichen Mischanlagen gründlich zu einer Schlämme gemischt. Die Mischtemperatur wird so geregelt, dass eine nennenswerte Zersetzung des Härtungsinitiators vermieden wird. Das Mischen wird fortgesetzt, bis die Harze und die Zusatzstoffe in der gesamten Zusammensetzung gleichmäßig verteilt sind. Die Schlämme wird zu einer Schicht gegossen, auf die korrekte Dicke dosiert, und dann wird das Lösemittel entfernt (verdampft), um ein Prepreg zu bilden. Brauchbare Bond-Plies, die ein Polybutadien- und/oder Polyisoprenpolymer umfassen, sind auf dem freien Markt bei der Rogers Corporation unter den eingetragenen Handelsnamen RO4450B, RO4450F und RO4430 zu beziehen.
Sowohl eine thermoplastische als auch eine duroplastische Bond-Ply-Zusammensetzung kann optional des Weiteren Partikelfüllstoffe, wie oben beschrieben, umfassen. Diese Füllstoffe können allein oder in Kombination verwendet werden. In einer Ausführungsform werden der Typ und die Menge an Füllstoff, zum Beispiel amorphes Quarzglas, so gewählt, um eine Zusammensetzung bereitzustellen, die eine sehr geringe Klebrigkeit aufweist und darum problemlos durch die Arbeiter gehandhabt werden kann. Dieses Merkmal einer niedrigen Klebrigkeit gestattet die Verwendung einer herkömmlichen automatisierten Auflegeverarbeitung, einschließlich Folienplattierung, mittels einer oder mehrerer bekannter Walzlaminiermaschinen. Während das Bond-Ply unklebrig genug ist, um relativ einfach von Hand gehandhabt werden zu können, ist es gleichzeitig klebrig genug, um mittels einer Walzlaminiermaschine, zum Beispiel einer Quetschwalze, bei Raumtemperatur an sich selbst geklebt werden zu können. Die Bond-Ply-Zusammensetzung kann des Weiteren optional Zusatzstoffe enthalten, wie zum Beispiel Antioxidanzien und flammhemmende Zusatzstoffe, wie zum Beispiel bromhaltige Flammhemmer.
In einer Ausführungsform wird eine Schaltkreisbaugruppe gemäß der Erfindung durch Bilden eines Stapels, der eine Bond-Ply-Schicht umfasst, die zwischen einer oder mehreren einzeln oder doppelt plattierten Schaltkreislaminaten angeordnet ist, sowie Laminieren des Mehrschichtstapels hergestellt. Die Bond-Ply-Schicht kann aus einem oder mehreren Bond-Plies oder Bond-Ply-Prepregs (d. h. Materialien, die mit anderen Materialien vorimprägniert sind) gebildet werden. Gleichermaßen kann die dielektrische Substratschicht aus einer oder mehreren dielektrischen Substratschichten oder Prepregs gebildet werden. In den meisten Fällen wird die leitfähige Schicht des einzeln oder doppelt plattierten Schaltkreislaminats zu einem Schaltkreis geätzt. Geeignete Bedingungen für die Laminierung können durch einen Durchschnittsfachmann dank der im vorliegenden Text gegebenen Anleitung problemlos und ohne unnötiges Experimentieren ermittelt werden und richten sich nach Faktoren wie zum Beispiel der Erweichungs- oder Schmelztemperatur des Harzes und der Dicke des Substrats. Beispielhafte Bedingungen sind 150–320°C, 50–500 pounds per square inch (psi) (0,345–3,45 MPa) für bis etwa drei Stunden. Es können noch weitere Schichten vorhanden sein, zum Beispiel weitere leitfähige Schichten, Substrate und/oder Bond-Ply-Schichten, um eine Schaltkreisbaugruppe zu bilden.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Substrate können viele verschiedene Mehrschichtschaltkreiskonfigurationen gebildet werden. Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 1 gezeigt, wobei eine Schaltkreisbaugruppe 110 ein einzelnes plattiertes Laminat 112, das eine dielektrische Schicht 114 und eine leitfähige Schicht 116 umfasst, und ein doppelt plattiertes Laminat 118 umfasst, das eine dielektrische Schicht 120, eine leitfähige Schicht 122 und eine Schaltkreisschicht 124 umfasst, wobei mindestens eine, und bevorzugt beide, der dielektrischen Schichten 114, 120 ein dielektrisches Poly(arylenetherketon)-Substratmaterial ist. Die Bond-Ply-Schicht 126 ist ein thermoplastisches oder duroplastisches Material, wie oben beschrieben. Eine oder beide der dielektrischen Schichten 114, 120 können eine Gewebebahn und/oder einen Partikelfüllstoff (nicht gezeigt) umfassen.
Eine weitere Ausführungsform einer Mehrschichtschaltkreisbaugruppe ist bei 210 in 2 gezeigt. Die Baugruppe 210 umfasst eine doppelt plattierte Schaltkreisschicht 212, die eine leitfähige Schicht 214 und eine Schaltkreisschicht 216 umfasst, die auf gegenüberliegenden Seiten einer dielektrischen Substratschicht 218 angeordnet sind, und eine weitere doppelt plattierte Schaltkreisschicht 222, die eine leitfähige Schicht 224 und eine Schaltkreisschicht 226 umfasst, die auf gegenüberliegenden Seiten einer dielektrischen Substratschicht 228 angeordnet sind, wobei mindestens eine, und vorzugsweise beide, der dielektrischen Schichten 218, 228 ein dielektrisches Poly(arylenetherketon)-Substrat sind. Die Bond-Ply-Schicht 230 ist ein thermoplastisches oder duroplastisches Material, wie oben beschrieben. Eine oder beide der dielektrischen Schichten 218, 228 können eine Gewebebahn und/oder einen Partikelfüllstoff (nicht gezeigt) umfassen.
Eine oder beide der leitfähigen Schichten 214, 224 können zu Schaltkreisen strukturiert sein (nicht gezeigt).
3 zeigt eine beispielhafte Schaltkreisbaugruppe 310 mit einem ersten doppelt plattierten Schaltkreis 312, einem zweiten doppelt plattierten Schaltkreis 332 und einem Bond-Ply 322. Der doppelt plattierte Schaltkreis 312 umfasst ein dielektrisches Substrat 314, das zwischen zwei leitfähigen Schaltkreisschichten 316, 318 angeordnet ist. Der doppelt plattierte Schaltkreis 332 umfasst ein dielektrisches Substrat 334, das zwischen zwei leitfähigen Schaltkreisschichten 336, 338 angeordnet ist. Mindestens eine, und bevorzugt beide, der dielektrischen Schichten 314, 334 sind ein dielektrisches Poly(arylenetherketon)-Substrat. Jede dielektrische Substratsschicht 314, 334 kann einen Partikelfüllstoff und/oder eine Glasvliesverstärkung (nicht gezeigt) umfassen. Zwei Deckschichten 340, 350 sind ebenfalls gezeigt. Jede Deckschicht 340, 350 enthält eine leitfähige Schicht 342, 352, die auf einer Bond-Ply-Schicht 344, 354 angeordnet ist. Mindestens eine und bevorzugt alle der Bond-Ply-Schichten 322, 344, 354 umfassen thermoplastischen oder duroplastischen Klebstoff, wie oben beschrieben.
Die Verwendung von PAEKs, wie im vorliegenden Text beschrieben, ist vorteilhaft, weil PAEKs Halbkristall-Polymere mit einem hohen Schmelzpunkt (etwa 300°C bis 381°C) und einer Dielektrizitätskonstante von kleiner als 4 sind, die sich durch einen niedrigen Verlust in einer Schaltkreisbaugruppe auszeichnen. PAEKs sind außerdem ohne Zusatzstoffe flammhemmend gemäß UL 94 V-0 und erfüllen die strengsten Definitionen ”grüner” (umweltfreundlicher) Materialien. PAEKs lassen sich auch problemlos zu Dünnfilmen extrudieren. Des Weiteren ist der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) der PAEK-Polymere niedrig genug, um eine gute CTE-Übereinstimmung mit der Kupferfolienlaminatplattierung planar zu erreichen, indem relativ geringe Mengen an mineralischem oder keramischem Füllstoff beigegeben werden. Die planare CTE-Übereinstimmung ist wichtig für die ”Abmessungsstabilität”, wenn die Kupferfolie selektiv zu einer Schaltkreisschicht geätzt wird. Somit weist das Material viele der Vorteile von Flüssigkristallpolymerlaminaten auf, wie zum Beispiel Rogers Ultralam 3000, mit dem zusätzlichen Vorteil eines höheren Schmelzpunktes.
Der höhere Schmelzpunkt des PAEK-Materials vergrößert wesentlich das Prozessfenster beim Verbinden eines Mehrschichtschaltkreises mit Hochtemperatur-Bond-Plies, wie zum Beispiel Teflon PFA oder Ultralam 3908. Bei geeigneter Auswahl von thermoplastischen Bond-Plies mit niedrigem dielektrischem Verlust und hohem Schmelzpunkt können verlustarme Hochfrequenz-Mehrschichtschaltkreise, die die mit bleifreiem Löten verbundenen Temperaturen überstehen, zuverlässig unter Verwendung von kupferplattierten Laminaten auf der Basis von PEEK-Polymer hergestellt werden.
Die oben beschrieben Schaltkreislaminate besitzen akzeptable dielektrische Eigenschaften, das heißt, eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als etwa 4, bevorzugt kleiner als etwa 3,8, besonders bevorzugt kleiner als etwa 3,6, und einen Verlustfaktor von kleiner als etwa 0,015, besonders bevorzugt kleiner als etwa 0,010, ganz besonders bevorzugt kleiner als etwa 0,008, jeweils über 1 bis 10 Gigahertz (GHz) gemessen.
Außerdem werden die Schaltkreislaminate gemäß Messung nach UL-94 mit V-0 eingestuft (bei einer Brenndauer von etwa 1 Sekunde). In einer konkreten Ausführungsform werden Schaltkreislaminate sogar ohne Vorhandensein eines brom- oder chlorhaltigen Flammhemmerzusatzes gemäß Messung nach UL-94 mit V-0 eingestuft (bei einer Brenndauer von etwa 1 Sekunde). Dies ist ein signifikanter Vorteil gegenüber derzeitigen Substraten mit niedriger Dielektrizitätskonstante, die oft nicht flammhemmend sind und darum mit bromhaltigen Zusatzstoffen verwendet werden, um eine Einstufung nach UL 94 von V-0 zu erreichen. Aufgrund neuer Gesetze zum Beispiel in Europa und in Japan besteht ein großes Interesse am Verzicht auf Brom und Chlor bei der Herstellung von Schaltkreisbaugruppen. Leider erfordert der Ersatz der bromhaltigen Verbindungen durch andere flammhemmende Zusatzstoffe oft den Zusatz großer Mengen an Zusatzstoffen, die sich negativ auf die elektrischen Eigenschaften von Laminaten auswirken können, die mit den Polymermaterialien hergestellt sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Wärmeausdehnungskoeffizient in der Z-Achse kleiner als etwa 60 ppm, besonders bevorzugt kleiner als etwa 40 ppm.
Die Erfindung wird durch die folgenden nichteinschränkenden Beispiele weiter veranschaulicht.
BEISPIELE
Die dielektrischen Substratmaterialien, die für die Herstellung der folgenden Beispiele verwendet werden, enthalten ein mit 40 Gewichts-% Talk gefülltes Polyetheretherketon (PEEK), das auf dem freien Markt bei Victrex unter dem Handelsnamen Victrex^® PEEK^TM 450TL40 zu beziehen ist, und ein Polymer auf Polybutadienbasis, das unter dem Handelsnamen RO4350B bei der Rogers Corp. zu beziehen ist. Das Glastuch, das bei der Herstellung der Laminate der Beispiele verwendet wird, ist Glasgewebetuch vom Typ 1080/767, das auf dem freien Markt bei der Hexcel-Schwebel Corporation zu beziehen. Die zur Herstellung der Laminate verwendeten Kupferfolien hatten ein Gewicht von ½ ounce per square foot (oz./ft²) und wurden bei Mitsui Mining and Smelting und bei Circuit Foils Luxembourg unter den Handelsnamen MQ-VLP bzw. TWS bezogen. Es wurden zwei verschiedene Bond-Plies verwendet: ein Bond-Ply auf Polybutadienbasis, das bei der Rogers Corp. unter dem Handelsnamen RO4450B zu beziehen ist, und ein Flüssigkristallpolymer-Bond-Ply, das – ebenfalls bei der Rogers Corp. – unter dem Handelsnamen R/flex 3908 zu beziehen ist.
Die Dielektrizitätskonstante (Dk) wurde gemäß dem Testverfahren für eine geklemmte Streifenleitung nach IPC TM-650 2.5.5.5.1 bei 10 GHz ermittelt.
Der Verlustfaktor (Df) wurde gemäß dem Testverfahren für eine geklemmte Streifenleitung nach IPC TM-650 2.5.5.5.1 bei 10 GHz ermittelt.
Der Kupferhaftfestigkeitstest wurde gemäß Verfahren A von IPC TM-650 2.4.9 durchgeführt. Es wurden eine Schiebeplattentestvorrichtung und ein TMI-Tester verwendet. Die Kupferfolie wurde vor dem Test nicht auf 1 Unze plattiert.
Die prozentuale Wasseraufnahme wurde gemäß ASTM D570 ermittelt.
Der Lötbeständigkeitstest wurde durch Aufschwimmen von 5,08 cm × 5,08 cm (2 Inch × 2 Inch) messenden Stücken über eine ununterbrochene Dauer von 60 Sekunden bei jeder Temperatur durchgeführt. Die Beständigkeitstemperatur wurde als die höchste Temperatur ermittelt, die jedes Prüfstück überstehen konnte, ohne sichtbare Anzeichen von Blasenbildung, Delaminierung oder Verziehen aufzuweisen.
Die Lötbadprüfung wurde gemäß IPC TM-650 2.4.13 durchgeführt.
Der Entflammbarkeits- und Flammwidrigkeitstest wird gemäß dem Underwriter's Laboratory-Verfahren UL-94 durchgeführt. Eine Flamme mit einem inneren Konus mit einer Höhe von 1,9 cm (3/4 Inch) wird so an jedes Prüfstück gehalten, dass eine Distanz von 1,0 cm (3/8 Inch) das untere Ende des Prüfstücks von der Basis der Flamme trennt. Die Flamme wird 10 Sekunden lang in dieser Position gehalten und dann fortgenommen. Eine Brennzeit T1 ist als die Zeit definiert, die es dauert, bis die von dem Prüfstück abgehende Flamme verschwindet. Wenn das Brennen des Prüfstücks innerhalb einer T1 von 30 Sekunden aufhört, so wird die Flamme erneut für weitere 10 Sekunden angelegt, und eine zweite Brennzeit T2 wird ermittelt. Um eine Einstufung von V-0 zu erhalten, dürfen die einzelnen Brennzeiten aus dem ersten und dem zweiten Anlegen der Flamme 10 Sekunden nicht übersteigen. Die Gesamtdauer der Brennzeiten für jeweils fünf Prüfstücke darf 50 Sekunden nicht übersteigen. Abtropfende Partikel, die ein Stück Baumwollgaze entzünden, das sich unter dem Prüfstück befindet, sind nicht zulässig. Um eine Einstufung von V-1 zu erhalten, dürfen die einzelnen Brennzeiten aus dem ersten und dem zweiten Anlegen der Flamme 30 Sekunden nicht übersteigen. Die Gesamtdauer der Brennzeiten für jeweils fünf Prüfstücke darf 250 Sekunden nicht übersteigen. Abtropfende Partikel, die ein Stück Baumwollgaze entzünden, das sich unter dem Prüfstück befindet, sind nicht zulässig. Eine Einstufung von F bezeichnet Entflammbarkeit.
Beispiel 1.
Ein 50,8 Mikrometer (2 mil) dicker ungefüllter PEEK-Film von Ajedium Film Group, LLC (Newark, Delaware) wurde in schmelzflüssigem Zustand auf 1/2 Oz wiegende MQ-VLP-Kupferfolie (Mitsui Mining and Smelting, Japan) laminiert, um beidseitig kupferplattierte Laminate herzustellen. Das Material wurde bei 350°C und 5,52 MPa (800 psi) 45 Minuten lang in einer ölbeheizten Vakuumpresse laminiert. Einige Eigenschaften dieser Laminate sind in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 2.

Ein 50,8 Mikrometer (2 mil) dicker, mit 40 Gewichts-% Talk gefüllter Polyetheretherketon-Film, Victrex^® PEEK^TM 450TL40, von Ajedium Film Group, LLC (Newark, Delaware) wurde in schmelzflüssigem Zustand auf ½ Oz wiegende MQ-VLP-Kupferfolie (Mitsui Mining and Smelting, Japan) laminiert, um ein beidseitig kupferplattiertes Laminat herzustellen. Das Material wurde bei 350°C und 5,52 MPa (800 psi) 45 Minuten lang in einer ölbeheizten Vakuumpresse laminiert. Einige Eigenschaften dieses nicht-verstärkten PEEK-Laminats sind in Tabelle 1 gezeigt. Wie in Tabelle 1 gezeigt, senkt der Zusatz des Talkfüllstoffs den CTE und führt zu einer signifikanten Verbesserung der Abmessungsstabilität. Tabelle 1.

Eigenschaft	Ungefülltes PEEK-Laminat			Mit 40 Gewichts-% Talk gefülltes PEEK-Laminat
	MD	CMD	Z	MD	CMD	Z
Mechanische Eigenschaften
Abmessungsstabilität % (Verfahren B)	–0,45	–0,84	n. z.	–0,20	–0,24	n. z.
Abmessungsstabilität % (Verfahren C)	–0,37	–0,83	n. z.	–0,20	–0,30	n. z.
Kupferablösefestigkeit, N/cm (pli)	7,70 (4,4)			7,35 (4,2)
Thermische Eigenschaften
CTE (30°C bis 150°C), ppm/°C	44,4	57,6	35,9	13,4	19,8	25,7
Lötbeständigkeit (60s), °C	>330			>365
Elektrische Eigenschaften
Spannungsdurchschlagsfestigkeit, V/mil	1887			2425

Beispiel 3.
Zwei Lagen eines 50,8 Mikrometer (2 mil) dicken ungefüllten PEEK-Films von Ajedium Film Group, LLC (Newark, Delaware) wurden mit einer Lage Glastuch 1080/767 (Hexcel-Schwebel) in einer ölbeheizten Vakuumpresse kombiniert, um einen schmelzlaminierten PEEK-Prepreg herzustellen. Dieser Prepreg hatte eine Dicke von ungefähr 127 Mikrometern (5 mil) und wurde bei 350°C und 5,52 MPa (800 psi) 60 Minuten lang laminiert. Ein 50,8 Mikrometer (2 mil) dicker PTFE-Trennfilm wurde auf jeder Seite des Prepregs verwendet, um zu verhindern, dass das PEEK an den Edelstahl-Trennvorrichtungsplatten anhaftet.
Beispiel 4.
Die Prepreg-Lagen von Beispiel 3 wurden zwischen zwei Lagen 1 Oz. wiegender TWS-Kupferfolie (Circuit Foils Luxembourg) gestapelt, um mit ungefülltem PEEK verstärkte, kupferplattierte Laminate herzustellen. Diese Laminate wurden bei 350°C und 5,52 MPa (800 psi) 60 Minuten lang in einer elektrisch beheizten Presse gebondet. Die Eigenschaften dieser PEEK-Laminate sind in Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 5.
Zwei Lagen eines 50,8 Mikrometer (2 mil) dicken, mit 40 Gewichts-% Talk gefüllten PEEK-Films von Ajedium Film Group, LLC (Newark, Delaware) wurden mit eine Lage Glastuch 1080/767 (Hexcel-Schwebel) in einer ölbeheizten Vakuumpresse kombiniert, um ein schmelzlaminiertes PEEK-Prepreg herzustellen. Dieses Prepreg hatte eine Dicke von ungefähr 127 Mikrometer (5 mil) und wurde bei 350°C und 5,52 MPa (800 psi) 60 Minuten lang laminiert. Ein 50,8 Mikrometer (2 mil) dicker PTFE-Trennfilm wurde auf jeder Seite des Prepregs verwendet, um zu verhindern, dass das PEEK an den Edelstahl-Trennvorrichtungsplatten anhaftet.
Beispiel 6.
Die Prepreg-Lagen von Beispiel 5 wurden zwischen zwei Lagen 1 Oz wiegender TWS-Kupferfolie (Circuit Foils Luxembourg) gestapelt, um mit 40 Gewichts-% Talk gefülltem PEEK verstärkte, kupferplattierte Laminate herzustellen. Diese Laminate wurden bei 350°C und 5,52 MPa (800 psi) 60 Minuten lang in einer elektrisch beheizten Presse gebondet. Die Eigenschaften dieser PEEK-Laminate sind in Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 7.
Zwei Lagen eines 50,8 Mikrometer (2 mil) dicken ungefüllten OXPEKK SP-Films von Oxford Performance Materials (Enfield, Connecticut) wurden mit einer Lage Glastuch 1080/767 (Hexcel-Schwebel) in einer ölbeheizten Vakuumpresse kombiniert, um einen schmelzlaminierten PEEK-Prepreg herzustellen. Dieser Prepreg hatte eine Dicke von ungefähr 127 Mikrometer (5 mil) und wurde bei 350°C und 5,52 MPa (800 psi) 60 Minuten lang laminiert. Ein 50,8 Mikrometer (2 mil) dicker PTFE-Trennfilm wurde auf jeder Seite des Prepregs verwendet, um zu verhindern, dass das OXPEKK SP an den Edelstahl-Trennvorrichtungsplatten anhaftet.
Beispiel 8.

Die Prepreg-Lagen von Beispiel 7 wurden zwischen zwei Lagen 1 Oz. wiegender TWS-Kupferfolie (Circuit Foils Luxembourg) gestapelt, um mit ungefülltem OXPEKK SP verstärkte kupferplattierte Laminate herzustellen. Diese Laminate wurden bei 350°C und 5,52 MPa (800 psi) 60 Minuten lang in einer elektrisch beheizten Presse gebondet. Die Eigenschaften dieser verstärkten OXPEKK SP-Laminate sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2.

	Kupferverbundsfestigkeit bei 23°C, N/cm (pli)	Kupferverbundsfestigkeit bei 200°C, N/cm (pli)	Dielektrizitätskonstante bei 10 GHz	Verlustfaktor bei 10 GHz	288°C/10 s/5x Lötbadprüfung
Ungefülltes PEEK	7,88 (4,5)	6,13 (3,5)	3,29	0,0035	bestanden
Mit 40 Gewichts-% Talk gefülltes PEEK	8,76 (5,0)	8,93 (5,1)	3,59	0,0034	bestanden
Ungefülltes OXPEKK SP	9,11 (5,2)	10,51 (6,0)	3,44	0,0035	bestanden

Beispiel 9.
Jedes der Laminate der Beispiele 4, 6 und 8 wurde mit einem 4 mil (3,18 mm) dicken Prepreg RO4450B (Rogers Corporation, USA) kombiniert, um drei verschiedene Mehrschichtleiterplatten herzustellen, wie in 4 gezeigt. In 4 sind drei geätzte, doppelt plattierte Schaltkreislaminate 410, 430 und 450 durch zwei Bond-Ply-Schichten 420 und 440 getrennt. In den Laminaten 410 und 450 wurde das Kupfer nur auf einer Seite vollständig fortgeätzt, wodurch die Kupferschichten 412, 452 zurück blieben. Beim Laminat 430 wurde das Kupfer auf beiden Seiten vollständig fortgeätzt. Die verbliebenen leitfähigen Kupferschichten sind mit 460 und 480 bezeichnet. Die Bond-Ply-Schichten 420 und 440 bestehen jeweils aus drei Lagen ROGERS RO4450B.
Die Strukturen wurden unter Verwendung des vom Hersteller empfohlenen Laminierungszyklus' gebondet. Die verstärkten Mehrschichtschaltkreisbaugruppen wiesen ausgezeichnete Hochtemperatureigenschaften auf (Tabelle 3). Tabelle 3.

T260, min T288, min 288°C/10 s/5x Lötbadprüfung

Ungefülltes PEEK >30 >30 bestanden

Mit 40 Gewichts-% Talk gefülltes PEEK >30 >30 bestanden

Ungefülltes OXPEKK SP >30 >30 bestanden
Beispiel 10.
Jedes der Laminate der Beispiele 4 und 6 wurde mit 50,8 Mikrometer (2 mil) dickem Bond-Ply Ultralam 3908 (Rogers Corporation, USA) gemäß dem Schichtdiagramm von 5 kombiniert, um Mehrschichtleiterplatten herzustellen. 5 zeigt fünf doppelt plattierte Laminate (510, 520, 530, 540 und 550), die im Wechsel mit vier Bond-Ply-Schichten (519, 529, 539 und 549) gestapelt wurden. Die Schaltkreisbaugruppe weist insgesamt zehn leitfähige Kupferschichten (512, 518, 522, 528, 532, 538, 542, 548, 552 und 558) und fünf dielektrische Substratschichten (515, 525, 535, 545 und 555) auf.

Die Strukturen wurden unter Verwendung des vom Hersteller empfohlenen Laminierungszyklus' gebondet. Die Mehrschichtleiterplattentestergebnisse für das nicht-verstärkte ungefülltes PEEK (Beispiel 4) und das nicht-verstärkte, mit 40 Gewichts-% Talk gefüllte PEEK (Beispiel 6) waren im Wesentlichen die gleichen und sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4.

Test	Ergebnisse
288°C/10 s/5x Lötbadprüfung	Bestanden. Keine Blasen, kein Verwinden oder Delaminieren
Adhäsion zwischen den Schichten	Kohäsionsversagen, >7,01 N/cm (4 pli)
T288	Übersteht >30 min
Kontrolle der Übereinstimmung	Ausgezeichnet. Kein Harzfluss, keine Kernbewegung.

Die obigen Beispiele demonstrieren die überlegenen Eigenschaften von PEEK-Schaltkreisbaugruppen, die sowohl mit duroplastischen als auch mit thermoplastischen Bondungsschichten laminiert sind, wenn verlustarme Hochtemperatur-Bond-Ply-Materialien verwendet werden.
Vergleichsbeispiele.
Verschiedene technische Thermoplastharze wurden als Kernlaminatmaterialien bewertet. Diese Harze wurden bei den jeweiligen Lieferanten bezogen und in geformte Tafeln, uniaxiales Band oder Film umgearbeitet. Diese Produkte wurden dann mit Glasgewebe 1080/767 kombiniert, um Prepregs herzustellen, wie in den vorangegangenen Beispielen beschrieben. Diese Prepregs wurden dann kombiniert, um Kerne und Mehrschichtplatten unter Verwendung von Prepreg RO4450B als eine Bond-Ply-Schicht herzustellen. Die entstandenen Laminat- und Mehrschicht-Eigenschaften sind in Tabelle 5 unten gezeigt. Ebenfalls gezeigt sind die Verarbeitungsbedingungen, die für jedes Harz verwendet wurden. Alle Materialien wiesen Schwachstellen bei einer oder mehreren entscheidenden Eigenschaften auf.
Aus den Ergebnissen der Tabellen 5 und 6 ist zu ersehen, dass die Vergleichsbeispiele 11–14, 21, 23 und 24 allesamt nicht der Anforderung gerecht wurden, eine Zeit bis zur Delaminierung bei 288°C (T288) von länger als 30 Minuten zu überstehen. Die Vergleichsbeispiele 18 und 19 wiesen eine sehr niedrige Kupferablösefestigkeit auf, während die Vergleichsbeispiele 20–22 einen hohen Verlust aufweisen. Die Materialien auf PAEK-Basis hingegen bestanden in jeder Hinsicht.
Die Einzahlformen ”ein”, ”einer” und ”eine” enthalten auch die Pluralbedeutung, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes verlangt. Die Endpunkte aller Bereiche, die dieselbe Eigenschaft oder Komponente betreffen, sind unabhängig kombinierbar und beinhalten den genannten Endpunkt. Alle Verweise sind durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen. Im Sinne des vorliegenden Textes und im gesamten Text beziehenen sich ”angeordnet”, ”kontaktiert” und Varianten davon auf den vollständigen oder teilweisen physischen Kontakt zwischen den jeweiligen Materialien, Substraten, Schichten, Filmen und dergleichen. Des Weiteren bezeichnen die Begriffe ”erster”, ”zweiter” und dergleichen im vorliegenden Text keine Reihenfolge, Menge oder Bedeutung, sondern werden vielmehr verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden.
Obgleich die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, leuchtet dem Fachmann ein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und dass Äquivalente an die Stelle von Elementen der Erfindung treten können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifizierungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne vom wesentlichen Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Darum ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die konkreten Ausführungsformen beschränkt ist, die offenbaren, was derzeit als die beste Art der Ausführung dieser Erfindung angesehen wird, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen enthält, die in den Geltungsbereich der angehängten Ansprüche fallen.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Eine Schaltkreisbaugruppe umfasst zwei oder mehr Schaltkreislaminate, die jeweils eine leitfähige Metallschicht umfassen, die auf einer Poly(arylenetherketon)-Substratschicht angeordnet ist, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten zu einem Schaltkreis strukturiert wurde, und eine Bond-Ply-Schicht, die ein thermoplastisches oder duroplastisches Material umfasst. Das thermoplastische Bond-Ply weist einen Schmelzpunkt zwischen 250°C und 370°C, eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C und einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz auf. Das duroplastische Bond-Ply weist einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz und eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C nach dem Laminieren auf. Verfahren zum Herstellen der oben angesprochenen Schaltkreisbaugruppen sind ebenfalls offenbart.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6602583 [0045]
- US 6071836 [0056]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ASTM D570 [0085]

Claims

Schaltkreisbaugruppe, die Folgendes umfasst: zwei oder mehr Schaltkreislaminate, die jeweils eine leitfähige Metallschicht umfassen, die auf einer Poly(arylenetherketon)-Substratschicht angeordnet ist, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten zu einem Schaltkreis strukturiert wurde, und eine thermoplastische Bond-Ply-Schicht, die zwischen den Schaltkreislaminaten angeordnet ist, wobei das Bond-Ply einen Schmelzpunkt zwischen 250°C und 370°C, eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C und einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz aufweist.
Schaltkreisbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Bond-Ply ein Flüssigkristallpolymer, Polyimid, Perfluoralkoxy-Copolymer, fluoriertes Ethylenpropylen oder Polytetrafluorethylen umfasst.
Schaltkreisbaugruppe nach den Ansprüchen 1–2, wobei das Poly(arylenetherketon) Polyetheretherketon ist.
Schaltkreisbaugruppe nach den Ansprüchen 1–3, wobei die Poly(arylenetherketon)-Substratschichten des Weiteren einen Partikelfüllstoff umfassen.
Schaltkreisbaugruppe nach Anspruch 4, wobei der Partikelfüllstoff Talk ist.
Schaltkreisbaugruppe nach Anspruch 5, wobei der Talk in einer Menge von 5 bis 60 Gewichtsprozent auf der Basis des kombinierten Gewichts mit dem Poly(arylenetherketon) vorliegt.
Schaltkreisbaugruppe nach den Ansprüchen 1–6, wobei die Poly(arylenetherketon)-Substratschichten des Weiteren ein Vliesbahnmaterial umfassen.
Schaltkreisbaugruppe nach den Ansprüchen 1–7, wobei das leitfähige Metall Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Zink, Eisen, ein Übergangsmetall oder eine Legierung, die mindestens eines der oben genannten Metalle umfasst, ist.
Schaltkreisbaugruppe nach den Ansprüchen 1–8, wobei das leitfähige Metall Kupfer ist.
Schaltkreisbaugruppe nach den Ansprüchen 1–9, wobei die Poly(arylenetherketon)-Substratschichten eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 4 bei Messung über 1 bis 10 GHz aufweisen.
Schaltkreisbaugruppe nach den Ansprüchen 1–11, wobei die Poly(arylenetherketon)-Substratschichten eine UL-94-Entflammbarkeitseinstufung von V-0 besitzen.
Schaltkreisbaugruppe nach den Ansprüchen 1–11, wobei mindestens eine der Poly(arylenetherketon)-Substratschichten mit der Bond-Ply-Schicht in Kontakt steht.
Schaltkreisbaugruppe nach den Ansprüchen 1–12, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten mit der Bond-Ply-Schicht in Kontakt steht.
Verfahren zum Herstellen einer Schaltkreisbaugruppe, das Folgendes umfasst: Bilden einer Schichtstruktur, die zwei oder mehr Schaltkreislaminate, die jeweils eine leitfähige Metallschicht umfassen, die auf einer Poly(arylenetherketon)-Substratschicht angeordnet ist, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten zu einem Schaltkreis strukturiert wurde, und eine thermoplastische Bond-Ply-Schicht umfasst, die zwischen den Schaltkreislaminaten angeordnet ist, wobei das Bond-Ply einen Schmelzpunkt zwischen 250°C und 370°C, eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C und einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz aufweist; sowie Laminieren der Schichtstruktur zu einer Schaltkreisbaugruppe.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Laminieren bei 275 bis 290°C und 0,7 bis 2,1 MPa stattfindet.
Schaltkreisbaugruppe, die: zwei oder mehr Schaltkreislaminate, die jeweils eine leitfähige Metallschicht umfassen, die auf einer Poly(arylenetherketon)-Substratschicht angeordnet ist, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten zu einem Schaltkreis strukturiert wurde, und eine duroplastische Bond-Ply-Schicht umfasst, die zwischen den leitfähigen Metallschichten angeordnet ist, wobei das Bond-Ply einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz und eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C aufweist.
Schaltkreisbaugruppe nach Anspruch 16, wobei das Bond-Ply ein Polybutadien-Polymer oder ein Polyisopren-Polymer oder ein Gemisch aus Polybutadien-Polymer und Polyisopren-Polymer oder ein geschäumtes Polytetrafluorethylen, das mit duroplastischem Material imprägniert ist, umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Schaltkreisbaugruppe, das Folgendes umfasst: Bilden einer Schichtstruktur, die zwei oder mehr Schaltkreislaminate, die jeweils eine leitfähige Metallschicht umfassen, die auf einer Poly(arylenetherketon)-Substratschicht angeordnet ist, wobei mindestens eine der leitfähigen Metallschichten zu einem Schaltkreis strukturiert wurde, und eine duroplastische Bond-Ply-Schicht umfasst, die zwischen den Schaltkreislaminaten angeordnet ist; sowie Laminieren der Schichtstruktur zu einer Schaltkreisbaugruppe, wobei das Bond-Ply in der Schaltkreisbaugruppe einen Verlustfaktor von kleiner als 0,01 bei 10 GHz und eine Zersetzungstemperatur von mehr als etwa 290°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die duroplastische Bond-Ply-Schicht teilweise ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die duroplastische Bond-Ply-Schicht vollständig ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Laminieren bei etwa 150 bis etwa 230°C und etwa 0,345 bis etwa 3,45 MPa stattfindet.