DE10393284T5

DE10393284T5 - Flüssigkristallpolymerverbundstoffe, Verfahren zu ihrer Herstellung und daraus hergestellte Gegenstände

Info

Publication number: DE10393284T5
Application number: DE2003193284
Authority: DE
Inventors: Murali Shrewsbury Sethumadhavan; Richard T. Brooklyn Traskos; Michael E. Thompson St. Lawrence
Original assignee: World Properties Inc
Current assignee: World Properties Inc
Priority date: 2002-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-09-08
Also published as: AU2003267221A1; GB2410620B8; GB2410620A; GB2410620A8; JP2005539382A; US6994896B2; GB2410620B; US20040124405A1; GB0507565D0; WO2004026009A1

Abstract

Ein Schaltkreismaterial enthaltend eine Schicht eines dielektrischen Flüssigkristallverbundstoffs, wobei der Verbundstoff aufweist
ein Flüssigkristallpolymer;
Partikelfüllstoffe; und
ein Fasergewebe,
wobei der Verbundstoff eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3,8 bei Frequenzen größer oder gleich 1 GHz, einen dielektrischen Verlustfaktor kleiner oder gleich 0,007 und eine UL-94 Bewertung von V-1 oder besser aufweist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Flüssigkristallpolymerverbundstoffe und im Besonderen auf Flüssigkristallpolymerverbundstoffe zur Verwendung als dielektrischer Träger in Schaltkreismaterialien, Schaltkreisen und Mehrschichtschaltungen (Multi-Layer-Schaltkreisen und -trägern).
Wie im folgenden verwendet ist ein Schaltkreismaterial ein Gegenstand, der bei der Herstellung von Schaltkreisen und Herstellung von Mehrschichtschaltungen verwendet wird, und beinhaltet Schaltkreislaminate, Verbundlagen, Leitungsschichten, harzbeschichtete Leitungsschichten und Abdeckfolien. Schaltkreislaminate, Verbundlagen, harzbeschichtete Leitungsschichten und Abdeckfolien umfassen Dielektrika, die aus einem wärmehärtenden (duroplastischen) oder thermoplastischen Polymer geformt werden. Das Dielektrikum in einer Verbundlage, einer harzbeschichteten Leitungsschicht oder Abdeckfilm kann im wesentlichen nicht fließfähige Dielektrika umfassen, das ist eines das während der Herstellung erweicht oder fließt, nicht aber bei der Verwendung des Schaltkreises. Das Dielektrikum in einem Schaltkreislaminat (das ist ein dielektrischer Träger) ist im Gegensatz dazu ausgelegt, während des Herstellungsprozesses oder der Verwendung des Schaltkreises oder der Mehrschichtschaltung nicht zu erweichen oder zu fließen. Dielektrika-Substrate werden weiterhin üblicherweise in zwei Klassen eingeteilt, flexible und rigide. Flexible dielektrische Substratmaterialien tendieren dazu, dünner und biegsamer als die sogenannten rigiden dielektrischen Materialien zu sein, die üblicherweise ein Fasergewebe oder andere Arten einer Verstärkung wie Kurz- oder Langfasern oder Füllstoffe umfassen.
Schaltkreislaminate besitzen weiterhin eine fest mit der dielektrischen Substratschicht verbundene Leitungsschicht. Wenn eine zweite Leitungsschicht auf der anderen Seite der dielektrischen Schicht angebracht ist, wird das Material oft als doppelt bedrucktes bzw. plattiertes Schaltkreislaminat bezeichnet. Strukturierung (Patterning) einer Leitungsschicht eines Schaltkreislaminats, z. B. durch Ätzen, liefert einen Schaltkreis oder im Fall eines doppelt plattierten Schaltkreislaminats einen doppeltseitig bedruckten Schaltkreis. Eine oder beide der Leitungsschichten eines doppelt plattierten Laminats können bearbeitet werden um ein Schaltkreislaminat zu liefern.
Die o. g. Schaltkreismaterialien und Schaltkreise können in verschiedenen Konfigurationen kombiniert wurden, um Mehrschichtschaltungen zur Verfügung zu stellen. "Mehrschichtschaltungen" wie im folgenden verwendet bezeichnen Materialien mit mindestens zwei dielektrischen Schichten und mindestens zwei Leitungsschichten, wobei mindestens eine der Leitungsschichten verschaltet ist und die sowohl die Unterbaugruppen, die verwendet werden, um die fertigen Schaltkreise zu bilden als auch den fertigen Schaltkreis selbst umfaßt.
In einer einfachen Ausführung umfaßt eine Mehrschichtschaltung einen doppelt plattierten Schaltkreis und eine harzbeschichtete Leitungsschicht, wobei das Dielektrikum der harzbeschichteten Leitungsschicht auf einer Schaltkreisschicht des doppelt plattierten Schaltkreises angeordnet ist. Bei einer weiteren einfachen Ausführung umfaßt eine Mehrschichtschaltung einen ersten Schaltkreis und einen zweiten Schaltkreis, die über eine zwischen der Schaltkreisschicht des ersten Schaltkreises und dem dielektrischen Träger des zweiten Schaltkreises angeordnete Verbundlage verbunden sind. Typischer Weise werden solche Mehrschichtschaltungen durch Laminieren des/der Schaltkreise(s) und/oder Schaltkreismaterials/-materialien in entsprechender Ausrichtung durch Anwendung von Wärme und/oder Druck geformt. Verbundlagen können verwendet werden, um für eine Haftung (Verklebung) zwischen Schaltkreisen und/oder einem Schaltkreis und einer Leitungsschicht oder zwischen zwei Leitungsschichten zu sorgen. An Stelle von einer Leitungsschicht, die mit einer Verbundlage an einen Schaltkreis verklebt ist, kann die Mehrschichtschaltung eine harzbeschichtete Leitungsschicht beinhalten, die direkt auf die äußere Schicht des Schaltkreises geklebt ist. Bei solchen Mehrschichtstrukturen können nach der Laminierung bekannte lochbildende und Überzugstechnologien verwendet werden, um verwendbare elektrische Leiterbahnen zwischen den Leitungsschichten zu erzeugen.
Dielektrika werden üblicherweise in zwei Klassen eingeteilt, flexible und starre. Flexible Dielektrika tendieren allgemein dazu, dünner und biegsamer zu sein als die sogenannten starren Dielektrika, die üblicherweise ein Fasergewebe oder andere Ar ten der Verstärkung enthalten. Während derzeit eine Vielzahl starrer Schaltkreismaterialien verfügbar ist, z. B. FR4-Epoxy-Glass-Laminate und dergleichen, gibt es einen wachsenden Bedarf an Schaltkreismaterialien für Hochleistungs-(Hochfrequenz)Anwendungen, das sind Anwendungen, die bei Frequenzen-von 1 Gigahertz (GHz) oder mehr arbeiten. Hochleistungsanwendungen erfordern u. a. Schaltkreismaterialien mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante für eine geringe Übertragungsverzögerung (Signallaufzeit), geringeres Übersprechen und höhere Taktraten, einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor (Df) für eine geringe Dämpfung, eine bessere Signalintegrität und geringeren Energieverbrauch bei tragbaren Geräten. Zusätzlich sollte der Schaltkreis nicht entflammbar, vorzugsweise mit einer Bewertung von V-1 oder besser gemäß Underwriter's Laboratory UL-94 Entflammbarkeitstest sein. Weiterhin besitzen die Schaltkreismaterialien einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten (coeffizient of thermal expansion / CTE) in alle Richtungen, um für eine gute dimensionale Stabilität und verbesserte Zuverlässigkeit zu sorgen, z. B. Qualität eines durchkontaktierten Lochs, sog. "through-hole" Zuverlässigkeit. Die Schaltkreismaterialien besitzen weiterhin eine ausgezeichnete Kupfer-Schälfestigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen.
Während es heute viele Materialien gibt, die diese Eigenschaften erfüllen, wie z. B. RO4350 hergestellt von der Rogers Corporation, enthalten sie alle halogenierte Additive, um die angestrebte Flammhemmung zu erzielen. Da die Verwendung halogenierter Flammhemmer aus Umweltschutzgründen stufenweise abgebaut wird, ist ersichtlich geworden, dass neue starre Dielektrika zur Verwendung in Schaltkreisen benötigt werden, und insbesondere neue starre Dielektrika, die wie oben beschrieben eine akzeptable hohe Performance bei hohen Frequenzen besitzen und ohne die Verwendung halogenierter Additive flammhemmend sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Die oben diskutierten und andere Nachteile und Mängel der Schaltkreismaterialien nach dem Stand der Technik werden von einem dielektrischem Träger überwunden oder verringert, der ein Flüssigkristallpolymer, einen Teilchenfüllstoff (Partikelfüllstoff) und ein Fasergewebe aufweist. Vorzugsweise enthält der Partikelfüllstoff Silica.
Das Dielektrikum ist ökonomisch herzustellen, besitzt eine Dielektrizitätskonstante von weniger als ungefähr 3,8, einen dielektrischen Verlustfaktor kleiner oder gleich 0,007 und vorzugsweise 0,0007, gemessen bei einer Frequenz von 1 bis 10 GHz, ausgezeichnete fammhemmende Wirkung und eine geringe Wasseraufnahme. Das Dielektrikum besitzt ebenfalls eine verbesserte dimensionale Stabilität.
Bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung des dielektrischen Trägers werden ein Film des Flüssigkristallpolymers und ein Fasergewebe gleichzeitig durch einen Satz aus zwei Walzen bei erhöhter Temperatur geführt, um den Film und das Fasergewebe zusammenzufassen (zu integrieren). Wahlweise werden ein zweiter Flüssigkristallpolymerfilm und das integrierte Fasergewebe gleichzeitig durch einen Satz aus zwei Walzen bei erhöhter Temperatur geführt, um den zweiten Film und das Fasergewebe zusammenzufassen (zu integrieren). Der integrierte Film und das Gewebe können ebenso durch einen Satz Walzen bei erhöhter Temperatur geführt werden, um dem integrierten Film und Gewebe dimensionale Stabilität zu verleihen. Vorzugweise wird der Partikelfüllstoff im Film vor der Integration mit dem Fasergewebe dispergiert, um das oben beschriebene Dielektrikum zu erhalten.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel aufweist ein dielektrischer Träger ein Flüssigkristallpolymer, einen oberflächenbehandelten Partikelfüllstoff und optional ein Fasergewebe auf. Die Verwendung eines Silans, Zirkonats oder anderer Oberflächenbehandlungen führt zu einer signifikanten Verbesserung der Kupfer-Schälfestigkeit des Substrats, inbesondere bei hohen Temperaturen.
Jedes der vorher beschriebenen Dielektrika kann auf einer Leitungsschicht ange ordnet werden, um ein einseitig plattiertes Schaltkreislaminat und/oder eine harzbeschichtete Leitungsschicht zu erhalten. Eine zusätzliche Leitungsschicht kann auf der Flüssigkristallverbundschicht angeordnet werden, auf einer Seite gegenüber der ersten Leitungsschicht, um ein zweiseitig plattiertes Schaltkreislaminat zu erhalten. Strukturierung (Patterning) von wenigstens einer der Leitungsschichten liefert einen Schaltkreis. Zusätzliche Schichten können hinzugefügt werden, um eine Mehrschichtschaltung herzustellen. Die Verwendung des Flüssigkristallverbundstoffes in Schaltkreismaterialien stellt Schaltkreise und Mehrschichtschaltungen zur Verfügung, die eine ausgezeichnete Flammhemmung, dielektrische Eigenschaften und physikalische Eigenschaften aufweisen.
Die oben diskutierten und andere Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden vom Fachmann auf dem Gebiet über die folgende detaillierte Be- schreibung und Zeichnungen gewürdigt und verstanden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Bezugnehmend auf die beispielhafte Zeichnung, in der gleiche Bauteile in den unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Schaltkreismaterials enthaltend den Flüssigkristallverbundstoff und eine Leitungsschicht;
2 eine schematische Darstellung eines zweiseitig bedruckten bzw. plattierten Schaltkreislaminats enthaltend den Flüssigkristallverbundstoff;
3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Mehrschichtschaltung;
4 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Mehrschichtschaltung; und
5 eine schematische Darstellung einer ebenfalls anderen beispielhaften Mehrschichtschaltung.
Detaillierte Beschreibung
Ein Flüssigkristallpolymer (liquid crystalline polymer (LCP))-Verbundstoff zur Verwendung als Dielektrikum in Schaltkreisen weist ein Flüssigkristallpolymer, einen Partikelfüllstoff und ein Fasergewebe auf. Der Flüssigkristallpolymerverbundstoff weist eine geringe Entflammbarkeit ohne die Verwendung halogenierter Flammhemmer auf und besitzt eine Dielektrizitätskonstante (Dk) kleiner als ungefähr 3,8 und einen dielektrischen Verlustfaktor kleiner oder gleich 0,007 gemessen bei einer Frequenz von 1 bis 10 GHz. Der Flüssigkristallpolymerverbundstoff ist insbesondere als Dielektrikum zur Herstellung von starrem Schaltkreismaterial, Schaltkreisen und Mehrschichtschaltungen für Hochfrequenzanwendungen geeignet aufgrund seiner Kombination von inhärenter Flammhemmung, ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften und einer geringen Wasserabsorbtion.
Flüssigkristallpolymere sind bekannte Polymere und werden manchmal als "rigidrod" (starrer Stab), "rod-like" (stabartig) oder geordnete Polymere beschrieben. Es wird angenommen, dass diese Polymere eine feste molekulare Form besitzen, z. B. linear oder dergleichen, aufgrund der Natur der sich wiederholenden Einheiten, die die Polymerkette enthalten. Die sich wiederholenden Einheiten enthalten typischerweise starre Molekülelemente. Die starren Molekülelemente (Mesogene) sind in ihrer Form häufig stabähnlich oder scheibenförmig und sind üblicherweise aromatisch und häufig heterocyclisch. Die starren Molekülelemente können sowohl in der Hauptkette (Rückgrat/Backbone) des Polymers oder in der Seitenkette vorhanden sein. Wenn sie in der Hauptkette oder in der Seitenkette vorhanden sind, können sie durch flexiblere Molekülelemente getrennt sein, die zuweilen als "Spacer" bezeichnet werden.
Flüssigkristallpolymere können mit Polymeren vermischt werden, die keine Flüssigkristalle sind und im Folgenden als Nicht-Flüssigkristallpolymere bezeichnet werden. Diese Mischungen werden manchmal als Polymerlegierungen bezeichnet. Einige dieser Mischungen haben Verarbeitungs- und funktionelle Charakteristika, die denen von Flüssigkristallen ähnlich sind, und so in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind. Die Nicht-Flüssigkristallpolymer- und Flüssigkristallpolymer-Komponenten werden im Allgemeinen in einem Gewichtsverhältnis von 10 : 90 bis 90 : 10, vorzugsweise im Bereich von 30 : 70 bis 70 : 30 gemischt. Im Folgenden schließt die Bezeichnung Flüssigkristallpolymer Flüssigkristallmischungen mit ein.
Sowohl thermotrope als auch lyotrope Flüssigkristallpolymere sind verwendbar. Ferner können verwendbare Flüssigkristallpolymere thermoplastisch oder duroplastisch (wärmehärtend) sein. Geeignete thermotrope Flüssigkristallpolymere umfassen Flüssigkristallpolyester, Flüssigkristallpolycarbonate, Flüssigkristallpolyetheretherketones, Flüssigkristallpolyetherketonketone und Flüssigkristallpolyesterimide, wobei bestimmte Beispiele derselben (vollständig) aromatische Polyesters, Polyesteramide, Polyamidimide, Polyestercarbonate und Polyazomethine umfassen.
Verwendbare thermotrope Flüssigkristallpolymere umfassen ebenso Polymere, die ein Segment eines Polymers enthalten, das in der Lage ist, eine anisotrope flüssige (geschmolzene) Phase als Teil der Polymerkette desselben zu bilden, und ein Segment eines Polymers enthalten, das unfähig ist eine anisotrope flüssige Phase als Rest der Polymerkette zu bilden, und ebenso einen Verbundstoff einer Vielzahl von thermotropen Flüssigkristallpolymeren.
Repräsentative Beispiele von verwendbaren Monomeren zur Bildung der thermotropen Flüssigkristallpolymere umfassen: a) mindestens eine Verbindung einer aromatischen Dicarbonsäure, b) mindestens eine Verbindung einer aromatischen Hydroxycarbonsäure, c) mindestens eine aromatische Diolverbindung, d) mindestens ein aromatisches Dithiol (d1), ein aromatisches Thiophenol (d2) und eine Verbindung einer aromatischen Thiolcarbonsäure (d3), und e) mindestens eine aromatische Hydroxyaminverbindung und eine aromatische Diaminverbindung. Die Monomere können gelegentlich allein, aber meistens in einer Kombination der Monomere (a) und (c); (a) und (d); (a), (b) und (c); (a), (b) und (e); (a), (b), (c) und (e), oder dergleichen verwendet werden.
Beispiele der aromatischen Dicarbonsäureverbindungen a) umfassen aromatische Dicarbonsäuren wie Terephthalsäure, 4,4'-Diphenyldicarbonsäure, 4,4'-Triphenyldicarbonsäure, 2,6-Naphthalendicarbonsäure, 1,4-Naphthalenedicarbonsäure, 2,7- Naphthalenedicarbonsäure, 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- and halogen-substituierte Derivate der oben genannten aromatischen Dicarbonsäuren wie Chlorterephthalsäure, Dichloroterephthalsäure, Bromterephthalsäure, Methylterephthalsäure, Dimethylterephthalsäure, Ethylterephthalsäure, Methoxyterephthalsäure und Ethoxyterephthalsäure.
Beispiele der aromatischen Hydroxycarbonsäureverbindungen b) umfassen aromatische Hydroxycarbonsäuren wie 4-Hydroxybenzoesäure, 3-Hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-2-naphthoesäure und 6-Hydroxy-1-naphthoesäure; und alkyl-, alkoxy- and halogen-substituierte Derivative der oben genannten aromatischen Hydroxycarbonsäuren wie 3-Methyl-4-hydroxybenzoesäure, 3,5-Dimethyl-4-hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-5-methyl-2-naphthoesäure, 6-Hydroxy-5-methoxy-2-naphthoesäure, 2-Chloro-4-hydroxybenzoesäure, 3-Chloro-4-hydroxybenzoesäure, 2,3-Dichloro-4- hydroxybenzoesäure, 3,5-Dichloro-4-hydroxybenzoesäure, 2,5-Dichloro-4-hydroxybenzoesäure, 3-Bromo-4-hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-5-chloro-2-naphthoesäure, 6-Hydroxy-7-chloro-2-naphthoesäure und 6-Hydroxy-5,7-dichloro-2-naphthoesäure.
Beispiele der aromatischen Diolverbindungen c) umfassen aromatische Diole wie 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 3,3'-Dihydroxydiphenyl, 4,4'-Dihydroxytriphenyl, Hydrochinon, Resorcinol, 2,6-Naphthalendiol, 4,4'-Dihydroxydiphenylether, Bis(4-hydroxyphenoxy)ethan, 3,3'-Dihydroxydiphenylether, 1,6-Naphthalendiol, 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan und Bis(4-hydroxyphenyl)methan; und alkyl-, alkoxy- and halogen-substituierte Derivative der aromatischen Diole wie Chlorhydrochinon, Methylhydrochinon, t-Butylhydrochinon, Phenylhydrochinon, Methoxyhydrochinon, Phenoxyhydrochinon, 4-Chlorresorcinol und 4-Methylresorcinol.
Beispiele der aromatischen Dithiole (d1) umfassen Benzol-1,4-dithiol, Benzol-1,3-dithiol, 2,6-Naphthalendithiol und 2,7-Naphthalendithiol. Beispiele der aromatischen Thiophenole (d2) umfassen 4-Mercaptophenol, 3-Mercaptophenol und 6-Mercaptophenol. Beispiele der aromatischen Thiolcarbonsäure (d3) umfassen 4-Mercaptobenzoesäure, 3-Mercaptobenzoesäure, 6-Mercapto-2-naphthoesäure und 7-Mercapto-2-naphthoesäure.
Beispiele der aromatischen Hydroxyaminverbindungen und der aromatischen Di aminverbindungen e) umfassen 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-1-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-Diaminotoluol, 4,4'-Ethylendianilin, 4,4'-Diaminodiphenoxyethan, 4,4'-Diaminodiphenylmethan (Methylendianilin) und 4,4'-Diaminodiphenylether (Oxydianilin).
Thermotrope Flüssigkristallpolymere werden aus den oben genannten Monomeren durch eine Vielzahl von Veresterungsverfahren hergestellt wie z. B. Schmelzacidolyse (melt acidolysis) oder Schlämmpolymerisation (slurry polymerisation) oder ver gleichbare Verfahren. Das Molekulargewicht der Flüssigkristallpolyester, die vorzugsweise verwendet werden können, kann zwischen etwa 2000 bis 200000 und bevorzugt zwischen 4000 bis 100000 liegen. Die Bestimmung des Molekulargewichts kann z. B. entweder durch Bestimmung der endständigen Gruppen eines komprimierten Films gemäß der Infrarotspektroskopie oder durch Gelpermeationschromatographie (GPC) erfolgen.
Thermotrope Flüssigkristallpolymere können entweder allein oder in einer Mischung von mindestens zwei derselben eingesetzt werden. Ein bevorzugtes thermotropes Flüssigkristallpolymer ist 2-Naphthalencarbonsäure, 6-(Acetyloxy)- Polymer mit 4-(Acetyloxy)-benzoesäure.
Geeignete lyotrope Flüssigkristallpolymere umfassen konzentrierte Schwefelsäurelösungen von Poly(p-phenylenterephthalamid) (PPTA), wässrige Lösungen von Seidenfibroin und wässrige Lösungen von Sericin. Ein PPTA Flüssigkristallpolymer wird in Formel I dargestellt:
Mögliche Flüssigkristallpolymere, die verwendet werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf unter anderem VECTRA^®, kommerziell erhältlich von Ticona, XYDAR^®, kommerziell erhältlich von Amoco Polymers, und ZENITE^®, kommerziell erhältlich von DuPont. Die oben beschriebenen Flüssigkristallpolymere und Polymermischungen sind illustrativ gegeben und nicht zur Beschränkung, da im Stand der Technik viele andere geeignete Flüssigkristallpolymere und Polymermischungen bekannt sind. Gleichermaßen können die Flüssigkristallpolymere Compatibilizer (Lösungsvermittler), Weichmacher, flammhemmende Reagenzien und andere Additive enthalten. Ferner ist vorgesehen, dass andere Dielektrika als die hier beschriebenen in Verbindung mit mindestens einer Flüssigkristallpolymerschicht bei der Herstellung von Schaltkreismaterialien, Schaltkreisen oder Mehrschichtschaltungen verwendet werden.
Verwendbare Mengen von Flüssigkristallpolymer sind kleiner oder gleich 80 Gew.-%, vorzugsweise kleiner oder gleich etwa 60 Gew.-% und weiter bevorzugt kleiner oder gleich etwa 50 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Flüssigkristallpolymerverbundstoffs. Alternativ kann die Menge an Flüssigkristallpolymer größer oder gleich etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise größer oder gleich etwa 30 Gew.-% und weiter bevorzugt größer oder gleich-etwa 40 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Flüssigkristallpolymerverbundstoffs sein.
Verwendbare Partikelfüllstoffe umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Titandioxid (Rutil und Anatase), Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Silica (Partikel und Hohlkugeln), einschließlich verschmolzenen amorphen Silica und rauchende (fumed) Silica, Korund, Wollastonit, Aramidefasern (z. B. KEVLAR von DuPont), Fiberglas, Ba₂Ti₉O₂₀, Glaskugeln, Quartz, Bornitrid, Aluminumnitrid, Siliciumcarbind, Beryllia, Alumina und Magnesia. Die Partikelfüllstoffe können allein oder in Kombination verwendet werden. Besonders bevorzugte Partikelfüllstoffe sind Rutil (Titandioxid) und amorphes Silica, da diese Füllstoffe jeweils eine hohe und eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen, wodurch sie einen großen Bereich an Dielektrizitätskonstanten in Verbindung mit einem geringen dielektrischen Verlustfaktor erlauben, die im Endprodukt durch Einstellung der jeweiligen Menge der zwei Füllstoffe der Zusammensetzung erreicht werden können.
Von den Erfindern wurde unerwarteter Weise gefunden, dass die Verwendung von Silica und/oder organischen Füllstoffen im besonderen die Z-Achsen-CTE von extrudierten Flüssigkristallpolymerfilmen verbessert. Flüssigkristallpolymerfilme tendieren zu einer signifikanten Ausrichtung während der Extrudierung. Symmetrische Filme werden gegenwärtig durch die Verwendung von einer oder mehreren gegenläufig rotierenden Gußformen, optional in Verbindung mit Blasen (bzw. einem Gebläse) erhalten, was die Zeit und die Kosten der Herstellung stark erhöht. Die Verwendung von Füllstoffen, um symmetrische Filme zur Verfügung zu stellen, stellt daher einen bedeutenden Vorteil der Herstellung dar. Ein Bereich an Teilchengrößen kann verwendet werden in Abhängigkeit von der gewünschten Dielektrizitätskonstante, der Gegenwart anderer Füllstoffe und ähnlicher Berücksichtigungen. Geeignete durchschnittliche Partikelgrößen können daher von 1 Nanometer bis zu 10 Mikrometern variieren. Kombinationen von Teilchengrößen können ebenfalls verwendet werden, z. B. Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1–10 Nanometern zusammen mit Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1–5 Mikrometern. In einem Ausführungsbeispiel wird grobkörniges Silica, das ist Silica mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von of 0,5–5, 1–7, oder 3–10 Mikrometern verwendet. Feinkörniges Silica kann ebenfalls verwendet werden, das ist Silica mit einer Partikelgröße von 0,01–0,1 oder 0,1–0,5 Mikrometern. Silica- und/oder Polytetrafluorethylen-Füllstoffe werden bevorzugt.
Um die Haftung zwischen den Füllstoffen und dem Flüssigkristallpolymer zu verbessern, können Kupplungsreagenzien, z. B. Silane, eingesetzt werden. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass die Verwendung von Kupplungsreagenzien die Kupfer-Schälfestigkeit des dielektrischen Trägers bedeutend verbessert, insbesondere bei hohen Temperaturen. Dieses ist von Bedeutung bei der "Nachbearbeitung", das ist die Entfernung und das ersetzen von defekten aufgelöteten Bauteilen und Vorrichtungen. Eine schlechte Kupfer-Schälfestigkeit bei erhöhten Temperaturen kann zu einer beschädigten Leiterplatte bei der Nachbearbeitung führen, was Abfall produziert.
Geeignete Kupplungsreagenzien umfassen solche, die in der Lage sind, sowohl an der Oberfläche des Füllers als auch dem Flüssigkristallpolymer anzuhaften. Die Beispiele umfassen zahlreiche Verbindungen die Chrom, Silizium, Titan oder Zirkon enthalten, und Mischungen, die mindestens eine der vorher genannten Verbindungen enthalten. Ein verwendbarer chromenthaltender Adhäsionsförderer wird z. B. im US-Patent 5,904,797 von Kwei beschrieben, das eine Chrom (III) methacrylat/polyvinylalkohollösungen offenbart, um die Bindung zwischen warmgehärteten Harzen und hydrophilen Oberflächen zu verbessern.
Geeignete Titan enthaltende Verbindungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Monoalkoxytitanate wie Tetra-n-butoxytitan, Isopropyl-tri(N-ethylaminoethylamino)titanat, Isopropyltri-isostearoyl-titanat und Titandi(dioctylpyrophosphat)-oxyacetat; koordinierte Titanate wie Tetraisopropyldi(dioctylphosphito)titanat; und Neoalkoxytitanate wie Neoalkoxy-tris(dodecanoyl) Benzol-sulfonylzirkonat, Neoalkoxytri(p-N-(Beta-aminoethyl)aminophenyl)titanat. Andere Typen umfassen Chelate, quaternäre und heterocyclische Titanate.
Geeignete Zirkon enthaltende Verbindungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Neoalkoxyzirkonate wie Neoalkoxytrisneodecanoylzirkonat, Neoalkoxytris(dodecanoyl)benzol-sulfonylzirkonat, Neoalkoxytris(m-aminophenyl)zirkonat, Ammoniumzirkoncarbonat und Zirconpropionat.
Geeignete Silizium enthaltende Verbindungen umfassen eine Vielzahl von Silanen.
Eine Art verwendbarer Silane wird durch die Formel (I) dargestellt. R_4–nSiK_n (I)in der R eine Alkyl- oder Arylgruppe oder eine funktionelle Gruppe dargestellt von der Formel (II) ist C_xH_2xY (II)
Wobei x 0 bis 20 ist und Y aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus Amino-, Amido-, Hydroxy-, Alkoxy-, Halogen-, Mercapto-, Carboxy-, Acyl-, Vinyl-, Allyl-, Styryl-, Epoxy-, Isocyanato-, Glycidoxy- und Acryloxygruppen ist. K ist eine hydrolisierbare Gruppe wie Alkoxy (z. B. Methoxy, Ethoxy und dergleichen), Phenoxy, Acetoxy und dergleichen oder Halogen (z. B. Chlor); und n ist 1, 2, 3 oder 4 und vorzugsweise ist n = 3. Die in Formel (I) dargestellten Adhesionsverbesserer umfassen Halosilanes, Aminoalkoxysilane, Aminophenylsilane, Phenylsilane, heterocyclische Silane, N-heterocyclische Silane, Acrylsilane und Mercaptosilane. Mischungen von zwei oder mehr der Silanen sind anwendbar. In einem Ausführungsbeispiel ist K = OR wobei R eine Alkylgruppe mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen ist. In anderen Ausführungsbeispielen ist x ein Integer von 0 bis 10 und häufiger von 1 bis etwa 5.
Der Adhäsionsverbesserer kann ein Epoxysilan sein, dargestellt durch die Formel
Wobei R¹, R² und R³ unabhängig voneinander Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffgruppen sind; R⁴ und R⁵ sind unabhängig voneinander Alkylen- oder Alkylidengruppen; und R⁶, R⁷ und R⁸ sind unabhängig voneinander Kohlenwasserstoffgruppen. Die Kohlenwasserstoffgruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoff atomen, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Diese Kohlenwasserstoffgruppen sind vorzugsweise Alkylgruppen. Die Alkylen- oder Alkylidengruppen R⁴ und R⁵ enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome; noch weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome und noch weiter bevorzugt 1 oder 2 Kohlenstoffatome. Die Alkylen- oder Alkylidengruppen können Methylen, Ethylen, Propylen und dergleichen sein.
Der Adhäsionsverbesserer kann ein Acrylsilan sein, dargestellt durch die Formel (IV)
wobei: R⁹, R¹⁰ und R¹¹ unabhängig voneinander Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffgruppen sind; R¹² ist eine Alkylen oder Alkylidengruppe; und R¹³, R¹⁴ und R¹⁵ sind unabhängig voneinander Kohlenwasserstoffgruppen. Die Kohlenwasserstoffgruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Diese Kohlenwasserstoffgruppen sind bevorzugt Alkylgruppen (z. B. Methyl, Ethyl, Propyl und dergleichen). Die Alkylen- oder Alkylidengruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und noch weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Die Alkylen- oder Alkylidengruppen umfassen Methylen, Ethylen, Propylen und dergleichen.
Der Adhesionsverbesserer kann zusätzlich bzw. auch ein Aminosilan sein, dargestellt durch die Formel (V)
wobei R¹⁶, R¹⁷ und R¹⁹ unabhängig voneinander Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffgruppen sind; R¹⁸ und R²⁰ sind unabhängig voneinander Alkylen- oder Alkylidengruppen; R²¹, R²² und R²³ sind unabhängig voneinander Kohlenwasserstoffgrup pen; und n ist 0 oder 1. Die Kohlenwasserstoffgruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Diese Kohlenwasserstoffgruppen sind bevorzugt Alkylgruppen (z. B. Methyl, Ethyl, Propyl und dergleichen). Die Alkylen- oder Alkylidengruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und noch weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Die Alkylen- oder Alkylidengruppen umfassen Methylen, Ethylen, Propylen und dergleichen.
Mercaptosilan-Adhesionsverbesserer werden durch die Formel (VI) dargestellt:
wobei R²⁴ Wasserstoff oder eine Kohlenwasserstoffgruppe ist; R²⁵ eine Alkylen- oder Alkylidengruppe ist; und R²⁶, R²⁷ und R²⁸ sind unabhängig voneinander Kohlenwasserstoffgruppen. Die Kohlenwasserstoffgruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Diese Kohlenwasserstoffgruppen sind bevorzugt Alkylgruppen (z. B. Methyl, Ethyl, Propyl und dergleichen). Die Alkylen- oder Alkylidengruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und noch weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Die Alkylen- oder Alkylidengruppen umfassen Methylen, Ethylen, Propylen und dergleichen.
Vinyl-Adhesionsverbesserer werden durch die Formel (VII) dargestellt:
wobei R²⁹, R³⁰, R³¹, R³³ und R³⁷ unabhängig voneinander Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffgruppen sind; R³², R³⁴ und R³⁶ sind unabhängig voneinander Alkylen- oder Alkylidengruppen; jedes R³⁷ ist unabhängig voneinander eine Kohlenwasserstoffgruppe; Ar ist eine Aromatische Gruppe und X ist ein Halogen. Die Kohlenwasserstoffgruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Diese Kohlenwasserstoffgruppen sind bevorzugt Alkylgruppen (z. B. Methyl, Ethyl, Propyl und dergleichen). Die Alkylen- oder Alkylidengruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und noch weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Die Alkylen- oder Alkylidengruppen umfassen Methylen, Ethylen, Propylen und dergleichen. Die aromatische Gruppe Ar kann einkernig (z.B. Phenylen) oder Mehrkernig (z. B. Napththylen) sein, wobei einkernige Gruppen und besonders Phenylen bevorzugt werden. Das Halogen, X, ist bevorzugt Chlor oder Brom, stärker bevorzugt aber Chlor.
Schließlich kann der Adhesionsverbesserer ein Bis-Silan sein, dargestellt durch Formel (VIII)
wobei R³⁸, R³⁹, R⁴⁰, R⁴², R⁴³ and R⁴⁴ unabhängig voneinander Kohlenwasserstoffgruppen sind; R⁴¹ eine Alkylen- oder Alkylidengruppe ist; und n ist 0 oder 1. Die Kohlenwasserstoffgruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Diese Kohlenwasserstoffgruppen sind bevorzugt Alkylgruppen (z. B. Methyl, Ethyl, Propyl und dergleichen). Die Alkylen- oder Alkylidengruppen enthalten bevorzugt von 1 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 6 Kohlenstoffatome und noch weiter bevorzugt 1 bis ungefähr 4 Kohlenstoffatome. Die R⁴¹-Gruppe ist vorzugsweise Alkylen (z. B. Methylen, Ethylen, Propylen und dergleichen).
Weitere anwendbare Silane umfassen Polymertypen wie Trimethoxy-, Triacetoxy-, oder Triethoxysilyl modifizierte Poly-1,2-butadiene, oder Aminoalkylsilsequioxane, wobei die Alkylgruppe 2 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome enthält, zum Beipiel gamma-Aminopropylsilsesquioxan, erhältlich unter dem Handelsnamen Silquest A-1106 von OSi Specialties, Inc.
Die Kupplungsreagenzien können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Ein bevorzugtes Kupplungsreagenz ist Silquest A-1170 oder Silquest A-174. Konkret werden die Kupplungsreagenzien (in einem optionalen Lösungsmittel) zu den Füllstoffen vor der Kombination mit den Flüssigkristallpolymeren zugegeben, obwohl eine Mischung von Flüssigkristallpolymer und Füllstoff mit dem Kupplungsreagenz behandelt werden kann. Die Wahl des Beschichtungsverfahrens ist nicht kritisch und hängt im allgemeinen von der Größe des Ansatzes ab. Die zum Füllstoff zugesetzte Menge an Kupplungsreagenz hängt vom Reagenz, von der Art des Füllstoffs, vom Typ des Flüssigkristallpolymers und ähnlichen Erwägungen ab. Im Allgemeinen wird das Kupplungsreagenz dem Füllstoff in einer Menge von ungefähr 0,001 bis ungefähr 10 Gew.-% des Füllstoffs zugegeben, bevorzugt in ungefähr 0,01 bis ungefähr 1,0 Gewichtsprozent.
Partikelfüllstoffe sind üblicherweise in einer Menge von kleiner oder gleich ungefähr 70 Gew.-%, vorzugsweise kleiner oder gleich ungefähr 60 Gew.-%, und weiter bevorzugt kleiner oder gleich ungefähr 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flüssigkristallpolymerverbundstoffs vorhanden. Alternativ ist die Menge an Füllstoff größer oder gleich 10 Gew.-%, vorzugsweise größer oder gleich 20 Gew.-% und weiter bevorzugt größer oder gleich 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flüssigkristallpolymerverbundstoffs.
Kupplungsreagenzien können verwendet werden, um die Bildung von oder die Teilnahme an kovalenten Bindungen zu fördern, die die Füllstoffoberfläche mit dem Polymer verbinden. Beispielhafte Kupplungsreagenzien umfassen 3-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan and 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan. Wenn Kupplungsreagenzien verwendet werden, können Sie in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 1 Gew.-% des Gesamtgewichts der Harzzusammensetzung zugesetzt werden.
Das Fasergewebe wird hier als gewobene oder nicht gewobene Gruppe von Fasern definiert, die in der Lage ist, die Verarbeitungsbedingungen zu überstehen, die mit der Herstellung des Flüssigkristallpolymerverbundstoffs, des Leiterplattenmaterials und der daraus geformten Schaltkreise einhergehen. Das Fasergewebe umfasst thermisch stabile Gewebe einer geeigneten Faser, vorzugsweise Glas (E, S und D-Glas) oder Hochtemperaturpolymerfasern (z. B. KODEL-Polyester von Eastman Kodak) oder Polyphenylenesulfidfasern von Phillips Petroleum. Solche thermisch beständigen Faserverstärkungen sorgen für die gewünschte strukturelle Steifigkeit des Verbundstoffs. Weiterhin ergibt die Verwendung eines Fasergewebes einen Flüssigkristallpolymerverbundstoff mit einer relativ hohen mechanischen Festigkeit.
Bevorzugte Beispiele von Fasergeweben sind in der folgenden Tabelle aufgestellt: Tabelle 1
Im allgemeinen liegt das Fasergewebe in einer Menge von weniger oder gleich etwa 50 Gew.-%, vozugsweise weniger oder gleich etwa 40 Gew.-%, und weiter bevorzugt weniger oder gleich etwa 30 Gew.-%, ausgehend vom Gesamtgewicht des Flüssigkristallpolymerverbundstoffs vor. Alternativ ist die Menge des Fasergewebes größer oder gleich 10 Gew.-%, vorzugsweise größer oder gleich 15 Gew.-% und weiter bevorzugt größer oder gleich 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flüssigkristallpolymerverbundstoffs. Im allgemeinen besitzt das Fasergewebe eine Stärke von etwa 1 bis etwa 180 Mikrometern. Innerhalb dieses Bereichs ist eine Stärke von mehr als etwa 25 Mikrometern bevorzugt, wobei mehr als etwa 40 Mikrometer stärker bevorzugt werden und mehr als etwa 60 Mikrometer besonders bevorzugt werden. Ebenso in diesem Bereich ist eine Stärke von weniger als etwa 150 Mikrometer bevorzugt, wobei weniger als etwa 125 Mikrometer stärker bevorzugt werden und weniger als etwa 100 Mikrometer besonders bevorzugt werden. Die Stärke des Flüssigkristallpolymerverbundstoffs ist bevorzugt von etwa 1 bis etwa 180 mils (ungefähr 0,025 bis ungefähr 3,05 mm).
Im Allgemeinen wird der Flüssigkristallpolymerverbundstoff wie folgt hergestellt. Als erstes werden das Flüssigkristallpolymer, Partikelfüllstoffe und etwaige optionale Bestandteile, z. B. Kupplungsreagenzien, Silane oder dergleichen, innig vermischt, um eine innige Mischung mit einem konventionellen Rührer zu bilden, vorzugsweise in der Schmelze. Die Mischtemperatur wird so reguliert, um eine wesentliche Zersetzung, Crosslinking oder andere Reaktionen der Komponenten zu vermeiden. Das Mischen wird fortgesetzt bis der Partikelfüllstoff gleichmäßig im Flüssigkristallpolymer dispergiert ist. Der Partikelfüllstoff kann mit Kupplungsreagenzien (vorzugsweise Silanen) in einem abgetrennten Reaktionsschritt zur effizienteren Nutzung der Reagenzien vorbehandelt werden. Die Mischung kann dann in einen Film oder ein Blatt mittels im Stand der Technik bekannter Verfahren geformt werden, z. B. Extrudieren oder Gießen. Der Flüssigkristallpolymer/Partikelfüllstoff-Film wird anschließend mit dem Fasergewebe, z. B. Glasfasergewebe, verbunden, um den Flüssigkristallpolymerverbundstoff zu bilden. Die Verfahren zum Verbinden des Glasfasergewebes und des Flüssigkristallpolymer/Partikelfüllstoff-Films sind vielfältig und umfassen, sind aber nicht beschränkt auf die Co-Extrudierung, Laminierung und Pulverbeschichtung gefolgt von Aufheizen auf eine erhöhte Temperatur unter Druck, um dem Flüssigkristallpolymer zu ermöglichen, in die Faserzwischenräume des Glasfasergewebes zu fließen.
Bei einem bevorzugten Verfahren zur Darstellung des Dielektrikums werden ein Flüssigkristallpolymerfilm und ein Fasergewebe bei einer Temperatur ungefähr innerhalb 10°C des Schmelzpunkts des Flüssigkristallpolymers in Verbindung gebracht, vorzugsweise unter Druck, so dass ein integriertes dielektrisches Material gebildet wird. Bekannte Verfahren können zur Darstellung eines geeigneten Flüssigkristallpolymerfilms verwendet werden, z. B. Extrudieren, Gießen, thermische Spritzen, Pulverbeschichtung und dergleichen. Extrudieren ist bevorzugt, wobei beispielsweise Flüssigkristallpolymerpellets geschmolzen und in einem Extruder gemischt werden. Füllstoffe und optionale Additive können in dem Pellet vorhanden sein oder mit dem Flüssigkristallpolymer im Extruder gemischt werden.
Die Extrusionsbedingungen können leicht vom Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet in Abhängigkeit von der Natur des Flüssigkristallpolymers, des Füllstoffs, optionaler Additive und ähnlichen Erwägungen bestimmt werden. Vorzugsweise werden Temperatur und Druck so gewählt, um eine deutliche Zersetzung oder Crosslinking der Komponenten zu vermeiden. Geeignete Extrusionsbedingungen für Flüssigkristallpolymere sind im Allgemeinen ungefähr 200°C bis ungefähr 400°C. Innerhalb dieses Bereichs ist eine Temperatur von mehr als etwa 220°C bevorzugt, wobei mehr als 240°C stärker bevorzugt sind und mehr als 280°C besonders bevorzugt sind. Ebenfalls innerhalb dieses Bereichs ist eine Temperatur von weniger als etwa 380°C bevorzugt, wobei weniger als etwa 360°C stärker bevorzugt sind und weniger als 340°C besonders bevorzugt sind.
Der Flüssigkristallpolymerfilm wird typischerweise mit einer Stärke von etwa 25 Mikrometer bis etwa 200 Mikrometern ausgeformt. Innerhalb dieses Bereichs ist eine Stärke von mehr als etwa 30 Mikrometern bevorzugt, wobei etwa 40 Mikrometer stärker bevorzugt sind und 50 Mikrometer besonders bevorzugt sind. Ebenfalls innerhalb dieses Bereichs ist eine Stärke von weniger als etwa 150 Mikrometern bevorzugt, wobei weniger als 125 Mikrometer stärker bevorzugt sind und weniger als ungefähr 100 Mikrometer besonders bevorzugt sind.
Die Flüssigkristallpolymerschicht wird mit dem Fasergewebe in Verbindung gebracht, um einen Flüssigkristallpolymer/Fasergewebe-Verbundstoff zu formen. Wie hier und im gesamten Text verwendet beziehen sich "angeordnet", "in Verbindung gebracht" und Abwandlungen davon auf einen vollständigen oder teilweisen physikalischen Kontakt zwischen den entsprechenden Materialien, Substraten, Schichten, Filmen und dergleichen. Vorzugsweise wird der Film auf das Fasergewebe extrudiert und dann mit dem Fasergewebe bei einer Temperatur innerhalb von 10°C vom Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers verbunden.
Beispielsweise kann das Fasergewebe als Träger in der Art eines Förderbandes zugeführt werden und die Flüssigkristallpolymerschicht kann auf einer freiliegenden Oberfläche des Fasergewebes angeordnet (oder extrudiert) werden. Das Fasergewebe kann Raumtemperatur aufweisen oder auf eine Temperatur von etwa 200°C bis etwa 350°C vorgewärmt sein. Innerhalb dieses Bereichs ist eine Temperatur von mehr als etwa 220°C bevorzugt, wobei mehr als 250°C stärker bevorzugt sind. Ebenfalls innerhalb dieses Bereiches ist eine Temperatur von weniger als 320°C bevorzugt, wobei weniger als 280°C stärker bevorzugt sind. Das Vorwärmen des Fasergewebes ist nützlich, wo die Kontaktzeit zwischen dem Fasergewebe und der Flüssigkristallpolymer- schicht unzureichend ist, um das Gewebe auf die Schmelztemperatur der Flüssigkristallpolymerschicht zu erwärmen.
Unter einigen Bedingungen resultiert das Extrudieren einer hinreichend fließfähigen Flüssigkristallpolymerzusammensetzung auf ein Fasergewebe in einem integrierten Polymer/Gewebe-Dielektrikum. Es ist jedoch im allgemeinen bevorzugt, die Polymerschicht und das Gewebe zwischen einem Satz Walzen bei einer erhöhten Temperatur durchzuführen, wobei eine erste Walze in physikalischem Kontakt mit mindestens dem Fasergewebe und eine zweite Walze in physikalischem Kontakt mit der Flüssigkristallpolymerschicht ist. Dieses integriert und verbindet die Flüssigkristallpolymerschicht mit dem Fasergewebe unter Bildung eines Flüssigkristallpolymerverbundstoffs. Mindestens eine der Walzen ist vorzugsweise auf eine Temperatur innerhalb von 10°C vom Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers erwärmt, was im allgemeinen zwischen etwa 200°C und 350°C ist, wobei etwa 220°C bis etwa 320°C stärker bevorzugt sind. Die andere Walze kann ebenfalls beheizt sein oder bei Raumtemperatur gehalten werden.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass weitere Lagen bei der Integration der Flüssigkristallpolymerschicht/Fasergewebe vorhanden sein können. Beispielsweise kann eine erste Flüssigkristallpolymerschicht auf einer ersten Seite des Fasergewebes integriert werden, und eine zweite Flüssigkristallpolymerschicht kann anschließend auf einer zweiten Seite des Fasergewebes integriert werden. Zusätzliche Flüssigkristallpolymerschichten oder weitere dielektrische Schichten können vorhanden sein.
Nach der Integration wird die dimensionale Stabilität des Polymer/Gewebe-Verbundstoffes angepaßt, vorzugsweise durch Wärmebehandlung. In einem beispielhaften Verfahren wird der Polymer/Gewebe-Verbundstoff durch einen Satz (oder mehrfachen Satz) Rollen bei einer Temperatur und einem Druck, wirksam zur Einstellung der dimensionalen Stabilität des Verbundstoffes, geführt. Die Anzahl der Sätze beträgt von 1 bis etwa 6, wobei 2 bis etwa 5 bevorzugt sind und 3 bis 4 stärker bevorzugt sind. Der anschließende Satz oder die Sätze werden allgemein bei einer Temperatur gleich oder kleiner der des ersten Walzensatzes gehalten, z. B. bei etwa 150°C bis etwa 320°C. Innerhalb dieses Bereichs ist eine Temperatur von mehr als etwa 175°C bevorzugt, wobei mehr als 200°C stärker bevorzugt sind und mehr als 220°C besonders bevorzugt sind. Ebenfalls innerhalb dieses Bereichs ist eine Temperatur von weniger als etwa 300°C bevorzugt, wobei weniger als etwa 280°C stärker bevorzugt sind und weniger als etwa 260°C besonders bevorzugt sind.
Wie zuvor festgestellt, ist der vorliegend beschriebene Flüssigkristallpolymerverbundstoff als Dielektrikum für Schaltkreismaterialien geeignet, wie Laminate, Verbundlagen, harzbeschichtete Leitungsschichten, von denen alle oder einige verwendet werden können Schaltkreise oder Mehrschichtschaltungen zu formen. Der Flüssigkristallpolymerverbundstoff ist besonders geeignet als ein dielektrischer Träger in Schaltkreislaminaten.
Anwendbare Leitungsschichten zur Darstellung von Schaltkreislaminaten umfassen Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Zink, Eisen, Übergangsmetalle und Legierungen, die mindestens eines der vorhergehenden (Metalle) enthalten, wobei Kupfer bevorzugt ist. Es existieren keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Stärke der Leitungsschicht, noch gibt es Beschränkungen hinsichtlich Form, Größe oder Oberflächenstruktur der Leitungsschicht. Vorzugsweise jedoch umfasst die Leitungsschicht eine Stärke von etwa 3 Mikrometern bis etwa 200 Mikrometern mit etwa 9 Mikrometer bis etwas 180 Mikrometern besonders bevorzugt. Liegen zwei oder mehr Leitungsschichten vor, kann die Stärke der beiden gleich oder verschieden sein.
Kupferleitungsschichten sind bevorzugt. Die Kupferleitungsschicht kann zur Vergrößerung der Oberfläche behandelt werden, kann mit einem Stabilisator behandelt werden, um die Oxidation der Leitungsschicht zu verhindern, oder kann behandelt werden, um eine Wärmebarriere zu bilden. Sowohl Kupferleitungsschichten mit geringer und hoher Rauheit behandelt mit Zink oder Zinklegierungswärmebarrieren sind insbesondere anwendbar, und können weiter optional eine Rostschutzschicht enthalten. Diese Kupferleitungsschichten sind beispielsweise erhältlich von Yates Foil, USA unter dem Handelsnamen "TWX" und "TW," Oak- Mitsui unter dem Handelsnamen "TOB," Circuit Foil Luxembourg unter dem Handelsnamen "TWS," und Gould Electronics unter dem Handelsnamen "JTCS." Weitere geeignete Kupferleitungsschichten sind erhältlich von Yates Foil unter dem Handelsnamen "TAX;" von Circuit Foil Luxembourg unter dem Handelsnamen "NT TOR;" von Co-Tech Copper Foil Company unter dem Handelsnamen "TAX;" und von Chang Chun Petrochemical Company unter dem Handelsnamen "PINK."
Schaltkreislaminate können unter Verwendung eines chargenweisen (batch) oder (halb)kontinuierlichen Prozesses hergestellt werden, wobei mindestens eine Schicht des Flüssigkristallpolymerverbundstoffs und jede gewünschte optionale zusätzliche Schicht, die verwendet wird, den Schaltkreis oder die Mehrschichtschaltung zu bilden, in der gewünschten Reihenfolge angeordnet werden und einen Stapel bilden. Der Stapel wird anschließend in einer Presse angeordnet, die zur Ausbildung eines Vakuums evakuiert werden kann oder auch nicht. Die Temperatur wird typischerweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 2–10°C/Minute erhöht. Erreicht die Temperatur die Soll-Laminierungstemperatur wird der Druck auf etwa 2 bis etwa 3 Megapascal (MPa) erhöht. Während die Solltemperatur von der Zusammensetzung des Dielektrikums abhängt, beträgt die Temperatur typischerweise etwa 200°C bis etwa 350°C. Der Stapel wird bei der Solltemperatur und Druck für eine hinreichend lange Zeit gehalten, um die Schichten zu verkleben, etwa 5 bis etwa 45 Minuten. Der resultierende Gegenstand wird anschließend unter Aufrechterhaltung des Solldrucks abgekühlt. Der Gegenstand kann aus der Presse entfernt werden, wenn die Temperatur etwa 100°C oder weniger beträgt, und bis zur Verwendung gelagert werden.
Eine erste beispielhafte Ausführung eines Schaltkreismaterials in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt, wobei ein Schaltkreismaterial 10 eine Leitungsschicht 14 angeordnet auf einem Dielektrikum 12 aufweist. Das Dielektrikum 12 hat ein Flüssigkristallpolymer 13, einen Partikelfüllstoff 16 und ein Gewebe 18. Alternativ kann das Gewebe 18 durch eine nicht gewebte Anordnung ersetzt sein (nicht dargestellt). Ein einseitig plattiertes Schaltkreislaminat wird zur Verfügung gestellt, wenn das Dielektrikum 12 im wesentlichen nicht fließfähig ist, (das ist ein dielektrischer Träger) und eine harzbeschichtete Leitungsschicht wird zur Verfügung gestellt, wenn das Dielektrikum 12 während der Schaltkreisherstellung fließfähig ist, z. B. während der Laminierung. Zusätzlich kann die Leitungsschicht 14 die Form einer Schaltkreisschicht haben (nicht dargestellt), um einen einseitig plattierten Schaltkreis zu bilden (nicht dargestellt).
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in 2 dargestellt, wobei ein doppelt plattiertes Schaltkreislaminat 20 einen dielektrischen Träger 24 angeordnet zwischen zwei Leitungsschichten 12, 22 enthält. Der dielektrische Träger 24 weist ein Flüssigkristallpolymer 13, einen Partikelfüllstoff 16 und ein Gewebe 18 auf. Alternativ kann das Gewebe 18 durch eine nicht gewebte Anordnung ersetzt sein (nicht dargestellt). Zusätzlich können eine oder beide Leitungsschichten 12, 22 in Form eines Schaltkreises sein (nicht dargestellt) um einen doppelt plattierten bzw. bedruckten (beschichteten) Schaltkreis zu bilden (nicht dargestellt).
Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in 3 dargestellt. 3 zeigt eine Mehrschichtschaltung 30 enthaltend eine harzbeschichtete Leitungsschicht 32 angeordnet auf einem doppelt plattierten Schaltkreis 34. Die harzbeschichtete Leitungsschicht 32 enthält ein im wesentlichen nicht fließfähiges Dielektrikum angeordnet zwischen einer Leitungsschicht 36 und einem fließfähigen Dielektitkum 40. Der doppelt plattierte Schaltkreis 34 enthält einen dielektrischen Träger 44 angeordnet zwischen einer Schaltkreisschicht 42 und einer Leitungsschicht 46. Der dielektrische Träger 44 weist ein Flüssigkristallpolymer 13, einen Partikelfüllstoff 16 und ein Gewebe 18 auf. Das fließfähige Dielektrikum 40 ist auf einer Seite der Schaltkreisschicht 42 gegenüber dem dielektrischen Träger angeordnet. Das Dielektrikum 40 weist ein Dielektrikum das keine Additive enthält, die einen Fluß behindern würden, auf. Zusätzlich weist das im wesentlichen nicht fließfähige Dielektrikum 38 einen Partikelfüllstoff 16 und ein Gewebe 18 in einer Menge auf, die kleiner als, gleich (nicht dargestellt) oder größer als (nicht dargestellt) die im dielektrischen Träger 44 verwendete Menge ist. Alternativ kann das Gewebe 18 durch eine nicht gewebte Anordnung ersetzt sein (nicht dargestellt).
4 zeigt einen Mehrschichtschaltungsträger 41 enthaltend eine alternative Ausführung einer harzbeschichteten Leitungsschicht. Hier enthält die harzbeschichtete Leitungsschicht 31 eine Leitungsschicht 36 angeordnet auf einem fließfähigen Dielektrikum 43. Das fließfähige Dielektrikum 43 ist auf einer Schaltkreisschicht 42 eines doppelt plattierten Schaltkreises auf einer Seite der Schaltkreisschicht 42 gegenüber dem Dielektrikum 44 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform enthält das fließfähige Dielektrikum 43 weniger, einschließlich gar kein (nicht dargestellt) Partikel füllstoff 16 und/oder Gewebe 18 (oder nicht gewebte Anordnung (nicht dargestellt)) und/oder Flüssigkristallpolymerverbundstoffe 13, als der dielektrische Träger 44.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mehrschichtschaltung enthaltend doppelt plattierte Schaltkreise 52, 54. Eine Verbundlage 56 ist zwischen den Schaltkreisschichten 58, 60 angeordnet. Zusätzlich ist eine harzbeschichtete Leitungsschicht 62 enthaltend eine Leitungsschicht 64 angeordnet auf einem fließfähigen Dielektrikum 66 auf einer Schaltkreisschicht 68 des Schaltkreises 52 angeordnet. Eine zusätzliche harzbeschichtete Leitungsschicht 70 enthaltend ein fließfähiges Dielektrikum 72 und eine Leitungsschicht 74 ist auf einer Schaltkreisschicht 76 angeordnet. Weiterhin kann ein im wesentlichen nicht fließfähiges Dielektrikum (nicht dargestellt) zwischen der Leitungsschicht 64 und dem fließfähigen Dielektrikum 66 und/oder zwischen der Leitungsschicht 74 und dem fließfähigen Dielektrikum 72 angeordnet sein. Ein dielektrischer Träger 78, 80 enthält ein Flüssigkristallpolymer 13, einen Partikelfüllstoff 16, ein Gewebe 18 (oder eine nicht gewebte Anordnung (nicht dargestellt). Alternativ können eines oder mehrere der Dielektrika Flüssigkristallpolymerverbundstoffe der vorliegenden Erfindung enthalten. Wie aus den vorhergehenden Beschreibungen ersichtlich ist vorgesehen, dass Dielektrika, andere Materialien enthaltend als die hier offenbarten, hier in Kombination mit den hier offenbarten Dielektrika verwendet werden können, um Schaltkreismaterialien, Schaltkreise und Mehrschichtschaltungen zu bilden.
Die unter Verwendung der Flüssigkristallpolymerverbundstoffe hergestellten Schaltkreismaterialien, Schaltkreise und Mehrschichtschaltungen, die hier als Dielektrikum beschrieben werden, besitzen eine Dk kleiner als 3,8 und eine Df kleiner als etwa 0,007 gemessen bei einer Frequenz von 1 bis 10 GHz. Sie besitzen ebenso eine gute Flammhemmung, das heißt, eine Bewertung von V-1 oder besser wie bestimmt nach dem Underwriter's Laboratory Verfahren UL-94. Sie besitzen weiterhin eine gute dimensionale Stabilität und strukturelle Steifigkeit. Die Wasserabsorption ist kleiner als 0,1% bei einer Feuchte von 50% und vorzugsweise von 90%. Die Kupferbindungsstärke bei 200°C ist vorzugsweise größer als etwa 1, bevorzugt größer als etwa 1,2 bei 200°C sowohl in der Maschinen- als auch in der Quermaschinenrichtung. CTE in der Maschinenrichtung ist vorzugsweise größer als –5 ppm, weiter bevorzugt größer als etwa 1 ppm und am meisten bevorzugt größer als 5 pp, während CTE in der Quermaschinenrichtung vorzugsweise kleiner als etwa 70 ppm, weiter bevorzugt kleiner als etwa 60 ppm und am meisten bevorzugt kleiner als etwa 50 ppm ist. Die Filme weisen weiterhin eine gute Symmetrie und Zugfestigkeit, Modulus und Längung sowohl in der Maschine als auch in der Maschinenquerrichtung auf. Bevorzugt ist das Verhältnis der Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung zur Maschinenquerrichtung kleiner als etwa 5, weiter bevorzugt kleiner als etwa 4 und am meisten bevorzugt kleiner als etwa 3. Bevorzugt ist das Modulus-Verhältnis in der Maschinenrichtung zur Maschinenquerrichtung kleiner als etwa 5, weiter bevorzugt kleiner als etwa 4 und am meisten bevorzugt kleiner als etwa 3.
Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele beschrieben, die illustrativ aber nicht einschränkend aufzufassen sind.
Beispiel 1
Bei diesen Beispielen wurde ein Flüssigkristallpolymer wie z. B. Vectra A, erhältlich von Ticona, wie oben beschrieben, unter Verwendung einer variierenden Silicamenge (0–40%) verarbeitet. Beim Herstellungsprozeß werden die Glaslagen so angeordnet, dass sie gleichmäßig zwischen den Schichten der Flüssigkristallpolymere eingelegt sind, z. B. das Flüssigkristallpolymer liegt gegen der Cu-Folie (1/2-Unze Kupfer wie NT-TOR von Circuit Foil). Das üblicherweise für diese Anwendung ausgewählte Glas ist das vom Typ 1080 von Hexcel Schwebel. Das verwendete Silica ist ein 10-Mikrometer verschmolzenes Silica üblicherweise erhältlich von MINCO oder CE Minerals. Die Laminate werden durch Anwenden von Wärme bis zu 296°C (564°F) bei einer Aufheizgeschwindigkeit von etwa 2,8°C/Minute (5°F/Minute) unter einem Druck von 1,7 × 10⁶ N/m² (250 Pfund pro inch², 250 psi) verarbeitet. Erreicht die Presse eine Temperatur von 296°C (564°F), wird der Druck auf 2,8 × 10⁶ N/m² (400 psi) erhöht und der Zustand für 15 Minuten aufrechterhalten. Nach Ablauf der Verweilzeit wird die Presse auf 93°C (200°F) mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 2,8°C /Minute (5°F/Minute) unter Beibehaltung des Drucks von 400 psi abgekühlt. Drei Zusammensetzungen wurden hergestellt: Eine 9,5 Gew.-% Silica, 53,5 Gew.-% Flüssigkristallpolymer und 37 Gew.-% Glasfasergewebe enthaltend; eine Zu sammensetzung 31 Gew.-% Silica, 47 Gew.-% Flüssigkristallpolymer und 22 Gew.-% Glasfasergewebe enthaltend und eine Kontroll-Zusammensetzung 0 Gew.-% Silica, 61 Gew.-% Flüssigkristallpolymer und 39 Gew.-% Glasfasergewebe enthaltend Tabelle 2
Wie von den oben gegebenen Daten gezeigt, wird die beste Kombination elektrischer Eigenschaften und thermischem Expansionskoeffizient (coefficient of thermal expansion (CTE)) unter Verwendung einer Kombination von Silica-Füllstoffen und Glasfasergewebe in Flüssigkristallpolymer erhalten.
Beispiel 2
Eine Probe verschmolzenen (fused) Silicas vom Hersteller, Brookes, Services, Inc., gekennzeichnet als BSI LT-30 wurde mit A-187 epoxyfunktionalisiertem Silan von OSI behandelt. Drei Kilogramm des verschmolzenen Silica wurden in einen Vee-Mixer mit einem Fassungsvermögen von 8 Quart gegeben. 30 g A-187 Silan wurden in einer Mischung aus 25 g Methylenchlorid, 20 g Dowanol-PM und 8 g dest.-Wasser gelöst. Die Silanlösung wurde zum Pulver durch die Flüssigkeitszugabesäule des Vee-Mixers über einen Zeitraum von 5 Minuten zugegeben. Der behandelte Füllstoff wurde in eine Pfanne verbracht und 16 h bei 125°C getrocknet, um das Silan auf der Silicaoberfläche zu härten.
Das gehärtete Silica wurde dann verbunden mit bei einem Gehalt von 26 Vol% Füllstoff in einer Probe von Vectra A950 LCP-Polymer in einem Zwillingsschneckenextruder und in einen Film mit einer Stärke von 0,016 mm (0,004 Inch) extrudiert.
Ein kupferplattierter Schaltkreisträger wurde durch belegen des Films mit 1080 Glasfasergewebe und Laminieren zwischen zwei Blätter der NTTOR Typ-Kupferfolie (gekauft von Circuit Foil Luxembourg) hergestellt. Das 0,079 mm (0,02 inch) starke Laminat enthielt acht Lagen des 0,0079 mm (0,002 inch) LCP-Films und vier Lagen des 1080 Glasfasergewebes.
Die Schälfestigkeit wurde unter Verwendung eines 90°-Schältesters auf 0,5 mm (1/8 inch) breiten Kupferfolien in der Maschinenrichtung (MD) und in der Maschinenquerrichtung (CMD) gemessen. Die Testproben wurden während des Schältest in 200°C heißes Öl getaucht. Tabelle 3
Wie oben in Tabelle 3 dargestellt, zeigt die Kontrollprobe eine Schälfestigkeit von ungefähr 0,6 Pfund pro Inch (pli) bei 200°C. Ein flexibler Schaltkreisträger basierend auf einem im Handel verfügbaren, ungefüllten Flüssigkristallpolymerfilm zeigte eine Schälfestigkeit von 0,6 bis 0,8 pli. Die mit dem silanbehandelten Silicafüllstoff hergestellten Schaltkreissubstrate zeigten eine mehr als doppelt so hohe Schälfestigkeit wie die Kontrolle mit Werten von 1,4 bis 1,5 pli. Dieser Wert ist größer als der eines anderen starren Trägers, der Polybutadiene enthält, der in weitverbreitetem kommerziellem Gebrauch ist.
Beispiel 3
Bei diesem Beispiel wurden Flüssigkristallpolymerfilme, die Silicafüllstoffe in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthalten, hergestellt, indem VECTRA 950A von Ticona mit den angezeigten Mengen Silica verbunden wurde. Pellets der verbundenen Verbundstoffe wurden dann zu einem Film extrudiert und die Zugfestigkeit, Modulus und prozentuale Längung wurden bestimmt. Das erhaltene Material wurde dann auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) gemäß Testverfahren ASTM D-696 getestet, und dann auf Zugfestigkeit, Zug-Modulus und prozentuale Längung nach dem Testverfahren IPC-TM-650, Verfahren 2.4.19. Die Ergebnisse wurden mit VECTRA 950A von Ticone ohne Silica und mit einem Flüssigkristallpolymerfilm von Kuraray ohne Silica verglichen. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4
Wie aus der obigen Tabelle zu entnehmen ist, sind die Silica enthaltenden Filme überraschend weniger empfindlich in Maschinenrichtung.
Die CTE-Daten für wie oben beschrieben hergestellte Filme unter Verwendung von A950 und C950 mit variierenden Mengen an Silica sind unten in Tabelle 5 dargestellt.
Tabelle 5
Während bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind, können zahlreiche Modifikationen und Substitutionen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, ohne von der Idee und dem Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung illustrativ und ohne Einschränkung beschrieben worden ist. Spezifische Ausführungsformen umfassen demgemäß, sind aber nicht beschränkt auf das folgende:
Zusammenfassung
Ein Flüssigkristallverbundstoff enthaltend ein Flüssigkristallpolymer, einen Partikelfüllstoff und ein Fasergewebe. Weiterhin offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung des Flüssigkristallverbundstoffs. Der Flüssigkristallpolymerverbundstoff ist in Schaltkreismaterialien, Schaltkreisen und Mehrschichtschaltungen anwendbar, ökonomisch herzustellen und besitzt ausgezeichnete flammhemmende Eigenschaften.

Claims

Ein Schaltkreismaterial enthaltend eine Schicht eines dielektrischen Flüssigkristallverbundstoffs, wobei der Verbundstoff aufweist ein Flüssigkristallpolymer; Partikelfüllstoffe; und ein Fasergewebe, wobei der Verbundstoff eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3,8 bei Frequenzen größer oder gleich 1 GHz, einen dielektrischen Verlustfaktor kleiner oder gleich 0,007 und eine UL-94 Bewertung von V-1 oder besser aufweist.
Schaltkreismaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfüllstoff Silica, Polytetrafluoroethylen oder eine Kombination aus Silica und Polytetrafluoroethylen aufweist.
Schaltkreismaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfüllstoff mit einem Kupplungsreagenz behandelt ist.
Schaltkreismaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundstoff weiterhin eine Wasserabsorption von weniger als 0,1 % aufweist.
Schaltkreismaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine erste Leitungsschicht enthält, angeordnet auf einer Seite der Verbundstoffschicht.
Schaltkreismaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitungsschicht aus Kupfer besteht.
Schaltkreismaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine zweite Leitungsschicht enthält, angeordnet auf einer Seite der Verbundstoffschicht gegenüber der ersten Leitungsschicht.
Schaltkreismaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitungsschicht aus Kupfer besteht.
Ein Schaltkreis enthaltend eine dielektrische Trägerschicht, wobei die dielektrische Trägerschicht aufweist ein Flüssigkristallpolymer einen Partikelfüllstoff, ein Fasergewebe; und eine Schaltkreisschicht auf der dielektrischen Trägerschicht angeordnet ist, wobei der Schaltkreis eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3,8 bei Frequenzen größer oder gleich 1 GHz, einen dielektrischen Verlustfaktor kleiner oder gleich 0,0007 und eine UL-94 Bewertung von V-1 oder besser aufweist.
Schaltkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkreisschicht aus Kupfer besteht.
Schaltkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin eine Leitungschicht enthält, angeordnet auf einer Seite des dielektrischen Substratträgers gegenüber der ersten Schaltkreisschicht.
Schaltkreis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsschicht aus Kupfer besteht.
Schaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsschicht so gemustert ist, dass sie einen zweiten Schaltkreis bildet.
Eine Mehrschichtschaltung enthaltend: einen ersten Schaltkreis, wobei der erste Schaltkreis eine erste dielektrische Trägerschicht und eine erste Schaltkreisschicht aufweist; einen zweiten Schaltkreis, wobei der zweite Schaltkreis eine zweite dielektrische Trägerschicht und eine zweite Schaltkreisschicht aufweist; und eine Verbundlage angeordnet zwischen der ersten dielektrischen Trägerschicht und der zweiten Schaltkreisschicht, wobei mindestens eine, die erste dielektrische Schicht, die zweite dielektrische Schicht oder die Verbundlage ein Flüssigkristallpolymer, einen Partikelfüllstoff und ein Fasergewebe enthält; und wobei weiter die Mehrschichtschaltung eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3,8 bei Frequenzen größer oder gleich 1 GHz, einen dielektrischen Verlustfaktor kleiner oder gleich 0,007 und eine UL-94 Bewertung von V-1 oder besser aufweist.
Mehrschichtschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkreisschichten aus Kupfer bestehen.
Mehrschichtschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine harzbeschichtete Leitungsschicht enthält, enthaltend eine erste Leitungsschicht angeordnet auf einem fließfähigen Dielektrikum, wobei das fließfähige Dielektrikum auf einer Seite der ersten Leitungsschicht gegenüber dem dielektrischen Träger angeordnet ist.
Verfahren zur Darstellung eines dielektrischen Flüssigkristallpolymerverbundstoffs aufweisend: Verbinden einer ersten Flüssigkristallpolymerschicht enthaltend einen dielektrischen Partikelfüllstoff mit einem Fasergewebe; und Durchführen des Fasergewebes und der ersten Flüssigkristallpolymerschicht zwischen mindestens zwei Walzen, wobei eine erste Walze in physikalischem Kontakt mit dem Fasergewebe und einer zweiten Walze in physikalischem Kontakt mit der ersten Flüssigkristallpolymerschicht steht, und wobei weiterhin mindestens eine Walze auf einer Temperatur innerhalb von 10°C vom Schmelzpunkt des ersten Flüssigkristallpolymers gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Flüssigkristallpolymerschicht durch Extrudieren, Gießen, thermisches Sprühen oder Pulverbeschichtung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewebe auf eine Temperatur zwischen etwa 200 bis etwa 350°C vorgewärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin aufweist, dass der Verbundstoff durch mindestens einen Satz zusätzlicher Walzen geführt wird, die auf einer Temperatur gehalten werden, die wirksam ist, dem Verbundstoff eine erhöhte X-Y Dimensionsstabilität zu geben.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin aufweist, dass das Fasergewebe mit einer zweiten Flüssigkristallpolymerschicht auf einer Seite entgegengesetzt der ersten Flüssigkristallpolymerschicht verbunden wird, und dass das Fasergewebe und die erste und zweite Flüssigkristallpolymerschicht zwischen einem zweiten Satz von mindestens zwei Walzen hindurchgeführt werden, wobei eine erste Walze in physikalischem Kontakt mit der ersten Flüssigkristallpolymerschicht, und eine zweite Walze in physikalischem Kontakt mit der zweiten Flüssigkristallpolymerschicht steht, und weiterhin mindestens eine Walze des zweiten Walzensatzes auf einer Temperatur innerhalb von 10°C vom Schmelzpunkt des zweiten Flüssigkristallpolymers gehalten wird.
Ein Flüssigkristallverbundstoff, wobei der Verbundstoff enthält ein Flüssigkristallpolymer; und einen Partikelfüllstoff, wobei der Partikelfüllstoff mit einem Kupplungsreagenz behandelt ist.
Verbundstoff nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsreagenz ein Silan ist, das an den Füllstoff und an das Flüssigkristallpolymer bindet.
Ein Flüssigkristallverbundstoff mit einem verbesserten z-Achsenkoeffizienten der thermischen Ausdehnung, wobei der Verbundstoff enthält ein Flüssigkristallpolymer; und einen Partikelfüllstoff wobei der Partikelfüllstoff Silica, Polytetrafluoroethylen oder eine Kombination aus Silica und Polytetrafluoroethylen aufweist.