Kupferbeschiehtete Kunststoffplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft kupferbeschichtete Kunststoffplatten, wie solche beispielsweise bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen Verwendung finden, und insbesondere Platten oder Tafeln dieser Art, die, wenn sie einmal zu gedruckten Schaltungen verarbeitet sind, weit stärker verbogen werden können als die bisher erhältlichen Platten, und zwar ohne dass dabei die Leiter der gedruckten Schaltungen zerstört würden.
Bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen ist das Ausgangsmaterial üblicherweise eine kupferbeschichtete Kunststoffplatte, welche im wesentlichen aus einem geformten, verstärkten Kunststoffblatt besteht, auf dessen einer oder auch beiden Seiten eine Kupferfolie befestigt ist. Die Metallfolie kann auf der Kunststoffunterlage, nachstehend Sohle genannt, mit Hilfe einer Schicht Klebstoff befestigt werden, wobei jedoch vorteilhafter- weise die angestrebte Haltung der Folie durch direktes Aufpressen des Kunststoffes auf die Folie erfolgt.
Solche Platten sind beispielsweise in der französischen Patentschrift Nr. 1342803 beschrieben.
Damit sich die kupferbeschichteten Platten zur Verwendung für gedruckte Schaltungen eignen, müssen sie eine Vielzahl von elektrischen und physikalischen Anforderungen erfüllen. Einige der wichtigsten dieser Anforderungen beruhen auf der Tatsache, dass während der Herstellung der gedruckten Schaltung die Platten in ein Bad aus geschmolzenem Lötmittel eingetaucht werden, wobei die Platten dieses Bad ohne Schaden zu nehmen überstehen müssen, so beispielsweise ohne sich zu verbiegen oder sich anderweitig physikalisch zu deformieren. Auch müssen die Platten die erforderliche physikalische Festigkeit aufweisen, damit sie zu ge druckten Schaltungen verarbeitet und unter verschiedenen Bedingungen verwendet werden können.
Zudem müssen sie in gewissen Grenzen verbogen werden können, ohne dass dabei weder die Leiter der gedruckten Schaltung noch die Trägersohle beschädigt werden.
Das Verbiegen der Platten kann unter sehr verschiedenen Umständen erfolgen. So neigen die Tafeln von gedruckten Schaltungen oder die Platten beispielsweise während der Herstellung der gedruckten Schaltungen, und insbesondere bei ihrem Eintauchen in das Löt mittelbar dazu, sich zu verbiegen. In solchen Fällen können die Platten zur Verhinderung dieser Deformationen vorsätzlich auf bestimmte Weise verbogen werden. Bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen müssen ausserdem Löcher in die Platte gebohrt werden.
Beim Zurückziehen der Bohrer können diese momentan steckenbleiben, was zu einer Verbiegung der Platte führen kann. Auch ein schlechtes Funktionieren der Einrichtung zum Einsetzen der automatischen Komponenten kann zu einem Verbiegen der Platte führen. Wenn die Verbiegung in einer solchen Richtung erfolgt, dass die Kupferfolie auf die konvexe Seite der Platte zu liegen kommt, können die Leiter der gedruckten Schaltung zerstört werden.
Üblicherweise wurde die Kunststoffsohle einer zur Verwendung für die Herstellung von gedruckten Schaltungen vorgesehenen Platte mit einer Fasereiniage verstärkt, beispielsweise einer Matte aus einem Streifen beliebig angeordneter kurzer Fasern aus Papier, Kunststoff, Glas oder dergleichen. So wird beispielsweise bei der Herstellung einer besonders geeigneten kupferbeschichteten Platte aus zerhackten Glasfasern mit einem sich in n dickflüssiger Form präsentierenden, in Wärme härtbaren Harz getränkt und dann auf die Kupferfolie gelagert, wobei dann das Ganze unter Anwendung von Wärme und Druck zusammengepresst wird, um eine kupferbeschichtete Platte zu formen.
Solche aus zerhackten Glasfasern gebildete Matten werden ühticherweise so hergestellt, dass ein durchgehender Strang oder ein Gespinst aus Glasfasern durch eine Schneid- oder Hackvorrichtung durchgelassen wird, wo bei diese Vorrichtung den Strang oder das Gespinst in Teile einheitlicher Länge zerkleinert, normalerweise solche von etwa 35 mm Länge, und diese zerhackten Teile dann auf ein sich fortbewegendes Sieb bläst, um darauf ein gleichförmiges Glasfaserkissen zu bilden, dann ein festes Polyester-Bindeharz auf dieses Kissen zu sprühen, und schliesslich das Sieb mit dem darauf liegenden Glasfaserkissen durch einen Ofen zu führen, um zuerst das Bindeharz zu schmelzen und zu verflüssigen, und dieses dann auszuhärten,
wobei die einzelnen zerhackten Glasfaserstränge zu einer gebrauchbaren Matte gebunden werden.
Obwohl Platten mit Verstärkungen aus Matten aus zerhackten Glasfasern weit verbreitet sind und eine weitgehend zufriedenstellende Sohle bilden, weisen sie eine Anzahl Nachteile auf, welche wenn möglich vermieden werden sollten. Wenn beispielsweise eine Platte einer gedruckten Schaltung dieser Art so verbogen wird, dass sich die gedruckte Schaltung auf der konvexen Seite der Platte befindet, neigen diejenigen Teile der Kupferfolie, welche die gedruckte Schaltung bilden, dazu Risse zu bilden, und zwar bereits bei Krümmungsradien, die wesentlich grösser sind als jene, bei denen die geformte Sohle bricht.
Insbesondere hat sich gezeigt, dass wenn eine solche gedruckte Schaltung mit der Trägerplatte auf immer kleiner und kleiner werdende Krümmungsradien verbogen wird, Risse in der Kupferfolie der gedruckten Schaltung bei Krümmungsradien von 62 bis 87 mm entstehen, wobei die Kunststoffsohle keinen Schaden erleidet bevor sie nicht auf einen Radius von 35 bis 50 mm verbogen wird.
Ein weiterer Nachteil der Verstärkung aus zerhackten Glasfasern liegt darin, dass, wenn eine solche Verstärkungen enthaltende geformte Platte verbogen wird, die Fasern der Matte dazu neigen, in Nähe einer besonders beanspruchten Fläche der Sohle aus der Oberfläche der Kunststoffsohle auszubrechen. Auch ist die Steifigkeit solcher Platten bei erhöhten Temperaturen, wie beispielsweise jenen, die im Lötmittelbad vorkommen, nicht so gross ist wie dies eigentlFich gewünscht wäre.
Es wäre somit wünschenswert, eine kupferbeschichtete Platte zu schaffen, welche eine Kunststoffsohle mit einer Verstärkungseinlage aufweist, welche den vorgenannten Unzulänglichkeiten nicht unterworfen ist. Es wäre ferner wünschenswert, eine kupferbeschichtete, mit Glasfasern verstärkte Kunststoffplatte zu schaffen, die, ohne Schaden zu erleiden, auf einen relativ kleinen Radius verbogen werden kann, und bei der, wenn sie für die Herstellung von gedruckten Schaltungen verwendet wird, die die gedruckte Schaltung bildenden Teile der Kupferfolie mechanisch nicht beschädigt werden bevor die Platte bis etwa zu einem solchen Radius verbogen wird, bei dem die geformte Sohle selbst bricht.
Es wäre ferner wünschenswert, eine kueschichtete, mit Glasfasern verstärkte Kunststoffplatte zu schaffen, welche bei erhöhten Temperaturen eine verbesserte Steifigkeit aufweist.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Verbiegbarkeit, welcher die Platte oder Tafel einer gedruckten Schaltung standzuhalten vermag, zur Hauptsache von der Duktilität der Kupferfolie abhängt, diese Verbiegbarkeit andererseits jedoch auch zu einem grossen Tell von der Art der Verstärkung der Kunststoffsohle abhängt. Insbesondere wurde gefunden, dass, wenn die früher verwendete Matte aus zerhack- ten Glasfasern durch eine Matte, die von durchgehenden Strängen aus Glasfasern gebildet ist, ersetzt wird, eine wesentliche Verbesserung der Biegefestigkeit erzielt wird.
Solche Matten aus durchgehenden Strängen werden etwa auf gleiche Weise hergestellt wie die Matten aus zerhackten Strängen, mit der Ausnahme, dass eine Vielzahl ; von Strängen aus Glasfasern mechanisch auf das sich fortbewegende Sieb abgelegt werden, und zwar in Form von durchgehenden Strängen anstelle von zerhackten Stücken.
Wenn eine solche Matte aus durchgehenden Strängen verwendet wird, bricht die Kunststoffsohle bei einem kleineren Radius als wenn eine Matte aus zerhackten Glasfasern verwendet würde, und insbesondere, falls die Platte zur Herstellung von gedruckten Schaltungen dient, tritt eine Beschädigung der Leiter der gedruckten Schaltung nicht auf, bevor die Platte bis etwa auf den Krümmungsradius verbogen wird, bei welchen die tragende Kunststoffsohle bricht. Diese Eigenschaft bildet ein unerwartetes Resultat, da nicht a priori vor- ausgesagt werden konnte, dass durch Ersetzen der Matte aus zerhackten Fasern durch eine Matte aus durchgehenden Fasersträngen , die Tendenz der Leiter der gedruckten Schaltung, die bisher darin bestand, beim Verbiegen der Platte mechanisch zu versagen, vermindert würde.
Es konnte ferner festgestellt werden, dass sich bei Verwendung einer Matte aus durchgehenden : Fasern strängen Platten mit gedruckten Schaltungen beim Eintauchen in das Lötmittel, welches eine Temperatur von 260 bis 2820 C aufweist, weniger deformieren und verdrehen.
Die Erfindung wird nachstehend, teilweise unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, beispielsweise noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer kupferbeschichteten Platte nach der Erfindung, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Apparates, der zur Prüfung der Biegeeigenschaften von kupferbeschichteten Platten verwendet wird.
Die in Fig. 1 gezeigte Platte 10 besteht aus einer Kupferfolie 12, an der eine Kunststoffsohle 14 festge klebt ist. Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, wird die Platte hergestellt, indem eine Matte aus durchgehenden Strängen aus Glasfasern auf eine I (upfer- folie aufgelegt, dann mit einem flüssigen Harzgemisch durchtränkt und unter Wärme und Druckanwendung zusammengepresst wird, um die verstärkte Sohle 14 zu bilden. In Fig. 1 ist ein Teil der Kupferfolie 12 weggebrochen, um die obere Seite der Sohle 14 sichtbar zu machen, und insbesondere das quer verlaufende verdrillte Muster der durchgehenden Stränge der Verstärkungseinlage aus Glasfasern.
Um die bei Verwendung der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile noch weiter zu illustrieren, wird nachfolgendes Beispiel der Herstellung und der vergleichenden Prüfung von zwei Platten dargelegt, wobei von diesen Platten die eine (Platte A) eine Verstärkung aus zerhackten Glasfasern und die andere (Platte B) eine Verstärkung aus durchgehenden Glasfasersträngen aufweist.
Platte A
Eine zähflüssige, in Wärme härtbare Harzmischung wurde wie folgt präpariert:
Einer Lösung aus 32 Teilen (Gewicht) Methylmetha cryiatpolymer in 58 Teilen Methylmethacrylatmonomer wurden 56 Teile eines 68-prozentigen chlorierten Diphenyls (Arochlor), 20 Teile Antimontrioxyd, 33 Teile Kalziumsulfat und 11 Teile eines Füllmaterials (Satintone Nr. 1) beigefügt. Dem daraus resultierenden Gemisch wurden 2 Teile Polyäthylen-Glycol-Dimethacrylat- Ester (Monomer MG-1), 0,5 Teile Benzolperoxyd und 1 Teil maleinsäurehaltiger Anhydrid - Äthylen - Glycol- Polyester mit einer Säurezahl 114 beigegeben.
500 g des auf diese Weise zubereiteten Formharzes wurden auf ein Blatt einer oxydbehandelten Kupferfolie von 0,035 mm Dicke und einer Abmessung von 37,7 )/ 37,7 cm gegeben. Das Formharz wurde mittels einer Spachtel in Form einer im wesentlichen gleichförmig dicken Schicht über die Kupferfolie verteilt, unter Belassung eines Abstandes von etwa 37 mm von den Rändern der Folie. Das Harz wurde mit einem Blatt einer Verstärkungsmatte aus zerhackten Glasfasersträngen (Ferro Corp., Typ PE Uniformat) abgedeckt. Die Abmessungen des Blattes betrugen 37,7 X 37,7 cm und sein Gewicht etwa 5 g/dm2. Ein Rand aus Baumwollgarn wurde entlang der Kanten der Matte angeordnet. um als Dichtung zum Einschliessen des Formharzes während dem nachfolgenden Formvorgang zu dienen.
Das Garn verlief parallel zu den Seiten der Matte und etwa im Abstand von 12 mm von den Rändern. Der Garn streifen hatte solche Abmessungen, dass er während dem Verformen in der Presse um etwa 1 mm zusammengepresst werden konnte. Die Matte wurde mit einem Pergamentpapier abgedeckt und das Ganze zum Pressen zwischen Metallplatten eingelegt.
Das eigentliche Formen wurde in einer Presse durchgeführt, deren Platten auf 1130C erhitzt wurden. Die Presse wurde rasch geschlossen, um innerhalb 30 Se kunden nach Einbringen des Schichtgeibildes dieses zu berühren. Der Druck wurde dann über 30 bis 60 Sekunden nach Einbiegen des Schichtgebiildes dieses zu und der Druck wurden während 12 Minuten aufrechterhalten, wonach die Presse geöffnet, die fertig geformte Platte der Presse entnommen und auf Raumtemperatur abgekühlt wurde.
Platte B
Diese Platte wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie die Platte A, mit der Ausnahme, dass zur Verstärkung der Kunststoffsohle anstelle der Matte aus zerhackten Fasern eine solche aus durchgehenden Glasfasersträngen (Owens Corning Fiberglass Typ Mm621) verwendet wurde.
Um die Biegeeigenschaften der beiden Platten miteinander vergleichen zu können, wurden Probestücke jeder Platte mit Abmessungen von etwa 62 > < 200 cm vorbereitet. Die Probestücke wurden geätzt um ein gewundenes Leitermuster, das sich in Längsrichtung der Probestücke erstreckte, um eine gedruckte Schaltung zu bilden. Die Biegeeigenschaften der Proben wurden unter Verwendung eines Satzes zylindrischer Dorne mit Durchmessern von 3" bis 8", abgestuft um je 1/2", bestimmt.
Fig. 2 der Zeichnung zeigt die verwendete Prüfvor. richtung, welche aus einem Ständer 20 besteht, an dessen oberem Ende eine horizontale Stange 22 befestigt ist, welche zur Aufnahme und zum Festhalten eines zylindrischen Domes 24 dient. Das Verbiegen der Probestücke wurde mittels eines Hebels 26 durchgeführt, welcher bei 28 an einem Ständer 20 befestigten 30 angelenkt ist. Zur Durchführung der Prüfungen wurde ein Probestück 32 auf den Dorn 24 aufgelegt, und zwar mit der kupfertragenden Seite zuoberst und seiner Längsachse senkrecht zur Achse des Dornes verlaufend.
Die Enden des Probestückes wurden mit dem Hebel 26 wie gezeigt in der Weise verbunden, dass durch ein Herunterdrücken des Hebels das Probestück um den Dorn gebogen wurde.
Die Probestücke waren so geätzt, dass sich zwei gewundene Leiter 34 und 36 bildeten. Die Enden des Leiters 34 wurden an einen elektrischen Stromkreis mit einer 6-Volt Stromquelle 38 und eine Prüflampe 40 an gesch1Ossen. Auf ähnliche Weise wurden die Enden des Leiters 36 an einen Stromkreis mit einer Stromquelle 43 und einer Prüflampe 44 angeschlossen.
Die ganze Anordnung wurde so getroffen, dass bei Auftreten eines Bruches in einem Leiter 34 oder 36, während dem Verbiegen des Probestückes, der Bruch bzw. Unterbruch sofort durch das Auslöschen der entsprechenden Prüflampe angezeigt wurde.
Bei den Versuchen wurde jede Probe zuerst um den Dorn mit grösstem Durchmesser der ganzen Serie gebogen. Wenn kein Bruch auftrat, wurde die Probe um den Dorn mit dem nächstliegenden Durchmesser gebogen, und so weiter bis ein Bruch entweder von einem der Leiter der gedruckten Schaltung oder der Kunst stoffsohle auftrat.
Acht Proben von jeder der Platten wurden geprüft, welche die nachstehenden Resultate zeigten:
Platte A Probe Durchmesser Durchmesser
Nr. bei welchem bei welchem Leiter brachen die Kunststoffsohle brach
1 4" 4"
2 4 4"4"
3 41/2" 41/.2u
4 4 4"3"
5 4 4"3"
6 5 " 31L#
7 51/2"3lL
8 41/2" 45/2H Mittel 41G" 34/4"
Platte B Probe Durchmesser Durchmesser
Nr.
bei welchem bei welchem
Leiter brachen die Kunststoffsohle brach
1 3" 3" 2 31/2" 3
3 31/2" 31/2
4 3tal2"3" 5 3 3"3"
6 3 3"3"
7 3 3"3"
8 31/2" 3 Mittel 31/4"
Obige Werte zeigen, dass im Falle der Platte A die Leiter der gedruckten Schaltung bei einem wesenilich grösseren Durchmesser brachen als die Kunststoffsohle, während bei der Platte B Leiter und Platte etwa bei gleichem Biegedurchmesser brachen. Zudem brachen die Leiter bei der Platte B bei kleinerem Durchmesser als die Bruchdurchmesser entweder des Leiters oder der Kunststoffsohle der Platte A.
Diese Werte zeigen somit deutlich, dass bei Verwendung von einer aus durchgehenden Fasersträngen aufgebauten Verstär kungsmatten gemäss der vorliegenden Erfindung verbesserte Biegeeigenschaften erzielt werden.
Bei anderen Versuchsreihen wurden Proben der Platte A und der Platte B während mehreren Minuten in ein Lötmittelbad mit einer Temperatur von etwa 260"C eingetaucht. Es konnte festgestellt werden, dass die Proben der Platte B unter diesen Bedingungen bedeutend weniger deformiert wurden als Proben der Platte A.
Ferner konnte im Falle der Platte A festgestellt werden, dass die kurzen Fasern der Sohle ein Muster bildeten, das durch Betrachten der kupferbeschichteten Seite der Platte beobachtet werden konnte. Bei der Platte B war dieses Muster viel weniger ausgeprägt.
Dies zeigt, dass die Platte B ausser den besseren Biegeeigenschaften und der erhöhten Wärmeverbindungsfestigkeit auch ein besseres äusseres Aussehen aufwies.
Selbstverständlich wurde die vorgehende Beschrei- bung des Herstellungsverfahrens der Platten rein beispielsweise wiedergegeben. So können beispielsweise sämtliche in Wärme härtbaren Harze, die bisher der Herstellung von Platten für gedruckte Schaltungen dienten, wie beispielsweise Methacrylat, Polyester, Phenolformaldehyd, Melamin und Epoxyharze, sowie Mischungen und Verbindungen dieser Stoffe, verwendet werden.
Die weiter oben erwähnten Zusatzstoffe können entweder weggelassen werden oder aber durch andere Zusatzstoffe ersetzt werden.