Подложка для платы печатных схем и способ ее изготовления

 

Область использования: электротехника, электроника, изготовление радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: подложку для платы печатных схем выполняют в виде многослойной структуры из листов волокнистого материала, содержащего базальтовое и целлюлозное волокна в массовом соотношении 1-19: 1 соответственно. Листы пропитывают полимерным связующим, собирают в пакет и прессуют. Подложка характеризуется улучшенными электроизоляционными свойствами и стабильными диэлектрическими характеристиками после кондиционирования в условиях повышенной температуры и влажности. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к подложкам для платы печатных схем и способу ее изготовления, и находит широкое применение в электротехнике, электронике и других отраслях машиностроения.

Обычная плата печатной схемы содержит электроизоляционную подложку, облицованную с одной или с двух противолежащих сторон. Для обеспечения надежной работы схемы плата должна обладать высокой электрической прочностью и высоким удельным объемным сопротивлением.

Известна подложка для платы печатных схем из электротехнического гетинакса [1] который представляет собой листовой волокнистый слоистый прессованный материал, изготовленный из двух и более слоев бумаги, пропитанный полимерным связующим термореактивной смолой. Для изготовления гетинаксов наиболее широко применяется бумага, изготовленная из сульфатной целлюлозы. Способ изготовления указанной подложки заключается в следующем.

Бумагу пропитывают раствором смолы определенной концентрации и сушат при температуре 100-140^oC на пропиточных машинах со скоростью 10-60 м/мин. На выходе из сушильных камер пропитанную бумагу нарезают на листы, которые затем сортируют и собирают пропитанные листы в пакеты в зависимости от требуемой толщины готовых листов. Прессование пакетов производят в многоэтажных гидравлических прессах при 150-160^oC и давлении 6-10 МПа. Время выдержки принимают из расчета 2-5 минут на 1 мм толщины прессуемого листа для гетинакса, изготавливаемого на основе фенольных смол, и 7-10 мин. на 1 мм для гетинакса на основе эпоксидных смол. После окончания выдержки при высокой температуре листы гетинакса охлаждают без снятия давления до комнатной температуры, затем снимают давление, пакеты вынимают из пресса, обрезают и упаковывают.

Указанная подложка из гетинакса характеризуется низкими диэлектрическими свойствами, которые еще более ухудшаются после кондиционирования в условиях повышенных влажности и температуры.

Известна подложка для платы печатных схем, изготовленная из волокнистого материала, который помимо целлюлозных волокон содержит волокна из стекла (стеклогетинакс)[2] Удельное объемное электросопротивление указанной подложки из стеклогетинакса составляет 1-1,2·10¹²0м·м, а после кондиционирования в течение 96 ч при температуре 23^oC и влажности 93% эта величина составляет 1,0·10¹¹-1,2·10¹¹0м·м. Изготовление указанной подложки проводят путем пропитки листов волокнистого материала, состоящего из целлюлозных и стекловолокон, полимерным связующим, сушки пропитанных листов в сушильных камерах, затем сборки пропитанных высушенных листов в пакеты требуемой толщины и термопрессования их. Однако по своим электроизоляционным свойствам указанная подложка уступает диэлектрическим материалам на основе стекловолокон, например, стеклотекстолитам. Кроме того, для указанной подложки характерно резкое ухудшение диэлектрических свойств после кондиционирования в условиях повышенной влажности и температуры. В основу изобретения положена задача подобрать такой волокнистый материал для изготовления подложки для платы печатных схем, чтобы обеспечивалось улучшение электроизоляционных свойств подложки и повышение стабильности ее диэлектрических характеристик после кондиционирования в условиях повышенной температуры и влажности, а также разработать способ изготовления подложки из этого подобранного материала.

Поставленная задача решается тем, что в подложке для платы печатных схем, выполненной в виде многослойной структуры из листов волокнистого материала, содержащего целлюлозное волокно, пропитанных полимерными связующими, согласно изобретению, в качестве волокнистого материала, содержащего целлюлозное волокно, используют материал, дополнительно содержащий базальтовое волокно и имеющий следующий состав, в мас.

базальтовое волокно 50-95 целлюлозное волокно 5-50 Заявляемая подложка, содержащая волокнистый материал из целлюлозных и базальтовых волокон, обладает более высокими диэлектрическими свойствами по сравнению с известной подложкой из стеклогетинакса. Так, например, удельное объемное электросопротивление заявляемой подложки составляет 2,5·10¹²-4·10¹²0м·м (известной подложки из стеклогетинакса 1-1,2·10¹²0м·м), а после кондиционирования в течение 96 часов при температуре 23^oC и влажности 93% эта величина для заявляемой подложки составляет 1,0·10¹²0м·м 1,2 ·10¹²Ом·м (для известной подложки из стеклогетинакса 1·10¹¹-1,2·10¹¹0м·м). Задача также решается тем, что в способе изготовления подложки для платы печатных схем, включающем пропитку листов волокнистого материала, содержащего целлюлозное волокно, полимерным связующим, сушку, сборку пропитанных листов в пакеты и их термопрессование, согласно изобретению, в качестве волокнистого материала, содержащего целлюлозное волокно, используют материал, в который дополнительно вводят базальтовое волокно в массовом соотношении с целлюлозным волокном 1-19:1 соответственно.

В качестве полимерного связующего предпочтительно используют связующее на основе эпоксидной смолы или ее смеси с феноло-формальдегидной смолой в соотношении 1:1.

Введение в состав волокнистого материала, содержащего целлюлозное волокно, базальтового волокна в заявленном диапазоне концентраций позволяет улучшить процесс взаимодействия волокнистого материала с полимерным связующим на стадии пропитки, а также, вероятно, оказывает влияние на процесс полимеризации связующего при термопрессовании. Авторы предлагают, что данный эффект обусловлен повышенным содержанием оксидов железа (до 14 мас.) в базальтовых волокнах, по сравнению со стекловолокнами, которые содержат не более 0,05 мас. оксидов железа. Все это обеспечивает улучшение электроизоляционных свойств заявляемой подложки и повышает стабильность ее диэлектрических характеристик после кондиционирования в условиях повышенной температуры и влажности.

Заявляемая подложка для платы печатных схем имеет многослойную структуру, выполненную из листов волокнистого материала, состоящего из 50-95 мас. базальтового волокна и 5-50 мас, целлюлозного волокна. В качестве базальтовых волокон можно использовать волокна, имеющие диаметр 0,3-30 мкм. Массовые соотношения указанных волокон подобраны таким образом, чтобы обеспечить высокие диэлектрические характеристики заявляемой подложки.

При использовании волокнистого материала с содержанием базальтовых волокон менее 50 мас. и соответственно целлюлозных более 50 мас. его влияние на диэлектрические свойства подложки для платы печатных схем резко снижается. В тоже время, если волокнистый материал содержит более 95 мас. базальтовых волокон и соответственно целлюлозных волокон менее 5 мас. то он теряет свою механическую прочность, что не позволяет провести процесс пропитки волокнистого материала полимерным связующим.

Способ изготовления заявляемой подложки осуществляют следующим образом.

Листы волокнистого материала, состоящего из базальтового и целлюлозных волокон, пропитывают полимерным связующим. После пропитки их сушат при температуре 80±5^oC. По окончании сушки пропитанные листы собирают в пакеты требуемой толщины и осуществляют термопрессование. Затем их охлаждают без снятия давления до комнатной температуры, после чего давление снимают, пакеты вынимают. Полученная таким образом подложка может использоваться для изготовления платы печатных схем.

В качестве полимерного связующего для пропитки листов волокнистого материала предпочтительно используют связующее на основе эпоксидной смолы, например ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) или ее смеси с феноло-формальдегидной смолой, например, бакелитового лака БЖ-1 (ГОСТ 4559-78) в соотношении 1:1.

В дальнейшем изобретение поясняется следующими примерами изготовления заявляемой подложки для платы печатных схем.

Пример 1.

Готовят раствор эпоксидного связующего на основе эпоксидной смолы ЭД-20 (ГОСТ 10587-84). Это эпоксидное связующее содержит 100 вес.ч. указанной эпоксидной смолы и 70 вес.ч. изометилтетрагидрофталевого ангидрита (ТУ 6-09-3321-73).

Указанное эпоксидное связующее нагревают до температуры 30^oC и используют для пропитки волокнистого материала, состоящего из 30 мас. целлюлозных волокон и 70 мас. базальтовых волокон. После пропитки листы волокнистого материала сушат при температуре 80±5^oC в течение не менее 45 мин. По завершении сушки пропитанный материал сортируют и укладывают в пакеты в многоэтажном гидравлическом прессе при 160^oC и давлении 8 МПа в течение не менее 40 мин. После окончания выдержки при высокой температуре пакеты охлаждают без снятия давления до комнатной температуры, затем снимают давление, пакеты вынимают из пресса, обрезают и упаковывают.

Для сравнения готовят подложку на основе стеклогетинакса, пропитанную тем же связующим и изготовленным в аналогичных условиях.

Проводят испытания диэлектрических свойств заявляемой подложки и подложки из стеклогетинакса по стандартной методике.

Результаты измерений диэлектрических характеристик заявляемой подложки и известной подложки из стеклогетинакса представлены в табл.1.

Из приведенных в табл. 1 данных следует, что заявляемая подложка обладает более высокими диэлектрическими свойствами по сравнению с известной подложкой из стеклогетинакса.

Примеры 2-6.

Процесс изготовления подложек проводят аналогично описанному в примере 1.

Изготавливают подложки из волокнистого материала различного состава (5 вариантов состава). Испытания диэлектрических свойств полученных подложек проводят аналогично примеру 1.

Результаты испытаний представлены в табл.2.

Из данных табл. 2 следует, что заявляемое массовое соотношение базальтовых и целлюлозных волокон в исходном волокнистом материале является оптимальным.

Пример 7.

Готовят раствор полимерного связующего на основе смеси 50 вес.ч. эпоксидной смолы ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) продукта конденсации дифенилолпропана и тетрабромдифенилолпропана с эпихлоридрином в присутствии щелочи и 50 вес.ч. бакелитового лака БЖ-1 (ГОСТ 4559-78) феноло-формальдегидной смолы резольного типа, полученной поликонденсацией фенола с формальдегидом в присутствии катализатора едкого натра. Указанное связующее нагревают до температуры 30^oC и используют для пропитки волокнистого материала, состоящего из 70 мас. базальтовых волокон и 30 мас. целлюлозных волокон. Далее изготавливают подложку для платы печатных схем аналогично описанному в примере 1.

Результаты измерения диэлектрических свойств полученной подложки приведены в табл.3.

Источники информации 1. Справочник по электроизоляционным материалам. М. Энергоатомиздат, 1986,т.1, с.313-315.

2. Справочник по электроизоляционным материалам. М. Энергоатомиздат, 1986, т.1, с.315-317.

Формула изобретения

1. Подложка для платы печатных схем, выполненная в виде многослойной структуры из листов волокнистого материала, содержащего целлюлозное волокно, пропитанное полимерным связующим, отличающаяся тем, что в качестве волокнистого материала, содержащего целлюлозное волокно, используют материал, дополнительно содержащий базальтовое волокно и имеющий следующий состав, мас.

Базальтовое волокно 50 95 Целлюлозное волокно 5 50 2. Способ изготовления подложки для платы печатных схем, включающий пропитку листов волокнистого материала, содержащего целлюлозное волокно, полимерным связующим, сушку, сборку пропитанных листов в пакеты и их термопрессование, отличающийся тем, что в качестве волокнистого материала, содержащего целлюлозное волокно, используют материал, в который дополнительно вводят базальтовое волокно в массовом соотношении к целлюлозному волокну 1-19:1 соответственно.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего используют связующее на основе эпоксидной смолы или смесь эпоксидной смолы с фенолоформальдегидной смолой в соотношении 1:1.

РИСУНКИ

Рисунок 1