ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ Российский патент 1996 года по МПК C08L61/10 C08K3/40 H01B3/08 H01B3/36 

Изобретение относится к производству материалов на основе фенолоформальдегидных смол, предназначенных для изготовления плат для печатных схем.

В настоящее время в качестве материалов для плат печатных схем широко используются пресс-материалы с листовым наполнителем (бумагой, тканью, стеклотканью), пропитанным фенолоформальдегидными смолами фольгированный гетинакс, стеклотекстолит /1/.

Обладая хорошими потребительскими свойствами, предъявляемыми к материалам для плат печатных схем (механическая и электрическая прочность), слоистые материалы имеют существенный недостаток низкую технологичность. При изготовлении из них плат заданного вида (размеры, отверстия и т.д.) требуется механическая обработка (распиловка, фрезерование, сверление отверстий) или штамповка, что делает этот процесс достаточно трудоемким. Сам процесс изготовления печатной схемы также складывается из ряда последовательных операций изготовления платы с применением вышеуказанных приемов, обработки поверхности платы с целью повышения адгезии и нанесения токопроводящего рисунка (схемы) одним из известных способов. Из-за невозможности совмещения указанных приемов во времени этот процесс является малопроизводительным.

Известно использование в производстве плат для печатных схем пресс-материала марки АГ-4 с волокнистым наполнителем непрерывным ориентированным стекловолокном, имеющим вид пакетов длиной до 60 см /2,1/.

Недостатком известного материала также является низкая технологичность, т.к. материал не обладает сыпучестью даже после предварительной резки его на порции, обеспечивающие размеры платы. Это затрудняет дозировку материала и снижает производительность процесса. Процесс же изготовления из такой платы печатной схемы по-прежнему состоит из ряда последовательных операций: сверление отверстий и т.д. Кроме того, вследствие использования в качестве наполнителя длинного (в сравнении с размерами платы) стекловолокна, при изготовлении печатной платы неизбежна анизотропия, приводящая к короблению готового изделия. Коробление в свою очередь приводит к плохо контролируемым отклонениям фактических размеров элементов схемы на плате (расстояния, например между отверстиями), что осложняет механизированный монтаж, приводит к большим допускам, снижает плотность монтажа и вызывает внутренние напряжения в схеме.

Повысить технологичность и производительность процесса изготовления плат и печатных схем в целом позволяет использование фенольного электроизоляционного пресс-порошка марки Э1-340-02, исходная композиция которого содержит смесь резольной фенолоанилино формальдегидной и новолачной фенолоформальдегидной смол (ФФС), органический наполнитель древесную муку, отверждающие, смазывающие и красящие вещества /2/.

Известный фенопласт обладает сыпучестью, легко дозируется и обеспечивает возможность совместить в одной стадии прессования весь процесс изготовления печатной схемы.

Однако и этот материал имеет существенные недостатки. Низкая электрическая прочность (13 кВ/мм) ограничивает величину эксплуатационных напряжений и, следовательно, область применения на уровне бытовых приборов. Невысокая теплостойкость (125^oС) затрудняет пайку припоями элементов схемы на плате. Кроме того, материал имеет высокую усадку (0,4-0,8) и низкое изгибающее напряжение при разрушении (58,8 МПа), что приводит к короблению плат прямоугольных пластин небольшой толщины (до 1,5 мм) со значительно превосходящей ее площадью поверхности в процессе отверждения материала. Это ограничивает размеры плат, которые можно изготавливать из материала Э1-340-02.

Материал имеет также высокое водопоглощение (55 мг), что осложняет возможность мокрых (например, гальванических) обработок изготовленной заготовки платы и предполагает использование готовой схемы в атмосфере относительно сухого воздуха. Повышенное водопоглощение приводит к нестабильности электроизоляционных показателей при колебаниях влажности воздуха. Последнее заставляет использовать платы, изготовленные из известного материала лишь в тех условиях, когда температура воздуха не понижается ниже точки росы, что осуществимо только в отапливаемых помещениях. Высокое водопоглощение способствует также короблению платы уже в условиях эксплуатации при колебаниях влажности воздуха и возникновению нестабильности размеров элементов схемы (расстоние между проводящими дорожками и др.) и возникновению внутренних напряжений. В целом высокое водопоглощение материала Э1-310-02 позволяет изготавливать лишь относительно несложные схемы с малой плотностью монтажа и, относительно невысокими эксплуатационными характеристиками.

Технической задачей изобретения является создание электроизоляционного материала для плат печатных схем, имеющего высокие изгибающее напряжение при разрушении, электрическую прочность и теплостойкость при низкой усадке и водопоглощении, что обеспечит получение широкого ассортимента качественных плат и расширит область применения.

Эта задача решается тем, что композиция для плат печатных схем на основе электроизоляционного фенопласта содержит пылевидную фракцию с размером частиц менее 0,7 мм фенопласта с минеральным наполнителем и дополнительно стеклопорошок при их массовом соотношении, равном 70-90:10-30. Пылевидная фракция образуется в процессе измельчения фенопластов, отделяется на стадии рассева и имеет размер частиц менее 0,7 мм.

Использование пылевидной фракции с размером частиц менее 0,7 мм обеспечивает возможность ввода дополнительного количества минерального наполнителя стеклопорошка в фенопласт и повышения его общего содержания в конечном продукте до 60-80 с одновременным сохранением технологичности материала при переработке его в готовые изделия с хорошим внешним видом (без выступания наполнителя).

Увеличение степени наполненности материала в свою очередь ведет к повышению его сопротивления напряжениям, возникающим в процессе отверждения, что исключает коробление готовых плат.

При использовании фенопласта с размером частиц более 0,7 мм этого эффекта не наблюдается.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример 1.

В смеситель при работающей мешалке загружают компоненты композиции по изобретению по одной из рецептур, приведенной в таблице 1. Компоненты перемешиваются при комнатной температуре до получения однородной массы.

Характеристика готового материала приведена в таблице 2.

В примерах используется пылевидная фракция пенопластов следующих марок.

Э33-010-48 на основе новолачной ФФС, наполнителей (стеклопорошок, каолин и тальк), пластификатора с добавками отверждающих, стабилизирующих, окрашивающих, смазывающих веществ и воды (ТУ-6-05-231- -231-85); -Э38-0124-48 на основе новолачной ФФС, наполнителей (стеклопоpoшок, каолин, тальк) с добавлением отверждающих, окрашивающих и смазывающих веществ (ТУ 6-07-296-89); Э39-0127-48 на основе новолачной ФФС, наполнителей (стеклопорошок, каолин) с добавками отверждающих, окрашивающих и смазывающих веществ (ТУ 6-07-406-90);
Э28-0118-81 на основе новолачной ФФС, минерального наполнителя (асбест, стеклопорошок) с добавками отверждающих, смазывающих и красящих веществ (ТУ 6-07-443-93).

Из данных таблицы 2 видно, что предлагаемая композиция обладает высокими прочностными электроизоляционными свойствами и теплостойкостью, а также пониженными и стабилизированными усадкой и водопоглощением, превосходя по величине этих показателей как прототип, так и элетроизоляционные фенопласты, пылевидная фракция которых является ее основой.

Так, величина изгибающего напряжения при разрушении предлагаемой композиции в 2,9-3,3 раза выше, чем у прототипа; электрическая прочность в 1,6-1,7 раза.

Преимуществом материала по изобретению является (при рациональном заполнении пресс-формы для прессования) практически полное отсутствие анизотропии механических свойств вследствие пренебрежимо малых размеров частиц стеклопорошка (не более 0,25 мм) по сравнению с размерами платы. Изотропность способствует снятию внутренних напряжений и снижению возможностей коробления. Материал по изобретению прошел испытания в условиях НПО "Авангард" (г.Санкт-Петербург) в процессе производства печатных схем одностадийным методом литьевого прессования. Брак по короблению готовых изделий отсутствовал.

Низкое водопоглощение (в 8-10 раз меньше, чем у прототипа материала Э1-340-02) дает возможность расширить области применения печатных плат и расширить применимость технологических приемов изготовления элементов схем, включая гальванические процессы.

Использование композиции по изобретению позволит внедрить простой и высокопроизводительный способ изготовления печатных схем, совмещающий стадии изготовления плат и схемы в целом в одной стадии прессования.

Кроме того, предлагаемое изобретение решает задачу утилизации пылевидной фракции, которая неизбежно образуется в процессе производства фенольных пресс-материалов на стадии измельчения и отделяется на стадии рассева. Для электроизоляционных пенопластов марок Э33-010-48, Э38-0124-48, Э39-0127 и Э28-0118-81 пылевидная фракция составляет до 25 от объема их производства. Обычный прием возврата ее в производство путем ввода в исходную сырьевую композицию без ухудшения электроизоляционных свойств возможен только в пределах 10 Поэтому неизбежным является образование невостребованного от хода пылевидной фракции в количестве 15 который не имеет в настоящее время квалифицированной утилизации. Использование его в данном изобретении позволит решить проблему. ТТТ1 ТТТ2

Использование: для изготовления печатных плат. Сущность: композиция содержит пылевидную фракцию менее 0,7 фенопластов с минеральным наполнителем и стеклопорошок при их массовом соотношении, равном 70-90:10-30. 2 табл.

Электроизоляционная полимерная композиция для печатных плат, содержащая пресс-материал на основе фенолформальдегидной смолы, отличающаяся тем, что в качестве пресс-материала она содержит пылевидную фракцию с размером частиц менее 0,7 мм фенопласта с минеральным наполнителем и дополнительно стеклопорошок при их массовом соотношении 70-90 10-30.