Verbunde aus Hochtemperaturthermoplasten und Kupfer für flexible Schaltungsträger

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1 Verbunde aus Hochtemperaturthermoplasten und Kupfer für flexible Schaltungsträger Der Technischen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg zur Erlangung des Grades DOKTOR-INGENIEUR vorgelegt von Christian Seidel Erlangen 2006

2 Als Dissertation genehmigt von der Technischen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg Tag der Einreichung: Tag der Promotion: Dekan: Berichterstatter: Prof. Dr. A. Leipertz Prof. Dr. H. Münstedt Prof. Dr. K. Feldmann

3 Berichte aus der Kunststofftechnik Christian Seidel Verbunde aus Hochtemperaturthermoplasten und Kupfer für flexible Schaltungsträger D 29 (Diss. Universität Erlangen-Nürnberg) Shaker Verlag Aachen 2007

4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Erlangen-Nürnberg, Univ., Diss., 2006 Copyright Shaker Verlag 2007 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet:

5 Gliederung I 1 Einleitung Motivation Grundlagen und Literaturübersicht Polymerfolien für flexible Schaltungsträger Metallisierung von Polymeren Metallisierungsverfahren Haftungsmechanismen Thermische Eigenschaften Übergangstemperaturen von Thermoplasten Alterung der Verbundeigenschaften unter Temperaturbelastung Thermische Ausdehnung Gefüllte Polymersysteme Vorgehensweise Folienherstellung Metallisierung Oberflächenaktivierung der Polymerfolien Klebeverbund von Kupfer- und Polymerfolien Direktmetallisierung über Physical-Vapour-Deposition (PVD) Thermische Alterung der Polymer-Kupfer-Verbunde Lötbeständigkeit der Leiterplattenverbunde Verwendete Materialien Polymerfolien Polyetheretherketon - PEEK Polyphenylensulfid - PPS Flüssigkristallines Polymer - LCP Polyimid - PI Klebstoff Kupferfolie Füllstoffe Calciumcarbonat (CaCO 3 ) Talkum...42

6 II Gliederung 6 Charakterisierungsmethoden Oberflächeneigenschaften der Polymerfolien Oberflächentopografie Laseroptische Profilmessung Rasterelektronenmikroskopie Chemische Oberflächeneigenschaften Benetzung und Oberflächenenergie Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse (ESCA) Mechanische Prüfung Zugversuch Haftfestigkeit der Metallisierung Thermische Ausdehnung der Compounds und Polymerfolien Thermomechanische Analyse (TMA) Festkörper-Dilatometrie Vergleich der Hochtemperaturthermoplasten Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Flüssigkristallines Polymer (LCP) Mechanische Folieneigenschaften Einfluss der Herstellungsparameter auf die Folieneigenschaften Vergleich von PEEK, PPS und LCP Metallisierung und Oberflächeneigenschaften Haftung einer Metallisierung Oberflächentopografie Chemische Oberflächeneigenschaften Zusammenfassung und Materialselektion Thermisches Alterungsverhalten des Leiterplattenverbundes PEEK/Kupfer Klebeverbund Alterung bei trockener Wärme Alterung bei feuchter Wärme PVD-Verbund Alterung bei trockener Wärme Alterung bei feuchter Wärme Zusammenfassung und Materialselektion...111

7 Gliederung III 9 Lötverhalten der Klebeverbunde Einfluss der maximalen Löttemperatur und des Lötverfahrens Dimensionsstabilität während des Lötens Vergleich von Folienschaltungsträgern auf Basis von PEEK und PI Zusammenfassung Reduzierung der thermischen Ausdehnung von PEEK-Folien Herstellung gefüllter PEEK-Folien Eigenschaften der gefüllten PEEK-Folien Füllstoffgehalte und -verteilung Mechanische Folieneigenschaften Thermische Längenausdehnung Metallisierung der gefüllten PEEK-Folien Metallisierungshaftung Oberflächeneigenschaften der gefüllten Folien Löteigenschaften Folienschrumpf Thermisches Alterungsverhalten Zusammenfassung Zusammenfassung Ausblick Summary Literatur Anhang Abkürzungen und Symbole...170

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