ES2204901T3

ES2204901T3 - Sustrato de circuito impreso.

Info

Publication number: ES2204901T3
Application number: ES93911363T
Authority: ES
Inventors: Joseph Maoz; Michael Kadishevitz
Original assignee: M Rad Electromagnetic Technology Ltd
Current assignee: M Rad Electromagnetic Technology Ltd
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 2004-05-01
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: DE69333142T2; CA2136855C; DK0642412T3; IL105753A; DE69333142D1; ATE247376T1; EP0642412B1; IL105753A0; EP0642412A1; EP0642412A4; CA2136855A1; KR100256154B1; WO1993024313A1; JPH08501185A; AU680823B2; AU4252693A

Abstract

UNA PLACA DE CIRCUITOS IMPRESOS QUE TIENE SUSTRATOS ALVEOLARES DE CONSTANTE DIELETRICA BAJA Y BAJO FACTOR DE DISIPACION, Y TECNICAS PARA HACER PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESOS, Y CIRCUITOS IMPRESOS QUE USAN TALES SUSTRATOS. EL SUSTRATO TIENE UNA CONSTANTE DIELECTRICA MENOR DE 1''5, Y UN FACTOR DE DISIPACION MENOR DE 10-2, MAS PREFERENTEMENTE POLIMETILACRILIMIDA. SE COLOCA UNA CAPA CONDUCTORA SOBRE LA SUPERFICIE DEL SUSTRATO, USANDO DEPOSICION QUIMICA O MEDIANTE EL USO DE ADHESIVOS ADECUADOS. EL CIRCUITO IMPRESO PUEDE IMPRIMIRSE MEDIANTE TECNICAS CONVENCIONALES TALES COMO ATAQUE QUIMICO, CON MATERIALES MORDIENTES ADECUADOS.

Description

Sustratos de circuito impreso.

Campo y antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a sustratos para placas de circuitos impresos y, más particularmente, a materiales que pueden utilizarse como sustratos de placas de circuitos impresos y métodos para el uso de tales sustratos en la fabricación de circuitos impresos.

Desde hace mucho tiempo, los circuitos impresos han sustituido a los circuitos de hilo en el amplio predominio de aplicaciones. Un circuito impreso posibilita la producción económica y fiable de muchas copias de circuitos muy complicados, que ocupan un espacio relativamente pequeño.

Para producir un circuito impreso, se realiza una lámina delgada de metal conductor, normalmente cobre o aluminio, para adherir una o más caras de un sustrato. Normalmente, el sustrato está en forma de una lámina de grosor y propiedades mecánicas apropiadas utilizada para preservar la forma de la capa conductora y dar la resistencia de la estructura. Posteriormente, la capa conductora se expone a un proceso de impresión que imprime la imagen exacta del diseño del circuito sobre la superficie conductora. Entonces, se utilizan técnicas de ataque para eliminar ciertas partes de la capa conductora para dejar el circuito exacto deseado.

La elección de sustrato es de gran importancia, ya que sus propiedades eléctricas afectan significativamente al rendimiento y eficacia del circuito, especialmente en frecuencias elevadas. En el futuro esto irá en aumento ya que las lógicas más rápidas, tal como las redes conductivas más densas y las frecuencias de conmutación más elevadas, requerirán cada vez más un sustrato con bajas pérdidas de disipación y constantes dieléctricas bajas.

Actualmente, se utiliza una variedad de sustratos, entre ellos, vidrio epoxídico, tetrafluoroetileno o Teflón® y Duroid®.

Aunque un sustrato de este tipo proporciona propiedades mecánicas adecuadas, sus propiedades eléctricas dejan bastante que desear. Específicamente, estos sustratos tienen constantes dieléctricas y factores de disipación que, en ciertas aplicaciones, son lo suficientemente elevados como para afectar negativamente al rendimiento y eficacia del circuito impreso. Adicionalmente, estos sustratos son relativamente costosos y de densidad relativamente elevada, aumentando de este modo tanto el coste como el peso de los circuitos impresos acabados.

Por tanto, existe una necesidad ampliamente reconocida, y sería muy deseable, tener un sustrato de placas de circuitos impresos que tengan constantes dieléctricas y factores de disipación significativamente inferiores que aquellos de los sustratos comúnmente utilizados y que, adicionalmente, sea menos costoso y de menor densidad.

Del documento US-A-4 937 585 se conoce una placa de circuito impreso que comprende un sustrato de polietileno espumoso que tiene una constante dieléctrica inferior a 1,5.

Sumario de la invención

Según la presente invención, se proporciona una placa de circuito impreso definido por las características de la reivindicación 1. Adicionalmente, se proporciona un método para realizar una placa de circuito impreso, que está definida por las características de la reivindicación 6.

Adicionalmente, según la presente invención, se proporciona una estructura de circuito impreso que está definida por las características de la reivindicación 5.

Adicionalmente, según la presente invención, se proporciona un método para realizar una placa de circuito impreso definida por las características de la reivindicación 8.

Según las características adicionales en las realizaciones preferidas, el sustrato es poliacrilimida, más preferiblemente polimetilacrilimida.

Según las características adicionales en las realizaciones preferidas de la invención descrita a continuación, la placa de circuito impreso incluye una capa conductora, normalmente de cobre o aluminio, unida, con adhesivos, a al menos una superficie del sustrato.

La presente invención trata satisfactoriamente las deficiencias de las configuraciones actualmente conocidas mediante la provisión de un sustrato, preferiblemente espuma rígida de polimetilacrilimida, para su uso en circuitos impresos que tiene constantes dieléctricas bajas y factores de disipación bajos. El uso de un sustrato de este tipo minimiza enormemente la interferencia adversa del sustrato con el funcionamiento del circuito, mejorando de este modo su rendimiento y aumentando su eficacia.

\newpage

Puede unirse una capa de material conductor a una o ambas superficies del sustrato, y/o a uno o más de sus bordes, mediante una variedad de técnicas, incluyendo la deposición química o mediante el uso de adhesivos apropiados que tienen propiedades eléctricas adecuadas.

El circuito impreso puede situarse sobre la capa conductora por medios convencionales, que incluyen la fotolitografía con ataque posterior. El ataque se lleva a cabo utilizando agentes de corrosión que son compatibles con el sustrato.

Descripción de las realizaciones preferidas

La presente invención es de una placa de circuito impreso, un conjunto de circuito impreso, y métodos de realizarlos, que implican el uso de un sustrato espumoso realizado de un material con propiedades mecánicas adecuadas y que tiene bajas constantes dieléctricas, preferiblemente inferiores a 1,5, y bajos factores de disipación, preferiblemente inferiores a 10^{2}.

Según la presente invención el sustrato espumoso de la placa de circuito impreso está realizado de poliacrilimida, más preferiblemente polimetilacrilimida (PMI) en cualquier forma, más preferiblemente de espuma rígida de polimetilacrilimida, tal como, pero no limitado a, los productos de PMI comercializados bajo el nombre de marca Rohacell. En lo que sigue a continuación, la exposición se centra en la PMI como un material ilustrativo a partir del cual pueden realizarse los sustratos según la presente invención.

La PMI tiene excelentes propiedades mecánicas, que incluyen una elevada estabilidad dimensional bajo calor, resistencia a la solvencia, y un bajo coeficiente de conductividad térmica. La PMI tiene una resistencia y módulos de elasticidad y de rigidez muy elevados. Son estas propiedades mecánicas deseables las que hacen de PMI útil en la construcción de estructuras de elevada resistencia y peso ligero, por ejemplo, en aplicaciones aeronáuticas, y también como protectores de antenas y cubiertas de radares (radomos).

La espuma de PMI puede fabricarse mediante cualquier medio adecuado, tal como mediante el espumado en caliente de láminas de copolímero realizadas de ácido metacrílico y metacrilonitrilo. Durante el espumado, el copolímero se convierte en polimetilacrilimida. Normalmente, la temperatura del espumado está por encima de 170ºC dependiendo de la temperatura exacta de la densidad y grado deseados. Tras el espumado, el bloque se enfría a temperatura ambiente.

Aparte de estas excelentes propiedades mecánicas, la PMI, especialmente en forma de una espuma ligera, también tiene extraordinarias propiedades eléctricas, tal como puede observarse a partir de la siguiente tabla, que muestra constantes dieléctricas y factores de disipación de la PMI de varias densidades totales medidas a 24 GHz y 23ºC.

Densidad (kg/m^{3})	Constante dieléctrica	Factor de disipación \cdot 10^{-2}
32	1,05	0,088
52	1,071	0,156
75	1,106	0,256
110	1,180	0,460
170	1,240	0,573
190	1,315	0,785

Tal como se demuestra en la tabla, las espumas rígidas de PMI son ligeras de peso en comparación con sustratos convencionales de circuitos impresos, tal como el Teflón. De manera más importante, las constantes dieléctricas y factores de disipación de las espumas de PMI son considerablemente menores que los valores comparables de los sustratos convencionales. Esto hace de los sustratos según la presente invención más apropiados para aplicaciones de circuitos impresos que se hacen funcionar en el intervalo de microondas (0,5 GHz y superiores). Asimismo, debería observarse que las propiedades dieléctricas de las espumas mejoran según disminuye la densidad. Para seleccionar una espuma óptima, normalmente se contrastaría la mejora en propiedades eléctricas frente al deterioro en las propiedades físicas según disminuye la densidad.

Las bajas constantes dieléctricas garantizan un ancho de banda más amplio que lo que es posible con sustratos convencionales. La baja constante dieléctrica también produce un nivel de acoplamiento mutuo inferior entre los elementos colindantes en aplicaciones de redes de antenas. Los factores de disipación bajos sirven para reducir las pérdidas y hacer el circuito más eficaz. Las bajas densidades garantizan que las placas pesarán menos y por tanto, se manejarán más fácilmente.

Es la combinación de las excelentes propiedades eléctricas y mecánicas lo que hace de la PMI y de los materiales relacionados, sustratos muy apropiados para placas de circuitos impresos.

\newpage

Para hacer de tales materiales útiles para aplicaciones tales como sustratos de placas de circuitos impresos, es necesario tener métodos de recubrimiento de una o más superficies del sustrato con un conductor, tal como cobre o aluminio. También es necesario tener maneras de imprimir un circuito en el conductor, y de atacar el conductor para producir el circuito impreso deseado. Todo esto debe realizarse sin que afecte negativamente a las propiedades mecánicas y eléctricas de la espuma de PMI.

Normalmente, la espuma rígida de PMI se suministra en láminas de varios espesores específicos y está disponible en cualquiera de las distintas densidades totales. Las láminas se obtienen mediante el corte o serrado de grandes bloques de material, lo que deja las superficies de la PMI relativamente rugosas. El sustrato también puede formarse, por ejemplo, por prensado y tratamiento en caliente, para conformar el tamaño y forma de la estructura a la que va a unirse.

Es preferible unir la capa conductora a una superficie relativamente lisa. Para este fin, puede ser deseable pulir la superficie en cuestión. Alternativamente, puede ser deseable prensar una lámina de espuma de PMI utilizando una presión adecuada durante un tiempo adecuado mientras se calienta hasta una duración apropiada. Preferiblemente, esto se lleva a cabo en una prensa que es capaz de enfriarse y calentarse alternativamente. Según penetra el calor en la lámina de PMI, las celdas exteriores dejan paso y se aprietan de manera plana, lo que aumenta la densidad total de la capa exterior. Esto sirve para aumentar la resistencia a las grietas y para alisar la superficie de la lámina.

Puede unirse una capa conductora, tal como cobre o aluminio, a la superficie de la lámina de espuma rígida de PMI de cualquier forma apropiada. Dos métodos de este tipo incluyen el recubrimiento y unión químicos utilizando adhesivos.

En el recubrimiento químico, primero se recubre la superficie del sustrato con una capa delgada, normalmente de plata, normalmente con un espesor de una micra. Posteriormente se deposita una capa de cobre o aluminio de espesor adecuado sobre la capa delgada de plata mediante el proceso de electrólisis. Normalmente, ya que la plata no puede atacarse de manera conveniente, el uso de esta técnica requiere que el circuito se imprima directamente mediante una plantilla. El uso de este método requiere adicionalmente que la superficie esté relativamente lisa, lo que puede llevarse a cabo, por ejemplo, mediante prensado con calor, tal como se ha descrito anteriormente.

La unión que utiliza adhesivos puede llevarse a cabo, al menos, de dos formas básicas. Normalmente, estos métodos no requieren que la superficie del sustrato sea lisa. Un método es recubrir primero, por pulverización o colocando una película adhesiva, la superficie del sustrato con una capa de adhesivo apropiado, preferiblemente inferior a 0,1 mm de espesor. Entonces, la capa conductora se coloca sobre el sustrato recubierto adhesivo y el sustrato y la capa conductora se presionan conjuntamente, normalmente mientras se calientes, para realizar una unión estanca.

El adhesivo puede ser cualquier adhesivo capaz de unir metal, tal como cobre o aluminio, a la superficie del sustrato. Un ejemplo de un adhesivo de este tipo es Scotch-Weld 4060 (marca comercial) realizado por 3M Company. Scotch-Weld 4060 es una película adhesiva sin soporte, activable por calor, y de resistencia elevada, que tiene una buena adhesión al metal, madera, tejidos y algunos plásticos. Para utilizar un adhesivo de este tipo, se corta una parte de película adhesiva del tamaño y forma apropiados. Entonces el sustrato y la capa conductora se unen entre sí con la película de adhesivo entre ellos y se unen conjuntamente con el calor de calentamiento hasta una temperatura mínima de 150º. Se mantiene la temperatura durante el tiempo suficiente para que el adhesivo humedezca las superficies de unión. Se aplica suficiente presión para mantener un buen contacto entre las superficies que se están uniendo durante el ciclo de calentamiento. El prensado con calor puede evitar la necesidad del, o puede reducir la importancia del, alisamiento de la superficie del sustrato anteriormente descrita.

Un segundo método de unión de una capa conductora al sustrato utilizando adhesivos es el uso de una capa conductora que se ha recubierto previamente con adhesivo. Tales materiales típicos son Duraver® CE (matriz de éster de cianato), Duraver® BT (matriz bismaleinimida triazina), Duraver® PD (matriz de poliimida), realizado por Isola, y similares.

El adhesivo utilizado en la unión de una capa conductora al sustrato es importante, ya que un adhesivo que tiene propiedades eléctricas inapropiadas afectará negativamente a las propiedades de la placa resultante. Es importante el uso de adhesivos que tengan bajas constantes dieléctricas y bajos factores de disipación en el intervalo de frecuencias de funcionamiento.

Una vez que la capa conductora se ha unido de cualquier manera adecuada al sustrato, puede imprimirse una imagen del circuito deseado sobre la superficie conductora utilizando tecnología convencional, con materiales apropiados. Entonces, puede atacarse la capa conductora impresa para eliminar el conductor no deseado y dejar detrás el circuito deseado.

El proceso de ataque utilizado puede ser cualquier técnica convencional apropiada, posiblemente con agentes químicos algo distintos para garantizar que el material de ataque utilizado sea compatible con el sustrato. Las técnicas de ataque más convencionales hacen uso de disoluciones álcali. Éstas no pueden utilizarse fácilmente con sustratos tales como PMI, ya que las disoluciones álcali atacan el sustrato. Sin embargo, debería observarse que es posible el uso de disoluciones álcali siempre que el adhesivo utilizado sea lo suficientemente espeso y/o lo suficientemente resistente a las disoluciones álcali para evitar cualquier contacto entre las disoluciones álcali y el sustrato. Para garantizar que no haya contacto entre la superficie y las disoluciones álcali, adicionalmente, puede ser necesario recubrir las superficies del sustrato, incluyendo los bordes, con un material resistente al álcali.

Cuando sea importante mantener el sustrato fuera del contacto con las disoluciones álcali, es preferible el uso de materiales de ataque en lugar de una disolución álcali, por ejemplo una disolución de Ronetch PS® realizada por LeaRonal, en ácido sulfúrico. El uso de tales agentes de ataque apropiados conduce a un circuito impreso que es comparable a aquellos obtenidos con el uso de agentes de ataque convencionales. Pero, a diferencia de los circuitos impresos convencionales, un circuito impreso que utiliza un sustrato según la presente invención es más ligero y, lo que es más importante, tiene mejores características de rendimiento y eficacia y es menos costoso.

Los sustratos según la presente invención pueden utilizarse como un circuito impreso que tiene una capa única. Alternativamente, pueden utilizarse varias capas de tales sustratos para formar un circuito impreso que tenga varias capas. En otra realización, puede formarse una estructura que presenta uno o más sustratos según la presente invención intercalados con una o más capas de uno o más sustratos convencionales, tal como Teflón.

Aunque la invención se ha descrito con respecto a una realización preferida, se apreciará que pueden realizarse muchas variaciones, modificaciones y otras aplicaciones de la invención dentro del alcance de la invención, tal como se ha definido por las reivindicaciones.

Claims

1. Placa de circuito impreso, que comprende:

(a) un sustrato espumoso realizado de poliacrilimida y que tiene una constante dieléctrica inferior a 1,5; y

(b) material eléctricamente conductor formado sobre dicho sustrato espumoso, constituyendo dicho material eléctricamente conductor una parte de un circuito eléctrico impreso.

2. Placa de circuito impreso según la reivindicación 1, en la que dicho material eléctricamente conductor está unido a dicho sustrato por medio de un adhesivo.

3. Placa de circuito impreso según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una capa conductora unida a al menos una superficie de dicho sustrato.

4. Placa de circuito impreso según la reivindicación 3, en la que dicha capa conductora está unida a dicho sustrato por medio de un adhesivo.

5. Estructura de circuito impreso, que comprende una placa de circuito impreso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

6. Método de realización de una placa de circuito impreso, que comprende:

depositar sobre un sustrato espumoso realizado de poliacrilimida y que tiene una constante dieléctrica inferior a 1,5, elementos eléctricamente conductores que constituyen una parte de un circuito impreso eléctrico.

7. Método según la reivindicación 6, en el que el depósito de dichos elementos conductores se efectúa con ayuda de adhesivo.

8. Método de realización de una placa de circuito impreso, que comprende:

(a) colocar una capa de material conductor sobre un sustrato espumoso realizado de poliacrilimida y que tiene una constante dieléctrica inferior a 1,5.

(b) tratar dicha capa conductora para eliminar partes de la capa que no forman parte del circuito, dejando el material eléctricamente conductor que constituye una parte de un circuito eléctrico impreso.

9. Método según la reivindicación 8 en el que dicha capa de material conductor está unida a dicho sustrato espumoso con adhesivo.