DE10115871B4

DE10115871B4 - Verfahren zur Planarisierung von Schaumstoffoberflächen, Schaumstoffträger mit planarisierter Oberfläche und dessen Verwendung für Hochfrequenzschaltungen

Info

Publication number: DE10115871B4
Application number: DE2001115871
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Voigtlaender; Roland Dr. Mueller-Fiedler; Oliver Roesch; Marco Munk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2021-03-31
Also published as: DE10115871A1

Abstract

Verfahren zur Planarisierung von Schaumstoffoberflächen, wobei auf ein Schaumstoffsubstrat (10) zumindest bereichsweise oberflächlich eine fließfähige Masse mit einem Polymer in Form einer Schicht (11) aufgetragen wird, die Oberflächenunebenheiten des Schaumstoffsubstrates (10) einebnet, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftragen zunächst durch eine zeitweilige thermische Erniedrigung der Viskosität der Schicht (11) eine weitere Planarisierung der Oberfläche der Schicht (11) erfolgt, und dass danach die Schicht (11) mit der fließfähigen Masse gehärtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planarisierung von Schaumstoffoberflächen, einen Schaumstoffträger mit einer planarisierten Oberfläche sowie dessen Verwendung als Substrat für Hochfrequenzschaltungen nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Schaumstoffe stellen aufgrund ihrer Porosität ideale, verlustarme Hochfrequenzdielektrika mit geringer effektiver Dielektrizitätskonstante dar. Allerdings sind die Oberflächen derartiger Schaumstoffe, je nach Blasengröße des Schaumes, stark zerklüftet, wodurch das Aufbringen von Hochfrequenzschaltungen, beispielsweise durch strukturierte Metallisierung der Oberfläche des Schaumstoffes, erheblich erschwert ist.

Eine Möglichkeit zur Metallisierung der Oberfläche von Schaumstoffen ist in US 5,733,693 beschrieben. Dort wird eine mit einem Klebstoff versehene Metallfolie auf einen Schaumstoff auflaminiert, wobei der Klebstoff mikroskopisch kleine Klebstoffkugeln enthält, um damit Oberflächenunebenheiten aufzufüllen.

Weiter kann eine Metallisierung der Oberfläche von Schaumstoffen auch über ein einfaches Auflamininieren einer Metallfolie, beispielsweise mit einer Hilfe rückseitig auf die Metallfolie aufgebrachten Polyethylen-Klebfolie, erfolgen. Die Haftung der aufgebrachten Metallfolie auf dem Schaumstoff ist dabei aufgrund der geringen Kontaktfläche zwischen der Schaumstoffoberfläche und der aufgebrachten Folie jedoch vielfach unzureichend.

Aus JP 07096554 A ist ein Verfahren zur Planarisierung von Schaumstoffoberflächen bekannt, wobei auf ein Schaumstoffsubstrat oberflächlich eine fließfähige Masse mit einem Polymer in Form einer Schicht aufgetragen wird, die Oberflächenunebenheiten des Schaumstoffsubstrates einebnet. Jedoch ist es nicht vorgesehen, dass nach dem Auftragen zunächst eine zeitweilige thermische Erniedrigung der Viskosität der Schicht erfolgt und dass die Schicht dananch erst gehärtet wird. Auch ist es nicht beschrieben, dass eine weitere strukturierte Metallschicht auf die Polymerschicht aufgebracht werden kann.

Auch bei den in DE 24 44 405 A1 oder DE-OS 1 771 661 beschriebenen Verfahren werden organische Polymere auf eine Schaumstoffoberfläche aufgebracht und gehärtet. Dabei erfolgt die Beschichtung bei Raumtemperatur, und anschließend wird das Trocknen vorgenommen. In den Schriften wird die Oberflächenrauhigkeit der auf die Schaumstoffoberfläche aufgebrachten Schichten nicht diskutiert.

Nach der Lehre aus US 5 766 681 werden organische oder anorganische Beschichtungen auf einem Substratkörper aufgebracht, wobei die aufgebrachte Schicht durch eine Wärmebehandlung in einer Trocknungsstation getrocknet wird. Dabei ist weder eine Erniedrigung der Viskosität der aufgebrachten Schicht noch eine weitere, strukturierte Metallschicht vorgesehen.

Im Übrigen sind Schaumstoffe bzw. Herstellungsprozesse von Schaumstoffen sowie deren Verarbeitung zu Platten aus den verschiedensten Polymer-Materialien vielfach bekannt.

Ausgehend von, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren war es Aufgabe der Erfindung, die durch das Auftragen gebildete Schicht zusätzlich zu planarisieren, bevor sie anschließend gehärtet wird. Weiter war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaumstoffträger bereitzustellen, der für Hochfrequenzschaltungen mit einem Mikrostreifenleiter oder einem Koplanarleiter geeignet ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Planarisierung von Schaumstoffoberflächen sowie der erfindungsgemäße Schaumstoffträger mit planarisierter Oberfläche hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine weitere Planarisierung der Oberfläche der aufgetragenen Schicht bereits vor der Härtung erzielt wird.

Dabei ist besonders vorteilhaft, dass zum Aufbringen weiterer Schichten, beispielsweise weiterer Metallschichten, auf dem zur Planarisierung mit einer Polymerschicht versehenen Schaumstoffsubstrat unterschiedlichste, an sich bekannte Techniken wie beispielsweise eine Standard-Laminierung von Kunststoff-Folien oder auch bekannte Dünnschichtprozesse, beispielsweise fotolithographische Prozesse in Verbindung mit einer galvanischen Verstärkung, eingesetzt werden können.

Die erfindungsgemäß planarisierten Schaumstoffoberflächen mit einer darauf erzeugten Hochfrequenzschaltung, die als Dielektrikum den Schaumstoff verwendet, weisen weiter gegenüber einem einfachen Metalllaminat auf Schaumstoffplatten eine deutlich verringerte elektrische Dämpfung auf.

Vorteilhafte Weiterbildung in der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist besonders vorteilhaft, dass das Aufbringen der fließfähigen Masse auf der Oberfläche des Schaumstoffsubstrates zur späteren Ausbildung einer Polymerschicht durch vielfältige, gut beherrschbare Techniken wie Aufschleudern, Aufsprüche oder Eintauchen erfolgen kann.

Hinsichtlich der Härtung der aufgebrachten fließfähigen und planarisierten Masse kommt sowohl eine Härtung durch Temperaturbehandlung als auch eine Härtung durch Bestrahlung mit UV-Licht in Frage. Beides sind ebenfalls technisch gut beherrschbare Prozesse.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Schaumstoffträgers mit planarisierter Oberfläche und einer aufgebrachten Metallschicht im Schnitt.

Ausführungsbeispiele
Zur Herstellung eines Schaumstoffträgers mit einer planarisierten Oberfläche wird zunächst von einem kommerziell erhältlichen Schaumstoffsubstrat 10 ausgegangen, das beispielsweise eine mittlere Oberflächenrauhigkeit von mehr als 10 μm, insbesondere mehr als 100 μm, aufweist. Weiter beträgt die mittlere Blasengröße der Schaumstoffblasen in diesem Schaumstoffsubstrat 10 beispielsweise 20 μm bis 200 μm, insbesondere 50 μm bis 100 μm.
Derartige Schaumstoffsubstrate 10 werden beispielsweise in Form von Platten unter dem Handelsnamen Rohacell von der Firma Röhm GmbH, Darmstadt, vertrieben. Sie weisen eine relative Dielektrizitätskonstante ε_r von 1,006 und einen dielektrischen Verlustwinkel tan δ kleiner 0,0001 auf.
Weiter wird dann eine flüssige bzw. fließfähige Masse mit einem Polymer vorbereitet. Dazu eignet sich beispielsweise das Produkt B59D des Fraunhofer Instituts für Silicatforschung, Würzburg. Es kommen jedoch auch andere Monomere oder Oligomere in Frage, denen bei Bedarf auch ein geeignetes Lösungsmittel wie zugesetzt sein kann.
Daneben wird der flüssigen bzw. fließfähigen Masse mit dem Polymer bevorzugt ein üblicher Fotoinitiator und/oder ein thermischer Starter für eine thermische oder fotoinitiierte Vernetzung des Polymers zugesetzt. Dieser Starter bzw. Fotoinitiator dient gleichzeitig der Härtung der fließfähigen Masse.
Nachdem die beschriebene fließfähige Masse vorbereitet worden ist, wird diese mittels auf Schleudern, Aufsprühen oder Eintauchen des Schaumstoffsubstrates 10 in die fließfähige Masse auf die Oberfläche des Schaumstoffsubstrates 10 in Form einer Schicht 11 aufgetragen. Dabei ebnet die aufgetragene Schicht 11 Oberflächenunebenheiten des Schaumstoffsubstrates 10 ein.
Nach dem Aufbringen der Schicht 11 wird eine zusätzliche Planarisierung der Oberfläche der Schicht 11 vorgenommen. Diese zusätzliche Planarisierung erfolgt über eine zeitweilige thermische Erniedrigung der Viskosität der Schicht 11, indem diese beispielsweise auf Temperaturen von 50°C bis 80°C erhitzt wird.
Nachdem die von der fließfähigen Masse gebildete Schicht 11 auf die Oberfläche des $chaumstoffsubstrates 10 aufgetragen worden ist, erfolgt anschließend ein Härten der Schicht 11 durch Bestrahlen durch UV-Licht oder ein Härten durch eine Temperaturbehandlung, beispielsweise durch Erwärmen auf Temperaturen von 80°C bis 140°C.
Insgesamt ist nach dem erläuterten Planarisieren der Oberfläche des Schaumstoffsubstrates 10 mit der Schicht 11 eine erhebliche Verringerung der Oberflächenrauhigkeit des aus Schaumstoffsubstrates 10 mit aufgebrachter Schicht 11 gebildeten Schaumstoffträgers erreicht worden.
Die mittlere Oberflächenrauhigkeit der Schicht 11 liegt nun unter 100 nm insbesondere zwischen 10 nm und 100 nm. Die mittlere Dicke der erzeugten Schicht 11 liegt üblicherweise zwischen 20 μm und 300 μm.
Zur Verwendung des erläuterten Schaumstoffträgers aus Schaumstoffsubstrat 10 mit aufgebrachter, gehärteter und planarisierter Schicht 11 aus einem Polymer für eine Hochfrequenzschaltung, insbesondere einer Mikrostreifenleiteranordnung, wird auf die Schicht 11 im Anschluss an die erläuterte Planarisierung eine Metallschicht 12 aufgebracht und gegebenenfalls strukturiert.
Zum Aufbringen dieser Metallschicht 12 eignen sich vielfältige, an sich bekannte Techniken wie eine Standard-Laminierung von Metallfolien oder auch ein Dünnschichtprozess, wie eine fotolithographische Strukturierung in Verbindung mit einer anschließenden galvanischen Verstärkung zur Ausbildung der Metallschicht 12. Insbesondere können auch mehrere Metallschichten 12 bzw. mehrere, unterschiedlich strukturierte Metallschichten 12 auf der Schicht 11 erzeugt werden.
Weiter ist es auch möglich, auf beiden Seiten des Schaumstoffsubstrates 10 Schichten 11 und Metallschichten 12 aufzubringen. Auf diese Weise ist eine Mikrostreifenleiteranordnung erhältlich, bei der rückseitig eine ganzflächige Metallschicht 12 und vorderseitig ein oder mehrere strukturierte Metallstreifen 12 auf dem Schaumstoffträger aufgebracht sind.

Claims

Verfahren zur Planarisierung von Schaumstoffoberflächen, wobei auf ein Schaumstoffsubstrat (10) zumindest bereichsweise oberflächlich eine fließfähige Masse mit einem Polymer in Form einer Schicht (11) aufgetragen wird, die Oberflächenunebenheiten des Schaumstoffsubstrates (10) einebnet, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftragen zunächst durch eine zeitweilige thermische Erniedrigung der Viskosität der Schicht (11) eine weitere Planarisierung der Oberfläche der Schicht (11) erfolgt, und dass danach die Schicht (11) mit der fließfähigen Masse gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der fließfähigen Masse mittels Aufschleudern, Aufsprühen oder Eintauchen des Schaumstoffsubstrates (10) in die fließfähige Masse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten durch Bestrahlen der aufgetragenen Schicht (11) mit UV-Licht oder durch eine Temperaturbehandlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine fließfähige Masse mit einem Monomer und/oder einem Oligomer eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit einem Lösungsmittel versetzte fließfähige Masse eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit einem Starter für eine thermische oder fotoinitiierte Vernetzung des Polymers und/oder einem Mittel für eine thermische oder fotoinitiierte Härtung der fließfähigen Masse versetzte fließfähige Masse eingesetzt wird.
Schaumstoffträger mit einer planarisierten Oberfläche, wobei auf einem Schaumstoffsubstrat (10) zumindest bereichsweise und zumindest einseitig oberflächlich eine Polymerschicht (11) aufgebracht ist, die eine gegenüber dem Schaumstoffsubstrat (10) erheblich verminderte mittlere Oberflächenrauhigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschicht (11) eine mittlere Oberflächenrauhigkeit von unter 100 nm aufweist, und dass auf der Polymerschicht (11) zumindest bereichsweise eine strukturierte Metallschicht (12) aufgebracht ist.
Schaumstoffträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaumstoffsubstrat (10) eine mittlere Oberflächenrauhigkeit von mehr als 10 μm, insbesondere mehr als 100 μm, aufweist.
Schaumstoffträger nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dicke der Polymerschicht (11) zwischen 20 μm und 300 μm liegt.
Schaumstoffträger nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaumstoffsubstrat (10) eine mittlere Blasengröße der Schaumstoffblasen von 20 μm bis 200 μm, insbesondere 50 μm bis 100 μm, aufweist.
Verwendung eines Schaumstoffträgers mit einer planarisierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 7 bis 10 für eine Hochfrequenzschaltung mit einem Mikrostreifenleiter oder einem Koplanarleiter.
Verwendung einer planarisierten Schaumstoffoberfläche hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Substrat für eine Hochfrequenzschaltung mit einem Mikrostreifenleiter oder einem Koplanarleiter.