DE10157937A1

DE10157937A1 - Epoxy/Ton-Nanocomposit zur Herstellung von gedruckten Schaltungen

Info

Publication number: DE10157937A1
Application number: DE10157937A
Authority: DE
Inventors: Tsung-Yen Tsai; Sung-Jeng Jong; An-Chi Yeh; Joshua Chiang; Bor-Ren Fang
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI; Nan Ya Plastics Corp
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI; Nan Ya Plastics Corp
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: US6548159B2; DE10157937C2; TW523532B; US20030039812A1

Abstract

Es wird ein Epoxy/Ton-Nanocomposit offenbart, welches zur Verwendung als Matrixmaterial für gedruckte Schaltungen bzw. Leiterplatten geeignet ist. Das Nanocomposit der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Schichttonmaterial, welches in einer Epoxypolymermatrix einheitlich dispergiert ist, worin das Tonmaterial zu einem Organoton durch Ionenaustausch mit (1) Benzalkoniumchlorid und (2) Dicyandiamid oder Tetraethylenpentamin modifiziert wurde. Das Epoxy/Ton-Nanocomposit der vorliegenden Erfindung zeigt überragende Formstabilität und thermische Stabilität und eine niedrigere Hygroskopizitäts-Eigenschaft. Die Erfindung umschließt ebenso die Prepregs oder gedruckten Schaltungen bzw. Leiterplatten, enthaltend die Epoxy/Ton-Nanocomposite.

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen einen Nanocomposit bzw. Nanoverbundwerkstoff. Insbesondere betrifft sie Epoxy/Ton-Nanocomposite und deren Verwendung als Matrixmaterial für gedruckte Schaltungen bzw. Leiterplatten.

Beschreibung des Standes der Technik

Gedruckte Schaltungen bzw. Leiterplatten finden eine breite Vielfalt an Verwendungen in der Elektroindustrie, wie in Radios, Fernsehern und verschiedenen elektrischen Apparaten. Eine weit eingesetzte Technik zur Herstellung von gedruckten Schaltungen bzw. Leiterplatten besteht im Imprägnieren eines gewebten Glasfaserblatts mit einer Harzzusammensetzung und im anschließenden Beschichten eines Kupferblatts auf eine oder beide Seiten des harzimprägnierten Glasfaserblatts. Anschließend wird ein elektrischer Stromkreis in das Kupfer geätzt, um die gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte zu bilden, und anschließend können die elektrischen Anschlüsse an die Platte angelötet werden, wenn sie verwendet wird.

Epoxyharze wurden zum Zwecke des Imprägnierens von Glasfasern zur Herstellung der gedruckten Schaltungen bzw. Leiterplatten weitreichend verwendet. Die so hergestellten gedruckten Schaltungen sind jedoch nicht zufriedenstellend, wenn ein höherer Grad an Hitzebeständigkeit, Formstabilität oder eine geringere Hygroskopizität erforderlich ist. Somit besteht der Bedarf an einer Verbesserung des Epoxyharzes zur Verwendung als Matrixmaterial für gedruckte Schaltungen bzw. Leiterplatten. Daher schlägt die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Epoxy/Ton-Nanocomposits als das Matrixmaterial für gedruckte Schaltungen bzw. Leiterplatten vor.

Nanocomposite sind eine neue Klasse von Materialien, die ultrafeine Phasendimensionen aufweisen, typischerweise in dem Bereich von 1 bis 100 nm. Experimentelle Arbeiten an diesen Materialien haben im allgemeinen gezeigt, daß im Grunde genommen alle Typen und Klassen an Nanocompositen zu neuen und verbesserten Eigenschaften führen, wie einer erhöhten Steifigkeit, Festigkeit und Hitzebeständigkeit sowie zu einer verminderten Feuchtigkeitsabsorption, Entflammbarkeit und Durchlässigkeit, im Vergleich zu deren Mikro- und Makrocompositgegenstücken. Insbesondere zeigt das kommerziell erhältliche Nylon-6/Ton-Nanocomposit, daß eine Polymermatrix mit darin dispergierten Schichttonmineralien verbesserte mechanische Festigkeit, Wärmeverformungstemperatur (HDT) und Impermeabilität gegenüber Gas und Wasser aufweist.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Epoxy/Ton-Nanocomposits zur Verwendung als Matrixmaterial für gedruckte Schaltungen/Leiterplatten, welches zu einer verbesserten thermischen Stabilität und Formstabilität sowie zu einer verminderten Hygroskopizitäts-Eigenschaft führt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Prepregs (kunstoffimprägnierte Flächenstoffe) für gedruckte Schaltungen bzw. Leiterplatten, welches das Epoxy/Ton-Nanocomposit als Matrixmaterial enthält.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer gedruckten Schaltung bzw. Leiterplatte, welche aus mindestens einem der oben genannten Prepregs hergestellt ist.

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, wird ein Schichttonmaterial durch Ionenaustausch mit (1) Benzalkoniumchlorid und (2) einem Dicyandiamid- oder Tetraethylenpentamin-Härtungsmittel modifiziert. Die hierin verwendeten Modifizierungsmittel können die Tonschichten funktionalisieren und deren Zwischenschichtabstand ausdehnen. Das modifizierte Tonmaterial wird anschließend mit Epoxyoligomeren zum Unterziehen einer Polymerisation gemischt. Die Silicatschichten des Tonmaterials werden während der Polymerisation abgeblättert bzw. abgeschiefert und in der Epoxyharzmatrix in einem Nanometerlängenmaßstab einheitlich dispergiert. Dadurch wird ein als Matrixmaterial für gedruckte Schaltungen bzw. Leiterplatten geeignetes Epoxy/Ton-Nanocomposit mit verminderter Hygroskopizität und verbesserter thermischer Stabilität und Formstabilität erhalten.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Epoxy/Ton-Nanocomposit umschließt eine Polymermatrix, umfassend ein Epoxyharz sowie ein in der Polymermatrix einheitlich dispergiertes Schichttonmaterial, worin das Schichttonmaterial durch Ionenaustausch mit (1) Benzalkoniumchlorid und (2) Dicyandiamid oder Tetraethylenpentamin modifiziert wurde.

Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Schichttonmaterial ist bevorzugt ein Schichtsilicat mit einer Ionenaustauschfähigkeit im Bereich von ungefähr 50 bis 200 meq/100 g. Das zur Verwendung hierin geeignete Schichtsilicat umschließt beispielsweise Smectit-Ton, Vermiculit, Halloysit, Sericit, Glimmer und ähnliches. Beispiele geeigneter Smectit-Tone sind Montomorillonit, Saponit, Beidellit, Nontronit, Hectorit und Stevensit.

Das Schichtsilicat wird einer Interkalation von zwei verschiedenen Modifizierungsmitteln durch Ionenaustausch unterzogen, um dadurch das Tonmaterial zu funktionalisieren und den Zwischenschichtabstand zwischen den benachbarten Silicatschichten zu erweitern, so daß die Silicatschichten während der Composit-Bildung einfacher abgeblättert werden. Der Ionenaustausch kann durch Mischen bzw. Verteilen des Schichtsilicats in einer wäßrigen Lösung, welche das Modifizierungsmittel enthält, erreicht werden, gefolgt von Waschen des behandelten Schichtsilicats mit Wasser zum Entfernen von überschüssigen Ionen. Das erste in der vorliegenden Erfindung verwendete Modifizierungsmittel ist Benzalkoniumchlorid, welches zum Einführen einer hydrophoben Gruppe zur Verbesserung der Kompatibilität zwischen dem Ton und dem Epoxyharz dient. Somit kann eine bessere Einheitlichkeit erreicht werden, wenn die Tonschichten abgeblättert werden und innerhalb der Epoxymatrix dispergiert werden. Das zweite Modifizierungsmittel ist ein Härtungsmittel aus entweder Dicyandiamid oder Tetraethylenpentamin. Das Härtungsmittel kann eine funktionelle Gruppe in das Tonmaterial zur Förderung der Bindung mit dem Epoxyharz einbringen. Dadurch können die thermische Stabilität und Formstabilität oder andere Eigenschaften in einem hohen Ausmaß verbessert werden, sogar wenn eine geringe Menge an Ton verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Epoxy/Ton-Nanocomposit wird durch Dispergieren des oben genannten modifizierten Tonmaterials in Epoxyharzoligomeren sowie Polymerisieren der Oligomere zu einem Epoxypolymer hergestellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt das modifizierte Tonmaterial bevorzugt in einem Anteil im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, und besonders bevorzugt von ungefähr 0,5 Gew.-% bis 6,0 Gew.-%, auf der Basis des Gesamtgewichts des Epoxy/Ton-Composits vor. Es ist bevorzugt, daß das in der Polymermatrix enthaltene Tonmaterial einen Zwischenschichtabstand von mindestens ungefähr 18 Å aufweist. Das zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Epoxyharz umschließt, ohne darauf begrenzt zu sein, Epoxyharze vom Bisphenol-A-Typ, bromierte Epoxyharze (Bromgehalt: 5 bis 60 Gew.-%), Novolak-Epoxyharze, multifunktionelle Epoxyharze sowie aliphatische Epoxyharze. Eine Mischung der oben genannten ist ebenfalls zur Verwendung geeignet. Beispielhafte Epoxyharze umschließen Bisphenol-A-Epoxyharz, Tetrabromobisphenol-A-Epoxyharz, Tetrabromobisphenol-A-Polyphenol- Epoxyharz, ortho-Cresolnovolak-Epoxyharz, N,N,N',N'-Tetra(2,3-epoxypropyl)- P',P'-methylanilin, N-Bis(2,3-epoxypropyl)-4-aminophenylepoxypropylether, 4-Epoxypropylen-N,N-bisepoxypropylanilin und ähnliche.

Das erfindungsgemäße Epoxy/Ton-Nanocomposit kann weiterhin ein gewöhnliches Epoxyhärtungsmittel, wie Dicyandiamid, Phenolnovolak oder Trimellitsäureanhydrid (TMA) umfassen. Die Menge an verwendendem (Aus)Härtungsmittel beträgt 0,7 bis 1,2 Äquivalente auf der Basis der Epoxygruppe. Ein Anteil an Aushärtungsmittel von weniger als 0,7 Äquivalenten oder oberhalb von 1,2 Äquivalenten auf der Basis der Epoxygruppe kann in einem unzureichenden Aushärten resultieren. Zusätzlich kann das Epoxy/Ton-Nanocomposit weiterhin einen Aushärtungsbeschleuniger, welcher herkömmlich zum Beschleunigen des Aushärtens von einem Epoxyharz verwendet wird, umfassen. Der Aushärtungsbeschleuniger umschließt beispielsweise Imidazol-Verbindungen, wie 2-Ethyl-4-methylimidazol und 1-Benzyl-2-methylimidazol; und tertiäre Amine, wie N',N-Dimethylbenzylamin (BDMA). Diese Verbindungen können alleine oder in Form einer Mischung verwendet werden. Der Aushärtungsbeschleuniger sollte in einer geringen Menge verwendet werden, solange der Beschleuniger zur Beschleunigung des Aushärtens des Epoxyharzes ausreichend ist. Die Menge des zu verwendenden Aushärtungsbeschleunigers liegt bevorzugt zwischen 0,1 und 1 Gewichtsteilen auf der Basis von 100 Gewichtsteilen Epoxyharz.

Das erfindungsgemäße Epoxy/Ton-Nanocomposit wird bevorzugt zur Herstellung von gedruckten Schaltungen bzw. Leiterplatten eingesetzt. Bei der Herstellung dieser Platten wird ein faserförmiges Substrat beschichtet und mit einem das Composit der vorliegenden Erfindung enthaltenden Überzug imprägniert. Geeignete organische Lösungsmittel zur Herstellung des Überzugs umschließen N,N-Dimethylformamid, Aceton, Isopropanol, Ethylenglykolmonomethylether, Propylenglykolmonomethylether, Butanol und Methylethylketon. Anschließend an die Beschichtung wird das imprägnierte Substrat getrocknet und teilweise ausgehärtet, so daß ein trockenes Substrat, genannt Prepreg, gebildet wird.

Das so erhaltene Prepreg kann zur Herstellung eines Kupfer-plattierten Laminats, eines Mehrfachschichtlaminats oder einer gedruckten Schaltung bzw. Leiterplatte durch im Stand der Technik altbekannte konventionelle Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann ein Blatt aus Kupfer oder einem anderen leitenden Material auf eine oder mehrere Prepregschichten laminiert werden. Anschließend kann in die leitende Schicht unter Verwendung von bekannten Techniken zur Bildung von gedruckten Schaltungen bzw. Leiterplatten ein Stromkreis geätzt werden. Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Laminate zeigen eine hohe Formstabilität sowie thermische Stabilität und eine niedrige Wasseraufnahme. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können die Laminate einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) von weniger als 60 ppm/°C, besonders bevorzugt weniger als 50 ppm/°C, vor der Glasübergangstemperatur (Tg) in der Dickenrichtung (Z-Richtung) aufweisen; die Wasseraufnahme kann weniger als 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,42 Gew.-%, unter Bedingungen von 2 Stunden und 120°C in einem Druckkocher; die Haltbarkeitszeit bzw. Verweilzeit in einem 288°C-Lötbad kann größer als 3 Minuten sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt Röntgenbeugungsprofile von den Compositen (a) Epoxy/Ton, (b) Epoxy/BEN/Ton, (c) Epoxy/DICY/Ton, und (d) Epoxy/TEP/Ton;

Fig. 2 zeigt Röntgenbeugungprofile von (a) als DICY/BEN/Ton-, und (b) Epoxy/DICY/BEN/Ton-Composit (5 Gew.-% Ton); und

Fig. 3 zeigt Röntgenbeugungprofile von (a) TEP/BEN/Ton-, und (b) Epoxy/TEP/BEN/Ton-Composit (5 Gew.-% Ton).

Ohne in irgendeiner Weise begrenzen zu wollen, wird die vorliegende Erfindung durch die folgenden Beispiele weiter verdeutlicht.

Vergleichsbeispiel 1

Kein Einfügen von Ton in das Epoxyharz (leer)

Es werden 2,6 g Dicyandiamid-Härtungsmittel (DICY), 105,6 g Epoxyharz "EB453" (von der Nanya Plastic Company) sowie eine geringe Menge 2-Methylimidazol in 58,1 g Aceton und 28,6 g Dimethylformamid (DMF) gelöst. Ein Prepreg wurde durch Imprägnieren eines Glasgewebes mit der oben genannten Lösung, gefolgt von Trocknen des imprägnierten Gewebes bei 170°C, hergestellt. Es wurden 8 Schichten Prepregs zwischen Kupferfolien sandwichartig eingelegt und bei 170°C eine Stunde lang heiß verpresst, um ein doppelseitig Kupfer-laminiertes Blatt zu erhalten. Anschließend wurde in die Kupferfolien ein Stromkreis eingeätzt. Die gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte wurde in Bezug auf Feuchtigkeitsadsorption, thermischen Ausdehnungskoeffizienten und thermische Stabilität untersucht, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Einschließen eines nichtmodifizierten Tons in das Epoxyharz

Es werden 2,6 g Dicyandiamid-Aushärtungsmittel (DICY), 105,6 g Epoxyharz "EB453" (von der Nanya Plastic Company) sowie katalytische Mengen 2-Methylimidazol in 58,1 g Aceton und 28, 6 g Dimethylformamid (DMF) gelöst. Es wurden 2 Gew.-% Montmorillonit "PK-802" (von der Pai Kong Co.) zu der obigen Lösung hinzugegeben, gefolgt von 16-stündigem Rühren unter Erhalt einer Dispersion. Es wurde ein Prepreg durch Imprägnieren eines Glasgewebes mit der obigen Dispersion, gefolgt von Trocknen des imprägnierten Gewebes bei 170°C, hergestellt. 8 Prepregschichten wurden zwischen Kupferfolien sandwichartig angeordnet und bei 170°C eine Stunde lang heiß verpresst, so daß ein doppelseitig Kupfer-laminiertes Blatt erhalten wurde. Anschließend wurde in die Kupferfolien ein Stromkreis geätzt.
Es wurde eine Röntgenbeugungsanalyse (XRD) an der Epoxy/Ton-Compositprobe durchgeführt. Das XRD-Muster ist in Fig. 1 gezeigt, und die Zwischenschichtabstandsdaten sind in Tabelle 1 aufgelistet. Die XRD-Analyse zeigt, daß der Zwischenschichtabstand des Tons von 12,4 Å auf 15,7 Å nach der Composit-Bildung leicht erhöht wurde, was bedeutet, daß nur ein geringer Anteil des Epoxyharzes zwischen die Montmorillonitschichten eingeschlossen wurde.

Vergleichsbeispiel 3

Einschluß eines durch ein einzelnes Modifizierungsmittel modifizierten Tons in das Epoxyharz

Es werden 50 g Montmorillonit "PK802" (von der Pai Kong Co.) in 4500 ml entionisiertem Wasser dispergiert, gefolgt von 4-stündigem Rühren, so daß eine flüssige Suspension erhalten wurde. Zu der flüssigen Suspension wurde eine Lösung, enthaltend 4,73 g Dicyandiamid in 56 ml 1M HCl, unter kräftigem Rühren langsam zugesetzt. Nach vollständiger Zugabe wurde die Mischung 6 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurde die Mischung filtriert und mit entionisiertem Wasser gewaschen. Die Filtrations- und Waschverfahren wurden dreimal wiederholt. Das reine kompakte Produkt wurde getrocknet und zu einem Pulver zerkleinert. Das durch Dicyandiamid modifizierte Montmorillonit-Pulver wird als "DICY/Ton" bezeichnet. In ähnlicher Weise wurden durch Tetraethylenpentamin modifiziertes Montmorillonit- Pulver (bezeichnet als "TEP/Ton") und durch Benzalkoniumchlorid modifiziertes Montmorillonit-Pulver (bezeichnet als "BEN/Ton") mittels desselben Verfahrens hergestellt, außer daß 4,73 g Dicyandiamid jeweils durch 10,65 g Tetraethylenpentamin und 172 ml einer 10 Gew.-%-igen Benzalkoniumchlorid- Lösung ersetzt wurden.
Es wurden 2,6 g Dicyandiamid-Härtungsmittel (DICY), 105,6 g Epoxyharz "EB453" (von der Nanya Plastic Company) und katalytische Mengen 2-Methylimidazol in 58,1 g Aceton und 28,6 g Dimethylformamid (DMF) gelöst. Es wurden 2 Gew.-% DICY/Ton, TEP/Ton oder BEN/Ton zu der obigen Lösung zugesetzt, gefolgt von 16-stündigem Rühren, so daß eine Dispersion erhalten wurde. Ein Prepreg wurde durch Imprägnieren eines Glasgewebes mit der obigen Dispersion, gefolgt von Trocknen des imprägnierten Gewebes bei 170°C, hergestellt. 8 Prepregschichten wurden zwischen Kupferfolien sandwichartig angeordnet und bei 170°C eine Stunde lang heiß verpresst, um ein doppelseitig Kupfer-laminiertes Blatt zu erhalten. Anschließend wurde in die Kupferfolien ein Stromkreis geätzt.
Es wurde eine Röntgenbeugunganalyse (XRD) an den Epoxy/Ton-Compositproben durchgeführt. Die XRD-Muster sind in Fig. 1 gezeigt, und die Zwischenschichtabstandsdaten sind in Tabelle 1 aufgelistet. Der Zwischenschichtabstand des Epoxy/DICY/Ton-Composits war von 15 Å auf 19,2 Å leicht erhöht, und der des Epoxy/TEP/Ton-Composits war von 13,5 Å auf 14 Å nach der Composit-Bildung leicht vergrößert. Die Ergebnisse zeigen, daß die Montmorillonit-Schichten in der Epoxymatrix schlecht getrennt waren. Auf der anderen Seite fehlten in der XRD-Analyse des Epoxy/BEN/Ton-Composits Ton(001)-Reflektionen zwischen 2-10°. Die Abwesenheit der Ton(001)- Reflektionen zeigt, daß der Zwischenschichtabstand der Montmorillonit- Schichten einen Wert größer als 44 Å aufwiesen, woraus deutlich wird, daß die Montmorillonit-Schichten in der Epoxymatrix abgeblättert waren.

Beispiel

Einschluß von durch zwei Modifizierungsmittel modifiziertem Ton in das Epoxyharz

Es wurden 50 g Montmorillonit "PK-802" (von Pai Kong Co.) in 4500 ml entionisiertem Wasser dispergiert, gefolgt von 4-stündigem Rühren, so daß eine flüssige Suspension erhalten wurde. Zu der flüssigen Suspension wurden langsam (1) eine Lösung, enthaltend 1,25 g Dicyandiamid in 30 ml 1M HCl, und (2) 172 ml einer 10%-igen Benzalkoniumchlorid-Lösung unter kräftigem Rühren zugesetzt. Nach vollständiger Zugabe wurde die Mischung 6 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurde die Mischung filtriert und mit entionisiertem Wasser gewaschen. Die Filtrations- und Waschverfahren wurden dreimal wiederholt. Das reine kompakte Produkt wurde getrocknet und zu einem Pulver zerkleinert. Das durch Dicyandiamid und Benzalkoniumchlorid modifizierte Montmorillonit-Pulver wird als "DICY/BEN/Ton" bezeichnet. In ähnlicher Weise wurden das durch Tetraethylenpentamin und Benzalkoniumchlorid modifizierte Montmorillonit-Pulver (bezeichnet als "TEP/BEN/Ton") mittels desselben Verfahrens hergestellt, außer daß die Dicyandiamid-Lösung durch eine Lösung ersetzt wurde, welche 2,85 g Tetraethylenpentamin in 20 ml 1M HCl enthielt.
Es wurden 2,6 g Dicyandiamid-Härtungsmittel (DICY), 105,6 Epoxyharz "EB453" (von der Nanya Plastic Company) sowie katalytische Mengen 2-Methylimidazol in 58,1 g Aceton und 28,6 g Dimethylformamid (DMF) gelöst. DICY/BEN/Ton oder TEP/BEN/Ton wurde zu der obigen Lösung zugegeben, gefolgt von 16-stündigem Rühren, so daß eine Dispersion erhalten wurde. Die Dispersionen mit jeweils 3 Gew.-% und 5 Gew.-% Ton-Gehalten wurden hergestellt. Ein Prepreg wurde durch Imprägnieren eines Glasgewebes mit der Dispersion, gefolgt von Trocknen des imprägnierten Gewebes bei 170°C, hergestellt. 8 Prepregschichten wurden zwischen Kupferfolien sandwichartig angeordnet und bei 170°C eine Stunde lang heiß verpresst, so daß ein doppelseitig Kupfer-laminiertes Blatt erhalten wurde. Anschließend wurde in die Kupferfolien ein Stromkreis geätzt.
Es wurde eine Röntgenbeugungs-Analyse (XRD) an den Epoxy/Ton-Composit- Proben durchgeführt. Die XRD-Muster sind in den Fig. 2-3 gezeigt, und die Zwischenschichtabstandsdaten sind in Tabelle 1 aufgelistet. Wie in Fig. 2 gezeigt, fehlte in der XRD-Analyse des Epoxy/DICY/BEN/Ton-Composits Ton(001)-Reflektionen zwischen 2-10°, was darauf hinweist, daß der Zwischenschichtabstand des Tons größer als 44 Å ist. Die Montmorillonit- Schichten waren abgeblättert und in der Epoxymatrix in einem Nanometerlängenmaßstab einheitlich dispergiert. Mit Bezug auf Fig. 3 zeigt sich in der XRD-Analyse des Epoxy/TEP/BEN/Ton-Composits ein breiter Beugungspeak bei 16,8 Å. Dieses legt nahe, daß nur wenige Montmorillonit-Schichten nicht abgeblättert waren.
Die gedruckten Schaltungen bzw. Leiterplatten enthaltend Epoxy/Ton-Nanocomposite, wurden in Bezug auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten, die Feuchtigkeitsabsorption sowie die thermische Stabilität untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Feuchtigkeitsabsorption wurde in einem Druckkocher unter Bedingungen von 120°C und 2 Stunden lang bestimmt. Die thermische Stabilität wurde durch Legen der gedruckten Schaltungen bzw. Leiterplatten in ein 288°C-Lötbad nach dem Feuchtigkeitsabsorptionstest bestimmt. Wie in Fig. 2 gezeigt, hatten die gedruckten Schaltungen bzw. Leiterplatten, enthaltend 5 Gew.-% Epoxy/DICY/BEN/Ton, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) von 41 ppm/°C unterhalb der Tg (α₁) und 260 ppm/°C oberhalb der Tg (α₂) in der Dicken-Richtung (Z-Richtung). Die Verbesserung in der Formstabilität ist deutlich im Vergleich zu den Gegenstücken in Abwesenheit des Tonmaterials, welche eine CTE von 59,1 ppm/°C unterhalb der Tg und 313 ppm/°C oberhalb der Tg in der Z-Richtung hatten. Zusätzlich wurde die Wasseraufnahme um 18%, d. h. von 0,5 Gew.-% auf 0,41 Gew.-%, vermindert. Dieses Ergebnis ist äußerst wünschenswert, insbesondere in elektronischen Anwendungen, worin Wasserabsorption für die dielektrische Funktionsfähigkeit von Nachteil ist. In Bezug auf die thermische Stabilität war die Haltbarkeitsdauer bzw. Verweilzeit in dem 288°C-Lötbad von 86 Sekunden auf über 3 Minuten deutlich erhöht. Tabelle 1

Tabelle 2
Während die Erfindung insbesondere im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsformen davon gezeigt und beschrieben wurde, sollte es dem Fachmann klar sein, daß verschiedene Änderungen in Form und Details vorgenommen werden können, ohne von dem Wesen und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Epoxy/Ton-Nanocomposit, umfassend:
eine Polymermatrix, umfassend ein Epoxyharz; und
ein Schichttonmaterial, welches in der Polymermatrix einheitlich dispergiert ist, worin das Schichttonmaterial durch Ionenaustausch mit (1) Benzalkoniumchlorid und (2) Dicyandiamid oder Tetraethylenpentamin modifiziert ist.

2. Epoxy/Ton-Nanocomposit nach Anspruch 1, worin das Schichttonmaterial in einem Anteil im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts des Nanocomposits vorliegt.

3. Epoxy/Ton-Nanocomposit nach Anspruch 1 und/oder 2, worin das Schichttonmaterial in einem Anteil im Bereich von ungefähr 0,5 Gew.-% bis 6 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts des Nanocomposits vorliegt.

4. Epoxy/Ton-Nanocomposit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Schichttonmaterial eine Kationaustauschfähigkeit im Bereich von ungefähr 50 bis 200 meq/100 g aufweist.

5. Epoxy/Ton-Nanocomposit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Schichttonmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Smectit-Ton, Vermiculit, Halloysit, Sericit und Glimmer.

6. Epoxy/Ton-Nanocomposit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Schichttonmaterial Montmorillonit ist.

7. Epoxy/Ton-Nanocomposit nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Schichttonmaterial einen Zwischenschichtabstand von mindestens ungefähr 44 Å aufweist.

8. Prepreg für eine gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte, umfassend:
ein Epoxy/Ton-Nanocomposit und ein damit imprägniertes Glasgewebe, wobei das Epoxy/Ton-Nanocomposit umfaßt (a) eine Polymermatrix, umfassend ein Epoxyharz; und (b) ein Schichttonmaterial, welches in der Polymermatrix einheitlich dispergiert ist, worin das Schichttonmaterial durch Ionenaustausch mit einem Modifizierungsmittel modifiziert ist.

9. Prepreg für eine gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach Anspruch 8, worin das Schichttonmaterial durch Ionenaustausch mit (1) Benzalkoniumchlorid und (2) Dicyandiamid oder Tetraethylenpentamin modifiziert ist.

10. Prepreg für eine gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach Anspruch 8 und/oder 9, weiterhin umfassend ein Härtungsmittel.

11. Prepreg für eine gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, worin das Schichttonmaterial in einem Anteil im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts des Nanocomposits vorliegt.

12. Prepreg für eine gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, worin das Schichttonmaterial in einem Anteil im Bereich von ungefähr 0,5 Gew.-% bis 6 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts des Nanocomposits vorliegt.

13. Prepreg für eine gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12, worin das Schichttonmaterial eine Kationaustauschfähigkeit im Bereich von ungefähr 50 bis 200 meq/100 g aufweist.

14. Prepreg für eine gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13, worin das Schichttonmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Smectit-Ton, Vermiculit, Halloysit, Sericit und Glimmer.

15. Prepreg für eine gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 14, worin das Schichttonmaterial Montmorillonit ist.

16. Prepreg für eine gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 15, worin das Schichttonmaterial einen Zwischenschichtabstand von mindestens ungefähr 44 Å aufweist.

17. Gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte, welche ein Laminat umfaßt, enthaltend eine Mehrzahl an Prepregs, wie in mindestens einem der Ansprüche 8 bis 15 definiert, welche miteinander laminiert sind, wobei mindestens eine Seite des Laminats mit einer Metallschicht laminiert ist.

18. Gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach Anspruch 17, worin die Metallschicht eine Kupferfolie ist.

19. Gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach Anspruch 17 und/oder 18, welche einen thermischen Ausdehnungkoeffizienten von weniger als 60 ppm/°C unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) in der Dickenrichtung (Z-Richtung) aufweist.

20. Gedruckte Schaltung bzw. Leiterplatte nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, welche eine Wasseraufnahme von weniger als 0,5 Gew.-% unter Bedingungen von 2 Stunden bei 120°C in einem Druckkocher aufweist.