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Schaltkreise, Mehrschichtschaltungen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Dokument DE112004002510T5
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE112004002510T5 14.12.2006
Titel Schaltkreise, Mehrschichtschaltungen und Verfahren zu ihrer Herstellung
Anmelder World Properties, Inc., Lincolnwood, Ill., US
Erfinder Roseen, E. Clifford, Jr., Warwick, R.I., US;
Kennedy, Scott D., Centerbury, Conn., US;
Hand, Doris I., Holland, Mass., US;
Horn III, Allen F., Pomfret Center, Conn., US;
White, Michael S., Pomfret Center, Conn., US
Vertreter Bauer-Vorberg-Kayser, 50968 Köln
DE-Aktenzeichen 112004002510
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 27.09.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/US2004/031730
WO-Veröffentlichungsnummer 2005069708
WO-Veröffentlichungsdatum 28.07.2005
Date of publication of WO application in German translation 14.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.12.2006
IPC-Hauptklasse H05K 3/46(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05K 1/03(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Mehrschichtschaltungen, die Flüssigkristallpolymere (LCPs – Liquid Crystalline Polymers) enthalten, und Verfahren zur ihrer Herstellung.

Wie vorliegend verwendet, ist ein Schaltkreismaterial ein Artikel, der bei der Herstellung von Schaltkreisen und Mehrschichtschaltungen verwendet wird und Schaltungslaminate, Klebschichten (bond ply), Leitungsschichten und kunstharzbeschichtete Leitungsschichten und Beschichtungen umfasst. Diese Schaltkreismaterialien umfassen jeweils dielektrische Materialien, die aus duroplastischen oder thermoplastischen Polymeren geformt sind. Das dielektrische Material in einer Klebschicht, kunstharzbeschichteten Leitungsschicht oder Beschichtung kann ein im Wesentlichen nicht fließfähiges dielektrisches Material enthalten, das heißt, ein Material, das bei der Herstellung erweicht oder fließt, nicht aber beim Betrieb des Schaltkreises. Das dielektrische Material in einem Schaltungslaminat (das heißt ein dielektrisches Substrat) ist im Gegensatz dazu derart ausgelegt, nicht während der Herstellung oder im Betrieb des Schaltkreises oder der Mehrschichtschaltung zu erweichen oder zu fließen. Dielektrische Substrate werden üblicherweise weiterhin in zwei Klassen unterteilt, flexible und starre. Flexible dielektrische Substrate sind im allgemeinen dünner und biegsamer als die sogenannten starren Dielektrika, die üblicherweise ein Faservlies oder andere Mittel zur Verstärkung, wie beispielsweise kurze oder lange Fasern oder Füllstoffe, enthalten.

Schaltungslaminate besitzen weiterhin eine fest mit einer Schicht dielektrischen Substrats fest verbundene Leitungsschicht. Wenn eine zweite Leitungsschicht auf der anderen Seite der dielektrischen Schicht angeordnet wird, wird das Material oft als zweiseitig laminiertes Schaltkreislaminat bezeichnet. Strukturierung einer Leitungsschicht eines Schaltungslaminates, beispielsweise durch ätzen, liefert eine Schaltungsschicht. Eine oder beide Leitungsschichten eines zweiseitigen Laminates können bearbeitet werden, um Schaltungsschichten bereitzustellen.

Die obengenannten Schaltkreismaterialien und Schaltkreise können in verschiedenen Konfigurationen kombiniert werden, um Mehrschichtschaltungen bereitzustellen. „Mehrschichtschaltungen" beziehen sich wie vorliegend verwendet auf Materialien mit mindestens zwei dielektrischen Schichten und mindestens drei Leitungsschichten, wobei mindestens eine der Leitungsschichten strukturiert ist, und schließt sowohl Unterbaugruppen, die verwendet werden die fertigen Schaltkreise zu bilden, als auch die fertigen Schaltungen selbst ein.

In einer einfachen Ausführungsform umfaßt eine Mehrschichtschaltung eine zweiseitig laminierte Schaltung und eine harzbeschichtete Leitungsschicht, wobei das Dielektrikum der harzbeschichteten Leitungsschicht auf einer Schaltungsschicht der zweiseitig laminierten Schaltung angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform liegt eine zweite harzbeschichtete Leitungsschicht vor, wobei das Dielektrikum der zweiten harzbeschichteten Leitungsschicht auf der zweiten Leitungsschicht (oder Schaltungsschicht) der zweiseitig laminierten Schaltung angeordnet ist. In noch einer weiteren Ausführungsform umfaßt eine Mehrschichtschaltung eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die über eine Klebschicht verbunden sind, die zwischen der Schaltungsschicht der ersten Schaltung und dem dielektrischen Substrat der zweiten Schaltung angeordnet ist. Typischerweise werden solche Mehrschichtschaltungen durch Laminieren der Schaltungen) und/oder des Schaltkreismaterials (der Schaltkreismaterialien) in geeigneter Anordnung unter Verwendung von Wärme und/oder Druck geformt.

Klebschichten können verwendet werden, um die Haftung zwischen Schaltungen und/oder zwischen einer Schaltungsschicht und einer Leitungsschicht, oder zwischen zwei Leitungsschichten bereitzustellen. An Stelle einer mit einer Klebschicht an eine Schaltung gebundenen Leitungsschicht kann die Mehrschichtschaltung eine harzbeschichtete Leitungsschicht enthalten, die direkt auf die äußere Schicht einer Schaltung gebunden ist. Bei solchen Mehrschichtstrukturen können nach der Laminierung bekannte Lochformungs- und Plattierungsverfahren angewandt werden, um verwendbare elektrische Leitungswege zwischen den Leitungsschichten zu erzeugen.

Flüssigkristallpolymere sind für ihre Verwendung als dielektrische Schichten, Klebschichten und in Deckschichten (cap layer) in Schaltungen und Mehrschichtschaltungen bekannt. Die Kanadische Patentanmeldung 2,273, 542 von Forcier beschreibt beispielsweise ein Schaltungslaminat, das durch Bindung einer adhäsiven harzbeschichteten Kupferfolie an einen dünnen Flüssigkristallpolymerfilm hergestellt wird, aber offenbart nicht, wie aus diesen Schaltungslaminaten Mehrschichtschaltungen hergestellt werden können.

Weiterhin ist bekannt, die Flüssigkristallpolymere vor Verwendung in Schaltungen zu tempern, da das Tempern sowohl ihre Beständigkeit gegen hohe Temperaturen als auch Eigenschaften wie Lötbeständigkeit und den „in-plane" Koeffizienten der thermischen Expansion verbessern kann. Der Begriff „Tempern" ist, wie vorliegend verwendet, der Prozeß des Anhebens des kristallinen zum nematischen Schmelzpunkt (wie durch den Peak-Endotherm über der Glasübergangstemperatur (Tg) in einer dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) definiert) eines Flüssigkristallpolymers durch halten des Polymers über einen längeren Zeitraum bei einer Temperatur die höher als die Glasübergangstemperatur aber niedriger als ihr Schmelzpunkt ist. Wie in einem von Ticona, dem Hersteller von Vectra® Flüssigkristallpolymer, herausgegebenen Prospekt beschrieben, "kann die hohe Wärmeformbeständigkeit von Vectra® Flüssigkristallpolymeren durch thermische Nachbehandlung der geformten Teile um weitere 30–50 °C erhöht werden". Um ein Flüssigkristallpolymer mit einem Schmelzpunkt von 280 °C zu tempern, rät der Prospekt, den Ofen und die Teile von Raumtemperatur auf 220 °C innerhalb von 2 Stunden aufzuheizen; die Temperatur allmählich über eine Stunde von 220 °C auf 240 °C zu erhöhen; die Temperatur für 2 Stunden bei 240 °C zu halten; die Temperatur allmählich über eine Stunde von 240 °C auf 250 °C zu erhöhen; die Temperatur für 2 Stunden bei 250 °C zu halten; und auf Raumtemperatur abzukühlen. Ähnliche Temper-Zyklen mit verschiedenen Temperatursollwerten für verschiedene Klassen von Flüssigkristallpolymeren mit verschiedenen Schmelzpunkten und Glasübergangstemperaturen werden ebenfalls bereitgestellt. US Patent 6,274,242 offenbart die Verwendung von spezifischen Wärmebehandlungsprogrammen um Flüssigkristallpolymerfilme schneller zu tempern.

Während eine Auswahl von Materialien und Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtschaltungen unter Verwendung von Flüssigkristallpolymeren, einschließlich getemperter Flüssigkristallpolymere, bekannt sind, besitzen sie eine Reihe von Nachteilen, die ihre Anwendbarkeit beschränken. Beispielsweise wäre es äußerst wünschenswert, Klebschichten zu verwenden, die bei vergleichsweise geringen Temperaturen von weniger als 280 °C, und vorzugsweise bei weniger als 250 °C, erweichen und fließen, da die Temperaturgrenze elektrisch beheizter Pressen kleiner oder gleich etwa 280 °C ist. Es ist jedoch auch höchst wünschenswert für Mehrschichtschaltungen Temperaturen von 260 °C und mehr zu widerstehen. Dieses ist besonders wichtig für Lötvorgänge zur Befestigung von Bauteilen an der Mehrschichtleiterplatte. Wenn derzeitig im Handel erhältliche Flüssigkristallpolymere als Klebschicht verwendet werden, schmelzen die Klebschichten beim Löten oder anderen Hochtemperaturoperationen erneut, was zu Blasenbildung oder dimensionalen Verzerrungen des Bauteils führen kann.

US Patent 5,259,110 von Bross et al. offenbart Mehrschichtleiterplatten mit Flüssigkristallpolymer-Dielektrikum-Schichten (liquid crystalline polymer dielectric substrate layers). Bross offenbart ferner, dass mehrere solcher Schichten miteinander unter Verwendung von Wärme und Druck verbunden werden können, und dass eine Klebfilm-Klebschicht, wie eine weitere Flüssigkristallpolymerschicht, verwendet werden kann. Bei der Herstellung der Mehrschichtleiterplatten nach Bross et al. muß die Flüssigkristallschicht jedoch bis zu ihrem Schmelzpunkt oder darüber hinaus erwärmt werden, um eine gute Adhäsion zu erhalten, was zu Verformung oder Fluß der Schaltungsschichten führen kann.

US Patent 5,719,354 von Jester et. Al offenbart die Herstellung von Mehrschichtschaltungen unter Verwendung von Flüssigkristallpolymerklebschichten mit einer Schmelztemperatur, die mindestens 10 °C unter der des Flüssigkristallpolymer-Schaltungsschicht-Dielektrikums ist. Die Verwendung von niedriger schmelzenden Klebschichten beseitigt oder vermindert wesentlich die Verformung der Schaltungsschichten während der Laminierung, beschränkt aber ebenso die maximale Bearbeitungstemperatur der Mehrschichtschaltung während der nachfolgenden Laminierung und/oder Komponentenlötung auf die Schmelztemperatur der Klebschicht oder darunter, um Verformung oder Blasenbildung und Verlust der Adhäsion zu vermeiden.

US Patent 6,538,211 von St. Lawrence et al. offenbart eine Mehrschichtschaltung mit einer Schaltung, einer Deckschicht (cap layer), einschließend eine Flüssigkristallpolymerschicht, die auf der Schaltung angeordnet ist. Diese Schaltung kann beim Hinzufügen von „Fine-Line" dünnen Außenschichten zu einer Mehrschichtschaltungsplatte mit hoher Verdrahtungsdichte verwendet werden. Wenn jedoch mehrere Deckschichten aufeinanderfolgend zu einer Mehrschichtschaltung hinzugefügt werden, müssen Deckschichten mit Flüssigkristallpolymeren mit sequentiell abnehmenden Schmelzpunkten verwendet werden, um Verformungen der zuvor laminierten Schichten zu vermeiden. Dies kann besonders problematisch sein, da jede nachfolgende Bearbeitung der fertigen Mehrschichtschaltung, wie z.B. das Löten, bei einer Temperatur erfolgen muss, die niedriger als der Schmelzpunkt der niedrigschmelzendsten Zusammensetzung der harzbeschichteten Folie-Flüssigkristallpolymerharzschichten (the resin coated foil liquid crystalline polymer resin layers) ist.

Demgemäß verbleibt ein Bedarf auf dem Gebiet nach einem Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtschaltung mit einer thermoplastischen Flüssigkristallpolymerschicht, wobei das Verfahren sowohl den Aufbau der Schichten bei Temperaturen, die mit konventionellen elektrischen Pressen anwendbar sind, als auch die nachfolgende Bearbeitung bei höheren Temperaturen ohne Formänderung, Blasenbildung und/oder Verlust der Verbindung gestattet.

Kurze Zusammenfassung

Die oben beschriebenen Unzulänglichkeiten und Nachteile werden durch ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtschaltung, die eine Flüssigkristallpolymerschicht enthält, gemildert, wobei das Verfahren die Behandlung der Mehrschichtschaltung mit einer Wärmemenge umfaßt, die wirksam den kristallinen zum nematischen Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht, wie vom Peak endotherm über der Glassübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, um mindestens etwa 10 °C anhebt. Das Tempern der Mehrschichtschaltung gegenüber dem Schaltkreismaterial erlaubt die Herstellung der Mehrschichtschaltung bei Temperaturen, die mit konventionellen elektrischen Pressen anwendbar sind zusammen mit der nachfolgenden Bearbeitung bei höheren Temperaturen ohne Formänderung, Blasenbildung und/oder Verlust der Verbindung.

Das Verfahren gestattet weiterhin die Herstellung von Mehrschichtschaltungen mit einer breiten Variation von Konfigurationen. In einer Ausführungsform umfaßt die Mehrschichtschaltung eine erste Schaltung, die mit einer zweiten Schaltung unter Verwendung einer Flüssigkristallpolymerklebschicht, die zwischen den beiden Schaltungen angordnet ist, verklebt ist. In einer anderen Ausführungsform umfaßt eine Mehrschichtschaltung eine Schaltung (ein- oder doppelseitig) und eine Deckschicht, die an die Schaltungsschicht der Schaltung gebunden ist. Die oben diskutierten und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden vom Fachmann auf dem Gebiet durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung dargelegt und verstanden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bezugnehmend auf die beispielhaften Zeichnungen, in denen entsprechende Elemente gleiche Bezugszeichen in mehreren Zeichnungen haben:

1 zeigt Vergleichsdaten für eine Referenzmehrschichtschaltung und eine Mehrschichtschaltung der vorliegenden Erfindung;

2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Mehrschichtschaltung;

3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren beispielhaften Mehrschichtschaltung;

4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Mehrschichtschaltung;

5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Mefarschichtschaltung; und

6 zeigt eine schematische Darstellung noch einer weiteren beispielhaften Mehrschichtschaltung;

Detaillierte Beschreibung

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass bei Mehrschichtschaltungen, die Flüssigkristallpolymerschichten enthalten, Tempern der Mehrschichtschaltungen nach dem Aufbau deutliche Vorteile bei der nachfolgenden Montage und Herstellung bietet, was sowohl die Flexibilität des Herstellungsprozesses erhöht, als auch eine verbesserte Produktqualität erlaubt. Insbesondere erlaubt das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Gestaltung von Mehrschichtschaltungen bei geringeren Temperaturen als sie zuvor geeignet waren, um Mehrschichtschaltungen mit höherer Wärmebeständigkeit herzustellen, als vorher möglich war. Die Mehrschichtschaltungen werden durch Behandlung mit Wärme bei einer Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur und dem nematischen Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht getempert. Das Tempern hebt den nematischen Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht, wodurch die maximale Wärmebeständigkeit der Mehrschichtschaltung erhöht wird. Vorzugsweise wird der nematische Schmelzpunkt um mindestens 10 °C oder mehr, stärker bevorzugt um mindestens 15 °C oder mehr angehoben. Dieses Verfahren gestattet die Herstellung einer flüssigkristallpolymerverklebten Mehrschichtschaltung oder Schaltungsunterbaugruppe mit einer maximalen Verwendungstemperatur, die über der Laminierungstemperatur liegt.

Flüssigkristallpolymere, die im vorliegend beschriebenen Herstellungsverfahren verwendet werden können, sind bekannt und werden zuweilen als stabartige ("rigid-rod", "rod-like"), insbesondere starrer Stab, oder geordnete Polymere bezeichnet. Es wird angenommen, dass diese Polymere eine feste Molekularstruktur haben, beispielsweise linear oder dergleichen, infolge der Art ihrer sich wiederkehrenden Einheiten, die die Polymerkette bilden (sinngemäße Übersetzung, Original ergibt keinen Sinn, da die Einheiten nicht die Polymerkette umfassen, sondern umgedreht.) Die wiederkehrenden Einheiten umfassen typischerweise starre molekulare Abschnitte. Die molekularen Abschnitte (Mesogene) sind in ihrer Form häufig stabartig oder scheibenförmig und sind üblicherweise aromatisch oder heterocyclisch. Die starren molekularen Abschnitte können in der Hauptkette (Rückgrat) des Polymers oder in den Seitenketten vorliegen. Wenn sie in der Hauptkette oder in den Seitenketten vorliegen können sie durch flexiblere molekulare Abschnitte, die manchmal als Spacer bezeichnet werden, getrennt sein.

Flüssigkristallpolymere können mit Polymeren gemischt werden, die keine Flüssigkristallpolymere sind, diese werden nachstehend als nicht-Flüssigkristallpolymere bezeichnet. Diese Mischungen werden manchmal als Polymerlegierungen bezeichnet. Einige dieser Mischungen besitzen Verarbeitungs- und funktionelle Eigenschaften, die denen von Flüssigkristallpolymeren gleich sind und sind daher in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Die nicht-Flüssigkristallpolymere und Flüssikristallpolymerkomponenten werden im allgemeinen in einem Gewichtsverhältnis von 10 : 90 bis 90 10, vorzugsweise in einem Bereich von 30 : 70 bis 70 : 30 gemischt. Nachfolgend umfaßt der Begriff Flüssigkristallpolymer die Flüssigkristallpolymermischungen.

Verwendbare Flüssigkristallpolymere können thermoplastisch oder duroplastisch sein. Geeignete thermotrope Flüssigkristallpolymere umfassen Flüssigkristallpolyester, Flüssigkristallpolycarbonate, Flüssigkristallpolyetheretherketone, Flüssigkristallpolyetherketonketone und Flüssigkristallpolyesterimide, wobei konkrete Beispiele derselben (vollständig) aromatische Polyester, Polyesteramide, Polyamidimide, Polyestercarbonate und Polyazomethine umfassen.

Verwendbare thermotrope Flüssigkristallpolymere umfassen ebenfalls Polymere, die ein Segment eines Polymer enthalten, das in der Lage ist, eine anisotrope geschmolzene Phase als Teil einer Polymerkette desselben zu bilden, und ein Segment eines Polymers, das nicht in der Lage ist, eine anisotrope geschmolzene Phase wie der Rest der Polymerkette zu bilden, und auch Zusammensetzungen einer Vielzahl von thermotropen Flüssigkristallpolymeren.

Repräsentative Beispiele der Monomere, die zur Bildung von thermotropen Flüssigkristallpolymeren geeignet sind, enthalten:

  • (a) mindestens eine aromatische Dicarbonsäureverbindung,
  • (b) mindestens eine aromatische Hydroxycarbonsäureverbindung,
  • (c) mindestens eine aromatische Diolverbindung,
  • (d) mindestens eine der Verbindungen ausgewählt aus einem aromatischen Dithiol (d1), einem aromatischen Thiophenol (d2) und einer aromatischen Thiolcarbonsäure (d3), und
  • (e) mindestens eine der Verbindungen ausgewählt aus einem aromatischen Hydroxyamin und einem aromatischen Diamin.

Die Monomere können zuweilen allein verwendet werden, werden aber häufiger in einer Kombination der Monomere (a) und (c); (a) und (d); (a), (b) und (c); (a), (b) und (e); (a), (b), (c) und (e); und dergleichen verwendet.

Beispiele aromatischer Dicarbonsäureverbindungen (a) umfassen aromatische Dicarbonsäuren wie Terephthalsäure, 4,4'-Diphenyldicarbonsäure, 4,4'-Triphenyldicarbonsäure, 2,6-Naphthalendicarbonsäure, 1,4-Naphthalendicarbonsäure, 2,7-Naphthalendicarbonsäure, Diphenylether-4,4'-dicarbonsäure, Diphenoxyethan-4,4'-dicarbonsäure, Diphenoxybutan-4,4'-dicarbonsäure, Diphenylethan-4,4'-dicarbonsäure, Isophthalsäure, Diphenylether-3,3'-dicarbonsäure, Diphenoxyethan-3,3'-dicarbonsäure, Diphenylethan-3,3'-dicarbonsäure und 1,6-Naphthalendicarbonsäure; und alkyl-, alkoxy- und halogensubstituierte Derivate der oben genannten aromatischen Dicarbonsäuren, wie beispielsweise Chlorterephthalsäure, Dichlorterephthalsäure, Bromterephthalsäure, Methylterephthalsäure, Dimethylterephthalsäure, Ethylterephthalsäure, Methoxyterephthalsäure, und Ethoxyterephthalsäure.

Beispiele aromatischer Hydroxycarbonsäureverbindungen (b) umfassen aromatische Hydroxacarbonsäuren 4-Hydroxybenzoesäure, 3-Hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-2-naphthoesäure, und 6-Hydroxy-1-naphthoesäure; und alkyl-, alkoxy- und halogensubstituierte Derivate der oben genannten aromatischen Hydroxycarbonsäuren, wie beispielsweise 3-Methyl-4-hydroxybenzoesäure, 3,5-Dimethyl-4-hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-5-methyl-2-naphthoesäure, 6-Hydroxy-5-methoxy-2-naphthoesäure, 2-Chlor-4-hydroxybenzoesäure, 3-Chlor-4-hydroxybenzoesäure, 2,3-Dichlor-4-hydroxybenzoesäure, 3,5-Dichlor-4-hydroxybenzoesäure, 2,5-Dichlor-4-hydroxybenzoesäure, 3-Brom-4-hydroxybenzoesäure, 6-Hydroxy-5-Chlor-2-naphthoesäure, 6-Hydroxy-7-chlor-2-naphthoesäure, und 6-Hydroxy-5,7-dichlor-2-naphthoesäure.

Beispiele der aromatischen Diolverbindung (c) umfassen aromatischen Diole wie 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 3,3'-Dihydroxydiphenyl, 4,4'-Dihydroxytriphenyl, Hydrochinon, Resorcinol, 2,6-Naphthalendiol, 4,4'-Dihydroxydiphenylether, bis-(4-Hydroxyphenoxy)ethan, 3,3'-Dihydroxydiphenylether, 1,6-Naphthalendiol, 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan, und bis-(4-Hydroxyphenyl)methan; und alkyl-, alkoxy- und halogensubstituierte Derivative der aromatischen Diole wie Chlorhydrochinon, Methylhydrochinon, t-Butylhydrochinon, Phenylhydrochinon, Methoxyhydrochinon, Phenoxyhydrochinon, 4-Chlorresorcinol und 4-Methylresorcinol.

Beispiele der aromatischen Dithiole (d1) umfassen Benzol-1,4-dithiol, Benzol-1,3-dithiol, 2,6-Naphthalendithiol, und 2,7-Naphthalendithiol. Beispiele der aromatischen Thiophenole (d2) umfassen 4-Mercaptophenol, 3-Mercaptophenol und 6-Mercaptophenol. Beispiele der aromatischen Thiolcarbonsäure (d3) umfassen 4-Mercaptobenzoesäure, 3-Mercaptobenzoesäure, 6-Mercapto-2-naphthoesäure und 7-Mercapto-2-naphthoesäure.

Beispiele der aromatischen Hydroxyaminverbindungen und der aromatischen Diaminverbindungen (e) umfassen 4-Aminophenol, N-Methyl-4-aminophenol, 1,4-Phenylendiamin, N-M;ethyl-1,4-phenylendiamin, N,N'-dimethyl-1,4-phenylendiamin, 3-Aminophenol, 3-Methyl-4-aminophenol, 2-Chlor-4-aminophenol, 4-Amino-1-naphthol, 4-Amino-4'-hydroxydiphenyl, 4-Amino-4'-hydroxydiphenylether, 4-Amino-4'-Hydroxydiphenylmethan, 4-Amino-4'-hydroxydiphenylsulfid, 4,4'-Diaminodiphenylsulfid (Thiodianilin), 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 2,5-Diaminotoluol, 4,4'-Ethylenedianilin, 4,4'-Diaminodiphenoxyethan, 4,4'-Diaminodiphenylmethan (Methylendianilin) und 4,4'-Diaminodiphenylether (Oxydianilin).

Thermotrope Flüssigkristallpolymere werden durch eine Vielzahl von Veresterungsmethoden dargestellt, wie beispielsweise Schmelzacidolyse oder Fällungspolymerisation (Slurry-Polymerisation) oder ähnliche Verfahren.

Das Molekulargewicht der thermotropen Flüssigkristallpolyester, die vorzugsweise verwendet werden, kann etwa 2000 bis etwa 200000 betragen, wobei etwa 4000 bis etwa 100000 bevorzugt sind. Die Bestimmung des Molekulargewichts kann beispielsweise entweder durch Bestimmung der terminalen Gruppen eines komprimierten Films gemäß Infrarotspektroskopie oder durch Gelpermeationschromatographie (GPC) erfolgen.

Thermotrope Flüssigkristallpolymere können entweder allein oder in einer Mischung von mindestens zwei derselben verwendet werden. Ein bevorzugtes Flüssigkristallpolymer ist 2-Naphthalencarbonsäure, 6-(Acetyloxy)-polymer, mit 4-(Acetyloxy)benzoesäure.

Geeignete Flüssigkristallpolymere umfassen unter anderem beispielsweise VECTRA®, im Handel erhältlich von Ticona, XYDAR®, im Handel erhältlich von Amoco Polymers, und ZENITE®, im Handel erhältlich von DuPont. Die oben beschriebenen Flüssigkristallpolymere und Polymermischungen sind als Beispiel und nicht zur Beschränkung gedacht, da viele andere geeignete Flüssigkristallpolymere und Polymermischungen im Stand der Technik bekannt sind. Gleichermaßen können in den Flüssigkristallpolymeren Compatibilizer, Weichmacher, Flammschutzmittel und andere Zusätze enthalten sein. Weiterhin ist vorgesehen, dass andere als hier offenbarte Dielektrika in Kombination mit mindestens einer Flüssigkristallpolymerschicht bei der Herstellung von Schaltkreismaterialien, Schaltungen und Mehrschichtschaltungen verwendet werden können.

Die Flüssigkristallpolymere können in Form von Verbundstoffen eingesetzt werden, die anorganische oder organische Teilchenfüllstoffe und/oder gewebte oder nicht gewebte Gewebe enthalten.

Verwendbare Teilchenfüllstoffe umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Titandioxid (Rutil und Anatas), Bariumtitanat, Strontium, Titanat, Silica (Teilchen und Hohlkugeln) einschließlich amorphem synthetischen Quarz und pyrogenem Siliciumdioxid; Korund, Wollastonit, Aramidfasern (z.B. KEVLAR® von DuPont), Fiberglas, Ba2Ti9O20, Glaskugeln, Quartz, Bornitrid, Aluminumnitrid, Siliciumcarbid, Beryllia, Alumina und Magnesia. Die Teilchenfüllstoffe können allein oder in Kombination verwendet werden. Besonders bevorzugte Teilchenfüllstoffe sind Rutil Titandioxid und amorphes Siliciumdioxid, da diese Füllstoffe eine hohe bzw. eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen, wodurch sie ermöglichen, einen weiten Bereich von Dielektrizitätskonstanten in Verbindung mit einem geringen Verlustfaktor im Endprodukt durch Einstellung der entsprechenden Mengen der beiden Füllstoffe in der Zusammensetzung zu erzielen.

Sofern sie verwendet werden, können Teilchenfüllstoffe in einer Menge von etwa 1 bis etwa 70 Gewichtsprozent (Gew.-%) des Gesamtgewichts der Zusammensetzung vorliegen, wobei weniger oder gleich oder gleich etwa 60 Gew.-% bevorzugt sind und weniger oder gleich oder gleich etwa 50 Gew.-% stärker bevorzugt sind.

Kupplungsreagenzien können verwendet werden, um die Bildung kovalenter Bindungen, die die Füllstoffoberfläche mit einem Polymer verbinden, zu propagieren oder an diesen teilzunehmen. Ausgewählte Kupplungsreagenzien umfassen 3-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan und 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan. Sofern verwendet, können Kupplungsreagenzien in Mengen von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 1 Gew.-% des Gesamtgewichts der Harzzusammensetzung eingesetzt werden.

Bei Verwendung als ein im Wesentlichen nicht fließfähiges Dielektrikum, wie ein dielektrisches Substrat für ein starres Schaltungslaminat, kann ein Fasergewebe in das Flüssigkristallpolymer eingearbeitet sein. "Fasergewebe" ist hierbei definiert als eine gewebte oder nicht-gewebte Assemblage von Fasern, die unter den involvierten Prozeßbedingungen bei der Herstellung des Dielektrikums, des Klebschicht-Materials, des Schaltkreismaterials und der daraus gebildeten Schaltungen beständig sind. Fasergewebematerialien können organisch oder anorganisch sein. Besonders brauchbare Fasergewebe können Materialien mit einem Schmelzpunkt umfassen, der größer oder gleich der höchsten Verarbeitungstemperatur ist. Beispielhafte Fasermaterialien haben einen Schmelzpunkt größer oder gleich etwa 250 °C, bevorzugt größer oder gleich etwa 280 °C, und stärker bevorzugt größer oder gleich oder gleich etwa 300 °C. Das Fasergewebe umfaßt thermisch stabile Gewebe einer geeigneten Faser, vorzugsweise Glas (E, S und D-Glas) oder Hochtemperaturpolymerfasern (z.B. KODEL Polyester von Eastman Kodak oder Polyphenylensulfidfasern von Phillips Petroleum). Solche thermisch stabilen Faserverstärkungen sorgen für die gewünschte strukturelle Steifigkeit des Verbundstoffs. Zusätzlich ergibt die Verwendung des Fasergewebes ein Dielektrikum, Klebschicht-Material oder Schaltkreismaterial mit einer relativ hohen mechanischen Belastbarkeit.

Bevorzugte Beispiele des Fasergewebes sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Im allgemeinen liegt das Fasergewebe in einem Anteil vor, der kleiner oder gleich oder gleich etwa 50 Gew.-% der gesamten Flüssigkristallpolymerzusammensetzung ist, wobei kleiner oder gleich oder gleich etwa 40 Gew.-% bevorzugt sind und kleiner oder gleich oder gleich etwa 30 Gew.-% stärker bevorzugt sind. Der Anteil des Fasergewebes ist vorzugsweise größer oder gleich oder gleich etwa 10 Gew.-%, wobei größer oder gleich oder gleich etwa 15 Gew.-% bevorzugt sind und größer oder gleich oder gleich etwa 20 Gew.-% stärker bevorzugt sind. Brauchbare Stärken des Fasergewebes sind etwa 25 bis etwa 150 Mikrometer, wobei etwa 50 bis etwa 100 Mikrometer bevorzugt sind.

Verwendbare Leitungsschichten zur Herstellung von Schaltkreismaterialien, Schaltkreisen und Mehrschichtschaltungen umfassen Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Zink, Eisen, Übergangsmetalle und Legierungen, die mindestens eine der vorhergenannten enthalten, wobei Kupfer bevorzugt ist. Weder hinsichtlich der Dicke der Leitungsschicht bestehen besondere Beschränkungen, noch hinsichtlich der Form, Größe oder Oberflächenstruktur der Leitungsschicht. Vorzugsweise umfasst die Leitungsschicht jedoch eine Dicke von etwa 3 Mikrometern bis etwa 200 Mikrometern, wobei etwa 9 Mikrometer bis etwa 180 Mikrometer besonders bevorzugt sind. Liegen zwei oder mehr Leitungsschichten vor, kann die Dicke der beiden Schichten gleich oder verschieden sein.

Kupferleitungsschichten sind bevorzugt. Die Kupferleitungsschicht kann behandelt werden, um die Oberfläche zu vergrößern, mit einem Stabilisator behandelt werden, um einer Oxidation der Leitungsschicht vorzubeugen, oder behandelt werden, um eine thermische Grenzschicht zu bilden. Sowohl Kupferleitungsschichten mit geringer als auch hoher Rauhigkeit, die mit thermischen Grenzschichten aus Zink oder Zinklegierungen behandelt sind, sind besonders brauchbar und können des weiteren eine Korrosionsschutzschicht umfassen. Solche Kupferleitungsschichten sind beispielsweise erhältlich von Co-Tech unter den Handelsnahmen "TWX", "TW" und "TAX"; von Oak-Mitsui unter dem Handelsnamen "TOB"; von Circuit Foil Luxembourg unter den Handelsnamen "TWS" und "NTTOR"; von Gould Electronics unter dem Handelsnamen "JTCS"; und von Chang Chun Petrochemical Company unter dem Handelsnamen "PINK".

Manchmal können solide Bögen der Leitungskaschierung, wie Masseableitungen bzw. -ebene (ground plane) oder Versorgungsebenen (power plane), dazu führen, dass geringe Mengen Gas eingefangen werden, die während des Temperns freigesetzt werden können, was zu Blasenbildung führt. Wenn Blasenbildung zwischen Masseableitung und Versorgungsebene auftritt, kann eine "Gitter"-Ebenenstruktur ("grid"-plane structure) Besserung schaffen. Im Wesentlichen besteht das Gitter aus einem Lochmuster, das in die solide Leitungsfläche geätzt ist, und das Gasen das Entweichen erlaubt, wenn sie erzeugt werden.

Die Mehrschichtschaltungen können unter Verwendung eines schrittweisen oder halbkontinuierlichen Verfahrens zusammengefügt und laminiert werden, wie im Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise werden die Schichten, die zur Darstellung der Mehrschichtschaltung verwendet werden, in der gewünschten Reihenfolge angeordnet, so dass sie einen Stapel bilden. Die Schichten können einzeln zusammengesetzt werden oder in Form von Schaltungen und/oder Schaltkreismaterialien wie Schaltungslaminaten, Deckschichten und dergleichen bereitgestellt werden. Der Stapel wird dann in einer Presse angeordnet, die wahlweise zur Ausbildung eines Vakuums evakuiert werden kann. Die Temperatur wird üblicherweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 °C/min bei einem Druck von etwa 0,5 bis 3 MPa angehoben. Ist die Soll-Laminierungstemperatur erreicht, wird der Stapel bei Solltemperatur und -druck über einen Zeitraum gehalten, der hinreichend ist, um die Schichten zu verkleben, beispielsweise für etwa 5 bis etwas 45 Minuten. Während die Solltemperatur von der Zusammensetzung des Flüssigkristallpolymers und der anderen Komponenten des Stapelmaterials abhängt, liegt die Temperatur üblicherweise zwischen dem Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers und etwa 20 °C über dem Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers. Solche Temperaturen sind im Allgemeinen etwa 200 bis 350 °C. Der Temperprozeß wie vorliegend beschrieben gestattet vorteilhafterweise die Verwendung von Flüssigkristallpolymeren, die bei niedrigeren Temperaturen laminiert werden können, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 200 °C bis etwa 290 °C, weiter bevorzugt von etwa 200 °C bis etwa 275 °C, stärker bevorzugt von etwa 200 °C bis etwa 250 °C. Solche Temperaturen sind mit konventionellen, elektrisch beheizten Pressen kompatibel. Demgemäß ist für Laminierungszwecke der Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers vor dem Tempern vorzugsweise kleiner oder gleich etwa 290 °C, weiter bevorzugt, kleiner oder gleich etwa 285 °C, noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich etwa 250 °C, stärker bevorzugt kleiner oder gleich etwa 240 °C, und noch stärker bevorzugt kleiner oder gleich etwa 230 °C.

Die resultierende Mehrschichtschaltung wird dann abgekühlt, im allgemeinen unter Druck, und aus der Presse entnommen, wenn die Temperatur kleiner oder gleich 100 °C ist. Die Mehrschichtschaltung kann vor dem Tempern gelagert werden.

Anschließend werden die Mehrschichtschaltungen für einen Zeitraum und bei einer Temperatur getempert, die in der Lage sind, den nematischen Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht zu erhöhen, wobei die damit verbundenen thermischen Eigenschaften der Mehrschichtschaltung wie Wärmeformbeständigkeitstemperatur, Lötwiderstandstemperatur (solder resistance temperature) und/oder maximale Anwendungstemperatur verbessert werden. Wirksame Tempertemperaturen liegen über der Glasübergangstemperatur, aber unter dem nematischen Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers und können leicht ohne übermäßiges Experimentieren ausgehend von der Gleichheit der Flüssigkristallpolymerschichten, der Anzahl der Flüssigkristallpolymerschichten und ähnlichen Überlegungen bestimmt werden. Tempern umfasst im allgemeinen das Unterwerfen der Mehrschichtschaltung einer Reihe programmierter Temperaturen, die höher als die Glasübergangstemperatur, aber niedriger als der Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht sind.

Vorzugsweise erhöht das Tempern den Schmelzpunkt des Flüssigkristallpolymers um etwa 10 °C oder mehr, bevorzugt um etwa 15 °C oder mehr. Der erhöhte Schmelzpunkt ist vorzugsweise größer oder gleich etwa 250 °C, stärker bevorzugt größer oder gleich etwa 290 °C, und am stärksten bevorzugt größer oder gleich etwa 300 °C. In einer bevorzugten Ausführungsform wird daher ein Flüssigkristallpolymer ausgewählt, bei dem die effektive Laminierungstemperatur kleiner oder gleich etwa 290 °C ist und der angehobene Schmelzpunkt des getemperten Flüssigkristallpolymers größer oder gleich etwa 300 °C ist. Dieses kann beispielsweise durch Verwendung einer Flüssigkristallpolymerklebschicht mit einem Schmelzpunkt von etwa 250 bis etwa 290 °C und Tempern der Klebschicht nach der Laminierung zur Erhöhung des Schmelzpunktes auf etwa 300 bis etwa 315 °C erreicht werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Flüssigkristallpolymer ausgewählt, bei dem die effektive Laminierungstemperatur kleiner oder gleich etwa 250 °C ist und der angehobene Schmelzpunkt des getemperten Flüssigkristallpolymers größer oder gleich etwa 265 °C ist.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Flüssigkristallpolymer ausgewählt, bei dem die effektive Laminierungstemperatur kleiner oder gleich etwa 235 °C ist und der angehobenen Schmelzpunkt des getempertern Flüssigkristallpolymers größer oder gleich etwa 250 °C ist. Dieses kann beispielsweise durch Verwendung einer Flüssigkristallpolymerklebschicht mit einem Schmelzpunkt von etwa 200 bis etwa 235 °C und tempern der Klebschicht nach der Laminierung zur. Erhöhung des Schmelzpunktes auf etwa 250 bis etwa 285 °C erreicht werden.

In einer Ausführungsform wird das Tempern der Mehrschichtschaltung mit einer fertiggestellten Mehrschichtschaltung ausgeführt, um den Schmelzpunkt der Klebschichten zu erhöhen, wodurch die Lötwiderstandstemperatur, Wärmeformbeständigkeitstemperatur und maximale Anwendungstemperatur der fertigen Mehrschichtschaltung erhöht werden.

Alternativ kann eine Mehrschichtschaltung getempert werden, die anschließend bei der Herstellung einer weiteren Mehrschichtschaltung verwendet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrfache sequentielle Temperschritte ausgeführt, wenn neue Schichten zugefügt werden. Der Prozeß der Strukturierung (Circuitization) der äußeren Leitungsschichten gefolgt vom Tempern der Mehrschichtschaltung und anschließender Laminierung weiterer Leitungsschichten kann fortgesetzt werden, bis die gewünschte Anzahl von Leitungsschichten erreicht ist. Vorteilhafterweise können mehrfach aufeinanderfolgende Laminierungen unter Verwendung derselben Zusammensetzung des Flüssigkristallpolymerklebschichten und derselben Laminierungstemperatur ausgeführt werden, ohne die zuvor laminierten Schichten zu schmelzen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Mehrschichtschaltung, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, ist in 2, Bezugszeichen 10 gezeigt und enthält eine harzbeschichtete Leitungsschicht 12, die auf einer zweiseitig laminierten Schaltung 14 angeordnet ist. Die zweiseitig laminierte Schaltung 14 umfaßt ein dielektrisches Substrat 20 und zwei Leitungsschichten 22, 24, wobei mindestens die Leitungsschicht 22 strukturiert ist. Wie hier verwendet bedeutet "angeordnet", dass die Schichten einander teilweise oder vollständig überdecken. Bei einem Herstellungsverfahren wird die harzbeschichtete Leitungsschicht 12, die ein im wesentlichen (bei höherer Temperatur) fließfähiges Dielektrikum 16 und eine Leitungsschicht 18 enthält, benachbart der Schaltungsschicht 22 der beidseitig laminierten Schaltung 14 angeordnet. Das Dielektrikum 16 und/oder das dielektrische Substrat 20 enthalten ein Flüssigkristallpolymer. Das dielektrische Substrat 20 kann ferner Teilchenfüllstoffe und ein gewobenes Gewebe 28 enthalten. Alternativ kann das gewobene Gewebe 28 durch eine nicht verwobene Assemblage ersetzt werden. Der Stapel wird anschließend laminiert, vorzugsweise bei einer Temperatur, die nicht höher als etwa 20 °C über dem Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht 16 und/oder 20 liegt. Die laminierte Mehrschichtschaltung kann anschließend wie oben beschrieben getempert oder bei der Herstellung anderer Mehrschichtschaltungen verwendet werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mehrschichtschaltung 110, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, wird in 3 gezeigt und umfaßt eine erste Schaltung 112 die mit einer zweiseitig laminierten Schaltung 114 durch bond ply 115 verklebt ist. Die erste Schaltung 112 enhält ein im Wesentlichen nicht fließfähiges dielektrisches Substrat 116 und eine Schaltungsschicht 118. Die zweiseitig laminierte Schaltung 114 umfaßt eine erste Schaltungsschicht 122, ein im Wesentlichen nicht fließfähiges dielektrisches Substrat 120 und eine auf der anderen Seite davon angeordnete Leitungsschicht 124. Die Leitungsschicht 124 kann strukturiert sein, muss aber nicht strukturiert sein. Das Dielektrikum 115 und oder eine oder beide dielektrischen Substrate 116,120 enthalten ein Flüssigkristallpolymer. Jedes der dielektrischen Substrate 116, 120 kann Teilchenfüllstoffe und/oder ein gewebtes oder nicht verwobenes Netz (nicht dargestellt) enthalten. Bei einem Herstellungsverfahren ist die Klebschicht 115 zwischen der Schaltungsschicht 122 und dem dielektrischen Substrat 116 angeordnet. Der Stapel wird anschließend laminiert, vorzugsweise bei einer Temperatur, die nicht höher als etwa 20 °C über dem Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht liegt. Die laminierte Mehrschichtschaltung kann anschließend wie oben beschrieben getempert oder bei der Herstellung weiterer Mehrschichtschaltungen verwendet werden.

Wie in 4 mit Bezugszeichen 210 dargestellt kann die Flüssigkristallpolymerklebschicht 115 mit einer zusätzlichen Polymerschicht 117 kombiniert sein, um eine Mehrschichtklebschicht zu bilden. Schicht 117 ist vorzugsweise ein Flüssigkristallpolymer und kann dieselbe oder eine andere Zusammensetzung und/oder Eigenschaften wie die Klebschicht 115 haben. In einer Ausführungsform ist Schicht 117 dünner und/oder schmilzt bei niedrigerer Temperatur als Schicht 115. Mehrschichtschaltung 210 kann durch Anordnung eines Mehrschichtfilmes hergestellt werden, der die Klebschichtlagen 115, 117 zwischen Schaltungsschicht 122 und dielektrischem Substrat 116, wie dargestellt, enthält, und Laminieren des Stapels hergestellt werden. Die laminierte Mehrschichtschaltung kann anschließend, wie oben beschrieben, getempert oder bei der Herstellung weiterer Mehrschichtschaltungen verwendet werden.

Es liegt ebenfalls im Anwendungsbereich der Erfindung mehr al eine zusätzliche Schicht zu verwenden, falls dieses von den Anforderungen der Anwendung vorgegeben wird. Wie in 5 dargestellt, umfasst eine beispielhafte Mehrschichtbond-ply 140 Polymerschichten 115,117 und 119, wobei mindestens eine und vorzugsweise alle Schichten 115,117 und 119 Flüssigkristallpolymerschichten sind. In einer Ausführungsform sind die Schichten 115 und 119 dünner als Schicht 117 und/oder schmelzen bei einer niedrigeren Temperatur. Die Herstellung der Mehrschichtschaltung 310 in 5 kann durch Anordnung des Mehrschichtfilms 140 zwischen Schaltungsschicht 136 und Schaltungsschicht 122, wie dargestellt, und Laminieren des Stapels erfolgen. Mehrschichtfilme sind ebenfalls ein Anwendungsbereich der Erfindung, die mehr als drei Schichten (nicht dargestellt) enthalten, und die mindestens zwei äußere Klebschichtlagen und so viele innere Klebschichtlagen wie erforderlich enthalten. Der Mehrschichtfilm würde dann benachbart zu der Leitungsschicht oder den Leitungsschichten angeordnet sein, um einen Stapel zu bilden und wie oben beschrieben laminiert zu werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mehrschichtschaltung, die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt worden ist, wird in 6, Bezugszeichen 410 gezeigt, und sie umfasst eine erste Schaltung 212, die mit einer ersten Klebschicht 224 mit einer zweiten Schaltung 214 verbunden ist, und eine dritte Schaltung 216, die an die zweite Schaltung 214 durch die Klebschicht 232 gebunden ist. Die erste zweiseitig laminierte Schaltung 212 weist ein im Wesentlichen nicht fließfähiges dielektrisches Substrat 222 und Schaltungsschichten 218 und 224 auf. Die zweite Schaltung 214 ist eine zweiseitig laminierte Schaltung und umfasst ein im wesentlichen nicht fließfähiges dielektrisches Substrat 228 und zwei Schaltungsschichten 226 und 230; und die dritte Schaltung 216 umfasst ein im wesentlichen nicht fließfähiges dielektrisches Substrat 236 und Schaltungsschichten 234 und 238. Andere Konfigurationen sind ebenfalls möglich. Eine oder mehrere Klebschichten 216, 232 und/oder dielektrische Substrate 222, 228, 236 enthalten ein Flüssigkristallpolymer. Vorzugsweise ist jede ein Flüssigkristallpolymer. Jedes der dielektrischen Substrate 222, 228, 236 kann Teilchenfüllstoffe und/oder ein gewobenes oder nicht verwobenes bzw. nonwoven Netz enthalten.

Bei einem Herstellungsverfahren werden die Klebschichten 224, 232 zwischen den Schaltungen 212, 214, 216, wie dargestellt, angeordnet und der Stapel wird laminiert, vorzugsweise bei einer Temperatur, die nicht höher als etwa 20 °C über dem Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht liegt. Die laminierte Mehrschichtschaltung kann anschließend wie oben beschrieben getempert oder bei der Herstellung anderer Mehrschichtschaltungen verwendet werden.

Bei einem weiteren Herstellungsverfahren wird aufeinanderfolgendes Tempern verwendet, d.h. Klebschicht 224 wird zwischen der ersten und zweiten Schaltung 212, 214, wie dargestellt, angeordnet und der Stapel laminiert, vorzugsweise bei einer Temperatur, die nicht höher als etwa 20 °C über dem Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht liegt, und anschließend wie hier beschrieben getempert. Klebschicht 232 wird dann zwischen der zweiten Schaltung 214 und der dritten Schaltung 218 angeordnet und der Stapel laminiert, vorzugsweise bei einer Temperatur, die nicht höher als etwa 20 °C über dem niedrigsten Schmelzpunkt einer der Flüssigkristallpolymerschichten liegt. Das resultierende Laminat kann dann getempert oder bei der Herstellung weiterer Mehrschichtschaltungslaminate verwendet werden.

Offensichtlich besitzt das vorliegende Verfahren eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik. Die Verwendung einer Laminierungstemperatur von weniger als 290 °C und vorzugsweise weniger als 250 °C bedeutet, dass der Laminierungsschritt mit konventionellen elektrisch beheizten Pressen durchgeführt werden kann. Die Anwendung des neuen Tempern-nach-Laminierung-Schritts der Mehrschichtschaltungen hebt den Flüssigkristallpolymerschmelzpunkt auf einen Wert oberhalb der Laminierungstemperatur an. Dieses gestattet aufeinanderfolgendes Tempern und bietet dem Mehrschichtschaltungshersteller maximale Flexibilität bei der Fertigung.

Das oben beschriebene Verfahren wird weitergehend durch die folgenden Beispiele dargelegt, die illustrierend aber nicht beschränkend sein sollen.

Beispiel 1: Vergrößerung der Temperaturbeständigkeit des Vectra LKX1112 Flüssigkristallpolymer-Klebfilms.

Um die Erhöhung geeigneter Mehrschichtschaltungseigenschaften zu demonstrieren, die mit dem Tempern-nach-Laminierung-Schritt zu erzielen sind, wurde der folgende Versuch durchgeführt. Zwei Bögen 17 Mikrometer dicker NT-TOR Kupferfolie (Hergestellt von Circuit Foils Luxembourg) wurden zusammen mit einer 50 Mikrometer dicken Folie Vectra LKX1112 Flüssigkristallpolymer-Klebfilm Vectra® LKX1112 Flüssigkristallpolymer (Ticona Corporation) laminiert. Vectra® LKX1112 Flüssigkristallpolymer zeigt einen Schmelzpunkt (gemessen als Peak-Wert des Schmelzpunkts durch dynamische Differenzkalorimetrie (DSC – differential scanning calorimetry) von 232 °C. Das Pressen-Temperaturprogramm begann mit einer auf 95 °C vorgeheizten Presse, Erhöhung der Temperatur auf 230 °C mit einer Geschwindigkeit von 3,3 °C/min und einem Druck von 2,76 × 106 N/m2 (400 psi), Halten der Presse bei 230 °C für 15 Minuten und anschließende Abkühlung der Presse auf Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von 3,3 °C/min.

Vier verschiedene Muster wurden vom oben beschriebenen Laminat vorbereitet, eine nicht getemperte Kontrolle und drei Proben, die in einem Ofen über 8 Stunden bei 200 °C, 210 °C und 220 °C getempert wurden.

Die Lötbadwiderstandstemperatur (solder float resistance temperature) wurde gemäß dem IPCTM-650 2.4.13 Testverfahren gemessen.

Der Schmelzpunkt wurde durch Aufzeichnung des Peak-Endotherm-Wertes in einer DSC-Spur unter Verwendung eines TA Instruments MDSC Modell 2920 unter Stickstoffatmosphäre bei einer Heizrate von 10°C/min gemessen.

Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT – hegt distortion temperature) wurde "in der ebene" (in-plane) auf einem 3 mm × 9 mm großen Muster gemessen, das unter Zugbeanspruchung in einen TA Instruments Modell 2940 Thermo-Mechanical Analyzer angeordnet wurde. Die HDT wird als die Temperatur aufgezeichnet, bei der die Probe plötzlich unter einer Beanspruchung von 0,01 Newton und einer Heizrate von 10 °C/min nachgibt.

Wie in 1 dargestellt, verursacht Tempern bei 220 °C eine wesentliche Erhöhung aller drei zweckmäßigen thermischen Eigenschaften.

Beispiel 2. Mehrfache sequentielle Mehrschichtlaminierungen mit Rogers R/flex 3800 LCPfilm.

Das folgende Beispiel zeigt sequentielle Laminierungen unter Verwendung von flüssigkristallpolymerharzbeschichteten Leitungsfolien und die Verbesserung des Verfahrens, die durch Tempern der Mehrschichtschaltungsunterbaugruppen nach Laminierung erzielt wird.

Eine Schaltung, die Rogers R/flex 3800 Flüssigkristallpolymerfilm als dielektrische Schicht enthält und die auf beiden Seiten mit Kupferfolie laminiert ist, kann von der Rogers Corporation unter dem Handelsnamen R/flex3850® bezogen werden. Das Flüssigkristallpolymerschaltungssubstrat in diesem Material zeigt einen durch DSC gemessenen nematischen Schmelzpunkt von 315 °C. Ein Schaltungssubstrat mit R/flex 3800 Flüssigkristallpolymerfilm als dielektrischer Schicht das auf einer Seite mit Kupferfolie laminiert ist, kann von der Rogers Corporation unter dem Handelsnamen R/flex3600® bezogen werden. Das Flüssigkristallpolymerschaltungssubstrat in diesem Material zeigt einen durch DSC gemessenen nematischen Schmelzpunkt von 290 °C

Ein Modell einer zweiseitigen Schaltung wurde durch Ätzen einer Reihe von parallenen, 3,2 mm (1/8 inch) breiten Linien in die Kupferfolie eines 15,24 × 15,24 × 0,0051 cm (6 inch × 6 inch × 0,002 inch) R/flex3850®-Laminates hergestellt. Zwei Bögen 0,051 mm (0,002 inch) dicke R/flex3600® Schaltungssubstrate wurden anschließend auf die Außenschichten des R/flex3850®-Laminates bei einer Temperatur von 290 °C und einem Druck von 0,52 × 106 N/m2 (75 psi) über 35 Minuten laminiert. Die Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe wurde in der Presse auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend vom Druck entlastet. 3,2 mm (1/8 inch) breite Linien wurden in die Außenschichten der Kupferfolie geätzt. Die Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe wurde dann durch Anordnung in einem Ofen zwischen zwei 2,5 mm (0,1 inch) dicken Edelstahlplatten bei einer Temperatur von 270 °C über 1,5 Stunden getempert.

Zwei zusätzliche Schichten 0,051 mm (0,002 inch) dicke R/flex3600® Schaltungssubstrate wurden auf die Außenseiten der oben genannten Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe bei einer Temperatur von 290 °C und einem Druck von 0,52 × 106 N/m2 (75 psi) über 35 Minuten laminert. Die resultierende Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe (jetzt mit den beiden zusätzlichen Schichten R/flex3600® Schaltungssubstrat) wurden in der Presse auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend vom Druck entlastet. Wiederum wurden 3,2 mm (1/8 inch) breite Linien in die Außenschichten der Kupferfolie geätzt und die Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe dann durch Anordnung in einem Ofen zwischen zwei 2,5 mm (0,1 inch) dicken Edelstahlplatten bei einer Temperatur von 270 °C über 1,5 Stunden getempert.

Derselbe Vorgang, Hinzufügen äußerer Schichten von R/flex3600® Schaltungssubstrat, wurde wiederholt, einschließlich Ätzen der 3,2 mm (1/8 inch) breiten Linien und eines dritten Temper-Schritts.

Der nematische Schmelzpunkt der äußeren Filmschicht wurde nach dem dritten Temper-Schritt unter Verwendung des DSC-Verfahrens gemessen. Es wurde festgestellt, dass das Tempern den Schmelzpunkt des R/flex3600®-Substrats von 290 °C auf 311 °C angehoben hat.

Die Mehrschichtschaltungsbaugruppe wurde quergeschnitten und untersucht. Eine Bewegung der Kupferspuren, die während einem der Laminierungsschritte hätte stattfinden können, wurde nicht festgestellt.

Derselbe Vorgang wurde ohne die wirksamen Temper-Schritte wiederholt. Eine wesentliche Erhöhung des nematischen Schmelzpunktes konnte nicht beobachtet werden. Eine signifikante Bewegung der geätzten Kupferlinien in den inneren Lagen wurde beobachtet. Ohne den Temper-Schritt führt eine sequentielle Laminierung einer Mehrschichtschaltungsunterbaugruppe unter Verwendung eines Flüssigkristallpolymermaterials mit gleichem Schmelzpunkt und gleicher Klebetemperatur nicht zu einer verwendbaren Mehrschichtschaltung.

Während bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden sind, können an diesen zahlreiche Modifikationen und Substitutionen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist die Beschreibung der vorliegenden Erfindung illustrativ und nicht limitierend zu sehen.

10, 110, 210, 310, 410
Mehrschichtschaltung
12
harzbeschichtete Leitungsschicht
14, 114
zweiseitig laminierte Schaltung
16
Dielektrikum
18
Leitungsschicht
20, 120
dielektrisches Substrat
22
Leitungsschicht/Schaltungsschicht
24, 124
Leitungsschicht
28
gewobenes Gewebe
110
Mehrschichtschaltung
112, 212
erste Schaltung
115
bond ply, Dielektrikum
116
dielektisches Substrat
117, 119
Schicht
118
Schaltungsschicht

Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltung. Sie enthält eine strukturierte Leitungsschicht, die auf einer Flüssigkristallpolymerschicht mit einer Tg (Glasübergangstemperatur) und einem ersten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, angeordnet ist. Das Verfahren umfasst die Behandlung der Schaltung bei einer Temperatur zwischen der Tg und dem ersten Schmelzpunkt, mit der Wirkung den ersten Schmelzpunkt auf einen zweiten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, anzuheben, wobei der zweite Schmelzpunkt mindestens 10 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung einer Schaltung, die eine strukturierte Leitungsschicht enthält, die auf einer Flüssigkristallpolymerschicht mit einer Tg (Glasübergangstemperatur) und einem ersten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, angeordnet ist, wobei das Verfahren die Behandlung der Schaltung bei einer Temperatur zwischen der Tg und dem ersten Schmelzpunkt umfasst, mit der Wirkung den ersten Schmelzpunkt auf einen zweiten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, anzuheben, wobei der zweite Schmelzpunkt mindestens 10 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schmelzpunkt mindestens 15 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schmelzpunkt kleiner oder gleich etwa 250 °C ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schmelzpunkt kleiner oder gleich etwa 290 °C ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schmelzpunkt größer oder gleich etwa 250 °C ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schmelzpunkt größer oder gleich etwa 290 °C ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schmelzpunkt größer oder gleich etwa 300 °C ist. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht bei etwa 200 bis etwa 235 °C und der zweite Schmelzpunkt bei etwa 250 bis etwa 285 °C liegen. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schmelzpunkt der Flüssigkristallpolymerschicht bei etwa 250 bis etwa 290 °C und der zweite Schmelzpunkt bei etwa 300 bis etwa 315 °C liegen. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung eine einseitig kaschierte Schaltung, eine zweiseitig kaschierte Schaltung oder eine Mehrschichtschaltung, oder eine Schaltungskonstruktion, die einen oder mehrere der vorgenannten Arten von Schaltungen enthält, ist. Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtschaltung, umfassend die Laminierung eines Stapels, der eine erste Schaltung, eine zweite Schaltung und eine zwischen diesen angeordnete Klebschicht enthält, wobei die Klebschicht eine Flüssigkristallpolymerschicht mit einer Tg und einem ersten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, aufweist; und die Behandlung des laminierten Stapels bei einer Temperatur zwischen der Tg und dem ersten Schmelzpunkt mit der Wirkung den ersten Schmelzpunkt auf einen zweiten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, anzuheben, wobei der zweite Schmelzpunkt mindestens 10 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der zweite Schmelzpunkt mindestens 15 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schmelzpunkt kleiner oder gleich etwa 250 °C ist. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schmelzpunkt kleiner oder gleich etwa 290 °C ist. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schmelzpunkt größer oder gleich etwa 250 °C ist. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schmelzpunkt größer oder gleich etwa 300 °C ist. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminierungstemperatur kleiner oder gleich etwa 290 °C und der zweite Schmelzpunkt größer oder gleich etwa 300 °C ist. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminierungstemperatur kleiner oder gleich etwa 250 °C und der zweite Schmelzpunkt größer oder gleich etwa 265 °C ist. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminierungstemperatur kleiner oder gleich etwa 235 °C und der zweite Schmelzpunkt größer oder gleich etwa 250 °C ist. Verfahren nach Anspruch 11 weiterhin umfassend die Laminierung eines zweiten Stapels enthaltend den behandelten laminierten Stapel, eine dritte Schaltung, und eine zweite Klebschichtlage, die zwischen diesen angeordnet ist, wobei die zweite Klebschicht eine Flüssigkristallpolymerschicht mit einer Tg und einem ersten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, umfaßt; und Behandlung des zweiten laminierten Stapels bei einer Temperatur zwischen der Tg des zweiten Klebfilms und dem ersten Schmelzpunkt der zweiten Klebschicht mit der Wirkung den ersten Schmelzpunkt der zweiten Klebschicht auf einen zweiten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt der zweiten Klebschicht, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, anzuheben, wobei der zweite Schmelzpunkt der zweiten Klebschicht mindestens 10 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt der zweiten Klebschicht. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste und/oder zweite Schaltung eine einseitig kaschierte Schaltung ist. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Schaltung eine dielektrische Substratschicht, die zwischen den beiden Leitungsschichten angeordnet ist, aufweist, wobei mindestens eine der Leitungsschichten strukturiert ist. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste und/oder zweite Schaltung eine Mehrschichtschaltung ist. Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtschaltung, aufweisend die Laminierung eines Stapels, der eine zweiseitig kaschierte Schaltung und eine harzbeschichtete Leitungsschicht enthält, wobei die dielektrische Lage der harzbeschichteten Leitungsschicht auf einer Schaltungsschicht der zweiseitig laminierten Schaltung angeordnet ist, und wobei weiterhin die dielektrische Schicht der harzbeschichteten Leitungsschicht eine Tg und einen ersten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt besitzt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert; und Behandlung des laminierten Stapels bei einer Temperatur zwischen der Tg und dem ersten Schmelzpunkt mit der Wirkung den ersten Schmelzpunkt auf einen zweiten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, anzuheben, wobei der zweite Schmelzpunkt mindestens 10 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt. Verfahren nach Anspruch 24 weiterhin aufweisend die Anordnung einer zweiten harzbeschichteten Leitungsschicht auf einer zweiten Schaltungsschicht der zweiseitig beschichteten Schaltung, wobei die dielektrische Schicht der zweiten harzbeschichteten Leitungsschicht eine dritte Tg und einen dritten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, besitzt; und Behandlung des laminierten Stapels bei einer Temperatur zwischen der Tg und dem dritten Schmelzpunkt mit der Wirkung den dritten Schmelzpunkt auf einen vierten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, anzuheben, wobei der vierte Schmelzpunkt mindestens 10 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt. Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtschaltung, umfassend die Laminierung eines Stapels, der eine zweiseitig kaschierte Schaltung, eine erste harzbeschichtete Leitungsschicht und eine zweite harzbeschichtete Leitungsschicht enthält, wobei

die zweiseitig kaschierte Schaltung ein dielektrisches Substrat, das zwischen einer ersten Schaltungsschicht und einer zweiten Schaltungsschicht angeordnet ist, enthält;

die erste harzbeschichtete Leitungsschicht eine erste dielektrische Schicht und eine erste Leitungschicht enthält, wobei die erste dielektrische Schicht eine erste Tg und einen ersten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt besitzt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert;

die zweite harzbeschichtete Leitungsschicht eine zweite dielektrische Schicht und eine zweite Leitungschicht enthält, wobei die zweite dielektrische Schicht eine zweite Tg und einen zweiten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt besitzt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert; und

wobei weiterhin die erste dielektrische Schicht auf der ersten Schaltungsschicht und die zweite dielektrische Schicht auf der zweiten Schaltungsschicht angeordnet ist; und

die Behandlung des laminierten Stapels bei einer Temperatur zwischen der ersten Tg und dem ersten Schmelzpunkt mit der Wirkung den ersten Schmelzpunkt auf einen dritten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, anzuheben, wobei der dritte Schmelzpunkt mindestens 10 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Behandlungstemperatur zwischen der zweiten Tg und dem zweiten Schmelzpunkt mit der Wirkung den zweiten Schmelzpunkt auf einen vierten kristallinen bis nematischen Schmelzpunkt, wie durch den Peak endotherm über der Glasübergangstemperatur in einer dynamischen Differenzkalorimetrie definiert, anzuheben, wobei der vierte Schmelzpunkt mindestens 10 °C größer ist als der erste Schmelzpunkt. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Tg gleich sind und der erste und zweite Schmelzpunkt gleich sind. Mehrschichtschaltung, hergestellt nach den Verfahren gemäß der Ansprüch 1, 11, 20, 24 oder 26.






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