In this work the development of high temperature resistant polymer substrates for flexible circuit boards is addressed. Up to now, most flexible printed circuit boards are based on films from polyimide (PI). However, the chemical resistance of PI to alkalines is very poor and the water absorption is very high (drying before soldering is necessary). Furthermore, the widely used thermosetting PI cannot be processed by film extrusion from the melt. The high temperature resistant thermoplastic polymer polyether ether ketone (PEEK) could be an alternative basic material for flexible printed circuit boards. PEEK is an intrinsically flame-resistant polymer with a high chemical and thermal stability and excellent mechanical properties. Its thermal properties make PEEK suitable for applications which require high heat resistance, such as automotive parts or solderable electronic components. However, as a result of the chemical stability the adhesive properties are poor. If the adherence of copper could markedly be improved, films made from PEEK would have a high potential as a basic material for flexible printed circuit boards. To improve the adhesion properties of PEEK the polymer films either were exposed to different pretreatments (e.g. corona, plasma or surface etching) or the polymer was modified by blending with fillers or other polymers. The metallization was realised by adhesive bonding of a copper foil or by physical vapor deposition (PVD), respectively. The adhesion strength of the coatings were examined by a peel force test, changes of the surface induced by the pretreatments were investigated by electron spectroscopy, laser scanning microscopy, and contact angle measurements. Particular pretreatments (plasma treatment and surface etching) led to an improvement in adhesion properties, which are good enough for matching the requirements of the electronic industry with regard to a copper metallization. Surface analysis made a contribution to an understanding of the adhesion mechanism between PEEK and the copper metallization. Using these results the first solderable flexible printed circuit boards based on PEEK were manufactured at a laboratory scale.

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer haftfesten Metallisierung von Folien aus Polyetheretherketon (PEEK) mit Kupfer im Hinblick auf die Herstellung flexibler Schaltungsträger. Auf diesem Sektor werden bisher vorwiegend Folien aus Polyimid (PI) eingesetzt. Dieses Material weist allerdings einige Nachteile auf. Es ist bekannt, dass Probleme bezüglich der Dimensionsstabilität beim Strukturieren und Galvanisieren bestehen. Des weiteren ist die chemische Stabilität in alkalischen Medien nicht gewährleistet, und die relativ hohe Feuchtigkeitsaufnahme erfordert aufwendige Trocknungs-prozesse der Folien, z.B. vor der Durchführung eines Lötprozesses. Eine Alternative stellt das in dieser Arbeit untersuchte PEEK dar. Dieses Polymere gehört zur Gruppe der Hochtemperaturthermoplaste und kann im Gegensatz zum duroplastischen PI kontinuierlich verarbeitet und später wieder rezykliert werden. Darüber hinaus besitzt es hervorragende Eigenschaften hinsichtlich chemischer Stabilität, Wasserauf-nahme, Wärmebeständigkeit (Dauergebrauchstemperatur 260 °C) und ist intrinsisch flammwidrig. Einer breiten Anwendung stand aber bisher die mangelnde Haftfestigkeit einer aufgebrachten Metallisierung (z.B. Leiterbahnen aus Kupfer) entgegen. Untersuchungen bezüglich der Optimierung einer Kupfermetallisierung von PEEK sind in der Literatur bisher nicht bekannt. In dieser Arbeit stand daher die Verbesserung der Haftungseigenschaften des PEEK im Mittelpunkt, um eine ausreichend hohe Haftfestigkeit einer Kupfermetallisierung zu gewährleisten. Zur Metallisierung wurden zwei Verfahren eingesetzt: · Verkleben der PEEK-Folie mit Kupferfolie · Kleberlose Metallisierung der PEEK-Folie über PVD (Physical Vapour Deposition) Diese Verfahren werden bei der Herstellung flexibler Schaltungsträger im industriellen Maßstab eingesetzt. Um die Haftfestigkeit der Polymer-Metall-Verbunde zu optimieren, wurden zwei Wege beschritten: Der erste Weg bestand darin, die Oberfläche handelsüblicher Folien aus PEEK mit unterschiedlichen Verfahren (Aufrauen der Oberfläche, Ätzen mit Chromschwefelsäure (CRS), Corona-Behandlung, Excimerlaser-Bestrahlung, Niederdruckplasmabehandlung) zu behandeln. Diese Behandlungen sind prinzipiell in der Lage, die Polymeroberfläche so zu verändern, dass sich Wechselwirkungen (z.B. Dipol-Dipol-Wechselwirkungen oder Wasserstoffbrücken-bindungen) zwischen PEEK und der aufgebrachten Beschichtung ausbilden und zu einer Steigerung der Haftfestigkeit führen. Ein zweiter Weg wurde mit der Modifizierung der PEEK-Folien durch die Einlagerung separater Phasen beschritten. Die eingelagerten Füllstoffe werden nachträglich aus der Oberfläche herausgelöst, um die Rauigkeit der Polymeroberfläche zu vergrößern. Eine mögliche mechanische Verklammerung sowie die größere Oberfläche soll zu einer Steigerung der Haftfestigkeit der Metallisierung beitragen. Zum einen wurde eine Modifizierung mit Polyethersulfon (PES) durchgeführt, welches mit PEEK physikalisch nicht mischbar ist und nachträglich durch ein Lösungsmittel (N-Methyl-Pyrrolidon (NMP)) aus der Folienoberfläche herausgelöst werden kann. Alternativ zu PES wurde der mineralische Füllstoff Calciumcarbonat (CaCO3) eingesetzt. In diesem Fall lässt sich der Füllstoff durch eine Ätzung (Salzsäure (HCl)) entfernen. Bei sämtlichen Untersuchungen wurden die Oberflächen vor und nach den jeweiligen Vorbehandlungen analysiert, um grundlegende Erkenntnisse bezüglich der Haftungsmechanismen an der Phasengrenze Polymer-Metall zu erhalten, welche wiederum zu einer Optimierung der Metallisierung beitragen könnten.