压力均衡体、尤其用于装配液压单层和多层热压机和冷压机的压垫

本发明涉及一种压垫，其应用在用于制造印刷电路板、高压层压板或类似板状件的液压式单层或多层热压和冷压机中，所述压垫包括：

-两个布置在压垫的相对侧上的外层，所述外层分别由通过耐高温、优选热塑性的、带有非常小的摩擦系数的聚合物制成的膜构成；

-布置在外层之间的中间层，所述中间层由通过纤维制成的平面织物构成；

-两个分别布置在中间层和相应的外层之间的连接层，所述连接层由氟弹性体、优选氟橡胶构成。

此外，本发明还涉及一种用于制造压垫的方法，所述压垫应用在用于制造印刷电路板、高压层压板或类似板状件的液压式单层或多层热压和冷压机中，所述压垫包括：

-两个布置在压垫的相对侧上的外层，所述外层分别由通过耐高温、优选热塑性的、带有非常小的摩擦系数的聚合物制成的膜构成；

-布置在外层之间的中间层，所述中间层由通过纤维制成的平面织物构成；

-两个分别布置在中间层和相应的外层之间的连接层，所述连接层由氟弹性体、优选氟橡胶构成，

其中，

中间层的平面织物中至少大部分纤维、优选所有纤维都由带有负的线性热膨胀系数的材料构成。

氟弹性体(或者在此的同义词“氟化弹性体”)在本发明范围内除了氟橡胶之外还应理解为其他组别的氟化弹性体，例如全氟醚橡胶(FFKM)、四氟乙烯/丙烯橡胶(FEPM)或氟化硅橡胶(FVMQ)，其中，后者在通过按照本发明的压垫的试验中表现得略微欠适合。

背景技术

开始所述类型的压垫用于不同的液压单层和多层热压和冷压机中，并且任务是，将挤压力均匀和全面地尽可能均匀分布到待制造产品上，并且全面地传递至待制造产品，所待制造述产品涉及用于制造电子电路的印刷电路板、由多层通过浸渍三聚氰胺和苯酚树脂的纸或类似板状件构成的高压层压板(HPL＝High Pressure Laminate)。这种压垫也称为压力均衡体，对其提出的要求是一方面尽可能高的并且通过表面的均匀的导热性，以便由此将加热和冷却过程中的过程时间保持得较短；另一方面是高弹性或高回复性，以便在压制周期结束时取消挤压力后再尽可能恢复到初始状态，确切而言能经受尽可能多数量的压制周期。后者要求也相当于较低的所谓“压力变形后剩余，德语：Druckverformungsrest”。此外对这种压垫提出的任务还在于，具有尽可能低的静摩擦和滑动摩擦，尤其是尤其与压机中的金属加热板相比低的静摩擦和滑动摩擦系数。尤其在制造印刷电路板时，对所用压垫的要求特别高，因为这些产品是在非常高的挤压力、较长的挤压时间和较高的挤压温度下制造的。一方面，印制电路板应具有非常小的厚度公差，另一方面在制造过程中不允许颗粒状杂质形成或附着在印制电路板上，因为由此在印制电路板的进一步加工中会显著增加之后由此制造完成的印刷电子电路中出现错误的风险。在这种情况下，低的静摩擦和滑动摩擦系数是很重要的，以便防止在压垫和压板或压片之间粘附的情况下，因温度变化而在压垫中引起的膨胀和收缩过程导致压垫表面出现更强的磨损现象。

在制造印刷电路板时作为基底材料通常使用环氧树脂、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯，因为其在此特别有利的物理和化学特性。在印刷电路板的制造中最常用的基底仍然是玻璃纤维增强(Fiberglas)环氧树脂，带有单侧或双侧粘接的铜箔。通过坚固的结构和耐久性，这种通过玻璃纤维增强的环氧树脂复合结构提供极高的机械强度。通过用环氧树脂浸渍还能产生极佳的电绝缘体和难以点燃的材料。后一种特性越来越重要，因为在印刷的电子电路中使用特定的电子组件时温度趋于升高。

印刷电路板通常是电子组件和电路的核心部分，通过其进行能量、信号和数据从源头到期望目标位置的传输。印刷电路板的两个主要功能一方面是稳定地固定电子构件，另一方面是在印刷电路板上不同组件之间进行导电连接。在此，同一印刷电路板上的单个电子构件之间的电流通过导线、轨道或信号线实现。它们是由铜板蚀刻制成的，铜板构成由非导电基材(玻璃纤维-环氧树脂)制成的中间层的边缘层。印刷电路板在其使用寿命期间必须保持高性能，以避免传输延迟或不准确的数据传输。

在已知的简单设计中，这种印刷电路板是称为所谓单侧立式印刷电路板，其只在一侧具有由铜箔包覆制成的导线。随着复杂度增加，电路板被双侧覆铜。如果这还不够，还可以选择所谓的多层式的多层印刷电路板。在这种情况下，全都配有包覆的印刷电路板的多个薄的环氧树脂板精确地与预浸料连接。在非常复杂的电路中，这种多层印刷电路板可以由多达50层通过环氧树脂板和铜箔的交替层叠结构构成。

在制造过程范畴中，这种印制电路板或其“坯料”组合成挤压包，并在主要由带有光滑表面的不锈钢制成的压板之间送入加热机和冷压机中。为了补偿在挤压设备中的厚度公差，在压板和压机的加热板之间使用上文所述的压垫。压机的单个层配备有加热板，加热板可以用于加热和冷却，确切而言通常分别用于借助热油的流通来进行加热和冷却。在高压力和高温度下，首先熔化压制品中使用的树脂，在此将导线与例如环氧树脂中间层连接，然后硬化成制造好的印制电路板。根据所需的凝结和聚合时间，首先进行的加热过程在保持压力的情况下随后通过冷却中断。

用于制造上述高压层压板的挤压设备的压垫中的现有技术如今非常多地通过由纸材料，如羊毛毡纸或纯碱牛皮纸构成的压垫构成。此外越来越多地使用塑料垫，形式为由合成纤维制成的或由板状或层状塑料材料制成的平面织物，不具有纺织物、针织物、交织物或无纺布形式的集成的平面织物。

由文献US 4,461,800 A已知一种用于模压机的压垫，其具有层压的芯，芯包括至少一个硬的垫层，垫层布置在两个具有高导热性的刚性板之间。此外，已知的压垫还具有两个软的垫层，其包含多孔的弹性层。在此，软的垫层与层压的芯的每个表面粘接。此外，上述硬的垫层包括至少一个用粘合剂浸渍的多孔的弹性膜。上述压垫在结构方面复杂并且使用寿命较短。

在文献EP 1 084 821 A中所述的压垫中存在由毡状垫材料构成的层以及芯部，该垫材料具有相对的第一和第二表面，芯部构造在垫材料的第一表面上，其中，芯部具有与垫材料第一表面接触的第一表面和相对的第二表面。此外毡状垫材料构成的层包括由线材料织成的基础织物和通过针缝集成的无纺纤维层。此外，芯部由弹性材料、海绵状橡胶材料或热塑性弹性体构成，其围成封闭的、独立腔室形式的分布的空腔。

此外，文献EP 1 978 528 A公开了一种用于制造印刷电路板的压垫，压垫可以具有织物、纸、膜或片状结构，其分别作为层与至少一个另外的由氟弹性体构成的层结合。氟弹性体优选包括多元醇硫化体系的氟橡胶成分、硫化剂、硫化加速剂和酸受体。

此外由文献EP 0 842 764 A已知由纺织的线构成的压垫，其在较高机械负荷下应具有更长的使用寿命，其中，纺织的线由难以点燃的三聚氰胺树脂纤维构成。

此外，文献EP 0 493 630 B1公开了一种由无石棉材料制成的压垫，并且其用于制造高压层压板的高压单层压机。

此外，由文献DE 103 37 403A已知一种压垫，其具有织物，织物包含纱线，其至少部分由耐高温聚合物材料构成。在这种情况下的特殊之处在于具有聚合物材料的纱线含有至少1％的气体份额。

此外，文献EP 1 386 723 B1公开了一种压垫，其具有织物，该织物的经线和/或纬线分别交替具有带有横向于纱线轴线不同弹性的纱线类型。

文献EP 0 488 071 A已知另一种用于高压应用的压垫。该压垫应适用于400N/cm2至1200N/cm2之间的挤压力和160℃至200℃之间的温度。

最后，文献DE 200 11432U还公开了一种由无石棉材料制成的用于高压多层压机或用于高压单层短冲程压机的压垫，确切而言分别用于制造高压层压板。已知的压垫具有纺织的织物，其包含由芳香族聚酰胺以及金属纱制成的线。织物尤其应至少在一侧仅在表面具有由耐热和耐压聚合物材料构成的涂层。涂层全面地以连续的层的形式覆盖织物。

上述所有压垫只能部分满足例如在用于制造高压层压板的高压挤压设备中提出的高要求，即较长的使用寿命、非常好的恢复性能、均匀的压力补偿以及非常小的摩擦系数。

技术问题

本发明要解决的技术问题是提出一种用于单层或多层式热压和冷压机的压垫，该压垫更好地满足上述在制造高压层压板时的要求。

发明内容

以开头所述类型的压垫为基础，根据本发明由此解决上述技术问题，即中间层的平面织物的至少大部分纤维、优选全部纤维都由具有负的线性热膨胀系数(纵向热膨胀系数)的材料构成。在此，线性膨胀系数涉及的是沿纤维纵向的膨胀。

由于形成中间层的平面织物的纤维完全或至少大部分由具有负线性热膨胀系数的材料构成，因此在压制过程中，即在压制设备内加热时，不发生纤维的膨胀，而是相反出现纤维的缩短，这与在此所述结构类型的已知压垫的特性相反。即使根据本发明的压垫的外层的耐高温材料和/或连接层的一种或多种材料、即氟弹性体、优选氟橡胶具有正的线性热膨胀系数，但在中间层的平面织物中使用带有负的线性热膨胀系数的材料仍令人意想不到地具有积极效果，因为与现有技术相比，压垫的总膨胀显著降低。即使连接层的材料不与收缩的中间层相互作用而在温度升高时在长度方面发生了膨胀，但由于中间层的平面织物的纤维具有的弹性模量通常比中间层周围的连接层的氟弹性体、优选氟橡胶材料明显更大，因此中间层在长度方面的收缩迫使两个具有准橡胶弹性的连接层收缩，同时在连接层中形成更大的压应力。同样也适用于由耐高温聚合物构成的两个外层(尽管方式略微较弱)，因为氟弹性体构成的连接层、优选氟橡胶连接层的明显的粘接作用，这两个外层也不会完全遵循其实际给定的膨胀趋势。

因此由于根据本发明在中间层中以平面织物的形式加工的具有负的线性热膨胀系数的纤维，压垫的膨胀整体上、即甚至在其外层的区域中，以不可预见的方式降低。因此这对于实践非常重要，因为尤其尽管已在现有技术中故意选择了摩擦系数非常低的外层材料，但已知压垫的线性膨胀仍然很大，这导致外层和与其接触的压板或加热板之间发生不期望的相对运动，从而导致压垫材料、即外层材料的磨损，并且以此会造成挤压设备或用其制造的压印的印刷电路内非常不利的污染。如上所述，印刷电路板上的污染在其进一步加工成压印的电路的范围内导致后者的功能故障。

即使尽管中间层纤维的线性热膨胀系数为负，在根据本发明的压垫中最终在外侧上由于压制过程期间温度升高而出现(轻微的)膨胀，但其通过在外层上使用具有非常小的摩擦系数的材料可以最大限度减轻，因为基于这种低的摩擦系数防止外层材料以粘附方式实际附着在压板或加热板上。在出现这种粘附的情况中，在随后的强制剥离时容易导致压垫上的撕裂或脱落的碎块形式的损坏，这又造成上述的污染效果并以此导致上述的制造好的印刷电路板中的质量下降。

在本申请范围中，外层的聚合物材料的非常小的摩擦系数应理解为小于0.06，优选小于0.05，更优选小于0.04的摩擦系数。

按照在此公开的发明的纤维可以是丝，即单丝或多丝，例如也可以是(加捻的)多丝，其然后通过传统的纺织技术上的加工方法(纺织、针织、编织、无纺布制造)加工成平面织物。根据本申请，纤维可以是短纤维或连续纤维，例如纺丝纤维，其被加工成无纺布材料，然后形成中间层的平面织物。

在本申请中，术语外层的“耐高温聚合物”应理解为达到至少240℃，优选达到至少260℃，更优选达到300℃的温度抗性。

中间层的平面织物的纤维优选具有对位芳纶和/或间位芳纶和/或碳和/或玻璃。在此优选，纤维仅由上述材料的一种构成，或由上述材料的多种的制成的纤维混合物构成。除了负的线性热膨胀系数外，上述纤维还具有为了保证中间层的需要的稳定功能而需要的较高的拉伸强度。

根据本发明还规定，中间层具有织物和/或针织物和/或交织物和/或无纺材料和/或毡材料，优选针刺毡(德语：Nadelfilz)。

根据按照本申请的压垫的特别优选的实施方式，中间层的平面织物，优选在两个相对的侧面上在表面具有针刺的(德语：aufgenadelt)短纤维，其优选由与平面织物相同的材料或由不同于平面织物的纤维的材料构成。针刺的短纤维大部分沿垂直于一个或相对的表面的方向延伸，其除了造成拉伸应力稳定，还由于其垂直定向起到额外的垫作用。

本发明还在设计方面规定，所述外层的膜由聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或聚三氟氯乙烯(PCTFE)构成。上述材料特点都在于较高的耐温性和较低的摩擦系数。

为了实现外层在连接层上牢固和持久的连接，可以对外层的膜的面向连接层的表面、优选全面地、增强附着地预处理，即用液态氨腐蚀或用萘钠溶液处理或等离子体处理，尤其是化学腐蚀或电离处理，优选通过低压等离子体处理。(首先部分交联存在的)氟弹性体，优选氟橡胶聚合物根据本发明可以是：

-偏氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)的共聚物，或

-偏氟乙烯(VDF)、六氟丙烯(HFP)和四氟乙烯(TFE)的三元共聚物，或

-偏氟乙烯(VDF)、六氟丙烯(HFP)、四氟乙烯(TFE)和全氟甲基乙烯基醚(PMVE)的聚合物，或

-偏氟乙烯(VDF)、六氟丙烯(HFP)、四氟乙烯(TFE)和全氟甲基乙烯基醚(PMVE)和乙烯的聚合物。关于(首先部分交联的)氟弹性体、优选氟橡胶聚合物的成分的交联，基本上考虑过氧化、二胺或双酚交联。在这三种交联机制中，二胺交联是最老的。在此，封端的二胺(德语：blockierte Diamine)被用作交联剂，并且尤其在弹性体和例如金属之间实现良好的附着。第二种交联是双酚机制，也称为二羟基机制。双酚交联表现出更好的水解抗性和高温抗性，以及所谓的压缩永久变形方面的改善。

此外氟橡胶还可以通过自由基进行过氧化交联(Triacin工艺)。通过硅树脂弹性体(氟橡胶的替代品)的试验表明，使用寿命明显更短并且稳定性和尺寸稳定性是次优的。

在开始所述用于制造压垫的方法方面，压垫用在液压的单层或多层热压和冷压机中，上述技术问题由此解决，即分别在两个外层之一和中间层之间引入预交联状态中的氟橡胶材料，并在此均匀和全面分布，并且在以这种方式形成的多层复合体中，氟橡胶材料在全面的压力和较高的温度下转化为最终交联状态，并由此将多层复合体持久与压垫粘接。

在此制造方式中，首先使用仅预交联的并且因此不是最终交联的氟橡胶材料制造多层复合体，但其已经具有足够的用于进一步处理的凝聚力。为了实现可作为高压压垫使用的多层复合体并在单个层之间实现永久和非常紧密的连接，形成初级阶段的多层复合体在更高压力和温度下最终交联。

在最终交联过程中，温度通常在130℃至160℃之间，压力通常在0.5N/mm2至1.0N/mm2之间(Espe博士，请在此补充典型值)。为了从最初仅通过预交联的氟化橡胶、优选氟橡胶保持在一起的多层复合体制造压垫，可以使用各种已知类型的设备。例如可以使用简单的挤压设备，其中在挤压过程中压垫静止。一种变型是带有冷却装置的连续带设备，压垫在最终交联过程期间由此经过。在此，挤压时间通过带速度控制。另一种可行方案是使用辊子包覆设备，其也称为“Auma-层压设备”。在此，循环的钢带在部分可加热的滚筒上导引并且挤压力通过钢带对滚筒的压力控制。

实施例

下面将根据图中所示的压垫的实施例对本发明进行更详细的解释。

附图中：

图1：穿过压垫的局部横截面，

图2：按照图1的压垫的中间层的局部放大。

压垫1具有相对于中间平面2的对称结构，并且包括中间层3、布置于中间层两侧的连接层4和两个构成压垫1外表面的外层5。

中间层包括平面织物6，其由单层或多层织物7连同其上在两侧针刺上的对位芳纶短纤维8构成。短纤维通过其纤维纵向与织物7的表面垂直。总体而言，织物7和针刺上的短纤维8的复合体形成所谓的针刺毡。

两个外层5分别是由PTFE制成的膜，具有约200μm的厚度。PTFE是一种耐高温材料，具有高耐磨性和非常小的摩擦系数。外层5的面向中间层3的表面分别以化学方式经过蚀刻处理，具体通过氨蚀刻。

使用最初仅部分交联或预交联的例如由单体偏氟乙烯和六氟丙烯构成的氟橡胶可产生多层复合体，其具有单个层非常紧密的附着或连接。由氟橡胶形成的连接层4具有约为800μm的厚度，其中，部分交联的氟橡胶通过粘合剂改性，使其具有特别好的粘合性能。一方面，氟橡胶与外层5的蚀刻的表面接触，另一方面与中间层3的平面织物6的针刺上的短纤维8接触。由于预交联氟橡胶的最初相对较低的稠度，其深入平面织物6的短纤维8之间的区域中，因此该复合体特别紧密和持久。

在此情况下，上述多层复合体为了氟橡胶的最终交联，在压力(0.5N/mm2)和温度(150℃)条件下在辊式压延设备中最终交联。

在通过上述压垫1的实验中，可以确定具有突出的性能。在将该压垫1用于制造多层印刷电路板的挤压设备中时，与已知的压垫相比，可实现的挤压循环次数大大增加。在实验结束后，压垫1的尺寸精度几乎完全符合。即使在很长时间的使用后，在去除挤压力后，仍能确定足够高的剩余恢复(德语：Restrückstellung)。由PTFE膜制成的外层5的表面没有出现磨损或损坏方面的改变。

附图标记列表：

1 压垫

2 中间平面

3 中间层

4 连接层

5 外层

6 平面织物

7 织物

8 短纤维