CN105140028A - 一种高介电常数的埋入式电容的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高介电常数的埋入式电容的制备方法，包括分别对作为无机填料主要成为的钛酸盐、引入无机填料的导电颗粒进行表面修饰，表面修饰后的钛酸盐、表面修饰后的导电颗粒与聚合物共混、搅拌以形成混合浆料，混合浆料涂覆在铜箔单面并预固化处理，将两个铜箔的覆有介电薄膜的一面相对热压贴合等步骤；钛酸盐为钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶镁或钛酸铜钙的一种或多种组合；聚合物为聚酰亚胺、环氧树脂、聚偏氟乙稀、聚氨酯的一种或多种组合；导电颗粒为铝粉、锌粉、铜粉、银粉、镁粉、炭黑和聚苯胺颗粒中的一种或多种组合。通过本发明所获得的埋入式电容，不仅具有热稳定性好，机械韧性强，易于加工的特点，更关键在于其表现出更高的电容密度。

Description

一种高介电常数的埋入式电容的制备方法

技术领域

本发明涉及印制电路板技术领域，特别是涉及一种高介电常数的埋入式电容的制备方法。

背景技术

由于电子产品的发展表现出轻薄化和智能化的趋势，这就要求相应的印制电路板具有更高的集成密度。而印制电路板发展到当前的高密度互联(HDI)多层板阶段，进一步的轻薄化和高集成化引发了一系列问题，主要体现在两个方面：(1)过小的元件已经达到当前制造工艺的极限，很难进一步减小尺寸；(2)密集的电路之间产生寄生电感，影响电子产品的电气性能。据统计，印制电路板中，无源元件与有源元件的数量之比大约为20：1，其中50％以上的无源元件为电容元件，占据了印制电路板中约40％的空间。因此，在所有的无源元件中，电容最受关注。

而通过使用埋入式电容技术，能够将电容元件嵌入印制电路板内部，可显著节约贴装空间。近年来，相关的研究表明，使用埋入式电容可以有效地提高集成电路的集成密度，带来更加自由的电路设计空间，不仅能提高产品的性能和可靠性，还大大降低了制造成本。

埋入式电容主要由两片铜箔和两片铜箔之间所夹的介电薄膜构成，薄膜层的介电常数和厚度对电容器的电容密度直接起着决定性作用。近年来市场上主流的埋入式电容产品中，介电薄膜主要由高分子聚合物和无机介电填料共筑而成，如环氧树脂-钛酸钡体系和聚酰亚胺-钛酸钡体系等。这类薄膜体系的优点在于可以同时发挥聚合物和无机介电填料的优势，即一方面聚合物的使用使得材料具有良好的低温可加工性和柔韧的机械性能，另一方面无机填料的引入又使得薄膜体系的介电常数显著提升，提高了电容密度。

然而，在当前市场上，主流的埋入式电容材料的电容密度仍然偏低，通常在1.0～1.6nF/cm²之间，主要的原因在于：(1)有机无机复合体系的介电常数有限；(2)高分子聚合物多使用环氧树脂，导致介电薄膜厚度较高。

基于此，如何进一步提高埋入式电容材料的电容密度仍然是一项具有现实应用价值的挑战。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种埋入式电容的制备方法，所获得的埋入式电容不仅热稳定性好、加工简单，更关键在于其进一步提高了介电薄膜复合体系的介电常数。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种高介电常数的埋入式电容的制备方法，其关键在于，包括以下步骤实现：

S1、无机填料的成分包括钛酸盐，所述无机填料引入导电颗粒，先分别对所述钛酸盐和所述导电颗粒进行表面修饰；

S2、将经步骤S1处理的所述钛酸盐、所述导电颗粒与聚合物进行混合和搅拌，形成混合浆料；

S3、将所述混合浆料涂覆在铜箔单面上，然后预固化处理，使得所述铜箔单面覆上介电薄膜；

S4、将两个经步骤S3处理的所述铜箔的覆有介电薄膜的一面相对热压贴合，最终得到埋入式电容。

进一步的，在所述步骤S1中，对所述钛酸盐进行表面修饰的方法为：

(1)称量钛酸盐粉体，按照1g钛酸盐对应10mL乙醇的比例，将所述钛酸盐粉体与乙醇混合，然后在30～60℃下超声搅拌30min，得到钛酸盐悬浊液；

(2)在40～60℃下搅拌所述钛酸盐悬浊液，同时加入质量分数1～2％的硅烷偶联剂；继续搅拌2-3小时后，取出悬浊液，再使用抽滤或离心的方法固液分离、洗涤、干燥后，得到表面修饰好的钛酸盐粉体。

进一步的，在所述步骤S1中，对所述导电颗粒进行表面修饰的方法为：

(1)称取导电颗粒，所述导电颗粒的粒径在0.08～0.1μm范围内；按照1g铝粉对应3mL水和30mL乙醇的比例，将所述导电颗粒和水、乙醇混合，然后在30～60℃下超声搅拌30min，得到铝粉悬浊液；

(2)在40～80℃下搅拌所述铝粉悬浊液，同时加入质量分数1～2％的硅烷偶联剂；继续搅拌2～3小时后，使用抽滤或离心的方法对悬浊液固液分离、洗涤、干燥后，得到表面修饰过的导电颗粒。

进一步的，在所述步骤S2中，所述混合和搅拌的方法为：按照导电颗粒的体积分数为5～50％、钛酸盐体积分数为10～70％、聚合物体积分数为30～85％的比例，将所述步骤S1处理后的所述导电颗粒、所述钛酸盐粉体与聚合物共混，并在30～60℃下高速超声搅拌10～30min，使得混合效果更佳。

进一步的，在所述步骤S1中，所述钛酸盐的粒径在0.01～2.0μm范围内，所述钛酸盐为钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶镁或钛酸铜钙的一种或多种组合，均可以达到相同的效果，扩大了钛酸盐的选材范围。

进一步的，在所述步骤S1中，所述导电颗粒为铝粉、锌粉、铜粉、银粉、镁粉、炭黑和聚苯胺颗粒中的一种或多种组合，均可以达到相同的效果，扩大了导电颗粒的选材范围。

进一步的，所述导电颗粒的表面预先经过绝缘物的包裹处理修饰，通过此方式，可进一步提升介电层的介电性能。

进一步的，在所述步骤S2中，所述聚合物为聚酰亚胺、环氧树脂、聚偏氟乙稀、聚氨酯的一种或多种组合，均可达到相同效果，进一步扩大了聚合物的选材面；所述聚合物预先使用丙酮或二甲基甲酰胺(DMF)溶解，所述聚合物使用环氧基团或其他粘性基团进行改性，以提高其与铜箔的剥离强度。

进一步的，在所述步骤S3中，所述预固化处理的条件为在90～170℃的烘箱中保持3～30min，保证介电薄膜牢固覆在所述铜箔单面上；在所述步骤S4中，所述热压贴合的条件为温度200℃、压力3.0MPa、时间为3小时，很好地保证两个铜箔的相对贴合效果。

进一步的，在所述步骤S4中，所述铜箔为压延铜箔或电解铜箔。

相对现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供的高介电常数的埋入式电容的制备方法，将导电颗粒引入钛酸盐/有机聚合物复合体系，可显著提高该复合体系的介电常数，进一步提高该复合体系的介电性能，而使用该复合体系薄膜制备的埋入式电容，不仅具有热稳定性好、机械韧性强、易于加工的特点，更关键在于其表现出更高的电容密度。

附图说明

图1是本发明所述的一种高介电常数的埋入式电容的制备方法一实施方式的流程示意图。

图2是本发明所述的一种高介电常数的埋入式电容的制备方法中最终得到的埋入式电容的结构组成示意图。

图中：1-铜箔；11-第一铜箔；12-第二铜箔；2-表面修饰后的钛酸盐粉体；3-表面修饰后的导电颗粒；4-聚合物。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其不应限制本发明保护的范围。

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种高介电常数的埋入式电容的制备方法，具体地说，如图1、图2所示，该制备方法大致包括以下步骤：

S1、无机填料的成分包括钛酸盐，所述无机填料引入导电颗粒，先分别对所述钛酸盐和所述导电颗粒进行表面修饰；

通过上述步骤S1，使得所述钛酸盐的表面和所述导电颗粒的表面在共混前各自均得到良好的修饰，获得表面修饰后的钛酸盐粉体2和表面修饰后的导电颗粒3。

S2、将经步骤S1处理获得的表面修饰后的钛酸盐粉体2、表面修饰后的导电颗粒3与聚合物4进行混合和搅拌，形成混合浆料；

通过上述步骤S2，使得表面修饰后的钛酸盐粉体2、表面修饰后的导电颗粒3与聚合物4得到很好的混合，形成作为介电层的混合浆料，其中，聚合物4的作用主要是支撑介电层，以保证埋入式电容的机械韧性；表面修饰后的钛酸盐粉体2和表面修饰后的导电颗粒3可以很好地增强埋入式电容的介电性能。

S3、将所述混合浆料涂覆在铜箔1单面上，然后预固化处理，使得所述铜箔1单面覆上介电薄膜；

通过上述步骤S3，将表面修饰后的钛酸盐粉体2、表面修饰后的导电颗粒3与聚合物4混合形成的混合浆料涂覆于铜箔1表面，通过预固化处理，使得作为介电层的混合浆料更好地吸附于铜箔1表面。

S4、将两个经步骤S3处理的所述铜箔的覆有介电薄膜的一面相对热压贴合，最终得到埋入式电容。

通过上述步骤S4，将第一铜箔11单面的介电层和第二铜箔12单面的介电层相对贴合，依靠介电层之间相互的粘合力将两个铜箔贴合在一起，所得到的埋入式电容的中间为介电层薄膜，两边覆以外层电极，介电层薄膜厚度为8～14μm，外层电极厚度为15或35μm。而热压使得作为介电层的介电薄膜贴合效果更佳。

在所述步骤S1中，对所述钛酸盐进行表面修饰的方法详述如下：

(1)称量钛酸盐粉体，按照1g钛酸盐对应10mL乙醇的比例，将所述钛酸盐粉体与乙醇混合，然后在30～60℃下超声搅拌30min，得到钛酸盐悬浊液；

(2)在40～60℃下搅拌所述钛酸盐悬浊液，同时加入质量分数1～2％的硅烷偶联剂；继续搅拌2-3小时后，取出悬浊液，再使用抽滤或离心的方法固液分离、洗涤、干燥后，得到表面修饰好的钛酸盐粉体。

在所述步骤S1中，对所述导电颗粒进行表面修饰的方法详述如下：

(1)称取导电颗粒，所述导电颗粒的粒径在0.08～0.1μm范围内；按照1g铝粉对应3mL水和30mL乙醇的比例，将所述导电颗粒和水、乙醇混合，然后在30～60℃下超声搅拌30min，得到铝粉悬浊液；

(2)在40～80℃下搅拌所述铝粉悬浊液，同时加入质量分数1～2％的硅烷偶联剂；继续搅拌2～3小时后，使用抽滤或离心的方法对悬浊液固液分离、洗涤、干燥后，得到表面修饰过的导电颗粒。

在所述步骤S2中，所述混合和搅拌的方法为：按照导电颗粒的体积分数为5～50％、钛酸盐体积分数为10～70％、聚合物体积分数为30～85％的比例，将所述步骤S1处理后的所述导电颗粒、所述钛酸盐粉体与聚合物共混，并在30～60℃下高速超声搅拌10～30min，使得混合效果更佳。

在所述步骤S1中，所述钛酸盐的粒径在0.01～2.0μm范围内，所述钛酸盐为钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶镁或钛酸铜钙的一种或多种组合，均可以达到相同的效果，扩大了钛酸盐的选材范围。

在所述步骤S1中，所述导电颗粒为铝粉、锌粉、铜粉、银粉、镁粉、炭黑和聚苯胺颗粒中的一种或多种组合，均可以达到相同的效果，扩大了导电颗粒的选材范围。

特别的，所述导电颗粒的表面预先经过绝缘物的包裹处理修饰，通过此方式，可进一步提升介电层的介电性能。

在所述步骤S2中，所述聚合物为聚酰亚胺、环氧树脂、聚偏氟乙稀、聚氨酯的一种或多种组合，均可达到相同效果，进一步扩大了聚合物的选材面；所述聚合物预先使用丙酮或二甲基甲酰胺(DMF)溶解，所述聚合物使用环氧基团或其他粘性基团进行改性，以提高其与铜箔的剥离强度。

在所述步骤S3中，所述预固化处理的条件为在90～170℃的烘箱中保持3～30min，保证介电薄膜牢固覆在所述铜箔单面上；在所述步骤S4中，所述热压贴合的条件为温度200℃、压力3.0MPa、时间为3小时，很好地保证两个铜箔的相对贴合效果。

在所述步骤S4中，所述铜箔为压延铜箔或电解铜箔。

实施例1

在本实施例中，钛酸盐选用粒径约为1.0μm的钛酸钡，导电颗粒选用粒径约为0.1μm的铝粉，聚合物选用热塑性聚酰亚胺，该埋入式电容的制备方法大致包括以下步骤：

S1、分别对钛酸钡和铝粉进行表面修饰

(1)钛酸钡的表面修饰

①称量10g粒径约为1.0μm的钛酸钡粉体，将其与100mL乙醇的比例混合，然后在60℃下超声搅拌30min，得到钛酸钡的悬浊液；

②在60℃温度下，搅拌钛酸钡的悬浊液，同时加入0.15g的硅烷偶联剂；继续恒温搅拌3h后，取出悬浊液，使用抽滤或离心的方法固液分离、洗涤、干燥后，得到表面修饰好的钛酸钡粉体。

(2)铝粉的表面修饰

①称取2g粒径约0.1μm的铝粉，与6mL水和60mL乙醇的比例混合，然后在30～60℃下超声搅拌30min，得到铝粉的悬浊液；

②在70℃温度下，搅拌铝粉悬浊液，同时加入0.03g的硅烷偶联剂；继续恒温搅拌3小时后，对悬浊液抽滤、洗涤、干燥后，得到表面修饰过的铝粉粉体。

S2、将15g热塑型聚酰亚胺溶于丙酮，并在50℃下搅拌，同时将步骤S1中修饰过的铝粉和钛酸钡粉体混入其中，继续60℃下高速搅拌10～30min。

S3、将步骤S2中混合搅拌后得到的浆料涂覆在铜箔单面上，然后置于130℃的烘箱中10min进行预固化处理，使得铜箔单面覆上介电薄膜。

S4、将两个经步骤S3中预固化处理后的铜箔的覆介电薄膜的一面进行相对贴合，即将介电层相对，依靠介电层之间相互的粘合力将两个铜箔贴合在一起；然后将贴合在一起的铜箔在200℃温度、3.0MPa的压力下热压3个小时，最终得到埋入式电容材料。

实施例2

在本实施例中，钛酸盐选用粒径约为0.5μm的钛酸锶，导电颗粒选用粒径约为0.08μm的铝粉，聚合物选用热塑性聚酰亚胺，该埋入式电容的制备方法大致包括以下步骤：

S1、分别对钛酸锶和铝粉进行表面修饰

(1)钛酸锶的表面修饰

①称量10g粒径约为0.5μm的钛酸锶粉体，将其与100mL乙醇的比例混合，然后在60℃下超声搅拌25min，得到钛酸锶的悬浊液；

②在60℃温度下，搅拌钛酸锶的悬浊液，同时加入0.15g的硅烷偶联剂；继续恒温搅拌2h后，取出悬浊液，使用抽滤或离心的方法固液分离、洗涤、干燥后，得到表面修饰好的钛酸锶粉体。

(2)铝粉的表面修饰

①称取2g粒径约0.08μm的铝粉，与6mL水和60mL乙醇的比例混合，然后在50℃下超声搅拌25min，得到铝粉的悬浊液；

②在70℃温度下，搅拌铝粉悬浊液，同时加入0.03g的硅烷偶联剂；继续恒温搅拌2小时后，对悬浊液抽滤、洗涤、干燥后，得到表面修饰过的铝粉粉体。

S2、将15g热塑型聚酰亚胺溶于丙酮，并在50℃下搅拌，同时将步骤S1中修饰过的铝粉和钛酸锶粉体混入其中，继续50℃下高速搅拌20min。

S3、将步骤S2中混合搅拌后得到的浆料涂覆在铜箔单面上，然后置于130℃的烘箱中8min进行预固化处理，使得铜箔单面覆上介电薄膜。

S4、将两个经步骤S3中预固化处理后的铜箔的覆介电薄膜的一面进行相对贴合，即将介电层相对，依靠介电层之间相互的粘合力将两个铜箔贴合在一起；然后将贴合在一起的铜箔在200℃温度、3.0MPa的压力下热压3个小时，最终得到埋入式电容材料。

实施例3

在本实施例中，钛酸盐选用粒径约为0.5μm的钛酸钡；导电颗粒选用粒径约为0.1μm的铝粉，且铝粉在表面修饰前预先经过绝缘物的包裹处理修饰，具体来说，铝粉在表面修饰前预先通过氮化处理对自身进行包裹处理修饰，成为铝粉AlAlN，其中AlN层厚度约为0.003μm；聚合物选用热塑性聚酰亚胺；该埋入式电容的制备方法大致包括以下步骤：

S1、分别对钛酸钡和铝粉AlAlN进行表面修饰

(1)钛酸钡的表面修饰

①称量10g粒径约为0.5μm的钛酸钡粉体，将其与100mL乙醇的比例混合，然后在60℃下超声搅拌25min，得到钛酸钡的悬浊液；

②在60℃温度下，搅拌钛酸钡的悬浊液，同时加入0.15g的硅烷偶联剂；继续恒温搅拌2h后，取出悬浊液，使用抽滤或离心的方法固液分离、洗涤、干燥后，得到表面修饰好的钛酸钡粉体。

(2)铝粉AlAlN的表面修饰

①称取2g表面已预先氮化处理的粒径约0.1μm的铝粉，与6mL水和60mL乙醇的比例混合，然后在50℃下超声搅拌25min，得到铝粉AlAlN的悬浊液；

②在70℃温度下，搅拌铝粉AlAlN悬浊液，同时加入0.03g的硅烷偶联剂；继续恒温搅拌2小时后，对悬浊液抽滤、洗涤、干燥后，得到表面修饰过的铝粉AlAlN粉体。

S2、将15g热塑型聚酰亚胺溶于丙酮，并在50℃下搅拌，同时将步骤S1中修饰过的铝粉AlAlN和钛酸钡粉体混入其中，继续50℃下高速搅拌20min。

S3、将步骤S2中混合搅拌后得到的浆料涂覆在铜箔单面上，然后置于130℃的烘箱中8min进行预固化处理，使得铜箔单面覆上介电薄膜。

S4、将两个经步骤S3中预固化处理后的铜箔的覆介电薄膜的一面进行相对贴合，即将介电层相对，依靠介电层之间相互的粘合力将两个铜箔贴合在一起；然后将贴合在一起的铜箔在200℃温度、3.0MPa的压力下热压3个小时，最终得到埋入式电容材料。

应该理解，以上实施例所述具体实施方式仅是为了对权利要求书进行清楚、完整的说明，但并不意味着对权利要求书保护范围的限定，凡是基于本发明的发明构思，在本发明基础上进行的与本发明无实质性差别的变形及改造，均属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高介电常数的埋入式电容的制备方法，其特征在于，包括以下步骤实现：

S1、无机填料的成分包括钛酸盐，所述无机填料引入导电颗粒，先分别对所述钛酸盐和所述导电颗粒进行表面修饰；

S2、将经步骤S1处理的所述钛酸盐、所述导电颗粒与聚合物进行混合和搅拌，形成混合浆料；

S3、将所述混合浆料涂覆在铜箔单面上，然后预固化处理，使得所述铜箔单面覆上介电薄膜；

S4、将两个经步骤S3处理的所述铜箔的覆有介电薄膜的一面相对热压贴合，最终得到埋入式电容。

2.如权利要求1所述的高介电常数的埋入式电容的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，对所述钛酸盐进行表面修饰的方法为：

称量钛酸盐粉体，按照1g钛酸盐对应10mL乙醇的比例，将所述钛酸盐粉体与乙醇混合，然后在30～60℃下超声搅拌30min，得到钛酸盐悬浊液；

在40～60℃下搅拌所述钛酸盐悬浊液，同时加入质量分数1～2％的硅烷偶联剂；继续搅拌2-3小时后，取出悬浊液，再使用抽滤或离心的方法固液分离、洗涤、干燥后，得到表面修饰好的钛酸盐粉体。

3.如权利要求1或2所述的高介电常数的埋入式电容的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，对所述导电颗粒进行表面修饰的方法为：

称取导电颗粒，所述导电颗粒的粒径在0.08～0.1μm范围内；按照1g铝粉对应3mL水和30mL乙醇的比例，将所述导电颗粒和水、乙醇混合，然后在30～60℃下超声搅拌30min，得到铝粉悬浊液；

在40～80℃下搅拌所述铝粉悬浊液，同时加入质量分数1～2％的硅烷偶联剂；继续搅拌2～3小时后，使用抽滤或离心的方法对悬浊液固液分离、洗涤、干燥后，得到表面修饰过的导电颗粒。

4.如权利要求1-3任一项所述的高介电常数的埋入式电容的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述混合和搅拌的方法为：

按照导电颗粒的体积分数为5～50％、钛酸盐体积分数为10～70％、聚合物体积分数为30～85％的比例，将所述步骤S1处理后的所述导电颗粒、所述钛酸盐粉体与聚合物共混，并在30～60℃下高速超声搅拌10～30min。

5.如权利要求1-4任一项所述的高介电常数的埋入式电容的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述钛酸盐的粒径在0.01～2.0μm范围内，所述钛酸盐为钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶镁或钛酸铜钙的一种或多种组合。

6.如权利要求1-4所述的高介电常数的埋入式电容的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述导电颗粒为铝粉、锌粉、铜粉、银粉、镁粉、炭黑和聚苯胺颗粒中的一种或多种组合。

7.如权利要求6所述的高介电常数的埋入式电容的制备方法，其特征在于：所述导电颗粒的表面预先经过绝缘物的包裹处理修饰。

8.如权利要求4所述的高介电常数的埋入式电容的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述聚合物为聚酰亚胺、环氧树脂、聚偏氟乙稀、聚氨酯的一种或多种组合；所述聚合物预先使用丙酮或二甲基甲酰胺(DMF)溶解，所述聚合物使用环氧基团或其他粘性基团进行改性。

9.如权利要求1所述的高介电常数的埋入式电容的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述预固化处理的条件为在90～170℃的烘箱中保持3～30min；所述步骤S4中，所述热压贴合的条件为温度200℃、压力3.0MPa、时间为3小时。

10.如权利要求1所述的高介电常数的埋入式电容的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述铜箔为压延铜箔或电解铜箔。