CN106336643B - 复合基板及其制造方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了制造复合基板的方法，包括：将陶瓷粉末加入到聚苯醚中；对陶瓷粉末和聚苯醚进行研磨，得到陶瓷粉末与聚苯醚的混合粉末；以及将混合粉末装入模具中，进行热压成型，得到复合基板。此外，本发明还涉及通过本发明的方法制造的复合基板及其应用。通过本发明的方法制造的复合基板介电常数高且介电损耗低。
Description
技术领域
本发明涉及复合基板，更具体地，涉及复合基板及其制造方法和应用。
背景技术
近年来，天线、滤波器、双工器和振荡器等对基板的要求不断提高。最具有代表性的是美国Rogers公司开发研制的RT/duroid系列微波复合介质材料。这是一种以聚四氟乙烯为基的复合玻璃纤维或复合陶瓷粉料的新型微波介质材料，它们具有很好的宽带、高频特性，可用于天线、复杂多层线路、微波线路等平面或非平面的结构，满足滤波器、振荡器等的应用需求。由于聚四氟乙烯仅在分子末端带有极性基团，其它部分完全是非极性的，因此它的介电常数较低，通常小于2.2，且其介电损耗较高，一般为0.02-0.05。目前亟需设计一种高介电常数与低介电损耗的基板。
发明内容
本发明提供了高介电低损耗的复合基板及其制造方法和应用，在基板材料的介电常数增大的同时，降低基板材料的介电损耗。
本发明提供了制造复合基板的方法，包括：将陶瓷粉末加入到聚苯醚中；对所述陶瓷粉末和所述聚苯醚进行研磨，得到所述陶瓷粉末与所述聚苯醚的混合粉末；以及将所述混合粉末装入模具中，进行热压成型，得到复合基板。
在上述方法中，优选地，所述陶瓷粉末的体积与所述陶瓷粉末和所述聚苯醚的总体积的比率为2％-45％。
在上述方法中，优选地，所述陶瓷粉末的体积与所述陶瓷粉末和所述聚苯醚的总体积的比率为30％。
在上述方法中，其中，所述陶瓷粉末包括BaTiO3、Ba(Sr)TiO3、SrTiO3、钛酸铜钙、它们的含金属掺杂物或它们的组合，陶瓷粉末的颗粒大小为1μm至300μm。
在上述方法中，其中，所述研磨的球料比为1:1至6:1。
在上述方法中，其中，所述研磨的持续时间为10min至50min。
在上述方法中，其中，所述热压的温度为220℃至260℃。
在上述方法中，其中，所述热压的压强为20MPa至50MPa。
在上述方法中，其中，所述热压的持续时间为10min至30min。
本发明还提供了一种复合基板，所述复合基板包括：陶瓷粉末；聚苯醚；其中，所述陶瓷粉末的体积与所述陶瓷粉末和所述聚苯醚的总体积的比率为2％-45％。
在上述复合基板中，其中，所述陶瓷粉末的体积与所述陶瓷粉末和所述聚苯醚的总体积的比率为30％。
在上述复合基板中，其中，所述陶瓷粉末包括BaTiO3、Ba(Sr)TiO3、SrTiO3、钛酸铜钙、它们的含金属掺杂物或它们的组合。
在一些实施例中，通过本发明的方法制造的复合基板可应用于天线、滤波器、双工器或振荡器等。
通过本发明的方法制造的复合基板，介电常数较高，而介电损耗较低，这使得能够改善基板的高频特性，减少信号延迟、失真和损耗，保证信号高质量的传输，同时可以减小器件的体积。
附图说明
图1是根据一些实施例的制造复合基板的方法的流程图。
图2示意性地示出陶瓷粉末在聚苯醚中的分散情况。
具体实施方式
下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
如图1所示，本发明的制造复合基板的方法主要包括三个步骤：将陶瓷粉末加入到聚苯醚中；对陶瓷粉末和聚苯醚进行研磨；以及对研磨后的陶瓷粉末与聚苯醚的混合粉末进行热压成型。图2示意性地示出了陶瓷粉末在聚苯醚中的分散情况。下面结合具体实施例进行说明。
聚苯醚是低介电损耗的材料，可以用作将陶瓷粉末粘合成型的基材。
在步骤1中，将陶瓷粉末加入到聚苯醚中。本发明中用体积比来表征材料的相对量，使用的陶瓷粉末和聚苯醚的体积可以通过称量的质量除以各种物质的表观密度得到。陶瓷粉末的体积与陶瓷粉末和聚苯醚的总体积的比率为2％至45％。优选地，陶瓷粉末的体积与陶瓷粉末和聚苯醚的总体积的比率为30％。陶瓷粉末包括BaTiO3、Ba(Sr)TiO3、SrTiO3、钛酸铜钙、它们的含金属掺杂物或它们的组合。陶瓷粉末的颗粒大小为1μm至300μm。
在步骤2中，对陶瓷粉末和聚苯醚进行研磨。研磨转速为200-600r/min，优选地，研磨转速为500r/min。研磨中球的直径为2-5mm。球料比为1-6:1，研磨时间为10-50min。研磨后得到混合粉末。
在步骤3中，将混合粉末转入模具中进行热压成型。热压温度为220℃至260℃，压强为20MPa至50MPa，保压时间为10min至30min。
实施例1
将体积份数为30％的钛酸钡(BaTiO3)粉末0.3L加入0.7L聚苯醚中，将钛酸钡粉末与聚苯醚的混合物进行研磨，其中研磨转速为500r/min，球的直径为2-5mm，球料比(质量)为3:1，研磨时间为25min，将研磨后的钛酸钡粉末与聚苯醚的混合物装入模具中，在250℃的温度、40MPa的压强下热压20min，得到高介电、低损耗基板。
实施例2
将体积份数为30％的钛酸锶(SrTiO3)粉末0.3L加入0.7L聚苯醚中，将钛酸锶粉末与聚苯醚的混合物进行研磨，其中研磨转速为500r/min，球的直径为2-5mm，球料比为3:1，研磨时间为25min，将研磨后的钛酸锶粉末与聚苯醚的混合物装入模具中，在250℃的温度、40MPa的压强下热压20min，得到高介电、低损耗基板。
实施例3
将体积份数为30％的钛酸钡粉末0.3L加入0.7L聚苯醚中，将钛酸钡粉末与聚苯醚的混合物进行研磨，其中研磨转速为500r/min，球的直径为2-5mm，球料比为3:1，研磨时间为25min，将研磨后的钛酸钡粉末与聚苯醚的混合物装入模具中，在220℃的温度、20MPa的压强下热压30min，得到高介电、低损耗基板。
实施例4
将体积份数为2％的钛酸钡粉末0.02L加入0.98L聚苯醚中，将钛酸钡粉末与聚苯醚的混合物进行研磨，其中研磨转速为500r/min，球的直径为2-5mm，球料比为3:1，研磨时间为25min，将研磨后的钛酸钡粉末与聚苯醚的混合物装入模具中，在250℃的温度、40MPa的压强下热压20min，得到高介电、低损耗基板。
实施例5
将体积份数为2％的钛酸锶钡(Ba(Sr)TiO3)粉末0.02L加入0.98L聚苯醚中，将钛酸锶钡粉末与聚苯醚的混合物进行研磨，其中研磨转速为200r/min，球的直径为2-5mm，球料比为6:1，研磨时间为10min，将研磨后的钛酸锶钡粉末与聚苯醚的混合物装入模具中，在250℃的温度、40MPa的压强下热压20min，得到高介电、低损耗基板。
实施例6
将体积份数为2％的钛酸锶钡(Ba(Sr)TiO3)粉末0.02L加入0.98L聚苯醚中，将钛酸锶钡粉末与聚苯醚的混合物进行研磨，其中研磨转速为200r/min，球的直径为2-5mm，球料比为6:1，研磨时间为10min，将研磨后的钛酸锶钡粉末与聚苯醚的混合物装入模具中，在260℃的温度、50MPa的压强下热压10min，得到高介电、低损耗基板。
实施例7
将体积份数为45％的钛酸钡(BaTiO3)粉末0.45L加入0.55L聚苯醚中，将钛酸钡粉末与聚苯醚的混合物进行研磨，其中研磨转速为500r/min，球的直径为2-5mm，球料比为3:1，研磨时间为25min，将研磨后的钛酸钡粉末与聚苯醚的混合物装入模具中，在250℃的温度、40MPa的压强下热压20min，得到高介电、低损耗基板。
实施例8
将体积份数为45％的钛酸锶粉末0.45L加入0.55L聚苯醚中，将钛酸钡粉末与聚苯醚的混合物进行研磨，其中研磨转速为600r/min，球的直径为2-5mm，球料比为1:1，研磨时间为50min，将研磨后的钛酸钡粉末与聚苯醚的混合物装入模具中，在250℃的温度、40MPa的压强下热压20min，得到高介电、低损耗基板。
实施例9
将体积份数为20％的钛酸锶粉末0.2L和钛酸钡粉末0.25L加入0.55L聚苯醚中，将钛酸钡粉末和钛酸锶粉末与聚苯醚的混合物进行研磨，其中研磨转速为500r/min，球的直径为2-5mm，球料比为3:1，研磨时间为25min，将研磨后的钛酸钡粉末和钛酸锶粉末与聚苯醚的混合物装入模具中，在250℃的温度、40MPa的压强下热压20min，得到高介电、低损耗基板。
然后，通过本领域已知的同轴共振腔法(使用日本AET微波介电常数测试仪)在10GHz的频率下测试上述实施例的基板的介电常数和介电损耗，结果如下表所示：
| 实施例 | 介电常数DK(10GHz) | 介电损耗DF(10GHz) |
| 1 | 7.2 | 0.0034 |
| 2 | 6.9 | 0.0027 |
| 3 | 6.8 | 0.0026 |
| 4 | 7.1 | 0.0028 |
| 5 | 7.0 | 0.0029 |
| 6 | 7.5 | 0.0025 |
| 7 | 8.7 | 0.0041 |
| 8 | 8.5 | 0.0038 |
| 9 | 6.7 | 0.0025 |
现有的常用复合基板的介电常数通常小于2.2，介电损耗一般为0.02-0.05。通过对比可知，通过本发明的方法得到的复合基板的介电常数在6.7-8.7之间，明显大于现有常用复合基板的介电常数，通过本发明的方法得到的复合基板的介电损耗在0.0025-0.0041之间，明显小于现有常用复合基板的介电损耗，因此，通过本发明的方法得到的复合基板在增大介电常数的同时，还能降低介电损耗。
本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。
Claims (13)
1.一种制造复合基板的方法，包括：
将陶瓷粉末加入到聚苯醚中；
对所述陶瓷粉末和所述聚苯醚进行研磨，得到混合粉末；以及
将所述混合粉末装入模具中，进行热压成型，得到复合基板；
其中，所述陶瓷粉末的体积与所述陶瓷粉末和所述聚苯醚的总体积的比率为20％-45％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末的体积与所述陶瓷粉末和所述聚苯醚的总体积的比率为30％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末包括BaTiO3、Ba(Sr)TiO3、SrTiO3、钛酸铜钙、它们的含金属掺杂物或它们的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末的颗粒大小为1μm至300μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述研磨的球料比为1:1至6:1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述研磨的持续时间为10min至50min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热压的温度为220℃至260℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热压的压强为20MPa至50MPa。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热压的持续时间为10min至30min。
10.一种复合基板，所述复合基板包括：
陶瓷粉末；
聚苯醚；
其中，所述陶瓷粉末的体积与所述陶瓷粉末和所述聚苯醚的总体积的比率为20％-45％。
11.根据权利要求10所述的复合基板，其特征在于，所述陶瓷粉末的体积与所述陶瓷粉末和所述聚苯醚的总体积的比率为30％。
12.根据权利要求10所述的复合基板，其特征在于，所述陶瓷粉末包括BaTiO3、Ba(Sr)TiO3、SrTiO3、钛酸铜钙、它们的含金属掺杂物或它们的组合。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的复合基板的用途，所述复合基板应用于天线、滤波器、双工器或振荡器。
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