CN106751254B - 一种高介电常数覆铜箔微波介质板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高介电常数覆铜箔微波介质板及其制备方法，表面改性，制备出改性陶瓷粉或改性玻璃纤维；将改性陶瓷粉50~80wt%、改性玻璃纤维2~10wt%和PTFE树脂15~45wt%充分混合；向混合物加入表面活性剂2~10wt%继续混合；再加入絮凝剂5~20wt%，直至形成沉淀，过滤；烘干粉碎成“面包屑”状物；加入2~20wt%塑化剂混合形成“面团状”物质；放入压延机上压延成型生基片；烘干；将烘干后的基片按一定顺序叠层，进行热压烧结，自然冷却。原材料经混合形成“面团”具有优异的流动性和成型性。通过压延辊反复压延，保证了厚度和介电性能均一性。采用压延工艺，克服模压工艺尺寸问题和均一性问题。

Description

一种高介电常数覆铜箔微波介质板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高介电常数覆铜箔微波介质板及其制备方法，属于高介电常数（8.0~15.0之间）覆铜箔微波复合介质基板制造领域。
背景技术
随着信息技术的快速发展，传统材料越来越难以满足电子产品轻量化、信号传输高速化以及高频带宽等要求。PTFE树脂因其特殊的分子结构，具有优异且稳定的微波性能，相对介电常数为2.1 左右，介电损耗为10–4数量级，可在180~260 ℃长期使用。高介电常数微波电路板（8.0~15.0之间）的特点是具有较高的介电常数，有利于减小电路板的尺寸，可应用于插入天线、卫星通讯系统、电源放大器、卫星导航系统等领域。
传统印制电路板行业，主要以玻纤布或玻纤纸为增强材料，采用浸渍层压工艺制备高频微波覆铜板，制备基板主要为中低介电常数产品（介电常数小于3.45），国内目前尚无利用浸渍工艺制备高介电常数微波基板先例。采用模压工艺虽可以制备出高介电常数介质基板，但存在以下问题：（1）、板材尺寸小，应用受限；（2）、介电性能和厚度均匀性差，只能应用于中低端领域。
发明内容
鉴于现有技术的状况及不足，本发明提供了一种陶瓷粉填充高介电常数覆铜箔微波介质板及其制备方法，采用改性陶瓷粉和改性纤维，经压延成型制备介电常数(Dk)在8.0~15.0之间的覆铜箔微波介质板，在高频10GHz以上具有优越的温度特性和较低的损耗因子。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种高介电常数覆铜箔微波介质板及其制备方法，其特征在于：按重量百分比由以下成分组成：
改性陶瓷粉50~80wt%
改性玻璃纤维2~10wt%
PTFE树脂15~45wt%；
制备步骤如下：
一、表面改性；
将陶瓷粉或玻璃纤维纤维放入PH=2.0~4.0甲酸溶液中，向溶液中加入0.5~2.0wt%硅烷偶联剂，即硅烷偶联剂的重量百分比为陶瓷粉或玻璃纤维重量百分比的0.5~2.0wt%，搅拌后放入烘箱中，120℃下烘干4h，后经研磨和过筛制备出改性陶瓷粉或改性玻璃纤维；
二、第一次机械混合；
将改性陶瓷粉50~80wt%、改性玻璃纤维2~10wt%和PTFE树脂15~45wt%加入高速混料机中，充分混合2~8h构成混合物；
三、第二次机械混合；
第一歩、为了提高陶瓷粉和PTFE相容性，向混合物加入表面活性剂2~10wt%，即表面活性剂为改性陶瓷粉重量百分比2~10wt%，继续混合2~10h；
第二步、向第一歩混合物再加入絮凝剂5~20wt%，即絮凝剂为PTFE树脂、改性玻璃纤维和改性陶瓷粉的重量百分比的5~20wt%，直至形成沉淀，过滤；
第三歩、将过滤后物质在250~330℃下烘干5~24h，去除表面活性剂和絮凝剂，之后经粉碎装置粉碎成“面包屑”状物；
四、“面团状”物质制备工艺；
将粉碎后的“面包屑”状物放混合设备中，加入2~20wt%塑化剂，即塑化剂的重量百分比为PTFE树脂、改性玻璃纤维和改性陶瓷粉的重量百分比的2~20wt%，充分混合1~5h后形成“面团状”物质；
五、压延成型工艺；
将“面团状”物质放入压延机上压延成型，压延温度20~150℃，转速0.5~3.0m/min，压力为2~10MPa，压制成厚度为0.2~2.0mm生基片；
六、烘干；
将压延后的生基片放入烘箱中，在空气或真空气氛下，在200~350℃下烘干5~36h，除去添加的塑化剂；
七、烧结工艺；
将烘干后的基片按一定顺序叠层，放入在真空层压机中进行热压烧结，热压温度360~390℃，热压压力8~25MPa，保温时间1~8h，随后自然冷却；
采用上述方法制备出产品，介电常数在8.0~15.0。
本发明的有益效果是：
目前高介电常数微波复合介质基板主要采用模压工艺，受铺料环节技术所限，当制备大尺寸基板时，往往难以实现厚度和介电性能均匀。而本专利采用陶瓷粉、纤维和PTFE（聚四氟乙烯）为填料，采用压延成型的优势是：（1）、原材料经混合形成“面团”具有优异的流动性和成型性。（2）、压延机辊间距精度为±20μm，生基片在成型过程中，通过压延辊反复压延，保证了厚度和介电性能均一性。（3）、介质基板尺寸由压延机压延辊长度决定，而压延辊长度不受限制。因此采用压延工艺，经高温热压烧结制备介电常数8.0~15.0覆铜箔介质基板，克服模压工艺尺寸问题和均一性问题。
具体实施方式
一种高介电常数覆铜箔微波介质板及其制备方法，按重量百分比由以下成分组成：
改性陶瓷粉50~80wt%
改性玻璃纤维2~10wt%
PTFE树脂（聚四氟乙烯）15~45wt%。
制备步骤如下：
一、表面改性；
将陶瓷粉或玻璃纤维放入PH=2.0~4.0甲酸溶液中，向溶液中加入0.5~2.0wt%硅烷偶联剂，即硅烷偶联剂重量百分比为陶瓷粉或纤维重量百分比的0.5~2.0wt%，搅拌后放入烘箱中，120℃下烘干4h，后经研磨和过筛制备出改性陶瓷粉和改性玻璃纤维。
二、第一次机械混合；
将改性陶瓷粉50~80wt%、改性玻璃纤维2~10wt%和PTFE树脂15~45wt%加入高速混料机中，充分混合2~8h构成混合物。
三、第二次机械混合；
第一歩、为了提高陶瓷粉和PTFE相容性，向混合物加入表面活性剂2~10wt%，即活性剂为改性陶瓷粉重量百分比的2~10wt%，继续混合2~10h。
第二步、向第一歩混合物再加入絮凝剂5~20wt%，即絮凝剂为PTFE树脂、改性玻璃纤维和改性陶瓷粉重量百分比的5~20wt%，直至形成沉淀，过滤。
第三歩、将过滤后物质在250~330℃下烘干5~24h，去除表面活性剂和絮凝剂，之后经粉碎装置粉碎成“面包屑”状物。
四、“面团状”物质制备工艺；
将粉碎后的“面包屑”状物放混合设备中，加入2~20wt%塑化剂，即塑化剂为PTFE树脂、改性玻璃纤维和改性陶瓷粉重量百分比的2~20wt%，充分混合1~5h后形成“面团状”物质。
五、压延成型工艺；
将“面团状”物质放入压延机上压延成型，压延温度20~150℃，转速0.5~3.0m/min，压力为2~10MPa，压制成厚度为0.2~2.0mm生基片。
六、烘干；
将压延后的生基片放入烘箱中，在空气或真空气氛下，在200~350℃下烘干（5~36）h，除去添加的塑化剂。
七、烧结工艺；
将烘干后基片按一定顺序叠层，放入在真空层压机中进行热压烧结，热压温度360~390℃，热压压力8~25MPa，保温时间1~8h，随后自然冷却。
采用上述方法制备出产品，介电常数在8.0~15.0。
陶瓷粉为金红石型TiO2氧化物陶瓷粉或Sm0.5Ca0.5TiO3或SrTiO3或MgTiO3钙钛矿型陶瓷粉。
硅烷偶联剂为苯基三甲氧基硅烷或氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷或十七氟癸基三乙氧基硅烷。
表面活性剂为Triton x-100或亚甲基双奈磺酸钠或TMN-6或TMN-10。
絮凝剂为乙酸乙酯或聚醚酰亚胺或聚乙烯亚胺或异丙醇。
塑化剂为石油醚或石蜡油或二丙二醇或PVB。
实施示例1
一、表面改性；
将金红石型TiO2陶瓷粉或玻璃纤维放入PH=2.0甲酸溶液中，向溶液中加入0.5wt%苯基三甲氧基硅烷偶联剂，苯基三甲氧基硅烷的重量百分比为TiO2陶瓷粉或玻璃纤维重量百分比的0.5wt%，搅拌后放入烘箱中，120℃下烘干4h，后经研磨和过筛制备出改性陶瓷粉或改性玻璃纤维。
二、第一次机械混合；
将改性金红石型TiO2陶瓷粉体60wt%、改性玻璃纤维8wt%、聚四氟乙烯32wt%放入高速搅拌机中搅拌2h。
三、第二次机械混合；
第一步、为了提高改性陶瓷粉和PTFE相容性，向上述混合物加2wt%的Triton x-100即Triton x-100重量百分比为改性金红石型TiO2陶瓷粉体60wt%重量百分比的2wt%，继续混合10h。
第二步、向上述混合物中加入乙酸乙酯10wt%，即乙酸乙酯的重量百分比为改性金红石型TiO2陶瓷粉体60wt%、改性玻璃纤维8wt%和聚四氟乙烯32wt%重量百分比的10wt%，直至形成沉淀，过滤。
第三步、将过滤后物质在250℃下烘干24h，去除表面活性剂和絮凝剂。
四、“面团状”物质制备工艺；
将烘干后物质放混合设备中，加入2wt%石油醚，即石油醚的重量百分比为金红石型TiO2陶瓷粉体60wt%、玻璃纤维8wt%和聚四氟乙烯32wt%重量百分比的2wt%，形成“面团状”物质。
五、压延成型工艺；
将“面团状”物质放入压延机上压延成型，压延温度50℃，转速3.0m/min，压力为5MPa，压制成厚度为2.0mm生基片。
六、烘干；
将压延后的生基片放入烘箱中，在空气或真空气氛下，在350℃下烘干5 h，除去塑化剂。
七、烧结工艺
将烘干后的基片两边分别覆上铜箔，放入预先准备好的工装中，在真空层压机上进行热压烧结，在340℃下保温8h，压力10Mpa，之后自然冷却。
实施实例2
一、表面改性；
将Sm0.5Ca0.5TiO3陶瓷粉或纤维放入PH=3.0甲酸溶液中，向溶液中加入1.0wt%氨乙基氨丙基三甲氧机基硅烷偶联剂，氨乙基氨丙基三甲氧机基硅烷的重量百分比为陶瓷粉或纤维重量百分比的1.0wt%，搅拌后放入烘箱中，120℃下烘干4h，后经研磨和过筛制备出改性陶瓷粉或改性玻璃纤维。
二、第一次机械混合；
将改性Sm0.5Ca0.5TiO3陶瓷粉体70wt%、改性玻璃纤维5wt%和聚四氟乙烯25wt%放入高速搅拌机中搅拌10h。
三、第二次机械混合；
第一步、为了提高改性陶瓷粉和PTFE相容性，向上述混合物加入5wt%亚甲基双奈磺酸钠，亚甲基双奈磺酸钠的重量百分比为改性Sm0.5Ca0.5TiO3陶瓷粉体70wt%重量百分比的5wt%，继续搅拌10h。
第二步、向上述混合物中加入20wt%聚醚酰亚胺，即聚醚酰亚胺的重量百分比为改性Sm0.5Ca0.5TiO3陶瓷粉体70wt%、改性玻璃纤维5wt%和聚四氟乙烯25wt%质量百分比的20wt%，直至形成沉淀，过滤；
第三步、将过滤后物质在330℃下烘干5h，除去表面活性剂和絮凝剂。
四、“面团”制备工艺；
将烘干后物质放混合设备中，加入20wt%石蜡油，即石蜡油的重量百分比为改性Sm0.5Ca0.5TiO3陶瓷粉体70wt%、改性玻璃纤维5wt%和聚四氟乙烯25wt%质量百分比的20wt%，形成“面团状”物质。
五、压延成型工艺；
将“面团状”物质放入压延机上压延成型，压延温度150℃，转速0.5m/min，压力为15MPa，压制成厚度为0.2mm生基片。
六、烘干
将压延后的生基片放入烘箱中，在空气气氛下，在200℃下烘干36h。
七、烧结工艺；
将烘干后的基片两边分别覆上铜箔，放入预先准备好的工装中，在真空层压机上进行热压烧结，在390℃下保温1h，压力8Mpa，之后自然冷却。
实施示例3
一、表面改性；
将SrTiO3陶瓷粉或玻璃纤维放入PH=3.5甲酸溶液中，向溶液中加入1.5wt%十三氟辛基三乙氧基硅烷偶联剂，十三氟辛基三乙氧基硅烷的重量百分比为陶瓷粉或纤维重量百分比的1.5wt%，搅拌后放入烘箱中，120℃下烘干4h，后经研磨和过筛制备出改性陶瓷粉或改性玻璃纤维。
二、第一次机械混合；
将改性SrTiO3粉体80wt%、改性玻璃纤维2wt%和PTFE18wt%放入高速搅拌机中搅拌4h。
三、第二次机械混合；
第一步、为了提高改性SrTiO3陶瓷粉和PTFE相容性，向上述混合物加入10wt%TMN-6活性剂，即TMN-6活性剂的重量百分比为改性SrTiO3粉体80wt%、改性玻璃纤维2wt%和PTFE18wt%质量百分比的10wt%，继续混合4h。
第二步、向上述混合物中加入15wt%聚乙烯亚胺，即聚乙烯亚胺的重量百分比为改性SrTiO3粉体80wt%、改性玻璃纤维2wt%和PTFE18wt%质量百分比的15wt%，直至絮凝，过滤；
第三步、将过滤后物质在280℃下烘干18h，除去表面活性剂和絮凝剂。
四、“面团状”物质制备工艺；
将烘干后物质放混合设备中，加入15wt%二丙二醇，即二丙二醇的重量百分比为改性SrTiO3粉体80wt%、改性玻璃纤维2wt%和PTFE18wt%质量百分比的15wt%，形成“面团状”物质。
五、压延成型工艺；
将“面团状”物质放入压延机上压延成型，压延温度100℃，转速1.0m/min，压力为8MPa，压制成厚度为1.0mm生基片。
六、烘干；
将压延后的生基片放入烘箱中，在真空气氛下，在310℃下烘干25h，除去塑化剂。
七、烧结工艺；
将烘干后的基片板两边分别覆上铜箔，放入预先准备好的工装中，在真空层压机上进行热压烧结，在380℃下保温4h，压力9Mpa，之后自然冷却。
实施实例4
将MgTiO3陶瓷粉或玻璃纤维放入PH=4.0甲酸溶液中，向溶液中加入2.0wt%十七氟癸基三乙氧基硅烷偶联剂，十七氟癸基三乙氧基硅烷的重量百分比为陶瓷粉或玻璃纤维重量百分比的2.0wt%，搅拌后放入烘箱中，120℃下烘干4h，后经研磨和过筛制备出改性陶瓷粉或改性玻璃纤维。
二、第一次机械混合；
将改性MgTiO3粉体65wt%、改性玻璃纤维5wt%和PTFE30wt%放入高速搅拌机中搅拌6h。
三、第二次机械混合；
第一步、为了提高陶瓷粉和PTFE相容性，向上述混合物加入8wt%TMN-10，即TMN-10的重量百分比为改性MgTiO3粉体65wt%、改性玻璃纤维5wt%和PTFE30wt%质量百分比的8wt%，继续混合8h；
第二步、向上述混合物中加入15wt%异丙醇，即异丙醇的重量百分比为改性MgTiO3粉体65wt%、改性玻璃纤维5wt%和PTFE30wt%质量百分比的15wt%，直至形成沉淀，过滤。
第三步、将过滤后物质在270℃下烘干10h，除去表面活性剂和絮凝剂。
四、“面团状”物质制备工艺；
将烘干后物质放混合设备中，加入18wt%PVB，即PVB的重量百分比为改性MgTiO3粉体65wt%、改性玻璃纤维5wt%和PTFE30wt%质量百分比的18wt%，形成“面团状”物质。
五、压延成型工艺；
将“面团状”物质放入压延机上压延成型，压延温度80℃，转速2.5m/min，压力为12MPa，压制成厚度为1.2mm生基片。
六、烘干；
将压延后的生基片放入烘箱中，在空气氛下，在310℃下烘干28h，除去塑化剂。
七、烧结工艺；
将烘干后的基片两边分别覆上铜箔，放入预先准备好的工装中，在真空层压机上进行热压烧结，在370℃下保温6h，压力15Mpa，之后自然冷却。

Claims (6)

1.一种高介电常数覆铜箔微波介质板的制备方法，其特征在于：按重量百分比由以下成分组成，各成分含量之和为100%：
改性陶瓷粉50~80wt%
改性玻璃纤维2~10wt%
PTFE树脂15~45wt%；
制备步骤如下：
一、表面改性
将陶瓷粉或玻璃纤维纤维放入pH=2.0~4.0甲酸溶液中，向溶液中加入0.5~2.0wt%硅烷偶联剂，即硅烷偶联剂的重量百分比为陶瓷粉或玻璃纤维重量百分比的0.5~2.0wt%，搅拌后放入烘箱中，120℃下烘干4h，后经研磨和过筛制备出改性陶瓷粉或改性玻璃纤维；
二、第一次机械混合
将改性陶瓷粉50~80wt%、改性玻璃纤维2~10wt%和PTFE树脂15~45wt%加入高速混料机中，充分混合2~8h构成混合物；
三、第二次机械混合
第一歩、为了提高陶瓷粉和PTFE相容性，向混合物加入表面活性剂2~10wt%，即表面活性剂为改性陶瓷粉重量百分比2~10wt%，继续混合2~10h；
第二步、向第一歩混合物再加入絮凝剂5~20wt%，即絮凝剂为PTFE树脂、改性玻璃纤维和改性陶瓷粉的重量百分比的5~20wt%，直至形成沉淀，过滤；
第三歩、将过滤后物质在250~330℃下烘干5~24h，去除表面活性剂和絮凝剂，之后经粉碎装置粉碎成“面包屑”状物；
四、“面团状”物质制备工艺
将粉碎后的“面包屑”状物放混合设备中，加入2~20wt%塑化剂，即塑化剂的重量百分比为PTFE树脂、改性玻璃纤维和改性陶瓷粉的重量百分比的2~20wt%，充分混合1~5h后形成“面团状”物质；
五、压延成型工艺
将“面团状”物质放入压延机上压延成型，压延温度20~150℃，转速0.5~3.0m/min，压力为2~10MPa，压制成厚度为0.2~2.0mm生基片；
六、烘干
将压延后的生基片放入烘箱中，在空气或真空气氛下，在200~350℃下烘干5~36h，除去添加的塑化剂；
七、烧结工艺
将烘干后的基片按一定顺序叠层，放入在真空层压机中进行热压烧结，热压温度360~390℃，热压压力8~25MPa，保温时间1~8h，随后自然冷却；
采用上述方法制备出产品，介电常数在8.0~15.0。
2.根据权利要求1所述的一种高介电常数覆铜箔微波介质板的制备方法，其特征在于：所述陶瓷粉为金红石型TiO2氧化物陶瓷粉或Sm0.5Ca0.5TiO3或SrTiO3或MgTiO3钙钛矿型陶瓷粉。
3.根据权利要求1所述的一种高介电常数覆铜箔微波介质板的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂为苯基三甲氧基硅烷或氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷或十七氟癸基三乙氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的一种高介电常数覆铜箔微波介质板的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为Triton x-100或亚甲基双奈磺酸钠或TMN-6或TMN-10。
5.根据权利要求1所述的一种高介电常数覆铜箔微波介质板的制备方法，其特征在于：所述絮凝剂为乙酸乙酯或聚醚酰亚胺或聚乙烯亚胺或异丙醇。
6.根据权利要求1所述的一种高介电常数覆铜箔微波介质板的制备方法，其特征在于：所述塑化剂为石油醚或石蜡油或二丙二醇或PVB。
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