CN106800733A - 一种复合微波介质材料、用其制作的印刷电路板基材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合微波介质材料，所述复合微波介质材料包括以下组分及重量份：含氟聚合物25~35重量份；微波介质陶瓷粉20~70重量份。本申请采用氟树脂为载体材料，与微波介质陶瓷粉共混，能够降低复合材料及高频电路基板的介质损耗角正切；且采用辐射交联技术对含氟聚合物进行交联处理，进一步降低了材料的热膨胀系数，使得印刷电路基材的膨胀系数能够与孔铜的膨胀系数接近，避免使用过程中电路故障问题，辐照交联也提高了印刷电路板基材的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及印刷电路板材料领域，具体涉及一种印刷电路板基材及其制备方法。
背景技术
随着现代信息技术的革命，数字电路逐渐步入信息处理高速化、信号传输高频化阶段，为处理不断增加的数据，电子设备的频率变得越来越高。为此，在满足传统设计及制造需求的基础上，对微波介质电路基板材料的性能提出了更新的要求。鉴于应用于印制电路板上的信号必须采用高频，因此，如何减少在电路板上的传输损耗和信号延时，成为高频电路设计和制作的难题。微波及高速传送的微波复合介质电路基板材料，往往通过在聚四氟乙烯树脂体系中添加陶瓷粉材料来实现。
热膨胀系数是衡量材料随温度变化的机械特性。IPC-TM-6502.4.24.规定了板材的CTE的测量方法。随着温度的变化，介质板在X，Y，Z方向上尺寸都会发生微小的变化，其中，Z轴方向上的变化比较关键，因为它直接影响到金属化孔的可靠性，Z轴方向上的尺寸变化大会使金属化孔断裂。
而聚四氟乙烯树脂热膨胀系数大，质地柔软，产品抗弯强度小，机械性能差，限制了其在印刷电路板行业的应用。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种复合微波介质材料，用其制作的印刷电路板基材及其制造方法。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明公开了一种复合微波介质材料，所述复合微波介质材料包括以下组分及重量份：
含氟聚合物 30～60重量份
微波介质陶瓷粉 40～70重量份。
优选地，所述含氟聚合物选自聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、全氟乙烯丙烯共聚物中的一种或多种。聚四氟乙烯的简写为PTFE、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物的简写为PFA。全氟乙烯丙烯共聚物的简写为FEP。
优选地，微波介质陶瓷粉的粒径中度值为0.1～20μm，最大粒径不超过100μm。更优选地，微波介质陶瓷粉的粒径中度值为2～5μm，最大粒径不超过30μm。
优选地，微波介质陶瓷粉选自氧化铝基和硅酸盐基的微波介质陶瓷、钛酸钡基的微波介质陶瓷和氧化钛基的微波介质陶瓷一种或多种。
本发明公开了一种复合微波介质材料板材，采用如上述所述复合微波介质材料制成板材后获得，包括如下步骤：
1)将含氟聚合物分散乳液加入到微波介质陶瓷粉中混合制得胶液；
2)胶液中加入沉降剂进行搅拌破乳，过滤获得固体物；
3)烘干固体物获得含氟聚合物混合物；
4)加入润滑剂浸泡，待润滑剂完全浸润到含氟聚合物混合物中后，制备成板材；
5)将板材烘干除去润滑剂即获得复合微波介质板材。
优选地，所述沉降剂为酮、醚和醇中的一种或多种。更优选地，所述沉降剂为乙醇或丙酮中的一种或多种。
优选地，所述润滑剂为溶剂油和多元醇。
优选地，步骤3)中烘干的温度为100～300℃。更优选地，步骤3)中烘干的温度为200～300℃。
本发明还公开了一种用于印刷电路板基材的材料，所述材料为采用如上述所述板材经经上下各压覆一张金属箔进行高温压合，然后辐照交联获得。
优选地，所述材料在辐照交联后去除上下两面金属箔。所述板材也可以最终也可以不含有金属箔。去除的方法为通过化学蚀刻去除。
优选地，所述金属箔为铜、黄铜、铝、镍、或这些金属的合金或复合金属箔。更优选地，所述金属箔为低轮廓铜箔，所述低轮廓铜箔是指铜箔的轮廓度不大于10.2微米。
优选地，压覆工艺为：在不小于2.5MP压力条件下，以10℃/min升温速率升温到380～400℃，保温30～60min，然后以10℃-15℃/min速率降温至60℃以下取出。
优选地，所述辐照在高纯惰性气体气氛下进行，辐照处理的温度为330℃～345℃。
优选地，辐照剂量为50kGy～200kGy。
本发明还公开了一种如上述所述复合微波介质材料、如上述所述复合微波介质材料板材和如上述所述印刷电路板基材在高频线路板上的用途。
本发明中的润滑剂为一种能够浸润含氟聚合物混合物中的溶剂，以使得其能够促进含氟聚合物混合物制备成板材，利于其加工成型。其可以采用现有技术中常用的溶剂油和多元醇。
更优选地，润滑剂为一缩二丙二醇和石油醚中的一种或多种。
优选地，所述辐照在高纯惰性气体气氛下进行，辐照处理的温度为330℃～345℃，辐照剂量为50kGy～200kGy。更优选地，所述高纯惰性气体为氮气。
本发明还公开了一种如上述所述复合微波介质材料、如上述所述复合微波介质材料板材和如上述所述用于印刷电路板基材的材料在高频线路板上的用途。
本发明的有益效果：本申请采用氟树脂为载体材料，与微波介质陶瓷粉共混，能够降低复合材料及高频电路基板的介质损耗角正切；且采用辐射交联技术对含氟聚合物进行交联处理，进一步降低了材料的热膨胀系数，使得印刷电路基材的膨胀系数能够与孔铜的膨胀系数接近，避免使用过程中电路故障问题，辐照交联也提高了印刷电路板基材的机械性能。
附图说明
图1显示为实施例的印刷电路板基材的结构示意图。
附图标号说明
| 100 | 金属箔层 |
| 200 | 复合微波介质材料 |
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
表1
表1中为测试获得的交联后的复合微波介质材料的性能指标，其中热膨胀系数中X、Y、Z是为以图1为准的印刷电路板基材为坐标，以与金属箔平行的方向为X方向、Y方向；与金属箔垂直的方向为Z方向。
实施例1
如图1所示，本实施例中，印刷电路板基材包括复合微波介质材料板材200及分别压覆于其两侧的金属箔100。本申请中金属箔的厚度及复合微波介质材料板材的厚度均可以按照产品需要进行定制。本申请本实施例中，金属箔层100为低轮廓电解铜箔，金属箔层100的厚度35um。复合微波介质材料板材200的厚度为0.25mm。其电性能参数如表1所示。
本实施例的印刷电路板基材的制造方法，包括以下步骤：
称取PTFE乳液500克(大金D210，PTFE固含量60％)，微波介质陶瓷粉填料700克(BaO-Sm2O3-TiO2体系，D50粒径2μm，介电常数90)，利用搅拌机进行混合1小时，转速1500转，得到混合均匀的胶液。
在上述胶液中加入200ml乙醇进行缓慢搅拌，可以看到有泥状固体物沉降出来。将固体物滤出，放入真空烘箱，于110℃烘烤去除水分及助剂，得到浅黄色粉末状固体物。
将上述烘干后的固体物中，加入150ml一缩二丙二醇浸泡24小时，经揉压得到面团样固体物，然后利用双辊机压延得到厚度0.26mm的板材。然后放在高温烘箱中，250℃烘干。
将上述烘干后的板材上下各压覆一张35um低轮廓电解铜箔，放进压机进行热压，在2.5MP压力条件下，以10℃/min升温速率升温到400℃，保温30分钟，然后以10℃/min速率降温至60℃以下取出，即制得双面覆铜箔的复合材料板材。
将上述双面覆铜箔的复合材料板材在高纯氮气气氛下，利用电子加速器进行辐照交联，控制温度范围在330℃～345℃，辐照剂量为50kGy，即得到所述印刷电路板基材。
上述印刷电路板基材也可以将铜箔经化学蚀刻去除，得到复合微波介质材料。
对比例1中除不进行辐照交联外，其他与实施例1相同。
实施例2
如图1所示，本实施例中，印刷电路板基材包括复合微波介质材料板材200及分别压覆于其两侧的金属箔100。金属箔层100为低轮廓电解铜箔，金属箔层100的厚度35um。复合微波介质材料板材200的厚度为0.25mm。其电性能参数如表1所示。
本实施例的印刷电路板基材的制造方法，包括以下步骤：
称取FEP乳液100克(大金，FEP固含量50％)，PTFE乳液410克(大金D210，PTFE固含量60％)微波介质陶瓷粉填料444克(BaO-ZnO-TiO2体系，D50粒径5um，介电常数36)，利用搅拌机进行混合1小时，转速1500转，得到混合均匀的胶液。
在上述胶液中加入200ml丙酮进行缓慢搅拌，可以看到有泥状固体物沉降出来。将固体物滤出，放入真空烘箱，于110℃烘烤去除水分及助剂，得到粉末状固体物。
将上述烘干后的固体物中，加入150mll一缩二丙二醇浸泡24小时，经揉压得到面团样固体物，然后利用双辊机压延得到厚度0.26mm的板材。然后放在高温烘箱中，250度烘干。
将上述烘干后的板材上下各压覆一张35um低轮廓压延铜箔，放进压机进行热压，在2.5MP压力条件下，以10℃/min升温速率升温到380℃，保温60分钟，然后以15℃/min速率降温至60℃以下取出，即制得双面覆铜箔的复合材料板材。
将上述双面覆铜箔的复合材料板材在高纯氮气气氛下，利用电子加速器进行辐照交联，控制温度范围在330℃～345℃，辐照剂量为150kGy，即得到所述印刷电路板基材。
上述印刷电路板基材也可以将铜箔经化学蚀刻去除，得到复合微波介质材料。
对比例2中除不进行辐照交联外，其他与实施例2相同。
实施例3
如图1所示，本实施例中，印刷电路板基材包括复合微波介质材料板材200及分别压覆于其两侧的金属箔100。金属箔层100为低轮廓电解铜箔，金属箔层100的厚度35um。复合微波介质材料板材200的厚度为0.25mm。其电性能参数如表1所示。
本实施例的印刷电路板基材的制造方法，包括以下步骤：
称取PFA乳液120克(大金，PFA固含量50％)，PTFE乳液400克(大金D210，PTFE固含量60％)微波介质陶瓷粉填料200克(CaO-B2O3-SiO2体系，D50粒径5um，介电常数4.5)，利用搅拌机进行混合1小时，转速1500转，得到混合均匀的胶液。
在上述胶液中加入200ml丙酮进行缓慢搅拌，可以看到有泥状固体物沉降出来。将固体物滤出，放入真空烘箱，于110℃烘烤去除水分及助剂，得到粉末状固体物。
将上述烘干后的固体物中，加入150ml石油醚浸泡24小时，经揉压得到面团样固体物，然后利用双辊机压延得到厚度0.26mm的板材。然后放在高温烘箱中，200度烘干。
将上述烘干后的板材上下各压覆一张35um低轮廓压延铜箔，放进压机进行热压，在2.5MP压力条件下，以10℃/min升温速率升温到380℃，保温60分钟，然后以15℃/min速率降温至60℃以下取出，即制得双面覆铜箔的复合材料板材。
将上述双面覆铜箔的复合材料板材在高纯氮气气氛下，利用电子加速器进行辐照交联，控制温度范围在330℃至345℃，辐照剂量为200kGy，即得到所述印刷电路板基材。
上述印刷电路板基材也可以将铜箔经化学蚀刻去除，得到复合微波介质材料。
对比例3中除不进行辐照交联外，其他与实施例3相同。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种复合微波介质材料，其特征在于，所述复合微波介质材料包括以下组分及重量份：
含氟聚合物 30～60重量份
微波介质陶瓷粉 40～70重量份。
2.如权利要求1所述复合微波介质材料，其特征在于，所述含氟聚合物选自聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、全氟乙烯丙烯共聚物中的一种或多种。
3.如权利要求1所述复合微波介质材料，其特征在于，微波介质陶瓷粉的粒径中度值为0.1～20μm，最大粒径不超过100μm。
4.一种复合微波介质材料板材，采用如权利要求1～3所述复合微波介质材料制成板材后获得，包括如下步骤：
1)将含氟聚合物分散乳液加入到微波介质陶瓷粉中混合制得胶液；
2)胶液中加入沉降剂进行搅拌破乳，过滤获得固体物；
3)烘干固体物获得含氟聚合物混合物；
4)加入润滑剂浸泡，待润滑剂完全浸润到含氟聚合物混合物中后，制备成板材；
5)将板材烘干除去润滑剂即获得复合微波介质板材。
5.如权利要求4所述复合微波介质材料板材，其特征在于，所述沉降剂为酮、醚和醇中的一种或多种。
6.如权利要求4所述复合微波介质材料板材，其特征在于，所述润滑剂为溶剂油和多元醇。
7.一种用于印刷电路板基材的材料，其特征在于，所述材料为采用如权利要求4～6所述板材经上下各压覆一张金属箔进行高温压合，然后辐照交联获得。
8.如权利要求7所述用于印刷电路板基材的材料，其特征在于，所述材料在辐照交联后去除上下两面金属箔。
9.如权利要求7所述用于印刷电路板基材的材料，其特征在于，辐照剂量为50kGy～200kGy。
10.一种如权利要求1～3任一项所述复合微波介质材料、如权利要求4～6任一项所述复合微波介质材料板材和如权利要求7～9任一项所述用于印刷电路板基材的材料在高频线路板上的用途。
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