CN108440878B - 一种复合微波介质材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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原料组分及重量份：聚四氟乙烯树脂50~70重量份；空心玻璃纤维粉30~50重量份。本申请采用空心玻璃纤维粉与聚四氟乙烯树脂共混制得复合微波介质材料，由于空心玻璃纤维粉的空心部分，也就是空气的介电常数极低，接近于真空，从而降低了整个复合材料的介电常数。

Description

一种复合微波介质材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种复合材料，具体涉及一种复合微波介质材料。

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，为满足高频信号的传输，高传输速度和高频低损耗的需求，各种低介电常数(Dk)和低介质损耗(Df)的覆铜板基材也在不断的发展中。

聚四氟乙烯，Dk值可达2.0，是一种具有良好介电性能的材料，具有低的介电损耗和稳定的介电常数，而且不受温度和频率变化的影响。但是聚四氟乙烯树脂也存在热膨胀系数大，质地柔软，产品抗弯强度小，机械性能差等缺点，限制了其在印刷电路板行业的应用。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。

因此，以聚四氟乙烯(PTFE)树脂为基体的微波复合介质电路基板材料，需要在聚四氟乙烯树脂体系中添加大量的无机填料来降低热膨胀系数，以满足印制电路板孔金属化的要求。常用的无机填料为玻璃纤维，其介电常数大于聚四氟乙烯树脂基体，所以其与聚四氟乙烯形成复合材料的介电常数也会升高。使用发泡聚四氟乙烯树脂可以降低复合材料的介电常数，但是会带来吸水率增大，以及加工成型难度大、成本高等问题。因此寻找合适的方法降低此类微波复合介质电路基板材料的介电常数是本领域面临的重大课题。

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原料组分及重量份：

聚四氟乙烯树脂 50～70重量份

空心玻璃纤维粉 30～50重量份。

优选地，所述聚四氟乙烯树脂为聚四氟乙烯分散树脂或聚四氟乙烯悬浮树脂。更优选地，所述聚四氟乙烯树脂为聚四氟乙烯悬浮树脂。进一步优选地，悬浮聚四氟乙烯树脂的粒径10μm～40μm。

优选地，所述聚四氟乙烯树脂的数均分子量为200万～1000万。

优选地，空心玻璃纤维粉为管状玻璃纤维，空心度为10％～65％，纤维直径为10μm～20μm，纤维长度不大于100μm。空心度是衡量空心玻璃纤维质量的一个指标，指单纤维截面上的空心部分面积和总面积之比。亦即单根空心纤维内径和外径的平方之比，通常以百分数表示。拉制一定直径的空心纤维，其空心度越大，纤维容重越小，介电常数越小。更优选地，空心玻璃纤维粉的直径为10μm～15μm，长度30μm～75μm，空心度为40％～50％。

优选地，所述空心玻璃纤维粉为无碱铝硼硅酸盐玻璃。

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)称取复合微波介质材料的原料组分；

2)将原料组分进行机械搅拌混合均匀；

3)装入模具，进行等静压成型，得到中空圆柱状坯材；

4)将上述中空圆柱状坯材放入烘箱，在不超过400℃下高温烧结成型后，冷却至室温；

5)将上述烧结后的中空圆柱状坯材利用旋切机加工，得到一定厚度的板材，即为复合微波介质材料板材。

优选地，步骤3)中等静压成型的压力为15～25MPa。更优选地，步骤3)中等静压成型的压力为20MPa。

优选地，步骤4)中高温烧结工艺为：以10～15℃/min升温速率升温到400℃，保温30～60分钟，然后以10～15℃/min速率降温至60℃以下取出。

本发明还公开了一种用于印刷电路板基材的材料，所述材料为将上述板材上下各压覆一张金属箔，放进压机进行热压，制得双面覆金属箔的所述印刷电路板基材。

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。

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：本申请采用空心玻璃纤维粉与聚四氟乙烯树脂共混制得复合微波介质材料，由于空心玻璃纤维粉的空心部分，也就是空气的介电常数极低，接近于真空，

从而降低了整个复合材料的介电常数。

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	复合微波介质材料板材

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。

实施例1

表1

表1中为测试获得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悬浮树脂500克(大金M-18F，粒径约25μm)，空心玻璃纤维粉填料500克(无碱铝硼硅酸盐玻璃，空心度为45％，纤维直径为13μm，纤维长度不大于50μm)，利用高速搅拌机进行混合15分钟，转速为每分钟10000转，得到混合均匀的物料。

将上述物料装入截面为圆环形的桶状橡胶模具中，放在等静压压机内进行等静压成型，压力为20MPa，得到内径60mm，外径150mm的中空圆柱状坯料。

将上述中空圆柱状坯料放在高温烘箱中，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。

将上述烧结后的中空圆柱状坯料放在旋切机上进行旋切加工，得到厚度0.25mm的板材。

将上述板材上下各压覆一张35um低轮廓电解铜箔，放进真空压机进行热压，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。

对比例1中除空心玻璃纤维粉改为实心玻璃纤维粉(无碱铝硼硅酸盐玻璃，纤维直径为13μm，纤维长度不大于50μm)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PTFE悬浮树脂700克(大金M-18F，粒径约25μm)，空心玻璃纤维粉填料300克(无碱铝硼硅酸盐玻璃，空心度为45％，纤维直径为13μm，纤维长度不大于50μm)，利用高速搅拌机进行混合15分钟，转速为每分钟10000转，得到混合均匀的物料。

将上述物料装入截面为圆环形的桶状橡胶模具中，放在等静压压机内进行等静压成型，压力为20MPa，得到内径60mm，外径150mm的中空圆柱状坯料。

将上述中空圆柱状坯料放在高温烘箱中，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。

将上述烧结后的中空圆柱状坯料放在旋切机上进行旋切加工，得到厚度0.25mm的板材。

将上述板材上下各压覆一张35um低轮廓电解铜箔，放进真空压机进行热压，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。

对比例2中除空心玻璃纤维粉改为实心玻璃纤维粉(无碱铝硼硅酸盐玻璃，纤维直径为13μm，纤维长度不大于50μm)外，其他与实施例2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 (8)

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原料组分及重量份：

聚四氟乙烯树脂 50～70重量份

空心玻璃纤维粉 30～50重量份；

空心玻璃纤维粉为管状玻璃纤维，空心度为40％～50％，纤维直径为10μm～20μm，纤维长度不大于100μm；所述空心玻璃纤维为无碱铝硼硅酸盐玻璃。

2.如权利要求1所述复合微波介质材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯树脂为聚四氟乙烯分散树脂或聚四氟乙烯悬浮树脂。

3.一种复合微波介质材料板材，其特征在于，所述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)称取复合微波介质材料的原料组分；

2)将原料组分进行机械搅拌混合均匀；

3)装入模具，进行等静压成型，得到中空圆柱状坯材；

4)将上述中孔圆柱状坯材放入烘箱，在不超过400℃下高温烧结成型后，冷却至室温；

5)将上述烧结后的中空圆柱状坯材利用旋切机加工，得到一定厚度的板材，即为复合微波介质材料板材。

4.如权利要求3所述复合微波介质材料板材，其特征在于，步骤3)中等静压成型的压力为15～25MPa。

5.一种用于印刷电路板基材的材料，其特征在于，所述用于印刷电路板基材的材料为将如权利要求4所述板材上下各压覆一张金属箔，放进压机进行热压，制得双面覆金属箔的所述印刷电路板基材。

6.如权利要求5所述材料，其特征在于，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。

7.如权利要求5所述材料，其特征在于，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。

8.如权利要求1～2任一项所述复合微波介质材料、如权利要求3～4任一项所述复合微波介质材料板材和如权利要求5～7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。

Images