CN108521717A - 一种石墨烯改性的ptfe基pcb覆铜板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板，包括PTFE基半固化片、铜箔；PTFE基半固化片、铜箔之间设有一层化学气相沉积石墨烯；其中石墨烯改性的PTFE基半固化片是通过化学气相沉积的方法将石墨烯生长到PTFE基半固化片的表面。然后通过热压方法将铜箔附于半固化片两侧。由于半固化片与铜箔之间存在石墨烯，因此使覆铜板的热学、电学和机械性能大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型PTFE基PCB覆铜板及制备方法，属于PCB覆铜板的制备领域。
背景技术
印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。随着电子信息技术发展的不断进步，电子设备高频化是发展趋势，尤其随着无线网络、卫星通讯的日益发展，信息产品在不断走向高速与高频化。发展新一代产品都需要高频PCB板，尤其卫星系统、移动电话接收基站等通信产品必须应用高频电路板，随着这些应用在未来几年内迅速发展，会对高频PCB板有大量需求。
聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，PTFE)具有优异的介电性能，它是目前为止发现的介电性能最好的有机材料，优异的介电性能有利于信号完整快速地传输。PTFE还有高耐热性和耐气候性能，这些性能保证电子设备可以在较恶劣的环境下长期正常工作，如暴露在户外、温差转换大的地方。所以，PTFE基覆铜板是军事、航天航空等领域不可缺少的材料之一。
石墨烯是一种由碳原子六角堆积组面的二维平面结构。由于其具有优异的热学、电学、机械等性能，最近几年热受关注。PCB覆铜板的半固化片需要优异的热性能和机械性能，铜箔又需要优异的电学性能。因此，我们致力于通过引入石墨烯来提高PCB覆铜板的热学、电学和机械性能。从而大大提高现在普通PCB覆铜板的性能，为5G通讯时代高频覆铜板的技术进步贡献力量。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种新型石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板及制备方法，主要包括石墨烯改性的PTFE基半固化片和铜箔，具体结构如图1所示。其中石墨烯改性的PTFE基半固化片是通过化学气相沉积的方法将石墨烯生长到PTFE基半固化片的表面。然后通过热压方法将铜箔附于半固化片两侧。通过此方法制备的PCB覆铜板，由于半固化片与铜箔之间存在石墨烯，因此使覆铜板的热学、电学和机械性能大大提高。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板，包括PTFE基半固化片、铜箔；PTFE基半固化片、铜箔之间设有一层化学气相沉积石墨烯；
一种石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板，包括PTFE基半固化片、铜箔；PTFE基半固化片的两面皆为一层化学气相沉积石墨烯，石墨烯的外面为铜箔；
石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板制备方法包括以下步骤：
S1：将裁剪好的玻璃纤维布浸渍到PTFE乳液中，其中PTFE乳液的固含量要大于50％，PH值为9-10，浸渍时间为5-10分钟，然后进行烘干，烘干温度为250℃，烘干时间为15-20分钟。
S2：将通过步骤S1方法得到的(两片)半固化片放置于于化学气相沉积设备腔体中，进行石墨烯生长。利用CH4为碳源、H2为载气的CVD法生长石墨烯,氢气和甲烷气体的流量比为1∶1～1∶10，持续通气50～70min；得到石墨烯产品；
S3：将生长完石墨烯的两片半固化片的面朝外，没有长生石墨烯的面相对，然后根据所需要覆铜板厚度，中间再加入1-5片步骤S1中得到的半固化片。
S4：将步骤S3中结构的上下两面再放上铜箔，放到热压炉中进行热压。热压条件为，真空度抽到大于1×10-3mbar后，开始升温，升温过程为先用30-50分钟快速升到150℃，然后用90-100分钟时间升温到300-350℃。保温时间为90-120分钟。加压的过程分为两步，升温过程施加压力为4-5MPa，保温过程施加压力为4.5-5.5MPa。
S5：步骤S4过程结束后，自然降温至室温，然后卸压，卸压速度应小于0.1MPa/s。
S6：将压合好的PCB覆铜板从热压炉中取出，然后用裁边机对PCB板裁边。
本发明的工作原理为：将PTFE基半固化片与铜箔之间用化学气相沉积的方法生长石墨烯，通石墨烯的优异性能，大大提高覆铜板的电学、热学和机械性能。
进一步的，所述步骤S2中，石墨烯生长过程中，化学气相沉积设备真空度应大于1×10-3mbar，生长温度为295-302℃。
表1实施例1和2中得到覆铜板性能测试分析
有益效果：本发明提供的一种新型石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板的制备方法，相对于现有技术，具有以下优点：(1)制作工艺简单，成本较低，操作周期短，重复性能好，适合量产；(2)通过在PTFE基覆铜板半固化片与铜箔之间用化学气相沉积方法生长石墨烯，从而使得覆铜板的热学、电学和机械性能大大提升，为5G时代对PCB板的更高要求打下基础。而常用的PCB介质是FR4材料的，相对空气的介电常数是4.2-4.7。这个介电常数是会随温度变化的，在0-70度的温度范围内，其最大变化范围可以达到20％。介电常数的变化会导致线路延时10％的变化，温度越高，延时越大。介电常数还会随信号频率变化，频率越高介电常数越小。100M以下可以用4.5计算板间电容以及延时。一般的FR4材料的PCB板中内层信号的传输速度为180ps/inch(1inch＝1000mil＝2.54cm)。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1：
石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板，31为上层铜箔；21为上层石墨烯(厚度在200nm以内)；1为PTFE基半固化片；22为下层石墨烯(厚度在200nm以内)；32为下层铜箔。
一种新型石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板的制备方法，包括以下步骤：
S1：将裁剪好的玻璃纤维布浸渍到PTFE乳液中，其中PTFE乳液的固含量为55％，PH值为10，浸渍时间为10分钟，然后进行烘干，烘干温度为250℃，烘干时间为20分钟。
S2：将通过步骤S1方法得到的两片半固化片放置于于化学气相沉积设备腔体中，进行石墨烯生长。石墨烯生长过程中，化学气相沉积设备真空度为2×10-4mbar，生长温度为301℃。利用CH4为碳源、H2为载气的CVD法生长石墨烯,氢气和甲烷气体的流量比为1∶1～1∶10，持续通气50～70min；得到石墨烯；
S3：将生长完石墨烯的两片半固化片的面朝外，没有长生石墨烯的面相对，然后中间再加入4片步骤S1中得到的半固化片。
S4：将步骤S3中结构的上下两面再放上铜箔，放到热压炉中进行热压。热压条件为，真空度抽到5×10-4mbar后，开始升温，升温过程为先用50分钟快速升到150℃，然后用100分钟时间升温到320℃。保温时间为120分钟。加压的过程分为两步，升温过程施加压力为5MPa，保温过程施加压力为5.5MPa。
S5：步骤S4过程结束后，自然降温至室温，然后卸压，卸压速度为0.05MPa/s。
S6：将压合好的PCB覆铜板从热压炉中取出，然后用裁边机对PCB板裁边。
实施例2：
一种新型石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板的制备方法，包括以下步骤：
S1：将裁剪好的玻璃纤维布浸渍到PTFE乳液中，其中PTFE乳液的固含量为60％，PH值为9，浸渍时间为8分钟，然后进行烘干，烘干温度为250℃，烘干时间为20分钟。
S2：将通过步骤S1方法得到的两片半固化片放置于于化学气相沉积设备腔体中，进行石墨烯生长。石墨烯生长过程中，化学气相沉积设备真空度为2×10-4mbar，生长温度为298℃。利用CH4为碳源、H2为载气的CVD法生长石墨烯,氢气和甲烷气体的流量比为1∶1～1∶10，持续通气50～70min；得到石墨烯产品；
S3：将生长完石墨烯的两片半固化片的面朝外，没有长生石墨烯的面相对，然后在中间再加入5片步骤S1中得到的半固化片。
S4：将步骤S3中结构的上下两面再放上铜箔，放到热压炉中进行热压。热压条件为，真空度抽到2×10-4mbar后，开始升温，升温过程为先用40分钟快速升到150℃，然后用10分钟时间升温到340℃。保温时间为120分钟。加压的过程分为两步，升温过程施加压力为5MPa，保温过程施加压力为5.5MPa。
S5：步骤S4过程结束后，自然降温至室温，然后卸压，卸压速度为0.05MPa/s。
S6：将压合好的PCB覆铜板从热压炉中取出，然后用裁边机对PCB板裁边。
通过实施例1和实施例2得到的石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板的热性、电学和机械性能如表1所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板，其特征在于，包括PTFE基半固化片、铜箔；PTFE基半固化片、铜箔之间设有一层化学气相沉积石墨烯。
2.一种石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板，其特征在于，包括PTFE基半固化片、铜箔；PTFE基半固化片的两面皆为一层化学气相沉积石墨烯，石墨烯的外面为铜箔。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S2：将PTFE基半固化片放置于于化学气相沉积设备腔体中，进行石墨烯生长，在一面或二面均生长石墨烯；
S3：对于一面生长石墨烯PTFE基半固化片，将生长有石墨烯的PTFE基半固化片的面朝外，没有生长石墨烯的面相对，然后根据所要覆铜板厚度，中间再加入1-5片的PTFE基半固化片；
S4：将步骤S3中结构的上下两面再放上铜箔，放到热压炉中进行热压；热压条件为，真空度抽到大于1×10-3mbar后，开始升温，升温过程为先用30-50分钟快速升到150℃，然后用90-100分钟时间升温到300-350℃。保温时间为90-120分钟。加压的过程分为两步，升温过程施加压力为4-5MPa，保温过程施加压力为4.5-5.5MPa。
S5：步骤S4过程结束后，自然降温至室温，然后卸压，卸压速度应小于0.1MPa/s。
4.根据权利要求3所述的石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板的制备方法，其特征是所述步骤S3中，石墨烯生长过程中，化学气相沉积设备真空度应大于1×10-3mbar，生长温度为295-302℃。
5.根据权利要求3所述的石墨烯改性的PTFE基PCB覆铜板的制备方法，其特征是环氧树脂玻璃纤维半固化片的制备方法：S1：将裁剪好的玻璃纤维布浸渍到PTFE乳液中，其中PTFE乳液的固含量要大于50％，PH值为9-10，浸渍时间为5-10分钟，然后进行烘干，烘干温度为250℃，烘干时间为15-20分钟。
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