CN108790327B - 聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板及其制造工艺，覆铜板上下表面均是铜箔，中间层由聚四氟乙烯填充薄膜和聚四氟乙烯玻璃布复合而成，铜箔均与中间层的聚四氟乙烯填充薄膜连接。工艺包括：(1)气流混料；(2)毛坯制作；(3)毛坯烧结；(4)车削或旋切；(5)裁切薄膜；(6)裁切漆布；(7)膜布叠层；(8)装承载盘；(9)真空压合；(10)裁切。本发明由电子级玻璃布增强复合铜箔，提高覆铜板高频率的高导电和高耐热性，其介电损耗小、介电常数高且稳定，具有Z轴膨胀系数低、散热效果好，尺寸和无源互调稳定等优越性能，能够满足PCB行业对高频、高速等高性能覆铜板基材的要求。

Description

聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板及其制造 工艺
技术领域
本发明涉及射频与微波电路基板的制造技术领域，具体涉及一种聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板，以及该高性能覆铜板的制造工艺。
背景技术
随着电子信息技术的发展，数字电路逐渐步入信息处理高速化、信号传输高频化阶段，为了处理不断增加的数据，电子设备的频率变得越来越高，这时电路基板的电性能将严重影响数字电路的特性，因此对印制线路板(PCB)基板的性能提出了更新的要求。所应用的PCB上的信号必须采用高频，减少在PCB上的传输损耗和信号延时成为高频线路的难题。高性能的高频、高速覆铜板主要解决普通覆铜板在通信中微波及毫米波等领域传输性能不稳定及损耗大的高频特性缺陷。
信息技术的发展和通讯产品走向大众化，使频率资源使用缺乏，通信传输频率在不断向高端发展，对高性能的覆铜板也提出了更高的要求，高性能覆铜板市场会随着电子技术和通讯技术的迅猛发展而得到急速的扩大，是现有经济体系下的朝阳产业。系统操作速度持续增加，为策应更快的互联网连线、视频点播、移动通讯消费的需要，GPS接收器、有更小尺寸要求的贴片天线、卫星通讯系统、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、低噪声下变频器(LNB)、飞机防撞系统(TCAS)和陆机雷达系统。尤其在5G网络、雷达、北斗卫星等通讯的快速发展中，都需要大量的高性能覆铜板基板材料。
聚四氟乙烯玻纤增强微波材料在高频下具有优异的电性能，以及耐热性、耐酸碱性和电镀性，是理想的微波电路选择材料，但由于其介电常数范围在2.4～2.9之间，局限了它的广泛使用。而且，聚四氟乙烯玻纤增强微波电路基板还具有损耗大的缺点，影响了其使用效果。
目前，现有技术在玻璃纤维布上浸渍含有陶瓷粉体的聚四氟乙烯乳液，由于聚四氟乙烯乳液是一种表面极性非常低的聚合物，而陶瓷粉体的表面极性非常高、密度比乳液大，在浸渍过程时陶瓷粉体容易沉淀，添加量很小，而且需要添加分散剂、偶联剂等，以及干燥过程中陶瓷粉体更容易发生聚集，导致最终制得的聚四氟乙烯陶瓷漆布的电性能不均匀，不同位置的介电常数、热膨胀性的差异将使压制的高频电路板无法正常使用。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板，以及该高性能覆铜板的制造工艺。
本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：
聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板，由上表面、中间层和下表面构成，所述覆铜板的上表面和下表面均是铜箔，中间层由聚四氟乙烯填充薄膜和聚四氟乙烯玻璃布复合而成，覆铜板上表面的铜箔与中间层的聚四氟乙烯填充薄膜连接，覆铜板下表面的铜箔通过聚四氟乙烯填充薄膜与中间层的聚四氟乙烯玻璃布连接。
作为本发明的优选技术方案，所述覆铜板的中间层由一层四氟乙烯填充薄膜和一层聚四氟乙烯玻璃布复合而成。
作为本发明的优选技术方案，所述覆铜板的中间层由二层或二层以上四氟乙烯填充薄膜和二层或二层以上聚四氟乙烯玻璃布依次复合而成。
作为本发明的优选技术方案，所述覆铜板的长度小于等于1500毫米，宽度小于等于1300毫米，厚度在0.25毫米到12.7毫米之间，厚度公差值小于0.5％。
聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布高性能覆铜板的制造工艺，包括以下步骤：
(1)气流混料：将纳米级陶瓷粉或钛白粉、聚醚醚酮、碳氢化合物用140目的振动筛进行过筛，然后与纯净级聚四氟乙烯细粉通过气流混合机进行混合，得到高性能聚四氟乙烯填充原料；
(2)毛坯制作：将上述高性能聚四氟乙烯填充原料通过模压法制成中空的圆柱形毛坯，将脱模后的毛坯放在23～25℃的环境中恒温存放20小时至24小时，消除毛坯的内应力；
(3)毛坯烧结：将步骤(2)得到的毛坯放置于全自动旋转式四氟烧结炉中，按设定的程序进行72～168小时的烧结、冷却得到坯料；
(4)车削或旋切：将步骤(3)所得的坯料放入100℃到120℃的烘箱中进行预热，保持温度5小时至6小时，使坯料的内、外温度一致后，在坯料的中心孔中压入或拉入外表面设有梯形齿的专用芯棒，用起重机械安装到高精度数控车床或旋切机上，采用硬质合金刀按设定薄膜的厚度对坯料进行车削或旋切加工；
(5)裁切薄膜：将步骤(4)所得到满足宽度要求的高性能聚四氟乙烯填充薄膜安装到专用的数控横切机上，裁切成长度和宽度都满足要求的高性能聚四氟乙烯填充薄膜；
(6)裁切漆布：将电子级玻璃布涂覆聚四氟乙烯乳液制得符合工艺要求的聚四氟乙烯玻璃布，然后安装到专用数控横切机上，裁切成长度和宽度都满足要求的聚四氟乙烯玻璃布片；
(7)膜布叠层：将步骤(5)和步骤(6)所得到的聚四氟乙烯填充薄膜和聚四氟乙烯玻璃布放在上下两层铜箔之间，按照由上至下的顺序依次放置聚四氟乙烯填充薄膜、聚四氟乙烯玻璃布，获得单层或多层复合叠层料构成的中间层，其中上层铜箔与聚四氟乙烯填充薄膜连接，下层铜箔通过聚四氟乙烯填充薄膜与中间层的聚四氟乙烯玻璃布连接，获得覆铜板半成品；
(8)装承载盘：将步骤(7)所得到的覆铜板半成品上下放置高硬度不锈钢板，按照不锈钢板、覆铜板半成品、不锈钢板的顺序依次叠放，装到用高强度钢板制成的专用承载盘上，并用弹簧夹固定；
(9)真空压合：将步骤(8)所得到的装有将覆铜板半成品的承载盘依次放入真空压合机的各层模板之间,在350～400℃、30～40MPa下，按照全自动热压成型的工艺进行压合,在保温保压一定时间后冷却脱模；
(10)成品裁切：用数控剪板机将步骤(9)所得到的覆铜板边缘切除,再裁剪成工艺要求的各种规格,即得到复合聚四氟乙烯填充薄膜和玻璃布的高性能覆铜板成品。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(1)纳米级陶瓷粉或钛白粉、聚醚醚酮、碳氢化合物的添加量，按照工艺介电常数的设计要求添加重量比为2～40％。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(2)毛坯的最大直径由所要切削得到的薄膜宽度来决定，当薄膜宽度为1270毫米时，毛坯的最大直径为500毫米。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(4)车削或旋切薄膜的厚度大于等于0.05毫米，小于等于0.50毫米；薄膜的宽度大于等于1050毫米，小于等于1500毫米。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(9)得到的高性能覆铜板的厚度在0.25毫米到12.7毫米之间，厚度公差值小于0.5％；覆铜板的最大长度为1500毫米；覆铜板的最大宽度为1300毫米。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(10)得到的高性能覆铜板的频率范围为10G～30GHz，高频率下的介电常数(εr)在2.5到12.5之间，介质损耗角正切值(tanδ)在0.001～0.005之间。覆铜板的无源互调等性能指标得到较大提高。
本发明的有益效果是：相对于现有技术，在本发明将纳米级陶瓷粉或钛白粉、聚醚醚酮、碳氢化合物等高性能材料进行过筛，与过筛后的纯净级聚四氟乙烯细粉通过高速混合机进行混合，得到高性能的聚四氟乙烯填充原料；将该填充原料经模压成型，烧结得到坯料，再将坯料经车削加工获得高性能聚四氟乙烯填充薄膜，再与电子级玻璃布涂覆聚四氟乙烯乳液制得的符合要求的聚四氟乙烯玻璃布叠层，压合得到聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板，取消了在玻璃布涂覆聚四氟乙烯乳液时添加陶瓷粉、分散剂、偶联剂等步骤。
本发明通过改进工艺步骤和工装设备，得到的聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板厚度0.25毫米到12毫米之间，厚度公差值小于0.5％；最大宽度1050毫米至1300毫米之间；最大长度1270至1500毫米之间；频率范围在10G～30GHz的高频率下的介电常数(εr)为2.5到12.5之间，介质损耗角正切值(tanδ)为0.001～0.005之间，无源互调等性能指标得到较大提高。
本发明克服了现有技术在玻璃纤维布上浸渍含有陶瓷粉体时的陶瓷粉体容易沉淀、添加量很小，而且需要添加分散剂、偶联剂等影响环保要求，以及干燥过程中陶瓷粉体容易发生聚集，导致聚四氟乙烯陶瓷漆布的电性能不均匀，不同位置的介电常数、热膨胀性的差异大等缺陷。聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板因在制得聚四氟乙烯填充薄膜时可以最大添加40％的纳米级陶瓷粉或钛白粉、聚醚醚酮、碳氢化合物等高性能材料，再由电子级玻璃布增强复合铜箔，大大提高了覆铜板在高频率下的高导电和高耐热性能，其介电损耗小、介电常数高且稳定，具有Z轴膨胀系数低、散热效果好，尺寸和无源互调稳定等优越性能，能够满足全球PCB行业对高频、高速等高性能覆铜板基材的需求。
附图说明
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明高性能覆铜板的结构示意图。
图2是图1的俯视结构示意图。
图3是图1的截面结构示意图。
图中：1、长度，2、宽度，3、厚度；4、铜箔，5、聚四氟乙烯填充薄膜，6、聚四氟乙烯玻璃布，7、中间层。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细说明。附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例一
如图1至图3所示，聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板，由上表面、中间层7和下表面构成，覆铜板的上表面和下表面均是铜箔4，中间层7由聚四氟乙烯填充薄膜5和聚四氟乙烯玻璃布6复合而成，覆铜板上表面的铜箔4与中间层7的聚四氟乙烯填充薄膜5连接，覆铜板下表面的铜箔4通过聚四氟乙烯填充薄膜5与中间层7的聚四氟乙烯玻璃布6连接。图1和图2中，1代表长度，2代表宽度，3代表厚度。
本发明的一种实施方式，所述覆铜板的中间层7由一层四氟乙烯填充薄膜5和一层聚四氟乙烯玻璃布6复合而成。
本发明的另一种实施方式，所述覆铜板的中间层7由二层或二层以上四氟乙烯填充薄膜5和二层或二层以上聚四氟乙烯玻璃布6依次复合而成。
本发明所述覆铜板的长度小于等于1500毫米，宽度小于等于1300毫米，厚度在0.25毫米到12.7毫米之间，厚度公差值小于0.5％。
实施例二
聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布高性能覆铜板的制造工艺，包括以下步骤：
(1)气流混料：将纳米级陶瓷粉或钛白粉、聚醚醚酮、碳氢化合物用140目的振动筛进行过筛，然后与纯净级聚四氟乙烯细粉通过气流混合机进行混合，得到高性能聚四氟乙烯填充原料；
(2)毛坯制作：将上述高性能聚四氟乙烯填充原料通过模压法制成中空的圆柱形毛坯，将脱模后的毛坯放在23～25℃的环境中恒温存放20小时至24小时，消除毛坯的内应力；
(3)毛坯烧结：将步骤(2)得到的毛坯放置于全自动旋转式四氟烧结炉中，按设定的程序进行72～168小时的烧结、冷却得到坯料；
(4)车削或旋切：将步骤(3)所得的坯料放入100℃到120℃的烘箱中进行预热，保持温度5小时至6小时，使坯料的内、外温度一致后，在坯料的中心孔中压入或拉入外表面设有梯形齿的专用芯棒，用起重机械安装到高精度数控车床或旋切机上，采用硬质合金刀按设定薄膜的厚度对坯料进行车削或旋切加工；
(5)裁切薄膜：将步骤(4)所得到满足宽度要求的高性能聚四氟乙烯填充薄膜安装到专用的数控横切机上，裁切成长度和宽度都满足要求的高性能聚四氟乙烯填充薄膜；
(6)裁切漆布：将电子级玻璃布涂覆聚四氟乙烯乳液制得符合工艺要求的聚四氟乙烯玻璃布，然后安装到专用数控横切机上，裁切成长度和宽度都满足要求的聚四氟乙烯玻璃布片；
(7)膜布叠层：将步骤(5)和步骤(6)所得到的聚四氟乙烯填充薄膜和聚四氟乙烯玻璃布放在上下两层铜箔之间，按照由上至下的顺序依次放置聚四氟乙烯填充薄膜、聚四氟乙烯玻璃布，获得单层或多层复合叠层料构成的中间层，其中上层铜箔与聚四氟乙烯填充薄膜连接，下层铜箔通过聚四氟乙烯填充薄膜与中间层的聚四氟乙烯玻璃布连接，获得覆铜板半成品；
(8)装承载盘：将步骤(7)所得到的覆铜板半成品上下放置高硬度不锈钢板，按照不锈钢板、覆铜板半成品、不锈钢板的顺序依次叠放，装到用高强度钢板制成的专用承载盘上，并用弹簧夹固定；
(9)真空压合：将步骤(8)所得到的装有将覆铜板半成品的承载盘依次放入真空压合机的各层模板之间,在350～400℃、30～40MPa下，按照全自动热压成型的工艺进行压合,在保温保压一定时间后冷却脱模；
(10)成品裁切：用数控剪板机将步骤(9)所得到的覆铜板边缘切除,再裁剪成工艺要求的各种规格,即得到复合聚四氟乙烯填充薄膜和玻璃布的高性能覆铜板成品。
本实施例中，所述步骤(1)纳米级陶瓷粉或钛白粉、聚醚醚酮、碳氢化合物的添加量，按照工艺介电常数的设计要求添加重量比为2～40％。所述步骤(2)毛坯的最大直径由所要切削得到的薄膜宽度来决定，当薄膜宽度为1270毫米时，毛坯的最大直径为500毫米。所述步骤(4)车削或旋切薄膜的厚度大于等于0.05毫米，小于等于0.50毫米；薄膜的宽度大于等于1050毫米，小于等于1500毫米。
本实施例中，所述步骤(9)得到的高性能覆铜板的厚度在0.25毫米到12.7毫米之间，厚度公差值小于0.5％；覆铜板的最大长度为1500毫米；覆铜板的最大宽度为1300毫米。所述步骤(10)得到的高性能覆铜板的频率范围为10G～30GHz，高频率下的介电常数(εr)在2.5到12.5之间，介质损耗角正切值(tanδ)在0.001～0.005之间。本发明高性能覆铜板的无源互调等性能指标得到较大提高，覆铜板的介电损耗小、介电常数高且稳定，Z轴膨胀系数低、散热效果好，尺寸和无源互调稳定等优越性能，能满足各种高频行业不同设计的需求。
本发明高性能覆铜板的制造工艺中，所述步骤(1)也可以采用以下方式实施：原料过筛，将纳米级陶瓷粉或钛白粉、聚醚醚酮、碳氢化合物用140目的振动筛进行过筛，与60目过筛后的纯净级聚四氟乙烯细粉通过高速混合机进行捣碎、混合、搅拌，然后再采用60目的振动筛进行过筛，得到高性能的聚四氟乙烯填充原料，其它工艺步骤相同。
上述实施例仅限于说明本发明的构思和技术特征，其目的在于让本领域的技术人员了解发明的技术方案和实施方式，并不能据此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明技术方案所作的等同替换或等效变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板，其特征是：所述覆铜板由上表面、中间层和下表面构成，所述覆铜板的上表面和下表面均是铜箔，所述中间层由聚四氟乙烯填充薄膜和聚四氟乙烯玻璃布复合而成，覆铜板上表面的铜箔与中间层的聚四氟乙烯填充薄膜连接，覆铜板下表面的铜箔通过聚四氟乙烯填充薄膜与中间层的聚四氟乙烯玻璃布连接；
所述聚四氟乙烯填充薄膜填充有2～40％的纳米级陶瓷粉或钛白粉、聚醚醚酮、碳氢化合物。
2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板，其特征是：所述覆铜板的中间层由一层四氟乙烯填充薄膜和一层聚四氟乙烯玻璃布复合而成。
3.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板，其特征是：所述覆铜板的中间层由二层或二层以上四氟乙烯填充薄膜和二层或二层以上聚四氟乙烯玻璃布依次复合而成。
4.根据权利要求1至3任一项所述的聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板，其特征是：所述覆铜板的长度小于等于1500毫米，宽度小于等于1300毫米，厚度在0.25毫米到12.7毫米之间，厚度公差值小于0.5％。
5.一种如权利要求1所述聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布高性能覆铜板的制造工艺，其特征是所述工艺包括以下步骤：
(1)气流混料：将纳米级陶瓷粉或钛白粉、聚醚醚酮、碳氢化合物用140目的振动筛进行过筛，然后与纯净级聚四氟乙烯细粉通过气流混合机进行混合，得到高性能聚四氟乙烯填充原料；所述纳米级陶瓷粉或钛白粉、聚醚醚酮、碳氢化合物的添加量，按照工艺介电常数的设计要求添加重量比为2～40％；
(2)毛坯制作：将上述高性能聚四氟乙烯填充原料通过模压法制成中空的圆柱形毛坯，将脱模后的毛坯放在23～25℃的环境中恒温存放20小时至24小时，消除毛坯的内应力；
(3)毛坯烧结：将步骤(2)得到的毛坯放置于全自动旋转式四氟烧结炉中，按设定的程序进行72～168小时的烧结、冷却得到坯料；
(4)车削或旋切：将步骤(3)所得的坯料放入100℃到120℃的烘箱中进行预热，保持温度5小时至6小时，使坯料的内、外温度一致后，在坯料的中心孔中压入或拉入外表面设有梯形齿的专用芯棒，用起重机械安装到高精度数控车床或旋切机上，采用硬质合金刀按设定薄膜的厚度对坯料进行车削或旋切加工；
(5)裁切薄膜：将步骤(4)所得到满足宽度要求的高性能聚四氟乙烯填充薄膜安装到专用的数控横切机上，裁切成长度和宽度都满足要求的高性能聚四氟乙烯填充薄膜；
(6)裁切漆布：将电子级玻璃布涂覆聚四氟乙烯乳液制得符合工艺要求的聚四氟乙烯玻璃布，然后安装到专用数控横切机上，裁切成长度和宽度都满足要求的聚四氟乙烯玻璃布片；
(7)膜布叠层：将步骤(5)和步骤(6)所得到的聚四氟乙烯填充薄膜和聚四氟乙烯玻璃布放在上下两层铜箔之间，按照由上至下的顺序依次放置聚四氟乙烯填充薄膜、聚四氟乙烯玻璃布，获得单层或多层复合叠层料构成的中间层，其中上层铜箔与聚四氟乙烯填充薄膜连接，下层铜箔通过聚四氟乙烯填充薄膜与中间层的聚四氟乙烯玻璃布连接，获得覆铜板半成品；
(8)装承载盘：将步骤(7)所得到的覆铜板半成品上下放置高硬度不锈钢板，按照不锈钢板、覆铜板半成品、不锈钢板的顺序依次叠放，装到用高强度钢板制成的专用承载盘上，并用弹簧夹固定；
(9)真空压合：将步骤(8)所得到的装有将覆铜板半成品的承载盘依次放入真空压合机的各层模板之间,在350～400℃、30～40MPa下，按照全自动热压成型的工艺进行压合,在保温保压一定时间后冷却脱模；
(10)成品裁切：用数控剪板机将步骤(9)所得到的覆铜板边缘切除,再裁剪成工艺要求的各种规格,即得到聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布的高性能覆铜板成品。
6.根据权利要求5所述的聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布高性能覆铜板的制造工艺，其特征是：所述步骤(2)毛坯的最大直径由所要切削得到的薄膜宽度来决定，当薄膜宽度为1270毫米时，毛坯的最大直径为500毫米。
7.根据权利要求5所述的聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布高性能覆铜板的制造工艺，其特征是：所述步骤(4)车削或旋切薄膜的厚度大于等于0.05毫米，小于等于0.50毫米；薄膜的宽度大于等于1050毫米，小于等于1500毫米。
8.根据权利要求5所述的聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布高性能覆铜板的制造工艺，其特征是：所述步骤(9)得到的高性能覆铜板的厚度在0.25毫米到12.7毫米之间，厚度公差值小于0.5％；覆铜板的最大长度为1500毫米；覆铜板的最大宽度为1300毫米。
9.根据权利要求5所述的聚四氟乙烯填充薄膜复合玻璃布高性能覆铜板的制造工艺，其特征是：所述步骤(10)得到的高性能覆铜板的频率范围为10G～30GHz，高频率下的介电常数(εr)在2.5到12.5之间，介质损耗角正切值(tanδ)在0.001～0.005之间。
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