CN110053331A - 一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，包括基板制备、等离子喷涂陶瓷材料层及金属箔层压固化等工序，该方法在传统的高频覆铜板制备过程中，增加了等离子喷涂的设置，克服了现有高频板材制备的缺点，等离子喷涂工艺效率高、工艺简单和不受样件形状尺寸约束，同时喷涂的陶瓷材料层可分别与基板和金属箔形成良好结合，合金中间层薄且均匀，厚度可调，使用本发明所制备的高频覆铜板，其加工性能优异、耐冲击性能高、耐热性能好、力学性能好，电磁屏蔽性能优良。

Description

一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法
技术领域
本发明涉及覆铜板制备领域，尤其是涉及一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法。
背景技术
覆铜板主要用于生产印刷电路板，是以纤维纸、玻璃纤维布或玻璃纤维无纺布等作为增强材料，浸以树脂，单面或双面覆以金属箔，经热压而成的一种产品。目前具备优异性能的覆铜板材料得到广泛应用，同时，随着移动通讯行业的飞速发展，人们对电子产品的机械性能、信号传输性能、稳定性能以及散热性能等提出了更高的要求，特别是在航空航天、雷达卫星和通信等领域。
影响高频覆铜板介电特性的因素是多方面的，从覆铜板制造的技术角度来看，主要有以下几个方面，即树脂体系、增强材料、填充材料、组分材料在基板中的体积含量和其界面，以及所采用的工艺路线和工艺参数。高频覆铜板的设计，就是要选择适合的树脂体系，原、辅材料，开发合理的配方，设计实用合理的工艺路线，解决好不同工序中各种界面问题，在制造过程中慎用各种助剂及添加剂，尽可能在体系中少引入杂质。目前由于覆铜板在各个方领域的应用使得对其性能要求也越来越高，其主要体现在：介电常数和介质损耗、受热稳定性、优异的力学性能以及良好的加工性能等方面。覆铜板在各个领域的应用越来越广，传统覆铜板已不能满足越来越高的性能要求，主要存在以下问题：介质损耗高、电磁屏蔽性能差以及高温工况下力学性能及尺寸稳定性低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，提供一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，通过本发明所制备的高频覆铜板，具有介质损耗较低、电磁屏蔽性能好以及高温工况下力学性能及尺寸稳定性好等优点。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，包括以下步骤：
01.基板制备；
02.等离子喷涂陶瓷材料层：在基板表面进行均匀的等离子喷涂，等离子喷涂在基板表面形成陶瓷材料层，所述陶瓷材料层厚度为5-30μm；
03.金属箔层压固化：在上述制得的陶瓷材料层表面涂覆一层胶液，再在覆以金属箔，然后将其放入真空热压机进行热压复合，获得陶瓷衬底高频覆铜板。
进一步地，步骤03中的等离子喷涂陶瓷材料层，喷涂电压为40-60V，电流为500-700A，等离子气体流量为30-50L/min，辅助气体流量为3-10L/min，送粉气体流量5-20g/min。
优选的，所述等离子气体为Ar气，所述辅助气体为H2。Ar气电离电位较低，等离子弧稳定且易于引燃，弧焰较短，适于小件或薄件的喷涂，此外Ar气还有很好的保护作用，氢气能显着提高电弧电压，使氢等离子射流有很高的焓值，当与氩气混合使用时，使等离子射流的切割能力大大提高。
优选的，所述陶瓷材料层为Al2O3、TiC、TiN或Ti(C,N)中的一种或至少两种的复合。
优选的，所述等离子喷涂工艺的喷嘴与基板表面的距离为15cm。
优选的，所述热压复合工艺的热压温度为200-230℃，热压压力为22-32Kg/cm2，热压时间为60-120min。
优选的，所述金属箔厚度为8-80μm，所述金属箔为铜、黄铜、铝合金、镍合金中的任意一种或至少两种的复合。
进一步地，所述基板制备具体包括以下步骤，
001.将基体树脂、交联剂、引发剂溶解在丙酮中，充分溶解；
002.加入填料，在室温下混合得到胶液；
003.使用玻纤布浸渍所述胶液，然后在150-170℃的烘箱中烘烤固化，得到基板。
优选的，所述基体树脂包括环氧树脂和杂奈联苯聚芳醚；所述交联剂为三聚氰酸三烯丙酯，所述填料为二氧化硅和氢氧化铝。
优选的，所述填料为粒径为300-600nm的二氧化硅和氢氧化铝，所述二氧化硅和氢氧化铝的比例为3:2。
本发明具有如下有益效果：本发明提供了一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，包括基板制备、等离子喷涂陶瓷材料层及金属箔层压固化等工序，该方法在传统的高频覆铜板制备过程中，增加了等离子喷涂的设置，克服了现有高频板材制备的缺点，等离子喷涂工艺效率高、工艺简单和不受样件形状尺寸约束，由本发明提供的方法所制备的陶瓷衬底高频覆铜板强度较高，并且陶瓷衬底层与绝缘层和金属箔之间具有高的结合强度，且由于在金属铜箔层与绝缘层之间形成过渡，改善界面结合状态，增强覆铜板的高温剥离强度，提高覆铜板的耐热性，合金中间层薄且均匀，厚度可调，使用本发明所制备的高频覆铜板，其加工性能优异、耐冲击性能高、耐热性能好、力学性能好，电磁屏蔽性能优良；此外，通过合理设计基板各组分材料的体积分数，可满足设计介电常数的大小及要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，包括以下步骤：
01.基板制备；
02.等离子喷涂陶瓷材料层：在基板表面进行均匀的等离子喷涂，等离子喷涂在基板表面形成陶瓷材料层，所述陶瓷材料层厚度为5-30μm；
03.金属箔层压固化：在上述制得的陶瓷材料层表面涂覆一层胶液，再在覆以金属箔，然后将其放入真空热压机进行热压复合，获得陶瓷衬底高频覆铜板。所述胶液为基板制备过程中制得的胶液。
进一步地，步骤03中的等离子喷涂陶瓷材料层，喷涂电压为40-60V，电流为500-700A，等离子气体流量为30-50L/min，辅助气体流量为3-10L/min，送粉气体流量5-20g/min。
优选的，所述等离子气体为Ar气，所述辅助气体为H2。Ar气电离电位较低，等离子弧稳定且易于引燃，弧焰较短，适于小件或薄件的喷涂，此外Ar气还有很好的保护作用，氢气能显着提高电弧电压，使氢等离子射流有很高的焓值，当与氩气混合使用时，使等离子射流的切割能力大大提高。
优选的，所述陶瓷材料层为Al2O3、TiC、TiN或Ti(C,N)中的一种或至少两种的复合。
优选的，所述等离子喷涂工艺的喷嘴与基板表面的距离为15cm。
优选的，所述热压复合工艺的热压温度为200-230℃，热压压力为22-32Kg/cm2，热压时间为60-120min。
优选的，所述金属箔厚度为8-80μm，所述金属箔为铜、黄铜、铝合金、镍合金中的任意一种或至少两种的复合。
进一步地，所述基板制备具体包括以下步骤，
001.将基体树脂、交联剂、引发剂溶解在丙酮中，充分溶解；
002.加入填料，在室温下混合得到胶液；
003.使用玻纤布浸渍所述胶液，然后在150-170℃的烘箱中烘烤固化，得到基板。
优选的，所述基体树脂包括环氧树脂和杂奈联苯聚芳醚；所述交联剂为三聚氰酸三烯丙酯，所述填料为二氧化硅和氢氧化铝。
优选的，所述填料为粒径为300-600nm的二氧化硅和氢氧化铝，所述二氧化硅和氢氧化铝的比例为3:2。
以下给出本发明的较佳的实施例，以下实施例以本发明的技术方案为前提，详述了具体的实施方式与操作步骤，但本发明的保护范围不仅限于以下事例。
实施例1
一种陶瓷衬底高频覆铜板制备方法，其包括以下步骤：
11.将120g环氧树脂、15g杂奈联苯聚芳醚、30gDDS固化剂及固化促进剂，加入45g丙酮溶剂，充分溶解后，加入填料(粒径为300-600nm的二氧化硅和氢氧化铝，比例为3:2)，然后混合均匀搅拌得到胶液。使用NE-玻纤布作为增强材料浸渍上述胶液，然后在150-160℃的烘箱中烘烤8min固化，得到基板；
12.采用等离子喷涂工艺在上述得到的基板表面喷涂一层陶瓷材料层；陶瓷材料层为TiC；等离子喷涂工艺为：喷涂电压50V，电流600A，等离子气体(Ar)流量40L/min，辅助气体(H2)流量6L/min，送粉气体(Ar)流量8g/min，喷嘴与基板表面距离15cm，实现对基板表面的均匀喷涂，形成厚度为15μm的陶瓷材料层；
13.在上述制得的陶瓷材料层表面涂覆上述胶液后，整齐叠放在铜箔之间，双面覆以30μm厚度的铜箔，在真空压热压机中热压，热压条件为压力30Kg/cm2，温度为220℃，时间120min。
实施例2
21.将120g环氧树脂、15g杂奈联苯聚芳醚、30gDDS固化剂及固化促进剂，加入45g丙酮溶剂，充分溶解后，加入填料(粒径为300-600nm的二氧化硅和氢氧化铝，比例为3:2)，然后混合均匀搅拌得到胶液。使用NE-玻纤布作为增强材料浸渍上述胶液，然后在150-160℃的烘箱中烘烤8min固化，得到基板；
22.采用等离子喷涂工艺在上述得到的基板表面喷涂一层陶瓷材料层；陶瓷材料层为TiN；等离子喷涂工艺为：喷涂电压50V，电流600A，等离子气体(Ar)流量40L/min，辅助气体(H2)流量6L/min，送粉气体(Ar)流量8g/min，喷嘴与基板表面距离15cm，实现对基板表面的均匀喷涂，形成厚度为15μm的陶瓷材料层；
23.在上述制得的陶瓷材料层表面涂覆上述胶液后，整齐叠放在铜箔之间，双面覆以60μm厚度的铜箔，在真空压热压机中热压，热压条件为压力30Kg/cm2，温度为220℃，时间120min。
实施例3
一种陶瓷衬底高频覆铜板制备方法，其包括以下步骤：
31.将130g环氧树脂、15g杂奈联苯聚芳醚、30gDDS固化剂及固化促进剂，加入40g丁酮溶剂，充分溶解后，加入填料(粒径为300-600nm的二氧化硅和氢氧化铝，比例为2:3)，然后混合均匀搅拌得到胶液。使用NE-玻纤布作为增强材料浸渍上述胶液，然后在150-160℃的烘箱中烘烤8min固化，得到基板；
32.采用等离子喷涂工艺在上述得到的基板表面喷涂一层陶瓷材料层；陶瓷材料层为TiN；等离子喷涂工艺为：喷涂电压50V，电流600A，等离子气体(Ar)流量40L/min，辅助气体(H2)流量6L/min，送粉气体(Ar)流量8g/min，喷嘴与基板表面距离15cm，实现对基板表面的均匀喷涂，形成厚度为15μm的陶瓷材料层；
33.在上述制得的陶瓷材料层表面涂覆上述胶液后，整齐叠放在铜箔之间，双面覆以60μm厚度的铜箔，在真空压热压机中热压，热压条件为压力30Kg/cm2，温度为220℃，时间150min。
下表为由实施例1-3制得的陶瓷衬底高频覆铜板的性能测试结果与未喷涂陶瓷材料层的高频覆铜板的性能测试结果：
由上表分析比较可以得出，由实施例1-3所制得的高频覆铜板，由于增加了喷涂陶瓷材料层的步骤，所制得的高频覆铜板相较于未喷涂陶瓷材料层的高频覆铜板其剥离强度提高约8％，弯曲强度提高约8.5％，此外，实施例1-3制得的高频覆铜板具有更低的介电常数和介电损耗，性能更加优异。
以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，包括以下步骤：
01.基板制备；
02.等离子喷涂陶瓷材料层：在基板表面进行均匀的等离子喷涂，等离子喷涂在基板表面形成陶瓷材料层，所述陶瓷材料层厚度为5-30μm；
03.金属箔层压固化：在上述制得的陶瓷材料层表面涂覆一层胶液，再在覆以金属箔，然后将其放入真空热压机进行热压复合，获得陶瓷衬底高频覆铜板。
2.如权利要求1所述的一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，其特征在于：步骤03中的等离子喷涂陶瓷材料层，喷涂电压为40-60V，电流为500-700A，等离子气体流量为30-50L/min，辅助气体流量为3-10L/min，送粉气体流量5-20g/min。
3.如权利要求2所述的一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，其特征在于：所述等离子气体为Ar气，所述辅助气体为H2。
4.如权利要求1所述的一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，其特征在于：所述陶瓷材料层为Al2O3、TiC、TiN或Ti(C,N)中的一种或至少两种的复合。
5.如权利要求1所述的一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，其特征在于：所述等离子喷涂工艺的喷嘴与基板表面的距离为15cm。
6.如权利要求1所述的一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，其特征在于：所述热压复合工艺的热压温度为200-230℃，热压压力为22-32Kg/cm2，热压时间为60-120min。
7.如权利要求1所述的一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，其特征在于：所述金属箔厚度为8-80μm，所述金属箔为铜、黄铜、铝合金、镍合金中的任意一种或至少两种的复合。
8.如权利要求1所述的一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，其特征在于：所述基板制备具体包括以下步骤，
001.将基体树脂、交联剂、引发剂溶解在丙酮中，充分溶解；
002.加入填料，在室温下混合得到胶液；
003.使用玻纤布浸渍所述胶液，然后在150-170℃的烘箱中烘烤固化，得到基板。
9.如权利要求8所述的一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，其特征在于：所述基体树脂包括环氧树脂和杂奈联苯聚芳醚；所述交联剂为三聚氰酸三烯丙酯，所述填料为二氧化硅和氢氧化铝。
10.如权利要求9所述的一种陶瓷衬底高频覆铜板的制备方法，其特征在于：所述填料为粒径为300-600nm的二氧化硅和氢氧化铝，所述二氧化硅和氢氧化铝的比例为3:2。
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