CN110606698A - 高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板及制备方法。原料的质量分数比为：玻璃纤维1‑10wt%，无机填料粉末35‑70wt%，聚四氟乙烯粉末25‑60wt%；制备方法：将玻璃纤维进行短切处理；将无机填料粉末用硅烷偶联剂进行表面改性处理；将处理后的玻璃纤维和无机填料粉末放入含有表面活性剂的水中混合；加入聚四氟乙烯乳液；加入絮凝剂使絮凝的物料和水分离；加入助挤剂挤出成型得到半固化片；去除助挤剂，覆合铜箔，烧结。微波复合介质基板具有高均匀性、易加工，低热膨胀系数等优点。

Description

高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板及制备工艺

技术领域

本发明涉及一种微波复合介质基板技术领域，特别涉及一种高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板及制备工艺。

背景技术

随着5G技术应用及电子军事领域的发展，对微波复合介质基板的性能要求越来越高。不但要求微波复合介质基板介电的稳定性、均一性，良好的导热性，较低的相对介电常数温度系数，同时还对其尺寸稳定性、可加工性能有很高的要求。聚四氟乙烯介质微波基板以其优越的性能必将成为解决高频覆铜板多层化难题的关键。由于聚四氟乙烯树脂自身特点和传统微波复合介质基板中玻纤布的使用，导致传统微波复合介质基板的热膨胀系数大，均一性、可加工性能差。因此，需要一种以分散纤维为原料制成的微波复合介质基板，具有高均匀性、易加工、低热膨胀系数等特点来满足市场需求。

发明内容

鉴于现有技术的状况，本发明提供了一种高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板及制备工艺。该微波复合介质基板具有高均匀性、低相对介电常数温度系数、低热膨胀系数、高可靠性、易加工等特点。该微波复合介质基板取材便捷，对环境无损伤，制作工艺便捷，易于扩量生产，市场需求量大。

本发明采用的技术方案是：一种高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板，其特征在于：各种原材料的质量分数配比为：玻璃纤维1-10wt%，无机填料粉末35-70wt%，聚四氟乙烯粉末25-60wt%；其中，所述的无机填料粉末选自碳化硅粉末、氧化铝粉末、氮化铝粉末、二氧化硅粉末、二氧化钛粉末、钛酸锶粉末、氮化硼粉末、硫酸钙粉末的一种或几种；所述的玻璃纤维选自E-CR玻璃纤维、D玻璃纤维、E玻璃纤维中的一种或几种；所述聚四氟乙烯粉末的平均粒径选自0.15-0.4μm。

一种高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板的制备方法，其特征在于：首先按各种原材料的质量分数配比称取各种原料，其次按比例称取以下助剂：原料配方质量的0.1-5wt%的硅烷偶联剂、原料配方质量的0.1-1.5wt%的表面活性剂、原料配方质量的0.05-1.5wt%的絮凝剂和原料配方质量的10-20wt%的助挤剂和无机填料粉末质量的0.2-0.5wt%的甲酸；

其中所述的聚四氟乙烯粉末是以溶剂为水的悬浮液形式使用，其中包含质量分数为10-60wt%的聚四氟乙烯粉末、1-10wt%的乳化剂和0.1-8wt%表面活性剂，其余为水；聚四氟乙烯的平均粒径选自0.15-0.4μm，聚四氟乙烯乳液的动力粘度选自2-10mPa·s；

按以下步骤制备：

步骤一、将玻璃纤维进行短切处理，即：将玻璃纤维在粉碎罐内进行短切粉碎，转速2000r/min，粉碎时间10s；

步骤二、将无机填料粉末用硅烷偶联剂进行表面改性处理，即:将无机填料粉末用甲酸均匀分散浸润,分散条件为:使用V型混料机20r/min搅拌速率下喷淋甲酸，搅拌20min，甲酸用量为无机填料粉末的0.2-0.5wt%；将经过甲酸浸润的无机填料粉末取出升温至60℃加入硅烷偶联剂，150r/min搅拌混合4h，烘干后用150目筛网过滤筛分，废弃筛网上面的物料，经过筛网筛选的物料即为处理后的无机填料粉末；

步骤三、将表面活性剂按质量分数0.5%的比例溶于水中，即：每0.5克的表面活性剂用99.5克的水溶解，配制成表面活性剂水溶液，将经过步骤一处理后的玻璃纤维和步骤二处理后的无机填料粉末放入表面活性剂的水溶液中混合，200r/min搅拌1h，均匀分散后的浆料为乳白色液体；

步骤四、将聚四氟乙烯乳液加入到步骤三产生的浆料中，充分混合后呈乳白色液体浆料，加入絮凝剂使所有物料絮凝，均匀混合的物料絮凝沉在水下，将水和物料从排料口放出，用150目滤布过滤，水被滤走，保留絮凝后的固体物料；

步骤五、将步骤四产生的固体物料在100℃温度下烘16h，烘干后加入助挤剂混合均匀，使用挤出设备在温度20-80℃，压力3-8MPa的条件下挤出成型得到半固化片；

步骤六、将步骤五产生半固化片中的助挤剂在240℃下烘干4h烘干去除，根据所需厚度将裁切好的一张或多张半固化片与铜箔结合，在5-15MPa、80-380℃下热压2-8h烧结，待介质层定形后取出，即制得高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板；

其中，所述的硅烷偶联剂选自乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-（2-氨基乙基氨基）丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种，用量为原料配方质量的0.1-5wt%；

所述的表面活性剂选自聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、壬基酚聚氧乙烯醚、N-月桂酰肌氨酸钠中的一种或几种，用量为原料配方质量的0.1-1.5wt%；

所述的絮凝剂选自壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、盐酸多巴胺中的一种或几种，用量为原料配方质量的0.05-1.5wt%；

所述的助挤剂选自液体石蜡、丙酮、一缩二丙二醇、酒精、石油醚、航空煤油中的一种或几种，用量为原料配方质量的10-20wt%。

本发明的有益效果是：

本发明制备微波复合介质基板的相对介电常数覆盖2.85-10.2，400×600mm基板内9点相对介电常数极差值小于0.08，X/Y/Z三轴热膨胀系数小于12/12/24ppm/℃,吸水率小于0.1%，相对介电常数温度系数在-15ppm/℃至15ppm/℃之间，具有高均匀性，易加工，低热膨胀系数，低吸水率等优点。该微波复合介质基板取材便捷，对环境无损伤，制作工艺便捷，易于扩量生产。

具体实施方式

高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板，各种原材料的质量分数配比为：

玻璃纤维：3wt% D玻璃纤维；

无机填料：52wt%二氧化硅粉末、5wt%钛酸锶粉末；

聚四氟乙烯粉末：40wt%，

高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板的制备方法如下：首先按各种原材料的质量分数配比称取各种原料，其次按比例称取以下助剂：原料配方质量的1.5wt%的乙烯基三甲氧基硅烷作硅烷偶联剂、原料配方质量的0.5wt%的壬基酚聚氧乙烯醚表面活性剂、原料配方质量的0.1wt%的聚乙烯亚胺做絮凝剂和原料配方质量的20wt%的石油醚作助挤剂，无机填料粉末质量的0.4wt%的甲酸；

其中所述的聚四氟乙烯粉末是以溶剂为水的悬浮液形式使用，其中包含质量分数为60wt%的聚四氟乙烯粉末、6wt%的乳化剂和4wt%表面活性剂，其余为水；聚四氟乙烯的平均粒径选自0.15-0.4μm，聚四氟乙烯乳液的动力粘度选自2-10mPa·s。

按以下步骤制备：

步骤一、将D玻璃纤维在粉碎罐内进行短切粉碎，转速2000r/min，粉碎时间10s；

步骤二、将二氧化硅粉末和钛酸锶粉末用甲酸均匀分散浸润,分散条件为:使用V型混料机20r/min搅拌速率下喷淋甲酸，搅拌20min，甲酸用量为无机填料粉末的0.4wt%；将甲酸浸润的无机填料粉末取出升温至60℃加入硅烷偶联剂，150r/min搅拌混合4h，烘干后进行用150目筛网过滤筛分，废弃筛网上面的物料，经过筛网筛选的物料即为处理后的无机填料粉末；

步骤三、将壬基酚聚氧乙烯醚按质量分数0.5%的比例溶于水中，即：每0.5克的表面活性剂用99.5克的水溶解，配制成壬基酚聚氧乙烯醚水溶液，将经过步骤一处理后的玻璃纤维和步骤二处理后的无机填料粉末放入壬基酚聚氧乙烯醚的水溶液混合，200r/min搅拌1h，均匀分散后的浆料为乳白色液体；

步骤四、将固含量60%聚四氟乙烯乳液加入到步骤三产生的浆料中，充分混合后呈乳白色液体浆料，加入絮凝剂聚乙烯亚胺使所有物料絮凝，均匀混合的物料絮凝沉在水下，将水和物料从排料口放出，用150目滤布过滤，水被滤走，保留絮凝后的固体物料；

步骤五、将步骤四产生的固体物料在温度100℃时 烘16h，烘干后加入20wt%的石油醚作助挤剂混合均匀，使用挤出设备在温度60℃下6MPa的条件下挤出成型得到半固化片；

步骤六、将步骤五产生的半固化片在240℃下烘干4h，去除半固化片内的石油醚。根据所需厚度将裁切好的半固化片双面覆铜，在温度380℃、压力8MPa下保压3h，待其定形冷却后得到微波复合介质基板。

制备的微波复合介质基板检测结果如下：

指标	合格值	实例值
			相对介电常数	3.0±0.04	3.0±0.02
介质损耗因子	≤1.5×10<sup>-3</sup>	1.2×10<sup>-3</sup>
			吸水率	≤0.1%	0.05%
相对介电常数温度系数	-15ppm/℃至15ppm/℃	13ppm/℃
			热膨胀系数X/Y/Z	≤12/12/24ppm/℃	11/11/24ppm/℃
400×600mm基板内9点相对介电常数极差值	≤0.08	0.04

如上表所示，所制备的微波复合介质基板相对介电常数为3.0，400×600mm基板内9点相对介电常数极差值小于0.04，介质损耗因子为1.5×10^-3，吸水率为0.05%，相对介电常数温度系数为13ppm/℃，X/Y/Z三轴热膨胀系数为11/11/24ppm/℃，均符合高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板的标准要求，且该微波复合介质基板取材便捷，对环境无损伤，制作工艺便捷，易于扩量生产。

Claims (3)

1.一种高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板，其特征在于：各种原材料的质量分数配比为：玻璃纤维1-10wt%，无机填料粉末35-70wt%，聚四氟乙烯粉末25-60wt%；其中，所述的无机填料粉末选自碳化硅粉末、氧化铝粉末、氮化铝粉末、二氧化硅粉末、二氧化钛粉末、钛酸锶粉末、氮化硼粉末、硫酸钙粉末的一种或几种；所述的玻璃纤维选自E-CR玻璃纤维、D玻璃纤维、E玻璃纤维中的一种或几种；所述聚四氟乙烯粉末的平均粒径选自0.15-0.4μm。

2.如权利要求1所述的高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板，其特征在于：各种原材料的质量分数配比为：3wt% D玻璃纤维 ，52wt%二氧化硅粉末，5wt%钛酸锶粉末，40wt%聚四氟乙烯粉末。

3.一种采用权利要求1所述的高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板的制备方法，其特征在于：首先按各种原材料的质量分数配比称取各种原料，其次按比例称取以下助剂：原料配方质量的0.1-5wt%的硅烷偶联剂、原料配方质量的0.1-1.5wt%的表面活性剂、原料配方质量的0.05-1.5wt%的絮凝剂、原料配方质量的10-20wt%的助挤剂和无机填料粉末质量的0.2-0.5wt%的甲酸；

其中所述的聚四氟乙烯粉末是以溶剂为水的悬浮液形式使用，其中包含质量分数为10-60wt%的聚四氟乙烯粉末、1-10wt%的乳化剂和0.1-8wt%表面活性剂，其余为水；聚四氟乙烯的平均粒径选自0.15-0.4μm，聚四氟乙烯乳液的动力粘度选自2-10mPa·s；

按以下步骤制备：

步骤一、将玻璃纤维进行短切处理，即：将玻璃纤维在粉碎罐内进行短切粉碎，转速2000r/min，粉碎时间10s；

步骤二、将无机填料粉末用硅烷偶联剂进行表面改性处理，即:将无机填料粉末用甲酸均匀分散浸润,分散条件为:使用V型混料机20r/min搅拌速率下喷淋甲酸，搅拌20min，甲酸用量为无机填料粉末的0.2-0.5wt%；将经过甲酸浸润的无机填料粉末取出升温至60℃加入硅烷偶联剂，150r/min搅拌混合4h，烘干后用150目筛网过滤筛分，废弃筛网上面的物料，经过筛网筛选的物料即为处理后的无机填料粉末；

步骤三、将表面活性剂按质量分数0.5%的比例溶于水中，即：每0.5克的表面活性剂用99.5克的水溶解，配制成表面活性剂水溶液，将经过步骤一处理后的玻璃纤维和步骤二处理后的无机填料粉末放入表面活性剂的水溶液中混合，200r/min搅拌1h，均匀分散后的浆料为乳白色液体；

步骤四、将聚四氟乙烯乳液加入到步骤三产生的浆料中，充分混合后呈乳白色液体浆料，加入絮凝剂使所有物料絮凝，均匀混合的物料絮凝沉在水下，将水和物料从排料口放出，用150目滤布过滤，水被滤走，保留絮凝后的固体物料；

步骤五、将步骤四产生的固体物料在100℃温度下烘16h，烘干后加入助挤剂混合均匀，使用挤出设备在温度20-80℃，压力3-8MPa的条件下挤出成型得到半固化片；

步骤六、将步骤五产生半固化片中的助挤剂在240℃下烘干4h烘干去除，根据所需厚度将裁切好的一张或多张半固化片与铜箔结合，在5-15MPa、80-380℃下热压2-8h烧结，待介质层定形后取出，即制得高均匀性、低热膨胀系数的微波复合介质基板；

其中，所述的硅烷偶联剂选自乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-（2-氨基乙基氨基）丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种，用量为原料配方质量的0.1-5wt%；

所述的表面活性剂选自聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、壬基酚聚氧乙烯醚、N-月桂酰肌氨酸钠中的一种或几种，用量为原料配方质量的0.1-1.5wt%；

所述的絮凝剂选自壳聚糖、阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、盐酸多巴胺中的一种或几种，用量为原料配方质量的0.05-1.5wt%；

所述的助挤剂选自液体石蜡、丙酮、一缩二丙二醇、酒精、石油醚、航空煤油中的一种或几种，用量为原料配方质量的10-20wt%。