CN110698112B - 一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法 - Google Patents

一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法，其步骤为：将中空陶瓷粉进行表面改性，称取一定质量的改性中空陶瓷粉、聚四氟乙烯分散粉料进行混合，再向混合罐中加入一定质量的成型助剂并混合均匀，将复合物料放入挤出机挤出成型，得到圆柱形料坯；将圆柱形料坯反复压延，成为一定厚度的生基片，将生基片烘干；将烘干后的生基片叠层，双面覆铜箔，进行热压烧结，得到低介电常数微波复合介质基板。采用本方法制成的低介电常数微波介质基板介电常数降低至2.20以下，介电损耗低于0.0021。低介电常数的微波介质基板有助于高频信号的低延迟、低损耗传输，是富有潜力的用于高频高速电路板的基础材料。

Description

一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法
技术领域
本发明涉及微波复合介质基板制造技术，特别是涉及一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法。
背景技术
随着无线电通讯技术的迅猛发展，高频信号传输及处理设备的使用频率从3G、4G发展至5G，这就对高频微波复合介质材料的性能提出了极高的要求，如介电常数、介质损耗、热膨胀系数、吸水率、机械力学性能和可加工性能等。其中，低介电常数的微波介质材料有利于微波信号的高速、低延迟、无损耗传输，被广泛应用在超高密度和超大规模集成电路关键领域。空气的介电常数为1，在微波介质材料中引入适当的空气，可有效降低其介电常数，有效方法是引入空心陶瓷粉作为填料，然而，传统的混合方式，有可能会因为填料和有机树脂的密度不同而发生混合不均的现象，密度大的粉料容易在死角处堆积，密度较小的填料在物料中容易发生团聚，传统的机械混合制备微波介质基板的方法不适合空心陶瓷粉填料基板的制备。此外，采用传统模压工艺将PTFE和填料的复合粉料压制成为一定厚度基片工艺，基片厚度很难得到精确控制，且基片各处厚度均匀性较差，缺陷多，无法满足微波电路板的要求。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法。本发明采用V型混合机，混合均匀，不积料，效率高，可实现本体系中PTFE树脂分散粉料、空心陶瓷粉和成型助剂的均匀混合；采用挤出结合压延成型的方式，比传统模压工艺制备的介质基片厚度精确度高，均匀性好，工序简便，可操作性强，便于产业化。
本发明采取的技术方案是：一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法，所述的制备方法有如下步骤：
（1）、表面改性：按照比例将硅烷偶联剂加入到甲酸乙醇溶液当中，制备成为改性溶液；采用V型混合机，在设备腔体中装入一定质量的中空陶瓷粉，预先分散5~20 min后，将改性溶液加入V型混合机储液罐中，开启喷雾开关，同时开启V型混合机搅拌开关，以喷雾形式对腔体中分散好的中空陶瓷粉进行表面改性，将储液罐中的液体全部喷完后，继续分散搅拌20~60 min；搅拌结束后，将V型混合机腔体中改性完成的中空陶瓷粉取出，在烘箱中以100~120℃烘干2~6 h；研磨过筛后，得到改性中空陶瓷粉。
（2）、物料混合：称取质量比例10~50wt%的改性中空陶瓷粉和质量比例50~90wt%的PTFE树脂分散粉料，依次加入V型混合机的腔体中，打开搅拌开关，充分混合搅拌2~10 h，直到两种物料组分搅拌均匀；
（3）、助剂混合：向V型混合机储液罐中加入一定质量的成型助剂，加入成型助剂的质量比例为改性中空陶瓷粉和PTFE树脂分散粉料总质量的5~30wt%，打开搅拌开关，继续混合2~10 h；
（4）、熟化：将混合完成后的物料放入低温烘箱，于40~55℃保温10~20 h，进行物料成型前熟化。
（5）、挤出成型：将熟化后的复合物料放入挤出机，进行挤出成型，挤出压力为10~70MPa，挤出速度为0.5~5 m/min，得到直径约5~30cm的圆柱形料坯。
（6）、压延成片：将圆柱形料坯在压延机上反复压延，直到成为厚度为0.2~2.0 mm的生基片。
（7）、基片烘干：将压延后的生基片置于高温烘箱，在真空或空气鼓风条件下，以150~320℃的温度进行烘干，烘干时间为5~24 h，除去物料中的有机添加剂。
（8）、叠层烧结：将烘干后的基片按照片按照所需厚度进行叠层，双面覆上铜箔，置于真空层压机中热压烧结，热压温度为350~390℃，压力为3~20MPa，保温时间1~5 h，随后自然冷却至室温，得到低介电常数微波介质基板样品。
本发明所述的中空陶瓷粉为空心结构的SiO2、Al2O3、TiO2、钙钛矿型陶瓷粉的单一物质或两种以上混合物。
本发明所述硅烷偶联剂为苯基三甲氧基硅烷、氨乙氧基氨丙基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上混合物。
本发明所述硅烷偶联剂的用量为中空陶瓷粉质量的0.1~1.0 wt%。
本发明所述改性溶液中的甲酸乙醇溶液由甲酸和无水乙醇配制而成，其中甲酸与无水乙醇的质量比例为1:1~1:6，所述的硅烷偶联剂占改性溶液总质量的10~60wt%；甲酸乙醇溶液占改性溶液总质量的40~90wt%。
本发明所述成型助剂为溶剂油、石油醚、石蜡油、航空煤油中的一种或两种以上混合物。
本发明所述铜箔厚度为18μm或35μm的电解、压延、低轮廓或超低轮廓铜箔。
本发明所产生的有益效果是：本方法采用的填料为中空颗粒的陶瓷粉，与普通实心颗粒陶瓷粉相比，中空陶瓷粉的颗粒包含一定比例的空气（其介电常数为1），因此，成功将介电常数降低至2.20以下，介电损耗低于0.0021。低介电常数的微波介质基板有助于高频信号的低延迟、低损耗传输，是富有潜力的用于高频高速电路板的基础材料。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明：
一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法有如下步骤：
（1）表面改性：称取质量比例为中空陶瓷粉质量的0.3wt%的苯基三甲氧基硅烷作为偶联剂，称取质量比为1:5的甲酸和无水乙醇，混合成为甲酸乙醇溶液，再将苯基三甲氧基硅烷加入甲酸乙醇溶液中，配制成改性溶液，其中的苯基三甲氧基硅烷占改性溶液总质量的35wt%，甲酸乙醇溶液占改性溶液总质量的65wt%。采用GHJ-200型V型混合机，装入100kg空心结构的SiO2陶瓷粉，预先分散15 min后，开启喷雾开关，同时开启V型混合机搅拌开关，以喷雾形式对腔体中分散好的中空陶瓷粉进行表面改性，将储液罐中的液体全部喷完后，继续分散搅拌30 min；搅拌结束后，将V型混合机腔体中改性完成的中空陶瓷粉取出，在烘箱中以110℃烘干4 h；研磨过筛后，得到改性中空陶瓷粉。
（2）物料混合：称取质量比例30wt%的改性中空陶瓷粉和质量比例70wt%的PTFE树脂分散粉料，依次加入混合用VH-300型V型混合机的腔体中，打开搅拌开关，充分混合搅拌6h，直到两种物料组分搅拌均匀。
（3）助剂混合：向VH-300型V型混合机储液罐中加入一定质量的成型助剂，成型助剂为石蜡油与航空煤油（二者质量比为1:1）的混合物，加入成型助剂的质量比例为改性中空陶瓷粉和PTFE树脂分散粉料总质量的15wt%，打开搅拌开关，继续混合5 h。
（4）熟化：将混合完成后的物料放入电加热的鼓风干燥低温烘箱中，于45℃保温15h，进行物料成型前熟化。
（5）挤出成型：将熟化后的复合物料放入柱塞式挤出机，进行挤出成型，挤出压力为30MPa，挤出速度2 m/min，得到直径约10 cm的圆柱形料坯。
（6）压延成片：将圆柱形料坯在三辊压延机上反复压延，直到成为厚度为0.5 mm的生基片。
（7）基片烘干：将压延后的生基片置于电加热的鼓风干燥高温烘箱中，在空气鼓风条件下，以250℃的温度烘干10h，除去物料中的有机添加剂。
（8）叠层烧结：根据所需目标厚度1.0mm，将厚度为0.5mm的基片叠两层，再在双面覆上厚度为35μm的电解铜箔，置于真空层压机中热压烧结，热压温度为370℃，压力为10MPa，保温时间2 h，随后自然冷却至室温，得到双面光滑平整的低介电常数微波介质基板。
介电性能测试：将低介电常数微波介质基板裁切成为测试所需尺寸，测试其微波介电性能，10GHz下介电常数为2.1686，介电损耗为0.0012。

Claims (3)

1.一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法，其特征在于，所述的制备方法有如下步骤：
（1）、表面改性：按照比例将苯基三甲氧基硅烷、氨乙氧基氨丙基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上硅烷偶联剂混合物加入到甲酸乙醇溶液当中，制备成为改性溶液；采用V型混合机，在设备腔体中装入一定质量的空心结构的SiO2、Al2O3、TiO2、钙钛矿型陶瓷粉的单一物质或两种以上陶瓷粉混合物，预先分散5~20 min后，将改性溶液加入V型混合机储液罐中，开启喷雾开关，同时开启V型混合机搅拌开关，以喷雾形式对腔体中分散好的中空陶瓷粉进行表面改性，将储液罐中的液体全部喷完后，继续分散搅拌20~60 min；搅拌结束后，将V型混合机腔体中改性完成的中空陶瓷粉取出，在烘箱中以100~120℃烘干2~6 h；研磨过筛后，得到改性中空陶瓷粉；
（2）、物料混合：称取质量比例10~50wt%的改性中空陶瓷粉和质量比例50~90wt%的PTFE树脂分散粉料，依次加入V型混合机的腔体中，打开搅拌开关，充分混合搅拌2~10 h，直到两种物料组分搅拌均匀；
（3）、助剂混合：向V型混合机储液罐中加入一定质量的成型助剂，加入成型助剂的质量比例为改性中空陶瓷粉和PTFE树脂分散粉料总质量的5~30wt%，打开搅拌开关，继续混合5h；
（4）、熟化：将混合完成后的物料放入低温烘箱，于45℃保温15 h，进行物料成型前熟化；
（5）、挤出成型：将熟化后的复合物料放入挤出机，进行挤出成型，挤出压力为10~70MPa，挤出速度为0.5~5 m/min，得到直径5~30cm的圆柱形料坯；
（6）、压延成片：将圆柱形料坯在压延机上反复压延，直到成为厚度为0.2~2.0 mm的生基片；
（7）、基片烘干：将压延后的生基片置于高温烘箱，在真空或空气鼓风条件下，以250℃的温度进行烘干，烘干时间为10 h，除去物料中的有机添加剂；
（8）、叠层烧结：将烘干后的基片按照所需厚度进行叠层，双面覆上铜箔，置于真空层压机中热压烧结，热压温度为350~390℃，压力为3~20MPa，保温时间1~5 h，随后自然冷却至室温，得到介电常数低至2.20以下，介电损耗低于0.0021的微波介质基板样品；
所述硅烷偶联剂的用量为中空陶瓷粉质量的0.1~1.0 wt%；
所述改性溶液中的甲酸乙醇溶液由甲酸和无水乙醇配制而成，其中甲酸与无水乙醇的质量比例为1:1~1:6，所述的硅烷偶联剂占改性溶液总质量的10~60wt%；甲酸乙醇溶液占改性溶液总质量的40~90wt%。
2.如权利要求1所述的一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法，其特征在于，所述成型助剂为溶剂油、石油醚、石蜡油、航空煤油中的一种或两种以上混合物。
3.如权利要求1所述的一种包含中空陶瓷粉的低介电常数微波介质基板制备方法，其特征在于，所述铜箔厚度为18μm或35μm的电解、压延、低轮廓或超低轮廓铜箔。
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