CN111263513A - 一种电子复合材料基板 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高频高速通讯领域材料技术领域，公开了一种电子复合材料基板，包括数层叠合的半固化片及分别压覆于其两侧的导电箔，半固化片均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；按照重量份计，复合材料包括如下原料：树脂混合物、偶联剂处理的增强纤维、导电填料和固化引发剂；树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，所述聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，聚丁二烯树脂的重量与树脂混合物的总重量的比值为(10～50):1。本发明的电子复合材料基板具有较低的介电常数和介质损耗角正切。

Description

一种电子复合材料基板
技术领域
本发明属于高频高速通讯领域材料技术领域，具体涉及一种电子复合材料基板。
背景技术
近年来，随着计算机和信息通讯设备高性能化、高功能化以及网络化的发展，为了高速传输及处理大容量信息，操作信号趋向于高频化，因而对电路基板的材料提出了要求。
现有的用于印制电路基板的材料中，广泛使用粘接特性优异的环氧树脂，然而，环氧树脂电路基板一般介电常数和介质损耗角正切较高(介电常数大于4，介质损耗角正切0.02左右)，高频特性不充分，不能适应信号高频化的要求，所以对基板所用的材料提出了新的要求。
发明内容
有鉴于此，为了解决目前的用于印制电路基板的材料介电常数和介质损耗角正切较高的问题，本申请提供一种电子复合材料基板。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电子复合材料基板，包括数层叠合的半固化片及分别压覆于其两侧的导电箔，所述半固化片均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；
按照重量份计，所述复合材料包括如下原料：
树脂混合物20份～70份、偶联剂处理的增强纤维10份～60份、导电填料5份～20份和固化引发剂1份～3份；
所述树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；所述聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，所述聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且所述聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，所述聚丁二烯树脂的重量与所述树脂混合物的总重量的比值为(10～50):1。
优选的，所述聚苯醚为马来酸酐改性聚苯醚、丙烯酸改性聚苯醚和缩水甘油酯改性聚苯醚组成中的一种或多种，所述马来酸酐改性聚苯醚接枝率为0.5～2wt％。
优选的，所述导电填料为碳纳米管、碳化硅纳米线、导电炭黑或三维树枝状纳米银导电颗粒中的一种或多种。
优选的，所述固化引发剂为能够产生自由基的材料。
优选的，所述增强纤维为玻璃纤维、石英纤维或凯夫拉纤维。
优选的，所述复合材料还包括粉末填料5份～40份；所述粉末填料的粒径为1μm～10μm，所述粉末填料为结晶型二氧化硅、无定型二氧化硅、球型二氧化硅、二氧化钛、氮化硼、氮化铝、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、碳酸钙或滑石粉中的一种或多种。
优选的，所述复合材料还包括阻燃剂5份～20份；所述阻燃剂为含溴或含磷的阻燃剂。
优选的，所述导电箔为导电铜箔或导电铝箔。
优选的，所述导电铜箔为1盎司铜箔或者半盎司铜箔；所述1盎司铜箔的铜瘤高度为8μm～12μm；所述半盎司铜箔的铜瘤高度为6μm～10μm，且所述导电铜箔粗糙面经过乙烯基偶联剂处理。
优选的，所述导电铝箔中含有Sn，所述Sn的重量与所述导电铝箔的总重量的比值为(0.1～0.2):1。
与现有技术相比，采用上述方案本发明的有益效果为：
本发明的电子复合材料基板具有较低的介电常数(约为3)和介质损耗角正切(小于0.002)，所以本发明的电子复合材料基板能适应信号高频化的要求。
附图说明
图1是本发明提供的一种电子复合材料基板的剖视图；
图中：1、导电箔；2、半固化片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下对本发明的实施例方式进行详细说明。
本发明公开了一种电子复合材料基板，包括数层叠合的半固化片及分别压覆于其两侧的导电箔，所述半固化片均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；
按照重量份计，所述复合材料包括如下原料：
树脂混合物20份～70份、偶联剂处理的增强纤维10份～60份、导电填料5份～20份和固化引发剂1份～3份；
所述树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；所述聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，所述聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且所述聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，所述聚丁二烯树脂的重量与所述树脂混合物的总重量的比值为(10～50):1。
因为本发明的复合材料在具体使用时，不需要进行特殊工艺处理，仅仅通过现有的自动叠卜操作就能够成功制成半固化片，确保本发明的复合材料能被广泛的应用。
本发明的复合材料中，树脂混合物包括聚丁二烯树脂和聚苯醚。其中聚苯醚(PPO)具有低成本、低密度、耐热性和优异的介电性能能优点，因此能够降低基板的制作成本，同时确保基板所需要的介电性能；又因为聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，优选2000g/mol～4000g/mol，会导致树枝混合物的粘度太高，所以本发明的树脂混合物还包括聚丁二烯树脂，而又因为本发明的聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，优选7000g/mol～9000g/mol，所以聚丁二烯树脂又不会过分的降低树枝混合物的粘度。此外，还因为本发明的聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，聚丁二烯树脂的重量与树脂混合物的总重量的比值为(10～50):1，这就为硬化时，充分供应进行交联反应时所需的大量不饱和乙烯基，可提高固化时的交联密度，提供给电路基板材料优良的耐高温性、耐热性与高玻璃化转变温度(Tg)。
本发明的复合材料中，增强纤维为经过偶联剂处理的增强纤维，增强纤维可以为玻璃纤维、石英纤维或凯夫拉纤维。例如玻璃纤维是经过偶联剂处理的玻璃纤维布，偶联剂处理的玻璃纤维布在提高基板机械性能的同时，降低了基板的线膨胀系数进而提高了基板的尺寸稳定性，减少层压板树脂在固化过程中收缩的作用。本发明中偶联剂处理的增强纤维占复合材料总组成的10份～60份(按照复合材料总重量份计算)，优选33份～46份，根据基板要求不同，使用不同的增强纤维。
本发明的复合材料中，导电填料在绝缘机体内发生逾渗转变时的渗流效应能够提高树脂基体的介电常数。本发明的导电填料占复合材料总组成的5份～20份(按照复合材料总重量份计算)，包括碳纳米管、碳化硅纳米线、导电炭黑或三维树枝状纳米银导电颗粒的，这些导电填料既可以单独使用，又可以混合使用，其中，最佳为三维树枝状纳米银导电颗粒，能够其独特的三维树枝张结构，在同等使用量的基础上，能够提高较多的接触点，进而提高介电常数。
在本发明复合材料中，固化引发剂为能够产生自由基的材料，起到加速反应的作用，当本发明的复合材料被加热时，固化引发剂分解产生自由基，引发树脂混合物的分子链发生交联。固化引发剂的用量占复合材料总组成的1份～3份(按照复合材料总重量份计算)。固化引发剂可以为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯等能够差生自由基的材料。
本发明的复合材料中，粉末填料起着提高复合材料中固体含量，改善半固化片粘手性、改善尺寸稳定性、降低热膨胀系数(CTE)等目的。本发明的粉末填料占复合材料总组成的5份～40份(按照复合材料总重量份计算)，包括结晶型二氧化硅、无定型二氧化硅、球型二氧化硅、二氧化钛、氮化硼、氮化铝、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、碳酸钙或滑石粉等，这些粉末填料既可以单独使用，也可以混合使用，其中，最佳填料为二氧化硅，粒径为1μm～10μm，因为此粒径的二氧化硅填料在树脂混合物中具有良好的分散性。
在本发明复合材料中，阻燃剂为含溴或含磷的阻燃剂，占复合材料总组成的5份～20份(按照复合材料总重量份计算)。采用的阻燃剂以不降低介电性能为佳，优选含溴阻燃剂，例如十溴二苯醚、十溴二苯乙烷等；优选的含磷阻燃剂，例如三(2，6-二甲基苯基)膦、10-(2，5-二羟基苯基)-9，10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物、2，6-二(2，6-二甲基苯基)膦基苯或10-苯基-9，10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物等。
在本发明的电子复合材料基板中，导电箔为导电铜箔或导电铝箔。当导电箔为导电铜箔时，导电铜箔为1盎司铜箔或者半盎司铜箔；1盎司铜箔的铜瘤高度为8～12微米；半盎司铜箔的铜瘤高度为6～10微米，且导电铜箔粗糙面经过乙烯基偶联剂处理，例如铜箔粗糙面经过乙烯基偶联剂乙烯基三甲基硅烷处理，这样就可以进一步的控制剥离强度，又控制残铜。
导电箔为导电铝箔时，导电铝箔中含有Sn，Sn的重量与导电铝箔的总重量的比值为(0.1～0.2):1，优选0.15:1，这样能够提高导电铝箔与焊料的密合性。
实施例1
本实施例提供一种电子复合材料基板，包括数层叠合的半固化片及分别压覆于其两侧的导电箔，半固化片均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；
按照重量份计，复合材料包括如下原料：
树脂混合物70份、偶联剂处理的增强纤维60份、导电填料20份和固化引发剂3份；
树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，聚丁二烯树脂的重量与树脂混合物的总重量的比值为50:1。
其中，聚苯醚为马来酸酐改性聚苯醚，且马来酸酐改性聚苯醚接枝率为2wt％。
导电填料为碳化硅纳米线；增强纤维为玻璃纤维；
导电箔为导电铜箔，导电铜箔为1盎司铜箔；1盎司铜箔的铜瘤高度为8μm～12μm；导电铜箔粗糙面经过乙烯基偶联剂处理。
实施例2
一种电子复合材料基板，包括数层叠合的半固化片及分别压覆于其两侧的导电箔，半固化片均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；
按照重量份计，复合材料包括如下原料：
树脂混合物20份、偶联剂处理的增强纤维10份、导电填料5份和固化引发剂1份；
树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，聚丁二烯树脂的重量与树脂混合物的总重量的比值为10:1。
其中，聚苯醚为马来酸酐改性聚苯醚、丙烯酸改性聚苯醚和缩水甘油酯改性聚苯醚的混合物，且马来酸酐改性聚苯醚接枝率为0.5wt％。
导电填料为碳纳米管和导电炭黑的混合物；增强纤维为石英纤维；
导电箔为导电铝箔，导电铝箔中含有Sn，Sn的重量与导电铝箔的总重量的比值为0.1:1，也可以为0.2:1，也可以为0.15:1。
实施例3
一种电子复合材料基板，包括数层叠合的半固化片及分别压覆于其两侧的导电箔，半固化片均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；
按照重量份计，复合材料包括如下原料：
树脂混合物50份、偶联剂处理的增强纤维40份、导电填料13份和固化引发剂2份；
树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，聚丁二烯树脂的重量与树脂混合物的总重量的比值为20:1。
其中，聚苯醚为丙烯酸改性聚苯醚；导电填料为三维树枝状纳米银导电颗粒；增强纤维为玻璃纤维；导电箔为导电铜箔，导电铜箔为半盎司铜箔；半盎司铜箔的铜瘤高度为6μm～10μm，且导电铜箔粗糙面经过乙烯基偶联剂处理。
实施例4
一种电子复合材料基板，包括数层叠合的半固化片及分别压覆于其两侧的导电箔，半固化片均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；
按照重量份计，复合材料包括如下原料：
树脂混合物50份、偶联剂处理的增强纤维40份、导电填料13份、固化引发剂2份、粉末填料25份；
树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，聚丁二烯树脂的重量与树脂混合物的总重量的比值为20:1。
其中，聚苯醚为丙烯酸改性聚苯醚；导电填料为三维树枝状纳米银导电颗粒；增强纤维为玻璃纤维；导电箔为导电铜箔，导电铜箔为半盎司铜箔；半盎司铜箔的铜瘤高度为6μm～10μm，且导电铜箔粗糙面经过乙烯基偶联剂处理；
粉末填料的粒径为1μm～10μm，粉末填料为结晶型二氧化硅。
实施例5
一种电子复合材料基板，包括数层叠合的半固化片及分别压覆于其两侧的导电箔，半固化片均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；
按照重量份计，复合材料包括如下原料：
树脂混合物50份、偶联剂处理的增强纤维40份、导电填料13份、固化引发剂2份、阻燃剂13份；
树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，聚丁二烯树脂的重量与树脂混合物的总重量的比值为20:1。
其中，聚苯醚为丙烯酸改性聚苯醚；导电填料为三维树枝状纳米银导电颗粒；增强纤维为玻璃纤维；导电箔为导电铜箔，导电铜箔为半盎司铜箔；半盎司铜箔的铜瘤高度为6μm～10μm，且导电铜箔粗糙面经过乙烯基偶联剂处理。
实施例6
一种电子复合材料基板，包括数层叠合的半固化片及分别压覆于其两侧的导电箔，半固化片均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；
按照重量份计，复合材料包括如下原料：
树脂混合物50份、偶联剂处理的增强纤维40份、导电填料13份、固化引发剂2份、粉末填料25份、阻燃剂13份；
树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，聚丁二烯树脂的重量与树脂混合物的总重量的比值为20:1。
其中，聚苯醚为丙烯酸改性聚苯醚；导电填料为三维树枝状纳米银导电颗粒；增强纤维为玻璃纤维；导电箔为导电铜箔，导电铜箔为半盎司铜箔；半盎司铜箔的铜瘤高度为6μm～10μm，且导电铜箔粗糙面经过乙烯基偶联剂处理；
粉末填料的粒径为1μm～10μm，粉末填料为结晶型二氧化硅。
上述实施例的电子复合材料基板的制作方法包括如下步骤：
称取原料：树脂混合物20份～70份、偶联剂处理的增强纤维10份～60份、导电填料5份～20份、固化引发剂1份～3份、粉末填料5份～40份和阻燃剂5份～20份；
向树脂混合物中加入增强纤维、导电填料、粉末填料和阻燃剂，超声分散，再加入固化引发剂，并用溶剂稀释至适当的粘度，搅拌混合均匀，使导电填料、粉末填料和阻燃剂均一的分散在树脂中，制得胶液；
将胶液印刷一层，并加热，得到半固化片；
将上述半固化片数张相叠合，上下各压覆一张导电箔，放进压机进行固化制得电子复合材料基板，固化温度100℃～150℃，固化压力为30Kg/cm2～60Kg/cm2。
对比例1
一种电子复合材料基板，包括数层叠合的半固化片及分别压覆于其两侧的导电箔，半固化片均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；
按照重量份计，复合材料包括如下原料：
树脂混合物60份、偶联剂处理的增强纤维50份和固化引发剂2份；
树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，聚丁二烯树脂的重量与树脂混合物的总重量的比值为20:1。
其中，聚苯醚为丙烯酸改性聚苯醚；增强纤维为玻璃纤维；导电箔为导电铜箔，导电铜箔为半盎司铜箔。
对比例2
本对比例与实施例3的不同是，本对比例的树脂混合物为丁二烯与苯乙烯的共聚物树脂，其余的与实施例3相同。
对比例3
与实施例3的不同是，本对比例采用的聚丁二烯树脂含有50％的乙烯基。
对比例4
与实施例3的不同是，本对比例采用的聚丁二烯树脂的重量与树脂混合物的总重量的比值为60:1。
以上实施例与对比例的组分对比如表1。
表1实施例与对比例的原料组成
Figure BDA0002376887260000101
为了验证本发明的电子复合材料基板的性质分别对上述实施例与对比例的基板进行测试，测试结果如表2。
表2各实施例与对比例的物理性质的数据
Figure BDA0002376887260000111
从表2中可以看出：
(1)将实施例与对比例1相比较，实施例的剥离强度得到显著的提高；
(2)实施例3与对比例1相比较可知，导电填料能够显著降低基板的介电常数；
(3)将实施例3与对比例2相比较可知，采用实施例的树脂混合物的基板，具有较低的介电常数；且还改善了半固化片的沾手性，弯曲强度也得到了提高，在288℃下，实施例3复合材料可以耐受20min而不分层，耐热性很好，且剥离强度也得到了提高。
(4)将实施例3与对比例3和对比例4相比较，实施例3改善了半固化片的沾手性，弯曲强度也得到了提高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电子复合材料基板，其特征在于，包括数层叠合的半固化片(2)及分别压覆于其两侧的导电箔(1)，所述半固化片(2)均由复合材料制作，且由自动叠卜操作制成；
按照重量份计，所述复合材料包括如下原料：
树脂混合物20份～70份、偶联剂处理的增强纤维10份～60份、导电填料5份～20份和固化引发剂1份～3份；
所述树脂混合物包括聚苯醚和聚丁二烯树脂；所述聚苯醚的重均分子量MW为1000g/mol～5000g/mol，所述聚丁二烯树脂的重均分子量MW为5000g/mol～10000g/mol，且所述聚丁二烯树脂含有70％以上的乙烯基，所述聚丁二烯树脂的重量与所述树脂混合物的总重量的比值为(10～50):1。
2.如权利要求1所述的电子复合材料基板，其特征在于，所述聚苯醚为马来酸酐改性聚苯醚、丙烯酸改性聚苯醚和缩水甘油酯改性聚苯醚组成中的一种或多种，所述马来酸酐改性聚苯醚接枝率为0.5～2wt％。
3.如权利要求1所述的电子复合材料基板，其特征在于，所述导电填料为碳纳米管、碳化硅纳米线、导电炭黑或三维树枝状纳米银导电颗粒中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的电子复合材料基板，其特征在于，所述固化引发剂为能够产生自由基的材料。
5.如权利要求1所述的电子复合材料基板，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、石英纤维或凯夫拉纤维。
6.如权利要求1-5任一项所述的电子复合材料基板，其特征在于，所述复合材料还包括粉末填料5份～40份；所述粉末填料的粒径为1μm～10μm，所述粉末填料为结晶型二氧化硅、无定型二氧化硅、球型二氧化硅、二氧化钛、氮化硼、氮化铝、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、碳酸钙或滑石粉中的一种或多种。
7.如权利要求1-5任一项所述的电子复合材料基板，其特征在于，所述复合材料还包括阻燃剂5份～20份；所述阻燃剂为含溴或含磷的阻燃剂。
8.如权利要求1-5任一项所述的电子复合材料基板，其特征在于，所述导电箔为导电铜箔或导电铝箔。
9.如权利要求8所述的电子复合材料基板，其特征在于，所述导电铜箔为1盎司铜箔或者半盎司铜箔；所述1盎司铜箔的铜瘤高度为8μm～12μm；所述半盎司铜箔的铜瘤高度为6μm～10μm，且所述导电铜箔粗糙面经过乙烯基偶联剂处理。
10.如权利要求8所述的电子复合材料基板，其特征在于，所述导电铝箔中含有Sn，所述Sn的重量与所述导电铝箔的总重量的比值为(0.1～0.2):1。
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