CN111484692A - 电路基板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电路基板，包括介电层和设于所述介电层至少一表面上的导电层，其中，所述介电层的材料为组合物，包括混合填料和含氟树脂粉料，所述混合填料包括介电填料和晶须，所述混合填料经过偶联剂改性，所述介电层在10GHz处具有3.0～3.2的介电常数，所述介电常数的极差小等于0.04，所述介电层的介电损耗小于等于0.002，导热系数大于等于1W/m·K。因此，本发明的电路基板在毫米波频率下具有稳定的介电常数和超低的介电损耗，同时还具有良好的导热、散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及电子工业技术领域，特别是涉及电路基板。
背景技术
在毫米波频率下，电路基板的介电常数(Dk)即使发生微小的变化也会导致电气性能发生变化，例如产生信号延迟和传输线相位的差异。所以，毫米波电路对高频电路基板的性能有着特殊的要求，需要做到稳定的介电常数和超低损耗等。同时，随着印制电路板(PCB)向高集成度、高密度化、小型化、薄型化方向发展，单位面积的热流密度急剧增加，为了保证电子元器件的工作低能耗、长使用寿命、稳定性、可靠性等性能，必须设法使其产生的热量及时散发，这就要求电路基板还需要具有高的导热、散热性能。
但是，当前许多的电路基板中都使用玻璃纤维布作为增强材料，而玻璃纤维布的Dk约为6.0，会极度增加电路基板的Dk值，且还会产生玻璃纤维编制效应，导致整个电路基板信号传输线的性能差异，同时，玻璃纤维布复合的电路基板在运输或处理过程易发生形变。而当前无玻璃纤维布增强的电路基板均采用导热性能不佳的填料来改善介电性能，导致电路基板虽然具有良好的介电性能稳定性，但导热、散热性能差，最终又会增加信号传输过程中的热量损耗。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种电路基板；所述电路基板在毫米波频率下具有稳定的介电常数和超低的介电损耗，同时还具有良好的导热、散热性能。
一种电路基板，包括介电层和设于所述介电层至少一表面上的导电层，其中，所述介电层的材料为组合物，包括混合填料和含氟树脂粉料，所述混合填料包括介电填料和晶须，所述混合填料经过偶联剂改性，所述介电层在10GHz处具有3.0～3.2的介电常数，所述介电常数的极差小等于0.04，所述介电层的介电损耗小于等于0.002，导热系数大于等于1W/m·K
在其中一个实施例中，所述介电填料的粒径为D1，所述含氟树脂粉料的粒径为D2，所述晶须的直径为D3，D1、D2、D3满足以下关系式：D1＜D2＜D3。
在其中一个实施例中，所述D1为0.5μm～5μm，所述D2为1μm～10μm，所述D3为2μm～15μm，所述晶须的长径比为5:1～15:1。
在其中一个实施例中，所述晶须的导热系数大于等于150W/m·K，介电损耗小于等于0.002。
在其中一个实施例中，所述晶须包括氧化锌晶须、氧化铝晶须、氧化镁晶须、氮化硼晶须、氮化铝晶须、氮化硅晶须、碳化硅晶须、碳化硼晶须中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述介电填料的介电损耗小于等于0.002。
在其中一个实施例中，所述含氟树脂粉料的介电损耗小于等于0.001。
在其中一个实施例中，所述混合填料与所述含氟树脂粉料的重量比为0.5:1～2:1。
在其中一个实施例中，所述晶须与所述介电填料的重量比为1:0.1～1:2。
在其中一个实施例中，所述介电层的制备方法为：采用冷压成型的方法将所述组合物制成所述介电层，所述冷压成型的压合温度为10℃～60℃，压力为2MPa～8MPa。
本发明的电路基板中，介电层的组合物采用晶须和介电填料混合填充，无需使用玻璃纤维布作为增强材料，不会产生玻璃编织效应，介电常数和介电损耗稳定。同时，晶须还可以在介电层中形成导热网络，改善介电层的导热性能。因此，本发明的电路基板在毫米波频率下具有稳定的介电常数和超低的介电损耗，同时还具有良好的导热、散热性能。
具体实施方式
以下将对本发明提供的电路基板作进一步说明。
本发明提供的电路基板，包括介电层和设于所述介电层至少一表面上的导电层，其中，所述介电层的材料为组合物，包括混合填料和含氟树脂粉料，所述混合填料包括介电填料和晶须。所以，本发明的介电层不需要使用玻璃纤维布作为增强材料，不会产生玻璃编织效应，具有稳定的介电性能，同时，晶须还可以在介电层中形成导热网络，改善介电层的导热性能。
另外，所述混合填料经过偶联剂改性，以提高混合填料与含氟树脂粉料的相容性，减少界面空隙，提高介电层的密实度，从而进一步提高介电层的导热性能和介电性能。
因此，本发明所述介电层在10GHz处具有3.0～3.2的介电常数，所述介电常数的极差小等于0.04，所述介电层的介电损耗小于等于0.002，导热系数大于等于1W/m·K。
进而，本发明的电路基板在毫米波频率下具有稳定的介电常数和超低的介电损耗，同时还具有良好的导热、散热性能。
进一步地，所述介电填料的粒径为D1，所述含氟树脂粉料的粒径为D2，所述晶须的直径为D3，D1、D2、D3满足以下关系式：D1＜D2＜D3。从而，可以通过组分尺寸的级配，使得介电填料和含氟树脂粉料能够包裹晶须，进一步提高介电层的密实度和导热网络的连续性，进而能够进一步提高介电层的介电性能和导热性能。
长径比越大的晶须越有利于形成导热网络，但是，也越容易团聚，所以，综合考虑下，所述D3为2μm～15μm，晶须的长径比优选为5:1～15:1，进一步优选为8:1～12:1，更优选为10:1。
相配合的，所述D1为0.5μm～5μm，所述D2为1μm～10μm。
考虑到介电层的导热性能和介电性能，所述晶须的导热系数优选大于等于150W/m·K，介电损耗优选小于等于0.002，具体包括氧化锌晶须、氧化铝晶须、氧化镁晶须、氮化硼晶须、氮化铝晶须、氮化硅晶须、碳化硅晶须、碳化硼晶须中的至少一种。
所述介电填料的介电损耗优选小于等于0.002，具体包括氧化铝、氧化锌、锑酸钠、三氧化锑、磷灰石、硅镁土、偏硼酸钡、硫酸钡、钛酸钡、钛酸锶钡、膨润土、氧化铋、氧化硼、氮化铝、碳化硅、碳酸钙、氢氧化钙、硫酸钙、陶瓷微球、粘土、硅藻土、铁氧体、长石、玻璃珠、水合硅酸钙、高岭土、氧化镁、氢氧化镁、二硫化钼、聚合物填料、橡胶颗粒、海泡石、二氧化硅、银粉、滑石、二氧化钛中的至少一种。
所述含氟树脂粉料的介电损耗小于等于0.001，具体包括聚四氟乙烯粉料、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物粉料、四氟乙烯-乙烯共聚物粉料、四氟乙烯与全氟(烷基·乙烯基)醚的共聚物粉料、偏氟乙烯与乙烯-乙烯四氟乙烯的共聚物粉料、聚偏氟乙烯粉料中的至少一种，进一步优选为聚四氟乙烯粉料。
具体地，所述混合填料与所述含氟树脂粉料的重量比为0.5:1～2:1，其中，所述晶须与所述介电填料的重量比为1:0.1～1:2。从而，可以通过比例和具体成分的选择搭配，得到所需要的介电层和电路基板。
具体地，所述介电层的制备方法为：采用冷压成型的方法将所述组合物制成所述介电层，所述冷压成型的压合温度为10℃～60℃，压力为2MPa～8MPa。然后，将介电层和导电层经高温压机压合，制得电路基板。
具体地，所述导电层优选为铜箔，从而可以得到在毫米波频率下具有稳定的介电常数和超低的介电损耗，同时还具有良好的导热、散热性能的高频覆铜板。
以下，将通过以下具体实施例对所述电路基板做进一步的说明。
实施例1
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加25份二氧化硅(D50为1μm)和25份氧化锌晶须(直径为2μm，长径比为8:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氧化锌晶须。
在双辊开炼机中添加50份聚四氟乙烯粉料(D50为1.5μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氧化锌晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经50℃的温度和6MPa的压力冷压得到介电层。最后在介电层的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
实施例2
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加20份二氧化硅(D50为1μm)和25份氧化铝晶须(直径为3μm，长径比为10:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氧化铝晶须。
在双辊开炼机中添加75份聚四氟乙烯粉料(D50为2.5μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氧化铝晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层。最后在介电层双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
实施例3
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加15份二氧化硅(D50为0.5μm)和25份氮化硼晶须(直径为3μm，长径比为15:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氮化硼晶须。
在双辊开炼机中添加80份聚四氟乙烯粉料(D50为2μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氮化硼晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层。最后在介电层双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
实施例4
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加10份二氧化硅(D50为1μm)和30份氮化铝晶须(直径为6μm，长径比为5:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氮化铝晶须。
在双辊开炼机中添加80份聚四氟乙烯粉料(D50为2μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氮化铝晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层。最后在介电层的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
实施例5
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加15份二氧化硅(D50为1μm)和25份氮化硼晶须(直径为5μm，长径比为12:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氮化硼晶须。
在双辊开炼机中添加80份聚四氟乙烯粉料(D50为3.5μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氮化硼晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层。最后在介电层的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
实施例6
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加15份二氧化硅(D50为2.5μm)和25份氮化硼晶须(直径为4μm，长径比为10:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氮化硼晶须。
在双辊开炼机中添加50份聚四氟乙烯粉料(D50为3μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氮化硼晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层。最后在介电层的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
实施例7
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加50份二氧化硅(D50为2.5μm)和25份氮化硼晶须(直径为4μm，长径比为10:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氮化硼晶须。
在双辊开炼机中添加50份聚四氟乙烯粉料(D50为3μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氮化硼晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层。最后在介电层的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
实施例8
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加60份二氧化硅(D50为2.5μm)和40份氮化硼晶须(直径为4μm，长径比为10:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氮化硼晶须。
在双辊开炼机中添加50份聚四氟乙烯粉料(D50为3μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氮化硼晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层。最后在介电层的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
对比例1
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加15份二氧化硅(D50为0.5μm)和25份氮化硼晶须(直径为1μm，长径比为10:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氮化硼晶须。将改性好的填料与聚四氟乙烯乳液均匀混合，再与1080玻纤布浸渍烘干得到胶片，最后在胶片的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到有玻纤增强的电路基板。
对比例2
在双辊开炼机中添加50份聚四氟乙烯粉料(D50为3μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将15份二氧化硅(D50为2.5μm)和25份氮化硼晶须(直径为4μm，长径比为10:1)，均匀混合后分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层，最后在介电层的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
对比例3
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加15份二氧化硅(D50为10μm)和25份氮化硼晶须(直径为4μm，长径比为10:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氮化硼晶须。
在双辊开炼机中添加50份聚四氟乙烯粉料(D50为30μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氮化硼晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层。最后在介电层的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
对比例4
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加15份二氧化硅(D50为2.5μm)和25份氮化硼晶须(直径为4μm，长径比为4:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氮化硼晶须。
在双辊开炼机中添加50份聚四氟乙烯粉料(D50为3μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氮化硼晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层。最后在介电层的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
对比例5
在100份纯水中添加10份无水乙醇，缓慢滴加0.1份KH550偶联剂，高速搅拌1h配置成澄清水溶液。在水溶液中添加15份二氧化硅(D50为2μm)和25份氮化硼晶须(直径为4μm，长径比为6:1)，高速搅拌1h成均匀混合液，将混合液在110℃烘箱中烘烤24h，经过破碎和过筛得到改性好的二氧化硅和氮化硼晶须。
在双辊开炼机中添加100份聚四氟乙烯粉料(D50为3μm)和10份助剂油，混炼0.5h。将改性好的二氧化硅和氮化硼晶须分3次加入开炼机中，每次加入时需混炼0.5h，将混炼好的混合物置于磨具内经经50℃的温度6MPa的压力冷压得到介电层，最后在介电层的双面覆上铜箔，经高温压机压合得到电路基板。
将本发明实施例1～6和对比例1～3制备得到的电路基板进行性能测试，结果如表1所示。
表1
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电路基板，其特征在于，包括介电层和设于所述介电层至少一表面上的导电层，其中，所述介电层的材料为组合物，包括混合填料和含氟树脂粉料，所述混合填料包括介电填料和晶须，所述混合填料经过偶联剂改性，所述介电层在10GHz处具有3.0～3.2的介电常数，所述介电常数的极差小等于0.04，所述介电层的介电损耗小于等于0.002，导热系数大于等于1W/m·K。
2.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述介电填料的粒径为D1，所述含氟树脂粉料的粒径为D2，所述晶须的直径为D3，D1、D2、D3满足以下关系式：D1＜D2＜D3。
3.根据权利要求2所述的电路基板，其特征在于，所述D1为0.5μm～5μm，所述D2为1μm～10μm，所述D3为2μm～15μm，所述晶须的长径比为5:1～15:1。
4.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述晶须的导热系数大于等于150W/m·K，介电损耗小于等于0.002。
5.根据权利要求4所述的电路基板，其特征在于，所述晶须包括氧化锌晶须、氧化铝晶须、氧化镁晶须、氮化硼晶须、氮化铝晶须、氮化硅晶须、碳化硅晶须、碳化硼晶须中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述介电填料的介电损耗小于等于0.002。
7.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述含氟树脂粉料的介电损耗小于等于0.001。
8.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述混合填料与所述含氟树脂粉料的重量比为0.5:1～2:1。
9.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述晶须与所述介电填料的重量比为1:0.1～1:2。
10.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述介电层的制备方法为：采用冷压成型的方法将所述组合物制成所述介电层，所述冷压成型的压合温度为10℃～60℃，压力为2MPa～8MPa。
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