CN111642076A - 一种二维材料填充覆铜板的制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二维材料填充覆铜板的制造工艺，包括如下步骤：S1、采用改性剂对二维材料进行改性，得到改性二维填料；S2、将基体材料与分散剂进行混合，得到分散乳液，所述基体材料为PTFE或聚苯醚树脂；S3、在分散乳液中加入改性二维填料，充分混合均匀后转移至浸胶槽中，用玻纤布浸渍该分散液，热处理得到半固化片；S4、将半固化片与铜压合，制得二维材料填充覆铜板。使用改性后的二维材料作为分散相添加至基体材料中，由此制备得到的覆铜板具有较低的介电常数、较低的介电损耗和较高的热导率，且介电性能稳定，能够满足5G时代高频电路的性能要求。

Description

一种二维材料填充覆铜板的制造工艺
技术领域
本发明涉及覆铜板技术领域，尤其涉及一种二维材料填充覆铜板的制造工艺。
背景技术
印制电路板是以绝缘基板和导体为材料，按照预先设计的电路图制成含印制线路、印制元件等的成品板，广泛应用于各类电子设备中。其中印制电路板中的重要组成材料为覆铜板，现有的覆铜板主要采用FR4(环氧树脂类基板)、碳氢化合物等基材制成，传统的覆铜板介电损耗较高，无法满足5G时代高频电路的性能要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种低介电损耗的二维材料填充覆铜板的制造工艺。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种二维材料填充覆铜板的制造工艺，包括如下步骤：
S1、用改性剂将二维材料进行改性，得到改性二维填料；
S2、将基体材料与分散剂进行混合，得到分散乳液，所述基体材料为PTFE或聚苯醚树脂；
S3、在分散乳液中加入改性二维填料，充分混合均匀后转移至浸胶槽中，玻纤布浸渍该分散液，热处理得到半固化片；
S4、将半固化片与铜压合，制得二维材料填充的覆铜板。
进一步的，步骤S1中所述二维材料为六方型氮化硼，所述改性剂为过氧化二叔丁烷、聚苯乙烯磺酸钠或十六烷基三甲基氯化铵。
进一步的，所述改性剂为过氧化二叔丁烷，所述氮化硼与过氧化二叔丁烷的配比为1：4。
进一步的，步骤S1具体为，将改性剂与氮化硼搅拌、超声混合后，过滤，经乙醇和氯仿冲洗，后烘干得到叔丁官能化的氮化硼。
进一步的，步骤S1中所述二维材料为有机蒙脱土，所述改性剂为十六烷基三甲基氯化铵。
进一步的，步骤S1中，所述改性溶液需调至酸性。
进一步的，步骤S3中所述改性二维填料的份数为10-30。
进一步的，所述基体材料为PTFE，所述PTFE中含有FEP。
进一步的，步骤S3中的热处理具体为，先在80-120℃低温烘干，然后在200-320℃下除去助剂。
进一步的，步骤S4中压合的温度条件为350-380℃，压力取值范围为5-10MPa。
本发明的有益效果在于：使用改性后的二维材料作为分散相添加至基体材料中，由此制备得到的覆铜板具有较低的介电常数和介电损耗、较高的热导率，且介电性能稳定，能够满足5G时代高频电路的性能要求。
附图说明
图1为本发明的二维材料填充覆铜板的制造工艺的流程图；
图2为本发明实施例一的二维材料填充覆铜板的制造工艺的流程图；
图3为本发明实施例二的二维材料填充覆铜板的制造工艺的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：使用改性后的二维材料作为分散相添加至基体材料中，由此制备得到的覆铜板具有较低的介电常数、较低的介电损耗及高热导率，且介电性能稳定。
请参照图1至图3，一种二维材料填充覆铜板的制造工艺，包括如下步骤：
S1、用改性剂将二维材料进行改性，得到改性二维填料；
S2、将基体材料与分散剂进行混合，得到分散乳液，所述基体材料为PTFE或聚苯醚树脂；
S3、在分散乳液中加入改性二维填料，充分混合均匀后转移至浸胶槽中，玻纤布浸渍该分散液，热处理得到半固化片；
S4、将半固化片与铜压合，制得二维材料填充覆铜板。
本发明的工作原理简述如下：采用改性后的二维材料添加至基体材料中，二维材料作为其中的分散相，基体材料作为其中的连续相，改性有助于提高二维材料与基体材料的相容性，消去成品中出现的气孔或者缝隙，得到均匀稳定的覆铜板。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：使用改性后的二维材料作为分散相添加至基体材料中，由此制备得到的覆铜板具有较低的介电常数、较低的介电损耗及较高的热导率，且介电性能稳定，能够满足5G时代高频电路的性能要求。
进一步的，步骤S1中所述二维材料为六方型氮化硼，所述改性剂为过氧化二叔丁烷、聚苯乙烯磺酸钠或十六烷基三甲基氯化铵。
进一步的，所述改性剂为过氧化二叔丁烷，所述氮化硼与过氧化二叔丁烷的配比为1：4。
由上述描述可知，过量的过氧化二叔丁烷能够加快氮化硼的改性进程。
进一步的，步骤S1具体为，将改性剂与氮化硼搅拌、超声混合后，过滤，经乙醇和氯仿冲洗，后烘干得到叔丁官能化的氮化硼。
进一步的，步骤S1中所述二维材料为有机蒙脱土，所述改性剂为十六烷基三甲基氯化铵。
进一步的，步骤S1中，所述改性溶液需调至酸性。
进一步的，步骤S3中所述改性二维填料的份数为10-30。
由上述描述可知，10-30份数的改性填料有利于维持覆铜板的低介电常数(一定范围内可调)、低介电损耗及高热导率。
进一步的，所述基体材料为PTFE，所述PTFE中含有FEP。
进一步的，步骤S3中的热处理具体为，先在80-120℃低温烘干，然后在200-320℃下除去助剂。
由上述描述可知，热处理工艺操作简单，控制环境温度难度低，有利于量产。
进一步的，步骤S4中压合的温度条件为350-380℃，压力取值范围为5-10MPa。
实施例一
请参照图1和图2，本发明的实施例一为：一种二维材料填充覆铜板的制造工艺，包括如下步骤：S1、将二维材料与改性剂混合，得到改性后的混合溶液，经过滤、清洗及烘干得到改性好的二维填料；S2、将基体材料与分散剂进行混合，得到分散乳液，所述基体材料为PTFE或聚苯醚树脂；S3、在分散乳液中加入改性填料，充分混合均匀后转移至浸胶槽中，在本实施例中，所述分散乳液与改性二维填料混合得到分散液，玻纤布浸渍该分散液，热处理得到半固化片；S4、将半固化片与铜压合，制得二维材料填充覆铜板。在其它可行的实施例中，所述基体材料还可以是其他碳氢化合物。
可选的，步骤S1中所述二维材料为氮化硼，所述改性剂为过氧化二叔丁烷、聚苯乙烯磺酸钠或十六烷基三甲基氯化铵，优选的，所述改性剂为过氧化二叔丁烷，所述氮化硼与过氧化二叔丁烷的配比为1：4；随后将改性溶液在600-1000rpm的转速下搅拌并伴随水浴超声12-24h，转移至烧瓶中，升温至80-120℃，伴随着机械搅拌10-12h，降温到室温。
详细的，步骤S1具体为，将改性溶液用微孔滤膜过滤，用乙醇和氯仿冲洗、再烘干，得到叔丁官能化的氮化硼。
在本实施例中所述基体材料为PTFE，所述PTFE中含有FEP，具体的，PTFE中所述FEP的含量为1-10％，所述PTFE的粘度为20-40mPa·s。
详细的，步骤S3中混合具体为，分散乳液在400-600rpm转速下搅拌，逐步加入5-25份改性的氮化硼填料，再进行转速为1000-2000rpm的高速搅拌，最后降低到400rpm，转移至浸胶槽中，玻纤布浸渍后再进行热处理。热处理的具体操作为，先在80-120℃低温烘干，然后在200-320℃下除去助剂，得到半固化片。步骤S4中压合的温度条件为350-380℃，压力取值范围为5-10MPa。
本实施例中步骤S4具体为，将半固化片裁切、叠片，与Cu进行压合，得到覆铜板。压合温度条件为350-380℃，压力5-10MPa，高温段维持1-2.5h，之后维持压力下，缓慢降温，优选的，降温速率为：200℃以上降温速率1-2℃/min，200℃以下5-8℃/min。
二维材料六方型氮化硼(h-BN)具有较高的禁带宽度，可以抑制聚合物损耗的上升，有机聚合物在包裹二维材料区域的分子链运动受到抑制，且该覆铜板满足高热导率需求，在PCB电路板应用中，能及时将热量导出，适用于5G高频通信领域场合。
将上述制造工艺制备得到的二维材料填充覆铜板进行性能测试，测试结果为：介电常数Dk@10GHz：2.2-3.5，介电损耗Df@10GHz：<0.0009，热导率：0.8-1.8W/(m·K)。
实施例二
请参照图1和图3，本发明的实施例二为：一种二维材料填充覆铜板的制造工艺，包括如下步骤：
S1、二维材料为有机蒙脱土(OMMT)，改性剂为十六烷基三甲基氯化铵；有机蒙脱土在与改性剂混合前，先与蒸馏水按1:2-5的比例混合，再在其中添加乙酸将其调至酸性，在600-800rpm的转速下搅拌并伴随水浴超声8-12h；在以上分散液中，加入十六烷基三甲基氯化铵，持续超声2-4h；然后将改性溶液转移至烧瓶中，升温至50-80℃，机械搅拌10-12h，降温到室温，最后将改性溶液离心提纯，用微孔滤膜过滤，反复用蒸馏水冲洗，烘干，得到改性的OMMT；
S2、将基体材料与分散剂进行混合，得到分散乳液，可选的，所述基体材料为PTFE或聚苯醚树脂，优选的，所述基体材料为PTFE，所述PTFE中含有1-10％的FEP，PTFE室温下粘度为20-40mPa·s；
S3、在分散乳液中加入改性填料，充分混合均匀后转移至浸胶槽中，玻纤布浸渍该分散液，经热处理得到半固化片，具体的，所述分散溶液在400-600rpm转速搅拌逐步加入10-30份数改性后的有机蒙脱土，再进行1000-2000rpm的高速搅拌，最后降低到400rpm，转移至浸胶槽中；玻纤布浸渍分散好的混合液，先在80-120℃温度下低温烘干，再在200-320℃温度下高温烘干除去助剂，得到半固化片；
S4、将半固化片与铜压合，制得二维材料填充覆铜板，可选的，将半固化片裁切、叠片，与Cu进行压合，得到覆铜板，优选的，压合温度为350-380℃，压力5-10MPa。高温段维持1-2.5h，之后维持压力下，缓慢降温，其中降温速率为：200℃以上降温速率1-2℃/min，200℃以下5-8℃/min。
二维材料有机蒙脱土可以维持体系的低损耗，有机聚合物在包裹二维材料区域的分子链运动受到抑制，且该覆铜板满足高热导率需求，在PCB电路板应用中，能及时将热量导出，适用于5G高频高速通信领域场合。
将上述制造工艺制备得到的二维材料填充覆铜板进行性能测试，测试结果为：介电常数Dk@10GHz：2.2-4.5，介电损耗Df@10GHz：<0.003，热导率：0.5-1.1W/(m·K)。
综上所述，本发明提供的二维材料填充覆铜板的制造工艺，使用改性后的二维材料作为分散相添加至基体材料中，有机聚合物在包裹二维材料区域的分子链运动受到抑制，由此制备得到的覆铜板不但具有高热导率，还具有较低的介电常数和介电损耗，且介电性能稳定，能够满足5G时代高频电路的性能要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种二维材料填充覆铜板的制造工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1、用改性剂将二维材料进行改性，得到改性二维填料；
S2、将基体材料与分散剂进行混合，得到分散乳液，所述基体材料为PTFE或聚苯醚树脂；
S3、在分散乳液中加入改性二维填料，充分混合均匀后转移至浸胶槽中，用玻纤布浸渍该分散液，热处理得到半固化片；
S4、将半固化片与铜压合，制得二维材料填充覆铜板。
2.根据权利要求1所述的二维材料填充覆铜板的制造工艺，其特征在于：步骤S1中所述二维材料为六方型氮化硼，所述改性剂为过氧化二叔丁烷、聚苯乙烯磺酸钠或十六烷基三甲基氯化铵。
3.根据权利要求2所述的二维材料填充覆铜板的制造工艺，其特征在于：所述改性剂为过氧化二叔丁烷，所述氮化硼与过氧化二叔丁烷的配比为1：4。
4.根据权利要求2所述的二维材料填充覆铜板的制造工艺，其特征在于：步骤S1具体为，将改性剂与氮化硼搅拌超声混合后，过滤，经乙醇和氯仿冲洗，后烘干得到叔丁官能化的氮化硼。
5.根据权利要求1所述的二维材料填充覆铜板的制造工艺，其特征在于：步骤S1中所述二维材料为有机蒙脱土，所述改性剂为十六烷基三甲基氯化铵。
6.根据权利要求5所述的二维材料填充覆铜板的制造工艺，其特征在于：步骤S1中，所述改性溶液需调至酸性。
7.根据权利要求5所述的二维材料填充覆铜板的制造工艺，其特征在于：步骤S3中所述改性二维填料的份数为10-30。
8.根据权利要求1所述的二维材料填充覆铜板的制造工艺，其特征在于：所述基体材料为PTFE，所述PTFE中含有FEP。
9.根据权利要求1所述的二维材料填充覆铜板的制造工艺，其特征在于：步骤S3中的热处理具体为，先在80-120℃低温烘干，然后在200-320℃下除去助剂。
10.根据权利要求1所述的二维材料填充覆铜板的制造工艺，其特征在于：步骤S4中压合的温度条件为350-380℃，压力取值范围为5-10MPa。
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