CN114080097A - 电路基板及其制备方法 - 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，所述介电层的材料包括含氟聚合物材料和纤维片材，所述纤维片材包括第一纤维和第二纤维，所述第一纤维和第二纤维均不定向排布，所述第一纤维的长度大于所述第二纤维的长度。本发明还涉及所述电路基板的制备方法。本发明的电路基板中，介电层在10GHz处具有2‑6的介电常数和小于0.0015的介电损耗，且介电性能稳定，能够在对介电损耗有更高要求的领域进行使用。

Description

电路基板及其制备方法
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及其制备方法。
背景技术
在一些特殊领域，要求电路基板具有极低的介电损耗(Df)，但是，在传统的电路基板中，即使选择低Df的聚四氟乙烯(PTFE)材料作为介电层的聚合物基材，且聚合物基材中无玻璃纤维布增强，电路基板的Df也只能降低至0.0015左右，难以进一步降低。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种在10GHz处Df小于0.0015电路基板及其制备方法。
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，所述介电层的材料包括含氟聚合物材料和纤维片材，所述纤维片材包括第一纤维和第二纤维，所述第一纤维和第二纤维均不定向排布，所述第一纤维的长度大于所述第二纤维的长度。
在其中一个实施例中，所述第一纤维和所述第二纤维的直径独立地选自0.5μm-15μm。
在其中一个实施例中，所述第二纤维的长度为0.5mm-6mm，所述第一纤维与所述第二纤维的长度比为4:1-10:1。
在其中一个实施例中，所述纤维片材中，所述第一纤维和所述第二纤维的质量比为1:2-1:6。
在其中一个实施例中，所述第一纤维的介电常数小于等于10；
及/或，所述第二纤维的介电常数小于等于10。
在其中一个实施例中，所述第一纤维和所述第二纤维独立地选自云母纤维、无碱玻璃纤维、石棉纤维中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述纤维片材与所述含氟聚合物材料的质量比为1:5-1:20。
本发明的电路基板中，通过长短不同的第一纤维和第二纤维不定向交织排布成纤维片材代替介电填料增强介电层，使得介电层在10GHz处具有2-6的介电常数和小于0.0015的介电损耗，且介电性能稳定，能够在对介电损耗有更高要求的领域进行使用。
同时，通过长短不同的第一纤维和第二纤维交织成的不定向纤维片材代替介电填料增强介电层，还可以提高介电层的强度和密实度，降低孔隙率和吸水率。
一种电路基板的制备方法，包括：
提供第一纤维和第二纤维，组成混合纤维；
将所述混合纤维抄造成型得到纤维片材，并使含氟聚合物材料形成于所述纤维片材上，得到半固化片，其中，所述纤维片材中所述第一纤维和所述第二纤维均不定向排布；
在所述半固化片的至少一表面覆设导电层，固化后得到电路基板。
在其中一个实施例中，所述半固化片的制备步骤具体包括：
将所述混合纤维分散于水中，得到第一浆料，稀释所述第一浆料得到第二浆料，其中，所述第一浆料中所述混合纤维的质量比为0.5％-2％，所述第二浆料中所述混合纤维的质量比为0.05％-0.2％；
将所述第二浆料脱水，使得所述混合纤维交织得到所述纤维片材；
将所述含氟聚合物材料形成于所述纤维片材上，得到所述半固化片。
在其中一个实施例中，所述半固化片的制备步骤具体包括：
将所述混合纤维分散于水中，得到第三浆料，将所述第三浆料与含氟聚合物材料混合并稀释，得到第四浆料，其中，所述第三浆料中所述混合纤维的质量比为0.5％-2％，所述第四浆料中所述混合纤维的质量比为0.05％-0.2％；
将所述第四浆料脱水，使得所述混合纤维交织形成所述纤维片材，且所述含氟聚合物材料附着于所述纤维片材上，得到所述半固化片。
本发明采用抄造成型的方法将第一纤维和第二纤维不定向交织成纤维片材，并使含氟聚合物材料形成于纤维片材上即可得到半固化片，工艺简单，适应于工业化生产。
具体实施方式
以下将对本发明提供的电路基板及其制备方法作进一步说明。
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，所述介电层的材料包括含氟聚合物材料和纤维片材，所述纤维片材包括第一纤维和第二纤维，所述第一纤维和第二纤维均不定向排布，所述第一纤维的长度大于所述第二纤维的长度。
应予说明的是，所述不定向排布是指第一纤维和第二纤维随机排布，不定向交织成纤维片材。
从而，通过长短不同的第一纤维和第二纤维不定向交织排布成的纤维片材代替介电填料增强介电层，避免了介电填料本身对介电层的介电性能的影响，使得介电层在10GHz处具有2-6的介电常数和小于0.0015的介电损耗。
同时，由于介电层没有采用定向交织的玻璃纤维布进行增强，没有玻纤效应的影响，所述介电层的介电性能稳定，进而，本发明的电路基板能够在对介电损耗有更高要求的领域进行使用。
在一个或多个实施例中，所述第一纤维和所述第二纤维的直径独立地选自0.5μm-15μm，所述第二纤维的长度为0.5mm-6mm。考虑到介电层的强度(撕裂强度)，所述第一纤维与所述第二纤维的长度比为4:1-10:1，优选为5:1-8:1。
为了保证第一纤维和第二纤维交织成的纤维片材的密实度，控制第一纤维和第二纤维交织成的纤维片材的缝隙大小，所述第一纤维和所述第二纤维的质量比为1:2-1:6，以进一步提高纤维片材的强度和降低吸水率。
通过第一纤维和第二纤维长度和/或比例的调控，进一步优化介电层介电性能，使得介电层在10GHz处具有2-3的介电常数，小于等于0.0012的介电损耗，更进一步地，能使介电损耗稳定在0.001以下。
可以理解，所述第一纤维和所述第二纤维为绝缘纤维。同时，考虑到电路基板的制备工艺，所述绝缘纤维为能够耐450℃以上高温的绝缘纤维。
为了获得低介电常数的介电层，所述第一纤维的介电常数小于等于10，及/或，所述第二纤维的介电常数小于等于10。具体地，所述第一纤维和所述第二纤维独立地选自Dk为6-8的云母纤维、Dk为5.5-10的无碱玻璃纤维、Dk为5-6.5的石棉纤维中的至少一种。
在一个或多个实施例中，所述纤维片材与所述含氟聚合物材料的质量比为1:5-1:20，具体根据电路基板的介电常数的要求进行调整。
其中，所述含氟聚合物材料包括聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、四氟乙烯与全氟(烷基·乙烯基)醚的共聚物、偏氟乙烯与乙烯-乙烯四氟乙烯的共聚物、聚偏氟乙烯中的至少一种。考虑到PTFE材料具有低的介电常数(Dk＝2.1)，优良的介电损耗和耐热性，所述含氟聚合物材料进一步优选为聚四氟乙烯。
具体地，所述导电层优选为铜箔，所述电路基板为覆铜板。
本发明还提供一种电路基板的制备方法，包括：
S10，提供第一纤维和第二纤维，组成混合纤维；
S20，将所述混合纤维抄造成型得到纤维片材，并使含氟聚合物材料形成于所述纤维片材上，得到半固化片，其中，所述纤维片材中所述第一纤维和所述第二纤维均不定向排布；
S30，在所述半固化片的至少一表面覆设导电层，固化后得到电路基板。
步骤S10中，还包括对所述混合纤维进行预处理，以去除第一纤维和第二纤维表面的浸润剂等杂质，避免杂质影响第一纤维和第二纤维交织形成纤维片材。
具体地，所述预处理的方法包括：于350℃-420℃的温度下将所述混合纤维保温20分钟-40分钟，或者，对所述混合纤维进行酸处理，所述酸优选为盐酸等无机酸。
步骤S20中，所述半固化片的制备步骤具体包括两种。
方法一：
S211，将所述混合纤维分散于水中，得到第一浆料，稀释所述第一浆料得到第二浆料，其中，所述第一浆料中所述混合纤维的质量比为0.5％-2％，所述第二浆料中所述混合纤维的质量比为0.05％-0.2％；
S212，将所述第二浆料脱水，使得所述混合纤维交织得到所述纤维片材；
S213，将所述含氟聚合物材料形成于所述纤维片材上，得到所述半固化片。
步骤S211中，先将混合纤维分散于水中并控制混合纤维在第一浆料中的质量比为0.5-2％，以利于混合纤维的分散。此后，继续向第一浆料中加水，用水稀释第一浆料得到第二浆料，以降低第二浆料中混合纤维的含量，从而可使第二纤维在步骤S212中能够更快地脱水，交织成纤维片材。
在一个或多个实施例中，所述第一浆料中还可以加入增强剂等助剂，以辅助混合纤维分散，以及提高步骤S213交织形成的纤维片材的强度。
步骤S212中，第二浆料于滤网上脱水时，混合纤维在水中的静电效应被破坏，不会絮聚，随着溶剂水的减少，呈单根舒展状态的混合纤维逐渐交织而沉降于滤网上，且相互之间存在范德华力和表面交织力，从而得到纤维片材。
步骤S213中，基于抗剥离强度等方面的考虑，本发明优选采用喷胶工艺将含氟聚合物乳液喷涂于纤维片材上，烘烤得到所述半固化片。其中，烘烤的温度180℃-200℃。
方法二：
S221，将所述混合纤维分散于水中，得到第三浆料，将所述第三浆料与含氟聚合物材料混合并稀释，得到第四浆料，其中，所述第三浆料中所述混合纤维的质量比为0.5％-2％，所述第四浆料中所述混合纤维的质量比为0.05％-0.2％；
S222，将所述第四浆料脱水，使得所述混合纤维交织形成所述纤维片材，且所述含氟聚合物材料附着于所述纤维片材上，得到所述半固化片。
方法二与方法一的区别在于，将含氟聚合物材料直接与第三浆料混合，此时，将第四浆料进行脱水时，第四浆料中的含氟聚合物的粘性对纤维片材的成型起到了一定的辅助效果，同时，含氟聚合物材料依靠其自身的粘度和纤维片材中的缝隙而留着于纤维片材上。
本方法中，还可以于第四浆料中加入偶联剂，以使混合纤维的表面形成亲水分子层，增强混合纤维交织形成的纤维片材与含氟聚合物乳液的结合力，同时，破坏含氟聚合物乳液自身的分子间的稳定状态，以使含氟聚合物乳液不易通过纤维片材中的缝隙而更容易与纤维片材结合。
步骤S30中，所述半固化片的数量可以为一张或多张，多张时所述半固化片叠合后固化得到所述介电层。其中，固化的温度为300℃-400℃，固化的压力为100psi-200psi，固化的时间为5小时-10小时。
因此，本发明采用抄造成型的方法将第一纤维和第二纤维交织成不定向的纤维片材，并使含氟聚合物材料形成于纤维片材上即可得到半固化片，工艺简单，适应于工业化生产。
以下，将通过以下具体实施例对所述电路基板及其制备方法做进一步的说明。
实施例1：
取直径为3μm、长度为3mm的无碱玻璃短纤维(Dk＝6)和直径为3μm、长度为15mm的无碱玻璃长纤维(Dk＝6)，其中，长纤维与短纤维的质量比为1:3，混合得到混合纤维，并将混合纤维于400℃下保温30分钟。
将处理后的混合纤维分散于水中，得到第一浆料，其中混合纤维占第一浆料的质量比1％，继续向第一浆料中加水，得到第二浆料，第二浆料中混合纤维的质量比为0.1％。然后将第二浆料于滤网上进行脱水，并于190℃下烘烤、成型得到纤维片材。
然后采用喷胶工艺将PTFE乳液形成于上述纤维片材上，其中纤维片材与PTFE乳液的质量比为1:8，然后于190℃下烘烤，得到半固化片。
将5张半固化片进行叠配，双面覆铜箔后固化得到覆铜板，其中，固化温度385℃，固化压力168psi，固化时间8小时。
实施例2：
取直径为8μm、长度为5mm的无碱玻璃短纤维(Dk＝7.5)和直径为3μm、长度为40mm的无碱玻璃长纤维(Dk＝6.5)，其中，长纤维与短纤维的质量比为1:5，混合得到混合纤维，并将混合纤维于400℃下保温30分钟。
将处理后的混合纤维分散于水中，得到第一浆料，其中混合纤维占第一浆料的质量比1.5％，继续向第一浆料中加水，得到第二浆料，第二浆料中混合纤维的质量比为0.15％。然后将第二浆料于滤网上进行脱水，并于180℃下烘烤、成型得到纤维片材。
然后采用喷胶工艺将PTFE乳液形成于上述纤维片材上，其中纤维片材与PTFE乳液的质量比为1:10，然后于190℃下烘烤，得到半固化片。
将6张半固化片进行叠配，双面覆铜箔后固化得到覆铜板，其中，固化温度385℃，固化压力168psi，固化时间8小时。
实施例3：
取直径为0.5μm、长度为2mm的无碱玻璃短纤维(Dk＝8)和直径为5μm、长度为20mm的无碱玻璃长纤维(Dk＝6.5)，其中，长纤维与短纤维的质量比为1:6，混合得到混合纤维，并将混合纤维于400℃下保温30分钟。
将处理后的混合纤维分散于水中，同时加入改性淀粉作为增强剂，得到第一浆料，其中混合纤维占第一浆料的质量比2％、增强剂占第一浆料的质量比0.05％，继续向第一浆料中加水，得到第二浆料，第二浆料中混合纤维的质量比为0.2％。然后将第二浆料于滤网上进行脱水，并于195℃下烘烤、成型得到纤维片材。
然后采用喷胶工艺将PTFE乳液形成于上述纤维片材上，其中纤维片材与PTFE乳液的质量比为1:5，然后于200℃下烘烤，得到半固化片。
将6张半固化片进行叠配，双面覆铜箔后固化得到覆铜板，其中，固化温度385℃，固化压力168psi，固化时间8小时。
实施例4：
取直径为5μm、长度为0.5mm的无碱玻璃短纤维(Dk＝5.5)和直径为10μm、长度为3mm的云母纤维(Dk＝6.5)，其中，长纤维与短纤维的质量比为1:2，混合得到混合纤维，并将混合纤维于400℃下保温30分钟。
将处理后的混合纤维分散于水中，同时加入改性淀粉作为增强剂，得到第一浆料，其中混合纤维占第一浆料的质量比0.5％、增强剂占第一浆料的质量比0.05％，继续向第一浆料中加水，得到第二浆料，第二浆料中混合纤维的质量比为0.05％。然后将第二浆料于滤网上进行脱水，并于190℃下烘烤、成型得到纤维片材。
然后采用喷胶工艺将PTFE乳液形成于上述纤维片材上，其中纤维片材与PTFE乳液的质量比为1:6，然后于180℃下烘烤，得到半固化片。
将4张半固化片进行叠配，双面覆铜箔后固化得到覆铜板，其中，固化温度385℃，固化压力168psi，固化时间8小时。
实施例5：
取直径为15μm、长度为5mm的石棉纤维(Dk＝5.5)和直径为5μm、长度为25mm的无碱玻璃长纤维(Dk＝7)，其中，长纤维与短纤维的质量比为1:4，混合得到混合纤维，并将混合纤维于400℃下保温30分钟。
将处理后的混合纤维分散于水中，同时加入改性淀粉作为增强剂，得到第一浆料，其中混合纤维占第一浆料的质量比1％、增强剂占第一浆料的质量比0.05％，继续向第一浆料中加水，得到第二浆料，第二浆料中混合纤维的质量比为0.1％。然后将第二浆料于滤网上进行脱水，并于200℃下烘烤、成型得到纤维片材。
然后采用喷胶工艺将PTFE乳液形成于上述纤维片材上，其中纤维片材与PTFE乳液的质量比为1:8，然后于180℃下烘烤，得到半固化片。
将8张半固化片进行叠配，双面覆铜箔后固化得到覆铜板，其中，固化温度385℃，固化压力168psi，固化时间8小时。
实施例6：
取直径为1μm、长度为1mm的无碱玻璃纤维(Dk＝6)和直径为1μm、长度为4mm的无碱玻璃长纤维(Dk＝6.5)，其中，长纤维与短纤维的质量比为1:3，混合得到混合纤维，并将混合纤维于400℃下保温30分钟。
将处理后的混合纤维分散于水中，同时加入改性淀粉作为增强剂，得到第一浆料，其中混合纤维占第一浆料的质量比1％、增强剂占第一浆料的质量比0.05％。继续向第一浆料中加水和PTFE乳液，得到第二浆料，第二浆料中混合纤维的质量比为0.2％，混合纤维与PTFE乳液的质量比为1:10。然后将第二浆料于滤网上进行脱水，并于190℃下烘烤、成型得到半固化片。
将8张半固化片进行叠配，双面覆铜箔后固化得到覆铜板，其中，固化温度385℃，固化压力168psi，固化时间8小时。
实施例7：
取直径为2μm、长度为3mm的无碱玻璃纤维(Dk＝6)和直径为8μm、长度为30mm的石棉纤维(Dk＝5.5)，其中，长纤维与短纤维的质量比为1:5，混合得到混合纤维，并将混合纤维于400℃下保温30分钟。
将处理后的混合纤维分散于水中，同时加入改性淀粉作为增强剂，得到第一浆料，其中混合纤维占第一浆料的质量比1％、增强剂占第一浆料的质量比0.05％。继续向第一浆料中加水、PTFE乳液和硅烷偶联剂，得到第二浆料，第二浆料中混合纤维的质量比为0.2％，硅烷偶联剂的质量比为0.02％，混合纤维与PTFE乳液的质量比为1:12。然后将第二浆料于滤网上进行脱水，并于190℃下烘烤、成型得到半固化片。
将8张半固化片进行叠配，双面覆铜箔后固化得到覆铜板，其中，固化温度385℃，固化压力168psi，固化时间8小时。
实施例8：
取直径为10μm、长度为5mm的无碱玻璃纤维(Dk＝6)和直径为6μm、长度为30mm的无碱玻璃纤维(Dk＝5.5)，其中，长纤维与短纤维的质量比为1:5，混合得到混合纤维，并将混合纤维于400℃下保温30分钟。
将处理后的混合纤维分散于水中，同时加入改性淀粉作为增强剂，得到第一浆料，其中混合纤维占第一浆料的质量比1.5％、增强剂占第一浆料的质量比0.05％。继续向第一浆料中加水、PTFE乳液和硅烷偶联剂，得到第二浆料，第二浆料中混合纤维的质量比为0.08％，硅烷偶联剂的质量比为0.02％，混合纤维与PTFE乳液的质量比为1:15。然后将第二浆料于滤网上进行脱水，并于190℃下烘烤、成型得到半固化片。
将6张半固化片进行叠配，双面覆铜箔后固化得到覆铜板，其中，固化温度385℃，固化压力168psi，固化时间8小时。
实施例9：
取直径为5μm、长度为5mm的无碱玻璃纤维(Dk＝6)和直径为5μm、长度为25mm的无碱玻璃纤维(Dk＝5.5)，其中，长纤维与短纤维的质量比为1:8，混合得到混合纤维，并将混合纤维于400℃下保温30分钟。
将处理后的混合纤维分散于水中，同时加入改性淀粉作为增强剂，得到第一浆料，其中混合纤维占第一浆料的质量比1.5％、增强剂占第一浆料的质量比0.05％。继续向第一浆料中加水、PTFE乳液和硅烷偶联剂，得到第二浆料，第二浆料中混合纤维的质量比为0.1％，硅烷偶联剂的质量比为0.02％，混合纤维与PTFE乳液的质量比为1:10。然后将第二浆料于滤网上进行脱水，并于190℃下烘烤、成型得到半固化片。
将6张半固化片进行叠配，双面覆铜箔后固化得到覆铜板，其中，固化温度385℃，固化压力168psi，固化时间8小时。
对比例1：
对比例1与实施例1的区别仅在于，长纤维的长度为70mm。
对比例2：
对比例2与实施例1的区别仅在于，长纤维的长度为80mm。
对比例3：
对比例3与实施例1的区别仅在于，长纤维的长度为1mm。
对比例4：
对比例4与实施例1的区别仅在于，长纤维的直径为25μm。
将实施例1-10和对比例1-6的电路基板进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002642720460000121
Figure BDA0002642720460000131
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，所述介电层的材料包括含氟聚合物材料和纤维片材，所述纤维片材包括第一纤维和第二纤维，所述第一纤维和第二纤维均不定向排布，所述第一纤维的长度大于所述第二纤维的长度。
2.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述第一纤维和所述第二纤维的直径独立地选自0.5μm-15μm。
3.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述第二纤维的长度为0.5mm-6mm，所述第一纤维与所述第二纤维的长度比为4:1-10:1。
4.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述纤维片材中，所述第一纤维和所述第二纤维的质量比为1:2-1:6。
5.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述第一纤维的介电常数小于等于10；
及/或，所述第二纤维的介电常数小于等于10。
6.根据权利要求5所述的电路基板，其特征在于，所述第一纤维和所述第二纤维独立地选自云母纤维、无碱玻璃纤维、石棉纤维中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的电路基板，其特征在于，所述纤维片材与所述含氟聚合物材料的质量比为1:5-1:20。
8.一种电路基板的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一纤维和第二纤维，组成混合纤维；
将所述混合纤维抄造成型得到纤维片材，并使含氟聚合物材料形成于所述纤维片材上，得到半固化片，其中，所述纤维片材中所述第一纤维和所述第二纤维均不定向排布；
在所述半固化片的至少一表面覆设导电层，固化后得到电路基板。
9.根据权利要求8所述的电路基板的制备方法，其特征在于，所述半固化片的制备步骤具体包括：
将所述混合纤维分散于水中，得到第一浆料，稀释所述第一浆料得到第二浆料，其中，所述第一浆料中所述混合纤维的质量比为0.5％-2％，所述第二浆料中所述混合纤维的质量比为0.05％-0.2％；
将所述第二浆料脱水，使得所述混合纤维交织得到所述纤维片材；
将所述含氟聚合物材料形成于所述纤维片材上，得到所述半固化片。
10.根据权利要求8所述的电路基板的制备方法，其特征在于，所述半固化片的制备步骤具体包括：
将所述混合纤维分散于水中，得到第三浆料，将所述第三浆料与含氟聚合物材料混合并稀释，得到第四浆料，其中，所述第三浆料中所述混合纤维的质量比为0.5％-2％，所述第四浆料中所述混合纤维的质量比为0.05％-0.2％；
将所述第四浆料脱水，使得所述混合纤维交织形成所述纤维片材，且所述含氟聚合物材料附着于所述纤维片材上，得到所述半固化片。
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