CN1165575C

CN1165575C - 用做电路基板的复合材料板

Info

Publication number: CN1165575C
Application number: CNB011160489A
Authority: CN
Inventors: 黄仕颖; 陈永志; 王先毅; 郑龙正; 陈俊昇
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-05-11
Also published as: CN1385467A

Abstract

一种用做电路基板的复合材料板，兼具高刚性以及低介电常数且特别适合用于制作高频电路基板；其是将聚四氟乙烯以及氟化乙烯丙烯聚合物FEP均匀混合以做为该复合材料板的基材，并在该高分子基材中加入陶瓷颗粒填充物，如二氧化硅做为增强材料，其中该陶瓷颗粒填充物占复合材料板总重的55wt%～85wt%，而该FEP则占复合材料板总重的0.5%wt～10%wt，如此制得的复合材料板的介电常数低于3.5且刚性还比目前同等级的商品佳。

Description

用做电路基板的复合材料板

技术领域

本发明涉及一种用做电路基板的复合材料板，特别涉及一种适用于高频电路基板的复合材料板。

背景技术

目前已被用做电路基板(例如，印刷电路基板或芯片构装基板)的材料种类很多。以树脂类电路基板材料来说，即包括有酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚四氟乙烯(PTFE)以及双马来酰亚胺-三嗪树脂(Bismaleimide Triazine，BT)等的热固性树脂。在目前印刷电路板行业中以环氧树脂为基材所制作的电路基板用途最为普遍。此种环氧树脂为一种含溴的树脂，一般被称为“FR-4”树脂。由于FR-4树脂与铜箔的附着性很强，且FR-4树脂与玻璃纤维增强填充物相结合所得的复合材料板具有挠性、价格便宜、反应简单以及加工性良好的优点，因而被广泛用做电路基板。但因FR-4树脂介电常数高(Dk值约为4.5)，对电讯传递的干扰较大，故多使用于频率在2GHz以下的电子装置的电路基板。而使用于卫星接收放器、无线通讯、高频微波通讯、雷达设备以及其它精密度要求很高的设备的高频基板材料大概可分为BT树脂、聚苯醚(PPO)树脂以及PTFE树脂三大系列。其中BT树脂、PPO树脂多用于频率在2～12GHz的电路基板，而PTFE树脂则大部分用于频率在10GHz以上的电路基板。然而以PTFE树脂做为高频电路基板的基材有着下列的缺点：(1)Tg太低(约19℃)，材质太软，抗刮性差且钻孔性不良；(2)加工温度太高(700°F)，加工压力太高(约1600psi)以及成型时间过长(约6小时)；(3)化学惰性高，在镀通孔(Plated Through Hole；PTH)制程中，孔壁较难进行活化；(4)价格昂贵(约为FR-4的10倍)。为了改进上述缺点，其中一种做法乃是以PTFE树脂为基材而在其中均匀分布增强填充物而形成一复合材料。该增强填充物可为陶瓷材料，如SiO₂(美国专利5024871、5061548)，或高分子材料，如PEEK(美国专利5922453)；然而在PTFE树脂中加入上述增强填充物虽然可获得刚性较高的基板复合材料，但常因增强填充物的高介电常数而使基板的介电性质变差。另一种改进的方式则是在PTFE树脂中加入多孔性纤维或中空纤维强化材料(如欧洲专利0160418A2，美国专利4849284、5194326)，该方式虽然可使所得到的复合材料板同时兼具高刚性与低介电常数，然而却会使得在进行电路基板的镀通孔制程时产生不愿见到的毛细现象，即铜由孔壁渗入基板内的现象。

因此，仍需要提供一种新的适用于高频电路基板的复合材料板，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具高刚性、低介电常数，且不会有镀通孔渗铜现象的复合材料板。

本发明所提出的一种复合材料板，其由一含氟高分子基材，以及散布于该高分子基材中的至少一种陶瓷颗粒填充物所组成，该高分子基材至少由聚四氟乙烯(以下简称PTFE)与氟化乙烯-丙烯聚合物(以下简称FEP)混合所组成，其中该FEP占复合材料板总重的0.5％wt-10％wt。

由上可知，本发明的一种复合材料板，其是将高分子材料——PTFE以及FEP均匀混合以做为该复合材料板的基材，并在该高分子基材中加入陶瓷颗粒填充物，如二氧化硅，做为增强材料，其中该陶瓷颗粒填充物占该复合材料板总重的55wt％～85wt％。

所述复合材料板的制备方法是将氧化硅颗粒填充材料、含有PTFE粉末的乳液以及含有FEP粉末的乳液依预先计算的比例调配并加以搅拌均匀混合。亦可同时加入适量的增塑剂并混合均匀，所述增塑剂例如DPG(dipropylene glycol)或其它合适的油类或醇类，它的加入有助于后续的加工成型制程。对于氧化硅颗粒，预先用偶联剂加以处理被覆，该偶联剂可为硅氧烷系偶联剂，如Z-6124苯基三甲氧基硅烷；或锆系偶联剂，如NZ12(新戊基(二烯丙基)氧代，三(二辛基)磷酸酯化锆酸盐[neopentyl(dially)oxy、tri(dioctyl)phosphate zirconate])；或钛系偶联剂，如Lica12(新戊基(二烯丙基)氧代，三(二辛基)磷酸酯化钛酸盐[neopentykl(dially)oxy，tri(dioctryl)phosphatetitanate])；或者氟系硅氧烷偶合剂。上述偶联剂的作用是用以增进该复合材料板中氧化硅颗粒与基材之间的结合力。其中NZ12和Lical2的化学结构式分别如下式(I)和式(II)所示。

然后将上述陶瓷颗粒、PTFE粉末、FEP粉末以及增塑剂的混合物，以加压方式成型为适当的形状，例如平板形状，然后对该成型混合物进行烘烤，使其内含有的增塑剂挥发掉；接着再以约360℃的温度进行烧结，使PTFE与FEP分子彼此扩散而形成PTFE以及FEP均匀混合的单一均质相基材，而所述氧化硅颗粒则散布于该基材中，如此即可获得一复合材料板。

由于FEP与PTFE均为氟类的高子材料，因此FEP与PTFE可均匀混合形成单一相。于PTFE中添加热塑性FEP，可提高此基材的刚性及改善对电路板线路附着力不足的问题，且FEP的低介电常数亦使得所获得的复合材料板能保持有较低的整体介电常数。

为使对本发明的特征与优点有更清楚的了解，接下来将配合附图进行详细说明。但必须先说明的是，本发明除了下述的实施例外，仍然可以有其它的实施例，并且以下附图并非完全依实际比例绘制。

附图说明

图1为根据本发明的复合材料之一的电子显微镜(SEM)的照片。

具体实施方式

实施例

根据本发明实施例所公开的复合材料板，其微观结构可参考图1所示的电子显微镜(SEM)照片。该复合材料基材是由氟系高分子材料PTFE以及FEP依适当比例均匀混合所形成的单一相基材。在该基材内则填入适当比例的陶瓷颗粒填充材料，例如为占复合材料板总重55wt％-85wt％的氧化硅颗粒填充材料，加入陶瓷颗粒填充材料的目的，一方面用以强化复合材料板，另一方面则可控制复合材料板的热膨胀系数；由于陶瓷颗粒填充材料的介电常数(约为6)比PTFE的介电常数(约为2)高出许多，故需控制陶瓷颗粒填充材料的比例，以避免所获得的复合材料板的整体介电常数过高。

表1：根据本发明所制作的复合材料板与一已商品化的复合材料板比较

试片种类	介电常数	刚性(MPa)
试片种类	介电常数	刚性(MPa)	R03003	3.16	1267
FEP 1.3％	3.06231	1876	R03003	3.16	1267
FEP 1.3％	3.06231	1876	FEP 3.4％	3.00643	2325
FEP 5％	3.08689	2613	FEP 3.4％	3.00643	2325

表1为根据本发明制作的三种含不同比例FEP的复合材料板(分别表示为FEP 1.3％，FEP 3.4％，FEP 5％)与市面上已商品化的一种复合材料板R03003^的介电常数以及刚性比较表。其中R03003^的组成含有43.9wt％(44.5vol％)的PTFE以及56.1wt％(55.5vol％)的陶瓷颗粒填充物。而根据本发明的三种复合材料板FEP 1.3％、FEP 3.4％、FEP 5％，则是分别含有占复合材料板总重1.3wt％、3.4wt％、5wt％的FEP取代部分的PTFE。由表1可得知，添加FEP的复合材料板刚性显着提高至1876-2613MPa，比目前商品化同等级的R03003^(刚性1267MPa)高出甚多。前述的刚性是以动态机械分析测试(DMA Test)在30.29℃温度下测得的。此外，根据本发明的复合材料板的介电性质亦相当优良，整体介电常数仅为3.01-3.08左右，低于R03003^的3.16，因而可适用于高频电路基板。

根据本发明的复合材料板同时具有高弯曲模数，以上述FEP 1.3％复合材料板为例，其弯曲模数可达272×10³psi；与美国专利5922453中的于R03003^中添加10vol％(6wt％)的PEEK强化颗粒取代PTFE所得的复合材料板(弯曲模数218×10³psi)相比，本发明仅添加了1.3wt％的FEP即可获得较高的弯曲模数。

本发明是在以陶瓷颗粒强化的PTFE复合材料板中加入占总重0.5％wt-10％wt的FEP，所获得的复合材料板同时兼具高刚性与低价电常数的优点，且不会大幅增加制作成本或产生镀通孔渗铜的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围，熟悉该项技术者在不脱离本发明的精神下所做的任何修改与润饰，皆在本发明的专利范围之内。

Claims

1.一种用做电路基板的复合材料板，该复合材料板由一含氟高分子基材，以及散布于该高分子基材中的至少一种陶瓷颗粒填充物所组成，其特征在于：该高分子基材至少由聚四氟乙烯与氟化乙烯-丙烯聚合物混合所组成，其中所述的氟化乙烯-丙烯聚合物占复合材料板总重的0.5％wt-10％wt，所述的陶瓷颗粒填充物为二氧化硅陶瓷颗粒。

2.如权利要求1的用做电路基板的复合材料板，其中所述陶瓷颗粒填充物占复合材料板总重的55wt％-85wt％。

3.如权利要求1的用做电路基板的复合材料板，其中所述陶瓷颗粒填充物表面被覆有偶联剂。

4.如权利要求3的用做电路基板的复合材料板，其中所述偶联剂为硅氧烷系列偶联剂。

5.如权利要求4的用做电路基板的复合材料板，其中所述偶联剂为苯基三甲氧基硅烷。

6.如权利要求3的用做电路基板的复合材料板，其中所述偶联剂为氟系硅氧烷系列偶联剂。

7.如权利要求3的用做电路基板的复合材料板，其中所述偶联剂为钛系列。

8.如权利要求7的用做电路基板的复合材料板，其中所述偶联剂为新戊基(二烯丙基)氧代，三(二辛基)磷酸酯化钛酸盐。

9.如权利要求3的用做电路基板的复合材料板，其中所述偶联剂为锆系列偶联剂。

10.如权利要求9的电路基板用复合材料板，其中所述偶联剂为新戊基(二烯丙基)氧代，三(二辛基)磷酸酯化锆酸盐。