CN117681507A - 一种有机小分子填充的微波复合介质基板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种有机小分子填充的微波复合介质基板及制备方法，将四氟对苯二甲酸采用高速破碎机高速分散，制成分散均匀小分子粉末；将分散均匀的四氟对苯二甲酸添加至PTFE乳液中，打开搅拌器，形成胶液；采用浸渍工艺，将熟化后的胶液均匀的涂覆在玻璃纤维布上，制成卷状基片，然后裁切成规定尺寸；将裁切后的基片，按照规定厚度进行叠层，组成复合介质层；将复合介质层双面覆以铜箔，置于真空层压机中热压烧结，制得小分子填充的微波复合介质基板。本方法促使微波复合介质基板的致密性得到明显提升，改善了由于板材致密性差导致的吸水率偏高、介电损耗偏大、组分不均匀等系列性问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机小分子填充的微波复合介质基板及制备方法，属于微波复合介质基板制造技术领域。
背景技术
5G标志着更高频率电磁波的使用，普通的FR-4覆铜板已经不能满足电子技术对微波复合介质基板材料的需求，PTFE类微波复合介质基板由于其较低的介电常数和损耗角正切值，被广泛应用于5G领域。
当前市场上常见的PTFE类微波复合介质基板，一般采用无机陶瓷粉作为填料，通过有机树脂与无机陶瓷粉复合的方式改善微波复合介质基板的热膨胀系数、介电常数等性能，以满足不同的市场需求。如专利US5552210A公开了一种具有高介电常数和低介电常数温度系数的陶瓷填充复合基板；专利CN201410376691.5公开了一种微波电路用PTFE复合介质基板的制备方法，并使用无机陶瓷粉作为填料。无机陶瓷粉作为填料已经成为提高PTFE类微波复合介质基板性能的主要方法。但由于PTFE树脂表面能较小，与无机陶瓷粉填料的界面相容性差，容易导致无机填料填充的PTFE类微波复合介质基板在制备、电路加工或使用过程中出现相分离现象，从而破坏材料的微观结构，导致介电损耗偏大、吸水率偏大、介电均匀性差等一系列问题。
发明内容
目前市场上PTFE类微波复合介质基板均采用无机填料与树脂复合的方式改善其性能，但无机填料与PTFE树脂界面相容性差，且无机填料种类有限，从而导致PTFE类微波复合介质基板发展的不足。为解决填料与PTFE树脂之间的相分离问题，本发明提出了一种有机小分子填充的微波复合介质基板及制备方法，采用有机小分子填充的方式提高填料与树脂之间的结合能力，有效解决了无机填料和PTFE树脂间相分离的问题。有机小分子主要由C、H、O、F等轻质元素构成，分子结构多样性，根据相似相容的原理更易与有机树脂类物质结合，且易形成空间限域结构。相比于无机陶瓷粉填料，有机小分子物质在PTFE树脂的复合体系中表现出更优的界面结合能力。有机小分子作为填料，为高性能PTFE类微波复合介质基板的制备提供了一种可能。本发明以四氟对苯二甲酸作为填料，成功制备了一系列性能优异的微波复合介质基板。
本发明采用的技术方案是：一种有机小分子填充的微波复合介质基板，所述微波复合介质基板由中间的复合介质层和上下两面的铜箔组成；所述复合介质层由多层基片组成；所述基片由在玻璃纤维布上涂覆胶液组成；
所述胶液由如下重量份配比的原料组成：
0.1～10份的四氟对苯二甲酸；
20～200份的PTFE乳液；
所述四氟对苯二甲酸的纯度大于98%；所述PTFE乳液的D50为0.2±0.1微米，所述的PTFE乳液的固含量为30～70%。
一种有机小分子填充的微波复合介质基板制备方法，步骤如下：
步骤一、将四氟对苯二甲酸采用高速破碎机高速分散，制成分散均匀小分子粉末；
步骤二、将分散均匀的四氟对苯二甲酸添加至PTFE乳液中，打开搅拌器，搅拌速度大于200r/min，搅拌2～10h，然后室温静置熟化24h形成胶液；
步骤三、采用浸渍工艺，将熟化后的胶液均匀的涂覆在玻璃纤维布上，制成卷状基片，然后裁切成规定尺寸；
步骤四、将裁切后的基片，按照规定厚度进行叠层，组成复合介质层；
步骤五、将复合介质层双面覆以铜箔，置于真空层压机中热压烧结，热压温度200～350℃，压力3～6Mpa，高温保温时间0.5～3h，缓慢冷却至室温，制得小分子填充的微波复合介质基板。
所述玻璃纤维布规格型号为106、1080、2116、7628、2165和7660中的一种。
所述铜箔为18或35微米厚度的电解铜箔。
本发明产生的有益效果是：本方法采用的填料为一种含氟的有机小分子四氟对苯二甲酸，相比无机填料制备的微波复合介质基板，呈现更强的填料—PTFE树脂界面结合能力，且小分子和树脂之间易于形成紧密的空间限域结构，促使微波复合介质基板的致密性得到明显提升，改善了由于板材致密性差导致的吸水率偏高、介电损耗偏大、组分不均匀等系列性问题。在性能方面，该方法制备的微波复合介质基板表现出更低的介电常数、介电损耗、较小相对介电常数温度系数和Z-轴热膨胀系数。此外，相比于无机填料填充的微波复合介质基板，有机小分子填充的微波复合介质基板有效改善了在电路加工过程中孔壁粗糙度过大、钻头磨损严重等问题。
附图说明
图1为本发明微波复合介质基板的结构示意图。
具体实施方式
实施例1，如图1所示，一种有机小分子填充的微波复合介质基板制备方法，步骤如下：
（1）将1份纯度为99%的四氟对苯二甲酸采用高速破碎机高速分散，制成小分子粉末；
（2）将分散均匀的四氟对苯二甲酸添加至100份固含量为60%、D50为0.21微米的PTFE乳液中，打开搅拌器，200r/min搅拌10h，然后室温静置熟化24h形成胶液；
（3）采用浸渍工艺，将熟化后的胶液均匀的涂覆在1080型玻璃纤维布上，制成卷状基片，然后裁切成660mm*510mm尺寸大小；
（4）将裁切后的基片，叠成0.508mm厚度，组成复合介质层2；
（5）将复合介质层2双面覆以18微米的铜箔1，置于真空层压机中热压烧结，温度320℃，压力3.5Mpa，高温保温时间1h，缓慢冷却至室温，制得小分子填充的微波复合介质基板；
（6）基板性能测试：介电常数为2.4@10GHz、介电损耗为0.0009@10GHz、-50～150℃的Z-轴热膨胀系数为230ppm、-50～150℃的相对介电常数温度系数为-120ppm、铜箔剥离强度为2.4N/mm，见表1。
实施例2：（1）将2份纯度为99%的四氟对苯二甲酸采用高速破碎机高速分散，制成小分子粉末；
（2）将分散均匀的四氟对苯二甲酸添加至100份固含量为60%、D50为0.21微米的PTFE乳液中，打开搅拌器，500r/min搅拌10h，然后室温静置熟化24h形成胶液；
（3）采用浸渍工艺，将熟化后的胶液均匀的涂覆在106型玻璃纤维布上，制成卷状基片，然后裁切成660mm*510mm尺寸大小；
（4）将裁切后的基片，叠成0.508mm厚度，组成复合介质层2；
（5）将复合介质层2双面覆以18微米的铜箔1，置于真空层压机中热压烧结，温度300℃，压力3Mpa，高温保温时间1h，缓慢冷却至室温，制得小分子填充的微波复合介质基板；
（6）基板性能测试：介电常数为2.3@10GHz、介电损耗为0.0011@10GHz、-50～150℃的Z-轴热膨胀系数为220ppm、-50～150℃的相对介电常数温度系数为-85ppm、铜箔剥离强度为2.3N/mm，见表1。
实施例3：（1）将5份纯度为99%的四氟对苯二甲酸采用高速破碎机高速分散，制成小分子粉末；
（2）将分散均匀的四氟对苯二甲酸添加至100份固含量为60%、D50为0.21微米的PTFE乳液中，打开搅拌器，500r/min搅拌10h，然后室温静置熟化24h形成胶液；
（3）采用浸渍工艺，将熟化后的胶液均匀的涂覆在1080型玻璃纤维布上，制成卷状基片，然后裁切成660mm*510mm尺寸大小；
（4）将裁切后的基片，叠成0.508mm厚度，组成复合介质层2；
（5）将复合介质层2双面覆以18微米的铜箔1，置于真空层压机中热压烧结，温度280℃，压力4Mpa，高温保温时间1h，缓慢冷却至室温，制得小分子填充的微波复合介质基板；
（6）基板性能测试：介电常数为2.5@10GHz、介电损耗为0.0015@10GHz、-50～150℃的Z-轴热膨胀系数为200ppm、-50～150℃的相对介电常数温度系数为-105ppm、铜箔剥离强度为2.1N/mm，见表1。
表1为基板性能测试表
从表1可以看出，本发明采用一种有机小分子填充方法制备的微波复合介质基板表现出优异的综合性能，其中10GHz条件下介电损耗小于0.0015，相对介电常数温度系数绝对值小于140ppm，Z-轴热膨胀系数小于240ppm，铜箔剥离强度大于2.0N/mm。
Claims (4)
1.一种有机小分子填充的微波复合介质基板，其特征在于，所述微波复合介质基板由中间的复合介质层（2）和上下两面的铜箔（1）组成；所述复合介质层（2）由多层基片组成；所述基片由在玻璃纤维布上涂覆胶液组成；
所述胶液由如下重量份配比的原料组成：
0.1～10份的四氟对苯二甲酸；
20～200份的PTFE乳液；
所述四氟对苯二甲酸的纯度大于98%；所述PTFE乳液的D50为0.2±0.1微米，所述的PTFE乳液的固含量为30～70%。
2.一种采用权利要求1所述的有机小分子填充的微波复合介质基板制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将四氟对苯二甲酸采用高速破碎机高速分散，制成分散均匀小分子粉末；
步骤二、将分散均匀的四氟对苯二甲酸添加至PTFE乳液中，打开搅拌器，搅拌速度大于200r/min，搅拌2～10h，然后室温静置熟化24h形成胶液；
步骤三、采用浸渍工艺，将熟化后的胶液均匀的涂覆在玻璃纤维布上，制成卷状基片，然后裁切成规定尺寸；
步骤四、将裁切后的基片，按照规定厚度进行叠层，组成复合介质层（2）；
步骤五、将复合介质层（2）双面覆以铜箔（1），置于真空层压机中热压烧结，热压温度200～350℃，压力3～6Mpa，高温保温时间0.5～3h，缓慢冷却至室温，制得小分子填充的微波复合介质基板。
3.根据权利要求2所述的一种有机小分子填充的微波复合介质基板制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维布规格型号为106、1080、2116、7628、2165和7660中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种有机小分子填充的微波复合介质基板制备方法，其特征在于：所述铜箔（1）为18或35微米厚度的电解铜箔。
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