包括未烧结的聚四氟乙烯的介电基板及其制造方法技术

在一个实施例中，一种介电基板包括未烧结的聚四氟乙烯；以及高介电常数填料，其中所述高介电常数填料的介电常数大于或等于35；其中所述介电基板具有大于或等于所述介电基板的所计算的理论密度的90％的比重，其中理论比重是基于所述高介电常数填料的所测量的比重、所述未烧结的聚四氟乙烯的所述比重、以及所述未烧结的聚四氟乙烯和所述高介电常数填料的相对重量分数进行计算的；并且其中所述介电基板具有如在10GHz的频率下确定的大于或等于11.5的介电常数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括未烧结的聚四氟乙烯的介电基板及其制造方法
本公开涉及一种包括未烧结的聚四氟乙烯的介电基板及其制造方法。
技术介绍
例如，用于在大于或等于500兆赫(MHz)的频率下的高频电路需要特殊的工程化考虑，这是因为信号的波长通常与所考虑的系统的长度尺度(lengthscale)具有近似相同的大小或比其更小。高频平面电路，诸如覆铜箔层压板通常是无源装置(诸如滤波器)，其性能是由电路中的信号的精确波长控制的。因此，应精确控制覆铜箔层压板中的绝缘介电材料的介电常数。还可以很重要的是介电材料还表现出低介电损耗。聚四氟乙烯(PTFE)组合物已被广泛用作覆铜箔层压板中的介电材料。商业上，PTFE是由两种不同的方法制造的：悬浮聚合法和乳液聚合法。悬浮聚合法可得到“颗粒状”PTFE。该颗粒状材料通常被用作模制料(moldingcompound)，而不论是否具有填料。大量的PTFE物体是由颗粒状PTFE模制而成。颗粒状PTFE还可用于制造经切削的薄膜(skivedfilm)，其中经切削的薄膜可通过模制颗粒状PTFE的坯料并在机床上切削薄膜来制成的。乳液聚合法可得到PTFE分散体(dispersion)。该分散体包括悬浮于水中的PTFE的小(<0.3微米(μm)直径的)颗粒。分散体可进行浓缩并用表面活性剂进行稳定化，并且可以被用作涂层。涂有PTFE分散体的玻璃织物被广泛地用作工业带装置、建筑织物和高频电路基板。替代地，分散体可凝结，不出意料地，这导致了凝结的分散体或细粉PTFE组合物。PTFE细粉具有可通过“糊状挤出”进行处理的独特性质。如在美国专利2,685,707中所述，PTFE细粉可与烃液混合、进行润滑且随后被推动通过收缩模具。挤出步骤使PTFE颗粒“原纤化”。随后，可通过蒸发或萃取来去除润滑剂。在此后的几年中，已经实践了糊状挤出工艺的多个变化，包括糊状挤出或模制预成型件并压延所述预成型件以形成片材，如在美国专利4,335,180和4,518,737中所述。例如，杜邦HS-10工艺涉及在两个方向上进行压延以形成双轴取向的片材。美国专利3,953,566公开了对糊状挤出的PTFE进行额外拉伸以形成具有增加的孔隙率和增强的基体拉伸强度(matrixtensilestrength)的多孔薄膜或纤维。PTFE的颗粒状和分散体(或凝结的分散体)级别可以是真正的均聚物化合物(仅含有四氟乙烯单体)或“微量改性的均聚物(tracemodifiedhomopolymer)”化合物(含有小于1的重量百分比(重量％)的共聚单体)。3M公司已开发了包括约50体积百分比(体积％)的PTFE和50体积％的二氧化钛(TiO2)粉末的介电材料，其是以商品名EPSILAM10进行出售的。在形成覆铜箔层压板时，PTFE和TiO2粉末首先进行混合且用石蜡烃溶剂，诸如(可从埃克森美孚商购获得的)ISOPAR进行润滑。然后，通过糊状挤出并压延混合材料来形成片材。然后，通过干燥来去除润滑剂，且在平板压机中、在PTFE的熔化温度以上、在高压下将片材层压至铜箔。然后，对覆铜箔层压板进行选择性蚀刻和机械加工以形成介电常数约为10的高频电子电路。几个其他制造商开发出类似的材料，诸如RogersCorporation的6010层压板和KeeneCorporation的810层压板。在之后的几年中，通过用包括PTFE和陶瓷粉末的浆料来浸渍有纺的和无纺的玻璃织物，例如，通过将浆料浸涂到有纺的玻璃织物上或通过将浆料浇铸至玻璃织物上，且随后层压至铜箔来制造高介电常数层压板。这种方法的示例包括有纺的玻璃PTFE层压板，其是通过用PTFE分散体浸渍玻璃织物以形成PTFE浸渍的玻璃织物来制成的。然后，将PTFE浸渍的玻璃织物与例如额外的未增强的车削PTFE层片铺砌在一起，且在PTFE的熔点之上在平板压机中层压至铜箔。替代地，无纺的玻璃PTFE层压板是通过使已用PTFE分散体被分散在水中的玻璃微纤维共凝结，在造纸机上形成片材并将片材层压至铜箔来制成的。这种无纺的玻璃PTFE复合材料的一个示例是Rogers的RT/DUROID5870PTFE层压板。美国专利4,335,180和4,518,737公开了一种工艺，其中填料和少量的玻璃微纤维与PTFE分散体共凝结并进行干燥。然后，对该混合物进行糊状挤出和压延以形成片材。在高于PTFE熔化温度的温度下、在压力下、在平板压机中将片材层压至铜箔。在所有这些情况下，在层压步骤期间熔化PTFE(在本文中也被称为烧结)。美国专利4,996,097公开了具有PTFE介电层的薄且高电容的层压板的制造。所要求保护的0.0001至0.005英寸(2.54至127微米)的厚介电层是通过在美国专利3,953,566中公开的工艺制成的，其中使用传统层压程序来将导电材料(诸如铜)层压至PTFE介电层的一侧或两侧，该层压程序在1000磅每平方英寸(psi)(6,895千帕(kPa))的压力和350摄氏度(℃)的温度下进行压制，该温度高于PTFE的熔化温度。还公开了在PTFE组合物的熔化温度之上进行层压的替代方案，其中可存在热凝物以降低层压温度并增强介电层至导电金属的粘合。近年来，低损耗、高介电常数材料的额外应用已在商业上出现。用于手持式消费电子装置的天线小型化则是一个这样的应用，其中高介电常数值将允许较高程度的所述小型化。美国专利7,773,041和8,427,377描述了介电加载的环形天线。美国专利8,599,072公开了一种宽带天线结构，其中盖的介电材料的介电常数减小了导电天线元件的所需尺寸。在许多这样的应用当中，不一定需要将高介电常数、低损耗基板直接结合至铜箔。通过使用更高介电常数的陶瓷填料(例如，具有在35-500千兆赫(GHz)范围内的介电常数)，诸如钛酸钡来实现更高介电常数的材料。然而，许多这样的填料显著地增加了材料的介电损耗，可能制造它们是困难的且成本效益不高。PTFE材料的介电常数的大小还可能通过增加介电填料的量而增加，但是填料的量可能受到能被结合至材料中的粉末形式的填料的量的限制。例如，根据填料的粒度分布、表面面积和表面化学性质，大于或等于50体积％的加载量可能超过材料中的粉末的最大填充率，且添加额外粉末可能导致夹带的空隙量增加，且材料可能会变脆。目前，商用PTFE-二氧化钛覆铜箔电路层压板可能表现出在10至12的GHz频率范围内的介电常数值，其中最大可实现的介电常数为约13。对于表现出更高介电常数值的低损耗、高介电常数的PTFE材料来说，仍存在未被满足的需求。
技术实现思路
本文公开了一种包括未烧结的PTFE的介电组合物及其制造和使用方法。在一个实施例中，一种介电基板包括未烧结的聚四氟乙烯；以及高介电常数填料，其中高介电常数填料的介电常数大于或等于35；其中介电基板具有大于或等于介电基板的所计算的理论密度的90％的比重，其中理论比重是基于高介电常数填料的所测量的比重、未烧结的聚四氟乙烯的比重、以及未烧结的聚四氟乙烯和高介电常数填料的相对重量分数进行计算的；并且其中介电基板具有如在10GHz的频率下确定的大于或等于11.5的介电常数。在另一个实施例中，一种制造介电基板的方法包括形成包括未烧结的聚四氟乙烯、高介电常数填料和润滑剂的混合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介电基板，其包括：未烧结的聚四氟乙烯；以及高介电常数填料，其中，所述高介电常数填料的介电常数大于或等于35；其中，所述介电基板具有大于或等于所述介电基板的所计算的理论密度的90％的比重，其中理论比重是基于所述高介电常数填料的所测量的比重、所述未烧结的聚四氟乙烯的所述比重以及所述未烧结的聚四氟乙烯和所述高介电常数填料的相对重量分数进行计算的；其中，所述介电基板具有如在10GHz的频率下确定的大于或等于11.5的介电常数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.25 US 62/259,6801.一种介电基板，其包括：未烧结的聚四氟乙烯；以及高介电常数填料，其中，所述高介电常数填料的介电常数大于或等于35；其中，所述介电基板具有大于或等于所述介电基板的所计算的理论密度的90％的比重，其中理论比重是基于所述高介电常数填料的所测量的比重、所述未烧结的聚四氟乙烯的所述比重以及所述未烧结的聚四氟乙烯和所述高介电常数填料的相对重量分数进行计算的；其中，所述介电基板具有如在10GHz的频率下确定的大于或等于11.5的介电常数。2.根据权利要求1所述的介电基板，其中所述未烧结的聚四氟乙烯包括聚四氟乙烯均聚物。3.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的介电基板，其中所述未烧结的聚四氟乙烯包括微量改性的聚四氟乙烯均聚物，其中所述微量改性的聚四氟乙烯均聚物包括基于所述微量改性的聚四氟乙烯均聚物的总重量的小于1重量％的重复单位，所述重复单位衍生自除了四氟乙烯以外的共聚单体。4.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的介电基板，其中所述未烧结的聚四氟乙烯聚合物是通过乳液聚合法制成的。5.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的介电基板，其中所述高介电常数填料的介电常数大于或等于100、或者为100至400。6.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的介电基板，其中所述高介电常数填料包括二氧化钛。7.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的介电基板，其中所述高介电常数填料包括二氧化钛、钛酸钙、钛酸锶、钛酸钡或包括前述中的至少一种的组合。8.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的介电基板，其中所述介电基板包括基于所述介电基板的总重量的50至85重量％、或者为65至80重量％的所述高介电常数填料。9.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的介电基板，其中所述介电...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦·F·霍恩三世，C·J·凯斯，P·A·拉弗朗斯，
申请(专利权)人：卡勒克密封技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US