改性PTFE复合介质材料、制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及一种陶瓷改性低介电常数低热膨胀PTFE复合介质材料，包括PTFE和非实心陶瓷颗粒，所述非实心陶瓷颗粒的用量为复合材料整体体积分数的1‑60％，改性PTFE复合介质材料介电常数为2.0‑2.5，热膨胀系数为40‑120ppm/℃，兼具有较低的介电常数和较低的热膨胀系数。

【技术实现步骤摘要】
改性PTFE复合介质材料、制备方法及其用途
本专利技术涉及一种改性PTFE复合材料，具体而言涉及一种陶瓷改性低介电常数低热膨胀PTFE复合介质材料及其制备方法，应用于电路板尤其是5G高频电路板的制造中。
技术介绍
随着5G移动通信技术日益成熟并且不断推广，智能手机、智能手表、平板电脑等移动终端作为支持5G的电子产品进入到新一轮高速发展时期，其使用的印刷电路板(PCB)也随之进入到新的发展机遇期。这要求电路板具有高密度、高频高速、高发热等性能。介电常数决定了电信号在该介质中传播的速度，介电常数越低，信号传送速度越快，因此高频PCB需要选用低介电常数的介质材料，同时为了满足高发热带来的高散热需求，通常会在介质材料中加入导热性好的材料。常用的低介电常数介质材料包括了聚四氟乙烯(PTFE)，聚酰亚胺(MPI)，或者液晶高分子聚合物(LCP)。这些材料具有高低介电常数(Dk≤4)、低损耗因子(Df≤0.005)、良好的尺寸稳定性和加工性能。常用的导热性材料则包括了氧化铝、二氧化硅等陶瓷粉末，但是过多的导热性材料的加入会导致介电常数升高。作为硬质的低介电常数介质材料，聚四氟乙烯是目前的最佳选择，相比环氧树脂，其不吸潮，不燃，对氧、紫外线均极稳定，所以具有优异的耐候性。在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高。尽管聚四氟乙烯材料性能稳定，但其缺点也很明显。由于聚四氟乙烯的导热系数低，导热性能较差，线性热膨胀系数过大，为铜箔的10-20倍，使PTFE在覆铜板应用中受到一定的限制。CN103435946A公开了一种聚四氟乙烯复合微波陶瓷基板的制备方法，在聚四氟乙烯中加入Zr-Ti基陶瓷粉体，该粉体其具有低热膨胀系数，形成的基板具有较好的介电常数温度系数绝对值，然而其介电常数高，最终基板的介电常数在ε＝6.40～7.80。CN102260378B采用多孔隙的ePTFE薄膜为载体材料，提供预浸料及高频电路基板介电常数在X、Y方向各向同性，能够降低高频电路基板的介电常数和介质损耗角正切。但是并没有对热膨胀系数进行改进。CN1165575C提供含氟高分子基材，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，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。但是并没有体现热膨胀系数的控制情况，并且陶瓷颗粒的加入导致介电常数上升。由此可见，如何同时得到低介电常数以及低热膨胀系数的PTFE介质材料是本领域需要解决的问题。
技术实现思路
在针对PTFE热膨胀系数高，引入陶瓷填充会导致介电常数增加，无法同时获得介电常数低、热膨胀系数低的含陶瓷填料的PTFE复合介质板这一矛盾，本专利技术提供一种改性PTFE复合介质材料，其采用非实心的陶瓷颗粒填充改性PTFE，形成复合介质材料，能够解决这一问题。研究发现，当采用内含大量空气的非实心陶瓷颗粒时，由于空气具有极低的介电常数(ε＝1)，空气的引入可以有效降低复合材料的介电常数。因此，使用含有大量空气的非实心陶瓷颗粒进行填充改性可以在降低PTFE复合材料体系热膨胀系数的同时获得低介电常数。所述的非实心陶瓷颗粒进一步为非实心的SiO2颗粒，优选硅氧含量为99wt％以上，进一步优选硅氧含量为99.5wt％以上。若如此，由于不存在金属元素杂质，能够有效改善其低介电性。所述的非实心陶瓷颗粒，包括：空心SiO2陶瓷颗粒、介孔SiO2陶瓷颗粒，及其组合。所述的空心陶瓷颗粒粒径为1-10μm，优选2-5μm，球体为空心结构，孔壁为0.1-2μm，优选0.5-1μm。所述的介孔陶瓷颗粒粒径为1-10μm，优选2-5μm，介孔陶瓷颗粒具有多个结构有序，孔径单一的孔道，孔径范围在2-50nm，优选10-30nm。所述的空心陶瓷颗粒可以通过目前已知的任意方法进行制备，例如离子交换树脂模板法、无机颗粒模板法、乳化液滴模板法、囊泡模板法等，优选根据ChengX,LiuSQ,etal.Fastfabricationofhollowsilicasphereswiththermallystablenanoporousshells.MicroporousandMesoporousMaterials,2007,(98):41～46中所述的内容进行制备。所述的介孔陶瓷颗粒可以通过目前已知的任意方法进行制备，例如CTAB模板法，乳液法，诱导聚合团聚法(PICA)等。优选采用水热法，利用均相反应器，以聚乙二醇为模板剂，硅酸钠为硅源制备出纯度高且球形度规整的介孔SiO2微球。考虑低介电性和低热膨胀系数的平衡性，对于空心陶瓷颗粒而言，其用量为复合材料整体体积分数的1-60％，优选为复合材料整体体积分数的10-50％，进一步优选为复合材料整体体积分数的20-40％；对于介孔陶瓷颗粒而言，其用量为复合材料整体体积分数的1-40％，优选为复合材料整体体积分数的10-30％，进一步优选为复合材料整体体积分数的15-25％。对于两种颗粒的组合，根据具体配比，在上述范围内进行本领域可以预见的体积分数调整。非实心陶瓷对PTFE填充改性具体步骤包括：(1)乳液配制：将非实心陶瓷颗粒和PTFE乳液混合，进行双中心搅拌，控制陶瓷颗粒占总体积的1-60％，双中心搅拌速度为1500-3500r/min，搅拌时间为20s-150s，得到含陶瓷填料的PTFE复合介质板用乳液；(2)泥团制备：在混合得到的乳液中添加乳液质量30-70wt％的无水乙醇进行双中心搅拌破乳，控制双中心搅拌转速为500-1500r/min，控制双中心搅拌时间为20-120s，得到含陶瓷填料的复合介质板用泥团；(3)压延成型：将破乳得到的含陶瓷填料的复合介质板用泥团通过压延机器压成片状，压延过程控制上下两辊轴的转动速度为0.5-2m/min，通过压延得到表明光滑平整致密的含陶瓷填料的复合介质板预压片，控制其厚度为1.2～1.8mm；(4)溶剂去除：将压延得到的含陶瓷填料的复合介质板预压片置于烘箱中，分别采用采用80～90℃烘8～12h除去预压片中的酒精；然后控制烘箱温度为150～200℃烘8～12h除去预压片中的水分；最后控制烘箱温度为260～265℃烘60～80h出去预压片中的有机物小分子；(5)最终成型：使用压延机器将烘干后的预压片压制平整，消除高温烘片过程中带来的弯曲，控制其厚度为0.8-1.2mm，得到最终成型的非实心陶瓷改性PTFE复合介质材料。进一步地，本专利技术公开了将上述得到的非实心陶瓷改性PTFE复合介质材料制备覆铜板的方法：(6)覆铜热压：将步骤(5)得到的复合介质材料置于热压机中，根据预压片面积设定压力，进行双面贴覆铜箔，控制最大压强为15～17MPa，控制最高热压温度为330～385℃。进一步地，本专利技术还公开了对复合介质材料去铜箔后的性能测试方法：(7)铜箔腐蚀与测试：在三氯化铁溶液中将热压得到的介质片上下表面铜箔腐蚀掉，纯水冲洗表面使其表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性PTFE复合介质材料，其特征在于，所述改性PTFE复合介质材料包括PTFE和空心陶瓷颗粒，所述空心陶瓷颗粒的用量为复合材料整体体积分数的1-60％，改性PTFE复合介质材料介电常数为2.0-2.4，热膨胀系数为70-120ppm/℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性PTFE复合介质材料，其特征在于，所述改性PTFE复合介质材料包括PTFE和空心陶瓷颗粒，所述空心陶瓷颗粒的用量为复合材料整体体积分数的1-60％，改性PTFE复合介质材料介电常数为2.0-2.4，热膨胀系数为70-120ppm/℃。


2.根据权利要求1所述的改性PTFE复合介质材料，其特征在于，所述的空心陶瓷颗粒为空心SiO2填料，优选硅氧含量为99wt％以上的空心SiO2填料，进一步优选硅氧含量为99.5wt％以上的空心SiO2填料。


3.根据权利要求1所述的改性PTFE复合介质材料，其特征在于，所述的空心陶瓷颗粒粒径为1-10μm，优选2-5μm；
所述的空心陶瓷颗粒的球体为空心结构，孔壁为0.1-2μm，优选0.5-1μm。


4.根据权利要求1所述的改性PTFE复合介质材料，其特征在于，所述空心陶瓷颗粒为复合材料整体体积分数的10-50％，优选为复合材料整体体积分数的20-40％。


5.一种改性PTFE复合介质材料，其特征在于，所述改性PTFE复合介质材料包括PTFE和介孔陶瓷颗粒，所述介孔陶瓷颗粒的用量为复合材料整体体积分数的1-40％，改性PTFE复合介质材料介电常数为2.0-2.5，热膨胀系数为40-120ppm/℃。


6.根据权利要求5所述的改性PTFE复合介质材料，其特征在于，所述的介孔陶瓷颗粒粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：周静，韩坤昆，沈杰，祁琰媛，李强志，陈文，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42