低传输损耗铜基复合材料及其制备方法、PCB板以及电子元器件技术

本申请涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种低传输损耗铜基复合材料及其制备方法、PCB板以及电子元器件。低传输损耗铜基复合材料包括：沿预设方向依次重复堆叠的多个叠层单元，每个叠层单元均包括导体层以及沿预设方向覆盖于导体层的表面的绝缘层；其中，导体层包括单晶铜层。本申请提供的低传输损耗铜基复合材料可以有效增加低传输损耗铜基复合材料的信号传输的有效面积，且无需通过将单晶铜层的表面粗糙度降低的方式即能够有效降低整个低传输损耗铜基复合材料的传输损耗，有利于低传输损耗铜基复合材料在高频高速信号传输中的应用。的应用。的应用。

【技术实现步骤摘要】
低传输损耗铜基复合材料及其制备方法、PCB板以及电子元器件


[0001]本申请涉及复合材料
，具体而言，涉及一种低传输损耗铜基复合材料及其制备方法、PCB板以及电子元器件。

技术介绍

[0002]印制电路板(PCB)的信号层是各种电子元器件互联的“桥梁”。信号层中使用的导体材料的导电性和粗糙度决定了信号传输的完整性和稳定性。随着信息技术的快速发展，对信号的传输质量、传输速度提出了更高的要求。在5G、6G等通信技术背景下，确保高频高速信号的完整性面临巨大挑战。
[0003]信号层的传输损耗主要取决于导体材料的导电性和表面粗糙度。信号频率的增加会导致明显的趋肤效应，且信号集中在导体材料的表面传输，信号传输有效面积的减小会导致信号不同程度衰减。
[0004]铜材由于其具有优异的导电性、来源广且价格便宜等优势，使得铜材成为信号层中常使用的导体材料。但是，现有的铜材或铜箔的表面粗糙度较高且信号传输的有效面积较小，且铜材的晶界影响其电导率和信号传输的缘故，导致无法有效降低信号的传输损耗，极大程度地限制了铜材在高频高速信号传输中的应用。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种低传输损耗铜基复合材料及其制备方法、PCB板以及电子元器件，其旨在改善现有的铜材的传输损耗较高的技术问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种低传输损耗铜基复合材料，包括：沿预设方向依次重复堆叠的多个叠层单元，每个叠层单元均包括导体层以及沿预设方向覆盖于导体层的表面的绝缘层；其中，导体层包括单晶铜层。
[0007]本申请通过设置多个沿预设方向堆叠的叠层单元，且每个叠层单元均具有沿预设方向堆叠的导体层(包括单晶铜层)和绝缘层，可以有效增加低传输损耗铜基复合材料的信号传输的有效面积，且无需通过将单晶铜层的表面粗糙度降低的方式即能够有效降低整个低传输损耗铜基复合材料的传输损耗，有利于低传输损耗铜基复合材料在高频高速信号传输中的应用。
[0008]在本申请第一方面的一些实施例中，每个叠层单元中，沿预设方向，导体层和绝缘层的厚度比为(90
‑
95)：(5
‑
10)。
[0009]上述设置方式，不仅可以充分发挥低传输损耗铜基复合材料中绝缘层的屏蔽作用，也可以实现低传输损耗铜基复合材料具有较低的传输损耗。若绝缘层的厚度较厚，会导致整个低传输损耗铜基复合材料的传输损耗略微提升；若绝缘层的厚度较薄，会使得绝缘层容易被击穿，不利于充分发挥绝缘层的屏蔽作用。
[0010]在本申请第一方面的一些实施例中，叠层单元的数量为5
‑
8个。
[0011]叠层单元的数量为5
‑
8个，有利于在有效增加低传输损耗铜基复合材料的信号传输的有效面积的基础上，进一步降低整个低传输损耗铜基复合材料的传输损耗。
[0012]可选地，绝缘层的材质包括氮化硼。
[0013]绝缘层的材质包括氮化硼，氮化硼有较好的导热性能、较低的热膨胀系数，使得氮化硼的存在可以提升叠层单元的散热性能以及有效减小整个低传输损耗铜基复合材料在信号传输过程中由于发热而产生的热应力，也有利于增加整个低传输损耗铜基复合材料和形成PCB板中的介质材料的之间的结合力；此外，氮化硼具有很高的介电常数(ε
r
≈5)，且选用氮化硼并结合叠层单元结构，能够增加信号传输的有效面积，有利于进一步降低信号传输损耗。
[0014]可选地，单晶铜层的表面粗糙度Rz为0.2
‑
1μm。
[0015]单晶铜层的表面粗糙度Rz为0.2
‑
1μm，有利于进一步降低整个低传输损耗铜基复合材料的传输损耗。
[0016]在本申请第一方面的一些实施例中，导体层还包括石墨烯层，石墨烯层和单晶铜层沿预设方向堆叠。
[0017]上述设置方式，有利于在实现有效降低整个低传输损耗铜基复合材料的传输损耗的基础上，进一步提升整个低传输损耗铜基复合材料的导电性。
[0018]可选地，每个导体层均包括一个单晶铜层和两个石墨烯层，且两个石墨烯层分别位于单晶铜层的相对两侧。
[0019]上述设置方式，有利于提高整个低传输损耗铜基复合材料的信号传输抗干扰能力。
[0020]可选地，每个导体层中，沿预设方向，单晶铜层和石墨烯层的厚度比为(90
‑
95)：(5
‑
10)。
[0021]上述设置方式，不仅可以实现低传输损耗铜基复合材料具有较低的传输损耗，还能够实现低传输损耗铜基复合材料具有较佳的导电性。
[0022]可选地，导体层的导电率为105
‑
108％IACS。
[0023]在本申请第一方面的一些实施例中，低传输损耗铜基复合材料在20GHz的传输损耗为0.4
‑
0.9dB/inch，低传输损耗铜基复合材料的阻抗为80
‑
85Ω。
[0024]本申请提供的低传输损耗铜基复合材料的传输损耗远低于单晶铜箔的传输(损耗约为1.2dB/inch)，有望实现低传输损耗铜基复合材料在高频高速信号传输中的良好应用。
[0025]第二方面，本申请提供一种如上述第一方面提供的低传输损耗铜基复合材料的制备方法，包括：将沿预设方向堆叠的导体层和绝缘层压合。
[0026]将沿预设方向堆叠的多个导体层和多个绝缘层压合形成的低传输损耗铜基复合材料，具有较大的信号传输的有效面积以及较低的信号传输损耗，有利于低传输损耗铜基复合材料在高频高速信号传输中的应用。
[0027]在本申请第二方面的一些实施例中，压合的步骤包括：在惰性气氛、温度为500
‑
1000℃以及压力为10
‑
100MPa的条件下，将导体层和绝缘层热压。
[0028]上述热压条件下，有利于使得导体层和绝缘层之间的结合力更强，有利于提高整个低传输损耗铜基复合材料的结构稳定性，可有效降低后续加工导致的层间开裂，进而弱化对信号完整性的影响。
[0029]在本申请第二方面的一些实施例中，形成沿预设方向堆叠的导体层和绝缘层的步骤包括：依次重复采用气相沉积或涂覆的方式在导体层上形成绝缘层的步骤以及在绝缘层上气相沉积形成导体层的步骤。
[0030]上述方式下，有利于进一步提高绝缘层和导体层之间的结合力。
[0031]可选地，单晶铜层的制备步骤包括：于氩气和氢气的混合气氛围中，800
‑
1065℃的温度条件下，在表面具有单晶石墨烯的衬底上形成单晶铜层，将单晶铜层从衬底上剥离；其中，混合气中，氩气和氢气的体积比为(10
‑
20)：1。
[0032]上述制备单晶铜层的方式，可以使得单晶铜层具有较低的表面粗糙度Rz，有利于进一步降低整个低传输损耗铜基复合材料的传输损耗。
[0033]可选地，单晶铜层的制备步骤包括：于混合气氛围中，800
‑
1065℃的温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低传输损耗铜基复合材料，其特征在于，包括：沿预设方向依次重复堆叠的多个叠层单元，每个所述叠层单元均包括导体层以及沿所述预设方向覆盖于所述导体层的表面的绝缘层；其中，所述导体层包括单晶铜层。2.根据权利要求1所述的低传输损耗铜基复合材料，其特征在于，每个所述叠层单元中，沿所述预设方向，所述导体层和所述绝缘层的厚度比为(90
‑
95)：(5
‑
10)。3.根据权利要求2所述的低传输损耗铜基复合材料，其特征在于，所述叠层单元的数量为5
‑
8个；可选地，所述绝缘层的材质包括氮化硼；可选地，所述单晶铜层的表面粗糙度Rz为0.2
‑
1μm。4.根据权利要求1所述的低传输损耗铜基复合材料，其特征在于，所述导体层还包括石墨烯层，所述石墨烯层和所述单晶铜层沿所述预设方向堆叠；可选地，每个所述导体层均包括一个所述单晶铜层和两个所述石墨烯层，且两个所述石墨烯层分别位于所述单晶铜层的相对两侧；可选地，每个所述导体层中，沿所述预设方向，所述单晶铜层和所述石墨烯层的厚度比为(90
‑
95)：(5
‑
10)；可选地，所述导体层的导电率为105
‑
108％IACS。5.根据权利要求1或2所述的低传输损耗铜基复合材料，其特征在于，所述低传输损耗铜基复合材料在20GHz的传输损耗为0.4
‑
0.9dB/inch，所述低传输损耗铜基复合材料的阻抗为80
‑
85Ω。6.一种如权利要求1
‑
5中任一项所述的低传输损耗铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将沿所述预设方向堆叠的多个所述导体层和多个所述绝缘层压合。7.根据权利要求6所述的低传输损耗铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述压合的步骤包括：在惰性气氛、温度为500
‑
1000℃以及压力为10
‑
100MPa的条件下，将所述导体层和所述绝缘层热压。8.根据权利要求6或7所述的低传输损耗铜基复合材料的制备方法，其特征在于，形成沿所述预设方向堆...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁志强，张志强，何梦林，黄智，乐湘斌，王恩哥，
申请(专利权)人：中科晶益东莞材料科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：