專利名稱：：微波毫米波復(fù)合介質(zhì)基板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種微波毫米波復(fù)合介質(zhì)基板及其制備方法，屬于有機(jī)/無機(jī)/金屬復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：上世紀(jì)八十年代前，國際上主要用單晶、高純剛玉氧化鋁瓷等無機(jī)類基片制作微波電路，但單晶、陶瓷基片的脆性使得尺寸難以做大，安裝、振動等環(huán)境下可靠性無法保證。聚苯乙烯雖然微波損耗小，但耐溫低，無法承受電路制作的焊接溫度。進(jìn)入上世紀(jì)八十年代，美國ROGERS公司首先提出以聚四氟乙烯為基復(fù)合纖維布或復(fù)合陶瓷的新型基板技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)微波高集成度、高性能電子封裝技術(shù)方面。在微波電路的設(shè)計(jì)靈活性、布線密度和可靠性方面提供了巨大的潛能。可獲得不同電學(xué)與物理性能的基板材料，如介電常數(shù)、熱膨脹系數(shù)等可以調(diào)整。因此該新型復(fù)合材料成為材料學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注的熱點(diǎn)課題之一。眾所周知，聚四氟乙烯的表面能極低，是所有材料中表面能最低的，通常很難與其它材料進(jìn)行復(fù)合或粘結(jié)，形成需要的片材強(qiáng)度，因此對聚四氟乙烯的表面改性活化，設(shè)計(jì)合理的配方，選擇適當(dāng)種類與特性的添加粉料，優(yōu)化特殊的成型燒結(jié)以及金屬化工藝，微波毫米波頻率下介電性能的精確測試與評價(jià)等，均是研究并制備聚四氟乙烯為基復(fù)合纖維布或復(fù)合陶瓷的新型基板的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。多年來，國際上以美國為代表的少數(shù)國家對聚四氟乙烯為基復(fù)合纖維布或復(fù)合陶瓷微波毫米波復(fù)合介質(zhì)基板進(jìn)行了深入的研究，在高頻微波、毫米波電路領(lǐng)域中已經(jīng)獲得了很多的應(yīng)用。我國在聚四氟乙烯復(fù)合纖維布的低介電常數(shù)微波基板方面己經(jīng)取得應(yīng)用，但由于纖維布存在明顯的各向異性，因此實(shí)際使用的微波頻率上限受到明顯限制，如毫米波無法適用。國內(nèi)在以聚四氟乙烯為基復(fù)合微細(xì)纖維、玻璃粉、陶瓷粉，制備的適合微波到毫米波范圍，低損耗復(fù)合介質(zhì)基板方面的研究起步較晚，近年來我國對這方面的研究非常重視，取得了較為明顯的進(jìn)展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的為了改進(jìn)現(xiàn)有基板實(shí)際使用的微波頻率上限受到明顯限制等不足而提供了一種微波毫米波復(fù)合介質(zhì)基板，本發(fā)明的另一目的是提供上述復(fù)合介質(zhì)基板的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種微波毫米波復(fù)合介質(zhì)基板，其特征是由低損耗復(fù)合介質(zhì)和上下表面金屬化層組成；其中低損耗復(fù)合介質(zhì)組份及各組分占低損耗復(fù)合介質(zhì)總重量的百分比分別為聚四氟乙烯25~40%聚苯硫醚3~20%微纖維3~15%玻璃粉10~25%陶瓷粉20~45%偶聯(lián)劑1~5%。其中所述的上下表面金屬化層，其中一層金屬層為銅箔，另一層金屬層為銅箔或鋁板。優(yōu)選所述的陶瓷粉各組份及各組份占陶瓷粉總量的重量百分比分別為Si028~25wt%Ti0220~45wt%SrO12~28wt%CaO5~25wt%MgO3~15wt%La2030.53wt%;玻璃粉各組份及各組份占玻璃粉總量的重量百分比分別為Si0230~50wt%B20320~35wt%CaO20~45wt%Na200.3~lwt%K200.3~lwt%;所述的偶聯(lián)劑為Y—氨丙基三乙氧基硅垸。上述的聚四氟乙烯粉、聚苯硫醚粉、微纖維市場有售，其中優(yōu)選微纖維的基本成分是Si0245~55wt%A12034~12wt%B20312~18wt%CaO10~20wt%Mg03~12wt%Na200.3~0.8wt%。本發(fā)明還提供了上述基板的制備方法，其具體步驟為A.按玻粉配方分別稱取Si02、B203、CaO、Na20、K20混合8~12h;將制備的混合料倒入鉑金坩鍋內(nèi)，于13501500'C下保溫l~2h使其完全熔融和均勻化，倒入蒸餾水中得到透明碎玻璃；再將得到的碎玻璃，經(jīng)濕法瑪瑙球磨24~48h，得到平均粒徑5~10nm的玻璃粉；B.按陶瓷粉配方分別稱取Si02、Ti02、SrO、CaO、MgO、La203混合8~12h;將制備的混合料，在30~50MPA壓力下成型，裝入匣缽，在1250138(TC保溫26h燒成，燒成的陶瓷經(jīng)破碎、粉碎、球磨、過篩，得到平均粒徑5~8pm的陶瓷粉；C.按復(fù)合介質(zhì)配方分別稱取聚四氟乙烯粉、聚苯硫醚粉、微纖維、玻璃粉、陶瓷粉和偶聯(lián)劑，混合；將制備的混合料，壓制成型，燒成，得到復(fù)合介質(zhì)板；D.將步驟C制備的復(fù)合介質(zhì)板，浸入萘鈉溶液中浸泡，對介質(zhì)表面進(jìn)行粗化與活化處理；取出處理后的介質(zhì)板放入等離子設(shè)備中進(jìn)行表面輝光放電處理；E.按上模板一銅箔一復(fù)合介質(zhì)板一銅箔或鋁板一下模板順序，裝入熱壓機(jī)加熱加壓壓制，制得微波毫米波復(fù)合介質(zhì)基板。上述步驟C中混合時(shí)間10~20h;成型壓力為30100MPAa;燒成溫度為330~380°C，燒成時(shí)間為0.52h。上述步驟D中粗化與活化處理是將制備的復(fù)合介質(zhì)板，浸入由四氫呋喃500ml、精萘3085g、鈉10~45g配制的萘鈉溶液中，浸泡5~30min。上述步驟D中表面輝光放電過程中放入電壓380~750V、電流100~350mA的N2氣氛保護(hù)的等離子設(shè)備中進(jìn)行表面輝光放電，處理時(shí)間25~100min。上述步驟E中熱壓機(jī)加熱到360385。C,加壓到8~15MPA，壓制時(shí)間為5~30min。有益效果(1)本發(fā)明制備的復(fù)合介質(zhì)基板，適用于300MHz100GHz寬廣頻率范圍，即滿足厘米波到8mm、3mm的毫米波段使用；(2)10GHz頻率測試，相對介電常數(shù)在2.2到15.0連續(xù)可調(diào)，其中相對介電常數(shù)處于2.2-3.0時(shí)，介質(zhì)損耗角正切值《0.0009，相對介電常數(shù)處于3.0~15.0時(shí)，介質(zhì)損耗角正切值《0.0018;(3)表面電阻5X10120，體積電阻率5X10"Qcm;(4)復(fù)合介質(zhì)抗拉強(qiáng)度^100N/cm2，金屬層剝離強(qiáng)度^12N/cm;(5)復(fù)合介質(zhì)中粉料分布均勻，氣孔率低、結(jié)構(gòu)致密，如圖l、2所示；(6)基板表面平整、光滑、無氧化，面積^00x200mm2，厚度在(0.254~5.0)mm范圍任選，誤差控制在i0.02mm。圖1為本發(fā)明制備的陶瓷粉料SEM圖。圖2為本發(fā)明制備的復(fù)合介質(zhì)SEM圖。具體實(shí)施例方式玻璃料分Bl、B2兩種質(zhì)量百分比，其中玻璃料Bl質(zhì)量百分比分別稱取Si02(45wt%)、B203(32wt%)、CaO(22wt%)、Na20(0.5wt%)、K2O(0.5wt%);玻璃料B2質(zhì)量百分比分別稱取Si02(35wt%)、B203(25wt%)、CaO(39wt%)、Na20(0.5wt%)、K20(0.5wt%)，經(jīng)8h混勻后倒入鉑金坩鍋內(nèi)，于148(TC下保溫2h使其完全熔融和均勻化，倒入蒸餾水中得到透明碎玻璃，濕法瑪瑙球磨48h，得到平均粒徑5~10pm的玻璃粉。陶瓷料分TA、TB兩種質(zhì)量百分比，其中陶瓷料TA質(zhì)量百分比分別稱取Si02(25wt%)、Ti02(25wt%)、SrO(12wt%)、CaO(20wt%)、MgO(15wt%)、La203(3wt%);陶瓷料TB質(zhì)量百分比分別稱取Si02(10wt%)、Ti02(45wt%)、SrO(25wt%)、CaO(15wt%)、MgO(3.5wt%)、La203(1.5wt%)。分別經(jīng)12h混勻后，在30MPa壓力下成型，在130(TC保溫5h燒成，燒成陶瓷經(jīng)破碎、粉碎、球磨、過篩，得到平均粒徑58^un的陶瓷粉料，所制得陶瓷粉料TA的SEM圖如圖1所示；表1示出本發(fā)明具體實(shí)施例的各成分含量。按質(zhì)量百分比分別稱取聚四氟乙烯、聚苯硫醚、微纖維、玻璃粉、陶瓷料、偶聯(lián)劑KH550。樹脂/無機(jī)混合料，50MPA壓制成型，350°C保溫lh燒成復(fù)合介質(zhì)板；將介質(zhì)板浸入由四氫呋喃500ml、精萘70g、鈉45g配制的萘鈉溶液中，浸泡20min;取出介質(zhì)板后放入電壓750V、電流300mA的N2保護(hù)的等離子設(shè)備中進(jìn)行表面輝光放電，時(shí)間60min;按上模板一銅箔一復(fù)合介質(zhì)板一銅箔或鋁板一下模板順序，裝入熱壓機(jī)加熱到365'C/壓力12MPA/15min，獲得本發(fā)明的金屬化基板?；逍阅軠y試如表2，所示NOl復(fù)合介質(zhì)SEM圖如圖2所示。表1微波毫米波復(fù)合介質(zhì)基板各組分的含量(wtM)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、微波毫米波復(fù)合介質(zhì)基板，其特征在于是由低損耗復(fù)合介質(zhì)和上下表面金屬化層組成；其中低損耗復(fù)合介質(zhì)組份及各組份占低損耗復(fù)合介質(zhì)總重量的百分比分別為聚四氟乙烯25～40％聚苯硫醚3～20％微纖維3～15％玻璃粉10～25％陶瓷粉20～45％偶聯(lián)劑1～5％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于所述的上下表面金屬化層，其中一層金屬層為銅箔，另一層金屬層為銅箔或鋁板。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于所述的陶瓷粉各組份及各組份占陶瓷粉總量的重量百分比分別為Si028~25%TiO220~45%SrO12~28%CaO5~25%MgO3~15%La2030.5-3%;玻璃粉各組份及各組份占玻璃粉總量的重量百分比分別為Si0230~50%B20320~35%CaO20~45%Na200.31%K200.3~1%;所述的偶聯(lián)劑為Y—氨丙基三乙氧基硅烷。4、一種如權(quán)利要求1所述基板的制備方法，其具體步驟為A.按玻粉配方分別稱取Si02、B203、CaO、Na20和K20混合8~12h;將制備的混合料倒入鉑金坩鍋內(nèi)，于1350150(TC下保溫l-2h使其完全熔融和均勻化，倒入蒸餾水中得到透明碎玻璃；再將得到的碎玻璃，經(jīng)濕法瑪瑙球磨24~48h，得到平均粒徑5~10|xm的玻璃粉；B.按陶瓷粉配方分別稱取Si02、Ti02、SrO、CaO、MgO和La203混合8~12h;將制備的混合料，在3050MPa壓力下成型，裝入匣缽，在1250~1380°C保溫26h燒成，燒成的陶瓷經(jīng)破碎、粉碎、球磨、過篩，得到平均粒徑58nm的陶瓷粉；C.按復(fù)合介質(zhì)配方分別稱取聚四氟乙烯粉、聚苯硫醚粉、微纖維、玻璃粉、陶瓷粉和偶聯(lián)劑，混合；將制備的混合料，壓制成型，燒成，得到復(fù)合介質(zhì)板；D.將步驟C制備的復(fù)合介質(zhì)板，對介質(zhì)板表面進(jìn)行粗化與活化處理；處理后的介質(zhì)板放入等離子設(shè)備中進(jìn)行表面輝光放電處理；E.按上模板一銅箔一復(fù)合介質(zhì)板一銅箔或鋁板一下模板順序，裝入熱壓機(jī)加熱加壓壓制，制得微波毫米波復(fù)合介質(zhì)基板。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟C中混合時(shí)間10~20h;成型壓力為30100MPAa;燒成溫度為330~380°C，燒成時(shí)間為0.5~2h。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟D中表面輝光放電過程中放入電壓380750V、電流100~350mA的N2氣氛保護(hù)的等離子設(shè)備中進(jìn)行表面輝光放電，處理時(shí)間25~100min。7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟E中熱壓機(jī)加熱到360385。C,加壓到8~15Mpa，模壓時(shí)間為5~30min。全文摘要本發(fā)明涉及一種微波毫米波復(fù)合介質(zhì)基板及其制備方法，屬于有機(jī)/無機(jī)/金屬復(fù)合材料領(lǐng)域。將聚四氟乙烯、聚苯硫醚、微纖維、玻璃粉、陶瓷粉和少量偶聯(lián)劑均勻混合，成型燒結(jié)成薄板片材，采用萘鈉溶液結(jié)合等離子對板材表面處理后，熱壓銅箔或鋁板獲得金屬化基板。本發(fā)明基板適用于微波至毫米波的寬廣頻率范圍，具有相對介電常數(shù)2.2到15.0連續(xù)可調(diào)、介質(zhì)損耗低、耐高溫、耐輻照、韌性好、金屬層剝離強(qiáng)度高、切割加工與制作電路方便等特點(diǎn)。在微波毫米波接收/發(fā)射組件、耦合與隔離器、濾波器、功率開關(guān)、微帶天線、大功率波導(dǎo)介質(zhì)等電路中，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型微波毫米波材料。文檔編號B32B37/10GK101439605SQ20081024399公開日2009年5月27日申請日期2008年12月19日優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日發(fā)明者敏劉,周洪慶申請人:南京工業(yè)大學(xué)