專利名稱：基于復合材料的介質基板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及復合材料領域，尤其涉及一種高介電常數、低損耗的復合材料的介質基板及其制造方法。
背景技術：
在通訊系統中，電子元器件的尺寸逐步向著高功效、多功能及小尺寸方向發展，這對高頻材料的性能提出更高的需求。現代電子信息產品特別是微波射頻器件的高速發展， 集成度極大的提高及數字化、高頻化、多功能化等應用要求已經向一般的PTFE高頻板及制造工藝提出了挑戰。目前市場上的高頻材料主要有PTFE基板、熱固性PP0、交聯聚丁二烯基板和環氧樹脂復合基板。其介電常數、介電損耗及可加工性能三者匹配的需求已經非常迫切。有機復合基板材料一般是將無機氧化物陶瓷顆粒均勻分散到有機高分子材料中來制造復合材料基板。無機氧化物具有較高的介電常數，有機高分子材料具有很好的成型性和可加工性能，結合上述兩者的優點，就可得到介電常數在較高范圍、同時可加工性能良好的復合材料。因選取的原材料的限制，現有的有機高分子-氧化物陶瓷復合材料不能獲得較高的介電常數，介電損耗也較大。然而，常見的高介電有機高分子-氧化物陶瓷復合材料通常由環氧樹脂、酚醛樹脂、聚四氟乙烯等介電常數較低、損耗較大的高分子材料與介電常數較大、但損耗也較高的鐵電陶瓷顆粒組成。為了保證材料的可加工性，樹脂的含量不能太低，即是高介電常數的鐵電陶瓷的含量不能太高，這就導致復合材料的介電常數不高。同時，高分子材料組分和鐵電陶瓷材料組分的高損耗也會致使復合材料的較高的損耗。

發明內容
基于此，為了解決現有復合材料及基于復合材料介質基板的介電常數不高而且損耗較高的技術問題，因此提供一種基于高介電常數、低損耗的復合材的介質基板。同時，本發明還提供一種介質基板的制造方法。—種基于復合材料的介質基板包括第一導電箔和依附于所述第一導電箔上的復合材料，所述復合材料包括母體材料、高介電常數的粉末顆粒及包裹所述高介電常數的粉末顆粒的有機高分子材料；所述高介電常數的粉末顆粒和有機高分子材料形成核殼結構，所述母體材料和有機高分子材料互不相溶；所述核殼結構無規則離散地分布嵌入在所述母體材料中，其中所述高介電常數的粉末顆粒的粒徑在0. lum-2um之間。進一步地，所述母體材料為高分子材料，選用環氧樹脂、聚烯烴、聚丙烯酸酯類、聚硅氧烷類及其共聚物或共混物中的任意一種。進一步地，所述高介電陶瓷材料選用鈦酸鋇-錫酸鈣和鈦酸鋇-鋯酸鋇系高介電常數鐵電陶瓷、鈦酸鋇-錫酸鉍系介電常數變化率低的鐵電陶瓷、鈦酸鋇-鋯酸鈣-鈮鋯酸鉍和鈦酸鋇-錫酸鋇系高壓鐵電陶瓷以及多鈦酸鉍及其與鈦酸鍶等組成的固溶體系低損耗鐵電陶瓷中的任意一種。
進一步地，所述介電常數的粉末顆粒表面上涂覆有活性劑，有機高分子材料通過化學鍵或氫鍵等吸附在表面活性劑上以形成所述核殼結構。進一步地，所述有機高分子材料選用聚苯乙烯(PS)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一種。進一步地，所述介質基板還包括第 二導電箔；所述復合材料位于第一導電箔和第二導電箔之間，其中第一導電箔和第二導電箔選銅、銀或者金中的任意材料制得。一種介質基板的制造方法，所述制造方法包括如下步驟a.將高介電常數陶瓷加工成粉末顆粒；b.將高介電常數陶瓷粉末顆粒表面包裹有機高分子材料，形成核殼結構；c.將上述核殼結構和母體材料溶液按照一定比例進行混合配制成粘度溶液；d.提供第一導電箔，將粘度溶液涂布在第一導電箔上；e.烘干和固化上述粘度溶液。進一步地，所述制造方法還包括如下步驟g.將覆第一導電箔介質基板與第二導電箔壓合。進一步地，所述制造方法b步驟還包括如下步驟在高介電常數陶的粉末顆粒表面上涂覆有活性劑將高介電常數的粉末顆粒表面改性，然后有機高分子材料通過化學鍵或氫鍵等吸附在表面活性劑上。一種介質基板的制造方法，所述制造方法包括如下步驟H.提供高介電常數的粉末顆粒；I.將高介電常數的粉末顆粒表面包裹有機高分子材料，形成核殼結構；J.將上述核殼結構和母體材料溶液按照一定比例進行混合配制成粘度溶液；K.提供第一導電箔，將粘度溶液涂布在第一導電箔上；L.烘干和固化上述粘度溶液。進一步地，所述制造方法還包括如下步驟M.將覆第一導電箔介質基板與第二導電箔壓合。進一步地，所述制造方法I步驟還包括如下步驟在高介電常數的粉末顆粒表面上涂覆有活性劑將高介電常數的粉末顆粒表面改性，然后有機高分子材料通過化學鍵或氫鍵等吸附在表面活性劑上。與相對單純陶瓷粉體加入到高分子母體材料中相比，本發明以高介電陶瓷為核、有機高分子膜為外殼的核殼結構，將上述核殼結構和母體材料溶液按照一定比例進行混合配制成粘度溶液；然后烘干和固化所述粘度溶液使得所述核殼結構無規則離散地分布嵌入在所述母體材料中，這樣形成的復合材料及基于復合材料的介質基板的損耗可降低50%以上。


圖I是本發明的高介電常數、低損耗復合材料一實施方式的示意圖；圖2是本發明的高介電常數、低損耗復合材料另一實施方式的示意圖；圖3為基于圖I所示復合材料加工成單面銅箔的介質基板一實施方式的示意圖；圖4為基于圖I所示復合材料加工成雙面銅箔的介質基板另一實施方式的示意圖；圖5為圖4所示介質基板的介電常數隨高介電常數粉粒占復合材料含量的變化示意圖；圖6為本復合材料中核殼結構形成過程示意圖；圖7為本發明的高介電常數、低損耗復合材料的制造工藝流程圖；圖8為圖4所示介質基板制造的一實施方式工藝流程圖；圖9為圖4所不介質基板制造的另一實施方式工藝流程圖。
具體實施方式

現在詳細參考附圖中描述的實施例。為了全面理解本發明，在以下詳細描述中提到了眾多具體細節。但是本領域技術人員應該理解，本發明可以無需這些具體細節而實現。在其他實施方式中，不詳細描述公知的方法。過程、組件和電路，以免不必要地使實施例模糊。請參考圖1，為本發明高介電常數、低損耗的復合材料一實施方式的示意圖。所述復合材料10包括母體材料101、高介電常數的粉末顆粒103及包裹所述高介電常數的粉末顆粒103的有機高分子材料102。所述高介電常數的粉末顆粒103和有機高分子材料102形成核殼結構11，所述核殼結構11無規則離散地分布嵌入在所述母體材料101中。所述復合材料10在未烘干和固化之前為一定粘度的高分子溶液。所述母體材料10為高分子材料，包括但不限于環氧樹脂、聚烯烴、聚丙烯酸酯類、聚硅氧烷類及其共聚物或共混物。在本實施方式中，通過采用高介電陶瓷材料磨制成所述高介電常數的粉末顆粒103，每一高介電常數的粉末顆粒103的粒徑在0. 05um-4um之間，其中較優選地高介電常數的粉末顆粒103的粒徑0. lum-2um之間。其中高介電陶瓷材料包括但不限于鈦酸鋇-錫酸鈣和鈦酸鋇-鋯酸鋇系高介電常數鐵電陶瓷、鈦酸鋇-錫酸鉍系介電常數變化率低的鐵電陶瓷、鈦酸鋇-鋯酸鈣-鈮鋯酸鉍和鈦酸鋇-錫酸鋇系高壓鐵電陶瓷以及多鈦酸鉍及其與鈦酸鍶等組成的固溶體系低損耗鐵電陶瓷等。請參閱圖6，為了使在高介電常數的粉末顆粒103表面形成有機高分子材料102，首先在高介電常數的粉末顆粒103表面上涂覆有活性劑104將高介電常數的粉末顆粒103表面改性，然后有機高分子材料102通過化學鍵或氫鍵等吸附在表面活性劑104上。所述有機高分子材料102可以選用各種與母體材料10不相溶的有機高分子材料，在加工過程中，應該根據不同工藝選擇不同相應的材料。在本實施方式中，有機高分子材料102選用聚苯乙烯(PS)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。請參考圖2，是本發明的高介電常數、低損耗復合材料另一實施方式的示意圖。所述核殼結構11離散且均勻地分布嵌入在所述母體材料101中。所述復合材料10在未烘干和固化之前為一定粘度的高分子溶液。請參考圖3，為基于所述復合材料加工成介質基板一實施方式的示意圖。所述介質基板8包括一導電箔13和依附于所述導電箔13上的復合材料10。在本實施方式中,所述導電箔13優選銅箔。在其他實施方式中，所述導電箔13選擇銀箔或者金箔。請參考圖4，為基于所述復合材料加工成介質基板另一實施方式的示意圖。所述介質基板8包括第一導電箔11、第二導電箔13和夾于所述10。在本實施方式中,所述第一導電箔11和第二導電箔13優選銅箔。在其他實施方式中,所述第一導電箔11和第二導電箔13銀箔或金箔。進一步參考圖5，為圖4所示介質基板的介電常數隨高介電常數的粉末顆粒103整個復合材料中含量的變化。很明顯地，隨著高介電常數的粉末顆粒103比例增加，其介質基板9的介電常數逐漸增加。其中當高介電常數的粉末顆粒103比例未整個復合材料10的5%時，介質基板9的介電常數大約為3. 4左右；當高介電常數的粉末顆粒103比例未整個復合材料10的10%，介質基板9的介電常數大約為4. I左右；當高介電常數的粉末顆粒103比例未整個復合材料10的25%，介質基板9的介電常數大約為6. 4左右；當高介電常數的粉末顆粒103比例未整個復合材料1 0的30%，介質基板9的介電常數達到8. 3左右。由此可見，可以通過提高高介電常數的粉末顆粒103比例以提高介質基板9的介電常數。下面介紹上述高介電常數、低損耗復合材料及基于高介電常數、低損耗復合材料技術制造介質基板請參閱圖7，為本發明的高介電常數、低損耗復合材料的制造工藝流程圖。所述復合材料加工流程如下步驟21 :將高介電常數陶瓷加工成粉末顆粒。在該步驟中，通過將高介電陶瓷材料磨制成所述高介電常數的粉末顆粒，每一高介電常數的粉末顆粒的粒徑在0. 05um-4um之間，其中較優選地高介電常數的粉末顆粒的粒徑0. lum-2um之間。其中高介電陶瓷材料包括但不限于鈦酸鋇-錫酸鈣和鈦酸鋇-鋯酸鋇系高介電常數鐵電陶瓷、鈦酸鋇-錫酸鉍系介電常數變化率低的鐵電陶瓷、鈦酸鋇-鋯酸鈣-鈮鋯酸鉍和鈦酸鋇-錫酸鋇系高壓鐵電陶瓷以及多鈦酸鉍及其與鈦酸鍶等組成的固溶體系低損耗鐵電陶瓷等。步驟23 :將高介電常數陶瓷粉末顆粒表面包裹有機高分子材料，形成核殼結構。在本實施方式中，首先在高介電常數陶的粉末顆粒表面上涂覆有活性劑將高介電常數的粉末顆粒表面改性，然后有機高分子材料通過化學鍵或氫鍵等吸附在表面活性劑上以形成核殼結構。步驟25 :將上述核殼結構和母體材料溶液按照一定比例進行混合配制成粘度溶液。核殼結構和母體材料溶液按照比例進行混合并進行攪拌均勻，使之成為粘度的液體。在本實施方式中，所述母體材料為高分子材料，包括但不限于環氧樹脂、聚烯烴、聚丙烯酸酯類、聚硅氧烷類及其共聚物或共混物，且在未通過烘干或固化手段，所述母體材料液體狀態。步驟27 :烘干和固化上述粘度溶液形成本發明的高介電常數、低損耗的復合材料。在本實施方式中，在烘干、固化過程的溫度控制50 100°C之間；而其烘干、固化采用業界常用方法及設備。請參閱圖8，為本發明介質基板制造的一實施方式工藝流程圖。所述介質基板加工流程如下步驟31 :將高介電常數陶瓷加工成粉末顆粒。在該步驟中，通過將高介電陶瓷材料磨制成所述高介電常數的粉末顆粒，每一高介電常數的粉末顆粒的粒徑在0. 05um-4um之間，其中較優選地高介電常數的粉末顆粒的粒徑0. lum-2um之間。其中高介電陶瓷材料包括但不限于鈦酸鋇-錫酸鈣和鈦酸鋇-鋯酸鋇系高介電常數鐵電陶瓷、鈦酸鋇-錫酸鉍系介電常數變化率低的鐵電陶瓷、鈦酸鋇-鋯酸鈣-鈮鋯酸鉍和鈦酸鋇-錫酸鋇系高壓鐵電陶瓷以及多鈦酸鉍及其與鈦酸鍶等組成的固溶體系低損耗鐵電陶瓷等。步驟33 :將高介電常數陶瓷粉末顆粒表面包裹有機高分子材料，形成核殼結構。在本實施方式中，首先在高介電常數陶的粉末顆粒表面上涂覆有活性劑將高介電常數的粉末顆粒表面改性，然后有機高分子材料通過化學鍵或氫鍵等吸附在表面活性劑上以形成核殼結構。步驟35 :將上述核殼結構和母體材料溶液按照一定比例進行混合配制成粘度溶液。核殼結構和母體材料溶液按照比例進行混合并進行攪拌均勻，使之成為粘度溶液。在本實施方式中，所述母體材料為高分子材料，包括但不限于環氧樹脂、聚烯烴、聚丙烯酸酯類、聚硅氧烷類及其共聚物或共混物，且在未通過烘干或固化手段，所述母體材料液體狀態。
步驟37 :提供第一導電箔，將粘度溶液涂布在第一導電箔上。在本實施方式中，所述第一導電箔11選銅箔，然后業界常用溶液涂布方法及設備將粘度溶液涂布在銅箔一表面上。在其他實施方式中，所述第一導電箔11可選用銀箔或金箔。步驟38 :烘干和固化上述粘度溶液形成單面覆導電箔介質基板。在本實施方式中，在烘干、固化過程的溫度控制50 100°C之間；而其烘干、固化采用業界常用方法及設備。步驟39 :將覆第一導電箔介質基板與第二導電箔壓合,形成雙面覆導電箔的介質基板。所述第一導電箔介質基板指將第一導電箔上復合材料烘干和固化形成單面覆導電箔介質基板。請參閱圖8，為本發明介質基板制造的另一實施方式工藝流程圖。所述介質基板加工流程如下步驟41 :提供高介電常數的粉末顆粒。在該步驟中，高介電常數的粉末顆粒的粒徑在0. 05um-4um之間,其中較優選地高介電常數的粉末顆粒的粒徑0. lum_2um之間。其中高介電常數的粉末顆粒包括但不限于鈦酸鋇-錫酸鈣和鈦酸鋇-鋯酸鋇系高介電常數鐵電陶瓷、鈦酸鋇-錫酸鉍系介電常數變化率低的鐵電陶瓷、鈦酸鋇-鋯酸鈣-鈮鋯酸鉍和鈦酸鋇-錫酸鋇系高壓鐵電陶瓷以及多鈦酸鉍及其與鈦酸鍶等組成的固溶體系低損耗鐵電陶
PU -rf* o步驟43 :將高介電常數陶瓷粉末顆粒表面包裹有機高分子材料，形成核殼結構。在本實施方式中，首先在高介電常數陶的粉末顆粒表面上涂覆有活性劑將高介電常數的粉末顆粒表面改性，然后有機高分子材料通過化學鍵或氫鍵等吸附在表面活性劑上以形成核殼結構。步驟45 :將上述核殼結構和母體材料溶液按照一定比例進行混合配制成粘度溶液。核殼結構和母體材料溶液按照比例進行混合并進行攪拌均勻，使之成為粘度溶液。在本實施方式中，所述母體材料為高分子材料，包括但不限于環氧樹脂、聚烯烴、聚丙烯酸酯類、聚硅氧烷類及其共聚物或共混物，且在未通過烘干或固化手段，所述母體材料液體狀態。步驟47 :提供第一導電箔，將粘度溶液涂布在第一導電箔上。在本實施方式中，所述第一導電箔11選銅箔，然后業界常用溶液涂布方法及設備將粘度溶液涂布在銅箔一表面上。在其他實施方式中，所述第一導電箔11可選用銀箔或金箔。步驟48:烘干和固化上述粘度溶液形成單面覆導電箔介質基板。在本實施方式中，在烘干、固化過程的溫度控制50 100°C之間；而其烘干、固化采用業界常用方法及設備。步驟49 :將覆第一導電箔介質基板與第二導電箔壓合，形成雙面覆導電箔的介質基板。所述覆第一導電箔介質基板指將第一導電箔上復合材料烘干和固化形成單面覆導電箔介質基板。雙面覆導電 箔的介質基板是指將所述覆第一導電箔介質基板與第二導電箔壓合形成雙面覆導電箔的介質基板。通過采用上述高介電常數、低損耗的復合材料加工工藝以及基于上述復合材料，且與相對單純陶瓷粉體加入到高分子母體材料中相比，本發明以高介電陶瓷為核、有機高分子膜為外殼的核殼結構，將上述核殼結構和母體材料溶液按照一定比例進行混合配制成粘度溶液；然后烘干和固化所述粘度溶液使得所述核殼結構無規則離散地分布嵌入在所述母體材料中，這樣形成的復合材料及基于復合材料的介質基板的損耗可降低50%以上。制得介質基板才滿足現有電子設備的需求。上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式

，上述的具體實施方式

僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發明的保護之內。
權利要求
1.一種基于復合材料的介質基板，其特征在于，包括第一導電箔和依附于所述第一導電箔上的復合材料，所述復合材料包括母體材料、高介電常數的粉末顆粒及包裹所述高介電常數的粉末顆粒的有機高分子材料；所述高介電常數的粉末顆粒和有機高分子材料形成核殼結構，所述母體材料和有機高分子材料互不相溶；所述核殼結構無規則離散地分布嵌入在所述母體材料中，其中所述高介電常數的粉末顆粒的粒徑在O. lum-2um之間。
2.根據權利要求I所述的介質基板，其特征在于所述母體材料為高分子材料，選用環氧樹脂、聚烯烴、聚丙烯酸酯類、聚硅氧烷類及其共聚物或共混物中的任意一種。
3.根據權利要求2所述的介質基板，其特征在于所述高介電陶瓷材料選用鈦酸鋇-錫酸鈣和鈦酸鋇-鋯酸鋇系高介電常數鐵電陶瓷、鈦酸鋇-錫酸鉍系介電常數變化率低的鐵電陶瓷、鈦酸鋇-鋯酸鈣-鈮鋯酸鉍和鈦酸鋇-錫酸鋇系高壓鐵電陶瓷以及多鈦酸鉍及其與鈦酸鍶等組成的固溶體系低損耗鐵電陶瓷中的任意一種。
4.根據權利要求3所述的介質基板，其特征在于所述介電常數的粉末顆粒表面上涂覆有活性劑，有機高分子材料通過化學鍵或氫鍵等吸附在表面活性劑上以形成所述核殼結構。
5.根據權利要求4所述的介質基板，其特征在于所述有機高分子材料選用聚苯乙烯(PS)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一種。
6.根據權利要求5所述的復合材料，其特征在于所述介質基板還包括第二導電箔；所述復合材料位于第一導電箔和第二導電箔之間，其中第一導電箔和第二導電箔選銅、銀或者金中的任意材料制得。
7.一種介質基板的制造方法，其特征在于所述制造方法包括如下步驟 a.將高介電常數陶瓷加工成粉末顆粒； b.將高介電常數陶瓷粉末顆粒表面包裹有機高分子材料，形成核殼結構； c.將上述核殼結構和母體材料溶液按照一定比例進行混合配制成粘度溶液； d.提供第一導電箔，將粘度溶液涂布在第一導電箔上； e.烘干和固化上述粘度溶液。
8.根據權利要求7所述的制造方法，其特征在于所述制造方法還包括如下步驟 g.將覆第一導電箔介質基板與第二導電箔壓合。
9.根據權利要求7或8所述的制造方法，其特征在于所述制造方法b步驟還包括如下步驟 在高介電常數陶的粉末顆粒表面上涂覆有活性劑將高介電常數的粉末顆粒表面改性，然后有機高分子材料通過化學鍵或氫鍵等吸附在表面活性劑上。
10.一種介質基板的制造方法，其特征在于所述制造方法包括如下步驟 H.提供高介電常數的粉末顆粒； I.將高介電常數的粉末顆粒表面包裹有機高分子材料，形成核殼結構； J.將上述核殼結構和母體材料溶液按照一定比例進行混合配制成粘度溶液； K.提供第一導電箔，將粘度溶液涂布在第一導電箔上； L.烘干和固化上述粘度溶液。
11.根據權利要求10所述的制造方法，其特征在于所述制造方法還包括如下步驟 M.將覆第一導電箔介質基板與第二導電箔壓合。
12.根據權利要求10或11所述的制造方法，其特征在于所述制造方法I步驟還包括如下步驟 在高介電常數的粉末顆粒表面上涂覆有活性劑將高介電常數的粉末顆粒表面改性，然后有機高分子材料通過化學鍵或氫鍵等吸附在表面活性劑上。
全文摘要
一種基于復合材料的介質基板包括第一導電箔和依附于所述第一導電箔上的復合材料，復合材料包括母體材料、高介電常數的粉末顆粒及包裹高介電常數的粉末顆粒的有機高分子材料；高介電常數的粉末顆粒和有機高分子材料形成核殼結構，母體材料和有機高分子材料互不相溶；所述核殼結構無規則離散地分布嵌入在所述母體材料中，其中高介電常數的粉末顆粒的粒徑在0.1um-2um之間。高介電陶瓷為核、有機高分子膜為外殼的核殼結構，將上述核殼結構和母體材料溶液按照一定比例進行混合配制成粘度溶液；然后烘干和固化所述粘度溶液使得所述核殼結構無規則離散地分布嵌入在所述母體材料中，這樣形成的復合材料及基于復合材料的介質基板的損耗可降低50%以上。
文檔編號B32B27/04GK102632655SQ20121006889
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月15日 優先權日2012年3月15日
發明者劉若鵬, 徐冠雄, 金曦 申請人:深圳光啟創新技術有限公司