[发明专利]微波介质陶瓷粉填充氟树脂中间介质层及其制备方法

说明书

一种微波介质陶瓷粉填充氟树脂中间介质层，以所述中间介质层的总质量为基准计，包括如下组分及质量百分含量：氟树脂20~45wt%；微波介质陶瓷粉填料40~75wt%；无机补强填料5~15wt%。本发明中的中间介质层及其制备方法中提供的介质层具有高介电常数、低损耗、低热膨胀系数、以及高的微波介质陶瓷粉含量，满足在10GHz频率及以上高频微波传输线路中作为介质材料的条件，具有较高应用价值。

技术领域

本发明涉及10GHz频率及以上高频微波传输线路介质材料及加工领域，具体涉及一种微波介质陶瓷粉填充氟树脂高频基材及成型方法。

背景技术

伴随物联网的兴起和移动互联网内容的日渐丰富，尤其海量数据云端到客户端的储存、传输，高清视频的实时传送，对移动通信网络的传输速率提出更高的要求，第五代(5G)无线移动通信技术应运而生并得到快速发展。同时，5G也将渗透到其他各种行业领域，与工业设施、医疗仪器、车联网等深度融合，有效满足工业、医疗、交通等行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。高频段毫米波在5G通信中具有显著的优势，如足够的带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益等。美国联邦通信委员会(FCC)规划用于5G的4个高频段包括3个授权频段(28GHz、37GHz和39GHz频段)和1个未授权频段(64GHz～71GHz频段)等，但是寻找这些频段内性能卓越且价格合理的印刷电路板(PCB)材料是一个巨大的挑战。

5G技术要求更小型化的基站设备，天线的尺寸小型化，更低的插入损耗包括(介质损耗、导体损耗)，高可靠性。这对高频高速电路板基材提出了较高的要求：(1)介电常数(Dk)：天线的尺寸小型化要求高介电介电常数而且很稳定，有极低的介电常数温度系数(TDk)(2)介质损耗(Df)必须小，介质损耗越小使信号损耗也越小。(3)与铜箔的热膨胀系数尽量一致，电路板经过高温时因材料与铜的热膨胀系数不同而发生不同的膨胀导致PTH(PlatedThrough Hole)过孔的可靠性失效。

目前用于高频PCB板的基材是主要聚四氟乙烯(PTFE)通过各种形式的玻璃纤维布浸渍加固增强。由于PTFE是一种非极性热塑性材料，具有极低的介电常数，较小的损耗介质损耗，低于1×10-3，因此PTFE是高频基材主流的电介质材料，但PTFE材料的Z轴热膨胀系数(CTE)比铜高出一个数量级，降低PTFE基材Z轴膨胀系数的方法主要有填充极低热膨胀系数的陶瓷粉，通过分子间物理交联作用限制PTFE分子链在热应力下的运动能力，或者通过成型工艺使是使陶瓷颗粒在PTFE有机相沿Z轴方向取向排列，减弱材料的变形能力从而实现降低热膨胀系数，但是现有玻璃纤维浸渍PTFE技术，无机填料填充充量很低，而玻璃布增强只在水平X轴和Y轴方向规则排列，在Z轴方向无任何补强作用，而且成型工艺单一，很难改善基材的Z轴膨胀系数；由于PTFE极低的介电常数，现有玻璃布浸渍技术限制于其成熟工艺设定，陶瓷粉填充量有限，玻璃纤维布浸渍PTFE可以做到低介电常数基材，但是含高填充量陶瓷粉填充PTFE的高介电常数基材目前国内该产品和技术基本空白，很难满足未来5G技术线路板尺寸小型化需求。

其次现有的高填充量无机粒子改性PTFE技术主难点在于如何高度均匀将无机粒子分散在PTFE氟树脂有机相中，改善无机相和有机相的界面结合。国内现有的干法分散方法主要通过机械高速搅拌，分散后的复合材料成型后介电损耗较高，引起较高的插入损耗，导致信号衰减，很难满足高频线路传输要求；湿法分散方法主要是将无机粒子加入PTFE浓缩分散液通过机械搅拌或者超声作用防止粒子间团聚、沉降，其分散后复合材料介电损耗很低，但是现有浸渍工艺限制了其填充量，很难满足高介电常数和小型化要求；国外已授权专利US4335180是目前欧美主流的一种高填充含量的PTFE基材加工技术，但是其工艺过程复杂，混合好的浆料需要通过絮凝剂沉降出来，加工过程中产生大量废水，难以满足日益严格的环保要求，另外，在絮凝过程中需要机械搅拌，造成氟树脂的部分纤维化，很容易造成最终产品内部应力，影响产品合格率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可以实现高介电常数、低损耗、低热膨胀系数的高含量微波介质陶瓷粉填充氟树脂介质层和成型方法，以克服上述技术难点。