[发明专利]改性PTFE复合介质材料、制备方法及其用途

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种改性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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明提供一种改性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。