一種高頻pcb基板用超低損耗樹脂基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種陶瓷顆粒增強樹脂基復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] Nia5Tia5Nb04作為陶瓷一種新型的微波介質陶瓷，其具有較高的介電常數（約為 57)和較高的品質因數（Qf約為21，000GHz)。是樹脂的良好介電性能調節(jié)劑。氰酸酯樹脂 具有優(yōu)良的力學性能、低吸潮率、優(yōu)異的耐高溫性能、低介電常數和低介電損耗，廣泛應用 于透波材料構件和電子封裝材料領域。
[0003] 在高頻條件下，作為重要的功能元件，PCB板起到結構件、連接件和功能件的多方 面的用途。傳統(tǒng)的PCB材料往往采用環(huán)氧樹脂為基體，玻璃纖維為增強體，這類材料的介電 常數較低，一般情況下小于3。隨著電子產品、通信產品越來越向著高頻化、高速化以及集成 化和小型化方向發(fā)展，要求PCB板具有較高的介電常數，傳統(tǒng)的材料無法滿足要求。為了提 高材料的介電常數，國內外的研宄者們往往選用BaTi03、PZT、SrTi03、CCT0等高介電常數的 陶瓷粉末作為填料，這樣雖然提高了材料的介電常數，但是由于陶瓷填料本身的介電損耗 較高，使得復合材料有較高的介電損耗。更有甚者，一些研宄者往樹脂中添加碳納米管或導 電金屬顆粒來調節(jié)材料的介電常數，這也大大增加了材料的介電損耗。高的介電損耗往往 造成高頻微波電路中信號延遲和失真。
[0004] Nia5Tia5Nb〇Jt為新型微波介質陶瓷，具有優(yōu)良的綜合性能，此外氰酸酯樹脂本 身介電損耗遠低于環(huán)氧樹脂，因此使用Ni a5Tia5他04作為填料，制備出的Ni a5Tia 5Nb04/CE 樹脂基復合材料理論上具有較低的介電損耗。為了提高樹脂中陶瓷相的含量、防止陶瓷 粉末在樹脂中的團聚和沉降，從而造成材料介電性能的惡化和工藝重復性的降低，需要對 陶瓷粉末進行表面修飾，在陶瓷粉體表面形成一層親油基團，提高陶瓷同樹脂之間的浸潤 性。使用硅烷偶聯劑KH550對NiuT^NbC^粉末進行表面修飾，大幅度提高了陶瓷在樹脂 中的分散性和浸潤性。此外根據介電性能的要求，控制可以通過控制叫 5Nb04粉末的 體積分數（〇~45vol% )來調節(jié)材料的介電性能，實現了產品性能系列化開發(fā)。通過此方 法制備的復合材料具有良好的力學性能和機械加工性能，同時也具有較低的吸水率。由于 Ni〇_ 5Ti〇_ 5Nb〇4/CE樹脂基復合材料具有優(yōu)良的綜合性能，有望應用于高頻印刷電路板方面。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明是要解決現有的樹脂基復合材料的介電損耗較高的問題，提供一種高頻 PCB基板用超低損耗樹脂基復合材料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明高頻PCB基板用超低損耗樹脂基復合材料按體積分數由10 %~45 %的經 狃550表面修飾的附(|.5!1(|.5他0 4陶瓷粉末和55%~90%的雙酚六型氰酸酯樹脂制成。
[0007] 上述高頻PCB基板用超低損耗樹脂基復合材料的制備方法，按以下步驟進行：
[0008] 一、首先稱取50g(|.511(|.5他0 4陶瓷粉末，加入200mL的去離子水和200mL的無水 乙醇，以KH550作為分散劑，使用氨水將pH值調至9~10,使用磁力攪拌器攪拌，攪拌速度 為1000r/min，攪拌30min后超聲震蕩20min，得到NiQ.5TiQ. 5Nb04陶瓷粉末的懸濁液；
[0009] 二、將Nia5TiQ. 5他04陶瓷粉末的懸濁液放入60°C的恒溫水浴中保溫4h以上，將懸 濁液進行抽濾，得到的固體用無水乙醇清洗3~4次，置于100°C的干燥箱中干燥24h后研 磨過篩，得到經KH550表面修飾的Nia5Tia5Nb04陶瓷粉末；
[0010] 三、稱取經KH550表面修飾的瓷粉末和雙酚A型氰酸酯樹脂單體， 放入圓底燒瓶中，置于160°C的油浴中持續(xù)攪拌0. 5~1. 5h，得混合物；
[0011] 四、將上述混合物倒入預熱的模具中，在130°C的真空烘箱內抽真空除泡30min， 除泡后依次在160°C下固化0. 5~1. 5h，180°C固化4h，200°C固化lh，245°C固化3h，固化過 后隨爐冷卻至室溫后脫模，即得到NiuTiuNbCVtE樹脂基復合材料。
[0012] 本發(fā)明的復合材料由微波介質陶瓷NiJiuNbO^末和具有優(yōu)良介電性能的雙 酚A型氰酸酯樹脂制備而成，陶瓷相在樹脂中均勻分布，兩相浸潤性良好，材料的吸潮率低 且具有優(yōu)良的力/熱/電綜合性能。
[0013] 本發(fā)明的高頻PCB基板用超低損耗樹脂基復合材料具有優(yōu)良的介電性能，其介 電常數連續(xù)可調，其介電常數介于3. 01至13. 28,介電損耗處于4. 7 X 10_3至7 X 10_3之間 (9060MHz)，比傳統(tǒng)的陶瓷/樹脂基復合材料低了一個數量級。
[0014] 本發(fā)明的材料具有優(yōu)良的機械加工性能和較低的吸水率，其三點抗彎強度可達 185MPa，斷裂韌性最高可達2. 53MPam1/2。，吸水率低于0. 014g/cm3。
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1中的粉末表面修飾前后的紅外光譜；
[0016] 圖2為實施例2中NiQ.5TiQ.5Nb0 4/CE復合材料的掃描圖像；
[0017] 圖3為實施例2中使用的陶瓷粉末未經KH550表面修飾NiQ.5TiQ.5Nb0 4/CE復合材 料的掃描圖像；
[0018] 圖4為NiQ.5TiQ.5Nb0 4/CE樹脂基復合材料介電常數隨陶瓷含量的變化；
[0019] 圖5為NiQ.5TiQ. 5Nb04/CE樹脂基復合材料介電損耗隨陶瓷含量的變化。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的 任意組合。
【具體實施方式】 [0021] 一：本實施方式高頻PCB基板用超低損耗樹脂基復合材料按體積分 數由10%~45%的經KH550表面修飾的Nia 5Tia5Nb04陶瓷粉末和55%~90%的雙酚A型 氰酸酯樹脂制成。
[0022] 該復合材料具有較高的介電常數，介電損耗與傳統(tǒng)的陶瓷/樹脂基復合材料相比 降低了一個數量級。材料具有優(yōu)異的加工性能，在高頻印刷電路基板方面有廣闊的應用前 景。
【具體實施方式】 [0023] 二：本實施方式與一不同的是：本實施方式高頻PCB 基板用超低損耗樹脂基復合材料按體積分數由10 %的經KH550表面修飾的Nia5Tia5他04陶 瓷粉末和90 %的雙酚A型氰酸酯樹脂制成。
【具體實施方式】 [0024] 三：本實施方式與一不同的是：本實施方式高頻PCB 基板用超低損耗樹脂基復合材料按體積分數由20 %的經KH550表面修飾的Nia5Tia5他04陶 瓷粉末和80 %的雙酚A型氰酸酯樹脂制成。
【具體實施方式】 [0025] 四：本實施方式與一不同的是：本實施方式高頻PCB 基板用超低損耗樹脂基復合材料按體積分數由30 %的經KH550表面修飾的Nia5Tia5他04陶 瓷粉末和70 %的雙酚A型氰酸酯樹脂制成。
【具體實施方式】 [0026] 五：本實施方式與一不同的是：本實施方式高頻PCB 基板用超低損耗樹脂基復合材料按體積分數由40 %的經KH550表面修飾的Nia5Tia5他04陶 瓷粉末和60 %的雙酚A型氰酸酯樹脂制成。
【具體實施方式】 [0027] 六：本實施方式與一不同的是：本實施方式高頻PCB 基板用超低損耗樹脂基復合材料按體積分數由45 %的經KH550表面修飾的Nia5Tia5他04陶 瓷粉末和55 %的雙酚A型氰酸酯樹脂制成。
【具體實施方式】 [0028] 七：本實施方式高頻PCB基板用超低損耗樹脂基復合材料的制備方 法，按以下步驟進行：
[0029] 一、首先稱取50gNia5Tia5NbO^瓷粉末，加入200mL的去離子水和200mL的無水 乙醇，以KH550作為分散劑，使用氨水將pH值調至9~10,使用磁力攪拌器攪拌，攪拌速度 為1000r/min，攪拌30min后超聲震蕩20min，得到NiQ.5TiQ. 5Nb04陶瓷粉末的懸濁液；
[0030] 二、將Nia5TiQ. 5他04陶瓷粉末的懸濁液放入60°C的恒溫水浴中保溫4h以上，將懸 濁液進行抽濾，得到的固體用無水乙醇清洗3~4次，置于100°C的干燥箱中干燥24h后研 磨過篩，得到經KH550表面修飾的Nia5Tia5Nb04陶瓷粉末；
[0031] 三、稱取經KH550表面修飾的瓷粉末和雙酚A型氰酸酯樹脂單體， 放入圓底燒瓶中，置于160°C的油浴中持續(xù)攪拌0. 5~1. 5h，得混合物；
[0032] 四、將上述混合物倒入預熱的模具中，在130°C的真空烘箱內抽真空除泡30min， 除泡后依次在160°C下固化0. 5~1. 5h，180°C固化4h，200°C固化lh，245°C固化3h，固化過 后隨爐冷卻至室溫后脫模，即得到NiuTiuNbCVtE樹脂基復合材料。
[0033] 本方法首先要解決陶瓷相在樹脂中的分散問題，即改善陶瓷同樹脂之間的浸潤 性，需要對陶瓷粉末進行表面修飾。
【具體實施方式】 [0034] 八：本實施方式與七不同的是：步驟一中KH550的質 量為陶瓷粉末質量的〇. 5%~2%。其它與七相同。
【具體實施方式】 [0035] 九：本實施方式與七或八不同的是：步驟一中KH550 的質量為陶瓷粉末質量的1%~1. 5%。其它與七或八相同。
【具體實施方式】 [0036] 十：本實施方式與七至九之一不同的是：步驟三中 Nia5Tia5Nb04陶瓷粉末的體積占總體積的10 %~45 %，雙酚A型氰酸酯樹脂單體的體積占 總體積的55%~90%。其它與七至九之一相同。
[0037] 為驗證本發(fā)明的有益效果，進行以下實驗：
[0038] 實施例1 :
[0039] 本實施例高頻PCB基板用超低損耗樹脂基復合材料的制備方法，按以下步驟進 行：
[0040] 一、首先稱取50g(|.511