专利名称：氟系复合材料板的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种氟系复合材料板的制造方法，特别涉及一种运用将氟系高分子悬浮液与陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者混合的强化材料相混合胶化的制程的氟系复合材料板的制造方法。
为了简化制程、缩短制程时间，一种较佳的氟系复合材料电路基板的制法如美国专利第4,335,180中所公开的一种微波电路板的制作方法，其是先将作为增强填充物的陶瓷粉末与四氟乙烯悬浮液混合均匀，并加入聚1，2-亚乙基亚胺(polyethyleneimine，PEI)作为缩短四氟乙烯悬浮液胶化时间的添加剂。将上述混合物不停搅拌使之混合均匀与逐渐胶化。再将该胶化后的混合物中多余的溶液除去，并加入二丙二醇(dipropylene glycol，DPG)为加工助剂后成型为板状，再经烧结后即获得一复合材料板。在此制造方法中，因使用PEI而能加快四氟乙烯在悬浮液中的凝聚而缩短胶化时间。此方法虽能使该四氟乙烯悬浮液的胶化时间相当程度地缩短，但相对于理想要求，还存在胶化时间过长的问题并且仍需要花时间除去PEI。
另外，美国专利第5,358,7751中所公开的方法是在陶瓷粉末表面被覆偶联剂后，与聚四氟乙烯悬浮液混合均匀，并加入稀盐酸作为胶化加速剂。并加入DPG为加工助剂，然后不停摇动使之混合均匀并逐渐胶化。接着将胶化后的混合物形成所需板材规格，经过烧结后即为一复合材料基板。此方法虽然解决了胶化时间过长的问题，但在制造过程中添加了盐酸，而会有氯残留，因而限制了该复合材料基板的用途。
因此，仍有需要提出一种新的复合材料板的制造方法，以解决现有方法中胶化时间过长的问题。
为达到上述目的，本发明的氟系复合材料板的制造方法至少包含下列步骤将一陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料、一可与水互溶的有机溶剂以及一氟系高分子材料悬浮液相混合而得到一混合物；将该混合物中的各成分均匀分散直到氟系高分子材料与陶瓷粉末凝聚；将该混合物中多余的有机溶剂与水分除去；将该混合物成型为所需的形状；以及烧结该混合物而获得复合材料板。
本发明是在将一陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料与一氟系高分子材料悬浮液混合的过程中，通过添加适当比例的可与水互溶的有机溶剂，以加快该氟系高分子材料与陶瓷粉末产生凝聚现象，缩短胶化时间。在将该陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料、氟系高分子材料悬浮液以及有机溶液相混合的步骤中，可同时混入适量的水，通过控制上述混合步骤所获得的混合物中该有机溶剂与水的适当比例，可控制该混合物的胶化时间由原来(不添加该有机溶剂的制程)的三小时缩短至十分钟以内。通过控制该混合物中有机溶剂与水的适当比例，可在加快胶化速度的同时并能保持有足够的时间供该混合物中的各成分的均匀混合。
由上可知，本发明的一种氟系高分子复合材料板的制造方法，其可包含下列步骤将做为增强填充材料的陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料、可与水互溶的有机溶剂以及氟系高分子材料悬浮液(例如PTFE)相混合而得到一混合物；以强力震动或搅拌将该混合物中的各成分均匀分散，直到该氟系高分子材料与陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料产生凝聚；利用加热烘干方式将该混合物中多余的有机溶剂与水分除去；利用压延方式将该混合物成型为所需的形状；以及，烧结该混合物而获得复合材料板。
其中所述有机溶剂可为异丙醇(IPA)或其它可与水互溶的醇类、酮类或其混合溶液。所述陶瓷粉末或玻璃纤维可为二氧化硅或由其它合适的一种陶瓷材料或多种陶瓷材料所组成。而在将该陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料、可与水互溶的有机溶剂以及氟系高分子材料悬浮液相混合的步骤中，将该混合物中所含的有机溶剂与水控制在适当的比例，例如有机溶剂占全部混合物成分总重量的5～10％，而水占全部混合物成分总重量的10～30％。如此可使该混合物的胶化时间控制在十分钟以下，但又不致使该胶化时间过快。并且在上述的混合步骤中，可视需要额外混入适量的水，较佳来说，可将该适量的水、有机溶剂以及陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料先均匀混合，然后再将该氟系高分子材料悬浮液混入。该陶瓷粉末或玻璃纤维或两者的混合物在混合前可预先在其表面镀上一层偶联剂，该偶联剂可为硅烷类、锆类、钛类、氟类或其任意的组合。根据本发明，并可将该陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料的被覆偶联剂过程与该混合物的混合步骤结合在一起，如此可省去传统的偶联剂被覆过程中烘干除去偶联剂溶液的步骤，使制造过程简化，提高生产效率。
图1为根据本发明的一种氟系复合材料板的制造方法的流程图；图2为根据本发明的一种将偶联剂被覆过程的材料混合方式的流程图。
首先进行材料混合的步骤20，将二氧化硅粉末、异丙醇以及聚四氟乙烯悬浮液依预先调配的适当重量比例加以混合以获得一混合物。该二氧化硅粉末作为增强填充材料，一方面用以增强复合材料板，另一方则可调整复合材料板的热膨胀系数与介电特性。由于二氧化硅的介电常数相当高(约为6)，一般需将复合材料板中二氧化硅的含量控制在占该复合材料板重量的55wt％～85wt％，以获得一高刚性、低介电常数(低于3.5)、低消散因子(低于0.003)的复合材料板。该聚四氟乙烯悬浮液由含有表面活性剂的水溶液、以及分散在该水溶液中的聚四氟乙烯粉末所组成，其中聚四氟乙烯作为复合材料板的底材。根据本发明，IPA是作为一种胶化加速剂，添加IPA的目的在于破坏该PTFE悬浮液中表面活性剂的平衡，使该PTFE与二氧化硅粉末加速产生凝聚现象，缩短该混合物的胶化时间。为了使胶化时间尽量缩短(例如，十分钟内)但又不致于太快而影响到该混合物中各成分(例如该二氧化硅粉末)的均匀分散，于是需要将该混合物中所含的IPA与水的比例加以适当控制，以免胶化速度过快。一般可将IPA控制在占混合物总重量的5～10％，而水占混合物总重量的10～30％，如此可获得较佳的胶化时间。为了调整IPA与水的适当比例，可在上述混合过程中额外混入适量的水。较佳来说，可先将该适量的水、二氧化硅粉末以及IPA先均匀混合，然后再将该PTFE悬浮液混入。根据本发明，该二氧化硅粉末表面可预先镀好一偶联剂(例如，硅烷)，当然也可不镀该偶联剂。该偶联剂的作用是用以增强复合材料板中二氧化硅粉末与PTFE底材之间的结合力。
本实施例在上述步骤中，虽然以二氧化硅粉末、IPA以及PTFE悬浮液为例加以说明，但根据本发明，该陶瓷粉末或玻璃纤维也可为由其它单一或多种合适的陶瓷材料或玻璃纤维所组成。而该IPA也可用其它可与水互溶的有机溶剂所取代，例如可与水互溶的酮类、醇类或其混合液。而该PTFE也可用其它氟系高分子材料来取代，或掺混其它高分子材料。而该陶瓷粉末除了用可镀硅烷作为偶联剂外，也可镀其它硅烷类、锆类、钛类、氟类或其任意组成的偶联剂。
在完成上述材料混合的步骤后，接着将该混合物中的各成分均匀分散直到PTFE与二氧化硅粉末凝聚(步骤30)。可利用强力搅拌或摇晃震荡使该混合物中的二氧化硅粉末以及PTFE均匀分散，直到该混合物胶化。然后，可进行利用加热烘干步骤40或其它方式将该混合物中多余的有机溶剂与水除去。例如，以130℃加热烘烤3小时来将多余的溶剂去除。然后将该混合物成型为所需的形状50，例如，利用压延方式在120℃温度下，将该混合物压成片状的板材。接着，将成型后的混合物进行烧结(步骤60)，例如，以360℃的烧结温度持温40分钟进行烧结。
根据本发明，可在上述混合的步骤20中，同时加入适量的流动助剂，例如DPG或其它合适的油类，如此有助于使后来的加工成型步骤50更为容易进行。该流动助剂也可先不添加，而是在完成该烘干的步骤40中加入该混合物中。
另外，根据本发明，也可将在陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料上被覆偶联剂的过程与上述混合步骤20相整合。如此，可省去传统的偶联剂被覆过程中必须将残留的偶联剂溶液烘干除去的步骤，而有利于使制造过程简化以提高生产效率。该方法是在进行材料混合的过程中，先将含有偶联剂的有机溶液或水溶液与陶瓷粉末相混合，使该偶联剂附着于陶瓷粉末表面而完成被覆的步骤。然后不经过烘干即直接进行后续的溶剂以及氟系高分子材料悬浮液的混合步骤。
图2为一种整合被覆偶联剂步骤的混合方式流程图。可先进行调配偶联剂溶液的步骤201，将一偶联剂，例如Dow Corning公司生产的Z6024或Z6020硅烷偶联剂，与适量的IPA或水均匀混合并静置6小时后备用。并可在上述偶联剂溶液中加入适量的酸以调整其酸碱值。
接着进行被覆步骤202，将二氧化硅粉末与一种(或一种以上)该偶联剂溶液相混合，并可同时再混入更多的IPA或水以调节该偶联剂溶液的浓度。在一稍高的温度(例如70℃)下搅拌一段时间，例如30分钟，使该偶联剂附着于陶瓷粉末表面。接着，进行PTFE悬浮液混入的步骤203，在此步骤中先依照该偶联剂溶液的组成，另外再添加适量的水或IPA并均匀混合后，再将PTFE悬浮液一同混入，其中再添加适量的水或IPA的目的在于使最后所得到的混合物中所含的IPA与水达到适当的比例。于是即完成材料混合的步骤，然后进行搅拌直至该PTFE与二氧化硅粉末凝聚。
表1
如表1所示，为A、B、C、D2四种试片所测得的各项性质的数据表。各试片的材料混合方式与配方如下。
A试片(a)Dow Corning Z6124(8g)+IPA(190g)+水(10g)+酸(使PH值为4.5-5.5)，磁石搅拌均匀后静置6小时；(b)Dow Corning Z6020(4g)+IPA(9.5g)+水(0.5g)，磁石搅拌均匀后静置6小时后加入IPA(66g)；将(a)104g+(b)20g+IPA(100g)+二氧化硅(500g)，在70℃时搅拌30分钟后，加入400g水；将前项混合物135g(二氧化硅60g)与PTFE60wt％乳液66.67g(PTFE40g)混合搅拌至凝聚。
B试片二氧化硅600g，PTFE60wt％水溶液666.67g(其中含有PTFE 400g)，混合后摇动至凝聚。
C试片Dow Corning Z6020(10g)+水(25g)磁石搅拌均匀后静置6小时后，加入830g水与1000g二氧化硅在70℃时搅拌30分钟，然后加入IPA410g混合均匀；将前项混合物与PTFE60wt％乳液1111.12g(其中含PTFE 666.67g)混合搅拌至凝聚。
D2试片(a)Dow Corning Z6124(8g)+IPA(190g)+水(10g)+酸(使PH值为4.5-5.5)，磁石搅拌均匀后静置6小时；(b)Dow corning Z6020(4g)+IPA(9.5g)+水(0.5g)，磁石搅拌均匀后，静置6小时后加入IPA(66g)；将(a)104g+(b)20g+IPA(100g)+二氧化硅(500g)在70℃时搅拌30分钟后，过滤溶剂后以IPA清洗二氧化硅，进烘箱于130℃烘约3小时，以粉碎机粉碎后过筛选择所需粉末颗粒；将二氧化硅600g与PTFE乳液(60wt％)，混合后搅动至凝聚。
由表1中的数据可得知，根据本发明的方法所制成的复合材料板试片(试片A、C)不论在介电性质或刚性方面都符合高频高路基板的性质要求，与传统方式所制成的复合材料板试片(试片B、C)相比，本发明不但可达到品质要求，更同时具有缩短制造过程的时间、高生产效率的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明，熟悉该项技术的技术人员在不脱离本发明的精神下，所做的任何等效变化与润饰，均应包含于本发明的范围之内。
权利要求
1.一种氟系复合材料板的制造方法，其至少包含下列步骤-将一陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料、一可与水互溶的有机溶剂以及一氟系高分子材料悬浮液相混合而得到一混合物；-将该混合物中的各成分均匀分散直到氟系高分子材料与陶瓷粉末凝聚；-将该混合物中多余的有机溶剂与水分除去；-将该混合物成型为所需的形状；以及-烧结该混合物而获得复合材料板。
2.如权利要求1所述的氟系复合材料板的制造方法，其中在所述将一陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料、一可与水互溶的有机溶剂以及一氟系高分子材料悬浮液相混合的步骤中，进一步包括将适量的水混入。
3.如权利要求2所述的氟系复合材料板的制造方法，其中在所述陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料、可与水互溶的有机溶剂、适量的水以及氟系高分子材料悬浮液相混合的步骤中，该可与水互溶的有机溶剂占全部混合物成分总重量的5～10％，而水占全部混合物成分总重量的10～30％。
4.如权利要求3所述的氟系复合材料板的制造方法，其是先将所述陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料、有机溶剂以及适量的水均匀混合后，再将所述氟系高分子材料悬浮液混入。
5.如权利要求4所述的氟系复合材料板的制造方法，其进一步包括在所述陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料上镀上一层偶联剂的步骤。
6.如权利要求5所述的氟系复合材料板的制造方法，其中所述偶联剂选自由硅烷类、锆类、钛类、氟类偶联剂所组成的族群中的任何一种。
7.如权利要求5所述的氟系复合材料板的制造方法，其中所述在陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料上镀上一层偶联剂的步骤，是将一含有该偶联剂的水溶液与陶瓷粉末或玻璃纤维或两者的混合材料以及水先混合，而使该偶联剂附着于陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料的表面。
8.如权利要求5所述的氟系复合材料板的制造方法，其中所述在陶瓷粉末或玻璃纤维或两者的混合材料上镀上一层偶联剂的步骤，是将一含有该偶联剂的有机溶液与陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料以及有机溶剂先混合，而使该偶联剂附着于陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料的表面。
9.如权利要求1所述的氟系复合材料板的制造方法，所述陶瓷粉末或玻璃纤维或该两者的混合材料预先镀有一层偶联剂。
10.如权利要求9所述的氟系复合材料板的制造方法，其中所述偶联剂选自由硅烷类、锆类、钛类、氟类偶联剂所组成的族群中的任何一种。
11.如权利要求1所述的氟系复合材料板的制造方法，其中所述有机溶剂选自可与水互溶的醇类或酮类所组成的族群中的任何一种。
12.如权利要求11所述的氟系复合材料板的制造方法，其中所述可与水互溶的有机溶剂为异丙醇。
13.如权利要求1所述的氟系复合材料板的制造方法，其中所述氟系高分子材料为聚四氟乙烯。
14.如权利要求1所述的氟系复合材料板的制造方法，其进一步包括在该混合物中加入流动助剂的步骤。
15.如权利要求14所述的氟系复合材料板的制造方法，其中所述流动助剂为油类。
16.如权利要求1所述的氟系复合材料板的制造方法所制备的氟系复合材料板。
17.权利要求16所述的氟系复合材料板在制备电路基板方面的用途。
全文摘要
本发明涉及一种氟系高分子复合材料板的制造方法，它是在陶瓷粉末或玻璃纤维或该二者的混合材料与氟系高分子材料悬浮液混合的过程中，通过添加适当比例的可与水互溶的有机溶剂，以加快该氟系高分子材料与陶瓷粉末或玻璃纤维或该二者的混合材料产生凝聚现象，缩短胶化时间，在将该陶瓷粉末或玻璃纤维或该二者的混合材料、氟系高分子材料悬浮液以及有机溶液相混合的过程中，可同时混入适量的水，通过控制混合物中该有机溶剂与水的适当比例，可在加快胶化速度的同时并能保持有足够的时间以使该混合物中的各成分能均匀混合。该制造方法具有制程时间短、生产效率高的特点。
文档编号B32B27/00GK1403253SQ0113119
公开日2003年3月19日 申请日期2001年9月6日 优先权日2001年9月6日
发明者王先毅, 陈永志, 郑龙正, 黄仕颖 申请人:财团法人工业技术研究院