制造微波基板的方法

文档序号:4427376阅读:177来源:国知局
专利名称:制造微波基板的方法
技术领域
本发明涉及一种制造微波基板的方法,特别涉及一种以溶凝胶法来制造微波基板的方法。
背景技术
目前工业上使用的微波基板可依材料而大致分为聚四氟乙烯基板(polytetrafluoroethylene,PTFE)、聚酯基板(polyester,PET)与玻璃环氧树脂基板(FR4)。其中又以聚四氟乙烯基板所涵盖的频谱范围最广。传统的聚四氟乙烯基板是利用聚四氟乙烯与填料(如陶瓷粉末或玻璃纤维)经特殊混练与高温烧结步骤而制成的,而在目前的聚四氟乙烯复合物技术中,又以聚四氟乙烯-陶瓷复合材料的制作技术最为成熟。
一种公知的制造聚四氟乙烯-陶瓷复合基板的方法是先将作为填料的陶瓷粉末与耦合剂反应,以对陶瓷粉末颗粒的表面进行处理,以使陶瓷粉末能与聚四氟乙烯紧密结合。随后,将处理过的陶瓷粉末与聚四氟乙烯混合,并加入适当的润滑剂,在高温状态下进行长时间的混练与碾辗,再以极高的压力来挤压聚四氟乙烯与陶瓷粉末的混合物,得到无方向性的聚四氟乙烯-陶瓷复合物。最后,将获得的聚四氟乙烯-陶瓷复合物经高温烧结制成聚四氟乙烯-陶瓷复合基板,并随后与铜箔层压而制成微波基板。
然而上述的传统制造方法具有一些缺点其一、陶瓷粉末颗粒的表面需经复杂的表面处理,才能与聚四氟乙烯的粉末或乳化物混合;其二、在陶瓷粉末与聚四氟乙烯的高温混练与碾辗的步骤中所需要的塑性加工设备非常昂贵;其三、随着作为填料的陶瓷粉末相对于聚四氟乙烯的重量比例增大或当陶瓷粉末颗粒过小时,其越难达到均匀混练,例如,当所用陶瓷粉末的重量比例超过60%以上时,在混练过程中会发生填料相(陶瓷粉末)之体积分率大于连续相(聚四氟乙烯)之体积分率,从而使得混练动作完全丧失分散的功效。
因此,目前需要一种能取代传统的高温混练、并可有效混合填料与高分子化合物的制造微波基板的方法,以达到节省设备成本与简化制造程序的目的。

发明内容
为了克服现有的微波基板制造方法制造程序复杂、设备昂贵和混练易不均的不足,本发明提供一种制造微波基板的方法,該方法不但能取代传统方法中复杂的制造步骤、节省昂贵的设备费用,而且所获得的微波基板质量接近或超越利用传统方法制成的产品。即便在高陶瓷混合比例下,本发明的方法仍能够均匀地混合高分子化合物与陶瓷颗粒。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种制造微波基板的方法,包括以下步骤混合烷氧基硅、水、催化剂、醇类与高分子化合物以进行溶凝胶反应(sol-gel reaction),使得烷氧基硅发生水解与缩合反应而形成溶凝胶混合物;利用高压来移除凝胶混合物中的水分与醇类,使凝胶混合物质地密实并压制成指定的形状;去除水与醇类的凝胶混合物再经高温烧结后,混合物中由烷氧基硅所形成的溶凝胶会成为均匀分散在高分子化合物中的小陶瓷颗粒,以制成微波基板。
所述的凝胶混合物的酸碱值范围没有特殊限制,呈酸性即可,优选为介于pH2至pH5之间;所述的水与烷氧基硅的摩尔比优选为介于1∶1至1∶1.3之间;所述的烷氧基硅可为任意一种,优选为四乙氧基硅烷(tetraethylorthosilicate,或tetraethoxysilane,TEOS)或四甲氧基硅烷(tetramethylorthosilicate,或tetramethoxysilane,TMOS),更佳为四乙氧基硅烷。
所述的催化剂优选为酸催化剂,更佳为硝酸、磷酸或醋酸;所述的醇类可为任何常用的醇类,优选为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇;所述的高分子化合物优选为聚四氟乙烯,其使用型态可例如为聚四氟乙烯乳化物或聚四氟乙烯粉末。
在所述的移除凝胶混合物中的水分与醇类的步骤中,用以移除凝胶混合物中之水与醇类的压力可以是高压压力,优选为介于20Mpa至150Mpa之间。在所述的高温步骤中,烧结凝胶混合物的温度优选为介于250℃至450℃之间,更佳为介于280℃至400℃之间。
本发明的有益效果是,先利用化学方法来混合高分子化合物与陶瓷颗粒,以达到更均匀分散高分子化合物与陶瓷粉末粒子的目的。
本发明的另一个有益效果是,利用化学方法来混合陶瓷粉末与高分子化合物,取代了传统方法中繁复的陶瓷粉末表面处理步骤与混练步骤,同时节省时间以及昂贵的混练设备。
本发明更有一有益效果是,所制成的微波基板中之陶瓷粉末颗粒较小,且均匀地分散在高分子化合物中。同时,当陶瓷粉末在微波基材中的使用比例提高时,陶瓷粉末亦可均匀地分散在高分子化合物中,能解决传统方法中陶瓷粉末无法均匀地分散在高分子化合物中的问题。


图1本发明一较佳实施例的流程图。
图2用传统混练法制备出来的微波基板的断面结构图。
图3案根据本发明提供的方法制备出来的微波基板的断面结构图。
具体实施例方式
以下参照附图详细说明本发明提供的制造微波基板的方法。本发明方法利用化学方法混合陶瓷粉末与高分子制备出微波基板,取代了传统方法中繁复的陶瓷粉末表面处理步骤与混练步骤。
如图1所示,为本发明的一较佳实施例的流程图。在步骤100中,将烷氧基硅、水、催化剂、少量醇类、以及高分子化合物(如聚四氟乙烯乳化物或粉末)混合,并使水与烷氧基硅的摩尔比值(molar ratio)介于1∶1至1∶1.3之间,同时将整个混合物的酸碱度调整到呈酸性,优选为pH值介于2至5之间,并在20℃至70℃的温度下进行催化,使烷氧基硅发生溶胶凝胶反应(sol-gel reaction)而形成溶凝胶混合物。
随后在步骤104中,利用约20Mpa至150Mpa或更高的高压来挤压溶凝胶混合物,以排除混合物中的水分与醇类,并使凝胶混合物质地密实地压制成指定的形状。接着在步骤106中,以250℃至450℃,更佳为280℃至400℃的温度来烧结已去除水与醇类的凝胶混合物,而形成结合陶瓷粒子与高分子化合物的复合基板。
利用上述方法制得的陶瓷-高分子复合基板随后可用传统方法黏贴上金属薄片(如铜片),即可制成微波基板。
上述步骤中所使用的烷氧基硅可以是四乙氧基硅烷(TEOS)或四甲氧基正硅烷(TMOS)。而作为催化剂的酸可为磷酸、硝酸或醋酸。醇类可为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。
以下,根据上述本发明所提供的方法提出本发明的优选的具体实施例,同时与传统混练法比较,来说明本发明的实施方法。
实施例1取定量的四乙氧基硅烷溶于适量的乙醇中,并以硝酸作为催化剂将溶液的酸碱值调整至pH=2,以催化溶凝胶反应的进行。溶液中的四乙氧基硅烷在室温下反应而形成溶凝胶溶液,在溶凝胶溶液中加入聚四氟乙烯乳化物与去离子水并混合均匀,形成溶凝胶混合物。将所述的溶凝胶混合物加热至70℃,并在此温度下持续反应6小时。上述混合过程中,水与四乙氧基硅烷的摩尔比为1∶1。
将反应后的溶凝胶混合物以高速粉碎机(high speed milling machine)搅拌,并以规格为150目的筛网(孔径为104μm)过筛,以确保溶凝胶混合物中无任何未均匀混合或未反应的块状颗粒。接着以30Mpa的压力压挤溶凝胶混合物,以排除混合物中的水分与醇类,并使溶凝胶混合物的质地密实。例如可将溶凝胶混合物置于具有活塞的容器中,利用活塞提供高压压力来挤压溶凝胶混合物,以排出混合物中的水分与醇类。
将成形并移除水分与醇类后的溶凝胶混合物置于氮气环境中,再以缓慢升温方式将温度提高至300℃进行烧结,得到本发明第一较佳实施例所得的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此实施例中,是以5℃/min的升温速度将温度提高至300℃后,维持在此温度下烧结溶凝胶混合物3小时,再以缓慢速率降温至室温,以获得本发明第一较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为3.87。
实施例2基本步骤同实施例1,不同之处在于将移除水分与醇类之压力改为50Mpa;烧结温度仍为300。以获得本发明第二较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为3.57。
实施例3基本步骤同实施例1,不同之处在于将移除水分与醇类之压力改为100Mpa,烧结温度仍为300℃。以获得本发明第三较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为3.21。
实施例4基本步骤同实施例1,不同之处在于移除水分与醇类之压力为30Mpa,烧结温度改为320。以获得本发明第四较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯复合基板。此微波基板的介电常数值为3.13。
实施例5基本步骤同实施例1,不同之处在于移除水分与醇类之压力改为50Mpa,烧结温度改为320。以获得本发明第五较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯复合基板。此微波基板的介电常数值为3.07。
实施例6基本步骤同实施例1,不同之处在于移除水分与醇类之压力改为100Mpa,烧结温度改为320。以获得本发明第六较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯复合基板。此微波基板的介电常数值为3.03。
实施例7基本步骤同实施例1,不同之处在于移除水分与醇类之压力为30Mpa,烧结温度改为340。以获得本发明第七较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯复合基板。此微波基板的介电常数值为2.64。
实施例8基本步骤同实施例1,不同之处在于移除水分与醇类之压力改为50Mpa,烧结温度改为340。以获得本发明第八较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯复合基板。此微波基板的介电常数值为2.63。
实施例9基本步骤同实施例1,不同之处在于移除水分与醇类之压力改为100Mpa,烧结温度改为340℃。以获得本发明第九较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯复合基板。此微波基板的介电常数值为2.57。
实施例10
基本步骤同实施例1,不同之处在于移除水分与醇类之压力为30Mpa,烧结温度改为360。以获得本发明第十较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯复合基板。此微波基板的介电常数值为2.43。
实施例11基本步骤同实施例1,不同之处在于移除水分与醇类之压力改为50Mpa,烧结温度改为360℃。以获得本发明第十一较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯复合基板。此微波基板的介电常数值为2.42。
实施例12基本步骤同实施例1,不同之处在于移除水分与醇类之压力为100Mpa,烧结温度改为360℃。以获得本发明第十二较佳实施例的陶瓷-聚四氟乙烯复合基板。此微波基板的介电常数值为2.41。
比较例1将苯基三甲氧基硅烷(phenyltrimethoxysilane)混于异丙醇及去离子水中,使苯基三甲氧基硅烷在室温下进行水解反应6小时。将颗粒直径径约为0.25μm的陶瓷粉末(silica)浸在水解后的苯基三甲氧基硅烷溶液中,在120下反应10分钟。随后在105℃下,利用真空干燥陶瓷粉末24小时,再使用高速粉碎机打散经上述处理的陶瓷粉末,并以规格为150目的筛网(孔径为104μm)过筛,以确保陶瓷粉末能均匀分散,而无任何结集成块状之颗粒。将处理过的陶瓷粉末、聚四氟乙烯乳化物与N-(β-胺基乙酯)-γ-胺基三甲氧丙酯[N-(β-aminoethyl)-γ-aminotrimethoxypropylesterl]依据第4331580号美国专利所提供的方法,在100Mpa压力和340℃的烧结温度下,制备出传统方法的第一比较例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.89。
比较例2依照比较例1的方法,但将压力改为50Mpa,烧结温度为300℃,以获得依据传统方法的第二比较例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.74。
比较例3依照比较例1的方法,但将压力改为100Mpa,烧结温度仍为300℃,以获得依据传统方法的第三比较实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.61。
比较例4依照比较例1的方法,压力为30Mpa,烧结温度改为320℃,以获得第四比较实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.63。
比较例5依照比较例1的方法,压力改为50Mpa,烧结温度改为320℃,以获得第四比较实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.52。
比较例6依照比较例1的方法,压力改为100Mpa,烧结温度改为320℃,以获得第六比较实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.47。
比较例7依照比较例1的方法,压力为30Mpa,但将烧结温度改为340℃,以获得第七比较实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.48。
比较例8依照比较例1的方法,压力改为50Mpa,烧结温度改为340℃,以获得第八比较实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.45。
比较例9依照比较例1的方法,压力改为100Mpa,但将烧结温度改为340℃,以获得第九比较实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.37。
比较例10依照比较例1的方法,压力为30Mpa,但将烧结温度改为360℃,以获得第十比较实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.35。
比较例11依照比较例1的方法,压力改为50Mpa,烧结温度改为360℃,以获得第十一比较实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.35。
比较例12依照比较例1的方法,压力改为100Mpa,烧结温度改为360℃,以获得第十二比较实施例的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板。此微波基板的介电常数值为2.33。
为了进一步说明本发明所提供方法的技术效果,以下比较利用传统混练法的比较实施例与本发明所提供方法的优选实施例所制产品的介电性质分别测量通过本发明实施例1至12与比较例1至12制得的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板的介电常数,结果如表1所示。请参考表1,表示在不同的温度和压力条件下所制得的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板的介电常熟。从表中可以看出,利用本发明所提供的方法制备的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板的介电常数值极为接近传统混练法所制备的微波基板的介电常数值。此外,若提高本发明方法中移除水分与醇类的压力以及烧结温度,可使根据本发明方法所获得的微波基板的介电常数更优于传统方法之微波基板,例如其介电常数可能达到2.3。
表1


观察传统混练法与本发明较佳实施例之产品型态以扫瞄式显微镜来观察在制备条件同为温度360℃、压力100Mpa的情况下,比较例与本发明所提供的实施例所提供的的微波基板断面,如图2和3所示,图2表示传统陶瓷-聚四氟乙烯微波基板的剖面图,图3则表示根据本发明方法所制备的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板的剖面图。相较于传统方法,图3中微波基板的陶瓷颗粒较小,并且均匀分散在聚四氟乙烯中,而图2中的陶瓷颗粒大小则由所使用的陶瓷粉末的粒径米决定,且当陶瓷的重量比例高于60%时,在聚四氟乙烯中的陶瓷颗粒分布非常不均匀。若再进一步提高陶瓷粉末的使用比例时,传统混练法将失去分散陶瓷粉末的能力,而无法获得质地均匀的微波基板,常使得微波基板中不同区块的介电常数值不尽相同。而根据本发明方法所制备的陶瓷-聚四氟乙烯微波基板则可解决以上缺点。
此外,需要特别说明的是,移除凝胶混合物中水与醇类的压力与温度可以比实施例中所示范的值更为提高,压力优选为介于20Mpa至150Mpa之间,温度优选为介于250℃至450℃之间,更佳为介于280℃至400℃之间。
由上述本发明所提供的实施例与传统比较例的比较结果可知,本发明方法能以简单的化学方法来取代传统混练法中耗时的陶瓷颗粒表面处理步骤与复杂的混练过程。同时节省昂贵的混练设备费用,并缩短制备时间。所获得的产品介电性质与利用传统方法制备的产品非常接近或更优。
虽然本发明已通过优选的实施例揭露如上,但其并不构成对本发明所提供方法的限制,本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明的精神和范围内,可以进行各种变动和修改。
权利要求
1.一种制造微波基板的方法,包括如下步骤混合一烷氧基硅、水、一催化剂、一醇类与一高分子化合物以形成一溶凝胶混合物;利用一压力来移除所述的凝胶混合物中的水与醇类;以及烧结所述的除去水与醇类后的凝胶混合物以形成一微波基板。
2.如权利要求1所述的制造微波基板的方法,其特征在于,所述的凝胶混合物的酸碱值呈酸性。
3.如权利要求1所述的制造微波基板的方法,其特征在于,所述的酸碱值范围介于pH=2至pH=5之间。
4.如权利要求1所述的制造微波基板的方法,其特征在于,所述的烷氧基硅为四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷。
5.如权利要求1所述的制造微波基板的方法,其特征在于,所述的水与烷氧基硅的摩尔比为介于1∶1至1∶1.3之间。
6.如权利要求1所述的制造微波基板的方法,其特征在于,所述的催化剂为酸催化剂。
7.如权利要求5所述的制造微波基板的方法,其特征在于,所述的酸催化剂为磷酸、硝酸或醋酸。
8.如权利要求1所述的制造微波基板的方法,其特征在于,所述的醇类为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。
9.如权利要求1所述的制造微波基板的方法,其特征在于,所述的高分子化合物至少包括聚四氟乙烯。
10.如权利要求1所述的制造微波基板的方法,其特征在于,所述的压力为介于20Mpa至150Mpa的高压。
11.如权利要求1所述的制造微波基板的方法,其特征在于,在所述的烧结步骤中的温度范围介于250℃至450℃之间。
12.如权利要求1所述的制造微波基板的方法,其特征在于,在所述的烧结步骤中的温度范围介于280℃至400℃之间。
全文摘要
本发明提供了一种制造微波基板的方法, 利用溶凝胶反应(sol-gel process)来形成陶瓷-高分子复合微波基板。具体步骤是混合一烷氧基硅、水、一催化剂、一醇类与一高分子化合物以形成一溶凝胶混合物;然后利用一压力来移除所述的凝胶混合物中的水与醇类;最后烧结所述的除去水与醇类后的凝胶混合物以形成一微波基板。
文档编号B29C67/02GK1907690SQ20051008916
公开日2007年2月7日 申请日期2005年8月5日 优先权日2005年8月5日
发明者邓拔龙 申请人:仁宝电脑工业股份有限公司
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