專利名稱：氟系復(fù)合材料板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氟系復(fù)合材料板的制造方法，特別涉及一種運用將氟系高分子懸浮液與陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者混合的強化材料相混合膠化的制程的氟系復(fù)合材料板的制造方法。
為了簡化制程、縮短制程時間，一種較佳的氟系復(fù)合材料電路基板的制法如美國專利第4,335,180中所公開的一種微波電路板的制作方法，其是先將作為增強填充物的陶瓷粉末與四氟乙烯懸浮液混合均勻，并加入聚1，2-亞乙基亞胺(polyethyleneimine，PEI)作為縮短四氟乙烯懸浮液膠化時間的添加劑。將上述混合物不停攪拌使之混合均勻與逐漸膠化。再將該膠化后的混合物中多余的溶液除去，并加入二丙二醇(dipropylene glycol，DPG)為加工助劑后成型為板狀，再經(jīng)燒結(jié)后即獲得一復(fù)合材料板。在此制造方法中，因使用PEI而能加快四氟乙烯在懸浮液中的凝聚而縮短膠化時間。此方法雖能使該四氟乙烯懸浮液的膠化時間相當(dāng)程度地縮短，但相對于理想要求，還存在膠化時間過長的問題并且仍需要花時間除去PEI。
另外，美國專利第5,358,7751中所公開的方法是在陶瓷粉末表面被覆偶聯(lián)劑后，與聚四氟乙烯懸浮液混合均勻，并加入稀鹽酸作為膠化加速劑。并加入DPG為加工助劑，然后不停搖動使之混合均勻并逐漸膠化。接著將膠化后的混合物形成所需板材規(guī)格，經(jīng)過燒結(jié)后即為一復(fù)合材料基板。此方法雖然解決了膠化時間過長的問題，但在制造過程中添加了鹽酸，而會有氯殘留，因而限制了該復(fù)合材料基板的用途。
因此，仍有需要提出一種新的復(fù)合材料板的制造方法，以解決現(xiàn)有方法中膠化時間過長的問題。
為達到上述目的，本發(fā)明的氟系復(fù)合材料板的制造方法至少包含下列步驟將一陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料、一可與水互溶的有機溶劑以及一氟系高分子材料懸浮液相混合而得到一混合物；將該混合物中的各成分均勻分散直到氟系高分子材料與陶瓷粉末凝聚；將該混合物中多余的有機溶劑與水分除去；將該混合物成型為所需的形狀；以及燒結(jié)該混合物而獲得復(fù)合材料板。
本發(fā)明是在將一陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料與一氟系高分子材料懸浮液混合的過程中，通過添加適當(dāng)比例的可與水互溶的有機溶劑，以加快該氟系高分子材料與陶瓷粉末產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象，縮短膠化時間。在將該陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料、氟系高分子材料懸浮液以及有機溶液相混合的步驟中，可同時混入適量的水，通過控制上述混合步驟所獲得的混合物中該有機溶劑與水的適當(dāng)比例，可控制該混合物的膠化時間由原來(不添加該有機溶劑的制程)的三小時縮短至十分鐘以內(nèi)。通過控制該混合物中有機溶劑與水的適當(dāng)比例，可在加快膠化速度的同時并能保持有足夠的時間供該混合物中的各成分的均勻混合。
由上可知，本發(fā)明的一種氟系高分子復(fù)合材料板的制造方法，其可包含下列步驟將做為增強填充材料的陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料、可與水互溶的有機溶劑以及氟系高分子材料懸浮液(例如PTFE)相混合而得到一混合物；以強力震動或攪拌將該混合物中的各成分均勻分散，直到該氟系高分子材料與陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料產(chǎn)生凝聚；利用加熱烘干方式將該混合物中多余的有機溶劑與水分除去；利用壓延方式將該混合物成型為所需的形狀；以及，燒結(jié)該混合物而獲得復(fù)合材料板。
其中所述有機溶劑可為異丙醇(IPA)或其它可與水互溶的醇類、酮類或其混合溶液。所述陶瓷粉末或玻璃纖維可為二氧化硅或由其它合適的一種陶瓷材料或多種陶瓷材料所組成。而在將該陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料、可與水互溶的有機溶劑以及氟系高分子材料懸浮液相混合的步驟中，將該混合物中所含的有機溶劑與水控制在適當(dāng)?shù)谋壤?，例如有機溶劑占全部混合物成分總重量的5～10％，而水占全部混合物成分總重量的10～30％。如此可使該混合物的膠化時間控制在十分鐘以下，但又不致使該膠化時間過快。并且在上述的混合步驟中，可視需要額外混入適量的水，較佳來說，可將該適量的水、有機溶劑以及陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料先均勻混合，然后再將該氟系高分子材料懸浮液混入。該陶瓷粉末或玻璃纖維或兩者的混合物在混合前可預(yù)先在其表面鍍上一層偶聯(lián)劑，該偶聯(lián)劑可為硅烷類、鋯類、鈦類、氟類或其任意的組合。根據(jù)本發(fā)明，并可將該陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料的被覆偶聯(lián)劑過程與該混合物的混合步驟結(jié)合在一起，如此可省去傳統(tǒng)的偶聯(lián)劑被覆過程中烘干除去偶聯(lián)劑溶液的步驟，使制造過程簡化，提高生產(chǎn)效率。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種氟系復(fù)合材料板的制造方法的流程圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一種將偶聯(lián)劑被覆過程的材料混合方式的流程圖。
首先進行材料混合的步驟20，將二氧化硅粉末、異丙醇以及聚四氟乙烯懸浮液依預(yù)先調(diào)配的適當(dāng)重量比例加以混合以獲得一混合物。該二氧化硅粉末作為增強填充材料，一方面用以增強復(fù)合材料板，另一方則可調(diào)整復(fù)合材料板的熱膨脹系數(shù)與介電特性。由于二氧化硅的介電常數(shù)相當(dāng)高(約為6)，一般需將復(fù)合材料板中二氧化硅的含量控制在占該復(fù)合材料板重量的55wt％～85wt％，以獲得一高剛性、低介電常數(shù)(低于3.5)、低消散因子(低于0.003)的復(fù)合材料板。該聚四氟乙烯懸浮液由含有表面活性劑的水溶液、以及分散在該水溶液中的聚四氟乙烯粉末所組成，其中聚四氟乙烯作為復(fù)合材料板的底材。根據(jù)本發(fā)明，IPA是作為一種膠化加速劑，添加IPA的目的在于破壞該PTFE懸浮液中表面活性劑的平衡，使該PTFE與二氧化硅粉末加速產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象，縮短該混合物的膠化時間。為了使膠化時間盡量縮短(例如，十分鐘內(nèi))但又不致于太快而影響到該混合物中各成分(例如該二氧化硅粉末)的均勻分散，于是需要將該混合物中所含的IPA與水的比例加以適當(dāng)控制，以免膠化速度過快。一般可將IPA控制在占混合物總重量的5～10％，而水占混合物總重量的10～30％，如此可獲得較佳的膠化時間。為了調(diào)整IPA與水的適當(dāng)比例，可在上述混合過程中額外混入適量的水。較佳來說，可先將該適量的水、二氧化硅粉末以及IPA先均勻混合，然后再將該PTFE懸浮液混入。根據(jù)本發(fā)明，該二氧化硅粉末表面可預(yù)先鍍好一偶聯(lián)劑(例如，硅烷)，當(dāng)然也可不鍍該偶聯(lián)劑。該偶聯(lián)劑的作用是用以增強復(fù)合材料板中二氧化硅粉末與PTFE底材之間的結(jié)合力。
本實施例在上述步驟中，雖然以二氧化硅粉末、IPA以及PTFE懸浮液為例加以說明，但根據(jù)本發(fā)明，該陶瓷粉末或玻璃纖維也可為由其它單一或多種合適的陶瓷材料或玻璃纖維所組成。而該IPA也可用其它可與水互溶的有機溶劑所取代，例如可與水互溶的酮類、醇類或其混合液。而該PTFE也可用其它氟系高分子材料來取代，或摻混其它高分子材料。而該陶瓷粉末除了用可鍍硅烷作為偶聯(lián)劑外，也可鍍其它硅烷類、鋯類、鈦類、氟類或其任意組成的偶聯(lián)劑。
在完成上述材料混合的步驟后，接著將該混合物中的各成分均勻分散直到PTFE與二氧化硅粉末凝聚(步驟30)?？衫脧娏嚢杌驌u晃震蕩使該混合物中的二氧化硅粉末以及PTFE均勻分散，直到該混合物膠化。然后，可進行利用加熱烘干步驟40或其它方式將該混合物中多余的有機溶劑與水除去。例如，以130℃加熱烘烤3小時來將多余的溶劑去除。然后將該混合物成型為所需的形狀50，例如，利用壓延方式在120℃溫度下，將該混合物壓成片狀的板材。接著，將成型后的混合物進行燒結(jié)(步驟60)，例如，以360℃的燒結(jié)溫度持溫40分鐘進行燒結(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，可在上述混合的步驟20中，同時加入適量的流動助劑，例如DPG或其它合適的油類，如此有助于使后來的加工成型步驟50更為容易進行。該流動助劑也可先不添加，而是在完成該烘干的步驟40中加入該混合物中。
另外，根據(jù)本發(fā)明，也可將在陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料上被覆偶聯(lián)劑的過程與上述混合步驟20相整合。如此，可省去傳統(tǒng)的偶聯(lián)劑被覆過程中必須將殘留的偶聯(lián)劑溶液烘干除去的步驟，而有利于使制造過程簡化以提高生產(chǎn)效率。該方法是在進行材料混合的過程中，先將含有偶聯(lián)劑的有機溶液或水溶液與陶瓷粉末相混合，使該偶聯(lián)劑附著于陶瓷粉末表面而完成被覆的步驟。然后不經(jīng)過烘干即直接進行后續(xù)的溶劑以及氟系高分子材料懸浮液的混合步驟。
圖2為一種整合被覆偶聯(lián)劑步驟的混合方式流程圖?？上冗M行調(diào)配偶聯(lián)劑溶液的步驟201，將一偶聯(lián)劑，例如Dow Corning公司生產(chǎn)的Z6024或Z6020硅烷偶聯(lián)劑，與適量的IPA或水均勻混合并靜置6小時后備用。并可在上述偶聯(lián)劑溶液中加入適量的酸以調(diào)整其酸堿值。
接著進行被覆步驟202，將二氧化硅粉末與一種(或一種以上)該偶聯(lián)劑溶液相混合，并可同時再混入更多的IPA或水以調(diào)節(jié)該偶聯(lián)劑溶液的濃度。在一稍高的溫度(例如70℃)下攪拌一段時間，例如30分鐘，使該偶聯(lián)劑附著于陶瓷粉末表面。接著，進行PTFE懸浮液混入的步驟203，在此步驟中先依照該偶聯(lián)劑溶液的組成，另外再添加適量的水或IPA并均勻混合后，再將PTFE懸浮液一同混入，其中再添加適量的水或IPA的目的在于使最后所得到的混合物中所含的IPA與水達到適當(dāng)?shù)谋壤Ｓ谑羌赐瓿刹牧匣旌系牟襟E，然后進行攪拌直至該PTFE與二氧化硅粉末凝聚。
表1

如表1所示，為A、B、C、D2四種試片所測得的各項性質(zhì)的數(shù)據(jù)表。各試片的材料混合方式與配方如下。
A試片(a)Dow Corning Z6124(8g)+IPA(190g)+水(10g)+酸(使PH值為4.5-5.5)，磁石攪拌均勻后靜置6小時；(b)Dow Corning Z6020(4g)+IPA(9.5g)+水(0.5g)，磁石攪拌均勻后靜置6小時后加入IPA(66g)；將(a)104g+(b)20g+IPA(100g)+二氧化硅(500g)，在70℃時攪拌30分鐘后，加入400g水；將前項混合物135g(二氧化硅60g)與PTFE60wt％乳液66.67g(PTFE40g)混合攪拌至凝聚。
B試片二氧化硅600g，PTFE60wt％水溶液666.67g(其中含有PTFE 400g)，混合后搖動至凝聚。
C試片Dow Corning Z6020(10g)+水(25g)磁石攪拌均勻后靜置6小時后，加入830g水與1000g二氧化硅在70℃時攪拌30分鐘，然后加入IPA410g混合均勻；將前項混合物與PTFE60wt％乳液1111.12g(其中含PTFE 666.67g)混合攪拌至凝聚。
D2試片(a)Dow Corning Z6124(8g)+IPA(190g)+水(10g)+酸(使PH值為4.5-5.5)，磁石攪拌均勻后靜置6小時；(b)Dow corning Z6020(4g)+IPA(9.5g)+水(0.5g)，磁石攪拌均勻后，靜置6小時后加入IPA(66g)；將(a)104g+(b)20g+IPA(100g)+二氧化硅(500g)在70℃時攪拌30分鐘后，過濾溶劑后以IPA清洗二氧化硅，進烘箱于130℃烘約3小時，以粉碎機粉碎后過篩選擇所需粉末顆粒；將二氧化硅600g與PTFE乳液(60wt％)，混合后攪動至凝聚。
由表1中的數(shù)據(jù)可得知，根據(jù)本發(fā)明的方法所制成的復(fù)合材料板試片(試片A、C)不論在介電性質(zhì)或剛性方面都符合高頻高路基板的性質(zhì)要求，與傳統(tǒng)方式所制成的復(fù)合材料板試片(試片B、C)相比，本發(fā)明不但可達到品質(zhì)要求，更同時具有縮短制造過程的時間、高生產(chǎn)效率的優(yōu)點。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明，熟悉該項技術(shù)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神下，所做的任何等效變化與潤飾，均應(yīng)包含于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氟系復(fù)合材料板的制造方法，其至少包含下列步驟-將一陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料、一可與水互溶的有機溶劑以及一氟系高分子材料懸浮液相混合而得到一混合物；-將該混合物中的各成分均勻分散直到氟系高分子材料與陶瓷粉末凝聚；-將該混合物中多余的有機溶劑與水分除去；-將該混合物成型為所需的形狀；以及-燒結(jié)該混合物而獲得復(fù)合材料板。
2.如權(quán)利要求1所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其中在所述將一陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料、一可與水互溶的有機溶劑以及一氟系高分子材料懸浮液相混合的步驟中，進一步包括將適量的水混入。
3.如權(quán)利要求2所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其中在所述陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料、可與水互溶的有機溶劑、適量的水以及氟系高分子材料懸浮液相混合的步驟中，該可與水互溶的有機溶劑占全部混合物成分總重量的5～10％，而水占全部混合物成分總重量的10～30％。
4.如權(quán)利要求3所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其是先將所述陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料、有機溶劑以及適量的水均勻混合后，再將所述氟系高分子材料懸浮液混入。
5.如權(quán)利要求4所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其進一步包括在所述陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料上鍍上一層偶聯(lián)劑的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其中所述偶聯(lián)劑選自由硅烷類、鋯類、鈦類、氟類偶聯(lián)劑所組成的族群中的任何一種。
7.如權(quán)利要求5所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其中所述在陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料上鍍上一層偶聯(lián)劑的步驟，是將一含有該偶聯(lián)劑的水溶液與陶瓷粉末或玻璃纖維或兩者的混合材料以及水先混合，而使該偶聯(lián)劑附著于陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料的表面。
8.如權(quán)利要求5所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其中所述在陶瓷粉末或玻璃纖維或兩者的混合材料上鍍上一層偶聯(lián)劑的步驟，是將一含有該偶聯(lián)劑的有機溶液與陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料以及有機溶劑先混合，而使該偶聯(lián)劑附著于陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料的表面。
9.如權(quán)利要求1所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，所述陶瓷粉末或玻璃纖維或該兩者的混合材料預(yù)先鍍有一層偶聯(lián)劑。
10.如權(quán)利要求9所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其中所述偶聯(lián)劑選自由硅烷類、鋯類、鈦類、氟類偶聯(lián)劑所組成的族群中的任何一種。
11.如權(quán)利要求1所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其中所述有機溶劑選自可與水互溶的醇類或酮類所組成的族群中的任何一種。
12.如權(quán)利要求11所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其中所述可與水互溶的有機溶劑為異丙醇。
13.如權(quán)利要求1所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其中所述氟系高分子材料為聚四氟乙烯。
14.如權(quán)利要求1所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其進一步包括在該混合物中加入流動助劑的步驟。
15.如權(quán)利要求14所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法，其中所述流動助劑為油類。
16.如權(quán)利要求1所述的氟系復(fù)合材料板的制造方法所制備的氟系復(fù)合材料板。
17.權(quán)利要求16所述的氟系復(fù)合材料板在制備電路基板方面的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氟系高分子復(fù)合材料板的制造方法，它是在陶瓷粉末或玻璃纖維或該二者的混合材料與氟系高分子材料懸浮液混合的過程中，通過添加適當(dāng)比例的可與水互溶的有機溶劑，以加快該氟系高分子材料與陶瓷粉末或玻璃纖維或該二者的混合材料產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象，縮短膠化時間，在將該陶瓷粉末或玻璃纖維或該二者的混合材料、氟系高分子材料懸浮液以及有機溶液相混合的過程中，可同時混入適量的水，通過控制混合物中該有機溶劑與水的適當(dāng)比例，可在加快膠化速度的同時并能保持有足夠的時間以使該混合物中的各成分能均勻混合。該制造方法具有制程時間短、生產(chǎn)效率高的特點。
文檔編號B32B27/00GK1403253SQ0113119
公開日2003年3月19日 申請日期2001年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月6日
發(fā)明者王先毅, 陳永志, 鄭龍正, 黃仕穎 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院