專利名稱：一種超材料介質(zhì)基板及其加工方法
一種超材料介質(zhì)基板及其加工方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，具體地涉及一種超材料介質(zhì)基板及其加工方法。背景技術(shù)：
超材料一般由多個(gè)超材料功能板層疊或按其他規(guī)律陣列組合而成，超材料功能板包括介質(zhì)基板以及陣列在介質(zhì)基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有超材料的介質(zhì)基板為均一材質(zhì)的有機(jī)或無機(jī)基板，如FR4、TPl等等。陣列在介質(zhì)基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)具有特定的電磁特性,能對(duì)電場(chǎng)或磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁響應(yīng),通過對(duì)人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和排列規(guī)律進(jìn)行精確設(shè)計(jì)和控制，可以使超材料呈現(xiàn)出各種一般材料所不具有的電磁特性，如能匯聚、發(fā)散和偏折電磁波等。
環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力，分子結(jié)構(gòu)致密，所以它的力學(xué)性能較高，介電性能良好，并且它的制品尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性較好，對(duì)堿及大部分溶劑穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、生活中。目前已經(jīng)商品化的高頻基板主要有三大類聚四氟乙烯(PTFE)基板、熱固性聚苯醚 (Polyphenyl Oxide)、交鏈聚丁二烯基板和環(huán)氧樹脂復(fù)合基板(FR-4)。其中聚四氟乙烯基板的介電常數(shù)為2. 1-10. 6,而環(huán)氧樹脂復(fù)合基板的介電常數(shù)為4. 2-5. 4。
介孔材料由于其特殊的孔道結(jié)構(gòu)以及較高的比表面積和熱穩(wěn)定性，在催化、分離等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，介孔材料的研究已經(jīng)成為國際上跨物理、化學(xué)、材料、生物及信息等眾多學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和研究前沿之一。近年來，學(xué)界對(duì)介孔材料的研究給予極大的關(guān)注，尤其是對(duì) 硅系介孔材料進(jìn)行了更深入的研究。根據(jù)現(xiàn)有研究成果發(fā)現(xiàn)，二氧化硅制成的介孔二氧化硅薄膜具有特殊的尺寸效應(yīng)，可以在傳感器、低介電常數(shù)夾層、曾透膜、多層膜及光學(xué)材料等方面擁有巨大的應(yīng)用前景。
現(xiàn)代電子技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)字電路的處理、傳輸進(jìn)入高頻化階段，此時(shí)基板性能的好壞將對(duì)電路特性產(chǎn)生重要影響，其中介電性能、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、耐濕性等幾項(xiàng)指標(biāo)尤為重要，而基板的性能優(yōu)劣主要取決于所使用的基板材料，因此選擇高性能的基板材料是制備高性能基板的必要條件。
傳統(tǒng)制備基板的樹脂多采用酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂，目前使用最廣泛的是玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂F(xiàn)R-4，這種材料由于制造成本較低使得性價(jià)比較高，在低頻電子產(chǎn)品中有較好的應(yīng)用，但在高頻電路中，因其介電性能較低、耐高溫性能較差不適用于高頻電路中， 要制備介電常數(shù)較低、力學(xué)性能優(yōu)越的符合超材料封裝工藝要求的高品質(zhì)基板，可以采用合成復(fù)合材料的方法制備。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超材料的介質(zhì)基板及其加工方法，通過此方法加工的介質(zhì)基板具有較低的介電常數(shù)，較好的力學(xué)性能，擁有良好的開發(fā)與應(yīng)用前景。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的首先提供一種超材料的介質(zhì)基板及其加工方法，包括以下步驟101.制備介孔二氧化硅；
102.制備介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料；
103.將介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料熱壓成超材料介質(zhì)基板。
在步驟101中介孔二氧化硅粉末的制備，采用以下方法
1011.將鹽酸溶液與聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物置于四口燒瓶中，加熱攪拌均勻；
1012.將正硅酸乙酯加熱攪拌均勻，緩慢注入上述混合溶液中；
1013.將溶液靜置后放入水熱反應(yīng)釜中晶化，將晶化的沉淀過濾、洗滌、干燥后置于馬沸爐內(nèi)煅燒，得到介孔二氧化硅。
作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟1011中，所述鹽酸溶液的濃度控制在l_5mol/L。
作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟1012中，所述正硅酸乙酯加熱的溫度控制在 30-60。。。
作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟1013中，所述晶化溫度控制在90_120°C，晶化時(shí)間控制在20-30h。
作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟1013中，所述煅燒溫度控制在450_650°C，煅燒時(shí)間控制在5-10h。
在步驟102中，制備介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料包括以下步驟
1021.將介孔二氧化硅疏水改性，將介孔二氧化硅置于燒杯中，加入硅烷偶聯(lián)劑， 用超聲波分散后加熱攪拌均勻，離心、洗滌后得到改性后的介孔二氧化硅；
1022.將環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂稀釋劑加熱，邊攪拌邊加入改性后的介孔二氧化硅、 甲基六氫苯酰，除去溶劑得到介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟1021中，所述硅烷偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷或Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，加入硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為O. 1%-1. 2%Wt0
作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟1022中，所述加入改性后介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為60-80 40-20。
作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟1022中，所述甲基六氫苯酐的加入量為環(huán)氧樹脂加入量的1% _45wt%。
作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟1022中，所述環(huán)氧樹脂稀釋劑為丙酮、苯、甲苯、二甲苯。
作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟103中，所述熱壓的溫度為50_370°C，熱壓的壓力為 5_50MPa。
一種超材料介質(zhì)基板，由改性后的介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂復(fù)合而成，改性后的介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為60-80 40-20。
應(yīng)用本發(fā)明的加工方法將介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂制成復(fù)合材料，熱壓成介質(zhì)基板，環(huán)氧樹脂的介電常數(shù)較低，耐熱性好，添加介孔二氧化硅后，大大增強(qiáng)了復(fù)合材料的力學(xué)性能，通過此方法加工的介質(zhì)基板具有較低的介電常數(shù)，較好的力學(xué)性能，擁有良好的開發(fā)與應(yīng)用前景。

圖1，超材料介質(zhì)基板加工方法流程圖。
圖2，介孔二氧化硅制備流程圖。
圖3，介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備流程圖。具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明是將有機(jī)高分子材料環(huán)氧樹脂與多孔材料介孔二氧化硅復(fù)合形成有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合多孔低介電常數(shù)材料，再將復(fù)合材料制成超材料介質(zhì)基板，制得的介質(zhì)基板綜合了上述兩種材料的特點(diǎn)，具有較低的介電常數(shù)和優(yōu)越的力學(xué)性能。同時(shí)，該加工工藝簡(jiǎn)便易行，對(duì)于加工環(huán)境及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求較低，易于實(shí)現(xiàn)。
實(shí)施例1
本實(shí)施例的加工方法如下
制備介孔二氧化硅
1011.將160ml濃度為2mol/L鹽酸溶液與4g聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物置于四口燒瓶中，加熱至40°C，攪拌1. 5h，形成無色透明溶液；
1012.將8. 5g正硅酸乙酯加熱至40°C，攪拌1. 5h，緩慢注入上述混合溶液中；
1013.將溶液靜置24h后放入水熱反應(yīng)釜中晶化，晶化溫度控制在110°C將晶化的沉淀過濾、洗滌、干燥后置于馬沸爐內(nèi)煅燒，將馬沸爐內(nèi)溫度控制在500°C，煅燒時(shí)間控制在 6h，即可得到介孔二氧化硅。
制備介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料
1021.將介孔二氧化硅疏水改性，將2g介孔二氧化硅置于燒杯中，加入O. Olg的 Y-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)，將上述混合溶液加熱至40°C，用超聲波分散lOmin，放在磁力攪拌器上攪拌2h，將混合溶液用乙醇作為清洗劑離心、洗滌4次后得到改性后的介孔二氧化硅；
1022.取IOOml丙酮、Ig雙酚A型環(huán)氧樹脂置于燒杯中，將燒杯放在攪拌器上，加熱至60°C，邊攪拌邊加入改性后的介孔二氧化硅、O. 4g甲基六氫苯酐，將上述混合溶液置于攪拌器上，80°C下攪拌10h，待混合溶液中的溶劑蒸發(fā)后，得到介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料混合物；
103.將混合物置于模具中，熱壓形成超材料介質(zhì)基板，熱壓溫度為180°C，熱壓壓力為3OMPa。
應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)施例中，熱壓的溫度和壓力是根據(jù)所選的環(huán)氧樹脂的種類來確定的。
實(shí)施例2
制備介孔二氧化硅
1011.將160ml濃度為2mol/L鹽酸溶液與4g聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物置于四口燒瓶中，加熱至40°C，攪拌1. 5h，形成無色透明溶液；
1012.將8. 5g正硅酸乙酯加熱至40°C，攪拌1. 5h，緩慢注入上述混合溶液中；
1013.將溶液靜置24h后放入水熱反應(yīng)釜中晶化，晶化溫度控制在110°C將晶化的沉淀過濾、洗滌、干燥后置于馬沸爐內(nèi)煅燒，將馬沸爐內(nèi)溫度控制在500°C，煅燒時(shí)間控制在 6h，即可得到介孔二氧化硅。
制備介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料
1021.將介孔二氧化硅疏水改性，將3g介孔二氧化硅置于燒杯中，加入O. 03g的 Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)，將上述混合溶液加熱至40°C，用超聲波分散lOmin，放在磁力攪拌器上攪拌2h，將混合溶液用乙醇作為清洗劑離心、洗滌3次后得到改性后的介孔二氧化硅；
1022.取200ml丙酮、1. 5g雙酚A型環(huán)氧樹脂置于燒杯中，將燒杯放在攪拌器上， 加熱至80°C，邊攪拌邊加入改性后的介孔二氧化硅、O. 6g甲基六氫苯酐，將上述混合溶液置于攪拌器上，80°C下攪拌16h，待混合溶液中的溶劑蒸發(fā)后，得到介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料混合物；
103.將混合物置于模具中，熱壓形成超材料介質(zhì)基板，熱壓溫度為180°C，熱壓壓力為45MPa。
本發(fā)明中的上述實(shí)施例僅作了示范性描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請(qǐng)后可以在不脫離本發(fā)明的精 神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，包括以下步驟，101.制備介孔二氧化硅；102.制備介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料；103.將介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料熱壓成超材料介質(zhì)基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟101中， 所述制備介孔二氧化硅包括以下步驟，1011.將鹽酸溶液與聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物置于四口燒瓶中，加熱攪拌均勻；1012.將正硅酸乙酯加熱攪拌均勻，緩慢注入上述混合溶液中；1013.將溶液靜置后放入水熱反應(yīng)釜中晶化，將晶化的沉淀過濾、洗滌、干燥后置于馬沸爐內(nèi)煅燒，得到介孔二氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟1011中， 所述鹽酸溶液的濃度控制在l_5mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟1012中， 所述正硅酸乙酯加熱的溫度控制在30-60°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟1013中， 所述晶化溫度控制在90-120°C，晶化時(shí)間控制在20-30h。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟1013中， 所述煅燒溫度控制在450-650°C，煅燒時(shí)間控制在5-10h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟102中， 所述制備介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料包括以下步驟，1021.將介孔二氧化硅疏水改性，將介孔二氧化硅置于燒杯中，加入硅烷偶聯(lián)劑，用超聲波分散后加熱攪拌均勻，離心、洗滌后得到改性后的介孔二氧化硅；1022.將環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂稀釋劑加熱，邊攪拌邊加入改性后的介孔二氧化硅、甲基六氫苯酰，除去溶劑得到介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟1021中， 所述硅烷偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷或Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，加入硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為O. 1% -1. 2%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟1022中， 所述加入改性后介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為60-80 40-20。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟1022 中，所述甲基六氫苯酐的加入量為環(huán)氧樹脂加入量的1% _45wt%。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟1022 中，所述環(huán)氧樹脂稀釋劑為丙酮、苯、甲苯、二甲苯。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟103中， 所述熱壓的溫度為50-370°C，熱壓的壓力為5-50MPa。
13.一種超材料介質(zhì)基板，其特征在于，所述介質(zhì)基板由改性后的介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂復(fù)合而成，所述改性后的介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為60-80 40-20。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超材料介質(zhì)基板及其加工方法，包括以下步驟，101.制備介孔二氧化硅；102.制備介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料；103.將介孔二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料熱壓成超材料介質(zhì)基板。通過應(yīng)用本發(fā)明的超材料介質(zhì)基板及其加工方法，將有機(jī)高分子材料與多孔材料制成復(fù)合材料，合成超材料的介質(zhì)基板，可以大大降低超材料介質(zhì)基板的介電常數(shù)，增強(qiáng)介質(zhì)基板的力學(xué)性能，制備出綜合性能較好超材料介質(zhì)基板，符合現(xiàn)代封裝材料基板的要求，具有良好的開發(fā)與應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08K9/06GK103013042SQ201110296919
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 繆錫根, 林云燕 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司