[发明专利]一种超材料介质基板及其加工方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，具体地涉及一种超材料介质基板及其加工方法。

【背景技术】

超材料一般由多个超材料功能板层叠或按其他规律阵列组合而成，超材料功能板包括介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构，现有超材料的介质基板为均一材质的有机或无机基板，如FR4、TP1等等。阵列在介质基板上的多个人造微结构具有特定的电磁特性，能对电场或磁场产生电磁响应，通过对人造微结构的结构和排列规律进行精确设计和控制，可以使超材料呈现出各种一般材料所不具有的电磁特性，如能汇聚、发散和偏折电磁波等。

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，环氧树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，所以它的力学性能较高，介电性能良好，并且它的制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，广泛应用于社会生产、生活中。目前已经商品化的高频基板主要有三大类：聚四氟乙烯(PTFE)基板、热固性聚苯醚(Polyphenyl Oxide)、交链聚丁二烯基板和环氧树脂复合基板(FR-4)。其中聚四氟乙烯基板的介电常数为2.1-10.6，而环氧树脂复合基板的介电常数为4.2-5.4。

介孔材料由于其特殊的孔道结构以及较高的比表面积和热稳定性，在催化、分离等领域有着广泛的应用，介孔材料的研究已经成为国际上跨物理、化学、材料、生物及信息等众多学科领域的研究热点和研究前沿之一。近年来，学界对介孔材料的研究给予极大的关注，尤其是对硅系介孔材料进行了更深入的研究。根据现有研究成果发现，二氧化硅制成的介孔二氧化硅薄膜具有特殊的尺寸效应，可以在传感器、低介电常数夹层、曾透膜、多层膜及光学材料等方面拥有巨大的应用前景。

现代电子技术迅猛发展，数字电路的处理、传输进入高频化阶段，此时基板性能的好坏将对电路特性产生重要影响，其中介电性能、耐热性、尺寸稳定性、耐湿性等几项指标尤为重要，而基板的性能优劣主要取决于所使用的基板材料，因此选择高性能的基板材料是制备高性能基板的必要条件。

传统制备基板的树脂多采用酚醛树脂和环氧树脂，目前使用最广泛的是玻璃纤维增强的环氧树脂FR-4，这种材料由于制造成本较低使得性价比较高，在低频电子产品中有较好的应用，但在高频电路中，因其介电性能较低、耐高温性能较差不适用于高频电路中，要制备介电常数较低、力学性能优越的符合超材料封装工艺要求的高品质基板，可以采用合成复合材料的方法制备。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种超材料的介质基板及其加工方法，通过此方法加工的介质基板具有较低的介电常数，较好的力学性能，拥有良好的开发与应用前景。

本发明实现发明目的首先提供一种超材料的介质基板及其加工方法，包括以下步骤：

101.制备介孔二氧化硅；

102.制备介孔二氧化硅-环氧树脂复合材料；

103.将介孔二氧化硅-环氧树脂复合材料热压成超材料介质基板。

在步骤101中介孔二氧化硅粉末的制备，采用以下方法：

1011.将盐酸溶液与聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物置于四口烧瓶中，加热搅拌均匀；

1012.将正硅酸乙酯加热搅拌均匀，缓慢注入上述混合溶液中；

1013.将溶液静置后放入水热反应釜中晶化，将晶化的沉淀过滤、洗涤、干燥后置于马沸炉内煅烧，得到介孔二氧化硅。

作为优选的实施方式，所述步骤1011中，所述盐酸溶液的浓度控制在1-5mol/L。

作为优选的实施方式，所述步骤1012中，所述正硅酸乙酯加热的温度控制在30-60℃。

作为优选的实施方式，所述步骤1013中，所述晶化温度控制在90-120℃，晶化时间控制在20-30h。

作为优选的实施方式，所述步骤1013中，所述煅烧温度控制在450-650℃，煅烧时间控制在5-10h。

在步骤102中，制备介孔二氧化硅-环氧树脂复合材料包括以下步骤：

1021.将介孔二氧化硅疏水改性，将介孔二氧化硅置于烧杯中，加入硅烷偶联剂，用超声波分散后加热搅拌均匀，离心、洗涤后得到改性后的介孔二氧化硅；

1022.将环氧树脂、环氧树脂稀释剂加热，边搅拌边加入改性后的介孔二氧化硅、甲基六氢苯酰，除去溶剂得到介孔二氧化硅-环氧树脂复合材料。

作为优选的实施方式，所述步骤1021中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，加入硅烷偶联剂的质量比为0.1％-1.2％wt。