[发明专利]一种超材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于人工复合材料领域，尤其涉及一种超材料及其制备方法。

背景技术

超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而或得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料通常包括基板及周期排布在基板上的多个人造微结构，每一人造微结构与其附着的那部分基板可以看做是一个超材料单元。超材料的性质和功能由基板的特性及周期排布在基板上的人造微结构的特性共同决定。对应于特定频率的电磁波，每一超材料单元表现出一个等效介电常数与磁导率，而这两个物理参数分别对应了材料的电场响应与磁场响应。

目前的超材料所使用的基板多为FR-4、F4b等高分子复合材料。以此为材料制得的基板在较高的温度下介电性能不稳定，即在较高温度下，该基板的介电常数不稳定，因此由此类材料所制得的超材料介电性能的稳定性较差。

苯并环丁烯树脂的介电损耗在1kHz-1MHz范围内可以小于0.0008，介电常数为2.7，且此值在25-200℃间几乎不变，且当频率超过20GHz后，其室温的介电常数还能保持在2.5，在10GHz时损耗低于0.002。由于其卓越的介电性能，使其在高级微电子器件中得到了应用，包括多层布线，铝及GaAs的介质内层、倒装焊的凸点及布线、CSP封装、高频器件以及无源元件的埋置工艺灯覆膜作为关键材料使用。这种材料还具有低的吸湿率、高的热稳定性和化学稳定性(玻璃化转变温度Tg＞350℃)，以及高的薄膜平整度(一般＞95％)等优点。

苯并环丁烯树脂的上述优良特性使得其可做为超材料的基板。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种介电性能稳定的超材料。

本发明为解决上述的技术问题所采用的技术方案是：一种超材料，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括基板及排布在基板上的多个人造微结构，所述基板由苯并环丁烯树脂材料制得。

进一步地，所述人造微结构为金属微结构，所述金属微结构由一条或多条金属线组成。

进一步地，所述金属线为铜线、银线或者铝线。

进一步地，所述人造微结构为平面雪花状的金属微结构，所述金属微结构具有相互垂直平分的第一金属线及第二金属线，所述第一金属线与第二金属线的长度相同，所述第一金属线两端连接有相同长度的两个第一金属分支，所述第一金属线两端连接在两个第一金属分支的中点上，所述第二金属线两端连接有相同长度的两个第二金属分支，所述第二金属线两端连接在两个第二金属分支的中点上，所述第一金属分支与第二金属分支的长度相等。

进一步地，所述平面雪花状的金属微结构的每个第一金属分支及每个第二金属分支的两端还连接有完全相同的第三金属分支，相应的第三金属分支的中点分别与第一金属分支及第二金属分支的端点相连。

进一步地，所述平面雪花状的金属微结构的第一金属线与第二金属线均设置有两个弯折部，所述平面雪花状的金属微结构绕第一金属线与第二金属线的交点在金属微结构所处平面内向任意方向旋转90度的图形都与原图重合。

根据本发明的超材料，基板由苯并环丁烯树脂材料制得，相对于现有的超材料，基板的介电性能较好，在很高的温度下介电性能都非常的稳定，因此由该基板所制得的超材料在高温时也能表现出介电性能的高稳定性。

另外本发明还提供了一种超材料制备方法，该方法包括如下步骤：

S1、制备苯并环丁烯基板；

S2、在所述苯并环丁烯基板上覆铜膜；

S3、在铜膜上蚀刻得到特定几何图案的多个人造微结构。

进一步地，步骤S1的具体流程如下：

首先，将苯并环丁烯树脂放置在模具上热压成型，热压温度为200-300℃，热压压力为30-80MPa，保压时间视热压温度而变化；热压温度为200-250℃时，保压1-5.5h；热压温度为250-270℃时，保压20-80min，热压温度为270-300℃，保压5-40min；

然后，将模具移除至冷压设备上，冷压压力与热压压力保持一致，自然冷却至室温后脱模，得到苯并环丁烯基板。

进一步地，步骤S2的具体流程如下：

苯并环丁烯基板前处理；将步骤S1得到的苯并环丁烯基板进行喷砂处理，喷砂使用的砂子为树脂砂、石英砂、陶瓷砂、钢砂、铜砂、铁砂、碳化硅砂或刚玉砂，目数为40-250目，压力为1kg/cm²-10kg/cm²；