CN100424787C - 复合电介质及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的主要目的在于提供一种在高频带下、具有高的比介电常数、并且介质损耗被抑制得低的电介质。即，本发明是一种导电性粒子分散于无机氧化物的多孔体中而成的复合电介质，涉及1)1GHz以上的高频带下的该电介质的比介电常数εr为4以上、2)1GHz以上的高频带下的该电介质的介质损耗tanδ为2×10-4以下的复合电介质及其制造方法。

Description

复合电介质及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电子电路元件。具体而言，本发明尤其涉及在微波、毫米波等高频带下使用的电介质。
背景技术
就用于电子电路元件中的电介质而言，作为介电常数为10左右以上的材料，以前使用陶瓷。通过将高介电常数的材料用作电介质，可实现电子电路元件的小型化。并且，在微波、毫米波等高频带下，由于电磁能量集中于电介质中，所以具有放射损失变小的优点。近年来推进陶瓷向微波通信设备的应用，开发具有高介电常数与低介质损耗(dielectric loss)的材料。
作为比介电常数为10左右以上的陶瓷之外的材料，公开了在树脂中混合导电性粉末的复合电介质(特公昭55-2044号公报)。另外，公开了在树脂中混入电介质粉末的复合电介质(特开昭58-166609号公报)。在这些复合电介质中，具有如下特征，即可通过改变母质(matrix)材料与粉末的配合比，可使比介电常数变化，切削等加工性好。
但是，此前开发的陶瓷材料的介电常数高，介质损耗大。因此，介质损耗与使用的频率成正比增大。因此，难以在高频带下使用高介电常数的材料。
复合电介质的介质损耗很大程度上取决于用作母质的材料的电阻率。但是，在复合电介质中，分散后的粒子通过经母质相互电接触，产生介质损耗。这在即使将电阻率大的材料用作母质时也难以避免。该现象在将导电性粒子用作分散粒子的情况下特别显著。另外，母质材料自身的介质损耗也对复合电介质的介质损耗造成影响。
基于上述理由，若将电阻极大或无限大、自身的介质损耗为0的材料用作母质，则可形成低介质损耗的复合电介质，并且通过高密度配置分散粒子，可实现同时具有高介电常数、低介质损耗特性的复合电介质。作为电阻极大或无限大、自身的介质损耗为0的材料，例如有空气。因此，若能将空气用作母质，则可形成理想的复合电介质，但粒子不可能分散、固定在空气中。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种在高频带下、具有高的比介电常数、并且介质损耗被抑制得低的电介质。
即，本发明涉及下述复合电介质及其制造方法。
1、一种导电性粒子分散于无机氧化物的多孔体中而成的复合电介质，1)1GHz以上的高频带下的该电介质的比介电常数εr为4以上、2)1GHz以上的高频带下的该电介质的介质损耗tanδ为2×10-4以下。
2、所述项1中记载的复合电介质中，复合电介质的气孔率为4％以上、75％以下。
3、所述项1中记载的复合电介质中，所述多孔体的体积密度为10kg/m3以上、500kg/m3以下。
4、所述项1中记载的复合电介质中，所述多孔体的比表面积为50m2/g以上、1500m2/g以下。
5、所述项1中记载的复合电介质中，所述多孔体的平均细孔径为1nm以下、1000nm以下。
6、所述项1中记载的复合电介质中，所述多孔体的材料电阻率为1010Ω·m以上。
7、所述项1中记载的复合电介质中，所述多孔体的材料的介质损耗为1×10-3以下。
8、所述项1中记载的复合电介质中，所述多孔体的材料的电阻率为1010以上，介质损耗为1×10-3以下。
9、所述项1中记载的复合电介质中，所述多孔体的部分或全部至少是二氧化硅或氧化铝其中之一。
10、所述项1中记载的复合电介质中，所述多孔体是通过干燥无机氧化物的湿润凝胶而得到的干燥凝胶。
11、所述项10中记载的复合电介质中，通过溶胶凝胶法来调制湿润凝胶。
12、所述项1中记载的复合电介质中，导电性粒子的导电率σ为30000S/m以上。
13、所述项1中记载的复合电介质中，导电性粒子的含有率为该电介质中75体积％以上、95体积％以下。
14、所述项1中记载的复合电介质中，导电性粒子的平均粒径为100微米以下。
15、所述项1中记载的复合电介质中，导电性粒子是铝、镍、铜、银、金、铂、钨、钼及包含它们的合金的至少一种。
16、一种制造导电性粒子分散于无机氧化物中而成的复合电介质的方法，具有使包含导电性粒与无机氧化物的湿润凝胶的材料干燥的工序。
17、所述项16中记载的制造方法中，通过将导电性粒子混合在湿润凝胶的原料溶液中、并接着将原料溶液凝胶化得到所述材料。
18、所述项17中记载的制造方法中，在将导电性粒子混合在原料溶液中之前，事先用无机氧化物的湿润凝胶覆盖导电性粒子的表面的一部分或全部。
19、所述项18中记载的制造方法中，通过向在容器内对流的所述导电性粒子喷雾所述湿润凝胶的原料溶液，由无机氧化物的湿润凝胶覆盖所述导电性粒子的表面的一部分或全部。
20、所述项16中记载的制造方法中，通过溶胶凝胶法来调制湿润凝胶。
21、所述项16中记载的制造方法中，导电性粒子的导电率σ为30000S/m以上。
22、所述项16中记载的制造方法中，将导电性粒子配合成在该电介质中为75体积％以上、95体积％以下。
23、所述项16中记载的制造方法中，导电性粒子的平均粒径为100微米以下。
24、所述项16中记载的制造方法中，导电性粒子是铝、镍、铜、银、金、铂、钨、钼及包含它们的合金的至少一种。
附图说明
图1是表示本发明的复合电介质的图。
图2是表示本发明的复合电介质的制造工序的图。
图3是表示本发明的复合电介质的制造工序的图。
符号说明：1电介质，2导电性粒子，11凝胶原料液，12导电性粒子，13湿润凝胶，14干燥凝胶，21导电性粒子，22容器，23凝胶原料液，24喷嘴，25导电性粒子复合体，26凝胶原料液，27湿润凝胶，28干燥凝胶。
具体实施方式
1、复合电介质
本发明的复合电介质是一种导电性粒子分散于无机氧化物的多孔体中而成的复合电介质，其中，1)1GHz以上的高频带下的该电介质的比介电常数εr为4以上、2)1GHz以上的高频带下的该电介质的介质损耗tanδ为2×10-4以下。
导电性粒子
导电性粒子的导电率可对应于电介质的使用方法、用途等来适当设定。通常期望为30000S/m以上，尤其是1×107S/m以上。导电性粒子的材质只要是具有导电性的材料即可，例如可从金属或合金、碳材料、金属氧化物等公知材料中适当选择。
尤其是优选使用铝、镍、铜、银、金、铂、钨、钼和包含它们的合金以及炭黑的至少一种。更优选是铝、镍、铜、银、金、铂、钨、钼及包含它们的合金的至少一种。
导电性粒子的粒子形状不限定，可以是球状粒子、鳞片状粒子、不定形状粒子等之一。另外，导电性粒子的平均粒径通常可在100微米以下的范围内、尤其是对应于应用于电介质的频率等来适当设定。具体而言，导电性粒子的粒径设为适用于复合电介质中的电磁波的复合电介质中的波长的1/2以下，优选是1/4以下，更优选是1/10以下。由此，对于使用的电磁波，复合电介质可作为连接体来更有效地作用。
导电性粒子的含有率只要对应于期望的特性等来适当确定即可。通常只要在电介质中为25％以上即可，优选是50体积％以上，更优选是75体积％以上。另外，上述含有率的上限从机械强度等方面看，优选是95体积％左右。
导电性粒子也可通过公知的制法来得到。例如，使用球磨、喷射研磨、搅拌研磨等的击穿(breakdown)法；蒸发凝缩法、CVD法、共沉法、均匀沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法等内建法。
无机氧化物的多孔体
构成多孔体的无机氧化物的种类不特别限定，只要对应于期望的特性等来适当确定即可。例如，除氧化硅(二氧化硅)、氧化铝(三氧化二铝)、氧化钛、氧化钯、氧化铁、氧化锡、氧化锆等外，还有它们的混合物(混合氧化物)、复合氧化物等。这些可采用一种或两种以上。
尤其是在本发明中，优选使用电阻率为1010Ω·m以上的无机氧化物。并且，优选使用介质损耗为1×10-3以下的无机氧化物。特别期望电阻率为1010Ω·m以上、且介质损耗为1×10-3以下的无机氧化物。因此，在得到这种特性方面，期望使用氧化硅和氧化铝的至少一种来作为无机氧化物的部分或全部。
基于无机氧化物的种类、使用方法等来适当设定无机氧化物的多孔体中的体积密度、BET比表面积和平均细孔径。
体积密度只要根据通常为10-500kg/m3左右、尤其是50kg/m3以上400kg/m3以下的范围来适当确定即可。比表面积可从通常为50m2/g以上、1500m2/g以下左右、尤其是100m3/g以上、1000m3/g以下的范围内适当设定。比表面积是利用作为氮吸附法的Brunauer-Emmett-Teller(下面简称为BET法)测定的值。另外，多孔体的平均细孔径可根据通常为1nm以上、1000nm以下、尤其是5nm以上、50nm以下的范围来适当确定。
作为这种多孔体，例如优选将通过干燥由溶胶凝胶法调制的湿润凝胶所得到的干燥凝胶用作多孔体。溶胶凝胶法自身可根据公知的方法来实施。具体的制造方法只要根据后述的制法即可。
电介质的物性
本发明的复合电介质1)在1GHz以上(尤其是1GHz以上、32GHz以下，具体是1GHz、5.5GHz、25GHz和32GHz)的高频带下的比介电常数εr为4以上(优选是10以上)，2)在1GHz以上(尤其是1GHz以上、32GHz以下，具体是1GHz、5.5GHz、25GHz和32GHz)的高频带下的的介质损耗tanδ为2×10-4以下(尤其是1.8×10-4以下)。即，本发明的复合电介质在高频带下同时兼备高的介电常数和低的介质损耗。
另外，本发明的复合电介质的气孔率基于所用的多孔体的气孔率，但通常期望为4％以上、75％以下左右，尤其是8％以上、50％以下。
[实施方式1]
用图1来说明本发明的复合电介质。图1是说明本发明的复合电介质的实施例的图。由电介质1与分散于电介质1中的导电性粒子2构成。优选使用多孔体来作为电介质1。通过使用多孔体，与同一组成的块状材料相比，可提高外表的电阻率。
当以任意面来切断空孔率为v的多孔体时，截面上呈现的骨架所占的面积与截面积S0的比例统计上为s/S0＝(1-v)2/3。由此，当设形成多孔体的材料的电阻率为ρ0时，该多孔体的表观电阻率表示ρ为ρ＝ρ0/(1-v)2/3。由此，与块状材料相比可形成高电阻的母质的结果，可抑制泄漏电流，可提供介质损耗小的复合电介质。
作为多孔体的材料，优选使用氧化硅、氧化铝和以它们为主要成分的电介质。这是因为氧化硅或氧化铝的电阻率高至1015Ω·m，并且介质损耗非常低，低至1/10000级。但是，不限于氧化硅或氧化铝，只要是材料的电阻率为1010Ω·m以上、介质损耗为1/1000级以下的材料，则可用作电介质的原料(母质)。
作为得到多孔体的方法，例如原料粉体的成形、原料粉体烧结、化学发泡、物理发泡、溶胶凝胶法等。
另外，期望对导电性粒子2选择导电率σ为30000S/m以上的材料。由此，自由电子可在导电性粒子中快速移动，并且，进一步减小在粒子中产生的损失。
本发明中所用的导电性粒子2对于施加的外部电场，抵消外部电场，在粒子内部不存在电场，或在粒子表面感应为极小值程度的电荷。通过该感应电荷，导电性粒子2具有偶极矩。针对外部电场的变化，由于导电性粒子2内的电荷的移动极快，所以将各导电性粒子的介质损耗抑制得低。
作为得到导电性粒子2的方法，例如球磨、喷射研磨、搅拌研磨等的击穿法、或蒸发凝缩法、CVD法、共沉法、均匀沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法等内建法等。
作为导电性粒子2，例如优选使用铝、镍、铜、银、金、铂、钨、钼和包含它们的合金粒子或炭黑。尤其是通过使用铝、镍、铜、银、金、铂、钨、钼等导电率σ(S/m)为1×107以上的纯金属，可得到更优选的结果。但是，不限于此，只要粒子化其它金属或合金、碳素材料、金属氧化物等、具有30000S/m以上导电率的材料，则可使用任意的材料。
导电性粒子2的粒径为所用的电磁波在复合电介质中的波长的1/2以下，优选是1/4以下，更优选是1/10以下。由此，复合电介质可作为连续体作用于所用的电磁波。
另外，只要导电性粒子2的填充率为25体积％以上，则可用作复合电介质，但通过设为50体积％以上，可得到好的结果，通过设为75体积％以上，得到更优选的结果。当将半径为a的导电性粒子置于电场E中时，若设真空的比介电常数设为ε0，则导电性粒子具有的偶极矩p变为p＝4∏ε0×a^3×E。另一方面，若对复合电介质适用洛仑兹的内部电场，则若设单位体积中包含的粒子个数为N、一粒子的极化率为α，则εr由(εr-1)/(εr+2)＝Nα/3ε0来表示。这里，因为α＝p/E，所以当设导电性粒子2的填充率为25体积％时，复合电介质的比介电常数εr变为2，变为与树脂相同程度的比介电常数，当设为50体积％时，复合电介质的比介电常数εr变为4，变为与玻璃相同程度的比介电常数。另外，当设为75体积％以上时，复合电介质的比介电常数εr变为10以上，变为与电介质陶瓷相同程度以上的比介电常数。
[实施方式2]
本发明的第二实施方式是在第一实施方式中，在多孔体中使用干燥凝胶。
就本发明的多孔体而言，从粒子的分散性与载置性、以及高的填充率下的粒子间间隙的形成性看，优选使用具有大量的纳米尺寸的气孔与纳米尺寸的骨架的材料。作为这种优选的材料，例如通过溶胶凝胶法得到的干燥凝胶。
干燥凝胶是通过溶胶凝胶反应来形成的多孔体，经通过溶胶原料液的反应固体化后的固体骨架部包含溶剂所构成的湿润凝胶，干燥该湿润凝胶后进行溶剂去除，由此来形成。该干燥凝胶是通过由100nm以下的尺寸的粒子构成的固体骨架部形成平均细孔直径为数100nm以下范围的连续气孔的纳米多孔体。另外，通过减少固体成分，可得到密度非常低的多孔体。
作为干燥凝胶的材质，可使用无机材料。无机氧化物的干燥凝胶(尤其是干燥凝胶的固体骨架部)可将氧化硅(二氧化硅)、氧化铝(三氧化二铝)等通过溶胶凝胶反应得到的一般陶瓷适用为成分。
2、复合电介质的制造方法
本发明的复合电介质的制造方法不特别限定。例如，通过使包含导电性粒子与无机氧化物的湿润凝胶的材料干燥，可最佳制造复合电介质。
湿润凝胶的调制
可利用公知的方法来制造湿润凝胶。尤其是在更确实地形成无机氧化物的网眼构造骨架(多孔体)方面，优选使用利用溶胶凝胶法调制的湿润凝胶。下面，以通过溶胶凝胶法制造的情况为代表例进行说明。
作为原料，只要是通过溶胶凝胶反应形成湿润凝胶的，则不特别限定。也可使用在公知的溶胶凝胶法中使用的原料。例如，可使用硅酸钠、氢氧化铝等无机材料、和四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、异丙醇铝、仲丁醇铝(aluminum-sec-butoxide)及其它有机金属醇盐等有机材料。只要对应于目的的无机氧化物的种类来选择即可。
只要根据公知的条件来实施溶胶凝胶法即可。通常，使上述原料溶解于溶剂中，调制溶液(原料溶液)，在室温或加温下反应，进行凝胶化即可。例如，在制作氧化硅(SiO2)的湿润凝胶的情况下，只要如下实施即可。
作为氧化硅的原料，例如四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、三甲氧基甲基硅烷和二甲氧基二甲基硅烷；它们的低聚物；硅酸钠、硅酸钾及其它水玻璃化合物，胶体氧化硅等。这些物质可单独或混合使用。
作为溶剂，只要原料溶解，生成的氧化硅不溶解，则不特别限定。例如，除水之外，例如甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、甲苯、己烷等。它们可以1种或2种以上来使用。
另外，必要时，也可配合催化剂、粘度调整剂等各种添加剂。作为催化剂，除水之外，可使用一种酸，如盐酸、硫酸或者醋酸，或使用一种碱，如氨、嘧啶、氢氧化钠、氢氧化钾等。作为粘度调整剂，可使用乙二醇、丙三醇、聚乙烯醇、硅油等，但只要湿润凝胶变为规定的使用方式，则不特别限定。
将上述原料溶解在溶剂中来调制溶液。此时的溶液浓度因所用的原料或溶剂的种类、期望的凝胶的性状等不同而不同，但通常只要形成骨架的固体成分浓度为几重量％～几十重量％左右即可。上述溶液在必要时加入上述添加剂，搅拌后，通过注型、涂布等而变为期望的使用方式即可。若在该状态下经过规定时间，则溶液凝胶化，可得到规定的湿润凝胶。具体而言，在溶剂中，原料边反应，边形成氧化硅的微粒子，该微粒子汇集后形成网眼构造骨架，生成湿润凝胶。
此时，溶液的温度不限定，设为常温或加热下即可。在加热的情况下，可在不足所用溶剂的沸点的温度范围内适当设定。另外，也可通过原料等的组合，在凝胶化时冷却。
另外，生成的湿润凝胶在之后的碳前体形成等工序中，为了提高溶剂的亲和性等，必要时也可进行表面处理。此时，在湿润凝胶的状态下，在溶剂中使表面处理剂与该固体成分的表面进行化学反应来处理。
作为表面处理剂，例如可使用三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、乙基三氯硅烷、苯基三氯硅烷及其它卤代硅烷；三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷及其它烷氧基硅烷；六甲基二硅氧烷、二甲基硅氧烷低聚体及其它硅酮硅烷；六甲基二硅氮烷及其它胺类硅烷；以及丙醇、丁醇、己醇、辛醇、癸醇及其它醇。这些也可对应于多孔体的用途等来选定1种或2种以上。
导电性粒子
所用的导电性粒子的种类、添加量等也可与上述1.中说明的内容一样。
添加导电性粒子的时期可以是任意阶段。例如，可在湿润凝胶的形成前的原料中事先添加导电性粒子，或在形成的湿润凝胶中配合导电性粒子。
在本发明的制造方法中，优选事先用无机氧化物的湿润凝胶覆盖导电性粒子的表面的一部分或全部。通过进行这种覆盖处理，可更确实地使电介质中的导电性粒子彼此绝缘。覆盖的方法不限定，例如可通过向导电性粒子的表面提供所述原料溶液，并在表面上形成湿润凝胶来实施。覆盖量可对应于导电性粒子的种类等来适当确定。作为向导电性粒子提供所述原料溶液的方法，例如依照喷雾法、浸渍法等公知方法即可。例如，通过向在容器内对流的所述导电性粒子喷雾所述湿润凝胶的原料溶液，可由无机氧化物的湿润凝胶覆盖所述导电性粒子的表面的一部分或全部。
覆盖粒子表面的湿润凝胶可以是与形成母质(matrix)的湿润凝胶相同的组成，也可以是彼此不同的组成。尤其是在本发明中，两者优选是相同的组成。
干燥处理
在干燥处理中，除自然干燥、加热干燥、减压干燥等通常干燥法外，还可使用超临界干燥法、冻结干燥法等。通常，若提高干燥凝胶的表面积，并且为了实现低密度化而减少湿润凝胶中的固体成分量，则凝胶强度下降。另外，仅进行干燥，则凝胶多由于溶剂蒸发时的应力而收缩。为了从湿润凝胶得到具有好的多孔质性能的干燥凝胶，优选使用超临界干燥或冻结干燥来作为干燥手段。由此，可有效避免干燥时的凝胶的收缩，即高密度化。在通常的使溶剂蒸发的干燥手段中，也可通过使用使蒸发速度变慢的高沸点溶剂，或控制蒸发温度，来抑制干燥时的凝胶的收缩。另外，对于湿润凝胶，也可通过对凝胶的固体成分的表面实施疏水处理等后控制表面张力，抑制干燥时的凝胶的收缩。
在超临界干燥法或冻结干燥法中，通过将溶剂从液体状态变为相状态，可消除气液界面，不向凝胶骨架施加表面张力引起的应力地进行干燥。因此，可防止干燥时的凝胶的收缩，可得到低密度的干燥凝胶的多孔质体。在本发明中，尤其是优选使用超临界干燥法。
超临界干燥中所用的溶剂可使用湿润凝胶保持的溶剂。另外，必要时优选置换成超临界干燥中容易处理的溶剂。作为置换的溶剂，不仅包括直接将该溶剂作为超临界液体的甲醇、乙醇、异丙醇等醇类，还包括二氧化碳、水等。另外，也可置换成在这些超临界液体中容易溶出的丙酮、乙酸异戊酯、正己烷等有机溶剂。
超临界干燥可在高压釜等压力容器中进行。例如，溶剂为甲醇，设为作为其临界条件的临界压力为8.09MPa以上、临界温度为239.4度以上，在温度恒定的状态下缓慢释放压力，由此来进行。例如，在溶剂为二氧化碳的情况下，设为临界压力为7.38MPa以上，临界温度为31.1度以上，同样，在温度恒定的状态下从超临界状态释放压力，变为气体状态后进行干燥。例如，在溶剂为水的情况下，变为临界压力为22.04MPa以上，临界温度为374.2度以上，进行干燥。作为干燥所需的时间，只要经过利用超临界流体替换一次以上湿润凝胶中的溶剂的时间以上即可。
[实施方式3]
用图2来说明本发明的制造方法的实施方式。
在以规定组成比调制的凝胶原料溶液11中投入导电性粒子12，搅拌分散。因为凝胶原料溶液11的粘度低时，浸透性高，所以溶液浸透到导电性粒子12的间隙中。通过浸透到该间隙中的溶液的凝胶化，在导电性粒子12之间形成多孔体，导电性粒子12彼此绝缘。另外，以导电性粒子12的沉降速度充分低的程度，在溶液粘度上升之前，继续搅拌，由此粒子在溶液中均匀分散。保持该状态不变，使溶液的凝胶化完成，构成湿润凝胶13，通过使之干燥，可得到粒子彼此绝缘、粒子均匀分散的干燥凝胶14。利用该构成，可形成高介电常数、低介质损耗的复合电介质。另外，作为使粒子分散的方法，也可在搅拌之外使用超声波等手段。另外，通过组合使用这些手段，可提高导电性粒子的分散性。
[实施方式4]
用图3来说明本发明的制造方法的另一实施方式。
将导电性粒子21配置在容器22内，从容器下部送入热风，由此粒子21在容器内引起对流。从附在容器侧面上的喷嘴24向容器22中喷雾以规定组成比调制的凝胶原料溶液23，使之粘附在导电性粒子21上。附着的凝胶原料溶液23在导电性粒子21对流期间凝胶化，在导电性粒子21表面的至少一部分上形成薄膜。将如此得到的导电性粒子复合体25投入以规定组成比调制的凝胶原料溶液26中，搅拌分散。以导电性粒子复合体25的沉降速度充分低的程度，在溶液粘度上升之前，继续搅拌，由此导电性粒子复合体25在溶液中均匀分散。保持该状态不变，使溶液的凝胶化完成，构成湿润凝胶27，通过使之干燥，可得到粒子彼此进一步可靠绝缘、粒子均匀分散的干燥凝胶28。利用该构成，可形成高介电常数、低介质损耗的复合电介质。另外，作为使导电性粒子复合体25分散的方法，也可在搅拌之外使用超声波等手段。另外，通过组合使用这些手段，可提高导电性粒子的分散性。
发明效果
如上所述，本发明的复合电介质由于导电性粒子分散到无机氧化物的多孔体中，所以可实现将陶瓷电介质及树脂用于母质中的复合电介质不能实现的高介电常数、低介质损耗特性。即，可发挥1)1GHz以上的高频带下的该电介质的比介电常数εr为4以上、2)1GHz以上的高频带下的该电介质的介质损耗tanδ为2×10-4以下等好的特性。由此，可对电子电路的小型化及高性能化作出极大贡献。
具体而言，本发明的复合电介质在使导电性粒子分散到电介质母质中的构成中，通过将具有基于空气的电气特性的无机氧化物的多孔体用作电介质，可实现空气中不可能的粒子的分散、固定，可增大在使用树脂的情况下不充分的导电性粒子彼此的电绝缘性。利用该构成，可抑制泄漏电流，可制造介质损耗小的复合电介质。
并且，在高密度填充导电性粒子的情况下，因为可保持低介质损耗性不变地提高复合电介质的比介电常数，所以可提供同时具有将陶瓷电介质及树脂用于母质中的复合电介质不能实现的高介电常数、低介质损耗特性的复合电介质。
产业上的可利用性
本发明的复合电介质作为尤其用于微波、毫米波等高频带下使用的电介质是有效的。因此，可用于便携电话、毫米波无线LAN、高频信号传输设备、GPS、卫星通信设备等各种电子器件中。
实施例
下面示出实施例，进一步详细说明本发明的特征。但是，本发明不限于实施例。
(实施例1)
以摩尔比1∶3∶4来混合四乙氧基硅烷、乙醇和氨水溶液(0.1N)，调制凝胶原料液。将该原料液投入氟树脂制容器中。接着，向其中以填充率为0.86地投入平均粒径为10微米的铝粒子(导电率：3.96×107S/m)后，在室温下使用磁性搅拌器搅拌分散。
接着，使用磁性搅拌器的加热器，在继续搅拌的同时，将溶液加热到40度。溶液的粘度上升，看不到粒子沉降的时刻，将溶液注入特氟纶制模具中，在40度下静置24小时，得到直径2mm×高度1mm的圆柱状湿润凝胶。在用乙醇洗净(溶剂置换)该湿润凝胶后，通过进行基于二氧化碳的超临界干燥，得到铝粒子分散到干燥凝胶中的复合体(气孔率：约12％)。超临界干燥在压力为12MPa、温度50度的条件下经过4小时后，缓慢释放压力，变为大气压后，开始降温。
使用网络分析仪来测定得到的复合体的比介电常数εr和介质损耗tanδ。结果示于表1中。另外，表1中，作为比较例1，还示出同样测定现有陶瓷(MgTiO3-CaTiO3)的结果。
表1
  测定频率   比介电常数εr   介质损耗tanδ(×10<sup>-4</sup>)
 实施例1   32255.51   20202020   1.01.00.80.8
 实施例2   32255.51   30303030   1.41.41.11.1
 实施例3   32255.51   4444   1.61.60.90.9
 比较例1   32255.51   21212121   5.74.51.00.2
(实施例2)
将事先测定体积的、粒径为从10微米到50微米的铜粒子投入高度为80cm、直径为15cm的金属制圆筒容器中，从容器下面送入热风，使铜粒子(导电率：5.76×107S/m)在容器内对流。另外，进行硅酸苏打的电透析，制作PH10-11的硅酸水溶液(水溶液中的氧化硅成分浓度为8重量％)，将该硅酸水溶液的pH调整为5.5，构成凝胶原料溶液。从金属容器侧面的喷嘴向容器中喷雾该凝胶原料溶液，局部覆盖地附着铜粒子的粒子表面。
结束凝胶原料溶液的喷雾，在铜粒子表面上，溶液凝胶化，溶剂蒸发后，停止送风，得到用干燥凝胶薄膜局部覆盖铜粒子的导电性粒子复合体。将调制成与上述相同组成的凝胶原料液投入氟元素树脂制容器中，以作为铜粒子的填充率变为0.91地向其中投入导电性粒子复合体，在室温下使用磁性搅拌器搅拌分散。
溶液的粘度上升，看不到粒子沉降的时刻，将溶液注入特氟纶
Figure C20048000246700171
制模具中，在室温下静置3小时，得到直径为2mm、高度为1mm的圆柱状湿润凝胶。在用乙醇洗净(溶剂置换)该湿润凝胶后，进行基于二氧化碳的超临界干燥，得到铜粒子分散到干燥凝胶中的复合体(气孔率：约8％)。超临界干燥在压力为12MPa、温度50度的条件下经过4小时后，缓慢释放压力，变为大气压后，开始降温。
使用网络分析仪来测定得到的复合体的比介电常数εr和介质损耗tanδ。结果示于表1中。
(实施例3)
将事先测定体积的、粒径为50微米的碳素粉末投入高度为80cm、直径为15cm的金属制圆筒容器中，从容器下面送入热风，使碳素粉末(导电率：3.0×104S/m)在容器内对流。另外，进行硅酸苏打的电透析，制作pH10-11的硅酸水溶液(水溶液中的氧化硅成分浓度为8重量％)，将该硅酸水溶液的pH调整为5.5，构成凝胶原料溶液。从金属容器侧面的喷嘴向容器中喷雾该凝胶原料溶液，局部覆盖地附着碳素粉末的粒子表面。
结束凝胶原料溶液的喷雾，在碳素粉末表面上，溶液凝胶化，溶剂蒸发后，停止送风，得到用干燥凝胶薄膜局部覆盖碳素粉末的导电性粒子复合体。将调制成与上述相同组成的凝胶原料液投入氟树脂制容器中，以作为碳素粉末的填充率变为0.5地向其中投入导电性粒子复合体，在室温下使用磁性搅拌器搅拌分散。
溶液的粘度上升，看不到粒子沉降的时刻，将溶液注入特氟纶
Figure C20048000246700181
制模具中，在室温下静置3小时，得到直径为20mm、高度为10mm的圆柱状湿润凝胶。在用乙醇洗净(溶剂置换)该湿润凝胶后，进行基于二氧化碳的超临界干燥，得到碳素粉末分散到干燥凝胶中的复合体(气孔率：约45％)。超临界干燥在压力为12MPa、温度50度的条件下经过4小时后，缓慢释放压力，变为大气压后，开始降温。
使用网络分析仪来测定得到的复合体的比介电常数εr和介质损耗tanδ。结果示于表1中。

Claims (14)

1. 一种复合电介质，由导电性粒子分散于由100nm以下的尺寸的粒子构成的固体骨架部形成的无机氧化物的多孔体的内部而成，其中，
所述多孔体的气孔率为4％以上、75％以下，
所述导电性粒子的平均粒径为100微米以下，
所述多孔体的平均细孔径为1nm以上、1000nm以下，
所述多孔体的材料的电阻率为1010Ω·m以上，介质损耗为1×10-3以下，
导电性粒子的导电率σ为30000S/m以上，
导电性粒子的含有率为该电介质中75体积％以上、95体积％以下。
2. 根据权利要求1所述的复合电介质，其特征在于：
1GHz以上的高频带下的该电介质的比介电常数εr为4以上，
1GHz以上的高频带下的该电介质的介质损耗tanδ为2×10-4以下。
3. 根据权利要求1所述的复合电介质，其特征在于：所述多孔体的体积密度为10kg/m3以上、500kg/m3以下。
4. 根据权利要求1所述的复合电介质，其特征在于：所述多孔体的比表面积为50m2/g以上、1500m2/g以下。
5. 根据权利要求1所述的复合电介质，其特征在于：所述多孔体的部分或全部是二氧化硅或氧化铝至少之一。
6. 根据权利要求1所述的复合电介质，其特征在于：所述多孔体是通过干燥无机氧化物的湿润凝胶而得到的干燥凝胶。
7. 根据权利要求6所述的复合电介质，其特征在于：通过溶胶凝胶法来调制湿润凝胶。
8. 根据权利要求1所述的复合电介质，其特征在于：导电性粒子是铝、镍、铜、银、金、铂、钨、钼及包含它们的合金的至少一种。
9. 一种如权利要求1所述的复合电介质的制造方法，其中，具有：
获得包含导电性粒子与无机氧化物的湿润凝胶的材料的工序，和
使所述材料干燥的工序。
10. 根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：通过将导电性粒子混合在湿润凝胶的原料溶液中、并接着凝胶化原料溶液得到所述材料。
11. 根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于：在将导电性粒子混合在原料溶液中之前，事先用无机氧化物的湿润凝胶覆盖导电性粒子的表面的一部分或全部。
12. 根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于：通过向在容器内对流的所述导电性粒子喷雾所述湿润凝胶的原料溶液，由无机氧化物的湿润凝胶覆盖所述导电性粒子的表面的一部分或全部。
13. 根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：通过溶胶凝胶法来调制湿润凝胶。
14. 根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：导电性粒子是铝、镍、铜、银、金、铂、钨、钼及包含它们的合金的至少一种。
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