CN102725909B

CN102725909B - 电介质天线

Info

Publication number: CN102725909B
Application number: CN201180007122.8A
Authority: CN
Inventors: 河西雅纪
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2031-01-17
Also published as: EP2530783B1; EP2530783A1; EP2530783A4; US20120293374A1; JPWO2011093154A1; TW201214866A; WO2011093154A1; CN102725909A; US9178281B2; TWI438964B; JP5418608B2

Abstract

本发明提供一种电介质天线，其具备具有耐热性、射出成型时的脱模性良好且不易产生拉丝的、含有有机高分子材料的电介质块。电介质天线（1）所具备的电介质块（2）由含有液晶聚合物和聚四氟乙烯的有机高分子材料构成。其中，相对于电介质块（2）的体积，聚四氟乙烯的添加量为2～15体积%。作为上述液晶聚合物优选使用其流动开始温度为310℃～335℃的物质。另外，电介质块（2）可以进一步含有电介质无机填料，此时，相对于电介质块（2）的体积，电介质无机填料的添加量为45体积%以下。

Description

电介质天线

技术领域

本发明涉及电介质天线，特别涉及对电介质天线中具备的电介质块的材料上的改进。

背景技术

近年来，由于移动电话有日益小型化且轻质化的趋势，因此，对搭载在移动电话上的天线也要求小型化且轻质化。移动电话中，作为天线通常使用主体部分由电介质块构成的电介质天线，为了与上述的小型化且轻质化对应，优选高介电常数且低比重的电介质材料作为电介质块中使用的电介质材料。

另一方面，从移动电话的设计性的观点考虑，天线内置型的移动电话已成为主流。另外，天线内置型也有助于移动电话的小型化。为了应对这种情况，对电介质天线要求其电介质块的形状能够柔软地改变的优异的加工性，以使即便在移动电话的框体与框体内部的布线基板之间的空隙这样的狭窄空间也能够进行配置。

这种背景下，优选使用由电介质陶瓷构成的填料与树脂的复合材料作为电介质块的材料。这是由于以下原因：根据这种复合材料，电介质陶瓷可提高电介质块的介电常数，其结果能够使电介质天线小型化，另外，树脂使电介质块轻质化，并且可将电介质块造形成自由的形状。

作为与本发明有关的上述的复合材料，例如有在日本特开2004-6316号公报（专利文献1）中记载的材料。专利文献1中，记载了含有电介质无机填料和有机高分子材料的复合电介质材料，公开了使用聚丙烯作为有机高分子材料。

但是，专利文献1中记载的复合材料由于使用了聚丙烯作为有机高分子材料，所以耐热性不优异，对具备其而构成的电介质块的电介质天线进行安装时，例如会遭遇无法适用焊锡回流工序这样的问题。

因此，对于构成电介质块的复合材料也提出了使用耐热性优异的液晶聚合物作为树脂。但是，使用液晶聚合物的情况下，在电介质块的射出成型时会导致拉丝，因此，存在阻碍连续成型这样的问题。

为了解决耐热性的问题的同时解决上述拉丝的问题，例如日本特开2009-197209号公报（专利文献2）中，提出了在复合材料中使用温度的差不同的2种液晶聚合物，所述温度的差是指从固相向液相进行相转移的吸热峰值温度到成为熔融粘度满足1000Pa·s以下的温度的差。

但是，可知使用专利文献2中记载的材料，连续实施电介质块的射出成型时，有时导致成型材料的一部分附着、残留在成型模具内的问题。该问题会阻碍电介质块的连续成型，降低电介质天线制造的成品率，其结果将导致电介质天线的成本增加。

专利文献1：日本特开2004-6316号公报

专利文献2：日本特开2009-197209号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供具备由可解决上述问题的成型材料构成的电介质块的电介质天线。

本发明涉及电介质天线，其具备电介质块、设置在电介质块上的发射电极以及分别与发射电极电连接的供电端子和接地端子，其中，电介质块含有有机高分子材料。

为了解决上述技术课题，本发明的特征在于，上述的有机高分子材料含有液晶聚合物和聚四氟乙烯，相对于电介质块的体积，聚四氟乙烯的添加量为2～15体积%。

本发明中，液晶聚合物优选其流动开始温度为310℃～335℃。在此，流动开始温度是指使用流动性试验机（直径1mm×长度10mm的组合模），在料筒内放入2g液晶聚合物的粉末，在9.8MPa的负荷下，以4℃/分钟的速度升温，挤出物的粘度达到4800Pa·s时的温度。

另外，本发明中，优选电介质块进一步含有电介质无机填料，相对于电介质块的体积，该电介质无机填料的添加量为45体积%以下。

上述的电介质无机填料更优选含有碳酸钙。

根据本发明，电介质块中含有的有机高分子材料含液晶聚合物和聚四氟乙烯，由于这些液晶聚合物和聚四氟乙烯两者均具有耐热性，所以，首先能够对电介质天线赋予例如可耐受焊锡回流的耐热性。

另外，通过添加相对于电介质块的体积为2～15体积%的聚四氟乙烯，能够以不阻碍成型性地提高有机高分子材料的脱模性。其结果，在连续实施电介质块的射出成型时，能够有效地避免成型材料的一部分附着、残留在成型模具内的问题。并且，由于与液晶聚合物不相溶的聚四氟乙烯在电介质块的材料中作为有机填料发挥作用，降低熔融张力，所以能够抑制射出成型时产生拉丝。由此，能够有效率地促进电介质块的连续成型，提高电介质天线制造的成品率以及能够期待由此带来的电介质天线的成本降低。

应予说明，如上所述，如果有机高分子材料除了含液晶聚合物之外，还含有聚四氟乙烯，则发现由于例如焊锡回流工序之类的成型后的温度上升，电介质块中容易产生泡（blister）。本发明人发现，此时，如果使用其流动开始温度为310℃～335℃的物质作为液晶聚合物，则可抑制上述的泡。即，本发明中，如果使用其流动开始温度为310℃～335℃的物质作为液晶聚合物，则能够有效地抑制电介质块中产生泡。

另外，本发明中，如果电介质块以45体积%以下的添加量进一步含有电介质无机填料，则能够不阻碍成型性地提高电介质块的介电常数，其结果能够实现电介质天线的小型化。

并且发现上述电介质无机填料含有碳酸钙时，能够提高电介质块的Q，提高天线效率，但含有这种碳酸钙则更加容易产生泡。由此，在这种情况下，使用具有上述那样的特定的流动开始温度的液晶聚合物变得更加有意义。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的电介质天线1的外观的立体图。

具体实施方式

参照图1，首先对本发明的一个实施方式的电介质天线1的结构进行说明。

电介质天线1具备构成其主体部分的例如长方形的电介质块2。

在电介质块2上，设置发射电极3。发射电极3具有：延展在电介质块2的主表面上的主要部4、以及由主要部4引出且延展在电介质块2的侧表面上的第1和第2引出部5和6。

供电端子7和接地端子8与发射电极3电连接。更详细而言，供电端子7与上述的第1引出部5连接，接地端子8与上述的第2引出部6连接。

上述的发射电极3、供电端子7以及接地端子8例如由将它们一体形成的金属板构成。作为金属板，例如可使用由磷青铜构成的金属板，根据需要，可实施金、银或铜的镀覆。

另外，为了制造电介质天线1，电介质块2可通过使用了后述的成型材料的射出成型而得到，其中，在进行该射出成型时，优选应用以将形成上述发射电极3、供电端子7以及接地端子8的金属板插入于模具内的状态实施成型的嵌入式成型。另外，该嵌入式成型中，可以使上述金属板的至少一部分同时被成型的方式进行。应予说明，也可应用注塑成型代替嵌入式成型。

另外，发射电极3可以不是如上所述地由金属板与供电端子7和接地端子8同时一体构成，而是将电介质块2成型为规定的形状后，应用镀覆、溅射、蒸镀等方法，在电介质块2上形成发射电极3，也可以将分别准备好的供电端子7和接地端子8，与发射电极3的第1和第2引出部5和6分别连接。

这样的电介质天线1中，由供电端子7介由第1引出部5向发射电极3供给高频电流，由此产生高频电场，发射电波。另一方面，在接收电波时，在发射电极3中感应高频电流，由第2引出部6介由接地端子8传递给外部的RF电路。

应予说明，电介质天线1的形状和结构并不限于图示。

例如，也可以设置多组发射电极3、供电电极7以及接地电极8。另外，为了调整频率，可适当变更发射电极3、供电电极7以及接地电极8各自的形状和配置。

另外，电介质块2可以为长方形以外的形状，例如可以为圆板形，也可以是在与设置发射电极3的主表面相反的一侧的主表面设置空腔的形状。

另外，电介质块2可以具有层叠了多个电介质层的层叠结构。

具有这种构成的电介质天线1中，电介质块2由含有液晶聚合物和聚四氟乙烯的有机高分子材料以及电介质无机填料的复合材料构成。由于有机高分子材料中含有的液晶聚合物和聚四氟乙烯两者均具有耐热性，所以，首先能够赋予电介质天线1例如可耐受焊锡回流的耐热性（例如，在对无铅焊锡进行回流的工序中使用时，最高温度265℃的耐热性）。应予说明，电介质无机填料是为了提高电介质块2的介电常数而添加的，但根据电介质天线的结构，也可以不添加。

作为液晶聚合物，可很好地使用以2-羟基-6-萘甲酸、氢醌、2,6-萘二甲酸以及对苯二甲酸为构成单体的聚合物。对这些构成单体的组成比率没有特别限定，例如可以由下式（I）、（II）、（III）以及（IV）表示的重复结构单元构成，相对于这些（I）～（IV）重复结构单元的总量，（I）重复结构单元为40～74.8摩尔%，（II）重复结构单元为12.5～30摩尔%，（III）重复结构单元为12.5～30摩尔%，以及（IV）重复结构单元为0.2～15摩尔%，且由（III）和（IV）表示的重复结构单元的摩尔比满足（III）/｛（III）＋（IV）｝≥0.5的关系。

（其中，（II）和（IV）中的Ar₁和Ar₂各自独立地为选自1,4-亚苯基、或者在对位键合的亚苯基数2个以上的二价残基中的基团。）

聚四氟乙烯是为了提高含有有机高分子材料的成型材料的脱模性以及消除拉丝的问题而发挥作用的。因此，连续实施电介质块2的射出成型时，能够很好地避免成型材料的一部分附着、残留于成型模具内的问题。相对于电介质块2的体积，该聚四氟乙烯的添加量选为2～15体积%。低于2体积%的情况下，不能发挥充分的脱模性，另一方面，如果超过15体积%，则有时降低成型材料的流动性，例如导致产生填充不足之类的成型性的降低。

应予说明，有机高分子材料不含有聚四氟乙烯的情况下，不会出问题，但如果有机高分子材料除了含液晶聚合物之外，还含有聚四氟乙烯，则如上所述，发现由于例如焊锡回流工序之类的成型后的温度上升而导致容易在电介质块2上产生泡。可以推测这是由于液晶聚合物与聚四氟乙烯不相溶而使得在它们之间的界面的粘接性变弱的原因。

为了解决该问题，本件发明人经过反复研究，结果注意到是否与液晶聚合物的分子量或者流动开始温度相关。进而，发现了如果使用该流动开始温度为310℃～335℃的液晶聚合物，则可抑制上述的泡。由此，本发明中，优选使用该流动开始温度为310℃～335℃的物质作为液晶聚合物。

应予说明，如果使用流动开始温度低于310℃的物质作为液晶聚合物，则由于液晶聚合物的低分子量成分的挥发，容易产生泡。另一方面，如果流动开始温度超过335℃，则由于成型时成型材料不显示充分的流动性，所以成型物中发生填充不足。

对于液晶聚合物而言，例如，通过改变与其相关的热处理温度，能够使分子量的大小变化，与此相伴，流动开始温度也变化。即，如果分子量增加，流动开始温度也上升。

更具体地说明，则为了得到液晶聚合物，以规定量称取2-羟基-6-萘甲酸、氢醌、2,6-萘二甲酸以及对苯二甲酸，混合它们，并且添加1-甲基咪唑作为催化剂，在室温下搅拌15分钟后，一边搅拌一边升温。进而，内温达到145℃时，保持该温度的状态下搅拌1小时。

接着，一边对馏出的副产物乙酸和未反应的乙酸酐进行蒸馏，一边经过3小时30分钟从145℃升温至310℃后，在该温度下保温3小时，得到液晶聚合物。将得到的液晶聚合物冷却至室温，用粉碎机粉碎，得到液晶聚合物的粉末。

将这样得到的粉末经1小时从25℃升温至250℃后，经3小时从该温度升温至规定的温度（以下，称为“二次升温温度”），接着在该温度下保温3小时进行固相聚合，其后，冷却固相聚合后的粉末。

对于这样得到的冷却后的粉末（液晶聚合物），可确认：

二次升温温度为295℃时，显示310℃的流动开始温度，

二次升温温度为305℃时，显示320℃的流动开始温度，

二次升温温度为315℃时，显示330℃的流动开始温度，

二次升温温度为320℃时，显示335℃的流动开始温度。

为了得到所希望的流动开始温度，如上述那样，除控制二次升温温度的方法以外，也有控制赋予二次升温温度的时间的方法。

应予说明，本发明中，为了规定液晶聚合物，不使用分子量、而是使用流动开始温度这样的因素的原因是：液晶聚合物耐溶剂性优异，难溶于通常的分子量测定（GPC）中使用的溶液（四氢呋喃等），无法高精度地测定分子量。

为了提高电介质块2的介电常数，构成电介质块2的成型材料含有电介质无机填料时，其添加量以相对于电介质块2的体积为45体积%以下的方式，即含有成型材料的45体积%以下的量的方式进行选择。由此，能够防止阻碍电介质块2的成型性。

作为电介质无机填料，优选使用钛酸钙粉末和碳酸钙粉末。考虑钛酸钙主要有助于提高介电常数、碳酸钙主要有助于提高Q，从而选择它们的添加量或添加比率。应予说明，相对于电介质无机填料整体，碳酸钙的添加比率优选为50重量%以下。

另外，发现上述电介质无机填料的添加还会助长泡的产生。特别是，使用碳酸钙作为电介质无机填料时，由于碳酸钙与钛酸钙相比碱基位点的量少，所以电介质无机填料与液晶聚合物的粘接力变弱，将更容易产生泡。由此，如上所述，规定液晶聚合物的流动开始温度的、抑制泡产生的手段，在添加电介质无机填料、特别是添加碳酸钙的情况下，变得更加有效且有意义。

接下来，对为了求出本发明的范围或者优选的范围而实施的实验例进行说明。

［实验例1］

实验例1中，对聚四氟乙烯的添加量与脱模性和成型性的关系进行了评价。

首先，准备平均粒径1.6μm的钛酸钙粉末（碱基位点的量：0.019mmol/g）和平均粒径10.0μm的碳酸钙粉末（碱基位点的量：0.013mmol/g）作为成为电介质无机填料的陶瓷粉末。

另外，准备聚四氟乙烯和准备液晶聚合物作为有机高分子材料。在此，使用如下制作的物质作为液晶聚合物。

以2-羟基-6-萘甲酸成为55.0摩尔%、氢醌成为22.5摩尔%、2,6-萘二甲酸成为17.5摩尔%以及对苯二甲酸成为5.0摩尔%的方式，称取这些液晶聚合物的构成单体，混合它们，添加微量的1-甲基咪唑作为催化剂，室温下搅拌15分钟后，一边搅拌一边升温。进而，内温达到145℃时，保持该温度的状态下搅拌1小时。

接着，一边对馏出的副产物乙酸和未反应的乙酸酐进行蒸馏，一边经过3小时30分钟从145℃升温至310℃后，在该温度保温3小时，得到液晶聚合物。将得到的液晶聚合物冷却至室温，用粉碎机粉碎，得到液晶聚合物的粉末。

接着，将这样得到的粉末经1小时从25℃升温至250℃后，经3小时从该温度升温至305℃，接着在该温度保温3小时进行固相聚合，其后，冷却固相聚合后的粉末。

对该固相聚合后的粉末如下所述地评价流动开始温度。使用流动性试验机（直径1mm×长度10mm的组合模），将2g上述树脂粉末装入料筒内，在280℃预热3分钟后，在9.8MPa的负荷下，以4℃/分钟的速度升温，测定挤出物的粘度达到4800Pa·s时的温度，将其作为液晶聚合物的流动开始温度。其结果该液晶聚合物的流动开始温度为320℃。

接着，将上述液晶聚合物、聚四氟乙烯、钛酸钙粉末以及碳酸钙粉末分别成为表1所示的组成比率的方式进行称量，接着，使用双螺杆挤出机，在330℃的温度下，将它们熔融混炼。将得到的复合材料，在熔融混炼时一边通过模头孔形成为丝状，一边利用造粒机切割成直径2mm×长度5mm左右的尺寸，作为射出成型用颗粒。

接下来，为了使用上述射出成型用颗粒而得到电介质块，一边赋予320℃的温度一边实施连续射出成型，如表1所示，评价脱模性和成型性。

对于脱模性，求出不进行连续成型、成型材料开始附着在模具的颗粒数，到40000颗粒为止成型材料还没附着在模具时，判定脱模性为良好，表1中用“○”表示。另一方面，不到40000颗粒就成型材料附着在模具时，判定成型性为差，表1中用“×”。

对于成型性，在成型物内不发生填充不足时，判定为良好，表1中用““○”表示。另一方面，成型物内发生填充不足时，判定成型性为差，表1中用“×”表示。

[表1]

参照表1，如试料1～5所示，通过添加2体积%～15体积%的聚四氟乙烯而得到脱模性和成型性两者均良好的结果。这是由于：对于脱模性而言，认为通过添加2体积%以上的聚四氟乙烯，使聚四氟乙烯在成型物的表面析出，从而其得到了提高。另一方面，对于成型性而言，通过使聚四氟乙烯的添加量为15体积%以下，不会导致流动性的降低。

与此相对，聚四氟乙烯的添加量低于2体积%的试料6和7的脱模性差。更详细而言，对于试料6，在2000颗粒时产生成型材料对模具的附着，对于试料7，在8000颗粒时产生成型材料对模具的附着。

另外，聚四氟乙烯的添加量超过15体积%的试料8的成型性差。认为这是由于作为基体的液晶聚合物的相对量减少，成型材料的流动性降低所致。由于试料8的成型性差，因此没有评价脱模性。

［实验例2］

实验例2中，对液晶聚合物的流动开始温度与成型性和有无泡的关系进行了评价。

实验例2中，准备分别具有表2所示的流动开始温度的多种物质作为液晶聚合物。在此，为了得到各种流动开始温度的液晶聚合物，控制了上述的“二次升温温度”。

然后，将液晶聚合物、聚四氟乙烯、钛酸钙粉末以及碳酸钙粉末分别以成为72.0体积%、3.0体积%、13.2体积%以及11.8体积%的组成比率的方式进行称量并熔融混炼，除此之外，实施与实验例1的情况相同的操作，如表2所示，评价成型性。

另外，实验例2中，如表2所示，评价有无泡。即，实施达到最高温度265℃的回流耐热性试验，在试验后观察成型物，确认有无泡。确认没有泡时，判定为良好，表2中用“○”表示。另一方面，确认有泡时，判定为差，表2中用“×”表示。

[表2]

参照表2，如试料11～14所示，液晶聚合物的流动开始温度在310℃～335℃的范围时，成型性良好，且不产生泡。

与此相对，液晶聚合物的流动开始温度低于310℃的试料15中，产生了泡。认为这是由于以下原因所致：由于液晶聚合物的流动开始温度低，所以因低分子量成分的挥发导致粘接力弱的液晶聚合物/聚四氟乙烯界面发生剥离，在回流耐热性试验时产生泡。应予说明，虽表2中没有示出，但对于试料15的组成中的没有添加钛酸钙和碳酸钙之类的电介质无机填料的试料而言，不易引起泡的产生。

另外，液晶聚合物的流动开始温度超过335℃的试料16中，由于液晶聚合物的分子量增加，成型材料的粘度增加，所以成型时没有充分的流动性，成型物中产生填充不足，成型性变差。由于试料16的成型性差，所以没有评价有无泡。应予说明，虽表2中没有示出，但对于试料16的组成中的不添加钛酸钙和碳酸钙之类的电介质无机填料的试料而言，得到了良好的成型性。

［实验例3］

实验例3中，对电介质无机填料的添加量与成型性、介电常数、Q以及有无泡的关系进行了评价。

实验例3中，准备与实验例1中使用的液晶聚合物相同的液晶聚合物（流动开始温度：320℃）、聚四氟乙烯、钛酸钙粉末以及碳酸钙粉末，将它们按成为表3所示的组成比率地进行称量并熔融混炼，除此之外，实施与实验例1的情况相同的操作，如表3所示，评价成型性。另外，如表3所示，与实验例2的情况相同地评价有无泡。

并且，如表3所示，评价介电常数ε_r和Q。即，制作直径55mm×厚度1.3mm的试验片，使用网络分析仪（AgilentTechnologies公司制；“HP8510”），利用摄动法求出3GHz下的介电常数ε_r和Q。

[表3]

参照表3，在由钛酸钙和碳酸钙构成的电介质无机填料的总填充量为45体积%以下的试料21～25中，能够维持成型材料充分的流动性，显示良好的成型性。

与此相对，在电介质无机填料的总填充量超过45体积%的试料26中，成型材料的流动性降低，产生填充不足，成型性变差。由于试料26的成型性差，没有评价ε_r、Q以及有无泡。

另外，如试料21～23和25所示，通过使电介质无机填料的总填充量为5体积%以上，能够使ε_r为4.0以上。与此相对，试料24中，由于电介质无机填料的总填充量低于5体积%，所以ε_r低于4.0。

另外，试料25中，由于作为电介质无机填料不含碳酸钙，所以Q低于700。由此可知，为了提高Q，提高天线效率，碳酸钙的添加是有效的。

符号说明

1电介质天线

2电介质块

3发射电极

7供电端子

8接地端子

Claims

1.一种电介质天线，其特征在于，

具备电介质块、设置在所述电介质块上的发射电极以及分别与所述发射电极电连接的供电端子和接地端子，其中，

所述电介质块含有有机高分子材料，

所述有机高分子材料含有液晶聚合物和聚四氟乙烯，

相对于所述电介质块的体积，所述聚四氟乙烯的添加量为2～15体积％，

所述液晶聚合物的流动开始温度为310℃～335℃。

2.根据权利要求1所述的电介质天线，其中，所述电介质块进一步含有电介质无机填料，相对于所述电介质块的体积，所述电介质无机填料的添加量为45体积％以下。

3.根据权利要求2所述的电介质天线，其中，所述电介质无机填料含有碳酸钙。