CN107077941A - 磁介电衬底、电路材料、以及具有该材料的组件 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中,磁介电衬底包括介电聚合物基质;以及多个六方晶系铁氧体颗粒,多个六方晶系铁氧体颗粒以有效地提供磁介电衬底的量和类型分散在聚合物基质中,该磁介电衬底具有0到500MHz上的大于或等于2.5的磁常数、或者0到500MHz上的3到8的磁常数;0到500MHz上的小于或等于0.1的磁损耗、或者0到500MHz上的0.001到0.05的磁损耗;以及0到500MHz上的1.5到8或2.5到8的介电常数。

Description

磁介电衬底、电路材料、以及具有该材料的组件
背景技术
本公开总体上涉及可以在诸如用于电路、天线等的金属覆层电路材料等的应用中使用的磁介电衬底。
更新的设计和制造技术已经使得电子部件的尺寸越来越小,例如,诸如电子集成电路芯片上的电感、电子电路、电子封装、模块和外壳、以及UHF、VHF、和微波天线等的部件。一种减小电子部件尺寸的方式是使用磁介电材料作为衬底。特别地,铁氧体、铁电体、以及多铁性材料已经被作为具有提升的微波特性的功能性材料广泛研究。然而,这些材料不完全令人满意,原因在于,对于给定的应用,它们可能不提供期望的带宽或者不具有期望的机械性能。开发具有足够阻燃性的材料是特别困难的,这是因为用来给予期望的磁介电特性的颗粒状金属填料是可燃的。即使在被聚合物基质环绕时,这样的填料在高湿度条件下也不稳定。
因此,本领域中存在对用于介电衬底中的磁介电材料的需求,其在大于100兆赫兹(MHz)的频率下具有最佳的磁和介电特性,同时具有用于电路制造的最佳热机械和电特性。特别地,存在对具有以下特性中的一个或多个的磁介电衬底的需求:低介电和磁损耗、低功耗、低偏置电场或磁场、阻燃性、以及其他改进的机械特性。如果材料能够被容易地处理并且能够与现有制造工艺集成,则更加有利。如果热机械和电特性在高温和潮湿的条件下在衬底的寿命期间稳定,则更进一步地有利。
发明内容
在一个实施例中,磁介电衬底包括介电聚合物基质;以及多个六方晶系铁氧体颗粒,其以有效地提供该磁介电衬底的量和类型分散在聚合物基质中,多个六方晶系铁氧体颗粒具有:0到500MHz上的大于或等于2.5的磁常数、或者0到500MHz上的3到8的磁常数,0到500MHz上的小于或等于0.1的磁损耗、或者0到500MHz上的0.001到0.05的磁损耗;以及0到500MHz上的1.5到8或2.5到8的介电常数。
在一个实施例中,制造磁介电衬底的方法包括:将多个六方晶系铁氧体颗粒分散在可固化的聚合物基质组合物中;由该可固化的聚合物基质组合物以及分散的颗粒形成层;以及固化聚合物基质组合物。
在一个实施例中,电路材料包括导电层;以及设置在该导电层上的磁介电衬底。
在一个实施例中,制造电路材料的方法包括将多个六方晶系铁氧体颗粒分散在可固化的聚合物基质组合物中;由可固化的聚合物基质组合物以及分散的颗粒形成层;将形成的层设置在导电层上,以及固化聚合物基质组合物。
在一个实施例中,天线包括磁介电衬底。
在另一个实施例中,RF部件包括磁介电衬底。
结合附图,根据下文的具体实施方式,上述的特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
参照示例性的非限制附图,其中,相似地元素被相似地标记,在附图中:
图1描绘了具有纺织加强的磁介电衬底的剖视图的实施例;
图2描绘了包括图1中的磁介电衬底的单包层电路材料的剖面图的实施例;
图3描绘了包括图1中的磁介电衬底的双包层电路材料的实施例;
图4描绘了具有图形化贴片的图3的金属包层电路层压板的剖面图的实施例;
图5是示出了针对示例1到6的介电常数(e')值与频率的对比的图;
图6是示出了针对示例1到6的介电损耗(e'角正切)与频率的对比的图;
图7是示出了针对示例1到6的磁常数(u')与频率的对比的图;
图8是示出了针对示例1到6的磁损耗(u'角正切)与频率的对比的图。
具体实施方式
非常需要用于电路制造的,在500MHz以下频率具有最佳的磁、介电、以及物理特性的磁介电衬底。本公开的发明人已经发现,包括诸如铁颗粒等的磁性填料的磁介电衬底导致既可燃又对湿度和温度变化不稳定的衬底,即使在位于衬底中时;或者具有高的磁损耗值。本公开的发明人意外地发现能够包括多个六方晶系铁氧体的磁介电衬底可以在0到500MHz的频率操作,而不会显著增加涡流能耗。例如,包括多个六方晶系铁氧体颗粒的磁介电衬底可以具有在0到500MHz范围中测量的大于或等于1.5的磁常数(也被称为磁导率)和在0到500MHz范围中测量的小于或等于0.1的磁损耗,以及可选地,具有匹配的介电特性(例如,介电常数e'除以磁常数u',可以小于或等于3、或小于或等于2、或小于或等于2.2)。当在电路中使用时,包含磁填料的磁介电衬底还可以意外地呈现出改进的阻燃性和稳定性中的一个或二者。使用特定的介电聚合物,允许材料被容易地加工并且能够经受电路化条件。
如由各种附图和相应的文本所示出和描述的,磁介电衬底包括聚合物基质组合物,其包括设置在其中的多个磁性颗粒(特别地,六方晶系铁氧体颗粒)并且可选地包括加强层。
磁介电层和衬底包括聚合物基质组合物,特别是热固性的聚合物基质组合物。组合物中的热固性基质可以包括聚丁二烯、聚异戊二烯、环氧树脂、酚类聚合物、聚酯(例如可以以商品名DOLPHON、SYNTHITE、DOLFEX、以及HI-THERM从New Jersey的Monmouth Junction的John C.Dolph公司获得的那些)、聚酰亚胺、硅酮(例如可以从Wacker获得的那些)、双马来酰亚胺三嗪(BT)树脂、苯并恶嗪、聚苯乙烯、聚(C1-4甲基丙烯酸烷基酯)、聚(C1-4丙烯酸烷基酯)、烯丙基化聚(亚芳基醚),或包括上述聚合物中至少一项的组合。可以使用的其他热固性聚合物包括被改性为热固性的那些,例如,液晶聚合物一般是热塑性聚合物,但是它们也可以通过官能化或通过与诸如环氧树脂等的热固性材料复合而被用作热固性材料。环氧树脂可以包括脂环族型环氧树脂、双酚A的二缩水甘油醚、甲酚酚醛清漆、酚环氧树脂、双马来酰亚胺-三嗪环氧树脂,氰酸酯-环氧树脂混合物,或包括上述中的至少一项的组合。
聚合物基质组合物中的聚合物基质可以包括热固性聚丁二烯和/或聚异戊二烯。如本文使用的,术语“热固性聚丁二烯和/或聚异戊二烯”包括包含从丁二烯、异戊二烯、或其混合物衍生的单元的均聚物和共聚物。从其他可共聚单体衍生的单元也可以例如以接枝的形式存在于聚合物中。可共聚单体包括但不限于乙烯基芳族单体,例如,诸如苯乙烯、3-甲基苯乙烯、3,5-二乙基苯乙烯、4-正丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基乙烯基甲苯、对-羟基苯乙烯、对-甲氧基苯乙烯、α-氯苯乙烯、α-溴苯乙烯、二氯苯乙烯、二溴苯乙烯、四氯苯乙烯等的取代和未取代的单乙烯基芳族单体;以及诸如二乙烯基苯、二乙烯基甲苯等的取代和未取代的二乙烯基芳族单体。还可以使用包括上述可共聚单体中的至少一个的组合。热固性聚丁二烯和/或聚异戊二烯包括但不限于丁二烯均聚物、异戊二烯均聚物、诸如丁二烯-苯乙烯等的丁二烯-乙烯基芳族共聚物、诸如异戊二烯-苯乙烯共聚物等的异戊二烯-乙烯基芳族共聚物等。
热固性聚丁二烯和/或聚异戊二烯聚合物还可以被改性。例如,聚合物可以是羟基封端的、甲基丙烯酸酯封端的、羧酸酯封端的等。可以使用后反应聚合物,例如丁二烯或异戊二烯聚合物的环氧-、马来酸酐-、或氨基甲酸酯-改性的聚合物。聚合物还可以例如由诸如二乙烯基苯等的二乙烯基芳族化合物交联,例如与二乙烯基苯交联的聚丁二烯-苯乙烯。聚合物由它们的制造商广泛地分类为“聚丁二烯”,制造商例如是日本东京的Nippon Soda公司以及PA州的Exon的Cray Valley Hydrocarbon Specialty Chemicals公司。还可以使用聚合物的混合物,例如聚丁二烯均聚物和聚(丁二烯-异戊二烯)共聚物的混合物。还可以使用包括间同立构聚丁二烯的组合。
热固性聚丁二烯和/或聚异戊二烯聚合物在室温下可以是液体或固体。液体聚合物可以,基于聚碳酸酯标准,具有大于或等于5,000克每摩尔(g/mol)的数均分子量(Mn)。液体聚合物可以具有小于5,000g/mol的Mn、特别是1,000至3,000g/mol的Mn。热固性聚丁二烯和/或聚异戊二烯具有至少90重量百分比(wt%)的1,2-加成,由于可用于交联的大量悬挂的乙烯基,其可以在固化时呈现更大的交联密度。
聚丁二烯和/或聚异戊二烯可以以相对于总聚合物基质组合物的多达100wt%,特别地以多达75%的量存在于聚合物组合物中,更特别地,基于总聚合物基质组合物,以10到70wt%的量,甚至更特别地,20到60或70wt%的量存在。
可以添加能够与热固性聚丁二烯和/或聚异戊二烯聚合物共固化的其他聚合物以用于特定性质或加工改性。例如,为了改进电衬底材料的介电强度和机械性能随时间的稳定性,可以在系统中使用较低分子量的乙烯-丙烯弹性体。本文中使用的乙烯-丙烯弹性体是共聚物、三元共聚物、或主要包括乙烯和丙烯的其他聚合物。乙烯-丙烯弹性体可以进一步被分类为EPM共聚物(即,乙烯和丙烯单体的共聚物)或EPDM三元共聚物(即乙烯、丙烯和二烯单体的三元共聚物)。特别地,乙烯-丙烯-二烯三元共聚物橡胶具有饱和主链、以及主链外的可用的不饱和性,以用于灵活的交联。可以使用液态乙烯-丙烯-二烯三元共聚物橡胶,其中二烯是二环戊二烯。
乙烯-丙烯橡胶的分子量可以小于10,000g/mol粘均分子量(Mv)。乙烯-丙烯橡胶可包括具有7200g/mol的Mv的乙烯-丙烯橡胶,其可以以商品名TRILENETM CP80从LA州的Baton Rouge的Lion Copolymer公司获得;具有7,000g/mol的Mv的液体乙烯-丙烯-二环戊二烯三元共聚物橡胶,其可以以商品名TRILENETM 65从Lion Copolymer公司获得;以及具有7,500g/mol的Mv的液体乙烯-丙烯-亚乙基降冰片烯三元共聚物,其可以以名称TRILENETM67从Lion Copolymer公司获得。
乙烯-丙烯橡胶可以以能够有效保持基质材料的性质(特别是介电强度和机械性能)随时间的稳定性的量存在。通常,这样的量相对于聚合物基质组合物的总重量多达20wt%,特别地,4到20wt%,更特别地,6到12wt%。
另一种类型的可共固化聚合物是不饱和的含聚丁二烯或聚异戊二烯的弹性体。该组分可以是主要为1,3-加成丁二烯或异戊二烯与烯键式不饱和单体的无规或嵌段共聚物,所述不饱和单体例如是诸如苯乙烯或α-甲基苯乙烯等的乙烯基芳族化合物、丙烯酸酯或诸如甲基丙烯酸甲酯等的甲基丙烯酸酯、或丙烯腈。弹性体可以是固体的、热塑性的弹性体,其包括具有聚丁二烯或聚异戊二烯嵌段和热塑性嵌段的线性或接枝型嵌段共聚物,热塑性嵌段可以衍生自诸如苯乙烯或α-甲基苯乙烯等的单乙烯基芳族单体。这种类型的嵌段共聚物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物,例如可以以商品名VECTOR 8508M TM从DexcoPolymers获得、可以以商品名SOL-T-6302TM从TX州的Houston的Enichem ElastomersAmerica公司获得、以及可以以商品名CALPRENETM 401从Dynasol Elastomers公司获得的那些;以及苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物和包含苯乙烯和丁二烯的混合的三嵌段和二嵌段共聚物,例如可以以商品名KRATON D1118从Kraton Polymers(Houston,TX)获得的那些。KRATON D1118是包含苯乙烯和丁二烯的混合的三嵌段/二嵌段共聚物,其包含33wt%的苯乙烯。
可选的包含聚丁二烯或聚异戊二烯的弹性体还可以包括类似于上文描述的共聚物的第二嵌段共聚物,除了聚丁二烯或聚异戊二烯嵌段被氢化,由此形成聚乙烯嵌段(在聚丁二烯的情况下)或乙烯-丙烯共聚物嵌段(在聚异戊二烯的情况下)。当结合上文描述的共聚物来使用时,可以产生具有更大韧性的材料。一种该类型的第二嵌段共聚物是KRATONGX1855(可从Kraton Polymers商购),其被认为是苯乙烯-高1,2-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯嵌段共聚物的混合物。
包含不饱和聚丁二烯或聚异戊二烯的弹性体组分可以以相对于聚合物基质组合物的总重量的2到60wt%的量存在于聚合物基质组合物中,特别地以5到50wt%的量存在,更具体地,以10到40或50wt%的量存在。
还可以添加其他可共固化的聚合物,以用于特定的性质或加工改性,这样的聚合物包括但不限于诸如聚乙烯和环氧乙烷共聚物的乙烯的均聚物或共聚物、天然橡胶、诸如聚二环戊二烯等的降冰片烯聚合物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物和丁二烯-丙烯腈共聚物、不饱和聚酯等。在聚合物基质组合物中,这些共聚物的含量通常小于总聚合物的50wt%。
还可以添加可自由基固化的单体,以用于特定的性质或加工改性,例如增加固化后的系统的交联密度。可以作为合适的交联剂的单体例如包括二、三-或更高的烯属不饱和单体,例如二乙烯基苯、氰尿酸三烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、以及多官能丙烯酸酯单体(例如,可以从PA州的Newtown Square的Sartomer USA公司得到的SARTOMERTM聚合物)、或其组合,所有这些都是可商购的。当使用时,交联剂可以基于聚合物基质组合物中的全部聚合物的总重量,以多达20wt%,特别是1到15wt%的量存在于聚合物基质组合物中。
可以向聚合物基质组合物添加固化剂以加速具有烯烃反应部位的多烯的固化反应。固化剂可以包括有机过氧化物,例如过氧化二异丙苯、过苯甲酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷、α,α-二-双(叔丁基过氧)二异丙基苯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己炔-3、或包括上述中的至少一个的组合。可以使用碳-碳引发剂,例如2,3-二甲基-2,3二苯基丁烷。固化剂或引发剂可以单独使用或组合使用。基于聚合物基质组合物中的聚合物的总重量,固化剂的量可以是1.5到10重量%。
聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物可以是羧基官能化的。官能化可以使用在分子中具有以下两项的多官能化合物来完成:(i)碳-碳双键或碳-碳三键,以及(ii)羧基中的至少之一,羧基包括羧酸、酸酐、酰胺、酯、或酰卤。特定的羧基是羧酸或酯。可以提供羧酸官能团的多官能化合物的示例包括马来酸、马来酸酐、富马酸、以及柠檬酸。特别地,与马来酸酐加合的聚丁二烯可以用于热固性组合物中。合适的马来酸化聚丁二烯聚合物可以例如以商品名RICON 130MA8、RICON 130MA13、RICON 130MA20、RICON 131MA5、RICON 131MA10、RICON131MA17、RICON 131MA20、以及RICON 156MA17从Cray Valley商购。合适的马来酸化的聚丁二烯-苯乙烯共聚物可以例如以商品名RICON 184MA6从Sartomer商购。基于聚碳酸酯标准,RICON 184MA6是与具有17到27wt%的苯乙烯含量和9,900g/mol的Mn的马来酸酐加合的丁二烯-苯乙烯共聚物。
聚合物基质组合物中的各种聚合物(例如聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物和其他聚合物)的相对量可以取决于所使用的特定的导电金属层、电路材料和覆铜层压板的期望性质、以及类似的考虑。例如,使用聚(亚芳基醚)可以提供到导电金属层(例如铜)的增强的结合强度。使用聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物可以提高层压板的高温抗性,例如当这些聚合物被羧基官能化时。使用弹性体嵌段共聚物可以起到使聚合物基质的组分相容的作用。取决于特定应用的期望性质,可以确定每个组分的适合的量,而不使用过度试验。
磁介电衬底还包括磁性颗粒,具体地,六方晶系铁氧体颗粒。如本领域已知的,六方晶系铁氧体是具有六方晶系结构的磁性氧化铁,其可以包含Al、Ba、Bi、Co、Ni、Ir、Mn、Mg、Mo、Nb、Nd、Sr、V、Zn、Zr,或包含上述中的一种或多种的组合。不同类型的六方晶系铁氧体包括但不限于M型铁氧体,例如BaFe12O19(BaM或钡铁氧体)、SrFe12O19(SrM或锶铁氧体)、以及钴钛取代的M铁氧体、Sr-或BaFe12-2x Cox TixO19(CoTiM);Z型铁氧体(Ba3Me2Fe24O41),例如Ba3Co2Fe24O41(Co2Z);Y型铁氧体(Ba2Me2Fe12O22),例如Ba2Co2Fe12O22(Co2Y)或Mg2Y;W型铁氧体(BaMe2Fe16O27),例如BaCo2Fe16O27(Co2W);X型铁氧体(Ba2Me2Fe28O46),例如Ba2Co2Fe28O46(Co2X);以及U型铁氧体(Ba4Me2Fe36O60),例如Ba4Co2Fe36O60(Co2U),其中在上述化学式中,Me是+2离子,并且Ba可以被Sr取代。特定的六方晶系铁氧体包含Ba和Co,以及可选地连同一个或多个其他二价阳离子(取代或掺杂)。六方晶系铁氧体颗粒可以包含Sr、Ba、Co、Ni、Zn、V、Mn或包含上述中的至少一个的组合,特别是Ba和Co。磁性颗粒可以包括铁磁性颗粒,例如铁氧体、铁氧体合金、钴、钴合金、铁、铁合金、镍、镍合金、或包括上述磁性材料中的至少一种的组合。磁性颗粒可以包括六方晶系铁氧体、磁铁矿(Fe3O4)、以及MFe2O4中的一种或多种,其中M包括Co、Ni、Zn、V、以及Mn中的至少一种,特别是Co、Ni、和Mn。磁性颗粒可以包括化学式为MxFeyOz的金属氧化铁,例如MFe12O19、Fe3O4、MFe24O41、或MFe2O4,其中M为Sr、Ba、Co、Ni、Zn、V、和Mn;特别是Co、Ni、和Mn;或包括上述中的至少一种的组合。磁性颗粒可以包括铁磁性钴碳化物颗粒(例如Co2C和Co3C相),例如钡钴Z型六方晶系铁氧体(Co2Z铁氧体)。
磁性颗粒可从很多供应商处商购,这些供应商包括Illinois的Spherotech公司、Maryland的Trans-Tech公司、以及Delaware的Spectrum Magnetics公司。
磁性颗粒可以以5到60wt%的量,特别是10到50wt%、或15到45wt%的量存在于磁介电衬底中,每个都基于磁介电衬底的总重量。磁性颗粒可以以5到60体积百分比(vol%)的量,特别是10到50vol%、或15到45vol%的量存在于磁介电衬底中,每个基于磁介电衬底的总体积。
可以例如利用表面活性剂、有机聚合物、或硅烷或其它无机材料来对磁性颗粒进行表面处理以有助于扩散到聚合物中。例如,可以利用诸如油胺油酸等的表面活性剂来对颗粒进行涂布。硅烷可以包括苯基硅烷、三氯(苯基)硅烷、三(三甲基甲硅烷氧基)苯基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基苄基氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨基乙基)γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨基乙基)γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基琥珀酰基酸酐、3-氯丙基甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷或包括上述中的至少一种的组合。硅烷可包括苯基硅烷。硅烷可以包括取代的苯基硅烷,例如,在U.S.4,756,971中描述的那些。硅烷可以基于磁性颗粒的总重量以0.01到2的重量百分比、或0.1到1的重量百分比存在。磁性颗粒可以涂布有SiO2、Al2O3、MgO、银、或包括上述中的一种或多种的组合。磁性颗粒可以通过碱催化的溶胶-凝胶技术、聚醚酰亚胺(PEI)湿和干涂布技术、或聚醚醚酮(PEEK)湿和干涂布技术被涂布。
磁性颗粒的形状可以是不规则的或规则的,例如,球形、卵形、薄片等。磁性颗粒可以包括磁性纳米或微米尺寸颗粒中的一种或二者。磁性颗粒可以具有10纳米(nm)到10微米的以质量计的D50值,特别是100nm到5微米,更特别地1到5微米的D50值。磁性颗粒可以是纳米颗粒并且可以具有1到900nm的以质量计的D50值,特别是1到100nm,更特别地5到10nm的D50值。磁性微粒可以具有1到10微米以质量计的D50值,特别是2到5微米的D50值。
磁性颗粒可以包括磁性薄片。磁性薄片可以具有5到800微米的最大横向尺寸,特别是10到500微米的最大横向尺寸;以及10纳米到20微米的厚度,特别是500纳米到5微米的厚度;其中,横向尺寸与厚度的比可以大于或等于5,特别地,大于或等于10。
磁介电衬底还可以可选地包括被选择以用于调整磁介电衬底的介电常数、耗散因数、热膨胀系数、以及其他特性的颗粒状填料。介电填料可以例如包括二氧化钛(金红石和锐钛矿)、钛酸钡、钛酸锶、二氧化硅(包括熔融无定形二氧化硅)、刚玉、硅灰石、Ba2Ti9O20、固体玻璃球、合成玻璃或陶瓷中空球、石英、氮化硼、氮化铝、碳化硅、氧化铍、氧化铝、三水合氧化铝、氧化镁、云母、滑石、纳米粘土、氢氧化镁或包括上述中的至少一种的组合。可以使用单一的第二填料、或第二填料的组合来提供期望的特性平衡。
可选地,可以使用含硅的涂层(例如有机官能烷氧基硅烷偶联剂)来对填料进行表面处理。可以使用锆酸酯或钛酸酯偶联剂。这种偶联剂可以改善填料在聚合物基质中的分散并降低成品复合电路衬底的吸水性。基于填料的重量,填料组分可以包括70到30vol%的熔融无定形二氧化硅。
聚合物基质组合物还可以可选地包括用于使磁介电衬底耐火的阻燃剂。这些阻燃剂可以是卤化或未卤化的。阻燃剂可以基于磁介电衬底的体积以0到30vol%的量存在于磁介电衬底中。
阻燃剂可以是无机的并且以颗粒的形式存在。无机阻燃剂可以包括金属水合物,其例如具有1nm到500nm,特别是1到200nm、或5到200nm、或10到200nm的体积平均粒径;可替代地,体积平均粒径为500nm到15微米,例如1到5微米。金属水合物可以包括诸如Mg、Ca、Al、Fe、Zn、Ba、Cu、Ni等金属或包含上述中的至少一种金属的组合的水合物。可以使用Mg、Al、或Ca的水合物,例如氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铁、氢氧化锌、氢氧化铜和氢氧化镍;以及铝酸钙、二水合石膏、硼酸锌和偏硼酸钡的水合物。可以使用这些水合物的复合物,例如含有Mg以及Ca、Al、Fe、Zn、Ba、Cu、和Ni中的一种或多种的水合物。复合金属水合物可以具有化学式MgMx.(OH)y,其中M是Ca、Al、Fe、Zn、Ba、Cu、或Ni,x为0.1至10,并且y为2至32。阻燃剂颗粒可以被涂布或以其他方式被处理以改进分散性和其他性质。
作为无机阻燃剂的替代或除此之外,可以使用有机阻燃剂。无机阻燃剂的示例包括氰尿酸三聚氰胺、细粒度的聚磷酸三聚氰胺、诸如芳族次膦酸盐、二膦酸盐、膦酸盐、磷酸盐等的各种其他含磷化合物、聚倍半硅氧烷、硅氧烷、以及诸如六氯内亚甲基四氢邻苯二甲酸(HET酸)、四溴邻苯二甲酸以及二溴新戊二醇等的卤化化合物。阻燃剂(例如含溴阻燃剂)可以基于树脂的总重量以20phr(每一百份树脂中的份数)到60phr的量,特别是以30到45phr的量存在。溴化阻燃剂的示例包括Saytex BT93W(乙烯双四溴邻苯二甲酰亚胺)、Saytex 120(十四溴二苯氧基苯)、以及Saytex 102(十溴二苯醚)。阻燃剂可以与增效剂结合使用,例如卤化阻燃剂可以与诸如三氧化锑等的增效剂结合使用,以及,含磷阻燃剂可以与诸如三聚氰胺等的含氮化合物结合使用。
磁介电衬底可以具有在0到500MHz范围上测量的大于或等于1.5的磁常数,或大于或等于2.5、特别是3-8的磁常数,每个都是在0到500MHz范围上测量的。磁介电衬底可以具有小于或等于0.1的磁损耗,或小于或等于0.005、或0.001-0.05的磁损耗,每个都是在0到500MHz上测量的。
磁介电衬底可以具有大于或等于1.5的介电常数(也成为磁导率)、或大于或等于2.5、或1.5-8、或3-8、或3.5-8、或6-8的介电常数,每个都在0到500MHz上。在一个实施例中,磁常数和介电常数匹配,即,相同或者在彼此的20%内、或10%内、或5%内。磁介电衬底可以具有小于或等于0.1的介电损耗,或小于或等于0.05、或0.001到0.05、或0.01到0.05的介电损耗,每个都是在0到500MHz上。在一个实施例中,磁损耗和介电损耗相匹配,即,相同或者在彼此的20%内、或10%内、或5%内。在一个实施例中,介电常数e'除以磁常数u'小于或等于3(e'/u'≤3),特别地,小于或等于2(e'/u'≤2),更特别地,小于或等于2.2(e'/u'≤2.2),并且e'/u'可以大于或等于1。
优选地,磁常数和介电常数以及磁损耗和介电损耗中的每个都是匹配的,即,相同或者在彼此的20%内、或10%内、或5%内。可以使用具有Nicholsson-Ross提取形式的同轴线来测量磁介电特性,散射参数通过使用矢量网络分析仪来测量。
磁介电衬底可以具有改进的阻燃性。例如,磁介电衬底在1.6mm时,可以具有UL94V1或V0的等级。
与其他材料不同,例如包含高温热塑性材料或铁颗粒的那些材料,磁介衬底可以容易地承受在电路的制造中使用的工艺,包括层压、刻蚀、焊接、打孔等。
铜结合强度可以在3到7pli(磅/线性英寸),特别是4到6pli,根据IPC测试方法650,2.4.9来进行测量。
图1中示出了示例磁介电衬底。如上文描述的,磁介电衬底100包括聚合物基质、磁性颗粒、以及可选的加强层300。加强层300可以是纺织层、无纺层,或者不被使用。磁介电衬底100具有第一平坦表面12和第二平坦表面14。当存在加强层300和/或磁性层时,磁介电衬底100可以具有位于加强层300一侧的第一介电层部分16以及位于加强层和/或磁性层的第二侧的第二介电层部分18。
图2中示出了包括图1的磁介电衬底100的示例性电路材料,其中,导电层20设置在磁介电衬底100的平坦表面14上以形成单包层电路材料50。如此处以及整个本公开中使用的,“设置”表示层部分地或完全地彼此覆盖。中介层(例如,粘合层)可以存在于导电层20与磁介电层100之间(未示出)。磁介电衬底100包括聚合物基质、磁性颗粒、以及可选地包括加强层300。
图3中示出了另一个示例性实施例,其中,双包层电路材料50包括设置在两个导电层20和30之间的图1中的磁介电衬底100。导电层20和30中的一个或二者可以是电路形式(未示出),以形成双包层电路。可以在层100的一侧或两侧上使用粘合剂(未示出),以增加衬底与一个或多个导电层之间的粘合度。可以添加额外的层以形成多层电路。
可以用于形成电路材料的导电层例如包括不锈钢、铜、金、银、铝、锌、锡、铅、过渡金属、以及包含上述中的至少一种的合金。关于导电层的厚度没有特别限制,对导电层的形状、尺寸、或表面纹理也没有任何限制。导电层可以具有3到200微米的厚度,特别是9到180微米的厚度。当存在两个或更多导电层时,两个层的厚度可以相同或不同。导电层可以包括铜层。合适的导电层可以包括导电金属的薄层,例如当前用在电路形成中的铜箔,例如电镀的铜箔。铜箔可以具有小于或等于2微米的均方根(RMS)粗糙度,特别是小于或等于0.7微米的均方根粗糙度,其中,粗糙度是使用白光干涉方法,用Veeco仪器的WYCO光学轮廓仪来测量的。
图4描绘了具有经由刻蚀、磨削、或任何其他合适方法图形化的导电层30的双包层电路50。如本文中使用的,术语“图形化”包括这样的布置,其中导电元件30具有线上的和面上(in-plane)的导电间断32。电路材料还可以包括信号线,其可以是例如被设置为与导电元件30进行信号通信的同轴电缆的中心信号导体、馈线、或微带线。可以提供具有设置在中心信号导体周围的接地鞘的同轴电缆,该接地鞘可以被设置为与导电层20进行电接地通信。
尽管通过具有“线条厚度”的波浪线在图1-4中描绘了加强层300,但应该理解的是,这样的描绘是出于说明目的而非已在限制本文公开的实施例的范围。加强层300可以是纺织的或无纺的纤维材料,其允许磁介电衬底100通过加强层300中的空隙来接触。由此,磁介电衬底100可以在结构上宏观地面上连续并且加强层300可以至少部分地在结构上宏观地面上连续。如本文使用的,术语“至少部分地在结构上宏观地面上连续”包括固体层,以及可以具有宏观空隙的纤维层(例如,纺织层和无纺层)二者。如本文中使用的,术语“第一介电层”和“第二介电层”指的是在磁加强层300的每侧上的区域,而不是要将各种实施例限制到两个单独的层。加强层300可以具有包括面上磁各向异性的材料特点。
本文使用的各种材料和制品,包括磁介电衬底、磁加强层、电路材料、以及包括该电路材料的电子设备在内,可以通过本领域中公知的方法来形成。例如,磁介电衬底可以被直接浇注到加强层上,或者加强层可以被涂布,例如,利用包括介电聚合物基质组合物、介电填料、磁性颗粒、以及可选添加物的溶液或混合物来进行浸涂、喷涂、逆辊涂布、刮刀辊涂、刮板涂布、计量棒涂布、流涂等。或者,在层压工艺中,加强层被设置在第一和第二磁介电层之间并且在高温和压力下被层压。在加强层是纤维的情况下,磁介电衬底流入或浸渍该纤维的加强层。粘合层可以被设置在纤维的磁性加强层与磁介电衬底之间。
特别地,可以通过例如直接向加强层上进行浇注来形成磁介电衬底,或者,当存在加强层时,可以形成能够被层压到加强层上的磁介电衬底。可以基于选择的基质聚合物组合物来形成磁介电衬底。例如,可固化的基质聚合物可以与第一载液混合。混合物可以包括聚合物颗粒在第一载液中的分散体,即聚合物的液滴、或聚合物的单体或低聚物前体的液滴在第一载液中的乳液;或聚合物在第一载液中的溶液。如果聚合物是液体,则可以不需要第一载液。混合物可以包括磁性颗粒。
如果存在第一载液,则对第一载液的选择可以基于特定的聚合物以及聚合物被引入磁介电层的形式。如果期望将聚合物作为溶液引入,则选择该特定可固化聚合物的溶剂作为载液,例如,N-甲基吡咯烷酮(NMP)将是聚酰亚胺溶液的合适的载液。如果期望将聚合物作为分散体引入,则载液可以包括该聚合物在其中不能溶解的液体,例如水将是聚合物颗粒分散体的合适的载液,并且将是聚酰胺酸的乳液或丁二烯单体的乳液的合适载液。
介电填料组分和/或磁性颗粒可以可选地分散在第二载液中,或与第一载液(或在没有使用第一载液时,与液体可固化聚合物)混合。第二载液可以是相同的液体,或者可以是除了第一载液之外的能够与第一载液混溶的液体。例如,如果第一载液是水,则第二载液可以包括水或乙醇。第二载液可以包括水。
填料分散体可包含有效量的表面活性剂,以改变第二载液的表面张力,使得第二载液能够润湿硼硅酸盐填料。示例性的表面活性剂化合物包括离子表面活性剂和非离子表面活性剂。TRITON X-100TM已经被发现是用于水性填料分散体的表面活性剂。填料分散体可以包含10到70vol%的填料和0.1至10vol%的表面活性剂,其余部分包括第二载液。
聚合物和第一载液的组合以及第二载液中的填料分散体可以被组合以形成浇注混合物。浇注混合物可以包括10到60vol%的经组合的可固化聚合物组合物和填料,以及40到90vol%的经组合的第一和第二载液。可以选择浇注混合物中聚合物和填料组分的相对量,以在最终组合物中提供所需要的量,如下文所述。
浇注混合物的粘度可以通过添加粘度调节剂来调节,该粘度调节剂基于其在特定载液或载液的混合物中的相容性来选择以延缓分离(即中空球形填料从介电复合材料的沉降和浮选)并且提供具有与常规层压设备相兼容的粘度的介电复合材料。适合于在水性浇注混合物中使用的粘度调节剂例如包括聚丙烯酸化合物、植物胶、以及基于纤维素的化合物。合适的粘度调节剂的具体示例包括聚丙烯酸、甲基纤维素、聚环氧乙烷、瓜尔胶、刺槐豆胶、羧甲基纤维素钠、藻酸钠、以及黄蓍胶。经粘度调节的浇注混合物的粘度可以在应用基础上进一步增加,即超过最小粘度,以使介电复合材料适合于所选择的层压技术。经粘度调节的浇注混合物可以呈现10到100,000厘泊(cp)的粘度;特别地,在室温值下(例如,在23℃到25℃)测量的100cp和10,000cp。
可替代地,如果载液的粘度足以提供在感兴趣的时间段中不会分离的浇注混合物,则可以省略粘度调节剂。具体地,在极小颗粒(例如,具有小于0.1微米的当量球径的颗粒)的情况下,可以不需要使用粘度调节剂。
经粘度调节的浇注混合物层可以被浇注到加强层上,或者可以被浸涂。浇注可以通过例如浸涂、流涂、逆辊涂布、刮刀辊涂、刮板涂布、计量棒涂布等来实现。类似地,经粘度调节的浇注混合物可以被浇注到没有加强层的表面上。
载液和加工助剂(即,表面活性剂和粘度调节剂)可以例如通过蒸发和/或热分解从浇注层去除,以便于加固聚合物的磁介电衬底以及可选地加固填料和/或磁性颗粒。聚合物基质层,以及可选地,填料和/或磁性颗粒可以被进一步被加热以使聚合物固化。磁介电衬底可以被浇注并且然后被部分固化(“B阶化(B-staged)”)。这样的B阶化的层可以被保存和在之后使用,例如在层压工艺中使用。
可以通过将磁介电衬底浇注或层压到可选的加强层上,以及将导电层粘合或层压到磁介电衬底的平坦表面上来形成单包层电路材料。可以通过将磁介电衬底浇注或层压到可选的加强层上;以及将第一和第二导电元件同时或顺序地施加到磁介电衬底的平坦表面上来形成双包层电路材料。可选的加强层以及磁介电衬底中的一个或多个可以包括磁性颗粒和/或磁性颗粒可以存在于位于加强层与磁介电衬底的一部分之间的层中。层压可以在能有效地固化(或完成固化)可固化的基质聚合物的温度和时间中进行。
可以通过在模塑之前将导电层置于模具中、通过将导电层层压到磁介电衬底上、通过直接激光结构化、或者通过经由粘合层将导电层粘合到磁介电衬底来施加导电层。层压可能需要将磁介电衬底放置在一片或两片已涂布的或未涂布的导电层之间(可以在至少一个导电层与介电衬底之间设置中间层)以形成分层的结构。或者,导电层可以与磁介电衬底或可选的中间层直接接触,特别地,没有中介层,其中,可选的中间层可以小于或等于整个磁介电衬底的总厚度的10%的厚度。该分层的结构可以随后被放入压机(例如,真空压机)中,处于合适的压力和温度下并且持续合适的时间,以将各层结合并且形成层压板。可以通过单步工艺来进行层压和固化,例如使用真空压机,或者可以通过多步工艺来层压和固化。在单步工艺中,分层结构可以被放置在压机中,加压到层压压力(例如,150到400磅/平方英寸(psi)(1到2.8MPa)以及加热到层压温度(例如,260到390摄氏度(℃))。层压温度和压力可以保持期望的浸泡时间(sink time),即20分钟,并且之后被冷却(同时仍处于压力下)到小于或等于150℃。
如果存在中间层,则该中间层可以包括可以置于导电层与磁介电衬底之间的多氟烃薄膜,以及可以置于该多氟烃薄膜与导电层之间的可选的微玻璃增强碳氟聚合物层。微玻璃增强碳氟聚合物层可以增加导电层与磁介电衬底的粘合度。微玻璃可以基于层的总重量以4到30wt%的量存在。微玻璃可以具有小于或等于900微米,特别是小于或等于500微米的最长长度尺度。微玻璃可以是能够从Colorado的Denver的Johns-Manville公司商购的类型的微玻璃。多氟烃薄膜包括含氟聚合物(例如,聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯-丙烯共聚物(例如,特氟隆FEP)、以及具有四氟乙烯主链和全氟化烷氧基侧链的共聚物(例如特氟隆PFA))。
可以通过激光直接结构化来施加导电薄膜。这里,磁介电衬底可以包括激光直接结构化添加剂;并且激光直接结构化可以包括使用激光来照射衬底的表面、形成激光直接结构化增材的轨道、以及将导电金属施加到轨道上。激光直接结构化添加剂可以包括金属氧化物颗粒(例如氧化钛和铜铬氧化物)。激光直接结构化添加剂可以包括尖晶石基无机金属氧化物颗粒,例如尖晶石铜。可以利用包含锡和锑的组合物(例如,基于涂层的总重量为50到99wt%的锡和1到50wt%的锑)来涂布金属氧化物颗粒。基于相应组合物的100份,激光直接结构化添加剂可以包含2至20份添加剂。可以在10瓦的输出功率,80kHz的频率和3米/秒的速率下,使用具有1,064纳米的波长的YAG激光器来执行照射。可以在包括例如铜的化学镀浴中使用电镀工艺来施加导电金属。
或者,可以通过粘合地施加导电层来施加导电层。在一个实施例中,导电层是电路(另一个电路的金属化层),例如柔性电路。例如,粘合层可以设置在一个或两个导电层与磁介电衬底之间。粘合层可以包括聚(亚芳基醚);以及包含丁二烯、异戊二烯、或丁二烯和异戊二烯单元、以及0到小于或等于50wt%的可共固化单体单元的羧基官能化聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物;其中粘合层的组合物与衬底层的组合物不同。粘合层可以以每平方米2到15克的量存在。聚(亚芳基醚)可以包括羧基官能化的聚(亚芳基醚)。聚(亚芳基醚)可以是聚(亚芳基醚)与环酐的反应产物、或聚(亚芳基醚)与马来酸酐的反应产物。羧基官能化的聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物可以是羧基官能化的丁二烯-苯乙烯共聚物。羧基官能化的聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物可以是聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物与环酐的反应产物。羧基官能化的聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物可以是马来酸化的聚丁二烯-苯乙烯或马来酸化的聚异戊二烯-苯乙烯共聚物。当电路材料的特定材料和形式允许时,可以使用本领域已知的其他方法来施加导电层,例如使用电沉积、化学气相沉积、层压等。
适合于诸如聚丁二烯和/或聚异戊二烯等的热固性材料的多步工艺可以包括在150到200℃的温度下的过氧化物固化步骤,并且可以使部分固化的叠层随后经受高能电子束照射固化(电子束固化)或惰性气氛下的高温固化步骤。使用两阶段固化可以使所得的层压体具有非常高的交联度。在第二阶段使用的温度可以是250到300℃、或聚合物的分解温度。这样的高温固化可以在烘箱中进行,但也可以在压机中进行,即作为初始层压和固化步骤的延续。具体的层压温度和压力将取决于具体的粘合剂组合物和衬底组合物,并且可以由本领域普通技术人员容易地确定,而无需过度的实验。
电路材料和电路可以在电子设备中使用,所述电子设备例如是电子集成电路芯片上的电感器、电子电路、电子封装、模块和外壳、换能器、以及用于广阔范围的各种应用(例如电力应用、数据存储、以及微波通信)的UHF、VHF和微波天线。电路组件可以用于其中施加了外部直流磁场的应用中。此外,磁性层可以用于100到800MHz频率范围上的所有天线设计中,取得非常好的结果(尺寸和带宽)。此外,施加外部磁场可以“调谐(tune)”磁性层的磁导率,并且由此调谐贴片的谐振频率。磁介电衬底可以用于射频(RF)部件中。
示例
示例1到6
在如下文描述的频率范围上测试包括磁性颗粒和热塑性聚合物的磁介电衬底。
示例1(比较例)中的磁介电衬底,如上文描述地,包括热固性聚丁二烯/聚异戊二烯材料中的40vol%的Fe磁性颗粒(来自Rogers公司的不含介电填料或玻璃布的RO4000)并且在图5到图8中由棱形表示。
示例2(比较例)中的磁介电衬底,如上文描述地,包括热固性聚丁二烯/聚异戊二烯材料中的40vol%的镍锌铁氧体颗粒(来自Rogers公司的不含介电填料或玻璃布的RO4000)并且在图5到图8中由正方形表示。
示例3(比较例)中的磁介电衬底包括不含介电填料或玻璃布的高密度聚乙烯的热塑性聚合物中的Co-Ba-六方晶系铁氧体颗粒并且在图5到图8中由三角形表示。
示例4(比较例)中的磁介电衬底,如上文描述地,包括热固性聚丁二烯/聚异戊二烯材料中的40vol%的镍锌铁氧体(来自Rogers公司的不含介电填料或玻璃布的RO4000)并且在图5到图8中由X示出。
示例5(比较例)中的磁介电衬底,如上文描述地,包括热固性聚丁二烯/聚异戊二烯材料中的40vol%的Co-Ba-六方晶系铁氧体颗粒(来自Rogers公司的不含介电填料或玻璃布的RO4000)并且在图5到图8中由具有垂直条的X表示。
示例6(发明例)中的磁介电衬底是图5中的磁介电衬底中的第二样本并且在图5到图8中由圆形示出。
图5示出了示例1到示例6都具有大于1.5,特别是大于4的介电常数(e')。图5还示出了示例2、3、5、以及6在频率0到200MHz上具有4到8的介电常数。期望的是,示例2、3、5、以及6在100到500MHz的频率范围上具有在磁常数的值的三倍以内的介电常数(特别地,e'/u'≤2.2),而示例1和4在100到500MH在的频率范围上具有大于磁常数的值三倍的介电常数。
图6示出了与从0到500MHz非预期地具有大于0.2的高介电损耗值的示例1和4相比,示例2、3、5、以及6具有显著更好的介电损耗(e'角正切,“e'tand”)。示例2、3、5、以及6每个在0到500MHz上具有小于0.1的介电损耗,并且示例3、5、以及6每个在0到500MHz上具有小于0.05的介电损耗。
图7中示出了示例1到示例6中的磁介电衬底的磁常数(u')与频率的对比。所有示例的磁常数都大于1.5。
图8中示出了磁损耗值(u'角正切,“u'tand”)与频率的对比。观察到示例1、3、5、以及6的0到500MHz的最佳磁损耗值。这些示例中的每个都在0到500MHz上具有小于0.1的磁损耗。
因此,示例3、5、以及6具有磁和介电特性的最佳组合。除了相对差的磁损耗之外,还发现示例1中的材料是高度易燃的。示例4和5中的材料,尽管具有磁和介电特性的组合,但从制造的角度来看,具有缺点,这是因为在层压期间,特别是在电路化期间,受到缺陷影响。另一方面,示例5和6中的材料能容易地经受电路化以及其他制造工艺,例如,层压、刻蚀、打孔、焊接等。
可以发现,在0到200℃的温度范围上,示例5和6的热膨胀系数在x-y方向上是16.5×10-6到17×10-6米/米开尔文(m/mK),并且在z方向上是40×10-6m/mK。
以下阐述了该磁介电衬底的一些实施例。
实施例1:一种磁介电衬底,包括:热固性聚合物基质;以及多个六方晶系铁氧体颗粒,其以有效地提供所述磁介电衬底的量和类型分散在所述聚合物基质中,所述磁介电衬底具有:0到500MHz上的大于或等于2.5的磁常数、或者0到500MHz上的3到8的磁常数,0到500MHz上的小于或等于0.1的磁损耗、或者0到500MHz上的0.001到0.05的磁损耗;以及0到500MHz上的1.5到8或2.5到8的介电常数。
实施例2:实施例1中的磁介电衬底,其中,所述磁介电衬底还具有以下中的至少一项:0到500MHz上的小于0.01或小于0.005的磁损耗;在1.6mm的厚度下测量的UL94V1等级;以及根据IPC测试方法650,2.4.9测量的对铜的3到7pli的剥离强度。
实施例3:前述实施例中任一项的磁介电衬底,其中,所述多个六方晶系铁氧体颗粒基于所述磁介电衬底的总体积以5到60vol%、或10到50vol%、或15到45vol%的量存在于所述磁介电衬底中。
实施例4:前述实施例中任一项的磁介电衬底,其中,热固性材料包括聚丁二烯、聚异戊二烯、环氧树脂、酚醛聚合物、聚酯、聚酰亚胺、硅胶、双马来酰亚胺三嗪(BT)树脂、苯并恶嗪、聚苯乙烯、聚((C1-4烷基甲基丙烯酸酯)、聚(C1-4烷基丙烯酸酯)、烯丙基化聚(亚芳基醚)、或包括上述聚合物中至少一项的组合;具体地,热塑性材料可以包括聚丁二烯、聚异戊二烯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、或包括上述中至少一项的组合;更具体地,热塑性材料以包括聚丁二烯、聚异戊二烯、或包括上述中的至少一项的组合。
实施例5:前述实施例中任一项的磁介电衬底,其中,所述磁介电衬底包括聚丁二烯和/或聚异戊二烯;可选地,具有基于聚碳酸酯标准、通过凝胶渗透色谱测量的小于或等于50,000g/mol的重均分子量的乙烯-丙烯液体橡胶;可选地,介电填料;以及,可选地,阻燃剂。
实施例6:前述实施例中任一项的磁介电衬底,其中,多个六方晶系铁氧体颗粒包括Sr、Ba、Co、Ni、Zn、V、Mn,或包括上述中的一项或多项的组合。
实施例7:前述实施例中任一项的磁介电衬底,其中,多个六方晶系铁氧体颗粒包括Ba和Co。
实施例8:前述实施例中任一项的磁介电衬底,其中,多个六方晶系铁氧体颗粒包括有机聚合物涂层、表面活性剂涂层、硅烷涂层,或包含上述中的至少一项的组合,具体地,硅烷涂层;具体地,该硅烷涂层可以包括苯基硅烷、三氯(苯基)硅烷、三(三甲基甲硅烷氧基)苯基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基苄基氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨基乙基)γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨基乙基)γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γγ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基琥珀酰基酸酐、3-氯丙基甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、或包括上述中的至少一项的组合;具体地,硅烷可以包括苯基硅烷或取代的苯基硅烷;特别是苯基硅烷。
实施例9:前述实施例中任一项的磁介电衬底,还包括:纤维加强层,所述纤维加强层包括纺织的或无纺的纤维。
实施例10:实施例9中的磁介电衬底,其中,纤维包括:玻璃纤维、铁氧体纤维、铁氧体合金纤维、钴纤维、钴合金纤维、铁纤维、铁合金纤维、镍纤维、镍合金纤维、包含颗粒状铁氧体的聚合物纤维、颗粒状铁氧体合金、颗粒状钴、颗粒状钴合金、颗粒状铁、颗粒状铁合金、颗粒状镍、颗粒状镍合金,或包括上述中至少一项的组合。
实施例11:实施例9到10中的磁介电衬底,其中,纤维包括聚合物纤维或玻璃纤维。
实施例12:一种制造前述权利要求中任一项所述的磁介电衬底的方法,方法包括:将多个六方晶系铁氧体颗粒分散在可固化的聚合物基质组合物中;由可固化聚合物基质组合物以及分散的颗粒形成层;以及固化聚合物基质组合物以形成磁介电衬底。
实施例13:实施例12中的方法,还包括利用可固化的聚合物基质组合物以及分散的颗粒来浸渍纤维加强层以形成层;以及部分固化层中的聚合物基质组合物以提供预浸材料(prepreg)。
实施例14:一种电路材料,包括导电层,以及设置在该导电层上的实施例1到11中任一项的磁介电衬底。
实施例15:实施例14中的电路材料,其中,导电层是铜。
实施例16:一种制造实施例14或15中的电路材料的方法,方法包括:将多个六方晶系铁氧体颗粒分散在可固化的聚合物基质组合物中;在导电层上由可固化聚合物基质组合物以及分散的颗粒形成层;以及固化聚合物基质组合物。
实施例17:实施例16中的方法,其中,通过层压来进行固化。
实施例18:实施例16或17中的方法,其中,形成包括利用可固化聚合物基质组合物以及分散的颗粒来浸渍纤维加强层;以及部分固化层中的聚合物基质组合物,以在将预浸材料设置在导电层上之前提供该预浸材料。
实施例19:一种电路,包括实施例14到18中任一项的电路材料。
实施例20:一种制造实施例19中的电路的方法,还包括图形化导电层。
实施例21:一种天线,包括实施例19或20中的电路。
实施例22:一种RF部件,包括实施例1到11中任何一个或多个中的磁介电衬底。
本文所使用的“层”包括平面膜、片等以及其他三维非平面形式。层还可以是在宏观上连续或不连续的。使用的术语“一”和“一个”不表示对量的限制,而是表示至少一个所引用的项目的存在。本文公开的范围包括所述的端点并且可独立地组合。“组合”包括掺和物、混合物、合金、反应产物等。此外,“包括上述中的至少一个的组合”表示该列举单独地包括每个元素、以及该列举的两个或更多个元素的组合、以及该列举的至少一个元素与指定的相似元素的组合。本文中的术语“第一”,“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性,而是用于将一个元素与另一个元素区分。如本文所使用的,术语“大体相等”表示两个相比较的值是彼此的加或减10%,特尽管在本文中已经描述了与天线有关的特征的特定组合,但应该理解的是,这些特定组合仅出于说明目的,并且这些特征中的任何一个的任何组合可以明确地或等同地采用、被单独地或与本文描述的任何其他特征结合地采用、以任何组合采用、或完全根据实施例地采用。任何以及所有这样的组合都在本文中考虑并且被认为是在本公开的范围内。
尽管已经参照示例性的实施例描述了本发明,但本领域技术人员应该理解,可以进行各种改变并且等同方式可以取代实施例中的元素,而不偏离本公开的范围。此外,可以根据教导进行许多修改以适应特定的环境和材料,而不偏离这些本发明的实质范围。因此,期望的是,本发明不受限于作为最优实施例公开的特定实施例或仅为实施本公开所考虑的模式,而是本发明将包括落入所附的权利要求内的所有实施例。此外,在附图和描述中,已经公开了示例性的实施例,以及,尽管已经采用了特定的术语,但除非另外陈述,否则它们仅在一般的和描述性的意义上使用,而不适用于限制目的。别地,彼此的加或减5%,更特别地,彼此的加或减1%。
本申请要求2014年10月15日提交的序列号为No.62/064,244的美国临时申请的优先权。相关申请通过引用被包含在本文中。

Claims (22)

1.一种磁介电衬底,包括:
热固性聚合物基质;以及
多个六方晶系铁氧体颗粒,其以有效地提供所述磁介电衬底的量和类型分散在所述聚合物基质中,所述磁介电衬底具有:
0到500MHz上的大于或等于2.5的磁常数、或者0到500MHz上的3到8的磁常数,
0到500MHz上的小于或等于0.1的磁损耗、或者0到500MHz上的0.001到0.05的磁损耗;以及
0到500MHz上的1.5到8或2.5到8的介电常数。
2.根据权利要求1所述的磁介电衬底,其中,所述磁介电衬底还具有以下中的至少一项:
0到500MHz上的小于0.01或小于0.005的磁损耗;
在1.6mm的厚度下测量的UL94V1等级;以及
根据IPC测试方法650,2.4.9测量的对铜的3到7pli的剥离强度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的磁介电衬底,其中,所述多个六方晶系铁氧体颗粒基于所述磁介电衬底的总体积以5到60vol%、或10到50vol%、或15到45vol%的量存在于所述磁介电衬底中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的磁介电衬底,其中,所述聚合物基质包括:1,2-聚丁二烯、聚异戊二烯、聚丁二烯-聚异戊二烯共聚物、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、或包含上述中至少一项的组合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的磁介电衬底,其中,所述聚合物基质包括聚丁二烯和/或聚异戊二烯;
可选地,具有基于聚碳酸酯标准、通过凝胶渗透色谱测量的小于或等于50,000g/mol的重均分子量的液体乙烯-丙烯橡胶;
可选地,介电填料;以及
可选地,阻燃剂。
6.根据前述权利要求中任一项所述的磁介电衬底,其中,所述多个六方晶系铁氧体颗粒包括:Sr、Ba、Co、Ni、Zn、V、Mn,或包括上述中的一项或多项的组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的磁介电衬底,其中,所述多个六方晶系铁氧体颗粒包括Ba和Co。
8.根据前述权利要求中任一项所述的磁介电衬底,其中,所述多个六方晶系铁氧体颗粒包括硅烷涂层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的磁介电衬底,还包括:纤维加强层,所述纤维加强层包括纺织的或无纺的纤维。
10.根据权利要求9所述的磁介电衬底,其中,所述纤维包括:玻璃纤维、铁氧体纤维、铁氧体合金纤维、钴纤维、钴合金纤维、铁纤维、铁合金纤维、镍纤维、镍合金纤维、包含颗粒状铁氧体的聚合物纤维、颗粒状铁氧体合金、颗粒状钴、颗粒状钴合金、颗粒状铁、颗粒状铁合金、颗粒状镍、颗粒状镍合金、或包含上述中至少一项的组合。
11.根据权利要求9到10中任一项所述的磁介电衬底,其中,所述纤维包括聚合物纤维或玻璃纤维。
12.一种制造前述权利要求中任一项所述的磁介电衬底的方法,所述方法包括:
将多个六方晶系铁氧体颗粒分散在可固化的聚合物基质组合物中以形成分散组合物;
由所述分散组合物形成层;以及
固化所述可固化的聚合物基质组合物以形成所述磁介电衬底。
13.根据权利要求12所述的方法,还包括利用所述分散组合物来浸渍纤维加强层;以及
部分固化所述层中的所述可固化的聚合物基质组合物以提供预浸材料。
14.一种电路材料,包括:
导电层;以及
设置在所述导电层上的权利要求1-11中任一项的磁介电衬底。
15.根据权利要求14所述的电路材料,其中,所述导电层包括铜。
16.一种制造权利要求14或15中所述的电路材料的方法,所述方法包括:
将多个六方晶系铁氧体颗粒分散在可固化的聚合物基质组合物中以形成分散组合物;
由所述分散组合物形成层;
将所述层设置在所述导电层上;以及
固化所述可固化的聚合物基质组合物。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,通过层压来进行所述固化。
18.根据权利要求16或17所述的方法,其中,所述形成包括利用所述分散组合物来浸渍纤维加强层;以及部分固化所述可固化的聚合物基质组合物,以在将预浸材料设置在所述导电层上之前提供所述预浸材料。
19.一种制造权利要求16至18中任一项所述的电路的方法,还包括图形化所述导电层。
20.一种电路,包括权利要求14至19中任一项所述的电路材料。
21.一种天线,包括权利要求19所述的电路。
22.一种RF部件,包括权利要求1至11中任一项所述的磁介电衬底、或通过权利要求12或13所述的方法制造的磁介电衬底。
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