DE112018000594T5

DE112018000594T5 - Verfahren zur herstellung eines mehrschichtigen magnetodielektrischen materials

Info

Publication number: DE112018000594T5
Application number: DE112018000594.1T
Authority: DE
Inventors: Eui Kyoon Kim; Michael White; Murali Sethumadhavan; Karl Edward Sprentall
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-11-28
Also published as: JP2020515044A; TW201832252A; WO2018140588A1; KR20190110530A; US20180218836A1; GB201907600D0; GB2572701A; CN110235309A

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Bilden eines magnetodielektrischen Materials- das Walzbeschichten eines ferromagnetischen Materials auf eine dielektrische Schicht, die ein dielektrisches Material, durch kontinuierliches Bewegen der dielektrischen Schicht durch eine ferromagnetische Beschichtungszone, um ein beschichtetes Blatt zu bilden;- das Bilden einer Vielzahl von Blättern aus dem beschichteten Blatt;- das Bilden eines geschichteten Stapels aus der Vielzahl von Blättern; Laminieren des geschichteten Stapels, um das magnetodielektrische Material mit einer Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten zu bilden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Bilden eines magnetodielektrischen Materials das Beschichten eines ferromagnetischen Materials und eines dielektrischen Materials mit einer Trommelwalze auf einer Trommelwalze, um das magnetodielektrische Material mit einer Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten zu bilden.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zur Herstellung eines magnetodielektrischen Materials, insbesondere eines mehrschichtigen magnetodielektrischen Materials, und insbesondere auf ein mehrschichtiges magnetodielektrisches Dünnschichtmaterial.
Mehrschichtige dielektrisch-magnetische Strukturen haben den Vorteil, dass sie die Formanisotropie nutzen, um höhere ferromagnetische Resonanzfrequenzen zu erzeugen, und dass sie günstige Mischungsregeln für dielektrische und magnetische Materialien nutzen, um ein Laminat mit einer niedrigen Permittivität entlang der z-Achse und einer hohen Permeabilität in der x-y-Ebene herzustellen, was ideal für Patch-basierte Antennenstrukturen ist. Bestehende Laminate leiden jedoch aufgrund eines hohen Verhältnisses von dielektrischen zu magnetischen Materialvolumen ungünstig unter hohen magnetischen Verlusten, hohen dielektrischen Verlusten und/oder geringer Permeabilität.
Während frühere Veröffentlichungen das Konzept der Reduzierung der Dicke des dielektrischen Isoliermaterials als Methode zur Erhöhung der Impedanz (die Quadratwurzel des Verhältnisses von effektiver Permeabilität zu Permittivität) offenbart haben, fehlten diesen Publikationen die Informationen, um die Reduzierung dieses Konzepts in der Praxis zu ermöglichen. Insbesondere die Notwendigkeit, die Einstückigkeit der dielektrischen Schicht während der Hochtemperaturabscheidung des ferromagnetischen Materials aufrechtzuerhalten, wurde nicht ausreichend detailliert behandelt, um die Reduzierung dieser Strukturen mit dünnen dielektrischen Materialien zu ermöglichen.
Eine zweite Einschränkung, die nicht berücksichtigt wurde, ist die Notwendigkeit eines Antennenmaterials, das transiente Spannungen, die von einem Antennensubstrat gesehen werden, aushalten kann. In der Praxis können transiente Spannungen, die durch eine Unstimmigkeit zwischen der Antenne und einer Stromquelle, schnelle Stromänderungen oder elektrostatische Entladung verursacht werden, zu einer Verschlechterung der Isolationsschicht zwischen den ferromagnetischen Materialien führen. Diese Verschlechterung kann zu zwei primären Fehlerzuständen führen. In einem ersten Fehlerzustand, bei einem dielektrischen Durchschlag, bei dem die ferromagnetische Schicht ausreichend dick ist (mehr als 1/10 der Polymer-/dielektrischen Schichtdicke), kann es zu einem Kurzschluss zwischen ferromagnetischen Schichten kommen. Dieses Kurzschließen zwischen den Schichten kann zu einer Verschiebung der effektiven Permeabilität oder Permittivität, einer Änderung der Resonanzfrequenz einer Antenne, einer Verringerung der Strahlungseffizienz und/oder einer weiteren Verschlechterung der Übereinstimmung zwischen Antenne und Stromquelle führen, was zu einem instabilen Antennensubstrat führt, dessen Eigenschaften mit der Zeit weiter abnehmen. In einem zweiten Fehlzustand, wenn das Verhältnis zwischen Polymerdicke und Metalldicke ausreichend hoch ist (ca. größer als 10:1), tritt normalerweise kein Kurzschluss zwischen den ferromagnetischen Schichten auf. In diesen beiden Arten von Fehlerzuständen verschiebt sich die Dielektrizitätskonstante der Mehrschichtstruktur, was zu einer entsprechenden Verschiebung der Antennenresonanzfrequenz führt.
Während bestehende mehrschichtige magnetodielektrische Materialien für ihren Zweck geeignet sein können, würde der Stand der Technik der mehrschichtigen magnetodielektrischen Materialien mit einem mehrschichtigen magnetodielektrischen Material weiterentwickelt, das zumindest einige der ungünstigen Einschränkungen bestehender Laminate überwindet.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Hierin offenbart ist ein Verfahren zum Bilden eines magnetodielektrischen Materials und das daraus hergestellte magnetodielektrische Material.
Das Verfahren zum Bilden eines magnetodielektrischen Materials umfasst ein Walzbeschichten eines ferromagnetischen Materials auf eine dielektrische Schicht, die ein dielektrisches Material umfasst, durch kontinuierliches Bewegen der dielektrischen Schicht durch eine ferromagnetische Beschichtungszone, um ein beschichtetes Blatt zu bilden, das eine ferromagnetische Schicht umfasst, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist, wobei die dielektrische Schicht einen Weg von einer ersten Rolle durch die ferromagnetische Beschichtungszone zu einer zweiten Rolle zurücklegt; ein Bilden einer Vielzahl von Blättern aus dem beschichteten Blatt; Bilden eines geschichteten Stapels aus der Vielzahl von Blättern; ein Laminieren des geschichteten Stapels, um das magnetodielektrische Material mit einer Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten zu bilden, wobei eine oberste Schicht und eine unterste Schicht ein dielektrisches Außenschichtmaterial umfassen.
Das Verfahren zum Bilden eines magnetodielektrischen Materials umfasst ein Trommelrollenbeschichten eines ferromagnetischen Materials und eines dielektrischen Materials auf einer Trommelwalze, wobei eine ferromagnetische Beschichtungszone und eine dielektrische Beschichtungszone radial in einer Position um die Trommelwalze herum angeordnet sind, und wobei die ferromagnetische Beschichtungszone das ferromagnetische Material und die dielektrische Beschichtungszone das dielektrische Material abscheidet, um das magnetodielektrische Material mit einer Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten zu bilden; wobei eine oberste Schicht und eine unterste Schicht des magnetodielektrischen Materials ein dielektrisches Außenschichtmaterial umfassen.
Die oben beschriebenen und andere Merkmale werden durch die folgenden Abbildungen, detaillierte Beschreibungen und Ansprüche veranschaulicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Figuren sind exemplarische Ausführungsformen, wobei die gleichen Elemente gleich nummeriert sind.
1 stellt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines magnetodielektrischen Materials dar;
2 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Rolle-zu-Rolle-Beschichters dar;
3 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Trommelrollbeschichters dar; und
4 stellt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung dar, die das magnetodielektrische Material umfasst.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Da tragbare drahtlose Geräte immer mehr Aufmerksamkeit erregen, besteht weiterhin Bedarf an kleineren und komplexeren Antennen, aber die Herstellungsverfahren für solche Materialien haben sich als schwierig erwiesen. Eine verbesserte Methode zur Bildung eines magnetodielektrischen Materials wurde entdeckt. Das Verfahren umfasst das Walzbeschichten eines ferromagnetischen Materials auf eine dielektrische Schicht durch kontinuierliches Bewegen der dielektrischen Schicht, die ein dielektrisches Material umfasst, durch eine ferromagnetische Beschichtungszone, um ein beschichtetes Blatt zu bilden, das eine ferromagnetische Schicht umfasst, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist; wobei die dielektrische Schicht einen Weg von einer ersten Rolle durch die ferromagnetische Beschichtungszone zu einer zweiten Rolle durchläuft; oder Trommelwalzbeschichten eines ferromagnetisches Material und ein dielektrisches Material auf eine Trommelwalze; wobei eine ferromagnetische Beschichtungszone und eine dielektrische Beschichtungszone radial in einer Position um die Trommelwalze herum angeordnet sind; und wobei die ferromagnetische Beschichtungszone das ferromagnetische Material abscheidet und die dielektrische Beschichtungszone das dielektrische Material abscheidet, um das magnetodielektrische Material mit einer Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten zu bilden. Das magnetodielektrische Material umfasst eine Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten; wobei eine oberste Schicht und eine unterste Schicht ein dielektrisches Außenschichtmaterial umfassen.
1 veranschaulicht beispielsweise entsprechender Weise, dass das magnetodielektrische Material eine Vielzahl von Schichten 102 direkten Kontakt mit jeweils benachbarten Schichten beinhaltet, die zwischen dem dielektrischen Material 200 und dem ferromagnetischen Material 300 abwechseln unter Ausbildung einer Vielzahl von dielektrischen Schichten 202, 204, 206, 208, 210, 210, 212 in alternierender Anordnung mit einer Vielzahl von Schichten aus ferromagnetischem Material 302, 304, 306, 308, 310. Die äußersten Schichten der Vielzahl von Schichten sind dielektrischen Schichten 212 und 202 aus dem dielektrischen Material 200. Die Vielzahl von Schichten 102 ist parallel zu einer x-y-Ebene in einem orthogonalen x-y-z-Koordinatensystem angeordnet, und die Gesamtdicke der Vielzahl von Schichten 102 liegt in z-Richtung. Die Vielzahl der dielektrischen Schichten kann 0,1 bis 99 Volumenprozent (Vol%) oder 0,1 bis 50 Vol% oder 50 bis 90 Vol% oder 90 bis 99 Vol% oder 5 bis 55 Vol% des Gesamtvolumens der Vielzahl von Schichten in Anspruch nehmen.
Während das magnetodielektrische Material 100 von 1 einzelne der Vielzahl von Schichten 102 mit bestimmten visuellen Abmessungen bezogen auf sich selbst und bezogen auf andere Schicht darstellt, ist zu beachten, dass dies nur zu Illustrationszwecken geschieht und nicht dazu bestimmt ist, den Umfang der hierin offenbarten Offenbarung einzuschränken, und der Umfang der Vielzahl von Schichten 102 ist übertrieben dargestellt. Obwohl hierin nur fünf Schichten von ferromagnetischen Materialschichten 302 bis 310 beschrieben und in 1 dargestellt sind, ist zu beachten, dass der Umfang der Offenbarung nicht dahingehend begrenzt ist und eine beliebige Anzahl von Schichten von mehr oder weniger als fünf umfasst, die für einen hierin offenbarten Zweck geeignet sind und in den Geltungsbereich der hierin enthaltenen Ansprüche fallen. Auch wenn hierin nur sechs Schichten der dielektrischen Materialschichten 202-212 beschrieben und in 1 dargestellt sind, ist zu beachten, dass der Umfang der Offenbarung nicht so begrenzt ist und eine beliebige Anzahl von Schichten, mehr oder weniger als sechs, umfasst, die für einen hierin offenbarten Zweck geeignet sind und in den Bereich der hierin enthaltenen Ansprüche fallen. So kann beispielsweise die Gesamtzahl der Schichten 102 19 bis 10.001 betragen. Jeder Bereich von Schichten zwischen 19 und 10.001 Schichten wird in Betracht gezogen, ohne die unnötige Auflistung jedes einzelnen betrachteten Bereichs.
Die Magnetodielektrik kann über einen Betriebsfrequenzbereich betrieben werden, der größer oder gleich einer definierten Minimalfrequenz und kleiner oder gleich einer definierten Maximalfrequenz ist. Die definierte Minimalfrequenz kann durch, (definierte Minimalfrequenz) = (definierte Maximalfrequenz)/25 angegeben werden. Die definierte Maximalfrequenz kann 7 Gigahertz (GHz) betragen. Der Betriebsfrequenzbereich kann 100 Megahertz (MHz) bis 10 GHz, oder 1 bis 10 GHz, oder 100 MHz bis 5 GHz betragen.
Die Vielzahl von Schichten kann eine Gesamtdicke von weniger als oder gleich einer Wellenlänge der definierten Minimalfrequenz aufweisen, die sich in der Vielzahl von Schichten ausbreitet. Die Wellenlänge in der Vielzahl von Schichten wird bestimmt durch: $λ = c / [f * {sqrt}_{(ε 0 * ε r * μ 0 * μ r *} μ r)];$
wobei: c die Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum in Metern pro Sekunde ist; f die definierte Mindestfrequenz in Hertz ist; ε₀ die Permittivität eines Vakuums in Farads/Meter ist; er die relative Permittivität der Vielzahl von Schichten in z-Richtung ist; µ₀ die Permeabilität im Vakuums in Henrys/Meter ist; und µ_r die relative Permeabilität der Vielzahl von Schichten in der x-y-Ebene ist. Die Vielzahl von Schichten 102 weist eine elektrische Gesamtverlusttangens (tanδ_e), eine magnetische Gesamtverlusttangens (tanδ_m) und einen durch (1/((tanδ_e)+(tanδ_m)) definierten Gesamtqualitätsfaktor (Q) auf, wobei die definierte Maximalfrequenz durch eine Frequenz definiert ist, bei der Q gleich 20 oder bevorzugt unter 20 fällt. Der Gesamtqualitätsfaktor Q kann nach einer standardisierten Nicolson-Roth-Weir (NRW)-Methode bestimmt werden, siehe NIST (National Institute of Standards and Technology) Technical Note 1536, „Measuring the Permittivity and Permeability of Lossy Materials: solids, liquids, metals, building materials und Negativ-Index-Materialien“, James Baker Jarvis et al., Februar 2005, CODEN: NTNOEF, S. 66-74, zum Beispiel. Die NRW-Methode liefert Berechnungen für ε' und ε" (komplexe relative Permittivitätskomponenten) und für µ' und µ" (komplexe relative Permeabilitätskomponenten). Aus diesen Ergebnissen lassen sich die Schadenstangens µ"/' (tanδ_m) und e"/ ε' (tanδ_e) berechnen. Der Qualitätsfaktor Q ist die Umkehrung der Summe der Verlusttangens. Die Gesamtdicke kann 0,1 bis 3 Millimeter betragen.
Das magnetodielektrische Material kann durch Walzenbeschichtung, insbesondere durch Rolle-zu-Rolle-Beschichtung oder durch Trommelrollenbeschichtung, gebildet werden. Beim Rolle-zu-Rolle-Beschichten wird ein ferromagnetisches Material auf eine dielektrische Schicht aufgebracht, indem die dielektrische Schicht, die ein dielektrisches Material umfasst, kontinuierlich durch eine oder mehrere ferromagnetische Beschichtungszonen bewegt wird, um ein beschichtetes Blatt zu bilden; wobei die ferromagnetische Schicht auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist. In der Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage bewegt sich die dielektrische Schicht auf einem Weg von einer ersten Rolle durch die ferromagnetische Beschichtungszone zu einer zweiten Rolle. Die ferromagnetische Beschichtungszone kann sich auf einer oder beiden Seiten der dielektrischen Schicht befinden. Die dielektrische Schicht kann sich mit einer linearen Geschwindigkeit von 150 bis 600 Zentimetern pro Minute (cm/min) oder 200 bis 500 cm/min bewegen.
Die Beschichtung in der ferromagnetischen Beschichtungszone kann das Beschichten einer Beschichtungszusammensetzung durch beispielsweise Sprühbeschichtung, Sputterbeschichtung (einschließlich Hochfrequenz(RF)-Sputtern, Gleichstrom(DC)-Sputtern, Magnetronsputtern und Ionenstrahl-Sputtern), Verdampfung (einschließlich Elektronenstrahlverdampfung und thermische Verdampfung), chemische Dampfabscheidung, plasmagestützte chemische Dampfabscheidung (PECVD) und dergleichen umfassen.
Das Verfahren kann ferner die Plasmabehandlung der dielektrischen Schicht in einer oder mehreren Plasmazonen umfassen, die stromaufwärts der ferromagnetischen Beschichtungszone angeordnet sind. Wie hierin verwendet, bezieht sich stromaufwärts auf einen Ort, der vor dem angegebenen Ort entlang eines Bewegungspfades liegt. So würde beispielsweise die Plasmazone, die entlang des Bewegungspfades der dielektrischen Schicht stromaufwärts der ferromagnetischen Zone angeordnet ist, dazu führen, dass die dielektrische Schicht zunächst plasmabehandelt und dann mit dem ferromagnetischen Material beschichtet wird. Die Plasmazone kann sich auf einer oder beiden Seiten der dielektrischen Schicht befinden. Die Plasmabehandlung kann bei einer Leistungsdichte von 0,02 bis 0,2 W/cm² und einem Gesamtdruck von N₂ und Ar von 0,1 bis 2 Pa erfolgen.
Das Verfahren kann ferner das Beschichten eines oder mehrerer zusätzlicher dielektrischer Materialien umfassen. So kann beispielsweise ein zusätzliches dielektrisches Material in einer oder mehreren dielektrischen Beschichtungszonen, die stromabwärts der ferromagnetischen Beschichtungszone angeordnet sind, auf die ferromagnetische Schicht aufgebracht werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich stromabwärts auf einen Ort, der sich nach dem angegebenen Ort entlang eines Bewegungspfads befindet. So würde beispielsweise die entlang des Bewegungspfades der dielektrischen Schicht stromabwärts der ferromagnetischen Zone befindliche dielektrische Beschichtungszone dazu führen, dass die dielektrische Schicht zunächst mit dem ferromagnetischen Material und dann mit dem zusätzlichen dielektrischen Material beschichtet wird. Zwischen der ferromagnetischen Beschichtungszone und der dielektrischen Beschichtungszone kann eine Plasmazone angeordnet sein. Die dielektrische Beschichtungszone kann auf einer oder beiden Seiten der dielektrischen Schicht angeordnet sein.
Das Beschichten in der dielektrischen Beschichtungszone kann das Beschichten einer Beschichtungszusammensetzung durch beispielsweise Sprühbeschichtung, Sputterbeschichtung (einschließlich Hochfrequenz(RF)-Sputtern, Gleichstrom(DC)-Sputtern, Magnetronsputtern und Ionenstrahl-Sputtern), Verdampfung (einschließlich Elektronenstrahlverdampfung und thermische Verdampfung), chemische Dampfabscheidung (einschließlich plasmaunterstützter chemischer Dampfabscheidung (PECVD)), Walzrakel-Beschichtung , eine Umkehrrollen-Beschichtung und dergleichen umfassen. Die Beschichtungszusammensetzung kann beispielsweise eine härtbare Zusammensetzung umfassen, die thermisch gehärtet, mit Elektronenstrahl gehärtet oder mit ultraviolettem Licht gehärtet werden kann.
Das zusätzliche dielektrische Material kann das gleiche Material oder ein anderes Material sein, kann die gleichen oder unterschiedliche dielektrischen Konstanten aufweisen und kann die gleiche oder unterschiedliche Dicke wie das dielektrische Material aufweisen. So können beispielsweise das dielektrische Material und das zusätzliche dielektrische Material beide ein fluoriertes Polymer wie Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassen. Umgekehrt kann das dielektrische Material beispielsweise ein fluoriertes Polymer wie PTFE oder ein Poly(etherketon) wie Poly(etheretherketon) (PEEK) umfassen und das zusätzliche dielektrische Material kann beispielsweise ein Polyimid oder eine Keramik wie SiO₂ umfassen. Das SiO₂ kann amorphes SiO₂ sein. Eines oder beide der dielektrischen Materialien und das zusätzliche dielektrische Material können Poly(ethylenterephthalat), Polypropylen, Poly(ether-keton), ein Perfluoralkoxy oder eine Kombination aus mindestens einem der vorgenannten Komponenten umfassen.
Die Abscheidung einer oder mehrerer der jeweiligen Schichten kann kontinuierlich erfolgen. Die Abscheidung einer oder mehrerer der jeweiligen Schichten kann kontinuierlich eine Schicht mit einer bestimmten Dicke abscheiden. Die Abscheidung einer oder mehrerer der jeweiligen Schichten kann kontinuierlich eine Schicht mit einer Dicke, die mit der Zeit variieren kann, z.B. schrittweise, abscheiden. Alternativ oder zusätzlich zu der linear Geschwindigkeit der dielektrischen Schicht kann die Geschwindigkeit variiert werden, um eine Beschichtung mit unterschiedlicher Dicke zu erhalten.
2 ist ein anschauliches Beispiel für eine Ausführungsform der Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage 500. In der Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage 500 wird die dielektrische Schicht um die erste Rolle 510 gewickelt. Die erste Rolle 510 dreht sich im Uhrzeigersinn, um die dielektrische Schicht zu lösen. Entlang des Bewegungspfades der dielektrischen Schicht, wie die Pfeile veranschaulichen, befindet sich die Plasmazone 520 stromaufwärts der ferromagnetischen Zone 522, die stromaufwärts der dielektrischen Beschichtungszone 524 liegt. Nach dem Durchlaufen der dielektrischen Beschichtungszone 524 wird die dielektrische Schicht auf die zweite Rolle 512 gewickelt, die sich ebenfalls im Uhrzeigersinn dreht. Obwohl 2 nur veranschaulicht, dass nur eine von jeder Zone vorhanden ist, wird bemerkt, dass mehr als eine von jeder Zone vorhanden sein kann. So wird beispielsweise erwähnt, dass eine zweite ferromagnetische Beschichtungszone vorhanden sein kann. Der gesamte Aufbau befindet sich in der Vakuumkammer 502.
Nachdem das Blatt mit mindestens einem ferromagnetischen Material beschichtet wurde, kann das beschichtete Blatt, beispielsweise durch Schneiden des beschichteten Blatts, zu einer Vielzahl von beschichteten Blatten geformt werden. Die Vielzahl der beschichteten Blatte kann je nach Anwendung in jede Form und Größe gebracht werden. Die Vielzahl der beschichteten Blatte kann übereinander geschichtet werden, um einen geschichteten Stapel zu bilden.
Die Platten des Lagenstapels können auf verschiedene Weise übereinander gelegt werden. Wenn sich beispielsweise die ferromagnetische Zone und die optionale dielektrische Beschichtungszone nur auf einer Seite der dielektrischen Schicht befinden, können alle Schichten so gestapelt werden, dass alle ferromagnetischen Schichten in die gleiche Richtung zum dielektrischen Material gerichtet sind. Alternativ können die Blätter so angeordnet sein, dass abwechselnd Blätter im geschichteten Stapel die ferromagnetische Schicht in die entgegengesetzte Richtung zur dielektrischen Schicht gerichtet haben (z.B. Blatt 1 hat die ferromagnetische Schicht nach oben, Blatt 2 hat die ferromagnetische Schicht nach unten, etc.). Wenn eine dielektrische Beschichtungszone vorhanden ist, kann der geschichtete Stapel abwechselnd Schichten des dielektrischen Materials und des abgeschiedenen dielektrischen Materials, wobei die ferromagnetischen Schichten zwischen jeder der dielektrischen Schichten und den abgeschiedenen dielektrischen Schichten angeordnet sind, umfassen.
Der geschichtete Stapel kann ferner eine Vielzahl von dünnen dielektrischen Schichten umfassen, die ein dielektrisches Dünnschichtmaterial umfassen, das sich zwischen den Schichten der Vielzahl von Schichten befindet. So kann beispielsweise der geschichtete Stapel abwechselnd Schichten der beschichteten Blätter und der dünnen dielektrischen Schichten umfassen. Das dielektrische Dünnschichtmaterial kann das gleiche oder unterschiedliche Material wie das dielektrische Material umfassen. So kann beispielsweise das dielektrische Material ein fluoriertes Polymer wie PTFE oder ein Poly(etherketon) wie PEEK umfassen und das dielektrische Dünnfilmmaterial kann beispielsweise einen Polyester (wie Polyethylenterephthalat), ein Polyolefin (wie Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol und dergleichen) oder eine Kombination aus mindestens einem der vorgenannten Komponenten umfassen. Das Dünnschichtdielektrikum kann eine beliebige Dicke aufweisen, wie beispielsweise eine Dicke von 0,1 bis 50 Mikrometern oder 2 bis 10 Mikrometern oder 2 bis 4 Mikrometern.
Der geschichtete Stapel kann dann laminiert werden, um das magnetodielektrische Material zu bilden, im magetodielektrischen Material zu resultieren, das eine Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten umfasst, wobei eine oberste Schicht und eine unterste Schicht ein dielektrisches Material der äußeren Schicht umfassen, wobei das dielektrische Material der äußeren Schicht gleich oder verschieden vom dielektrischen Material sein kann. Die oberste Schicht und die unterste Schicht können jeweils unabhängig voneinander eine gleichmäßige Dicke aufweisen. Wie hierin verwendet, bezieht sich eine gleichmäßige Dicke auf eine Schichtdicke, die innerhalb von 5% oder innerhalb von 1 % einer durchschnittlichen Dicke an allen Stellen in der jeweiligen Schicht liegt.
Das Laminieren kann bei einer Temperatur von 150 bis 400 Grad Celsius (°C) und einem Druck von 0,3 bis 9 Megapascal (MPa), oder 1 bis 7 MPa, oder 3 bis 5 MPa erfolgen.
Beim TrommelWalzbeschichten sind eine ferromagnetische Beschichtungszone und eine dielektrische Beschichtungszone radial in einer Position um eine rotierende Trommelwalze angeordnet, wobei die ferromagnetische Beschichtungszone das ferromagnetische Material und die dielektrische Beschichtungszone das dielektrische Material zum Bilden des magnetodielektrischen Materials mit einer Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten abscheidet.
Zwei oder mehr ferromagnetische Beschichtungszonen und zwei oder mehr dielektrische Beschichtungszonen können radial in einer Position um die Trommelwalze angeordnet werden. So kann beispielsweise das Verfahren der Trommelwalzenbeschichtung das Abscheiden eines zusätzlichen ferromagnetischen Materials in einer zusätzlichen ferromagnetischen Beschichtungszone und eines zusätzlichen dielektrischen Materials in einer zusätzlichen dielektrischen Materialbeschichtungszone umfassen; wobei der Bewegungspfad einer Stelle auf der Trommelwalze das sequentielle Durchlaufen der dielektrischen Beschichtungszone, der ferromagnetischen Beschichtungszone, der zusätzlichen dielektrischen Beschichtungszone und der zusätzlichen ferromagnetischen Beschichtungszone umfasst. Das ferromagnetische Material und das zusätzliche ferromagnetische Material können gleich oder unterschiedlich sein. So können beispielsweise das dielektrische Material und das zusätzliche dielektrische Material beide ein fluoriertes Polymer wie PTFE umfassen. Umgekehrt kann das dielektrische Material beispielsweise ein fluoriertes Polymer wie PTFE oder ein Poly(etherketon) wie PEEK umfassen und das zusätzliche dielektrische Material kann beispielsweise ein Polyimid oder eine Keramik wie amorphes SiO₂ umfassen. Das zusätzliche dielektrische Material kann ein Polyimid umfassen. Das zusätzliche dielektrische Material kann als Klebeschicht zwischen zwei ferromagnetischen Schichten wirken. Das zusätzliche dielektrische Material kann ein Polyimid, ein Epoxid, ein Polyacrylat, ein Silikon, ein Polycyclobuten oder eine Kombination aus mindestens einem der vorgenannten Stoffe umfassen.
Eine oder mehrere Plasmazonen können auch radial in einer Position um die Trommelwalze angeordnet werden. So kann beispielsweise entlang des Bewegungspfades der rotierenden Trommelwalze eine Plasmazone stromaufwärts der ferromagnetischen Zone angeordnet werden, so dass die dielektrische Schicht zunächst plasmabehandelt und dann mit dem ferromagnetischen Material beschichtet wird. Die Plasmabehandlung kann bei einer Leistungsdichte von 0,02 bis 0,2 W/cm² und einem Gesamtdruck von N₂ und Ar von 0,1 bis 2 Pa erfolgen.
Die Abscheidung einer oder mehrerer der jeweiligen Schichten kann kontinuierlich erfolgen. Die Abscheidung einer oder mehrerer der jeweiligen Schichten kann kontinuierlich eine Schicht mit einer bestimmten Dicke abscheiden. Die Abscheidung einer oder mehrerer der jeweiligen Schichten kann kontinuierlich eine Schicht mit einer Dicke, die mit der Zeit variieren kann, z.B. schrittweise, abscheiden. Alternativ oder zusätzlich zu der linearen Geschwindigkeit der Trommelwalze kann die Geschwindigkeit variiert werden, um eine Beschichtung mit unterschiedlicher Dicke zu erhalten.
Eine oberste Schicht und eine unterste Schicht des magnetodielektrischen Materials umfassen das dielektrische Material. So kann das Verfahren beispielsweise umfassen, dass die Trommelwalze, optional mit einer darauf angeordneten Blindschicht, zunächst nur mit dem dielektrischen Material beschichtet wird, dass die Abscheidung der ferromagnetischen Schicht beginnt, nachdem eine gewünschte Anzahl von Schichten erreicht wurde, dass die Abscheidung der ferromagnetischen Schicht gestoppt wird und dass dann die Abscheidung des dielektrischen Materials gestoppt wird.
Das durch die Trommelbeschichtung gebildete magnetodielektrische Material kann von der Trommelrolle entfernt, optional auf eine gewünschte Größe gebracht und dann zwischen zwei dielektrischen Schichten laminiert werden, die die oberste Schicht und die unterste Schicht bilden. Die oberste Schicht und die unterste Schicht können ein dielektrisches Außenschichtmaterial umfassen, das das gleiche oder ein anderes Material wie die dielektrische Schicht ist. Je nach Material kann das Laminieren bei einer Temperatur von 150 bis 400°C und einem Druck von 0,3 bis 9 MPa, 1 bis 7 MPa oder 3 bis 5 MPa erfolgen.
3 ist ein anschauliches Beispiel für eine Ausführungsform des Trommelrollbeschichters 600. Im Trommelroll Coater 600 dreht sich die Trommelwalze 608 im Uhrzeigersinn. Entlang eines Bewegungspfades, der durch den Pfeil einer Stelle auf der Trommelwalze 608 veranschaulicht wird, passiert die Stelle die ferromagnetische Beschichtungszone 622 und dann die dielektrische Beschichtungszone 624. Der gesamte Aufbau befindet sich in der Vakuumkammer 602.
Jede ferromagnetische Schicht weist unabhängig voneinander eine Dicke von mehr als oder gleich 1/15 einer Skin-Tiefe des jeweiligen ferromagnetischen Materials bei der definierten Maximalfrequenz und weniger als oder gleich 1/5 der Skin-Tiefe des jeweiligen ferromagnetischen Materials bei der definierten Maximalfrequenz auf. Jede ferromagnetische Schicht kann unabhängig voneinander die gleiche Dicke aufweisen. Die ferromagnetische Schicht kann eine andere Dicke aufweisen als eine andere aus der Vielzahl der ferromagnetischen Schichten. Eine stärker zentral angeordnete ferromagnetische Schicht aus der Vielzahl der ferromagnetischen Schichten kann dicker sein als eine mehr nach außen gerichtete ferromagnetische Schicht, wobei der Begriff „dicker“ um einen Faktor von weniger als oder gleich 2:1 und mehr als 1:1 dicker bedeuten kann. So kann beispielsweise in 1 die zentral angeordnete ferromagnetische Schicht 306 dicker sein als die äußersten ferromagnetischen Schichten 302 und 310 und die inneren ferromagnetischen Schichten 304 und 308 können jeweils unabhängig voneinander die gleiche oder unterschiedliche Dicke aufweisen wie die zentral angeordnete ferromagnetische Schicht 306 oder die äußersten ferromagnetischen Schichten 302 und 310. Die Dicke der jeweiligen ferromagnetischen Schichten kann von einer zentral angeordneten ferromagnetischen Schicht zu einer äußersten ferromagnetischen Schicht zunehmen. So kann beispielsweise in 1 die zentral angeordnete ferromagnetische Schicht 306 dicker sein als die inneren ferromagnetischen Schichten 304 und 308; und die inneren ferromagnetischen Schichten 304 und 308 können dicker sein als die äußeren ferromagnetischen Schichten 302 und 310.
Jede ferromagnetische Schicht kann unabhängig voneinander das gleiche oder ein anderes ferromagnetisches Material umfassen. Jede ferromagnetische Schicht kann das gleiche ferromagnetische Material umfassen. Das ferromagnetische Material jeder ferromagnetischen Schicht kann unabhängig voneinander eine magnetische Permeabilität von mehr als oder gleich aufweisen: (die definierte Maximalfrequenz in Hertz) dividiert durch (800 mal 10^9). Das ferromagnetische Material kann Eisen, Nickel, Kobalt oder eine Kombination aus mindestens einem der vorgenannten Materialien umfassen. Das ferromagnetische Material kann Nickel-Eisen, Eisen-Kobalt, Eisennitrid (Fe₄N), Eisen-Gadolinium oder eine Kombination aus mindestens einem der vorgenannten Stoffe umfassen. Jede ferromagnetische Schicht kann unabhängig voneinander eine Dicke von mehr als oder gleich 20 Nanometer oder 20 bis 60 Nanometer oder 30 bis 50 Nanometer oder weniger als oder gleich 200 Nanometer oder 100 Nanometer bis 1 Mikrometer oder 20 Nanometer bis 1 Mikrometer aufweisen. Jede ferromagnetische Schicht kann unabhängig voneinander Eisennitrid umfassen und eine Dicke von 100 bis 200 Nanometern aufweisen.
Jede dielektrische Schicht weist unabhängig voneinander eine Dicke und eine Dielektrizitätskonstante auf, die ausreicht, um eine dielektrische Stehspannung über die jeweilige Dicke von 150 bis 1.500 Volt Spitze bereitzustellen, wobei die dielektrische Stehspannung (auch bezeichnet als Highpotential[Hi-Pot], Überspannug oder Spannungsausfall), nach einem elektrischen Standardverfahren wie ASTM D 149 geprüft wird, siehe IPC-TM-650 TEST METHODS MANUAL, Nummer 2.5.6.1, März 2007. Jede dielektrische Schicht kann eine Dielektrizitätskonstante von weniger als oder gleich 2,8 bei der definierten Maximalfrequenz aufweisen. Jede dielektrische Schicht kann unabhängig voneinander ein dielektrisches Polymer umfassen und kann eine Dielektrizitätskonstante von weniger als oder gleich 2,8 bei der definierten Maximalfrequenz aufweisen. Jede dielektrische Schicht kann unabhängig voneinander eine Dielektrizitätskonstante von 2,4 bis 5,6 mit einer intrinsischen Durchschlagsfestigkeit von 100 bis 1.000 Volt / Mikrometer aufweisen. Jede dielektrische Schicht kann unabhängig voneinander ein dielektrisches Polymer und einen dielektrischen Füllstoff (z.B. Silica) umfassen und eine Dielektrizitätskonstante von 2,4 bis 5,6 aufweisen. Das dielektrische Material kann eine Verlusttangens (tanδ_e) von weniger als oder gleich 0,005 aufweisen.
Jede dielektrische Schicht kann unabhängig voneinander die gleiche Dicke aufweisen. Die dielektrischen Schichten können unterschiedliche Dicken aufweisen. Jede dielektrische Schicht kann unabhängig voneinander eine Dicke von 0,5 bis 6 Mikrometern aufweisen. Jede dielektrische Schicht kann unabhängig voneinander eine Dicke von 0,1 bis 10 Mikrometern aufweisen. Ein Verhältnis der Dicke einer dielektrischen Schicht zu einer ferromagnetischen Schicht kann 1:1 bis 100:1 oder 1:1 bis 10:1 betragen.
Die äußersten dielektrischen Schichten können eine größere Dicke aufweisen als die dielektrischen Schichten innerhalb des magnetodielektrischen Materials. So können beispielsweise die äußersten dielektrischen Schichten jeweils unabhängig voneinander eine Dicke von 20 bis 1.000 Mikrometern oder 50 bis 500 Mikrometern oder 100 bis 400 Mikrometern aufweisen.
Jede dielektrische Schicht kann unabhängig voneinander das gleiche oder unterschiedliche dielektrische Material umfassen. Jede dielektrische Schicht kann unabhängig voneinander das gleiche dielektrische Material umfassen. Die Vielzahl der dielektrischen Schichten kann Schichten aus alternierendem dielektrischem Material umfassen. So können beispielsweise in 1 die Schichten 202, 206 und 210 ein erstes dielektrisches Material umfassen und die Schichten 204, 208 und 212 ein zweites dielektrisches Material (beispielsweise das zusätzliche dielektrische Material oder das dielektrische Dünnschichtmaterial), das sich vom ersten dielektrischen Material unterscheidet.
Das dielektrische Material, einschließlich des zusätzlichen dielektrischen Materials, des dielektrischen Dünnschichtmaterials und des dielektrischen Materials der Außenschicht, kann jeweils unabhängig voneinander ein dielektrisches Polymer, beispielsweise ein thermoplastisches Polymer oder ein duroplastisches Polymer, umfassen. Das Polymer kann Oligomere, Polymere, lonomere, Dendrimere, Copolymere (wie Pfropfcopolymere, statistische Copolymere, Blockcopolymere (z.B. Sternblockcopolymere, statistische Copolymere usw.)) und Kombinationen umfassen, die mindestens eine der vorgenannten Komponenten umfassen. Beispiele für Polymere, die verwendet werden können, sind zyklische Olefinpolymere (einschließlich Polynorbornene und Copolymere, die Norbornenyleinheiten enthalten, z.B. Copolymere eines zyklischen Polymers wie Norbornen und eines acyclischen Olefins wie Ethylen oder Propylen), Fluorpolymere (z.B., Polyvinylfluorid (PVF), fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Poly(ethylen-Tetrafluorethylen (PETFE), Perfluoralkoxy (PFA)), Polyacetale (z.B. Polyoxyethylen und Polyoxymethylen), Poly(C1-6-alkyl)acrylate, Polyacrylnitrile, Polyanhydride, Polyarylenether (z.B. Polyphenylenether), Poly(ether ketones) (z.B, Polyetheretherketon (PEEK) und Polyetherketonketon (PEKK)), Polyarylenketone, Polyarylensulfonen (z.B. Polyethersulfone (PES), Polyphenylensulfone (PPS) und dergleichen), Polybenzothiazolen, Polybenzoxazolen, Polybenzimidazolen, Polycarbonaten (einschließlich Homopolycarbonaten und Polycarbonatcopolymeren wie Polycarbonatestern), Polyestern (z.B, Polyethylenterephthalate, Polybutylenterephthalate, Polyarylate und Polyestercopolymere wie Polyesterether), Polyetherimide, Polyimide, Poly(C_1-6-alkyl)methacrylate, Polymethacrylamide (einschließlich unsubstituierter und Mono-N- und Di-N-(C1-8-alkyl)acrylamide), Polyolefine (z.B. Polyethylene, wie hochdichtes Polyethylen (HDPE), niederdichtes Polyethylen (LDPE) und lineares niederdichtes Polyethylen (LLDPE), Polypropylene und ihre halogenierten Derivate (wie Polytetrafluorethylene (PTFE)), und ihre Copolymere, wie beispielsweise Ethylen-Alpha-Olefin-Copolymere, Polyoxadiazole, Polyoxymethylene, Polyphthalide, Polysilazane, Polystyrole (einschließlich Copolymere wie AcrylnitrilButadien-Styrol (ABS) und Methylmethacrylat-Butadien-Styrol (MBS)), Polysulfonamide, Polysulfonate, Polysulfonate, Polysulfone, Polythioester, Polytriazine, Polyurethane, Polyurethane, Vinylpolymere (einschließlich Polyvinylalkohole, Polyvinylester, Polyvinylether, Polyvinylether, Polyvinylhalogenide (e.g. Polyvinylfluorid), Polyvinylketone, Polyvinylnitrile, Polyvinylthioether und Polyvinylidenfluoride), Alkyde, Bismaleimidpolymere, Bismaleimidtriazinpolymere, Cyanatesterpolymere, Benzocyclobutenpolymere, Diallylphthalatpolymere, Epoxide, Hydroxymethylfuranpolymere, Melamin-Formaldehyd-Polymere, Benzoxazine, Polydiene wie Polybutadiene (einschließlich Homopolymere und Copolymere davon, e.g., Poly(butadienisopren)), Polyisocyanate, Polyurethane, Polyurethane, Triallyl-Cyanurat-Polymere, Triallyl-Isocyanurat-Polymere und polymerisierbare Präpolymere (z. B, Präpolymere mit ethylenischer Unsättigung, wie ungesättigte Polyester, Polyimide) oder dergleichen.
Das dielektrische Material, einschließlich des zusätzlichen dielektrischen Materials, das dielektrische Dünnschichtmaterial und das dielektrische Material der Außenschicht, können jeweils unabhängig voneinander umfassen: ein Polyolefin (wie ein Polypropylen oder Polyethylen); ein cyclisches Olefincopolymer wie ein TOPAS-Olefinpolymer, das von TOPAS Advance Polymers, Frankfurt-Hoechst, Deutschland, kommerziell erhältlich ist; einen Polyester (wie Poly(ethylenterephthalat)); ein Polyetherketon (wie Polyetheretherketon); oder eine Kombination, die mindestens eines der vorgenannten umfasst. Das dielektrische Material kann PTFE, expandiertes PTFE, FEP, PFA, ETFE (Polyethylen-Tetrafluorethylen), ein fluoriertes Polyimid oder eine Kombination aus mindestens einem der vorgenannten Stoffe umfassen. Das dielektrische Material kann ein Polyimid mit einer oligomeren oder polymeren Silsesquioxangruppe umfassen, die an das Polyimid gebunden ist. Die oligomere oder polymere Silsesquioxangruppe kann eine polyedrische oligomere Silsesquioxangruppe (POSS) sein. In einer Ausführungsform bildet das Polyimid ein Polymergerüst, und die oligomere oder polymere Silsesquioxangruppe ist über eine Kette, beispielsweise eine Carboxylgruppe, an das Polymergerüst gebunden. In einer Ausführungsform ist die oligomere oder polymere Silsesquioxangruppe nicht Teil des sich wiederholenden Polymergerüsts. Polysilsesquioxan-derivatisierte Polyimide können mit vielen Methoden hergestellt werden, einschließlich derjenigen, die im US-Patent 7619042 vorgesehen sind. In einer Ausführungsform kann eine oligomere oder polymere Silsesquioxangruppe über einen Carboxyl-Bindungspunkt an ein Polyimid gebunden sein. Solche Materialien sind kommerziell erhältlich, z.B. von NeXolve, Huntsville, Alabama.
Mindestens eine dielektrische Schicht kann ein fluoriertes Polyimid mit einer Dielektrizitätskonstante von 2,4 bis 2,6 und einer Dicke von 0,1 bis 4,7 Mikrometern umfassen.
Das dielektrische Material, einschließlich des zusätzlichen dielektrischen Materials, des dielektrischen Dünnschichtmaterials und des dielektrischen Materials der Außenschicht, kann jeweils unabhängig voneinander einen oder mehrere dielektrische Füllstoffe umfassen, um deren Eigenschaften (z.B. Dielektrizitätskonstante oder Wärmeausdehnungskoeffizient) einzustellen. Der dielektrische Füllstoff kann Titandioxid (wie Rutil oder Anatas), Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Siliziumdioxid (z.B. geschmolzenes amorphes Siliziumdioxid oder pyrogenes Siliziumdioxid), Korund, Wollastonit, Bornitrid, Mikrohohlglaskugeln oder eine Kombination aus mindestens einer der vorgenannten Komponenten umfassen.
Das dielektrische Material, einschließlich des zusätzlichen dielektrischen Materials, des dielektrischen Dünnschichtmaterials und des dielektrischen Materials der Außenschicht, kann jeweils unabhängig voneinander eine Keramik umfassen. So könnte beispielsweise die Verwendung einer Keramik anstelle eines Polymers wie folgt erfolgen: Die Dicke der Keramik in Bezug auf die Dicke eines geeigneten Polymers gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform würde so eingestellt, dass das Verhältnis (gegebene keramische Dielektrizitätskonstante)/(geeignete polymere Dielektrizitätskonstante) gleich dem Verhältnis (geeignete polymere Dicke)/(gegebene keramische Dicke) ist. Die Keramik kann Siliziumdioxid (SiO₂) (wie amorphes SiO₂), Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid oder eine Kombination aus mindestens einem der vorgenannten Stoffe umfassen. Die Dicke der Keramikschicht, beispielsweise aus Siliziumdioxid, kann kleiner oder gleich[2,1 / (ε_r der Keramik) × (8 Mikrometer)] sein und kann eine Mindestdurchschlagsfestigkeit von 150 Volt Spitze aufweisen.
Jede dielektrische Schicht kann zwei oder mehr dielektrische Materialien umfassen, die sich voneinander unterscheiden. So kann beispielsweise eine gegebene dielektrische Schicht ein erstes dielektrisches Material und ein zweites dielektrisches Material umfassen, die jeweils unterschiedliche dielektrische Konstanten und entweder die gleiche Dicke oder unterschiedliche Dicken aufweisen. Das erste dielektrische Material kann ein fluoriertes Polyimid umfassen und das zweite dielektrische Material kann PTFE oder expandiertes PTFE, PEEK oder PFA umfassen. Das erste dielektrische Material kann ein Polymer mit einer niedrigen Schmelztemperatur (z.B. Polypropylen und Poly(ethylenterephthalat)) umfassen und das zweite dielektrische Material kann ein Fluorpolymer (z.B. PTFE) umfassen. Das erste dielektrische Material kann eine Keramik umfassen und das zweite dielektrische Material ist entweder eine Keramik oder ein nicht-keramisches dielektrisches Material. Das erste dielektrische Material kann ein Substrat zum Abscheiden einer der Vielzahl der ferromagnetischen Materialschichten darauf bereitstellen, und das zweite dielektrische Material kann eine zusätzliche dielektrische Schicht zum Einstellen des Brechungsindex des Substrats bereitstellen. Das erste dielektrische Material und das zweite dielektrische Material können durch eine ferromagnetische Schicht getrennt werden. Die Vielzahl der dielektrischen Schichten kann abwechselnde Schichten einer ersten dielektrischen Materialschicht und einer zweiten dielektrischen Materialschicht umfassen, wobei jede der ersten dielektrischen Materialschicht und der zweiten dielektrischen Materialschicht durch eine ferromagnetische Schicht getrennt ist.
Eine leitende Schicht kann auf der obersten dielektrischen Schicht und/oder der untersten dielektrischen Schicht angeordnet sein. Die leitfähige Schicht kann Kupfer umfassen. Die leitfähige Schicht kann eine Dicke von 3 bis 200 Mikrometern oder 9 bis 180 Mikrometern aufweisen. Geeignete leitfähige Schichten sind eine dünne Schicht aus einem leitfähigen Metall, wie beispielsweise eine Kupferfolie, die derzeit bei der Bildung von Schaltungen verwendet wird, z.B. galvanisch abgeschiedene Kupferfolien. Die Kupferfolie kann eine durchschnittliche quadratische (RMS) Rauheit von weniger als oder gleich 2 Mikrometern oder weniger als oder gleich 0,7 Mikrometern aufweisen, wobei die Rauheit mit einem WYCO Optical Profiler von Veeco Instruments nach dem Verfahren der Weißlichtinterferometrie gemessen wird.
Die leitfähige Schicht kann aufgebracht werden, indem die leitfähige Schicht vor dem Formen in die Form eingebracht wird, indem die leitfähige Schicht auf das magnetodielektrische Material laminiert wird, indem die leitfähige Schicht direkt mit einem Laser strukturiert wird oder indem die leitfähige Schicht über eine Klebeschicht auf dem Substrat haftet. So kann beispielsweise ein laminiertes Substrat einen optionalen Polyfluorkohlenstofffilm umfassen, der zwischen der leitenden Schicht und dem magnetodielektrischen Material angeordnet werden kann, und eine Schicht aus mikroglasverstärktem Fluorkohlenstoffpolymer, die zwischen dem Polyfluorkohlenstofffilm und der leitenden Schicht angeordnet werden kann. Die Schicht aus mikroglasverstärktem Fluorkohlenstoffpolymer kann die Haftung der leitfähigen Schicht auf dem magnetodielektrischen Material erhöhen. Das Mikroglas kann in einer Menge von 4 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht, vorhanden sein. Das Mikroglas kann eine längste Längenskala von weniger als oder gleich 900 Mikrometern oder weniger als oder gleich 500 Mikrometern aufweisen. Das Mikroglas kann ein Mikroglas des Typs sein, der von der Johns-Manville Corporation in Denver, Colorado, kommerziell erhältlich ist. Die Polyfluorkohlenstofffolie umfasst ein Fluorpolymer (wie Polytetrafluorethylen (PTFE), ein fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer (wie TEFLON FEP) und ein Copolymer mit einem Tetrafluorethylen-Grundgerüst mit einer vollständig fluorierten Alkoxy-Seitenkette (wie TEFLON PFA)).
Die leitfähige Schicht kann durch Laser-Direktstrukturierung aufgebracht werden. Hier kann das magnetodielektrische Material ein Laser-Direktstrukturierungsadditiv umfassen, wobei ein Laser verwendet wird, um die Oberfläche des Substrats zu bestrahlen und eine Bahn des Laser-Direktstrukturierungsadditivs zu bilden, und ein leitfähiges Metall auf die Bahn aufgebracht wird. Das Laser-Direktstrukturierungsadditiv kann ein Metalloxidteilchen (wie Titanoxid und Kupferchromoxid) umfassen. Das Laser-Direktstrukturierungsadditiv kann ein anorganisches Metalloxidteilchen auf Spinellbasis, wie beispielsweise Spinellkupfer, umfassen. Das Metalloxidteilchen kann beispielsweise mit einer Zusammensetzung beschichtet werden, die Zinn und Antimon umfasst (beispielsweise 50 bis 99 Gew.-% (Gew.-%) Zinn und 1 bis 50 Gew.-% Antimon, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung). Das Laser-Direktstrukturierungsadditiv kann 2 bis 20 Teile des Additivs umfassen, bezogen auf 100 Teile der jeweiligen Zusammensetzung. Die Bestrahlung kann mit einem YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1.064 nm bei einer Ausgangsleistung von 10 Watt, einer Frequenz von 80 Kilohertz und einer Rate von 3 Metern pro Sekunde durchgeführt werden. Das leitfähige Metall kann mit einem Plattierungsverfahren in einem stromlosen Plattierungsbad, das beispielsweise Kupfer umfasst, aufgebracht werden.
Alternativ kann die leitende Schicht auch durch Aufkleben der leitenden Schicht aufgebracht werden. In einer Ausführungsform ist die leitende Schicht die Schaltung (die metallisierte Schicht einer anderen Schaltung), zum Beispiel eine Flexschaltung. So kann beispielsweise eine Haftschicht zwischen einer oder beiden der leitenden Schicht(en) und dem Substrat angeordnet werden. Die Haftschicht kann einen Poly(arylenether) umfassen; und ein carboxyfunktionalisiertes Polybutadien oder Polyisoprenpolymer, das Butadien-, Isopren- oder Butadien- und Isopreneinheiten umfasst, und Null bis weniger als oder gleich 50 Gew.-% an mitvernetzenden Monomereinheiten; wobei die Zusammensetzung der Haftschicht nicht die gleiche wie die Zusammensetzung der Substratschicht ist. Die Klebeschicht kann in einer Menge von 2 bis 15 Gramm pro Quadratmeter vorhanden sein. Der Poly(arylenether) kann einen carboxyfunktionalisierten Poly(arylenether) umfassen. Der Poly(arylenether) kann das Reaktionsprodukt aus einem Poly(arylenether) und einem cyclischen Anhydrid oder das Reaktionsprodukt aus einem Poly(arylenether) und Maleinsäureanhydrid sein. Das carboxyfunktionalisierte Polybutadien- oder Polyisoprenpolymer kann ein carboxyfunktionalisiertes Butadien-Styrol-Copolymer sein. Das carboxyfunktionalisierte Polybutadien- oder Polyisoprenpolymer kann das Reaktionsprodukt aus einem Polybutadien- oder Polyisoprenpolymer und einem cyclischen Anhydrid sein. Das carboxyfunktionalisierte Polybutadien- oder Polyisoprenpolymer kann ein maleinisiertes Polybutadien-Styrol oder ein maleinisiertes Polyisopren-Styrol-Copolymer sein. Andere im Stand der Technik bekannte Verfahren können verwendet werden, um die leitfähige Schicht dort aufzubringen, wo sie durch die jeweiligen Materialien und Formen des Schaltungsmaterials zugelassen ist, z.B. Galvanotechnik, chemische Dampfabscheidung, Laminierung oder dergleichen.
Die leitfähige Schicht kann eine gemusterte leitfähige Schicht sein. Das magnetodielektrische Material kann eine erste leitende Schicht und eine zweite leitende Schicht umfassen, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des magnetodielektrischen Materials befinden.
Eine Vorrichtung kann das magnetodielektrische Material umfassen. Eine beispielhafte Anwendung für die Vorrichtung ist die Verwendung in einer Dipolantenne, bei der das magnetodielektrische Material verwendet wird, um ein magnetodielektrisches Hohlraumladeelement zu bilden, das es ermöglicht, die Antenne drastisch unterhalb ¼ der Wellenlänge im Freiraum von einer metallischen Grundplatte mit wenig bis keinem Bandbreitenabfall zu platzieren. Eine solche Anwendung findet ihren Nutzen in Flugzeugantennen, bei denen das magnetodielektrische Material die Verwendung von Niedrigprofilantennen mit drastisch reduziertem Luftwiderstand im Vergleich zu bestehenden Flugzeugantennensystemen ermöglicht, wenn sie auf einer Außenhaut des Flugzeugs angeordnet sind. Weitere Anwendungsbeispiele sind Systeme, bei denen mehrere Antennenelemente in einer Umgebung, die eine Antenne mit kleinem Formfaktor erfordert, gemeinsam platziert werden müssen.
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine exemplarische Vorrichtung 400 zur Verwendung mit dem magnetodielektrischen Material 100 dargestellt, die eine erste leitfähige Schicht 104 aufweist, die in konformen direkten Kontakt mit der untersten dielektrischen Schicht der Vielzahl von Schichten 102 angeordnet ist, und eine zweite leitfähige Schicht 106, die in konformen Kontakt mit der obersten dielektrischen Schicht der Vielzahl von Schichten 102 angeordnet ist. Die erste leitende Schicht 104 kann eine Grundplatte definieren und die zweite leitende Schicht 106 kann einen Patch definieren, der für die Verwendung in einer Patch-Antenne geeignet ist. Die ersten und zweiten leitenden Schichten 104, 106 können kupferplattierte Schichten sein. Die Vorrichtung 400 kann in Form eines mehrschichtigen Blatts vorliegen, wobei jede der Vielzahl von Schichten 102 und die ersten und zweiten leitenden Schichten 104, 106' (gestrichelt dargestellt) die gleichen Draufsichtabmessungen aufweisen. Während 4 die Vorrichtung 400, wie beispielsweise eine einzelne Patch-Antenne, darstellt, ist zu beachten, dass der Umfang der Offenbarung nicht so begrenzt ist und auch eine Vielzahl von Vorrichtungen (wie eine Vielzahl von Patch-Antennen) umfasst, die in einer Anordnung angeordnet sind, um eine mehrschichtige magnetodielektrische Dünnfilmantennenanordnung zu bilden.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff in konformen direkten Kontakt, dass jede Schicht der hierin beschriebenen Schichten in direktem physischen Kontakt mit ihren jeweiligen benachbarten Schichten steht und dem jeweiligen Oberflächenprofil oder den Profilen der jeweiligen benachbarten Schicht(en) entspricht, um ein magnetodielektrisches Material zu bilden, das im Wesentlichen keine Hohlräume an einer Schnittstelle zwischen einem Paar benachbarter Schichten aufweist.
Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung von Verfahren zur Bildung des magnetodielektrischen Materials. Die Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen nicht dazu dienen, die Methode oder das Material, das gemäß der Offenbarung hergestellt wurde, auf die darin aufgeführten Materialien, Bedingungen oder Prozessparameter zu beschränken.
Beispiele
Beispiel 1: Walzenbeschichtung einer ferromagnetischen Schicht auf einer Seite eines dielektrischen Substrats
Eine ferromagnetische Eisennitridschicht wird auf einer Seite eines PTFE- oder PEEK-Substrats rollbeschichtet, um ein beschichtetes Blatt zu bilden. Das PTFE-Substrat, wie es von DeWal oder Saint Gobain im Handel erhältlich ist, hat eine Dicke von 8 Mikrometern und das PEEK-Substrat, wie es von Vitrex im Handel erhältlich ist, eine Dicke von 6 Mikrometern. Das Substrat durchläuft eine ferromagnetische Beschichtungszone mit einer linearen Geschwindigkeit von 150 bis 600 cm/min. Die ferromagnetische Beschichtungszone liegt bei einem Eisenziel von 1 bis 100 Watt pro Quadratzentimeter (W/cm2) Leistungsdichte, einem Basisdruck von 1x10-4 bis 1x10-5 Pascal (Pa) und einem Gesamtdruck (P_N2/(P_N2+P_Ar)=0,01 bis 0,2) von 0,1 bis 2 Pa. Stromaufwärts der ferromagnetischen Beschichtungszone kann das Substrat plasmabehandelt werden, um die Haftung des Eisennitrids und des Substrats zu erhöhen. Die Plasmabehandlung kann bei einer Leistungsdichte von 0,02 bis 0,3 W/cm² und einem Gesamtdruck von N₂ und Ar von 0,1 bis 2 Pa erfolgen.
Das beschichtete Blatt wird dann in eine Vielzahl von Blättern mit gleicher Breite und Länge geschnitten, zum Beispiel von 2 Fuß mal 4 Fuß. Ein Mehrschichtstapel aus der Vielzahl von Blättern ist so ausgebildet, dass alle ferromagnetischen Schichten in die gleiche Richtung zeigen und eine dielektrische Schicht auf der äußersten ferromagnetischen Schicht angeordnet ist und der Mehrschichtstapel zum Bilden des magnetodielektrischen Materials laminiert ist. Das Laminieren erfolgt bei einer Temperatur von 150 bis 400°C und einem Druck von 0,3 bis 9 MPa.
Das resultierende magnetodielektrische Material weist abwechselnd ferromagnetische Eisen-Nitrid-Schichten und dielektrische Schichten auf, wobei jede der dielektrischen Schichten das gleiche Material umfasst und die gleiche Dicke aufweist und wobei jede der ferromagnetischen Schichten das gleiche Material umfasst und die gleiche Dicke aufweist.
Beispiel 2: Walzenbeschichtung einer ferromagnetischen Schicht auf zwei Seiten eines dielektrischen Substrats
Der Prozess des Beispiels 1 wird mit der Ausnahme befolgt, dass sich die ferromagnetische Beschichtungszone auf beiden Seiten der dielektrischen Schicht befindet und eine dielektrische Beschichtungszone stromabwärts der ferromagnetischen Beschichtungszone ebenfalls auf beiden Seiten der dielektrischen Schicht angeordnet ist. In der dielektrischen Beschichtungszone wird eine 1 bis 2 Mikrometer dicke härtbare Zusammensetzung (wie beispielsweise eine härtbare Polyimidzusammensetzung, eine härtbare Epoxidzusammensetzung, eine härtbare Acrylatzusammensetzung, eine härtbare Siloxanzusammensetzung und eine härtbare Cyclobutenzusammensetzung) auf die ferromagnetische Schicht aufgesprüht und die härtbare Polyimidzusammensetzung wird bei einer Temperatur von 160°C und einem Druck von 0,01 bis 0,1 Pa gehärtet.
Das resultierende magnetodielektrische Material weist abwechselnd ferromagnetische Eisen-Nitrid-Schichten und dielektrische Schichten auf, wobei jede zweite dielektrische Schicht zwischen einer Substratschicht und einer Schicht, die aus der ausgehärteten Zusammensetzung stammt, abwechselt.
Beispiel 3: Walzenbeschichtung einer ferromagnetischen Schicht auf zwei Seiten eines dielektrischen Substrats und Laminieren mit abwechselnden dielektrischen Dünnschichten
Der Prozess des Beispiels 2 wird befolgt, mit der Ausnahme, dass beim Bilden des Mehrschichtstapels ein dünner Film zwischen jedem der Vielzahl von geschnittenen Blättern hinzugefügt wird. Die Dünnschicht umfasst beispielsweise einen Polyester wie Polyethylenterephthalat (wie sie von Toray oder Teijin Dupont im Handel erhältlich sind) oder ein Polyolefin wie Polyethylen oder Polypropylen. Die Dünnschicht hat eine Dicke von 2 bis 4 Mikrometern. Das Substrat ist eine 12 Mikrometer dicke PTFE-Folie oder eine 8 Mikrometer dicke PEEK-Folie. Das Laminieren erfolgt bei einer Temperatur von 150 bis 400°C und einem Druck von 0,3 bis 9 MPa.
Das resultierende magnetodielektrische Material weist abwechselnd ferromagnetische Eisen-Nitrid-Schichten und dielektrische Schichten auf, wobei jede zweite dielektrische Schicht zwischen einer Substratschicht und einer Dünnfilmschicht wechselt.
Beispiel 4: Trommelwalzenbeschichtung von abwechselnden ferromagnetischen und dielektrischen Schichten
Wechselnde ferromagnetische und dielektrische Schichten werden auf einem dielektrischen Substrat abgeschieden, das auf einer rotierenden Trommel angeordnet ist, um ein magnetodielektrisches Material zu bilden, wobei eine Abscheidestelle für ferromagnetische Materialien und eine Abscheidestelle für die dielektrischen Materialien radial in einer Position um die Trommel angeordnet sind. Die Abscheidungsstelle für ferromagnetische Materialien lagert Eisennitrid unter den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen ab. Die Abscheidungsposition des dielektrischen Materials legt ein dielektrisches Material wie PTFE oder amorphes SiO₂ ab. Die rotierende Trommel dreht sich mit einer linearen Geschwindigkeit von 30 bis 120 cm/min.
Beispiel 5: Trommelwalzenbeschichtung und Laminieren des geschichteten Stapels
Mehrere Multilayer nach Beispiel 4 werden vorbereitet. Die Multilayer werden zu einem geschichteten Stapel geschichtet und der geschichtete Stapel wird dann zu den magnetodielektrischen Materialien laminiert.
Wenn die Abscheidestelle für die dielektrische Materialien PTFE abscheidet, kann das PTFE durch HF-Sputtern mit einem PTFE-Ziel von 1 bis 100 W/cm² Leistungsdichte, einem Basisdruck von -5 bis -7 Pa und einem Gesamtdruck (P_CF4/(P_CF4+P_Ar)=0 bis 0,2) von 0,1 bis 2 Pa abgeschieden werden.
Wenn die dielektrische Materialabscheidung SiO₂ abscheidet, kann das SiO₂ durch DC-Sputtern mit einem Si-Ziel von 1 bis 100 W/cm² Leistungsdichte, einem Basisdruck von 1×10^-4 bis 1×10^-5 Pa und einem Gesamtdruck (P_O2/(P_O2+P_Ar)=0,1 bis 0,3) von 0,1 bis 2 Pa abgeschieden werden. Umgekehrt kann das SiO₂ durch PECVD mit einer Leistungsdichte von 0,1 bis 10 W/cm² und einem Gesamtdruck (P_TEOS/(P_TEOS+P_O2)=0,005 bis 0,05) von 50 bis 200 Pa abgeschieden werden.
Eine Plasmabehandlungsstelle kann auch radial in einer Position um die rotierende Trommel herum angeordnet werden, so dass die freiliegende Schicht plasmabehandelt werden kann, um die Haftung der freiliegenden Schicht an die später hinzugefügte Schicht zu erhöhen. Die Plasmabehandlung kann bei einer Leistungsdichte von 0,02 bis 0,2 W/cm2 und einem Gesamtdruck von N₂ und Ar von 0,1 bis 2 Pa erfolgen.
Das resultierende magnetodielektrische Material weist abwechselnd ferromagnetische Eisen-Nitrid-Schichten und dielektrische Schichten auf.
Das dielektrische Material kann dann zwischen zwei dielektrischen Schichten aus PTFE oder PEEK mit einer Dicke von jeweils 100 bis 400 Mikrometern geschichtet und bei einer Temperatur von 150 bis 400°C und einem Druck von 0,3 bis 9 MPa laminiert werden.
Das vorstehende Verfahren zur Bildung des magnetodielektrischen Materials wird in den folgenden Ausführungsformen näher beschrieben.
Ausführungsform 1: Verfahren zum Bilden eines magnetodielektrischen Materials, wobei das Verfahren umfasst: Walzbeschichten eines ferromagnetischen Materials auf eine dielektrische Schicht, die ein dielektrisches Material umfasst, durch kontinuierliches Bewegen der dielektrischen Schicht durch eine ferromagnetische Beschichtungszone, um ein beschichtetes Blatt zu bilden, das eine ferromagnetische Schicht umfasst, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist, wobei die dielektrische Schicht einen Weg von einer ersten Rolle durch die ferromagnetische Beschichtungszone zu einer zweiten Rolle zurücklegt; Bilden einer Vielzahl von Blättern aus dem beschichteten Blatt; Bilden eines geschichteten Stapels aus der Vielzahl von Blättern; Laminieren des geschichteten Stapels, um das magnetodielelektrische Material mit einer Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten zu bilden, wobei eine oberste Schicht und eine unterste Schicht ein dielektrisches Außenschichtmaterial umfassen; wobei das magnet-dielektrische Material über einen Betriebsfrequenzbereich betrieben werden kann, der gleich oder größer als eine definierte Minimalfrequenz und gleich oder kleiner als eine definierte Maximalfrequenz ist; wobei jede Schicht der Vielzahl von ferromagnetischen Schichten eine ferromagnetische Schichtdicke von 1/15 bis 1/5 der Skin-Tiefe der jeweiligen ferromagnetischen Schicht bei der definierten Maximalfrequenz aufweist; wobei jede Schicht der Vielzahl von dielektrischen Materialschichten eine dielektrische Schichtdicke und eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die eine dielektrische Stehspannung über die jeweilige Dicke von 150 bis 1.500 Volt Spitze bereitstellt; und wobei die Vielzahl von Schichten eine Gesamtdicke von weniger als oder gleich einer Wellenlänge der definierten Minimalfrequenz in der Vielzahl von Schichten aufweist.
Ausführungsform 2: Das Verfahren von Ausführungsform 1, wobei sich die ferromagnetische Beschichtungszone auf beiden Seiten der dielektrischen Schicht befindet.
Ausführungsform 3: Das Verfahren einer oder mehrerer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei jedes der mehreren Blätter in dem geschichteten Stapel die ferromagnetische Schicht aufweist, die in eine gleiche Richtung in Bezug auf die dielektrische Schicht gerichtet ist.
Ausführungsform 4: Das Verfahren der Ausführungsform 1, bei dem alternierende Schichten der Vielzahl von Schichten in dem geschichteten Stapel die ferromagnetische Schicht in eine entgegengesetzte Richtung in Bezug auf die dielektrische Schicht gerichtet ist.
Ausführungsform 5: Das Verfahren einer oder mehrerer der vorstehenden Ausführungsformen, ferner umfassend das Beschichten der ferromagnetischen Schicht mit einem zusätzlichen dielektrischen Material in einer dielektrischen Beschichtungszone, die stromabwärts der ferromagnetischen Beschichtungszone angeordnet ist.
Ausführungsform 6: Das Verfahren der Ausführungsform 5, wobei das zusätzliche dielektrische Material und das dielektrische Material unterschiedlich sind.
Ausführungsform 7: Das Verfahren einer oder mehrerer Ausführungsformen 5 bis 6, wobei das zusätzliche dielektrische Material eine Keramik umfasst.
Ausführungsform 8: Das Verfahren einer oder mehrerer der Ausführungsformen 5 bis 6, wobei das zusätzliche dielektrische Material eine härtbare Zusammensetzung umfasst.
Ausführungsform 9: Das Verfahren einer oder mehrerer Ausführungsformen 5 bis 8, wobei die Beschichtung des zusätzlichen dielektrischen Materials ein Walzrakel-Beschichtung, Umkehrwalzen-Beschichtung umfasst.
Ausführungsform 10: Das Verfahren einer oder mehrerer Ausführungsformen 5, 6, 8 oder 9, wobei die Beschichtung des zusätzlichen dielektrischen Materials eine Sprühbeschichtung, Verdampfung, chemische Dampfabscheidung, Walzrakel-Beschichtumh, Umkehrwalzen-Beschichtung oder Sputtern umfasst.
Ausführungsform 11: Das Verfahren einer oder mehrerer Ausführungsformen 5 bis 10, wobei das magnetodielektrische Material abwechselnde Schichten des dielektrischen Materials und des abgeschiedenen dielektrischen Materials, wobei die ferromagnetischen Schichten zwischen den dielektrischen Schichten und den abgeschiedenen dielektrischen Schichten angeordnet sind, umfasst.
Ausführungsform 12: Das Verfahren einer oder mehrerer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der geschichtete Stapel ferner eine Vielzahl von dünnen dielektrischen Schichten umfasst, die ein dielektrisches Dünnschichtmaterial umfassen, das sich zwischen Schichten der Vielzahl von Schichten befindet.
Ausführungsform 13: Das Verfahren der Ausführungsform 12, wobei magnetodielektrisches Material abwechselnde Schichten des dielektrischen Materials und des dielektrischen Dünnschichtmaterials umfasst, wobei die ferromagnetischen Schichten zwischen jeder der dielektrischen Schichten und dielektrischen Dünnfilmschichten, die von der Vielzahl der dünnen dielektrischen Schichten stammen, angeordnet sind.
Ausführungsform 14: Verfahren einer oder mehrerer Ausführungsformen 12 bis 13, wobei das dielektrische Dünnschichtmaterial einen Polyester, ein Polyolefin oder eine Kombination, die mindestens eine der vorgenannten umfasst, umfasst.
Ausführungsform 15: Verfahren zum Bilden eines magnetodielektrischen Materials, wobei das Verfahren umfasst: TrommelWalzbeschichten eines ferromagnetisches Material und eines dielektrisches Material auf eine Trommelwalze, wobei eine ferromagnetische Beschichtungszone und eine dielektrische Beschichtungszone radial in einer Position um die Trommelwalze herum angeordnet sind, und wobei die ferromagnetische Beschichtungszone das ferromagnetische Material abscheidet und die die dielektrische Beschichtungszone das dielektrische Material abscheidet, um das magnetodielektrische Material mit einer Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten zu bilden; wobei eine oberste Schicht und eine unterste Schicht des magnetodielektrischen Materials ein dielektrisches Außenschichtmaterial umfassen; wobei das magnetodielektrische Material über einen Betriebsfrequenzbereich betrieben werden kann, der gleich oder größer als eine definierte Minimalfrequenz und gleich oder kleiner als eine definierte Maximalfrequenz ist; wobei jede Schicht der Vielzahl von ferromagnetischen Schichten eine ferromagnetische Schichtdicke von 1/15 bis 1/5 der Skin-Tiefe der jeweiligen ferromagnetischen Schicht bei der definierten Maximalfrequenz aufweist; wobei jede Schicht der Vielzahl von dielektrischen Materialschichten eine dielektrische Schichtdicke und eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die eine dielektrische Stehspannung über die jeweilige Dicke von 150 bis 1.500 Volt Spitze bereitstellt; und wobei die Vielzahl von Schichten eine Gesamtdicke von weniger als oder gleich einer Wellenlänge der definierten Minimalfrequenz in der Vielzahl von Schichten aufweist.
Ausführungsform 16: Das Verfahren der Ausführungsform 15, umfassend das Abscheiden eines zusätzlichen ferromagnetischen Materials in einer zusätzlichen ferromagnetischen Beschichtungszone und eines zusätzlichen dielektrischen Materials in einer zusätzlichen dielektrischen Beschichtungszone; wobei ein Bewegungspfad einer Stelle auf der Trommelwalze das sequentielle Durchlaufen der dielektrischen Beschichtungszone, der ferromagnetischen Beschichtungszone, der zusätzlichen dielektrischen Beschichtungszone und der zusätzlichen ferromagnetischen Beschichtungszone umfasst.
Ausführungsform 17: Das Verfahren der Ausführungsform 16, wobei das ferromagnetische Material und das zusätzliche ferromagnetische Material gleich sind.
Ausführungsform 18: Das Verfahren einer oder mehrerer Ausführungsformen 16 bis 17, wobei das dielektrische Material und das zusätzliche dielektrische Material unterschiedlich sind.
Ausführungsform 19: Das Verfahren einer oder mehrerer Ausführungsformen 15 bis 18, ferner umfassend ein erstes Beschichten der Trommelwalze nur mit dem dielektrischen Material, ein Beginnen der Abscheidung der ferromagnetischen Schicht, nachdem eine gewünschte Anzahl von Schichten abgeschieden wurde, ein Stoppen der Abscheidung der ferromagnetischen Schicht und dann ein Stoppen der Abscheidung des dielektrischen Materials.
Ausführungsform 20: Verfahren einer oder mehrerer Ausführungsformen 5 bis 11 oder 16 bis 19, wobei das zusätzliche dielektrische Material ein Epoxid, ein Polyacrylat, ein Silikon, ein Polycyclobuten, ein Polyimid oder eine Kombination, die mindestens eine der vorgenannten umfasst, umfasst.
Ausführungsform 21: Verfahren einer oder mehrerer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das ferromagnetische Material Eisen, Nickel, Kobalt, Gadolinium oder eine Kombination, die mindestens eine der vorgenannten umfasst, umfasst.
Ausführungsform 22: Verfahren einer oder mehrerer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das dielektrische Material ein Fluorpolymer, ein Poly(etherketon), ein Polyimid, ein Polyolefin, einen Polyester oder eine Kombination, die mindestens eine der vorgenannten umfasst, umfasst.
Ausführungsform 23: Verfahren einer oder mehrerer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das dielektrische Material ein fluoriertes Polymer oder ein Poly(etherketon) umfasst.
Ausführungsform 24: Das Verfahren einer oder mehrerer der vorstehenden Ausführungsformen, ferner umfassend die Plasmabehandlung der dielektrischen Schicht in einer Plasmazone, die stromaufwärts der ferromagnetischen Beschichtungszone angeordnet ist.
Ausführungsform 25: Das Verfahren einer oder mehrerer der vorhergehenden Ausführungsformen, umfassend das Laminieren des magnetodielektrischen Materials zwischen zwei dielektrischen Schichten, um die oberste Schicht und die unterste Schicht zu bilden.
Ausführungsform 26: Das Verfahren einer oder mehrerer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die ferromagnetische Schichtdicke 20 Nanometer bis 1 Mikrometer beträgt.
Ausführungsform 27: Das Verfahren einer oder mehrerer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die dielektrische Schichtdicke 0,1 bis 50 Mikrometer beträgt.
Ausführungsform 28: Das Verfahren einer oder mehrerer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das magnetodielektrische Material eine Gesamtdicke von 0,1 bis 3 mm aufweist.
Ausführungsform 29: Ein Artikel, der durch eine oder mehrere der vorhergehenden Ausführungsformen hergestellt wird.
Im Allgemeinen kann die Offenbarung abwechselnd alle hierin offenbarten geeigneten Komponenten umfassen, daraus bestehen oder im Wesentlichen aus diesen bestehen. Die Offenbarung kann zusätzlich oder alternativ so formuliert werden, dass sie frei oder im Wesentlichen frei von Komponenten, Materialien, Inhaltsstoffen, Hilfsstoffen oder Arten ist, die in den Kompositionen zum Stand der Technik verwendet werden oder die anderweitig zur Erreichung der Funktion und/oder der Ziele der vorliegenden Offenbarung nicht erforderlich sind.
Die Begriffe „ein“ und „eine“ bezeichnen keine Mengenbegrenzung, sondern das Vorhandensein von mindestens einem der genannten Artikel. Der Begriff „oder“ bedeutet „und/oder“, sofern im Kontext nichts anderes angegeben ist. „Optional“ oder „fakultativ“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der Umstand eintreten kann oder nicht, und dass die Beschreibung Fälle beinhaltet, in denen das Ereignis eintritt und Fälle, in denen es nicht eintritt.
Wie hierin verwendet, wird der Begriff „Dielektrizitätskonstante“ auch als relative Permittivität bezeichnet. Die Dielektrizitätskonstante kann bei der Betriebsfrequenz bestimmt werden, z.B. bei 100 MHz bis 10 GHz, oder 1 bis 10 GHz, oder 100 MHz bis 5 GHz. Die Dielektrizitätskonstante kann bei 23°C bestimmt werden.
Der Verweis in der gesamten Spezifikation auf „eine Ausführungsform“, „eine andere Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ usw. bedeutet, dass ein bestimmtes Element (z.B. Merkmal, Struktur, Schritt oder Eigenschaft), das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform enthalten ist und in anderen Ausführungsformen vorhanden sein kann oder nicht. Darüber hinaus wird angenommen, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen beliebig kombiniert werden können.
Im Allgemeinen können die Zusammensetzungen, Verfahren und Gegenstände alternativ alle hierin offenbarten Bestandteile, Schritte oder Komponenten umfassen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen. Die Zusammensetzungen, Verfahren und Gegenstände können zusätzlich oder alternativ so formuliert, durchgeführt oder hergestellt werden, dass sie frei oder im Wesentlichen frei von Inhaltsstoffen, Schritten oder Komponenten sind, die nicht zur Erreichung der Funktion oder der Ziele der vorliegenden Ansprüche erforderlich sind.
Sofern hierin nicht anders angegeben, sind alle Prüfnormen die neueste Norm, die zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung in Kraft ist, oder, wenn die Priorität in Anspruch genommen wird, das Anmeldetag der frühesten Prioritätsanmeldung, in der die Prüfnorm erscheint.
Die Endpunkte aller Bereiche, die auf die gleiche Komponente oder Eigenschaft gerichtet sind, beinhalten die Endpunkte, sind unabhängig kombinierbar und beinhalten alle Zwischenpunkte und Bereiche. So sind beispielsweise Bereiche von „bis zu 25 Gew.-%, genauer gesagt 5 bis 20 Gew.-%“ die Endpunkte und alle Zwischenwerte der Bereiche von „5 bis 25 Gew.-%“, wie 10 bis 23 Gew.-%, etc. inbegriffen.
Die hierin verwendeten Begriffe „erste“, „zweite“ und dergleichen, „primär“, „sekundär“ und dergleichen bezeichnen keine Ordnung, Menge oder Wichtigkeit, sondern dienen der Unterscheidung eines Elements voneinander. Die Begriffe „oben“, „unten“, „unten“ und/oder „oben“ werden hierin, sofern nicht anders angegeben, nur zur besseren Beschreibung verwendet und sind nicht auf eine bestimmte Position oder räumliche Orientierung beschränkt. Der Begriff „Kombination“ beinhaltet Mischungen, Vermengungen, Legierungen, Reaktionsprodukte und dergleichen.
Sofern nicht anders definiert, haben die hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie allgemein von einem Fachmann im Fachgebiet verstanden werden, zu der diese Offenbarung gehört.
Alle zitierten Patente, Patentanmeldungen und andere Referenzen sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit enthalten. Wenn jedoch ein Begriff in der vorliegenden Anmeldung einem Begriff in der aufgenommenen Referenz widerspricht oder entgegensteht, hat der Begriff aus der vorliegenden Anmeldung Vorrang vor dem widersprüchlichen Begriff aus der aufgenommenen Referenz.
Während konkrete Ausführungsformen beschrieben wurden, können für Anwender oder andere Fachmänner Alternativen, Modifikationen, Änderungsvarianten, Verbesserungen und wesentliche Äquivalente, die derzeit unvorhersehbar sind oder sein können, ersichtlich sein. Dementsprechend sollen die beigefügten Ansprüche, wie sie eingereicht und geändert werden können, alle diese Alternativen, Änderungsvarianten, Verbesserungen und wesentlichen Äquivalente umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7619042 [0042]

Claims

Was beansprucht wird, ist:
Verfahren zum Bilden eines magnetodielektrischen Materials, wobei das Verfahren umfasst: Walzbeschichten eines ferromagnetischen Materials auf eine dielektrische Schicht, die ein dielektrisches Material umfasst, durch kontinuierliches Bewegen der dielektrischen Schicht durch eine ferromagnetische Beschichtungszone, um ein beschichtetes Blatt zu bilden, das eine ferromagnetische Schicht umfasst, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist, wobei die dielektrische Schicht einen Weg von einer ersten Rolle durch die ferromagnetische Beschichtungszone zu einer zweiten Rolle zurücklegt; Bilden einer Vielzahl von Blättern aus dem beschichteten Blatt; Bilden eines geschichteten Stapels aus der Vielzahl von Blättern; Laminieren des geschichteten Stapels, um das magnetodielektrische Material mit einer Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten zu bilden, wobei eine oberste Schicht und eine unterste Schicht ein dielektrisches Außenschichtmaterial umfassen; wobei das magnetodielektrische Material über einen Betriebsfrequenzbereich betrieben werden kann, der gleich oder größer als eine definierte Minimalfrequenz und gleich oder kleiner als eine definierte Maximalfrequenz ist; wobei jede Schicht der Vielzahl von ferromagnetischen Schichten eine ferromagnetische Schichtdicke von 1/15 bis 1/5 der Skin-Tiefe der jeweiligen ferromagnetischen Schicht bei der definierten Maximalfrequenz aufweist; wobei jede Schicht aus der Vielzahl der dielektrischen Materialschichten eine dielektrische Schichtdicke und eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die eine dielektrische Stehspannung über die jeweilige Dicke von 150 bis 1.500 Volt Spitze liefert; und wobei die Vielzahl von Schichten eine Gesamtdicke von weniger als oder gleich einer Wellenlänge der definierten Minimalfrequenz in der Vielzahl von Schichten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die ferromagnetische Beschichtungszone auf beiden Seiten der dielektrischen Schicht befindet.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend das Beschichten der ferromagnetischen Schicht mit einem zusätzlichen dielektrischen Material in einer dielektrischen Beschichtungszone, die stromabwärts der ferromagnetischen Beschichtungszone angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das zusätzliche dielektrische Material und das dielektrische Material unterschiedlich sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 4, wobei das zusätzliche dielektrische Material eine Keramik oder eine härtbare Zusammensetzung umfasst.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Beschichtung des zusätzlichen dielektrischen Materials eine Walzrakel-Beschichtung oder eine Umkehrwalzen-Beschichtung umfasst.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Beschichtung des zusätzlichen dielektrischen Materials eine Sprühbeschichtung, Verdampfung, chemische Dampfabscheidung oder Sputtern umfasst.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, wobei das magnetodielektrische Material abwechselnde Schichten des dielektrischen Materials und des zusätzlichen dielektrischen Materials umfasst, wobei die ferromagnetischen Schichten zwischen den dielektrischen Schichten und den zusätzlichen dielektrischen Schichten angeordnet sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der geschichtete Stapel ferner eine Vielzahl von dünnen dielektrischen Schichten umfasst, die ein dielektrisches Dünnschichtmaterial umfassen, das sich zwischen Schichten der Vielzahl von Schichten befindet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei magnetodielektrisches Material abwechselnde Schichten des dielektrischen Materials und des dielektrischen Dünnschichtmaterials umfasst, wobei die ferromagnetischen Schichten zwischen jeder der dielektrischen Schichten und dielektrischen Dünnfilmschichten, die von der Vielzahl der dünnen dielektrischen Schichten abgeleitet sind, angeordnet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 9 und/oder 10, wobei das dielektrische Dünnschichtmaterial einen Polyester, ein Polyolefin oder eine Kombination umfasst, die mindestens eines der vorgenannten umfasst.
Verfahren zum Bilden eines magnetodielektrischen Materials, wobei das Verfahren umfasst: Trommelwalze, die ein ferromagnetisches Material und ein dielektrisches Material auf eine Trommelwalze beschichtet, wobei eine ferromagnetische Beschichtungszone und eine dielektrische Beschichtungszone radial in einer Position um die Trommelwalze herum angeordnet sind, und wobei die ferromagnetische Beschichtungszone das ferromagnetische Material abscheidet und die dielektrische Beschichtungszone das dielektrische Material abscheidet, um das magnetodielektrische Material mit einer Vielzahl von abwechselnden ferromagnetischen Schichten und dielektrischen Schichten zu bilden; wobei eine oberste Schicht und eine unterste Schicht des magnetodielektrischen Materials ein dielektrisches Außenschichtmaterial umfassen; wobei das magnetodielektrische Material über einen Betriebsfrequenzbereich betrieben werden kann, der gleich oder größer als eine definierte Minimalfrequenz und gleich oder kleiner als eine definierte Maximalfrequenz ist; wobei jede Schicht der Vielzahl von ferromagnetischen Schichten eine ferromagnetische Schichtdicke von 1/15 bis 1/5 der Skin-Tiefe der jeweiligen ferromagnetischen Schicht bei der definierten Maximalfrequenz aufweist; wobei jede Schicht aus der Vielzahl der dielektrischen Materialschichten eine dielektrische Schichtdicke und eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die eine dielektrische Stehspannung über die jeweilige Dicke von 150 bis 1.500 Volt Spitze liefert; und wobei die Vielzahl von Schichten eine Gesamtdicke von weniger als oder gleich einer Wellenlänge der definierten Minimalfrequenz in der Vielzahl von Schichten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend das Abscheiden eines zusätzlichen ferromagnetischen Materials in einer zusätzlichen ferromagnetischen Beschichtungszone und eines zusätzlichen dielektrischen Materials in einer zusätzlichen dielektrischen Materialbeschichtungszone; wobei ein VerBewegungspfad einer Position auf der Trommelwalze das sequentielle Durchlaufen der dielektrischen Beschichtungszone, der ferromagnetischen Beschichtungszone, der zusätzlichen dielektrischen Beschichtungszone, der zusätzlichen dielektrischen Beschichtungszone und der zusätzlichen ferromagnetischen Beschichtungszone umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das zusätzliche dielektrische Material eine härtbare Zusammensetzung oder eine Keramik umfasst.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend das erste Beschichten der Trommelwalze mit nur dem dielektrischen Material, das Beginnen der Abscheidung der ferromagnetischen Schicht, nachdem eine gewünschte Anzahl von Schichten abgeschieden wurde, das Stoppen der Abscheidung der ferromagnetischen Schicht und dann das Stoppen der Abscheidung des dielektrischen Materials.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei das ferromagnetische Material Eisen, Nickel, Kobalt, Gadolinium oder eine Kombination aus mindestens einem der Vorgenannten umfasst.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei das dielektrische Material ein Fluorpolymer, ein Poly(etherketon), ein Polyimid, ein Polyolefin, einen Polyester oder eine Kombination, die mindestens eines der Vorgenannten umfasst, umfasst.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend die Plasmabehandlung der dielektrischen Schicht in einer Plasmazone, die stromaufwärts der ferromagnetischen Beschichtungszone angeordnet ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Laminieren des magnetodielektrischen Materials zwischen zwei dielektrischen Schichten, um die oberste Schicht und die unterste Schicht zu bilden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere der ferromagnetischen Schichtdicken 20 Nanometer bis 1 Mikrometer betragen, die dielektrische Schichtdicke 0,1 bis 50 Mikrometer beträgt und das magnetodielektrische Material eine Gesamtdicke von 0,1 bis 3 mm aufweist.