【発明の詳細な説明】
整調可能な誘電特性を具有する熱可塑性エラストマー基板材料およびその積層品
技術分野
本発明は、マウントとして電子機器に使用することができる基板または積層品
に関する。さらに詳細には、本発明は、整調可能な誘電特性を有する熱可塑性エ
ラストマー基板材料または積層材料に関する。さらに詳細には、個々の用途の要
求に応じて広範囲の誘電率を具有するように配合することが可能な、好ましくは
誘電損失の低い、熱可塑性エラストマーである。好ましくはポリプロピレンを含
有する熱可塑性高分子成分と、好ましくは損失正接が約0.005未満、最も好
ましくは約0.003未満のエチレン−プロピレン−ジエンモノマー(EPDM
)を含有するエラストマー成分とを有する本発明の熱可塑性エラストマー材料は
、フィルムまたは積層構造として提供することが可能である。
背景技術
特定の電気特性を有する多くの電子機器のマウント用基板材料は、当該技術上
周知であり、多くの様々なタイプの電子機器に広く使用されている。たとえば積
層品は、主にプリント回路などの基板に適し、従来、樹脂含浸シートで構成され
、これを薄片またはパネルに切断し、重ね合わせて層にする。この層を加熱およ
び加圧し、合せて中実単位を形成する。このようにして得られた積層品の片面ま
たは両面を、金属材料を積層することによって覆ったり、周知の付着方法によっ
て金属層を提供したりすることができる。
広範囲の高分子材料が、電子用途における基板または積層品材料として使用さ
れ、その特性に関する多量の情報が知られている。たとえば、Brydson,Plastic s Materials
、第4版、1985年、100-110ページを参照されたい。これらの高分子
材料は電気絶縁体である、すなわち、所与の材料片の異なる点の間の電位差に耐
えることができ、小さな電流のみが通過し、浪費エネルギーが低い。高分子材料
がコンデンサーのキャパシタンスに及ぼす影響は誘電率として知られ、ある用途
では特に重要になる。材料の誘電率εrは、所与の材料を誘電体として使用した
コンデンサーのキャパシタンスと、誘電体を使用しない同一コンデンサーのキャ
パシタンスの比率と定義される。
高分子材料を電界に入れるとき、その誘電率は、その分子構造内の電子分極化
作用と、隣接した分子との双極子分極化作用の両者によって左右される。したが
って、電子的分極化作用のみを経験する対称分子すなわち非極性分子は、電子分
極化作用と双極子分極化作用の両者の影響下にある極性分子よりも誘電率が低い
。双極子分極化は、分子の一部、あるいは全部の移動を含むため、極性分子の誘
電率は材料の「内部粘度」、すなわち、双極子の調子がずれた挙動に左右される
。
誘電性材料を交流電界内に置いたとき、この内部粘度は、ある周波数で誘電力
損失も引起こす。この損失は、周期当たり、電界から誘電体によって吸収された
エネルギーの比率として測定される。力率および誘電正接は、電界の変化と分極
化の変化との間の遅延を考慮することによって生じ、これは、次には、誘電体が
存在するとき、コンデンサーを横切る電位差を誘導するコンデンサーの電流につ
ながる。誘導の角度は位相角Θと呼ばれ、用語90−Θは、誘電損失角として知
られている。個々の材料に関する誘電正接、すなわち、
損失正接がtanδである。
エネルギーを吸収または伝送する電子機器の設計で重要な第一歩は、適切な誘
電基板材料を選択することである。理想的な基板は何1つなく、選択される材料
は企図する用途に必要な特性に応じて異なる。個々の材料の最も重要な特性は、
選択された温度および装置を操作する周波数の範囲内での、その誘電率(εr)
と損失正接(tanδ)である。一般に、低損失正接は優れたエネルギー伝送を示
唆し、このような材料はアンテナなどの電子機器の設計に有用である。逆に、マ
イクロ波吸収体またはレーダー吸収体は、損失正接がはるかに高い誘電性材料を
必要とする。テーパースロットアンテナなどの低周波低損失用途は誘電率が高い
材料を必要とするが、パッチアンテナは低損失低誘電率材料を必要とする。誘電
率が低い材料を選択することによって、マイクロストリップパッチアンテナの帯
域幅および効率も上げることが可能である。
しかし、高分子材料の誘電特性が、電子機器用基板を設計する際に考慮すべき
唯一の問題ではない。寸法の安定性、温度、湿度およびエージングに対する抵抗
性、化学薬品に対する抵抗性、引張強さおよび構造的強度、可撓性、機械加工性
、耐衝撃性、歪軽減、整合性、接着性およびクラッディングに対する従順性など
、加工に関する考慮も重要である。
マイクロストリップアンテナでは、基板の誘電特性、特に低損失正接が重要で
ある。ラジエーター、伝送線路フィードを含め、マイクロストリップアンテナの
構造は周知である(たとえば、Bahl et al.,Microstrip Antennas,Artech Hous
e,1980、Pozar and Shaubert,eds.,Microstrip Antennas-The Analysis and D esign of Microstrip Antennas and Arrays
,IEEE Press 1995を参照されたい)
。その最も単純な形では、マイクロストリップパッチアンテナ(MPA)は、
完全なマイクロストリップ伝送線路によって、その縁の1つで給電される成型金
属導体であってもよい。この成型伝送線路/ラジエーター構造は一般に、誘電性
シートまたはアンテナの意図する操作周波数で実質的に波長の1/4未満(一般
に波長の約10分の1以下程度)の厚さである層によって接地板より少し上に支
持される。成型ラジエーターパッチの共鳴寸法は一般に波長の半分であるように
選択され、それ故、向き合った縁(たとえば、給電線路を横切る)と下にある接
地板との間に1対の放射スロットが提供される。横寸法または非放射寸法は一般
に、ある程度、所望の放射電力の関数として選択される。非共鳴寸法が約1波長
またはそれ以上の場合、たとえば、共同給電構造ネットワークによって、複数の
給電点を提供することが可能である。マイクロストリップパッチアンテナは、多
数の特許および出版物、たとえば、Shibataらに付与された米国特許第4,88
7,089号、Gustafassonに付与された米国特許第5,055,854号、Aoy
agiらに付与された米国特許第4,963,891号、Diazに付与された米国特
許第5,070,340号、およびTarot,et al.,New Thechnology to Realize Printed Radiating Elements
,Microwave and Optical Technology Letters,v
ol.9,no.1,May 1995に記載されている。
MPAのほかに、他の形のマイクロストリップアンテナとしてはマイクロスト
リップ進行波アンテナがあり、これは接地板で裏打ちされた基板上の鎖形周期導
体から成る。マイクロストリップスロットアンテナはマイクロストリップ給電線
路のストリップ導体に垂直な接地板内にスロット切れ目を含む。
望ましいアンテナの特徴は、上述のマイクロストリップ素子1個で獲得するこ
とが可能であるが、高ゲイン、ビーム走査、あるいは操縦能力は、別々のラジエ
ーターを組合せて配列することによって
獲得することができる。マイクロストリップアンテナアレイは、たとえば、Will
iamsに付与された米国特許第4,173,019号やShoemakerに付与された米
国特許第4,914,445号および米国特許第4,937,585号をはじめ
とする多くの文献、および本願明細書に引用されている文献に記載されている。
広く様々な材料を、マイクロストリップアンテナ用誘電体として利用すること
ができる(たとえば、Bahl,et al.,Microstrip Antennas、317-327ページおよ
び本願明細書に引用されている参考文献、Carver and Mink,Microstrip Antenn a Technology
, IEEE Trans.Antennas Propaga,vol.AP-29,no.1,2-24ページ
,Jan.1981を参照されたい)。典型的な基板材料はポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)、ポリスチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどの結晶質
熱可塑性物質、シリコーン、酸化ポリフェニレン(POP)、ポリエステル、ポ
リイミド類、雲母、ファイバーグラス、アルミナおよびベリリアを含んでもよい
。
個々の用途に合った誘電性材料を選択した後、プリント回路板の製造に使用す
る方法に類似した光化学エッチング法によって、従来のマイクロストリップアン
テナ構造を便利に形成することが可能である。銅など、導電性金属の薄層が反対
側に付着させた誘電性シート材料が最も単純な形である積層品から、マイクロス
トリップアンテナアセンブリが形成される。通常、積層品の1層の導電層は接地
板を形成し、化学的エッチングまたは類似の方法によって、導電材料を反対の層
から除去し、誘電性シート上の成型導電パッチとして、非常に薄いマイクロスト
リップラジエーターおよび相互に連結した伝送配線構造を形成することが可能で
ある。Shoemakerらに付与された米国特許第4,914,445号、Shoemakerら
に付与された米国特許第4,937,585号およびKlaarらに付与され
た米国特許第4,833,005号には、マイクロストリップアンテナ用積層品
の例が記載されている。
Lalezariに付与された米国特許第4,816,836号に報告されている通り
、有効なマイクロストリップアンテナ積層構造物は、湾曲した面に適合し、且つ
取付けることができなければならない。マイクロストリップアンテナは、飛行機
、ミサイル、砲弾などの外側の湾曲した面に取付けられることが多く、湾曲した
面に取付けると、存在が目立たず、乱流が減少する。一般に、取付け面は凸状の
形を有するため、単純にアンテナアセンブリを変形させて湾局面上に直接付着さ
せる。半径が小さい曲線を囲んでアンテナを曲げると、外側の凸面は実質的に緊
張下に置かれて伸びなければならず、そのため、非可撓性材料はひび割れを起こ
す。このひび割れは最終的に銅アンテナ素子の変形および裂けを招き、その結果
アンテナは解体する。このひび割れは、堅い結晶質高分子材料および発泡体の場
合に特に問題である。
Lalezariの文献には、多層PTFEおよびファイバーグラス基板を含むアンテ
ナおよびアンテナを湾曲面に取付ける方法が記載されている。この特許に記載さ
れているアンテナ構造は表面上にアンテナ素子を具有する比較的薄い誘電性基板
と、第2の比較的薄い誘電性基板を含む。Lalezariの特許の図2に表示されてい
る通り、アンテナ構造物を湾局面に付着させるためには、薄い誘電性基板材料4
1bを、スペーサーとして湾局面に最初に付着させなければならない。次に、よ
り薄い第1の誘電性基板41aをスペーサー41bに付着させる。Lalezariに記
載の方法から、PTFE誘電性基板は多くの用途で必要とされる整合性に欠ける
ことがわかる。さらに、多層構造は高価であり、製造することが困難である。
アンテナ誘電性材料の別の望ましい特徴は耐候性である。上記の
通り、マイクロストリップアンテナは一般に、厳しい気候条件に曝される外面に
取付けられるため、誘電層が水分を吸収したり、操作温度範囲で熱安定性が乏し
かったりすると、アンテナ特性は著しく影響を受ける可能性がある。液体の水は
誘電率が非常に高く、発泡誘電性基板材料による吸水によってアンテナは著しく
調律が狂い、最終的に基板が変形する。従来の発泡体材料は水分を吸収しやすく
、耐衝撃性が極端に乏しく、そのため、アンテナ基板または積層品層としての望
ましさが限定される。
耐候性および強靭性が問題の場合、PTFEをアンテナ用途に適した誘電性基
材材料として選択することは当業者に周知である。PTFEをセラミックまたは
ガラス繊維で強化したり、布積層品を形成したりすることも可能である。上記の
通り、一部の用途では、この材料は十分に適合しない。PTFEは押出も難しく
、多くの従来の接着剤およびアンテナ材料に適合しない。さらに、重大な短所は
PTFEの製造原価が高いことである。
重大な性能特性を犠牲にせずに、広く様々な積層構成で安価に且つ容易に製造
することができる整調可能な誘電性基板材料が必要である。
可変性εrおよびtanδ、耐候性および強靭性、整合性、および加工性など、電
子機器設計に望ましい特性の組み合わせを提供する低原価の誘電性基板材料は、
現在のところ市販されていない。
発明の概要
本発明は、整調可能な誘電特性を有する電子機器のマウント用可撓性高分子回
路基板材料である。1つの実施態様で、本発明は、損失正接が約0.005未満
である低誘電損失熱可塑性エラストマー回路基板材料または積層品材料である。
本発明の低損失熱可塑性エ
ラストマーは、結果として得られる熱可塑性エラストマーの損失正接が約0.0
03未満であるように、極性または非極性のモノマー単位、またはその混合物を
含む熱可塑性高分子成分と、極性または非極性のモノマー単位を含み、特にその
混合物を除く、エラストマー高分子成分とを含む。熱可塑性エラストマーは、ブ
ロックコポリマー、グラフトコポリマー、または多相分散液であってもよく、多
相分散液はオレフィン系熱可塑性成分を有し、エチレンプロピレンゴムのエラス
トマー成分が好ましい。結晶質ポリプロピレンを含む熱可塑性成分とエチレン−
プロピレン−ジエンモノマー(EPDM)を含むエラストマー成分とを含む熱可
塑性エラストマーが特に好ましい。第1の実施態様の誘電性材料は、マイクロス
トリップアンテナなどの電子機器に使用するのに特に好ましい。
別の実施態様では、本発明の誘電性材料は、損失正接が約0.005より大き
く約0.200までである、高誘電損失熱可塑性エラストマー回路基板材料また
は積層品材料である。本発明のこの実施態様の熱可塑性エラストマーは、結果と
して得られる熱可塑性エラストマーの損失正接が約0.005より大きく約0.
200までであるように、極性または非極性のモノマー単位、またはその混合物
を含む熱可塑性高分子成分と、極性または非極性のモノマー単位、またはその混
合物を含むエラストマー高分子成分とを含む。この実施態様の誘電性材料は、マ
イクロ波吸収材料またはレーダー吸収材料として使用するのに特に好ましい。
本発明の熱可塑性エラストマー回路基板材料は、広く様々なフィラーと相溶性
である。十分量のフィラーを熱可塑性エラストマー回路基板材料に加えて、約1
から約50まで、好ましくは約2から約35の広範囲にわたって、予定の誘電率
を提供することが可能である。フィラー材料が、トタン酸バリウムや酸化鉛など
、ドープ処理
または非ドープ処理「コンデンサー等級」セラミックであるとき、特に優れた低
損失誘電性能が観察されている。
本発明の充填剤無添加基板材料は、広く様々な他の誘電性材料および金属材料
に接着することが可能であり、個々の用途に適した誘電特性を備えた積層品の形
で供給することが可能である。
図面の簡単な説明
図1は、実施例7および実施例11の試料の誘電率(εr)と損失正接(tanδ)
vs.含有率(%)のプロットである。
図2は、実施例12〜14の試料の誘電率(εr)と損失正接(tanδ)vs.含有
率(%)のプロトである。
図3は、実施例15および実施例17の試料の誘電率(εr)と損失正接(tanδ
)vs.含有率(%)のプロットである。
図4は、実施例33の試料の誘電率(εr)と損失正接(tanδ)vs.含有率(%
)のプロットであり、tanδをミリ単位(mu)で示した。
図5は、実施例35の試料の誘電率(εr)vs.時間のプロットである。
図6は、実施例35の試料の損失正接(tanδ)vs.時間のプロットである。
図7は、実施例36の試料の誘電率(εr)の変化率(%)vs.曝露時間のプロッ
トである。
発明の詳細な説明
本発明の基板材料は、熱可塑性エラストマーを含む高分子材料である。本願明
細書で使用する「熱可塑性エラストマー」は、熱可塑性材料の加工性(溶融時)
と従来の熱硬化性ゴムの機能的性能および特性(非溶融状態のとき)とを兼備し
た1クラスの高分子物質を
指す。
本発明の低損失熱可塑性エラストマーは、予定の誘電率および結果として生じ
る約0.005未満、好ましくは約0.003未満の損失正接(tanδ)を提供
する、任意の熱可塑性高分子成分および任意のエラストマー高分子成分を含んで
もよい。本発明の低損失熱可塑性エラストマーは、結果として得られる熱可塑性
エラストマーの損失正接が約0.005、好ましくは約0.003未満であるよ
うに、極性モノマー単位、非極性モノマー単位、またはその混合物を含む熱可塑
性高分子成分と、極性モノマー単位および非極性モノマー単位を含み、且つその
混合物を特に除外したエラストマー高分子成分とを含む。
Kirk-Othmer Encyclopedcia of Chemical Technology,4thed.,vol.9 at15に説
明されている通り、熱可塑性エラストマーは一般に、(a)ブロックコポリマー
またはグラフトコポリマーと、(b)多層分散液の、主な2クラスに分類される
。
ブロック熱可塑性エラストマーまたはグラフト熱可塑性エラストマーの場合、
硬質相とエラストマー相はブロック重合またはグラフト重合によって化学的に結
合されて、構造A−B−Aまたは(A−B)nを有し、式中Aは硬質相すなわち
熱可塑性相であり、Bは軟質相すなわちエラストマー相である。本発明の目的に
は、A−B−A構造の方がその優れた物性に好ましい。ブロック/グラフト熱可
塑性エラストマーの場合、硬質ポリマー末端セグメントは、連続的なエラストマ
ー相中に分散された、ドメインと呼ばれる、別個の物理的領域を形成する。ポリ
マー分子のほとんどが、室温で物理的架橋の役割を果たし且つエラストマー鎖を
三次元ネットワークで結ぶ硬質セグメントを有する。材料を加熱するか溶剤に溶
解するとき、このドメインはその強度を失い。ポリマーは流れると考えられる。
冷却するか溶剤を蒸発させると、このドメインは硬化し、三次元ネットワークは
その物理的完全性を保持する。
本発明の低損失実施態様では、その結合構造が、結果として得られる損失正接
が約0.005未満、好ましくは約0.003未満であるように、熱可塑性高分
子成分Aは、任意の極性モノマー単位、非極性モノマー単位、またはその混合物
を含んでもよく、エラストマー高分子成分Bは、任意の極性モノマー単位または
非極性モノマー単位を含み、その混合物を特に除外する。
上記の通り、誘電損失が低いポリマーは一般に非極性置換基または実質的非極
性置換基を有し、非極性モノマー単位を含む熱可塑性高分子成分およびエラスト
マー高分子成分を含む熱可塑性エラストマーが本発明で使用するのに好ましい。
本願明細書で使用する用語「非極性」は、双極子がないかまたは双極子が実質的
にベクトル的に均衡がとれているモノマー単位を指す。これらの高分子材料では
、誘電特性は主として電子極性化作用の結果である。
本発明で低損失誘電性材料を提供するために、熱可塑性高分子成分Aは以下の
極性モノマー単位または非極性モノマー単位、たとえば、スチレン、α−メチル
スチレン、オレフィン類、ハロゲン化オレフィン類、スルホン類、ウレタン類、
エステル類、アミド類、カーボネート類、およびイミド類、アクリロニトリル、
およびそのコポリマーおよび混合物を含んでもよい。たとえば、スチレン、α−
メチルスチレン、およびプロピレンやエチレンなどのオレフィン類など、非極性
モノマー単位、およびそれらのコポリマーおよび混合物が好ましい。熱可塑性高
分子成分は、ポリスチレン、ポリ(α−メチルスチレン)、およびポリオレフィン
類から選択されることが好ましい。ポリオレフィン類が好ましく、ポリプロピレ
ンおよびポリエチレン、およびプロピレンとエチレンのコポリマーが特に好ま
しい。
本発明の低損失誘電性材料中のエラストマー高分子成分Bは、次の極性モノマ
ー単位、たとえば、エステル類、エーテル類、およびそのコポリマーおよび混合
物のいずれを含んでもよい。エラストマー成分Bは、次の非極性モノマー単位、
たとえば、ブタジエン、イソプレン、エチレン−コ−ブチレンなどのオレフィン
類、シロキサン類、およびイゾブチレン、およびその混合物およびコポリマーの
いずれを含んでもよい。本発明の低損失熱可塑性エラストマーのエラストマー成
分中に、極性モノマー単位と非極性モノマー単位との混合物およびコポリマーは
考えられない。ブタジエン、イソプレン、オレフィン類、シロキサン類などの非
極性モノマー単位、およびその混合物およびコポリマーが好ましく、エラストマ
ー成分Bは、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリ(エチレン−コ−ブチレン)
、ポリ(エチレン−コ−プロピレン)、ポリジメチルシロキサン、ポリイソブチレ
ン、ポリ(エチレン−コ−ブチレン)、およびポリ(エチレン−コ−プロピレン)
から選択されることが好ましい。
たとえば、本発明で有用と思われるスチレン系ブロックコポリマー熱可塑性エ
ラストマーとしては、Union Carbide Chemicals and Plastics,Danbury,CTからK
raton DおよびCariflexの商品名で、またPhilips Petroleum,Bartlesville,OK
からSolpreneの商品名で入手できる、ポリブタジエンエラストマーセグメントま
たはポリイソプレンエラストマーセグメントを有する線状材料および/または分
枝材料などがある。本発明で有用と思われるポリ(エチレン−コ−ブチレン)(
EB)エラストマーセグメントおよびポリ(エチレン−コ−プロピレン)(EP
)エラストマーセグメントを有する線状スチレンブロック熱可塑性エラストマー
としては、Union CarbideからKraton Gの商品名で入手可能なEB/EP材料、
Union CarbideからElexarの商品名で入手可能なEB材料、Great Lakes Termina
l and Transport Corp.からDynaflexの商品名で入手可能なポリブタジエンまた
はEP材料、Teknor ApexからTekronの商品名で入手可能なEB材料、およびConce
ptからC-Flexの商品名で入手可能なシリコーンオイルを含むEB材料などがある
。その他の共重合熱可塑性エラストマーとしては、Dow,Midland,MIからEngage
の商品名で、またExxon,Houston,TXからExactの商品名で入手できる材料など
がある。
本発明で使用することが可能なブロック/グラフトコポリマー熱可塑性エラス
トマーは、当該技術上周知の連続重合および逐次重合方法によって合成すること
が可能である。たとえば、Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology
,4th ed.,vol.9 at 21-25、Handbook of Polyolefines,Vasilie,Seymour,e
ds.Decker,NY,1993,943-966ページを参照されたい。
熱可塑性エラストマーの第2の一般クラスで、多層材料は、少なくとも1相は
室温で堅いが加熱すると流体になる材料を含み、別の相は室温でゴム様であるよ
り柔らかい材料を含む。熱可塑性エラストマーは一般に熱可塑性高分子成分およ
びもっとゴムに似たエラストマー高分子成分から成る。通常、2種の成分は細か
く分散した1相系または多相系を形成する。ゴム様相は、「動的加硫」と呼ばれ
る周知の手順の一部として、高剪断混合中に架橋することが可能である。たとえ
ば、Gesslerに付与された米国特許第3,037,954号を参照されたい。
本発明の低損失多相構造で、熱可塑性高分子成分は、通常熱可塑性であると見
なされる任意の極性モノマー単位または非極性モノマー単位、およびその混合物
およびコポリマーを含むことが好ましい。多相分散液の、結果として生じる損失
正接が約0.005未満、好
ましくは約0.003未満であるように、エラストマー成分は、通常熱可塑性で
あると見なされる任意の極性モノマー単位または非極性モノマー単位を含み、特
にその混合物を除外することが好ましい。
本発明の低損失多相熱可塑性エラストマーは、次の極性モノマー単位または非
極性モノマー単位を含んでもよい。プロピレンやエチレンなどのオレフィン類、
ビニル類およびその混合物およびコポリマー。本発明の目的には、熱可塑性高分
子成分は非極性モノマー単位から選択されることが好ましく、ポリオレフィン類
、特にポリプロピレンおよびポリエチレン、およびエチレンモノマー単位とプロ
ピレンモノマー単位を含むコポリマーが好ましい。熱可塑性高分子成分として使
用するのにはアイソタクティックポリプロピレンが特に好ましい。
本発明の低損失多層熱可塑性エラストマーのエラストマー高分子成分は、ニト
リルゴムなど、架橋極性ゴムまたは未架橋極性ゴム、またはブチルゴム、天然ゴ
ム、エチレン−プロピレンゴム(EPR)、エチレン−プロピレンジエンゴム(E
PDM)およびシリコーンゴムなど、架橋非極性ゴムまたは架橋非極性ゴムを含
んでもよい。架橋または非架橋の非極性ゴムが好ましく、EPRおよびEPDM
が特に好ましい。エラストマーゴム成分は未架橋(生)であってもよく、混合中
にまたは動的加硫工程の一部として、典型的な架橋剤(たとえば、フェノール類
および過酸化物)を使用して部分的にまたは完全に架橋されていてもよい。
本発明の低損失誘電性材料に使用するのに好ましい結晶質ポリプロピレン熱可
塑性高分子成分およびEPRまたはEPDMエラストマー高分子成分を有する多
相熱可塑性エラストマーの例としては、Advanced Elastomer Systemsから入手可
能な商品名TPR、Dexterから入手可能な商品名Ren-Flex、Schulmanから入手可能
な商品
名Polytrope、Teknor Apexから入手可能な商品名Telcar、Ferroから入手可能な
商品名Ferroflex、Union Carbideから入手可能な商品名WRDシリーズまたはSRDシ
リーズおよびMontell USA.,Wilmington,DEから入手可能な商品名HiFaxなどが
ある。本発明で使用することが可能な、結晶質ポリプロピレン熱可塑性高分子成
分およびEPDMエラストマー高分子成分を含む動的加硫配合物としては、Adva
nced Elastomer Systemsから入手可能な商品名Santoprene、Novacorから入手可
能な商品名Sarlink 3000、Teknor Apexから入手可能な商品名TelpreneおよびMon
tell USAから入手可能なHiFax XLなどがある。ポリプロピレン熱可塑性成分およ
びブチルゴムエラストマー成分を有する動的加硫配合物としては、Advanced Ela
stomer Systemsから入手可能な商品名TrefsinおよびNovacorから入手可能なSarl
ink 2000などがある。本発明で使用することが可能なポリプロピレン熱可塑性成
分および天然ゴムエラストマー成分を有する動的加硫配合物としては、Advanced
Elastomer Systemsから入手可能なVyramなどがある。
本発明で使用することが可能な多相熱可塑性エラストマーは、広く様々な従来
の手順を使用して配合することができる。一般に、熱可塑性エラストマーは、硬
質熱可塑性高分子成分とゴム様エラストマー高分子成分を高剪断下で機械的に混
合するか、または押出しによって製造されるが、重合中に反応器内のままで熱可
塑性エラストマーを製造することが可能な場合もある。たとえば、Legge,Holden
and Schroeder編 Thermoplastic Elastomers-A Comprehensive Review,Oxford
University Press,1987、Handbook of Polyolefins,Vasilie,Seymour編 Decke
r,NY,1993,943-966ページを参照されたい。
本発明の低損失誘電性材料に使用するには、上述の熱可塑性エラ
ストマーの中で、多相組み合わせが好ましい。熱可塑性オレフィン系高分子成分
の中で、プロピレンおよびエチレンが好ましく、結晶質アイソタクティックポリ
プロピレンが特に好ましい。架橋EPDMおよび未架橋EDPMが本発明のエラ
ストマー高分子成分として特に好ましく、物性および低原価を兼備するには、未
架橋EDPMが最も好ましい。本発明で使用することが可能な材料は、Snellら
に付与された米国特許第3,876,454号および第3,470,127号に
記載されている。ポリプロピレン熱可塑性成分とEDPMエラストマー成分との
相対比は、個々の用途で望まれる特性の組み合わせによって広く様々である。
本発明で使用するのに時に好ましい多相熱可塑性エラストマーは、Montell US
A of Wilmington,DEから入手可能な商品名HiFaxおよびUnion Carbide,Danbury
,CTWRD/SRDなどがある。HiFax材料は、EPDM、EPRまたはブチルなどの架橋ゴム
または未架橋ゴムと、ポリエチレンやポリプロピレンなどのアイソタクティック
オレフィンプラスティックとの配合物である。製造業者が「熱可塑性オレフィン
」と呼ぶ、原価および加工性の理由で特に好ましい材料は、未架橋(生)ゴム、
好ましくはEPRまたはEPDM、最も好ましくはEPDMと、結晶質ポリプロ
ピレンとの配合物であるHiFax CA10Gである。製造業者が報告している通り、HiF
ax CA10Gは約60重量%を超えるポリプロピレン熱可塑性成分と、約40重量%
のEPR/EPDMエラストマー成分を含有し、ASTM D-2240に従って測定した
ショア硬度(Shore Hardness)は約40Dであり、ASTM D-636に従って測定した
引張強さは約2200Psiである。未架橋ゴム成分は非移行性高分子可塑剤とし
て作用し、HiFax CA10G材料は優れた屈曲疲れ抵抗性を有すると報告されている
。
本発明の低損失材料に使用される純粋な熱可塑性エラストマーの
誘電率は約3未満、好ましくは約2.5未満であり、損失正接(tanδ)は好ま
しくは約0.003未満である。これらの材料では、極性化は実質的に瞬間に起
こるため、誘電率および損失正接は実質的に周波数と無関係であり、少なくとも
約300MHzから約20GHzまで、広範囲の周波数にわたって無関係である
。広く様々な測定装置を使用して高分子材料の誘電特性を測定することができる
が、本発明のためには、Hewlett Packardから入手可能な4291ARFなど、インピー
ダンス/材料アナライザーが好ましい。
別の実施態様で、本発明の誘電性材料は、約0.005より大きく約0.20
0までの損失正接を有する高誘電損失熱可塑性基板である。本発明の熱可塑性エ
ラストマーは、結果として生じる熱可塑性エラストマーの損失正接が約0.00
5より大きく且つ最高約0.200であるように、極性モノマー単位、非極性モ
ノマー単位、またはその組み合わせを含む熱可塑性高分子成分と、極性モノマー
単位、非極性モノマー単位、またはその混合物を含むエラストマー高分子成分と
を含む。誘電損失が高い誘電性材料を提供するためには、極性モノマー単位を含
む高分子成分および極性モノマー単位を含むエラストマー熱可塑性成分が好まし
い。
しかし、熱可塑性エラストマー材料の誘電率および損失正接は、予定の誘電率
約1〜約50、好ましくは約2〜約35を提供するが上述した予定のレベルの損
失正接を維持するのに十分な量のフィラーを添加することによって、個々の用途
に合せて調製することが可能である。たとえば、個々の用途に合せて誘電特性を
調整するために熱可塑性エラストマーに加えることが可能なフィラーとしては、
ケイ素、アルミニウム、ガラスバブル、チタン酸バリウム(BaTiO3)、酸化鉛(PbO
)、二酸化チタン(TiO2)およびその混合物など、周知の材料がある。本発明でフ
ィラーとして使用するのに好ましいもの
はペロブスカイト結晶質構造を有するチタネートであり、当該技術で「コンデン
サー級」セラミックと呼ばれることが多い。これらのチタネートを、たとえば、
ニオビウムなど、広範囲の不純物でドープ処理し、誘電特性を個々の用途に合わ
せて調整することが可能である。本発明で使用するのに特に好ましいのは、TAM
Ceramics,Niagara Falls,NYからTICONの商品名で非結晶質または焼結型で入手
可能な固体状態反応粉末である。特に好ましいコンデンサー級セラミックとして
は、TAM CeramicsからTICON COF 40、TICON COF 50、TICON COF-70、TICON CNお
よびTAMTRON Y5V183UおよびY5V153Gの商品名で入手可能な材料などがある。
本発明で使用されるフィラーは、他の高分子材料も含んでもよい。たとえば、
誘電特性および/または物性を個々の用途に合せて調整するために、ポリマーを
、本発明の充填剤添加熱可塑性エラストマーまたは充填剤無添加熱可塑性エラス
トマーと機械的に配合して、熱可塑性エラストマー中ポリマー分散液を作ること
が可能である。高分子フィラーを使用すると、本発明の熱可塑性エラストマーの
誘電特性および/または機械的特性を調節する際に、制御しやすくなる。
フィラーの添加量は、個々の用途に必要な誘電率および損失正接によって異な
るが、約70容量%までの範囲、好ましくは約5〜約60容量%の熱可塑性エラ
ストマーが好ましい。フィラー含有量が約60〜70容量%を超えると、結果と
して生じる材料の物性、特にその可撓性および引張強さに悪影響を与える可能性
がある。圧延、押出、および乾燥配合、またはその組み合わせなど、任意の従来
の方法を使用して、フィラーを熱可塑性エラストマーと配合することができる。
ASTM C272に概ね略述された試験手順に従って吸水性を評価し
たとき、材料を水分に曝したときの添加または無添加の熱可塑性エラストマーの
誘電特性は、比較的一定のままでなければならない。
添加または無添加の熱可塑性エラストマーの誘電特性は、約−50℃から約1
00℃まで、好ましくは約−30℃から約70℃まで、広範囲の温度にわたって
比較的一定のままでなければならない。
本発明で使用するために選択された熱可塑性エラストマーは、マンドレルを囲
んで曲げると、好ましくは破損や応力白化を伴わずに、可撓性であり且つ凸面に
適合しなければならない。ASTM D522に概ね略述されている試験手順に従って、
好ましくは直径約1インチ(2.5cm)未満のマンドレルを囲んで曲げるとき、
さらに好ましくは直径約0.5インチ(1.25cm)未満のマンドレルを囲んで
曲げるとき、最も好ましくは直径約0.125インチ(0.318cm)のマンド
レルを囲んで曲げるとき、熱可塑性エラストマーは、破壊したり応力白化したり
してはならない。材料をマンドレルを囲んで曲げたり凸面に適合させたとき、添
加または無添加の熱可塑性エラストマーの誘電特性も安定したままでなければな
らない。
本発明で使用される添加熱可塑性エラストマーまたは無添加熱可塑性エラスト
マーは、押出機を使用してシートフィルムに加工しやすく、場合に応じて一軸延
伸または二軸延伸が可能である。シートフィルムは広範囲の厚さを有してもよく
、その誘電特性は、特定の用途に合せて調整することが可能である。本発明の熱
可塑性エラストマーは、ウェブ加工中にロールを囲んで容易に曲げることができ
、そのため、誘電製材料上の下塗、接着剤塗布または加工操作が可能である。
当該技術上周知の通り、ガラス繊維、ガラス布、アルミニウム布、シリカ、石
英、セラミック粉末等々を加えて熱可塑性エラストマーの物性を強化することが
可能である。物性を強化するために熱可塑
性エラストマーに加えるフィラーの量も用途によって異なるが、当該技術上周知
の通り、フィラーの含有率が高いと、熱可塑性エラストマー材料の可撓性および
/または最終的引張強さが変化する可能性がある。
本発明で使用される熱可塑性エラストマーは、コロナ放電または他の表面処理
によって処理して、その物性を強化することが可能である。添加熱可塑性エラス
トマーまたは無添加熱可塑性エラストマーの間隙率を調節して、誘電特性を調整
することが可能である。間隙率を増大する方法には、化学的発泡剤の添加、窒素
やフルオロカーボンなどの不活性ガスの注入、あるいはAoyagiらに付与された米
国特許第4,963,891号に記載の通り、可塑剤との配合およびその後の可
塑剤の抽出などがある。また、間隙率が上昇すると誘電特性は増強するが、間隙
率は材料の物性に悪影響を及ぼす可能性がある。
本発明の熱可塑性エラストマーは、積層品の形で提供することが可能である。
本発明の積層品は1層であってもよく、そのため、従来の電子機器用基板材料と
比較して製造工程が単純である。1層または多層の熱可塑性エラストマー基板、
または1層の熱可塑性エラストマーおよび1層以上の別の誘電性材料を、たとえ
ば、金、銀、銅、アルミニウム、電解質銅、低酸素含有率銅、ニッケル、クロム
、Inconelの商品名で入手可能な合金、およびその合金など、1層以上の金属を
含む片面または両面と貼り合わせることが可能である。金属層と熱可塑性エラス
トマー基板との間に、任意の接着促進剤を加えることが可能である。Shoemaker
に付与された米国特許第4,937,585号に記載の通り、導電性インク、ス
プレーまたはエポキシが金属層の役割を果たす可能性がある。
熱可塑性エラストマー層の厚さは、意図する用途に応じて広く変
化してもよい。
基材は、さらなる誘電層および/または金属層に積層して、特定の誘電特性お
よび物性を備えた積層構造を提供することが可能である。さらなる誘電層は極性
であっても非極性であってもよく、異なる架橋密度および/または誘電特性を示
してもよく、あるいは上述のような異なる強化材または誘電性増強材を含んでも
よい。たとえば、さらなる誘電層は、ポリオレフィン類、ポリアミド類、ポリエ
チレンテレフタレート、および基板中の熱可塑性エラストマーと同じであっても
異なってもよい極性または非極性の熱可塑性エラストマーを含んでもよい。
熱可塑性エラストマー/金属層積層品は、高分子材料のさらなる強化層に積層
してもよく、あるいは、同じであっても異なってもよい高分子材料を含む両側に
積層してもよい。本発明の熱可塑性エラストマー/金属積層品はさらに、たとえ
ば、FR−4などの回路板材料など他の強化材料、または金属シートに積層する
ことが可能である。金属層は、要望に応じて、任意の着脱可能な保護用シートで
覆うことが可能である。さらに、銅損傷抑制剤、抗紫外線剤、酸化防止剤等々を
、積層品層のいずれに加えてもよい。
もちろん、本発明の積層品上の金属層を、化学的エッチング、レーザーアブレ
ーション、マスキング法等々、当該技術上周知の任意の方式で加工して、任意の
電子回路構造を製作することが可能である。同時係属米国特許出願第08/609,092
号には幾つかの例が記載されており、給電線路を含む、あるいは含まないマイク
ロストリップアンテナ放射パッチ、接地板構造、またはアンテナアレイを提供す
るための放射パッチのネットワークが含まれる。
本発明の熱可塑性エラストマー基板への金属層の結合は、当該技術上周知の任
意の方法で実施することが可能である。たとえば、任
意の従来の積層システムを使用して感圧接着剤(PSA)を熱可塑性エラストマ
ー基板に塗布することが可能であり、従来の積層技術で金属層をPSAに貼付す
ることが可能である。あるいは、CarverまたはRuckerから入手可能な熱プレス機
を使用して、金属層を、熱可塑性エラストマー基板に熱積層することも可能であ
る。たとえば、積層品は、約10,000psi(70MPa)〜約60,000psi(
400PMa)の圧力下、約350°F(175℃)の温度で製作することが可能
である。約10分未満の硬化時間が好ましい。当該技術上周知のスパッター法、
型押技術、または付着技術を使用して、金属層を熱可塑性エラストマー基板に貼
付することが可能である。積層品は、連続したウェブとして、あるいは、熱積層
法を使用して、積層品シートを加工することによって、製作することが可能であ
る。
実施例
以下の非限定的実施例は、本発明を例示するものである。谷記載がなければ、
すべての重量%は樹脂にフィラーを加えた総重量を基準とする。
実施例1
実施例1の試料は、UV安定剤、非架橋ゴム改質ポリプロピレン配合物を含む、
充填剤無添加(すなわち、高εrフィラーが欠けている)誘電性樹脂から製作し
た。この樹脂(自然色、着色料を含まない)は、Montell USA,Wilmington,DE
からHiFax CA10Gの商品名で市販されている。この材料の溶融流量は、ASTM D 1
328で測定すると0.5〜0.7g/10分であるとMontellの製品文献に記載さ
れており、その密度は0.87g/ccであると報告されている。
Haake Rheocord一軸スクリュー押出機を使用して樹脂を押出す
と、厚さが約5ミル(0.013cm)から約60ミル(0.152cm)まで変化
するフィルムが得られた。一軸スクリューの直径は3/4インチ(1.91cm)
であった。押出中の加工条件は、ダイ温度440°F(227℃)、押出機温度は
ゾーン1は325°F(163℃)、ゾーン2は420°F(216℃)、ゾーン3
は440°F(227℃)であった。
ダイ押出物(ダイ幅:5インチ(13cm))を2ミル(0.005cm)のポリエス
テルフィルムキャリヤー上に流延し、これをクロム冷却ロールの上およびシリコ
ーンバックアップロールの下を通過させた。冷却ロールの温度を50°F(10
℃)に設定した。
Hewlett PackardからHP 4291Aの商品名で市販されているRFインピーダンス
/材料アナライザーを使用して、室温(23℃)、905MHzでフィルムの誘電特
性を試験した。この試験では、高周波用に改変したキャパシタンス測定値を使用
した。材料アナライザーと共に、Hewlett PackardからHP 16453Aの商品名で市販
されている誘電試験掴み具を使用した。
フィルムの誘電特性を下表1に示す。Hewlett Packardによって報告されたHP
4291A材料アナライザーのεr値の最大誤差は、約±5%である。tanδ測定値≦
0は、すべての表で<0.002と報告し、すべてのプロットで0.002と報
告した。
実施例2
部分的に架橋した、ゴム改質ポリプロピレンを含む充填剤無添加誘電性フィル
ムから実施例2の試料を製作した。この樹脂(自然色、着色料およびUV安定剤を
含まない)は、Montell USAからHiFax XL 42D01の商品名で市販されている。Haa
ke Rheocord−軸スクリュー押出機を使用して樹脂を押出すと、厚さ33ミル(
0.084cm)のフィルムが得られた。一軸スクリューの直径は3/4インチ(
1.91cm)であり、5インチ(12.7cm)幅のダイを使用した。押出中の加
工条件は、ダイ温度320°F(160℃)、押出機温度はゾーン1は290°F
(143℃)、ゾーン2は310°F(154℃)、ゾーン3は320°F(160
℃)であった。ダイ押出物を2ミル(0.005cm)のポリエステルフィルムキ
ャリヤー上に流延し、これをクロム冷却ロールの上およびシリコーンバックアッ
プロールの下を通過させた。冷却ロールの温度を50°F(10℃)に設定した
。
実施例1に記載の通りに、実施例2のフィルムの誘電特性をRFインピーダン
ス/材料アナライザーにより、905MHzで測定した。結果を表1に示す。
実施例2のフィルムを、約500MHzから20GHzまで実施される広帯域周波数
測定用7mm同軸ケーブル導波管技術でも試験し
た。実施例2のフィルムは、この広い周波数範囲全域で一様なεr応答を示した
。
実施例3
部分的に架橋したゴム改質ポリプロピレン樹脂を含むカーボンブラック添加誘
電性フィルムから実施例3の試料を製作した。この樹脂(黒色であるが、超紫外
線安定性がない)は、Montell USAからHiFax 42D01-Blackの商品名で市販されて
いる。
1.5インチ(3.8cm)の一軸スクリュー押出機を使用して樹脂を押出すと
、厚さ約45ミル(0.114cm)、幅14インチ(35.6cm)のフィルムが
得られた。押出中の加工条件は、ダイ温度350°F(177℃)、押出機温度は
ゾーン1は300°F(149℃)、ゾーン2は320°F(160℃)、ゾーン3
は340°F(171℃)、ゾーン4は370°F(188℃)であった。
ダイ押出物をクロム冷却ロール上に流延し、シリコーンバックアップロールの
下を通過させた。冷却ロールの温度を50°F(10℃)に設定した。
実施例1に記載の通りに、フィルムの誘電特性をRFインピーダンス/材料ア
ナライザーにより、905MHzで測定した。結果を表1に示す。
実施例4〜6
部分的に架橋したゴム改質ポリオレフィン樹脂を含む射出成形プラークの形の
充填剤無添加誘電性フィルムから実施例4〜6の試料を製作した。この樹脂は、
自然色で、着色料またはUV安定剤を含まなかった。プラークは、Montell USAか
らHiFax XL 65A01(実施例4)、HiFax XL 75A01(実施例5)、およびHiFax XL 85A
01(実
施例6)の商品名で市販されている。
実施例1に記載の通りに、RFインピーダンス/材料アナライザーにより、9
05MHzでフィルムを試験し、その結果を表1に示した。
実施例7
固体状態の、ニオビウムドープ処理したチタン酸バリウムセラミックを、実施
例1に使用したHiFax CA10G樹脂のポリマー溶融に加えることによって実施例7
の試料を製作した。このセラミックは、Tam Ceramics,Inc.,Niagara Falls,N
YからTicon COF 70の商品名で市販されている。Ticon COF 70は、97重量%を
超えるチタン酸バリウムを含み、主な不純物SrO(0.7%)、Nb2O5(0.25%)
およびSO3(0.2%)を有するとTam Ceramicの製品文献に記載されており、他の
少量の不純物も列挙されている。Ticon COF70の一般的な粒子サイズ分布はD50=
1μで記載されており、その密度は5.8g/ccと記載されている。
Haake Rheomix Mixer(600型)と一緒にHaake Rheocord System 40マイクロ
プロセッサー制御トルクレオメーターを使用して、Ticon COF 70セラミック材料
を210℃のポリマー溶融に加えた。43重量%(10容量%)のTicon COF 70を
ポリマーに加えて(総体積48cc)混合し、2枚の回転羽根を40rpmで30分
間回転させて確実に完全に混合することによって複合材を形成した。混合後、2
枚のポリエステルライナーの間に複合材を配置し、これを2枚の12“×12”
(30cm×30cm)ステンレススチール定盤の間に配置した。冷却した球形の複
合材を含有する定盤を、加熱したCarver Laboratory Press(25トン液圧プレス、
2518型)に挿入し、定盤を210℃に加熱した。最大液圧30,000lbs(1
4,000kg)を加えて試料をプレスし、誘電特性試験に適した直径約7インチ
(18cm)とした。上面剥離ライナーと下面剥離ライナーとの間に挿入した間隔
調整板でフィルムの厚さを調節した。
実施例1のRFインピーダンス/材料アナライザーによって、905MHzで実
施例7のフィルムの誘電特性を試験し、その結果を図1に示した。
実施例8〜10
実施例7に記載のTicon COF 70を実施例1に記載のHiFax CA10Gに加えること
によって、実施例8〜10の試料を製作した。BerlynからPELL2の商品名で市販
されている、2穴ペレット製造用ダイおよび水冷用トラフを含む2インチ(5cm
)ペレット製造機を取付けた33mm APV MP2030TC同時回転二軸スクリュー配合
機でTicon COF 70とHiFax CA10Gを配合し、下記の重量パーセンテージのTicon C
OF 70を含む複合材を形成した:10重量%(1.64容量%)(実施例8)、30
重量%(6.04容量%)(実施例9)、および50重量%(13容量%)(実施例1
0)。複合材を二軸スクリュー押出機に給送する重量測定フィーダーに各複合材
を加えた。押出物をペッレト製造用ダイ(43°F、221℃)から水槽に送り
、最後に、2本のストランドを切って、押出に適したサイズのペレットとした。
Haake Rheocord 3/4インチ(1.91cm)一軸押出機および5インチ(12.7cm
)幅のダイ(65ミル(0.165cm)ダイ間隔調整板)を使用して、配合した
ペレットを押出し、厚さ20ミルのフィルムとした。
加工条件は、ダイ温度450°F(232℃)、押出機温度はゾーン1は330
°F(166℃)、ゾーン2は425°F(218℃)、ゾーン3は450°F(
232℃)であった。ダイ押出物を2ミル
のポリエステルフィルムキャリヤー上に流延し、これをクロム冷却ロールの上お
よびシリコーンバックアップロールの下を通過させた。クロム冷却ロールの温度
を52°F(11℃)に設定した。
実施例1に記載の通り、RFインピーダンス/材料アナライザーによって、9
05MHzで実施例8〜10のフィルムの誘電特性を測定し、その結果を下表2に
示す。ダブルスプリットポスト共振器技術で5.6GHzにおける誘電特性も測定
し、その結果も表2に示した。
実施例11
実施例7に記載のTicon COF 70セラミック材料を、ポリマーメルトの形の実施
例1に記載のHiFax CA10G樹脂を加えることによって、実施例11の試料を製作
した。Ticon COF 70を87重量%(50容量%)でポリマー溶融に加えると、高
誘電率試料が得られた。Ticon COF 70は、実施例7の混合システムを使用して温
度4
10℃(210℃)のポリマー溶融に加えた。Ticon COF 70の添加後、結果とし
て得られた溶融を40rpmで30分間混合した。
実施例7に記載の技術を使用して複合材をプレスし、フィルム試料とした。
実施例1と同様に、このフィルムをRFインピーダンス/材料アナライザーに
より905MHzで試験し、その結果を図1に示した。
実施例12
Tam CeramicsからTamtron Y5V153Gの商品名で市販されているコンデンサー等
級セラミック組成物50重量%(13容量%)を、実施例7の混合方法で、温度
410°F(210℃)でポリマー溶融の形の実施例1のHiFax CA10G樹脂に加
えることによって実施例12の試料を製作した。Tamtron Y5V153Gは、85〜9
0重量%のチタン酸バリウムを含み、且つ主な不純物ジルコン酸バリウム(5〜
10重量%)およびそれより少量のスズ酸カルシウム(1〜5重量%)を含み、
同材料の密度は5.8g/ccであるとTam Ceramics製品文献に記載されている。ジル
コニアをチタン酸バリウムセラミックに加えると、室温で、より高い誘電率に転
ずる。このセラミックの粒子サイズは5〜10μである。
実施例7に記載のプレス技術を使用して複合材を形成し、この複合材をプレス
して誘電測定に適した寸法のフィルム試料とした。
実施例1に記載の通りに、実施例12のフィルムを、RFインピーダンス/材
料アナライザーによって905MHzで試験し、その結果を図2に示した。
実施例13〜14
Tam CeramicsからTamtron Y5Vl53Gの商品名で市販されてい
るコンデンサー等級セラミック組成物87重量%(50容量%)(実施例13)
および91重量%(60容量%)(実施例14)を、実施例7の混合方法を使用して
、温度410°F(210℃)でポリマー溶融の形の実施例1のHiFax CA10G樹
脂に加えることによって実施例13〜14の試料を製作した。実施例7に記載の
プレス技術を使用して複合材を形成し、この複合材をプレスして誘電測定用フィ
ルム試料とした。
実施例1に記載の通りに、実施例13〜14のフィルムを、RFインピーダン
ス/材料アナライザーによって905MHzで試験し、その結果を図2に示した。
実施例15
Tam CeramicsからTamtron Y5V183Uの商品名で市販されている均一な、予め粉
砕した誘電セラミク70重量%(20容量%)を、実施例7の混合方法によって
温度410°F(210℃)で、実施例1に記載のHiFax CA10G樹脂に(ポリマ
ー溶融の形で)加えることにより、実施例15の試料を製作した。Tamtron Y5V1
83Uは、65〜75重量%の酸化鉛、1〜5重量%の酸化マグネシウム、1〜5
重量%の酸化チタンおよび<0.1重量%の酸化ケイ素を含み、密度は8.0g/
ccであるとTam Ceramics製品文献に記載されている。代表的な粒子サイズは1.
4μである。
実施例7に記載のプレス技術を使用して複合材を形成し、この複合材をプレス
して誘電測定用フィルム試料とした。
実施例1に記載の通りに、実施例15のフィルムをRFインピーダンス/材料
アナライザーによって905MHzで試験し、その結果を図3に示した。
実施例16
実施例15のセラミックTamtron Y5V183U 50重量%(10容量%)を、実施
例1の樹脂HiFax CA10Gに加えることによって、実施例16の試料を製作した。
このセラミックと樹脂を配合して複合材とし、実施例8〜10に記載の方法に従
ってペレット化した。実施例8〜10に記載の一軸スクリュー押出機を使用して
、ペレットの形の複合材を押出し、20ミルのフィルムとした。
実施例16のフィルムを、実施例1に記載の通りにRFインピーダンス/材
料アナライザーによって905MHzで試験し、併せて実施例8の通りに5.6GHz
で試験し、その結果を表2に示した。
実施例17
実施例15のセラミックTamtron Y5V183U 90重量%(50容量%)を、実施
例7に記載の混合方法によって温度410°F(210℃)で、実施例1の樹脂
HiFax CA10Gに加えることにより、実施例17の試料を製作した。
実施例7に記載のプレス技術を使用して複合材を形成し、この複合材をプレス
して誘電測定用フィルム試料とした。
実施例17のフィルムを、実施例1に記載の通りにRFインピーダンス/材料
アナライザーによって905MHzで試験し、併せて実施例8の通りに5.6GHzで
試験し、その結果を図3および表2に示した。
実施例18
DuPontde Nemours & Company,Wilmington,DEからR101の商品名で市販されてい
る密度4.36g/ccのルチル形二酸化チタ
ン50重量%(17容量%)を加えることによって実施例18の試料を製作した
。R101をHiFax CA10Gと配合して複合材を形成し、実施例8〜10に記載の方法
でペレット化した。実施例8〜10に記載の一軸押出機を使用して、ペレットの
形の複合材を押出し、20ミル(0.051cm)のフィルムとした。
このフィルムを、実施例1に記載の通りにRFインピーダンス/材料アナライ
ザーによって905MHzで試験し、併せて実施例8の通りに5.6GHzで試験し、
その結果を表2に示した。
実施例19
Union Carbide Chemicals and Plastics,Danbury,CTからWRD-7-507の商品名
で市販されているゴム改質熱可塑性エラストマー樹脂を使用し手実施例19の試
料を製作した。Haake Rheocord 3/4”(1.91cm)一軸スクリュー押出機を使用して
、ポリプロピレン中に38%のエチレンプロピレンゴム(「EPR」)を含むこ
の樹脂を押出し、厚さ20ミル(0.051cm)のフィルムを得た。加工条件は
、ダイ温度440°F(227℃)、押出機温度はゾーン1は400°F(204
℃)、ゾーン2は420°F(216℃)、ゾーン3は440°F(227℃)で
あった。ダイ押出物(ダイ幅5インチ(13cm))を2ミル(0.005cm)のポリ
エステルフィルムキャリヤー上に流延し、これをクロム冷却ロールの上およびシ
リコーンバックアップロールの下を通過させた。水冷した冷却ロールの温度を5
3°F(12℃)に設定した。
実施例1に記載の通りに、このフィルムを、RFインピーダンス/材料アナラ
イザーによって905MHzで試験し、その結果を表1に示した。
実施例20〜21
実施例20〜21の試料は、HiFax CA10G(実施例20)またはHiFax 42D01(
実施例21)のフィルム上にスパッター付着した銅を含む積層構造を使用する。
各試料で、厚さ45ミル(0.114cm)(実施例20)または20ミル(0.
071cm)(実施例21)の押出フィルムの片面に、150〜200nmの銅を直
接スパッター付着させて、ポリマー層上に銅層がスパッター付着した積層構造を
製作した。
実施例22〜23
実施例22〜23の試料は、HiFax CA10G(実施例22)またはHiFax 42D01(
実施例23)のフィルム上に銅箔を含む積層構造を使用する。各試料上に、アク
リル感圧接着剤(厚さ1ミル(0.0025cm))を含有する1ミルの銅箔を、接着
剤を金属箔の片面に積層することによって製作した。厚さ60ミル(0.152
cm)(実施例22)または28ミル(0.071cm)(実施例23)の押出フ
ィルムに銅箔/PSAを積層して下記の層:
銅箔/PSA/ポリマー
を有する積層構造を製作した。
実施例24〜25
実施例24〜25の試料は、HiFax CA10G(実施例24)またはHiFax 42D01(
実施例25)のいずれかのフィルム上の銅箔を含む積層構造を使用する。各フィ
ルムに、実施例22に記載のアクリル感圧接着剤を含有する1ミルの銅箔を、厚
さ60ミル(実施例24)または28ミル(実施例25)の押出フィルムの両面
に積層して下記の層:
銅箔/PSA/ポリマー/PSA/銅箔
を有する積層構造を製作した。
実施例26〜27
実施例26〜27の試料は、HiFax CA10G(実施例26)またはHiFax 42D01(
実施例27)のいずれかの片面または両面に接着したポリエステルのキャリヤー
フィルム上にスパッター付着した銅を含む積層構造を使用する。厚さ5ミル(0
.0127cm)のアクリル感圧接着剤を含有する2ミル(0.0051cm)のポ
リエステルフィルム(PET)上にスパッター付着した180nmの銅フィルムを
、厚さ60ミル(0.152cm)(実施例26)または28ミル(0.071cm
)(実施例27)の押出フィルムの片面または両面に積層して下記の層:
PET/銅/PSA/ポリマー/PSA/銅/PET
を有する積層構造を製作した。
実施例28〜29
実施例28〜29の試料は、HiFax CA10G(実施例28)またはHiFax 42D01
(実施例29)のいずれかの片面上にアルミニウム箔を含む積層構造を使用する
。3ミルのアルミニウム箔シート(接着剤を含まない)を、厚さ60ミル(0.
152cm)(実施例28)または28ミル(0.071cm)(実施例29)の押
出フィルムの片面に熱積層技術で直接積層して積層構造を製作した。
Rucker Press(400トン)を使用し、以下の加工条件を使用して、アルミニ
ウム層をフィムルムに完全に熱積層した:サイクル滞留時間:予熱10秒、型押
し20秒、および硬化6.0分。プレス機のゾーン温度は、ゾーン1=350°F(177
℃),、ゾーン2=350°F
(177℃)、ゾーン3=350°F(177℃)、およびゾーン4=350°F(177℃)であった
。ゾーン圧は、低圧=10,000psi(70MPa)、高圧=60,000psi(4
00MPa)であった。
このようにして得られた積層品は、次の層構造:
Al箔/ポリマー
を有していた。
実施例30〜31
実施例30〜31の試料は、HiFax CA10G(実施例30)またはHiFax 42D01(
実施例31)の両面上にアルミニウム箔を含む積層構造を使用する。厚さ3ミル
(0.0076cm)のアルミニウム箔の層(接着剤を含まない)を、厚さ60ミ
ル(0.152cm)(実施例30)または28ミル(0.071cm)(実施例3
1)の押出フィルムの両面に、実施例28〜29の熱積層技術で直接積層し、次
の層:Al箔/ポリマー/Al箔を有する積層構造を製作した。
実施例32
実施例32の試料は、熱積層技術を使用して、実施例20の積層品のスパッタ
ー付着面に接着した実施例1のフィルムを含む構造を接着した。このようにして
得られた積層構造は、ポリマー/スパッター付着銅/ポリマーであった。
実施例33
その他のポリマーを本発明の熱可塑性エラストマーポリマーと配合して、誘電
特性が強化された分散液を提供することが可能である。たとえば、KYNAR 2750 P
VDFの商品名でElf Atochem,Philadelphia,PAから市販されているフッ化ポリビ
ニリデンを、
実施例2に記載の熱可塑性エラストマーHiFax 42D01に加えると、結果として得
られる混合物のεrが上昇する。図4からわかるように、高分子フィラーを加え
ると、配合物のεrは2.30から2.37に上昇した。
実施例34
実施例1〜2のフィルムの可撓性を、ASTM D522に大体略述されているマンド
レル屈曲試験(Mandrel Bend Test)で試験した。1インチ(2.5cm)のフィ
ルムのスプリットを、様々な直径の試験マンドレルの上に置いた。試験ストリッ
プを、定常圧を使用し、一様な速度で約5秒未満の時間で、マンドレルを囲んで
約180°曲げた。このフィルムを外し、肉眼で見ることができるひび割や応力
白化現象を検査した。逐次的に直径の小さいマンドレルを使用してこの手順を繰
り返した。試験した最小直径は0.125インチ(0.318cm)であった。マ
ンドレル屈曲試験の結果を表3に示す。 実施例35
実施例1の手順に従って、実施例1〜2のフィルムの誘電率および損失正接を
905MHzで測定した。
ASTM D272に略述されている手順に準拠した吸水試験(Water Absorption Test
)で、フィルムを試験した。室温で、フィルム試料を23℃の水中に46時間浸
漬し、次に、全表面を吸取り紙で吸い取って、表面の水をすっかり除去した後、
重量を測定した。
1インチ×3インチ(2.5cm×8cm)の試料の水分増量率(パーセント)を
記録し、実施例1の手順に従って、誘電特性を再度測定した。
図5は、吸水試験の誘電率(εr)データを示し、図6は損失正接(tanδ)デ
ータを示す。
実施例36
実施例36は、Montell USAからHiFax XL42D0LXL65A01およびXL75A01の商品名
で販売されている、部分的に架橋した、ゴム改質ポリプロピレン樹脂充填剤無添
加誘電性フィルムを使用する。実施例2の加工条件を使用して、樹脂を押出して
フィルムとした。
非架橋ゴム改質ポリプロピレン配合物、実施例1のHiFax CA10Gを含む充填剤
無添加誘電性フィルムも、実施例1の加工条件を使用してフィルムにした。
HiFax 42D01とHiFax CA10Gの配合物も、実施例1の加工条件を使用してフィル
ムにした。
下記の市販されている誘電性材料のシートもこの実施例に使用した。F.CELLお
よびMICROCELLの商品名でSentinel Corporationから市販されている独立気泡の
架橋ポリエステルフォーム、CMR
の商品名でSentinel Corporationから市販されている連続的な改質ゴム独立気泡
ポリオレフィン配合フィルム、およびROHACELL 71の商品名でRohm Tech,Incか
ら市販されているポリメタクリルアミドフォーム。実施例1に記載の手順を使用
して、寸法2.75インチ×2.75インチ(7cm×7cm)の試料の初期誘電特
性を905MHzで測定した。
上記材料の試料を、加速試験装置での試験に供した。この試験装置は、Atlas
Electric Devices Co.が製造した水冷キセノンアーク65WWR型またはC165型であ
り、ASTM G-26 Type B,BHに記載の基準に適合する。光源は、制御された放射束
密度が340nmで0.35W/m2のホウケイ酸塩ガラスフィルターを付けた650
0ワットのキセノンアークランプである。63℃で102分灯火後、18分の灯
火と水噴霧という反復周期曝露を、試験持続期間中、連続的に実行した。
この加速曝露プロトコールで誘電試料を1000時間処理した。環境条件で少
なくとも72時間、試料を平衡化させ、実施例1の手順に従って、905MHzで
誘電特性を再測定した。誘電率(εr)および損失正接(tanδ)の初期値および
最終値を表4に示す。誘電率(εr)の変化率と加速試験曝露時間の比較:
{[(曝露−初期)/初期]×100}
を図7に示す。
実施例37
原価低減、性能高揚、または加工性のために樹脂を本発明の熱可塑性エラスト
マーと容易に配合することが可能である。この実施例では、加工性を高めるため
に、DowのEngage 8200やExxonのExact4028など、溶融流れ指数が高い数種のポリ
マーが本発明の熱可塑性エラストマーに加えられていた。結果を表5に示す。
表5中、HFCA10はHIFAX CA10Gであり、HFXL42はHIFAX XL42D01である。両熱可
塑性エラストマー材料はともにMontell USAから入手できる。 本発明の熱可塑性エラストマーに高分子フィラーを加えると、溶融流れ指数が
低い配合物となる。高分子フィラーは、加工性を高めるための潤滑油に幾分か似
た作用をし、且つ最初の熱可塑性エラストマーの誘電特性を有意に変えずに作用
する。
本願明細書に記載の例示的実施態様は、決して本発明の範囲を限
定するものではないことが理解されるであろう。前述の説明を考慮すれば、本発
明の他の修正は当業者に明白であろう。これらの説明は、本発明を明瞭に開示す
る実施態様の具体的な実施例を提供するためである。したがって、本発明は記載
の実施態様、あるいは特定の要素、寸法、材料または中に含まれる配置の使用に
限定されない。添付の請求の範囲の精神および範囲に分類されるすべての代替修
正および変更は、本発明に含まれる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Thermoplastic elastomer substrate material with tunable dielectric properties and laminates thereof
Technical field
The present invention relates to a substrate or a laminated product that can be used as a mount in an electronic device.
About. More particularly, the present invention relates to a thermoplastic air-conditioning device having tunable dielectric properties.
It relates to a lastomer substrate material or a laminated material. More specifically, the requirements for each application
Can be formulated to have a wide range of dielectric constants as desired, preferably
It is a thermoplastic elastomer with low dielectric loss. Preferably containing polypropylene
And a loss tangent of less than about 0.005, most preferably
Preferably less than about 0.003 ethylene-propylene-diene monomer (EPDM)
The thermoplastic elastomer material of the present invention having an elastomer component containing
, A film or a laminated structure.
Background art
Substrate materials for mounting many electronic devices with specific electrical properties are known in the art.
It is well known and widely used in many different types of electronic equipment. For example, product
Layered products are mainly suitable for substrates such as printed circuits, and conventionally consist of resin-impregnated sheets.
, Which are cut into slices or panels and superimposed into layers. Heat this layer
And press together to form a solid unit. One side of the laminate obtained in this way
Or cover both sides by laminating a metal material, or by a well-known adhesion method.
Or to provide a metal layer.
A wide range of polymeric materials are used as substrate or laminate materials in electronic applications.
And a great deal of information on its properties is known. For example, Bridson,Plastic s Materials
, 4th Edition, 1985, pp. 100-110. These polymers
The material is an electrical insulator, i.e., withstands the potential difference between different points of a given piece of material.
And only a small current passes, and the wasted energy is low. Polymer material
The effect of a capacitor on the capacitance of a capacitor is known as the dielectric constant and is
Now it is especially important. Dielectric constant of material εrUsed the given material as a dielectric
The capacitance of the capacitor and the capacitance of the same capacitor without dielectric
It is defined as the ratio of pacitance.
When a polymer material is put into an electric field, its dielectric constant is determined by electronic polarization within its molecular structure.
It depends on both the action and the dipole polarization action with neighboring molecules. But
Thus, a symmetric or non-polar molecule that experiences only electronic polarization is an electron component.
Lower dielectric constant than polar molecules under the influence of both polarization and dipole polarization
. Dipolar polarization involves the movement of part or all of a molecule, and thus induces polar molecules.
Electrical conductivity depends on the material's "intrinsic viscosity", i.e., the out-of-tune behavior of the dipole
.
When a dielectric material is placed in an alternating electric field, its inherent viscosity
Losses also occur. This loss was absorbed by the dielectric from the electric field per cycle
It is measured as a ratio of energy. The power factor and dielectric loss tangent are
By taking into account the delay between the change in activation, which, in turn,
When present, the current in the capacitor that induces a potential difference across the capacitor
It goes. The angle of induction is called the phase angle Θ, and the term 90-Θ is known as the dielectric loss angle.
Have been. The dielectric loss tangent for each material, ie
The loss tangent is tan δ.
An important first step in designing electronics to absorb or transmit energy is the
The purpose is to select a material for the circuit board. No ideal substrate, no material selected
Will depend on the properties required for the intended application. The most important properties of the individual materials are
Within its chosen temperature and frequency operating device, its dielectric constant (εr)
And the loss tangent (tan δ). In general, low loss tangent indicates good energy transfer
In short, such materials are useful for designing electronic devices such as antennas. Conversely,
Microwave or radar absorbers use dielectric materials with much higher loss tangents.
I need. High dielectric constant for low frequency low loss applications such as tapered slot antennas
While materials are required, patch antennas require low loss, low dielectric constant materials. dielectric
By choosing a material with a low rate, the band of the microstrip patch antenna can be
Bandwidth and efficiency can also be increased.
However, the dielectric properties of polymer materials should be considered when designing electronic substrates
Not the only problem. Dimensional stability, resistance to temperature, humidity and aging
Properties, resistance to chemicals, tensile and structural strength, flexibility, machinability
, Impact resistance, strain relief, integrity, adhesion and compliance to cladding, etc.
Also, processing considerations are important.
In microstrip antennas, the dielectric properties of the substrate, especially the low loss tangent, are important.
is there. Radiator, transmission line feed, microstrip antenna
The structure is well known (eg, Bahl et al.,Microstrip Antennas, Artech Hous
e, 1980, Pozar and Shaubert, eds.,Microstrip Antennas-The Analysis and D esign of Microstrip Antennas and Arrays
, IEEE Press 1995)
. In its simplest form, a microstrip patch antenna (MPA)
Molded metal fed at one of its edges by a complete microstrip transmission line
It may be a metal conductor. This molded transmission line / radiator structure is generally a dielectric
Substantially less than 1/4 wavelength at the intended operating frequency of the sheet or antenna (typically
A little above the ground plane by a layer that is approximately one-tenth the wavelength or less).
Be held. The resonance dimension of the molded radiator patch is generally half the wavelength
Selected and therefore the opposite edge (eg, across the feed line) and the underlying contact
A pair of radiating slots is provided between the base plate and the base plate. Horizontal or non-radiating dimensions are common
And, to some extent, as a function of the desired radiated power. Non-resonant dimension is about 1 wavelength
Or more, for example, with a shared feed structure network,
It is possible to provide a feed point. Microstrip patch antennas
A number of patents and publications, for example, U.S. Pat. No. 4,884 to Shibata et al.
7,089, U.S. Patent No. 5,055,854 to Gustafasson, Aoy
U.S. Pat. No. 4,963,891 to agi et al .; U.S. Pat.
No. 5,070,340, and Tarot, et al.,New Thechnology to Realize Printed Radiating Elements
, Microwave and Optical Technology Letters, v
ol. 9, no. 1, May 1995.
In addition to MPA, other types of microstrip antennas include microstrip antennas.
There is a lip traveling wave antenna, which is a chain periodic waveguide on a substrate lined with a ground plate.
Consists of a body. Microstrip slot antenna is microstrip feeder
Include slot cuts in the ground plane perpendicular to the strip conductors of the road.
Desirable antenna features can be obtained with a single microstrip element as described above.
High gain, beam scanning, or steering capability can be
By combining and arranging the data
Can be acquired. Microstrip antenna arrays, for example, Will
US Patent No. 4,173,019 to iams and rice granted to Shoemaker
Including US Patent No. 4,914,445 and US Patent No. 4,937,585.
And many references cited herein.
Use a wide variety of materials as dielectrics for microstrip antennas
(Eg, Bahl, et al.,Microstrip Antennas, Pages 317-327 and
And references cited in the specification of the present application, Carver and Mink,Microstrip Antenn a Technology
, IEEE Trans. Antennas Propaga, vol. AP-29, no. 1,2-24 pages
, Jan. 1981). Typical substrate material is polytetrafluoroethylene
(PTFE), crystalline materials such as polystyrene, polyethylene and polypropylene
Thermoplastic, silicone, polyphenylene oxide (POP), polyester, polyester
May contain imides, mica, fiberglass, alumina and beryllia
.
After choosing the dielectric material for your particular application, use it to manufacture printed circuit boards.
A conventional microstrip antenna can be fabricated by a photochemical etching method
It is possible to form the tena structure conveniently. Opposite thin layers of conductive metal, such as copper
From the laminate in which the dielectric sheet material attached to the side is the simplest form, the micros
A trip antenna assembly is formed. Normally, one conductive layer of the laminate is grounded
Form a plate and apply conductive material to the opposite layer by chemical etching or a similar method.
Very thin microstrip as a molded conductive patch on a dielectric sheet.
Rip radiator and interconnected transmission wiring structure can be formed
is there. U.S. Patent No. 4,914,445 to Shoemaker et al .;
US Patent No. 4,937,585 to Klaar et al.
U.S. Pat. No. 4,833,005 discloses a laminated product for a microstrip antenna.
Are described.
As reported in U.S. Patent No. 4,816,836 to Lalezari
Effective microstrip antenna laminate structure conforms to curved surfaces, and
Must be able to be installed. Microstrip antennas for airplanes
Often mounted on curved outer surfaces such as missiles, shells, etc.
When mounted on a surface, presence is less noticeable and turbulence is reduced. Generally, the mounting surface is convex
Due to its shape, simply deform the antenna assembly and attach directly to the bay
Let When the antenna is bent around a small radius curve, the outer convex surface is substantially tight.
Must be stretched under tension, so that inflexible materials can crack.
You. These cracks eventually lead to deformation and tearing of the copper antenna element, resulting in
The antenna is dismantled. The cracks can form in rigid crystalline polymeric materials and foams.
This is especially the case.
Lalezari's literature includes antennas, including multilayer PTFE and fiberglass substrates.
A method for mounting the antenna and the antenna on a curved surface is described. Described in this patent
The antenna structure is a relatively thin dielectric substrate with antenna elements on the surface
And a second relatively thin dielectric substrate. As shown in Figure 2 of the Lalezari patent
As described above, in order to attach the antenna structure to the bay surface, a thin dielectric substrate material 4 is required.
1b must first be attached to the bay surface as a spacer. Next, yo
A thin first dielectric substrate 41a is attached to the spacer 41b. Recorded in Lalezari
Due to the method described, PTFE dielectric substrates lack the integrity required for many applications
You can see that. In addition, multilayer structures are expensive and difficult to manufacture.
Another desirable feature of antenna dielectric materials is weather resistance. above
As a rule, microstrip antennas are generally located on exterior surfaces that are exposed to harsh climatic conditions.
Mounting allows the dielectric layer to absorb moisture and poor thermal stability over the operating temperature range
Otherwise, antenna characteristics can be significantly affected. Liquid water
Very high dielectric constant, antenna is marked by water absorption by foamed dielectric substrate material
The tuning is out of order, and finally the substrate is deformed. Conventional foam material absorbs moisture easily
The impact resistance is extremely poor, which makes it a desirable antenna substrate or laminated product layer.
Maturity is limited.
If weather resistance and toughness are issues, use PTFE as a dielectric substrate suitable for antenna applications.
The choice of material is well known to those skilled in the art. PTFE to ceramic or
It is also possible to reinforced with glass fibers or to form a fabric laminate. above
As such, for some applications, this material is not well suited. PTFE is difficult to extrude
Incompatible with many conventional adhesive and antenna materials. In addition, a significant disadvantage is
The manufacturing cost of PTFE is high.
Inexpensive and easy to manufacture in a wide variety of stacked configurations without sacrificing critical performance characteristics
There is a need for a tunable dielectric substrate material that can be used.
Variability εrAnd tanδ, weatherability and toughness, integrity, and workability.
Low cost dielectric substrate materials that provide a desirable combination of properties for slave device design
Currently not commercially available.
Summary of the Invention
The present invention relates to a flexible polymer circuit for mounting electronic devices having tunable dielectric properties.
Road substrate material. In one embodiment, the present invention provides that the loss tangent is less than about 0.005.
Low dielectric loss thermoplastic elastomer circuit board material or laminate material.
The low-loss thermoplastic resin of the present invention
The lastomer has a loss tangent of about 0.00 for the resulting thermoplastic elastomer.
A polar or non-polar monomer unit, or a mixture thereof, such that it is less than 03.
Containing thermoplastic polymer components and polar or non-polar monomer units, especially
Excluding the mixture, and an elastomeric polymer component. Thermoplastic elastomers are
It can be a rock copolymer, a graft copolymer, or a multi-phase dispersion.
The phase dispersion has an olefinic thermoplastic component and is an elastomer of ethylene propylene rubber.
Tomer components are preferred. Thermoplastic component containing crystalline polypropylene and ethylene-
Thermoplastic containing propylene-diene monomer (EPDM) and elastomer component
Plastic elastomers are particularly preferred. The dielectric material of the first embodiment is microscopy.
Particularly preferred for use in electronic devices such as trip antennas.
In another embodiment, the dielectric material of the present invention has a loss tangent greater than about 0.005.
A high dielectric loss thermoplastic elastomer circuit board material or
Is a laminate material. The thermoplastic elastomer of this embodiment of the invention provides results and
The loss tangent of the resulting thermoplastic elastomer is greater than about 0.005 and about 0.8.
Polar or non-polar monomer units, such as up to 200, or a mixture thereof
And a polar or non-polar monomer unit or a mixture thereof.
And an elastomer polymer component containing the compound. The dielectric material of this embodiment is
Particularly preferred for use as a microwave absorbing material or a radar absorbing material.
The thermoplastic elastomer circuit board material of the present invention is compatible with a wide variety of fillers
It is. Add a sufficient amount of filler to the thermoplastic elastomer circuit board material and add about 1
Over a wide range from about 2 to about 35, preferably from about 2 to about 35
It is possible to provide. Filler material such as barium totanate or lead oxide
, Doping
Or undoped “capacitor grade” ceramics, especially when the
Loss dielectric performance has been observed.
The unfilled substrate material of the present invention can be used in a wide variety of other dielectric and metallic materials.
Laminates that can be adhered to
It is possible to supply with.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 shows the dielectric constant (ε) of the samples of Examples 7 and 11.r) And loss tangent (tanδ)
It is a plot of vs. content (%).
FIG. 2 shows the dielectric constant (ε) of the samples of Examples 12 to 14.r) And loss tangent (tanδ) vs.
Prototype of rate (%).
FIG. 3 shows the dielectric constant (ε) of the samples of Examples 15 and 17.r) And loss tangent (tanδ
) Is a plot of vs. content (%).
FIG. 4 shows the dielectric constant (ε) of the sample of Example 33.r) And loss tangent (tanδ) vs. content (%
), With tan δ shown in millimeters (mu).
FIG. 5 shows the dielectric constant (ε) of the sample of Example 35.r) Vs. time plot.
FIG. 6 shows the loss tangent (tan δ) vs. loss of the sample of Example 35. It is a plot of time.
FIG. 7 shows the dielectric constant (ε) of the sample of Example 36.r) Change rate (%) vs. exposure time plot
It is.
Detailed description of the invention
The substrate material of the present invention is a polymer material containing a thermoplastic elastomer. Application
"Thermoplastic elastomer" used in the detailed text is the processability of thermoplastic materials (when molten)
And the functional performance and properties of conventional thermosetting rubber (when not in a molten state)
One class of polymer substance
Point.
The low-loss thermoplastic elastomers of the present invention have a predetermined dielectric constant and resulting
Provides a loss tangent (tan δ) of less than about 0.005, preferably less than about 0.003.
Containing any thermoplastic polymer component and any elastomeric polymer component
Is also good. The low loss thermoplastic elastomers of the present invention provide
The loss tangent of the elastomer is less than about 0.005, preferably less than about 0.003.
Thermoplastics containing polar monomer units, non-polar monomer units, or mixtures thereof
A polar polymer unit and a polar monomer unit and a non-polar monomer unit, and
The mixture includes an elastomeric polymer component specifically excluded.
Kirk-OthmerEncyclopedcia of Chemical Technology, 4thed., Vol.9 at15
As noted, thermoplastic elastomers generally comprise (a) a block copolymer
Or (b) multilayer dispersions, which are classified into two main classes;
.
In the case of a block thermoplastic elastomer or a graft thermoplastic elastomer,
The hard and elastomer phases are chemically linked by block or graft polymerization.
Combined, the structure ABA or (AB)nWherein A is a hard phase, ie
B is a soft or elastomeric phase. For the purpose of the present invention
The ABA structure is preferable for its excellent physical properties. Block / graft heat available
In the case of plastic elastomers, the rigid polymer end segment is a continuous elastomer.
-Form discrete physical regions, called domains, dispersed in the phase. Poly
Most of the mer molecules perform the role of physical crosslinking at room temperature and
It has hard segments connected by a three-dimensional network. Heat material or dissolve in solvent
When solved, this domain loses its strength. The polymer is believed to flow.
Upon cooling or evaporation of the solvent, this domain hardens and the three-dimensional network becomes
Retain its physical integrity.
In a low loss embodiment of the present invention, the coupling structure is such that the resulting loss tangent is
Is less than about 0.005, preferably less than about 0.003.
The child component A may be any polar monomer unit, non-polar monomer unit, or a mixture thereof.
The elastomeric polymer component B may contain any polar monomer unit or
It contains non-polar monomer units and its mixtures are specifically excluded.
As noted above, low dielectric loss polymers are generally non-polar substituents or substantially non-polar
Thermoplastic polymer component having a non-polar monomer unit having a hydrophilic substituent and an elastomer
Thermoplastic elastomers containing a mer polymer component are preferred for use in the present invention.
As used herein, the term “non-polar” refers to the absence or substantial presence of a dipole
Refers to a monomer unit that is balanced in vector. In these polymer materials
The dielectric properties are primarily the result of electron polarization.
In order to provide a low-loss dielectric material in the present invention, the thermoplastic polymer component A has the following
Polar or non-polar monomer units such as styrene, α-methyl
Styrene, olefins, halogenated olefins, sulfones, urethanes,
Esters, amides, carbonates, and imides, acrylonitrile,
And copolymers and mixtures thereof. For example, styrene, α-
Non-polar, such as methylstyrene and olefins such as propylene and ethylene
Preference is given to monomer units and their copolymers and mixtures. High thermoplasticity
The molecular components are polystyrene, poly (α-methylstyrene), and polyolefin.
It is preferred to be selected from a class. Polyolefins are preferred, and polypropylene
And polyethylene, and copolymers of propylene and ethylene are particularly preferred.
New
The elastomeric polymer component B in the low-loss dielectric material of the present invention comprises the following polar monomer
Units, such as esters, ethers, and copolymers and mixtures thereof
Any of the objects may be included. Elastomer component B comprises the following non-polar monomer units:
For example, olefins such as butadiene, isoprene and ethylene-co-butylene
, Siloxanes, and isobutylene, and mixtures and copolymers thereof.
Any may be included. Elastomer composition of low-loss thermoplastic elastomer of the present invention
In minutes, the mixture and copolymer of polar and non-polar monomer units are
Unthinkable. Non-butane, isoprene, olefins and siloxanes
Polar monomer units, and mixtures and copolymers thereof, are preferred,
-Component B comprises polybutadiene, polyisoprene, poly (ethylene-co-butylene)
, Poly (ethylene-co-propylene), polydimethylsiloxane, polyisobutylene
, Poly (ethylene-co-butylene), and poly (ethylene-co-propylene)
It is preferred to be selected from
For example, a thermoplastic resin such as a styrenic block copolymer which is considered to be useful in the present invention.
As the lastmer, Union Carbide Chemicals and Plastics, Danbury, CT
raton D and Cariflex trade names, as well as Philips Petroleum, Bartlesville, OK
Polybutadiene elastomer segment available under the trade name Solprene
Or a linear material and / or component having polyisoprene elastomer segments
There are branch materials. Poly (ethylene-co-butylene) which is considered useful in the present invention (
EB) Elastomer segments and poly (ethylene-co-propylene) (EP
) Linear styrene block thermoplastic elastomer having elastomer segment
EB / EP materials available from Union Carbide under the trade name Kraton G;
Great Lakes Termina, an EB material available from Union Carbide under the trade name Elexar
l Polybutadiene, also available under the trade name Dynaflex from l and Transport Corp.
Is EP material, EB material available under the Tekron trade name from Teknor Apex, and Conce
EB materials including silicone oil available under the trade name C-Flex from pt.
. Other copolymerized thermoplastic elastomers include Engage from Dow, Midland, MI.
And other materials available under the trade name Exact from Exxon, Houston, TX
There is.
Block / graft copolymer thermoplastic elastomer that can be used in the present invention
Tomers can be synthesized by continuous and sequential polymerization methods well known in the art.
Is possible. For example, Kirk OthmerEncyclopedia of Chemical Technology
, 4th ed., Vol. 9 at 21-25,Handbook of Polyolefines, Vasilie, Seymour, e
See ds. Decker, NY, 1993, pages 943-966.
In a second general class of thermoplastic elastomers, the multilayer material comprises at least one phase
Contains materials that are hard at room temperature but become fluid when heated, another phase is rubbery at room temperature
Contains soft materials. Thermoplastic elastomers generally contain thermoplastic polymer components and
And more of a rubber-like elastomeric polymer component. Usually the two components are fine
A well dispersed one-phase or multi-phase system is formed. The rubber aspect is called "dynamic vulcanization"
As part of a well-known procedure, it is possible to crosslink during high shear mixing. for example
See, for example, U.S. Pat. No. 3,037,954 to Gessler.
In the low loss multiphase structure of the present invention, the thermoplastic polymer component is generally considered to be thermoplastic.
Any polar or non-polar monomer units made, and mixtures thereof
And copolymers. The resulting loss of multiphase dispersion
Tangent less than about 0.005, good
The elastomer component is usually thermoplastic and preferably less than about 0.003.
Contains any polar or non-polar monomer units considered to be
Preferably, the mixture is excluded.
The low-loss multiphase thermoplastic elastomer of the present invention comprises the following polar monomer units or
It may contain polar monomer units. Olefins such as propylene and ethylene,
Vinyls and their mixtures and copolymers. For the purposes of the present invention,
The secondary component is preferably selected from non-polar monomer units, and polyolefins
Especially polypropylene and polyethylene, and ethylene monomer units and
Copolymers containing pyrene monomer units are preferred. Used as a thermoplastic polymer component
Isotactic polypropylene is particularly preferred for use.
The elastomer polymer component of the low-loss multilayer thermoplastic elastomer of the present invention is
Crosslinked polar rubber or uncrosslinked polar rubber such as ril rubber, or butyl rubber, natural rubber
Rubber, ethylene-propylene rubber (EPR), ethylene-propylene diene rubber (E
PDM) and silicone rubber.
It may be. Crosslinked or non-crosslinked non-polar rubbers are preferred, EPR and EPDM
Is particularly preferred. The elastomer rubber component may be uncrosslinked (raw),
Or as part of the dynamic vulcanization process, typical crosslinking agents (eg, phenols
And peroxides) may be partially or completely crosslinked.
Preferred crystalline polypropylene thermoplastic for use in the low loss dielectric material of the present invention
Polyester having a plastic polymer component and an EPR or EPDM elastomer polymer component.
Available from Advanced Elastomer Systems for examples of two-phase thermoplastic elastomers
TPR, available from Dexter Ren-Flex, available from Schulman
Product
Polytrope, available from Teknor Apex Tradename available from Telcar, Ferro
Trade name Ferroflex, trade name WRD series or SRD series available from Union Carbide
HiFax available from Leeds and Montell USA., Wilmington, DE
is there. A crystalline polypropylene thermoplastic polymer composition that can be used in the present invention.
Vulcanization formulations containing styrene and EPDM elastomeric polymer components include Adva
Santoprene available from nced Elastomer Systems, available from Novacor
Available trade names Sarlink 3000, trade names Telprene and Mon available from Teknor Apex
HiFax XL available from tell USA. Polypropylene thermoplastic component and
Dynamic vulcanizing compounds with butyl rubber elastomer components include Advanced Ela
Trade names available from stomer Systems Trefsin and Sarl available from Novacor
ink 2000 and others. Polypropylene thermoplastic component usable in the present invention
Advanced vulcanizates with natural and natural rubber elastomer components
Vyram available from Elastomer Systems.
The multi-phase thermoplastic elastomers that can be used in the present invention are a wide variety of conventional
Can be formulated using the following procedure. Generally, thermoplastic elastomers are hard
Mechanical mixing of high-molecular thermoplastic polymer and rubber-like elastomer polymer under high shear
Manufactured by extrusion or extrusion, but heatable in the reactor during polymerization
In some cases it is possible to produce a plastic elastomer. For example, Legge, Holden
and SchroederThermoplastic Elastomers-A Comprehensive Review,Oxford
University Press, 1987,Handbook of Polyolefins,Vasilie, Seymour edition Decke
r, NY, 1993, see pages 943-966.
For use in the low loss dielectric material of the present invention, the above-described thermoplastic elastomer is used.
Amongstomers, multiphase combinations are preferred. Thermoplastic olefin polymer component
Among them, propylene and ethylene are preferred, and crystalline isotactic poly
Propylene is particularly preferred. Crosslinked EPDM and uncrosslinked EDPM may
It is particularly preferable as a stoma polymer component.
Crosslinked EDPM is most preferred. Materials that can be used in the present invention include Snell et al.
U.S. Patent Nos. 3,876,454 and 3,470,127, issued to
Has been described. Polypropylene thermoplastic component and EDPM elastomer component
Relative ratios vary widely depending on the combination of properties desired for a particular application.
Sometimes preferred multi-phase thermoplastic elastomers for use in the present invention are Montell US
Trade names HiFax and Union Carbide, available from A of Wilmington, DE, Danbury
, CTWRD / SRD, etc. HiFax material is a crosslinked rubber such as EPDM, EPR or butyl
Or uncrosslinked rubber and isotactic such as polyethylene or polypropylene
It is a blend with olefin plastic. Manufacturer says "thermoplastic olefins
Particularly preferred materials for cost and workability reasons, referred to as "uncrosslinked (raw) rubber,
Preferably EPR or EPDM, most preferably EPDM, and a crystalline polypropylene.
HiFax CA10G, a blend with pyrene. HiF as reported by the manufacturer
ax CA10G contains more than about 60% by weight of a polypropylene thermoplastic component and about 40% by weight.
EPR / EPDM elastomer component and measured according to ASTM D-2240
Shore Hardness is about 40D and was measured according to ASTM D-636
The tensile strength is about 2200 Psi. The uncrosslinked rubber component is a non-migratory polymer plasticizer
CA10G material is reported to have excellent flex fatigue resistance
.
Of the pure thermoplastic elastomer used in the low loss material of the present invention
The dielectric constant is less than about 3, preferably less than about 2.5, and the loss tangent (tan δ) is preferred.
Or less than about 0.003. For these materials, polarization occurs virtually instantaneously.
Thus, permittivity and loss tangent are substantially independent of frequency, at least
Irrelevant over a wide range of frequencies from about 300 MHz to about 20 GHz
. Dielectric properties of polymer materials can be measured using a wide variety of measuring devices
However, for the purposes of the present invention, an impedance such as 4291ARF available from Hewlett Packard
A dance / material analyzer is preferred.
In another embodiment, the dielectric material of the present invention is greater than about 0.005 and about 0.20.
High dielectric loss thermoplastic substrate with loss tangent up to zero. The thermoplastic resin of the present invention
Lastomer has a loss tangent of about 0.000 for the resulting thermoplastic elastomer.
5 and up to about 0.200, a polar monomer unit, a non-polar
A thermoplastic polymer component containing a monomer unit or a combination thereof, and a polar monomer
Unit, a non-polar monomer unit, or an elastomeric polymer component containing a mixture thereof and
including. In order to provide dielectric materials with high dielectric loss, polar monomer units must be included.
Polymeric components and elastomeric thermoplastic components containing polar monomer units are preferred.
No.
However, the dielectric constant and loss tangent of a thermoplastic elastomer
From about 1 to about 50, preferably from about 2 to about 35, but at the predetermined level of loss described above.
By adding a sufficient amount of filler to maintain the tangent,
It is possible to prepare according to. For example, the dielectric properties are tailored to the individual application.
As fillers that can be added to the thermoplastic elastomer to adjust,
Silicon, aluminum, glass bubbles, barium titanate (BaTiOThree), Lead oxide (PbO
), Titanium dioxide (TiOTwo) And mixtures thereof. In the present invention,
Preferred for use as a filler
Is a titanate having a perovskite crystalline structure.
Often referred to as "cer grade" ceramic. These titanates, for example,
Doped with a wide range of impurities, such as niobium, to tailor dielectric properties to individual applications
It is possible to adjust. Particularly preferred for use in the present invention are TAM
Available in amorphous or sintered form under the trade name TICON from Ceramics, Niagara Falls, NY
Possible solid state reaction powder. Particularly preferred capacitor grade ceramic
From TAM Ceramics, TICON COF 40, TICON COF 50, TICON COF-70, TICON CN
And materials available under the trade names TAMTRON Y5V183U and Y5V153G.
The filler used in the present invention may also include other polymeric materials. For example,
In order to tailor the dielectric and / or physical properties to individual applications,
The filled thermoplastic elastomer or the filled thermoplastic elastomer of the present invention
Mechanically compounding with tomer to make polymer dispersion in thermoplastic elastomer
Is possible. When a polymer filler is used, the thermoplastic elastomer of the present invention can be used.
It is easier to control when adjusting the dielectric and / or mechanical properties.
The amount of filler added depends on the dielectric constant and loss tangent required for each application.
But up to about 70% by volume, preferably from about 5 to about 60% by volume of thermoplastic elastomer.
Stomers are preferred. If the filler content exceeds about 60-70% by volume, the results
May adversely affect the physical properties of the resulting material, especially its flexibility and tensile strength
There is. Any conventional, such as rolling, extrusion, and dry blending, or a combination thereof
Can be blended with the thermoplastic elastomer.
Assess water absorption according to the test procedure outlined in ASTM C272.
When the material is exposed to moisture, the added or unadded thermoplastic elastomer
The dielectric properties must remain relatively constant.
The dielectric properties of the thermoplastic elastomer, with or without addition, range from about -50 ° C to about 1 ° C.
Over a wide range of temperatures up to 00 ° C, preferably from about -30 ° C to about 70 ° C.
Must remain relatively constant.
The thermoplastic elastomer selected for use in the present invention surrounds the mandrel.
When bent, it is flexible and convex, preferably without breakage or stress whitening.
Must conform. Following the test procedures outlined in ASTM D522,
When bending around a mandrel, preferably less than about 1 inch (2.5 cm) in diameter,
More preferably, around a mandrel less than about 0.5 inch (1.25 cm) in diameter
Most preferably, a mand of about 0.125 inch (0.318 cm) diameter when bent
When bent around the barrel, the thermoplastic elastomer may break or stress whiten.
should not be done. When the material is bent around a mandrel or conforms to a convex surface,
The dielectric properties of thermoplastic elastomers with or without additives must remain stable.
No.
Additive thermoplastic elastomer or non-additive thermoplastic elastomer used in the present invention
It is easy to process into a sheet film using an extruder, and if necessary,
Stretching or biaxial stretching is possible. Sheet film may have a wide range of thickness
, Its dielectric properties can be tuned for specific applications. The heat of the present invention
The plastic elastomer can be easily bent around the roll during web processing
Therefore, it is possible to apply a primer, an adhesive or a processing operation on the dielectric material.
As is well known in the art, fiberglass, glass cloth, aluminum cloth, silica, stone
It is possible to enhance the physical properties of thermoplastic elastomers by adding
It is possible. Thermoplastic to enhance physical properties
The amount of filler added to the conductive elastomer also depends on the application, but is well known in the art.
As shown, when the filler content is high, the flexibility of the thermoplastic elastomer material and
And / or the ultimate tensile strength may vary.
The thermoplastic elastomer used in the present invention may be a corona discharge or other surface treatment
To enhance its physical properties. Thermoplastic Eras added
Adjust porosity of tomer or additive-free thermoplastic elastomer to adjust dielectric properties
It is possible to Methods for increasing porosity include the addition of chemical blowing agents, nitrogen
Injection of inert gas such as or carbon, or rice given to Aoyagi et al.
As described in U.S. Pat. No. 4,963,891, blending with a plasticizer and subsequent
Extraction of plasticizer. Also, as the porosity increases, the dielectric properties increase,
The rate can adversely affect the physical properties of the material.
The thermoplastic elastomer of the present invention can be provided in the form of a laminate.
The laminate of the present invention may be a single layer, and therefore, is different from a conventional electronic device substrate material.
The manufacturing process is simpler in comparison. One or multiple layers of thermoplastic elastomer substrate,
Or one layer of thermoplastic elastomer and one or more layers of another dielectric material,
For example, gold, silver, copper, aluminum, electrolyte copper, low oxygen content copper, nickel, chromium
, One or more layers of metal, such as alloys available under the trade name Inconel, and their alloys
It can be bonded to one side or both sides. Metal layer and thermoplastic elast
An optional adhesion promoter can be added to the tomer substrate. Shoemaker
As described in U.S. Pat. No. 4,937,585 to U.S. Pat.
Play or epoxy can play the role of metal layer.
The thickness of the thermoplastic elastomer layer can vary widely depending on the intended use.
It may be.
The substrate may be laminated to additional dielectric and / or metal layers to provide specific dielectric properties and
In addition, it is possible to provide a laminated structure having physical properties. Further dielectric layers are polar
And may be nonpolar and exhibit different crosslink densities and / or dielectric properties.
Or may include a different reinforcement or dielectric enhancer as described above.
Good. For example, additional dielectric layers include polyolefins, polyamides, polyethers.
Even if it is the same as tylene terephthalate, and the thermoplastic elastomer in the substrate
It may comprise polar or non-polar thermoplastic elastomers which may be different.
Thermoplastic Elastomer / Metal Laminate Laminates to Additional Reinforcement Layer of Polymeric Material
Or on both sides containing polymeric materials that may be the same or different
They may be stacked. The thermoplastic elastomer / metal laminate of the present invention further comprises
For example, laminated on other reinforcing materials such as circuit board materials such as FR-4, or metal sheets
It is possible. The metal layer can be any removable protective sheet on request
It is possible to cover. In addition, copper damage inhibitors, anti-ultraviolet agents, antioxidants, etc.
May be added to any of the laminate layers.
Of course, the metal layer on the laminate of the present invention can be chemically etched,
Processing by any method known in the art, such as
It is possible to fabricate electronic circuit structures. Co-pending U.S. Patent Application No. 08 / 609,092
There are several examples in the number, microphones with or without feeder
Provide a radistrip antenna radiating patch, ground plane structure, or antenna array
A network of radiating patches is included.
Bonding of the metal layer to the thermoplastic elastomer substrate of the present invention is accomplished by a task well known in the art.
It can be implemented in any way. For example,
Pressure Sensitive Adhesive (PSA) Using Thermoplastic Elastomer Using Any Conventional Laminating System
-It can be applied to the substrate, and the metal layer is attached to the PSA by the conventional lamination technology
It is possible to Alternatively, a heat press available from Carver or Rucker
Can be used to thermally laminate a metal layer to a thermoplastic elastomer substrate.
You. For example, the laminate may be between about 10,000 psi (70 MPa) to about 60,000 psi (
Can be manufactured at a temperature of about 350 ° F (175 ° C) under a pressure of 400PMa)
It is. Curing times of less than about 10 minutes are preferred. A sputtering method known in the art,
The metal layer is applied to the thermoplastic elastomer substrate using stamping or adhesion technology.
It is possible to attach. Laminates can be a continuous web or heat laminated
Can be manufactured by processing the laminate sheet using the
You.
Example
The following non-limiting examples illustrate the invention. If there is no valley description,
All weight percentages are based on the total weight of the resin plus filler.
Example 1
The sample of Example 1 includes a UV stabilizer, a non-crosslinked rubber modified polypropylene formulation,
No filler added (ie high εrMade from dielectric resin (lacking filler)
Was. This resin (natural color, free of colorants) is available from Montell USA, Wilmington, DE
From HiFax CA10G. The melting flow rate of this material is ASTM D 1
It is stated in the Montel product literature to be 0.5-0.7 g / 10 min as measured at 328.
And its density is reported to be 0.87 g / cc.
Extrude resin using Haake Rheocord single screw extruder
And the thickness varies from about 5 mils (0.013 cm) to about 60 mils (0.152 cm)
The resulting film was obtained. Single screw diameter is 3/4 inch (1.91 cm)
Met. Processing conditions during extrusion were: die temperature 440 ° F (227 ° C), extruder temperature
Zone 1 is 325 ° F (163 ° C), Zone 2 is 420 ° F (216 ° C), Zone 3
Was 440 ° F (227 ° C).
Die extrudate (die width: 5 inches (13 cm)) of 2 mil (0.005 cm) polys
Cast onto a telfilm carrier and place it on a chromium chill roll and
Pass under the backup roll. If the temperature of the cooling roll is 50 ° F (10
° C).
RF impedance commercially available from Hewlett Packard under the trade name HP 4291A
/ Material dielectric properties at 905 MHz at room temperature (23 ° C) using material analyzer
Sex was tested. This test uses capacitance measurements modified for high frequencies
did. Commercially available from Hewlett Packard under the trade name HP 16453A along with a material analyzer
The used dielectric test grips were used.
The dielectric properties of the film are shown in Table 1 below. HP reported by Hewlett Packard
4291A Material Analyzer εrThe maximum error of the values is about ± 5%. tanδ measured value ≤
0 reports <0.002 in all tables and 0.002 in all plots
I told.
Example 2
Filler-free dielectric fill containing partially cross-linked rubber-modified polypropylene
A sample of Example 2 was manufactured from the system. This resin (natural color, colorant and UV stabilizer
(Not included) is commercially available from Montell USA under the trade name HiFax XL 42D01. Haa
The resin is extruded using a ke Rheocord-shaft screw extruder to a thickness of 33 mils (
0.084 cm). The diameter of the single screw is 3/4 inch (
1.91 cm) and a 5 inch (12.7 cm) wide die was used. Addition during extrusion
The processing conditions are as follows: die temperature 320 ° F (160 ° C), extruder temperature 290 ° F in zone 1
(143 ° C), zone 2 at 310 ° F (154 ° C), and zone 3 at 320 ° F (160 ° F).
° C). Die extrudate is transferred to a 2 mil (0.005 cm) polyester film key.
Cast on a chrome chill roll and a silicone backup.
Passed under Prowl. The temperature of the chill roll was set to 50 ° F (10 ° C)
.
As described in Example 1, the dielectric properties of the film of Example 2 were measured using RF impedance.
Measured at 905 MHz with a material / material analyzer. Table 1 shows the results.
Broadband frequency implemented from about 500 MHz to 20 GHz with the film of Example 2
Also tested with 7mm coaxial cable waveguide technology for measurement
Was. The film of Example 2 has a uniform ε over this wide frequency range.rShowed a response
.
Example 3
Induction of carbon black containing partially crosslinked rubber-modified polypropylene resin
A sample of Example 3 was manufactured from the conductive film. This resin (black, but ultra-violet
No line stability) is commercially available from Montell USA under the trade name HiFax 42D01-Black
I have.
Extruding the resin using a 1.5 inch (3.8 cm) single screw extruder
, A film about 45 mils (0.114 cm) thick and 14 inches (35.6 cm) wide
Obtained. The processing conditions during extrusion were: die temperature 350 ° F (177 ° C), extruder temperature
Zone 1 is 300 ° F (149 ° C), Zone 2 is 320 ° F (160 ° C), Zone 3
Was 340 ° F (171 ° C) and Zone 4 was 370 ° F (188 ° C).
The die extrudate is cast on a chrome chill roll and the silicone backup roll
Passed below. The temperature of the chill roll was set at 50 ° F (10 ° C).
As described in Example 1, the dielectric properties of the film were measured using RF impedance / material impedance.
It was measured at 905 MHz by a narizer. Table 1 shows the results.
Examples 4 to 6
In the form of injection molded plaques containing partially crosslinked rubber modified polyolefin resin
Samples of Examples 4 to 6 were produced from the filler-free dielectric film. This resin is
Natural color with no colorants or UV stabilizers. The plaque is from Montell USA
HiFax XL 65A01 (Example 4), HiFax XL 75A01 (Example 5), and HiFax XL 85A
01 (actual
It is commercially available under the trade name of Example 6).
As described in Example 1, by RF impedance / material analyzer, 9
The films were tested at 05 MHz and the results are shown in Table 1.
Example 7
Solid state, niobium-doped barium titanate ceramic
Example 7 by adding to the polymer melt of the HiFax CA10G resin used in Example 1.
Was manufactured. This ceramic is available from Tam Ceramics, Inc., Niagara Falls, N.
Commercially available from Y under the trade name Ticon COF 70. Ticon COF 70 is 97% by weight
Contains barium titanate in excess of, the main impurities SrO (0.7%), NbTwoOFive(0.25%)
And SOThree(0.2%) is described in Tam Ceramic product literature and other
Small amounts of impurities are also listed. The general particle size distribution for Ticon COF70 is D50 =
The density is described as 1 μ, and the density is described as 5.8 g / cc.
Haake Rheocord System 40 micro with Haake Rheomix Mixer (Type 600)
Ticon COF 70 ceramic material using processor controlled torque rheometer
Was added to the polymer melt at 210 ° C. 43% by weight (10% by volume) of Ticon COF 70
In addition to the polymer (total volume 48 cc), mix and mix two rotating blades at 40 rpm for 30 minutes
The composite was formed by spinning to ensure thorough mixing. After mixing, 2
The composite material is placed between two polyester liners, which are then placed on two 12 "x 12"
(30 cm × 30 cm) Placed between stainless steel platens. Cooled spherical double
The platen containing the mixture was heated to a Carver Laboratory Press (25 ton hydraulic press,
2518) and the platen was heated to 210 ° C. Maximum hydraulic pressure of 30,000 lbs (1
4,000 kg) and press the sample, about 7 inches in diameter suitable for dielectric property test
(18 cm). Spacing inserted between top and bottom release liners
The thickness of the film was adjusted with an adjusting plate.
Run at 905 MHz with the RF impedance / material analyzer of Example 1.
The dielectric properties of the film of Example 7 were tested, and the results are shown in FIG.
Examples 8 to 10
Adding Ticon COF 70 described in Example 7 to HiFax CA10G described in Example 1
Thus, the samples of Examples 8 to 10 were manufactured. Commercially available from Berlyn under the brand name PELL2
2 inches (5 cm) including a die for making two-hole pellets and a water cooling trough
) 33mm APV MP2030TC simultaneous rotation twin screw compounding equipped with pellet making machine
Combine Ticon COF 70 and HiFax CA10G with a machine, and the following weight percentage of Ticon C
A composite comprising OF 70 was formed: 10% by weight (1.64% by volume) (Example 8), 30
% (6.04% by volume) (Example 9) and 50% by weight (13% by volume) (Example 1)
0). Each composite is fed to a gravimetric feeder that feeds the composite to a twin screw extruder.
Was added. The extrudate is sent from a pellet production die (43 ° F, 221 ° C) to a water tank.
Finally, the two strands were cut into pellets of a size suitable for extrusion.
Haake Rheocord 3/4 inch (1.91 cm) single screw extruder and 5 inch (12.7 cm)
) Using a die (65 mil (0.165 cm) die spacing adjuster)
The pellets were extruded into a 20 mil thick film.
The processing conditions were as follows: die temperature 450 ° F. (232 ° C.);
° F (166 ° C), Zone 2 is 425 ° F (218 ° C), Zone 3 is 450 ° F (
232 ° C). 2 mil die extrudate
And cast it on a chrome chill roll.
And passed under a silicone backup roll. Chrome cooling roll temperature
Was set to 52 ° F (11 ° C).
As described in Example 1, by RF impedance / material analyzer, 9
The dielectric properties of the films of Examples 8 to 10 were measured at 05 MHz and the results are shown in Table 2 below.
Show. Measurement of dielectric properties at 5.6 GHz using double split post resonator technology
The results are also shown in Table 2.
Example 11
The Ticon COF 70 ceramic material described in Example 7 was used in the form of a polymer melt.
The sample of Example 11 was prepared by adding the HiFax CA10G resin described in Example 1.
did. Adding Ticon COF 70 at 87% by weight (50% by volume) to the polymer melt gives a high
A dielectric constant sample was obtained. Ticon COF 70 was heated using the mixing system of Example 7.
Degree 4
Added to 10 ° C. (210 ° C.) polymer melt. After adding Ticon COF 70, the result is
The resulting melt was mixed at 40 rpm for 30 minutes.
The composite was pressed into a film sample using the technique described in Example 7.
This film was applied to the RF impedance / material analyzer as in Example 1.
At 905 MHz, and the results are shown in FIG.
Example 12
Capacitors etc. marketed by Tam Ceramics under the trade name Tamtron Y5V153G
50% by weight (13% by volume) of the first-grade ceramic composition was heated at a temperature of
Add 410 ° F (210 ° C) to the HiFax CA10G resin of Example 1 in the form of a polymer melt.
Thus, a sample of Example 12 was manufactured. Tamtron Y5V153G is 85-9
0% by weight of barium titanate and the main impurity barium zirconate (5 to 5%)
10% by weight) and less calcium stannate (1-5% by weight);
The density of the material is described in Tam Ceramics product literature as 5.8 g / cc. Jill
When konia is added to barium titanate ceramic, it converts to a higher dielectric constant at room temperature.
Cheating. The particle size of this ceramic is 5-10μ.
A composite is formed using the pressing technique described in Example 7 and the composite is pressed.
As a result, a film sample having dimensions suitable for dielectric measurement was obtained.
As described in Example 1, the film of Example 12 was subjected to RF impedance / material
The test was performed at 905 MHz with a sample analyzer and the results are shown in FIG.
Examples 13 and 14
Commercially available from Tam Ceramics under the trade name Tamtron Y5Vl53G
Capacitor grade ceramic composition 87% by weight (50% by volume) (Example 13)
And 91% by weight (60% by volume) (Example 14) using the mixing method of Example 7
The HiFax CA10G tree of Example 1 in the form of a polymer melt at a temperature of 410 ° F (210 ° C)
Samples of Examples 13-14 were made by adding to the fat. Example 7
A composite is formed using a pressing technique, and the composite is pressed into a dielectric measurement filter.
A lume sample was used.
As described in Example 1, the films of Examples 13-14 were
The test was performed at 905 MHz with a material / material analyzer and the results are shown in FIG.
Example 15
Uniform, pre-ground powder commercially available from Tam Ceramics under the trade name Tamtron Y5V183U
70% by weight (20% by volume) of the crushed dielectric ceramic was mixed by the mixing method of Example 7.
At a temperature of 410 ° F. (210 ° C.), the HiFax CA10G resin described in
-In the form of a melt) to produce the sample of Example 15. Tamtron Y5V1
83U is 65-75% by weight lead oxide, 1-5% by weight magnesium oxide, 1-5%
% Titanium oxide and <0.1% silicon oxide by weight and a density of 8.0 g /
The cc is described in Tam Ceramics product literature. Typical particle sizes are 1.
4μ.
A composite is formed using the pressing technique described in Example 7 and the composite is pressed.
This was used as a dielectric measurement film sample.
As described in Example 1, the film of Example 15 was subjected to RF impedance / material
The test was performed at 905 MHz by an analyzer, and the results are shown in FIG.
Example 16
50% by weight (10% by volume) of the ceramic Tamtron Y5V183U of Example 15
The sample of Example 16 was made by adding to the resin HiFax CA10G of Example 1.
This ceramic and resin were blended to form a composite material, and the composite material was prepared according to the methods described in Examples 8 to 10.
And pelletized. Using a single screw extruder as described in Examples 8-10
The composite in pellet form was extruded into a 20 mil film.
The film of Example 16 was replaced with RF impedance / material as described in Example 1.
Tested at 905 MHz with a sample analyzer and 5.6 GHz as in Example 8.
, And the results are shown in Table 2.
Example 17
90% by weight (50% by volume) of the ceramic Tamtron Y5V183U of Example 15
The resin of Example 1 at a temperature of 410 ° F. (210 ° C.) by the mixing method described in Example 7.
A sample of Example 17 was made by adding to HiFax CA10G.
A composite is formed using the pressing technique described in Example 7 and the composite is pressed.
This was used as a dielectric measurement film sample.
The film of Example 17 was subjected to RF impedance / material as described in Example 1.
Tested at 905 MHz with an analyzer and at 5.6 GHz as in Example 8.
The test was performed, and the results are shown in FIG.
Example 18
Commercially available from DuPontde Nemours & Company, Wilmington, DE under the trade name R101.
Rutile titanium dioxide with a density of 4.36 g / cc
Example 18 was prepared by adding 50% by weight (17% by volume)
. R101 is blended with HiFax CA10G to form a composite, and the method described in Examples 8-10
And pelletized. Using the single screw extruder described in Examples 8 to 10,
The shaped composite was extruded into a 20 mil (0.051 cm) film.
This film was subjected to RF impedance / material analysis as described in Example 1.
905 MHz, and at 5.6 GHz as in Example 8,
The results are shown in Table 2.
Example 19
Trade name of WRD-7-507 from Union Carbide Chemicals and Plastics, Danbury, CT
Using the rubber-modified thermoplastic elastomer resin commercially available in
Made a fee. Using a Haake Rheocord 3/4 "(1.91cm) single screw extruder
Containing 38% ethylene propylene rubber ("EPR") in polypropylene
Was extruded to obtain a film having a thickness of 20 mils (0.051 cm). Processing conditions are
The die temperature was 440 ° F (227 ° C) and the extruder temperature was 400 ° F (204 °
C), Zone 2 at 420 ° F (216 ° C), and Zone 3 at 440 ° F (227 ° C).
there were. Die extrudate (5 inch (13 cm) die width) into 2 mil (0.005 cm) poly
Cast onto an ester film carrier and place it on a chrome chill roll and
It passed under the cone backup roll. Set the temperature of the water-cooled cooling roll to 5
Set to 3 ° F (12 ° C).
This film was subjected to RF impedance / material analysis as described in Example 1.
Tested at 905 MHz by Iser and the results are shown in Table 1.
Examples 20 to 21
The samples of Examples 20 to 21 were obtained from HiFax CA10G (Example 20) or HiFax 42D01 (
A laminated structure containing copper sputter-deposited on the film of Example 21) is used.
For each sample, 45 mils (0.114 cm) thick (Example 20) or 20 mils (0.1 mm).
(071 cm) (Example 21).
A layered structure in which a copper layer is sputtered on the polymer layer
Made.
Examples 22 to 23
The samples of Examples 22 to 23 were prepared using HiFax CA10G (Example 22) or HiFax 42D01 (Example 22).
A laminated structure including a copper foil on the film of Example 23) is used. On each sample,
Glue 1 mil copper foil containing rill pressure sensitive adhesive (1 mil (0.0025 cm) thick)
It was produced by laminating the agent on one side of a metal foil. 60 mils thick (0.152
cm) (Example 22) or 28 mil (0.071 cm) (Example 23)
Laminate copper foil / PSA on film and make the following layers:
Copper foil / PSA / Polymer
Was produced.
Examples 24 to 25
The samples of Examples 24 to 25 were prepared using HiFax CA10G (Example 24) or HiFax 42D01 (Example 24).
A laminated structure including a copper foil on any of the films in Example 25) is used. Each file
1 mil copper foil containing the acrylic pressure sensitive adhesive described in Example 22
Both sides of a 60 mil (Example 24) or 28 mil (Example 25) extruded film
Laminate the following layers:
Copper foil / PSA / Polymer / PSA / Copper foil
Was produced.
Examples 26 to 27
The samples of Examples 26 to 27 were obtained from HiFax CA10G (Example 26) or HiFax 42D01 (
Polyester carrier adhered on either one or both sides of Example 27)
A laminated structure containing copper sputtered onto the film is used. 5 mils thick (0
. 2 mil (0.0051 cm) containing acrylic pressure sensitive adhesive
180nm copper film sputtered onto polyester film (PET)
60 mils (0.152 cm) thick (Example 26) or 28 mils (0.071 cm)
) The following layers are laminated on one or both sides of the extruded film of (Example 27):
PET / copper / PSA / polymer / PSA / copper / PET
Was produced.
Examples 28 to 29
The samples of Examples 28-29 were HiFax CA10G (Example 28) or HiFax 42D01.
(Example 29) A laminated structure including an aluminum foil on one side is used.
. A 3 mil aluminum foil sheet (without adhesive) was applied to a 60 mil (0.
152 cm) (Example 28) or 28 mil (0.071 cm) (Example 29)
A laminated structure was produced by directly laminating one side of the exposed film by a thermal lamination technique.
Using a Rucker Press (400 tons), aluminum processing using the following processing conditions
Layer was completely thermally laminated to the film: cycle residence time: 10 seconds preheating, embossing
20 seconds and cure 6.0 minutes. The zone temperature of the press is zone 1 = 350 ° F (177
° C), Zone 2 = 350 ° F
(177 ° C.), zone 3 = 350 ° F. (177 ° C.), and zone 4 = 350 ° F. (177 ° C.)
. The zone pressures were as follows: low pressure = 10,000 psi (70 MPa), high pressure = 60,000 psi (4
00 MPa).
The laminate thus obtained has the following layer structure:
Al foil / polymer
Had.
Examples 30 to 31
The samples of Examples 30 to 31 were prepared using HiFax CA10G (Example 30) or HiFax 42D01 (Example).
The laminated structure including aluminum foil on both surfaces of Example 31) is used. 3 mil thickness
(0.0076 cm) aluminum foil layer (without adhesive)
(0.152 cm) (Example 30) or 28 mil (0.071 cm) (Example 3)
Directly laminated on both sides of the extruded film of 1) by the thermal lamination technology of Examples 28 to 29,
Layer: a laminated structure having Al foil / polymer / Al foil was produced.
Example 32
The sample of Example 32 was prepared by sputtering the laminate of Example 20 using a thermal lamination technique.
-The structure including the film of Example 1 adhered to the adhesion surface was adhered. Like this
The resulting laminate structure was polymer / sputter deposited copper / polymer.
Example 33
Compounding other polymers with the thermoplastic elastomer polymer of the present invention,
It is possible to provide dispersions with enhanced properties. For example, KYNAR 2750 P
Polyvinyl fluoride marketed by Elf Atochem, Philadelphia, PA under the trade name of VDF
Niriden,
When added to the thermoplastic elastomer HiFax 42D01 described in Example 2, the resulting
Of the mixture usedrRises. As can be seen from FIG.
Then, the ε of the compoundrRose from 2.30 to 2.37.
Example 34
The flexibility of the films of Examples 1-2 was measured using a command as outlined in ASTM D522.
The test was performed by the Mandrel Bend Test. One inch (2.5 cm)
Lum splits were placed on test mandrels of various diameters. Test strip
The mandrel around the mandrel using a steady pressure and at a uniform speed for less than about 5 seconds.
Bent about 180 °. Cracks and stresses that can be seen with the naked eye after removing this film
The bleaching phenomenon was examined. Repeat this procedure using successively smaller diameter mandrels.
I returned. The minimum diameter tested was 0.125 inches (0.318 cm). Ma
Table 3 shows the results of the drel bending test. Example 35
According to the procedure of Example 1, the dielectric constant and loss tangent of the films of Examples 1 and 2 were determined.
It was measured at 905 MHz.
Water Absorption Test according to the procedure outlined in ASTM D272
) Tested the film. At room temperature, the film sample is immersed in water at 23 ° C. for 46 hours.
Soak and then blot the entire surface with blotting paper to remove any water on the surface.
The weight was measured.
The water increase rate (percent) of a sample of 1 inch × 3 inch (2.5 cm × 8 cm)
It was recorded and the dielectric properties were measured again according to the procedure of Example 1.
FIG. 5 shows the dielectric constant (ε) of the water absorption test.rFIG. 6 shows the loss tangent (tan δ) data.
Data.
Example 36
Example 36 is a trade name of HiFax XL42D0LXL65A01 and XL75A01 from Montell USA.
Partially crosslinked, rubber-modified polypropylene resin without filler, sold in
A ferroelectric film is used. Extruding the resin using the processing conditions of Example 2
Film.
Non-crosslinked rubber modified polypropylene formulation, filler containing HiFax CA10G of Example 1
An additive-free dielectric film was also made into a film using the processing conditions of Example 1.
A blend of HiFax 42D01 and HiFax CA10G was also filled using the processing conditions of Example 1.
I did it.
The following sheets of commercially available dielectric material were also used in this example. F.CELL
And closed cell commercially available from Sentinel Corporation under the trade name MICROCELL.
Crosslinked polyester foam, CMR
Continuous modified rubber closed cell commercially available from Sentinel Corporation under the trade name
Rohm Tech, Inc. under the trade name of polyolefin blended film and ROHACELL 71
Commercially available polymethacrylamide foam. Use the procedure described in Example 1.
The initial dielectric characteristics of a 2.75 inch x 2.75 inch (7 cm x 7 cm) sample
The properties were measured at 905 MHz.
A sample of the above material was subjected to a test with an accelerated test device. This test rig was used by Atlas
Water-cooled xenon arc 65WWR or C165 type manufactured by Electric Devices Co.
And complies with the standards described in ASTM G-26 Type B and BH. The light source is a controlled radiant flux
0.35W / m at 340nm densityTwo650 with borosilicate glass filter
It is a xenon arc lamp of 0 watts. After lighting at 63 ° C for 102 minutes, lighting for 18 minutes
Repeated cycle exposures of fire and water spray were performed continuously for the duration of the study.
The accelerated exposure protocol treated the dielectric sample for 1000 hours. Low in environmental conditions
Equilibrate the sample for at least 72 hours and follow the procedure of Example 1 at 905 MHz.
The dielectric properties were measured again. Dielectric constant (εr) And the loss tangent (tanδ)
Table 4 shows the final values. Dielectric constant (εr) Vs. accelerated test exposure time:
{[(Exposure-initial) / initial] x 100}
Is shown in FIG.
Example 37
The thermoplastic elastomer of the present invention is used for cost reduction, performance enhancement, or processability.
It can be easily blended with a mer. In this embodiment, in order to improve workability,
Several polymers with high melt flow index, such as Engage 8200 from Dow and Exact4028 from Exxon
A mer has been added to the thermoplastic elastomer of the present invention. Table 5 shows the results.
In Table 5, HFCA10 is HIFAX CA10G and HFXL42 is HIFAX XL42D01. Both heats possible
Both plastic elastomer materials are available from Montell USA. When a polymer filler is added to the thermoplastic elastomer of the present invention, the melt flow index becomes
It results in a low formulation. Polymer fillers are somewhat similar to lubricating oils to enhance processability
Works without significantly altering the dielectric properties of the first thermoplastic elastomer
I do.
The exemplary embodiments described herein in no way limit the scope of the invention.
It will be understood that this is not a requirement. In view of the above description,
Other modifications, which will be apparent, will be apparent to those skilled in the art. These descriptions clearly disclose the invention.
This is to provide a specific example of such an embodiment. Therefore, the present invention is described
Or the use of specific elements, dimensions, materials or arrangements contained therein
Not limited. All alternative modifications falling within the spirit and scope of the appended claims
Corrections and modifications are included in the invention.
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(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
H05K 1/03 610 H05K 1/03 610H
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S
Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD
,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ
,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,
CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,G
E,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR
,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,
MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,P
L,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK
,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN
(72)発明者 スコッグランド,ティモシー エス.
アメリカ合衆国,ミネソタ 55133―3427,
セント ポール,ポスト オフィス ボッ
クス 33427──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H05K 1/03 610 H05K 1/03 610H (81) Designated country EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, LS, MW, SD, SZ, UG), UA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO , RU, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN. Office box 33427