JP2019527667A - セラミックとポリマーとの複合材、その作製方法および使用 - Google Patents

Abstract

複合材の全体積に基づいて、５０体積％から８５体積％までの実体積、および５０体積％から１５体積％までの気孔率または多孔質空隙空間を有する、焼結された多孔質セラミックを含む第１連続相と、焼結された多孔質セラミックの多孔質空隙空間中に位置している第２連続ポリマー相とを含む、セラミックとポリマーとの複合材。さらに開示されるのは、複合材物品、複合材を作製する方法、および複合材を使用する方法である。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１６年７月２７日に出願された米国仮出願第６２／３６７，３０１号明細書の優先権の利益を米国特許法第１１９条のもとに主張し、その内容は、その全体が参照により依拠され、本明細書に援用される。

本出願は、本願の権利者が所有し譲渡され、２０１５年２月９日に出願された、「ＳＰＩＮＥＬ ＳＬＵＲＲＹ ＡＮＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＰＲＯＣＥＳＳ」と称される米国仮出願番号６２／１１３，８３０号明細書に関連し、当該仮出願は、２００ｎｍから８００ｎｍまでの粒径；２００ｎｍから４００ｎｍまでのメジアン粒径；およびＢＥＴによる２ｍ^２／ｇから１０ｍ^２／ｇまでの表面積；を含むアルミン酸マグネシウムスピネルナノ粉末、ならびに、（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３水溶液と、（ＮＨ_４）Ａｌ（ＳＯ_４）_２とＭｇ（ＮＯ_３）_２との混合水溶液を、約４５℃から５５℃で接触させること；固体を生成するために混合しながら反応混合液を約４５℃から５５℃で５時間から１５時間エージングすること；得られた固体を分離、洗浄、および乾燥すること；得られた固体を１３００℃から１５００℃までで焼結してスピネル生成物を形成すること；を含むアルミン酸マグネシウムスピネルナノ粉末を作製する方法に言及しており、ならびに、本出願は、本願の権利者が所有し譲渡され、２０１４年７月１日に出願された、「ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＳＰＩＮＥＬ ＡＲＴＩＣＬＥ ＡＮＤ ＴＡＰＥ ＣＡＳＴ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ」と称される米国仮出願番号６２／０１９，６４９号明細書、現在は米国特許第２０１６０００２１１７号明細書、に関連し、当該仮出願は、１０マイクロメートルから３００マイクロメートルの単一層厚さ、または複数のラミネート加工された単一層を含み、５０マイクロメートルから１０ミリメートルの厚さを有するラミネート、のうちの少なくとも１つを含む、透明な、テープ成形されたスピネル物品に言及し、当該スピネル物品は、８０％から８７％の透明度、および１マイクロメートルから７マイクロメートルの焼結粒径を有し、当該仮出願はまた、７５ナノメートルから５００ナノメートルの平均粒径を有するスピネル粉末、バインダー、分散剤、可塑剤、消泡剤、および水性溶媒を含むバッチ混合物を１０分から１０時間までの間摩擦粉砕してスラリーを形成すること；得られる単離された当該スラリーを真空下で脱ガスすること；脱ガスされた当該スラリーを２０マイクロメートルから２，０００マイクロメートルの湿潤厚さにテープ成形すること；テープ成形された当該スラリーを、アンダーベッドヒータおよび加熱された流動空気を用いて、２０℃から１００℃で制御乾燥して、５マイクロメートルから１，０００マイクロメートルの乾燥厚さを有するグリーンテープを形成すること；当該グリーンテープを十分な時間にわたり十分な温度で焼成して、焼結透明スピネルを提供すること、を含む、テープ成形された透明スピネルを作製する方法に言及しており、ならびに、本出願は、２０１６年３月１５日に付与された「Ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｔ ａｌｕｍｉｎａ ｆｉｌａｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔａｐｅ ｃａｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍａｋｉｎｇ」と称される米国特許第９，２８７，１０６号明細書に関連し、当該特許は、テープ成形法などの方法によって透光性アルミナ基材を作製する方法と共に透光性アルミナ基材に言及している。透光性アルミナ基材は、テープ成形法などのスケーラブルなプロセスによってこれらの材料を作製する簡単さと共にその全透過度および表面品質などの性質に起因して、従来のフィラメントに対し有利である。これらの文献およびこれらの文献の特許公報のいずれの内容も参照により援用されるが、本開示はそれらに対し優先権を主張するものではない。

本明細書で言及されるすべての出版物または特許文献の開示全体が参照により援用される。

本開示は、セラミックとポリマーとの複合材に関する。

実施形態において、本開示は、対応するモノリシックセラミックのみに比べて、すなわち、有孔であるか無孔であり、かつ共連続ポリマーがないセラミックに比べて、向上した弾力性および靭性を有する共連続ポリマー−セラミック複合材を提供する。

実施形態において、本開示は、開示される共連続ポリマー−セラミック複合材を作製する方法を提供する。

実施形態において、本開示は、共連続のポリマーとセラミックとの薄い複合材を含む開示される共連続ポリマー−セラミック複合材から作製されるプリント回路板（ＰＣＢ）物品を提供する。

機械加工が容易であり、穴またはビアの機械穿孔およびレーザー穿孔を共に可能にする、開示されるセラミック−ポリマー複合材の例を示す。 開示される浸透および硬化させた複合材料に関するＮ_２中での熱−重量分析（ＴＧＡ）を使用して得られた熱分解温度（Ｔ_ｄ）データのグラフを示す。 開示される実験的な複合材試料Ａ１から試料Ａ６（表１）および比較複合材に関する、気孔率対曲げ強度（ＭＰａで、塗りつぶした四角）および曲げ率（ＧＰａで、白抜きの丸）のグラフを示す。 開示されるセラミック−ポリマー複合材を作製する方法のフローチャートの概要を示す。

本開示の様々な実施形態は、図面がある場合は図面を参照して、詳細に説明される。様々な実施形態の参照は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は本明細書に添付される特許請求の範囲によってのみ限定される。さらに、本明細書に記載される例はいずれも限定するものではなく、特許請求される発明の多くの可能な実施形態のいくつかを記載するものにすぎない。

実施形態において、開示される作製および使用の方法は、例えば以下で議論されるものを含む、１つまたは複数の有利な特徴または態様を提供する。いずれかの請求項に記載される特徴または態様は、一般に、本発明のすべての面に対し適用可能である。いずれか１つの請求項に記載される単一のまたは複数の特徴または態様はいずれも、他の任意の請求項（複数可）において記載される他の任意の特徴または態様と組み合わされても、交換されてもよい。

定義
「共連続の」、「両連続の」、および同様の用語は、複合材内の各セラミック相およびポリマー相毎の、連続的なまたは内部接続した性質を意味する。どちらの相も、実質的な不連続部分を有さない、すなわち、１つまたは複数の孤立した相の島などの、かなり大きい不連続な相または分断された相がない。エマルションまたはマイクロエマルション技術分野において、連続性または二相性の類似があり、両連続エマルション、多重エマルション、または複合エマルションと様々に呼ばれる。

「ポリマー」、「樹脂」、および同様の用語は、浸透の間および硬化の前の液相の主成分を意味し、例えば、固体ポリマーの供給源、モノマー、オリゴマー、ポリマー、樹脂、架橋性ポリマー、架橋剤、またはそれらの混合物であり得る。「ポリマー」、「樹脂」、および同様の用語は、また、硬化後の固体ポリマー相の主成分を意味し、好ましくは、浸透の間に使用された液体成分がなく、液状ポリマー、液状樹脂、液状モノマー、液状架橋剤、液状溶媒、液状担体、および同様の成分がないなどである。

「ビスク焼成」および同様の用語は、隣接する粒子間で焼結をある程度形成するために焼成されているが、焼結が起こっていない粒子間の空隙または気孔を有するか保持し、焼成されたテープにおいて相互接続した粒子の骨格を作る、セラミック品（ｃｅｒａｍｉｃ ｗａｒｅ）を意味する。

「ＦＲ−４」、「ＦＲ４」、「ＦＲ」、「ＦＲ４０８ＨＲ」、「難燃剤」は、ガラス強化エポキシ積層シート、管、棒、プリント回路板（ＰＣＢ）に付与されたグレード指定である。ＦＲ−４は、繊維ガラスを織った布とエポキシ樹脂バインダーとで構成された、難燃性（すなわち、「自己消火性」）の複合材料である。ＦＲ−４は、エポキシ樹脂、ガラス織布補強材、臭素化難燃剤、および他の構成成分で構成されている。

「誘電損失」および同様の用語は、誘電材料に固有の、熱などの電磁エネルギーの散逸を定量化する、散逸率（Ｄｆ）または損失正接を意味する。

「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」または同様の用語は、包含するが限定しないことを意味し、すなわち、包括的であって排他的ではないことを意味する。

本開示の実施形態を説明する際に用いられる、例えば、組成物中の成分、濃度、体積、プロセス温度、プロセス時間、収率、流速、圧力、粘度の量、および同様の値、ならびにそれらの範囲、または構成成分の寸法、および同様の値、ならびにそれらの範囲、を修飾する「約」は、例えば、材料、組成物、複合材、濃縮物、構成部品、製造物品、または使用する配合物を調製するために使用される典型的な測定手順および取扱い手順によって；これらの手順における故意によらない誤りによって；製造、供給源、または方法を実行するために使用される出発材料もしくは成分の純度の差異によって；ならびに同様の考慮によって、生じ得る数量における変動を意味する。用語「約」は、また、特定の初濃度または初混合を有する組成物または配合物のエージングに起因して異なる量、および特定の初濃度または初混合を有する組成物または配合物の混合または処理に起因して異なる量を包含する。

「任意選択の」、「任意選択で」は、続いて説明される事象もしくは状況が生じ得るか、または生じ得ないことを意味し、その説明が、その事象または状況が起こる場合、またはその事象もしくは状況が起こらない場合を含むことを意味する。

本明細書では別段の定めがない限り、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」およびそれに対応する定冠詞「ｔｈｅ」は、少なくとも１つ、または、１つまたは複数の、を意味する。

当業者に公知の省略形が使用される場合がある（例えば、時間（複数可）に対し「ｈ」または「ｈｒｓ」、グラム（複数可）に対し「ｇ」または「ｇｍ」、ミリリットルに対し「ｍＬ」、および室温に対し「ｒｔ」、ナノメートルに対し「ｎｍ」、および同様の省略形）。

構成成分、成分、添加剤、寸法、条件、時間、および同様の態様、ならびにそれらの範囲に関する、開示される特定の好ましい値は、例証のためだけであり、つまり、他の定義された値または他の定義された範囲内の値を排除するものではない。本開示の組成物および方法は、明示または黙示の中間の値および範囲を含む、任意の値、または本明細書に記載される値、特定の値、より特定の値、および好ましい値の任意の組み合わせを含み得る。

現在のプリント回路板（ＰＣＢ）は、ポリマーおよびポリマー／ガラス繊維複合材から作製されている。現行のＰＣＢは、満足のいく耐用寿命をもたらすために必要な熱安定性を有しないことが多いポリマーシート上に構築されている。発展する市場の、低誘電率（Ｄｋ）および低散逸率（Ｄｆ）に対する需要を満たすことができる、より耐久性のあるＰＣＢの選択肢を開発することが望ましい。セラミックは砕けやすく、厚さを１００マイクロメートル以下に低減すると、取り扱い中に破損する傾向を有する材料となる。

ガラス強化積層板を使用して構築された、現在のプリント回路板（ＰＣＢ）は、高速用途に対して好適ではない場合がある。例えば、ガラス強化積層板を有するＰＣＢが高周波で動作するとき、著しい寄生容量および／またはインダクタンスがＰＣＢの伝送線路によって生じる場合があり、このことは伝送信号を歪ませるおそれがある。現在の技術では積層板のガラスの織りを成形し直すことによってＰＣＢの高速性能を向上しようとしている。

パッケージデバイスの厚さを低減する電子パッケージングにおける進歩は、将来のデバイスにとって有利となるだろう。現在のパッケージング材料は、２５０マイクロメートルから３５０マイクロメートルの厚さであり、産業界はデバイスの厚さ目標を達成するために１００マイクロメートル以下の厚さを必要としている。市場を大きく占有する材料の一部は完全にポリマーであるが、最も市場を占有している材料（ＦＲ４材料が優位を占める）は、ガラス織布を有するポリマー材料を含有する。デバイスが薄くなるにしたがって、材料の剛性は低下し、はんだ付け中の寸法不安定性および反りをもたらす。剛性は材料のヤング率と面積モーメントとの積（ＥＩ）であり、ここで、矩形において、面積モーメントは厚さの３乗に比例する。１００マイクロメートルの厚さで同じ剛性材料を得るためには、ヤング率は、現在の材料のヤング率より著しく大きくなくてはならない。

セラミックはポリマーより著しく硬直である。具体的には酸化アルミニウムが、およそ４２０ＧＰａのヤング率を有する。この値は、２５ＧＰａのヤング率を有する、ＦＲ４より著しく大きい。Ｅ＊ｔ３として定義される、２５０マイクロメートルでのＦＲ４材料の剛性の性能指数は単純計算で、３７５Ｎ＊ｍｍである。酸化アルミニウムは、非常により大きい剛性を有し、２５０マイクロメートルで６５６０Ｎ＊ｍｍの性能指数を有する。酸化アルミニウムは、２５０マイクロメートルの現行のＦＲ４材料と同様の剛性を有するために９６マイクロメートルに低減できる。より高い剛性は、酸化アルミニウムに限定されず、ほとんどのセラミック材料は、同等の厚さのＦＲ４より非常に大きい剛性を有する。

硬直性のみが、寸法安定性を左右するパラメータではない。回路板上の構成要素との熱膨張の不一致も重要である。ほとんどの構成要素はケイ素または炭化ケイ素で構成されており、それぞれ、２．６×１０^−６および２．８×１０^−６Ｋ^−１の熱膨張係数を有する。ＦＲ４材料は、ケイ素および炭化ケイ素よりおよそ４倍大きい１３×１０^−６Ｋ^−１の平面熱膨張係数を有する。さらに、厚さ熱膨張係数は、７０×１０^−６Ｋ^−１であり、これにより反りの傾向が増大する。多結晶セラミックは、平面方向において、ＦＲ４材料より小さい等方性熱膨張値を有する傾向がある。酸化アルミニウムは、ケイ素および炭化ケイ素よりおよそ２．５倍高いがＦＲ４より低い、７．５×１０^−６Ｋ^−１の熱膨張を有する。ポリマーを充填した多孔質酸化アルミニウムを含むか、ポリマーを充填した多孔質酸化アルミニウムから本質的になるか、またはポリマーを充填した多孔質酸化アルミニウムからなる、開示される複合材は、硬直性の向上、および板上の構成要素に対する熱膨張の不一致の低減のために、比較に適したＦＲ４材料と比べて、より大きい寸法安定性を有すると予想される。寸法安定性または厚さのさらなる低減は、同等のまたはより大きい硬直性、および板上の構成要素とのより良好な熱膨張の一致を有する他のセラミックを使用して達成できる。

セラミックは砕けやすく、厚さを１００マイクロメートル以下に低減すると、取り扱い中に破損する傾向を有する材料となる。開示される共連続ポリマー−セラミック複合材は、モノリシックセラミックと比べて向上した弾力性および靭性を有することが実証されている。開示される複合材料中に、セラミックは相互接続した硬直な骨格を形成し、一方でポリマーは局所的な領域への損傷を限定する亀裂停止媒介物を形成する。このセラミックは相互接続多孔性を必要とするため、そのヤング率は完全に緻密質であるセラミックのヤング率より低い。ポリマーの相を含めることは、また、熱膨張をわずかに増大し、セラミックのみに比べてより低い剛性、およびより低い寸法安定性を有するが、様々な用途に必要とされる機械的耐久性を有する材料をもたらす。

国際公開第２０１１／００５５３５Ａ１号は、共連続のセラミック相およびポリマー相を有し、セラミック相は気孔の相互接続ネットワークおよびトラス状構造の相互接続ネットワークを有し、トラス状構造は１つまたは複数の三角形形状を有し、セラミックは針状ムライト、アルミナ、およびそれらの混合物の群から選択され、ポリマー相はセラミック相内に統合され、ポリマー相はセラミック相の気孔内に含有され、ポリマー相は熱可塑性、熱硬化性、およびそれらの混合物の群から選択される、複合材に言及している。

実施形態において、本開示は、セラミックとポリマーとの複合材を提供し、セラミックとポリマーとの複合材は、
複合材の全体積に基づいて、５０体積％から８５体積％までの、例えば、５０体積％から８０体積％、５０体積％から７０体積％、５０体積％から６０体積％の、中間の値および範囲を含む、実体積、ならびに５０体積％から１５体積％までの、例えば、５０体積％から２０体積％、５０体積％から３０体積％、４５体積％から３５体積％、４５体積％から４０体積％の、中間の値および範囲を含む、気孔率を有する、焼結された多孔質セラミックを含む第１連続相と、
空隙空間、すなわち焼結された多孔質セラミック第１連続相の気孔率または気孔の内にあるか、または当該空隙空間中に位置している第２連続ポリマー相と、を含む。

実施形態において、焼結された多孔質セラミックは、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、および同様の酸化物、またはそれらの混合物のうち少なくとも１つを含み得る。

実施形態において、複合材は、例えば、１０マイクロメートルから１０００マイクロメートルまでの厚さを有する、例えばシートであり得る。

実施形態において、複合材は、例えば、１０マイクロメートルから２５０マイクロメートルまでの厚さを有するシートであり得る。

実施形態において、複合材は、例えば、１０マイクロメートルから１００マイクロメートルまでの厚さを有するシートであり得る。

実施形態において、複合材は、例えば、１２５ＭＰａから２５０ＭＰａまで（例えば、１２５ＭＰａから１５０ＭＰａ）の強度、および５０ＧＰａから２５０ＧＰａまで（例えば、５０ＭＰａから６５ＧＰａ）のヤング率を有し得る。

実施形態において、焼結された多孔質セラミック連続相のヤング率は、例えば、５０ＧＰａから２１０ＧＰａ（例えば、６５ＧＰａから１５０ＧＰａ）であり得、完全に緻密質のセラミックのヤング率（例えば、約４１０ＧＰａ）より低い。

実施形態において、複合材は、例えば、５０ＧＰａから６５ＧＰａまで（例えば、５５ＧＰａから６０ＧＰａまで）の硬直性を有し得る。

実施形態において、複合材は、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸のそれぞれにおいて、１１×１０^−６Ｋ°^−１から２５×１０^−６Ｋ°^−１の熱膨張係数（ＣＴＥ）（すなわち、等方性ＣＴＥ、例えば、概算で１１×１０^−５Ｋ°^−１）を有し得る。

実施形態において、焼結された多孔質セラミック連続相は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、および同様の酸化物、またはそれらの混合物のうち少なくとも１つの、複数の部分的に融合した隣接する球状セラミック粒子から構成された「重なる球構造」を有する。

実施形態において、複合材は、共連続または両連続である。

実施形態において、焼結された多孔質セラミック第１連続相は、例えば、不織布である（例えば、上述のＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社に付与された特許出願、国際出願第２０１１／００５５３５Ａ１号を参照されたい）。

実施形態において、本開示は、上述の共連続のセラミックとポリマーとの複合材を作製する方法を提供し、当該方法は、
多孔質セラミックシートの表面と硬化性ポリマーとを接触させること（すなわち、多孔質セラミックシートの気孔を浸透するまたは吸収すること）を含み、多孔質セラミックシートは、１５体積％から５０体積％の、中間の値および範囲を含む、開気孔または開気孔率の、体積パーセントを有する。

実施形態において、作製する方法は、
テープ成形法、火炎加水分解法、１５体積％から５０体積％までで存在する気孔形成剤を有するグリーン体セラミックを焼成する方法、および同様の方法またはそれらの組み合わせのうち少なくとも１つによって、１５体積パーセントから５０体積パーセントの開気孔または開気孔率を有する多孔質の焼結されたセラミックシートを形成することを、さらに含み得る。

実施形態において、本開示は、上述の共連続のセラミックとポリマーとの複合材を作製する方法を提供し、当該方法は、
セラミックスラリーをテープ成形してセラミックグリーンテープを形成することと、
グリーンテープを焼成することと、
焼成したテープを硬化性ポリマーで含浸させることと、
焼成したテープ中の含浸させたポリマーを硬化させて共連続ポリマー−セラミック複合材を形成することと、を含む。

実施形態において、グリーンテープを焼成することは、１０００℃から１６００℃まででビスク焼成すること（すなわち、形になるまで焼成されたセラミック品）を含み、例えば、２０体積％から７０体積％まで隣接する粒子間で焼結するが、焼結が起こっていない粒子間の空隙または気孔を有し、粒子間の相互接続ネットワークおよびテープ内の多孔質空隙間の相互接続ネットワークを作る。実施形態において、出発粉末が、例えば、１０００℃から１３００℃まで加熱され得る。ただし、より大きい粒子が使用される場合は、より高い温度が使用され得る。

実施形態において、セラミックスラリー中の無機粒子のメジアン粒径は、中間の値および範囲を含む、例えば、０．１マイクロメートルから２０マイクロメートルまで（例えば、０．３３マイクロメートルなどの０．２マイクロメートルから１０マイクロメートル）であり得、９０％の粒子は、例えば０．７２マイクロメートル未満である。

実施形態において、硬化性ポリマーは、例えば、液体であり得るか、または硬化性ポリマーは、例えば、液状担体（溶媒または分散剤など）内にあり得る。

実施形態において、硬化性ポリマーは、例えば、架橋性ポリマー、重合性および架橋性モノマー、またはそれらの混合物、ならびに架橋剤であり得る。

実施形態において、硬化性ポリマーは、例えば、エポキシ樹脂、アミン−エポキシド樹脂、フェノール樹脂（例えば、官能化ビスフェノール化合物、例えば、ビスフェノールＡ、ＡＰ、ＡＦ、Ｂ、ＢＦ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｍ、Ｓ、Ｐ、ＰＨ、ＴＭＣ、Ｚ、例えば、ＥｌａｎＣａｓｔ（登録商標）、ビスフェノールＦ、例えば、Ｅｐｏｘｙｌｉｔｅ（登録商標）など）、イソシアネート樹脂、アルキド樹脂、アクリレート、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミン、および同様のポリマーまたは樹脂、またはそれらの混合物のうち少なくとも１つであり得る。

実施形態において、本開示は、上述のセラミックとポリマーとの複合材を含む物品を提供する。

実施形態において、物品は、例えば、プリント回路板であり得る。

実施形態において、プリント回路板は、例えば、１０ＧＨｚで２．４から６．７まで（例えば、１０ＧＨｚで２．５）の周波誘電体、および１０ＧＨｚで０．００１６から０．０１２まで（例えば、ＰＡＣＭ ＧＥ２２ポリマーに関して、１０ＧＨｚで０．０１３）の周波誘電性能を有し得る。

実施形態において、物品は、例えば、機械加工可能、例えば、機械式ドリルまたはレーザードリル、鋸、仕上げ機、または研磨機、であり得る。

実施形態において、本開示は、共連続ポリマー−セラミック複合材を提供する。

実施形態において、本開示は、開示される共連続ポリマー−セラミック複合材を含む物品を提供する。

実施形態において、本開示は、開示される共連続ポリマー−セラミック複合材を含むプリント回路板（ＰＣＢ）を提供する。

実施形態において、本開示は、開示される共連続ポリマー−セラミック複合材を含む集積回路板（ＩＣＢ）を提供する。

実施形態において、種々のポリマーまたは種々のポリマーの混合物を選択することによって、ポリマーおよび全体として複合材の、誘電特性および機械的特性を系統的に調節できる。

図面を参照すると、図１は、手持ち式ドリルでの穿孔などの機械加工が容易であり得、穴またはビアの機械穿孔およびレーザー穿孔を共に可能にする、開示される共連続セラミック−ポリマー複合材（すなわち、ポリマー−浸潤アルミナ）の例を示す。

開示される、機械加工された一試料は実施例３からのものであり、具体的には、４５体積％のＡｍｉｃｕｒｅ ＰＡＣＭ／Ｅｒｉｓｙｓ ＧＥ２２、二液性エポキシアミンで浸潤させ、次いで硬化させた５５体積％の酸化アルミニウムであり、表１のＡ１を参照されたい。首尾よく機械加工された別の試料は、表３に挙げた複合材Ａ３であった。

実施形態において、開示される機械加工可能な共連続ポリマー−セラミック複合材は、例えば、回転ドリルビットで、破壊、亀裂、または小片への破砕なく、穿孔および貫通され得る（図１を参照されたい）。複合材料中に、セラミックは相互接続した硬直な骨格構造を形成し、ポリマーは局所的な領域への損傷を限定できる亀裂停止媒介物または充填剤を形成する。このセラミックは必要な相互接続多孔性を有するため、多孔質セラミックのヤング率は完全に緻密質であるセラミックのヤング率より低い。ポリマーの相を複合材に含めることは、また、熱膨張をわずかに増大し、セラミックのみに比べてより低い剛性、およびより低い寸法安定性を有するが、得られる複合材料は、回路板を含む様々な用途に好適な機械的耐久性を有する。

図２は、開示される浸潤および硬化させた複合材料に関するＮ_２中での熱−重量分析（ＴＧＡ）を使用して得られた熱分解温度（Ｔ_ｄ）データのグラフを示す（ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ ＣＯＮＮＥＣＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ（登録商標）、Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（Ｔ_ｄ） ｏｆ Ｌａｍｉｎａｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｕｓｉｎｇ ＴＧＡ；Ｎｕｍｂｅｒ ２．４．２４．６、ＩＰＭ−ＴＭ−６５０； ｉｐｃ．ｏｒｇ／４．０＿Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ／４．１＿Ｓｔａｎｄａｒｄｓ／ｔｅｓｔ／２−４＿２−４−２４−６．ｐｄｆを参照されたい）。開示される浸潤および硬化された複合材料は、表３に挙げた試料Ａ３であり、これは１２５０℃で焼成され、次いで硬化性のＥｐｏｘｙｌｉｔｅ ６１０７（登録商標）樹脂で浸潤され、窒素下で硬化されたアルミナであった。

図３は、開示される実験的な試料Ａ１から試料Ａ６（表１）および対照に関する、気孔率対曲げ強度（ＭＰａで、塗りつぶした四角）および曲げ率（ＧＰａで、白抜きの丸）のグラフを示す。

複合材の試料Ａ１から試料Ａ６のデータを、ヤング率（ＧＰａで、塗りつぶした菱形）および曲げ強度（ＭＰａで、白抜きの菱形）を含む比較文献のデータに対してプロットした。比較対照は、様々な量の気孔率を有する、報告されているアルミナ材料のものであり、ＮＩＳＴデータベース（ＮＩＳＴ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ：Ｄａｔａｂａｓｅ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ：ＮＩＳＴ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｄａｔａｂａｓｅ、ＳＲＤ Ｄａｔａｂａｓｅ Ｎｕｍｂｅｒ ３０、オンラインでｓｒｄａｔａ．ｎｉｓｔ．ｇｏｖ／ＣｅｒａｍｉｃＤａｔａＰｏｒｔａｌを参照のこと）から得た。曲げ強度を、支持スパンを２０ｍｍの長さとし、荷重スパンを支持スパンの中央とした三点曲げ法を使用して得た。試料の幅は１０ｍｍであり、試料の厚さは焼成されたときのままであり、およそ０．０８ｍｍであった。曲げ率を、支持スパンを１０ｍｍの長さとし、荷重スパンを支持スパンの中央とした三点曲げ法を使用して、動的機械分析（ＤＭＡ）を使用して得た。試料の幅は、１０ｍｍであり、試料の厚さは焼成されたときのままであり、およそ０．０８ｍｍであった。貯蔵弾性率を曲げ率として定義した。図３に示される結果により、選択され、評価された開示される共連続アルミナ−ポリマー複合材は、文献の例と比べて、予想されたように機能することが確かめられた。

図４は、開示されるセラミック−ポリマー複合材を作製する方法のフローチャートの概要（４００）を示し、当該フローチャートの概要は、例えば、セラミック粉末（４０５）、１つまたは複数の有機添加剤（４１０）、および水などの好適な溶媒（４１５）を合わせること、合わせた混合物を完全に混合すること（４２０）、完全に混合した混合物をテープ成形して（４２５）テープ成形シートを形成すること、テープ成形シートを焼成すること（４３０）、テープ成形シートを、一成分（例えば、自己硬化型）ポリマーまたは二成分ポリマー（例えば、ポリマーおよび架橋性成分）で浸潤して（４３５）浸潤された成形シート（４４０）を形成すること、ならびに成形シート中の浸潤されたポリマーを硬化して（４４５）複合材を供給することを含む。

実施形態において、本開示は、共連続のポリマーとセラミックとの複合材を含む複合ＰＣＢを提供する。複合材は、例えば、ビスク焼成されたセラミックテープを形成し、次いで、セラミックテープ中の得られた気孔率を選択された樹脂で浸潤することによって、製造できる。

実施形態において、テープはテープ成形プロセスを使用して形成され得、このプロセスでは、例えば、有機バインダー、水性バインダー、またはそれらの混合物、ならびに有機液剤、水性液剤、またはそれらの混合物を使用し得る。液剤は、ビスク焼成前に除去するのが好ましい。

実施形態において、樹脂はテープの表面に塗布され得、テープの気孔に毛管作用で吸収され得る。毛管浸透プロセスは公知であり、樹脂、テープ基材、および周囲空気（例えば、組成、気圧、および温度）間の界面工学は、毛管作用プロセスにおいて考慮されるプロセスパラメータである。実施形態において、例は、酸化アルミニウムテープをアミン−エポキシド樹脂で、基準周囲条件下（すなわち、制御されていない）で浸潤することを含む。このプロセスは、硬直性で機械的耐久性である等方性材料をもたらした。実施形態において、１２５ＭＰａから１５０ＭＰａまでの強度、および５０ＧＰａから６５ＧＰａまでのヤング率が等方性材料に関して測定された。実施形態において、強度およびヤング率は、セラミック含有量の関数として変化し得る。

実施形態において、開示される共連続セラミック−ポリマー複合材は、いくつかの点で利点があり、例えば、
開示される複合材は、高周波用途および電子産業内で比較的薄いプロファイルを可能にする技術を可能にできる、
開示される複合材は、ＦＲ４または同様の材料に匹敵する、またはそれらを上回り得る、誘電特性および機械的耐久特性を有し得る、
開示される複合材は、優れた機械的硬直性、材料の選択肢、および周波誘電性能を提供できる、
開示されるＰＣＢ物品は、例えば、低誘電率、低散逸率、および調節可能な機械的特性を有し得る、ならびに
本開示は、テープなどの多孔質セラミックをポリマーで浸透することおよびポリマー熱硬化工程またはポリマー放射線硬化工程を含む作製する方法、ならびに、例えば５０マイクロメートルから１００マイクロメートルまでのテープ厚さを有する薄い形状因子プロファイルを提供する。

実施形態において、本開示は、例えば、４工程順序を含む複合材を作製する方法を提供し、当該順序は、セラミックテープを、例えばスラリーからテープ成形すること、テープを焼成すること、テープを硬化性液状ポリマーまたは液状樹脂で含浸すること、ならびに樹脂をその場で（ｉｎ ｓｉｔｕ）硬化して複合材を形成することを含む。

実施形態において、樹脂をその場で硬化することは、自己硬化樹脂と共になど、同時に遂行することも、または熱もしくは放射線への硬化性樹脂の曝露など、順を追って遂行することもできる。

実施形態において、本開示は、開示される共連続ポリマー−セラミック複合材を生成するために使用でき、低散逸率（例えば、１０ＧＨｚで０．０１未満のＤｆ）を有し得、複合材を回路板用途に好適にする、様々な種類のポリマー系を提供する。実施形態において、開示されるポリマーは、例えば、多孔質セラミックに浸潤され、次いで、例えばＵＶまたは熱的方法によって、硬化され得る。ポリマーは、誘電特性、ガラス転移温度（Ｔｇ）、ヤング率、化学的耐久性、またはそれらの組み合わせなどの特性のために選択できる。得られる構造は、少なくともこれらの特性において、市販の樹脂／ガラス繊維板と比べて優れている。ポリマーの選択は、例えば特定のポリマー分子量、架橋密度、配合の変更、またはポリマー構造および種類を変えることによる、を含み得る（例えばＰＣＢ製品産業における第一人者、ｉｓｏｌａ−ｇｒｏｕｐ．ｃｏｍを参照されたい）。

セラミックは、９９％から１％までの気孔率で作製されている。集積回路板（ＩＣＢ）用途に関して、６０％から９９％までの範囲にわたる気孔率を有するセラミックを使用することには材料上の利点がある。特定のＩＣＢ用途および耐久性機能に関して、好ましいセラミック基材は、５０体積％から９０体積％の内部空隙空間または気孔率を有し得る。

セラミック材料は、材料の固有特性に基づいて選択できる。アルミナを、その誘電特性および高い硬直性のため、ＩＣＢ用途のために選択した。他の材料が選択されてもよく、例えばシリカは、硬直性があまり重要でない場合、その優れた誘電特性のために選択され得る。窒化アルミニウムは、熱伝導率が重要であり、誘電特性が犠牲になってもよい場合、使用できる。

ポリマーは、また、複合材物品において所望の特性に基づいて、変更できる。ＩＣＢでは、ポリマーが低誘電損失を有することが必要である。低温硬化ポリマーおよびＵＶ硬化性ポリマーは、ＩＣＢ用途において、処理上の理由から、有利である。

実施形態において、本開示は、代表的なものであり、０．０１未満の散逸率（Ｄｆ）をもたらすことになるポリマー−複合材の共連続ポリマー相のために選択され得る、いくつかのポリマー系を提供する。表１に、いくつかの代表的なアルミナ基材および複合材を調製するために使用される基準基材の例を列挙する。

表２に、比較のおよび開示される複合材における共連続ポリマー相を調製するためのいくつかの代表的なポリマー系の例を列挙する。

実施形態において、複合材のために選択されたポリマーは、例えば、アミンが１，４−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル（Ｅｍｅｒａｌｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のＥｒｉｓｙｓ ＧＥ２２）と混合された４，４’−メチレンビスシクロヘキサンアミン樹脂（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社製のＡｍｉｃｕｒｅ ＰＡＣＭ）である場合など、熱硬化されたエポキシ／アミンポリマーであった。このポリマーを有する、開示されるＰＣＢにおいて達成された散逸率（Ｄｆ）は、０．０１３であった。

硬化剤または架橋剤
例は、イソシアネート、フェノール、ジカルボン酸もしくはジカルボン酸無水物、アクリレート、スチレンもしくはポリスチレン、ポリイミド、ポリアミンを含み、架橋剤は、グリシジルエーテル、例えば、式

のビスフェノールＡジグリシジルエーテル、二官能性アクリレート、二官能性ビニルモノマー、アミン、酸、酸無水物、フェノール、アルコール、チオール、およびそれらの混合物から選択されるエポキシ樹脂のための二官能性硬化剤、からなる群から選択される。

実施形態において、ホルムアルデヒドは、フェノール樹脂の架橋剤であり得、ポリオールはイソシアネート樹脂、アルキド樹脂、またはそれらの混合物の架橋剤であり得る。

実施形態において、本開示は、例えば８０マイクロメートルから９０マイクロメートルまでの厚さを有する、１つまたは複数の開示されるポリマー系で浸潤された多孔質アルミナ基材を提供する。セラミックの気孔率は、４０体積％から５０体積％（体積パーセント）であった。表３に、例示的な開示される共連続ポリマー−セラミック複合材および市販のＢＴエポキシ樹脂で調製された比較の複合材料の結果と特性を列挙する。

実施形態において、本開示は、例えばおよそ５５体積パーセントの酸化アルミニウムおよび４５体積パーセントのエポキシを有する共連続複合材を提供する。複合材の硬直性は、およそ６０ＧＰａであり、９３８Ｎ＊ｍｍの剛性の性能指数値を与え、２５０マイクロメートルのＦＲ−４材料と同じ剛性を維持しながら１８０マイクロメートルに厚さを低減することを可能にする（透光性アルミナ基材およびテープ成形法に言及している、上述の本願の権利者が所有し譲渡された、「Ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｔ ａｌｕｍｉｎａ ｆｉｌａｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔａｐｅ ｃａｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍａｋｉｎｇ」と称される米国特許第９，２８７，１０６号明細書を参照されたい）。

実施形態において、複合材に好適な開示されるポリマーは、好ましくは、多孔質セラミックへの完全な浸潤を可能にする粘度を有し得る。これらの液状ポリマーまたは溶液ポリマーの２５℃での粘度は、例えば、０．６ｃＰ（０．０００６Ｐａ・ｓ）から２０００ｃＰ（２Ｐａ・ｓ）であり得る。温度の上昇によりポリマーの粘度は低くなり得、浸潤の間、高温を任意選択で有利に使用できることは、ポリマー技術分野で知られている。多孔質セラミック中の得られた浸透または浸潤させたポリマーは、例えば、熱によって、またはＵＶ照射などの化学線によって、その場で硬化できる。

実施形態において、開示されるポリマーは、例えば、熱硬化性であり、Ｅｌａｎｔａｓ ＰＤＧ社から市販されている、Ｅｌａｎ−Ｃａｓｔ（登録商標）（例えば、Ｅ５００ ＲｅｓｉｎおよびＣ−４６ Ｈａｒｄｅｎｅｒ、二成分エポキシポッティング化合物）、および「Ｅｐｏｘｙｌｉｔｅ」（例えば、Ｅ６１０７ Ｈｉ Ｔｅｍｐ二成分エポキシ含浸樹脂）（ｅｌａｎｔａｓ．ｃｏｍを参照されたい）を含み得る。

テープ成形法は、アドバンストセラミックにおいて公知であり、１ミリメートルから５０マイクロメートル以下の厚さを有する大型の薄いシートを形成するようにスケーラブルである。ほとんどのセラミック材料、金属材料、およびポリマー材料は、テープ成形することができ、多数の基材（テープ）組成の選択肢を可能にする。

実施形態において、セラミック骨格の硬直性は、生じた焼結の量およびテープ成形した材料に固有の硬直性に左右される。硬直性は、すべての寸法が同様の特性を有するように、等方性である。気孔形成剤を使用せずにビスク焼成したセラミックは、４０％から９９％までの完全密度を有し得る。

ある特定の市販されるポリマー−セラミック複合材は、ガラスの粘弾特性を利用して線引きしたガラス繊維から作製される。現行の技術が、ガラスの代用として代替セラミック材料へ拡大すると、コスト高であるセラミック繊維形成法が使用される可能性がある。現在、ガラス繊維は平面の繊維マットへと織布され、次いで、適当な厚さに積層されている。

開示される発明の材料およびプロセスは、準等方特性を与え、平面特性とは異なる厚さ特性がもたらされることになる上述のコスト高の立体織りを使用しない。

実施形態において、開示される作製する方法では、多孔質セラミックが樹脂で浸潤され、次いで、樹脂が硬化されることが必要である。ある特定の市販されるポリマー−セラミック複合材は、例えば５０体積パーセントから７０体積パーセントまでの樹脂を使用して、繊維トウ間の空間を満たすことができる。対照的に、開示されるビスク焼成したセラミックは、１０体積パーセントから５０体積パーセントまでの樹脂を有し得、現行技術と比べてセラミック含有量がより高い複合材を提供する。より高いセラミック含有量およびより低い樹脂含有量により、構造安定性が向上する。

実施形態において、開示される複合材は、より高い無機物含有量、ならびにより高い周波数での誘電能力およびより高い周波数での性能をもたらす等方的な構造を有する。

セラミック複合材は、ＰＣＢ用途の要件を目標にして機能上設計され得る。硬直なセラミック骨格を使用して、弾力性のあるポリマーネットワークが靭性の高い相を生み出す、硬直性および寸法安定性を生み出すことができる。共連続複合材中では、セラミックが剛性を生み出し、ポリマーが、セラミックが破損し始めるときに生じる場合がある亀裂を止める。これらの構造上の特徴は、セラミックとポリマーとの間で中間の機械的特性を有する剛性で靭性の材料を相乗効果的に生み出す。

以下の実施例は、開示される複合材を作製すること、開示される複合材の使用、および分析、ならびに上述の一般的な手順に従った方法を実証する。

実施例１
多孔質アルミナ基材の調製 ３×４インチ（約７．６２×約１０．２センチメートル）の面積、８０マイクロメートルから９０マイクロメートルまでの厚さ、および５０体積パーセントから６０体積パーセントまでの気孔率を有する多孔質アルミナセラミック基材を以下の通り調製した。

テープ成形された、透光性アルミナフィラメントまたは透光性アルミナ板前駆体などの基材を、一般的な方法で調製でき、当該方法は、例えば、
５０ナノメートルから５００ナノメートルまでの平均粒径を有するアルミナ（すなわち、セラミック）粉末を含むバッチ混合物、バインダー、分散剤、可塑剤、消泡剤（すなわち、有機添加剤）および水性溶媒または非水性溶媒（例えば、水）を、例えば１０分から１０時間まで摩擦粉砕して、スラリーを形成することと、
任意選択で、得られたスラリーを真空下で脱ガスすることと、
脱ガスしたスラリーを２０マイクロメートルから２，０００マイクロメートルまでの湿潤厚さにテープ成形することと、
例えば、アンダーベッドヒータおよび２０℃から１００℃までに加熱された流動空気を使用して、テープ成形したスラリーを制御乾燥して、例えば５マイクロメートルから１，０００マイクロメートルまでの乾燥厚さを有するグリーンテープを形成することと、
グリーンテープを十分な時間および十分な温度で焼成して、焼結した、透光性アルミナフィラメントまたは透光性アルミナ板前駆体を提供することと、を含む。

典型的なスラリー成分およびそれらの量（体積％および重量％）を、表４に列挙する。

実施形態において、テープ成形された透光性アルミナなどの基材は、水性ベースまたは非水性ベースいずれかのテープ成形法によって調製でき、当該テープ成形法は、例えば、上述の本願の権利者が所有する、米国仮出願番号６２／０１９，６４９号明細書、現在は米国特許第２０１６０００２１１７号明細書において説明されるものを含む。さらに、テープ成形に関連する一般的な概念および原理は、Ｊａｍｅｓ Ｓ． Ｒｅｅｄによる「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、１９９５年、第２版、ＩＳＢＮ−１３：９７８−０４７１５９７２１６において言及されている。米国特許第２０１６０００２１１７号明細書は、透光性アルミナ基材のテープ成形プロセスに言及し、その中の図２において、プロセスフローチャートを提供している。アルミナ粉末は、任意選択で、バインダー、分散剤、可塑剤、および消泡剤を含む、水性テープ成形系において混合される。代替的には、溶媒ベースのテープ成形系を使用でき、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール、メチルエチルケトンなどのケトン、ベンゼン、トルエン、および同様の溶媒で、透光性アルミナテープを作製できる。一例は、エタノールベース溶媒系およびポリビニルブチラールバインダーに言及している。他の非水性系は、例えば、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートなどのカーボネート溶媒を有するポリプロピレンカーボネート（ＰＰＣ）バインダー、および燃焼ではなくアンジップ（ｕｎｚｉｐ）または解重合できるアクリル系バインダーを含む。

バッチ材料は、例えば、ボールミル法、高せん断混合法、摩擦粉砕法、振動粉砕法、ローラ粉砕法、および同様の方法のうち１つまたは複数によって、混合および粉砕できる。粉砕プロセスは、好ましくは、集塊を完全に除いた粒子を提供し、均一の、すなわち十分に分散したスラリーを作り出すべき重要な工程である。実施形態において、摩耗粉砕（別名、攪拌ボールミル）は、アルミナ粉末の集塊を除くことに優れている。摩耗粉砕は、粉砕プロセス中に材料へ高エネルギーを入力するために、他の粉砕のプロセスおよび設備を上回る利点を有する。このことにより、バッチを他の技法より短い期間時間でより小さい粒径へと粉砕することが可能になり、例えば、ボールミル法で、１時間から３時間対５０時間から１００時間である。実施形態において、このことにより、テープの微細構造はより均質になる。

アルミナ粉末の粒径は、所望の用途および制約に対して選択され得る。実施形態において、アルミナ粉末は、５０ナノメートルから１０００ナノメートルまでの平均粒径を有し得る。実施形態において、アルミナ粉末は、スラリーへの導入前に、例えば、２ｍ^２／ｇから３０ｍ^２／ｇまでのＢＥＴ表面積を有し得る。実施形態において、アルミナ粉末は、例えば、スラリー中で５体積％から６０体積％までのセラミック固形量を有し得、グリーンテープは、例えば、３５体積％から８５体積％までのセラミック固形量を有し得る。

実施形態において、粉砕プロセスは、過熱を避け、かつ溶媒（複数可）の蒸発を低減するために、例えば、０℃、５℃、１０℃、または１５℃などの制御された温度で遂行され得る。実施形態において、スラリーは、初めは大きい集塊を破砕するために、短い時間期間（例えば、約５分から２０分）、低いｒｐｍ（例えば、約４ｒｐｍから６００ｒｐｍ）で粉砕でき、次いで、ｒｐｍを約１０００ｒｐｍから１５００ｒｐｍに増大し、例えば３０分から２時間、粉砕できる。

アルミナが十分に粉砕されたら、メッシュスクリーン（例えば、８０から１２０）によって粉砕媒体をスラリーから濾過し、真空を使用してスラリーを脱気／脱ガスする。このことにより、除去されなければ混合物内で気泡として見える閉じ込められた空気が、粉砕された生成物から除去される。例えば、脱気はデシケーターチャンバーによって、次いで、真空プラネタリーミキサーによって遂行できる。そのような例において、スラリーをデシケーターチャンバーに入れ、最大１０分間まで脱気する。初めの脱気後、スラリーをプラネタリーミキサーに入れ、真空下で処理した。代替の脱気手順では、デシケーターチャンバーで、より高い真空度を使用できる。

脱ガスプロセスが完了すると、スラリーを任意選択でフィルターに通して、除去されなければ焼結される材料の不都合な特性を付与する、すべての大きいサイズの汚染物を混合物から除去できる。フィルターに通すことは、例えば、ナイロン、繊維、または他の好適な材料から作製された、例えば１００マイクロメートル、５０マイクロメートル、２５マイクロメートル、１０マイクロメートル、または１マイクロメートルのフィルターで行い得る。

次に、ドクターブレードまたは他の成形設備を使用して、スラリーを所望の厚さでテープ成形し、湿潤で薄いセラミックスラリーのシートを形成する。スラリーの湿潤厚さは、約２０マイクロメートルから約２０，０００マイクロメートルまでであり得る。アルミナの汚染を避けるため、成形は、クラス１００またはクラス１０００のクリーンルームなどのクリーンルーム条件下で遂行されるのが好ましい。粉砕工程、脱気工程、および積層工程などの他の工程も、汚染の程度をさらに低減するために、クリーンルームで行い得る。実施形態において、シリコーン被覆された、およそ５０マイクロメートルから５００マイクロメートル厚さのマイラー（登録商標）フィルム上に試料をテープ成形した。シリコーン被覆により、乾燥後のテープ材料の取り外しが容易になる。テープのための他の好適なフィルムまたは表面は、例えば、テフロン（登録商標）、ガラス、金属ベルト、および同様の代替材料であり得る。約１００マイクロメートルから１０００マイクロメートルの隙間を有するドクターブレードの下にスラリーを通し、薄いセラミックテープのシートを形成した。成形ブレードを、例えば、１０ｍｍ／秒の速度で、「マイラー」にわたって移動させた。当該速度は、プロセスの速度を増大しテープの厚さを調整するために、必要に応じて変更できる。湿潤テープを制御条件下で乾燥して、「グリーン状態」のテープ、または代替的に「グリーンテープ」と呼ばれる薄いセラミック／ポリマー複合材テープを形成し、当該テープは、所望の形状に形成できる。

実施形態において、例えばアンダーベッドヒータおよび例えば２０℃から１００℃までに加熱された流動空気を、所望の程度までテープを乾燥するのに十分な時間、テープの上に使用して、テープを制御された制約下で乾燥する。一般に、透光性アルミナ基材および基材前駆体は、テープ成形スラリー中のバインダーの量または気孔率の量のいずれかにおけるわずかな変動に影響を受けない。実施形態において、グリーンテープは、好ましくは、約０．０１体積％から約２５体積％までの気孔率を有し得る。実施形態において、グリーンテープセラミック固形量は、例えば、４５体積％より大きい、例えば、４５体積％、５０体積％、６０体積％、または７０体積％以上であり得る。

焼成 単一の炉におけるバインダーの燃え尽きを完了する工程および焼結工程を含む、単一の熱サイクルを使用して、グリーンテープまたは乾燥したグリーンテープを焼成した。テープ部分を、１１００℃と１３００℃との間の焼結温度に加熱し、２時間から１０時間まで保持した。基材内の気孔率の量は、用いられる加熱サイクルに関連している。

実施例２
浸透させた多孔質アルミナ基材の調製：ＵＶ硬化性アクリレート 実施例１の多孔質アルミナセラミック基材を、約７４．６２重量％のイソボルニルアクリレート（ＩＡ）、約２４．８７重量％のジシクロペンチルアクリレート（ＤＡ）、および約０．５重量％のＴＰＯ（すなわち、ＢＡＳＦ社から入手可能な「Ｉｒｇａｃｕｒｅ」ＴＰＯ光開始剤）を含むＵＶ硬化性一液性アクリレートＩＡ−ＤＡで浸潤した。浸潤させたポリマーを、窒素パージ下で、６００Ｗ／インチ（約２３６Ｗ／ｃｍ）Ｄバルブ放射線源（５０％出力およびおよそ１２フィート／分（約３６６ｃｍ／分）ベルト速度）を有するＦｕｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＵＶ硬化装置で、Ｌｉｇｈｔ ＢｕｇモデルＩＬ４９０（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｉｇｈｔ社）で測定される２２５ｎｍから４００ｎｍで９．６Ｊ／ｃｍ^２（１パスあたり１．２Ｊ／ｃｍ^２、８パス）の総用量で硬化した。

実施例３
浸透させた多孔質アルミナ基材の調製：二液性エポキシ ８０マイクロメートルから９０マイクロメートルまでの厚さ、および５０体積パーセントから６０体積パーセントまでの気孔率を有する実施例１の多孔質アルミナセラミック基材を、１：１モル当量比の、４，４’−メチレンビスシクロヘキサンアミン樹脂と１，４−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテルとの混合物を基材の上面に流し、上面が混合物で完全に被覆されるまでスパチュラで広げることによって、周囲温度において混合物で浸潤した。代替的に、または追加的に、混合物が過剰である場合、過剰の混合物を基材の表面からふき取ることができる。代替的に、または追加的に、混合物を、スロットダイコーターで基材の表面上に制御可能に堆積させることができ、残渣のまたは過剰な混合物が上面から除去されることを避けることができる。得られた被覆された基材を、完全にまたはほぼ完全に浸潤させるために、周囲温度で、例えば約１分間、表面上のポリマーの量の見かけに変化、例えば、あるとすれば可視の薄いフィルム、がなくなるまで放置した。得られた、被覆され浸潤された基材を、１００℃に材料を加熱し、１２０分間滞留させることによって熱硬化し、次いで、１５０℃に加熱し、１２０分間窒素雰囲気内で滞留させた。上述の実施例３の二液性エポキシの代わりに使用できる、代替的な二液性エポキシ樹脂は、例えば、「ＥｌａｎＣａｓｔ」または「Ｅｐｏｘｙｌｉｔｅ」であるが、これらのどちらかが、異なる硬化スケジュールを伴ってもよい。

本開示を、様々な特定の実施形態および技法を参照して説明してきた。しかしながら、本開示の範囲にとどまりながら、多くの変形および修正が可能であることが理解されるべきである。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
セラミックとポリマーとの複合材であって、
当該複合材の全体積に基づいて、５０体積％から８５体積％までの実体積、および５０体積％から１５体積％までの気孔率を有する、焼結された多孔質セラミックを含む第１連続相と、
当該焼結された多孔質セラミック第１連続相の気孔率中に位置している第２連続ポリマー相と、
を含む、複合材。

実施形態２
前記焼結された多孔質セラミックは、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、またはそれらの混合物のうち少なくとも１つを含む、実施形態１記載の複合材。

実施形態３
前記複合材は、１０マイクロメートルから１０００マイクロメートルまでの厚さを有するシートである、実施形態１から２いずれかに記載の複合材。

実施形態４
前記複合材は、１０マイクロメートルから２５０マイクロメートルまでの厚さを有するシートである、実施形態１から３いずれかに記載の複合材。

実施形態５
前記複合材は、１０マイクロメートルから１００マイクロメートルまでの厚さを有するシートである、実施形態１から４いずれかに記載の複合材。

実施形態６
前記複合材は、１２５ＭＰａから２５０ＭＰａまでの強度、および５０ＧＰａから２５０ＧＰａまでのヤング率を有する、実施形態１から５いずれかに記載の複合材。

実施形態７
前記焼結された多孔質セラミック連続相の前記ヤング率は、５０ＧＰａから２１０ＧＰａまでである、実施形態１から６いずれかに記載の複合材。

実施形態８
前記複合材は、５０ＧＰａから６５ＧＰａまでの硬直性を有する、実施形態１から７いずれかに記載の複合材。

実施形態９
前記複合材は、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸のそれぞれにおいて、１１×１０^−６Ｋ°^−１から２５×１０^−６Ｋ°^−１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する、実施形態１から８いずれかに記載の複合材。

実施形態１０
前記焼結された多孔質セラミック連続相は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、またはそれらの混合物のうち少なくとも１つの、複数の部分的に融合した隣接する球状セラミック粒子から構成された重なる球構造を有する、実施形態１から９いずれかに記載の複合材。

実施形態１１
前記焼結された多孔質セラミック連続相は不織である、実施形態１から１０いずれかに記載の複合材。

実施形態１２
実施形態１から１１いずれかに記載のセラミックとポリマーとの複合材を作製する方法であって、
多孔質セラミックシートの表面と硬化性ポリマーとを接触させることを含み、当該多孔質セラミックシートは、１５％から５０％の開気孔の体積パーセントを有する、方法。

実施形態１３
テープ成形法、火炎加水分解法、１５体積％から５０体積％までで存在する気孔形成剤を有するグリーン体セラミックを焼成する方法、またはそれらの組み合わせのうち少なくとも１つによって、１５体積パーセントから５０体積パーセントの開気孔を有する多孔質の焼結されたセラミックシートを形成することを、さらに含む、実施形態１２記載の方法。

実施形態１４
前記硬化性ポリマーは、液体を含むか、または液状担体である、実施形態１２から１３いずれかに記載の方法。

実施形態１５
前記硬化性ポリマーは、架橋性ポリマー、重合性および架橋性モノマー、またはそれらの混合物、ならびに架橋剤の混合物を含む、実施形態１２から１４いずれかに記載の方法。

実施形態１６
前記硬化性ポリマーは、エポキシ樹脂、アミン−エポキシド樹脂、フェノール樹脂、イソシアネート樹脂、アルキド樹脂、アクリレート、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミン、またはそれらの混合物のうち少なくとも１つを含む、実施形態１２から１５いずれかに記載の方法。

実施形態１７
実施形態１記載のセラミックとポリマーとの複合材を含む物品。

実施形態１８
前記物品はプリント回路板である、実施形態１７記載の物品。

実施形態１９
前記プリント回路板は、１０ＧＨｚで２．４から６．７までの周波誘電体、および１０ＧＨｚで０．００１６から０．０１２までの周波誘電性能を有する、実施形態１８記載の物品。

実施形態２０
少なくとも１つの機械加工された表面、
少なくとも１つの、前記物品に部分的に穿孔された孔、
少なくとも１つの、当該物品に貫通された孔、またはそれらの組み合わせ
のうち少なくとも１つをさらに含む、実施形態１７記載の物品。

Claims (7)

1. セラミックとポリマーとの複合材であって、
   該複合材の全体積に基づいて、５０体積％から８５体積％までの実体積、および５０体積％から１５体積％までの気孔率を有する、焼結された多孔質セラミックを含む第１連続相と、
   該焼結された多孔質セラミック第１連続相の気孔率中に位置している第２連続ポリマー相と、を含む、複合材。
2. 前記焼結された多孔質セラミックは、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、またはそれらの混合物のうち少なくとも１つを含む、請求項１記載の複合材。
3. 前記複合材は、１０マイクロメートルから１０００マイクロメートルまでの厚さを有するシートである、請求項１または２いずれか一項に記載の複合材。
4. 前記複合材は、
   １２５ＭＰａから２５０ＭＰａまでの強度、
   ５０ＧＰａから２５０ＧＰａまでのヤング率、
   ５０ＧＰａから６５ＧＰａまでの硬直性、または
   ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸のそれぞれにおいて、１１×１０^−６Ｋ°^−１から２５×１０^−６Ｋ°^−１の熱膨張係数（ＣＴＥ）
   のうち少なくとも１つを有する、請求項１から３いずれか一項に記載の複合材。
5. 前記焼結された多孔質セラミック連続相の前記ヤング率は、５０ＧＰａから２１０ＧＰａまでである、請求項１から４いずれか一項に記載の複合材。
6. 前記焼結された多孔質セラミック連続相は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、またはそれらの混合物のうち少なくとも１つの、複数の部分的に融合した隣接する球状セラミック粒子から構成された重なる球構造を有する、請求項１から５いずれか一項に記載の複合材。
7. 前記焼結された多孔質セラミック連続相は不織である、請求項１から６いずれか一項に記載の複合材。

Images