KR20220052339A

KR20220052339A - 안테나 시스템용 중합체 조성물

Info

Publication number: KR20220052339A
Application number: KR1020227009058A
Authority: KR
Inventors: 영신 김
Original assignee: 티코나 엘엘씨
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2022-04-27
Also published as: US11637365B2; US20210057811A1; US20230344116A1; EP4017713A1; CN114364520A; JP2022545340A; WO2021034882A1; TW202115167A; EP4017713A4

Abstract

본 발명은 중합체 매트릭스 내에 분포된 유전 물질을 포함하는 중합체 조성물에 관한 것이다. 상기 유전 물질은 약 0.1 ohm·cm 내지 약 1 x 10¹² ohm·cm의 체적 저항률을 갖고, 상기 중합체 매트릭스는 하나 이상의 열방성 액정 중합체를 함유하고, 또한, 상기 중합체 조성물은 2 GHz의 주파수에서 측정된 약 10 이상의 유전 상수 및 약 0.1 이하의 유전손실 계수(dissipation factor)를 나타낸다.

Description

안테나 시스템용 중합체 조성물

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2019년 8월 21일 출원된 미국 특허 가출원 제62/889,792호; 2019년 9월 10일 출원된 미국 특허 가출원 제62/898,188호; 2019년 10월 24일 출원된 미국 특허 가출원 제62/925,271호; 2019년 12월 20일 출원된 미국 특허 가출원 제62/951,033호; 2020년 1월 7일 출원된 미국 특허 가출원 제62/958,003호; 2020년 2월 10일 출원된 미국 특허 가출원 제62/972,201호; 2020년 5월 14일 출원된 미국 특허 가출원 제63/024,579호; 및 2020년 6월 15일 출원된 미국 특허 가출원 제63/038,980호를 우선권 주장하고, 상기 출원들은 그 전체가 본원에 참조로 혼입된다.

다양한 전자 컴포넌트(electronic component)에서 안테나 시스템을 형성하기 위해, 성형된 상호연결 장치(molded interconnect devices, "MID")는 흔히 전도성 소자 또는 경로가 형성되어 있는 플라스틱 기판을 함유한다. 따라서, 이러한 MID 장치는 집적된 프린팅된 도체 또는 회로 레이아웃을 갖는 3차원 성형된 부품(part)이다. 컴퓨터-제어되는 레이저 빔이 플라스틱 기판 위를 이동하여 전도성 경로가 위치되어야 하는 위치에서의 상기 플라스틱 기판의 표면을 활성화시키는 동안 레이저 직접 구조화(laser direct structuring) 공정을 사용하여 MID를 형성하는 것이 점점 더 대중화되고 있다. 레이저 직접 구조화 공정에 의해, 150 μm 이하의 전도성 소자 너비 및 이격을 얻을 수 있다. 결과적으로, 이러한 공정으로부터 형성된 MID는 최종-사용 적용례에서의 공간 및 중량을 보존한다. 레이저 직접 구조화의 또 다른 장점은 이의 융통성이다. 다양한 물질이 레이저 직접 구조화된 MID 장치의 플라스틱 기판을 형성하는 것에 대해 제안되어 왔다. 예컨대, 하나의 이러한 물질은 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴 부탄다이엔 스티렌("ABS"), 구리 크로뮴 옥사이드 스피넬(spinel) 및 비스페놀 A 다이페닐 포스페이트("BPADP") 난연제의 배합물이다. 그러나, 이러한 물질로 인한 한가지 문제는 난연제가 조성물의 기계적 특성(예컨대, 하중 하에서의 변형 온도)에 유해한 영향을 주는 경향이 있는 것이고, 이는 레이저 직접 구조화 공정에서 사용하기 어렵게 한다. 또한, 이러한 물질은 고온 내성을 요하는 납-미함유 융접 공정(soldering process)(표면 실장 기술(surface mount technology))에 적합하다. 또 다른 문제는 물질이 낮은 유전 상수(dielectric constant) 및 높은 유전손실 계수(dissipation factor)를 갖는 경향이 있는 것이고, 이는 장치 내에 1개 초과 안테나를 포함함이 목적되는 적용례에서 사용하기 어렵게 한다.

이와 같이, 상대적으로 높은 유전 상수 및 낮은 유전손실 계수를 갖는 안테나 시스템에 사용하기 위한 중합체 조성물에 대한 요구가 존재한다.

본 발명의 하나의 양태에 따라, 중합체 매트릭스 내에 분포된 유전 물질을 포함하는 중합체 조성물이 개시된다. 유전 물질은 약 0.1 ohm·cm 내지 약 1 x 10¹² ohm·cm의 체적 저항률(volume resistivity)을 갖는다. 상기 중합체 매트릭스는 하나 이상의 열방성 액정 중합체(thermotropic liquid crystalline polymer)를 함유하고, 상기 중합체 조성물은 2 GHz의 주파수에서 측정된 약 4 이상의 유전 상수 및 약 0.3 이하의 유전손실 계수를 나타낸다.

본 발명의 다른 특징 및 양상은 아래에 보다 더 자세하게 제시된다.

당업자에게 있어서의 최선의 방식을 포함하여, 본 발명의 완전하고 가능하게 하는 개시내용은, 특히 수반되는 수치에 대한 참조를 비롯한 명세서의 나머지 부분에서 더욱 구체적으로 명시되어 있다.
도 1 및 2는 각각 안테나 시스템을 사용할 수 있는 전자 컴포넌트의 하나의 양태의 전방 및 후방 투시도이다.
도 3은 안테나 시스템의 하나의 양태에 대한 예시적인 역-F(inverted-F) 안테나 공명 소자(antenna resonating element)의 평면도이다.
도 4는 안테나 시스템의 하나의 양태에 대한 예시적인 모노폴(monopole) 안테나 공명 소자의 평면도이다.
도 5는 안테나 시스템의 하나의 양태에 대한 예시적인 슬롯(slot) 안테나 공명 소자의 평면도이다.
도 6은 안테나 시스템의 하나의 양태에 대한 예시적인 패치(patch) 안테나 공명 소자의 평면도이다.
도 7은 안테나 시스템의 하나의 양태에 대한 예시적인 다분지(multibranch) 역-F 안테나 공명 소자의 평면도이다.
도 8은 본 개시내용의 양상에 따른 기지국(base station), 하나 이상의 중계국(relay station), 하나 이상의 사용자 컴퓨팅 장치(user computing device) 및 하나 이상의 Wi-Fi 중계기(repeater)를 포함하는 5G 안테나 시스템을 도시한 것이다.
도 9a는 본 개시내용의 양상에 따른 5G 안테나를 포함하는 예시적인 사용자 컴퓨팅 장치의 하향도를 도시한 것이다.
도 9b는 본 개시내용의 양상에 따른 5G 안테나를 포함하는 도 9a의 예시적인 사용자 컴퓨팅 장치의 측면도를 도시한 것이다.
도 10은 도 9a의 사용자 컴퓨팅 장치의 일부에 대한 확대도를 도시한 것이다.
도 11은 본 개시내용의 양상에 따른 공면 도파관 안테나 어레이 구성(co-planar waveguide antenna array configuration)의 측면도를 도시한 것이다.
도 12a는 본 개시내용의 양상에 따른 대규모 다중-인-다중-아웃(multiple-in-multiple-out) 구성을 위한 안테나 어레이를 도시한 것이다.
도 12b는 본 개시내용의 양상에 따른 레이저 직접 구조화로 형성된 안테나 어레이를 도시한 것이다.
도 12c는 본 개시내용의 양상에 따른 예시적인 안테나 구성을 도시한 것이다.
도 13a 내지 13c는 안테나 시스템을 형성하는 데 사용될 수 있는 레이저 직접 구조화 제조 공정의 단순화된 순차 다이어그램을 도시한 것이다.

본 논의는 예시적인 양태의 설명일 뿐이고, 본 발명의 광범위한 양상을 제한하는 것으로 의도되지 않는 것으로 당업자에게 이해되어야 한다.

일반적으로 말해서, 본 발명은 열방성 액정 중합체를 포함하는 중합체 매트릭스 내에 분포된 유전 물질을 함유하는 중합체 조성물에 관한 것이다. 조성물의 다양한 양상(예를 들어, 유전 물질의 체적 저항률)을 선택적으로 제어함으로써, 본 발명자는 생성된 조성물이 안테나 시스템에서 사용하기 위한 높은 유전 상수 및 낮은 유전손실 계수의 독특한 조합을 유지할 수 있음을 발견하였다. 예를 들어, 중합체 조성물은 2 GHz의 주파수에서 스플릿-포스트 공명기 방법(split post resonator method)에 의해 측정된 약 4 이상, 일부 양태에서 약 8 이상, 일부 양태에서 약 10 이상, 일부 양태에서 약 10 내지 약 30, 일부 양태에서 약 11 내지 약 25, 일부 양태에서, 약 12 내지 약 24의 높은 유전 상수를 나타낼 수 있다. 이러한 높은 유전 상수는 얇은 기판을 형성하는 능력을 용이하게 할 수 있고, 또한, 최소 수준의 전기 간섭만으로 동시에 작동하는 다중 전도성 소자(예를 들어, 안테나)를 사용할 수 있도록 허용할 수 있다. 유전손실 계수(에너지 손실률의 척도)는 비교적 낮을 수 있고, 예컨대, 약 0.3 이하, 일부 양태에서 약 0.1 이하, 일부 양태에서 약 0.06 이하, 일부 양태에서 약 0.04 이하, 일부 양태에서 약 0.01 이하, 일부 양태에서 약 0.001 내지 약 0.006일 수 있고, 이는 2 GHz의 주파수에서 스플릿-포스트 공명기 방법에 의해 측정된다. 주목할 만하게도, 본 발명자는 또한 유전 상수 및 유전손실 계수가 약 -30℃ 내지 약 100℃의 온도와 같은 다양한 온도에 노출되었을 때에도 위에서 언급한 범위 내에서 유지될 수 있다는 것을 놀랍게도 발견했다. 예를 들어, 본원에 기재된 열 주기 시험을 실시하는 경우, 초기 유전 상수에 대한 열 주기 후 유전 상수의 비는 약 0.8 이상, 일부 양태에서 약 0.9 이상, 일부 양태에서 약 0.91 내지 약 1일 수 있다. 마찬가지로, 초기 유전손실 계수에 대한 고온에 노출된 후 유전손실 계수의 비는 약 1.3 이하, 일부 양태에서 약 1.2 이하, 일부 양태에서 약 1.1 이하, 일부 양태에서 약 1.0 이하, 일부 양태에서 약 0.95 이하, 일부 양태에서 약 0.1 내지 약 0.9, 일부 양태에서 약 0.2 내지 약 0.8일 수 있다. 유전손실 계수의 변화(즉, 초기 유전손실 계수 - 열 주기 후 유전손실 계수)는 또한 약 -0.1 내지 약 0.1, 일부 양태에서 약 -0.05 내지 약 0.01, 일부 양태에서 약 -0.001 내지 0일 수 있다.

통상적으로는, 높은 유전 상수와 낮은 유전손실 계수의 조합을 보유하는 중합체 조성물은 또한 특정 유형의 적용례에서 사용할 수 있도록 충분히 좋은 열적 특성, 기계적 특성 및 가공의 용이성(즉, 낮은 점도)을 충분히 보유하지 않을 것으로 여겨졌다. 그러나, 통상적인 생각과는 달리, 상기 중합체 조성물은 우수한 열적 특성, 기계적 특성 및 가공성을 모두 소유하는 것으로 밝혀졌다. 조성물의 융점은, 예를 들어, 약 250℃ 내지 약 440℃, 일부 양태에서 약 270℃ 내지 약 400℃, 일부 양태에서 약 300℃ 내지 약 380℃일 수 있다. 이러한 융점에서도, 융점에 대한 하중 하에서의 굴곡 온도("DTUL")(단기 내열성의 척도)의 비는 여전히 상대적으로 높게 유지될 수 있다. 예를 들어, 상기 비는 약 0.5 내지 약 1.00, 일부 양태에서 약 0.6 내지 약 0.95, 일부 양태에서 약 0.65 내지 약 0.85일 수 있다. 특정 DTUL 값은, 예를 들어, 약 200℃ 내지 약 350℃, 일부 양태에서 약 210℃ 내지 약 320℃, 일부 양태에서 약 230℃ 내지 약 290℃일 수 있다. 이러한 높은 DTUL 값은 무엇보다도 전자 컴포넌트의 다른 컴포넌트와 구조를 결합하기 위한 고속 및 신뢰할 수 있는 표면 장착 공정의 사용을 가능하게 할 수 있다.

중합체 조성물은 또한 얇은 기판을 형성할 때 유용한 높은 충격 강도를 가질 수 있다. 조성물은, 예를 들어, 약 0.5 kJ/m² 이상, 일부 양태에서 약 1 내지 약 60 kJ/m², 일부 양태에서 약 5 내지 약 50 kJ/m², 일부 양태에서 약 20 내지 약 45 kJ/m²의 샤피 노치 충격 강도(Charpy notched impact strength)를 가질 수 있고, 충격 강도는 ISO 시험 번호 ISO 179-1:2010에 따라 23℃의 온도에서 측정될 수 있다. 조성물의 인장 및 굴곡 기계적 특성도 우수할 수 있다. 예컨대, 중합체 조성물은 약 20 내지 약 500 MPa, 일부 양태에서 약 50 내지 약 400 MPa, 일부 양태에서 약 70 내지 약 350 MPa의 인장 강도; 및 약 0.4% 이상, 일부 양태에서 약 0.5% 내지 약 10%, 일부 양태에서 약 0.6% 내지 약 3.5%의 인장 파괴 변형률(tensile break strain); 및/또는 약 5,000 MPa 내지 약 20,000 MPa, 일부 양태에서 약 8,000 MPa 내지 약 20,000 MPa, 일부 양태에서 약 10,000 MPa 내지 약 20,000 MPa의 인장 탄성률(tensile modulus)을 나타낼 수 있다. 인장 특성은 ISO 시험 번호 527:2012에 따라 23℃의 온도에서 측정될 수 있다. 또한, 중합체 조성물은 약 20 내지 약 500 MPa, 일부 양태에서 약 50 내지 약 400 MPa, 일부 양태에서 약 100 내지 약 350 MPa의 굴곡 강도; 약 0.4% 이상, 일부 양태에서 약 0.5% 내지 약 10%, 일부 양태에서 약 0.6% 내지 약 3.5%의 굴곡 연신율(flexural elongation); 및/또는 약 5,000 MPa 내지 약 20,000 MPa, 일부 양태에서 약 8,000 MPa 내지 약 20,000 MPa, 일부 양태에서 약 10,000 MPa 내지 약 15,000 MPa의 굴곡 탄성률(flexural modulus)을 나타낼 수 있다. 상기 굴곡 특성은 ISO 시험 번호 178:2010에 따라 23℃의 온도에서 측정될 수 있다.

본 발명의 다양한 양태는 이후로 보다 자세하게 설명될 것이다.

I. 중합체 조성물

A. 중합체 매트릭스

중합체 매트릭스는 일반적으로 전체 중합체 조성물의 약 15 중량% 내지 약 85 중량%, 일부 양태에서 약 20 중량% 내지 약 75 중량%, 일부 양태에서 약 30 중량% 내지 약 50 중량%의 양의 하나 이상의 액정 중합체를 함유한다. 일반적으로, 액정 중합체는 막대-유사 구조를 보유하고 이의 용융 상태(예컨대, 열방성 네마틱 상태(thermotropic nematic state))에서 결정 거동을 나타내는 정도에 한해 "열방성"으로서 분류된다. 중합체 조성물에 사용되는 액정 중합체는 전형적으로 약 200℃ 이상, 일부 양태에서 약 220℃ 내지 약 350℃, 일부 양태에서 약 240℃ 내지 약 300℃의 융점을 갖는다. 융점은 시차 주사 열량측정("DSC")을 사용하여 당업계에 주지된 바와 같이 측정될 수 있고, 예컨대, ISO 시험 번호 11357-3:2011에 의해 측정될 수 있다. 이러한 중합체는 당업계에 공지되어 있는 하나 이상의 유형의 반복 단위로부터 형성될 수 있다. 예컨대, 액정 중합체는 일반적으로 하기 화학식 (I)로 표시되는 하나 이상의 방향족 에스터 반복 단위를 함유할 수 있다:

상기 식에서,

고리 B는 치환되거나 비치환된 6-원 아릴 기(예컨대, 1,4-페닐렌 또는 1,3-페닐렌), 치환되거나 비치환된 5- 또는 6-원 아릴 기에 융합된 치환되거나 비치환된 6-원 아릴 기(예컨대, 2,6-나프탈렌), 또는 치환되거나 비치환된 5- 또는 6-원 아릴 기에 연결된 치환되거나 비치환된 6-원 아릴 기(예컨대, 4,4-바이페닐렌)이고;

Y₁ 및 Y₂는 독립적으로 O, C(O), NH, C(O)HN 또는 NHC(O)이다.

전형적으로, Y₁ 및 Y₂ 중 하나 이상은 C(O)이다. 이러한 방향족 에스터 반복 단위의 예는, 예컨대, 방향족 다이카복실 반복 단위(화학식 I에서 Y₁ 및 Y₂는 C(O)임)), 방향족 하이드록시카복실 반복 단위(화학식 I에서 Y₁은 O이고, Y₂는 C(O)임), 및 이들의 다양한 조합을 포함할 수 있다.

예컨대, 방향족 하이드록시카복실산, 예컨대, 4-하이드록시벤조산; 4-하이드록시-4'-바이페닐카복실산; 2-하이드록시-6-나프토산; 2-하이드록시-5-나프토산; 3-하이드록시-2-나프토산; 2-하이드록시-3-나프토산; 4'-하이드록시페닐-4-벤조산; 3'-하이드록시페닐-4-벤조산; 4'-하이드록시페닐-3-벤조산 등, 및 이들의 알킬, 알콕시, 아릴 및 할로겐 치환기, 및 이들의 조합으로부터 유도된 방향족 하이드록시카복실 반복 단위가 사용될 수 있다. 특히 적합한 방향족 하이드록시카복실산은 4-하이드록시벤조산("HBA") 및 6-하이드록시-2-나프토산("HNA")이다. 사용 시, 하이드록시카복실산(예컨대, HBA 및/또는 HNA)으로부터 유도된 반복 단위는 전형적으로 중합체의 약 20 몰% 이상, 일부 양태에서 약 30 몰% 내지 약 70 몰%, 일부 양태에서 약 35 몰% 내지 60 몰%를 구성한다.

또한, 방향족 다이카복실산, 예컨대, 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌다이카복실산, 다이페닐 에터-4,4'-다이카복실산, 1,6-나프탈렌다이카복실산, 2,7-나프탈렌다이카복실산, 4,4'-다이카복시바이페닐, 비스(4-카복시페닐)에터, 비스(4-카복시페닐)부탄, 비스(4-카복시페닐)에탄, 비스(3-카복시페닐)에터, 비스(3-카복시페닐)에탄 등, 및 이들의 알킬, 알콕시, 아릴 및 할로겐 치환기, 및 이들의 조합으로부터 유도된 방향족 다이카복실 반복 단위가 사용될 수 있다. 특히 적합한 방향족 다이카복실산은, 예컨대, 테레프탈산("TA"), 이소프탈산("IA") 및 2,6-나프탈렌다이카복실산("NDA")을 포함할 수 있다. 사용 시, 방향족 다이카복실산(예컨대, IA, TA, 및/또는 NDA)으로부터 유도된 반복 단위는 전형적으로 중합체의 약 1 몰% 내지 약 50 몰%, 일부 양태에서 약 10 몰% 내지 약 45 몰%, 일부 양태에서 약 20 몰% 내지 약 40%를 구성한다.

다른 반복 단위도 중합체에 사용될 수 있다. 특정 양태에서, 예컨대, 방향족 다이올, 예컨대, 하이드로퀴논, 레소르시놀, 2,6-다이하이드록시나프탈렌, 2,7-다이하이드록시나프탈렌, 1,6-다이하이드록시나프탈렌, 4,4'-다이하이드록시바이페닐(또는 4,4'-바이페놀), 3,3'-다이하이드록시바이페닐, 3,4'-다이하이드록시바이페닐, 4,4'-다이하이드록시바이페닐 에터, 비스(4-하이드록시페닐)에탄 등, 및 이들의 알킬, 알콕시, 아릴 및 할로겐 치환기, 및 이들의 조합으로부터 유도된 반복 단위가 사용될 수 있다. 특히 적합한 방향족 다이올은, 예컨대, 하이드로퀴논("HQ") 및 4,4'-바이페놀("BP")을 포함할 수 있다. 사용 시, 방향족 다이올(예컨대, HQ 및/또는 BP)로부터 유도된 반복 단위는 전형적으로 중합체의 약 1 몰% 내지 약 50 몰%, 일부 양태에서 약 10 몰% 내지 약 45 몰%, 일부 양태에서 약 20 몰% 내지 약 40%를 구성한다. 또한, 반복 단위, 예컨대, 방향족 아미드(예컨대, 아세트아미노펜("APAP")) 및/또는 방향족 아민(예컨대, 4-아미노페놀("AP"), 3-아미노페놀, 1,4-페닐렌다이아민, 1,3-페닐렌다이아민 등)으로부터 유도된 것이 사용될 수 있다. 사용 시, 방향족 아미드(예컨대, APAP) 및/또는 방향족 아민(예컨대, AP)으로부터 유도된 반복 단위는 전형적으로 중합체의 약 0.1 몰% 내지 약 20 몰%, 일부 양태에서 약 0.5 몰% 내지 약 15 몰%, 일부 양태에서 약 1 몰% 내지 약 10%를 구성한다. 다양한 다른 단량체 반복 단위가 중합체에 혼입될 수 있음이 또한 이해되어야 한다. 예컨대, 특정 양태에서, 중합체는 비방향족 단량체, 예컨대, 지방족 또는 지환족 하이드록시카복실산, 다이카복실산, 다이올, 아미드, 아민 등으로부터 유도된 하나 이상의 반복 단위를 함유할 수 있다. 물론, 다른 양태에서, 중합체는 비방향족(예컨대, 지방족 또는 지환족) 단량체로부터 유도된 반복 단위를 결여하여 "전적으로 방향족"일 수 있다.

필히 요구되는 것은 아니지만, 액정 중합체는 상기 중합체가 나프텐성 하이드록시카복실산 및 나프텐성 다이카복실산, 예컨대, 나프탈렌-2,6-다이카복실산("NDA"), 6-하이드록시-2-나프토산("HNA"), 또는 이들의 조합으로부터 유도된 반복 단위를 비교적 고 함량으로 함유하는 정도에 한해 "고 나프텐성(high naphthenic)" 중합체일 수 있다. 즉, 나프텐성 하이드록시카복실산 및/또는 다이카복실산(예컨대, NDA, HNA, 또는 HNA와 NDA의 조합)으로부터 유도된 반복 단위의 총량은 전형적으로 중합체의 약 10 몰% 이상, 일부 양태에서 약 15 몰% 이상, 일부 양태에서 약 20 몰% 내지 약 60 몰%이다. 다수의 통상적인 "저 나프텐성" 중합체와는 대조적으로, 생성된 "고 나프텐성" 중합체는 우수한 열적 및 기계적 특성을 나타낼 수 있는 것으로 여겨진다. 하나의 특정 양태에서, 예컨대, 나프탈렌-2.6-다이카복실산("NDA")으로부터 유도된 반복 단위는 중합체의 약 10 몰% 내지 약 40 몰%, 일부 양태에서 약 12 몰% 내지 약 35 몰%, 일부 양태에서 약 15 몰% 내지 약 30 몰%를 구성할 수 있다.

B. 유전 물질

목적하는 유전 특성 성취를 보조하기 위해, 중합체 조성물은 유전 물질도 함유한다. 유전 물질은 전형적으로 조성물의 약 10 중량% 내지 약 70 중량%, 일부 양태에서 약 20 중량% 내지 약 60 중량%, 일부 양태에서 약 30 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 사용된다. 상기 지시된 바와 같이, 유전 물질의 체적 저항률은 자연 상태에서 일반적으로 반도체성이도록 선택적으로 제어된다. 예컨대, 유전 물질은 약 0.1 ohm·cm 내지 약 1 x 10¹² ohm·cm, 일부 양태에서 약 0.5 ohm·cm 내지 약 1 x 10¹¹ ohm·cm, 일부 양태에서 약 1 내지 약 1 x 10¹⁰ ohm·cm, 일부 양태에서 약 2 내지 약 1 x 10⁸ ohm·cm의 체적 저항률을 가질 수 있고, 이는, 예컨대, ASTM D257-14에 따라 약 20℃의 온도에서 측정된다. 이는 목적하는 체적 저항률을 갖는 단일 물질을 선택함으로써, 또는 생성된 배합물이 목적하는 체적 저항률을 갖도록 다수의 물질(예컨대, 절연성 및 전기 전도성)을 함께 배합함으로써 성취될 수 있다.

하나의 양태에서, 예컨대, 무기 옥사이드 물질이 사용될 수 있고, 이는 전압에 대한 전하의 선형 반응(또는 분극)을 나타낼 수 있다. 이러한 물질은 인가된 전기장이 제거된 후, 결정 구조 내의 전하의 전체적인 가역성 분극을 나타낼 수 있다. 상기 목적에 적합한 무기 옥사이드 물질은, 예컨대, 강유전 물질 및/또는 상유전(paraelectric) 물질을 포함할 수 있다. 적합한 강유전 물질의 예는, 예를 들어 바륨 티타네이트(BaTiO₃), 스트론튬 티타네이트(SrTiO₃), 칼슘 티타네이트(CaTiO₃), 마그네슘 티타네이트(MgTiO₃), 스트론튬 바륨 티타네이트(SrBaTiO₃), 나트륨 바륨 니오베이트(NaBa₂Nb₅O₁₅), 칼륨 바륨 니오베이트(KBa₂Nb₅O₁₅), 칼슘 지르코네이트(CaZrO₃), 티타나이트(CaTiSiO₅), 및 이들의 조합을 포함한다. 마찬가지로, 적합한 상유전 물질의 예는, 예를 들어 티타늄 다이옥사이드(TiO₂), 탄탈룸 펜트옥사이드(Ta₂O₅), 하프늄 다이옥사이드(HfO₂), 니오븀 펜트옥사이드(Nb₂O₅), 알루미나(Al₂O₃), 아연 옥사이드(ZnO) 등, 및 이들의 조합을 포함한다. 특히 적합한 무기 옥사이드 물질은 TiO₂, BaTiO₃, SrTiO₃, CaTiO₃, MgTiO₃, BaSrTi₂O₆ 및 ZnO를 포함하는 입자이다. 물론, 다른 유형의 무기 옥사이드 물질(예컨대, 운모)도 유전 물질로서 사용될 수 있다. 마찬가지로, 탄소 물질, 예컨대, 흑연, 카본 블랙 등이 사용될 수 있다.

유전 물질의 형상 및 크기에는 특별한 제한이 없고, 입자, 미세 분말, 섬유, 휘스커(whisker), 테트라포드(tetrapod), 플레이트 등을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 예컨대, 유전 물질은 약 0.01 내지 약 100 μm, 일부 양태에서 약 0.10 내지 약 20 μm의 평균 직경을 갖는 입자를 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 유전 물질은 약 0.1 내지 약 35 μm, 일부 양태에서 약 0.2 내지 약 20 μm, 일부 양태에서 약 0.5 내지 약 15 μm의 평균 직경을 갖는 섬유 및/또는 휘스커를 포함할 수 있다. 사용 시, 휘스커는 약 1 내지 약 100, 일부 양태에서 약 2 내지 약 80, 일부 양태에서 약 4 내지 약 50의 종횡비를 가질 수 있다. 이러한 휘스커의 체적 평균 길이는, 예컨대, 약 1 내지 약 200 μm, 일부 양태에서 약 2 내지 약 150 μm, 일부 양태에서 약 5 내지 약 100 μm일 수 있다.

다양한 기법이 목적하는 체적 저항률 성취를 보조하는 데 사용될 수 있다. 하나의 양태에서, 예컨대, 0.1 ohm·cm 내지 약 500 ohm·cm, 일부 양태에서 약 0.5 ohm·cm 내지 약 250 ohm·cm, 일부 양태에서 약 1 내지 약 100 ohm·cm, 일부 양태에서 약 2 내지 약 50 ohm·cm의 체적 저항률을 갖는 무기 옥사이드 물질이 사용될 수 있고, 이는 ASTM D257-14에 따라 약 20℃의 온도에서 측정된다. 이러한 물질의 한 예는 3차원 구조를 갖는 무기 옥사이드 휘스커(예컨대, 아연 옥사이드 휘스커)를 포함한다. 예컨대, 무기 옥사이드 휘스커는 중심 몸체(central body) 및 이로부터 방사형으로 연장되는 다수의 침형 결정(needle crystal)을 가져 3차원 구조를 형성할 수 있다. 이러한 휘스커가 수지 내로 화합될 때, 침형 결정은 서로 매우 긴밀히 접촉됨으로써, 안정한 전기 전도 경로를 형성할 가능성을 증가시킨다. 침형 결정의 개수는, 예컨대, 약 2개 이상, 일부 양태에서 3 내지 8개, 일부 양태에서 4 내지 6개(예컨대, 4개)로 다양할 수 있다. 4개의 침형 결정이 존재할 때, 예컨대, 휘스커는, 하나 이상의 이러한 침형 결정 돌출부가 가공 및/또는 제조 동안 파괴될 수 있더라도, "테트라포드" 형태를 가질 수 있다. 다. 침형 결정의 중심 몸체 및/또는 기저 부분은 상기 제시된 범위 내, 예컨대, 약 0.1 내지 약 35 μm, 일부 양태에서 약 0.2 내지 약 20 μm, 일부 양태에서 약 0.5 내지 약 15 μm의 평균 직경을 가질 수 있다. 마찬가지로, 침형 결정의 체적 평균 길이(기저에서 끝부분까지)는 상기 제시된 범위 내, 예컨대, 약 1 내지 약 200 μm, 일부 양태에서 약 2 내지 약 150 μm, 일부 양태에서 약 5 내지 약 100 μm의 체적 평균 길이를 가질 수 있다. 이러한 휘스커는 산소 분자를 함유하는 대기 중 표면에서 옥사이드 필름을 갖는 금속 분말(예컨대, 아연)을 열처리함으로써 형성될 수 있고, 이는, 예컨대, 요시나카 등(Yoshinaka, et al.)에 허여된 미국 특허 제4,960,654호에 기재되어 있다. 이러한 특징들을 갖는 특히 적합한 휘스커의 한 유형은 상표명 파나-테트라(Pana-Tetra: 상표)로 파나소닉(Panasonic)으로부터 이용가능한 단결정의 테트라포드 아연 옥사이드 휘스커이다.

또 다른 양태에서, 약 1 x 10³ 내지 약 1 x 10¹² ohm·cm, 일부 양태에서 약 1 x 10⁴ 내지 약 1 x 10¹¹ ohm·cm, 일부 양태에서 약 1 x 10⁵ 내지 약 1 x 10¹⁰ ohm·cm, 일부 양태에서 약 1 x 10⁶ 내지 약 1 x 10⁸ ohm·cm의 체적 저항률을 갖는 탄소 물질이 사용될 수 있고, 이는, 예컨대, ASTM D257-14에 따라 약 20℃의 온도에서 측정된다. 예컨대, 전술한 범위 내의 체적 저항률을 갖는 탄소 물질(예컨대, 입자, 섬유 등)은 불활성 대기 중 고온(예컨대, 400 내지 900℃)에서 유기 물질(예컨대, 석유 타르, 석유 피치, 석탄 타르 또는 석탄 피치)을 하소시킴으로써 수득될 수 있고, 이는, 예컨대, 니시하타 등(Nishihata, et al.)에 허여된 미국 특허 제8,642,682호에 기재되어 있다. 생성된 탄소 물질은 전형적으로, 예컨대, 약 약 80 중량% 이상, 일부 양태에서 약 85 중량% 이상, 일부 양태에서 약 90 중량% 내지 약 98 중량%의 높은 탄소 함량을 갖는다. 이러한 특징들을 갖는 특히 적합한 탄소 물질의 한 유형은 상표명 크레파인(Krefine: 상표)으로 쿠레하 익스트론(Kureha Extron)으로부터 이용가능하다.

물론, 전술한 바와 같이, 전기 전도성 물질도 목적하는 체적 저항률 성취를 보조하는 데 절연성 물질과 조합으로 사용될 수 있다. 전기 전도성 물질은 일반적으로 약 0.1 ohm·cm 미만, 일부 양태에서 약 1 x 10^-8 내지 약 1 x 10^-2 ohm·cm의 체적 저항률을 갖고, 절연성 물질은 일반적으로 약 1 x 10¹² ohm·cm 초과, 일부 양태에서 약 1 x 10¹³ 내지 약 1 x 10¹⁸ ohm·cm의 체적 저항률을 갖는다. 적합한 전기 전도성 물질은, 예컨대, 전기 전도성 탄소 물질(예컨대, 흑연, 카본 블랙, 섬유, 그래핀, 나노튜브 등), 금속 등을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 적합한 절연성 물질은 전술한 무기 옥사이드 물질(예컨대, 입자), 예컨대, 티타늄 다이옥사이드(TiO₂)를 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 중합체 조성물 중 전도성 물질의 중량%에 대한 중합체 조성물 중 절연 물질의 중량%의 비는 약 3 내지 약 100, 일부 양태에서 약 3 내지 약 50, 일부 양태에서 약 3 내지 약 50. 실시 양태에서 약 3 내지 약 20, 일부 양태에서 약 7 내지 약 18, 일부 양태형태에서 약 8 내지 약 15일 수 있다. 예컨대, 전기 전도성 물질은 유전 물질의 약 1 중량% 내지 약 20 중량%, 일부 양태에서 약 3 중량% 내지 약 18 중량%, 일부 양태에서 약 5 중량% 내지 약 15 중량%를 구성할 수 있고, 절연성 물질은 유전 물질의 약 80 중량% 내지 약 99 중량%, 일부 양태에서 82 중량% 내지 약 97 중량%, 일부 양태에서 약 85 중량% 내지 약 95 중량%를 구성할 수 있다. 마찬가지로, 전기 전도성 물질은 중합체 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%, 일부 양태에서 약 0.5 중량% 내지 약 12 중량%, 일부 양태에서 약 1 중량% 내지 약 10 중량%를 구성할 수 있고, 절연성 물질은 중합체 조성물의 약 20 중량% 내지 약 60 중량%, 일부 양태에서 25 중량% 내지 약 55 중량%, 일부 양태에서 약 30 중량% 내지 약 50 중량%를 구성할 수 있다.

C. 임의적인 첨가제

광범위한 추가적인 첨가제, 예컨대 윤활제, 섬유성 충전제, 미립자 충전제, 열 전도성 충전제, 안료, 항산화제, 안정화제, 계면활성제, 왁스, 난연제, 적하-방지 첨가제, 조핵제(예컨대, 붕소 니트라이드), 유동 개질제, 레이저 활성화가능 첨가제(laser activatable additive), 및 특성 및 가공성을 향상시키기 위해 첨가된 기타 물질이 또한 중합체 조성물에 포함될 수 있다.

일부 양태에서, 중합체 조성물은 안테나 소자를 형성하기 위한 레이저 직접 구조화("LDS") 공정에 의해 활성화될 수 있는 첨가제를 함유한다는 의미에서 "레이저 활성화가능"일 수 있다. 이러한 공정에서, 첨가제는 금속의 방출을 야기하는 레이저에 노출된다. 따라서, 레이저는 전도성 소자의 패턴을 부품 위에 각인하고 내포된 금속 입자를 함유하는 거친 표면을 남기게 된다. 이러한 입자는 후속 도금 공정(예컨대, 구리 도금, 금 도금, 니켈 도금, 은 도금, 아연 도금, 주석 도금 등) 동안 결정 성장을 위한 핵으로서 작용한다. 사용되는 경우, 레이저 활성화가능 첨가제는 전형적으로 중합체 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 30 중량%, 일부 양태에서 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%, 일부 양태에서 약 1 중량% 내지 약 10 중량%를 구성한다. 일반적으로, 레이저 활성화가능 첨가제는 한정된 결정 형식 내에 2개 이상의 금속 옥사이드 클러스터 구조를 포함할 수 있는 스피넬 결정을 포함한다. 예컨대, 전체적인 결정 형식은 하기 화학식을 가질 수 있다:

AB₂O₄

상기 식에서,

A는 2의 원자가를 갖는 금속 양이온, 예컨대, 카드뮴, 크로뮴, 망간, 니켈, 아연, 구리, 코발트, 철, 마그네슘, 주석, 티타늄 등, 및 이들의 조합의 양이온이고;

B는 3의 원자가를 갖는 금속 양이온, 예컨대, 크로뮴, 철, 알루미늄, 니켈, 망간, 주석 등, 및 이들의 조합의 양이온이다.

전형적으로, 상기 식에서 A는 제1 금속 옥사이드 클러스터의 1차 양이온 성분을 제공하고, B는 제2 금속 옥사이드 클러스터의 1차 양이온 성분을 제공한다. 이러한 옥사이드 클러스터는 동일하거나 상이한 구조를 가질 수 있다. 하나의 양태에서, 예컨대, 제1 금속 옥사이드 클러스터는 사면체 구조를 갖고 2차 금속 옥사이드 클러스터는 팔면체 클러스터를 갖는다. 이와는 상관없이, 클러스터는 전자기 복사에 대한 증가된 취약성을 갖는 단일의 인식가능한 결정 유형 구조를 제공한다. 적합한 스피넬 결정의 예는, 예컨대, MgAl₂O₄, ZnAl₂O₄, FeAl₂O₄, CuFe₂O₄, CuCr₂O₄, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, TiFe₂O₄, FeCr₂O₄, MgCr₂O₄ 등을 포함한다. 구리 크로뮴 옥사이드(CuCr₂O₄)가 본 발명에 사용하기에 특히 적합하고 "셰퍼드 블랙 1GM(Shepherd Black 1GM)" 명칭으로 셰퍼드 컬러 컴퍼니(Shepherd Color Co.)로부터 이용가능하다.

섬유성 충전제도 전기적 성능에 상당한 영향을 줌 없이 조성물의 열 및 기계적 특성을 향상시키기 위해 중합체 조성물에 사용될 수 있다. 섬유성 충전제는 전형적으로 이의 질량에 비해 높은 정도의 인장 강도를 갖는 섬유를 포함한다. 예컨대, 섬유의 극한 인장 강도(ASTM D2101에 따라 측정됨)는 전형적으로 약 1,000 내지 약 15,000 메가파스칼("MPa"), 일부 양태에서 약 2,000 MPa 내지 약 10,000 MPa, 일부 양태에서 약 3,000 MPa 내지 약 6,000 MPa이다. 목적하는 유전 특성을 유지함을 보조하기 위해, 이러한 고 강도 섬유는 일반적으로 자연 상태에서 절연성인 물질, 예컨대, 유리, 세라믹(예컨대, 알루미나 또는 실리카), 아라미드(예컨대, 미국 델라웨어주 윌밍튼 소재의 E. I. 듀퐁 드 네머스(E. I. duPont de Nemours)에 의해 시판되는 켈바(Kevlar: 등록상표)), 폴리올레핀, 폴리에스터 등으로부터 형성될 수 있다. E-유리, A-유리, C-유리, D-유리, AR-유리, R-유리, S1-유리, S2-유리 등과 같은 유리 섬유가 특히 적합하다.

섬유성 충전제에 사용된 섬유가 광범위한 상이한 크기를 가질 수 있지만, 특정 종횡비를 갖는 섬유가 생성된 중합체 조성물의 기계적 특성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있다. 즉, 약 5 내지 약 50, 일부 양태에서 약 6 내지 약 40, 일부 양태에서 약 8 내지 약 25의 종횡비(평균 길이를 공칭 직경으로 나눈 것)를 갖는 섬유가 특히 유용할 수 있다. 이러한 섬유는, 예컨대 약 100 내지 약 800 μm, 일부 양태에서 약 120 내지 약 500 μm, 일부 양태에서 약 150 내지 약 350 μm, 일부 양태에서 약 200 내지 약 300 μm의 중량 평균 길이를 가질 수 있다. 마찬가지로, 섬유는 약 6 내지 약 35 μm, 일부 양태에서 약 9 내지 약 18 μm의 공칭 직경을 가질 수 있다. 섬유성 충전제의 상대적 양은 또한 조성물의 다른 특성들, 예컨대, 이의 유동성 및 유전 특성 등에 해로운 영향을 줌 없이 목적하는 기계적 및 열적 특성을 성취함을 보조하도록 선택적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 섬유성 충전제는 중합체 조성물의 약 1 중량% 내지 약 40 중량%, 일부 양태에서 약 3 중량% 내지 약 30 중량%, 일부 양태에서 약 5 중량% 내지 약 20 중량%를 구성할 수 있다. 레이저 활성화가능 첨가제와 조합으로 사용될 때, 섬유성 충전제는 또한 유전체 및 레이저 활성화가능 물질의 조합된 양에 대한 섬유성 충전제의 중량비가 약 0.05 내지 약 1, 일부 양태에서 약 0.05 내지 약 0.5, 일부 양태에서 약 0.06 내지 약 0.4, 일부 양태에서 약 0.1 내지 약 0.3이 되도록 충분한 양으로 사용될 수 있다.

II. 형성

중합체 조성물을 형성하는 데 사용되는 성분은 당업계에 공지되어 있는 임의의 다양한 상이한 기법을 사용하여 함께 조합될 수 있다. 하나의 특정 양태에서, 예컨대, 액정 중합체, 유전 물질 및 기타 임의적인 첨가제는 압출기 내에서 혼합물로서 가공되어 중합체 조성물을 형성한다. 혼합물은 단일-축 또는 다-축 압출기에서 약 250℃ 내지 약 450℃의 온도에서 용융-반죽될 수 있다. 하나의 양태에서, 혼합물은 다수의 온도 대역을 포함하는 압출기 내에서 용융 가공될 수 있다. 개별 대역의 온도는 전형적으로 액정 중합체의 융점에 대해 약 -60℃ 내지 약 25℃ 내로 설정된다. 예를 들어, 혼합물은 2축 압출기, 예컨대, 레이스트릿츠 18 mm 동반-회전 완전 맞물림 2축 압출기(Leistritz 18-mm co-rotating fully intermeshing twin screw extruder)를 사용하여 용융 가공될 수 있다. 일반 목적의 축 디자인이 혼합물을 용융 가공하는 데 사용될 수 있다. 하나의 양태에서, 모든 성분을 포함하는 혼합물이 체적측정 공급기에 의해 제1 배럴 내에서 공급 경(feed throat)으로 공급될 수 있다. 또 다른 양태에서, 상이한 성분이 압출기 내의 상이한 첨가 지점에서 첨가될 수 있고, 이는 공지되어 있다. 예컨대, 액정 중합체는 공급 경에서 적용될 수 있고, 특정 첨가제(예컨대, 유전 물질)는 이로부터 하류에 위치하는 동일한 온도 대역, 또는 상이한 온도 대역으로 공급될 수 있다. 이와 관계없이, 생성된 혼합물이 용융 및 혼합된 후 다이(die)를 통해 압출될 수 있다. 이어서, 압출된 중합체 조성물이 수욕에서 ??칭(quenching)되어 응고되고 펠리타이저(pelletizer) 내에서 과립화된 후 건조될 수 있다.

일반적으로, 생성된 조성물의 용융 점도는 일반적으로 생성된 조성물이 주형의 공동으로 용이하게 유동되어 작은-크기의 회로 기판이 형성되도록 충분히 낮다. 예컨대, 하나의 특정 양태에서, 중합체 조성물은 약 5 내지 약 100 Pa·s, 일부 양태에서 약 10 내지 약 95 Pa·s, 일부 양태에서 약 15 내지 약 90 Pa·s의 용융 점도를 가질 수 있고, 이는 1,000초^-1의 전단 속도에서 측정된다. 용융 점도는 ISO 11443:2005에 따라 측정될 수 있다.

III. 기판

형성 후, 중합체 조성물은 안테나 시스템에 사용하기 위한 목적하는 형상의 기판으로 성형될 수 있다. 중합체 조성물의 유익한 특성으로 인해, 생성된 기판은 약 5 mm 이하, 일부 양태에서 약 4 mm 이하, 일부 양태에서 약 0.5 내지 약 3 mm의 두께와 같이 매우 작은 크기를 가질 수 있다. 전형적으로, 형상화된 부품은 1-성분 사출 성형 공정을 사용하여 성형되고, 여기서 건조되고 예열된 플라스틱 과립이 주형으로 사출된다. 전도성 소자는 도금, 전기도금, 레이저 직접 구조화 등과 같은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 레이저로 활성화가능 첨가제로서 스피넬 결정을 함유할 때, 예를 들어 레이저에 의한 활성화는 스페널 결정이 파열되어 개방되어 금속 원자가 방출되는 물리-화학적 반응을 야기할 수 있다. 상기 금속 원자는 금속화(예컨대, 환원성 구리 코팅)를 위한 핵으로서 작용할 수 있다. 또한, 레이저는 미시적으로 불규칙한 표면을 생성하고 중합체 매트릭스를 제거하여, 다수의 미시적 구멍 및 파임(undercut)을 생성하고, 여기서 구리가 금속화 동안 고착될 수 있다.

원하는 경우, 전도성 소자는 생성된 부분이 안테나 시스템을 형성하도록 안테나 소자(예를 들어, 안테나 공명 소자)일 수 있다. 전도성 소자는 다양한 상이한 유형의 안테나, 예컨대, 패치 안테나 구조, 역-F 안테나 소자, 폐쇄 및 개방 슬롯 안테나 소자, 루프(loop) 안테나 소자, 모노폴, 다이폴(dipole), 평면 역-F 안테나 소자, 상기 디자인들의 하이브리드 등으로부터 형성된 공명 소자를 갖는 안테나를 형성할 수 있다. 생성된 안테나 시스템은 다양한 상이한 전자 컴포넌트에 사용될 수 있다. 예컨대, 안테나 시스템은 전자 컴포넌트, 예컨대, 데스크탑 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전자 장치, 자동차 장비 등에 형성될 수 있다. 하나의 적합한 구성에서, 안테나 시스템은 이용가능한 내부 공간이 비교적 작은 비교적 소형의 휴대용 전자 컴포넌트의 하우징(housing)에 형성된다. 적합한 휴대용 전자 컴포넌트의 예는 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 소형 휴대용 컴퓨터(예컨대, 초소형 컴퓨터, 넷북 컴퓨터 및 태블릿 컴퓨터), 손목시계형 장치, 목걸이형 장치, 헤드폰 및 귀에 착용하는 장치, 무선 통신 기능을 갖는 미디어 플레이어, 휴대용 컴퓨터(때로는, 개인용 디지털 어시스턴트(digital assistant)로도 지칭됨), 무선 조종기, 위성 위치 확인(GPS) 장치, 휴대용 게임기 등을 포함한다. 또한, 안테나는 다른 컴포넌트, 예컨대, 휴대용 장치의 카메라 모듈, 스피커 또는 배터리 커버와 함께 집적될 수 있다.

도 1 및 2에 도시된 하나의 특히 적합한 전자 컴포넌트는 휴대폰 기능을 갖는 휴대용 장치(10)이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(10)는 플라스틱, 금속, 기타 적합한 유전 물질, 기타 적합한 전도성 물질, 또는 상기 물질들의 조합으로부터 형성된 하우징(12)을 가질 수 있다. 디스플레이(14), 예컨대, 터치 스크린 디스플레이가 장치(10)의 전방 표면 상에 제공될 수 있다. 또한, 장치(10)는 스피커 포트(40) 및 기타 입력-출력 포트를 가질 수 있다. 하나 이상의 버튼(38) 및 다른 사용자 입력 장치가 사용자의 입력을 종합하는 데 사용될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나 시스템(26)이 장치(10)의 후방 표면(42) 상에 제공될 수 있지만, 안테나 시스템은 일반적으로 장치의 임의의 목적하는 위치에 위치될 수 있음이 이해되어야 한다. 안테나 구조는 임의의 다양한 공지 기법을 사용하여 전자 장치 내에서 다른 컴포넌트에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 1 및 2를 다시 참조하면, 예컨대, 하우징(12) 또는 하우징(12)의 부품은 안테나 시스템(26)에 대해 전도성 접지 평면으로서 사용될 수 있다. 이는 도 3에 보다 특정하게 도시되어 있는데, 이는 양성 안테나 피드 단자(positive antenna feed terminal)(54) 및 접지 안테나 피드 단자(56)에서 무선 주파수 소스(52)에 의해 피딩(feeding)되는 안테나 시스템(26)을 나타낸다. 양성 안테나 피드 단자(54)는 안테나 공명 소자(58)에 결합될 수 있고, 접지 안테나 피드 단자(56)는 접지 소자(60)에 결합될 수 있다. 공명 소자(58)는 주 암(main arm)(46) 및 단축 분지(shorting branch)(48)(주 암(46)을 접지 소자(60)에 연결함)를 가질 수 있다.

안테나 시스템을 전기적으로 연결하기 위한 다양한 다른 구성도 고려된다. 도 4에서, 예컨대, 안테나 시스템은 모노폴 안테나 구성을 기반으로 하고, 공명 소자(58)는 굽이지고 구불구불한(meandering serpentine) 경로 형상을 갖는다. 이러한 양태에서, 피드 단자(54)는 공명 소자(58)의 한쪽 끝에 연결될 수 있고, 접지 피드 단자(56)는 하우징(12) 또는 또 다른 적합한 접지 평면 소자에 결합될 수 있다. 도 5에 도시된 또 다른 양태에서, 전도성 안테나 소자(62)는 폐쇄 슬롯(64) 및 개방 슬롯(66)을 한정하도록 구성된다. 안테나 구조(62)로부터 형성된 안테나는 양성 안테나 피드 단자(54) 및 접지 안테나 피드 단자(56)를 사용하여 피딩될 수 있다. 이러한 유형의 정렬에서, 슬롯들(64 및 66)은 안테나 소자(26)에 대한 안테나 공명 소자로서 사용된다. 슬롯들(64 및 66)의 크기는 안테나 소자(26)가 목적하는 통신 대역(예컨대, 2.4 GHz 및 5 GHz 등)에서 작동하도록 구성될 수 있다. 안테나 시스템(26)에 대해 또 다른 가능한 구성은 도 6에 도시되어 있다. 이러한 양태에서, 안테나 소자(26)는 패치 안테나 공명 소자(68)를 갖고, 양성 안테나 피드 단자(54) 및 접지 안테나 피드 단자(56)를 사용하여 피딩될 수 있다. 접지 소자(60)는 하우징(12) 또는 장치(10) 내의 다른 적합한 접지 평면 소자와 회합될 수 있다. 도 7은 안테나 시스템(26)의 안테나 소자들에 사용될 수 있는 또 다른 예시적인 구성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 안테나 공명 소자(58)는 2개의 주 암(46A 및 46B)을 갖는다. 암 46A는 암 46B보다 짧고, 이에 따라 암 46A보다 작동의 더 높은 주파수와 회합된다. 상이한 크기의 2개 이상의 개별 공명 소자 구조를 사용함으로써, 안테나 공명 소자(58)가 구성되어 대상이 되는 단일 통신 대역을 넘는 더 넓은 대역대를 포괄할 수 있다.

본 발명의 특정 양태에서, 중합체 조성물은 5G 시스템의 기지국, 중계기(예를 들어, "펨토셀(femtocell)"), 중계국, 단자, 사용자 장치 및/또는 다른 적합한 컴포넌트에서 사용하기 위한 고 주파수 안테나 및 안테나 어레이에 특히 적합할 수 있다. 본원에 사용된 "5G"는 일반적으로 무선 주파수 신호를 통한 고속 데이터 통신을 의미한다. 5G 네트워크와 시스템은 이전 세대의 데이터 통신 표준(예컨대, "4G", "LTE")보다 훨씬 빠른 속도로 데이터를 통신할 수 있다. 예컨대, 본원에 사용된 "5G 주파수"는 1.5 GHz 이상, 일부 양태에서 약 2.0 GHz 이상, 일부 양태에서 약 2.5 GHz 이상, 일부 양태에서 약 3.0 GHz 이상, 일부 양태에서 약 3 GHz 내지 약 300 GHz 이상, 일부 양태에서 약 4 GHz 내지 약 80 GHz, 일부 양태에서 약 5 GHz 내지 약 80 GHz, 일부 양태에서 약 20 GHz 내지 약 80 GHz, 일부 양태에서 약 28 GHz 내지 약 60 GHz인 주파수를 지칭할 수 있다. 5G 통신의 요구 사항을 정량화하는 다양한 표준 및 사양이 발표되었다. 한 예로, 국제통신연합(ITU)은 2015년 국제 모바일 통신-2020("IMT-2020") 표준을 발표했다. IMT-2020 표준은 5G에 대한 다양한 데이터 송신 기준(예컨대, 다운링크(downlink) 및 업링크(uplink) 데이터 속도, 대기 시간 등)을 특정한다. IMT-2020 표준은 5G 시스템이 지원해야 하는 데이터를 업로드하고 다운로드하기 위한 최소 데이터 비율로 업링크 및 다운링크 피크 데이터 속도를 정의한다. IMT-2020 표준은 다운링크 피크 데이터 속도 요구 사항을 20 Gbit/s로 설정하고 업링크 피크 데이터 속도를 10 Gbit/s로 설정한다. 또 다른 예로^,3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)는 최근 "5G NR"이라고 불리는 5G에 대한 새로운 표준을 발표했다. 3GPP는 5G NR의 표준화를 위한 "1단계"를 정의하는 "릴리즈 15(Release 15)"를 2018년에 발표했다. 3GPP는 일반적으로 5G 주파수 대역을 서브-6 GHz 주파수를 포함하는 "주파수 범위 1"(FR1) 및 20 내지 60 GHz의 주파수 대역인 "주파수 범위 2"(FR2)를 정의한다. 본원에 기재된 안테나 시스템은 3GPP에 의해 발표된 표준, 예컨대, 릴리즈 15(2018), 및/또는 IMT-2020 표준 하에 "5G"로서 충족되거나 인증받을 수 있다.

고 주파수에서 고속 데이터 통신을 성취하기 위해, 안테나 소자 및 어레이는 안테나 성능을 향상시킬 수 있는 작은 특징 크기(feature size)/이격(예컨대, 미세 피치 기술)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 특징 크기(안테나 소자 간의 이격, 안테나 소자의 너비) 등은 일반적으로 안테나 소자가 그 위에 형성되는 기판 유전체를 통해 전파되는 원하는 송신 및/또는 수신 무선 주파수의 파장("λ")에 의존한다(예를 들어, nλ/4이고, n은 정수임). 또한, 빔 포밍(beam forming) 및/또는 빔 스티어링(beam steering)은 다중 주파수 범위 또는 채널(예컨대, 다중-인-다중-아웃(MIMO), 대규모 MIMO)에서 수신 및 송신을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다.

고 주파수 5G 안테나 소자는 다양한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 5G 안테나 소자는 공면 도파관 소자, 패치 어레이(patch array)(예컨대, 메쉬-그리드 패치 어레이(mesh-grid patch array)), 기타 적합한 5G 안테나 구성이거나 이를 포함할 수 있다. 안테나 소자는 MIMO, 대규모 MIMO 기능, 빔 스티어링 등을 제공하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용된 "대규모" MIMO 기능은 일반적으로 안테나 어레이를 사용하여 다수 송신 및 수신 채널, 예를 들어, 8개의 송신(Tx) 및 8개의 수신(Rx) 채널(약어로 8x8)을 제공하는 것을 의미한다. 대규모 MIMO 기능은 8x8, 12x12, 16x16, 32x32, 64x64 이상으로 제공될 수 있다.

안테나 소자는 다양한 구성 및 배열을 가질 수 있고 다양한 제조 기술을 사용하여 제작될 수 있다. 한 예로 안테나 소자 및/또는 관련 소자(예컨대, 접지 소자, 피드 라인(feed line) 등)는 미세 피치 기술을 사용할 수 있다. 미세 피치 기술은 일반적으로 컴포넌트 또는 리드 사이의 작거나 미세한 이격을 의미한다. 예를 들어, 안테나 소자 사이(또는 안테나 소자와 접지 평면 사이)의 특징 치수 및/또는 이격은 약 1,500 μm 이하, 일부 양태에서 1,250 μm 이하, 일부 양태에서 750 μm 이하(예를 들어, 1.5 mm 이하의 중심-중심 이격), 650 μm 이하, 일부 양태에서 550 μm 이하, 일부 양태에서 450 μm 이하, 일부 양태에서 350 μm 이하, 일부 양태에서 250 μm 이하, 일부 양태에서 150 μm 이하, 일부 양태에서 100 μm 이하, 일부 양태에서 50 μm 이하일 수 있다. 그러나, 더 작고/작거나 큰 특징 크기 및/또는 이격이 본 개시내용의 범주 내에서 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

이러한 작은 특징 치수의 결과로서, 안테나 시스템은 작은 공간 내의 다수의 안테나 소자에 의해 성취될 수 있다. 예를 들어, 안테나 어레이는 cm²당 1,000개 초과 안테나 소자, 일부 양태에서 cm²당 2,000개 초과 안테나 소자, cm²당 3,000개 초과 안테나 소자, cm²당 4,000개 초과 안테나 소자, 일부 양태에서 cm²당 6,000개 초과 안테나 소자, 일부 양태에서 cm²당 약 8,000개 초과 안테나 소자의 평균 안테나 소자 밀도(average antenna element concentration)를 가질 수 있다. 안테나 소자의 이러한 소형화 배열은 안테나 영역의 단위 영역당 MIMO 기능에 대한 더 많은 채널을 제공할 수 있다. 예를 들어, 채널 수는 안테나 소자의 수에 상응할 수 있다(예를 들어, 동일하거나 비례할 수 있음).

도 8을 참조하면, 5G 안테나 시스템(100)을 위한 기지국(102), 하나 이상의 중계국(104), 하나 이상의 사용자 컴퓨팅 장치(106), 하나 이상의 Wi-Fi 중계기(108)(예컨대, "펨토셀") 및/또는 기타 적합한 안테나 컴포넌트를 또한 포함하는 5G 안테나 시스템(100)의 하나의 양태가 도시된다. 상기 중계국(104)은 기지국(102)과 사용자 컴퓨팅 장치(106) 및/또는 중계국(104) 사이에서 중계(relaying) 또는 "리피팅(repeating)"함으로써 기지국(102)과의 통신을 사용자 컴퓨팅 장치(106) 및/또는 기타 중계국(104)에 의해 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 기지국(102)은 주파수 신호(112)를 중계국(104), Wi-Fi 중계기(108)과 수신 및/또는 송신하고/거나 사용자 컴퓨팅 장치(106)와 직접 수신 및/또는 송신하도록 구성된 MIMO 안테나 어레이(110)를 포함할 수 있다. 사용자 컴퓨팅 장치(306)는 본 발명에 의해 반드시 제한되는 것은 아니고 5G 스마트폰과 같은 장치를 포함한다.

MIMO 안테나 어레이(110)는 중계국(104)에 대하여 빔 스티어링을 사용하여 무선 주파수 신호(112)에 초점을 맞추거나 직접 사용할 수 있다. 예를 들어, MIMO 안테나 어레이(110)는 X-Y 평면에 대한 고각(elevation angle)(114) 및/또는 Z-Y 평면에서 정의되고 Z 방향에 대한 지향각(heading angle)(116)을 조정하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 중계국(104), 사용자 컴퓨팅 장치(106) 및 Wi-Fi 중계기(108) 중 하나 이상은 빔 스티어링을 사용하여, 기지국(102)의 MIMO 안테나 어레이에 대한 장치 104, 106, 108의 감도 및/또는 출력 송신을 직접 조정함(예컨대, 각각의 장치의 상대적 고각 및/또는 상대적 방위각 중 하나 또는 둘 다를 조정함)으로써 MIMO 안테나 어레이(110)에 대하여 수신 및/또는 송신 능력을 향상시킬 수 있다.

도 9a 및 9b는 예시적인 사용자 컴퓨팅 장치(106)의 하향도 및 측면도를 각각 도시한 것이다. 사용자 컴퓨팅 장치(106)는 하나 이상의 안테나 소자(200, 202)를 포함할 수 있다(예를 들어, 각각의 안테나 어레이로 정렬됨). 도 9a를 참조하면, 안테나 소자(200, 202)는 X-Y 평면에서 빔 스티어링을 수행하도록 구성될 수 있다(화살표 204, 206으로 도시되고 상대 방위각에 상응함). 도 9b를 참조하면, 안테나 소자(200, 202)는 Z-Y 평면에서 빔 스티어링을 수행하도록 구성될 수 있다(화살표 204, 206에 의해 도시됨).

도 10은 각각의 피드 라인(304)(예를 들어, 프론트 엔드 모듈(front end module))을 사용하여 연결된 다수의 안테나 어레이(302)의 단순화된 개략도를 도시한 것이다. 안테나 어레이(302)는 기판(308)의 측표면(306)에 장착될 수 있고, 이는 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있다. 안테나 어레이(302)는 수직으로 연결된 다수의 소자(예를 들어, 메쉬-그리드 어레이)를 포함할 수 있다. 따라서, 안테나 어레이(302)는 일반적으로 기판(308)의 측표면(306)과 평행하게 연장될 수 있다. 차폐(shielding)는 안테나 어레이(302)가 기판(308)에 대하여 차폐 외부에 위치하도록 기판(308)의 측표면(306) 상에 임의적으로 제공될 수 있다. 안테나 어레이(302)의 수직 연결된 소자 사이의 수직 이격 거리(spacing distance)는 안테나 어레이(320)의 "특징 크기"에 상응할 수 있다. 이와 같이, 일부 양태에서, 이러한 이격 거리는 안테나 어레이(302)가 "미세 피치" 안테나 어레이(302)가 되도록 상대적으로 작을 수 있다(예를 들어, 약 750 μm 미만).

도 11은 공면 도파관 안테나(400) 구성의 측면도를 도시한 것이다. 하나 이상의 공면 접지 층(402)은 안테나 소자(404)(예를 들어, 패치 안테나 소자)와 평행하게 배열될 수 있다. 또 다른 접지 층(406)은 기판(408)에 의해 안테나 소자로부터 떨어져 이격될 수 있고, 이는 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있다. 하나 이상의 추가 안테나 소자(410)는 제2층 또는 기판(412)에 의해 안테나 소자(404)와 떨어져 이격될 수 있고, 이는 또한 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있다. 치수 "G" 및 "W"는 안테나(400)의 "특징 크기"에 상응할 수 있다. 상기 "G" 치수는 안테나 소자(404)와 공면 접지 층(406) 사이의 거리에 상응할 수 있다. "W" 치수는 안테나 소자(404)의 너비(예컨대, 선폭)에 상응할 수 있다. 이와 같이, 일부 양태에서, 치수 "G" 및 "W"는 안테나(400)가 "미세 피치" 안테나(400)이도록 상대적으로 작을 수 있다(예를 들어, 약 750 μm 미만).

도 12a는 본 개시내용(본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있음)의 양상에 따른 안테나 어레이(500)를 도시한 것이다. 안테나 어레이(500)는 기판(510)과 기판 상에 형성된 다수의 안테나 소자(520)를 포함할 수 있다. 다수의 안테나 소자(520)는 X-방향 및/또는 Y-방향으로 크기가 대략 동일할 수 있다(예컨대, 정사각형 또는 직사각형). 다수의 안테나 소자(520)는 X-방향 및/또는 Y-방향으로 대략 동일하게 떨어져 이격될 수 있다. 안테나 소자(520) 및/또는 이들 사이의 이격의 치수는 안테나 어레이(500)의 "특징 크기"에 상응할 수 있다. 이와 같이, 일부 양태에서, 치수 및/또는 이격은 안테나 어레이(500)가 "미세 피치" 안테나 어레이(500)이도록 상대적으로 작을 수 있다(예를 들어, 약 750 μm 미만). 타원(522)에 의해 도시된 바와 같이, 도 12에 도시된 안테나 소자(520)의 열 개수는 단지 예로서 제공된다. 유사하게, 안테나 소자(520)의 행 개수는 단지 예로서 제공된다.

조정된 안테나 어레이(500)는, 예를 들어 기지국(예컨대, 도 8과 관련하여 상술한 바와 같이)에서 대규모 MIMO 기능을 제공하는 데 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 다양한 소자 간의 무선 주파수 상호 작용을 제어하거나 조정하여 다중 송신 및/또는 수신 채널을 제공할 수 있다. 송신 전력 및/또는 수신 감도는, 예를 들어 도 8의 무선 주파수 신호(112)에 대하여 설명된 바와 같이, 무선 주파수 신호에 초점을 두거나 이를 지향하도록 방향이 제어될 수 있다. 조정된 안테나 어레이(500)는 작은 공간에 많은 수의 안테나 소자(522)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 조정된 안테나(500)는 cm²당 1,000개 이상의 안테나 소자의 평균 안테나 소자 밀도를 가질 수 있다. 이러한 소형화된 안테나 소자 배열은 단위 영역당 MIMO 기능을 위한 더 많은 수의 채널을 제공할 수 있다. 예를 들어, 채널 수는 안테나 소자의 수에 상응할 수 있다(예를 들어, 동일하거나 비례할 수 있음).

도 12b는 레이저 직접 구조화로 형성된 안테나 어레이(540)를 도시한 것이고, 이는 안테나 소자를 형성하는 데 임의적으로 사용될 수 있다. 안테나 어레이(540)는 다수의 안테나 소자(542), 및 안테나 소자(542)를 (예를 들어, 다른 안테나 소자(542), 프론트 엔드 모듈, 또는 기타 적합한 컴포넌트와) 연결하는 다수의 피드 라인(544)을 포함할 수 있다. 안테나 소자(542)는 각각의 너비 "w"와 (예컨대, 각각 X-방향 및 Y-방향으로) 이 사이의 이격 거리 "S₁" 및 "S₂"를 가질 수 있다. 이러한 치수는 원하는 5G 주파수에서 5G 무선 주파수 통신을 달성하기 위해 선택될 수 있다. 보다 구체적으로, 5G 주파수 스펙트럼 내에 있는 무선 주파수 신호를 사용하여 데이터의 송신 및/또는 수신을 위한 안테나 어레이(540)를 조정하도록 치수를 선택할 수 있다. 치수는 기판의 물질 특성에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 "w", "S₁" 또는 "S₂"는 기판 물질을 통해 목적하는 주파수의 전파 파장("λ")의 배수에 상응할 수 있다(예를 들어, nλ/4이고, n은 정수임).

한 예로, λ는 다음과 같이 계산될 수 있다:

λ =

상기 식에서,

c는 진공에서 빛의 속도이고;

은 기판(또는 주변 물질)의 유전 상수이고;

f는 목적하는 주파수이다.

도 12c는 본 개시내용의 양상에 따른 예시적인 안테나 구성(560)을 도시한 것이다. 안테나 구성(560)은 기판(564)의 긴 가장자리에 평행하게 배열된 다중 안테나 소자(562)를 포함할 수 있고, 이는 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있다. 다양한 안테나 소자(562)는 각각의 길이, 즉 "L"(및 이들 사이의 이격 거리)을 가질 수 있고, 이는 목적하는 주파수 및/또는 주파수 범위에서 수신 및/또는 송신을 위해 안테나 구성(560)을 조정한다. 보다 구체적으로, 이러한 치수는, 예를 들어, 도 12b에 대해 전술한 바와 같이, 기판 물질에 대한 목적하는 주파수에서의 전파 파장, 즉 λ를 기준으로 선택될 수 있다.

도 13a 내지 13c는 본 개시내용의 양상에 따라 안테나 소자 및/또는 어레이를 형성하는 데 사용될 수 있는 레이저 직접 구조화 제조 공정의 단순화된 순차 다이어그램을 도시한 것이다. 도 13a를 참조하면, 기판(600)은 임의의 목적하는 기술(예컨대, 사출 성형)을 사용하여 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있다. 특정 양태에서, 도 13b를 참조하면, 레이저(602)는 레이저 활성화가능 첨가제를 활성화하여 하나 이상의 안테나 소자 및/또는 어레이를 포함할 수 있는 회로 패턴(604)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저는 회로 패턴(604)을 형성하기 위해 중합체 조성물에서 전도성 입자를 용융할 수 있다. 도 13c를 참조하면, 기판(600)은 무-전기(electroless) 구리 욕에 담궈져 회로 패턴(604)을 도금하고 안테나 소자, 소자 어레이, 기타 컴포넌트 및/또는 이들 사이의 전도성 라인을 형성할 수 있다.

본 발명은 하기 실시예를 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.

시험 방법

용융 점도: 용융 점도(Pa·s)는 ISO 시험 번호 11443:2005에 따라 400초^-1의 전단 속도로 융점보다 15℃ 높은 온도(예컨대, 약 350℃)에서 다이니스코 LCR7001(Dynisco LCR7001) 모세관 유량계를 사용하여 측정될 수 있다. 유량계 구멍(다이)은 1 mm의 직경, 20 mm의 길이, 20.1의 L/D 비, 및 180°의 진입 각을 가졌다. 배럴(barrel)의 직경은 9.55 mm + 0.005 mm였고, 막대의 길이는 233.4 mm였다.

융점: 융점("T_m")은 시차 주사 열량분석("DSC")에 의해 측정될 수 있고, 이는 당업계에 공지되어 있다. 융점은 ISO 시험 번호 11357-2:2013에 따라 측정된 시차 주사 열량분석(DSC) 피크 융점이다. DSC 절차하에, TA Q2000 계기 상에서 수행되는 DSC 측정을 사용하는 ISO 표준 10350에 언급된 바와 같이 샘플을 20 ℃/분으로 가열하고 냉각하였다.

하중 하에서의 굴곡 온도("DTUL"): 하중 하에서의 굴곡 온도는 ISO 시험 번호 75-2:2013(ASTM D648-07에 기법상 등가임)에 따라 측정될 수 있다. 보다 특히, 80 mm의 길이, 10 mm의 두께, 및 4 mm의 너비를 갖는 시험 세편 샘플이 가장자리식 3-점 굽힘 시험(edgewise three-point bending test)에 적용될 수 있고, 여기서 특정된 하중(최대 외부 섬유 응력)은 1.8 MPa였다. 시편은 실리콘 오일 욕에 담궈질 수 있고, 온도는 상기 시편이 0.25 mm(ISO 시험 번호 75-2:2013에 대해서는 0.32 mm) 굴곡될 때까지 2 ℃/분으로 증가된다.

인장 탄성률, 인장 응력, 및 인장 연신율: 인장 특성들은 ISO 시험 번호 527:2012(ASTM D638-14에 기법상 등가임)에 따라 시험될 수 있다. 탄성률 및 강도 측정은 80 mm의 길이, 10 mm의 두께, 및 4 mm의 너비를 갖는 동일한 시험 세편 샘플에서 수행될 수 있다. 시험 온도는 23℃일 수 있고, 시험 속도는 1 또는 5 mm/분일 수 있다.

굴곡 탄성률, 굴곡 응력, 및 굴곡 연신율: 굴곡 특성들은 ISO 시험 번호 178:2010(ASTM D790-10에 기법상 등가임)에 따라 시험될 수 있다. 본 시험은 64 mm 지지 스팬(support span)에서 수행될 수 있다. 시험은 미절단된 ISO 3167 다목적 바(bar)의 중심 부분에서 수행될 수 있다. 시험 온도는 23℃일 수 있고, 시험 속도는 2 mm/분일 수 있다.

비-노치 및 노치 샤피 충격 강도(Unnotched and Notched Charpy Impact Strength): 샤피 특성들은 ISO 시험 번호 ISO 179-1:2010(ASTM D256-10, 방법 B에 기법상 등가임)에 따라 시험될 수 있다. 본 시험은 유형 1 시편 크기(80 mm의 길이, 10 mm의 너비, 및 4 mm의 두께)를 사용하여 수행될 수 있다. 노치 충격 강도 시험 시, 노치는 유형 A 노치(Type A notch)(0.25 mm 기본 반경)일 수 있다. 시편은 단일 투스 밀링 장치(single tooth milling machine)를 사용하여 다목적 바의 중심으로부터 절단될 수 있다. 시험 온도는 23℃일 수 있다.

유전 상수("D _k ") 및 유전손실 계수("Df"): 유전 상수(또는 상대 정적 유전율(relative static permittivity)) 및 유전손실 계수는 공지된 스플릿-포스트 유전체 공명기 기법(split-post dielectric resonator technique)(예컨대, 문헌[Baker-Jarvis, et al., IEEE Trans. on Dielectric and Electrical Insulation, 5(4), p. 571 (1998)] 및 [Krupka, et al., Proc. 7 ^th International Conference on Dielectric Materials: Measurements and Applications, IEEE Conference Publication No. 430 (Sept. 1996)]에 기재됨)을 사용하여 측정된다. 보다 특히, 80 mm x 80 mm x 1 mm의 크기를 갖는 플라크 샘플(plaque sample)을 2개의 고정된 유전체 공명기 사이에 삽입하였다. 공명기는 시편의 평면 내의 유전율 성분을 측정하였다. 5개의 샘플을 시험하고, 평균값을 기록한다. 스플릿-포스트 공명기는 낮은 기가헤르츠 영역, 예컨대, 1 내지 2 GHz에서 유전체 측정을 하는 데 사용될 수 있다.

열 주기 시험: 시편을 온도 제어 챔버에 넣고 -30℃ 내지 100℃의 온도 범위 내에서 가열/냉각하였다. 초기에, 샘플을 100℃의 온도에 도달할 때까지 가열하고, 이때 즉시 냉각하였다. 온도가 -30℃에 도달했을 때, 시편을 즉시 다시 100℃에 도달할 때까지 가열하였다. 23개의 가열/냉각 사이클은 3시간의 기간에 걸쳐 수행될 수 있다.

실시예 1

샘플 1 내지 5를 액정 중합체(LCP 1, LCP 2, LCP 3 또는 LCP 4), 티타늄 다이옥사이드, 흑연, 구리 크로마이트 충전제(CuCr₂O₄), 유리 섬유 및 알루미나 트라이하이드레이트의 다양한 조합으로부터 형성하였다. LCP 1은 48% HNA, 2% HBA, 25% BP 및 25% TA로부터 형성하였다. LCP 2는 43% HBA, 20% NDA, 9% TA 및 28% HQ로부터 형성하였다. LCP 3은 73% HBA 및 27% HNA로부터 형성하였다. LCP 4는 60% HBA, 4.2% HNA, 17.9% TA 및 17.9% BP로부터 형성하였다. 화합은 18 mm 단일 축 압출기를 사용하여 수행하였다. 샘플을 플라크(60 mm x 60 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 1]

샘플 1 내지 5를 열적 및 기계적 특성에 대해 시험하였다. 결과를 표 2에 제시하였다.

[표 2]

실시예 2

샘플 6 내지 10을 액정 중합체(LCP 1, LCP 2 또는 LCP 3), 티타늄 다이옥사이드, 흑연 또는 탄소 섬유, 유리 섬유, 알루미나 트라이하이드레이트 및 PPS의 다양한 조합으로부터 형성하였다. 화합은 18 mm 단일 축 압출기를 사용하여 수행하였다. 샘플을 플라크(60 mm x 60 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 3]

샘플 6 내지 10을 열적 및 기계적 특성에 대해 시험하였다. 결과를 표 4에 제시하였다.

[표 4]

실시예 3

샘플 11 내지 15를 액정 중합체(LCP 2, LCP 3 또는 LCP 4), 티타늄 다이옥사이드, 흑연, 구리 크로마이트 충전제(CuCr₂O₄), 유리 섬유 및 알루미나 트라이하이드레이트의 다양한 조합으로부터 형성하였다. 화합은 18 mm 단일 축 압출기를 사용하여 수행하였다. 샘플을 플라크(80 mm x 80 mm x 3 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 5]

샘플 11 내지 15를 열적 및 기계적 특성에 대해 시험하였다. 결과를 표 6에 제시하였다.

[표 6]

실시예 4

샘플 16 내지 22를 액정 중합체(LCP 2, LCP 3 또는 LCP 4), 흑연, 탄소 섬유, 구리 크로마이트 충전제(CuCr₂O₄) 및 유리 섬유의 다양한 조합으로부터 형성하였다. 화합은 18 mm 단일 축 압출기를 사용하여 수행하였다. 샘플을 플라크(60 mm x 60 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 7]

샘플 16 내지 22를 열적 및 기계적 특성에 대해 시험하였다. 결과를 표 8에 제시하였다.

[표 8]

실시예 5

샘플 23 내지 27을 액정 중합체(LCP 2, LCP 3 또는 LCP 4), 구리 크로마이트(CuCr₂O₄), 유리 섬유, 아연 옥사이드 단결정, 테트라포드 휘스커(파나소닉으로부터의 파나-테트라(상표)), 전도성 흑연, 및/또는 반도성 흑연(쿠레하 익스트론으로부터의 크레파인(상표), 3 x 10⁷ ohm·cm의 체적 저항률)의 다양한 조합으로부터 형성하였다. 화합은 18 mm 단일 축 압출기를 사용하여 수행하였다. 샘플을 플라크(60 mm x 60 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 9]

샘플 23 내지 27을 전기적, 열적 및 기계적 특성에 대해 시험하였다. 결과를 표 10에 제시하였다.

[표 10]

또한, 샘플 27을 전술한 열 주기 시험에 적용하였다. 시험 후, 유전 상수가 11.36이고, 유전손실 계수가 0.1566인 것으로 측정되었다. 따라서, 초기 유전 상수에 대한 열 주기 시험 후 유전 상수의 비는 0.96이었고, 초기 유전손실 계수에 대한 열 주기 시험 후 유전손실 계수의 비는 0.75였다.

실시예 6

샘플 28 내지 30을 액정 중합체(LCP 2, LCP 3 또는 LCP 4), 탄소 섬유, 구리 크로마이트 충전제(CuCr₂O₄) 및 유리 섬유의 다양한 조합으로부터 형성하였다. 화합은 32 mm 2축 압출기를 사용하여 수행하였다. 샘플을 플라크(80 mm x 90 mm x 3 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 11]

샘플 28 내지 30을 열적 및 기계적 특성에 대해 시험하였다. 결과를 표 12에 제시하였다.

[표 12]

또한, 샘플 28 내지 30을 전술한 열 주기 시험에 적용하였다. 시험 후, 샘플에 대해 생성된 유전손실 계수가 각각 0.032, 0.025 및 0.020인 것으로 측정되었다. 따라서, 샘플 28, 29 및 30에 대한 초기 유전손실 계수에 대한 열 주기 시험 후 유전손실 계수의 비는 각각 1.14, 1.26 및 1.13였다.

실시예 7

샘플 31 내지 34를 액정 중합체(LCP 2, LCP 3 또는 LCP 4), 알루미나 트라이하이드레이트(ATH), 티타늄 다이옥사이드, 탄소 섬유, 구리 크로마이트 충전제(CuCr₂O₄) 및 유리 섬유의 다양한 조합으로부터 형성하였다. 화합은 32 mm 2축 압출기를 사용하여 수행하였다. 샘플을 플라크(80 mm x 90 mm x 3 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 13]

샘플 31 내지 34를 열적 및 기계적 특성에 대해 시험하였다. 결과를 표 14에 제시하였다.

[표 14]

실시예 8

샘플 35 내지 40을 액정 중합체(LCP 2, LCP 3 또는 LCP 4), 알루미나 트라이하이드레이트(ATH), 티타늄 다이옥사이드, 탄소 섬유, 구리 크로마이트 충전제(CuCr₂O₄) 및 유리 섬유의 다양한 조합으로부터 형성하였다. 화합은 32 mm 2축 압출기를 사용하여 수행하였다. 샘플을 플라크(80 mm x 90 mm x 3 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 15]

샘플 35 내지 40을 열적 및 기계적 특성에 대해 시험하였다. 결과를 표 16에 제시하였다.

[표 16]

또한, 샘플 38 내지 40을 전술한 열 주기 시험에 적용하였다. 시험 후, 샘플에 대해 생성된 유전손실 계수가 각각 0.01764, 0.0155 및 0.0142인 것으로 측정되었다. 따라서, 샘플 38, 39 및 40에 대한 초기 유전손실 계수에 대한 열 주기 시험 후 유전손실 계수의 비는 각각 0.84, 0.91 및 0.89였다.

실시예 9

샘플 41 내지 43을 액정 중합체(LCP 2, LCP 3 또는 LCP 4), 알루미나 트라이하이드레이트(ATH), 티타늄 다이옥사이드, 탄소 섬유, 구리 크로마이트 충전제(CuCr₂O₄) 및 유리 섬유의 다양한 조합으로부터 형성하였다. 화합은 32 mm 2축 압출기를 사용하여 수행하였다. 샘플을 플라크(80 mm x 90 mm x 3 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 17]

샘플 41 내지 43을 열적 및 기계적 특성에 대해 시험하였다. 결과를 표 18에 제시하였다.

[표 18]

또한, 샘플 41 내지 43을 전술한 열 주기 시험에 적용하였다. 시험 후, 샘플에 대해 생성된 유전 상수가 각각 14.1, 13.2 및 16.6인 것으로 측정되었다. 따라서, 샘플 41, 42 및 43에 대한 초기 유전 상수에 대한 열 주기 시험 후 유전 상수의 비는 각각 0.99, 0.99 및 0.98이었다. 또한, 샘플에 대해 생성된 유전손실 계수가 각각 0.020, 0.020 및 0.021인 것으로 측정되었다. 따라서, 샘플 41, 42 및 43에 대한 초기 유전손실 계수에 대한 열 주기 시험 후 유전손실 계수의 비는 각각 1.18, 1.18, 및 1.10이었다.

실시예 10

샘플 44 내지 47은 다양한 백분율의 액정 중합체("LCP 5" 및 "LCP 3"), 규회석 섬유[나이글로스(Nyglos, 상표) 8], 흑색 안료, 탄소 섬유 및 윤활제[글리콜루브(Glycolube, 상표) P]로부터 형성된다. LCP 5는 60 몰% HBA, 5 몰% HNA, 12 몰% BP, 17.5 몰% TA 및 5 몰% APAP로부터 형성된다. 화합은 18-mm 단축 압출기를 사용하여 수행되었다. 샘플을 플라크(60 mm x 60 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 19]

샘플 44 내지 47은 열적 및 기계적 특성에 대해 시험되었다. 결과는 하기 표 20에 제시된다.

[표 20]

샘플 46 및 47은 또한 전술한 바와 같이 열 주기 시험을 거쳤다. 시험 시, 샘플에 대해 생성된 유전 상수가 각각 12.9 및 12.6인 것으로 측정되었다. 따라서, 샘플 46 및 47에 대한 초기 유전 상수에 대한 열 주기 시험 후 유전 상수의 비는 각각 0.99 및 1.0이었다. 또한, 샘플에 대해 생성된 유전손실 계수는 각각 0.021 및 0.015인 것으로 측정되었다. 따라서, 샘플 46 및 47에 대한 초기 유전손실 계수에 대한 열 주기 시험 후 유전손실 계수의 비는 각각 1.2 및 0.83이었다.

실시예 11

샘플 48 내지 51은 다양한 백분율의 액정 중합체("LCP 5" 및 "LCP 3"), 나이글로스(상표) 8, 흑색 안료, 흑연 및 글리콜루브(상표) P로부터 형성된다. 화합은 18-mm 단축 압출기를 사용하여 수행되었다. 샘플을 플라크(60 mm x 60 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 21]

샘플 48 내지 51은 열적 및 기계적 특성에 대해 시험되었다. 결과는 하기 표 22에 제시된다.

[표 22]

샘플 48 내지 50은 또한 전술한 열 주기 시험을 거쳤다. 시험 시, 샘플에 대해 생성된 유전 상수가 각각 12.6, 8.9 및 6.29인 것으로 측정되었다. 따라서, 샘플 48, 49 및 50에 대한 초기 유전 상수에 대한 열 주기 시험 후 유전 상수의 비는 각각 1.0, 1.0 및 1.0이었다. 또한, 샘플에 대해 생성된 유전손실 계수가 각각 0.0578, 0.0214 및 0.0098인 것으로 측정되었다. 따라서, 샘플 48, 49 및 50에 대한 초기 유전손실 계수에 대한 열 주기 시험 후 유전손실 계수의 비는 각각 1.17, 1.06 및 1.09이었다.

실시예 12

샘플 52 내지 56은 액정 중합체(LCP 2 또는 LCP 3), 알루미나 트라이하이드레이트(ATH), 티타늄 다이옥사이드, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 다양한 조합으로부터 형성된다. 화합은 32-mm 이축 압출기를 사용하여 수행되었다. 샘플을 플라크(80 mm x 90 mm x 3 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 23]

샘플 52 내지 56은 열적 및 기계적 특성에 대해 시험되었다. 결과는 하기 표 24에 제시된다.

[표 24]

실시예 13

샘플 57 및 58은 액정 중합체(LCP 2, LCP 3 또는 LCP 4), 알루미나 트라이하이드레이트(ATH), 티타늄 다이옥사이드, 탄소 섬유, 구리 크로마이트 충전제(CuCr₂O₄), 및 유리 섬유의 다양한 조합으로부터 형성된다. 화합은 32-mm 이축 압출기를 사용하여 수행되었다. 샘플을 플라크(80 mm x 90 mm x 3 mm)에 넣어 부품을 사출 성형하였다.

[표 19]

샘플 58은 열적 및 기계적 특성에 대해 시험되었다. 결과는 하기 표 20에 제시된다.

[표 20]

본 발명의 상기 및 다른 변형 및 변경은 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남 업이 당업자에 의해 실시될 수 있다. 또한, 다양한 양태의 양상이 전체적 또는 부분적으로도 상호교환될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 당업자는 전술한 설명이 단지 예시적인 것이고 첨부된 청구범위에 추가 기재된 본 발명을 제한하지 않고자 함을 이해할 것이다.

Claims

중합체 매트릭스 내에 분포된 유전 물질을 포함하는 중합체 조성물로서,
상기 유전 물질이 약 0.1 ohm·cm 내지 약 1 x 10¹² ohm·cm의 체적 저항률(volume resistivity)을 갖고, 상기 중합체 매트릭스가 하나 이상의 열방성 액정 중합체(thermotropic liquid crystalline polymer)를 포함하고, 추가적으로, 상기 중합체 조성물이 2 GHz의 주파수에서 측정된 약 4 이상의 유전 상수(dielectric constant) 및 약 0.3 이하의 유전손실 계수(dissipation factor)를 나타내는, 중합체 조성물.
제1항에 있어서,
약 -30 내지 약 100℃의 온도 주기에 노출된 후 유전 상수를 나타내고, 열 주기 전 유전 상수에 대한 온도 주기 후 유전 상수의 비가 약 0.8 이상인, 중합체 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
약 -30 내지 약 100℃의 온도 주기에 노출된 후 유전손실 계수를 나타내고, 열 주기 전 유전손실 계수에 대한 온도 주기 후 유전손실 계수의 비가 약 1.3 이하인, 중합체 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
약 -30 내지 약 100℃의 온도 주기에 노출된 후 유전손실 계수를 나타내고, 열 주기 전 유전손실 계수에 대한 온도 주기 후 유전손실 계수의 비가 약 1.0 이하인, 중합체 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
유전 물질이 무기 옥사이드 물질을 함유하는, 중합체 조성물.
제5항에 있어서,
무기 옥사이드 물질이 티타늄 다이옥사이드 입자를 포함하는, 중합체 조성물.
제5항에 있어서,
무기 옥사이드 물질이 무기 옥사이드 휘스커(whisker)를 포함하는, 중합체 조성물.
제7항에 있어서,
휘스커가 아연 옥사이드 휘스커인, 중합체 조성물.
제7항에 있어서,
휘스커가 중심 몸체(central body) 및 이로부터 방사형으로 연장되는 다수의 침형 결정(needle crystal)을 갖는, 중합체 조성물.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
유전 물질이 약 0.1 내지 약 500 ohm·cm의 체적 저항률을 갖는 무기 옥사이드 물질을 포함하는, 중합체 조성물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
유전 물질이 약 1 x 10³ 내지 약 1 x 10¹² ohm·cm의 체적 저항률을 갖는 탄소 물질을 포함하는, 중합체 조성물.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
유전 물질이 약 0.1 ohm·cm 미만의 체적 저항률을 갖는 전기 전도성 물질 및 약 1 x 10¹² ohm·cm 초과의 체적 저항률을 갖는 절연성 물질을 포함하는, 중합체 조성물.
제12항에 있어서,
전기 전도성 물질이 탄소 물질을 포함하고, 절연성 물질이 무기 옥사이드 물질을 포함하는, 중합체 조성물.
제13항에 있어서,
탄소 물질의 중량%에 대한 무기 산화물 물질의 중량%의 비가 약 3 내지 약 100인, 중합체 조성물.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
열방성 결정질 중합체가 4-하이드록시벤조산으로부터 유도된 반복 단위를 함유하는 방향족 폴리에스터인, 중합체 조성물.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
열방성 액정 중합체가 약 10 몰% 이상의 나프텐성 하이드록시카복실산 및/또는 나프텐성 다이카복실산으로부터 유도된 반복 단위의 총량을 갖는, 중합체 조성물.
제16항에 있어서,
열방성 액정 중합체가 약 10 몰% 이상의 나프탈렌-2,6-다이카복실산으로부터 유도된 반복 단위의 총량을 갖는, 중합체 조성물.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
레이저 활성화가능 첨가제(laser activatable additive)를 추가로 포함하는 중합체 조성물.
제18항에 있어서,
레이저 활성화가능 첨가제가 하기 화학식을 갖는 스피넬 결정(spinel crystal)을 함유하는, 중합체 조성물:
AB₂O₄
상기 식에서,
A는 2의 원자가를 갖는 금속 양이온이고;
B는 3의 원자가를 갖는 금속 양이온이다.
제19항에 있어서,
스피넬 결정이 MgAl₂O₄, ZnAl₂O₄, FeAl₂O₄, CuFe₂O₄, CuCr₂O₄, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, TiFe₂O₄, FeCr₂O₄, MgCr₂O₄ 또는 이들의 조합을 포함하는, 중합체 조성물.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
섬유성 충전제를 추가로 포함하는 중합체 조성물.
제21항에 있어서,
섬유성 충전제가 유리 섬유를 포함하는, 중합체 조성물.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
1,000초^-1의 전단 속도 및 350℃의 온도에서 측정된 약 5 내지 약 150 Pa·s의 용융 점도를 갖는 중합체 조성물.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
약 15 중량% 내지 약 85 중량%의 열방성 액정 중합체 및 약 10 중량% 내지 약 70 중량%의 유전 물질을 포함하는 중합체 조성물.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 중합체 조성물을 포함하는 성형된 부품(molded part).
제25항에 있어서,
하나 이상의 전도성 소자가 부품의 표면 상에 형성되는, 성형된 부품.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 중합체 조성물, 및
무선 주파수 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 하나 이상의 안테나 소자로서, 기판에 결합되어 있는 안테나 소자
를 포함하는 안테나 시스템.
제27항에 있어서,
무선 주파수 신호가 5G 신호인, 안테나 시스템.
제27항에 있어서,
하나 이상의 안테나 소자가 약 1,500 μm 미만의 특징 크기(feature size)를 갖는, 안테나 시스템.
제27항에 있어서,
하나 이상의 안테나 소자가 다수의 안테나 소자를 포함하는, 안테나 시스템.
제30항에 있어서,
다수의 안테나 소자가 약 1,500 μm 미만의 이격 거리(spacing distance)만큼 이격되는, 안테나 시스템.
제30항에 있어서,
다수의 안테나 소자가 16개 이상의 안테나 소자를 포함하는, 안테나 시스템.
제30항에 있어서,
다수의 안테나 소자가 어레이(array)로 배열되는, 안테나 시스템.
제33항에 있어서,
어레이가 8개 이상의 송신 채널 및 8개 이상의 수신 채널을 위해 구성되는, 안테나 시스템.
제33항에 있어서,
어레이가 1 cm² 당 1,000개 초과 안테나 소자의 평균 안테나 소자 밀도(average antenna element concentration)를 갖는, 안테나 시스템.
제27항에 있어서,
기지국(base station)을 추가로 포함하고, 상기 기지국이 하나 이상의 안테나 소자를 포함하는, 안테나 시스템.
제27항에 있어서,
사용자 컴퓨팅 장치(user computing device) 또는 중계기(repeater) 중 하나 이상을 추가로 포함하고, 상기 사용자 컴퓨팅 디바이스 또는 중계기 기지국 중 하나 이상이 상기 하나 이상의 안테나 소자를 포함하는, 안테나 시스템.