TW201831074A - 用於電池干擾（ｅｍｉ）應用之高介電損耗複合物 - Google Patents

用於電池干擾（ｅｍｉ）應用之高介電損耗複合物 Download PDF

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Abstract

描述電磁干擾(Electromagnetic interference,EMI)屏蔽複合物以及製造與使用該複合物的方法。該等複合物包括分布在一低介電損耗基質材料中的高載量陶瓷粒子，該低介電損耗基質材料具有在約0.0001至約0.005的範圍中的一介電損耗正切。在一種情況中，該複合物包括分布在聚矽氧中的CuO粒子。該等複合物在高頻率範圍中展現介電吸收體特性。

Description

用於電磁干擾(EMI)應用之高介電損耗複合物
本揭露係關於用於電磁干擾(electromagnetic interference,EMI)應用之高介電損耗複合物或物品，以及製造與使用該複合物的方法。
由於對於更強大且精小的電子產品的成長性需求，電磁干擾(EMI)成為電子業中更重要的因素。電子裝置與輻射源的EMI屏蔽是電子裝置中的裝置能可靠操作之重要考慮因素。需要減小電磁(EM)雜訊，以提高這些通信裝置的信號完整性。EMI屏蔽可藉由反射電磁(EM)波、吸收電磁波、或兩者來實現。最常見的是使用高導電金屬片體(稱為EM屏蔽)來反射非所欲的EM波。但是，在一些情況中，反射EM波是不夠的，或可能導致更多的問題。這導致需要提供EMI吸收體與屏蔽材料以及用於吸收EM波的方法，特別是在高頻方案(例如，1至40GHz、或1至80GHz)以及與此類基頻相關聯的諧波中。具有EMI減輕特性的聚合物複合物係描述在例如WO2014/130431(Dipankar等人)中。
所欲的是在用於電磁干擾(EMI)應用的電子裝置中使用具有改良的電磁特性之更有效的屏蔽或吸收材料，尤其是在高頻方案中。簡而言之，在一態樣中，本揭露描述了一種電磁干擾(EMI)屏蔽複合物，其包括：約5至約50wt.%之一低介電損耗基質材料；以及約50至約95wt.%之銅(II)氧化物(CuO)粒子，其等分布在該低介電損耗基質材料內。該低介電損耗基質材料具有在約0.0001至約0.005的範圍中之一介電損耗正切。
在另一態樣中，本揭露描述一種製造一電磁干擾(EMI)屏蔽複合物之方法。該方法包括將陶瓷粒子與一低介電損耗聚合物基質化合以形成該複合物。該複合物包括：約5至約50wt.%之一低介電損耗基質材料；以及約50至約95wt.%之銅(II)氧化物(CuO)粒子，其等分布在該低介電損耗基質材料內。該低介電損耗基質材料具有在約0.0001至約0.005的範圍中之一介電損耗正切。在一些實施例中，該銅(II)氧化物(CuO)粒子係與聚矽氧化合，以形成該複合物。
在另一態樣中，本揭露描述了一種電磁干擾(EMI)屏蔽複合物物品，該物品包含複合物，該複合物包括：約5至約50wt.%之一低介電損耗基質材料；以及約50至約95wt.%之銅(II)氧化物(CuO)粒子，其等分布在該低介電損耗基質材料內。該物品能夠屏蔽(主要是藉由吸收)在約0.01GHz至約100GHz、約1GHz至約80GHz、或約20GHz至約40GHz的範圍中的電磁輻射。
本揭露之例示性實施例獲得各種非預期的結果及優點。本揭露的例示性實施例有一此類優點，即該EMI屏蔽複合物包括分布在一低介電損耗基質材料(例如，聚矽氧)中的高載量陶瓷粒子(例如，CuO粒子)。該複合物可在高頻方案(例如，約0.01GHz至約100GHz、約1GHz至約80GHz、或約20GHz至約40GHz)中作用為有損的介電吸收體。
已概述本揭露之例示性實施例之各種態樣及優點。上述發明內容並非意欲說明本揭露的各個所闡述實施例所或提出某些例示性實施例的所有實作。下列圖式及實施方式更具體地例示說明使用本文揭示之原理的某些較佳實施例。
配合附圖，思考如下所述本揭露各個實施例之實施方式，可更完整地理解本揭露，其中：圖1繪示實例1與實例2的測試結果，其顯示聚合物複合物的介電質介電率的實部與虛部相對於頻率的圖。
圖2繪示實例3與實例4的測試結果，其顯示聚合物複合物的介電損耗正切(tan δ=ε”/ε’)相對於頻率的圖。
圖3繪示實例1與實例3的測試結果，其顯示聚合物複合物的介電損耗正切(tan δ=ε”/ε’)相對於頻率的圖。
圖4繪示實例5至實例7的測試結果，其顯示聚合物複合物的介電質介電率的實部與虛部相對於頻率的圖。
圖5繪示實例5至實例7的測試結果，其顯示聚合物複合物的介電損耗正切(tan δ=ε”/ε’)相對於頻率的圖。
圖式中，相似元件符號指代相似元件。雖然上述所提出之圖式闡述本揭露之數個實施例，其他在實施方式中所提到的實施例亦被考慮，該等圖式可未按比例繪製。在所有情況中，本揭露係藉由例示性實施例的表示之方式而非明確的限制來說明所揭示之揭露。應理解，所屬技術領域中具有通常知識者可擬定出許多其他修改及實施例，其仍屬於本揭露之範疇及精神。
對於下文所定義用語的詞彙，這些定義應適用於整份申請書，除非在申請專利範圍或說明書中的別處提供不同定義。
詞彙
說明書及申請專利範圍中使用某些用語，雖然這些用語大多數已為人所熟知，但可能需要一些解釋。應理解：用語「聚合物(polymer)」及「聚合材料(polymeric material)」係指製備自一種單體之材料(諸如均聚物)或指製備自兩種或更多種單體之材料(諸如共聚物、三共聚物、或類似者)兩者。同樣地，用語「聚合(polymerize)」係指製造聚合材料(可為均聚物、共聚物、三共聚物、或類似者)之過程。用語「共聚物(copolymer)」及「共聚材料(copolymeric material)」係指製備自至少兩種單體之聚合材料。
如本文所使用，用語「低介電損耗基質材料(low-dielectric-loss matrix material)」是指在所關注的頻率範圍內具有在下列範圍中之介電損耗正切之基質材料：例如，自約0.0001至約0.005、自約0.0001至約0.0045、自約0.0001至約0.004、自約0.0001至約0.0035、自約0.0001至約0.003、自約0.0001至約0.0025、或自約0.0001至約0.002。在一些實施例中，聚矽氧(例如，可以Silicone Sylgard 184之商標名稱商購自Dow Corning(Midland,MI.,USA)的兩部分的聚矽氧彈性體套組所製成之聚矽氧)可作為低介電損耗基質使用，其在100kHz具有約0.0013的介電損耗正切。介電損耗正切(通常稱為tanδ)是介電材料的頻率相關參數，其量化其電磁能量的固有耗散。該用語是指在電磁場的電阻(有損)分量與其反應(無損)分量之間的複數平面上的角度的切線。其方便地定義為材料的虛數介電率與其實數介電率之比率，即，tan δ=ε”/ε’。
如本文中所使用，用語「有損的介電吸收體(lossy dielectric absorber)」是指EMI屏蔽複合物，其含有可吸收在高頻方案下傳入的EM輻射之高載量填充材料。
關於數值或形狀的用語「約(about)」或「近似(approximately)」係意指+/-5百分比之該數值或屬性或特性，但明確地包含該確切數值。例如，「約」1Pa-sec之黏度係指自0.95至1.05Pa-sec之黏度，而且亦明確地包含確切1Pa-sec之黏度。同樣地，「實質上正方形」周長意欲描述具有四個側向邊緣之幾何形狀，其中 各側向邊緣之長度為任何其他側向邊緣之長度的自95%至105%，而且亦包含各側向邊緣具有完全相同長度的幾何形狀。
關於屬性或特性的用詞「實質上(substantially)」意指該屬性或特性的展現程度大於該屬性或特性之相對者的展現程度。例如，「實質上」透明之基板係指所透射的輻射(例如，可見光)多於未能透射者(例如，吸收及反射)之基材。因此，透射入射在其表面上之多於50%可見光的基材係實質上透明，而透射入射在其表面上之50%或更少可見光的基材係非實質上透明。
如本說明書及隨附實施例中所用者，單數形式「一(a/an)」及「該(the)」包括複數的指涉，除非內容另有清楚指定。因此，例如，對於含有「一化合物」之細纖維之參照包含二或多種化合物之混合物。如本說明書及所附實施例中所使用者，用語「或(or)」通常是用來包括「及/或(and/or)」的意思，除非內文明確地另有指示。
如本說明書中所使用，以端點敘述之數字範圍包括所有歸於該範圍內的數字(例如，1至5包含1、1.5、2、2.75、3、3.8、4及5)。
除非另有所指，否則本說明書及實施例中所有表達量或成分的所有數字、屬性之測量及等等，在所有情形中都應予以理解成以用語「約(about)」進行修飾。因此，除非另有相反指示，在前述說明書及隨附實施例清單所提出的數值參數，可依據所屬技術領域中具有通常知識者運用本揭露的教示而企圖獲得之所欲性質而有所變化。 起碼，至少應鑑於有效位數的個數，並且藉由套用普通捨入技術，詮釋各數值參數，但意圖不在於限制所主張實施例範疇均等論之應用。
本揭露描述電磁干擾(EMI)屏蔽複合物或物品，其包括：約5至約50wt.%之一低介電損耗基質材料；以及約50至約95wt.%之陶瓷粒子(例如，CuO粒子)，其等分布在該低介電損耗基質材料內。該低介電損耗基質材料在所關注的頻率範圍內具有在下列範圍中之介電損耗正切：自約0.0001至約0.005、自約0.0001至約0.004、或自約0.0001至約0.003。本文描述的EMI屏蔽複合物或物品能夠減輕電磁干擾，主要是藉由在例如約0.01GHz至約100GHz、約1GHz至約80GHz、或約20GHz至約40GHz的範圍中的吸收。
本文中所描述的複合物包括低介電損耗基質材料。可將合適的低介電損耗基質材料與陶瓷粒子化合，以形成EMI屏蔽複合物。本文描述的低介電損耗基質材料在所關注的頻率範圍內具有例如小於0.005、不大於0.0045、不大於0.004、不大於0.0035、不大於0.003、不大於0.0025、不大於0.002之介電損耗正切。
在一些實施例中，低介電損耗基質材料可包括固化的聚合系統，例如聚矽氧、環烯烴共聚物(COC)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚醯亞胺(PI)、間規聚苯乙烯(SPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁基橡膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚胺甲酸酯、或其組合之一或多者。本文描述的合適的經固化材料在所關注的頻率範圍內可具有在下列範圍中之介電損耗正切：例如，自約0.0001至約 0.005、自約0.0001至約0.0045、自約0.0001至約0.004、自約0.0001至約0.0035、自約0.0001至約0.003、自約0.0001至約0.0025、或自約0.0001至約0.002。
在一些實施例中，低介電損耗基質材料可包括可與銅(II)氧化物(CuO)粒子化合之聚合材料。例示性可化合的聚合材料可包括聚矽氧、環烯烴共聚物(COC)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)等。本文描述的合適的可化合聚合物材料在所關注的頻率範圍內可具有在下列範圍中之介電損耗正切：例如，自約0.0001至約0.005、自約0.0001至約0.0045、自約0.0001至約0.004、自約0.0001至約0.0035、自約0.0001至約0.003、自約0.0001至約0.0025、或自約0.0001至約0.002。
在一些實施例中，低介電損耗基質材料可包括具有閉孔或開孔之孔的聚合發泡系統。例示性的發泡系統可包括聚胺甲酸酯等。本文描述的合適的發泡材料在所關注的頻率範圍內可具有在下列範圍中之介電損耗正切：例如，自約0.0001至約0.005、自約0.0001至約0.0045、自約0.0001至約0.004、自約0.0001至約0.0035、自約0.0001至約0.003、自約0.0001至約0.0025、或自約0.0001至約0.002。
在一些實施例中，低介電損耗基質材料可包括陶瓷材料，包括例如氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiO2)、氮化鋁(AlN)、或其組合。多種陶瓷填料(包括CuO粒子)可分布在陶瓷基質材料中，以形 成EMI屏蔽物品。分布在聚合物基質內的陶瓷粒子(例如，CuO粒子)在本文中也稱為陶瓷填料。本文描述的合適的陶瓷材料在所關注的頻率範圍內可具有在下列範圍中之介電損耗正切：例如，自約0.0001至約0.005、自約0.0001至約0.0045、自約0.0001至約0.004、自約0.0001至約0.0035、自約0.0001至約0.003、自約0.0001至約0.0025、或自約0.0001至約0.002。
除了低介電損耗基質材料之外，本文中所描述的EMI屏蔽複合物進一步包括分布在低介電損耗基質材料內的陶瓷填料，以形成該複合物。在一些實施例中，陶瓷填料可包括金屬氧化物粒子，例如銅(II)氧化物(CuO)粒子。合適的銅(II)氧化物(CuO)粒子的典型尺寸範圍係(例如)從50奈米至50微米的平均粒子大小，更典型係1微米至10微米。銅(II)氧化物(CuO)粒子典型可以約40至約95wt.%、約50至約95wt.%、更典型以約70至約95wt.%的量存在。在一些實施例中，銅(II)氧化物(CuO)粒子可以例如大於約40wt.%、大於約50wt.%、大於約60wt.%、大於約70wt.%、大於約75wt.%、大於約80wt.%、大於約85wt.%、或大於約90wt.%的量存在。
本揭露提供了聚合複合物，其包括用於電磁干擾(EMI)應用的低介電損耗基質材料。在一實施例中，複合物包括分布在聚矽氧中之高載量銅(II)氧化物(CuO)填料。本揭露提供了包括一低介電損耗基質材料之複合物，該低介電損耗基質材料具有(例如)低於0.005、低於0.0045、低於0.004、低於0.0035、低於0.003、低於 0.0025、或低於0.002之一低介電損耗正切。任何具有所欲的固有低介電損耗特性的聚合基質可適合作為用於本揭露的聚合基質。本揭露中的低介電損耗基質材料可有助於在不使用溶劑的情況下填料材料至複合物中的高填載量。
多種參數控制聚合基質的介電損耗。這些參數中的一些係關於聚合物本身的結構特徵，另一些係關於添加劑的存在。影響聚合基質的介電損耗之聚合物的結構特徵的實例包括極性基團的存在、結晶度、玻璃轉移溫度(Tg)、與交聯的程度。影響聚合基質的介電損耗之添加劑的實例包括(例如)可降低聚合基質的Tg之塑化劑。
導致聚合物中的介電損耗之關鍵組分係與含有具有高偶極矩的基團之短極性區段的鬆弛相關聯。此類極化鍵結的一些實例包括：C-OR基團，其中R係氫原子或烷基或芳基；C-X基團，其中X係鹵素原子，諸如氟或氯原子；與C-NR1R2，其中R1與R2獨立地係氫原子、烷基、或芳基。極性區段可以是骨架結構的一部分，或在側鏈上。在本揭露中，低介電損耗基質材料可包括小於5wt.%、小於3wt.%、小於1wt.%、小於0.5wt.%、小於0.1wt.%、或實質上沒有這種極性區段。
結晶度是影響聚合物中的介電損耗的另一參數，其中較多結晶的聚合基質具有較少的介電損耗，因為增加的結晶度可減少聚合物鏈的運動的自由度。相反地，非結晶形的聚合物基質具有較高的自由體積，這可增強聚合物區段旋轉的容易性，且由於電磁能量的吸收而增加介電損耗。因此，具有較少的非結晶形區域且因此較高的結 晶性之聚合基質可具有較低的介電損耗，即，是「較少有損的」。聚合物中的結晶度可藉由聚合物組成物與藉由加工狀況的選擇來控制。
聚合物鏈的可移動性也受到玻璃轉移溫度的影響。即使是具有高玻璃轉移溫度的非晶聚合物(即，Tg值高於使用溫度，通常是環境溫度或室溫)在使用溫度下也具有受限的可移動性。因此，具有低於使用溫度(通常是室溫)的Tg值之聚合基質相較於具有高於使用溫度的Tg值之聚合基質係較有損的。基質的Tg也可受到使用添加劑的影響。例如，基質的Tg可因加入塑化劑而降低。
在固化的聚合系統(例如固化的環氧樹脂系統)中，基質中的交聯度是特別重要的。較高的交聯度不利地影響鏈段的可移動性，並因此降低基質的介電損耗。因此，較高的交聯度對於固化的聚合系統通常是所欲的，以產生低介電損耗基質材料。
除了上述因素之外，聚合物系統的損耗性也受到下列因素影響：例如，支化度(因為支化往往會打破結晶性)、所產生的端基團的性質(無論是極性或非極性的)、雜質或添加劑的存在(例如，未反應單體)、溶劑(例如，水)、加工助劑(例如，抗氧化劑)、及類似者。
WO2014/130431(Dipankar等人)揭示了將CuO填料用在有損的聚合物基質中，該基質具有在0.005至0.5的範圍中的介電損耗正切。有損的聚合物基質材料包括基於碳氟化合物之聚合物基質、含氯的聚合物基質、基於環氧之聚合物基質、(甲基)丙烯酸酯聚合物基質、聚醚聚合物基質、或其組合。
本揭露發現，在不使用溶劑下，對於薄樣本，難以在有損的聚合物基質中實現高載量(例如，大於約80wt.%、或40至45vol.%)的填料材料(例如，介電填料、磁性填料、導電填料等)。在這種有損的聚合物基質中強制放入高載量的填料可能會導致非所欲的效果，例如黏聚、樣本中有裂痕、不均勻的樣本厚度等，這可能導致最終的EMI屏蔽物品有非所欲與不一致的特性。
在本揭露中，用於形成複合物的聚合基質包括低介電損耗基質材料，例如聚矽氧。在一些實施例中，低介電損耗基質材料可包括非極性的聚合物系統。在一些實施例中，本文中所描述的EMI屏蔽複合物的聚合基質可包括例如不小於80wt.%、不小於85wt.%、不小於90wt.%、或不小於95wt.%的低介電損耗基質材料。在一些實施例中，本文中所描述的EMI屏蔽複合物的聚合基質可包括例如不大於10wt.%、不大於5wt.%、不大於2wt.%、不大於1wt.%、不大於0.5wt.%、不大於0.2wt.%、不大於0.1wt.%、或實質上沒有損耗的聚合物基質材料，諸如在WO2014/130431(Dipankar等人)中所揭示的有損的聚合物基質材料。
在一些實施例中，包括分布在低介電損耗基質材料中的高載量陶瓷粒子(例如，CuO粒子)之EMI屏蔽複合物可展現出優異的介電吸收體特性，例如具有較高的介電損耗正切。在一些實施例中，複合物可具有在例如約0.05至約0.8、約0.1至約0.8、約0.2至約0.8、或約0.25至約0.75之範圍中的介電損耗正切。複合物的高介電損耗可歸因於高載量的陶瓷粒子(例如，CuO粒子)。
在一些實施例中，除了上面所討論的低介電損耗基質材料(例如，聚矽氧)與陶瓷粒子(例如，CuO)之外，本文中所描述的EMI屏蔽複合物可含有其他可選的填料(例如導電填料、鐵磁填料、CuO填料之外的介電填料等)分布於基質中。可將可選的填料與陶瓷粒子混合並且分布在基質材料中。
許多種導電粒子適合作為可選的填料，以形成EMI屏蔽複合物。合適的導電性粒子可包括例如碳黑、碳泡沫、碳發泡體、石墨烯、碳纖維、石墨、石墨奈米片、碳奈米管、金屬粒子與奈米粒子、金屬合金粒子、金屬奈米線、聚丙烯腈(PAN)纖維、導電塗佈粒子(例如金屬塗佈的玻璃粒子)、或其組合。在一些實施例中，碳黑是特別合適的。典型上，導電粒子的尺寸範圍係例如約5奈米至約20微米的平均粒徑，更典型自約5奈米至約500奈米。可選的導電粒子可以例如是最終的EMI屏蔽複合物的0至10wt.%、0.05至10wt.%、0.1至10wt.%、更典型地0.5至5wt.%的量存在。
許多種磁性粒子適合作為可選的填料，以形成EMI屏蔽複合物。合適的磁性粒子可包括例如鐵磁或鐵氧體材料，其包括摻雜或未摻雜的羰基鐵粉(carbonyl iron powder,CIP)、矽化鐵、陶瓷磁性鐵氧體、陶瓷磁性石榴石、或其組合。在一些實施例中，磁性填料可包括基於Fe之合金，例如鋁矽鐵(Fe-Si-Al)、鐵-矽化物(Fe-Si-Cr)、羰基鐵、或鐵與鎳的合金、陶瓷鐵氧體、或其組合。可選的磁性粒子可以例如是最終的EMI屏蔽複合物的0至40wt.%、2至40wt.%、5至40wt.%、更典型地20至40wt.%的量存在。
在一些實施例中，EMI屏蔽複合物可進一步包括例如約5至約40wt.%、或約10至約30wt.%之可選的非CuO填料的介電填料。介電填料可包括摻雜或未摻雜的TiO、SiC、或其混合物。
在一些實施例中，EMI屏蔽複合物可進一步包括，例如約5至約40wt.%、或約10至約30wt.%的可選的多鐵填料，例如BiFeO3、BiMnO3、或其混合物。
本揭露提供多種製造EMI屏蔽複合物的方法。在一些實施例中，該等方法可包括提供陶瓷粒子，例如CuO粒子。陶瓷粒子可與低介電損耗基質材料(例如聚矽氧)化合。在一些實施例中，CuO粒子可與聚矽氧彈性體的兩個部分混合。陶瓷粒子(例如，CuO粒子)的裝載量可高達例如約40至約95wt.%、約50至約95wt.%、約60至約95wt.%、約70至約95wt.%、約80至約95wt.%、約85至約95wt.%、或約90至約95wt.%。在一些實施例中，複合物中的CuO粒子的裝載量可係例如大於約40wt.%、大於約50wt.%、大於約60wt.%、大於約70wt.%、大於約80wt.%、或大於約90wt.%。在一些實施例中，該複合物的大部分(即，大於約50wt.%)可係CuO粒子。可將可選的分散劑(例如矽石、矽烷劑等)在混合期間加入。另外，可將可選的填料(例如，導電填料、磁性填料、介電填料等)添加至該混合物中，以達到所欲的特性。
可將低介電損耗基質與分布於其中的各種填料的混合物進一步處理，以形成EMI屏蔽複合物。在一些實施例中，該基質材料可包括可固化的基質材料，且可藉由熱或輻射來固化該混合物，以形 成複合物。在一些實施例中，混合物可以在壓力下經熱處理，以形成所欲的形狀(例如，片體)。其他合適的處理，(例如模製、擠出、微複製等)也可用於進一步處理該混合物，以形成具有所欲形狀與組成物的最終EMI屏蔽物品。
在本揭露中，引入陶瓷粒子(例如，CuO粒子)與聚合低介電損耗基質材料(例如，聚矽氧)、及可選地與其他所欲的填料混合，以形成聚合複合物。在一些實施例中，陶瓷粒子可均勻地分散在聚合基質材料中，以形成均質的複合物。在一些實施例中，陶瓷粒子可不均勻地分散在基質材料中。例如，可採取漸變層的方式，其中陶瓷粒子及/或其他磁性/介電填料具有漸變分布，使得EMI屏蔽複合物的組成漸變，以減少EMI屏蔽複合物與自由空間之間的阻抗失配。在一些實施例中，可將其他類型的填料(包括例如導電填料、介電填料、其混合物等)與陶瓷粒子混合，並分散至聚合基質材料中，以達到所欲的熱、機械、電性、磁性、及/或介電特性。
本文中所描述的EMI屏蔽複合物可展現出優異的介電吸收體性能與機械特性。介電吸收體性能可藉由增加陶瓷粒子(例如，CuO粒子)的裝載量來改善。當有損介電基質材料中的陶瓷粒子或填料的裝載量高於某一範圍時，該複合物的硬度可能太高，使得由該複合物製成的EMI屏蔽物品可能展現較差的機械特性(例如，易碎或容易崩壞)。在本揭露中，低介電損耗基質材料(例如，聚矽氧)中的陶瓷粒子(例如，CuO)的裝載量可提高至一範圍(例如，90wt.%或更高)，以獲得優異的介電吸收體性能，同時保持對應的剛度足 夠低。這為獲得用於高頻EMI吸收的應用之高載量CuO粒子打開一扇窗。
在本文中描述的EMI屏蔽複合物可用於各種EMI應用。在一些實施例中，可印刷油墨可由EMI屏蔽複合物製成。油墨可藉由任何合適的程序以本文中描述的複合物製成。油墨可適合於印刷在基材上，以減輕IC電路中的電磁干擾(EMI)。在一些實施例中，油墨可包括基質溶液與分散在該基質溶液中的陶瓷粒子，其中該陶瓷粒子是或包括氧化銅(CuO)。在一些實施例中，基質溶液可以是或包括溶解在溶劑中的聚合物，且該聚合物還可包括共聚物。在一些實施例中，油墨可組態以在將溶劑移除之後產生固體及/或固化的複合物材料，其具有聚合物作為基質材料與分散在該基質材料中的陶瓷粒子。
在一些實施例中，可將EMI油墨配製在液體或黏性介質中，並且可容易地施加至基材上，以賦予所欲的EM屏蔽特性至印刷表面。EMI填料(例如，CuO粒子)可使用已知的製劑技術來混合於聚合物黏合劑。粒子可以以可流動狀態在聚合物中形成懸浮液或膠態混合物。當將塗料或油墨施加至基材並固化以形成固體塗層時，粒子可在基材上形成連續的路徑，從而提供所欲的EMI屏蔽效果。使用多個方法，諸如網版印刷或移印、噴塗、浸漬、與注射器分配，EMI油墨可施加於各種表面上。產品可施加於可撓或剛性基材，並可印刷在不平整或複雜的輪廓表面上，並具有良好的附著力。
本揭露之例示性實施例可具有各種修改及改變，而不悖離本揭露之精神及範疇。因此，應理解本揭示之實施例不受限於以下 說明之例示性實施例，而是由申請專利範圍及任何其均等者所提限制所管制。
現將特別參照該等圖式說明本揭示的各個例示性實施例。本揭示之例示性實施例可有各種修改及改變，而不悖離本揭示之精神及範疇。因此，應理解本揭示之該等實施例不受限於以下所述的例示性實施例，而是由該等申請專利範圍及任何其均等者所提限制所管制。
例示性實施例清單
以下列出例示性實施例。應理解，可組合實施例1至19、20至22、及23至26中之任一項。
實施例1係一種電磁干擾(EMI)屏蔽複合物，其包含：約5至約50wt.%之一低介電損耗基質材料；及約50至約95wt.%之陶瓷粒子，其等分布在該低介電損耗基質材料內部，其中該低介電損耗基質材料具有在約0.0001至約0.005的範圍中之一介電損耗正切。
實施例2係實施例1之複合物，其中該等陶瓷粒子包括金屬氧化物粒子，該複合物包含至少70wt.%的該等金屬氧化物粒子。
實施例3係實施例2之複合物，其中該等金屬氧化物粒子包含CuO。
實施例4係實施例1至3之任一者之複合物，其中該低介電損耗基質材料包含一或多個低介電損耗聚合物材料。
實施例5係實施例4之複合物，其中該一或多個低介電損耗聚合物材料包括聚矽氧。
實施例6係實施例4之複合物，其中該一或多個低介電損耗聚合物材料包括環烯烴共聚物(COC)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚醯亞胺(PI)、間規聚苯乙烯(SPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁基橡膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚胺甲酸酯、或其組合之一或多者。
實施例7係實施例4之複合物，其中該一或多個低介電損耗聚合物材料包括一發泡材料，該發泡材料具有閉孔或開孔的孔。
實施例8係實施例1至7之任一者之複合物，其中該低介電損耗基質材料包含一或多個低介電損耗陶瓷材料。
實施例9係實施例8之複合物，其中該一或多個低介電損耗陶瓷材料包括氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiO2)、氮化鋁(AlN)、或其組合。
實施例10係實施例1至9之任一者之複合物，其包含約0至約10wt.%導電填料。
實施例11係實施例10之複合物，其包含約0.1至約10wt.%導電填料。
實施例12係實施例1至11之任一者之複合物，其具有在約0.05至約0.8的範圍中之一介電損耗正切。
實施例13係實施例1至12之任一者之複合物，其具有在約0.25至約0.75的範圍中之一介電損耗正切。
實施例14係實施例1至13之任一者之複合物，其包含約0.05至約10wt.%分散劑。
實施例15係實施例1至14之任一者之複合物，其進一步包含約5至約40wt.%的一或多個磁性填料。
實施例16係實施例15之複合物，其中該等磁性填料包括基於Fe之合金，其包括鋁矽鐵(Fe-Si-Al)、鐵-矽化物(Fe-Si-Cr)、羰基鐵、或鐵與鎳的合金、陶瓷鐵氧體、或其組合之一或多者。
實施例17係一種電磁干擾(EMI)屏蔽物品，其包含前述實施例之任一者之複合物。
實施例18係實施例17之EMI屏蔽物品，其能夠屏蔽(主要是藉由吸收)在約0.01GHz至約100GHz的範圍中的電磁輻射。
實施例19係實施例18之EMI屏蔽物品，其能夠屏蔽(主要是藉由吸收)在約20GHz至約40GHz的範圍中的電磁輻射。
實施例20係一種製造實施例1至19之任一者之複合物之方法，該方法包含將該等陶瓷粒子與該低介電損耗聚合物基質化合，以形成該複合物。
實施例21係實施例20之方法，其進一步包含將複合物塑形成一複合物片體，該複合物片體實質上無可見的裂紋。
實施例22係實施例20或21之方法，其進一步包含形成包含該複合物的一可印刷油墨。
實施例23係一種電磁干擾(EMI)屏蔽複合物，其包含：約5至約50wt.%之一低介電損耗基質材料；約50至約95wt.%銅(II)氧化物(CuO)粒子，其等分布在該低介電損耗基質材料內部；及約0.1至約10wt.%碳黑填料，其等分布在該低介電損耗基質材料內部，其中該低介電損耗基質材料具有在約0.0001至約0.005的範圍中之一介電損耗正切。
實施例24係實施例23之複合物，其包含約0.3至約4wt.%碳黑填料。
實施例25係實施例23之複合物，其包含約0.3至約2wt.%碳黑填料。
實施例26係實施例23至25之任一者之複合物，其中該一或多個低介電損耗聚合物材料包括聚矽氧。
實施例27係實施例23之複合物，其進一步包含分布在該低介電損耗基質材料內部的碳奈米管。
實施例28係實施例10至11之任一者之複合物，其中該導電填料係選自由碳黑、碳泡沫、碳發泡體、石墨烯、碳纖維、石 墨、石墨奈米片、碳奈米管、金屬粒子與奈米粒子、金屬合金粒子、金屬奈米線、聚丙烯腈(PAN)纖維、導電塗佈粒子、以及其組合所組成之群組。
實施例29係實施例28之複合物，其中該等導電塗佈粒子包含金屬塗佈的玻璃粒子。
實施例30係實施例1之複合物，其包含約0.1至約10wt.%導電填料，該等導電填料分布在該低介電損耗基質材料內，該等導電填料係選自由碳黑、碳奈米管、以及其組合所組成之群組。
本揭露之作業將以下列詳細之實例予以進一步描述。所提供的這些實例係用於進一步說明各種特定及較佳的實施例及技術。然而，應理解的是，可做出許多變異及改良而仍在本揭露之範疇內。
實例
這些實例僅用於闡釋之目的，並非意圖過度限制隨附申請專利範圍的範疇。雖然本揭露之廣泛範疇內提出之數值範圍及參數係近似值，但盡可能準確地報告在特定實例中提出之數值。然而，任何數值本質上都含有在其各自測試測量中所見的標準偏差必然導致之某些誤差。起碼，至少應鑑於所記述之有效位數的個數，並且藉由套用普通捨入技術，詮釋各數值參數，但意圖不在於限制申請專利範圍範疇均等論之應用。
材料概述
下表1提供以下實例1至實例4中所用之所有材料之縮寫及來源：
測試方法
對於本文描述的所有實例，使用使用下述的聚矽氧複合物所製成的矩形波導，在18至265GHz(K頻帶)的頻率範圍內，從使用Agilent E8363C網絡分析儀(來自Agilent Technologies,Santa Clara,CA)所獲得的S參數，來計算複介電及磁屬性。將聚矽氧樣本(平滑且均勻的)切割裝配至傳輸線中，並調整尺寸以使傳輸線內具有的氣隙盡可能小。
製備實例1：疏水性奈米矽石
為了製備疏水改質奈米矽石粒子，將100克的膠體矽石(16.06wt.%的固體於水中；5nm的尺寸)、7.54克的異辛基三甲氧 基矽烷(ITMS)、0.81克的甲基三甲氧基矽烷(MTMS)、與112.5克的80：20乙醇(80：20wt./wt.%之乙醇：甲醇的溶劑摻合物)添加至500mL的三頸圓底燒瓶(Ace Glass,Vineland,NJ,USA)。含有該混合物的燒瓶係置於80℃的油浴中4小時，同時攪拌。接著將所製備的疏水改質奈米矽石粒子轉移至結晶皿，並在對流烘箱中以150℃乾燥2小時。該疏水性奈米矽石將用於本文中所描述的所有實例。
實例1：聚矽氧複合物，具有CuO(99%化學純度)作為填料及奈米矽石作為分散劑
在塑料杯中，將所需量的SYLGARD 184 Part A在真空下除氣10至15分鐘。接著將所需量的Sylgard 184 Part B(固化劑)添加至已除氣的Part A。將90wt.%的CuO填料-1(99%化學純度)與1wt.%的奈米矽石添加至此混合物。添加奈米矽石作為分散劑。將塑料杯用罩蓋蓋上，該罩蓋經組態以允許在真空(100毫巴)下快速混合2分15秒。接著將混合物倒至不銹鋼板上。將第二不銹鋼板放置在混合物的頂部上，並在兩個板之間使用適當的間隔物以將它們分開至所欲的厚度。將含有該混合物的板在118℃的溫度下在3噸的壓力下進行熱壓45至60分鐘。允許板冷卻30至45分鐘，再將固化的複合物片材移除。
實例2：聚矽氧複合物，其具有CuO(98%化學純度)作為填料及奈米矽石作為分散劑
將與實例1中類似的程序用於使用CuO填料-2(98%化學純度)粉末來製造90wt.%之CuO聚矽氧複合物。
實例3：聚矽氧複合物，其具有CuO(99%化學純度)作為填料
使用如同實例1中之量的CuO填料-1，但不加入奈米矽石作為分散劑，來製造聚矽氧複合物。
實例4：聚矽氧複合物，其具有CuO(98%化學純度)作為填料
使用如同實例2中之量的CuO填料-2，但不加入奈米矽石作為分散劑，來製造聚矽氧複合物。
結果
相關於介電質的介電率特性來評估實例1至實例4的聚合複合物，且結果分別示於圖1至圖3中。
如圖1所示，實例1與實例2展現高的介電損耗值(ε”)，其可意謂高吸收體性能。此外，實例1與實例2的ε'值係低至中等的，這表示反射值可最小化。相較於具有導電填料的複合物來說，這裡觀察到遠遠較低的頻率分散，這在設計用於平帶響應的EMI吸收體時，可能是優點。不同於一般的陶瓷(其顯示低的介電損耗特性)，實例1與實例2展現獨特的介電特性(高介電損耗)，這使該等組成物適合於EMI應用。
圖2分別顯示實例3與實例4之介電損耗正切(tan δ=ε”/ε')對比頻率。它顯示出兩個不同的實例之tan δ值非常相似，即使從圖1所見，較高純度的實例(實例1)的介電偏振似乎較高。在此頻率範圍內再次觀察到非常高的損耗，這使得實例3與實例4的複合物非常實用於作為高頻EMI應用的介電吸收體。
圖3展現出，即使沒有添加任何分散劑至實例3的複合物中，複合物也可能得到很高的介電損耗正切值。兩個不同的樣本(實例1與實例3)的介電損耗正切值非常相似。此外，複合物的頻率分散特性受到抑制，這對於在所關注的頻段內有時偏好EMI/EMC複合物的平帶特性之EMI工程師可能是有益的。
材料概述
下表2提供以下實例5至實例7中所用之所有材料之縮寫及來源：
實例5：聚矽氧複合物，其具有CuO(80wt.%)作為填料
在塑料杯中，將所需量的SYLGARD 184 Part A(SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER BASE,Dow Corning,Midland,MI)在真空下除氣10至15分鐘。接著將所需量的SYLGARD 184 Part B(固化劑)(SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER CURING AGENT,Dow Corning)添加至已除氣的Part A。將80wt.%的CuO填料-3(來自American Chemet,Deerfield,IL)與1.75wt.%的琥珀酸酐封端的聚二甲基矽氧烷(SA-PDMS)(以產品代碼#DMS-Z21從Gelest,Inc.,Morrisville,PA獲得)添加至該混合物。將SA-PDMS加入作為分散劑。將塑料杯用罩蓋蓋上，該罩蓋經組態以允許在真空(100毫巴)下快速混合2分15秒。接著將混合物倒至不銹鋼板上。將第二不銹鋼板放置在混合物的頂部上，並在兩個板之間使用適當的間隔物以將它們分開至所欲的厚度。將含有該混合物的板在118℃的溫度下在3噸的壓力下進行熱壓45至60分鐘。允許板冷卻30至45分鐘，再將固化的複合物片材移除。
實例6：聚矽氧複合物，其具有CuO(80wt.%)與碳黑(0.6wt.%)作為填料
使用與實例5中相同量的CuO填料-3(80wt.%)，添加0.6wt.%的碳黑填料(KETJENBLACK EC600JD carbon black,Azko Nobel Polymer Chemicals LLC,Chicago,IL)，來製造聚矽氧複合物。
實例7：聚矽氧複合物，其具有CuO(80wt.%)與碳黑(1wt.%)作為填料
使用與實例5中相同量的CuO填料-3(80wt.%)，添加1wt.%的碳黑填料(KETJENBLACK EC600JD carbon black,Azko Nobel Polymer Chemicals LLC)，來製造聚矽氧複合物。
圖4繪示下列聚矽氧基質聚合物複合物中介電質介電率的實部與虛部(Eps(Re)=ε’且Eps(Im)=ε”)對比頻率的圖：(a)含有CuO(80wt.%的載量)的實例5，(b)含有CuO(80wt.%)加上碳黑(CB，0.6wt.%)的實例6，以及(c)含有CuO(80wt.%)加上CB(1wt.%)的實例7。ε'以實線圖示。ε”以虛線圖示。
圖5繪示下列聚矽氧基質聚合物複合物中介電損耗正切(tan δ=ε”/ε’)對比頻率的圖：(a)含有CuO(80wt.%的載量)的實例5，(b)含有CuO(80wt.%)加上CB(0.6wt.%)的實例6，以及(c)含有CuO(80wt.%)加上CB(1wt.%)的實例7。如圖4與圖5中所示，介電損耗隨著CB濃度增加而增加。這種增強的介電損耗對於EMI應用是重要的。
本說明書中提及的「一個實施例」、「特定實施例」、「一或多個實施例」或「一實施例」，不管是否在「實施例」之前加上「例示性」，都表示與該實施例連結描述的特定部件、結構、材料或特性都包括在本發明某些例示性實施例的至少一個實施例之內。如此，在本說明書中許多地方出現的片語，例如「在一或多個實施例中 (in one or more embodiments)」、「在某些實施例中(in certain embodiments)」、「在一個實施例中(in one embodiment)」或「在一實施例中(in an embodiment)」，並不必然參照本發明某些例示性實施例的相同實施例。更進一步，該等特定特徵、結構、材料、或特性可在一或多個實施例中用任何合適的方式結合。
雖然本說明書已詳細描述某些例示性實施例，但將瞭解所屬技術領域中具有通常知識者在理解前文敘述後，可輕易設想出這些實施例的替代、變化、及等同物。因此，應瞭解，本發明並不受限於上面揭示的該等例示實施例。具體而言，如本文所用，以端點敘述之數字範圍意在包括所有歸於該範圍內的數字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4及5)。另外，本文中所使用的所有數字均假定以用語「約(about)」進行修飾。另外，已描述多種例示性實施例。這些及其他實施例係在以下申請專利範圍的範疇之內。

Claims (20)

  1. 一種電磁干擾(EMI)屏蔽複合物，其包含：約5至約50wt.%之一低介電損耗基質材料；及約50至約95wt.%銅(II)氧化物(CuO)粒子，其等分布在該低介電損耗基質材料內部，其中該低介電損耗基質材料具有在約0.0001至約0.005的範圍中之一介電損耗正切。
  2. 如請求項1之複合物，其包含至少70wt.%的該等CuO粒子。
  3. 如請求項1之複合物，其中該低介電損耗基質材料包含一或多個低介電損耗聚合物材料。
  4. 如請求項3之複合物，其中該一或多個低介電損耗聚合物材料包括聚矽氧。
  5. 如請求項3之複合物，其中該一或多個低介電損耗聚合物材料包括環烯烴共聚物(COC)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚醯亞胺(PI)、間規聚苯乙烯(SPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁基橡膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚胺甲酸酯、或其組合之一或多者。
  6. 如請求項3之複合物，其中該一或多個低介電損耗聚合物材料包括一發泡材料，該發泡材料具有閉孔(closed-cell)或開孔(open-cell)的孔。
  7. 如請求項1之複合物，其中該低介電損耗基質材料包含一或多個低介電損耗陶瓷材料。
  8. 如請求項7之複合物，其中該一或多個低介電損耗陶瓷材料包括氧化鋁(Al 2O 3)、氧化矽(SiO 2)、氮化鋁(AlN)、或其組合。
  9. 如請求項1之複合物，其包含約0.1至約10wt.%導電填料。
  10. 如請求項9之複合物，其中該等導電填料係選自由碳黑、碳泡沫、碳發泡體、石墨烯、碳纖維、石墨、石墨奈米片(graphite nanoplatelet)、碳奈米管、金屬粒子與奈米粒子、金屬合金粒子、金屬奈米線、聚丙烯腈(PAN)纖維、導電塗佈粒子、以及其組合所組成之群組。
  11. 如請求項1之複合物，其包含約0.1至約10wt.%導電填料，該等導電填料分布在該低介電損耗基質材料內部，該等導電填料係選自由碳黑、碳奈米管、以及其組合所組成之群組。
  12. 如請求項1之複合物，其進一步包含約2至約40wt.%的一或多個磁性填料。
  13. 如請求項1之複合物，其具有在約0.05至約0.8的範圍中之一介電損耗正切。
  14. 如請求項1之複合物，其具有在約0.25至約0.75的範圍中之一介電損耗正切。
  15. 一種電磁干擾(EMI)屏蔽物品，其包含如請求項1至14中任一項之複合物。
  16. 一種製造如請求項1至14中任一項的複合物之方法，該方法包含將該等CuO粒子與該低介電損耗聚合物基質化合，以形成該複合物。
  17. 一種電磁干擾(EMI)屏蔽複合物，其包含：約5至約50wt.%之一低介電損耗基質材料；約50至約95wt.%銅(II)氧化物(CuO)粒子，其等分布在該低介電損耗基質材料內部；及約0.1至約10wt.%碳黑填料，其等分布在該低介電損耗基質材料內部，其中該低介電損耗基質材料具有在約0.0001至約0.005的範圍中之一介電損耗正切。
  18. 如請求項17之複合物，其包含約0.3至約4wt.%碳黑填料。
  19. 如請求項17之複合物，其包含約0.3至約2wt.%碳黑填料。
  20. 如請求項17之複合物，其中該一或多個低介電損耗聚合物材料包括聚矽氧。
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