TW202330782A - 用於電子裝置之聚合物組合物 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示聚合物組合物，其包含分佈於聚合物基質內之介電填料，該聚合物基質含有至少一種熱致液晶聚合物。該聚合物組合物展示如在2 GHz之頻率下測定之約0.01或更低之耗散因子及如在2 GHz之頻率下測定之約6或更大之介電常數。

Description

用於電子裝置之聚合物組合物
各種類型之電子組件將於5G系統中採用，諸如天線元件。不幸的是，於5G應用中遭遇之在高頻率下之傳輸及接收一般導致增加量之功率消耗及產熱。結果，通常用於習知電子組件中之材料可負面影響高頻率性能能力。因而，對用於5G天線系統之改良之電子組件存在需求。
根據本發明之一個實施例，揭示一種聚合物組合物，其包含分佈於聚合物基質內之介電填料，該聚合物基質含有至少一種熱致液晶聚合物。該聚合物組合物展示如在2 GHz之頻率下測定之約0.01或更低之耗散因子，如在2 GHz之頻率下測定之約6或更大之介電常數，及如在1,000 s -1之剪切速率及約大於該聚合物組合物之熔化溫度約15℃之溫度下測定之約0.1至約65 Pa-s之熔體黏度。
根據本發明之另一實施例，揭示一種天線系統，其包含其上佈置天線元件之基板及覆蓋該基板及該等天線元件之蓋。該基板、蓋或二者包含聚合物組合物，該聚合物組合物包含分佈於聚合物基質內之介電填料，該聚合物基質含有至少一種熱致液晶聚合物。該聚合物組合物展示如在2 GHz之頻率下測定之約0.01或更低之耗散因子及如在2 GHz之頻率下測定之約6或更大之介電常數。
以下更詳細闡述本發明之其他特徵及態樣。
相關申請案
本申請案係基於具有2021年11月15日之申請日期之美國臨時專利申請案序列號63/279,306且主張其優先權，其係以引用的方式併入本文中。
一般技術者應瞭解，本討論僅為示例性實施例之描述，且不意欲為限制本發明之更寬態樣。
一般而言，本發明係關於聚合物組合物，其含有分佈於聚合物基質內之介電填料，該聚合物基質含有至少一種熱致液晶聚合物。藉由選擇性控制組合物之各種態樣，本發明者已發現所得組合物能維持用於介電層(諸如採用相控天線陣列者)之高介電常數及低耗散因子之獨特組合。例如，該聚合物組合物可展示約6或更大，於一些實施例中約8或更大，於一些實施例中約10或更大，於一些實施例中約10至約30，於一些實施例中約11至約25，及於一些實施例中約12至約24之高介電常數，如藉由分離柱諧振器方法在2 GHz或5 GHz之頻率下所測定。此高介電常數可促進形成薄層之能力及亦允許採用同時僅以最低程度之電干擾操作之多個導電元件(例如，天線)。耗散因子(能量之損失率之量度)亦可係相對低的，諸如約0.01或更低，於一些實施例中約0.009或更低，於一些實施例中約0.008或更低，及於一些實施例中約0.0001至約0.007，如藉由分離柱諧振器方法在2 GHz或5 GHz之頻率下所測定。值得注意的是，本發明者亦出人意料地發現，介電常數及耗散因子可維持於以上指定之範圍內，甚至當暴露於各種溫度，諸如約-30℃至約100℃之溫度時。例如，當經受如本文中所述之熱循環測試時，於熱循環後之介電常數與初始介電常數之比率可為約0.8或更大，於一些實施例中約0.9或更大，及於一些實施例中，約0.95至約1.1。同樣，於暴露於高溫後之耗散因子與初始耗散因子之比率可為約1.3或更小，於一些實施例中約1.2或更小，於一些實施例中約1.1或更小，於一些實施例中約1.0或更小，於一些實施例中約0.95或更小，於一些實施例中約0.1至約0.95，及於一些實施例中，約0.2至約0.9。耗散因子之變化(即，初始耗散因子–於熱循環後之耗散因子)亦可範圍自約-0.1至約0.1，於一些實施例中約-0.05至約0.01，及於一些實施例中，約-0.001至0。
習知上，據信具有高介電常數及低耗散因子之組合之聚合物組合物亦將不具有足夠低熔體黏度以使得其可容易流入模具腔內以形成小尺寸介電層。然而，與習知想法相反，已發現該聚合物組合物具有優異熔體可加工性。例如，該聚合物組合物可具有超低熔體黏度，諸如約0.1至約65 Pa-s，於一些實施例中約0.1至約50 Pa-s，於一些實施例中約0.2至約45 Pa-s，於一些實施例中約0.5至約40 Pa-s，及於一些實施例中，約1至約35 Pa-s，在1,000秒 -1之剪切速率及高於聚合物組合物之熔化溫度約15℃之溫度下根據ISO 11443:2021測定。當然，於其他實施例中，可採用更高熔體黏度，諸如高達約100 Pa-s，及於一些實施例中，高達約75 Pa-s。
該聚合物組合物亦具有優異熱性質。該組合物之熔化溫度可(例如)為約280℃至約400℃，於一些實施例中約290℃至約380℃，及於一些實施例中，約300℃至約350℃。甚至在此等熔化溫度下，負荷下撓曲溫度(「DTUL」) (短期耐熱性之量度)與熔化溫度之比率可仍保持相對高。例如，該比率範圍可自約0.5至約1.00，於一些實施例中約0.6至約0.95，及於一些實施例中，約0.65至約0.85。特定DTUL值可(例如)為約200℃或更高，於一些實施例中約220℃或更高，於一些實施例中約230℃至約300℃，及於一些實施例中約240℃至約280℃。此等高DTUL值可尤其允許使用用於將電子組件之結構與其他組件匹配之高速且可靠表面安裝製程。
該聚合物組合物亦可具有高衝擊強度，當形成薄層時，其係有用。該組合物可(例如)具有約0.5 kJ/m 2或更大，於一些實施例中約1至約60 kJ/m 2，於一些實施例中約2至約50 kJ/m 2，及於一些實施例中約5至約45 kJ/m 2之沙丕(Charpy)缺口衝擊強度，如在23℃之溫度下根據ISO測試編號ISO 179-1:2010所測定。該組合物之拉伸及撓曲機械性質亦可係良好。例如，該聚合物組合物可展示約20至約500 MPa，於一些實施例中約50至約400 MPa，及於一些實施例中約70至約350 MPa之拉伸強度；約0.4%或更大，於一些實施例中約0.5%至約10%，及於一些實施例中約0.6%至約3.5%之拉伸斷裂應變；及/或約5,000 MPa至約20,000 MPa，於一些實施例中約8,000 MPa至約20,000 MPa，及於一些實施例中約10,000 MPa至約20,000 MPa之拉伸模數。拉伸性質可在23℃之溫度下根據ISO測試編號527:2019測定。該聚合物組合物亦可展示約20至約500 MPa，於一些實施例中約50至約400 MPa，及於一些實施例中約100至約350 MPa之抗撓強度；約0.4%或更大，於一些實施例中約0.5%至約10%，及於一些實施例中約0.6%至約3.5%之撓曲伸長率；及/或約5,000 MPa至約20,000 MPa，於一些實施例中約8,000 MPa至約20,000 MPa，及於一些實施例中約10,000 MPa至約15,000 MPa之撓曲模數。撓曲性質可在23℃之溫度下根據178:2019測定。
現將更詳細描述本發明之各種實施例。 I. 聚合物組合物A. 聚合物基質
該聚合物基質含有一或多種熱致液晶聚合物。液晶聚合物一般在其可具有棒狀結構且於其熔融狀態(例如，熱致向列狀態)展示結晶行為之程度上歸類為「熱致性」。於聚合物組合物中採用之液晶聚合物通常具有約280℃至約400℃，於一些實施例中約290℃至約380℃，及於一些實施例中約300℃至約350℃之熔化溫度。熔化溫度可如此項技術中熟知使用示差掃描量熱法(「DSC」)測定，諸如藉由ISO 11357-3:2018測定。此等聚合物可自如此項技術中已知之一或多種類型之重複單元形成。液晶聚合物可(例如)含有一般由下式(I)表示之一或多個芳族酯重複單元： 其中， 環B為經取代或未經取代之6-員芳基(例如，1,4-伸苯基或1,3-伸苯基)、稠合至經取代或未經取代之5-員或6-員芳基之經取代或未經取代之6-員芳基(例如，2,6-萘)、或連接至經取代或未經取代之5-員或6-員芳基之經取代或未經取代之6-員芳基(例如，4,4-伸聯苯基)；且 Y 1及Y 2獨立地為O、C(O)、NH、C(O)HN或NHC(O)。
通常，Y 1及Y 2中之至少一者為C(O)。此等芳族酯重複單元之實例可包括(例如)芳族二羧酸重複單元(式I中之Y 1及Y 2為C(O))、芳族羥基羧酸重複單元(於式I中Y 1為O且Y 2為C(O))以及其各種組合。
例如可採用源自以下之芳族羥基羧酸重複單元：芳族羥基羧酸，諸如4-羥基苯甲酸、4-羥基-4'-聯苯基甲酸、2-羥基-6-萘甲酸、2-羥基-5-萘甲酸、3-羥基-2-萘甲酸、2-羥基-3-萘甲酸、4'-羥基苯基-4-苯甲酸、3'-羥基苯基-4-苯甲酸、4'-羥基苯基-3-苯甲酸等，以及其烷基、烷氧基、芳基及鹵素取代基，及其組合。特別適宜芳族羥基羧酸為4-羥基苯甲酸(「HBA」)及6-羥基-2-萘甲酸(「HNA」)。當採用時，源自羥基羧酸(例如，HBA及/或HNA)之重複單元通常構成該聚合物之約20莫耳%至約85莫耳%，於一些實施例中約30莫耳%至約80莫耳%，及於一些實施例中，約40莫耳%至75莫耳%。
亦可採用源自以下之芳族二羧酸重複單元：芳族二羧酸，諸如對苯二甲酸、間苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、二苯基醚-4,4'-二甲酸、1,6-萘二甲酸、2,7-萘二甲酸、4,4'-二羧基聯苯、雙(4-羧基苯基)醚、雙(4-羧基苯基)丁烷、雙(4-羧基苯基)乙烷、雙(3-羧基苯基)醚、雙(3-羧基苯基)乙烷等，以及其烷基、烷氧基、芳基及鹵素取代基，及其組合。特別適宜芳族二羧酸可包括(例如)對苯二甲酸(「TA」)、間苯二甲酸(「IA」)及2,6-萘二甲酸(「NDA」)。當採用時，源自芳族二羧酸(例如，IA、TA及/或NDA)之重複單元通常構成該聚合物之約1莫耳%至約50莫耳%，於一些實施例中約5莫耳%至約40莫耳%，及於一些實施例中，約10莫耳%至約35莫耳%。
於聚合物中亦可採用其他重複單元。於某些實施例中，例如，可採用源自以下之重複單元：芳族二醇，諸如氫醌、雷瑣酚、2,6-二羥基萘、2,7-二羥基萘、1,6-二羥基萘、4,4'-二羥基聯苯(或4,4’-雙酚)、3,3'-二羥基聯苯、3,4'-二羥基聯苯、4,4'-二羥基聯苯基醚、雙(4-羥基苯基)乙烷等，以及其烷基、烷氧基、芳基及鹵素取代基，及其組合。特別適宜芳族二醇可包括(例如)氫醌(「HQ」)及4,4’-雙酚(「BP」)。當採用時，源自芳族二醇(例如，HQ及/或BP)之重複單元通常構成該聚合物之約1莫耳%至約50莫耳%，於一些實施例中約5莫耳%至約40莫耳%，及於一些實施例中，約10莫耳%至約35莫耳%。亦可採用重複單元，諸如源自以下之彼等：芳族醯胺(例如，醋胺酚(「APAP」))及/或芳族胺(例如，4-胺基苯酚(「AP」)、3-胺基苯酚、1,4-苯二胺、1,3-苯二胺等)。當採用時，源自芳族醯胺(例如，APAP)及/或芳族胺(例如，AP)之重複單元通常構成該聚合物之約0.1莫耳%至約20莫耳%，於一些實施例中約0.5莫耳%至約15莫耳%，及於一些實施例中，約1莫耳%至約10%。亦應瞭解，可將各種其他單體重複單元併入聚合物中。例如，於某些實施例中，聚合物可含有源自非芳族單體(諸如脂族或環脂族羥基羧酸、二羧酸、二醇、醯胺、胺等)之一或多個重複單元。當然，於其他實施例中，聚合物可係「全芳族」，因為其缺少源自非芳族(例如，脂族或環脂族)單體之重複單元。
雖然不一定必需，但是於聚合物基質中通常採用至少一種液晶聚合物，該液晶聚合物在其含有相對高含量之源自環烷基羥基羧酸及環烷基二羧酸(諸如NDA、HNA或其組合)之重複單元之程度上為「高環烷基」聚合物。即，源自環烷基羥基羧酸及/或二羧酸(例如，NDA、HNA或HNA及NDA之組合)之重複單元之總量通常為聚合物之約10莫耳%或更多，於一些實施例中約15莫耳%或更多，於一些實施例中約20莫耳%至約80莫耳%，於一些實施例中約30莫耳%至約70莫耳%，及於一些實施例中，約40莫耳%至約60莫耳%。與許多習知「低環烷基」聚合物相反，據信所得「高環烷基」聚合物能展示良好熱及機械性質。
於一個特定實施例中，例如，該液晶聚合物可含有約20莫耳%至約80莫耳%，於一些實施例中約30莫耳%至約70莫耳%，及於一些實施例中約40莫耳%至約60莫耳%之量之源自HNA之重複單元。該液晶聚合物亦可含有各種其他單體。例如，該聚合物可含有約0.1莫耳%至約15莫耳%，及於一些實施例中約0.5莫耳%至約10莫耳%，及於一些實施例中約1莫耳%至約5莫耳%之量之源自HBA之重複單元。當採用時，可將源自HBA之重複單元與源自HNA之重複單元之莫耳比率選擇性控制在特定範圍內以幫助達成所需性質，諸如約5至約40，於一些實施例中約10至約35，及於一些實施例中，約20至約30。該聚合物亦可含有約10莫耳%至約40莫耳%，及於一些實施例中約20莫耳%至約30莫耳%之量之源自芳族二羧酸(例如，IA及/或TA)的重複單元；及/或約10莫耳%至約40莫耳%，及於一些實施例中約20莫耳%至約30莫耳%之量之源自芳族二醇(例如，BP及/或HQ)的重複單元。然而，於一些情況下，可期望最小化此等單體於聚合物中之存在以幫助達成所需性質。例如，源自芳族二羧酸(例如，IA及/或TA)及/或芳族二醇(例如，BP及/或HQ)之重複單元之總量可為聚合物之約5莫耳%或更少，於一些實施例中約4莫耳%或更少，及於一些實施例中，約0.1莫耳%至約3莫耳%。
不管聚合物之特定組分及性質，液晶聚合物可藉由將用於形成酯重複單元之芳族單體(例如，芳族羥基羧酸、芳族二羧酸等)之芳族單體(例如，芳族二醇、芳族醯胺、芳族胺等)及/或其他重複單元最初引入反應容器中以引發縮聚反應來製備。此等反應中採用之特定條件及步驟係熟知，及可更詳細地於頒與 Calundann之美國專利第4,161,470號；頒與 Linstid, III 等人之美國專利第5,616,680號；頒與 Linstid, III 等人之美國專利第6,114,492號；頒與 Shepherd 等人之美國專利第6,514,611號及頒與 Waggoner之WO 2004/058851中描述。針對反應所用之容器不受特別限制，雖然通常期望採用常用於高黏度流體之反應中者。此反應容器之實例可包括具有可變形狀之攪拌槳(諸如錨型、多級型、螺旋帶型、螺旋軸型等或其修改之形狀)之攪拌器之攪拌槽型裝置。此反應容器之另外實例可包括常用於樹脂捏合之混合裝置，諸如捏合機、輥磨機、班布里(Banbury)混合器等。
若所需，則反應可透過如此項技術中已知之單體之乙醯化進行。此可藉由添加乙醯化劑(例如，乙酸酐)至單體中來實現。乙醯化一般在約90℃之溫度下引發。在乙醯化之初始階段，可採用回流以維持蒸汽相溫度低於乙酸副產物及酸酐開始蒸餾的點。在乙醯化期間之溫度範圍通常介於90℃至150℃，及於一些實施例中，約110℃至約150℃。若使用回流，則蒸汽相溫度通常超過乙酸之沸點，但是仍足夠低以保留殘留乙酸酐。例如，乙酸酐在約140℃之溫度下蒸發。因此，提供具有在約110℃至約130℃之溫度下之蒸汽相回流之反應器係特別所需。為確保實質上完全反應，可採用過量乙酸酐。過量酸酐之量將取決於所採用之特定乙醯化條件(包括存在或不存在回流)變化。基於存在之反應物羥基之總莫耳數計約1至約10莫耳%之乙酸酐之過量使用並不少見。
乙醯化可於分開反應容器中發生，或其可於聚合反應容器中原位發生。當採用分開反應容器時，可將單體中之一或多者引入乙醯化反應器中及隨後轉移至聚合反應器中。同樣，亦可將單體中之一或多者直接引入反應容器中而不經歷預先乙醯化。
除了單體及視情況可選的乙醯化劑外，其他組分亦可包含於反應混合物中以幫助促進聚合。例如，可視情況採用觸媒，諸如金屬鹽觸媒(例如，乙酸鎂、乙酸錫(I)、鈦酸四丁酯、乙酸鉛、乙酸鈉、乙酸鉀等)及有機化合物觸媒(例如，N-甲基咪唑)。此等觸媒通常以基於重複單元前體之總重量計約50至約500百萬分率之量使用。當採用分開反應器時，通常期望將觸媒施加到乙醯化反應器而非聚合反應器，雖然此絕非必須的。
一般將反應混合物於聚合反應容器內加熱至升高之溫度以引發反應物之熔融縮聚。縮聚可(例如)於約200℃至約400℃之溫度範圍內發生。例如，用於形成芳族聚酯之一種適宜技術可包括將前體單體及乙酸酐放入反應器中，將混合物加熱至約90℃至約150℃之溫度以將單體之羥基乙醯化(例如，形成乙醯氧基)，及然後增加溫度至約200℃至約400℃以進行熔融縮聚。當接近最終聚合溫度時，亦可移除反應之揮發性副產物(例如，乙酸)使得可容易達成所需分子量。反應混合物一般在聚合期間經受攪拌以確保良好加熱及質量轉移，及繼而良好材料均勻性。攪拌器之旋轉速度可在反應過程期間變化，但是通常範圍自約10至約100轉/分鐘(「rpm」)，及於一些實施例中，約20至約80 rpm。為建立熔體之分子量，聚合反應亦可在真空下進行，真空之應用促進在縮聚之最終階段期間形成之揮發物的移除。該真空可藉由施加吸入壓力(諸如於約5至約30磅/平方英吋(「psi」)，及於一些實施例中，約10至約20 psi之範圍內)創造。
於熔融聚合後，熔融聚合物可自反應器排放，通常透過安裝有所需構型之模具之擠出孔口，冷卻及收集。通常，熔體透過穿孔模具排放以形成股，將其溶於水浴中，製成小球及乾燥。於一些實施例中，經熔融聚合之聚合物亦可經受隨後固態聚合方法以進一步增加其分子量。固態聚合可在存在氣體(例如，空氣、惰性氣體等)下進行。適宜惰性氣體可包括(例如)氮氣、氦氣、氬氣、氖氣、氪氣、氙氣等，以及其組合。固態聚合反應容器實際上可為任何設計，其將允許聚合物維持在所需固態聚合溫度下持續所需停留時間。此等容器之實例可為具有固定床、靜態床、流動床、流化床等之彼等。進行固態聚合之溫度可變化，但是通常於約200℃至約400℃之範圍內。聚合時間當然將基於溫度及目標分子量變化。然而，於大多數情況下，固態聚合時間可為約2至約12小時，及於一些實施例中，約4至約10小時。
於聚合物組合物中採用之液晶聚合物之總量通常為整個聚合物組合物之約30重量%至約90重量%，於一些實施例中約35重量%至約80重量%，及於一些實施例中，約40重量%至約60重量%。於某些實施例中，所有液晶聚合物為「高環烷基」聚合物，諸如上述。然而，於其他實施例中，「低環烷基」液晶聚合物亦可於組合物中採用，其中源自環烷基羥基羧酸及/或二羧酸(例如，NDA、HNA或HNA及NDA之組合)之重複單元之總量係小於聚合物之10莫耳%，於一些實施例中約8莫耳%或更少，於一些實施例中約6莫耳%或更少，及於一些實施例中，約1莫耳%至約5莫耳%。當採用時，一般期望此等低環烷基聚合物以僅相對較低量存在。例如，當採用時，低環烷基液晶聚合物通常構成組合物中之液晶聚合物之總量之約1重量%至約50重量%，於一些實施例中約10重量%至約45重量%，及於一些實施例中，約20重量%至約40重量%，及整個組合物之約0.5重量%至約45重量%，於一些實施例中約2重量%至約35重量%，及於一些實施例中，約5重量%至約25重量%。相反，高環烷基液晶聚合物通常構成組合物中之液晶聚合物之總量之約50重量%至約99重量%，於一些實施例中約55重量%至約95重量%，及於一些實施例中，約60重量%至約90重量%，及整個組合物之約25重量%至約65重量%，於一些實施例中約30重量%至約60重量%，及於一些實施例中，約35重量%至約55重量%。 B. 介電填料
為幫助達成所需介電性質，該聚合物組合物亦含有介電填料。介電填料通常以組合物之約10重量%至約60重量%，於一些實施例中約30重量%至約55重量%，及於一些實施例中，約40重量%至約50重量%之量採用。於某些實施例中，可期望選擇性控制介電填料之電性質以幫助達成所需結果。例如，材料之介電常數可為約20或更大，於一些實施例中約40或更大，及於一些實施例中，約50或更大，如在1 MHz之頻率下所測定。可於某些實施例中採用高介電常數材料，諸如約1,000至約15,000，於一些實施例中約3,500至約12,000，及於一些實施例中，約5,000至約10,000，如在1 MHz之頻率下所測定。於其他實施例中，可採用中等範圍介電常數材料，諸如約20至約200，於一些實施例中約40至約150，及於一些實施例中，約50至約100，如在1 MHz之頻率下所測定。介電填料之體積電阻率同樣可範圍自約1 x 10 11至約1 x 10 20ohm-cm，於一些實施例中約1 x 10 12至約1 x 10 19ohm-cm，及於一些實施例中，約1 x 10 13至約1 x 10 18ohm-cm，諸如在約20℃之溫度下根據ASTM D257-14所測定。所需性質可藉由選擇具有目標體積介電常數及/或體積電阻率之單一材料，或藉由將多種材料摻合在一起(例如，絕緣及導電)使得所得摻合物具有所需性質來實現。
特別適宜無機氧化物材料可包括(例如)鐵電及/或順電材料。適宜鐵電材料之實例包括(例如)鈦酸鋇(BaTiO 3)、鈦酸鍶(SrTiO 3)、鈦酸鈣(CaTiO 3)、鈦酸鎂(MgTiO 3)、鈦酸鍶鋇(SrBaTiO 3)、鈮酸鈉鋇(NaBa 2Nb 5O 15)、鈮酸鉀鋇(KBa 2Nb 5O 15)、鋯酸鈣(CaZrO 3)、榍石(CaTiSiO 5)以及其組合。適宜順電材料之實例同樣包括(例如)二氧化鈦(TiO 2)、五氧化鉭(Ta 2O 5)、二氧化鉿(HfO 2)、五氧化鈮(Nb 2O 5)、氧化鋁(Al 2O 3)、氧化鋅(ZnO)等，以及其組合。特別適宜無機氧化物材料為包含TiO 2、BaTiO 3、SrTiO 3、CaTiO 3、MgTiO 3、BaSrTi 2O 6及ZnO之粒子。當然，亦可採用其他類型之無機氧化物材料(例如，雲母)作為介電填料。
於一個特定實施例中，可於聚合物組合物中採用二氧化鈦(TiO 2)粒子作為介電填料。該等粒子可呈金紅石或銳鈦礦晶型，雖然金紅石由於其更高密度及著色強度係特別適宜。金紅石型二氧化鈦通常藉由氯化物製程或硫酸鹽製程製備。於氯化物製程中，將TiCl 4氧化成TiO 2粒子。於硫酸鹽製程中，將硫酸及含鈦礦溶解，及使所得溶液經歷一系列步驟以產生TiO 2。較佳地，該等二氧化鈦粒子可呈金紅石晶型及使用氯化物製程製備。該等二氧化鈦粒子可為實質上純二氧化鈦或可含有其他金屬氧化物，諸如二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯等。可將其他金屬氧化物併入粒子中，例如，藉由將鈦化合物與其他金屬化合物(諸如矽、鋁及鋯之金屬鹵化物)共氧化或共沉澱。若共氧化或共沉澱之金屬存在，則其作為金屬氧化物通常以基於二氧化鈦粒子之重量計0.1至5重量%之量存在。當將氧化鋁藉由鋁鹵化物(例如，氯化鋁)之共氧化併入粒子中時，氧化鋁通常以基於粒子之總重量計約0.5至約5重量%，及於一些實施例中約0.5至約1.5重量%之量存在。該等二氧化鈦粒子亦可經無機氧化物(例如，氧化鋁)、有機化合物或其組合塗覆。此等塗層可使用如熟習此項技術者已知之表面濕處理技術及/或氧化技術施覆。於一個實施例中，例如，二氧化鈦粒子可含有塗層，該塗層包含諸如該塗層之約0.5至約5重量%，及於一些實施例中，約1至約3重量%之量的氧化鋁。
介電填料之形狀及尺寸不受特別限制及可包括粒子、細粉末、纖維、鬚、四腳體、板等。於一些實施例中，例如，該介電填料可包含具有0.01至約50微米，於一些實施例中約0.05至約10微米，及於一些實施例中，約0.1至約1微米之平均直徑之粒子。 C. 視情況可選的添加劑i. 導電填料
若所需，則可於聚合物組合物中採用導電填料以確保其達成所需介電性能。例如，可採用具有小於約1 ohm-cm，於一些實施例中小於約0.1 ohm-cm，及於一些實施例中，約1 x 10 -8至約1 x 10 -2ohm-cm之體積電阻率之導電碳材料，諸如在約20℃之溫度下所測定。適宜導電碳材料可包括(例如)石墨、碳黑、碳纖維、石墨烯、碳奈米管等。其他適宜導電填料同樣可包括金屬(例如，金屬粒子、金屬薄片、金屬纖維等)、離子液體等等。當採用時，例如，該導電填料可構成聚合物組合物之約0.1重量%至約10重量%，於一些實施例中約0.2重量%至約8重量%，及於一些實施例中，約0.5重量%至約6重量%。 ii. 礦物填料
該聚合物組合物亦可視情況含有分佈於聚合物基質內之一或多種礦物填料。當採用時，此(等)礦物填料通常構成聚合物組合物之約1重量%至約50重量%，於一些實施例中約2重量%至約45重量%，及於一些實施例中，約5重量%至約40重量%。聚合物組合物中採用之礦物填料之性質可變化，諸如礦物粒子、礦物纖維(或「鬚」)等，以及其摻合物。通常，聚合物組合物中採用之該(等)礦物填料具有一定硬度值以幫助改善該組合物之機械強度、黏著強度及表面性質。例如，硬度值可為約2.0或更大，於一些實施例中約2.5或更大，於一些實施例中約3.0或更大，於一些實施例中約3.0至約11.0，於一些實施例中約3.5至約11.0，及於一些實施例中約4.5至約6.5，基於莫氏(Mohs)硬度量表。
一般可於聚合物組合物中採用各種不同類型之礦物粒子中之任一者，諸如自天然及/或合成矽酸鹽礦物，諸如滑石、雲母、二氧化矽(例如，非晶型二氧化矽)、氧化鋁、埃洛石、高嶺土、伊利石、蒙脫石、蛭石、坡縷石、葉臘石、矽酸鈣、矽酸鋁、矽灰石等；硫酸鹽；碳酸鹽；磷酸鹽；氟化物；硼酸鹽等等形成之彼等。特別適宜為具有所需硬度值之粒子，諸如碳酸鈣(CaCO 3，莫氏硬度為3.0)、氫氧化碳酸銅(Cu 2CO 3(OH) 2，莫氏硬度為4.0)、氟化鈣(CaFl 2，莫氏硬度為4.0)、焦磷酸鈣((Ca 2P 2O 7，莫氏硬度為5.0)、無水磷酸氫鈣(CaHPO 4，莫氏硬度為3.5)、水合磷酸鋁(AlPO 4·2H 2O，莫氏硬度為4.5)、二氧化矽(SiO 2，莫氏硬度為5.0-6.0)、矽酸鋁鉀(KAlSi 3O 8，莫氏硬度為6)、矽酸銅(CuSiO 3·H 2O，莫氏硬度為5.0)、氫氧化硼矽酸鈣(Ca 2B 5SiO 9(OH) 5，莫氏硬度為3.5)、氧化鋁(AlO 2，莫氏硬度為10.0)、硫酸鈣(CaSO 4，莫氏硬度為3.5)、硫酸鋇(BaSO 4，莫氏硬度為3至3.5)、雲母(莫氏硬度為2.5至5.3)等等，以及其組合。例如，雲母係特別適宜。一般可採用雲母之任何形式，包括(例如)白雲母(KAl 2(AlSi 3)O 10(OH) 2)、黑雲母(K(Mg,Fe) 3(AlSi 3)O 10(OH) 2)、金雲母(KMg 3(AlSi 3)O 10(OH) 2)、鋰雲母(K(Li,Al) 2-3(AlSi 3)O 10(OH) 2)、海綠石(K,Na)(Al,Mg,Fe) 2(Si,Al) 4O 10(OH) 2)等。白雲母基雲母特別適用於聚合物組合物中。
於某些實施例中，礦物粒子(諸如硫酸鋇及/或硫酸鈣粒子)實質上可具有一般顆粒狀或結節狀之形狀。於此等實施例中，該等粒子可具有約0.5至約20微米，於一些實施例中約1至約15微米，於一些實施例中約1.5至約10微米，及於一些實施例中約2至約8微米之中值尺寸(例如，直徑)，諸如使用雷射繞射技術根據ISO 13320:2009 (例如，利用Horiba LA-960粒度分佈分析儀)所測定。於其他實施例中，亦可期望採用具有諸如約4或更大，於一些實施例中約8或更大，及於一些實施例中，約10至約500之相對高縱橫比(例如，平均直徑除以平均厚度)之薄片狀礦物粒子，諸如雲母粒子。於此等實施例中，粒子之平均直徑可(例如)範圍自約5微米至約200微米，於一些實施例中，約8微米至約150微米，及於一些實施例中，約10微米至約100微米。平均厚度同樣可為約2微米或更少，於一些實施例中約5奈米至約1微米，及於一些實施例中，約20奈米至約500奈米，諸如使用雷射繞射技術根據ISO 13320:2009 (例如，利用Horiba LA-960粒度分佈分析儀)所測定。該等礦物粒子亦可具有窄尺寸分佈。即，粒子之至少約70體積%，於一些實施例中粒子之至少約80體積%，及於一些實施例中，粒子之至少約90體積%可具有以上指定範圍內之尺寸。
適宜礦物纖維同樣可包括源自以下之彼等：矽酸鹽，諸如新矽酸鹽、儔矽酸鹽、鏈狀矽酸鹽(例如，鏈狀矽酸鈣，諸如矽灰石；鏈狀矽酸鈣鎂，諸如透閃石；鏈狀矽酸鈣鎂鐵，諸如陽起石；鏈狀矽酸鎂鐵，諸如直閃石等)、層狀矽酸鹽(例如，層狀矽酸鋁，諸如坡縷石)、網狀矽酸鹽等；硫酸鹽，諸如硫酸鈣(例如，脫水或無水石膏)；礦物羊毛(例如，岩棉或礦渣棉)等等。特別適宜為具有所需硬度值之纖維，包括源自鏈狀矽酸鹽，諸如矽灰石(莫氏硬度為4.5至5.0)之纖維，該矽灰石係自Nyco Minerals以商標名稱Nyglos® (例如，Nyglos® 4W或Nyglos® 8)購得。該等礦物纖維可具有約1至約35微米，於一些實施例中約2至約20微米，於一些實施例中約3至約15微米，及於一些實施例中，約7至約12微米之中值寬度(例如，直徑)。該等礦物纖維亦可具有窄尺寸分佈。即，纖維之至少約60體積%，於一些實施例中纖維之至少約70體積%，及於一些實施例中，纖維之至少約80體積%可具有以上指定範圍內之尺寸。不意欲侷限於理論，據信具有以上指定尺寸特徵之礦物纖維可更容易透過模塑設備移走，其增強聚合物基質內之分佈且最小化表面缺陷之創建。除了具有以上指定之尺寸特徵外，該等礦物纖維亦可具有相對高縱橫比(平均長度除以中值寬度)以幫助進一步改善所得聚合物組合物之機械性質及表面品質。例如，該等礦物纖維可具有約2至約100，於一些實施例中約2至約50，於一些實施例中約3至約20，及於一些實施例中，約4至約15之縱橫比。此等礦物纖維之體積平均長度可(例如)範圍自約1至約200微米，於一些實施例中約2至約150微米，於一些實施例中約5至約100微米，及於一些實施例中，約10至約50微米。 iii. 可雷射活化添加劑
雖然絕不必需，但是聚合物組合物可於其含有可藉由雷射直接成型(「LDS」)製程活化之添加劑的含義上係「可雷射活化」。於此製程中，將添加劑暴露於雷射中，其引起金屬釋放。雷射因此將導電元件之圖案繪製至部件上及留下含有包埋之金屬粒子之粗糙表面。此等粒子在隨後鍍覆製程(例如，鍍銅、鍍金、鍍鎳、鍍銀、鍍鋅、鍍錫等)期間充當晶體生長之核心。該可雷射活化添加劑一般包括氧化物晶體，其可包含於可定義晶體形成內之兩種或更多種金屬氧化物簇構型。例如，總體晶體形成可具有下列通式： AB 2O 4或ABO 2其中， A為具有2或更多之價之金屬陽離子，諸如鎘、鉻、錳、鎳、鋅、銅、鈷、鐵、鎂、錫、鈦等，以及其組合；且 B為具有3或更多之價之金屬陽離子，諸如銻、鉻、鐵、鋁、鎳、錳、錫等，以及其組合。
通常，上式中之A提供第一金屬氧化物簇之一級陽離子組分及B提供第二金屬氧化物簇之一級陽離子組分。此等氧化物簇可具有相同或不同結構。於一個實施例中，例如，第一金屬氧化物簇具有四面體結構及第二金屬氧化物簇具有八面體簇。無論如何，該等簇可一起提供具有提高之對電磁輻射之敏感性的單一可識別晶體類型結構。適宜氧化物晶體之實例包括(例如) MgAl 2O 4、ZnAl 2O 4、FeAl 2O 4、CuFe 2O 4、CuCr 2O 4、MnFe 2O 4、NiFe 2O 4、TiFe 2O 4、FeCr 2O 4、MgCr 2O 4、氧化錫/銻(例如，(Sb/Sn)O 2)及其組合。氧化銅鉻(CuCr 2O 4)特別適用於本發明及可自Shepherd Color Co.以名稱「Shepherd Black 1GM」購買。於一些情況下，可雷射活化添加劑亦可具有核-殼構型，諸如WO 2018/130972中所述。於此等添加劑中，添加劑之殼組分通常係可雷射活化，而核可為任何通用化合物，諸如無機化合物(例如，二氧化鈦、雲母、滑石等)。
當採用時，可雷射活化添加劑通常構成聚合物組合物之約0.1重量%至約30重量%，於一些實施例中約0.5重量%至約20重量%，及於一些實施例中，約1重量%至約10重量%。當然，該聚合物組合物亦可不含有(即，0重量%)此等可雷射活化添加劑，諸如尖晶石晶體，或此等添加劑可以僅小濃度，諸如以約1重量%或更少，於一些實施例中約0.5重量%或更少，及於一些實施例中，約0.001重量%至約0.2重量%之量存在。 iv. 玻璃纖維
本發明之一個有益態樣為良好介電性質可在無不利影響所得部件之機械性質下達成。為幫助確保維持此等性質，一般期望聚合物組合物實質上不含有習知纖維填料，諸如玻璃纖維。因此，若根本採用，則玻璃纖維通常構成聚合物組合物之不超過約10重量%，於一些實施例中不超過約5重量%，及於一些實施例中，約0.001重量%至約3重量%。 v. 視情況可選的添加劑
廣泛各種其他另外添加劑亦可包含於聚合物組合物中，諸如潤滑劑、導熱填料(例如，碳黑、石墨、氮化硼等)、顏料、抗氧化劑、穩定劑、表面活性劑、蠟、阻燃劑、防滴添加劑、成核劑(例如，氮化硼)、摩擦劑(例如，氟聚合物)、抗靜電填料(例如，碳黑、碳奈米管、碳纖維、石墨、離子液體等)、纖維填料(例如，玻璃纖維、碳纖維等)、流動改性劑(例如，三水合鋁)及添加以增強性質及可加工性之其他材料。潤滑劑(例如)可於聚合物組合物中採用，其能承受液晶聚合物之加工條件而無實質上分解。此等潤滑劑之實例包括脂肪酸酯、其鹽、酯、脂肪酸醯胺、有機膦酸酯、及常用作工程塑料材料之加工中之潤滑劑之類型的烴蠟(包含其混合物)。適宜脂肪酸通常具有約12至約60個碳原子之主鏈碳鏈，諸如豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、褐煤酸、十八酸、十八碳四烯酸等等。適宜酯包括脂肪酸酯、脂肪醇酯、蠟酯、甘油酯、乙二醇酯及複合酯。脂肪酸醯胺包括脂肪一級醯胺、脂肪二級醯胺、亞甲基及伸乙基雙醯胺及烷醇醯胺，諸如，例如，棕櫚酸醯胺、硬脂酸醯胺、油酸醯胺、N,N'-伸乙基雙硬脂醯胺等等。亦適宜的為脂肪酸之金屬鹽，諸如硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸鎂等等；烴蠟，包括石蠟、聚烯烴及氧化聚烯烴蠟及微晶蠟。特別適宜潤滑劑為酸、鹽、或硬脂酸之醯胺，諸如四硬脂酸季戊四酯、硬脂酸鈣或N,N'-伸乙基雙硬脂醯胺。當採用時，該(等)潤滑劑通常構成聚合物組合物之約0.05重量%至約1.5重量%，及於一些實施例中，約0.1重量%至約0.5重量% (以重量計)。 II. 形成
可使用如此項技術中已知之各種不同技術中之任一者將用於形成聚合物組合物之組分合併在一起。於一個特定實施例中，例如，將液晶聚合物、介電填料及其他視情況可選的添加劑作為混合物於擠出機中熔融加工以形成聚合物組合物。可將該混合物於單螺桿或多螺桿擠出機中在約250℃至約450℃之溫度下熔融捏合。於一個實施例中，可將混合物於包含多個溫度區之擠出機中熔融加工。通常將個別區之溫度設置在相對於液晶聚合物之熔化溫度約-60℃至約25℃內。舉例而言，可使用雙螺杆擠出機，諸如Leistritz 18-mm共轉全嚙合雙螺杆擠出機將混合物熔融加工。通用螺桿設計可用於將混合物熔融加工。於一個實施例中，可將包含所有組分之混合物藉由體積進料器進料至第一桶之進料喉中。於另一實施例中，可在擠出機之不同添加點處添加不同組分，如已知。例如，可在進料喉處施加液晶聚合物，及可在位於其下游之相同或不同溫度區處施加某些添加劑(例如，介電填料)。無論如何，可將所得混合物熔化及混合，然後透過模具擠出。然後可將經擠出之聚合物組合物於水浴中淬滅以固化及於造粒機中造粒，接著乾燥。 III. 介電層
一旦形成，可將聚合物組合物成型為介電層用於廣泛各種裝置，諸如採用天線系統之電子裝置中。由於聚合物組合物之有益性質，介電層通常具有小尺寸，諸如約5微米或更少，於一些實施例中約4微米或更少，及於一些實施例中，約0.5至約3微米之厚度。通常，介電層係使用模塑製程，諸如注射模塑製程形成，其中將經乾燥及預加熱之塑膠顆粒注射至模具中。
介電層可特別適用於採用天線系統之電子裝置。於一個實施例中，例如，介電層可為其上形成一或多條天線元件之基板。天線元件可以各種方式，諸如藉由鍍覆(plating)、電鍍(electroplating)、雷射直接成型等形成。當含有尖晶石晶體作為可雷射活化添加劑時，例如，利用雷射活化可引起物理化學反應，其中該等尖晶石晶體破裂開以釋放金屬原子。此等金屬原子可充當金屬化(例如，還原銅塗層)之核心。雷射亦創建微觀不規則表面及燒蝕聚合物基質，創建許多微觀凹陷及底切，其中銅可在金屬化期間錨定。各種不同類型之天線可在基板上形成，諸如貼片天線元件、倒F天線元件、閉合及打開槽孔天線元件、環形天線元件、單極子、偶極子、平面倒F天線元件、此等設計之混合等。除了用作基板外，介電層亦可用作覆蓋該(等)基板及天線諧振元件之蓋。本發明之聚合物組合物可於基板、蓋或二者中採用。於某些實施例中，可期望基板之介電常數不同於蓋之介電常數。以此方式，所得天線系統可展示增加之電壓駐波比(「VSWR」)、減少之增重及/或增加之帶寬。例如，層中之一者之介電常數與層中之另一者之介電常數的比率可為約1至約20，於一些實施例中約1.5至約10，於一些實施例中約2至約8，及於一些實施例中，約3至約6。於一個實施例中，例如，基板具有較蓋更高介電常數。於此等實施例中，可期望於基板中採用本發明之聚合物組合物。於另一實施例中，蓋具有較基板更高介電常數。於此等實施例中，可期望於蓋中採用本發明之聚合物組合物。
所得天線系統可於各種不同電子組件中採用。作為實例，天線系統可於電子組件(諸如桌上型電腦、便攜式電腦、掌上型電子裝置、汽車設備等)中形成。於一個適宜構型中，天線系統於相對緊湊便攜式電子組件之殼體中形成，其中可用內部空間係相對小的。適宜便攜式電子組件之實例包括蜂巢式電話、膝上型電腦、小的便攜式電腦(例如，超輕便式電腦、上網本電腦及平板電腦)、腕錶裝置、吊墜裝置、耳機及聽筒裝置、具有無線通信能力之媒體播放機、掌上型電腦(有時亦稱作個人數位助理)、遠程控制器、全球定位系統(GPS)裝置、掌上型遊戲裝置等。天線亦可與其他組件(諸如相機模組、揚聲器或掌上型裝置之電池蓋)整合。
一個特別適宜電子裝置示於圖1中，為掌上型裝置10，其可含有包含一或多條天線之無線電路。該等天線可包含用於處理毫米波及釐米波通信之相控天線陣列。毫米波通信(其有時稱作極高頻率(EHF)通信)涉及在60 GHz或在約30 GHz與300 GHz之間之其他頻率下之信號。釐米波通信涉及在約10 GHz與30 GHz之間之頻率下之信號。雖然本文中可描述毫米波通信之使用作為實例，但是可相似使用釐米波通信、EHF通信或任何其他類型之通信。若所需，則電子裝置亦可含有用於處理衛星導航系統信號、蜂巢式電話信號、局部無線區域網路信號、近場通信、基於光之無線通信或其他無線通信之無線通信電路。
電子裝置10可為便攜式電子裝置或其他適宜電子裝置。例如，電子裝置10可為膝上型電腦、平板電腦、稍微更小裝置(諸如腕錶裝置、吊墜裝置、耳機裝置、聽筒裝置或其他可穿戴或微型裝置)、掌上型裝置(諸如蜂巢式電話)、媒體播放機或其他小的便攜式裝置。裝置10亦可為機頂盒、桌上型電腦、已整合電腦或其他處理電路之顯示器、無積體電腦之顯示器、無線接入點、無線基站、併入亭子、建築物或車輛之電子裝置、或其他適宜電子設備。裝置10可包含殼體12，其有時可稱作盒子，可自塑膠、玻璃、陶瓷、纖維複合材料、金屬(例如，不鏽鋼、鋁等)、其他適宜材料或此等材料之組合形成。於一些情況下，殼體12之部分可自介電材料或其他低導電材料(例如，玻璃、陶瓷、塑膠、藍寶石等)形成。於其他情況下，殼體12或組成殼體12之結構中之至少一些可自金屬元件形成。
若所需，則裝置10可具有顯示器6，其可安裝在裝置10之前面。顯示器6可為併入電容觸控電極之觸控屏或可對觸控不敏感。殼體12之後面(即，與裝置10之前面相反之裝置10之面)可具有實質上平面殼體壁，諸如殼體後壁12R (例如，平面殼體壁)。殼體後壁12R可具有槽，該等槽完全透過殼體後壁及因此將殼體12之部分彼此分開。殼體後壁12R可包含導電部分及/或介電部分。若所需，則殼體後壁12R可包含由介電質(諸如玻璃、塑膠、藍寶石或陶瓷)之薄層或塗層覆蓋之平面金屬層。殼體12亦可具有不完全透過殼體12之淺溝槽。該等槽及溝槽可利用塑膠或其他介電質填充。若所需，則已(例如，由通槽)彼此分離之殼體12之部分可藉由內部導電結構(例如，金屬薄片或橋接槽之其他金屬構件)連接。
殼體12可包含外周殼體結構，諸如外周結構12W。外周結構12W及殼體後壁12R之導電部分於本文中有時可統稱為殼體12之「導電結構」。外周結構12W可圍繞裝置10及顯示器6之外周運行。於裝置10及顯示器6具有具有四條邊之矩形之構型中，外周結構12W可使用具有含四個對應邊之矩形環形狀且自殼體後壁12R延伸至裝置10之前面10之外周殼體結構實施(作為實例)。若所需，則外周結構12W或外周結構12W之部分可用作顯示器6之邊框(例如，圍繞顯示器6之所有四個側面及/或幫助保持顯示器6至裝置10之整形修剪)。若所需，則外周結構12W可形成裝置10之側壁結構(例如，藉由與垂直側壁、彎曲側壁等形成金屬帶)。該等外周結構12W可自導電材料(諸如金屬)形成，及因此有時可稱為外周導電殼體結構、導電殼體結構、外周金屬結構、外周導電側壁、外周導電側壁結構、導電殼體側壁、外周導電殼體側壁、側壁、側壁結構或外周導電殼體構件(作為實例)。外周導電殼體結構12W可自金屬(諸如不鏽鋼、鋁或其他適宜材料)形成。一種、兩種或超過兩種分開結構可用於形成外周導電殼體結構12W。
顯示器6可具有形成活性區AA之像素陣列，該活性區AA針對裝置10之使用者顯示圖像。例如，活性區AA可包含顯示像素之陣列。像素陣列可自液晶顯示器(LCD)組件、電泳像素陣列、電漿顯示像素陣列、有機發光二極體顯示像素陣列或其他發光二極體像素陣列、電潤濕顯示像素陣列或基於其他顯示技術之顯示像素陣列形成。若所需，則活性區AA可包含觸控感測器，諸如觸控感測器電容電極、力感測器或用於收集使用者輸入之其他感測器。顯示器6亦可具有非作用邊界區域，其沿著活性區AA之邊緣中之一或多者運行。非作用區IA可不含有顯示圖像之像素及可與電路及殼體12中之其他內部裝置結構重疊。為自裝置10之使用者之視角阻斷此等結構，可將顯示器覆蓋層或與非作用區IA重疊之顯示器6之其他層的下面用非作用區IA中之不透明遮罩層塗覆。該不透明遮罩層可具有任何適宜顏色。
顯示器6可使用顯示器覆蓋層，諸如透明玻璃、透明塑膠、透明陶瓷、藍寶石或其他透明結晶材料之層或其他透明層保護。顯示器覆蓋層可具有平面形狀、凸面完全輪廓、具有平面及彎曲部分之形狀、包含被一或多個具有在平面主區域之平面外彎曲之部分之邊緣包圍之平面主區域的佈局、或其他適宜形狀。該顯示器覆蓋層可覆蓋裝置10之整個前面。於另一適宜佈置中，該顯示器覆蓋層可覆蓋裝置10之實質上所有前面或僅裝置10之前面之一部分。可於顯示器覆蓋層中形成開口。例如，可於顯示器覆蓋層中形成開口以容納按鈕。亦可於顯示器覆蓋層中形成開口以容納埠，諸如揚聲器埠8或麥克風埠。若所需，則可於殼體12中形成開口以形成通信埠(例如，音頻插孔埠、數位數據埠等)及/或音頻組件(諸如揚聲器及/或麥克風)之音頻埠。
於區域2及4中，開口可於裝置10之導電結構內形成(例如，在外周導電殼體結構12W與相對的導電接地結構(諸如殼體後壁12R之導電部分、印刷電路板之導電跡線、顯示器6中之導電組件等)之間)。此等開口(其有時可稱作空隙)可利用空氣、塑膠及/或其他介電質填充及若所需，則可用於形成裝置10中之一或多條天線之槽天線諧振元件。裝置10中之導電殼體結構及其他導電結構可用作裝置10中之天線之接地平面。區域2及4中之開口可用作打開或閉合槽天線之槽，可用作由環形天線中之材料之導電路徑包圍的中心介電區域，可用作將天線諧振元件(諸如帶狀天線諧振元件或倒F天線諧振元件)自接地平面分離之空間，可促進寄生天線諧振元件之性能，或可以其他方式用作於區域2及4中形成之天線結構之部分。若所需，則在顯示器6之活性區AA下之接地平面及/或裝置10中之其他金屬結構可具有延伸至裝置10之端部之部件中之部分(例如，接地可朝向區域2及4中之介電質填充之開口延伸)，從而使區域2及4中之槽變窄。
一般而言，裝置10可包含任何適宜數目之天線(例如，一或多個、兩個或更多個、三個或更多個、四個或更多個等)，其中之一或多者可採用本發明之聚合物組合物。裝置10中之天線可位於加長之裝置殼體之相對第一端及第二端(例如，圖1之裝置10之區域2及4處之端)，沿著裝置殼體之一或多個邊緣，於裝置殼體之中心，於其他適宜位置中，或於此等位置中之一或多者中。
可提供具有外周空隙結構的外周導電殼體結構12W之部分。例如，可提供一或多個空隙9之外周導電殼體結構12W，如圖1中所示。外周導電殼體結構12W中之空隙可利用介電質(諸如聚合物、陶瓷、玻璃、空氣、其他介電材料或此等材料之組合)填充。空隙9可將外周導電殼體結構12W分成一或多個外周導電區段。例如，於外周導電殼體結構12W中可存在兩個外周導電區段(例如，於具有兩個空隙9之佈置中)、三個外周導電區段(例如，於具有三個空隙9之佈置中)、四個外周導電區段(例如，於具有四個空隙9之佈置中)、六個外周導電區段(例如，於具有六個空隙9之佈置中)等。以此方式形成之外周導電殼體結構12W之區段可形成裝置10中之天線之部分。
於典型實施例中，裝置10可具有一或多個上天線及一或多個下天線(作為實例)。上天線可(例如)在區域4中之裝置10之上端處形成。下天線可(例如)在區域2中之裝置10之下端處形成。該等天線可分開使用以覆蓋相同通信帶，與通信帶重疊，或分開的通信帶。該等天線可用於實施天線分集方案或多重輸入-多重輸出(MIMO)天線方案。該等天線可用於支持所關注之任何通信帶。例如，裝置10可包含支持區域網路通信之天線結構、聲音及數據蜂巢式電話通信、全球定位系統(GPS)通信或其他衛星導航系統通信、Bluetooth®通信、近場通信等。若所需，則裝置10中之兩個或更多條天線可於相控天線陣列中佈置用於覆蓋毫米及釐米波通信。
圖2為顯示可用於電子裝置10中之說明性組件之示意圖。如所示，裝置10可包含存儲及處理電路，諸如控制電路14。控制電路14可包含存儲器，諸如硬碟驅動存儲器、非易失性記憶體(例如，經配置以形成固態驅動之閃存或其他電動可編程只讀記憶體)、易失性記憶體(例如，靜態或動態隨機存取記憶體)等。控制電路14中之處理電路可用於控制裝置10之操作。此處理電路可基於一或多個微處理器、微控制器、數位信號處理器、基帶處理器積體電路、特定應用積體電路等。控制電路14可用於在裝置10上運行軟體，諸如互聯網瀏覽應用、互聯網語音協定(VOIP)打電話應用、電子郵箱應用、媒體播放應用、操作系統功能等。 為支持與外部設備相互作用，控制電路14可用於實施通信協定。可使用控制電路14實施之通信協定包括互聯網協定、無線局部區域網路協定(例如，IEEE 802.11協定——有時稱作WiFi®)、其他短範圍無線通信鏈路之協定(諸如Bluetooth®協定)或其他無線個人區域網路協定、IEEE 802.11ad協定、蜂巢式電話協定、MIMO協定、天線分集協定、衛星導航系統協定等。
裝置10可包含輸入-輸出電路16。輸入-輸出電路16可包含輸入-輸出裝置18。輸入-輸出裝置18可用於允許將數據供應給裝置10及允許將數據自裝置10提供給外部裝置。輸入-輸出裝置18可包含使用者介面裝置、數據埠裝置及其他輸入-輸出組件。例如，輸入-輸出裝置可包括觸控屏、不具有觸控感測器能力之顯示器、按鈕、操縱桿、滾動輪、觸控墊、鑰匙墊、鍵盤、麥克風、相機、揚聲器、狀態指示器、光源、音頻插孔及其他音頻埠組件、數位數據埠裝置、光感測器、加速計或可檢測相對於地球之運動及裝置方向之其他組件、電容感測器、近接感測器(例如，電容近接感測器及/或紅外近接感測器)、磁性感測器、及其他感測器及輸入-輸出組件。
輸入-輸出電路16亦可包含用於與外部設備無線通信之無線通信電路34。無線通信電路34可包含自一或多個積體電路、功率放大器電路、低噪音輸入放大器、無源RF組件、一或多條天線40、傳輸線及用於處理RF無線信號之其他電路形成之射頻(RF)收發器電路。無線信號亦可使用光(例如，使用紅外通信)發送。無線通信電路34可包含用於處理各種射頻通信帶之射頻收發器電路20。例如，電路34可包含收發器電路22、24、26及28。
收發器電路24可為無線局部區域網路收發器電路。收發器電路24可處理Wi-Fi®.(IEEE 802.11)通信之2.4 GHz及5 GHz帶或其他無線局部區域網路(WLAN)帶及可處理2.4 GHz Bluetooth®通信帶或其他無線個人區域網路(WPAN)帶。電路34可使用蜂巢式電話收發器電路26來處理諸如以下之頻率範圍之無線通信：600至960 MHz之低通信帶，1710至2170 MHz之中帶，2300至2700 MHz之高帶，3400至3700 MHz之超高帶，或600 MHz與4000 MHz之間之其他通信帶或其他適宜頻率(作為實例)。電路26可處理語音數據及非語音數據。
毫米波收發器電路28 (有時稱作極高頻率(EHF)收發器電路28或收發器電路28)可支持在約10 GHz與300 GHz之間之頻率下之通信。例如，收發器電路28可支持在約30 GHz與300 GHz之間之極高頻率(EHF)或毫米波通信帶及/或在約10 GHz與30 GHz之間之釐米波通信帶(有時稱作超高頻率(SHF)帶)之通信。作為實例，收發器電路28可支持在約18 GHz與27 GHz之間之IEEE K通信帶，在約26.5 GHz與40 GHz之間之K a通信帶，在約12 GHz與18 GHz之間之K u通信帶，在約40 GHz與75 GHz之間之V通信帶，在約75 GHz與110 GHz之間之W通信帶，或在約10 GHz與300 GHz之間之任何其他所需頻率帶的通信。若所需，則電路28可支持在60 GHz及/或介於27 GHz與90 GHz之間之第5代行動網路或第5代無線系統(5G)通信帶之IEEE 802.11ad通信。若所需，則電路28可支持在介於10 GHz與300 GHz之間之多個頻率帶之通信，諸如27.5 GHz至28.5 GHz之第一帶，37 GHz至41 GHz之第二帶，及57 GHz至71 GHz之第三帶，或介於10 GHz與300 GHz之間之其他通信帶。電路28可自一或多個積體電路(例如，安裝在系統封裝裝置中之常見印刷電路上之多個積體電路，安裝在不同基板上之一或多個積體電路等)形成。雖然電路28於本文中有時稱作毫米波收發器電路28，但是毫米波收發器電路28可處理在介於10 GHz與300 GHz之間之頻率下之任何所需通信帶的通信(例如，收發器電路28可傳輸且接收毫米波通信帶、釐米波通信帶等之射頻信號)。
無線通信電路34中之天線40可使用任何適宜天線類型形成。例如，天線40可包含具有諧振元件之天線，該等諧振元件係自環形天線結構、貼片天線結構、堆疊貼片天線結構、具有寄生元件之天線結構、倒F天線結構、槽天線結構、平面倒F天線結構、單極子、偶極子、螺旋天線結構、表面整合波導結構、此等設計之混合等形成。若所需，則天線40中之一或多者可為背腔式天線。不同類型之天線可用於不同帶及帶之組合。例如，一種類型之天線可用於形成局部無線鏈路天線及另一種類型之天線可用於形成遠程無線鏈路天線。專用天線可用於接收衛星導航系統信號或若所需，則天線40可經配置以接收衛星導航系統信號及其他通信帶之信號(例如，無線局部區域網路信號及/或蜂巢式電話信號)二者。天線40可於相控天線陣列中佈置用於處理毫米波及釐米波通信。
傳輸線路徑可用於路徑選擇裝置10內之天線信號。例如，傳輸線路徑可用於將天線40耦接至收發器電路20。裝置10中之傳輸線路徑可包括同軸電纜路徑、微帶傳輸線、帶狀線傳輸線、邊緣耦合微帶傳輸線、邊緣耦合帶狀線傳輸線、用於傳輸毫米波頻率之信號之波導結構(例如，共面波導或接地共面波導)、自此等類型之傳輸線之組合形成之傳輸線等。若所需，則可將裝置10中之傳輸線路徑整合至剛性及/或柔性印刷電路板。於一個實施例中，傳輸線路徑可包括於多層層狀結構(例如，層壓在一起而不幹預黏著劑之導電材料(諸如銅)及介電材料(諸如樹脂)之層)內整合之傳輸線導體(例如，信號及/或接地導體)，該等結構可以多維度(例如，二維或三維)折疊或彎曲且於彎曲後維持彎曲或折疊形狀(例如，多層層狀結構可經折疊成特殊三維形狀以繞過其他裝置組件且可係足夠剛性以於折疊後保持其形狀而無需由加固物或其他結構固定)。可將層狀結構之所有多層批量層壓在一起(例如，以單一壓製製程)而需黏著劑(例如，與進行多重壓製製程以利用黏著劑將多層層壓在一起相反)。若所需，則可將濾波電路、切換電路、阻抗匹配電路及其他電路插入傳輸線內。
於一些實施例中，天線40可包含天線陣列(例如，相控天線陣列以實施波束轉向功能)。例如，用於處理極高頻率無線收發器電路28之毫米波信號之天線可以相控天線陣列實施。用於支持毫米波通信之相控天線陣列中之輻射元件可為貼片天線、偶極天線或其他適宜天線元件。若所需，則收發器電路28可利用相控天線陣列整合以形成積體相控天線陣列及收發器電路模組或包(本文中有時稱作積體天線模組或天線模組)。於諸如掌上型裝置之裝置中，外部物體(諸如使用者之手或桌子或裝置靜置於其上之其他表面)之存在具有阻斷無線信號(諸如毫米波信號)之潛能。此外，毫米波通信通常需要在天線40與外部裝置上之天線之間之視線。因此，可期望將多種相控天線陣列併入裝置10中，其各者被放入裝置10內或裝置10上之不同位置。利用此類型之佈置，可將未經阻斷之相控天線陣列切換至使用，及一旦切換至使用，相控天線陣列可使用波束轉向以最佳化無線性能。相似地，若相控天線陣列不面對外部裝置或不具有對外部裝置之視線，則可將具有對外部裝置之視線之另一相控天線陣列切換至使用及該相控天線陣列可使用波束轉向以最佳化無線性能。亦可使用其中將來自裝置10之一或多個不同位置之天線一起操作之構型(例如，以形成相控天線陣列等)。
圖3顯示裝置10中之天線40可如何於相控天線陣列中形成。如圖3中所示，可將相控天線陣列60 (本文中有時稱作陣列60、天線陣列60或天線40之陣列60)耦合至信號路徑，諸如傳輸線路徑64 (例如，一或多個射頻傳輸線)。例如，可將相控天線陣列60中之第一天線40-1耦合至第一傳輸線路徑64-1，可將相控天線陣列60中之第二天線40-2耦合至第二傳輸線路徑64-2，可將相控天線陣列60中之Nth天線40-N耦合至Nth傳輸線路徑64-N等。雖然本文中將天線40描述為形成相控天線陣列，但是相控天線陣列60中之天線40有時可統稱為形成單相控陣列天線。相控天線陣列60中之天線40可以任何所需數目之列及行或以任何其他所需圖案佈置(例如，天線不需要以具有列及行之網格圖案佈置)。在信號傳輸操作期間，傳輸線路徑64可用於將來自收發器電路28 (圖2)之信號(例如，射頻信號，諸如毫米波及/或釐米波信號)供應至相控天線陣列60用於至外部無線設備之無線傳輸。在信號接收操作期間，傳輸線路徑64可用於傳送來自外部設備之相控天線陣列60上接收之信號至收發器電路28 (圖2)。
多條天線40於相控天線陣列60中之使用允許波束轉向佈置藉由控制由天線傳送之射頻信號之相對相位及幅度(振幅)實施。於圖3之實例中，例如，天線40各具有對應射頻相位及幅度控制器62 (例如，插入傳輸線路徑64-1之第一相位及幅度控制器62-1可控制由天線40-1處理之射頻信號之相位及幅度，插入傳輸線路徑64-2之第二相位及幅度控制器62-2可控制由天線40-2處理之射頻信號之相位及幅度，插入傳輸線路徑64-N之第N相位及幅度控制器62-N可控制由天線40-N處理之射頻信號之相位及幅度等)。相位及幅度控制器62各可包含用於調整傳輸線路徑64上之射頻信號之相位的電路(例如，移相電路)及/或用於調整傳輸線路徑64上之射頻信號之幅度的電路(例如，功率放大器及/或低噪音放大器電路)。
相位及幅度控制器62於本文中有時可統稱為波束轉向電路(例如，將藉由相控天線陣列60傳輸及/或接收之射頻信號之波束轉向的波束轉向電路)。本文中可使用術語「波束」或「信號束」以統稱為藉由相控天線陣列60以特定方向傳輸及接收之無線信號。本文中有時可使用術語「傳輸波束」以係指以特定方向傳輸之無線射頻信號，然而本文中有時可使用術語「接收波束」以係指自特定方向接收之無線射頻信號。例如，若調整相位及幅度控制器62以產生經傳輸之毫米波信號之第一組相位及/或幅度，則經傳輸之信號將形成毫米波頻率傳輸波束，如圖3之波束66所示，其於點A之方向取向。然而，若調整相位及幅度控制器62以產生經傳輸之毫米波信號之第二組相位及/或幅度，則經傳輸之信號將形成毫米波頻率傳輸波束，如波束68所示，其於點B之方向取向。相似地，若調整相位及幅度控制器62以產生第一組相位及/或幅度，則可自點A之方向接收無線信號(例如，毫米波頻率接收波束之毫米波信號)，如波束66所示。若調整相位及幅度控制器62以產生第二組相位及/或幅度，則可自點B之方向接收信號，如波束68所示。可控制各相位及幅度控制器62以基於自圖2之控制電路14或裝置10之其他控制電路接收之對應控制信號58產生所需相位及/或幅度(例如，藉由相位及幅度控制器62-1提供之相位及/或幅度可使用控制信號58-1控制，藉由相位及幅度控制器62-2提供之相位及/或幅度可使用控制信號58-2控制等)。若所需，則控制電路14可主動實時調整控制信號58以將傳輸或接收波束以不同所需方向隨時間轉向。若所需，則相位及幅度控制器62可提供識別至控制電路14之接收信號之相位的資訊。
任何所需天線結構可用於實施天線40。於一個適宜實施例中，貼片天線結構可用於實施天線40。可用於圖3之相控天線陣列60之說明性貼片天線示於圖4中。如所示，天線40可具有貼片天線諧振元件104，其自接地平面(諸如天線接地平面102)分離及與接地平面平行。貼片天線諧振元件104可位於平面，諸如圖4之X-Y平面內(例如，元件104之側面區域可位於X-Y平面內)。接地平面102可位於與貼片元件104之平面平行之平面內。因此，貼片元件104及接地平面102可位於由距離110分離之分開平行平面內。可選擇貼片元件104之側面之長度使得天線40以所需操作頻率共振。例如，貼片元件104之側面各可具有長度114，其約等於藉由天線40傳送之信號之波長的一半(例如，鑑於圍繞貼片元件104之材料之介電性質之有效波長)。於一個適宜佈置中，長度114可介於0.8 mm與1.2 mm之間(例如，約1.1 mm)用於覆蓋57 GHz與70 GHz之間之毫米波頻率帶或可介於1.6 mm與2.2 mm之間(例如，約1.85 mm)用於覆蓋37 GHz與41 GHz之間之毫米波頻率帶，僅作為兩個實例。
為增強所處理之極化，天線40可利用多種饋電提供。如所示，天線40可具有耦合至第一傳輸線路徑64 (諸如傳輸線路徑64V)之天線埠P1處之第一饋電及耦合至第二傳輸線路徑64 (諸如傳輸線路徑64H)之天線埠P2處之第二饋電。第一天線饋電可具有耦合至接地平面102 (未顯示)之第一接地餽電端子及耦合至貼片元件104之第一正餽電端子98-1。第二天線饋電可具有耦合至接地平面102 (未顯示)之第二接地餽電端子及貼片元件104上之第二正餽電端子98-2。開口或孔117及/或119可於接地平面102中形成。傳輸線路徑64V可包含透過孔117延伸至貼片元件104上之正天線餽電端子98-1之垂直導體(例如，導電通孔、導電銷、金屬柱、焊點、此等之組合或其他垂直導電性互連結構)。傳輸線路徑64H可包含透過孔119延伸至貼片元件104上之正天線餽電端子98-2之垂直導體。
當使用與埠P1相關聯之第一天線餽電時，天線40可傳輸及/或接收具有第一極化之射頻信號(例如，與埠P1相關聯之天線信號115之電場E1可與圖4中之Y-軸平行取向)。當使用與埠P2相關聯之天線餽電時，天線40可傳輸及/或接收具有第二極化之射頻信號(例如，與埠P2相關聯之天線信號115之電場E2可與圖4中之X-軸平行取向使得與埠P1及P2相關聯之極化彼此正交)。埠P1及P2中之一者可在給定時間使用使得天線40作為單極化天線操作或兩個埠可同時操作使得天線40利用其他極化操作(例如，作為雙極化天線、圓極化天線、橢圓極化天線等)。若所需，則活性埠可隨時間改變使得天線40可在給定時間在覆蓋垂直或水平極化之間切換。
帶寬加寬寄生天線諧振元件(諸如寄生天線諧振元件106)亦可於天線40中採用。例如，寄生天線諧振元件可自貼片元件104上位於距離112之導電結構形成。寄生元件106不直接餽電，然而貼片元件104經由傳輸線路徑64V及64H及正天線餽電端子98-1及98-2直接餽電。寄生元件106可創建由貼片元件104產生之電磁場之建設性擾動，從而創建天線40之新共振。此可用於加寬天線40之總體帶寬(例如，覆蓋57 GHz至71 GHz之整個毫米波頻率帶)。至少一些或整個寄生元件106可與貼片元件104重疊。於圖4之實例中，寄生元件106具有十字形或「X」形狀。
圖4之天線40可在基板(未顯示)上形成。若所需，則基板可自聚合物組合物形成，如上所指定。該基板亦可包含多重堆疊介電層，其中之一或多者可含有聚合物組合物及/或其他類型之材料，諸如纖維玻璃填充之環氧樹脂、玻璃、藍寶石、陶瓷等。若所需，則接地平面102、貼片元件104及寄生元件106可在基板之不同層上形成。
圖5為電子裝置10之橫截面側視圖，其顯示相控天線陣列60 (圖3)可如何透過裝置10之覆蓋層傳送射頻信號。圖5之頁之平面可(例如)位於圖1之Y-Z平面。如所示，外周導電殼體結構12W可圍繞裝置10之外周延伸。外周導電殼體結構12W可跨裝置10之高度(厚度)自第一覆蓋層120延伸至第二覆蓋層122。若所需，則覆蓋層120可跨裝置10之整個側面區域延伸及可形成裝置10之第一(前)面。覆蓋層122可跨裝置10之整個側面區域延伸及可形成裝置10之第二(後)面。於圖5之實例中，覆蓋層122形成裝置10之殼體後壁12R之一部分，然而覆蓋層120形成顯示器之一部分(例如，顯示器6之顯示器覆蓋層)。顯示器6中之有源電路可透過覆蓋層120發射光及可透過覆蓋層120接收來自使用者之觸控或力。覆蓋層122可在殼體後壁12R之導電部分(例如，跨裝置10之側面區域之實質上所有延伸之導電背板或其他導電層)下形成薄介電層或塗層。覆蓋層120及122可自任何所需介電材料(諸如本發明之聚合物組合物、玻璃、藍寶石、陶瓷、其他聚合材料等)形成。
導電結構(諸如外周導電殼體結構12W)可阻斷由圖3之相控天線陣列60傳送之電磁能量。為允許射頻信號利用裝置10外部之無線設備傳送，可將相控天線陣列60安裝在覆蓋層120及/或覆蓋層122後面。當安裝在覆蓋層120後面時，相控天線陣列60可透過覆蓋層120傳輸及接收無線信號(例如，毫米及釐米波頻率之無線信號) 124。當安裝在覆蓋層122後面時，相控天線陣列60可透過覆蓋層122傳輸及接收無線信號126。
實務上，在毫米及釐米波頻率之射頻信號(諸如射頻信號124及126)可經受實質衰減，特別透過相對緻密介質，諸如覆蓋層120及122。射頻信號亦可經受破壞性干擾，由於覆蓋層120及122內之反射及可在覆蓋層120與122之間之介面處及在裝置10之內部產生非所需表面波。例如，藉由安裝在覆蓋層120後面之相控天線陣列60傳送之射頻信號可在覆蓋層120之內表面產生表面波。若不小心，則表面波可向外側向傳播(例如，沿著覆蓋層120之內表面)及可自裝置10之側面逃脫，如由箭頭125所示。此等表面波(例如)可降低相控天線陣列之總體天線效率，可產生外部設備之非所需干擾，可使使用者經受非所需射頻能量吸收。相似表面波亦可在覆蓋層122之內表面產生。
就此而言，圖6為裝置10之橫截面側視圖，其顯示相控天線陣列60可如何於裝置10內實施以緩解此等問題。如圖6中所示，相控天線陣列60可在安裝於裝置10之內部132內之基板140上及抵靠覆蓋層130形成。相控天線陣列60可包含以列及行之陣列(例如，一維或二維陣列)佈置之多條天線40 (例如，如圖4中所示之堆疊貼片天線)。覆蓋層130可形成裝置10之介電後壁(例如，圖6之覆蓋層130可形成圖5之覆蓋層122)或可形成裝置10之顯示覆蓋層(例如，圖6之覆蓋層130可形成圖5之覆蓋層120)，作為實例。相控天線陣列60中之天線40可安裝在基板140之表面或可部分或完全包埋於基板140內(例如，於基板140之單層內或於基板140之多層內)。
於圖6之實例中，相控天線陣列60中之天線40包含接地平面(例如，圖4之接地平面102)及自包埋於基板140之層142內之導電跡線形成之貼片元件104。例如，相控天線陣列60之接地平面可自基板140內之導電跡線154形成。相控天線陣列60中之天線40可包含自基板140之表面150處之導電跡線形成之寄生元件106 (例如，如圖4中所示之十字形寄生元件)。例如，寄生元件106可自基板140之最頂層142上之導電跡線形成。於另一適宜佈置中，一或多個層142可在寄生元件106與覆蓋層130之間插入。於又一適宜佈置中，可省略寄生元件106及貼片元件104可自基板140之表面150處之導電跡線形成(例如，貼片元件104可與黏著劑層136或覆蓋層130之內表面146直接接觸)。
基板140之表面150可抵靠(例如，黏附至)覆蓋層130之內表面146安裝。例如，可使用黏著劑層136將基板140安裝至覆蓋層130。當然，若所需，則亦可使用其他黏著劑、螺絲、銷釘、彈簧、導電殼體結構等將基板140固定至覆蓋層130。同樣，基板140不必固定至覆蓋層130。相控天線陣列60中之寄生元件106可與覆蓋層130之內表面146直接接觸(例如，於其中省略黏著劑層136或其中黏著劑層136具有與寄生元件106對準之開口之場景中)或可藉由黏著劑層136耦合至內表面146 (例如，寄生元件106可與黏著劑層136直接接觸)。
相控天線陣列60及基板140於本文中有時可統稱為天線模組138。若所需，則可將收發器電路134 (例如，圖2之收發器電路28)或其他收發器電路安裝至天線模組138 (例如，在基板140之表面152處或包埋於基板140內)。
若所需，則導電層(例如，當覆蓋層130形成圖5之覆蓋層122時，殼體後壁12R之導電部分)亦可在覆蓋層130之內表面146上形成。於此等場景中，導電層可對裝置10提供結構及機械支持及可形成裝置10之天線接地平面之一部分。導電層可具有與相控天線陣列60及/或天線模組138對準之開口(例如，以允許射頻信號162透過導電層傳送)。
導電跡線154於本文中有時可稱作接地跡線154、接地平面154、天線接地154或接地平面跡線154。在接地跡線154與覆蓋層130之間之基板140中之層142於本文中有時可稱作天線層142。在接地跡線154與基板140之表面152之間之基板140中之層於本文中有時可稱作傳輸線層。天線層可用於支持相控天線陣列60中之天線40之貼片元件104及寄生元件106。傳輸線層可用於支持相控天線陣列60之傳輸線路徑(例如，圖4之傳輸線路徑64V及64H)。
收發器電路134可包含收發器埠160。可將各收發器埠160耦合至一或多個對應傳輸線路徑64 (例如，諸如圖4之傳輸線路徑64H及64V之傳輸線路徑)上之各自天線40。可將天線40之傳輸線路徑包埋於基板140之傳輸線層。傳輸線路徑可包含基板140之傳輸線層內之導電跡線168 (例如，基板140內之一或多個介電層142上之導電跡線)。導電跡線168可形成相控天線陣列60中之天線40之傳輸線路徑64中之一或多者的信號導體及/或接地導體。若所需，則基板140之傳輸線層內之另外接地跡線及/或接地跡線154之部分可形成一或多個傳輸線路徑64之接地導體。導電跡線168可耦合至垂直導電結構166上之天線40之正天線餽電端子(例如，圖4之正天線餽電端子98-1及98-2)。導電跡線168可耦合至垂直導電結構171上之收發器埠160。垂直導電結構166可透過基板140之傳輸線層、接地跡線154中之孔或開口164 (例如，孔，諸如圖4之孔117及119)及基板140中之天線層之一部分延伸至貼片元件104。垂直導電結構171可透過基板140中之傳輸線層之一部分延伸至收發器埠160。
若不小心，則藉由相控天線陣列60中之天線40傳輸之射頻信號可自內表面146反射，從而限制相控天線陣列60在一些方向之增益。直接抵靠內表面146 (例如，透過黏著劑層136或與內表面146直接接觸)安裝來自天線40之導電結構(例如，貼片元件104或寄生元件106)可用於最小化此等反射，從而最佳化相控天線陣列60在所有方向之天線增益。黏著劑層136可具有選定厚度176，其係足夠小以便最小化此等反射，同時仍允許在覆蓋層130與基板140之間之令人滿意的黏著。作為實例，厚度176可介於300微米與400微米之間，介於200微米與500微米之間，介於325微米與375微米之間，介於100微米與600微米之間等。
基板140及/或覆蓋層130可自本發明之聚合物組合物，以及自其他類型之材料，諸如玻璃、藍寶石、陶瓷、其他聚合材料等形成。於某些實施例中，可期望覆蓋層之介電常數不同於諸如以上指定之基板之介電常數。例如，覆蓋層130之介電常數與基板140之介電常數之比率可為約1至約10，於一些實施例中約2至約8，及於一些實施例中，約3至約6。於此等實施例中，可期望於覆蓋層130中採用本發明之聚合物組合物。於另一實施例中，基板140之介電常數與覆蓋層130之介電常數之比率可為約1至約20，於一些實施例中約1.5至約10，於一些實施例中約2至約8，及於一些實施例中，約3至約6。於此等實施例中，可期望於基板140中採用本發明之聚合物組合物。介電常數之此差異可幫助緩解破壞性干擾效應。例如，可選擇覆蓋層130之介電常數及覆蓋層130之厚度144使得覆蓋層130形成相控天線陣列60之四分之一波阻抗變壓器。當以此方式配置時，覆蓋層130可最佳化相控天線陣列60之天線阻抗與裝置10外部之自由空間阻抗之匹配及可緩解覆蓋層130內之破壞性干擾。可選擇覆蓋層130之厚度144介於相控天線陣列60於用於形成覆蓋層130之材料中之有效操作波長的0.15與0.25倍之間(例如，約有效波長之四分之一)。有效波長藉由將相控天線陣列60之自由空間操作波長(例如，對應於10 GHz與300 GHz之間之頻率之釐米或毫米波長)除以恆定因子(例如，用於形成覆蓋層130之材料之介電常數之平方根)來提供。此實例僅係說明性及若所需，則可選擇厚度144介於有效波長之0.17與0.23倍之間，介於有效波長之0.12與0.28倍之間，介於有效波長之0.19與0.21倍之間，介於有效波長之0.15與0.30倍之間等。實務上，厚度144可介於0.8 mm與1.0 mm之間，介於0.85 mm與0.95 mm之間，或介於0.7 mm與1.1 mm之間，作為實例。黏著劑層136可自具有小於覆蓋層130之介電常數之介電常數的介電材料形成。
各天線40可藉由垂直導電結構(諸如導電通孔170)與相控天線陣列60中之其他天線40分開。導電通孔170之組或柵欄可側面圍繞相控天線陣列60中之各天線40。導電通孔170可透過基板140自表面150延伸至接地跡線156。當導電通孔透過基板140時，導電著陸墊(未顯示)可用於將導電通孔170固定至各層142。藉由導電通孔170至接地跡線154之短路，可將導電通孔170保持在與接地跡線154相同之接地或參考電位。如圖6中所示，相控天線60中之各天線40之貼片元件104及寄生元件106可安裝於對應體積172 (本文中有時稱作腔172)內。各天線40之體積172之邊緣可藉由導電通孔170、接地跡線154及覆蓋層130限定(例如，各天線40之體積172可藉由導電通孔170、接地跡線154及覆蓋層130包圍)。以此方式，導電通孔170及接地跡線154可形成相控天線陣列60中之各天線40之導電腔(例如，相控天線陣列60中之各天線40可為具有自導電通孔170及接地跡線154形成之導電腔之背腔式堆疊貼片天線)。相控天線陣列60中之各天線40、其對應導電通孔170、其對應體積172及其對應接地跡線154之部分於本文中有時可稱作天線單位單元174。相控天線陣列60中之天線單位單元174可以任何所需圖案(例如，具有列及/或行或其他形狀之圖案)佈置。若所需，則一些導電通孔170可與相鄰天線單位單元174共用。
圖7為相控天線陣列60之自上而下視圖(例如，如在圖6之箭頭175之方向上截取)。如所示，天線模組138上之相控天線陣列60可包含以列及行之矩形網格圖案佈置之多條天線單位單元174。各天線單位單元174可包含由導電通孔170之對應組(例如，導電通孔170之對應柵欄)側面圍繞之各自天線40。各天線單位單元174之導電通孔170之柵欄可在由天線40覆蓋之頻率下不透明。各導電通孔170可與兩個相鄰導電通孔170分開距離(節距) 200。為在藉由天線40覆蓋之頻率下不透明，距離200可小於天線40之操作波長(例如，於補償圖6之基板140之介電效應後之有效波長)之約1/8。相控天線陣列60中之各天線40可與相控天線陣列60中之一或多個相鄰天線40分開距離206。距離206可(例如)約等於天線40之操作波長(例如，給定圖6之基板140之介電性質之有效波長)之一半。於圖7之實例中，各天線單位單元174具有由導電通孔170限定之矩形外圍。例如，各天線單位單元174可具有第一矩形尺寸204及第二矩形尺寸202。尺寸202可等於尺寸204 (例如，各天線單位單元174可具有正方形輪廓)或尺寸202可不同於尺寸204。可選擇尺寸202及204使得相控天線陣列60中之天線40分開天線40之有效操作波長之約一半。作為實例，尺寸202及204可介於3.0與5.0 mm之間，介於2.0與6.0 mm之間，介於2.5與5.5 mm之間等。
可參考下列實例更佳理解本發明。 測試方法
熔體黏度：熔體黏度(Pa-s)可根據ISO 11443:2021在400 s -1或1,000 s -1之剪切速率及高於熔化溫度(例如，約325℃) 15℃之溫度下使用Dynisco LCR7001毛細管流變儀測定。流變儀孔口(模具)可具有1 mm之直徑，20 mm之長度，20.1之L/D比率及180°之入射角。桶之直徑可為9.55 mm + 0.005 mm及棒之長度可為233.4 mm。
熔化溫度：熔化溫度(「Tm」)可藉由如此項技術中已知之示差掃描量熱法(「DSC」)測定。熔化溫度為示差掃描量熱法(DSC)峰值熔體溫度，如藉由ISO 11357-3:2018所測定。在DSC程序下，將樣品以20℃/分鐘加熱及冷卻，如ISO標準10350中所指定，使用在TA Q2000 Instrument上進行之DSC量測。
負荷下撓曲溫度 ( 「 DTUL 」 ) ：負荷下撓曲溫度可根據ISO 75-2:2013 (技術上等效於ASTM D648)測定。更特定言之，具有80 mm之長度，10 mm之厚度及4 mm之寬度之測試條樣品可經受沿邊三點彎曲試驗，其中指定負荷(最大外纖維應力)為1.8兆帕。可將試樣降低至聚矽氧油浴，其中將溫度以2℃/分鐘斜升直至其偏轉0.25 mm (針對ISO測試編號75-2:2013，0.32 mm)。
拉伸模數、拉伸應 變 及拉伸伸長率：拉伸性質可根據ISO 527:2019 (技術上等效於ASTM D638)測試。模數及強度量測可在具有80 mm之長度、10 mm之厚度及4 mm之寬度之相同測試條樣品上進行。測試溫度可為23℃，及測試速度可為1或5 mm/min。
撓 曲模數、 撓 曲應 變 及 撓 曲伸長率：撓曲性質可根據ISO 178:2019 (技術上等效於ASTM D790)測試。此測試可在64 mm撐體跨度上進行。測試可在未切割之ISO 3167多用途棒之中心部分上運行。測試溫度可為23℃及測試速度可為2 mm/min。
沙丕衝擊強度：沙丕性質可根據ISO 179-1:2010 (技術上等效於ASTM D256-10，方法B)測試。此測試可使用1型試樣大小(長度為80 mm，寬度為10 mm，及厚度為4 mm)運行。當測試缺口衝擊強度時，該缺口可為A型缺口(0.25 mm基圓半徑)。可使用單齒研磨機將試樣自多用途棒之中心切割。測試溫度可為23℃。
介電常數 ( 「 Dk 」 ) 及耗散因子 ( 「 Df 」 )：介電常數(或相對靜態電容率)及耗散因子係使用已知分離柱介電質諧振器技術，諸如Baker-Jarvis等人， IEEE Trans. on Dielectric and Electrical Insulation, 5(4)，第571頁(1998)及Krupka等人， Proc. 7 thInternational Conference on Dielectric Materials: Measurements and Applications , IEEE Conference Publication 第 430 期(1996年9月)中所述測定。更特定言之，將具有80 mm x 90 mm x 3 mm之大小之斑塊樣品或具有101.6 mm之直徑及3 mm之厚度之圓盤插在兩個固定介電質諧振器之間。諧振器量測試樣平面內之電容率組件。測試五(5)個樣品及記錄平均值。分離柱諧振器可用於進行低千兆赫區域(諸如2 GHz或5 GHz)中之介電質量測。
熱循環測試：將試樣放入溫度控制腔室內及於-30℃至100℃之溫度範圍內加熱/冷卻。最初，將樣品加熱直至達到100℃之溫度，此時將其立即冷卻。當溫度達到-30℃時，將試樣立即再次加熱直至達到100℃。可歷時3小時時間段進行二十三(23)個加熱/冷卻循環。
表面 / 體積電阻率：表面及體積電阻率值可根據IEC 62631-3-1:2016或ASTM D257-14測定。根據此程序，將標準試樣(例如，1立方米)放在兩個電極之間。施加電壓持續六十(60)秒及量測電阻。表面電阻率為電位梯度(單位V/m)及每單位之電極長度之電流(單位A/m)之商，及一般表示沿著絕緣材料表面之漏電流之電阻。因為電極之四個(4)端部限定正方形，所以商中之長度取消及以歐姆報告表面電阻率，雖然見到歐姆/平方之更具描述性單位亦常見。體積電阻率亦以平行於材料中之電流之電位梯度與電流密度之比率測定。於SI單位中，體積電阻率數值上等於一立方米材料之相對兩面之間之直流電阻(ohm-m或ohm-cm)。 實例 1-10
實例1-10係自以下之各種組合形成：液晶聚合物(LCP 1、LCP 2、LCP 3及LCP 4)；二氧化鈦粒子(含氧化鋁之氯化物製程金紅石及疏水有機表面處理，平均粒子尺寸為0.27 μm)、鈦酸鈣或鈦酸鋇粒子；碳纖維；三水合鋁(「ATH」)及亞鉻酸銅填料。LCP 1係自48% HNA、25% BP、25% TA及2% HBA形成。LCP 2係自73% HBA及27% HNA形成。LCP 3係自43% HBA、20% NDA、9% TA及28% HQ形成。LCP 4係自60% HBA、4.2% HNA、17.9% TA及17.9% BP形成。使用18-mm單螺桿擠出機進行配混。將樣品注射成型為斑塊 (60 mm x 60 mm)部件。 表1
  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
LCP 1 49 50 54 55 49 47 45 45 - -
LCP 2 4.2 3.5 4.2 3.5 4.2 5.6 7.0 7.0 - -
LCP 3 - - - - - - - - 37.5 27.5
LCP 4 - - - - - - - - 17.6 17.6
二氧化鈦 45 45 40 40 45 45 45 - - -
鈦酸鋇 - - - - - - - 45 - -
鈦酸鈣 - - - - - - - - 40 50
碳纖維 1.8 1.5 1.8 1.5 1.8 2.4 3.0 3.0 - -
三水合鋁 - - - - - - - - 0.5 0.5
亞鉻酸銅 - - - - - - - - 4.4 4.4
測試實例1-10之熱及機械性質。結果於下表2中闡述。 表2
樣品 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
介電常數(2 GHz) 14.7 12.7 12.7 11.9 14.4 16.9 19.4 22.7 - -
介電常數(5 GHz) - - - - - - - - 6.6 8.3
耗散因子(2 GHz) 0.006 0.005 0.005 0.005 0.005 0.006 0.008 0.016 - -
耗散因子(5 GHz) - - - - - - - - 0.003 0.004
在1.8 MPa下之DTUL (℃) 241 246 253 256 245 244 241 216 - -
沙丕缺口(kJ/m 2) 8 9 12 14 2.1 3.6 3.4 2.2 - -
拉伸強度(MPa) 106 109 115 101 100 102 99 82 - -
拉伸模數(MPa) 10,591 10,473 10,784 10,404 9,741 10,224 10,636 8,345 - -
拉伸伸長率(%) 1.72 1.82 1.83 1.57 1.54 1.55 1.39 1.36 - -
抗撓強度(MPa) 152 155 162 161 130 139 142 118 - -
撓曲模數(MPa) 10,611 10446 10,361 10,444 10,332 10,643 11,098 8,637 - -
撓曲伸長率(%) 2.49 2.65 2.85 2.75 1.89 2.09 2 1.96 - -
在1,000 s -1下之熔體黏度(Pa-s) 19.6 17.3 14.9 15 28.7 27.2 28 29.5 23 61
熔化溫度(℃，DSC之第一次加熱) 320.6 324.5 323.7 324.4 323.5 321.9 320.3 328.5 310.0 310.0
本發明之此等及其他修改及變化可在不背離本發明之精神及範圍下由一般技術者實踐。此外，應瞭解，各種實施例之態樣可全部或部分互換。此外，一般技術者應瞭解，上述描述係僅舉例而言，且不意欲限制於此等隨附申請專利範圍中如此進一步描述之本發明。
2:區域 4:區域 6:顯示器 8:揚聲器埠 9:空隙 10:裝置 12:殼體 12R:殼體後壁 12W:外周導電殼體結構 14:控制電路 16:輸入-輸出電路 18:輸入-輸出裝置 20:射頻收發器電路 22:收發器電路 24:收發器電路(無線局部區域網路收發器電路) 26:收發器電路(蜂巢式電話收發器電路) 28:收發器電路(毫米波收發器電路) 34:無線通信電路 40:天線 40-1:第一天線 40-2:第二天線 40-N: 第N天線 58-1:控制信號 58-2:控制信號 58-N:控制信號 60:相控天線陣列 62-1:第一相位及幅度控制器 62-2:第二相位及幅度控制器 62-N:第N相位及幅度控制器 64-1:傳輸線路徑 64-2:傳輸線路徑 64-N:傳輸線路徑 64H:傳輸線路徑 64V:傳輸線路徑 66:波束 68:波束 98-1:第一正餽電端子 98-2:第二正餽電端子 102:天線接地平面 104:貼片元件 106:寄生天線諧振元件 110:距離 112:距離 114:長度 115:天線信號 117:開口/孔 119:孔 120:第一覆蓋層 122:第二覆蓋層 124:射頻信號 125:箭頭 126:射頻信號 130:覆蓋層 132:裝置10之內部 134:收發器電路 136:黏著劑層 138:天線模組 140:基板 142:層 144:厚度 146:內表面 150:基板140之表面 152:基板140之表面 154:導電跡線 160:收發器埠 162:射頻信號 164:孔/開口 166:垂直導電結構 168:導電跡線 170:導電通孔 171:垂直導電結構 172:體積 174:天線單位單元 175:箭頭 176:厚度 200:距離 202:第二矩形尺寸 204:第一矩形尺寸 206:距離 AA:活性區 A:點 B:點 E1:電場 E2:電場 IA:非作用區
本發明之全部及授權揭示內容(包含對熟習此項技術者而言之其最佳模式)於本說明書之其餘部分中更特定闡述，包括參考附圖，其中：
圖1為可採用本發明之聚合物組合物之電子裝置之一個實施例的透視圖；
圖2為可採用無線通信電路之電子裝置之一個實施例的示意圖；
圖3為可使用引導信號束之控制電路調整之相控天線陣列之一個實施例的圖；
圖4為可採用本發明之聚合物組合物之貼片天線之一個實施例的透視圖；
圖5為具有覆蓋層之電子裝置之一個實施例的側視圖；
圖6為可抵靠覆蓋層安裝之相控天線陣列之一個實施例的橫截面側視圖；及
圖7為具有天線單位單元之重複圖案之相控天線陣列之一個實施例的自上而下視圖。
2:區域
4:區域
6:顯示器
8:揚聲器埠
9:空隙
10:裝置
12:殼體
12R:殼體後壁
12W:外周導電殼體結構
AA:活性區
IA:非作用區

Claims (37)

  1. 一種聚合物組合物，其包含分佈於聚合物基質內之介電填料，該聚合物基質含有至少一種熱致液晶聚合物，其中該聚合物組合物展示如在2 GHz之頻率下測定之約0.01或更低之耗散因子，如在2 GHz之頻率下測定之約6或更大之介電常數，及如在1,000 s -1之剪切速率及約大於該聚合物組合物之熔化溫度約15℃之溫度下測定之約0.1至約65 Pa-s之熔體黏度。
  2. 如請求項1之聚合物組合物，其中該聚合物組合物具有約280℃至約400℃之熔化溫度。
  3. 如請求項1之聚合物組合物，其中聚合物組合物展示如在1.8 MPa下所測定之約200℃或更大之負荷下撓曲溫度。
  4. 如請求項1之聚合物組合物，其中液晶聚合物構成該聚合物組合物之約30重量%至約90重量%。
  5. 如請求項1之聚合物組合物，其中該聚合物基質含有包含約10莫耳%或更多之量之源自環烷基羥基羧酸及/或二羧酸之重複單元的高環烷基熱致液晶聚合物。
  6. 如請求項5之聚合物組合物，其中該高環烷基熱致液晶聚合物含有源自一或多種芳族二羧酸、一或多種芳族羥基羧酸或其組合之重複單元。
  7. 如請求項6之聚合物組合物，其中該等芳族羥基羧酸包括4-羥基苯甲酸、6-羥基-2-萘甲酸或其組合。
  8. 如請求項6之聚合物組合物，其中該等芳族二羧酸包括對苯二甲酸、間苯二甲酸、2,6-萘二甲酸或其組合。
  9. 如請求項6之聚合物組合物，其中該高環烷基熱致液晶聚合物進一步含有源自一或多種芳族二醇之重複單元。
  10. 如請求項9之聚合物組合物，其中該等芳族二醇包括氫醌、4,4’-聯苯酚或其組合。
  11. 如請求項1之聚合物組合物，其中該熱致液晶聚合物係全芳族。
  12. 如請求項1之聚合物組合物，其中該熱致液晶聚合物含有約20莫耳%至約80莫耳%之量之源自6-羥基-2-萘甲酸之重複單元。
  13. 如請求項12之聚合物組合物，其中該熱致液晶聚合物含有約40莫耳%至約60莫耳%之量之源自6-羥基-2-萘甲酸之重複單元。
  14. 如請求項12之聚合物組合物，其中該熱致液晶聚合物含有源自約5至約40之莫耳比率之6-羥基-2-萘甲酸及4-羥基苯甲酸之重複單元。
  15. 如請求項1之聚合物組合物，其中該介電填料具有如在1 MHz之頻率下所測定之約50或更大之介電常數。
  16. 如請求項1之聚合物組合物，其中該介電填料包括二氧化鈦粒子。
  17. 如請求項16之聚合物組合物，其中該等二氧化鈦粒子係呈金紅石形式。
  18. 如請求項16之聚合物組合物，其中該等二氧化鈦粒子含有包含氧化鋁之表面處理。
  19. 如請求項1之聚合物組合物，其中該介電填料含有鈦酸鋇。
  20. 如請求項1之聚合物組合物，其中該組合物包含約10重量%至約60重量%之該介電填料。
  21. 如請求項1之聚合物組合物，其中該組合物不含有玻璃纖維。
  22. 如請求項1之聚合物組合物，其中該組合物不含有可雷射活化添加劑。
  23. 一種包含介電層的電子裝置，其中該介電層包含如請求項1之聚合物組合物。
  24. 如請求項23之電子裝置，其中該一或多種導電元件係在該介電層之表面上形成。
  25. 一種天線系統，其包含其上佈置天線元件之基板及覆蓋該基板及該等天線元件之蓋，其中該基板、蓋或二者包含聚合物組合物，該聚合物組合物包含分佈於聚合物基質內之介電填料，該聚合物基質含有至少一種熱致液晶聚合物，其中該聚合物組合物展示如在2 GHz之頻率下測定之約0.01或更低之耗散因子及如在2 GHz之頻率下測定之約6或更大之介電常數。
  26. 如請求項25之天線系統，其中該聚合物組合物展示如在1,000 s -1之剪切速率及約大於該聚合物組合物之熔化溫度約15℃之溫度下測定之約0.1至約65 Pa-s之熔體黏度。
  27. 如請求項25之天線系統，其中該聚合物基質含有包含約10莫耳%或更多之量之源自環烷基羥基羧酸及/或二羧酸之重複單元的高環烷基熱致液晶聚合物。
  28. 如請求項25之天線系統，其中該介電填料具有如在1 MHz之頻率下測定之約50或更大之介電常數。
  29. 如請求項25之天線系統，其中該介電填料包含二氧化鈦粒子。
  30. 如請求項25之天線系統，其中該組合物包含約10重量%至約60重量%之該介電填料。
  31. 如請求項25之天線系統，其中該基板包含該聚合物組合物。
  32. 如請求項31之天線系統，其中該基板之該介電常數與該蓋之該介電常數之比率為約1至約10。
  33. 如請求項25之天線系統，其中該蓋包含該聚合物組合物。
  34. 如請求項33之天線系統，其中該蓋之該介電常數與該基板之該介電常數之比率為約1至約10。
  35. 如請求項25之天線系統，其中該天線系統包含至少一個相控陣列天線。
  36. 一種電子裝置，其包含如請求項25之天線系統。
  37. 如請求項36之電子裝置，其中該裝置為蜂巢式電話。
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