TWI685857B - 磁介電基材、電路材料以及具有彼之總成 - Google Patents

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Abstract

於一實施態樣中，一種磁介電基材包含一介電聚合物基質；以及複數個六角鐵氧體(hexaferrite)顆粒，分散於該介電聚合物基質中，該等六角鐵氧體顆粒之量以及類型可有效地使該磁介電基材具有：在自500MHz至1GHz範圍為小於或等於3.5、或在自500MHz至1GHz範圍為3至8之磁性常數，以及在自0至1GHz範圍為小於或等於0.1、或在自0至1GHz範圍為0.001至0.07之磁損耗。

Description

磁介電基材、電路材料以及具有彼之總成 【優先權聲明】
本申請案主張於2015年3月19日提出申請之第62/135,280號美國臨時專利申請案之優先權。該相關申請案全文併於此以供參考。
概言之，本發明係關於一種磁介電基材，該磁介電基材可用於例如供電路使用之金屬包覆電路材料、天線等應用中。
新興設計及製造技術一直驅使電子組件之尺寸日益變小，例如電子積體電路晶片上之感應器、電子電路、電子封裝、模組以及外罩、UHF、VHF以及微波天線等組件。一種減少電子組件尺寸之方法係使用磁介電材料作為基材。具體而言，鐵氧體、鐵電體以及多鐵性體(multiferroics)作為具有增強之微波性質之功能材料已受到廣泛研究。然而，該等材料並不完全令人滿意，乃因該等材料對於一給定應用而言可能無法提供所期望之頻寬或具有所期望之機械效能。開發具有足夠高的阻燃性之材料特別困難，此乃因用於賦予所期望之磁介電性質之微粒狀金屬填料係可燃的。此類填料於高濕度條件下亦不穩定，即使環繞有聚合物基質。
因此，此項技術中仍然需要供介電基材使用之磁介電材料， 該等介電基材於大於500百萬赫茲(MHz)之頻率下具有最佳磁性質及介電性質，同時對於電路製作具有最佳之熱機械性質及電性質。特定而言，仍然需要具有下列其中之一或多者之磁介電基材：低介電損耗及磁損耗、低功率消耗、低偏置電場或磁場、阻燃性以及其他改善之機械性質。若該等材料可容易地用現有製作製程加工及整合，則將係另一優點。若於熱及潮濕條件下，在該等基材之整個壽命期間熱機械性質及電性質係穩定的，則將係又一優點。
於一實施態樣中，一種磁介電基材包含一介電聚合物基質；以及複數個六角鐵氧體(hexaferrite)顆粒，分散於該介電聚合物基質中，該等六角鐵氧體顆粒之量以及類型可有效地使該磁介電基材具有：在自500MHz至1GHz範圍為小於或等於3.5、或在自500MHz至1GHz範圍為1至2之磁性常數，以及在自500MHz至1GHz範圍為小於或等於0.1、或小於或等於0.08、或在自500MHz至1GHz範圍為0.001至0.07之磁損耗。
於一實施態樣中，一種製作該磁介電基材之方法包含：將複數個六角鐵氧體顆粒分散於一可固化聚合物基質組合物中而形成一混合物；由該混合物形成一層；以及固化該聚合物基質組合物而形成該磁介電基材。
於一實施態樣中，一種電路材料包含：一導電層；以及一磁介電基材，設置於該導電層上。
於一實施態樣中，一種製作一電路材料之方法包含：將複數個六角鐵氧體顆粒分散於一可固化聚合物基質組合物中而形成一混合物； 由該混合物形成一層；將該層設置於一導電層上；以及固化該聚合物基質組合物而形成該電路材料。
於一實施態樣中，一天線包含一磁介電基材。
於一實施態樣中，一射頻組件包含一磁介電基材。
結合附圖，依據以下詳細說明，上述特徵及優點以及其他特徵及優點將容易明瞭。
12‧‧‧第一平表面
14‧‧‧第二平表面
16‧‧‧第一磁介電層部分
18‧‧‧第二磁介電層部分
20‧‧‧導電接地層/導電層
30‧‧‧導電層
32‧‧‧導電不連續點
50‧‧‧單包覆電路材料/雙包覆電路材料
100‧‧‧磁介電層/磁介電基材
300‧‧‧加強層
參照示例性非限制性附圖，其中在附圖中類似元件係以相似方式編號：第1圖繪示一磁介電基材之一剖視圖，該磁介電基材具有一織造加強；第2圖繪示單包覆電路材料之一剖視圖，該單包覆電路材料包含第1圖之磁介電基材；第3圖繪示一雙包覆電路材料，該雙包覆電路材料包含第1圖之磁介電基材；第4圖繪示第3圖之金屬包覆電路層板(laminate)之一剖視圖，該金屬包覆電路層板具有一圖案化補片(patch)；第5圖係為顯示實例1至3之介電常數(e')值-頻率之一圖表；第6圖係為顯示實例1至3之介電損耗(e' tan δ)-頻率之一圖表； 第7圖係為顯示實例1至3之磁性常數(u')-頻率之一圖表；第8圖係為顯示實例1至3之磁損耗(u' tan δ)-頻率之一圖表；以及第9圖至第12圖係為顯示實例4及5之磁性質及介電性質-頻率之圖表。
於高於500百萬赫茲(MHz)之頻率下具有最佳磁性質、電性質及物理性質之磁介電基材對於電路製作係極為可取的。本發明之發明者發現，磁介電基材包含諸如鐵顆粒等磁性填料導致該等基材可燃；潮濕或當溫度變化時不穩定，即使該等磁性填料係位於基材內；或者具有高磁損耗值。本發明之發明者令人驚訝地發現一磁介電基材，該磁介電基材能夠在自500MHz至1GHz之頻率下運作而渦流功率損耗(eddy-current power loss)未顯著增加。舉例而言，包含一六角鐵氧體磁性填料之一磁介電基材在自500MHz至1GHz之範圍量測可具有小於或等於3.5之磁性常數(亦稱為磁導率(magnetic permeability))；以及在500MHz至1GHz範圍內量測具有小於或等於0.1之磁損耗，具體而言，小於或等於0.08之磁損耗；並且具有匹配之介電性質。當用於一電路中時，該包含磁性填料之磁介電基材亦可令人驚訝地展示可燃性改善及穩定性改善其中之一或二者。具體介電聚合物之使用使得該等材料易於加工並且能夠耐受電路化(circuitization)條件。
如各圖所示以及如隨附文字所描述，一磁介電基材包含一介電聚合物基質組合物並且視需要包含一加強層，該介電聚合物基質組合物中設置有複數個磁性顆粒，具體而言六角鐵氧體顆粒。
該磁介電基材(在本文中亦稱為磁介電層)包含一聚合物基質組合物。該聚合物可包含1,2-聚丁二烯(PBD)、聚異戊二烯、聚醚醯亞胺(PEI)、含氟聚合物(例如聚四氟乙烯(PTFE))、聚醯亞胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醯胺醯亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸環乙二酯、聚苯醚、環氧、烯丙基化聚苯醚、或一包含上述至少其中之一之組合。該聚合物基質組合物之聚合物可包含一熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯。本文中所用術語「熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯」包括含有衍生自丁二烯、異戊二烯或其混合物之單元之均聚物及共聚物。衍生自其他可共聚單體之單元亦可存在於該聚合物中，例如以接枝(graft)形式。可共聚單體包括但並不僅限於乙烯基芳族單體，舉例而言，經取代及未經取代之單乙烯基芳族單體，例如苯乙烯、3-甲基苯乙烯、3,5-二乙基苯乙烯、4-正丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基乙烯基甲苯、對羥基苯乙烯、對甲氧基苯乙烯、α-氯苯乙烯、α-溴苯乙烯、二氯苯乙烯、二溴苯乙烯、四氯苯乙烯等；以及經取代及未經取代之二乙烯基芳族單體，例如二乙烯基苯、二乙烯基甲苯等。亦可使用包含上述可共聚單體至少其中之一之組合。熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯包括但並不僅限於丁二烯均聚物、異戊二烯均聚物、丁二烯-乙烯基芳族共聚物(例如丁二烯-苯乙烯)、異戊二烯-乙烯基芳族共聚物(例如異戊二烯-苯乙烯共聚物)等。
熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯聚合物亦可經修飾。舉例而言，該等聚合物可經羥基封端、經甲基丙烯酸酯封端、經羧酸酯封端等。可使用後反應(post-reacted)聚合物，例如丁二烯或異戊二烯聚合物之經環氧、馬來酸酐或胺基甲酸酯修飾之聚合物。該等聚合物亦可經交聯，舉例而言，與例如二乙烯基苯等二乙烯基芳族化合物交聯，例如與二乙烯基苯交聯之聚丁二烯-苯乙烯。該等聚合物被其製造商(例如日本東京(Tokyo, Japan)之日本曹達株式會社(Nippon Soda Co.)及賓夕法尼亞州艾克斯頓(Exton,PA)之克雷威利烴特種化學品公司(Cray Valley Hydrocarbon Specialty Chemicals))大致歸類為「聚丁二烯類」。亦可使用聚合物之混合物，例如聚丁二烯均聚物與聚(丁二烯-異戊二烯)共聚物之一混合物。亦可使用包含間規聚丁二烯之組合。
該熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯聚合物於室溫下可係為液態或固態。基於聚碳酸酯標準，液態聚合物可具有大於或等於5,000公克/莫耳(g/mol)之數量平均分子量(Mn)。液態聚合物可具有小於或等於5,000公克/莫耳、具體而言1,000至3,000公克/莫耳之數量平均分子量。具有至少90重量%(wt%)之1,2加成物(addition)之熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯由於有大量之側乙烯基(pendent vinyl groups)可用於交聯而於固化時展現更大交聯密度。
相對於總聚合物基質組合物而言，聚丁二烯及/或聚異戊二烯可以至多100重量%、具體而言至多75重量%之量存在於聚合物組合物中，更具體而言，以總聚合物基質組合物計為10至70重量%，甚至更具體而言為20至60或70重量%。
可添加可與熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯共固化之其他聚合物以達成具體性質或加工修飾。舉例而言，為了改善電基材材料之介電強度以及機械性質長時間內之穩定性，可在體系內使用較低分子量乙烯-丙烯彈性體。可用於本文中之乙烯-丙烯彈性體係為一共聚物，例如三聚物，或主要包含乙烯及丙烯之其他聚合物。乙烯-丙烯彈性體更可分類為EPM共聚物(即，乙烯與丙烯單體之共聚物)或EPDM三聚物(即，乙烯、丙烯與二烯單體之三聚物)。具體而言，乙烯-丙烯-二烯三聚物橡膠具有飽和主 鏈，非主鏈部分則具有不飽和性，以易於進行交聯。可使用其中二烯為二環戊二烯之液態乙烯-丙烯-二烯三聚物橡膠。
乙烯-丙烯橡膠之分子量可小於或等於10,000公克/莫耳黏度平均分子量(Mv)。基於聚碳酸酯標準藉由凝膠滲透層析法量測，乙烯-丙烯橡膠可具有小於或等於50,000公克/莫耳之重量平均分子量。乙烯-丙烯橡膠可包括：具有7,200公克/莫耳的黏度平均分子量之乙烯-丙烯橡膠，可自路易斯安那州巴吞魯日(Baton Rouge,LA)之獅子聚合物公司(Lion Copolymer)獲得，商標名為TRILENETM CP80；具有7,000公克/莫耳的黏度平均分子量之液體乙烯-丙烯-二環戊二烯三聚物橡膠，可自獅子聚合物公司獲得，商標名為TRILENETM 65；以及具有7,500公克/莫耳的黏度平均分子量之液態乙烯-丙烯-亞乙基降冰片烯三聚物，可自獅子聚合物公司獲得，名稱為TRILENETM 67。
乙烯-丙烯橡膠可以有效地保持基材材料之性質(具體而言，介電強度及機械性質)在長時間內之穩定性之量存在。通常，相對於聚合物基質組合物之總重量，此等量係為至多20重量%，具體而言為4至20重量%，更具體而言為6至12重量%。
另一類可共固化聚合物係為一不飽和含聚丁二烯或聚異戊二烯之彈性體。此組份可係為主要1,3-加成丁二烯或異戊二烯與一乙烯系不飽和單體之無規或嵌段共聚物，舉例而言，乙烯基芳族化合物(例如苯乙烯或α-甲基苯乙烯)、丙烯酸酯或丙烯酸甲酯(例如甲基丙烯酸甲酯)或丙烯腈。該彈性體可為一固態熱塑性彈性體，包含一線性或接枝型嵌段共聚物，該共聚物具有一聚丁二烯或聚異戊二烯嵌段以及一熱塑性嵌段，該熱塑性嵌段可衍生自一單乙烯基芳族單體，例如苯乙烯或α-甲基苯乙烯。此類 嵌段共聚物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，例如自德克薩斯州休斯頓(Houston,TX)之迪思科聚合物公司(Dexco Polymers)以商標名VECTOR 8508MTM獲得之彼等，自德克薩斯州休斯頓之埃尼化工彈性體美國公司(Enichem Elastomers America)以商標名SOL-T-6302TM獲得之彼等，以及自達盛彈性體公司(Dynasol Elastomers)以商標名CALPRENETM 401獲得之彼等；以及苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物以及含有苯乙烯及丁二烯之混合式三嵌段及二嵌段共聚物，舉例而言，自科騰聚合物公司(Kraton Polymers)(德克薩斯州休斯頓)以商標名KRATON D1118獲得之彼等。KRATON D1118係為一混合式二嵌段/三嵌段含苯乙烯及丁二烯之共聚物，以共聚物之總重量計含有33重量%苯乙烯。
可選的含聚丁二烯或聚異戊二烯之彈性體可更包含一第二嵌段共聚物，該第二嵌段共聚物類似於上文所述嵌段共聚物，不同之處為聚丁二烯或聚異戊二烯嵌段係經氫化，藉此形成一聚乙烯嵌段(在為聚丁二烯之情形中)或一乙烯-丙烯共聚物嵌段(在為聚異戊二烯之情形中)。當結合上述共聚物使用時，可產生具有更大韌性之材料。此類第二嵌段共聚物之一實例係為KRATON GX1855(可自科騰聚合物公司購得)，據信KRATON GX1855係為苯乙烯-高1,2-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物與苯乙烯-(乙烯-丙烯)苯乙烯嵌段共聚物之一混合物。
相對於聚合物基質組合物之總重量，該不飽和含聚丁二烯或聚異戊二烯彈性體組份可以2至60重量%之量存在於聚合物基質組合物中，具體而言5至50重量%，更具體而言為10至40重量%，或10至50重量%。
可添加用以達成具體性質或加工修飾之其他可共固化聚合物還包括但並不僅限於：乙烯均聚物或共聚物，例如聚乙烯與環氧乙烷共 聚物；天然橡膠；降冰片烯聚合物，例如聚二環戊二烯；氫化苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物以及丁二烯-丙烯腈共聚物；不飽和聚酯；及諸如此類。該等共聚物之用量通常為小於或等於聚合物基質組合物中總聚合物之50重量%。
亦可加入可自由基固化之單體以達成具體性質或加工修飾，舉例而言，以增加體系固化後之交聯密度。可係為適宜的交聯劑之單體包括，舉例而言，二、三或更高乙烯系不飽和單體，例如二乙烯基苯、三聚氰尿酸三烯丙酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯，以及多功能丙烯酸酯單體(例如，自賓夕法尼亞州紐頓廣場(Newtown Square,PA)之美國沙多瑪公司(Sartomer USA)獲得之SARTOMERTM聚合物)，或其組合，所有該等單體皆可商購獲得。當使用交聯劑時，以聚合物基質組合物中總聚合物之總重量計，交聯劑可以至多20重量%、具體而言1至15重量%之量存在於聚合物基質組合物中。
可將一固化劑添加至聚合物基質組合物中，以加快具有烯系反應位點之多烯烴之固化反應。固化劑可包含有機過氧化物，舉例而言，過氧化二異丙苯、過苯甲酸第三丁酯、2,5-二甲基-2,5-二(第三丁基過氧)己烷、α,α-二-雙(第三丁基過氧)二異丙基苯、2,5-二甲基-2,5-二(第三丁基過氧)己炔-3、或一包含上述至少其中之一之組合。可使用碳-碳起始劑，舉例而言，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷。固化劑或起始劑可單獨使用或組合使用。以聚合物基質組合物中之聚合物之總重量計，固化劑之量可係為1.5至10重量%。
聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物可經羧基功能化。功能化可使用在分子中具有以下二者之一多官能化合物實現：(i)碳-碳雙鍵或碳-碳三 鍵，以及(ii)包含羧酸、酸酐、醯胺、酯或醯鹵在內之羧基至少其中之一。一具體羧基係為羧酸或酯。可提供羧酸官能基之多官能化合物之實例包括馬來酸、馬來酸酐、富馬酸及檸檬酸。特定而言，可於熱固性組合物中使用加成有馬來酸酐之聚丁二烯。舉例而言，適宜之馬來化(maleinized)聚丁二烯聚合物可自克雷威利公司(Cray Valley)以商品名RICON 130MA8、RICON 130MA13、RICON 130MA20、RICON 131MA5、RICON 131MA10、RICON 131MA17、RICON 131MA20及RICON 156MA17購得。舉例而言，適宜之馬來化聚丁二烯-苯乙烯共聚物可自沙多瑪公司(Sartomer)以商品名RICON 184MA6購得。RICON 184MA6係為加成有馬來酸酐之丁二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯含量係為17至27重量%且Mn係為9,900公克/莫耳。
聚合物基質組合物中之各種聚合物，例如聚丁二烯或異戊二烯聚合物以及其他聚合物之相對量可端視所用之具體導電金屬層、電路材料及銅包覆層板之期望性質以及類似考量而定。舉例而言，聚(伸芳醚)之使用可增加例如銅等導電金屬層之結合強度。熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯之使用可增加層板之耐高溫性，例如當該等聚合物經羧基功能化時。彈性嵌段共聚物之使用可起到使聚合物基質各組份增容之作用。端視一特定應用之期望性質而定，無需過度實驗便可確定每一組份之合適量。
磁介電基材更包含磁性顆粒，該等磁性顆粒包含複數個六角鐵氧體顆粒。如此項技術中所習知，六角鐵氧體係為具有一六角結構之磁性鐵氧化物，其可包含Al、Ba、Bi、Co、Ni、Ir、Mn、Mg、Mo、Nb、Nd、Sr、V、Zn、Zr、或一包含上述其中之一或多者之組合。不同類型之六角鐵氧體包括，但並不僅限於，M-型鐵氧體，例如BaFe12O19(BaM或鋇鐵氧體)、SrFe12O19(SrM或鍶鐵氧體)以及經鈷-鈦取代之M鐵氧體、Sr-或 BaFe12-2 xCoxTixO19(CoTiM)；Z-型鐵氧體(Ba3Me2Fe24O41)，例如Ba3Co2Fe24O41(Co2Z)；Y-型鐵氧體(Ba2Me2Fe12O22)，例如Ba2Co2Fe12O22(Co2Y)或Mg2Y；W-型鐵氧體(BaMe2Fe16O27)，例如BaCo2Fe16O27(Co2W)；X-型鐵氧體(Ba2Me2Fe28O46)，例如Ba2Co2Fe28O46(Co2X)；以及U-型鐵氧體(Ba4Me2Fe36O60)，例如Ba4Co2Fe36O60(Co2U)，其中在上述式中，Me係為+2離子，且Ba可由Sr取代。特定六角鐵氧體更包含Ba及Co，視需要與一或多個其他二價陽離子(經取代或經摻雜)一起。六角鐵氧體顆粒可包含Sr、Ba、Co、Ni、Zn、V、Mn、或一包含上述至少其中之一之組合，具體而言Ba及Co。磁性顆粒可包含鐵磁性顆粒，例如鐵氧體、鐵氧體合金、鈷、鈷合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金、或一包含上述磁性材料至少其中之一之組合。磁性顆粒可包含六角鐵氧體、磁鐵礦(Fe3O4)及MFe2O4其中之一或多者，其中M包含Co、Ni、Zn、V及Mn至少其中之一，具體而言Co、Ni及Mn。磁性顆粒可包含式MxFeyOz之一金屬鐵氧化物，例如MFe12O19、Fe3O4、MFe24O41或MFe2O4，其中M係為Sr、Ba、Co、Ni、Zn、V及Mn；具體而言，Co、Ni及Mn；或一包含上述至少其中之一之組合。磁性顆粒可包含鐵磁性碳化鈷顆粒(例如Co2C及Co3C相)，例如鋇鈷Z型六角鐵氧體(Co2Z鐵氧體)。六角鐵氧體顆粒可包含Mo。
磁性顆粒可以5至60重量%、具體而言10至50重量%、或15至45重量%之量存在於磁介電基材中，該等量分別係以磁介電基材之總重量計。磁性顆粒可以5至60體積%、具體而言10至50體積%、或15至45體積%之量存在於磁介電基材中，該等量分別係以磁介電基材之總體積計。
磁性顆粒可舉例而言用一表面活性劑、一有機聚合物、或矽烷或其他無機材料進行表面處理，以有助於分散入聚合物中。舉例而言， 顆粒可塗佈有一表面活性劑，例如油胺油酸(oleylamine oleic acid)等。磁性顆粒可係用一矽烷塗層(例如一包含苯基矽烷之塗層)進行表面處理。磁性顆粒可塗佈有SiO2、Al2O3、MgO或一包含上述至少其中之一之組合。磁性顆粒可藉由一鹼催化溶膠-凝膠技術、一聚醚醯亞胺(PEI)濕式及乾式塗佈技術、或一聚醚醚酮(PEEK)濕式及乾式塗佈技術來塗佈。
磁性顆粒之形狀可係為不規則的或規則的，舉例而言，球形、卵形、片狀等。磁性顆粒可包含磁性奈米顆粒及微米尺寸顆粒其中之一或二者。磁性顆粒之尺寸並無特別限制，且可具有10奈米(nm)至10微米、具體而言100奈米至5微米、更具體而言1至5微米之一D50值(按質量計)。磁性奈米顆粒可具有1至900奈米、具體而言1至100奈米、更具體而言5至10奈米之一D50值(按質量計)。磁性微米顆粒可具有1至10微米、具體而言2至5微米之一D50值(按質量計)。
磁性顆粒可包含磁性片。該等磁性片可具有5至800微米、具體而言10至500微米之最大水平尺寸；以及100奈米至20微米、具體而言500奈米至5微米之厚度；其中水平尺寸與厚度之比率可係為大於或等於5，具體而言大於或等於10。
磁介電層可更視需要包括一加強層，舉例而言，一纖維層。纖維層可係織造或非織造的，例如一氈。纖維層可包含非磁性纖維(例如玻璃纖維及聚合物系纖維)、磁性纖維(例如金屬纖維及聚合物系磁性纖維)、或一包含上述其中之一或二者之組合。此熱穩定纖維加強降低固化時基材平面內磁介電基材之收縮。另外，布加強之使用可有助於使一基材具有相對高之機械強度。此類基材可更容易地藉由商業使用之方法加工，舉例而言，層壓，包括輥對輥層壓(roll-to-roll lamination)。纖維層中可分散 有磁性顆粒。
玻璃纖維可包含E玻璃纖維、S玻璃纖維、D玻璃纖維、或一包含上述至少其中之一之組合。聚合物系纖維可包含高溫聚合物纖維。聚合物系纖維可包含一液晶聚合物，例如可自南卡羅來納州米爾堡(Fort Mill,SC)之美國可樂麗公司(Kuraray America Inc.)購得之VECTRAN。聚合物系纖維可包含聚醚醯亞胺、聚醚酮、聚碸、聚醚碸、聚碳酸酯、聚酯、或一包含上述至少其中之一之組合。玻璃纖維及/或聚合物系纖維可包含一磁性顆粒及/或可塗佈有一包含磁性顆粒之磁性塗層。
可於形成加強層期間將磁性顆粒添加至加強層。舉例而言，可將一包含加強層及磁性顆粒之熔融或溶解之液態混合物旋塗於纖維中，以形成加強層。
磁性纖維可包含：玻璃纖維；磁性纖維，例如，包含鐵、鈷、鎳或一包含上述至少其中之一之組合；聚合物纖維，例如，包含一微粒，其中該微粒可包含鐵、鈷、鎳或一包含上述至少其中之一之組合；或一包含上述至少其中之一之組合。磁性纖維可包含鐵氧體纖維、鐵氧體合金纖維、鈷纖維、鈷合金纖維、鐵纖維、鐵合金纖維、鎳纖維、鎳合金纖維、或一包含上述至少其中之一之組合。磁性纖維可包含一含鐵化合物，如上述之彼等。磁性纖維可包含六角鐵氧體與磁鐵礦其中之一或二者。含鐵化合物可包含一金屬鐵氧化物，其中金屬可包含Sr、Ba、Co、Ni、Zn、V、及Mn，具體而言Co、Ni、及Mn，或一包含上述至少其中之一之組合。舉例而言，金屬鐵氧化物可具有式MxFeyOz，例如MFe12O19、Fe3O4、MFe24O41、或MFe2O4，其中M係為Sr、Ba、Co、Ni、Zn、V、及Mn；具體而言，Co、Ni、及Mn；或一包含上述至少其中之一之組合。磁性纖維可包含鐵磁性碳 化鈷顆粒(例如Co2C及Co3C相)。磁性纖維可包含順磁性元素，例如鉑、鋁、及氧。磁性纖維可包含銥。磁性纖維可包含一鑭系元素。
纖維可係為單一或個別纖維。纖維可經加撚(twisted)、擰成繩狀、經編織、經編結等。纖維可具有在微米或奈米範圍之直徑，舉例而言，2奈米至10微米，或2至500奈米，或500奈米至5微米。纖維可於纖維之整個長度上具有50奈米至10微米、或50奈米至小於或等於900奈米、或20至250奈米之平均纖維直徑。
加強層可係為一以磁性方式經塗佈之加強層，舉例而言，可藉由下列方式以一磁性材料塗佈：化學氣體沈積、電子束沈積、層壓、浸塗、噴塗、逆輥塗佈、輥襯刀(knife-over-roll)、板襯刀(knife-over-plate)、計量桿塗佈(metering rod coating)、流塗等。舉例而言，磁性塗層可作為包含磁性顆粒或其一前驅體及一適宜溶劑之溶液而被施加至加強層。磁性塗層可係以相同或不同之方式施加至加強層兩側。第一及第二磁性塗層之厚度可分別獨立地為1至5微米。
磁介電層可更視需要包括一微粒狀介電填料，該微粒狀介電填料經選擇以調節磁介電層之介電常數、損耗因數、熱膨脹係數以及其他性質。介電填料可包含，舉例而言，二氧化鈦(金紅石及銳鈦礦)、鈦酸鋇、鈦酸鍶、矽石(包括熔融非晶矽石)、金剛砂、鈣矽石、Ba2Ti9O20、實心玻璃球、合成玻璃或陶瓷中空球、石英、氮化硼、氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、氧化鋁、三水合氧化鋁、氧化鎂、雲母、滑石、奈米黏土、氫氧化鎂、或一包含上述至少其中之一之組合。可使用一單一二級填料或一二級填料之組合以提供期望的性質之平衡。以磁介電基材之總體積計，介電填料可以1至60體積%或10至50體積%之量存在。
視需要，介電填料可用一含矽塗層進行表面處理，舉例而言，用一有機官能烷氧基矽烷偶聯劑進行表面處理。可使用一鋯酸鹽或鈦酸鹽偶聯劑。此類偶聯劑可改善填料於聚合物基質中之分散並降低製成之複合電路基材之吸水性。以填料之重量計，填料組份可包含70至30體積%之熔融非晶矽石作為二級填料。
聚合物基質組合物亦可視需要含有一可用於使該層防火之阻燃劑。阻燃劑可經鹵化或未經鹵化。以磁介電層之體積計，阻燃劑可以0至30體積%之量存在於磁介電層中。
阻燃劑可係無機的且可以顆粒之形式存在。無機阻燃劑可包含一金屬水合物，該金屬水合物具有，舉例而言，1至500奈米、具體而言1至200奈米、或5至200奈米、或10至200奈米之一體積平均粒徑；作為另一選擇，體積平均粒徑係為500奈米至15微米，例如1至5微米。金屬水合物可包含例如Mg、Ca、Al、Fe、Zn、Ba、Cu、Ni、或一包含上述至少其中之一之組合等金屬之水合物。可使用Mg、Al或Ca之水合物，舉例而言，氫氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鐵、氫氧化鋅、氫氧化銅及氫氧化鎳；以及鋁酸鈣、二水石膏、硼酸鋅及偏硼酸鋇之水合物。可使用該等水合物之複合物，舉例而言，一含有Mg以及Ca、Al、Fe、Zn、Ba、Cu、及Ni至少其中之一之水合物。一複合金屬水合物可具有式MgMx(OH)y，其中M係為Ca、Al、Fe、Zn、Ba、Cu或Ni，x係為0.1至10，且y係為2至32。阻燃劑顆粒可經塗佈或者以其他方式處理，以改善分散性及其他性質。
作為另一選擇或者除無機阻燃劑外，可使用有機阻燃劑。有機阻燃劑之實例包括三聚氰胺氰脲酸酯，細粒徑三聚訊胺聚磷酸酯，各種其他含磷化合物，例如芳族次膦酸酯、二次膦酸酯、膦酸酯、磷酸酯，聚 倍半矽氧烷，矽氧烷，以及鹵化化合物，例如四溴酞酸、六氯內亞甲基四氫酞酸(hexachloroendomethylenetetrahydrophthalic acid)(HET酸)，以及二溴新戊二醇。以樹脂之總重量計，一阻燃劑(例如含溴阻燃劑)可以20至60phr(份數/100份樹脂)、具體而言30至45phr之量存在。溴化阻燃劑之實例包括Saytex BT93W(乙烯雙四溴酞醯亞胺(ethylene bistetrabromophthalimide))、Saytex 120(十四溴二苯氧基苯)、及Saytex 102(十溴二苯醚)。阻燃劑可與一增效劑組合使用，舉例而言，一鹵化阻燃劑可與例如三氧化銻等增效劑組合使用，且一含磷阻燃劑可與例如三聚氰胺等含氮化合物組合使用。
磁介電層可具有小於或等於3.5、或小於或等於2.5、或小於或等於2、具體而言為1至2、更具體而言為1.5至2之磁性常數，皆係自500MHz至1GHz之範圍。在自500MHz至1GHz之範圍量測，磁介電層可具有小於或等於1.8、或小於或等於1.7之磁性常數。磁介電層可具有小於或等於0.3、或小於或等於0.1、或小於或等於0.08、或為0.001至0.07、或0.001至0.05之磁損耗，皆係自500MHz至1GHz之範圍。
磁介電層可具有大於或等於1.5、或大於或等於2.5、或為1.5至8、或3至8、或3.5至8、或6至8、或5至7之介電常數(亦稱為介電磁導率)，皆係自500MHz至1GHz之範圍。磁介電層可具有小於或等於0.3、或小於或等於0.1、或小於或等於0.05、或0.001至0.05、或0.01至0.05之介電損耗，皆係自500MHz至1GHz之範圍。
磁介電性質可使用一具有一尼科爾森-羅斯提取表(Nicholsson-Ross extraction form)之同軸空氣管(airline)量測，散射參數使用一矢量網路分析儀(vector network analyzer)量測。
磁介電層可具有改善之可燃性(flammability)。舉例而言，磁介電層於1.6毫米下可具有UL94 V1等級或UL94 V0。
不同於其他材料，舉例而言，彼等含有高溫熱塑性塑料或鐵顆粒之材料，磁介電層可容易耐受電路製造中使用之製程，包括層壓、蝕刻、軟焊、鑽削等。
根據IPC測試法650,2.4.9量測，銅結合強度可在3至7pli(磅/線英寸)、具體而言4至6pli之範圍。
一示例性磁介電基材顯示於第1圖中。磁介電層100包含聚合物基質、磁性顆粒以及可選加強層300，如上所述。加強層300可係為一織造層、一非織造層，或不使用。磁介電層100具有一第一平表面12及一第二平表面14。當加強層300及/或一磁性塗層存在時，則磁介電層100可具有一位於加強層一側之第一磁介電層部分16以及一位於加強層及/或磁性塗層之第二側之第二磁介電層部分18。
包含第1圖之磁介電層100之一示例性電路材料顯示於第2圖中，其中導電層20設置於磁介電基材100之平表面14上而形成一單包覆電路材料50。如此處以及整個發明中所用，「設置(disposed)」意指各層部分地或全部地相互覆蓋。一中間層，舉例而言一黏合層，可存在於導電層20與磁介電基材100之間(圖中未示出)。磁介電基材100包含聚合物基質、磁性顆粒以及可選加強層300。
另一示例性實施態樣顯示於第3圖中，其中一雙包覆電路材料50包含第1圖之磁介電層100，磁介電層100設置於兩個導電層20與30之間。導電層20及30其中之一或二者可係呈一電路(圖中未示出)之形式以 形成一雙包覆電路。層100之一側或兩側可使用一黏合劑(圖中未示出)，以增加基材與該(等)導電層之間之黏合。可加入另外的層以產生一多層電路。
可用於形成電路材料之導電層包括，舉例而言，不銹鋼、銅、金、銀、鋁、鋅、錫、鉛、過渡金屬、以及包含上述至少其中之一之合金。導電層之厚度並無特別限制，導電層之形狀、尺寸或表面紋理亦無任何限制。導電層可具有3至200微米、具體而言9至180微米之厚度。當存在二或更多個導電層時，該等二層之厚度可相同或不同。導電層可包含一銅層。適宜之導電層包括一導電金屬之薄層，例如目前用於形成電路之銅箔，例如電沈積銅箔。銅箔可具有小於或等於2微米、具體而言小於或等於0.7微米之均方根(root mean squared，RMS)粗糙度，其中粗糙度係使用一維易科精密儀器公司(Veeco Instruments)WYCO光學輪廓儀使用白光干涉術方法量測。
此處使用之各種材料及物件，包括磁性加強層、介電層、磁介電基材、電路材料、以及包含電路材料之電子裝置，可藉由此項技術中通常習知之方法形成。
導電層可藉由以下方式施加：於成型前將導電層放入模具中，將導電層層壓於磁介電基材上，直接雷射成型(laser structuring)，或經由一黏合層將導電層黏附至磁介電基材。層壓可能需要將一磁介電基材放置於一或二片經塗佈或未經塗佈導電層之間(一中間層可設置於至少一個導電層與磁介電基材之間)以形成一成層結構。作為另一選擇，導電層可與磁介電基材或可選中間層直接接觸，具體而言，無一中間層，其中一可選中間層可小於或等於整個磁介電基材之總厚度之厚度之10%。然後可將 成層結構放置於一壓機中，例如一真空壓機，壓力及溫度以及持續時間適合於將各層結合並形成一層板。層壓及固化可藉由一步製程實施，舉例而言，使用一真空壓機，或可藉由多步製程實施。於一步製程中，可將成層結構放置於一壓機上，使達到層壓壓力(例如150至400磅/平方英寸(psi))並加熱至層壓溫度(例如260至390攝氏度(℃))。層壓溫度及壓力可維持期望之持溫時間(soak time)，即20分鐘，然後冷卻(同時仍處於壓力下)至小於或等於150℃。
若存在，中間層可包含一聚氟碳膜以及一可選微玻璃加強氟碳聚合物層，該聚氟碳膜可位於導電層與磁介電基材之間，而該可選微玻璃加強氟碳聚合物層可位於聚氟碳膜與導電層之間。微玻璃加強氟碳聚合物層可增加導電層對磁介電基材之黏附。以該層之總重量計，微玻璃可以4至30重量%之量存在。微玻璃可具有小於或等於900微米、具體而言小於或等於500微米之最長長度尺度(length scale)。微玻璃可係為由科羅拉多州丹佛(Denver,Colorado)之佳斯邁威公司(Johns-Manville Corporation)購得之類型之微玻璃。聚氟碳膜包含一氟聚合物(例如聚四氟乙烯(PTFE))、一氟化乙烯-丙烯共聚物(例如鐵氟龍FEP)、以及具有一四氟乙烯主鏈以及一全氟化烷氧基側鏈之一共聚物(例如鐵氟龍PFA)。
導電層可係藉由雷射直接成型施加。此處，磁介電基材可包含一雷射直接成型添加劑，使用一雷射輻照基材之表面，形成一雷射直接成型添加劑之軌跡(track)，並且將一導電金屬施加至該軌跡。雷射直接成型添加劑可包含一金屬氧化物顆粒(例如氧化鈦及銅鉻氧化物)。雷射直接成型添加劑可包含一尖晶石系無機金屬氧化物顆粒，例如尖晶石銅。舉例而言，金屬氧化物顆粒可塗佈有一包含錫及銻(舉例而言，以塗層之總重 量計，50至99重量%之錫及1至50重量%之銻)之組合物。以100份數之相應組合物計，雷射直接成型添加劑可包含2至20份數之添加劑。輻照可用一YAG雷射實施，該YAG雷射於10瓦特之輸出功率、80kHz之頻率及3米/秒之速率下具有1064奈米之波長。導電金屬可於一無電鍍覆槽中使用一鍍覆製程施加，該無電鍍覆槽舉例而言包含銅。
作為另一選擇，導電層可藉由以黏合方式施加導電層而施加。於一實施態樣中，導電層係為電路(另一電路之金屬化層)，舉例而言，一柔性電路(flex circuit)。舉例而言，一黏合層可設置於該(等)導電層其中之一或二者與基材之間。黏合層可包含聚(芳醚)；及包含丁二烯、異戊二烯、或丁二烯與異戊二烯單元之羧基功能化聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物，以及零至小於或等於50重量%之可固化單體單元；其中黏合層之組成不同於基材層之組成。黏合層可以2至15公克/平方米之量存在。聚(芳醚)可包含羧基功能化聚(芳醚)。聚(芳醚)可係為聚(芳醚)與環酐之反應產物，或聚(芳醚)與馬來酸酐之反應產物。羧基功能化聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物可係為羧基功能化丁二烯-苯乙烯共聚物。羧基功能化聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物可係為聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物與環酐之反應產物。羧基功能化聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物可係為馬來酸酐化聚丁二烯-苯乙烯或馬來酸酐化聚異戊二烯-苯乙烯共聚物。若電路材料之特定材料及形式許可，可使用此項技術中習知之其他方法施加導電層，例如電沈積、化學氣體沈積、層壓等。
第4圖繪示具有導電層30之雙包覆電路材料50，導電層30經蝕刻、研磨或任何其他適宜方法圖案化。如本文所用，術語「圖案化(patterned)」包括其中導電層30具有線內(in-line)及平面內(in-plane) 導電不連續點(discontinuities)32之一排列。電路材料可更包含一訊號線，該訊號線可係為一同軸電纜、一饋電帶線(feeder strip)或一微帶線(micro-strip)之中心訊號導線，舉例而言，可設置成與導電層30訊號通訊。可提供具有一接地鞘之一同軸電纜，該接地鞘圍繞中心訊號線設置，該接地鞘可設置成與導電接地層20電接地通訊。
儘管加強層300於第1圖至第4圖中係以具有一「線厚度」之波浪線繪示，但是應理解，此類繪示係出於一般說明性目的，並非旨在限制本文所揭露實施態樣之範圍。加強層300可係為一織造或非織造纖維材料，透過加強層300中之空隙允許磁介電層100之間之接觸。因而，磁介電層100可在巨觀上而言在結構上係平面內連續的，且加強層300可在巨觀上而言在結構上至少部分地為平面內連續的。本文所用的術語「在巨觀上而言在結構上至少部分地為平面內連續的」包括一實心層以及一可具有大空隙之纖維層(例如織造或非織造層)二者。本文所用的術語「第一磁介電層(first magneto-dielectric layer)」及「第二磁介電層(second magneto-dielectric layer)」係指磁性加強層300之每一側上之區域，且並不將各實施態樣限於兩個分開之層。加強層300可具有一包括平面內磁各向異性之材料特性。
可藉由此項技術中通常習知之方法形成此處使用之各種材料及物件，包括磁介電基材、磁性加強層、電路材料以及包含該等電路材料之電子裝置。
舉例而言，當存在加強層時，可將磁介電層直接澆鑄(cast)於加強層上，或加強層可用一溶液或混合物藉由例如浸塗、噴塗、逆輥塗佈、輥襯刀、板襯刀、計量桿塗佈、流塗等塗佈，該溶液或混合物包含介 電聚合物基質組合物、介電填料、磁性顆粒以及可選添加劑。作為另一選擇，於一層壓製程中，將加強層置於第一磁介電層與第二磁介電層之間並於熱及壓力下層壓。加強層為纖維質時，磁介電層流入並浸漬纖維磁性加強層。一黏合層可置於纖維磁性加強層與磁介電層之間。具體而言，磁介電層可藉由例如直接澆鑄於加強層上而形成，或可製作一可層壓於加強層上之磁介電層，若存在加強層。
磁介電層可基於所選之基質聚合物組合物製作。舉例而言，可固化基質聚合物可與一第一載液混合。該混合物可包含一聚合物顆粒於第一載液中之分散液，即聚合物之液滴或聚合物之單體或寡聚前驅體於第一載液中之一乳液，或聚合物於第一載液中之一溶液。若聚合物係液態，則可不需要第一載液。該混合物可包含磁性顆粒。
若存在第一載液，則第一載液之選擇可係基於特定之聚合物以及聚合物引入至磁介電層之形式。若期望以一溶液形式引入聚合物，則可選擇特定可固化聚合物之溶劑作為載液，例如，N-甲基吡咯烷酮(NMP)將係為一適用於聚醯亞胺溶液之載液。若期望以一分散液形式引入可固化聚合物，則載液可包含一聚合物在其中不溶之液體，例如水將係為一適用於聚合物顆粒之分散液之載液，且將係為一適用於聚醯胺酸之乳液或丁二烯單體之乳液之載液。
介電填料組份及/或磁性顆粒可視需要分散於一第二載液中，或其可與第一載液(或不使用第一載劑之液態可固化聚合物)混合。第二載液可係為與第一載液相同之液體或可係為一不同於第一載液並與第一載液可混溶之液體。舉例而言，若第一載液係為水，則第二載液可包含水或醇。第二載液可包含水。
填料分散液(舉例而言，包含介電填料組份及/或磁性顆粒)可包含一表面活性劑，表面活性劑之量可有效地調節第二載液之表面張力。表面活性劑化合物之實例包括離子表面活性劑及非離子表面活性劑。已發現TRITON X-100TM係為一可用於水性填料分散液之表面活性劑。填料分散液可包含10至70體積%之包含一介電填料組份及/或磁性顆粒之一填料以及0.1至10體積%之表面活性劑，剩餘部分包含第二載液。
可固化聚合物與第一載液(若使用)之組合與在第二載液中之填料分散液可組合而形成一澆鑄混合物。該澆鑄混合物可包含10至60體積%之經組合之可固化聚合物組合物及填料以及40至90體積%之經組合第一載液及第二載液。該澆鑄混合物中聚合物及填料組份之相對量可經選擇以於如下所述最終組合物中提供期望之量。
澆鑄混合物之黏度可藉由添加一黏度調節劑進行調節，該黏度調節劑係根據其於一特定載液或載液混合物中之相容性而選擇，以阻止分離並提供黏度與傳統層壓設備相容之一介電複合材料。適用於水性澆鑄混合物之黏度調節劑包括例如聚丙烯酸化合物、植物膠以及基於纖維素的化合物。適宜之黏度調節劑之具體實例包括聚丙烯酸、甲基纖維素、聚環氧乙烷、瓜爾膠、刺槐豆膠、羧基甲基纖維素鈉、海藻酸鈉及黃蓍膠。黏度經調節之澆鑄混合物之黏度，根據具體應用可進一步增加，即超出最小黏度，以使介電複合材料適應所選之層壓技術。於室溫下量測，黏度經調節之澆鑄混合物可展現出10至100,000厘泊(cp)、具體而言100至10,000厘泊之黏度。
作為另一選擇，若載液之黏度足以提供一在相關時間段內不分離之澆鑄混合物，則可省去黏度調節劑。具體而言，於極小顆粒之情形 中，例如具有小於0.1微米之當量球徑之顆粒，可不必使用一黏度調節劑。
可將一黏度經調節之澆鑄混合物之層澆鑄於一加強層上，或可經浸塗。澆鑄可藉由例如浸塗、流塗、逆輥塗佈、輥襯刀、板襯刀、計量桿塗佈等達成。同樣地，黏度經調節之澆鑄混合物可澆鑄於一不含一加強層之表面上。
載液及加工助劑(即表面活性劑及黏度調節劑)可舉例而言藉由蒸發及/或藉由熱分解自澆鑄層移除，以強化由聚合物及視需要填料及/或磁性顆粒構成之磁介電層。聚合物基質及視需要填料及/或磁性顆粒之層可進一步經加熱以固化聚合物。磁介電層可經澆鑄並隨後部分固化(「B-階段(B-staged)」)。此類B-階段之層可儲存並隨後用於例如層壓製程中。
一單包覆電路材料可藉由如下方式形成：澆鑄或層壓磁介電層於加強層上；並黏附或層壓一導電層至磁介電層之一平表面上。一雙包覆電路材料可藉由如下方式形成：澆鑄或層壓磁介電層於加強層上；並同時或依序施加一第一導電元素及一第二導電元素至磁介電層之平表面上。加強層及磁介電層其中之一或多者可包含磁性顆粒及/或磁性顆粒可存在於位於加強層與一部分磁介電層之間之一層中。層壓可以有效地固化可固化基質聚合物(或完成可固化基質聚合物之固化)之溫度及時間進行。
於一具體實施態樣中，電路材料可藉由一層壓製程形成，該層壓製程涉及將一第一磁介電層及第二磁介電層以及加強層放置於一或二片經塗佈或未經塗佈之導電層之間(一黏合層可設置於至少一個導電層與至少一個介電基材層之間)以形成一成層結構。作為另一選擇，導電層可與介電基材層或可選黏合層直接接觸，具體而言，無一中間層，其中一可 選黏合層可係為小於或等於整個第一磁介電層及第二磁介電層之總厚度之厚度之10%。隨後可將該成層結構放置於一壓機中，例如一真空壓機，壓力及溫度以及持續時間適宜於結合各層並形成一層板。層壓及固化可藉由一步製程實施，舉例而言，使用一真空壓機，或可藉由一多步製程實施。於一步製程中，可將成層結構放置於一壓機上，使達到層壓壓力(例如150至400磅/平方英寸(psi))並加熱至層壓溫度(例如260至390攝氏度(℃))。層壓溫度及壓力可維持期望之持溫時間，即20分鐘，然後冷卻(同時仍處於壓力下)至小於或等於150℃。
一適用於例如聚丁二烯及/或聚異戊二烯等熱固性材料之多步製程可包含於150至200℃之溫度下之一過氧化物固化步驟，且經部分固化之疊層隨後可於一惰性氣氛下經受一高能量電子束輻照固化(E-束固化)或一高溫固化步驟。兩階段固化之使用可賦予所得層板以異乎尋常高之交聯度。第二階段中所用之溫度可係為250至300℃或聚合物之分解溫度。此高溫固化可於一烘箱中進行，但亦可於一壓機中實施，即作為初始層壓及固化步驟之延續。具體層壓溫度及壓力將端視具體黏合組合物以及基材組合物而定，且此項技術中之通常知識者無需過度實驗便可容易地確定。
該等電路材料及電路可用於電子裝置中，例如電子積體電路晶片上感應器、電子電路、電子封裝、模組以及外罩、轉換器、以及超高頻(ultra high frequency；UHF)、極高頻(very high frequency，VHF)以及微波天線等，以用於多種應用，例如電功率應用、資料儲存及微波通訊。該電路總成可用於其中施加一外部直流磁場之應用中。另外地，該(等)磁介電層在所有100至800MHz之頻率範圍之天線設計中使用時結果極佳 (尺寸及頻寬)。此外，一外部磁場之施加可「微調」該(等)磁介電層之磁導率並因此「微調」補片之共振頻率。該磁介電基材可用於一射頻(RF)組件中。
以下非限制性實例進一步舉例說明本文描述之各實施態樣。
實例1至5
於一頻率範圍內測試包含一磁性顆粒及一聚合物基質之各層，如下所述。
實例1之層於一如上所述熱固性聚丁二烯/聚異戊二烯材料(來自羅傑斯公司(Rogers Corporation)之無介電填料或玻璃布之RO4000)中包含VH磁性顆粒，於第5圖至第8圖中用菱形表示。VH磁性顆粒係為鋇鈷Z型六角鐵氧體(Co2Z鐵氧體)，摻雜有銥或鉬，以改善顆粒之電阻率。
實例2之層於一如上所述熱固性聚丁二烯/聚異戊二烯材料(來自羅傑斯公司之無介電填料或玻璃布之RO4000)中包含自創思科技公司(Transtech)購得之TT2 500磁性顆粒，於第5圖至第8圖中用方形表示。
實例3之層於一自頻譜磁學公司(Spectrum Magnetics)購得之熱塑性聚合物中包含SMMDP400磁性Co-Ba-六角鐵氧體顆粒(其係為塗佈有一矽層之鐵)，於第5圖至第8圖中用三角形表示。
第5圖顯示，實例1至3皆於500MHz至1GHz之頻率下具有大於5、具體而言為5至7之介電常數(e')。第5圖更顯示，實例2於500MHz至1GHz之頻率下具有為6至7之介電常數。
第6圖顯示，實例1及實例2相較於實例3具有顯著更佳之介電損耗(e' tan δ，「e'tand」)。實例1及2自500MHz至1GHz之範圍分別具有小 於0.007之介電損耗，而實例3自500MHz至1GHz之範圍具有小於0.014之介電損耗。
實例1至3之層之磁性常數(u')-頻率顯示於第7圖中。所有實例之磁性常數在500MHz至1GHz之範圍係為1.4至1.9。
磁損耗值(u' tan δ，「u'tand」)-頻率顯示於第8圖中。實例1至3自500MHz至1GHz之範圍分別具有小於0.08之磁損耗值。實例1自500MHz至1GHz之範圍具有小於0.03之磁損耗。
實例4及5之層在與上述相同之熱固性聚丁二烯/聚異戊二烯材料(TMM，來自羅傑斯公司之高度交聯之一熱固性基質(主要衍生自聚(1,2-丁二烯)液態樹脂)，無介電填料或玻璃布)中包含相同之經鉬摻雜六角鐵氧體。結果顯示於第9圖至第12圖中，其中實線及虛線表示來自不同樣本之資料。第9圖顯示磁性常數-頻率，其中於小於或等於1GHz之頻率下磁性常數小於或等於2.5。第10圖顯示介電常數-頻率，其中於所有量測之頻率下介電常數皆大於5。第11圖顯示介電損耗資料(由介電損耗除以介電常數表示)-頻率，而第12圖顯示磁損耗資料(由磁損耗除以磁性常數表示)-頻率。第11圖及第12圖顯示具有低介電損耗以及低磁損耗之樣本。
第9圖至第12圖進一步顯示實例4與實例5之間有良好之再現性，其中第9圖、第11圖及第12圖顯示於整個測試範圍內之交疊資料，且第10圖顯示兩個樣本之間之良好一致性。
以下給出本發明磁介電基材之一些實施態樣。
實施態樣1：一種磁介電基材，包含：一介電聚合物基質；以及複數個六角鐵氧體顆粒，分散於該介電聚合物基質中，該等六角鐵氧 體顆粒之量以及類型可有效地使該磁介電基材具有在自500MHz至1GHz範圍為小於或等於3.5、或小於或等於2.5之磁性常數，或在自500MHz至1GHz範圍為1至2之磁性常數，以及在自500MHz至1GHz範圍為小於或等於0.1之磁損耗，或在500MHz至1GHz範圍為0.001至0.07之磁損耗。
實施態樣2：如實施態樣1所述之磁介電基材，其中該磁介電基材更具有以下至少其中之一：在自500MHz至1GHz範圍為大於或等於1.5、或1.5至8之介電常數；在500MHz至1GHz範圍為小於0.01或小於0.005之介電損耗；UL94 V1等級，於1.6毫米厚度下量測；以及3至7磅/線英寸之銅剝離強度，根據IPC測試法650,2.4.9量測。
實施態樣3：如實施態樣2所述之磁介電基材，其中介電常數在自500MHz至1GHz範圍為大於或等於6、或6至8。
實施態樣4：如實施態樣2或3中任一者所述之磁介電基材，其中介電損耗在自500MHz至1GHz範圍為小於或等於0.01。
實施態樣5：如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材，其中磁損耗在500MHz之頻率下為小於或等於0.05、或小於或等於0.04。
實施態樣6：如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材，其中以該磁介電基材之總體積計，該等六角鐵氧體顆粒以5至60體積%、或10至50體積%、或15至45體積%之量存在於該磁介電基材中。
實施態樣7：如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材，其中該介電聚合物基質包含1,2-聚丁二烯、聚異戊二烯、或一包含上述至少其中之一之組合。
實施態樣8：如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材， 其中該介電聚合物基質包含聚丁二烯-聚異戊二烯共聚物、聚醚醯亞胺、含氟聚合物(例如，聚四氟乙烯)、聚醯亞胺、聚醚醚酮、聚醯胺醯亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸環乙二酯、聚苯醚、烯丙基化聚苯醚、或一包含上述至少其中之一之組合。
實施態樣9：如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材，其中該介電聚合物基質包含聚丁二烯及/或聚異戊二烯；視需要包含乙烯-丙烯橡膠(具體而言，液態橡膠)，基於聚碳酸酯標準藉由凝膠滲透層析法量測，該乙烯-丙烯橡膠具有小於或等於50,000公克/莫耳之重量平均分子量；視需要包含一介電填料；以及視需要包含一阻燃劑。
實施態樣10：如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材，更包含一介電填料。
實施態樣11：如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材，其中該等六角鐵氧體顆粒更包含Sr、Ba、Co、Ni、Zn、V、Mn、或一包含上述至少其中之一之組合。
實施態樣12：如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材，其中該等六角鐵氧體顆粒包含Ba及Co。
實施態樣13：如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材，其中該等六角鐵氧體顆粒包含一有機聚合物塗層、一表面活性劑塗層、一矽烷塗層或一包含上述塗層至少其中之一之組合。
實施態樣14：如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材，更包含一纖維加強層，該纖維加強層含有織造或非織造纖維。
實施態樣15：如實施態樣14所述之磁介電基材，其中該等纖 維包含玻璃纖維；磁性纖維，較佳地包含鐵、鈷、鎳或一包含上述至少其中之一之組合；聚合物纖維，視需要包含一微粒，其中該微粒較佳包含鐵、鈷、鎳或一包含上述至少其中之一之組合；或一包含上述至少其中之一之組合。
實施態樣16：如實施態樣15所述之磁介電基材，其中該等纖維包含玻璃纖維、鐵氧體纖維、鐵氧體合金纖維、鈷纖維、鈷合金纖維、鐵纖維、鐵合金纖維、鎳纖維、鎳合金纖維、聚合物纖維，該等聚合物纖維包含微粒狀鐵氧體、微粒狀鐵氧體合金、微粒狀鈷、微粒狀鈷合金、微粒狀鐵、微粒狀鐵合金、微粒狀鎳、微粒狀鎳合金，或一包含上述至少其中之一之組合。
實施態樣17：如實施態樣14至16中任一者所述之磁介電基材，其中該等纖維包含聚合物纖維或玻璃纖維。
實施態樣18：一種製作如前述實施態樣中任一者所述之磁介電基材之方法，該方法包含：將該等六角鐵氧體顆粒分散於一可固化聚合物基質組合物中而形成一混合物；由該混合物形成一層；以及固化該聚合物基質組合物而形成該磁介電基材。
實施態樣19：如實施態樣18所述之方法，更包含以該混合物浸漬一纖維加強層而形成該層；以及其中該固化包含僅部分地固化該層之該聚合物基質組合物而提供該磁介電基材。
實施態樣20：一種電路材料，包含：一導電層；以及如實施態樣1至17中任一者所述之磁介電基材，設置於該導電層上。
實施態樣21：如實施態樣20所述之電路材料，其中該導電層 係為銅。
實施態樣22：一種製作如實施態樣20或實施態樣21所述之電路材料之方法，該方法包含：將該等六角鐵氧體顆粒分散於一可固化聚合物基質組合物中而形成一混合物；由該混合物形成一層；將該層設置於一導電層上；以及固化該聚合物基質組合物而形成該電路材料。
實施態樣23：如實施態樣22所述之方法，其中該固化藉由層壓實施。
實施態樣24：如實施態樣22或23所述之方法，其中該形成包含以該混合物浸漬一纖維加強層；且其中該固化包含：在將該磁介電基材設置於該導電層上之前，僅部分地固化該層之該聚合物基質組合物而提供該磁介電基材(稱為一預浸料(prepreg))。
實施態樣25：一種電路，包含如實施態樣20至24中任一者所述之電路材料。
實施態樣26：一種製作如實施態樣25所述之電路之方法，更包含圖案化該導電層。
實施態樣27：一種天線，包含如實施態樣25或實施態樣26所述之電路。
實施態樣28：一種射頻組件，包含如實施態樣1至17中任一者或多者所述之磁介電基材。
本文所用「層」包括平面膜、片等以及其他三維非平面形式。一層可更係為巨觀上而言連續的或非連續的。
一般而言，作為另一選擇，該等組合物、方法及物件可包含本文所揭露之任何成分、步驟或組件，由本文所揭露之任何成分、步驟或組件組成，或基本由本文所揭露之任何成分、步驟或組件組成。另外地或作為另一選擇，該等組合物、方法及物件可經調配、實施或製造成全無或實質上不含對達成本申請專利範圍之功能或目的非必要之任何成分、步驟或組件。
指定與同一組份或性質之所有範圍之終點係包括終點在內，可獨立地組合，且包含所有中間點。舉例而言，一「至多25重量%、或5至20重量%」之範圍包括終點以及範圍「5至25重量%」之所有中間值(例如10至23重量%等)在內。「組合」包括摻合物、混合物、合金、反應產物等在內。術語「第一」、「第二」等並不表示任何順序、數量或重要性，而是用於區分一元件與另一元件。術語「一」並不表示數量之限制，而是表示所提及項目至少其中之一之存在。「或」意指「及/或」，除非上下文另有明確說明。「可選的」或「視需要」意指隨後所描述之事件或情況可能發生或可能不發生，且該描述包括其中事件發生之情形以及其中事件不發生之情形。本文所用術語「第一」、「第二」等、以及「主要」、「次要」等並不表示任何順序、數量或重要性，而是用於區分一個元件與另一元件。
在整個說明書中提及「一實施態樣(an embodiment)」、「另一實施態樣(another embodiment)」、「一些實施態樣(some embodiments)」等意指結合該實施態樣闡述之一具體元件(例如特徵、結構、步驟或特性)係包含於至少一個本文所述實施態樣中，且可能存在或可能不存在於其他實施態樣中。另外，應理解，所描述之元素可在各實施態樣中以任何適宜之方式組合。
除非另有定義，否則本文所用科技術語具有與熟習本發明所屬技術領域者通常所理解相同之含義。所有引用之專利、專利申請案以及其他參考文獻皆全文併入本文供參考。然而，若本申請案中之一術語與所併入之參考文獻中之一術語矛盾或相衝突，則來自本申請案之術語優先於來自所併入之參考文獻之衝突術語。
除非本文中有相反規定，否則所有測試標準皆係為至本申請案之申請日期為止時最新的有效標準，或若主張優先權，則係為至出現測試標準之最早優先權申請案之申請日期為止時最新的有效標準。
儘管已描述具體實施態樣，但是本發明之申請者或其他熟習此項技術者可想到目前未預見或可能未預見之替代形式、修改形式、變化形式、改進形式及實質等效形式。因此，所提出及可修正之隨附申請專利範圍旨在涵蓋所有此等替代形式、修改形式、變化形式、改進形式及實質等效形式。
12‧‧‧第一平表面
14‧‧‧第二平表面
16‧‧‧第一磁介電層部分
18‧‧‧第二磁介電層部分
100‧‧‧磁介電層/磁介電基材
300‧‧‧加強層

Claims (23)

  1. 一種磁介電基材，包含：一熱固性介電聚合物基質，其中該熱固性介電聚合物基質包含1,2-聚丁二烯、聚異戊二烯、或一包含上述至少其中之一之組合；以及以該磁介電基材之總體積計，5至60體積%的複數個鋇鈷Z型六角鐵氧體(hexaferrite)顆粒，分散於該熱固性介電聚合物基質中其中該磁介電基材具有在自500MHz至1GHz範圍為1.5至8之介電常數，在自500MHz至1GHz範圍為小於或等於3.5之磁性常數，以及在自500MHz至1GHz範圍為小於或等於0.1之磁損耗。
  2. 如請求項1所述之磁介電基材，其中該磁介電基材更具有以下至少其中之一：在500MHz至1GHz範圍為小於0.01之介電損耗；UL94 V1等級，於1.6毫米厚度下量測；以及3至7磅/線英寸(pli)之銅剝離強度，根據IPC測試法650,2.4.9量測。
  3. 如請求項1或2所述之磁介電基材，其中以該磁介電基材之總體積計，該等六角鐵氧體顆粒以10至50體積%之量存在於該磁介電基材中。
  4. 如請求項1或2所述之磁介電基材，其中該熱固性介電聚合物基質包含1,2-聚丁二烯。
  5. 如請求項1或2所述之磁介電基材，其中該熱固性介電聚合物基質更包含 聚丁二烯-聚異戊二烯共聚物、聚醚醯亞胺、含氟聚合物、聚醯亞胺、聚醚醚酮、聚醯胺醯亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸環乙二酯、聚苯醚、烯丙基化聚苯醚、或一包含上述至少其中之一之組合。
  6. 如請求項1或2所述之磁介電基材，其中該熱固性介電聚合物基質更包含以下一或多者：乙烯-丙烯橡膠，基於聚碳酸酯標準藉由凝膠滲透層析法量測，該乙烯-丙烯橡膠具有小於或等於50,000公克/莫耳之一重量平均分子量；一介電填料；以及一阻燃劑。
  7. 如請求項1或2所述之磁介電基材，其中該等六角鐵氧體顆粒更包含Sr、Ni、Zn、V、Mn、或一包含上述至少其中之一之組合。
  8. 如請求項1或2所述之磁介電基材，其中該等六角鐵氧體顆粒包含Mo。
  9. 如請求項1或2所述之磁介電基材，其中該等六角鐵氧體顆粒包含一有機聚合物塗層、一表面活性劑塗層、一矽烷塗層或一包含上述塗層至少其中之一之組合。
  10. 如請求項1或2所述之磁介電基材，更包含一纖維加強層，該纖維加強層含有織造或非織造纖維。
  11. 如請求項10所述之磁介電基材，其中該纖維包含聚合物纖維或玻璃纖維。
  12. 如請求項1或2所述之磁介電基材，其中該磁性常數小於或等於2.5。
  13. 一種製作如請求項1至12中任一項所述之磁介電基材之方法，該方法包含：將該等六角鐵氧體顆粒分散於一可固化聚合物基質組合物中而形成一混合物；由該混合物形成一層；以及固化該聚合物基質組合物而形成該磁介電基材。
  14. 如請求項13所述之方法，更包含以該混合物浸漬一纖維加強層而形成該層；以及其中該固化包含僅部分地固化該層之該聚合物基質組合物而提供該磁介電基材。
  15. 一種電路材料，包含：一導電層；以及如請求項1至12中任一項所述之磁介電基材，設置於該導電層上。
  16. 如請求項15所述之電路材料，其中該導電層係為銅。
  17. 一種製作如請求項15或16所述之電路材料之方法，該方法包含：將該等六角鐵氧體顆粒分散於一可固化聚合物基質組合物中而形成一混合物；由該混合物形成一層；將該層設置於一導電層上；以及固化該聚合物基質組合物而形成該電路材料。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該固化藉由層壓實施。
  19. 如請求項17或18所述之方法，其中該形成包含以該混合物浸漬一纖維加強層；且其中該固化包含：在將該磁介電基材設置於該導電層上之前，僅部分地固化該層之該聚合物基質組合物而提供該磁介電基材。
  20. 一種電路，包含如請求項15或16所述之電路材料或如請求項17至19中任一項所述之方法所製作之電路材料。
  21. 一種製作如請求項20所述之電路之方法，更包含圖案化該導電層。
  22. 一種天線，包含如請求項20所述之電路或如請求項21之方法所製作之電路。
  23. 一種射頻組件，包含如請求項1至12中任一項所述之磁介電基材，或藉由如請求項13或14所述之方法製作之磁介電基材。
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