TWI663896B - 磁-電介質基板、製作該磁-電介質基板之方法及包含該磁-電介質基板之物件 - Google Patents

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Abstract

在一實施例中，一磁-電介質基板包含一電介質聚合物基質；以及複數個六角鐵氧體粒子，以對提供磁-電介質基板有效之一量及一類型分散於該聚合物基質中且具有自0兆赫至500兆赫大於或等於2.5、或自0兆赫至500兆赫3至8之一磁性常數；自0兆赫至500兆赫小於或等於0.1、或在0兆赫至500兆赫內0.001至0.05之一磁損耗；以及自0兆赫至500兆赫1.5至8或2.5至8之一介電常數。

Description

磁-電介質基板、製作該磁-電介質基板之方法及包含該磁-電 介質基板之物件 【優先權聲明】
本申請案主張於2014年10月15日提出申請之美國臨時專利申請案第62/064,244號之權益。相關申請案係以引用方式併入本文中。
本發明概言之係關於一磁-電介質基板，其可用於諸如電路、天線、及諸如此類所用之金屬包層電路材料等之應用中。
更新之設計及製造技術已驅使電子組件之尺寸越來越小，例如以下之組件：電子積體電路晶片上之電感器、電子電路、電子封裝、模組及殼體、超高頻(UHF)、特高頻(VHF)、及微波天線。減小電子組件大小之一種途徑已經使用磁-介電材料作為基板。具體而言，鐵氧體、鐵電體、及多鐵性體已經作為具有增強之微波性質之功能材料被廣泛研究。然而，該等材料並不能完全令人滿意，此乃因其不能提供期望之帶寬或具有用於一既定應用之期望機械性能。一直以來，研發具有充分阻燃性之材料特別困難，此乃因用於賦予期望磁-介電性質之微粒金屬填料係為易燃的。該等填料在高濕度條件下亦不穩定，即使當由聚合基質環繞時亦如此。
因此，業內仍需要用於電介質基板中之磁-電介質材料，其在大於100兆赫(MHz)之頻率下具有最佳磁性及介電性質，而同時對於電路製造具有最佳熱機械性及電性質。具體而言，業內仍需要具有以下性質中之一或多者之磁-電介質基板：低介電及磁損耗、低功率消耗、低偏置電場或磁場、阻燃性、及其他經提高之機械性質。若該等材料於現有的製造過程中易於加工與集成，則將更有利。若熱機械及電性質在熱及潮濕條件下在基板之壽命期間穩定，則將更加有利。
在一實施例中，一磁-電介質基板包含一電介質聚合物基質；以及複數個六角鐵氧體粒子，以對提供磁-電介質基板有效之一量及一類型分散於該聚合物基質中且具有自0兆赫至500兆赫大於或等於2.5、或自0兆赫至500兆赫3至8之一磁性常數；自0兆赫至500兆赫小於或等於0.1、或在0兆赫至500兆赫內0.001至0.05之一磁損耗；以及自0兆赫至500兆赫1.5至8或2.5至8之一介電常數。
在一實施例中，製作磁-電介質基板之一方法包含將複數個六角鐵氧體粒子分散於一可固化聚合物基質組合物中；自該可固化聚合物基質組合物及該等經分散粒子形成一層；以及固化該聚合物基質組合物。
在一實施例中，一電路材料包含一導電層；以及一設置於該導電層上之磁-電介質基板。
在一實施例中，製作一電路材料之一方法包含將複數個六角鐵氧體粒子分散於一可固化聚合物基質組合物中；自該可固化聚合物基質組合物及該等經分散粒子形成一層；將該所形成層設置於一導電層上；以 及固化該聚合物基質組合物。
在一實施例中，一天線包含一磁-電介質基板。
在另一實施例中，一RF組件包含一磁-電介質基板。
結合附圖閱讀下文詳細說明將更容易明瞭以上特徵及優點及其他特徵及優點。
12‧‧‧第一平面表面
14‧‧‧第二平面表面/平面表面
16‧‧‧第一電介質層部分
18‧‧‧第二電介質層部分
20‧‧‧導電層/導電接地層
30‧‧‧導電層/導電元件
32‧‧‧線內及平面內導電不連續點
50‧‧‧單一包層電路材料/雙包層電路材料
100‧‧‧磁-電介質基板/層
300‧‧‧可選強化層/強化層
參照實例性非限制性圖式，其中在附圖中，相同元件具有相同編號：第1圖繪示具有一織造強化物之一磁-電介質基板之一剖視圖之一實施例；第2圖繪示包含第1圖之磁-電介質基板之一單一包層電路材料之一剖視圖之一實施例；第3圖繪示包含第1圖之磁-電介質基板之一雙包層電路材料之一實施例；第4圖繪示第3圖之具有一圖案化貼片(patch)之金屬包層電路積層體之一剖視圖之一實施例；第5圖係為顯示實例1至6之介電常數(e')值與頻率之關係之一圖示；第6圖係為顯示實例1至6之介電損耗(e' tan△)值與頻率之關係之一圖示；第7圖係為顯示實例1至6之磁性常數(u')值與頻率之關係之一圖示； 以及第8圖係為顯示實例1至6之磁損耗(u' tan△)值與頻率之關係之一圖示。
在低於500兆赫之頻率下具有最佳磁性、介電、及物理性質之磁-電介質基板對於電路製造而言係為高度合意的。本發明之本發明者已發現，包含磁性填料(例如鐵粒子)之磁-電介質基板導致基板易燃；或者在潮濕或具有溫度變化之情形中不穩定，即使當位於基板內時亦如此；或具有高磁損耗值。本發明之本發明者出人意料地發現能夠包含複數個六角鐵氧體粒子之一磁-電介質基板能夠在0兆赫至500兆赫之頻率下操作，而無渦流功率損耗之顯著增加。舉例而言，包含複數個六角鐵氧體粒子之一磁-電介質基板可具有在0兆赫至500兆赫之範圍內所量測大於或等於1.5之一磁性常數(亦稱為一磁導率)及在0兆赫至500兆赫之範圍內所量測小於或等於0.1之一磁損耗，且視需要匹配介電性質(例如，介電常數e'除以磁性常數u'可小於或等於3、或小於或等於2、或小於或等於2.2)。包含磁性填料之磁-電介質基板當用於一電路中時亦可出人意料地展現經提高阻燃性及穩定性中之一者或二者。特定電介質聚合物之使用使得材料能夠易於加工且能夠經受電路形成條件。
如由各個圖及隨附文字所示及闡述，該磁-電介質基板包含含有設置於其中之複數個磁性粒子、具體而言為六角鐵氧體粒子之一聚合物基質組合物及視需要之一強化層。
磁-電介質基板(在本文中亦稱為磁-電介質層)包含特定地包含一熱固性塑膠之一聚合物基質組合物。該熱固性塑膠可包含聚丁二 烯、聚異戊二烯、環氧；一酚系聚合物；一聚酯(例如彼等以商標名DOLPHON、SYNTHITE、DOLFEX、及HI-THERM自John C.Dolph公司，Monmouth Junction,New Jersey購得者)；一聚醯亞胺；一聚矽氧(例如彼等自Wacker購得者)；一雙馬來亞醯胺三嗪(BT)樹脂；苯並噁嗪；聚苯乙烯；聚(甲基丙烯酸C1-4烷基酯)、聚(丙烯酸C1-4烷基酯)；烯丙基化聚(伸芳基醚)、或包含上述聚合物之至少一者之一組合。可使用之其他熱固性聚合物包括彼等經改質為熱固性者，例如，液晶聚合物通常係為熱塑性樹脂，但其亦可藉由官能化或藉由與熱固性塑膠(例如環氧)複合用作熱固性塑膠。環氧可包含環脂族型環氧、雙酚A之二縮水甘油醚、甲酚酚醛清漆、酚系環氧、聚醯亞胺、雙馬來亞醯胺、雙馬來亞醯胺-三嗪環氧、氰酸酯-環氧混合物、或包含上述之至少一者之一組合。該磁-電介質基板可包含一熱固性積層板，例如GENCLAD、MULTICLAD、及HFLL，所有皆自Arlon,LLC.,California購得。該磁-電介質基板可包含一熱固性積層板，例如自Park Electrochemical公司，New York購得之MERCURYWAVE或自Matrix Electronics Limited,Ontario購得之MEGTRON 6。
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。如本文所用，術語「熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯」包括包含衍生自丁二烯、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(例如)以接枝之形式存在於該聚合物中。可共聚單體包括(但不限於)乙烯基芳香族單體，例如經取代及未經取代之單乙烯基芳香族單體，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、及諸如此類；以及經取代及未經取代之二乙烯基芳香族單體， 例如二乙烯基苯、二乙烯基甲苯、及諸如此類。亦可使用包含上述可共聚單體之至少一者之組合。熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯包括(但不限於)丁二烯均聚物、異戊二烯均聚物、丁二烯-乙烯基芳香族共聚物(例如丁二烯-苯乙烯)、異戊二烯-乙烯基芳香族共聚物(例如異戊二烯-苯乙烯共聚物)、及諸如此類。
該等熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯聚合物亦可經改質。 舉例而言，該等聚合物可經羥基封端、甲基丙烯酸酯封端、羧酸酯封端、或諸如此類。可使用後反應聚合物，例如丁二烯或異戊二烯聚合物之經環氧、馬來酸酐、或胺基甲酸酯改質之聚合物。該等聚合物亦可(例如)藉由二乙烯基芳香族化合物(例如二乙烯基苯)交聯，例如與二乙烯基苯交聯之聚丁二烯-苯乙烯。聚合物係由其製造商寬泛地歸類為「聚丁二烯」，例如，Nippon Soda公司(Tokyo,Japan)及Cray Valley Hydrocarbon Specialty Chemicals(Exton,PA)。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)共聚物之混合物。包含間規聚丁二烯之組合亦可係為有用的。
熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯聚合物在室溫下可為液體或固體。液體聚合物可基於聚碳酸酯標準物具有大於或等於5,000公克/莫耳(g/mol)之一數量平均分子量(Mn)。液體聚合物可具有小於5,000公克/莫耳、具體而言1,000公克/莫耳至3,000公克/莫耳之Mn。具有至少90重量%(wt%)1,2加成之熱固性聚丁二烯及/或聚異戊二烯由於有大量可用於交聯之側鏈乙烯基而在固化時可展現較大交聯密度。
基於總聚合物基質組合物，聚丁二烯及/或聚異戊二烯可相對於總聚合物基質組合物以高達100重量%、具體而言高達75重量%、更具 體而言10重量%至70重量%、甚至更具體而言20重量%至60重量%或70重量%之量存在於聚合物組合物中。
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用於特定性質或加工改質。舉例而言，為提高電介質基板材料之介電強度及機械性質隨時間之穩定性，系統中可使用較低分子量之乙烯-丙烯彈性體。本文中所用之乙烯-丙烯彈性體係為主要包含乙烯及丙烯之共聚物、三元共聚物、或其他聚合物。乙烯-丙烯彈性體可進一步歸類為EPM共聚物(亦即，乙烯及丙烯單體之共聚物)或EPDM三元共聚物(亦即，乙烯、丙烯、及二烯單體之三元共聚物)。乙烯-丙烯-二烯三元共聚物橡膠具體而言具有飽和主鏈，其中主鏈之外之可用不飽和用於容易的交聯。可使用其中二烯係為二環戊二烯之液體乙烯-丙烯-二烯三元共聚物橡膠。
乙烯-丙烯橡膠之分子量可小於10,000公克/莫耳黏度平均分子量(Mv)。乙烯-丙烯橡膠可包括Mv為7,200公克/莫耳之乙烯-丙烯橡膠，其係自Lion Copolymer,Baton Rouge,LA以商品名TRILENETM CP80購得；Mv為7,000公克/莫耳之液體乙烯-丙烯-二環戊二烯三元共聚物橡膠，其係自Lion Copolymer以商品名TRILENETM 65購得；以及Mv為7,500公克/莫耳之液體乙烯-丙烯-亞乙基降冰片烯三元共聚物，其係自Lion Copolymer以商品名TRILENETM 67購得。
乙烯-丙烯橡膠可以有效維持基板材料之性質、具體而言介電強度及機械性質隨時間之穩定性之量存在。通常，該等量係相對於聚合物基質組合物之總重量高達20重量%、具體而言4重量%至20重量%、更具體而言6重量%至12重量%。
另一類型之可共固化聚合物係含有不飽和聚丁二烯-或聚異 戊二烯之彈性體。此組分可為主要1,3-加成丁二烯或異戊二烯與一乙烯系不飽和單體(例如，乙烯基芳香族化合物，例如苯乙烯或α-甲基苯乙烯；丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸甲酯；或丙烯腈)之一隨機或嵌段共聚物。該彈性體可為包含一線性或接枝型嵌段共聚物之一固體、熱塑性彈性體，該共聚物具有一聚丁二烯或聚異戊二烯嵌段及一可衍生自一單乙烯基芳香族單體(例如苯乙烯或α-甲基苯乙烯)之熱塑性嵌段。此類型之嵌段共聚物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，例如，彼等自Dexco Polymers,Houston,TX以商品名VECTOR 8508MTM、自Enichem Elastomers America,Houston,TX以商品名SOL-T-6302TM、及彼等自Dynasol Elastomers以商品名CALPRENETM 401購得者；以及苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物及含有苯乙烯及丁二烯之混合三嵌段及二嵌段共聚物，例如，彼等自Kraton Polymers(Houston,TX)以商品名KRATON D1118購得者。KRATON D1118係含有33重量%苯乙烯之含混合二嵌段/三嵌段苯乙烯及丁二烯之共聚物。
可選含聚丁二烯-或聚異戊二烯之彈性體可更包含類似於上述之第二嵌段共聚物，唯聚丁二烯或聚異戊二烯嵌段經氫化，由此形成一聚乙烯嵌段(在聚丁二烯之情形中)或一乙烯-丙烯共聚物嵌段(在聚異戊二烯之情形中)。當與上述共聚物結合使用時，可產生具有更高韌性之材料。此類型之一第二嵌段共聚物係KRATON GX1855(自Kraton Polymers購得)，據信其係為苯乙烯-高1,2-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物及苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯嵌段共聚物之混合物。
含有不飽和聚丁二烯-或聚異戊二烯之彈性體組分可相對於聚合物基質組合物之總重量以2重量%至60重量%、具體而言5重量%至50重量%、更具體而言10重量%至40重量%或50重量%之量存在於聚合物基質組 合物中。
還有其他可添加用於特定性質或加工改質之可共固化聚合物包括(但不限於)乙烯之均聚物或共聚物，例如聚乙烯及環氧乙烷共聚物；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-苯乙烯共聚物及丁二烯-丙烯腈共聚物；不飽和聚酯；以及諸如此類。該等共聚物之水準通常小於聚合物基質組合物中總聚合物之50重量%。
亦可添加自由基可固化單體用於特定性質或加工改質，例如以增加系統固化後之交聯密度。可為適宜交聯劑之單體包括(例如)二、三、或更高乙烯系不飽和單體，例如二乙烯基苯、三聚氰酸三烯丙酯、鄰酞酸二丙烯酯、及多官能丙烯酸酯單體(例如，自Sartomer USA,Newtown Square,PA購得之SARTOMERTM聚合物)、或其組合，所有該等均係市售購得。基於聚合物基質組合物中總聚合物之總重量，交聯劑在使用時可以至多20重量%、具體而言1重量%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以加速具有烯反應位點之多烯的固化反應。固化劑可包含有機過氧化物，例如，過氧化二異丙苯、過苯甲酸第三丁酯、2,5-二甲基-2,5-二(第三丁基過氧基)己烷、α,α-二-雙(第三丁基過氧基)二異丙基苯、2,5-二甲基-2,5-二(第三丁基過氧基)己炔-3、或包含上述之至少一者之一組合。可使用碳-碳起始劑，例如，2,3-二甲基-2,3二苯基丁烷。固化劑或起始劑可單獨或組合使用。固化劑之量基於聚合物基質組合物中聚合物之總重量可為1.5重量%至10重量%。
聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物可經羧基官能化。官能化可使用分子中具有以下二者之多官能化合物實現：(i)一碳-碳雙鍵或一碳-碳三鍵、及(ii)羧基(包括羧酸、酸酐、醯胺、酯、或醯鹵)之至少一者。一 特定羧基係為羧酸或酯。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。具體而言，聚丁二烯與馬來酸酐之加合物可用於熱固性組合物中。適宜馬來酸酐化聚丁二烯聚合物係自(例如)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。適宜馬來酸酐化聚丁二烯-苯乙烯共聚物係自(例如)Sartomer以商品名RICON 184MA6購得。RICON 184MA6係苯乙烯含量為17重量%至27重量%且基於聚碳酸酯標準物Mn為9,900公克/莫耳之丁二烯-苯乙烯共聚物與馬來酸酐之加合物。
聚合物基質組合物中之各種聚合物(例如，聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物及其他聚合物)之相對量可取決於所用特定導電金屬層、電路材料及銅包覆積層體之期望性質、及類似因素。舉例而言，聚(伸芳基醚)之使用可為導電金屬層(例如，銅)提供增加之黏結強度。一聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物之使用可增加積層體之耐高溫性，例如，當該等聚合物經羧基官能化時。一彈性體嵌段共聚物之使用可用於使聚合物基質之組分相容。各組分之適當量之確定無需過多試驗即可完成，此取決於一特定應用之期望性質。
該磁-電介質基板更包含磁性粒子、具體而言為六角鐵氧體粒子。如此項技術中已知，六角鐵氧體係為具有一六方形結構之磁性鐵氧化物，其可包含鋁(Al)、鋇(Ba)、鉍(Bi)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銥(Ir)、錳(Mn)、鎂(Mg)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、釹(Nd)、鍶(Sr)、釩(V)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、或一包含上述中之一或多者之組合。六角鐵氧體之不同類型包括(但不限於)M-型鐵氧體，例如BaFe12O19(BaM或鋇鐵氧體)、 SrFe12O19(SrM或鍶鐵氧體)、及鈷-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)，其中在上述公式中，Me係為一正二價離子，且鋇可由鍶取代。特定六角鐵氧體包含鋇及鈷，視需要連同一或多種其他二價陽離子(經取代或摻雜)。該六角鐵氧體粒子可包含鍶、鋇、鈷、鎳、鋅、釩、錳、或包含上述之至少一者之一組合，具體而言為鋇及鈷。該等磁性粒子可包含鐵磁性粒子，例如鐵氧體、鐵氧體合金、鈷、鈷合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金、或包含上述磁性材料之至少一者之一組合。該等磁性粒子可包含六角鐵氧體、磁鐵礦(Fe3O4)、及MFe2O4之一或多者，其中M包含鈷、鎳、鋅、釩、及錳之至少一者，具體而言為鈷、鎳、及錳。該等磁性粒子可包含公式為MxFeyOz之一金屬鐵氧化物，例如，MFe12O19、Fe3O4、MFe24O41、或MFe2O4，其中M係為鍶、鋇、鈷、鎳、鋅、釩、及錳；具體而言為鈷、鎳、及錳；或包含上述之至少一者之一組合。 該等磁性粒子可包含鐵磁性碳化鈷粒子(例如Co2C及Co3C相)，例如，鋇鈷Z型六角鐵氧體(Co2Z鐵氧體)。
磁性粒子可自許多供應商購得，包括Illinois之Spherotech公司；Maryland之Trans-Tech公司；以及Delaware之Spectrum Magnetics公司。
磁性粒子可以5重量%至60重量%、具體而言10重量%至50重量%、或15重量%至45重量%之量存在於磁-電介質基板中，各自基於磁-電介質基板之總重量。該等磁性粒子可以5體積%至60體積%(vol%)、具體 而言10體積%至50體積%、或15體積%至45體積%之量存在於磁-電介質基板中，各自基於磁-電介質基板之總體積。
該等磁性粒子可經表面處理以幫助分散於聚合物中，例如利用表面活性劑、有機聚合物、或矽烷或其他無機材料。舉例而言，該等粒子可經表面活性劑(例如油醯胺、油酸、或諸如此類)塗覆。矽烷可包含苯基矽烷、三氯(苯基)矽烷、三(三甲基矽氧基)苯基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三(β甲氧基乙氧基)矽烷、乙烯基苯甲基胺基乙基胺基丙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-β(胺基乙基)γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-β(胺基乙基)γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-苯基-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苯基-γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷、γ-巰基丙基三乙氧基矽烷、3-(三乙氧基矽烷基)丙基琥珀酸酸酐、3-氯丙基-甲氧基矽烷、乙烯基-三氯矽烷、或包含上述之至少一者之一組合。矽烷可包含苯基矽烷。該矽烷可包含一經取代苯基矽烷，例如彼等闡述於U.S.4,756,971中者。矽烷可基於磁性粒子之總重量以0.01重量%至2重量%、或0.1重量%至1重量%存在。該等磁性粒子可經SiO2、Al2O3、MgO、銀、或包含上述之一或多者之一組合塗覆。該等磁性粒子可藉由一鹼催化之溶膠-凝膠技術、一聚醚醯亞胺(PEI)濕式及乾式塗覆技術、或一聚醚醚酮(PEEK)濕式及乾式塗覆技術來塗覆。
磁性粒子之形狀可係為不規則的或規則的，例如球形、卵形、薄片形、及諸如此類。磁性粒子可包含磁性奈米粒子及微米大小之粒子中之一或二者。磁性粒子可具有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微米至5微米之D50值(以質量計)。該等磁性粒子可為奈米粒子且可具有1奈米至900奈米、具體而言1奈米至100奈米、更具體而言5奈米至10奈米之D50值(以質量計)。該等磁性微粒可具有1微米至10微米、具體而言2微米至5微米之D50值(以質量計)。
該等磁性粒子可包含磁性薄片。該等磁性薄片可具有5微米至800微米、具體而言10微米至500微米之一最大橫向尺寸；以及100奈米至20微米、具體而言500奈米至5微米之一厚度；其中該橫向尺寸與該厚度之比率可大於或等於5、具體而言大於或等於10。
該磁-電介質基板可更視需要包含經選擇以調整磁-電介質基板之介電常數、損耗因子、熱膨脹係數、及其他性質之一顆粒電介質填料。電介質填料可包含(例如)二氧化鈦(金紅石及銳鈦礦)、鈦酸鋇、鈦酸鍶、氧化矽(包括熔融非晶形氧化矽)、金剛砂、鈣矽石、Ba2Ti9O20、固體玻璃球體、合成玻璃或陶瓷空心球體、石英、氮化硼、氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、氧化鋁、氧化鋁三水合物、氧化鎂、雲母、滑石、奈米黏土、氫氧化鎂、或包含上述之至少一者之一組合。可使用單一次要填料、或次要填料之組合以提供一期望之性質平衡。
視需要，該等電介質填料可利用含矽塗層(例如，一有機官能矽氧烷矽烷偶聯劑)經表面處理。可使用一鋯酸鹽或鈦酸鹽偶聯劑。該等偶聯劑可提高填料在聚合基質中之分散並降低最終複合電路基板之吸水率。填料組分可基於填料之重量包含70體積%至30體積%之熔融非晶形氧化矽作為次要填料。
該聚合物基質組合物亦可視需要含有一阻燃劑，可用於使該磁-電介質基板耐燃。該阻燃劑可經鹵化或未經鹵化。阻燃劑可基於磁-電介 質基板之體積以0體積%至30體積%之量存在於磁-電介質基板中。
該阻燃劑可為無機物且可以粒子之形式存在。無機阻燃劑可包含具有(例如)1奈米至500奈米、具體而言1奈米至200奈米、或5奈米至200奈米、或10奈米至200奈米之體積平均粒子直徑之一金屬水合物(metal hydrate)；另一選擇為，體積平均粒子直徑係為500奈米至15微米，例如1微米至5微米。金屬水合物可包含一金屬(例如鎂、鈣(Ca)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鋅、鋇、銅(Cu)、鎳、或包含上述之至少一者之一組合)之一水合物。可使用鎂、鋁、或鈣之水合物，例如氫氧化鋁、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、石膏二水合物、硼酸鋅及偏硼酸鋇之水合物。可使用該等水合物之組合物，例如含有鎂以及鈣、鋁、鐵、鋅、鋇、銅及鎳之一或多者之一水合物。一複合金屬水合物可具有公式MgMx(OH)y，其中M係為鈣、鋁、鐵、鋅、鋇、銅或鎳，x係為0.1至10，且y係為2至32。阻燃劑粒子可經塗覆或以其他方式處理以提高分散及其他性質。
另一選擇或除該等無機阻燃劑以外，可使用有機阻燃劑。有機阻燃劑之實例包括三聚氰胺三聚氰酸酯、細粒徑三聚氰胺多磷酸酯、各種其他含磷化合物(例如芳香族亞膦酸酯、二亞膦酸酯、膦酸酯、磷酸酯)、聚倍半矽氧烷、矽氧烷、及鹵化化合物(例如六氯內亞甲基四氫鄰苯二甲酸(HET酸)、四溴鄰苯二甲酸及二溴新戊二醇)。一阻燃劑(例如一含溴阻燃劑)可基於樹脂之總重量以20phr(每100份樹脂之份數)至60phr、具體而言30phr至45phr之量存在。溴化阻燃劑之實例包括Saytex BT93W(乙烯雙四溴鄰苯二甲醯亞胺)、Saytex 120(十四溴二苯氧基苯)、及Saytex 102(十溴二苯醚)。該阻燃劑可與一增效劑組合使用，例如一鹵化阻燃劑可與 一增效劑(例如三氧化銻)組合使用，且一含磷阻燃劑可與一含氮化合物(例如三聚氰胺)組合使用。
該磁-電介質基板可具有在0兆赫至500兆赫之範圍內所測量大於或等於1.5、或大於或等於2.5、具體而言3至8(各係自0兆赫至500兆赫)之一磁性常數。該磁-電介質基板可具有各自在0兆赫至500兆赫內小於或等於0.1、或小於或等於0.05、或0.001至0.05之一磁損耗。
磁-電介質基板可具有各自在0兆赫至500兆赫內大於或等於1.5、或大於或等於2.5、或1.5至8、或3至8、或3.5至8、或6至8之介電常數(亦稱為介電滲透率)。在一實施例中，磁性常數與介電常數係為匹配的，亦即，彼此相同、或在彼此之20%內、或在彼此之10%內、或在彼此之5%內。該磁-電介質基板可具有各自在0兆赫至500兆赫內小於或等於0.1、或小於或等於0.05、或0.001至0.05、或0.01至0.05之一介電損耗。在一實施例中，磁損耗與介電損耗係為匹配的，亦即，彼此相同、或在彼此之20%內、或在彼此之10%內、或在彼此之5%內。在一實施例中，介電常數e'除以磁性常數u'小於或等於3(e'/u'3)、具體而言小於或等於2(e'/u'2)、更具體而言小於或等於2.2(e'/u'2.2)，且e'/u'可大於或等於1。
較佳地，磁及介電常數與磁及介電損耗之每一者係為匹配的，亦即，彼此相同、或在彼此之20%內、或在彼此之10%內、或在彼此之5%內。該等磁-電介質性質可使用一帶有來自使用一向量式網路分析儀量測之散射參數之一Nicholsson-Ross萃取物之同軸空氣線來量測。
該磁-電介質基板可具有經提高之耐燃性。舉例而言，該磁-電介質基板在1.6毫米下可具有一UL94 V1或V0等級。
與其他材料不同地(例如彼等含有高溫熱塑性塑膠或鐵粒子者)，磁-電介質基板可容易地經受電路製造中所用之製程，包括層壓、蝕刻、焊接、鑽孔、及諸如此類。
銅黏結強度可在3磅/平方英吋至7磅/平方英吋(pounds per linear inch)、具體而言4磅/平方英吋至6磅/平方英吋之範圍內，如根據IPC測試方法650,2.4.9所量測。
一實例性磁-電介質基板顯示於第1圖中。磁-電介質基板100如上所述，包含聚合物基質、磁性粒子、及可選強化層300。強化層300可為一織造層、一非織造層，或不使用該強化層。磁-電介質基板100具有一第一平面表面12及一第二平面表面14。當強化層300及/或一磁性層存在時，磁-電介質基板100可具有位於該強化層一側之一第一電介質層部分16及位於該強化層及/或該磁性層之第二側之一第二電介質層部分18。
包含第1圖之磁-電介質基板100之一實例性電路材料顯示於第2圖中，其中一導電層20係設置於磁-電介質基板100之平面表面14上以形成一單一包層電路材料50。如本文所用且在揭露內容通篇中，「設置」意指該等層部分或全部彼此覆蓋。一中間層(例如一黏合層)可存在於導電層20與磁-電介質基板100之間(未顯示)。磁-電介質基板100包含聚合物基質、磁性粒子、及視需要強化層300。
另一實例性實施例顯示於第3圖中，其中一雙包層電路材料50包含設置於二個導電層20與30之間之第1圖之磁-電介質基板100。一或二個導電層20及30可呈電路之形式(未顯示)以形成一雙包層電路。一黏合劑(未顯示)可用於層100之一側或二側以增加基板與導電層之間之黏著。可添加額外層以形成一多層電路。
用於形成電路材料之有用導電層包含(例如)不銹鋼、銅、金、銀、鋁、鋅、錫、鉛、過渡金屬、及包含上述之至少一者之合金。關於導電層之厚度並無具體限制，且對於導電層之形狀、大小、或表面之紋理亦無任何限制。該導電層可具有3微米至200微米、具體而言9微米至180微米之厚度。當存在二或多個導電層時，二個層之厚度可相同或不同。該導電層可包含一銅層。適宜導電層包括一導電金屬之薄層，例如一目前在電路形成中所用之銅箔，例如，電沈積銅箔。該銅箔可具有小於或等於2微米、具體而言小於或等於0.7微米之一均方根(RMS)粗糙度，其中粗糙度係使用白光干涉法之一Veeco儀器WYCO光學輪廓儀來量測。
第4圖繪示雙包層電路材料50，其具有經由蝕刻、碾磨、或任何其他適宜方法圖案化之導電層30。如本文所用，術語「圖案化」包括其中導電元件30具有線內及平面內導電不連續點32之一配置。該電路材料可更包含一信號線，例如，其可為一同軸電纜、一饋電條帶、或一微條帶之一中央信號導體，其可設置成與導電元件30進行信號通信。可提供具有一圍繞中央信號線設置之接地鞘之一同軸電纜，該接地鞘可設置成與導電接地層20進行接地通信。
儘管於第1圖至第4圖中強化層300係由具有一「線厚度」之一波形線描繪，但應瞭解該描述係用於一般說明目的且並不意欲限制本文所揭露實施例之範圍。強化層300可為允許磁-電介質基板100之間藉助強化層300中之空隙接觸之一織造或非織造纖維材料。因此，磁-電介質基板100可在結構上係為宏觀上平面內連續的，且強化層300可至少部分地在結構上係為宏觀上平面內連續的。如本文所用，術語至少部分地在結構上宏觀上平面內連續包括一實心層、及可具有宏觀空隙之一纖維層(例如一織造或 非織造層)二者。如本文所用，術語「第一電介質層」及「第二電介質層」係指磁性強化層300之各側上之區域，且並不將各個實施例限於二個單獨層。強化層300可具有包括平面內磁性各向異性之一材料特性。
本文所用之各種材料及物件(包括磁-電介質基板、磁性強化層、電路材料、及包含該等電路材料之電子器件)可藉由此項技術中通常已知之方法形成。舉例而言，磁-電介質基板可直接澆鑄於強化層上，或該強化層可利用包含電介質聚合物基質組合物、電介質填料、磁性粒子、及可選添加劑之一溶液或混合物塗覆，例如浸塗、噴塗、反向輥塗覆、輥上刮刀、板上刮刀、計量棒塗覆、流動塗覆、或諸如此類。另一選擇為，在層壓製程中，將強化層放置於第一磁-電介質層與第二磁-電介質層之間且在熱及壓力下層壓。在強化層係為纖維之情形中，該磁-電介質基板流動至纖維磁性強化層中並浸漬該纖維磁性強化層。一黏合層可放置於該纖維磁性強化層與該磁-電介質基板之間。
具體而言，該磁-電介質基板可藉由直接澆鑄至(例如)強化層上而形成，或可產生可層壓至強化層(若其存在)上之一磁-電介質基板。該磁-電介質基板可基於所選基質聚合物組合物而產生。舉例而言，可固化基質聚合物可與一第一載劑液體混合。該混合物可包含聚合粒子存於該第一載劑液體中之分散液(即，乳液)、第一載劑液體中該聚合物之液體微滴或該聚合物之單體或寡聚前驅物、或第一載劑液體中該聚合物之溶液之分散液。若聚合物係為液體，則可不需要第一載劑液體。該混合物可包含磁性粒子。
第一載劑液體(若存在)之選擇可基於特定聚合物及欲引入至磁-電介質基板之聚合物所呈的形式。若聚合物期望作為一溶液引入，則 可選擇用於特定可固化聚合物之溶劑作為載劑液體，例如，N-甲基吡咯啶酮(NMP)將係為一用於聚醯亞胺之溶液的適宜載劑液體。若可固化聚合物期望作為一分散液引入，則載劑液體可包含該聚合物不溶於其中之一液體，例如，水將係為用於聚合粒子之分散液的一適宜載劑液體且將係為用於聚醯胺酸之乳液或丁二烯單體之乳液的一適宜載劑液體。
電介質填料組分及/或磁性粒子可視需要分散於一第二載劑液體中，或與該第一載劑液體(或在不使用第一載劑之情況下，與液體可固化聚合物)混合。該第二載劑液體可為與第一載劑液體相同之液體或可為除第一載劑液體外與該第一載劑液體可混溶之液體。舉例而言，若該第一載劑液體係為水，則該第二載劑液體可包含水或醇。該第二載劑液體可包含水。
填料分散液可包含有效改質該第二載劑液體之表面張力以使該第二載劑液體能夠潤濕硼矽酸鹽微球體之量之表面活性劑。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係為用於水性填料分散液之一表面活性劑。填料分散液可包含10體積%至70體積%之填料及0.1體積%至10體積%之表面活性劑，其中剩餘物包含該第二載劑液體。
可固化聚合物及第一載劑液體(若使用)之組合及存於該第二載劑液體中之填料分散液可經組合以形成一澆鑄混合物。該澆鑄混合物可包含10體積%至60體積%之經組合可固化聚合物組合物及填料及40體積%至90體積%之經組合第一載劑液體及第二載劑液體。該澆鑄混合物中之聚合物及填料組分之相對量可經選擇在如下所述之最終組合物中提供期望量。
該澆鑄混合物之黏度可藉由添加基於其在一特定載劑液體或載劑液體之混合物中之相容性選擇之黏度調節劑來調整，以延遲中空球體填料自電介質複合材料之分離(即，沈降或漂浮)並提供黏度與習用層壓設備相容之電介質複合材料。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、及纖維素系化合物。適宜黏度調節劑之特定實例包括聚丙烯酸、甲基纖維素、聚環氧乙烷、瓜爾膠(guar gum)、刺槐豆膠(locust bean gum)、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、及黃蓍膠(gum tragacanth)。黏度經調整之澆鑄混合物的黏度可基於逐個應用方式(application by application)進一步增加(即超過最低黏度)以使電介質複合材料適於所選層壓技術。黏度經調整之澆鑄混合物可展現在室溫(例如，在23℃至25℃)下所量測之10厘泊至100,000厘泊(cp)；具體而言100厘泊至10,000厘泊之黏度。
另一選擇為，若載劑液體之黏度足以提供在所關注時期期間不會分離之一澆鑄混合物，則可省略黏度調節劑。具體而言，在極小粒子(例如，具有小於0.1微米之一等效球徑之粒子)之情形中，一黏度調節劑之使用可並非必須的。
黏度經調整之澆鑄混合物之一層可澆鑄於強化層上，或可經浸塗。澆鑄可藉由(例如)浸塗、流動塗覆、反向輥塗覆、輥上刮刀、板上刮刀、計量棒塗覆、及諸如此類達成。同樣地，該黏度經調整之澆鑄混合物可澆鑄於無一強化層之一表面上。
該載劑液體及加工助劑(即，表面活性劑及黏度調節劑)可(例如)藉由蒸發及/或藉由熱分解自澆鑄層移除以固結聚合物及視需要一填料及/或磁性粒子之磁-電介質基板。聚合基質及視需要該填料及/或該等 磁性粒子之層可進一步經加熱以固化該聚合物。磁-電介質基板可經澆鑄且接著部分固化(「B階段」)。該等B階段層可經儲存且隨後用於(例如)層壓製程中。
一單一包層電路材料可藉由以下形成：澆鑄或層壓該磁-電介質基板於該可選強化層上；以及黏著或層壓一導電層至該磁-電介質基板之一平面表面上。一雙包層電路材料可藉由以下形成：澆鑄或層壓該磁-電介質基板於該可選強化層上；以及同時或依次施加一第一導電元件及一第二導電元件至該磁-電介質基板之平面表面上。可選強化層及磁-電介質基板中之一或多者可包含磁性粒子及/或該等磁性粒子可存在於位於強化層與磁-電介質基板之一部分之間之層中。層壓可在有效固化(或完成固化)可固化基質聚合物之溫度下實施一定時間。
導電層可藉由在模製之前將導電層放置於模具中、藉由將導電層層壓於磁-電介質基板上、藉由直接雷射結構化、或藉由經由一黏合層將導電層黏著至磁-電介質基板來施加。層壓需要將一磁-電介質基板放置於經塗覆或未經塗覆導電層之一或二個片材之間(一中間層可設置於至少一個導電層與磁-電介質基板之間)以形成一層狀結構。另一選擇為，導電層可直接接觸磁-電介質基板或可選中間層，具體而言如不存在一中間層，其中一可選中間層可為小於或等於該磁-電介質基板之總和之總厚度的10%之厚度。接著，該層狀結構可放置於一壓機(例如，一真空壓機)中在一壓力及溫度下並持續適於黏結該等層並形成一積層體之時間。層壓及固化可藉由一一步製程(例如，使用一真空壓機)實施，或可藉由一多步製程實施。在一步製程中，可將層狀結構放置於一壓機中，使達到層壓壓力(例如，150磅/平方英吋至400磅/平方英吋(psi)(1兆帕(MPa)至2.8兆帕)) 並加熱至層壓溫度(例如，260攝氏度(℃)至390攝氏度)。可將層壓溫度及壓力維持期望持溫時間(soak time)(即，20分鐘)，且然後冷卻(同時仍處於壓力下)至小於或等於150℃。
中間層(若存在)可包含可位於導電層與磁-電介質基板之間之一聚氟碳膜、及可位於聚氟碳膜與導電層之間之微玻璃強化之氟碳聚合物之一可選層。微玻璃強化之氟碳聚合物之層可增加導電層對磁-介電基材之黏著。該微玻璃可基於層之總重量以4重量%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微米之最長長度標度。微玻璃可為Denver,Colorado之Johns-Manville Corporation出售之類型的微玻璃。聚氟碳膜包含一含氟聚合物(例如聚四氟乙烯(PTFE)、一氟化乙烯-丙烯共聚物(例如Teflon FEP)、及具有一四氯乙烯主鏈以及一全氟化烷氧基側鏈之一共聚物(例如Teflon PFA))。
導電層可藉由雷射直接結構化施加。此處，磁-電介質基板可包含一雷射直接結構化添加劑；以及雷射直接結構化可包含使用一雷射以輻照基板之表面，形成雷射直接結構化添加劑之跡線，並將一導電金屬施加至該跡線。該雷射直接結構化添加劑可包含一金屬氧化物粒子(例如氧化鈦及銅鉻氧化物)。該雷射直接結構化添加劑可包含一尖晶石系無機金屬氧化物粒子，例如尖晶石銅。該金屬氧化物粒子可經(例如)包含錫及銻之一組合物(例如，基於塗層之總重量50重量%至99重量%錫及1重量%至50重量%銻)塗覆。該雷射直接結構化添加劑可基於100份各別組合物包含2份至20份添加劑。該輻照可利用一波長為1,064奈米之YAG雷射在10瓦(Watts)之輸出功率、80千赫(kHz)之頻率、及3米/秒之速率下執行。導電金屬可在包含(例如)銅之一無電電鍍浴中使用一電鍍製程來施加。
另一選擇為，導電層可藉由以黏附方式施加該導電層來施加。在一實施例中，該導電層係為電路(另一電路之金屬化層)，例如，一撓性電路。舉例而言，一黏合層可設置於該(等)導電層中之一或二者與磁-電介質基板之間。該黏合層可包含一聚(伸芳基醚)；以及一羧基官能化之聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物，其包含丁二烯、異戊二烯、或丁二烯及異戊二烯單元、及0重量%至小於或等於50重量%之可共固化單體單元；其中該黏合層之組成與基板層之組成並不相同。該黏合層可以2公克/立方米至15公克/立方米之量存在。該聚(伸芳基醚)可包含一羧基官能化之聚(伸芳基醚)。該聚(伸芳基醚)可為聚(伸芳基醚)與環酐之反應產物、或聚(伸芳基醚)與馬來酸酐之反應產物。該羧基官能化之聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物可為一羧基官能化之丁二烯-苯乙烯共聚物。羧基官能化之聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物可為聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物與環酐之反應產物。羧基官能化之聚丁二烯或聚異戊二烯聚合物可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。在特定材料及電路材料之形式允許之情形中，可使用此項技術中已知之其他方法來施加導電層，例如，電沈積、化學蒸氣沈積、層壓或諸如此類。
適用於熱固性材料(例如聚丁二烯及/或聚異戊二烯)之一多步製程可包含在150℃至200℃下之一過氧化物固化步驟，且部分固化之堆疊體接著可在一惰性氣氛下經受一高能電子束輻照固化(E束固化)或一高溫固化步驟。二階段固化之使用可賦予所得積層體一異常高之交聯度。 在該第二階段中所用之溫度可為250℃至300℃、或聚合物之分解溫度。此高溫固化可在一烘箱中實施，但亦可在一壓機中執行，即，作為初始層壓及固化步驟之一組合。特定層壓溫度及壓力將取決於特定黏合劑組合物及基板組合物，且可由熟習此項技術者容易地確定而無需過多試驗。
電路材料及電路可用於多種應用(例如電力應用、資料儲存、及微波通信)中所用之電子器件中，例如電子積體電路晶片上之電感器、電子電路、電子封裝、模組及殼體、轉換器、及超高頻(UHF)、特高頻(VHF)、及微波天線。電路總成可用於其中施加有一外部直流磁場之應用中。此外，該(等)磁性層可在100兆赫至800兆赫之頻率範圍的所有天線設計中使用而具有極好結果(大小及帶寬)。而且，一外部磁場之施加可「調諧」磁性層之磁導率、且因此「調諧」貼片之共振頻率。磁-電介質基板可用於一射頻(RF)組件。
實例
實例1至6
如下所述在一系列頻率內測試包含磁性粒子及熱塑性聚合物之磁-電介質基板。
實例1之磁-電介質基板(一比較實例)包含如上所述存於一熱固性聚丁二烯/聚異戊二烯材料(來自Rogers公司之RO4000，無電介質填料或玻璃布)中之40體積%之鐵磁性粒子且在第5圖至第8圖中由菱形表示。
實例2之磁-電介質基板(一比較實例)包含如上所述存於一熱固性聚丁二烯/聚異戊二烯材料(來自Rogers公司之RO4000，無電介質填料或玻璃布)中之40體積%之鎳鋅鐵氧體粒子且在第5圖至第8圖中由正方形表示。
實例3之磁-電介質基板(一比較實例)包含存於無電介質填料或玻璃布之高密度聚乙烯之一熱塑性聚合物中之鈷-鋇-六角鐵氧體粒子且在第5圖至第8圖中由三角形表示。
實例4之磁-電介質基板(一比較實例)包含如上所述存於一熱固性聚丁二烯/聚異戊二烯材料(來自Rogers公司之RO4000，無電介質填料或玻璃布)中之40體積%之鎳鋅鐵氧體粒子且在第5圖至第8圖中由X表示。
實例5之磁-電介質基板(一本發明實例)包含如上所述存於一熱固性聚丁二烯/聚異戊二烯材料(來自Rogers公司之RO4000，無電介質填料或玻璃布)中之40體積%之鈷-鋇-六角鐵氧體磁性粒子且在第5圖至第8圖中由X以及豎線表示。
實例6之磁-電介質基板(一本發明實例)係實例5之磁-電介質基板之第二樣品且在第5圖至第8圖中由圓圈表示。
第5圖顯示實例1至6所有均具有大於1.5、具體而言大於4之一介電常數(e')。第5圖更顯示實例2、3、5、及6在0兆赫至500兆赫之頻率下具有4至8之一介電常數。實例2、3、5、及6合意地在100兆赫至500兆赫之頻率範圍內具有在磁性常數之值3倍內之介電常數(具體而言e'/u'2.2)，而實例1及4在100兆赫至500兆赫之頻率範圍內具有大於磁性常數之值3倍之介電常數。
第6圖顯示與不合意地具有自0兆赫至500兆赫大於0.2之高介電損耗值之實例1及4相比，實例2、3、5、及6具有顯著更佳之介電損耗(e' tan△，「e'tand」)。實例2、3、5、及6各自具有自0兆赫至500兆赫小於0.1之一介電損耗，且實例3、5、及6各自具有自0兆赫至500兆赫小於0.05之一介電損耗。
實例1至6之磁-電介質基板的磁性常數(u')與頻率之關係顯 示於第7圖中。所有實例之磁性常數均大於1.5。
磁損耗值(u' tan△,「u'tand」)與頻率之關係顯示於第8圖中。針對實例1、3、5、及6觀察到自0兆赫至500兆赫之最佳磁損耗值(實例1、3、5、及6之資料點自0兆赫至500兆赫在圖式上大體重合)。該等實例各自具有自0兆赫至500兆赫小於0.1之一磁損耗。
實例3、5、及6因此具有磁及介電性質之最佳組合。除相對較差之磁損耗以外，更發現實例1之材料高度易燃。實例4及5之材料儘管具有磁及介電性質之組合，但自製造之觀點來看具有缺點，此乃因熱塑性聚合物在層壓期間、且具體而言在電路形成期間會經歷缺陷。另一方面，實例5及6之材料容易地經受電路形成及其他製造製程，包括層壓、蝕刻、鑽孔、焊接、及諸如此類。
已發現在0℃至200℃之溫度範圍內，實例5及6之熱膨脹係數在x-y方向上係為16.5 x 10-6米/米開爾文(meters per meter Kelvin)(m/mK)至17 x 10-6米/米開爾文，且在z方向上係為40 x 10-6米/米開爾文。
下文闡釋本發明磁-電介質基板之一些實施例。
實施例1：一種磁-電介質基板，包含：一熱固性聚合物基質；以及複數個六角鐵氧體粒子，以對提供該磁-電介質基板有效之一量及一類型分散於該聚合物基質中且具有自0兆赫至500兆赫大於或等於2.5、或自0兆赫至500兆赫3至8之一磁性常數；自0兆赫至500兆赫小於或等於0.1、或在0兆赫至500兆赫內0.001至0.05之一磁損耗；以及自0兆赫至500兆赫1.5至8或2.5至8之一介電常數。
實施例2：如實施例1所述之磁-電介質基板，其中該磁-電介 質基板更具有以下中之至少一者：在0兆赫至500兆赫內小於0.01或小於0.005之一介電損耗；在1.6毫米之一厚度下量測之一UL94 V1等級；以及3磅/平方英吋至7磅/平方英吋之一對銅之剝離強度，係根據IPC測試方法650,2.4.9量測。
實施例3：如前述實施例中任一者所述之磁-電介質基板，其中該複數個六角鐵氧體粒子係以該磁-電介質基板總體積之5體積%至60體積%、或10體積%至50體積%、或15體積%至45體積%之一量存在於該磁-電介質基板中。
實施例4：如前述實施例中任一者所述之磁-電介質基板，其中該熱固性塑膠包含聚丁二烯、聚異戊二烯、環氧；酚系聚合物；聚酯；聚醯亞胺；聚矽氧；雙馬來亞醯胺三嗪(BT)樹脂；苯並噁嗪；聚苯乙烯；聚(甲基丙烯酸C1-4烷基酯)、聚(丙烯酸C1-4烷基酯)；烯丙基化聚(伸芳基醚)、或包含上述聚合物之至少一者之一組合；具體而言，該熱塑性塑膠可包含聚丁二烯、聚異戊二烯、聚醚醯亞胺、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、或包含上述之至少一者之一組合；更具體而言，該熱塑性塑膠可包含聚丁二烯、聚異戊二烯、或包含上述之至少一者之一組合。
實施例5：如前述實施例中任一者所述之磁-電介質基板，其中該磁-電介質基板包含聚丁二烯及/或聚異戊二烯；視需要之一乙烯-丙烯液體橡膠，該乙烯-丙烯液體橡膠如基於聚碳酸酯標準物藉由凝膠滲透層析量測具有小於或等於50,000公克/莫耳之重量平均分子量；視需要之電介質填料；以及視需要之阻燃劑。
實施例6：如前述實施例中任一者所述之磁-電介質基板，其中該複數個六角鐵氧體粒子包含鍶、鋇、鈷、鎳、鋅、釩、錳、或包含上 述之一或多者之一組合。
實施例7：如前述實施例中任一者所述之磁-電介質基板，其中該複數個六角鐵氧體粒子包含鋇及鈷。
實施例8：如前述實施例中任一者所述之磁-電介質基板，其中該複數個六角鐵氧體粒子包含一有機聚合物塗層、一表面活性劑塗層、一矽烷塗層、或包含上述之至少一者之一組合，具體而言為一矽烷塗層；具體而言，該矽烷塗層可包含苯基矽烷、三氯(苯基)矽烷、三(三甲基矽氧基)苯基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三(β甲氧基乙氧基)矽烷、乙烯基苯甲基胺基乙基胺基丙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-β(胺基乙基)γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-β(胺基乙基)γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-苯基-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-苯基-γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷、γ-巰基丙基三乙氧基矽烷、3-(三乙氧基矽烷基)丙基琥珀酸酸酐、3-氯丙基-甲氧基矽烷、乙烯基-三氯矽烷、或包含上述之至少一者之一組合；具體而言，該矽烷可包含苯基矽烷或一經取代苯基矽烷；具體而言，苯基矽烷。
實施例9：如前述實施例中任一者所述之磁-電介質基板，更包含一纖維強化層，該纖維強化層包含織造或非織造纖維。
實施例10：如實施例9所述之磁-電介質基板，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、包含顆粒狀鐵氧體、顆粒狀鐵 氧體合金、顆粒狀鈷、顆粒狀鈷合金、顆粒狀鐵、顆粒狀鐵合金、顆粒狀鎳、顆粒狀鎳合金、或包含上述之至少一者之一組合之聚合物纖維。
實施例11：如實施例9至實施例10中任一者所述之磁-電介質基板，其中該等纖維包含聚合物纖維或玻璃纖維。
實施例12：一種製作如前述實施例中任一者所述之磁-電介質基板之方法，該方法包含將複數個六角鐵氧體粒子分散於一可固化聚合物基質組合物中；自該可固化聚合物基質組合物及該等經分散粒子形成一層；以及固化該聚合物基質組合物以形成該磁-電介質基板。
實施例13：如實施例12所述之方法，更包含利用該可固化聚合物基質組合物及該等經分散粒子浸漬該纖維強化層以形成該層；以及部分固化該層之該聚合物基質組合物以提供一預浸材。
實施例14：一種電路材料，包含一導電層；以及如實施例1至實施例11中任一者所述之磁-電介質基板，設置於該導電層上。
實施例15：如實施例14所述之電路材料，其中該導電層係為銅。
實施例16：一種製作實施例14或實施例15所述之電路材料之方法，該方法包含將複數個六角鐵氧體粒子分散於一可固化聚合物基質組合物中；自該可固化聚合物基質組合物及該等經分散粒子在一導電層上形成一層；以及固化該聚合物基質組合物。
實施例17：如實施例16所述之方法，其中該固化係藉由層壓實施。
實施例18：如實施例16或實施例17所述之方法，其中該形成 包含利用該可固化聚合物基質組合物及該等經分散粒子浸漬該纖維強化層；以及部分固化該層之該聚合物基質組合物以提供一預浸材，然後將該預浸材設置於該導電層上。
實施例19：一種電路，包含如實施例14至實施例18中任一者所述之電路材料。
實施例20：一種製作如實施例19所述之電路之方法，更包含圖案化該導電層。
實施例21：一種天線，包含如實施例19或實施例20所述之電路。
實施例22：一種RF組件，包含如實施例1至實施例11中任一者或多者所述之磁-電介質基板。
本文所用之「層」包括平面膜、片材、及諸如此類以及其他三維非平面形式。一層可進一步係為宏觀上連續或不連續的。術語「一(a、an)」之使用並不表示數量之限制，而是表示存在所引用項目之至少一者。 「或」意指「及/或」。本文所揭露之範圍涵蓋所列端點且可獨立組合。「組合」涵蓋摻合物、混合物、合金、反應產物、及諸如此類。而且，「包含上述之至少一者之組合」意指列表個別地涵蓋各要素、以及列表之二或多種要素之組合、及列表之至少一種要素與未指定之類似要素之組合。術語「第一」、「第二」等等在本文中並不表示任何順序、數量、或重要性，而是用於區分各要素。如本文所用，術語「實質上相等」意指比較之二個值係彼此±10%、具體而言彼此±5%、更具體而言彼此±1%。
儘管本文已闡述特徵之某些組合，但將瞭解該等某些組合僅 用於說明目的且可明確地或等效地、個別地或與本文所揭露之任何其他特徵組合以根據一實施例之任何組合或所有來採用該等特徵中之任一者之任一組合。任一及所有該等組合涵蓋於本文中且視為在本發明之範圍內。
儘管已參照實例性實施例闡述本發明，但熟習此項技術者將瞭解可在不背離本發明之範圍之條件下作出各種改變且可用其等效物替代其要素。另外，可在不背離本發明之基本範圍之條件下對本發明之教示實施多種改變以適應一具體情況或材料。因此，並不意欲將本發明限於所揭露之作為預期實施本發明之最佳或唯一模式之具體實施例，而是本發明將包含屬於隨附申請專利範圍之範圍內的所有實施例。而且，在圖式及說明書中，已揭露實例性實施例，且儘管可採用特定術語，但除非另有說明，否則該等僅使用一般及敍述性意義且並非用於限制之目的。

Claims (20)

  1. 一種磁-電介質基板，包含：一熱固性聚合物基質，包含聚丁二烯、聚異戊二烯、聚醯亞胺或包含上述之至少一者之一組合；及複數個六角鐵氧體粒子，以對提供該磁-電介質基板有效之一量及一類型分散於該熱固性聚合物基質中且具有自0兆赫至500兆赫大於或等於2.5、或自0兆赫至500兆赫3至8之一磁性常數，自0兆赫至500兆赫小於或等於0.1、或在0兆赫至500兆赫內0.001至0.05之一磁損耗；自0兆赫至500兆赫1.5至8或2.5至8之一介電常數；該介電常數與該磁性常數之比率為1比2；以及自3磅/平方英吋至7磅/平方英吋之一對銅之剝離強度，係根據IPC測試方法650,2.4.9量測。
  2. 如請求項1所述之磁-電介質基板，其中該磁-電介質基板更具有以下中之至少一者：在0兆赫至500兆赫內小於0.01或小於0.005之一介電損耗；在1.6毫米之一厚度下量測之一UL94 V1等級；以及該磁性常數為2.5至3.1。
  3. 如請求項1所述之磁-電介質基板，其中該複數個六角鐵氧體粒子以該磁-電介質基板總體積之5體積%至60體積%、或10體積%至50體積%、或15體積%至45體積%之一量存在於該磁-電介質基板中。
  4. 如請求項1所述之磁-電介質基板，其中該聚合物基質包含1,2-聚丁二烯、聚異戊二烯、聚丁二烯-聚異戊二烯共聚物、聚醚醯亞胺、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、或包含上述之至少一者之一組合。
  5. 如請求項1所述之磁-電介質基板，其中該聚合物基質包含該聚丁二烯及/或該聚異戊二烯。
  6. 如請求項1所述之磁-電介質基板，其中該複數個六角鐵氧體粒子包含鍶(Sr)、鋇(Ba)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、釩(V)、錳(Mn)、或包含上述之一或多者之一組合。
  7. 如請求項1所述之磁-電介質基板，其中該複數個六角鐵氧體粒子包含鋇及鈷。
  8. 如請求項1所述之磁-電介質基板，其中該複數個六角鐵氧體粒子包含一矽烷塗層。
  9. 如請求項1所述之磁-電介質基板，更包含一纖維強化層，該纖維強化層包含織造或非織造纖維。
  10. 如請求項9所述之磁-電介質基板，其中該等纖維包含玻璃纖維、鐵氧體(ferrite)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、包含顆粒狀鐵氧體、顆粒狀鐵氧體合金、顆粒狀鈷、顆粒狀鈷合金、顆粒狀鐵、顆粒狀鐵合金、顆粒狀鎳、顆粒狀鎳合金、或包含上述之至少一者之一組合之聚合物纖維。
  11. 一種製作如請求項1所述之磁-電介質基板之方法，該方法包含將該複數個六角鐵氧體粒子分散於一可固化聚合物基質組合物中以形成一經分散組合物；自該經分散組合物形成一層；以及固化該可固化聚合物基質組合物以形成該磁-電介質基板。
  12. 如請求項11所述之方法，更包含利用該經分散組合物浸漬一纖維強化層；以及部分固化該層之該可固化聚合物基質組合物以提供一預浸材。
  13. 如請求項1所述之磁-電介質基板，更包含一導電層；以及如請求項1所述之磁-電介質基板，設置於該導電層上。
  14. 一種製作如請求項13所述之磁-電介質基板之方法，該方法包含將該複數個六角鐵氧體粒子分散於一可固化聚合物基質組合物中以形成一經分散組合物；自該經分散組合物形成一層；將該層設置於該導電層上；以及固化該可固化聚合物基質組合物。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該固化係藉由層壓實施。
  16. 如請求項14所述之方法，其中該形成包含利用該經分散組合物浸漬一纖維強化層；以及部分固化該可固化聚合物基質組合物以提供一預浸材，然後將該預浸材設置於該導電層上。
  17. 如請求項14所述之方法，更包含圖案化該導電層。
  18. 一種物件，包含如請求項1所述之磁-電介質基板。
  19. 如請求項18所述之物件，其中該磁-電介質基板更包含一導電層，且其中該物件係一種電路材料或包含該電路材料之一種天線。
  20. 如請求項18所述之物件，其中該物件係一種RF組件(component)。
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