[发明专利]具有优良TCC的聚合物-陶瓷复合材料

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及电容器和印制电路板领域。具体地讲，它涉及用于形成电容器和印制电路板的聚合物-陶瓷复合材料。本发明的复合材料呈现响应温度变化的电容温度系数(TCC)的低变化、以及其它期望的性质。

相关领域的描述

因为中央处理器(CPU)的电路设计寻求达到增加操作速度，所以集成电路的性能始终变得更加重要。装上这些集成电路的印制电路板的电路设计也是非常重要的。

电容器是印制电路板和其它微电子装置的共同元件。它们用于稳定这样的装置操作的电力供应。电容是电容器的能量贮存能力的量度。电容器将电容引入电路，且主要起着贮藏电能，阻断直流电的流动，或允许交流电的流动的功能。典型地，电容器包含夹在两个导电金属层，例如铜箔之间的介电材料。一般而言，介电材料通过层压，或通过蒸气沉积，经粘附层偶联至导电金属层。

迄今为止，排列在印制电路板表面上的电容器已经是通用的。在最近的使电容器小型化的努力中，使用具有高介电常数的介电陶瓷材料，或减少介电陶瓷层的厚度已经是众所周知的。电容主要依赖于电容器层的形状与大小和绝缘材料的介电常数。在一个已知的排列中，在多层电路板层内已经形成了包含薄的、双面覆铜薄层压板的″嵌入式″电容器，产生了优良的特性。为了其它目的，具有这样的嵌入式电容器的印制电路板能够使电路板的表面积最化大，并达到增加的信号传递速度。

尤其期望具有高电容密度的电容器。可以通过添加陶瓷材料来增加介电材料的电容密度。然而，陶瓷填充剂材料在介电材料内的高装填经常致成脆性的、并具有非常低的机械和加工性能的复合物。也已知这样的高电容密度材料由于温度变化而呈现大的电容变化。此外，也已知具有高介电常数的材料对温度变化敏感。已知具有这样的电容的温度依赖性的材料具有高″电容温度系数″或TCC。材料的TCC在特定的温度范围显示其最大的电容变化。已经开发常规介电复合电容器材料，其在约-55℃至约125℃时具有低如+15％至低如+10％的TCC变化。然而，在印制电路板领域存在开发电容器材料的需求，且尤其是响应于约-55℃至约125℃范围内的温度变化，具有在约-5％至约+5％、并优选低至如从约-0.5％至约+0.5％范围内的极低TCC变化的嵌入式电容器材料。本发明提供达到该目标的独特聚合物-陶瓷复合材料。本发明的复合材料另外具有优良的机械性质例如良好的抗剥强度和缺乏脆性、电学性质例如高介电常数，和加工特性例如易于混合。

发明概述

本发明提供包含聚合物成分与铁电陶瓷颗粒的共混物的复合材料，该聚合物成分包含至少一种含环氧的聚合物(epoxy containingpolymer)，和至少一种具有多个环氧反应基团的聚合物，基于聚合物成分的重量计，该含环氧的聚合物的量为约5％重量至约95％重量，该具有多个环氧反应基团的聚合物的量为约5％重量至约95％重量；

其中复合材料响应于约-55℃至约125℃范围内的温度变化，呈现约-5％至约+5％的电容温度系数变化。

本发明还提供包含聚合物成分与铁电陶瓷粉末的共混物的复合材料，该聚合物成分包含至少一种含环氧的聚合物，和至少一种具有多个环氧反应基团的聚合物的复合材料，基于聚合物成分的重量计，该含环氧的聚合物的量为约5％重量至约95％重量，该具有多个环氧反应基团的聚合物的量为约5％重量至约95％重量；

其中铁电陶瓷粉末包含钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡，或其组合；

其中含环氧的聚合物包含可溶可熔酚醛环氧树脂、具有脂肪族烃骨架或衍生自双酚A或双酚F的芳烃骨架的环氧树脂、丁二烯-丙烯酸修饰的环氧树脂，或其组合；

其中具有多个环氧反应基团的聚合物包含聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛、聚醚砜、反应性聚酯，或其组合；和

其中复合材料响应于约-55℃至约125℃范围内的温度变化，呈现约-5％至约+5％的电容温度系数变化。

本发明还提供形成电容器的方法，该方法包括：

a)提供包含聚合物成分和铁电陶瓷颗粒的共混物的复合材料，该聚合物成分包含至少一种含环氧的聚合物和至少一种具有多个环氧反应基团的聚合物，基于聚合物成分的重量计，该含环氧的聚合物的量为约5％重量至约95％重量，该具有多个环氧反应基团的聚合物的量为约5％重量至约95％重量；

其中复合材料响应于约-55℃至约125℃范围内的温度变化，呈现约-5％至约+5％的电容温度系数变化；和

b)在第一导电层(electrically conductive layer)与第二导电层之间附着复合材料层。

附图简述