[发明专利]一种陶瓷-聚合物复合材料、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷-聚合物复合材料、制备方法及其用途，具体涉及一种适用于微波频段的埋入式电容用低介电损耗、介电温度系数可调的陶瓷-聚合物复合材料、制备方法及其用途。

背景技术

随着信息产业的飞速发展，“集成化、高速化、小型化、多功能化”成为电子产业的发展趋势。在此趋势引领下，占据大部分基板面积的分立式无源器件也将逐渐由采用在多层基板内部埋置无源器件所代替。利用无源器件的埋入技术，把众多无源器件嵌入到电路基板内部，可以有效减少电路基板的使用面积，降低成本、避免元器件间的相互干扰，提高其性能。

电容器作为使用最为广泛的无源器件，在电子系统中占据了很大比例的空间。因此将分立式电容器嵌入到电路板中即采用埋入式电容技术成为近年来国内外研究的热点。

对于埋入式电容材料的基本要求主要有以下三点：

一、具有较高的介电常数：根据平行板电容器计算公式C＝Sε_rε₀/d(C为电容量，S为电极面积，d为介质层厚度，ε_r为相对介电常数，ε₀为真空介电常数)，材料的介电常数越大，其电容量越大。

二、具有较低的介电损耗：介电损耗是指电介质在交变电场下产生的热量，这些热量的积累会使电介质升温甚至引起热击穿，从而缩短电容器的寿命，因此，介电损耗是衡量埋入式电容材料介电性能的一个重要参数。

三、具有良好的加工性：埋入式电容是通过印刷等方式嵌入到电路板中，因此要求材料具有良好的加工性。

四、具有较低的介电常数温度系数：较高的介电常数温度系数会导致电容的性能发生较大变化，从而使电路性能恶化，这点在实际应用中是非常不利的。

传统的陶瓷材料具有较高的介电常数，但其加工性及与基板的相容性较差，不适用于作埋入式电容材料。聚合物材料具有较好的加工性且与基板的相容性较好，但其介电常数较低，且具有相对较高的介电损耗，也不是埋入式电容材料的较佳选择。以陶瓷粉体为填料聚合物为基体的陶瓷-聚合物复合材料由于结合了陶瓷材料和聚合物材料的优点，是埋入式电容材料较佳的选择，也基于此陶瓷-聚合物复合材料成为研究最多的埋入式电容材料。

在“无线化、高速化”的产业趋势驱动下，埋入式电容的应用领域也逐渐从高频应用向射频或微波扩展。在现有的埋入式电容专利中使用的陶瓷粉体主要集中在常用的ABO₃型高介电常数陶瓷，如钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃)、钛酸锶(SrTiO₃)、钛酸钙(CaTiO₃)、铌镁酸铅(PMN)、钛酸铅(PT)、铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)、锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)等。例如Dupont，3M，Sanmina-SCI，Oak-Mitsui等公司申请的专利中主要采用以BaTiO₃陶瓷粉末为代表的钙钛矿类ABO₃型高介电常数陶瓷以提高复合材料的介电常数，该类复合材料具有较高的介电常数，但ABO₃型高介电常数陶瓷为铁电类陶瓷，具有较高的介电损耗和较大的介电温度系数。采用ABO₃型高介电常数陶瓷粉末为应用于微波频段的埋入式电容材料的填充材料时，天然继承了此类陶瓷的缺点，造成了埋入式电容材料介电损耗较高，介电温度系数较大，难以满足实际应用的要求。

某些埋入式电容用复合材料采用金属或半导体类型的粉末作为填充介质，此类复合材料由于填充粉末的电阻率较低，虽能提高复合材料的介电常数，但存在着较大的漏导损耗和劣化的抗电强度，也不能满足高频高速电路板的应用要求。

CN1959859是对ABO₃陶瓷进行离子掺杂改性，获得表面带有电荷的陶瓷粉末，利用电介质物理中空间电荷极化的原理提高复合材料的介电常数，获得的复合材料介电常数可达26～45(1MHz)，这也是该专利的创新点。韩国工研院申请的专利US20070100048以Bi-Zn-Nb系陶瓷为填料，以PI或Epoxy等聚合物为基体，以低介电损耗(tanδ≤0.02，1MHz)为突出优点，其制备工艺与常规的埋容制备工艺与其他专利类似。这些专利中的测试数据均为低频测试数据，不能作为应用于微波频段的性能依据。适用于微波频段应用场合的具有低介电损耗、介电温度系数可调等特点的埋入式电容用复合材料在国内外尚属空白。

发明内容