[发明专利]一种高柔韧性磁介复合基板材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高柔韧性磁介复合基板材料及其制备方法和应用，其中，高柔韧性磁介复合基板材料其由主相材料和辅助相材料按质量百分比为1：0.5～1.5复合而成，主相材料为起始磁导率大于15和截止频率大于1GHz的六角晶系铁氧体，所述六角晶系铁氧体配方分子式为(Ba_0.5+ySr_0.5‑y)₃Co_1.6+xZn_0.4‑xFe₂₃O₄₁，其中x的取值范围为‑0.1～0.1，y的取值范围为‑0.2～0.2，辅助相材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)；掺杂剂为WO₃，掺杂量为0.1～0.3wt％。该材料是一种很好的具有高柔韧性的磁介基板材料，其适用于300MHz～5GHz微带天线应用的无机/有机复合柔性磁介基板材料。

【技术领域】

本发明涉及电子材料技术领域，具体地说，是涉及一种适用于 300MHz～5GHz微带天线应用的无机/有机复合柔性磁介基板材料及其制备方法。

【背景技术】

微带天线是二十世纪七十年代初出现的一种新型天线，具有体积小、重量轻、剖面低、容易与载体共形、与集成电路的兼容性好、容易实现双频段、双极化工作等优点。根据微带天线的结构设计计算公式，其基板尺寸大小与电磁场在介质基板内的波长成正比。由于在低频下电磁波的波长很长，因此采用传统介质基板加工的低频微带天线尺寸很大，并且频率越低，尺寸越大。

为了缩小较低频段微带天线的尺寸、质量和体积，一种方式是提高天线基板材料的有效介电常数ε_eff，但采取这种方式，不仅容易激起表面波，而且高介电常数基板会束缚电场，使天线的辐射效率大大降低。根据天线谐振频率关系式可知，提高天线介质基板的有效磁导率μ_eff，同样也可达到降低天线基板尺寸的效果，并且还不易激起表面波并有利于天线能量的辐射。此外，由于微带天线的带宽主要受基板介电常数大小的影响，而与磁导率大小无关，介电常数越小越有利于提高天线带宽。因此，在同等尺寸下，采取磁介材料制备的天线也比采用纯介电材料制备的天线具有更宽的带宽。因此，将磁介材料应用到天线基板上具有十分重要的现实意义。此外，在一些特殊的应用领域，对基板的柔韧性也有很高的要求，譬如可穿戴设备中的发射或接收天线，由于天线形状不规则及天线基板弯曲不平整，因此最好采用的天线基板材料具有很好的柔韧性，可以根据应用场景的变化进行变形。但是，目前国内外研究机构和企业研发的磁介天线基板材料大多采用纯陶瓷来实现，因为这样可以获得较高的磁导率和介电常数，但同时也面临着适用频段较低(一般在500MHz以下，有的甚至仅在100MHz以下适用)，且无任何柔韧性。如新加坡HwaChong Institution的M.L.S.Teo和 L.B.Kong等人采用Li_0.50Fe_2.50O₄铁氧体和Mg_1-xCu_xFe_1.98O₄铁氧体进行适当离子替代或掺杂的方式来获得磁介的陶瓷材料。(M.L.S.Teo,L.B.Kong,et al. “Development of magneto-dielectric materials based on Li-ferrite ceramics: Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ”,J.Alloys.Comp.,vol.559(2008)557-566,567-575,576-582； L.B.Kong,Z.W.Li,“Magneto-dielectric properties of Mg-Cu-Co FerriteCeramics:Ⅰ,Ⅱ”,J.Am.Ceram.Soc.,vol.90(2007)3106-3112,2104-2112)以及法国国家实验室的A.Thakur等人采用纳米制粉技术制备的纳米量级的 Ni_0.5Zn_0.3Co_0.2Fe₂O₄铁氧体陶瓷材料(A.Thakur,A.Chevalier,et al.“Low-loss spinel nanoferrite with matchingpermeability and permittivity in the ultrahigh frequency range”,J.Appl.Phys.,vol.108(2010)014301)。以及电子科技大学苏桦等人采用NiCuZn复合BaTiO₃或基于Co₂Z铁氧体研发的陶瓷基磁介基板材料(Hua Su,Xiaoli Tang,et al,Low-loss NiCuZn ferritewith matching permeability and permittivity by two-step sintering process,Journal of Applied Physics,Vol.113,17B301,2013；Qi Xia,Hua Su,etal.Miniaturized T-DMB antenna based on low loss magneto-dielectric materialsfor mobile handset applications,Journal ofApplied Physics,2012,Vol.112,043915)。此外，电子科技大学苏桦也申请了多项将铁氧体和有机介质复合制备磁介材料的专利，如“一种微带天线复合基板材料及其制备方法(ZL201110235563.5)”和“一种微带天线有机复合基板材料及其制备方法(ZL201410431104.8)”等，使得磁介材料的适用频率有了很大的提高，但天线的柔韧性相比纯陶瓷的磁介材料而言也只略有些改善(可接近达到PCB覆铜板的柔韧性要求)，还是难以满足诸如可穿戴设备等应用场景对天线基板弯曲变形的柔韧性要求。