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Dokumentenidentifikation DE69811635T2 02.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0956564
Titel POLYMERZUSAMMENSETZUNGEN MIT TEMPERATURSTABILER DIELEKTRIZITÄTSKONSTANTE
Anmelder Hoechst Celanese Corp., Somerville, N.J., US
Erfinder WALPITA, M., Lakshaman, Basking Ridge, US;
AHERN, R., Michael, Bayonne, US
Vertreter Ackermann, J., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 60313 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69811635
Vertragsstaaten BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, LU, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.01.1998
EP-Aktenzeichen 989017520
WO-Anmeldetag 07.01.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/US98/00428
WO-Veröffentlichungsnummer 0098034235
WO-Veröffentlichungsdatum 06.08.1998
EP-Offenlegungsdatum 17.11.1999
EP date of grant 26.02.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2003
IPC-Hauptklasse H01B 3/30
IPC-Nebenklasse B32B 15/08   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Materialien, die eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen, und insbesondere gefüllte thermoplastische Polymere, die eine hohe Dielektrizitätskonstante auf weisen, die sich nur wenig mit der Temperatur ändert.

Neue Materialien mit hohen Dielektrizitätskonstanten und geringen Verlustfaktoren werden in der Elektronikindustrie für die Verwendung bei hohen Frequenzen und als Mittel zum Ermöglichen einer weiteren Miniaturisierung benötigt. Diese Materialien sind besonders nützlich, wenn sie als dünne Filme, Blätter, Platten und andere gepreßte Formstücke hergestellt werden können, so daß sie als Leiterplatten bei Mikrowellenfrequenzen, Kondensatoren hoher Energiedichte, Filtern, Antennen, erdverlegte Komponenten und Multichip-Module verwendet werden können. Diese besitzen eine Vielfalt von Endanwendungen, wie z. B. bei der drahtlosen Kommunikation. Viele Keramikmaterialien besitzen die gewünschte hohe Dielektrizitätskonstante und den geringen dielektrischen Verlust, können aber nicht auf einfache Weise als dünne Filme hergestellt werden. Keramikmaterialien, die als Filme hergestellt worden sind, und geformte Gegenstände sind im allgemeinen auch brüchig.

Ein Ansatz, um Filme und Blätter mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen, besteht darin, eine Zusammensetzung (hier auch als "Verbundstoff" bezeichnet), die eine polymere Matrix und einen keramischen Füllstoff umfaßt, der eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist, zu verwenden. Dieser Ansatz ist schwierig, weil die Zusammensetzungen hohe Anteile an dem keramischen Füllstoff benötigen, um die gewünschte hohe Dielektrizitätskonstante zu erzielen und dabei rheologische Eigenschaften bewahren, durch die sich die Zusammensetzungen zum Extrudieren oder Formen eignen. Die Zusammensetzungen müssen auch gegenüber Änderungen der Umgebungsfeuchtigkeit (Nässe) und -temperatur beständig sein. Beständigkeit gegenüber erhöhten Temperaturen sowie hohe mechanische Festigkeit, Schlagfestigkeit und chemische Beständigkeit sind auch alle wünschenswert. Schließlich müssen bei vielen Anwendungen aus flachen Substraten, die aus diesen Materialien hergestellt sind, mit Kupfer und/oder anderen Materialien Laminate hergestellt werden.

Mehrere Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante auf Basis von Polymeren in Verbindung mit keramischen Stoffen sind bekannt. Zum Beispiel sind der Rogers Corporation zahlreiche Patente erteilt worden, die Verbundstoffe aus Fluorpolymeren, vorzugsweise Poly(tetrafluorethylen) (PTFE), und keramischen Materialien zur Verwendung als hochdielektrische Materialien lehren, wie z. B. US-Patent Nr. 4,335,180 und 5,358,775. Die Rogers Corporation verkauft einige dieser Zusammensetzungen aus PTFE und keramischen Füllstoffen zur Verwendung als hochdielektrische Filme. Es ist im allgemeinen schwierig, dünne Filme und andere geformte Gegenstände aus PTFE herzustellen, das einen Füllstoff enthält.

Eine große Zahl von anderen Beispielen für hochdielektrische Verbundmaterialien ist offenbart worden. Typische Beispiele sind die US-Patentschrift Nr. 5,174,973, die deutsche Patentschrift DE 3,242,657, die japanischen Patentschriften JP 5,307,911, JP 57,853, JP 98,069 und eine veröffentlichte Abhandlung (S. Asai et al., IEEE Transactions on Components, Hybrids and Manufacturing Technology, Bd. 16, Nr. 5, August 1993, Seite 499-504).

Die Temperaturstabilität der Dielektrizitätskonstante ist ein wichtiger Punkt. Die Dielektrizitätskonstanten von hochdielektrischen keramischen Stoffen ändern sich mit der Temperatur. Folglich ändern sich die Dielektrizitätskonstanten von Zusammensetzungen aus Polymeren und keramischen Stoffen ebenfalls mit der Temperatur. Die Änderungen der Dielektrizitätskonstante beeinflussen die elektrischen Eigenschaften von elektronischen Komponenten, bei denen die Zusammensetzungen verwendet werden, wie z. B. die Resonanzfrequenz einer Patch-Antenne. Dies kann die Brauchbarkeit der Vorrichtungen einschränken, da sie nur innerhalb eingeschränkter Temperaturbereiche verwendbar sind. Die Verwendung im Freien kann besonders unzuverlässig sein. Dieses Problem ist bis jetzt dadurch angegangen worden, daß Zusammensetzungen, die Kombinationen von keramischen Materialien enthalten, die positive und negative Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante besitzen, hergestellt wurden, so daß sich die Änderungen der Dielektrizitätskonstante der Materialien gegenseitig ausgleichen. Dieser Ansatz wird in der US-Patentschrift Nr. 5,552,210, der japanischen Patentschrift Nr. 4,161,461, veröffentlicht 1992, und der eigenen, gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung Nr. 08/646,403 beschrieben. Ein alternativer Ansatz besteht darin, eine Zusammensetzung herzustellen, bei der der keramische Füllstoff einen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante besitzt, der annähernd Null ist. Solche keramischen Füllstoffe sind bekannt, aber sehr kostspielig. Ein neuer Ansatz, bei dem gewöhnliche Keramikmaterialien mit hoher Dielektrizitätskonstante und gewöhnliche Polymere verwendet werden, wird unten beschrieben.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Eine polymere Zusammensetzung, die bei 20ºC eine Dielektrizitätskonstante K' von größer als 4 aufweist, die sich mit der Temperatur nur wenig ändert, wird aus einem Polymer oder einer Mischung von Polymeren und einem keramischen Stoff oder einer Mischung von keramischen Stoffen wie folgt hergestellt. Das Polymer oder die Mischung von Polymeren weist eine Dielektrizitätskonstante K' in dem Bereich von 1,5 bis 3,5 und einen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante TCK' auf, der negativ ist und zwischen 0 und -300 ppm/Grad C beträgt. Das Polymer oder die Mischung von Polymeren ist vorzugsweise thermoplastisch, kann aber auch ein Duroplast oder ein Nicht-Thermoplast sein. Der keramische Stoff oder die Mischung von keramischen Stoffen ist zusammengesetzt aus:

(a) einem ersten keramischen Stoff, der ein keramischer Stoff oder eine Mischung von keramischen Stoffen sein kann, wobei jeder eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 15 bis 200 aufweist und einen TCK', der positiv ist und zwischen Null und 3.000 ppm/Grad C liegt, und

(b) einem gegebenenfalls zweiten keramischen Stoff, der ein keramischer Stoff oder eine Mischung von keramischen Stoffen sein kann, wobei jeder eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 3 bis zu 15 aufweist und einen TCK', der positiv ist und zwischen Null und 300 ppm/Grad C liegt.

Die Mengen des Polymers und der keramischen Stoffe werden so ausgeglichen, daß die Dielektrizitätskonstante K' der Zusammensetzung größer als 4 ist und sich die Änderungen der Dielektrizitätskonstanten des Polymers und der keramischen Stoffe mit der Temperatur gegenseitig ausgleichen, so daß die Dielektrizitätskonstante K' der Zusammensetzung in dem Temperaturbereich zwischen -50ºC und einer höheren Temperatur, die entweder 80ºC oder eine Temperatur ist, die 10ºC niedriger ist als die Glasübergangstemperatur der Polymeren Zusammensetzung, welche auch immer niedriger ist, um nicht mehr als 2% nach oben oder nach unten um ihren Mittelwert schwankt. Die Werte von K' und TCK' werden bei einer Frequenz von 2,0 GHz gemessen. Der Wert von K' wird bei 20ºC gemessen.

Eine thermoplastische polymere Zusammensetzung mit einer temperaturstabilen Dielektrizitätskonstante wird durch Konfektionieren eines thermoplastischen Polymers oder einer Mischung von thermoplastischen Polymeren mit einer Dielektrizitätskonstante K' in dem Bereich von 1,5 bis 3,5 und einen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante TCK', der negativ ist und zwischen Null und -300 ppm/Grad C liegt, mit einem oder mehreren keramischen Stoffen hergestellt. Die keramischen Stoffe enthalten einen ersten keramischen Stoff, der eine Mischung von keramischen Stoffen sein kann, wobei jeder eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 15 bis 200 und einen positiven TCK' aufweist, der zwischen Null und etwa 3.000 ppm/Grad C liegt, und gegebenenfalls einen zweiten keramischen Stoff, der aus einem oder mehreren keramischen Stoffen bestehen kann, wobei jeder eine Dielektrizitätskonstante, die in dem Bereich von 3 bis zu 15 liegt, und einen TCK', der größer ist als Null, aber kleiner als 300 ppm/Grad C, aufweist. Die Mengen des Polymers und des ersten und des zweiten keramischen Stoffes werden ausgeglichen, so daß die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung größer als 4 ist und sich die Änderungen der Dielektrizitätskonstante des Polymers und der keramischen Stoffe mit der Temperatur gegenseitig ausgleichen, so daß die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung in dem Temperaturbereich zwischen -50ºC bis zu einer zweiten, höheren Temperatur, die entweder 80ºC oder 10ºC niedriger ist als die Glasübergangstemperatur der polymeren Zusammensetzung, welche auch immer niedriger ist, um nicht mehr als 2% nach oben oder nach unten um ihren Mittelwert schwankt. Die Werte von Kund TCK' werden bei einer Frequenz von 2,0 GHz gemessen, und der Wert von K' wird bei 20ºC gemessen.

Diese Zusammensetzungen sind besonders nützlich beim Herstellen von Laminaten, die eine temperaturstabile Dielektrizitätskonstante aufweisen. Die Laminate werden aus einem flachen Substrat hergestellt, das aus der polymeren Zusammensetzung, die oben beschrieben ist, und einer Schicht aus Metall, die an mindestens einer der beiden Oberflächen des Substrats haftet, zusammengesetzt ist. Die Dielektrizitätskonstante des Laminats beträgt bei einer Frequenz von 2,0 GHz und 20ºC mindestens 4,0, und die Dielektrizitätskonstante des Laminats schwankt um nicht mehr als 2% nach oben oder unten um ihren Mittelwert, gemessen in dem Temperaturbereich von -50ºC bis zu einer zweiten, höheren Temperatur, die entweder 80ºC oder 10ºC niedriger ist als die Glasübergangstemperatur der polymeren Zusammensetzung, welche auch immer niedriger ist.

Die Laminate mit einer temperaturstabilen Dielektrizitätskonstante, werden durch Formgebung der oben beschriebenen polymeren Zusammensetzung als flaches Substrat hergestellt, und auf eine oder beide der zwei Oberflächen des flachen Substrats wird Metall aufgebracht. "Formgebung" meint jeglichen Prozeß zum Verarbeiten eines Polymers oder einer Polymerzusammensetzung zu einem vorgefertigten Produkt, wie z. B. einem Blatt, Film oder anderen dreidimensionalen Objekt. Zu solchen Verfahren gehören Extrusion, Spritzgießen, Kalandrieren, Formpressen und dergleichen. Schließlich können dreidimensionale Gegenstände, die die polymere Zusammensetzung und eine oder mehrere Schichten aus Metall umfassen, auch durch Formgebungsprozesse in Kombination mit Prozessen zum Beschichten oder Aufbringen von Metallschichten hergestellt werden.

Die Laminate können gestapelt und miteinander verbunden werden, um Substrate mit mehreren Schichten zu bilden, die abwechselnde Schichten aus thermoplastischer Zusammensetzung und Metall aufweisen. Die Schichten können unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten und unterschiedliche Stärken aufweisen und zusammengefügt werden, um Substrate für Multichip-Module und Leiterplatten zu bilden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Kombination von einem oder mehreren Polymeren und einem oder mehreren hochdielektrischen keramischen Stoffen, wie hier beschrieben, stellt polymere Zusammensetzungen bereit, die Dielektrizitätskonstanten aufweisen, die größer als 4 und bei sich ändernder Temperatur relativ konstant sind. Dies macht sie besonders nützlich in Vorrichtungen, die großen Temperaturbereichen (z. B. Verwendung im Freien) ausgesetzt sein können. Das Vorhandensein des Füllstoffes, vor allem in großen Mengen, verleiht den Zusammensetzungen im Vergleich zu dem ungefüllten Polymer auch einen verminderten Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE). Der verminderte CTE macht die Zusammensetzungen geeigneter für die Laminierung mit Kupfer, weil eine geringere Fehlanpassung zwischen der CTE der polymeren Zusammensetzung und der von Kupfer auftritt, was zu weniger Problemen durch Verziehen, Delaminierung und dergleichen führt. Thermoplastische Polymere sind bevorzugt, obwohl auch andere Polymere, wie z. B. wärmeausgehärtete Kunststoffe und Nichtthermoplasten, verwendet werden können. Die Verwendung eines thermoplastischen Polymers führt dazu, daß die Zusammensetzungen leichter anzufertigen sind, da sie durch solche gewöhnlichen Verfahren wie Spritzgießen und Extrudieren geformt werden können.

Die Wahl eines oder mehrerer zu verwendender Polymere hängt auch von den Eigenschaften ab, die gewünscht sind (z. B. thermische Eigenschaften. Verlustfaktor). Das Polymer oder die Polymere müssen außerdem einen negativen TCK' aufweisen, wie bereits erklärt wurde.

Wenn die Leistung bei hohen Temperaturen nicht von Bedeutung ist, dann ist ein Polymer ausreichend, das zu einer polymeren Zusammensetzung führt (nach Zugeben der Füllstoffe), die nach ASTM-Prüfverfahren D648 unter einer Belastung von 264 psi eine HDT von größer als etwa 80ºC aufweist. Wenn eine Leistung bei höheren Temperaturen erforderlich ist, dann sollte die Zusammensetzung eine HDT von größer als etwa 200ºC aufweisen, wenn unter den oben beschriebenen Bedingungen gemessen wird.

Thermoplastische Polymere, die in der praktischen Anwendung dieser Erfindung verwendet werden können, können kristallin, amorph oder flüssig-kristallin sein. Die Polymere zur Verwendung in der hier offenbarten Zusammensetzung sind Poly(phenylensulfid), cycloolefinische Copolymere (COC) und Mischungen davon. Diese Polymere weisen beide eine Dielektrizitätskonstante und einen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante in den oben angegebenen Bereichen auf (d. h. die K' von COC beträgt 2,4 und die von PPS 3,1, der TCK' des cycloolefinischen Copolymers von Ethylen und Norbornen ist geringfügig negativ, und der TCK' von PPS beträgt -50 ppm/Grad C). Poly(phenylensulfid) (PPS) ist ein allgemein bekanntes Hochtemperatur-Ingenieurpolymer und von mehreren Herstellern erhältlich, u. a. von der Hoechst Celanese Corporation unter der Handelsmarke FORTRON® und von der Philips Chemical Company unter der Handelsmarke RYTON®. Cycloolefinische Copolymere (COC) sind eine neuere Klasse von Hochtemperaturpolymeren. Sie können Homopolymere oder Copolymere von cyclischen Olefin-Monomeren, wie z. B. Norbornen, Tetracyclododecen, Bicyclo[2,2,1]hept-2-en, 1-Methylbicyclo- [2,2,1]hept-2-en, Hexacyclo[6,6,1,13,6,110,13,02,7,09,14]-4- heptadecen und dergleichen sein. Wenn es ein Copolymer ist, ist das Comonomer vorzugsweise ein acyclisches Olefin, wie z. B. Ethylen, Propylen, Butylene, Penten- Isomere und dergleichen. Vieler solcher geeigneten Cycloolefin-Copolymere sind bekannt. Sie sind z. B. in den US-Patentschriften 5,087,677, 5,422,409, 5,324,801, 5,331,057, 4,943,611, 5,304,596 und in EP 608903 beschrieben. Eine veranschaulichende COC- Zusammensetzung, die bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung nützlich ist, ist ein Copolymer von Norbornen und Ethylen, das in der oben erwähnten US- Patentschrift 5,087,677 beschrieben ist, die durch Bezugnahme hierin eingebunden ist. Es ist im Handel unter der Handelsmarke TOPAS® von Hoechst Celanese Corporation, Somerville, New Jersey, USA, erhältlich. Bestimmte COC sind auch von Mitsui Petrochemicals, Ltd., unter der Handelsmarke APEL erhältlich.

Das am meisten bevorzugte Polymer für diese Erfindung ist Poly(phenylensulfid) (PPS) aufgrund seiner ausgezeichneten thermischen Eigenschaften, seiner einfachen Formbarkeit und seines geringen Verlustfaktors (auch als dielektrischer Verlustfaktor, dielektrischer Verlust oder Dissipationsfaktor bezeichnet).

Das keramische Material oder die Materialien weist bzw. weisen einen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante auf, dessen Vorzeichen dem des Polymers entgegengesetzt ist, so daß die thermischen Koeffizienten der Dielektrizitätskonstante TCK' sich nahezu ausgleichen. Dieses Verfahren des Verwendens eines Polymers und eines keramischen Füllstoffes, die TCK'-Werte aufweisen, die ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen, und des Einstellens der Mengen wird hier als "Temperaturkompensation" bezeichnet. Da die Polymermatrix einen TCK' besitzt, der negativ ist, besitzen die keramischen Stoffe einen positiven TCK'.

Wie bereits angegeben, wird mindestens ein keramischer Füllstoff (ein "erster" keramischer Stoff) verwendet, der eine Mischung von keramischen Stoffen sein kann. Die keramischen Stoffe oder jeder keramische Stoff in der Mischung weisen bzw. weist eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 15 bis 200 und einen TCK' auf, der größer als Null, aber kleiner als 3.000 ppm/Grad C ist. Dieser erste keramische Stoff, der eine recht hohe Dielektrizitätskonstante aufweist, wird dazu verwendet, die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung größtenteils oder ganz auf die gewünschte Dielektrizitätskonstante zu bringen. Der optionale zweite keramische Stoff kann auch eine Mischung von keramischen Stoffen sein. Das zweite Keramikmaterial oder jeder der zweiten keramischen Füllstoffe weist eine Dielektrizitätskonstante auf, die kleiner als die K' des ersten keramischen Stoffes ist. Der zweite keramische Stoff ist enthalten, um es zu ermöglichen, sowohl den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) als auch die Dielektrizitätskonstanten zu regulieren. Die Mengen des ersten und des zweiten keramischen Stoffes können variiert werden, so daß mehr oder weniger Füllstoff benötigt wird, um eine spezifische Dielektrizitätskonstante zu erzielen. Wenn mehr keramischer Füllstoff verwendet wird, weist die Zusammensetzung einen niedrigeren CTE auf, da keramische Stoffe im allgemeinen einen niedrigeren CTE als Polymere aufweisen. Durch Vermindern des CTE der Zusammensetzung ergibt sich eine geringere Differenz zwischen dem CTE der Zusammensetzung und dem der Metallschichten, wie z. B. Kupfer, die auf die Zusammensetzung laminiert werden. Metalle besitzen einen noch geringeren CTE, und ein großer Unterschied zwischen dem CTE der Zusammensetzung und dem der Metallschichten, die auf Substrate, die aus der Zusammensetzung hergestellt sind, auf laminiert werden, verursacht Spannnung, wenn ein Laminat erhitzt oder abgekühlt wird, wobei Spannungen zwischen den Schichten verursacht werden, die zu Delaminierung oder Verbiegen der Laminate führen können. Die Verwendung zweier keramischer Stoffe liefert somit einen zusätzlichen Freiheitsgrad, um eine spezifische Dielektrizitätskonstante, einen mittleren TCK', der so klein wie möglich ist, und einen niedrigen CTE zu erzielen. Diese Eigenschaften werden im allgemeinen dadurch erreicht, daß der erste keramische Stoff in einer Menge von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-% und der zweite keramische Stoff in einer Menge von bis zu etwa 50 Vol.-% enthalten ist.

Bei bevorzugten Zusammensetzungen ist der TCK' des ersten keramischen Stoffes oder jedes der ersten keramischen Stoffe positiv und liegt zwischen Null und 300 ppm/Grad C, und der TCK' des zweiten keramischen Stoffes oder jedes der zweiten keramischen Stoffe liegt in dem Bereich zwischen Null und 200 ppm/Grad C.

Die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung und der Laminate und anderer geformter Produkte, die aus der Zusammensetzung hergestellt sind, schwankt um nicht mehr als 2% nach oben oder unten um ihren Mittelwert, gemessen innerhalb des Bereichs zwischen einer unteren Temperatur von -50ºC und einer höheren Temperatur, die entweder SOC oder 10ºC niedriger als die Glasübergangstemperatur der Zusammensetzung ist, welche auch immer niedriger ist. Die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung wird vorzugsweise um nicht mehr als 1% nach oben oder nach unten um die mittlere Temperatur, die oben angegeben wurde, schwanken, und am meisten bevorzugt um nicht mehr als 0,5%. Die Schwankungsbreite der Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung wird bis zu einer Höchsttemperatur von 10ºC, unter der Glasübergangstemperatur der Zusammensetzung gemessen, da sich die Dielektrizitätskonstante in der Nähe der Glasübergangstemperatur der Zusammensetzung schnell ändert.

Eine andere wünschenswerte Eigenschaft eines keramischen Stoffes und polymer-keramischer Zusammensetzungen im allgemeinen ist ein geringer Verlustfaktor (dielektrischer Verlustfaktor). Ein geringer Verlustfaktor ist von Nutzen und oft notwendig, um Rauschen zu verringern and Signalverlust bei hohen Frequenzen (oberhalb etwa 500 MHz) zu minimieren. Alle bevorzugten keramischen Storre besitzen geringe Verlustfaktoren.

Der erste keramische Stoff wird aus der Gruppe von keramischen Stoffen bestehend aus Calciumzirkonat, Strontiumzirkonat, CaTiSiO&sub5;, Bleizirkonat, Zirkoniumdioxid und Mischungen davon ausgewählt. Der optionale zweite keramische Stoff wird aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Magnesiumtitanat, Glimmer, Siliziumdioxid, (z. B. Quarzgut), Beryllerde, Spinell und Thoriumdioxid ausgewählt. Siliziumdioxid schließt auch Silikate ein, die die erforderlichen TCK'- und K'-Werte aufweisen (z. B. Quarzglas, Bleialkalisilikat und Alkalisilikat mit hohem Bleianteil). Diese sind allgemein bekannt und in "Ceramic Dielectrics and Capacitors" von J. M. Herbert, Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1985, Seite 228, beschrieben. Ein typisches Quarzglas (96%) enthält, außer Sauerstoff, 94,3% Si, 0,2% Na, 0,1% K, 4,9% B, und 0,5% Al. Ein typisches Bleialkalisilikat enthält 68% Si, 16% Na, 8% K, 0,35% Ca, 0,3% Mg, 6% Pb, 0,4% B, und 0,8% Al. Ein typisches Alkalisilikat mit hohem Bleianteil enthält 58,5% Si, 15,5% K und 26% Pb. Diese haben alle K'- und TCK'-Werte, die in die Bereiche fallen, die oben aufgeführt sind, wie in Tabelle 1 und 2 gezeigt, die Werte von K' und TCK' für die keramischen Stoffe in diesen beiden. Gruppen aufführen. Sie besitzen auch geringe Verlustfaktoren.

Bei einer in hohem Maße bevorzugten Kombination von keramischen Stoffen ist der erste keramische Stoff Calciumzirkonat und der zweite keramische Stoff ein oder mehrere keramische Stoffe, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glimmer, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und Magnesiumtitanat. Bei bestimmten Anwendungen ist es wünschenswert, daß dieser zweite keramische Stoff eine Mischung von Glimmer mit einem oder mehreren keramischen Stoffen aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und Magnesiumtitanat ist. Diese letzte Kombination ist wünschenswert, da sie einen zusätzlichen Freiheitsgrad beim Entwerfen von Zusammensetzungen für spezifische Verwendungszwecke hinzufügt. Bei ihr werden sowohl der erste als auch der zweite keramische Stoff verwendet, wodurch es möglich wird, eine spezifische Dielektrizitätskonstante mit einem ausreichend großen Keramikvolumen zu erzielen, um ernste Fehlanpassungen der CTE an die anderer Materialien, wie z. B. Metallschichten bei Laminaten, zu vermeiden. Der zweite keramische Stoff enthält zusätzlich Glimmer, der in der Form eines flachen Teilchens (eines Plättchens) vorliegt, zusammen mit Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und/oder Magnesiumtitanat, die von mehr kugelförmiger Gestalt sind. Der Glimmer richtet sich während Extrusions- oder Spritzgießprozessen in flachen Substraten selber aus, so daß die flachen Plättchen parallel zu der Ebene des Substrats sind. Dies verursacht einen beträchtlichen Unterschied hinsichtlich der CTE zwischen der x- und der y-Richtung im Vergleich zu der z-Richtung (rechtwinklig zu dem Substrat), wie er auch allein bei reinem Glimmer auftritt. Die Teilchen, die von annähernd kugelförmiger Gestalt sind, verursachen nur eine sehr geringe Anisotropie des CTE in der x- und der y-Richtung im Vergleich zu der z-Richtung. Somit kann Glimmer in Situationen, in denen ein Unterschied zwischen der - x- und der y-Richtung im Vergleich zu der z-Richtung wünschenswert oder annehmbar ist, in Kombination mit keramischen Stoffen, die eine kugelförmige Geometrie aufweisen, verwendet werden, um die CTE wie gewünscht in der x- und der y-Richtung anders zu regulieren als in der z-Richtung. Wenn Anisotropie der CTE nicht erwünscht ist, dann wird Aluminiumoxid, Siliziumdioxid oder Magnesiumtitanat oder eine Kombination davon vorzugsweise ohne Glimmer als zweiter keramischer Stoff verwendet.

Schließlich ist es bei manchen Zusammensetzungen wünschenswert, Calciumzirkonat ohne andere keramische Stoffe als Füllstoff zu verwenden. Somit weisen Zusammensetzungen, in denen Calciumzirkonat ohne andere Füllstoffe in Poly(phenylensulfid) verwendet wird, vorteilhafte Eigenschaften auf. Insbesondere besitzen sie einen sehr geringen Verlustfaktor.

Die keramischen Materialien, die in dieser Erfindung verwendet werden können, sind in dem Fachgebiet wohlbekannt. Viele sind im Handel erhältlich. Andere sind einfach durch bekannte Verfahren synthetisierbar. Zum Beispiel können die Metalltitanate und -zirkonate durch Sintern der Metalloxide in dem stöchiometrischen Verhältnis hergestellt werden, das benötigt wird, um das gewünschte Produkt zu erhalten. Siehe z. B. "Ceramic Dielectrics and Capacitors" von J. M. Herbert, Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1985, bezüglich weiterer Einzelheiten über Syntheseverfahren. Calciumzirkonat ist von mehreren Herstellern erhältlich. Calciumzirkonat und Magnesiumtitanat sind beide von Tarn Ceramics, Niagara Falls, NY, USA, erhältlich und werden als TICON® 110 bzw. TICON® 75 verkauft. Glimmer, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid finden breite Verwendung in vielen Anwendungen und werden oft als verstärkende Füllstoffe ohne die hochdielektrischen keramischen Stoffe, die hier offenbart werden, verwendet.

Mischungen aus Calciumzirkonat in PPS sind leicht synthetisierbar und durch solche Verfahren wie Spritzgießen und Extrusion von Filmen oder Blättern leicht als geformte Gegenstände anzufertigen.

Calciumzirkonat wird vorzugsweise als Pulver verwendet, das eine durchschnittliche Teilchengröße in dem Bereich von etwa 0,2 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 2 Mikrometer aufweist. In Abhängigkeit von der Größe und Form des Gegenstandes, der angefertigt werden soll, können ebenfalls größere oder kleinere Teilchengrößen verwendet werden. Die elektrischen Eigenschaften der Mischungen sind für spezifische Anwendungen leicht feinabzustimmen, indem die Menge an CaZrO&sub3; eingestellt und eines der wahlfreien zweiten keramischen Materialien, wie z. B. Magnesiumtitanat. Aluminiumoxid, Glimmer, Siliziumdioxid, oder eine Mischung von einigen oder allen davon hinzugegeben wird, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Der Verlustfaktor ist bei allen Gehalten an CaZrOs niedrig, wobei er im allgemeinen bei einer Frequenz von 2,0 GHz 0.003 nicht übersteigt. Weiterhin können wegen der Leichtigkeit des Mischens und Spritzgießens dieser Zusammensetzungen spezifische Zusammensetzungen hergestellt werden, die reproduzierbare Dielektrizitätskonstanten ergeben (d. h., dieselbe Zusammensetzung weist immer dieselbe Dielektrizitätskonstante auf).

Zusätzlich zu dem hochdielektrischen keramischen Stoff oder den keramischen Stoffen können auch andere Zusatzstoffe in den polymeren Zusammensetzungen enthalten sein. Zu diese gehören Antioxidantien, Antihaftmittel, Lichtschutzmittel, Trennmittel, Färbemittel, Leimungsmittel und Haftvermittler, andere verstärkende Füllstoffe und Keramikmaterialien mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, die weder als das erste noch als das zweite Keramikmaterial enthalten sind.

Die hochdielektrischen Polymerzusammensetzungen, die hier offenbart werden, werden durch Standardverfahren zum Herstellen von Verbindungen aus Polymeren und Füllstoffen hergestellt. Diese Verfahren beinhalten typischerweise das Mischen des Füllstoffes und des Polymers bei einer Temperatur, die hoch genug ist, um das Polymer zum Schmelzen zu bringen. Das Konfektionieren des Polymers und des keramischen Füllstoffes in einem Doppelschraubenextruder ist das bevorzugte Verfahren.

Die polymeren Zusammensetzungen sind auf einfache Weise als geformte Gegenstände herzustellen. Die Zusammensetzungen können zu Filmen, Blättern, Platten, Scheiben und anderen flachen Formen geformt werden, die als Substrate in der Elektrotechnik (z. B. gedruckte Leiterplatten) ganz besonders nützlich sind. Auch können dreidimensionale Formen hergestellt werden. Die Polymere können durch viele Prozesse, wie z. B. Extrusion, Spritzgießen und Formpressen geformt werden. Filme und Blätter werden typischerweise durch Spritzgießen oder Extrusionsprozesse hergestellt.

Laminate, die eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen niedrigen Verlustfaktor besitzen, können ebenfalls auf einfache Weise aus diesen Polymerzusammensetzungen hergestellt werden. Solche Laminate sind ganz besonders nützlich bei der Herstellung von Schaltkreisen, wie z. B. Antennen, Filtern, Kopplern, Verteilern und dergleichen. Die Laminate weisen im allgemeinen ein flaches Substrat aus der polymeren Zusammensetzung (wie oben beschrieben) auf, wie z. B. ein Blatt, einen Film oder eine Platte, das/der/die zwischen zwei Schichten aus Kupfer oder einem anderen Metall angeordnet ist. Das Metall ist nicht notwendigerweise durch einen Laminierungsprozeß aufgebracht worden, so daß der Begriff "Laminate" eine weitgefaßtere Bedeutung besitzt und Mehrschichtstrukturen, die durch andere Verfahren als Laminierung hergestellt wurden, einschließt. Die flachen Substrate besitzen außer den Kanten zwei Oberflächen. Die Stärke des Substrates ist eine Frage der Wahl und von der Anwendung abhängig, wird aber im allgemeinen in dem Bereich von 0,0254 mm (1 Millizoll) bis 12,7 mm (500 Millizoll) liegen.

Mindestens eine der Oberflächen des flachen Substrates weist eine Metallschicht auf, die an ihr haftet, und im allgemeinen weisen beide Oberflächen eine Metallschicht auf. Das Metall liegt als elektrischer Leiter vor. Kupfer ist das bevorzugte Metall, jedoch können auch andere verwendet werden, wie z. B. Gold, Titan, Silber und Legierungen davon oder mit Kupfer. Das Metall kann in der Form einer Beschichtung enthalten sein, die durch einen Beschichtungsprozeß, wie z. B. Dampfabscheidung oder Sputtern oder durch Elektroplattieren auf ein Blatt, dessen Oberfläche zum Elektroplattieren aktiviert worden ist, aufgebracht worden ist. Das bevorzugte Verfahren zum Aufbringen des Metalls besteht in einem wirklichen Laminierungsprozeß, wodurch Metallfilm oder -folie auf die Oberflächen des Substrates laminiert wird. Der Metallfilm oder die -folie ist dünn und im allgemeinen in dem Bereich von Millizoll bis 12 Millizoll. Die Wörter "Folie" und "Film" werden hier untereinander austauschbar verwendet, wenn Metallfilme und -folien beschrieben werden. Das Metall wird mittels Verwendung eines Klebstoffes oder durch Erhitzen des Polymers bis zur Schmelztemperatur auf das gefüllte Polymerblatt (z. B. Poly(phenylensulfid)) laminiert, während, der Metallfilm oder die -folie gegen das polymere Blatt gedrückt wird. Alternativ kann der Metallfilm oder die -folie auf ein frisch extrudiertes Blatt aus gefülltem Polymer laminiert werden, während das Blatt noch in einem geschmolzenen oder weichen Zustand ist, indem der Metallfilm oder die -folie mit dem Polymerblatt zusammengeführt wird, wenn es aus dem Mundstück des Extruders heraustritt, und der Metallfilm oder die -folie und das Polymerblatt durch eine Vorrichtung, die Druck ausübt, wie z. B. einen Walzensatz, geführt werden. Das praktischste Verfahren zum Herstellen eines Laminats besteht darin, den Metallfilm oder die -folie an die inneren Wände einer Form anzulegen und dann das geschmolzene Polymer unter Druck in einem Spritzgießprozeß in die Form einzubringen. Der Druck bei dem Formprozeß führt zu einem Laminat mit guter Haftung, nachdem das Polymer abkühlt und erhärtet. Die bevorzugte Metallfolie besitzt auf einer Seite eine matte Oberfläche, um die Haftung zwischen dem Metall und dem Polymer zu erleichtern. Es kann eine Folie erhalten werden, bei der die matte Oberfläche ein Oberflächenprofil mit einem arithmetischen Mittel des Rauhigkeitswerts von 1 Mikrometer und eine mittlere Spitze-zu-Tal-Höhe von 10 Mikrometer aufweist. Diese ergeben eine annehmbare Haftung. Es können auch Folien erhalten werden, die behandelt worden sind, um die Oberflächenrauhigkeit auf der matten Seite zu erhöhen. Diese ergeben eine bessere Haftung und werden bevorzugt.

Wie bereits erwähnt, ist beim Herstellen von Laminaten oftmals ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient notwendig, um Verziehen zu vermeiden. Verziehen kann von einer hohen Fehlanpassung des CTE des flachen Substrats und dem des Kupfers, das auf dieses auf laminiert wird, herrühren. Solange Kupfer auf beiden Oberflächen des Substrats ist, tritt kein Verziehen auf, obwohl Kräfte auftreten, die von einer Fehlanpassung der CTE-Werte herrühren. Sobald Kupfer während nachfolgender Bearbeitung von einer Oberfläche entfernt wird, kann sich das Laminat verbiegen. Der hohe Gehalt an Füllstoffen in den polymeren Zusammensetzungen und den Laminaten führt zu einem verminderten CTE, der näher bei dem CTE von Kupfer liegt, was zu verringerten Spannungen und verringertem Verziehen führt.

Die dielektrischen Laminate können gestapelt und miteinander verbunden werden, um Substrate zu bilden, die Mehrfachschichten mit abwechselnden Schichten aus thermoplastischer Zusammensetzung und Metall aufweisen. Die Schichten, können unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten und unterschiedliche Stärken aufweisen, um Substrate für Multichip-Module und Leiterplatten zu bilden.

Die hochdielektrischen Verbundstoffe und Laminate weisen viele Verwendungszwecke auf. Zum Beispiel können Blätter, Filme, Platten und dergleichen alle als Substrate zum Herstellen von Leiterplatten, die bei Mikrowellenfrequenzen verwendbar sind, verwendet werden. Zu anderen Verwendungszwecken für flache Substrate gehören Kondensatoren hoher Energiedichte, Filter, Antennen, erdverlegte Komponenten und Multichip-Module. Eine Anwendung, für die diese Materialen ganz besonders nützlich sind, sind Antennen in Form von gedruckten Schaltkreisen, wie z. B. Mikrostreifen-, Dipol- und Patch-Antennen für drahtlose Anlagen. Diese Arten von Antennen sind typischerweise flach, da das Substrat ein keramischer Stoff ist, und ihre emittierten Signale und ihr Ansprechen auf empfangene Signale sind daher gerichtet. Diese Materialien können auf einfache Weise in gekrümmten oder anders gestalteten Formen hergestellt werden, so daß die Richtungsabhängigkeit des Ansprechens der Antenne (entweder Senden oder Empfangen) wie gewünscht verändert werden kann. Zu anderen Anwendungen gehören gedruckte (Streifenleitung oder Mikrostreifen) und Mikrowellenschaltkreiselemente, wie z. B. Übertragungsleitungen, Induktoren, Kondensatoren, Filter (z. B. Tiefpaßfilter, Hochpaßfilter, Bandpaßfilter und Bandsperrfilter), Signalkoppler, Sprossenkoppler, Antennenkoppler, Signalverteiler, Impedanzwandler, Halbwellen- und Viertelwellenwandler und Impedanzanpassungskreise.

Die Erfindung wird durch die folgenden nicht einschränkenden Beispiele weiter veranschaulicht. Bei allen diesen Beispielen wird Poly(phenylensulfid) als das thermoplastische Polymer verwendet, aber es können auch hochdielektrische Zusammensetzungen, die Temperaturkompensation aufweisen, aus anderen Polymeren mit einer K' zwischen 2 und 3,5 und einem TCK' zwischen 0 und -300 ppm/Grad C hergestellt werden.

Beispiel 1-2

Eine Reihe von zwei Zusammensetzungen aus Poly(phenylensulfid) und Calciumzirkonat wurde mit den Verhältnissen, die in Tabelle 3 gezeigt werden, hergestellt. Poly(phenylensulfid) FORTRON® W203, erworben von der Hoechst Celanese Corporation, Bridgewater, NJ, USA, wurde in einem Schmelzmischer BRABENDER mit Calciumzirkonat TICON , erworben von Tarn Ceramics, Inc., 4511 Hyde Park Boulevard, Niagara Falls, NY 14305, USA, gemischt. Die Düsentemperatur des Extruders betrug etwa 300ºC und die Schraubengeschwindigkeit 60 U/min. Das gemischte Produkt wurde in Wasser extrudiert und pelletisiert. Der keramische Stoff war vor dem Konfektionieren ein Pulver mit einer mittleren Teilchengröße, die von 1 bis 2 Mikrometer reichte.

Die pelletisierten Verbindungen wurden durch Spritzgießen unter Verwendung einer Spritzgießmaschine BOY30M bei einer Schmelztemperatur von etwa 300ºC bis 310ºC zu 0,32 cm ( ") starken Scheiben von 5,08 bis 6,35 cm (2 bis 2¹/&sub2;") Durchmesser verarbeitet. Die Dielektrizitätskonstanten und Verlustfaktoren wurden bei 2,0 GHz und 20ºC mittels der Hohlraumresonanztechnik gemäß ASTM-Prüfverfahren Nr. D2520, Verfahren B, gemessen. Diese Daten sind in Tabelle 3 dargestellt. Die Dielektrizitätskonstante und der Verlustfaktor von Poly(phenylensulfid) beträgt bei 2 GHz und 21ºC zum Vergleich 3,1 bzw. 0,0023.

Beispiel 3

Eine Verbindung aus Calciumzirkonat FORTRON W203 und Glimmer wurde nach demselben Verfahren hergestellt, wie es in Beispiel 1 bis 2 verwendet wurde, mit Ausnahme der Zugabe von Glimmer als Hilfsfüllstoff. Der Glimmer wurde von KMG Minerals, Inc., Kings Mountain, North Carolina 28086, USA, erworben und war als L-140 gekennzeichnet. Der Glimmer lag in der Form von Plättchen vor, die eine mittlere Teilchengröße von 70 Mikrometer auf wiesen. Die dielektrischen Messungen wurden unter Verwendung derselben Verfahren wie in Beispiel 1 und 2 ausgeführt. Die Zusammensetzungen und dielektrischen Messungen werden in Tabelle 3 gezeigt.

Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nur der Veranschaulichung dienen und daß dem Fachmann durchgehende Abänderungen einfallen können. Folglich soll diese Erfindung nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt angesehen werden.

Tabelle 1 Erster keramischer Stoff

1. Young Soo Lee et al. "Barium Tetratitanate MIC Technology" IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Bd. MTT-27, Nr. 7, Juli 1979

2. J. M. Herbert, "Ceramic Dielectrics and Capacitors", Electrocomponent Science and Monographs, Bd. 6, Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1985

3. Versuche an Calciumzirkonat/PPS sind übereinstimmend mit positivem TCK' bei 2 GHz.

Tabelle 2 Zweiter keramischer Stoff

1. Young Soo Lee et al. "Barium Tetratitanate MIC Technology" IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Bd. MTT-27, Nr. 7, Juli 1979

2. J. M. Herbert, "Ceramic Dielectrics and Capacitors", Electrocomponent Science and Monographs, Bd. 6, Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1985


Anspruch[de]

1. Polymere Zusammensetzung mit einer temperaturstabilen Dielektrizitätskonstante, die im wesentlichen aus folgendem besteht:

(a) einem Polymer mit einer Dielektrizitätskonstante K' in dem Bereich von 1,5 bis 3,5 und einem Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante TCK' von kleiner als 0, aber größer als -300 ppm/Grad C, wobei das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Poly(phenylensulfid), cycloolefinischem Copolymer und Mischungen davon,

(b) einem ersten keramischen Stoff in einer Menge von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-%, der aus einem oder mehreren keramischen Stoffen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calciumzirkonat, Strontiumzirkonat, CaTiSiO&sub5;, PbZrO&sub3;, Zirkoniumdioxid und Mischungen davon, besteht, wobei jeder eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 15 bis 200 und einen TCK' von größer als Null bis zu 3.000 ppm/Grad C aufweist, und

(c) gegebenenfalls einem zweiten keramischen Stoff in einer Menge von bis zu 50 Vol.-%, der aus einem oder mehreren keramischen Stoffen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Magnesiumtitanat, Glimmer, Siliziumdioxid, Beryllerde, Spinell und Thoriumdioxid, besteht, wobei jeder eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 3 bis 15 und einen TCK' von größer als Null bis zu 300 ppm/Grad C aufweist, wobei die Mengen des Polymers und des ersten und des zweiten keramischen Stoffes so ausgeglichen sind, daß die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung größer als 4 ist und in dem Temperaturbereich von -50ºC bis zu einer höheren Temperatur, die die niedrigere von 80ºC und 10ºC niedriger als die Glasübergangstemperatur der polymeren Zusammensetzung ist, um nicht mehr als 2% nach oben oder nach unten um ihren Mittelwert schwankt, wobei die K'- und TCK'-Werte bei einer Frequenz von 2,0 GHz gemessen werden und der K'- Wert bei 20ºC gemessen wird.

2. Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der erste keramische Stoff einen TCK' von größer als Null bis zu 300 ppm/Grad C und der zweite keramische Stoff einen TCK' von größer als Null bis zu 200 ppm/Grad C aufweist.

3. Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung in dem Bereich von -50ºC bis zu einer höheren Temperatur, die die niedrigere ist von 80ºC und 10ºC niedriger als die Glasübergangstemperatur der polymeren Zusammensetzung, um nicht mehr als 1% nach oben oder nach unten um ihren Mittelwert schwankt.

4. Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung in dem Bereich von -50ºC bis zu einer höheren Temperatur, die die niedrigere ist von 80ºC und 10ºC niedriger als die Glasübergangstemperatur der polymeren Zusammensetzung, um nicht mehr als 0,5% nach oben oder nach unten um ihren Mittelwert schwankt.

5. Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der erste keramische Stoff Calciumzirkonat ist und der optionale zweite keramische Stoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glimmer, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Magnesiumtitanat und Mischungen davon.

6. Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei der optionale zweite keramische Stoff nicht in der Zusammensetzung enthalten ist.

7. Polymere Zusammensetzung mit einer temperaturstabilen Dielektrizitätskonstante, die folgendes umfaßt:

(a) Poly(phenylensulfid) mit einer Dielektrizitätskonstante K' in dem Bereich von 1,5 bis 3,5,

(b) ein erstes Keramikmaterial in einer Menge von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-%, das aus der Gruppe von Keramikmaterialien bestehend aus Calciumzirkonat, Strontiumzirkonat, CaTiSiO&sub5;, PbZr03, Zirkoniumdioxid und Mischungen davon ausgewählt ist, wobei jedes eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 15 bis 200 und einen TCK' von größer als Null bis zu 3.000 ppm/Grad C aufweist, und

(c) ein zweites Keramikmaterial in einer Menge von bis zu 50 Vol.-%, das aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Magnesiumtitanat, Glimmer, Siliziumdioxid, Beryllerde, Spinell, Thoriumdioxid und Mischungen davon ausgewählt ist, wobei jedes eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 3 bis 15 und einen TCK' von größer als Null bis zu 300 ppm/Grad C aufweist,

wobei die Mengen des Polymers, des ersten und des zweiten keramischen Stoffes so ausgeglichen sind, daß die Zusammensetzung eine Dielektrizitätskonstante von größer als 4 aufweist und die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung in dem Temperaturbereich von -50ºC bis zu 80ºC um nicht mehr als 2% nach oben oder nach unten um ihren Mittelwert schwankt, wobei die K'- und TCK'-Werte bei einer Frequenz von 2,0 GHz gemessen werden und der K'-Wert bei 20ºC gemessen wird.

8. Polymere Zusammensetzung mit einer temperaturstabilen Dielektrizitätskonstante, die folgendes umfaßt:

(d) cycloolefinisches Copolymer mit einer Dielektrizitätskonstante K' in dem Bereich von 1,5 bis 3,5,

(e) ein erstes Keramikmaterial in einer Menge von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-%, das aus der Gruppe von Keramikmaterialien bestehend aus Calciumzirkonat, Strontiumzirkonat, CaTiSiO&sub5;, PbZrO&sub3;, Zirkoniumdioxid und Mischungen davon ausgewählt ist, wobei jedes eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 15 bis 200 und einen TCK' von größer als Null bis zu 3.000 ppm/Grad C aufweist, und

(f) gegebenenfalls ein zweites Keramikmaterial in einer Menge von bis zu 50 Vol.-%, das aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Magnesiumtitanat, Glimmer, Siliziumdioxid, Beryllerde, Spinell, Thoriumdioxid und Mischungen davon ausgewählt ist, wobei jedes eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 3 bis 15 und einen TCK' von größer als Null bis zu 300 ppm/Grad C aufweist,

wobei die Mengen des Copolymers, des ersten keramischen Stoffes und des optionale zweiten keramischen Stoffes so ausgeglichen sind, daß die Zusammensetzung eine Dielektrizitätskonstante von größer als 4 aufweist und die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung in dem Temperaturbereich von -50ºC bis zu 80ºC um nicht mehr als 2% nach oben oder nach unten um ihren Mittelwert schwankt, wobei die K'- und TCK'-Werte bei einer Frequenz von 2,0 GHz gemessen werden und der K'-Wert bei 20ºC gemessen wird.

9. Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der erste keramische Stoff Calciumzirkonat ist und der zweite keramische Stoff aus der Gruppe bestehend aus Glimmer, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Magnesiumtitanat und Mischungen davon ausgewählt ist.

10. Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei der erste keramische Stoff Calciumzirkonat ist und der zweite keramische Stoff nicht vorhanden ist.

11. Laminat mit einer temperaturstabilen Dielektrizitätskonstante, die folgendes umfaßt:

(a) ein flaches Substrat, das die polymere Zusammensetzung nach Anspruch 1 umfaßt, wobei das Substrat zwei Oberflächen aufweist, und

(b) eine Schicht aus Metall, die an mindestens einer Oberfläche des Substrats haftet;

wobei die Dielektrizitätskonstante des Laminats bei einer Frequenz von 2,0 GHz und 20ºC mindestens 4,0 beträgt, wobei die Dielektrizitätskonstante des Laminats, gemessen in dem Temperaturbereich von -50ºC bis zu einer höheren Temperatur, die die niedrigere von 80ºC oder 10ºC niedriger als die Glasübergangstemperatur der polymeren Zusammensetzung ist, um nicht mehr als 2% nach oben oder unten um ihren Mittelwert schwankt.

12. Laminat nach Anspruch 11, wobei das Metall Kupfer ist.

13. Laminat mit einer temperaturstabilen Dielektrizitätskonstante, das folgendes umfaßt:

(a) ein flaches Substrat, das die polymere Zusammensetzung von Anspruch 7 oder 8 umfaßt, wobei das Substrat zwei Oberflächen auf weist, und

(b) eine Schicht aus Metall, die an mindestens einer Oberfläche des Substrats haftet,

wobei die Dielektrizitätskonstante des Laminats bei einer Frequenz von 2,0 GHz und 20ºC mindestens 4,0 beträgt, wobei die Dielektrizitätskonstante des Laminats, gemessen in dem Temperaturbereich von -50ºC bis 80ºC, um nicht mehr als 2% nach oben oder unten um ihren Mittelwert schwankt.

14. Laminat nach Anspruch 13, wobei das Metall Kupfer ist und an beiden Oberflächen des Substrates haftet.

15. Verfahren zum Herstellen einer polymeren Zusammensetzung mit einer temperaturstabilen Dielektrizitätskonstante mit dem Schritt des Konfektionierens:

(a) eines Polymers mit einer Dielektrizitätskonstante K' in dem Bereich von 1,5 bis 3,5 und einem Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante TCK' von kleiner als 0, aber größer als -300 ppm/Grad C, wobei das Polymer aus der Gruppe bestehend aus Poly(phenylensulfid), cycloolefinischem Copolymer und Mischungen davon ausgewählt ist,

(b) eines ersten keramischen Stoffes in einer Menge von 2 Vol.-% bis 60 Vol.-%, der aus einem oder mehreren keramischen Stoffen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calciumzirkonat, Strontiumzirkonat, CaTiSiO&sub5;, PbZrO&sub3;, Zirkoniumdioxid und Mischungen davon, besteht, wobei jeder eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 15 bis 200 und einen TCK' von größer als Null bis zu 3.000 ppm/Grad C aufweist, und

(c) gegebenenfalls eines zweiten keramischen Stoffes in einer Menge von bis 50 Vol.-%, der aus einem oder mehreren keramischen Stoffen besteht, von denen jeder eine Dielektrizitätskonstante in dem Bereich von 3 bis 15 und einen TCK' von größer als Null bis zu 300 ppm/Grad C aufweist, wobei die Mengen des Polymers und des ersten und des zweiten keramischen Stoffes so ausgeglichen sind, daß die Dielektrizitätskonstante der Zusammensetzung größer als 4 ist und in dem Temperaturbereich von -50ºC bis zu einer höheren Temperatur, die die niedrigere von 80ºC und 10ºC niedriger als die Glasübergangstemperatur der polymeren Zusammensetzung ist, um nicht mehr als 2% nach oben oder nach unten um ihren Mittelwert schwankt, wobei die K'- und TCK'-Werte bei einer Frequenz von 2,0 GHz gemessen werden und der K'- Wert bei 20ºC gemessen wird.

16. Verfahren zum Herstellen eines Laminats mit einer temperaturstabilen Dielektrizitätskonstante mit den folgenden Schritten:

(a) Formen der polymeren Zusammensetzung nach Anspruch 1, 7 oder 8 zu einem flachen Substrat, wobei das Substrat zwei Oberflächen aufweist, und

(b) Aufbringen von Metall auf einer oder beiden Oberflächen des flachen Substrats.

17. Multichip-Modul, das die polymere Zusammensetzung von Anspruch 1, 7 oder 8 umfaßt.

18. Dreidimensionaler Gegenstand, der die polymere Zusammensetzung von Anspruch 1, 7 oder 8 und eine oder mehrere Schichten aus Metall umfaßt.







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