本研究利用BaTi4O9陶瓷分別混合有機高分子O-Cresol Novolac Epoxy (OCN Epoxy) 或polyether imide (PEI)及分散劑(surface active agents)之複合材料製作可撓曲基板，並對其電性、物性作分析。藉由不同混合比例的改變，探討混合參數對基板相對介電常數及介電損失之影響，並套用兩種預測複合材料介電常數之方程式：Jayasundere and Smith equation (J. S. eq.)及Lichtenecker equation (L. eq.)，以獲得最佳混合參數。
在物性研究方面，藉由SEM、XRD、及DSC等儀器分析粉末粒徑、晶相、分散狀態、厚膜及玻璃相轉換溫度等。在電特性分析方面，採用阻抗分析儀HP4294A來量測低頻下複合材料的相對介電常數及介電損失；以網路分析儀HP4156C來量測共振截止頻率以推算TM模數，進而獲得高頻狀態下之相對介電常數。
由實驗結果得知，BaTi4O9塊材之介電常數在低頻(68 MHz)下為57、OCN Epoxy為5.8及PEI為3.65，在60MHz下，以OCN Epoxy為基材(matrix)之複合材料的電特性比以PEI為基材之複合材料為佳，惟因OCN Epoxy不具可撓曲性，故實驗最終在高頻電性量測上將以PEI為填充基材之重心。
BaTi4O9在高頻(3~10 GHz)下之相對介電常數為39，以PEI為基材之複合材料在陶瓷填充劑之混合比例達70wt%及量測頻率為2~16GHz下，其相對介電常數依然高達10比目前最常使用之FR-4基板高出6.4，而若要使用在需要低相對介電常數的電路上，則只要降低陶瓷填充比例即可。

The flexible substrate was fabricated by BaTi4O9 mixed with O-Cresol Novolac Epoxy, polyether imide or surface active agents. The electrical and physical characteristic measured had been finished. The dielectric property influence of substrate was changed from percentage of BaTi4O9. The dielectric constant model was used by Jayasundere and Smith equation (J. S. eq.) and Lichtenecker equation (L. eq.)
The study of crystalline grain, orientation and phase transfer temperature was used by SEM, XRD, and DSC, respectively. The dielectric constant and dielectric loss tangent of the composite was measured using an HP4294A impedance analyzer. The TM mode calculated by resonate frequency of the composite was measured using an HP4156C network analyzer. The dielectric constant was obtained to TM mode at high frequency.
The result was showed that dielectric constant at low frequency of BaTi4O9, OCN Epoxy and PEI are 57, 5.8 and 3.65, respectively. OCN Epoxy is better than PEI of electrical characteristic. However, OCN Epoxy is not flexible. For this reason, the PEI was focused on electrical property at high frequency.
The BaTi4O9 exhibited a dielectric constant of 39 at frequency during 3~10 GHz. The dielectric constant was measured of 10 at frequency during 2~16 GHz with 70 wt% PEI composite. The dielectric constant is higher than FR-4 substrate to 6.4 of the composite. The low dielectric constant is obtaining to reduce stuffing.

目錄
摘要 Ⅰ
目錄 Ⅳ
圖表目錄 Ⅶ
第一章 緒論 1
1.1 簡介 1
1.2 研究動機 3
第二章 材料理論分析 6
2.1 陶瓷材料 6
2.2 高分子材料 8
2.2.1 熱固性高分子 10
2.2.1.1 OCN 環氧樹酯 10
2.2.1.2酚醛樹脂硬化劑(Phenol Novolac, PN) 11
2.2.1.3 三苯基磷酸酯(Triphenyl phosphine) 11
2.2.2聚醚醯亞胺(Polyether imide，PEI) 12
2.3 預測複合物相對介電常數的方程式 13
2.4 高頻量測共振腔理論模式 15
2.5 分散劑(surfactant)及表面活性劑(surface active agents) 18
2.5.1酸鹼中和機制 18
第三章 實驗流程 20
3.1 BaTi4O9粉末配置及燒結流程 20
3.2 BaTi4O9混合高分子材料之製程 22
3.2.1 BaTi4O9混合熱固性高分子之製程 22
3.2.2 BaTi4O9混合熱塑性高分子之製程 23
3.2.3 BaTi4O9混合熱塑性及熱固性高分子之製程 24
3.2.3 BaTi4O9混合熱塑性高分子並添加分散劑之製程 25
3.3 介電量測 26
3.3.1低頻介電特性量測 26
3.3.2以複合膜為介質之共振腔製程 26
第四章 結果與討論 29
4.1 BaTi4O9塊材低頻電性量測 29
4.2 BaTi4O9混合OCN Epoxy之低頻電性量測 31
4.3 BaTi4O9混合PEI之低頻電性量測 33
4.4 BaTi4O9混合PEI之SEM分析 36
4.5 BaTi4O9混合熱塑性及熱固性高分子之低頻電性量測 40
4.6 BaTi4O9以兩種高分子各別為基材之低頻電性比較 42
4.7 BaTi4O9混合PEI之高頻電性 45
第五章 總結 50
參考文獻 52

圖表目錄

圖2.1 BaTi4O9 粉末未燒結及以1200 ℃燒結兩小時後之XRD分析圖 7
圖2.2 BaTi4O9經不同時間燒結後之XRD分析圖 7
圖2.3 OCN Epoxy之結構式 10
圖2.4 PN硬化劑之結構式 11
圖2.5 PEI之結構式 12
圖2.6 BaTi4O9/PEI不同混合比例之DSC分析圖(升溫速率10℃/min) 13
圖2.7 共振腔模式之正面結構圖 15
圖2.8 酸鹼中和機制 19
圖2.9 未添加分散劑之粉末分散狀態 19
圖2.10 添加分散劑後之粉末分散狀態 19
圖3.1 BaTi4O9粉末配置及燒結流程 20
圖3.2 BaTi4O9粉末以1275 ℃燒結，持溫10分鐘之SEM圖 21
圖3.3 燒結後之BaTi4O9粉末在研磨及篩選後之SEM圖 21
圖3.4 BaTi4O9混合熱固性高分子之流程 22
圖3.5 BaTi4O9混合熱塑性高分子及熱壓合之製程 23
圖3.6 BaTi4O9混合熱塑性和熱固性高分子及熱壓合之製程 24
圖3.7 BaTi4O9混合PEI並添加分散劑及熱壓合之製程 25
圖3.8 平板電容之電極尺寸 26
圖3.9 共振腔模型備製流程圖 27
圖3.10 共振腔樣品正面圖 28
圖3.11 共振腔樣品側面圖 28
圖4.1 不同厚度之BaTi4O9塊材相對介電常數與頻率之關係圖 29
圖4.2 厚度為0.63 mm之BaTi4O9塊材相對介電常數與頻率之關係圖 30
圖4.3 BaTi4O9混合OCN Epoxy各比例樣品相對介電常數與頻率之關係圖 31
圖4.4 BaTi4O9混合OCN Epoxy各比例樣品介電損失與頻率之關係圖 32
圖4.5 BaTi4O9混合OCN Epoxy各陶瓷重量比例與相對介電常數在60MHz之關係 32
圖4.6 BaTi4O9混合PEI各陶瓷重量比例與相對介電常數在60MHz之關係 33
圖4.7 BaTi4O9混合PEI並添加分散劑各比例樣品相對介電常數與頻率之關係圖 34
圖4.8 BaTi4O9混合PEI並添加分散劑各比例樣品介電損失與頻率之關係圖 35
圖4.9 BaTi4O9混合PEI並添加分散劑在60MHz各陶瓷重量比例與相對介電常數之關係 35
圖4.10 未添加分散劑之樣品底面 37
圖4.11 添加分散劑之樣品底面 37
圖4.12 未添加分散劑之樣品正面 38
圖4.13 添加分散劑之樣品正面 38
圖4.14 未添加分散劑之樣品截面 39
圖4.15 添加分散劑之樣品截面 39
圖4.16 BaTi4O9混合PEI及OCN Epoxy各比例樣品相對介電常數與頻率之關係圖 40
圖4.17 BaTi4O9混合PEI及OCN Epoxy各比例樣品介電損失與頻率之關係圖 41
圖4.18 BaTi4O9混合PEI及OCN Epoxy各比例樣品在60MHz下相對介電常數與陶瓷重量百分比之關係圖 41
圖4.19 BaTi4O9混合以兩種高分子材料各別為基材之理論及實際量測之低頻相對介電常數 43
圖4.20 純PEI之S11與頻率關係 45
圖4.21 40wt%之陶瓷與PEI複合材料之S11與頻率關係 46
圖4.22 50wt%之陶瓷與PEI複合材料之S11與頻率關係 46
圖4.23 60wt%之陶瓷與PEI複合材料之S11與頻率關係 47
圖4.24 70wt%之陶瓷與PEI複合材料之S11與頻率關係 47
圖4.25 純PEI及陶瓷填充重量百分比由40 wt%至70 wt%之複合材料高頻相對介電常數與頻率之關係 48

表1.1 軟板主要功能與應用之介紹 4
表1.2 FR-4基板之相對介電常數與介電損失 4
表2.1 TPP之特性 11
表4.1 5kHz至90MHz各種厚度樣品之εr 29
表4.2 BaTi4O9混合OCN Epoxy各比例樣品之厚度 31
表4.3 BaTi4O9混合PEI各比例樣品之厚度 33
表4.4 BaTi4O9混合PEI並添加分散劑之各比例樣品厚度 34
表4.5 BaTi4O9混合PEI及OCN Epoxy各樣品之填充比例與厚度之關係 40
表4.6 BaTi4O9混合OCN Epoxy之電性量測與理論預測 42
表4.7 BaTi4O9混合PEI之電性量測與理論預測 43
表4.8 圖4.19中各條曲線所代表之意義 43
表4.9 各陶瓷填充比例之高頻量測樣品尺寸 45
表4.10 圖4.25中各曲線所代表之陶瓷填充重量百分比例 48
表4.11 以PEI 為Matrix 之複合材料高、低頻相對介電常數之比較 49

[1] D. H. Kuo, C. C. Chang, T. Y. Su, W. K. Wang and B. Y. Lin, Mater. Chem. and Phys. 85 (2004) 201-206.
[2] S. D. Cho, J. Y. Lee, J. G. Hyung and K. W. Paik, Mater. Sci. and Engineering B 110 (2004) 233–239.
[3] D. H. Kuo, C. C. Chang, T. Y. Su, W. K. Wang and B. Y. Lin, J. Eur. Ceram. Soc. 21 (2001) 1171-1177.
[4] K. W. Paik, S. Cho and J. G. Hyun, Int. IEEE Conf. on Asian Green Electronics (2004) 68-73.
[5] B. Y. Jang, Y. H. Jeong, S. J. Lee, K. J. Lee, S. Nahm, H. J. Sun and H. J. Lee, J. Am. Ceram. Sco. 88 (2005) 1209-1212.
[6] L. Yan, L. F. Chen, C. Y. Tan, C. K. Ong, M. A. Rahman and T. Osipowicz, Eur. Phys. J. B 41 (2004) 201-205.
[7] 吳順華、陳力穎、陳曉娟、趙玉双、張志萍和熊文J. Chinese Ceram. Soc. 29 (2001) 80-83.
[8] W. C. Tzou, C. C. Chan, P. S. Cheng and C. F. Yang, J. Mater. Sci. 22 (2005) 2461.
[9] M. Cernea, E. Chirtop, D. Neacsu, I. Pasuk and S. lordanescu, J. Am. Ceram. Soc. 85 (2001) 499-503.
[10] M. Kakihana, M. Arima, T. Sato, K. Yoshida and Y. Yamashita, Appl. Phys. Lett. 69, 14 (1996) 2053-2055.
[11] W. Y. Lin, R. A. Gerhardt, R. F. Speyer and J. Y. Hsu, J. Mater. Sci. 34 (1999) 3021-3025.
[12] C. F. Yang, Jpn. J. Appl. Phys. 38 (1999) 3576-3579.
[13] Y. Parky, W.J. Lee and H.G. KimJ. Phys.: Condens. Matter 9 (1997) 9445-9456.
[14] T. Liu, R. Ozisik and R. W. Siegil, J. Poly. Sci. Part B: Polym. Phys. 44 (2006) 3546–3552.
[15] MJ Sanchis, R Díaz–Calleja, C Jaïmes, J Belana, JC Caňadas, JA Diego, M Mudarra and J Sellarès, Polym. Int. 53 (2004) 1368–1377.
[16] L. H. Perng, J. Poly. Res. 7, 3 (2000) 185-193.
[17] E. S. Lim, J. C. Lee, J. J. Kim, E. T. Park, Y. K. Chung and H. Y. Lee, Integrated Ferroelectrics 74 (2005) 53–60.
[18] Y. P. Mamunya, V. V. Davydenko, P. Pissis and E. V. Lebedev, Eur. Polym. J. 38 (2002) 1887–1897.
[19] D. K. Cheng “Field and Wave Electromagnetics 2e”.
[20] S. Ogitani, S. A. Bidstrup-Allen and P. Kohl, IEEE/CPMT lnt'l Electronics Manufacturing Technology Symposium, (1998) 199-205.
[21] S. Ogitani, Member, IEEE, S. A. Bidstrup-Allen and P. A. Kohl, Member, IEEE, IEEE Tran. on Adv. Pack. 23, 2 (2000) 313-322.
[22] Y. Rao, A. Takahashi and C. P. Wong, 8th Int. IEEE Sym. on Adv. Pack. Mater. (2002) 188-193.
[23] S. D. Cho, K. W. Jang, J. G. Hyun, S. Lee, K. W. Paik, H. Kim and J. H. Kim, IEEE Tran. on Elec. Pack. Manu. 28, 4 (2005) 297-301.
[24] J. G. Hyun, S. Lee, S. D. Cho and K. W. Paik, IEEE Elec. Comp. and Tech. Con. (2005) 1241-1247.
[25] A. Namba, O. Wada, Member, IEEE, Y. Toyota, Y. Fukumoto, Z. L. Wang, R. Koga, Member, IEEE, T. Miyashita, Member, IEEE, and T. Watanabe, IEEE Tran. on Elec. Com. 43, 4 (2001) 515-518.
[26] M. I. Giannotti, I. Mondragon, M. J. Galante1 and P. A. Oyanguren1, Soc. of Chem. Ind. Polym. Int. 54 (2005) 897–903.