Compósitos de polímero-cerâmica para condensadores incorporados

Abstract

A necessidade de produção de dispositivos eletrónicos mais eficientes e a sua miniaturização tem sido um dos principais desígnios da indústria eletrónica. Assim surgiu a necessidade de melhorar o desempenho das designadas placas de circuito impresso, tornando-as simultaneamente mais flexíveis, com menos ruído, mais estáveis face a variações bruscas de temperatura e que permitam operar numa vasta gama de frequências e potências. Para tal, uma das estratégias que tem vindo a ser estudada é a possibilidade de incorporar os componentes passivos, nomeadamente condensadores, sob a forma de filme diretamente no interior da placa. Por forma a manter uma elevada constante dielétrica e baixas perdas, mantendo a flexibilidade, associada ao polímero, têm sido desenvolvidos os designados compósitos de matriz polimérica. Nesta dissertação procedeu-se ao estudo do comportamento dielétrico e elétrico da mistura do cerâmico CaCu3Ti4O12 com o copolímero estireno-isoprenoestireno. Foram preparados filmes com diferentes concentrações de CCTO, recorrendo ao método de arrastamento, em conjunto com o Centro de Polímeros da Eslováquia. Foram também preparados filmes por spin-coating para as mesmas concentrações. Usaram-se dois métodos distintos para a preparação do pó de CCTO, reação de estado sólido e sol-gel. Foi realizada a caraterização estrutural (difração de raios-X. espetroscopia de Raman), morfológica (microscopia eletrónica de varrimento) e dielétrica aos filmes produzidos. Na caracterização dielétrica determinou-se o valor da constante dielétrica e das perdas para todos os filmes, à temperatura ambiente, bem como na gama de temperatura entre os 200 K e os 400 K, o que permitiu identificar existência de relaxações vítreas e subvítreas, e assim calcular as temperaturas de transição vítrea e energias de ativação, respetivamente. Foram realizados testes de adesão e aplicada a técnica de análise mecânica dinâmica para o cálculo das temperaturas de transição vítrea nos filmes preparados pelo método de arrastamento. Estudou-se ainda qual a lei de mistura que melhor se ajusta ao comportamento dielétrico do nosso compósito. Verificou-se que é a lei de Looyenga generalizada a que melhor se ajusta à resposta dielétrica dos compósitos produzidos.

The need for production of more efficient electrical appliances and their miniaturization has been one of the main purposes of the electronic industry. In this context came the need to improve the performance of designated printed circuit boards, while making them more flexible, less noise, more stable in the face of sudden changes in temperature and in order to operate in a wide range of frequencies and powers. To this end, a strategy which has been studied is the possibility of incorporating passive components, including capacitors in the form of film directly inside the card. In order to maintain a high dielectric constant, low loss, associated characteristics to the ceramic while maintaining the flexibility associated with the polymer composite polymer matrix have been created. In this thesis we studied the dielectric and electrical behavior of CaCu3Ti4O12 ceramic mixing with the styrene-isoprene-styrene copolymer. Films were prepared with different concentrations of CCTO using the entrainment method prepared in cooperation with the Slovakia polymers center. Films were also prepared by spin-coating in Aveiro for the same concentrations. Two different methods were used for the preparation of CCTO powder, solid state reaction and sol-gel. To the obtained films was made structural characterization (X-ray diffraction. Raman spectroscopy), morphological (scanning electron microscopy) and the dielectric characterization. In the dielectric characterization the value of the dielectric constant and losses for all films prepared at room temperature (300 K) was studied and the study at variable temperature (200K-400K) was used to determine whether or not the existence of relaxations subvitreous and vitreous and thereby calculate the glass transition temperatures and activation energies, respectively. Adhesion tests were made and the dynamic mechanical analysis technique applied to calculate the glass transition temperature in the films prepared in Bratislava. The best law mix that adapts to the behavior of our composite was studied being the generalized Looyenga the one that provides the best fit.