CN101033114A - 低介电常数玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低介电常数玻璃，所述的玻璃组成及其重量百分比为：SiO2 48～58％，Al2O3 10～20％，B2O3 20～30％，TiO2 0～5％，CaO 0～5％，MgO0～5％，Na2O+K2O≤0.3％，F－0.01％～1％，V2O5 0.01％～0.5％，CeO2 0～1.5％。本发明具有更低的介电常数以及介电正切，同时物理膨胀性能增强，抗化学腐蚀也提高，同时具备良好的可生产性以适应工业的连续化生产，降低生产难度，节约能源以获取更大的经济效益。本发明玻璃可以用做通讯电子设备中对低介电常数、低介电正切要求很高的基板材料以及电路板元器件，同时本玻璃适用于拉制玻璃纤维。

Description

低介电常数玻璃
技术领域
本发明是属于一种低介电常数玻璃，具有优良物理化学性能以及低介电性能的增强玻璃材料。适用于对材料的物理、化学性能以及介电性能有较高要求的电子材料行业，同样适用于玻璃纤维的生产。
背景技术
近年来随着社会信息行业的发展，相关数字化电子设备也随子之迅猛发展，而且越来越向前发展。随着大量电子设备的升级换代，厂家对其使用的电气元件材料有了更高的要求，对其在高集成度、高频率电流下的性能表现有了更高要求，以适应发展的需要。普通玻璃作为电子器件，当通过高频交流时会对电流能量产生损失，增加电子设备的能耗；同时增大电子信号的延迟，成为电子设备走向高频率的最大障碍。该玻璃能满足厂家的要求，适应高集成度、高频率电流环境。目前，应用比较多的低介电常数玻璃为E玻璃和D玻璃。其中E玻璃：化学组成中碱金属氧化物含量为0-2％的铝硼硅酸盐玻璃，最早用于电绝缘材料，成为E玻璃(Electrical glass)。D玻璃：美国于上世纪60年代为适应高效能电子应用研发出的一种低介电常数玻璃，即D玻璃，又称D556玻璃。E玻璃由于介电性能较差，在高度集成的电路中以及高频率的环境下性能表现很差。国内生产的E玻璃在室温情况下，频率为1MHz的介电常数为6.6～6.7，介电正切为12～13×10-4，已经不适应高集成度和高频率。而D玻璃，作为E玻璃的改良品，虽然介电性能有所提高，其室温情况下，频率为1MHz的介电常数为4.2，介电正切为10×10-4，但是其由于熔化性能太差，且易于产生气泡以及不均匀现象，使得后期拉丝性能差，不利于大规模连续生产，市场经济效益差。
发明内容
本发明的目的是提供一种低介电常数玻璃，具有更低的介电常数以及介电正切，同时具备良好的可生产性以适应工业的连续化生产，降低生产难度。
本发明所述的玻璃组成及其重量百分比为：
SiO2   48～58％，
Al2O3 10～20％，
B2O3  20～30％，
TiO2   0～5％，
CaO     0～5％，
MgO     0～5％，
Na2O+K2O≤0.3％
F-     0.01％～1％
V2O5  0.01％～0.5％
CeO2   0～1.5％
本发明中，除了上述成分外，在对玻璃性能提高不明显的情况下，也可以含有最多3％的SrO、Cr2O3、BaO、ZrO2、As2O3、Sb2O3、ZnO、Li2O、Fe2O3、Cl-等。
该成分内玻璃，在室温下，频率在1MHz的介电常数在4.1～5.2之间，介电正切在5～10×10-4内，在100～400℃内膨胀系数在27×10-7～34×10-7/℃内。
在本发明的玻璃组成中，SiO2、Al2O3、B2O3做为玻璃的主要成分，是玻璃网络构架的重要组成，当SiO2高于58％，不利于熔化澄清，低于48％，化学稳定性下降，介电常数过大，Al2O3低于10％，不利于玻璃态的形成，高于20％，高温粘度太大。B2O3低于20％，助熔效果减低，不利于玻璃的熔化，高于30％，化学稳定性变差。
TiO2对熔化时的高温粘度起到降低作用，有利于玻璃的熔化，高于5％则会产生分相。
CaO、MgO能够提高玻璃的化学稳定性，当CaO、MgO超过5％时，介电常数以及介电正切都过大。
Na2O+K2O高于O.3％介电正切过高，少量的Na2O和K2O可以起到助熔效果。
F-对玻璃起到熔化澄清作用，为本玻璃成分不可缺少的成分，对于玻璃的熔化起到重要作用，降低了熔化温度和熔化时间，高于1％容易导致玻璃化学稳定性变差。
V2O5，能降低玻璃的表面张力，改善熔化时的玻璃液的浸润性，利于玻璃的熔化。同时可以作为澄清剂使用，起着高温消除玻璃液气泡的作用利于气泡的排除。
CeO2用以改善玻璃的澄清效果，有效减少玻璃中的残余气泡。
本发明玻璃化学性能稳定，在沸水中浸泡1小时后，其质量损失量低于O.8％，有着优良的抗水性能。
本发明玻璃热膨胀系数和D玻璃相当，性能优于E玻璃。
本发明的玻璃通过引入F-、V2O5等助熔剂以及澄清剂，改善了玻璃的熔化难的情况，且对玻璃中难排出的气泡得到了很好的解决，在以配合原料熔制过程中，在1540℃保温4小时即可以获得熔化澄清良好的玻璃样品，无可见气泡，相对D玻璃的熔制情况有了非常大的改善。
本发明具有更低的介电常数以及介电正切，同时物理膨胀性能增强，抗化学腐蚀也提高，同时具备良好的可生产性以适应工业的连续化生产，降低生产难度，节约能源以获取更大的经济效益。本发明玻璃可以用做通讯电子设备中对低介电常数、低介电正切要求很高的基板材料以及电路板元器件，同时本玻璃适用于拉制玻璃纤维，以本玻璃成分拉制的玻璃纤维同样适用与高集成度、高频率下的电路板生产，以及利用到低介电常数、低介电正切的特性的以该玻璃制作成的复合材料。
具体实施方式
实施例1：所述的低介电常数玻璃组成及重量百分比：SiO2 54.55％，Al2O3 14.6％，B2O3 26.3％，TiO2 1.0％，CaO 1.0％，MgO 2.0％，Na2O0.1％，K2O 0.1％，F- 0.2％，V2O5 0.1％，CeO2 0.05％，上述玻璃的介电常数为4.1，介电正切×10-4为6.6，热膨胀系数为27.8×10-7(/℃)，粘度103泊的温度为1335℃。
实施例2：所述的低介电常数玻璃组成及重量百分比：SiO2 50.02％，Al2O3 13.5％，B2O3 25.7％，TiO2 3.0％，CaO 4.0％，MgO 3.0％，Na2O 0.15％，K2O 0.15％，F-0.3％，V2O5 0.1％  CeO2 0.08％，上述玻璃的介电常数4.1，介电正切×10-4为9.2，热膨胀系数为33.2×10-7(/℃)，粘度103泊的温度为1315℃。
实施例3：所述的低介电常数玻璃组成及重量百分比：SiO2 53.1％，Al2O3 14.3％，B2O3 26.0％，TiO2 1.5％，CaO 1.5％，MgO 3.0％，Na2O 0.15％，K2O 0.15％，F- 0.1％，V2O5 0.1％  CeO2 0.1％，上述玻璃的介电常数4.4，介电正切×10-4为7.9，热膨胀系数为29.2×10-7(/℃)，粘度103泊的温度为1345℃。
实施例4：所述的低介电常数玻璃组成及重量百分比：SiO2 48.5％，Al2O3 15.5％，B2O3 26.8％，TiO2 2.2％，CaO 3.0％，MgO 3.0％，Na2O 0.10％，K2O 0.10％，F- 0.1％，V2O5 0.1％  CeO2 0.5％，上述玻璃的介电常数4.8，介电正切×10-4为9.4，热膨胀系数为33.0×10-7(/℃)，粘度103泊的温度为1305℃。
实施例5：所述的低介电常数玻璃组成及重量百分比：SiO2 51.6％，Al2O3 13.5％，B2O3 24.8％，TiO2 3.0％，CaO 3.0％，MgO 3.0％，Na2O 0.15％，K2O 0.15％，F- 0.2％，V2O5 0.2％  CeO2 0.4％，上述玻璃的介电常数4.6，介电正切×10-4为8.1，热膨胀系数为31.6×10-7(/℃)，粘度103泊的温度为1308℃。
实施例6：所述的低介电常数玻璃组成及重量百分比：SiO2 49.5％，Al2O3 13.5％，B2O3 26.1％，TiO2 3.0％，CaO 4.0％，MgO 3.0％，Na2O 0.10％，K2O 0.10％，F- 0.2％，V2O5 0.1％  CeO2 0.7％，上述玻璃的介电常数4.7，介电正切×10-4为8.9，热膨胀系数为33.2×10-7(/℃)，粘度103泊的温度为1316℃。
本发明的上述实施例与E玻璃、D玻璃对比数据如下表所示：
成分(重量％) D E   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6
  SiO2   73.0   54.6   54.55   50.02   53.1   48.5   51.6   49.5
  Al2O3   1.0   14.6   14.6   13.5   14.3   15.5   13.5   13.5
  B2O3   22.0   8   26.3   25.7   26.0   26.8   24.8   26.1
  TiO2   0   0.2   1.0   3.0   1.5   2.2   3.0   3.0
  CaO   0.6   16   1.0   4.0   1.5   3.0   3.0   4.0
  MgO   0.5   4.6   2.0   3.0   3.0   3.0   3.0   3.0
  Na2O   1.2   ≤1   0.1   0.15   0.15   0.10   0.15   0.10
  K2O   1.1   ≤1   0.1   0.15   0.15   0.10   0.15   0.10
  F-   0   0～1   0.2   0.3   0.1   0.1   0.2   0.2
  V2O5   0   0   0.1   0.1   0.1   0.1   0.2   0.1
  CeO2   0   0   0.05   0.08   0.1   0.5   0.4   0.7
  介电常数   4.2   6.6   4.1   4.6   4.4   4.8   4.6   4.7
  介电正切×10-4   10.0   13.0   6.6   9.2   7.9   9.4   8.1   8.9
  热膨胀系数×10-7(/℃) 32.0 55.0 27.8 33.2 29.2 33.0 31.6 33.2
  粘度103泊的温度(℃) 1410 1300 1335 1315 1345 1305 1308 1316
通过上表的数据分析，本发明所列实施例在频率为1MHz条件下，介电常数为4.1-4.8，介电正切为(6.6-9.2)×10-4与D玻璃相当，粘度103泊时的温度为1305℃-1345℃，而D玻璃为1410℃，对比发现本发明玻璃的拉丝温度明显优于D玻璃。E玻璃的介电常数为6.6，介电正切为13×10-4介电性能较差，难以适应高集成度和高频率电子产品的需要。

Claims (3)

1、一种低介电常数玻璃，其特征是：所述的玻璃组成及其重量百分比为：SiO2 48～58％，Al2O3 10～20％，B2O3 20～30％，TiO2 0～5％，CaO 0～5％，MgO0～5％，Na2O+K2O≤0.3％，F- 0.01％～1％，V2O5 0.01％～0.5％，CeO2 0～1.5％。
2、根据权利要求1所述的低介电常数玻璃，其特征是：所述玻璃在室温下，频率在1MHz的介电常数在4.1～5.2之间，介电正切在5～10×10-4内，在100～400℃内膨胀系数在27×10-7～34×10-7/℃内。
3、根据权利要求1所述的低介电常数玻璃，其特征是：在对玻璃性能提高不明显的情况下，玻璃中可含有最多3％的SrO、Cr2O3、BaO、ZrO2、As2O3、Sb2O3、ZnO、Li2O、Fe2O3或Cl-。
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