CN114873911B - 用于电子装置的低介电损耗玻璃 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于电子装置的低介电损耗玻璃。制品包括玻璃,其具有包含SiO2、Al2O3B2O3以及以下至少一种:Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3,其中,玻璃包括约10或更小的介电常数和/或约0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号测量得到的。
Description
本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2020/013795,国际申请日为2020年1月16日,进入中国国家阶段的申请号为202080017910.4,发明名称为“用于电子装置的低介电损耗玻璃”的发明专利申请的分案申请。
相关申请交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119要求2019年1月18日提交的美国申请第62,794,226号以及2019年1月21日提交的美国申请第62/794,869号的优先权,这两者它们全文通过引用结合入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及具有低介电常数和低损耗角正切的玻璃(以10GHz信号测量),更具体地,涉及适用于电子装置应用的此类玻璃。
背景技术
数字技术持续爆发,特别是对于数据连通性和处理速率而言。例如,处理速率正从约1Gb/s膨胀到约10个Gb/s的速率。实现这些数据速率的对应电子装置技术可能会导致信号传输和接收频率从约1GHz膨胀到数十个GHz,在一些情况下,甚至最高达约100GHz。
随着这些信号频率增加以适应增加的数据处理速率,涉及与用于这些装置中的绝缘材料相关的有关于吸收损耗的技术规格和要求变得越来越重要。虽然存在在大于10GHz具有低损耗角正切的材料,但是这些材料的加工特性会对采用某些成形工艺来对它们进行制造的能力造成限制。例如,诸如雷达屏蔽罩高温陶瓷、高纯度熔凝二氧化硅、蓝宝石、氧化铝和二氧化硅之类的材料可能在大于10GHz的频率具有低的损耗角正切。但是,这些材料可能在成形温度具有如此之高的粘度,使得采用诸如狭缝拉制和溢流下拉之类的成形工艺对它们进行加工的能力可能受到限制。还存在不含碱性的玻璃和玻璃陶瓷材料,其在大于10GHz的频率具有低的损耗角正切,它们的例子包括:B2O3-P2O5-SiO2三元(BPS)和MgO-Al2O3-SiO2(MAS)体系。但是,这些体系通常具有对于常规成形方法而言过低的液相线粘度。存在对于克服了上述问题中的一些或者全部的玻璃的需求。
发明内容
根据本公开内容的一个方面,制品包括玻璃,其包含(以构成组分含量计):SiO2是约60%至约80%(即,摩尔%);Al2O3是0%至约13%;B2O3是约15%至约28%;以及0%至约1%的至少一种澄清剂。玻璃还包含总计0%至约8摩尔%的一种或多种碱土氧化物(RO)(以氧化物的摩尔计),其中,RO选自CaO、MgO、BaO和SrO。玻璃可以表征为B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.13至约0.35,并且可以包括约10或更小的介电常数以及约0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号进行测量的。
根据本公开内容的一个方面,制品包括玻璃,其包含(以构成组分含量计):SiO2是约60%至约80%;Al2O3是0%至约13%;B2O3是约15%至约28%;以及0%至约1%的至少一种澄清剂。玻璃还可以包含总计0%至约8摩尔%的一种或多种碱土氧化物(RO)(以氧化物的摩尔计),其中,RO选自CaO、MgO、BaO和SrO。玻璃可以表征为RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是0至约0.9,并且还可以包括约40k泊至5000k泊的液相线粘度。
根据本公开内容的一个方面,制品包括玻璃,其包含(以构成组分含量计):SiO2是约60%至约80%;Al2O3是0%至约13%;B2O3是约15%至约28%;以及0%至约1%的至少一种澄清剂。玻璃还包含总计0%至约8摩尔%的一种或多种碱土氧化物(RO)(以氧化物的摩尔计),其中,RO选自CaO、MgO、BaO和SrO。玻璃可以表征为B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.13至约0.35,并且可以包括约10或更小的介电常数以及约0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号进行测量的。玻璃还可以表征为约40k泊至约5000k泊的液相线粘度。
根据本公开内容的一个方面,制品包括玻璃,其包含(以构成组分含量计):SiO2是约60%至约80%;Al2O3是0%至约13%;B2O3是约15%至约28%;0%至约1%的至少一种澄清剂,以及MgO和至少一种额外的碱土氧化物(RO),其中,所述至少一种额外的RO选自CaO、BaO和SrO,以及其中,MgO加上所述至少一种额外的RO的总量(RO总计)是约3%至约15%(以氧化物的摩尔计)。玻璃包括约10或更小的介电常数和/或约0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号进行测量的。
根据本公开内容的一个方面,用于电子装置中的基材的制品包括玻璃,其基本由如下构成(以构成组分含量计):SiO2是约60%至约80%;Al2O3是0%至约13%;B2O3是约15%至约28%;0%至约1%的至少一种澄清剂,以及MgO和至少一种额外的碱土氧化物(RO),其中,所述至少一种额外的RO选自CaO、BaO和SrO,以及其中,MgO加上所述至少一种额外的RO的总量(RO总计)是约3%至约15%(以氧化物的摩尔计)。玻璃包括约10或更小的介电常数和/或约0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号进行测量的。
根据本公开内容的一个方面,制品包括玻璃,其包含(以构成组分含量计):SiO2,Al2O3,和B2O3,以及选自Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3中的至少一种,其中,SiO2、Al2O3和B2O3的第一加和(X加和),Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的第二加和(Y加和),与SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的第三加和(Z加和)落在X加和、Y加和和Z加和的凸包(convexhull)内(X加和、Y加和和Z加和是氧化物的摩尔%),其由如下边界点进一步限定:
X加和 | Y加和 | Z加和 |
88.53 | 11.39 | 0.08 |
78.42 | 21.13 | 0.45 |
73.72 | 20.66 | 5.62 |
88.63 | 3.78 | 7.58 |
100.00 | 0 | 0 |
其中,玻璃由方程式1和方程式2中的至少一种进一步限定(以氧化物的摩尔%计):
和
以及
其中,玻璃包括约10或更小的介电常数,这是以10GHz信号进行测量的。
根据本公开内容的另一个方面,制品包括玻璃,其包含(以构成组分含量计):SiO2,Al2O3,和B2O3,以及选自Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3中的至少一种,其中,SiO2、Al2O3和B2O3的第一加和(X加和),Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的第二加和(Y加和),与SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的第三加和(Z加和)落在X加和、Y加和和Z加和的凸包(convex hull)内(X加和、Y加和和Z加和是氧化物的摩尔%),其由如下边界点进一步限定:
其中,玻璃由方程式1和方程式2中的至少一种进一步限定(以氧化物的摩尔%计):
和
以及
其中,玻璃包括约10或更小的介电常数,这是以10GHz信号进行测量的。
在以下的详细描述中提出了本文的其他特征和优点,其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言,根据所作描述就容易看出,或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。
要理解的是,上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的,用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。所附附图提供了进一步理解,附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式,并与文字描述一起用来解释各个实施方式的原理和操作。
附图说明
图1的图表显示根据本公开内容和比较例材料的示例性玻璃的介电常数和损耗角正切,以10GHz信号频率进行测量;
图2是根据本公开内容的方面,由玻璃的SiO2、Al2O3和B2O3的加和(X加和),与Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的加和(Y加和)的边界点所限定的二维凸包图;
图3是根据本公开内容的方面,由玻璃的SiO2、Al2O3和B2O3的加和(X加和),与Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的加和(Y加和)的边界点所限定的二维凸包图;
图4是根据本公开内容方面的一组玻璃组合物预测介电常数(Dk)与测得的介电常数(Dk)的函数关系图;
图5是根据本公开内容方面的一组玻璃组合物预测介电常数(Dk)与测得的介电常数(Dk)的函数关系图;
图6是根据本公开内容方面的一组玻璃组合物预测损耗角正切与测得的损耗角正切的函数关系图;
图7是根据本公开内容方面的一组玻璃组合物的预测损耗角正切与测得的损耗角正切的函数关系图;
图8A是根据本公开内容方面的一组玻璃组合物的测得的介电常数(Dk)与碱土氧化物(RO)浓度的函数关系图;
图8B是根据本公开内容方面的一组玻璃组合物的测得的损耗角正切与碱土氧化物(RO)浓度的函数关系图;
图9A是根据本公开内容方面的一组玻璃组合物的测得的介电常数(Dk)与MgO、CaO或BaO的量和碱土氧化物总量(RO总计)之比之间的函数关系图;
图9B是根据本公开内容方面的一组玻璃组合物的测得的损耗角正切与MgO、CaO或BaO的量和碱土氧化物总量(RO总计)之比之间的函数关系图;
图10A是根据本公开内容方面的具有单种RO物质或者混合的RO物质的一组玻璃组合物的测得介电常数(Dk)与玻璃密度的函数关系图;
图10B是根据本公开内容方面的具有单种RO物质或者混合的RO物质的一组玻璃组合物的测得损耗角正切与玻璃密度的函数关系图;以及
图11是具有单种RO物质或者混合的RO物质的一组玻璃组合物的预测介电常数(Dk)与测得的介电常数(Dk)的函数关系图。
具体实施方式
在以下的详述中,为了说明而非限制,给出了说明具体细节的示例性实施方式,以提供对本公开内容的各个原理的充分理解。但是,对于本领域普通技术人员显而易见的是,在从本说明书获益后,可以以不同于本文详述的其它实施方式实施本公开内容。此外,可能省略了对于众所周知的器件、方法和材料的描述,以免混淆本发明的各个原理的描述。最后,在任何适用的情况下,相同的附图标记表示相同的元件。
本文中,范围可以表示为从“约”另一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这样的范围时,另一个实施方式包括自所述一个具体数值始和/或至所述另一具体数值止。类似地,当用先行词“约”将数值表示为近似值时,应理解具体数值构成了另一个实施方式。还会理解的是,每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是重要的。
除非另外说明,否则所有组成表述为配料(即,构成组分含量)的摩尔百分数(摩尔%)。本领域技术人员会理解的是,各种熔体组分(例如,氟、碱金属、硼等)可能在组分熔化过程中经受不同的挥发水平(例如,作为蒸气压、熔融时间和/或熔融温度的函数)。由此,与此类组分相关的术语“约”旨在包括当对最终制品进行测量时,与本文所提供的刚配料的组成相比相差在约1摩尔%之内的值。考虑到上述情况,预期最终制品和配料组合物之间的实质组成等同性。
除非另有明确表述,否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此,当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序,都不旨在暗示该任意特定顺序。这样同样适用于任何可能的未明确表述的解释依据,包括:关于设置步骤或操作流程的逻辑;由语法结构或标点获得的一般含义;说明书所述的实施方式的数量或种类。
如本文所用,术语“凸包”指的是在欧几里得空间中含有一组N个点的最小凸集。在本公开内容中,限定了凸包的这N个点是基于玻璃前体组合物中(即,配料得到的玻璃组合物中)可能存在的预先确定的氧化物集合的浓度之和。限定了凸包的这N个点通过具有原点0以及X、Y和Z坐标轴的三维笛卡尔坐标系中的坐标表示。每个坐标对应于玻璃前体组合物中可能存在的预定氧化物集合的预先确定的子集的浓度总和。X、Y和Z坐标可以分别表示为预先确定的氧化物的子集的X加和、Y加和和Z加和。如本文所用,“边界点”指的是限定了凸包的通过具有原点0以及X、Y和Z坐标轴的三维笛卡尔坐标系中的坐标表示的这N个点。
除非上下文另外清楚地说明,否则,本文所用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数指代。因此,例如,提到的“一种组件”包括具有两种或更多种这类组件的方面,除非文本中有另外的明确表示。
如本文所用,除非另有说明,否则术语“CTE”指的是本公开内容中的玻璃材料或者元件等在约20℃至约300℃温度范围上的取平均值的热膨胀系数。
如本文所用,术语“薄玻璃”或者“较薄玻璃”对于本公开内容中的层叠玻璃结构而言可以互换使用并且旨在表示总厚度不超过约3mm的层叠结构。
术语“厚度加权平均介电常数(Dk)”指的是本公开内容的玻璃结构、设计或者制品的介电常数。具体来说,结构的厚度加权平均介电常数(Dk)计算如下:层厚度或者多层层叠结构中的每一层的厚度乘以其估算或测量测得的介电常数,每一层的乘积加和,然后将加和结果除以玻璃结构的总厚度。如本文所用,除非另有说明,否则术语“介电常数”与厚度加权平均介电常数Dk可以互换使用。
在本公开内容中,术语“损耗角正切”、“介电损耗正切”和“介电损耗”可以互换使用,指的是与本公开内容方面相关的特定玻璃、层或层叠结构所给予的内在固有的电磁能(例如,热)消散。介电损耗(例如,随着加热的能量损耗部分)越低,则介电材料越有效。损耗角正切可以通过损耗角(δ)或者对应的损耗角正切tanδ进行参数化处理。复介电常数(permittvity)是物质(例如,本公开内容的玻璃)在存在外部电场的情况下储存电能的能力。此外,术语“复介电常数”和“平均介电常数(Dk)”在本公开内容中可以互换使用。介电常数是对于物质在电场中储存电能的能力的定量测量。复介电常数是复数,因为其描述了与振荡场相关的偏振的相位和大小。在本公开内容中,术语“平均介电常数(Dk)”和“相对复介电常数(εr)”可以互换使用,并且定义为复介电常数的实部(绝对值复介电常数)与自由空间的复介电常数(真空复介电常数)之比。将εr>1的材料视为介电材料和差的电导体;具有较低介电常数的材料可以经受住更强烈的静电场而没有发生导致材料传导电流的介电击穿,这在大多数固体材料中导致材料破损。“损耗角正切”表述为复介电常数的虚部与实部之比。通常来说,材料的平均介电常数和损耗角正切取决于外部场的频率。因此,在kHz范围内测得的介电性质可能无法代表微波频率的介电性质。此外,除非另有说明,否则本公开内容的玻璃的“损耗角正切”和“平均介电常数(Dk)”属性可以在1GHz或更高频率上,根据分开柱介电谐振器(SPDR)或者根据本公开内容领域技术人员所理解的技术以开放腔体谐振器构造测量。可以基于样品厚度及其横向尺寸,对所选定的具体方法进行选择。
本公开内容的方面涉及包括玻璃的制品,其具有约10或更小的介电常数和/或约0.01或更小的损耗角正切,并且在一些方面中,约0.008或更小的损耗角正切,这是在约10GHz或更大的信号频率进行测量的。本公开内容的玻璃可以用于各种电子装置,包括天线、半导体电路、信号传输结构和印刷电路板(PCB)中的基材。在一个方面中,本公开内容的玻璃组合物可以用于形成各种层叠玻璃结构、设计和制品。
在一些方面中,本公开内容的玻璃包含:SiO2,Al2O3,和B2O3,以及以下至少一种:Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3。根据本公开内容的一个方面,玻璃中存在的每种氧化物的量落在对应于边界点X加和、Y加和和Z加和所限定的凸包的组成空间内,其中,X加和是基于SiO2、Al2O3和B2O3的第一加和,Y加和是基于Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的第二加和,以及Z加和是基于SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的第三加和。在一个方面中,玻璃组合物落在由边界点X加和、Y加和和Z加和所限定的凸包内,并且其具有约10或更小的介电常数和/或约0.008的损耗角正切,这是以约10GHz频率测得的。
在一些方面中,本公开内容的玻璃可以包含SiO2、B2O3和任选的Al2O3。在一些方面中,玻璃中存在的SiO2、B2O3和Al2O3的量可以是根据具体的B2O3:(Al2O3+SiO2)之比。例如,本公开内容的玻璃可以包括约0.13至约0.35的B2O3:(Al2O3+SiO2)之比。在一些实践方式中,玻璃还包含一种或多种碱土氧化物(RO),其中,RO是CaO、MgO、BaO和/或SrO。任选地,玻璃可以包含额外组分,例如澄清剂。在一些实践方式中,玻璃包含不超过痕量的碱金属氧化物,因而基本不含碱金属。在一些实践方式中,没有故意向玻璃添加碱金属氧化物。如本文所用,痕量或者基本不含表示小于0.2摩尔%的量。
在一些方面中,本公开内容的玻璃可以包含SiO2、B2O3和任选的Al2O3,并且其还包含MgO和至少一种额外的碱土氧化物(RO),MgO加上所述至少一种额外的RO的总量(RO总计)是约3摩尔%至约15摩尔%。所述至少一种额外的RO可以选自CaO、BaO和SrO。根据本公开内容的方面,相比于仅包含单种RO物质的一些玻璃,MgO与至少一种额外的RO的组合可以促进形成具有更低的介电常数和/或损耗角正切的玻璃。
本公开内容的玻璃实践方式可以适用于电子装置、电子装置基材以及能够在装置中实现更高频率通讯而没有如同涉及其他非电学装置要求那样的明显性能下降的其他兼容应用。例如,随着在这些装置中使用更高频通讯信号,信号必须穿过各种物理障碍物,否则的话这些物理障碍物造成这些信号的衰减或被阻挡住。由此,本公开内容的玻璃可以良好地适合用作这些障碍物。这些物理障碍物的例子是:用于电路和信号传输结构制造中的电绝缘基材;以及装置覆盖和其他相关结构,它们能够用于罩住以高频信号运行的电子装置中所使用的电路和其他电子装置组件。
在一些实践方式中,本公开内容的玻璃适合用作PCB中的基材。PCB通常包括与铜膜层叠的绝缘层。在一些实践方式中,本公开内容的玻璃表征为适合用作PCB中的绝缘层的机械性质和低的损耗角正切,任选地与一种或多种聚合物基材层相结合。任选地,本公开内容的玻璃可以基本上不含碱金属从而降低加工过程中离子迁移的可能性。
本公开内容的一些方面还涉及具有适用于进行制造的性质的玻璃,具体来说,适用于成形工艺(例如,狭缝拉制、溢流熔合拉制和层叠熔合成形)的性质。熔合拉制工艺是一种已用于大规模制造薄玻璃片材的工业技术。相比于其他平坦玻璃制造技术,例如浮法或狭缝拉制工艺,由熔合拉制工艺制得的薄玻璃片具有高的平坦度和表面品质。作为结果,熔合拉制工艺通常是制造例如用于液晶显示器的薄玻璃基材和用于各种个人电子装置的覆盖玻璃的主要制造技术。
熔合拉制工艺涉及使得熔融玻璃从被称为“等压槽”的槽中流出来,所述等压槽通常由锆石或其他耐火材料制成。熔融玻璃从两侧溢流出等压槽顶部,在等压槽的底部汇合以形成单一片材,其中,使等压槽只与最终片材的内部直接接触。由于在拉制工艺期间,最终玻璃片材的外露表面都不与等压槽材料相接触,因此玻璃的两个外表面都具有完好的品质并且可以不需要后续精整。
为了促进熔融拉制工艺,希望玻璃具有足够高的液相线粘度(即,熔融玻璃在液相线温度的粘度)。较高的液相线粘度可以有助于通过下拉工艺(例如,熔合成形)进行成形。此外,熔合拉制工艺运行在一定范围的粘度上。通常来说,玻璃以对应于约20000-35000泊的粘度传递到溢流槽的凹槽,并且以对应于约100000泊或更高的粘度以粘性带材的形成离开溢流槽的根部。通常将对应于35000泊粘度的温度用作要将玻璃传递到溢流槽的凹槽进行熔合拉制的温度指导。本公开内容的玻璃可以具有有助于通过下拉工艺进行成形的对应于35000泊温度的温度(本文称作“35000泊温度”)。通常来说,希望低的35000泊温度以使得溢流槽耐火材料随时间发生的不合乎希望的蠕变尽可能得小。
对应于200泊的温度通常用作合适的玻璃熔化温度的指导。在一些实践方式中,本公开内容的玻璃表征为较高的200泊温度,也称作泊熔化点(本文称作“200泊熔化点”),从而有助于成形。
如上文所述,采用单个等压槽完成传统的熔合拉制工艺,得到均匀的玻璃产品。可以使用更为复杂的熔合拉制工艺来形成包含本公开内容的玻璃的层叠制品。在层叠体熔合拉制工艺中,使用两个溢流槽来形成层叠片,所述层叠片包括芯体组合物,其在一侧或两侧被外包覆层所围绕。
本公开内容的玻璃还可以形成具有适用于形成各种电子装置的平均热膨胀系数(CTE)的制品和结构。根据一个方面,本公开内容的玻璃表征为CTE值适合用作层叠体(例如,机械强化层叠体)中的芯层和/或包覆层,或者适合用作PCB中的基材。
本公开内容的玻璃包含的SiO2的量可以是约50摩尔%的氧化物(摩尔%)至约80摩尔%。在一些方面中,SiO2的量可以是如下范围:约50摩尔%至约80摩尔%,约50摩尔%至约78摩尔%,约50摩尔%至约75摩尔%,约50摩尔%至约70摩尔%,约50摩尔%至约65摩尔%,约52摩尔%至约80摩尔%,约52摩尔%至约78摩尔%,约52摩尔%至约75摩尔%,约52摩尔%至约70摩尔%,约52摩尔%至约65摩尔%,约54摩尔%至约80摩尔%,约54摩尔%至约78摩尔%,约54摩尔%至约75摩尔%,约54摩尔%至约70摩尔%,约54摩尔%至约65摩尔%,约64摩尔%至约75摩尔%,约60摩尔%至约80摩尔%,约60摩尔%至约75摩尔%,约60摩尔%至约70摩尔%,约60摩尔%至约65摩尔%,约65摩尔%至约70摩尔%,约65摩尔%至约75摩尔%,约65摩尔%至约80摩尔%,约64摩尔%至约70摩尔%,约64摩尔%至约75摩尔%,约64摩尔%至约80摩尔%,约70摩尔%至约75摩尔%,约70摩尔%至约80摩尔%,或者约75摩尔%至约80摩尔%。在一些方面中,SiO2的量可以是:约50摩尔%、约52摩尔%、约54摩尔%、约60摩尔%、约64摩尔%、约65摩尔%、约68摩尔%、约69摩尔%、约70摩尔%、约71摩尔%、约72摩尔%、约73摩尔%、约74摩尔%、约75摩尔%、约80摩尔%,或者这些值之间的任意SiO2量。
本公开内容的玻璃包含的B2O3的量可以是约7摩尔%至约28摩尔%。在一些方面中,B2O3的量可以是如下范围:约7摩尔%至约28摩尔%,约7摩尔%至约26摩尔%,约7摩尔%至约25摩尔%,约7摩尔%至约20摩尔%,约9摩尔%至约28摩尔%,约9摩尔%至约26摩尔%,约9摩尔%至约25摩尔%,约9摩尔%至约20摩尔%,约15摩尔%至约28摩尔%,约16摩尔%至约26摩尔%,约15摩尔%至约28摩尔%,约15摩尔%至约25摩尔%,约15摩尔%至约20摩尔%,约15摩尔%至约18摩尔%,约20摩尔%至约28摩尔%,约20摩尔%至约26摩尔%,约20摩尔%至约24摩尔%,或者约20摩尔%至约22摩尔%。在一些方面中,B2O3的量可以是:约7摩尔%、约8摩尔%、约9摩尔%、约10摩尔%、约11摩尔%、约12摩尔%、约13摩尔%、约14摩尔%、约15摩尔%、约16摩尔%、约17摩尔%、约18摩尔%、约19摩尔%、约20摩尔%、约21摩尔%、约22摩尔%、约23摩尔%、约24摩尔%、约25摩尔%、约26摩尔%、约27摩尔%、约28摩尔%,或者这些值之间的任意B2O3量。
本公开内容的玻璃包含的Al2O3的量可以是0摩尔%至约15摩尔%。在一些方面中,Al2O3的量是如下范围:约0摩尔%至约15摩尔%,约0摩尔%至约14摩尔%,约0摩尔%至约13摩尔%,约0摩尔%至约12摩尔%,约0.05摩尔%至约15摩尔%,约0.05摩尔%至约14摩尔%,约0.05摩尔%至约13摩尔%,约0.05摩尔%至约12摩尔%,约0.09摩尔%至约15摩尔%,约0.09摩尔%至约14摩尔%,约0.09摩尔%至约13摩尔%,约0.09摩尔%至约12摩尔%,约0.1摩尔%至约15摩尔%,约0.1摩尔%至约14摩尔%,约0.1摩尔%至约13摩尔%,约0.1摩尔%至约12摩尔%,约1摩尔%至约15摩尔%,约1摩尔%至约12摩尔%,约0.1摩尔%至约13摩尔%,约1摩尔%至约13摩尔%,约1摩尔%至约10摩尔%,约1摩尔%至约7摩尔%,约1摩尔%至约5摩尔%,约1摩尔%至约3摩尔%,约3摩尔%至约15摩尔%,约3摩尔%至约13摩尔%,约3摩尔%至约10摩尔%,约3摩尔%至约7摩尔%,约3摩尔%至约5摩尔%,约5摩尔%至约15摩尔%,约5摩尔%至约13摩尔%,约5摩尔%至约10摩尔%,约5摩尔%至约7摩尔%,约7摩尔%至约15摩尔%,约7摩尔%至约13摩尔%,约7摩尔%至约10摩尔%,或者约10摩尔%至约13摩尔%。在一些方面中,Al2O3的量可以是:约0摩尔%、约0.05摩尔%、约0.09摩尔%、约0.1摩尔%、约1摩尔%、约2摩尔%、约3摩尔%、约4摩尔%、约5摩尔%、约6摩尔%、约7摩尔%、约8摩尔%、约10摩尔%、约11摩尔%、约12摩尔%、约13摩尔%、约14摩尔%、约15摩尔%,或者这些值之间的任意Al2O3量。
增加SiO2的量可以降低玻璃在10GHz或更高频率的介电常数和损耗角正切;但是,增加SiO2的量可能降低玻璃的可成形性,特别是下拉工艺的可成形性。例如,随着SiO2的量增加,玻璃的液相线温度可能增加。纯SiO2具有低CTE,并且由于它的高熔化温度,与下拉工艺是不相容的。可以添加B2O3来降低玻璃的粘度和降低液相线温度,从而促进玻璃的成形,特别是对于下拉工艺而言。B2O3会具有使得液相线温度的下降比粘度更快的效果,并且因此可以改善液相线粘度用于通过下拉工艺进行成形。Al2O3可以降低液相线温度因而可以增加液相线粘度。因此,可以根据本公开内容对SiO2、B2O3和任选的Al2O3的量进行选择以平衡所需的介电性质和玻璃的可成形性。在本公开内容的一些方面中,可以对玻璃中的SiO2、B2O3和Al2O3的量进行选择,使得B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.13至约0.35。在一些方面中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是:约0.13至约0.35,约0.13至约0.34,约0.13至约0.3,约0.13至约0.28,约0.13至约0.26,约0.13至约0.24,约0.13至约0.22,约0.13至约0.2,约0.22至约0.35,约0.22至约0.24,约0.29至约0.34,约0.28至约0.35,约0.22至约0.3,约0.22至约0.28,约0.22至约0.26,约0.24至约0.35,约0.24至约0.3,约0.24至约0.28,约0.26至约0.35,或者约0.26至约0.3。在一些方面中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是:约0.13、约0.14、约0.15、约0.16、约0.17、约0.18、约0.19、约0.2、约0.21、约0.22、约0.23、约0.24、约0.29、约0.30、约0.31、约0.32、约0.33、或者约0.34。
在一些实践方式中,对SiO2和B2O3的量进行选择使得SiO2加上B2O3之和是约86摩尔%至约97摩尔%。在一些方面中,SiO2加上B2O3之和可以是:约86摩尔%至约97摩尔%,约86摩尔%至约94摩尔%,约86摩尔%至约90摩尔%,约86摩尔%至约88摩尔%,约90摩尔%至约97摩尔%,约90摩尔%至约94摩尔%,约93摩尔%至约97摩尔%,或者约94摩尔%至约97摩尔%。在一些方面中,SiO2加上B2O3之和可以是:约86摩尔%、约87摩尔%、或者约88摩尔%。
在一些实践方式中,对玻璃中的SiO2、B2O3和Al2O3的量进行选择使得SiO2加上B2O3加上Al2O3之和是约60摩尔%至约99.9摩尔%。在一些方面中,SiO2加上B2O3加上Al2O3之和是:约60摩尔%至约99.9摩尔%,约60摩尔%至约95摩尔%,约60摩尔%至约90摩尔%,约60摩尔%至约85摩尔%,约60摩尔%至约80摩尔%,约60摩尔%至约75摩尔%,约60摩尔%至约70摩尔%,约65摩尔%至约99.9摩尔%,约65摩尔%至约95摩尔%,约65摩尔%至约90摩尔%,约65摩尔%至约85摩尔%,约65摩尔%至约80摩尔%,约65摩尔%至约75摩尔%,约65摩尔%至约70摩尔%,约70摩尔%至约99.9摩尔%,约70摩尔%至约95摩尔%,约70摩尔%至约90摩尔%,约70摩尔%至约85摩尔%,约70摩尔%至约80摩尔%,约70摩尔%至约75摩尔%,约75摩尔%至约99.9摩尔%,约75摩尔%至约95摩尔%,约75摩尔%至约90摩尔%,约75摩尔%至约85摩尔%,约75摩尔%至约80摩尔%,约80摩尔%至约99.9摩尔%,约80摩尔%至约95摩尔%,约80摩尔%至约90摩尔%,或者约80摩尔%至约85摩尔%。在一些方面中,SiO2加上B2O3加上Al2O3之和是:约60摩尔%、约61摩尔%、约62摩尔%、约63摩尔%、约64摩尔%、约65摩尔%、约70摩尔%、约71摩尔%、约72摩尔%、约73摩尔%、约74摩尔%、约75摩尔%、约76摩尔%、约77摩尔%、约78摩尔%、约79摩尔%、约80摩尔%、约84摩尔%、约85摩尔%、约86摩尔%、约87摩尔%、约88摩尔%、约89摩尔%、约90摩尔%、约94摩尔%、约95摩尔%、约96摩尔%、约98摩尔%、约99摩尔%、约99.9摩尔%,或者总和是在任意这些值之间。
根据一些方面中,当存在时,玻璃可以包含一种或多种碱土氧化物(RO),其中,RO是CaO、MgO、BaO和/或SrO。在一些方面中,所述一种或多种碱土氧化物可以单独存在或者以组合方式存在,量为:0摩尔%至约15摩尔%,0摩尔%至约12摩尔%,0摩尔%至约10摩尔%,0摩尔%至约8摩尔%,0摩尔%至约5摩尔%,约0.001摩尔%至约15摩尔%,约0.001摩尔%至约12摩尔%,约0.001摩尔%至约10摩尔%,约0.001摩尔%至约8摩尔%,约0.001摩尔%至约8.5摩尔%,约0.001摩尔%至约5摩尔%,约1摩尔%至约15摩尔%,约1摩尔%至约12摩尔%,约1摩尔%至约10摩尔%,约1摩尔%至约8摩尔%,约1摩尔%至约8.5摩尔%,约1摩尔%至约5摩尔%,约2摩尔%至约15摩尔%,约2摩尔%至约12摩尔%,约2摩尔%至约10摩尔%,约2摩尔%至约8摩尔%,约2摩尔%至约8.5摩尔%,约2摩尔%至约5摩尔%,约5摩尔%至约15摩尔%,约5摩尔%至约12摩尔%,约5摩尔%至约10摩尔%,或者约5摩尔%至约8摩尔%。在一些方面中,所述一种或多种碱土氧化物单独存在或者以组合方式存在,量为:0摩尔%、约0.001摩尔%、约0.002摩尔%、约0.01摩尔%、约0.3摩尔%、约0.5摩尔%、约1摩尔%、约1.4摩尔%、约1.5摩尔%、约2摩尔%、约2.5摩尔%、约3摩尔%、约4摩尔%、约5摩尔%、约6摩尔%、约7摩尔%、约8摩尔%、约8.1摩尔%、约8.5摩尔%、约8.7摩尔%、约8.8摩尔%、约9摩尔%、约9.5摩尔%、约10摩尔%、约10.5摩尔%、约11摩尔%、约12摩尔%、约13摩尔%、约14摩尔%、约15摩尔%,或者这些值之间的任意量。
在一些实践方式中,玻璃可以包含CaO和/或MgO。在一些方面中,CaO存在的量是0摩尔%至约10摩尔%,以及MgO存在的量是0摩尔%至约13摩尔%。在一些方面中,CaO存在的量是:0摩尔%至约10摩尔%,0摩尔%至约9摩尔%,0摩尔%至约8摩尔%,0摩尔%至约6摩尔%,0摩尔%至约4摩尔%,约0.01摩尔%至约10摩尔%,约0.01摩尔%至约9摩尔%,约0.01摩尔%至约8摩尔%,约0.01摩尔%至约6摩尔%,约0.01摩尔%至约4摩尔%,约0.1摩尔%至约10摩尔%,约0.1摩尔%至约9摩尔%,约0.1摩尔%至约8摩尔%,约0.1摩尔%至约6摩尔%,约0.1摩尔%至约4摩尔%,约1摩尔%至约10摩尔%,约1摩尔%至约9摩尔%,约1摩尔%至约8摩尔%,约1摩尔%至约6摩尔%,或者约1摩尔%至约4摩尔%。例如,CaO存在的量可以是:0摩尔%、约0.01摩尔%、约0.1摩尔%、约1摩尔%、约2摩尔%、约3摩尔%、约4摩尔%、约5摩尔%、约6摩尔%、约7摩尔%、约8摩尔%、约9摩尔%、约10摩尔%,或者这些值之间的任意量。在一些方面中,存在的MgO的量是:0摩尔%至约13摩尔%,0摩尔%至约12摩尔%,0摩尔%至约10摩尔%,0摩尔%至约9摩尔%,0摩尔%至约8摩尔%,0摩尔%至约6摩尔%,0摩尔%至约4摩尔%,约0.01摩尔%至约13摩尔%,约0.01摩尔%至约12摩尔%,约0.01摩尔%至约10摩尔%,约0.01摩尔%至约9摩尔%,约0.01摩尔%至约8摩尔%,约0.01摩尔%至约6摩尔%,约0.01摩尔%至约4摩尔%,约0.1摩尔%至约13摩尔%,约0.1摩尔%至约12摩尔%,约0.1摩尔%至约10摩尔%,约0.1摩尔%至约9摩尔%,约0.1摩尔%至约8摩尔%,约0.1摩尔%至约6摩尔%,约0.1摩尔%至约4摩尔%,约1摩尔%至约13摩尔%,约1摩尔%至约12摩尔%,约1摩尔%至约10摩尔%,约1摩尔%至约9摩尔%,约1摩尔%至约8摩尔%,约1摩尔%至约6摩尔%,或者约1摩尔%至约4摩尔%。例如,MgO存在的量可以是:0摩尔%、约0.01摩尔%、约0.1摩尔%、约1摩尔%、约2摩尔%、约3摩尔%、约4摩尔%、约5摩尔%、约6摩尔%、约7摩尔%、约8摩尔%、约9摩尔%、约10摩尔%、约11摩尔%、约12摩尔%、约13摩尔%,或者这些值之间的任意量。
根据本公开内容的一些方面,玻璃可以包含MgO与选自CaO、BaO和SrO的至少一种额外的碱土氧化物(RO)。在一些例子中,相比于包含单独的MgO或者其他单独的RO的玻璃,MgO与至少一种额外的RO组合可以导致玻璃具有较低的介电常数和/或损耗角正切。在一个方面中,MgO与所述至少一种额外的RO的总量(RO总计)可以是约3摩尔%至约15摩尔%。例如,RO总计可以是:约3摩尔%至约15摩尔%,约3摩尔%至约12摩尔%,约3摩尔%至约10摩尔%,约3摩尔%至约8摩尔%,约3摩尔%至约6摩尔%,约4摩尔%至约15摩尔%,约4摩尔%至约12摩尔%,约4摩尔%至约10摩尔%,约4摩尔%至约8摩尔%,约4摩尔%至约6摩尔%,约5摩尔%至约15摩尔%,约3摩尔%至约12摩尔%,约5摩尔%至约10摩尔%,约5摩尔%至约8摩尔%,约6摩尔%至约15摩尔%,约6摩尔%至约12摩尔%,约6摩尔%至约10摩尔%,约6摩尔%至约8摩尔%,约8摩尔%至约15摩尔%,约8摩尔%至约12摩尔%,或者约8摩尔%至约10摩尔%。例如,RO总计可以是:约3摩尔%、约4摩尔%、约5摩尔%、约6摩尔%、约7摩尔%、约8摩尔%、约9摩尔%、约10摩尔%、约11摩尔%、约12摩尔%、约13摩尔%、约14摩尔%、约15摩尔%,或者这些值之间的任意量。
在一些方面中,MgO与RO总计的量之比(MgO:RO总计)是:至少0.3、至少0.4、至少0.5、至少0.6、至少0.7、或者至少0.8。例如,MgO:RO总计可以是:约0.3至约0.9,约0.3至约0.8,约0.3至约0.7,约0.3至约0.6,约0.3至约0.5,约0.3至约0.4,约0.4至约0.9,约0.4至约0.8,约0.4至约0.7,约0.4至约0.6,约0.4至约0.5,约0.5至约0.9,约0.5至约0.8,约0.5至约0.7,约0.5至约0.6,约0.6至约0.9,约0.6至约0.8,或者约0.6至约0.7。在一些例子中,MgO:RO总计是:约0.3、约0.31、约0.36、约0.38、约0.4、约0.42、约0.44、约0.45、约0.48、约0.49、约0.5、约0.59、约0.6、约0.63、约0.69、约0.7、约0.8、约0.86、约0.9,或者这些值之间的任意比例。
根据一个实践方式,所述至少一种额外的RO是CaO,并且存在的MgO的量是约1摩尔%至约10摩尔%,以及存在的CaO是约1摩尔%至约10摩尔%。例如,存在的MgO的量可以是:约1摩尔%至约10摩尔%,约2摩尔%至约10摩尔%,约3摩尔%至约10摩尔%,约4摩尔%至约10摩尔%,约5摩尔%至约10摩尔%,约1摩尔%至约8摩尔%,约2摩尔%至约8摩尔%,约3摩尔%至约8摩尔%,约4摩尔%至约8摩尔%,约5摩尔%至约8摩尔%,约1摩尔%至约7摩尔%,约2摩尔%至约7摩尔%,约3摩尔%至约7摩尔%,约4摩尔%至约7摩尔%,约5摩尔%至约7摩尔%,约1摩尔%至约5摩尔%,约2摩尔%至约5摩尔%,约3摩尔%至约5摩尔%,或者约4摩尔%至约5摩尔%,以任意方式结合的存的CaO量可以是:约1摩尔%至约10摩尔%,约2摩尔%至约10摩尔%,约3摩尔%至约10摩尔%,约4摩尔%至约10摩尔%,约5摩尔%至约10摩尔%,约1摩尔%至约8摩尔%,约2摩尔%至约8摩尔%,约3摩尔%至约8摩尔%,约4摩尔%至约8摩尔%,约5摩尔%至约8摩尔%,约1摩尔%至约7摩尔%,约2摩尔%至约7摩尔%,约3摩尔%至约7摩尔%,约4摩尔%至约7摩尔%,约5摩尔%至约7摩尔%,约1摩尔%至约5摩尔%,约2摩尔%至约5摩尔%,约3摩尔%至约5摩尔%,或者约4摩尔%至约5摩尔%。
根据一个实践方式,所述至少一种额外的RO是SrO,并且存在的MgO的量是约1摩尔%至约10摩尔%,以及存在的SrO是约1摩尔%至约5摩尔%。例如,存在的MgO的量可以是:约1摩尔%至约10摩尔%,约2摩尔%至约10摩尔%,约3摩尔%至约10摩尔%,约4摩尔%至约10摩尔%,约5摩尔%至约10摩尔%,约1摩尔%至约8摩尔%,约2摩尔%至约8摩尔%,约3摩尔%至约8摩尔%,约4摩尔%至约8摩尔%,约5摩尔%至约8摩尔%,约1摩尔%至约5摩尔%,约2摩尔%至约5摩尔%,约3摩尔%至约5摩尔%,或者约4摩尔%至约5摩尔%,以任意方式结合的存在的SrO的量可以是:约1摩尔%至约5摩尔%,约2摩尔%至约5摩尔%,约3摩尔%至约5摩尔%,约4摩尔%至约5摩尔%,约2摩尔%至约4摩尔%,或者约3摩尔%至约4摩尔%。
在一些方面中,如上文所述对MgO的量以及额外的RO的量进行选择,并且考虑玻璃中存在的Al2O3的量,使得RO总计与Al2O3之比(RO总计:Al2O3)大于1。提供RO总计:Al2O3之比>1的玻璃可以促进形成能够采用常规玻璃成形工艺进行拉制的可制作用玻璃。
不希望受限于任何特定理论,相信对于源自具有单一RO物质的前体组成的玻璃,随着这单一RO物质的浓度下降,所得到的玻璃的介电常数和损耗角正切也下降(以10GHz信号进行测量)。因此,对于给定玻璃,在玻璃样品中,可以通过降低玻璃中存在的这单一RO物质的浓度来实现较低的介电常数和/或损耗角正切。此外,相信对于给定的RO总计浓度,相比于源自具有相似的RO总计浓度但是仅包含单一RO物质的前体组成的玻璃,在玻璃样品中,可以通过结合MgO与至少一种额外的RO物质(例如,CaO、SrO和/或BaO)来实现降低的介电常数和/或损耗角正切。例如,对于给定的RO总计浓度,根据本公开内容的包含MgO加上CaO、SrO和/或BaO的组合的玻璃可以具有相比于仅具有选自MgO、CaO、SrO或BaO的单一RO物质的玻璃而言具有更低的介电常数。在另一个例子中,对于给定的RO总计浓度,根据本公开内容的包含MgO加上CaO、SrO和/或BaO的组合的玻璃可以具有相比于仅具有选自CaO、SrO或BaO的单一RO物质的玻璃而言具有更低的损耗角正切。
在一些方面中,可以考虑其他材料(例如B2O3和任选的Al2O3)对玻璃中的碱土氧化物的量进行选择,从而提供具有所需特性的玻璃。例如,增加碱土氧化物相对于SiO2和Al2O3的量会具有降低玻璃熔体的粘度的效果并且可以增加熔化温度和成形温度。碱土氧化物还可以增加玻璃的CTE和密度,并且还可以影响其他性质(例如,弹性模量)。碱土氧化物还可以降低液相线温度。因此,在一些方面中,可以根据本公开内容对碱土氧化物、B2O3和Al2O3的量进行选择以平衡所需的物理性质和玻璃的可成形性。在一些实践方式中,对碱土氧化物、B2O3和Al2O3的量进行选择使得玻璃中的RO总计:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是约0至约0.9。在一些方面中,RO总计:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是:约0至约0.9,约0至约0.8,约0至约0.7,约0至约0.6,约0至约0.5,约0至约0.3,约0.1至约0.9,约0.1至约0.8,约0.1至约0.7,约0.1至约0.6,约0.1至约0.5,约0.2至约0.9,约0.2至约0.8,约0.2至约0.7,约0.2至约0.6,约0.2至约0.5,约0.3至约0.9,约0.3至约0.8,约0.3至约0.7,约0.3至约0.6,约0.3至约0.5,约0.4至约0.9,约0.4至约0.8,约0.4至约0.7,约0.4至约0.6,约0.1至约0.5,约0.1至约0.4,约0.1至约0.3,约0.1至约0.2,约0.2至约0.5,约0.2至约0.4,约0.2至约0.3,约0.3至约0.5,约0.3至约0.4,约0.4至约0.5。在一些方面中,RO总计:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是:约0.1、约0.2、约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9,或者这些值之间的任意比例。
在一些实践方式中,对碱土氧化物、B2O3和Al2O3的量进行选择使得玻璃中的RO总计:(Al2O3+B2O3)之比是约0.2至约0.6。在一些方面中,RO总计:(Al2O3+B2O3)之比是:约0.2至约0.6,约0.2至约0.5,约0.2至约0.4,约0.3至约0.6,约0.3至约0.5,约0.3至约0.4,约0.4至约0.6,约0.4至约0.5,或者约0.5至约0.6。在一些方面中,RO总计:(Al2O3+B2O3)之比是:约0.2、约0.24、约0.25、约0.28、约0.29、约0.3、约0.32、约0.35、约0.36、约0.4、约0.5、约0.55、约0.58、约0.6,或者这些值之间的任意比例。
在一些方面中,本公开内容的玻璃的密度是约2.2g/cm3至约2.5g/cm3,在约25℃(约为室温下)进行测量。例如,玻璃可以具有如下密度:约2.2g/cm3至约2.5g/cm3,约2.3g/cm3至约2.5g/cm3,约2.4g/cm3至约2.5g/cm3,约2.2g/cm3至约2.4g/cm3,约2.3g/cm3至约2.4g/cm3,或者约2.2g/cm3至约2.3g/cm3,在约25℃(约为室温下)进行测量。
本公开内容的玻璃可以任选地包含一种或多种澄清剂,例如作为非限制性例子的SnO2、Sb2O3、As2O3和/或一种或多种卤素盐(包括氟盐、氯盐或溴盐)。当在玻璃中存在澄清剂时,澄清剂存在的总量可以小于约1摩尔%。在一些方面中,澄清剂存在的量是:约0.01摩尔%至约1摩尔%,约0.01摩尔%至约0.5摩尔%,约0.01摩尔%至约0.25摩尔%,约0.01摩尔%至约0.1摩尔%,约0.05摩尔%至约0.1摩尔%,约0.05摩尔%至约0.25摩尔%,约0.05摩尔%至约0.5摩尔%,或者约0.05摩尔%至约1摩尔%。在一些方面中,澄清剂存在的量是:约0.08摩尔%、约0.09摩尔%、或者约0.1摩尔%。当澄清剂的含量太高时,澄清剂可能进入玻璃结构并且影响各种玻璃性质。但是,当澄清剂的含量太低时,可能难以形成玻璃。根据本公开内容的一个方面,包含量为0至约0.3摩尔%的SnO2作为澄清剂。例如,存在的SnO2的量可以是:0摩尔%至约0.3摩尔%,0摩尔%至约0.2摩尔%,0摩尔%至约0.1摩尔%,约0.05摩尔%至约0.3摩尔%,约0.05摩尔%至约0.2摩尔%,或者约0.05摩尔%至约0.1摩尔%。
玻璃可以任选地包含污染物或者非故意的添加剂,例如TiO2。当存在时,这些额外的材料通常以非常低的量或者小于0.2摩尔%的痕量存在。
在一些实践方式中,玻璃基本不含碱金属。如本文所用,表述基本不含定义为表示存在不超过痕量的材料(在这里的情况下是碱金属氧化物)。由于污染或者制造限制,可能存在痕量的碱金属氧化物。如上文所述,在一些实践方式中,可以在没有添加碱金属的情况下制备本公开内容的玻璃,使得玻璃基本不含碱金属从而降低过程中离子发生迁移的可能性。在一些应用中,降低或者最小化离子迁移的可能性可能是有利的,例如当玻璃用作不希望发生离子迁移的电子装置中的基材时。
在一些实践方式中,本公开内容的玻璃可以包含至少一种碱金属氧化物(R2O),其中,R2O是Li2O、Na2O和/或K2O。在一些方面中,单独存在或者以组合方式存在的所述一种或多种碱金属氧化物的量是0摩尔%至约6摩尔%。在一些方面中,所述一种或多种碱金属氧化物以单独或者以组合的方式存在,量为:0摩尔%至约6摩尔%,0摩尔%至约5摩尔%,0摩尔%至约4摩尔%,0摩尔%至约3摩尔%,0摩尔%至约2摩尔%,约0.0005摩尔%至约6摩尔%,约0.0005摩尔%至约5摩尔%,约0.0005摩尔%至约4摩尔%,约0.0005摩尔%至约3摩尔%,约0.0005摩尔%至约2摩尔%,约0.001摩尔%至约6摩尔%,约0.001摩尔%至约5摩尔%,约0.001摩尔%至约4摩尔%,约0.001摩尔%至约3摩尔%,约0.001摩尔%至约2摩尔%,约0.01摩尔%至约6摩尔%,约0.01摩尔%至约5摩尔%,约0.01摩尔%至约4摩尔%,约0.01摩尔%至约3摩尔%,约0.01摩尔%至约2摩尔%,约0.1摩尔%至约6摩尔%,约0.1摩尔%至约5摩尔%,约0.1摩尔%至约4摩尔%,约0.1摩尔%至约3摩尔%,约0.1摩尔%至约2摩尔%,约1摩尔%至约6摩尔%,约1摩尔%至约5摩尔%,约1摩尔%至约4摩尔%,约1摩尔%至约3摩尔%,或者约1摩尔%至约2摩尔%。例如,Li2O存在的量可以是:0摩尔%至约6摩尔%,0摩尔%至约5摩尔%,0摩尔%至约4摩尔%,0摩尔%至约3摩尔%,约0.1摩尔%至约6摩尔%,约0.1摩尔%至约5摩尔%,约0.1摩尔%至约4摩尔%,约0.1摩尔%至约3摩尔%,约1摩尔%至约6摩尔%,约1摩尔%至约5摩尔%,约1摩尔%至约4摩尔%,或者约1摩尔%至约3摩尔%。又例如,Na2O存在的量可以是:0摩尔%至约0.05摩尔%,0摩尔%至约0.01摩尔%,0摩尔%至约0.005摩尔%,0摩尔%至约0.001摩尔%,约0.001摩尔%至约0.05摩尔%,约0.001摩尔%至约0.01摩尔%,或者约0.001摩尔%至约0.005摩尔%。又例如,K2O存在的量可以是:0摩尔%至约2摩尔%,0摩尔%至约1摩尔%,0摩尔%至约0.5摩尔%,约0.1摩尔%至约2摩尔%,约0.1摩尔%至约1摩尔%,约0.1摩尔%至约0.5摩尔%,约0.5摩尔%至约2摩尔%,或者约0.5摩尔%至约1摩尔%。
在一些方面中,本公开内容的玻璃可以表征为介电常数Dk约为10或更小,这是以10GHz信号测量得到的。在一些实践方式中,玻璃具有如下介电常数Dk:约10或更小,约8或更小,约7.5或更小,约6或更小,约5或更小,约4或更小,或者约3或更小,这是以10GHz信号测量得到的。在一些实践方式中,玻璃具有如下介电常数Dk:约2至约10,约3至约10,约4至约10,约5至约10,约6至约10,约7至约10,约8至约10,约9至约10,约2至约8,约2至约6,约2至约4,约3至约10,约3至约8,约3至约6,约3至约5,约3至约4,约4至约6,约4至约8,或者约4至约10,这是以10GHz信号测量得到的。在一些方面中,玻璃具有如下介电常数Dk:约10、约9、约8、约7、约6、约5、约4.5、约4、约3.5、约3,或者这些值之间的任意介电常数,这是以10GHz信号测量得到的。
在一些方面中,本公开内容的玻璃可以表征为损耗角正切约为0.01或更小,这是以10GHz信号测量得到的。在一些实践方式中,本公开内容的玻璃表征为如下损耗角正切:约0.01或更小,约0.008或更小,约0.005或更小,约0.0025或更小,或者约0.001或更小,这是以10GHz信号测量得到的。在一些方面中,本公开内容的玻璃表征为如下损耗角正切:约0.0004至约0.01,约0.001至约0.01,约0.0025至约0.01,约0.005至约0.01,约0.0004至约0.001,约0.0004至约0.0025,约0.0004至约0.005,约0.001至约0.0025,约0.001至约0.005,约0.0025至约0.005,约0.0004至约0.008,约0.001至约0.008,约0.0025至约0.008,或者约0.005至约0.008,这是以10GHz信号测量得到的。在一些方面中,本公开内容的玻璃具有如下损耗角正切:约0.0004、约0.001、约0.002、约0.0025、约0.003、约0.004、约0.005、约0.006、约0.007、约0.008,或者这些值之间的任意损耗角正切,这是以10GHz信号测量得到的。
在一些实践方式中,玻璃的介电常数Dk是:约10或更小、约8或更小、约7.5或更小、约6或更小、约5或更小、约4或更小、或者约3或更小,以及损耗角正切是:约0.01或更小、约0.008或更小、约0.005或更小、约0.0025或更小、或者约0.001或更小,这两者都是以10GHz的信号测量得到的。例如,本公开内容的玻璃的介电常数Dk可以是:约2至约10、约3至约10、约4至约10、约5至约10、约6至约10、约7至约10、约8至约10、约9至约10、约2至约8、约2至约6、约2至约4、约3至约10、约3至约8、约3至约6、约3至约5、约3至约4、约4至约6、约4至约8、或者约4至约10,以及损耗角正切可以是:约0.0004至约0.01、约0.001至约0.01、约0.0025至约0.01、约0.005至约0.01、约0.0004至约0.001、约0.0004至约0.0025、约0.0004至约0.005、约0.001至约0.0025、约0.001至约0.005、约0.0025至约0.005、约0.0004至约0.008、约0.001至约0.008、约0.0025至约0.008、或者约0.005至约0.008,这两者都是以10GHz的信号测量得到的。在一些例子中,本公开内容的玻璃具有约10或更小的介电常数以及约0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号进行测量的。在其他例子中,本公开内容的玻璃具有约7.5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号进行测量的;或者具有约5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号进行测量的。在一些例子中,本公开内容的玻璃具有约10或更小的介电常数以及约0.008或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号进行测量的。
根据本公开内容的一个方面,本公开内容的玻璃可以具有有助于采用下拉工艺(例如熔合拉制)来形成玻璃层叠体的CTE。如上文所述,在层叠体熔合拉制工艺中,使用两个溢流槽来形成层叠片,所述层叠片具有芯玻璃组合物,其在一侧或两侧被外包覆层所围绕。例如,本公开内容的玻璃可以用作包覆,其围绕CTE约为31x10-7/℃的芯玻璃层。在另一个例子中,本公开内容的玻璃可以用作包覆,芯玻璃层具有较高CTE,从而在芯玻璃层与包覆层之间存在CTE失配,其中,包覆的CTE小于或等于芯的CTE。此类CTE失配会导致在使得玻璃强化的冷却之后,在玻璃片的外部区域中形成压缩应力以及在玻璃片内部区域中形成拉伸应力。较高CTE玻璃的一个例子是CTE为84x10-7/℃的玻璃。
在一些方面中,本公开内容的玻璃表征为较低的CTE,这对于玻璃层叠体的包覆层(其中,包覆层的CTE低于芯层)以及其他实践方式是有用的。在一些方面中,本公开内容的玻璃还可以表征为平均CTE是约25x10-7/℃至约65x10-7/℃,从0℃到300℃测量。在一些方面中,本公开内容的玻璃表征为如下CTE:约25x10-7/℃至约60x10-7/℃,约25x10-7/℃至约55x10-7/℃,约25x10-7/℃至约50x10-7/℃,约25x10-7/℃至约45x10-7/℃,约25x10-7/℃至约40x10-7/℃,约25x10-7/℃至约35x10-7/℃,约25x10-7/℃至约30x10-7/℃,约30x10-7/℃至约65x10-7/℃,约30x10-7/℃至约60x10-7/℃,约30x10-7/℃至约55x10-7/℃,约30x10-7/℃至约50x10-7/℃,约30x10-7/℃至约30x10-7/℃,约30x10-7/℃至约40x10-7/℃,约30x10-7/℃至约35x10-7/℃,约35x10-7/℃至约65x10-7/℃,约35x10-7/℃至约60x10-7/℃,约35x10-7/℃至约55x10-7/℃,约35x10-7/℃至约50x10-7/℃,约35x10-7/℃至约45x10-7/℃,约35x10-7/℃至约40x10-7/℃,约40x10-7/℃至约65x10-7/℃,约40x10-7/℃至约60x10-7/℃,约40x10-7/℃至约55x10-7/℃,约40x10-7/℃至约50x10-7/℃,约40x10-7/℃至约45x10-7/℃,约50x10-7/℃至约60x10-7/℃,约50x10-7/℃至约55x10-7/℃,约50x10-7/℃至约65x10-7/℃,约55x10-7/℃至约60x10-7/℃,或者约55x10-7/℃至约65x10-7/℃,从25℃到300℃测量。在一些方面中,本公开内容的玻璃具有如下CTE,约为:28x10-7/℃、29x10-7/℃、30x10-7/℃、31x10-7/℃、32x10-7/℃、33x10-7/℃、34x10-7/℃、或者35x10-7/℃,从25℃到300℃测量。
在一些实践方式中,本公开内容的玻璃还可以表征为约40k泊至约5000k泊的液相线粘度。在一些方面中,本文玻璃具有如下液相线粘度:约40k泊至约3000k泊,约40k泊至约2000k泊,约40k泊至约1000k泊,约40k泊至约800k泊,约40k泊至约600k泊,约40k泊至约400k泊,约40k泊至约300k泊,约40k泊至约250k泊,约40k泊至约200k泊,约40k泊至约100k泊,约100k泊至约500k泊,约100k泊至约400k泊,约100k泊至约300k泊,约100k泊至约200k泊,约200k泊至约300k泊,约200k泊至约400k泊,约200k泊至约500k泊,约200k泊至约5000k泊,约200k泊至约3000k泊,约200k泊至约2000k泊,或者约200k泊至约1000k泊。
在一些实践方式中,本公开内容的玻璃还可以表征为约1110℃至约1325℃的35000泊温度。在一些方面中,35000泊温度是:约1110℃至约1300℃,约1110℃至约1250℃,约1110℃至约1200℃,约1200℃至约1325℃,约1250℃至约1325℃,约1300℃至约1325℃,约1200℃至约1300℃,约1200℃至约1250℃,或者约1250℃至约1300℃。在一些方面中,本公开内容的玻璃的35000泊温度是:约为1120℃、约为1180℃、约为1190℃、约为1200℃、或者约为1250℃。
在一些实践方式中,本公开内容的玻璃还可以表征为约1600℃至约1825℃的200泊熔化点。在一些方面中,本文玻璃的200泊熔化点是:约1600℃至约1800℃,约1600℃至约1750℃,约1600℃至约1700℃,约1600℃至约1650℃,1640℃至约1825℃,1640℃至约1800℃,约1640℃至约1750℃,约1640℃至约1700℃,约1640℃至约1675℃,约1675℃至约1825℃,约1675℃至约1800℃,约1675℃至约1750℃,约1675℃至约1700℃,约1700℃至约1825℃,约1700℃至约1800℃,约1700℃至约1750℃,约1750℃至约1825℃,或者约1750℃至约1800℃。在一些方面中,200泊熔化点是:约为1660℃、约为1670℃、约为1680℃、约为1690℃、约为1700℃、或者约为1800℃。
在一些实践方式中,本公开内容的玻璃适合用于印刷电路板(PCB)应用。PCB层叠体通常包括层叠到铜膜的绝缘层,绝缘层布置在铜包覆膜之间。绝缘层优选具有:低的介电损耗,例如10GHz时小于0.005;以及足够的机械强度和断裂韧度来实现生产环境中的装卸和后加工。绝缘层还应该能够经受住钻孔/通孔而没有发生破损或断裂,并且取决于应用,绝缘层的厚度可以是约100至700微米。
此外,优选绝缘层可经受住最高至260℃的温度持续30秒,同时维持尺寸稳定性。这个温度通常是基于PCB板的后加工中焊料重流所需的温度。通常使用焊料糊料将电子组件粘附到它们的接触垫。然后将装配件暴露于高温(通常是260℃持续30秒)从而导致焊料重流并产生永久性焊料接合。因此,会优选PCB的绝缘层是低介电损耗材料,其还可以经受住PCB加工中常用的焊料重流温度,几乎没有至没有发生软化或尺寸变化。
存在一些市售可得的用于PCB中的绝缘层的材料。例如,用作PCB应用中的绝缘层的一种常用的玻璃/环氧化物层叠体在10GHz的信号频率具有0.0058的损耗角正切。但是,当行业移动至越来越高的信号频率时,这种绝缘层叠体具有有限的损耗角正切。其他层叠体(例如,熔凝二氧化硅/聚合物层叠体)被发现在10GHz或更高的频率展现出低的损耗特性,但是,熔凝二氧化硅和聚合物层的机械性质限制了这些层叠体在一些工艺中的应用,因为在后加工过程中,熔凝二氧化硅层可能发生开裂。
根据一个方面,本公开内容的玻璃可以适合用作PCB应用中的绝缘层。本公开内容的玻璃表征为如下介电性质,例如在10GHz信号频率时的低介电常数和低损耗角正切,这对于行业移动至越来越高的信号频率是合乎希望的。采用本文玻璃结合同样具有低损耗角正切的聚合物膜来形成绝缘层叠体可以导致PCB层叠体的整体损耗角正切的甚至进一步下降。
在一些实践方式中,本公开内容的玻璃可以表征为适用于PCB应用的尺寸稳定性。如本文所用,尺寸稳定性定义为当在260℃加热30秒时的尺寸稳定性。如上文所述,典型的PCB加工包括约260℃的焊料重流温度。本公开内容的玻璃可以表征为远高于260℃的软化点,表明了玻璃在PCB焊料重流过程中通常经受的温度时的尺寸稳定性。确定玻璃的尺寸稳定性的一个例子包括:在预热到260℃的烘箱中加热样品之前,确定预先切割好的样品的长度、宽度、厚度、重量、体积和/或密度。可以加热样品持续30秒然后取出。在冷却回到室温之后,可以确定样品的长度、宽度、厚度、重量、体积和/或密度,并与每个样品在加热之前获得的数值进行对比来确定每个参数的相对变化。
除非另有说明,否则根据本公开内容的玻璃制备方式如下:通过涡轮混合器对构成组分的粉末批料(也称作玻璃前体组合物)进行60分钟掺混,以及在1650℃的有盖铂坩埚中熔化持续16小时。然后作为块体倒出熔化的玻璃并在550-600℃退火。本领域技术人员会理解的是,在构成组分的熔化过程中,各种熔体构成组分(例如,氟、碱金属、硼等)可能经受不同水平的挥发(例如,由于蒸气压、熔化时间和/或熔化温度),这可能导致刚配料的组成(即得到玻璃的玻璃前体组合物)与最终玻璃制品之间的构成组分含量差异。由此,与此类组分相关的术语“约”旨在包括当对最终制品进行测量时,与本文所提供的刚配料的组成相比相差在约1摩尔%之内的值。要理解的是,采用本文所述的刚配料组成利用不同的工艺和/或工艺参数来形成玻璃落在本公开内容的范围内,并且刚配料组成的加工中的此类差异可能导致构成组分的熔化过程中的不同挥发水平。
下表1所示是根据本公开内容方面的用于本公开内容的玻璃的示例性玻璃组合物A。表1对根据本公开内容的材料的组合以及它们各种的量(范围)进行了鉴别。表1中的示例性玻璃组合物A可以包含根据本文所述的本公开内容任意方面的额外组分。
表1:示例性玻璃组合物A
下表2所示是根据本公开内容方面的用于本公开内容的玻璃的示例性玻璃组合物B。表2对根据本公开内容的材料的组合以及它们各自的量(范围)进行了鉴别。表2中的示例性玻璃组合物B可以包含根据本文所述的本公开内容任意方面的额外组分。
表2:示例性玻璃组合物B
在一些实践方式中,由根据表1和2的示例性玻璃组合物A和/或B分别制造得到的玻璃具有如下介电常数:约10或更小、约7.5或更小、约5或更小、约4或更小、约3或更小、约2至约10、约3至约10、约4至约10、约5至约10、约6至约10、约7至约10、约8至约10、约9至约10、约2至约8、约2至约6、约2至约4、约3至约10、约3至约8、约3至约6、约3至约5、约3至约4、约4至约6、约4至约8、或者约4至约10,结合具有如下损耗角正切:约0.01或更小、约0.008或更小、约0.005或更小、约0.0025或更小、约0.001或更小、约0.0004至约0.01、约0.001至约0.01、约0.0025至约0.01、约0.005至约0.01、约0.0004至约0.001、约0.0004至约0.0025、约0.0004至约0.005、约0.001至约0.0025、约0.001至约0.005、约0.0025至约0.005、约0.0004至约0.008、约0.001至约0.008、约0.0025至约0.008、或者约0.005至约0.008,以10GHz信号测量得到。
由根据表1和2的示例性玻璃组合物A和/或B分别得到的玻璃还可以表征为如下平均CTE:约25x10-7/℃至约65x10-7/℃,约25x10-7/℃至约60x10-7/℃,约25x10-7/℃℃至约55x10-7/℃,约25x10-7/℃至约50x10-7/℃,约25x10-7/℃至约45x10-7/℃,约25x10-7/℃至约40x10-7/℃,约25x10-7/℃至约35x10-7/℃,约25x10-7/℃至约30x10-7/℃,约30x10-7/℃至约65x10-7/℃,约30x10-7/℃至约60x10-7/℃,约30x10-7/℃至约55x10-7/℃,约30x10-7/℃至约50x10-7/℃,约30x10-7/℃至约30x10-7/℃,约30x10-7/℃至约40x10-7/℃,约30x10-7/℃至约35x10-7/℃,约35x10-7/℃至约65x10-7/℃,约35x10-7/℃至约60x10-7/℃,约35x10-7/℃至约55x10-7/℃,约35x10-7/℃至约50x10-7/℃,约35x10-7/℃至约45x10-7/℃,约35x10-7/℃至约40x10-7/℃,约40x10-7/℃至约65x10-7/℃,约40x10-7/℃至约60x10-7/℃,约40x10-7/℃至约55x10-7/℃,约40x10-7/℃至约50x10-7/℃,约40x10-7/℃至约45x10-7/℃,约50x10-7/℃至约60x10-7/℃,约50x10-7/℃至约55x10-7/℃,约50x10-7/℃至约65x10-7/℃,约55x10-7/℃至约60x10-7/℃,或者约55x10-7/℃至约65x10-7/℃,从25℃到300℃测量。
由根据表1和2的示例性玻璃组合物A和/或B分别得到的玻璃还可以表征为260℃持续30秒的尺寸稳定性。
在一些实践方式中,根据表1和2的示例性玻璃组合物A和/或B分别得到的玻璃可以具有如下液相线粘度:约40千泊至约5000千泊,约40千泊至约3000千泊,约40千泊至约2000千泊,约40千泊至约1000千泊,约40千泊至约800千泊,约40千泊至约600千泊,约40千泊至约400千泊,约40千泊至约300千泊,约40千泊至约250千泊,约40千泊至约200千泊,约40千泊至约100千泊,约100千泊至约500千泊,约100千泊至约400千泊,约100千泊至约300千泊,约100千泊至约200千泊,约200千泊至约300千泊,约200千泊至约400千泊,约200千泊至约500千泊,约200千泊至约5000千泊,约200千泊至约3000千泊,约200千泊至约2000千泊,或者约200千泊至约1000千泊。
在一些实践方式中,根据表1和2的示例性玻璃组合物A和/或B分别得到的玻璃还可以表征为约1110℃至约1325℃的35000泊温度。在一些方面中,35000泊温度是:约1110℃至约1300℃,约1110℃至约1250℃,约1110℃至约1200℃,约1200℃至约1325℃,约1250℃至约1325℃,约1300℃至约1325℃,约1200℃至约1300℃,约1200℃至约1250℃,或者约1250℃至约1300℃。在一些方面中,本公开内容的玻璃的35000泊温度是:约为1120℃、约为1180℃、约为1190℃、约为1200℃、或者约为1250℃。
在一些实践方式中,根据表1和2的示例性玻璃组合物A和/或B分别得到的玻璃还可以表征为约1600℃至约1825℃的200泊熔化点。在一些方面中,本文玻璃的200泊熔化点是:约1600℃至约1800℃,约1600℃至约1750℃,约1600℃至约1700℃,约1600℃至约1650℃,1640℃至约1825℃,约1640℃至约1800℃,约1640℃至约1750℃,约1640℃至约1700℃,约1640℃至约1675℃,约1675℃至约1825℃,约1675℃至约1800℃,约1675℃至约1750℃,约1675℃至约1700℃,约1700℃至约1825℃,约1700℃至约1800℃,约1700℃至约1750℃,约1750℃至约1825℃,或者约1750℃至约1800℃。在一些方面中,200泊熔化点是:约为1660℃、约为1670℃、约为1680℃、约为1690℃、约为1700℃、或者约为1800℃。
根据本公开内容的另一个方面,根据本公开内容的示例性玻璃的组分可以根据凸包进行限定,其中,凸包的边界点是基于玻璃中存在的氧化物的浓度之和。欧几里得空间中的一组N个点的凸包是含有这N个点的最小凸集合。可以用具有原点0以及X、Y和Z坐标轴的三维笛卡尔坐标系中的坐标来表示凸包的边界点。在本公开内容中,限定了凸包的这N个点是基本根据本公开内容的示例性玻璃中存在的15种氧化物的浓度,并且由此通过实验方式获得介电常数和损耗角正切数据。凸包的边界点是基于根据本公开内容的示例性玻璃的组成,其展现出所需的介电性质,在此处的情况下是10或更小的介电常数以及0.008或更小的损耗角正切,以10GHz的信号测量得到。本公开内容的凸包是基于37种示例性玻璃的实验数据,如下表3所示。表3包括根据本公开内容的示例性玻璃(“EG”)(摩尔%,以刚配料得到的玻璃(即,玻璃前体组合物)的氧化物计算得到),以及测量得到的玻璃的介电常数(Dk)和损耗角正切。用于限定本公开内容的示例性玻璃的凸包的这15种氧化物包括:SiO2、Al2O3、B2O3、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3。将这些15种氧化物分成3组,每组中的氧化物的加和量代表了限定了凸包的边界点的坐标中的一个。凸包的边界点的“X”坐标可以是基于玻璃中存在的SiO2、Al2O3和B2O3的量的第一加和(X加和)(以氧化物的摩尔%计)。凸包的边界点的“Y”坐标可以是基于玻璃中存在的Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的量的第二加和(Y加和)(以氧化物的摩尔%计)。凸包的边界点的“Z”坐标可以是基于玻璃中存在的SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的量的第三加和(Z加和)(以氧化物的摩尔%计)。每个边界点的组分中的任一种的单个的量可以是0(即,没有将该特定组分添加到组合物)。每个边界点的X、Y和Z坐标的加和等于100。
表3:示例性玻璃的组成和测得的介电常数与损耗角正切
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表3,续
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根据本公开内容的方面,示例性玻璃可以源自示例性玻璃组合物C,其具有满足表4中的边界点所限定的凸包,并且展现出约10或更小的介电常数和/或约0.008或更小的损耗角正切,以10GHz信号测量得到。表4中的玻璃组合物可以包含根据本文所述的本公开内容任意方面的额外组分。
表4:示例性玻璃组合物C的凸包的边界点
表4中的边界点是基于如表4所示的氧化物集合,从而分别提供X、Y和Z坐标。但是,示例性玻璃组合物C的凸包的每个边界点的X、Y和Z坐标可以通过不同的氧化物集合进行标示,对于X加和、Y加和和Z加和得到不同的值,但是仍然限定了示例性玻璃组合物C。
图2是通过表4的示例性玻璃组合物C的凸包的边界点所限定的凸包的X和Y坐标的二维图。
根据本公开内容的另一个方面,示例性玻璃可以源自示例性玻璃组合物D,其具有满足表5中的边界点所限定的凸包,并且展现出约10或更小的介电常数和/或约0.008或更小的损耗角正切,以10GHz信号测量得到。表5中的玻璃组合物可以包含根据本文所述的本公开内容任意方面的额外组分。
表5:示例性玻璃组合物D的凸包的边界点
表5中的边界点是基于如表5所示的氧化物集合,从而分别提供X、Y和Z坐标。但是,示例性玻璃组合物D的凸包的每个边界点的X、Y和Z坐标可以通过不同的氧化物集合进行标示,对于X加和、Y加和和Z加和得到不同的值,但是仍然限定了示例性玻璃组合物D。
图3是通过表5的示例性玻璃组合物D的凸包的边界点所限定的凸包的X和Y坐标的二维图。
表4和表5的凸包的边界点的X、Y和Z坐标对应于多种氧化物的加和量。在一些例子中,这些氧化物中的一种或多种可以没有被添加到玻璃组合物(即,组合物可以基本不含该特定氧化物),并且因此出于确定坐标值的目的,该特定氧化物的浓度会是“0”。在一个例子中,玻璃基本不含F、La2O3和/或ZnO。在这种情况下,当确定表4或表5的凸包的边界点的Z坐标值时,对于没有添加到组合物的那些氧化物,输入的数值会是“0”。根据本公开内容的另一个方面,示例性玻璃包含F、La2O3和/或ZnO。在一些方面中,示例性玻璃包含碱金属氧化物(R2O)。在一些方面中,示例性玻璃可以至少包含来自集合Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的MgO;以及至少包含来自集合SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的ZnO。在一些方面中,示例性玻璃可以包含来自集合Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的CaO和BaO中的至少一种;以及至少包含来自集合SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的SnO2。
确定组合物是否落入表4或表5的边界点所限定的凸包内的一种方法是采用来自的MATLAB。为了确定测试的组合物是否落入表4或表5的凸包内,将测试的组合物的组分(“P”)投射到具有如下坐标的缩小的空间中:“X”坐标是SiO2、Al2O3和B2O3的量的总和(X加和);“Y”坐标是Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的量的总和(Y加和);以及“Z”坐标是SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的量的总和(Z加和)(以氧化物的摩尔%计)。取决于进行测试的是哪个凸包,会将表4或表5的边界点输入到软件中作为“K”组。可以运行对凸包进行测试的适当的MATLAB编码;在MATLAB版本R2019a中是编码“inhul(P,K)”(要理解的是,取决于版本和/或软件,凸包的测试编码可能不同)。如果返回是“0”,那么对应于测试组合物P的点不落在K划界的凸包空间内(这是通过表4或表5的边界点所限定的空间)。如果软件返回是“1”,则对应于测试组合物P的点落在K划界的凸包空间内,因此测试组合物P落在测试的凸包(即,通过表4或表5的边界点所限定的凸包)的示例性玻璃前体组合物的范围内。如果数据点落在凸包定义的空间内或凸包的边界上,则确定该数据点由凸包划界。
例如,来自表3的示例性玻璃EG31的(X加和,Y加和,Z加和)坐标是(73.72,20.66,5.31),这代表了落在表4的边界点所限定的凸包内。又例如,来自表3的示例性玻璃EG26的(X加和,Y加和,Z加和)坐标是(93.65,6.15,0.21),这代表了落在表4的边界点所限定的凸包内。例如,来自表3的示例性玻璃EG28的(X加和,Y加和,Z加和)坐标是(78.41,21.13,0.121),这代表了落在表5的边界点所限定的凸包内。又例如,来自表3的示例性玻璃EG35的(X加和,Y加和,Z加和)坐标是(92.36,7.55,0.091),这代表了落在表5的边界点所限定的凸包内。
根据本公开内容的另一个方面,示例性玻璃可以源自如下玻璃组合物,所述玻璃组合物由根据表4的示例性玻璃组合物C和/或表5的示例性玻璃组合物D的凸包划界,并且其还满足如下方程式1和方程式2中的至少一个(以氧化物的摩尔%计):
和
对于根据本公开内容的多个示例性玻璃,通过对10GHz信号测得的介电常数Dk进行分析来得到方程式1和方程式2。方程式1和/或方程式2可以用于预测通过表4和/或表5的凸包所限定的哪种玻璃前体组合物可以形成介电常数小于或等于10的玻璃,以10GHz信号进行测量。采用线性回归或者遗传算法对数据进行分析以确定模型,该模型将玻璃所测得的介电常数与得到玻璃的玻璃前体组合物中的15种预先确定的氧化物的浓度(以氧化物的摩尔%计)关联起来。这15个预先确定的氧化物是:SiO2、Al2O3、B2O3、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3。
为了建立介电常数模型,对于(以10GHz信号进行测量的)介电常数为10或更小的37个玻璃获得实验数据。对于用于建立介电常数模型的37个实施例中的每一个,上表3显示用于形成玻璃的前体组合物中的氧化物浓度以及测量得到的所形成的玻璃的介电常数Dk和损耗角正切。将实验数据分成两组:训练组(EG2-EG4,EG6-EG25,和EG37-EG38)以及测试组(EG5和EG26-EG36)。使用训练组来建立模型,采用线性回归或者遗传算法,以及使用测试组来测试模型的准确性。基于测试组中的特定实施例玻璃的测量得到的介电常数以及该特定实施例玻璃的预测的介电常数的最小二乘法回归分析的决定系数(“R2”)值来确定模型的拟合。
采用表3中大约一半的实施例(训练组)的线性回归分析来确定方程式1。图4是基于方程式1的余下实施例(测试组)的预测的介电常数与测试组中的每个实施例的测量得到的介电常数的对比图。图4中的数据点对应于表3中的个体实施例,以及虚线代表与数据点的最小二乘法回归拟合。方程式1的R2值是0.9923,表明测试组实施例的预测的介电常数与测量得到的介电常数之间的良好拟合。
采用遗传算法框架演化多代之间的非线性随机函数来确定方程式2,每一代迭代数百次,直到得到R2值是至少0.9的多个函数。遗传算法在每次迭代产生一组点,采用随机数生成器产生每次迭代的点。基于R2值和产生的函数中的拟合参数的数量从产生的函数列表中选择方程式2(即,R2值是函数准确性的指示,并且越简单的函数具有越少的拟合参数)。图5是基于方程式2的余下一半实施例(测试组)的预测的介电常数与测试组中的每个实施例的测量得到的介电常数的对比图。方程式2的R2值是0.9931,表明玻璃的预测的介电常数与测量得到的介电常数之间的良好拟合。
为了确定测试前体组合物是否满足方程式1和/或方程式2,采用前体组合物中对应的氧化物浓度求解方程。如果解方程得到的数值输出≤10,则测试前体组合物满足该方程。如果解方程得到的数值输出>10,则测试前体组合物不满足该方程。方程式1和2的测试组实施例的预测的介电常数与测量得到的介电常数之间的良好拟合至少表明采用方程式1和/或方程式2对组合物是否具有10GHz测量时具有10或更小的介电常数的预测情况的合理预期。
如果玻璃组合物由表4和/或表5的凸包所限定,并且不满足方程式1或方程式2,则源自该特定前体组合物的玻璃不可能会展现出10或更小的介电常数(以10GHz信号测量),并且因此玻璃不会包含在本公开内容的玻璃内。如果玻璃组合物由表4和/或表5的凸包所限定,并且同时满足方程式1和方程式2,则此类玻璃可能具有10或更小的介电常数(以10GHz信号测量),并且因此落在本公开内容的示例性玻璃的范围内。如果玻璃组合物由表4和/或表5的凸包所限定,并且仅满足方程式1或方程式2中的一个,则此类玻璃可能具有10或更小的介电常数(以10GHz信号测量),并且因此落在本公开内容的示例性玻璃的范围内。源自满足方程式1和/或方程式2的组合物的玻璃可以具有如下测量得到的介电常数:约10或更小,约8或更小,约7.5或更小,约5或更小,约4或更小,或者约3或更小,以10GHz信号测量。在一些实践方式中,源自满足方程式1和/或方程式2的组合物的玻璃可以具有如下测量得到的介电常数:约2至约10,约3至约10,约4至约10,约5至约10,约6至约10,约7至约10,约8至约10,约9至约10,约2至约8,约2至约6,约2至约4,约3至约10,约3至约8,约3至约6,约3至约5,约3至约4,约4至约6,约4至约8,或者约4至约10,这是以10GHz信号测量得到的。
线性回归分析和遗传算法框架可能无法分别俘获可用于形成根据本公开内容的玻璃的所有组合物。可能存在这样一些情况,其中,线性回归分析俘获了被表4和/或表5的凸包所包含的并且具有所需的介电性质的那些组合物,但是它们没有被遗传算法框架俘获,反之亦可。通过采用线性回归分析和遗传算法框架这两者对组合物进行评估,降低了落在凸包限定的空间内并且具有10或更小的介电常数的组合物没有被鉴定出来(这是以10GHz信号测量得到的)的可能性。
根据本公开内容的另一个方面,示例性玻璃可以源自如下玻璃前体组合物,所述玻璃前体组合物由根据表4的示例性玻璃组合物C和/或表5的示例性玻璃组合物D的凸包划界,并且其还满足如下方程式3和方程式4中的至少一个(以氧化物的摩尔%计):
和
对于根据本公开内容的多个示例性玻璃,通过对10GHz信号测得的损耗角正切进行分析来得到方程式3和方程式4。方程式3和/或方程式4可以用于预测通过表4和/或表5的凸包所限定的哪种玻璃组合物可以形成损耗角正切小于或等于0.008的玻璃,以10GHz信号进行测量。采用线性回归或者遗传算法以类似于上文关于方程式1和方程式2的所述方式对数据进行分析以确定模型,该模型将玻璃所测得的损耗角正切与得到玻璃的玻璃组合物中的15种预先确定的氧化物的浓度(以氧化物的摩尔%计)关联起来。这15个预先确定的氧化物与用于确定方程式1和2的那些是相同的。
采用表3所示的实施例的氧化物浓度和测量得到的损耗角正切值来建立损耗角正切模型。以与上文关于方程式1和2所述相同的方式将表3的实验数据分成大致相同规格的两组(训练组和测试组)。使用训练组来建立模型,采用线性回归或者遗传算法,以及使用测试组来测试模型的准确性。基于测试组中的特定实施例玻璃的测量得到的损耗角正切以及该特定实施例玻璃的预测的损耗角正切的最小二乘法回归分析的决定系数(“R2”)值来确定模型的拟合。
采用表3中大约一半的实施例(训练组)的线性回归分析来确定方程式3。图6是基于方程式3的余下实施例(测试组)的预测的损耗角正切与测试组中的每个实施例的测量得到的损耗角正切的对比图。图6中的数据点对应于表3中的个体实施例,以及虚线代表与数据点的最小二乘法回归拟合。方程式3的R2值是0.9436,表明测试组实施例的预测的损耗角正切与测量得到的损耗角正切之间的良好拟合。
采用遗传算法框架演化多代之间的非线性随机函数来确定方程式4,每一代迭代数百次,直到得到R2值是至少0.9的多个函数。基于R2值和产生的函数中的拟合参数的数量从产生的函数列表中选择方程式4(即,R2值是函数准确性的指示,并且越简单的函数具有越少的拟合参数)。图7是基于方程式4的余下实施例(测试组)的预测的损耗角正切与测试组中的每个实施例的测量得到的损耗角正切的对比图。图7中的数据点对应于表3中的个体实施例,以及虚线代表与数据点的最小二乘法回归拟合。方程式4的R2值是0.9136,表明玻璃的预测的介电常数与测量得到的介电常数之间的良好拟合。
为了确定测试玻璃组合物是否满足方程式3和/或方程式4,采用玻璃组合物中对应的氧化物浓度求解方程。如果解方程得到的数值输出≤0.008,则测试玻璃组合物满足该方程。如果解方程得到的数值输出>0.008,则测试玻璃组合物不满足该方程。方程式3和4的测试组实施例的预测的介电常数与测量得到的介电常数之间的良好拟合至少表明采用方程式3和/或方程式4对组合物是否具有10GHz测量时具有0.008或更小的损耗角正切的预测情况的合理预期。
如果玻璃组合物由表4和/或表5的凸包所限定,并且不满足方程式3或方程式4,则源自该特定组合物的玻璃不可能会展现出0.008或更小的损耗角正切(以10GHz信号测量)。如果玻璃组合物由表4和/或表5的凸包所限定,并且同时满足方程式3和方程式4,则此类玻璃可能具有0.008或更小的损耗角正切(以10GHz信号测量),并且因此落在本公开内容的示例性玻璃的范围内。如果玻璃组合物由表4和/或表5的凸包所限定,并且仅满足方程式3或方程式4中的一个,则此类玻璃可能具有0.008或更小的损耗角正切(以10GHz信号测量),并且因此落在本公开内容的示例性玻璃的范围内。源自满足方程式3和/或方程式4的前体组合物的玻璃可以具有如下测量得到的损耗角正切:约0.008或更小,约0.005或更小,约0.0025或更小,或者约0.001或更小,以10GHz信号测量。在一些方面中,源自满足方程式3和/或方程式4的前体组合物的玻璃可以具有如下测量得到的损耗角正切:约0.0004至约0.01,约0.001至约0.01,约0.0025至约0.01,约0.005至约0.01,约0.0004至约0.001,约0.0004至约0.0025,约0.0004至约0.005,约0.001至约0.0025,约0.001至约0.005,约0.0025至约0.005,约0.0004至约0.008,约0.001至约0.008,约0.0025至约0.008,或者约0.005至约0.008。
线性回归分析和遗传算法框架可能无法分别俘获可用于形成根据本公开内容的玻璃的所有组合物。可能存在这样一些情况,其中,线性回归分析俘获了被表4和/或表5的凸包所包含的并且具有所需的介电性质的那些组合物,但是它们没有被遗传算法框架俘获,反之亦可。通过采用线性回归分析和遗传算法框架这两者对组合物进行评估,降低了落在凸包限定的空间内并且具有0.008或更小的损耗角正切的组合物没有被鉴定出来(以10GHz信号测量)的可能性。
在本公开内容的一些方面中,根据本公开内容的玻璃是如下那些玻璃:(a)被表4和/或表5中的边界点所限定凸包所包括;(b)满足方程式1和/或方程式2;以及(c)满足方程式3和/或4。满足所有3个元素(a)、(b)和(c)的玻璃可以具有如下介电常数:约10或更小、约7.5或更小、约5或更小、约4或更小、约3或更小、约2至约10、约3至约10、约4至约10、约5至约10、约6至约10、约7至约10、约8至约10、约9至约10、约2至约8、约2至约6、约2至约4、约3至约10、约3至约8、约3至约6、约3至约5、约3至约4、约4至约6、约4至约8、或者约4至约10;结合如下损耗角正切:约0.01或更小、约0.005或更小、约0.0025或更小、约0.001或更小、约0.0004至约0.01、约0.001至约0.01、约0.0025至约0.01、约0.005至约0.01、约0.0004至约0.001、约0.0004至约0.0025、约0.0004至约0.005、约0.001至约0.0025、约0.001至约0.005、约0.0025至约0.005、约0.0004至约0.008、约0.001至约0.008、约0.0025至约0.008、或者约0.005至约0.008,以10GHz信号测量得到。
实施例
以下实施例说明了本公开所提供的各种特征和优点,它们不以任何方式构成对本发明或所附权利要求书的限制。
实施例1
下表6显示根据本公开内容的示例性玻璃(“EG”),以摩尔%计,基于刚配料的玻璃的氧化物计算(从该玻璃前体组合物得到玻璃)。玻璃样品通过如下方式制备:通过涡轮混合器对粉末批料进行60分钟掺混,以及在1650℃的有盖铂坩埚中熔化持续16小时。作为块体倒出熔化的玻璃并在550-600℃退火。通过标准方法或者预测模型测量玻璃的性质。
对于表6中呈现的数据,通过纤维伸长技术确定或者预测在0℃至300℃(±5℃)的温度范围上的CTE,表述为“x10-7℃”。软化点(“软化点”)、退火点(“退火点”)和应变点(“应变点”)表述为℃。弹性模量(“E模量”)(也称作杨氏模量)表示为吉帕斯卡(GPa),密度表述为g/cm3,以及粘度表述为泊。
200泊熔化温度(定位于玻璃熔体证实具有200泊粘度的温度)表述为℃。采用Vogel-Fulcher-Tammann方程拟合高温粘度数据(根据ASTM C965-81通过转筒粘度计测量)来计算200泊熔化温度。采用标准液相线方法测量玻璃的液相线温度,该方法涉及将粉碎的玻璃颗粒置于铂舟中,将舟放入具有梯度温度区的炉中,在适当温度区域对舟加热24小时,以及通过用显微镜检测的方式确定玻璃内部出现晶体的最高温度。从这个温度以及Vogel-Fulcher-Tammann方程的系数(A、B和To)来确定液相线粘度(单位是泊)。
对于3”x3”且厚度小于1mm的经过抛光的刚制得的玻璃样品测量介电性质。测试频率范围为2.7GHz至50GHz。每个样品确定介电常数Dk和损耗角正切。样品使用信号频率小于10GHz的分离式柱介电谐振器或信号频率大于10GHz的开腔谐振器进行测试。在每种情况下,从共振峰的位移和展宽来测量介电常数和损耗角正切。
表6:示例性玻璃(“EG”)的组成和性质
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*表示采用建模的预测值;所有其他值是通过测量值以实验方式获得的。
N/A-由于相分离无法进行测量。
EG1举例的是没有碱金属(这在一些应用中可能是合乎希望的)并且具有增加的B2O3量的玻璃。EG2证实了用Al2O3取代部分SiO2和B2O3对于玻璃粘度的影响。样品EG1-EG6还证实了RO、Al2O3和B2O3的含量会对于玻璃的熔化和成形特性产生影响。不受限于任何特定理论,发现当玻璃的RO、Al2O3和B2O3含量调节至RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比满足约0至约0.5的范围内的时候,示例性玻璃EG1-EG6的熔化和成形特性相比于其他玻璃得到改善。
此外,表6中的数据证实示例性玻璃具有低的介电常数Dk和损耗角正切。不受限于任何特定理论,发现当存在的SiO2、B2O3和Al2O3的量满足B2O3:(Al2O3+SiO2)之比落入约0.22至约0.35的范围内时,改善了介电性质。因此,表6中的数据证实了本公开内容的玻璃能够展现出改善的介电性质结合改善的可成形性。
示例性玻璃EG2-EG5显示根据本公开内容的玻璃表征为在10GHz信号频率具有约0.001或更低的低损耗角正切。如上文所述,10GHz处的低损耗角正切对于适应10GHz或更高频率下的数据速率的预期增加是重要的。此外,本公开内容的示例性玻璃还展现出低的介电常数(小于5)。具有高介电常数的材料对于微电子装置的持续规模化而言通常是不合适的,因为信号反射可能受到介电常数的影响。因此,(例如,如本文的示例性玻璃所展现出的)低的介电常数对于越来越小规格的装置也是合适的。
图1是示例性玻璃EG2、EG3和EG4与水、蓝宝石、特氟龙硅和钠钙硅酸盐玻璃在10GHz信号频率的介电常数和损耗角正切的对比图。如图1所证实,本公开内容的示例性玻璃提供了低介电常数结合低损耗角正切的良好平衡。因此,本公开内容的玻璃提供了用于需要低介电常数和低损耗角正切的应用中的额外替代材料。
表6中的数据还证实了示例性玻璃EG1-EG6展现出较低的CTE值。因此,示例性玻璃在展现出对于介电性质和可成形性的改善的同时,示例性玻璃还维持了较低的CTE值。如上文所述,低的CTE值对于形成包含芯层与一层或多层包覆层的玻璃层叠体会是有用的。
示例性玻璃EG1-EG4全都具有大于700℃的预测的软化点,这远高于PCB加工中常见的焊料重流温度(通常是260℃持续30秒)。表6中的数据表明,本公开内容的玻璃可以表征为当加热至260℃时,持续30秒的尺寸稳定性。如上文所述,此类尺寸稳定性特性结合示例性玻璃的介电性质以及它们的可成形性,表明本公开内容的玻璃可以适合用于PCB应用中的绝缘层层叠体。
实施例2
表7-9显示示例性玻璃EG2-EG4在约9.6GHz至约21GHz的信号频率范围上的介电性质。以与上文关于实施例1所述相同方式获得介电性和损耗角正切数据。表7-9中的数据显示本公开内容的玻璃能够在大于10GHz的信号频率维持低的介电常数和低的损耗角正切。
表7:EG2的介电性质
表8:EG3的介电性质
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表9:EG4的介电性质
实施例3
表10显示示例性玻璃EG5在约2.6GHz至约9.9GHz的信号频率范围上的介电性质。以与上文关于实施例1所述相同方式获得介电性和损耗角正切数据。表10显示至少在最高至几乎约10GHz的情况下,EG5展现出低的介电常数和超低的损耗角正切。
表10:EG5的介电性质
实施例4
表3列出了根据本公开内容的示例性玻璃(“EG”)的测量得到的介电常数和损耗角正切值,以摩尔%计,以玻璃前体组合物(刚配料得到的组合物)的氧化物计算。玻璃样品通过如下方式制备:通过涡轮混合器对粉末批料进行60分钟掺混,以及在1650℃的有盖铂坩埚中熔化持续16小时。作为块体倒出熔化的玻璃并在550-600℃退火。对于3”x3”且厚度小于1mm的经过抛光的刚制得的玻璃样品测量介电性质。测试频率范围为2.7GHz至50GHz。每个样品确定介电常数Dk和损耗角正切。样品使用信号频率小于10GHz的分离式柱介电谐振器或信号频率大于10GHz的开腔谐振器进行测试。在每种情况下,从共振峰的位移和展宽来测量介电常数和损耗角正切。
实施例5
表11和12显示根据本公开内容的示例性玻璃EG39-EG57,以摩尔%计,基于刚配料的玻璃的氧化物计算(从该玻璃前体组合物得到玻璃)。以如上文关于实施例1的示例性玻璃所述对玻璃样品进行制备和表征。
用于形成示例性玻璃EG39-EG57的玻璃组合物全都包含大致相同的SiO2和相似的B2O3:Al2O3之比,从而显示RO浓度和含量对于玻璃的介电性质(例如,介电常数和损耗角正切)的影响。表11包括示例性玻璃EG39-EG50,其包含单种RO物质,如表11所示。表12包括示例性玻璃EG51-EG57,其包含2种RO物质的组合,如表12所示。以10GHz的信号频率测量表11和12中所记录的介电常数Dk值和损耗角正切值。
表11:具有单种RO物质的示例性玻璃EG39-EG50的组成和性质
氧化物(摩尔%) | EG39 | EG40 | EG41 | EG42 | EG43 | EG44 |
SiO2 | 70.10 | 70.02 | 69.98 | 70.29 | 70.47 | 69.82 |
Al2O3 | 9.14 | 8.18 | 7.15 | 9.06 | 7.94 | 7.16 |
B2O3 | 18.56 | 16.62 | 14.76 | 18.48 | 16.55 | 14.85 |
MgO | 2.10 | 5.08 | 8.01 | 0 | 0 | 0 |
CaO | 0 | 0 | 0 | 2.06 | 4.94 | 8.07 |
SrO | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
BaO | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
SnO2 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.10 |
RO总计 | 2.10 | 5.08 | 8.01 | 2.06 | 4.94 | 8.07 |
B2O3:Al2O3 | 2.03 | 2.03 | 2.06 | 2.04 | 2.09 | 2.07 |
Dk | 4.14 | 4.23 | 4.62 | 4.22 | 4.44 | 4.64 |
损耗角正切 | 0.0012 | 0.0015 | 0.0021 | 0.0014 | 0.0021 | 0.0027 |
密度(g/cm3) | 2.235 | 2.248 | 2.243 | 2.228 | 2.251 | 2.29 |
表11,续
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表12:具有混合的RO物质的示例性玻璃EG51-EG57的组成和性质
氧化物(摩尔%) | EG51 | EG52 | EG53 | EG54 | EG55 | EG56 | EG57 |
SiO2 | 70.00 | 70.17 | 70.35 | 69.94 | 69.14 | 69.02 | 68.95 |
Al2O3 | 7.16 | 7.12 | 6.96 | 7.11 | 7.16 | 7.16 | 7.10 |
B2O3 | 14.81 | 14.60 | 14.86 | 14.71 | 15.49 | 15.69 | 15.83 |
MgO | 3.94 | 3.85 | 3.89 | 0 | 5.10 | 4.03 | 3.03 |
CaO | 4.00 | 0 | 0 | 3.91 | 3.00 | 4.01 | 4.98 |
SrO | 0 | 4.16 | 0 | 4.23 | 0 | 0 | 0 |
BaO | 0 | 0 | 3.83 | 0 | 0 | 0 | 0 |
SnO2 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.11 | 0.10 | 0.10 |
RO总计 | 7.94 | 8.01 | 7.72 | 8.14 | 8.10 | 8.04 | 8.01 |
B2O3:Al2O3 | 2.07 | 2.05 | 2.13 | 2.07 | 2.16 | 2.19 | 2.23 |
Dk | -- | -- | -- | -- | 4.43 | 4.48 | 4.49 |
损耗角正切 | -- | -- | -- | -- | 0.0023 | 0.0023 | 0.0023 |
密度(g/cm3) | -- | -- | -- | -- | 2.269 | 2.27 | 2.274 |
表12,续
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表8A和8B分别显示对于单RO物质,在10GHz信号测得的介电常数与损耗角正切与RO浓度的函数关系。图8A和8B分别绘制了如下实施例的介电常数和损耗角正切,所述实施例具有单RO物质,浓度约为2.1摩尔%、5.1摩尔%和8.1摩尔%的MgO(EG39-EG41)、CaO(EG42-EG44)、SrO(EG45-EG47)以及BaO(EG48-EG50)。图8A中的图形证实了随着RO含量的增加,介电常数增加。图8A中的数据还证实对于给定RO物质浓度,基于RO物质的介电常数的增加顺序如下:Mg<Ca<Sr<Ba。这个关系表明介电常数可能随着阳离子尺寸的增加而增加,并且随着阳离子场强的增加而增加。图8A中的数据还显示介电常数与SrO浓度的函数关系和介电常数与CaO浓度的函数关系是相似的,表明CaO和SrO都是与MgO混合从而提供具有所需介电性质的玻璃的潜在候选品。
图8B中的图形证实了随着RO含量的增加,损耗角正切增加。图8B中的数据还证实了对于给定RO物质浓度,在约5.1摩尔%时,基于RO物质的损耗角正切的增加顺序是Mg<Ca<Sr<Ba;但是在约2.1摩尔%和约8.1摩尔%时,含SrO的玻璃的损耗角正切约等于或者小于含对应浓度的CaO玻璃样品的损耗角正切。图8B中的数据证实了损耗角正切与SrO浓度的函数关系和损耗角正切与CaO浓度的函数关系的相似性,这表明CaO和SrO都是与MgO混合从而提供具有所需介电性质的玻璃的潜在候选品。
图8A和8B所示的数据表明当仅存在单一类型的RO物质时,降低本公开内容的玻璃组合物中的RO物质浓度时,可以提供玻璃的介电常数和损耗角正切的下降。
图9A和9B分别对比了包含单种RO物质或者混合RO物质的玻璃的介电常数和损耗角正切。这两幅图中的X轴都是单种RO物质(MgO、CaO或BaO)与玻璃组合物中存在的RO的总量(RO总计)之比。图9A中的数据显示,具有混合的RO物质(例如MgO+CaO)的实施例(EG55-57)以及具有MgO+SrO的实施例(EG61)展现出比具有单一类型的RO物质的实施例更低的介电常数,尽管单一RO物质与混合RO物质的实施例的RO总计是大致相同的。例如,同时包含MgO和CaO的EG55-57展现出比对应的单RO物质实施例玻璃EG41(MgO)和EG44(CaO)更低的介电常数。CaO或SrO与BaO的组合(分别是EG58和EG59)导致玻璃具有比单独BaO(EG50)的情况下更低的介电常数。EG61证实了结合MgO和SrO可以产生具有比单独的SrO(EG47)更低的介电常数的玻璃。图8A显示对于单RO物质的情况,介电常数随着RO含量的下降而降低。图9A所示数据证实在希望具有较高RO总量的应用中,对于给定RO总计,相比于具有单RO物质的玻璃,结合两种或更多种RO物质可以提供具有更低介电常数的本公开内容的玻璃。例如,增加玻璃组合物中的RO浓度可以促进降低液相线温度,但是如图8A所示,当仅使用单种RO物质时,RO浓度的增加使得玻璃的介电常数增加。混合的RO物质(例如,MgO+CaO或者MgO+SrO)可以有助于提供所希望的液相线温度的下降,同时还降低了玻璃的介电常数。
图9B中的数据显示,具有混合的RO物质(例如MgO+CaO)的实施例(EG55-57)以及具有MgO+SrO的实施例(EG61)展现出比仅具有CaO、SrO或BaO作为RO物质的实施例更低的损耗角正切,尽管单一RO物质与混合RO物质的实施例的RO总计是大致相同的。例如,同时包含MgO和CaO的EG55-57展现出比含有CaO的单RO物质实施例(EG44)、含有SrO的单RO物质实施例(EG47)和含有BaO的单RO物质实施例(EG50)更低的损耗角正切。CaO或SrO与BaO的组合(分别是EG58和EG59)导致玻璃具有比单独BaO(EG50)的情况下更低的损耗角正切。EG61证实了结合MgO和SrO可以产生具有比单独的SrO(EG47)更低的损耗角正切的玻璃。图8B显示对于单RO物质的情况,损耗角正切随着RO含量的下降而降低。图9B所示数据证实在希望具有较高RO总量的应用中,对于给定RO总计,相比于具有单RO物质(CaO、SrO或BaO)的玻璃,结合两种或更多种RO物质可以提供具有更低损耗角正切的本公开内容的玻璃。仅包含MgO作为单RO物质的实施例(EG41)具有最低的损耗角正切值。但是,图9B中的数据表明,在希望存在除了MgO之外的RO物质(CaO、SrO或BaO)的应用中,这些物质与MgO的组合可能会导致玻璃的损耗角正切低于仅包含CaO、SrO或BaO作为单RO物质的相当的玻璃。
图10A和10B分别显示表11和12的单RO物质与混合的RO物质的实施例的介电常数和损耗角正切与玻璃密度的函数关系。还显示了对于单RO物质与混合的RO物质的玻璃的最小二乘法回归。图10A和10B中的数据分别暗示了具有混合的RO物质的实施例玻璃的密度与介电常数和损耗角正切这两者之间都具有线性关系,表现为R2值≥约0.95。
不希望受限于任何理论,相信RO浓度以及混合的RO物质中的类型的影响可能与玻璃的摩尔体积和分子极化性相关。图11对比了表11和12的单RO物质和混合的RO物质的示例性玻璃的数个例子测量得到的介电常数与采用Clausius-Mossotti方程和可加性规则预测的介电常数。可以采用如下所示的Clausius-Mossotti方程(方程式5)来预测介电常数(Dk):
Vm是玻璃的摩尔体积,以及αD是玻璃的分子极化性。还显示了对于单RO物质与混合的RO物质的示例性玻璃的最小二乘法回归的R2值。混合的RO物质实施例的R2值大于0.97,表明Clausius-Mossotti方程和可加性规则可以以合理的确定性来用于预测表12的示例性玻璃的介电常数。这表明混合的RO物质对于玻璃的介电常数的影响可能至少部分与玻璃的摩尔体积和分子极化性相关。
实施例6
表13显示根据本公开内容的示例性玻璃EG62-EG76,以摩尔%计,基于刚配料的玻璃的氧化物计算(从该玻璃前体组合物得到玻璃)。以如上文关于实施例1的示例性玻璃所述对玻璃样品进行制备和表征。
表13:示例性玻璃EG62-EG76的组成和性质
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表13,续
表13,续
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*表示采用建模的预测值;所有其他值是通过测量值以实验方式获得的。
本公开内容包含以下非限制性方面。
根据本公开内容的第1个方面,制品包括玻璃,其包含:SiO2是约60%至约80%;Al2O3是0%至约13%;B2O3是约15%至约28%;0%至约1%的至少一种澄清剂;以及一种或多种碱土氧化物(RO),其总计为0%至约15%(以氧化物的摩尔计),其中,RO选自CaO、MgO、BaO和SrO,其中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.13至约0.35,以及其中,玻璃包括约10或更小的介电常数以及约0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第2个方面,根据方面1的制品,其中,澄清剂包含SnO2、Sb2O3、As2O3和卤素盐中的一种或多种。
根据本公开内容的第3个方面,根据方面1的制品,其中,玻璃还包含CaO、MgO、BaO和SrO中的一种或多种,总计是约2%至约15%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第4个方面,根据方面3的制品,其中,玻璃还包含:MgO是约1%至约13%,以及CaO是约0.1%至约10%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第5个方面,根据方面1的制品,其中,玻璃包含0摩尔%<RO≤8.5摩尔%,并且还包括约6或更小的介电常数和/或约0.004或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第6个方面,根据方面1的制品,其中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.22至约0.35。
根据本公开内容的第7个方面,根据方面1的制品,其中,RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是0至约0.9。
根据本公开内容的第8个方面,根据方面1的制品,其中,RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是约0.2至约0.9。
根据本公开内容的第9个方面,根据方面1的制品,其中,玻璃还包含:SiO2是约64%至约75%;Al2O3是约1%至约12%;以及B2O3是约16%至约26%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第10个方面,根据方面1-9中任一项的制品,其中,玻璃包括约7.5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第11个方面,根据方面1-9中任一项的制品,其中,玻璃包括约5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第12个方面,根据第1-11个方面中任一项的制品,其中,玻璃包含不超过痕量的碱金属氧化物。
根据本公开内容的第13个方面,根据方面1-12中任一项的制品,其中,玻璃包括约25x10-7/℃至约65x10-7/℃的平均热膨胀系数(CTE),在0℃至300℃测量。
根据本公开内容的第14个方面,根据方面1-13中任一项的制品,其中,玻璃包括260℃持续30秒的尺寸稳定性。
根据本公开内容的第15个方面,制品包括玻璃,其包含:SiO2是约60%至约80%;Al2O3是0%至约13%;B2O3是约15%至约28%;0%至约1%的至少一种澄清剂;以及一种或多种碱土氧化物(RO),其总计为0%至约15%(以氧化物的摩尔计),其中,RO选自CaO、MgO、BaO和SrO,其中,RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是约0至约0.9,以及其中,玻璃包括约40千泊至约5000千泊的液相线粘度。
根据本公开内容的第16个方面,根据方面15的制品,其中,澄清剂包含SnO2、Sb2O3、As2O3和卤素盐中的一种或多种。
根据本公开内容的第17个方面,根据方面16的制品,其中,玻璃还包含CaO、MgO、BaO和SrO中的一种或多种,总计是约2%至约15%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第18个方面,根据方面17的制品,其中,玻璃还包含:MgO是约1%至约13%,以及CaO是约0.1%至约10%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第19个方面,根据方面15的制品,其中,玻璃包含0摩尔%<RO≤8.5摩尔%,并且还包括约6或更小的介电常数和/或约0.004或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第20个方面,根据方面15的制品,其中,RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是约0.2至约0.9。
根据本公开内容的第27个方面,根据方面15的制品,其中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.13至约0.35。
根据本公开内容的第22个方面,根据方面21的制品,其中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.22至约0.35。
根据本公开内容的第23个方面,根据方面15的制品,其中,玻璃还包含:SiO2是约65%至约80%;Al2O3是约1%至约8%;以及B2O3是约16%至约26%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第24个方面,根据方面15-23中任一项的制品,其中,玻璃还包括约1110℃至约1325℃的35000泊温度。
根据本公开内容的第25个方面,根据方面15-24中任一项的制品,其中,玻璃还包括约1600℃至约1825℃的200泊熔点。
根据本公开内容的第26个方面,根据方面15-25中任一项的制品,其中,玻璃包含不超过痕量的碱金属氧化物。
根据本公开内容的第27个方面,根据方面15-26中任一项的制品,其中,玻璃包括约25x10-7/℃至约65x10-7/℃的平均热膨胀系数(CTE),在0℃至300℃测量。
根据本公开内容的第28个方面,根据方面15-27中任一项的制品,其中,玻璃还包括约50千泊至约3000千泊的液相线粘度。
根据本公开内容的第29个方面,根据方面15-29中任一项的制品,其中,玻璃包括260℃持续30秒的尺寸稳定性。
根据本公开内容的第30个方面,制品包括玻璃,其包含:SiO2是约60%至约80%;Al2O3是0%至约13%;B2O3是约15%至约28%;0%至约1%的至少一种澄清剂;以及一种或多种碱土氧化物(RO),其总计为0%至约15%(以氧化物的摩尔计),其中,RO选自CaO、MgO、BaO和SrO,其中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.13至约0.35,以及其中,玻璃包括约10或更小的介电常数以及约0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号测量得到的,以及其中,玻璃还包括约40千泊至约5000千泊的液相线粘度。
根据本公开内容的第31个方面,根据方面30的制品,其中,澄清剂包含SnO2、Sb2O3、As2O3和卤素盐中的一种或多种。
根据本公开内容的第32个方面,根据方面30的制品,其中,玻璃包括约7.5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第33个方面,根据方面30的制品,其中,玻璃包括约5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第34个方面,根据方面30-33中任一项的制品,其中,玻璃包括约50千泊至约3000千泊的液相线粘度。
根据本公开内容的第35个方面,根据方面30-34中任一项的制品,其中,玻璃还包括约1110℃至约1325℃的35000泊温度。
根据本公开内容的第36个方面,根据方面30-35中任一项的制品,其中,玻璃还包含:SiO2是约64%至约75%;Al2O3是约1%至约12%;以及B2O3是约16%至约26%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第37个方面,根据方面30的制品,其中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.22至约0.35。
根据本公开内容的第38个方面,根据方面30的制品,其中,RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是约0至约0.9。
根据本公开内容的第39个方面,根据方面38的制品,其中,RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是约0.2至约0.9。
根据本公开内容的第40个方面,制品包括玻璃,其包含:SiO2是约60%至约80%;Al2O3是0%至约13%;B2O3是约15%至约28%;0%至约1%的至少一种澄清剂,以及MgO和至少一种额外的碱土氧化物(RO),其中,所述至少一种额外的RO选自CaO、BaO和SrO,以及其中,MgO加上所述至少一种额外的RO的总量(RO总计)是约3%至约15%(以氧化物的摩尔计),以及其中,玻璃包括约10或更小的介电常数和/或约0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第41个方面,根据方面40的制品,其还包括约0.008或更小的损耗角正切,这是以10GHz信号测得的。
根据本公开内容的第42个方面,根据方面40的制品,其中,玻璃包括约7.5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第43个方面,根据方面40-42中任一项的制品,其中,MgO:RO总计之比至少是0.3。
根据本公开内容的第44个方面,根据方面40-42中任一项的制品,其中,MgO:RO总计之比至少是0.5。
根据本公开内容的第45个方面,根据方面40-44中任一项的制品,其中,RO总计是约4%至约15摩尔%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第46个方面,根据方面40-45中任一项的制品,其中,RO总计:Al2O3之比>1。
根据本公开内容的第47个方面,根据方面40-46中任一项的制品,其中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.13至约0.35。
根据本公开内容的第48个方面,根据方面40-47中任一项的制品,其中,所述至少一种额外的RO是CaO,以及其中,存在的MgO是约1%至约10%,以及存在的CaO是约1%至约10%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第49个方面,根据方面40-47中任一项的制品,其中,所述至少一种额外的RO是CaO,以及其中,存在的MgO是约1%至约7%,以及存在的CaO是约2%至约7%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第50个方面,根据方面40-47中任一项的制品,其中,所述至少一种额外的RO是SrO,以及其中,存在的MgO是约1%至约10%,以及存在的SrO是约1%至约5%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第51个方面,根据方面40-50中任一项的制品,其中,澄清剂包含SnO2、Sb2O3、As2O3和卤素盐中的一种或多种。
根据本公开内容的第52个方面,根据方面40-51中任一项的制品,其中,RO总计:(Al2O3+B2O3)之比是约0.2至约0.6。
根据本公开内容的第53个方面,根据第40-52个方面中任一项的制品,其中,玻璃基本不含碱金属氧化物。
根据本公开内容的第54个方面,根据方面40-53中任一项的制品,其中,玻璃具有约2.2至约2.5克每立方厘米的密度,在约25℃进行测量。
根据本公开内容的第55个方面,根据方面40-54中任一项的制品,其中,玻璃还包括约1110℃至约1325℃的35000泊温度。
根据本公开内容的第56个方面,根据方面40-55中任一项的制品,其中,玻璃还包括约1600℃至约1825℃的200泊熔点。
根据本公开内容的第57个方面,用于电子装置中基材的制品包括玻璃,其基本由如下构成:SiO2是约60%至约80%;Al2O3是0%至约13%;B2O3是约15%至约28%;0%至约1%的至少一种澄清剂;以及MgO和至少一种额外的碱土氧化物(RO),其中,所述至少一种额外的RO选自CaO、BaO和SrO,以及其中,MgO加上所述至少一种额外的RO的总量(RO总计)是约3%至约15%(以氧化物的摩尔计),以及其中,玻璃包括约10或更小的介电常数和/或约0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第58个方面,根据方面57的制品,其还包括约0.008或更小的损耗角正切,这是以10GHz信号测得的。
根据本公开内容的第59个方面,根据方面57的制品,其中,玻璃包括约7.5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第60个方面,根据方面57-59中任一项的制品,其中,MgO:RO总计之比至少是0.3。
根据本公开内容的第61个方面,根据方面57-59中任一项的制品,其中,MgO:RO总计之比至少是0.5。
根据本公开内容的第62个方面,根据方面57-44中任一项的制品,其中,RO总计是约4%至约15摩尔%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第63个方面,根据方面57-62中任一项的制品,其中,RO总计:Al2O3之比>1。
根据本公开内容的第64个方面,根据方面57-63中任一项的制品,其中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是约0.13至约0.35。
根据本公开内容的第65个方面,根据方面57-64中任一项的制品,其中,所述至少一种额外的RO是CaO,以及其中,存在的MgO是约1%至约10%,以及存在的CaO是约1%至约10%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第66个方面,根据方面57-64中任一项的制品,其中,所述至少一种额外的RO是CaO,以及其中,存在的MgO是约1%至约7%,以及存在的CaO是约2%至约7%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第67个方面,根据方面57-64中任一项的制品,其中,所述至少一种额外的RO是SrO,以及其中,存在的MgO是约1%至约10%,以及存在的SrO是约1%至约5%(以氧化物的摩尔计)。
根据本公开内容的第68个方面,根据方面57-67中任一项的制品,其中,澄清剂包含SnO2、Sb2O3、As2O3和卤素盐中的一种或多种。
根据本公开内容的第69个方面,根据方面57-68中任一项的制品,其中,RO总计:(Al2O3+B2O3)之比是约0.2至约0.6。
根据本公开内容的第70个方面,根据第57-69个方面中任一项的制品,其中,玻璃基本不含碱金属氧化物。
根据本公开内容的第71个方面,根据方面57-70中任一项的制品,其中,玻璃具有约2.2至约2.5克每立方厘米的密度,在约25℃进行测量。
根据本公开内容的第72个方面,根据方面57-71中任一项的制品,其中,玻璃还包括约1110℃至约1325℃的35000泊温度。
根据本公开内容的第73个方面,根据方面57-72中任一项的制品,其中,玻璃还包括约1600℃至约1825℃的200泊熔点。
根据本公开内容的第74个方面,制品包括玻璃,其包含:SiO2,Al2O3,和B2O3;以及选自Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3中的至少一种,其中,SiO2、Al2O3和B2O3的第一加和(X加和),Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的第二加和(Y加和),与SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的第三加和(Z加和)落在X加和、Y加和和Z加和的凸包内(X加和、Y加和和Z加和是氧化物的摩尔%),其由如下边界点进一步限定:
其中,玻璃由方程式1和方程式2中的至少一种进一步限定(以氧化物的摩尔%计):
和
以及其中,玻璃包括约10或更小的介电常数,这是以10GHz信号进行测量的。
根据本公开内容的第75个方面,方面74的制品,其中,玻璃还包括约0.008或更小的损耗角正切,这是以10GHz信号进行测量的,以及其中,玻璃还由方程式3和方程式4中的至少一种进一步限定(以氧化物的摩尔%计):
和
根据本公开内容的第76个方面,方面74或方面75的制品,其中,玻璃还包括约7.5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第77个方面,方面74或方面75的制品,其中,玻璃还包括约5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第78个方面,方面74-77中任一项的制品,其中,以氧化物的摩尔%计,玻璃中存在的第一加和X加和、第二加和Y加和和第三加和Z加和等于100。
根据本公开内容的第79个方面,方面74-78中任一项的制品,其中,玻璃还包含MgO和ZnO。
根据本公开内容的第80个方面,方面74-79中任一项的制品,其中,玻璃还包含SnO2以及以下至少在一种:CaO和BaO。
根据本公开内容的第81个方面,第74-80个方面中任一项的制品,其中,玻璃包含不超过痕量的碱金属氧化物。
根据本公开内容的第82个方面,方面74-81中任一项的制品,其中,玻璃基本不含F、La2O3和ZnO中的至少一种。
根据本公开内容的第83个方面,方面74-81中任一项的制品,其中,玻璃还包含F、La2O3和ZnO中的至少一种。
根据本公开内容的第84个方面,制品包括玻璃,其包含:SiO2,Al2O3,和B2O3;以及选自Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3中的至少一种,其中,SiO2、Al2O3和B2O3的第一加和(X加和),Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的第二加和(Y加和),与SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的第三加和(Z加和)落在X加和、Y加和和Z加和的凸包内(X加和、Y加和和Z加和是氧化物的摩尔%),其由如下边界点进一步限定:
X加和 | Y加和 | Z加和 |
64.57 | 16.83 | 18.61 |
68.90 | 11.92 | 19.18 |
79.42 | 3.47 | 17.11 |
84.82 | 2.43 | 12.75 |
99.92 | 0.01 | 0.07 |
95.83 | 4.17 | 0 |
78.68 | 21.21 | 0.11 |
73.02 | 26.22 | 0.76 |
64.74 | 31.59 | 3.67 |
63.81 | 30.85 | 5.34 |
61.93 | 29.14 | 8.93 |
60.92 | 23.85 | 15.23 |
其中,玻璃由方程式1和方程式2中的至少一种进一步限定(以氧化物的摩尔%计):
和
以及其中,玻璃还包括约10或更小的介电常数,这是以10GHz信号进行测量的。
根据本公开内容的第85个方面,方面84的制品,其中,玻璃还包括约0.008或更小的损耗角正切,这是以10GHz信号进行测量的,以及其中,玻璃还由方程式3和方程式4中的至少一种进一步限定(以氧化物的摩尔%计):
和
根据本公开内容的第86个方面,方面84或方面85的制品,其中,玻璃还包括约7.5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第87个方面,方面84或方面85的制品,其中,玻璃还包括约5或更小的介电常数以及约0.005或更小的损耗角正切,以10GHz信号测量得到的。
根据本公开内容的第88个方面,方面84-87中任一项的制品,其中,以氧化物的摩尔%计,玻璃中存在的第一加和X加和、第二加和Y加和和第三加和Z加和等于100。
根据本公开内容的第89个方面,方面84-88中任一项的制品,其中,玻璃还包含MgO和ZnO。
根据本公开内容的第90个方面,方面84-89中任一项的制品,其中,玻璃还包含SnO2以及以下至少在一种:CaO和BaO。
根据本公开内容的第91个方面,第84-90个方面中任一项的制品,其中,玻璃包含不超过痕量的碱金属氧化物。
根据本公开内容的第92个方面,方面84-91中任一项的制品,其中,玻璃基本不含F、La2O3和ZnO中的至少一种。
根据本公开内容的第93个方面,方面84-92中任一项的制品,其中,玻璃还包含F、La2O3和ZnO中的至少一种。
可以对本公开内容的上文所述的实施方式进行许多改变和改进,而不明显背离本公开的精神和各个原理。所有这些变化和修改旨在包括在该说明书和所附权利要求保护的范围内。
Claims (44)
1.一种玻璃制品,其包含:
电绝缘层,其中,电绝缘层包括玻璃,以氧化物的摩尔%计,所述玻璃包含:
60%至80%SiO2;
0%至13%Al2O3;
7%至20%B2O3;
0%至1%的至少一种澄清剂;
总计3%至15%的碱土氧化物RO,以氧化物的摩尔计,其中,RO选自CaO、MgO、BaO和SrO,其中,MgO与总RO之比是至少0.3,但是其中,RO是混合的RO物质使得MgO与总RO之比不超过0.9;
其中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是0.13至0.35,
其中,玻璃包括10或更小的介电常数以及0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号进行测量的,以及
其中,玻璃还包括1110℃至1325℃的35000泊温度。
2.如权利要求1所述的玻璃制品,其中,玻璃还包含:MgO是1%至13%,以及CaO是0.1%至10%,以氧化物的摩尔计。
3.如权利要求1所述的玻璃制品,其中,RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是0至0.9。
4.如权利要求1所述的玻璃制品,其中,RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是0.2至0.9。
5.如权利要求1所述的玻璃制品,其中,玻璃还包含:
64%至75%SiO2;
1%至12%Al2O3;以及
7%至15%B2O3,以氧化物的摩尔计。
6.如权利要求1所述的玻璃制品,其中,玻璃包含不超过痕量的碱金属氧化物。
7.如权利要求1所述的玻璃制品,其中,绝缘层的厚度是100至700微米。
8.如权利要求6所述的玻璃制品,其中,总RO与Al2O3之比大于1。
9.如权利要求8所述的玻璃制品,其中,MgO与总RO之比是至少0.38且不超过0.86。
10.如权利要求9所述的玻璃制品,其中,MgO与总RO之比是至少0.5且不超过0.7。
11.如权利要求10所述的玻璃制品,其中,MgO>5摩尔%,以及碱土氧化物RO总计最高至15%。
12.如权利要求11所述的玻璃制品,其中,CaO>3摩尔%,以及碱土氧化物RO总计最高至15%。
13.一种玻璃制品,其包含:
支撑铜的电绝缘层,其中,电绝缘层包括玻璃,以氧化物的摩尔%计,所述玻璃包含:
60%至80%SiO2;
0%至13%Al2O3;
7%至20%B2O3;
0%至1%的至少一种澄清剂;
总计3%至15%的碱土氧化物RO,以氧化物的摩尔计,其中,RO选自CaO、MgO、BaO和SrO,其中,MgO与总RO之比是至少0.3,但是其中,RO是混合的RO物质使得MgO与总RO之比不超过0.9;
其中,B2O3:(Al2O3+SiO2)之比是0.13至0.35,
其中,玻璃包括10或更小的介电常数以及0.01或更小的损耗角正切,这两者都是以10GHz信号进行测量的。
14.如权利要求13所述的玻璃制品,其中,玻璃还包含:MgO是1%至13%,以及CaO是0.1%至10%,以氧化物的摩尔计。
15.如权利要求13所述的玻璃制品,其中,RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是0至0.9。
16.如权利要求13所述的玻璃制品,其中,RO:(Al2O3+(0.5*B2O3))之比是0.2至0.9。
17.如权利要求13所述的玻璃制品,其中,玻璃还包含:
64%至75%SiO2;
1%至12%Al2O3;以及
7%至15%B2O3,以氧化物的摩尔计。
18.如权利要求13所述的玻璃制品,其中,玻璃包含不超过痕量的碱金属氧化物。
19.如权利要求13所述的玻璃制品,其中,绝缘层的厚度是100至700微米。
20.如权利要求18所述的玻璃制品,其中,总RO与Al2O3之比大于1。
21.如权利要求20所述的玻璃制品,其中,MgO与总RO之比是至少0.38且不超过0.86。
22.如权利要求21所述的玻璃制品,其中,MgO与总RO之比是至少0.5且不超过0.7。
23.如权利要求22所述的玻璃制品,其中,MgO>5摩尔%,以及碱土氧化物RO总计最高至15%。
24.如权利要求23所述的玻璃制品,其中,CaO>3摩尔%,以及碱土氧化物RO总计最高至15%。
25.一种玻璃制品,其包含:
玻璃,其包含:
SiO2、Al2O3和B2O3;和
Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3中的至少一种;
其中,SiO2、Al2O3和B2O3的第一加和,即X加和,Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的第二加和,即Y加和,与SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的第三加和,即Z加和,落在X加和、Y加和和Z加和的凸包内,X加和、Y加和和Z加和是氧化物的摩尔%,其由如下边界点进一步限定:
其中,以氧化物的摩尔%计,玻璃由方程式1和方程式2中的至少一种进一步限定:
和
以及
其中,玻璃包括10或更小的介电常数,这是以10GHz信号进行测量的。
26.如权利要求25所述的玻璃制品,其中,玻璃还包括0.008或更小的损耗角正切,这是以10GHz信号进行测量的,以及其中,以氧化物的摩尔%计,玻璃还由方程式3和方程式4中的至少一种进一步限定:
和
27.如权利要求25或26所述的玻璃制品,其中,玻璃还包括7.5或更小的介电常数以及0.005或更小的损耗角正切,这是以10GHz信号测量得到的。
28.如权利要求25或26所述的玻璃制品,其中,玻璃还包括5或更小的介电常数以及0.005或更小的损耗角正切,这是以10GHz信号测量得到的。
29.如权利要求25或26所述的玻璃制品,其中,以氧化物的摩尔%计,玻璃中存在的第一加和X加和、第二加和Y加和和第三加和Z加和等于100。
30.如权利要求25或26所述的玻璃制品,其中,玻璃还包含MgO和ZnO。
31.如权利要求25或26所述的玻璃制品,其中,玻璃还包含SnO2,以及CaO和BaO中的至少一种。
32.如权利要求25或26所述的玻璃制品,其中,玻璃包含不超过痕量的碱金属氧化物。
33.如权利要求25或26所述的玻璃制品,其中,玻璃不含F、La2O3和ZnO中的至少一种。
34.如权利要求25或26所述的玻璃制品,其中,玻璃还包含F、La2O3和ZnO中的至少一种。
35.一种玻璃制品,其包含:
玻璃,其包含:
SiO2、Al2O3和B2O3;和
Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3中的至少一种;
其中,SiO2、Al2O3和B2O3的第一加和,即X加和,Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO的第二加和,即Y加和,与SnO2、ZnO、La2O3、F和Fe2O3的第三加和,即Z加和,落在X加和、Y加和和Z加和的凸包内,X加和、Y加和和Z加和是氧化物的摩尔%,其由如下边界点进一步限定:
其中,以氧化物的摩尔%计,玻璃由方程式1和方程式2中的至少一种进一步限定:
和
以及
其中,玻璃还包括10或更小的介电常数,这是以10GHz信号进行测量的。
36.如权利要求35所述的玻璃制品,其中,玻璃还包括0.008或更小的损耗角正切,这是以10GHz信号进行测量的,以及其中,以氧化物的摩尔%计,玻璃还由方程式3和方程式4中的至少一种进一步限定:
和
37.如权利要求35或36所述的玻璃制品,其中,玻璃还包括7.5或更小的介电常数以及0.005或更小的损耗角正切,这是以10GHz信号测量得到的。
38.如权利要求35或36所述的玻璃制品,其中,玻璃还包括5或更小的介电常数以及0.005或更小的损耗角正切,这是以10GHz信号测量得到的。
39.如权利要求35或36所述的玻璃制品,其中,以氧化物的摩尔%计,玻璃中存在的第一加和X加和、第二加和Y加和和第三加和Z加和等于100。
40.如权利要求35或36所述的玻璃制品,其中,玻璃还包含MgO和ZnO。
41.如权利要求35或36所述的玻璃制品,其中,玻璃还包含SnO2,以及CaO和BaO中的至少一种。
42.如权利要求35或36所述的玻璃制品,其中玻璃包含不超过痕量的碱金属氧化物。
43.如权利要求35或36所述的玻璃制品,其中,玻璃不含F、La2O3和ZnO中的至少一种。
44.如权利要求35或36所述的玻璃制品,其中,玻璃还包含F、La2O3和ZnO中的至少一种。
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