用于电子应用的低介电玻璃和玻璃纤维制造技术

本发明专利技术提供了用于电子应用的低介电玻璃和玻璃纤维。具体地，本发明专利技术涉及适合于纤维形成的玻璃组合物，所述纤维可用于电子应用例如作为印刷电路板基板的增强材料。其提供了相对于E玻璃降低的介电常数和比D玻璃更加商业可行的纤维形成性能。该玻璃组合物包含(以重量％计)SiO2?60-68、Li2O?0-2、B2O3?7-13、Na2O?0-1、Al2O3?9-15、K2O?0-1、MgO?8-15、Fe2O3?0-1、GO?0-4、F2?0-1、TiO2?0-2、其它组分0-5。

【技术实现步骤摘要】
用于电子应用的低介电玻璃和玻璃纤维本申请是申请日为2007年10月24日、申请号为200780046066.2、专利技术名称为“用于电子应用的低介电玻璃和玻璃纤维”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及适合于形成纤维的玻璃组合物，所述纤维可用于增强包含印刷电路板(“PCB”)的复合基板。更详细地，本专利技术涉及具有允许增强PCB性能的电性能的玻璃纤维增强材料。
技术介绍
“Dk”是材料的介电常数，也称作“电容率”，并且是材料贮存电能能力的量度。待用作电容器的材料希望具有相对高的Dk，而待用作PCB基板的一部分的材料希望具有低的Dk，特别是对于高速电路。Dk是两个金属板之间给定材料可贮存的电荷(即电容)与该相同的两个金属板之间空隙(空气或真空)可贮存的电荷的量之比。“Df”或损耗因数是介电材料电能损失的量度。Df是电流的电阻损失分量与电流的电容分量之比，且等于损耗角的正切。对于高速电路，希望包含PCB基板的材料的Df相对低。PCB通常用各种组成的“E玻璃”族的玻璃纤维进行增强，其基于“玻璃纤维丝标准规范”D578美国试验与材料协会。根据该规定，用于电子应用的E玻璃含有5-10重量％B2O3，这反映了对B2O3对玻璃组合物介电性能的所需影响的认识。用于电子应用的E玻璃纤维典型地在1MHz频率下具有6.7-7.3的Dk。还对标准电子E玻璃进行调配以提供可进行实际制造的熔化温度和成形温度。商业电子E玻璃的成形温度(粘度为1000泊所处的温度)，本文中还称作TF，通常为1170℃-1250℃。对于通讯和电子计算中的应用，为了较好的性能即较小的噪声信号传输，高性能印刷电路板需要具有与E玻璃相比更低Dk的基板增强材料。任选地，电子工业也需要相对于E玻璃来减小Df。虽然PCB工业对低介电玻璃纤维存在需要，但玻璃纤维增强材料的制造要求解决经济耐久性问题，以便让低介电纤维能够获得成功的商业化。至此，现有技术中提出的一些低Dk玻璃组合物没有妥善解决所述经济问题。现有技术中的一些低介电玻璃的特征在于高SiO2含量或高B2O3含量、或者高SiO2和高B2O3的组合。后者的例子称作“D玻璃”。在L.Navias和R.L.Green的文章“DielectricPropertiesofGlassesatUltra-HighFrequenciesandtheirRelationtoComposition，”J.Am.Ceram.Soc.，29，267-276(1946)中、在美国专利申请2003/0054936A1(S.Tamura)中和在专利申请JP3409806B2(Y.Hirokazu)中可找到这种低Dk玻璃获得方法的详细信息。SiO2和D玻璃型玻璃的纤维用作PCB基板中纤维形式的增强材料，所述基板例如由织造纤维和环氧树脂构成的层压板。虽然这些获得方法均成功地提供了有时低至约3.8或4.3的低Dk，但这些组合物的高熔化温度和成形温度导致这些纤维不希望的高成本。D玻璃纤维典型地需要超过1400℃的成形温度，SiO2纤维要求成形温度约为2000℃。此外，D玻璃的特征在于多至20重量％或更高的B2O3含量。因为B2O3是制造常规电子E玻璃所需的花费最高的原材料之一，与E玻璃相比，D玻璃中大量的B2O3的使用显著提高了其成本。因此，SiO2和D玻璃纤维均不能提供大规模制造高性能PCB基板材料的实际解决方案。JP3409806B2(Hirokazu)中描述了基于高B2O3含量(即11-25重量％)加上其它相对高费用的成分例如ZnO(至多10重量％)和BaO(至多10重量％)的其它低介电玻璃纤维，报导Dk值在1MHz下为4.8-5.6。这些组合物中包含BaO存在问题，这是因为成本以及环境原因。尽管该参考文献的组合物中高费用的B2O3的含量高，所公开的纤维成形温度仍相对高，例如1355℃-1429℃。类似地，美国专利申请2003/0054936A1(Tamura)中描述了基于高B2O3浓度(即14-20重量％)加上相对高费用的TiO2(至多5重量％)的其它低介电玻璃，在1MHz下Dk＝4.6-4.8且损耗因数Df＝0.0007-0.001。日本专利申请JP02154843A(Hiroshi等)公开了1MHz下Dk为5.2-5.3的无硼低介电玻璃。虽然这些无硼玻璃以可能相对低的原料成本提供低的Dk，但它们的缺点是在1000泊熔体粘度下的纤维成形温度高，为1376℃-1548℃。此外，这些无硼玻璃具有非常窄的成形窗口(成形温度和液相线温度之间的差异)，典型地为25℃或更低(在一些情形中为负值)，而通常可认为约55℃或较高的窗口在商业玻璃纤维工业中是合适的。为了改善PCB性能且同时控制成本的增加，可有利地提供用于玻璃纤维的这样的组合物，该组合物相对于E玻璃组合物赋予显著改善的电性能(Dk和/或Df)，且同时提供与SiO2和D玻璃型以及获得上述低介电玻璃的其它现有技术方法相比较低的实际成形温度。为了显著降低原料费用，需要维持B2O3含量比D玻璃小，例如低于13重量％或低于12％，在一些情形中玻璃组成还可有利地落入电子E玻璃的ASTM规定内，且因此需要不大于10重量％的B2O3。还可有利地制造低Dk玻璃纤维而不需要玻璃纤维工业中非常规的高花费材料例如BaO或ZnO。另外，商业应用玻璃组合物需要对原材料中的杂质具有容限，其还允许使用较低费用的配合料。因为PCB复合体中玻璃纤维的重要作用是提供机械强度，最好可获得电性能的改善而不显著牺牲玻璃纤维强度。玻璃纤维强度可用术语杨氏模量或原始抗张强度来表示。如果要使用新的低介电玻璃纤维解决方案，还可理想地制造PCB而不需要所用树脂的大的改变或至少基本不需要更高费用的树脂，而一些替代方法会需要这样。
技术实现思路
本专利技术的可纤维化玻璃组合物相对于标准E玻璃提供了改善的电性能(即低Dk和/或低Df)，同时提供比现有技术低Dk玻璃方案对商业应用纤维成形更可行的温度-粘度关系。本专利技术的另一个任选方面是可以相对低的原料批量成本商业制造至少一些组合物。在本专利技术的一个方面，玻璃组合物包含下面组分，其可以为玻璃纤维形式：SiO260-68重量％；B2O37-13重量％；Al2O39-15重量％；MgO8-15重量％；CaO0-4重量％；Li2O0-2重量％；Na2O0-1重量％；K2O0-1重量％；Fe2O30-1重量％；F20-1重量％；TiO20-2重量％。在一些实施方案中，本专利技术的组合物的特征在于相对低的CaO含量，例如约0-4重量％。在另一个实施方案中，CaO含量可为约0-3重量％。一般而言，使CaO含量最小化产生电性能的改善，在一些实施方案中将CaO含量降至使得可认为其是任选成分这样低的水平。在另一方面，这种类型玻璃的MgO含量相对高，其中在一些实施方案中MgO含量是CaO含量的二倍(基于重量％)。本专利技术的一些实施方案可具有大于约6.0重量％的MgO含量，而在其它实施方案中，MgO含量可大于7.0重量％。如上文所指出，现有技术的一些低Dk组合物具有需要包含大量BaO的缺点，且可指出的是，本专利技术的玻璃组合物中不需要BaO。虽然本专利技术的有利的电性能和制造性能不排除BaO的存在，但可认为不存在有意包含的BaO是本专利技术一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2006.12.14 US 11/610,7611.适合于纤维形成的玻璃组合物，包含：总计0-5重量％的其余组分；其中，Li2O+Na2O+K2O的含量小于2重量％，基于重量％，MgO的含量为CaO的含量的二倍，且Li2O的含量大于Na2O的含量或K2O的含量的任一者。2.适合于纤维形成的玻璃组合物，包含：其中，总碱金属氧化物含量不大于玻璃组合物的2重量％，其中基于重量％，MgO的含量为CaO的含量的二倍，Li2O的含量大于Na2O的含量或K2O的含量的任一者，且其中玻璃表现出小于6.7的介电常数(Dk)和在1000泊粘度下不大于1370℃的成形温度(TF)。3.适合于纤维形成的玻璃组合物，包含：其中，Li2O+Na2O+K2O的含量小于2重量％，Li2O的含量大于Na2O的含量或K2O的含量的任一者，且其中玻璃表现出小于5.9的介电常数(Dk)和在1000泊粘度下不大于1320℃的成形温度(TF)。4.权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中MgO含量为8-13重量％。5.权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中B2O3含量不大于11重量％。6.权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中Al2O3含量为10-13重量％。7.权利要求1所述的组合物，其中对所述组分进行选择以提供在1MHz频率下具有小于6.7的介电常数(Dk)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪，C·A·理查德斯，
申请(专利权)人：PPG工业俄亥俄公司，
类型：发明
国别省市：