CN108383378A - 一种低介电常数玻璃 - Google Patents

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彭寿
马立云
操芳芳
曹欣
王巍巍
仲召进
崔介东
单传丽
石丽芬
倪嘉
韩娜
王萍萍
高强
赵凤阳
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Abstract

本发明公开一种低介电常数玻璃，所述玻璃按重量百分比包括以下组分：65～75wt%的SiO2、20～30wt%的B2O3、1～2.5 wt%的Al2O3、0～1.5wt%的Li2O、0～1.5wt%的Na2O以及0～1.5wt%的K2O；本发明的低介电常数玻璃属于SiO2‑B2O3玻璃体系，合适比例的SiO2与B2O3可以显著降低玻璃的介电常数、介电损耗；同时，在玻璃体系中加入了适量的Al2O3，Al2O3直接参与网络的形成，有助于提高玻璃的化学稳定性；少量的R2O，即Li2O、Na2O、K2O，能够极大降低玻璃的高温黏度，本发明玻璃的高温黏度均小于1200℃，合理控制碱金属的用量对介电性能几乎没有影响，本发明组成配方种类少，工艺简单，易于控制，适合大规模产业化生产。

Description

一种低介电常数玻璃
技术领域
本发明涉及一种低介电常数玻璃。
背景技术
随着电子领域的飞速发展，玻璃的介电性能成为决定其在电子领域应用的主要指标之一。低介电玻璃具有较低的介电常数和介电损耗，它们随测试温度和频率基本不变。低介电玻璃常被用作高压绝缘材料，具有良好的高压高频绝缘性。
近年来，集成电路的集成度迅速提高，射频连接器、微波器件等工作频率范围也大幅提高，为了降低由此带来的阻抗延时及功率损耗，除了采用低电阻率金属外，还可以降低介质层的寄生电容。而电容与介电常数成正比，因此可采用低介电常数材料作互连介质，从而减小阻抗延迟，满足集成电路发展的需要。低介电玻璃就是一种很理想的候选材料，具有市场的需求性和未来的趋势性。
具体来说，低介电常数玻璃在电子封装中起着如保护电路、隔离绝缘和防止信号失真等作用。另外，在高频微波条件下使用的低介电常数玻璃，主要用于模块、部件的微波信号及控制信号的输入输出，低的介电常数是为了减少信号的弛豫和交叉干扰，而低的介电损耗是为了减少高频和大电阻率下的热耗过多、更好的散热所必需的。
现阶段，低介电常数玻璃的生产技术主要由国外几个大厂家掌握，我国低介电常数玻璃粉产品的研究还尚处于起步阶段，亟待进一步研究开发。国际市场上低介电常数玻璃主要由如美国Corning公司、IBM公司、Ferro公司、DuPont公司、日本NEG公司、德国Schoot等几家公司提供，例如IBM公司研发的MgO-Al2O3-SiO2系玻璃，其介电常数为5.3～5.7 F/m，Ferro公司的CaO-B2O3-SiO2系玻璃，其介电常数为7.0～9.0 F/m，DuPont公司的901系列玻璃的介电常数为5.2～5.9 F/m。这些玻璃的介电常数依然过高（均>5 F/m），越来越难以满足电子集成器件可靠性及小型化的需求，因此开发低介电常数玻璃势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低介电常数玻璃，该玻璃具有极低的介电常数和介电损耗，且制备工艺简单、易于控制，适合大规模产业化生产。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种低介电常数玻璃，所述玻璃按重量百分比包括以下组分：65～75wt%的 SiO2、20～30wt%的 B2O3、1～2.5 wt%的 Al2O3、0～1.5wt%的 Li2O、0～1.5wt%的Na2O以及0～1.5wt%的K2O。
本发明的有益效果是，本发明的低介电常数玻璃属于SiO2-B2O3玻璃体系，含有较高含量的SiO2与B2O3，其中SiO2含量达到了65%以上，高硼硅低介电常数玻璃是本发明的一大关键点。由于SiO2和B2O3具有较高的键强，在外电场的作用下不易极化，也不易产生电导和松弛等损失，合适比例的SiO2与B2O3可以显著降低玻璃的介电常数、介电损耗；同时，在玻璃体系中加入了适量的Al2O3，Al2O3直接参与网络的形成，在体系中起着重要的作用，适量的Al2O3能降低玻璃结晶倾向，有助于提高玻璃的化学稳定性；另外，玻璃中还引入了少量的R2O，即Li2O、Na2O、K2O，能够极大降低玻璃的高温黏度，本发明玻璃的高温黏度均小于1200℃，合理控制碱金属的用量对介电性能几乎没有影响，本发明组成配方种类少，工艺简单，易于控制，适合大规模产业化生产。
具体实施方式
本发明提供一种低介电常数玻璃，所述玻璃按重量百分比包括以下组分：65～75wt%的 SiO2、20～30wt%的 B2O3、1～2.5 wt%的 Al2O3、0～1.5wt%的 Li2O、0～1.5wt%的Na2O以及0～1.5wt%的K2O。
对于本发明的低介电常数玻璃，可按以下步骤进行制备：
S1、按重量百分比混合以下原料：65～75wt%的SiO2、20～30 wt%的B2O3、1～2.5wt%的Al2O3、0～3.65wt%的Li2CO3、0～2.55 wt% Na2CO3以及0～2.20 wt% K2CO3；
S2、混合后的原料在1550～1650℃下保温2～4h后形成玻璃液，玻璃液倒入模具中成型，得到块状玻璃；
S3、将块状玻璃移入450℃温度下的马弗炉中，自然降温退火，即得到本发明的低介电常数玻璃。
对本发明的低介电常数玻璃进行测试，其玻璃介电常数<4.0（1MHz），介质损耗<0.0010（1MHz），热膨胀系数为2.90×10–6℃-1～3.10×10–6℃-1，Log3黏度温度<1200℃，密度为2.1～2.2 g/cm3。
为了更加便于说明，以表格的形式列出六组实施例，分别说明每个实施例的玻璃组分与测试结果，见表1：
表1
本发明的低介电常数玻璃的折射率为1.40～1.50，应变点450～470℃，软化点790～810℃。本低介电常数玻璃是一种性能优良的低介电常数玻璃，可以加工成玻璃粉、玻璃造粒粉、玻璃纤维，应用于射频微波器件、电子封装等领域。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种低介电常数玻璃，其特征在于，所述玻璃按重量百分比包括以下组分：65～75wt%的 SiO2、20～30wt%的 B2O3、1～2.5 wt%的 Al2O3、0～1.5wt%的 Li2O、0～1.5wt%的Na2O以及0～1.5wt%的K2O。
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