CN114988699A - 低介电玻璃组成物、低介电玻璃、低介电玻璃纤维及制品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低介电玻璃组成物、一种低介电玻璃、一种低介电玻璃纤维及一种包含该低介电玻璃纤维的制品。该低介电玻璃组成物包含以该低介电玻璃组成物的总量为100wt％计，49wt％至59wt％的SiO2、9.5wt％至14.5wt％的Al2O3、19wt％至35wt％的B2O3、2wt％至5wt％的CaO、0.25wt％至3wt％的ZnO、0wt％至1wt％的MgO、0wt％至1wt％的TiO2、0wt％至3wt％的ZrO2，及0.1wt％至3.5wt％的MnO。通过上述成分及含量的搭配设计，本发明低介电玻璃组成物除具有良好的抽丝成型窗口且无相分离的现象，还兼具低介电常数及低介电正切损耗，且包含该低介电玻璃组成物的低介电玻璃及低介电玻璃纤维具有低介电常数及低介电正切损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃组成物及玻璃纤维，特别是涉及一种具有良好的抽丝成型窗口的低介电玻璃组成物，及具有低介电常数与低介电正切损耗的包含该低介电玻璃组成物的玻璃及玻璃纤维。
背景技术
中国台湾专利公告第694976B号提供一种低气泡数的低介电常数玻璃组成物及玻璃纤维。该低介电常数玻璃组成物包含52wt％至58wt％的SiO2、12wt％至16wt％的Al2O3、16wt％至26wt％的B2O3、大于0wt％至2wt％以下的MgO、1wt％至6wt％的CaO、大于1wt％至小于5wt％的TiO2、大于0wt％至0.6wt％以下的Na2O、0wt％至0.5wt％的K2O、0wt％至1wt％的F2、1wt％至5wt％的ZnO、大于0wt％至1wt％以下的Fe2O3，及0.1wt％至0.6wt％的SO3。该玻璃纤维是由该玻璃组成物所形成。
借由上述的设计，该低介电常数玻璃组成物具有不错的抽丝成型窗口，且由该低介电常数玻璃组成物所形成的该玻璃纤维具有低气泡数目、低的介电常数与介电正切损耗的优点。然而，由该低介电常数玻璃组成物所形成的玻璃纤维于频率为10GHz的环境下使用时，仍有介电常数与介电正切损耗过大的问题。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种低介电玻璃组成物。
本发明低介电玻璃组成物，包含：以该低介电玻璃组成物的总量为100wt％计，49wt％至59wt％的SiO2、9.5wt％至14.5wt％的Al2O3、19wt％至35wt％的B2O3、2wt％至5wt％的CaO、0.25wt％至3wt％的ZnO、0wt％至1wt％的MgO、0wt％至1wt％的TiO2、0wt％至3wt％的ZrO2，及0.1wt％至3.5wt％的MnO。
本发明低介电玻璃组成物还包含Na2O，且该Na2O的含量范围为0.5wt％以下。
本发明低介电玻璃组成物还包含K2O，且该K2O的含量范围为0.5wt％以下。
本发明低介电玻璃组成物还包含F2，且该F2的含量范围为3wt％以下。
本发明低介电玻璃组成物还包含Fe2O3，且该Fe2O3的含量范围为1wt％以下。
本发明的第二目的，即在提供一种低介电玻璃。
于是，本发明低介电玻璃，包含：上述的低介电玻璃组成物。
本发明的第三目的，即在提供一种低介电玻璃纤维。
于是，本发明低介电玻璃纤维，包含：上述的低介电玻璃组成物。
本发明的第四目的在于提供一种制品。
本发明制品，包含：上述的低介电玻璃纤维。
本发明制品选自于印刷电路板，集成电路载板，或雷达罩。
本发明的有益效果在于：通过上述成分及用量的搭配设计，本发明低介电玻璃组成物除具有良好的抽丝成型窗口且无相分离的现象外，还兼具低介电常数及低介电正切损耗，且包含该低介电玻璃组成物的低介电玻璃及低介电玻璃纤维也具有低介电常数及低介电正切损耗。
具体实施方式
以下将就本发明进行详细说明。
[低介电玻璃组成物]
本发明低介电玻璃组成物包含以该低介电玻璃组成物的总量为100wt％计，SiO2的含量范围为49wt％至59wt％、Al2O3的含量范围为9.5wt％至14.5wt％、B2O3的含量范围为19wt％至35wt％、CaO的含量范围为2wt％至5wt％、ZnO的含量范围为0.25wt％至3wt％、MgO的含量范围为0wt％至1wt％、TiO2的含量范围为0wt％至1wt％、ZrO2的含量范围为0wt％至3wt％，及MnO的含量范围为0.1wt％至3.5wt％。
该SiO2的含量范围为49wt％至59wt％时，该低介电玻璃组成物具有适当的黏度而有助于形成玻璃纤维的抽丝成型作业，且由该低介电玻璃组成物所形成的低介电玻璃及低介电玻璃纤维具有低介电常数及低介电正切损耗。
该Al2O3的含量范围为9.5wt％至14.5wt％时，该低介电玻璃组成物无相分离的现象且具有良好的抽丝成型窗口。
该B2O3的含量范围为19wt％至35wt％时，由该低介电玻璃组成物所形成的低介电玻璃纤维具有低介电常数及低介电正切损耗，同时，还具有不错的抗拉强度，而应用于印刷电路板时可提升该印刷电路板的机械强度。
该CaO的含量范围为2wt％至5wt％时，该低介电玻璃组成物无相分离的现象及具有良好的抽丝成型窗口，且由该低介电玻璃组成物所形成的低介电玻璃纤维具有低介电常数及低介电正切损耗。
该ZnO的含量范围为0.25wt％至3wt％时，能够赋予该低介电玻璃组成物具有良好的抽丝成型窗口，且该低介电玻璃组成物无相分离现象产生。
该MnO的含量范围为0.1wt％至3.5wt％时，该低介电玻璃组成物具有大的抽丝成型窗口而利于抽丝加工的操作便利性，且能够赋予该低介电玻璃组成物具有低介电常数及低介电正切损耗。
该MgO的含量范围为0wt％至1wt％时，该低介电玻璃组成物具有低的黏度以利于操作，及无相分离现象产生。
该ZrO2的含量范围为0wt％至3wt％时，该低介电玻璃组成物具有良好的抽丝成型窗口、低的介电常数与介电正切损耗，及无相分离现象产生。
该TiO2的含量范围为0wt％至1wt％时，该低介电玻璃组成物具有良好的抽丝成型窗口。
为了使该低介电玻璃组成物具有较佳的熔融性及较低的黏度以利于操作，且赋予该低介电玻璃组成物具有较低的介电常数与介电正切损耗，在本发明的一些实施态样中，该低介电玻璃组成物还包含作为助熔剂的Na2O，且该Na2O的含量范围为0.5wt％以下。
为了使该低介电玻璃组成物具有较佳的熔融性及低的黏度以利于形成低介电玻璃或低介电玻璃纤维的制程的操作，且赋予该低介电玻璃组成物具有较低的介电常数与介电正切损耗，在本发明的一些实施态样中，该低介电玻璃组成物还包含作为助熔剂的K2O，且该K2O的含量范围为0.5wt％以下。
为了减少该低介电玻璃组成物对窑炉的耐火砖产生侵蚀而缩短窑炉寿命致使成本增加的问题，且赋予该低介电玻璃组成物具有较低的介电常数与介电正切损耗，在本发明的一些实施态样中，该低介电玻璃组成物还包含F2，且该F2的含量范围为3wt％以下。
为了能够监控该低介电玻璃组成物熔融时的环境气氛与该低介电玻璃组成物除泡时的稳定性，且赋予该低介电玻璃组成物具有较低的介电常数与介电正切损耗，在本发明的一些实施态样中，该低介电玻璃组成物还包含Fe2O3，且该Fe2O3的含量范围为1wt％以下。
此外，在不损及介电常数与介电正切损耗的特性的前提下，该低介电玻璃组成物还包含其他成分，该其他成分包括Li2O、Cr2O3、As2O3、Sb2O3、V2O3、P2O5、Cl2、BeO、BaO、Sc2O3、SnO2及SrO中至少一者。以该低介电玻璃组成物的总量为100wt％计，该其他成分的总量为3wt％以下。
[低介电玻璃]
本发明低介电玻璃包含低介电玻璃组成物。该低介电玻璃组成物如上所述，所以不再赘述。
[低介电玻璃纤维]
本发明低介电玻璃纤维包含低介电玻璃组成物。该低介电玻璃组成物如上所述，所以不再赘述。
[制品]
本发明制品包含低介电玻璃纤维。该低介电玻璃纤维如上所述，所以不再赘述。
本发明制品例如但不限于印刷电路板，集成电路载板，或雷达罩等。在本发明的一些实施态样中，该制品选自于印刷电路板，集成电路载板，或雷达罩。
本发明将就以下实施例作进一步说明，但应了解的是，该实施例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。
实施例1
依据表1所示，精秤所需原料粉末的用量，将各原料粉末均匀混合后，得到玻璃组成物。将该玻璃组成物置于高温炉中以1500℃至1550℃的温度恒温加热3至5小时，得到完全熔融的玻璃液。随后，将该玻璃液倒入直径为40mm的石墨坩锅中，接着，将该石墨坩锅置于已预热至800℃的退火炉中，使该玻璃液缓慢冷却至室温形成玻璃块。将该玻璃块研磨抛光，制成厚度约为0.60mm至0.79mm的玻璃片。
实施例2至实施例7及比较例1至比较例9
该实施例2至实施例7及比较例1至比较例9的制备方法与该实施例1的制备方法大致相同，差别仅在于：该玻璃组成物不同，参阅表1及表2。
[评价项目]
<介电常数及介电损耗正切>
利用一向量网络分析仪(Vector Network Analyzer，厂商型号为R&S ZNB20)，并搭配一分离柱电介质谐振器(Split Post Dielectric Resonator，厂商为威瑞科技有限公司)，量测实施例1至实施例7及比较例1至9的玻璃片在频率为10GHz时的介电常数及介电损耗正切，结果如表1及表2所示。
<抽丝成型窗口(ΔT)>
将实施例1至实施例7及比较例1至9的玻璃块取2.25克置于高温炉中后，将该高温炉升温至一特定温度并持温2小时，接着，将该玻璃块从该高温炉取出并静置冷却至室温，观察该玻璃块中是否有结晶物存在，若有，该特定温度即为实施例1至实施例7及比较例1至9的玻璃组成物的失透温度。将实施例1至实施例7及比较例1至9的玻璃组成物在黏度1000泊(poise)时的温度减掉该失透温度，即为实施例1至实施例7及比较例1至9的玻璃组成物的抽丝成型窗口(ΔT，单位℃)。抽丝成型窗口(ΔT)越大，表示越有利于制造玻璃纤维时的抽丝成型作业。
<相分离检测>
目视观察实施例1至7及比较例1至9的玻璃块的外观。当玻璃块的外观呈现色泽均匀，表示该玻璃块为均匀相，而无相分离的现象。当该玻璃块的外观呈现乳浊且色泽不均，则表示该玻璃块为非均匀相，而有相分离的现象。
表1
表2
参阅表1及表2，本发明玻璃组成物通过SiO2、Al2O3、B2O3、CaO、ZnO、MgO、TiO2、ZrO2及MnO的搭配，且将SiO2的含量范围设计为49wt％至59wt％、该Al2O3的含量范围设计为9.5wt％至14.5wt％、该B2O3的含量范围设计为19wt％至35wt％、该CaO的含量范围设计为2wt％至5wt％、该ZnO的含量范围设计为0.25wt％至3wt％、该MgO的含量范围设计为0wt％至1wt％、该TiO2的含量范围设计为0wt％至1wt％、该ZrO2的含量范围设计为0wt％至3wt％，及该MnO的含量范围设计为0.1wt％至3.5wt％，除能够使由玻璃组成物所形成的玻璃片在10GHz的频率下的介电常数控制在4.5以下及介电正切损耗控制在2.4×10-3以下外，还兼具使该玻璃组成物不会有相分离现象产生，同时，具有优异的抽丝成型窗口。
反观比较例1至9，在比较例1中，该Al2O3的含量大于14.5wt％，因此，由该玻璃组成物所形成的玻璃片在10GHz的频率下的介电常数及介电正切损耗分别大于4.5及大于2.4×10-3，而当由该玻璃组成物所形成的玻璃纤维应用于印刷电路板时，经由该印刷电路板传递的电讯号存在完整性不佳及传播速度不佳的问题，此外，该玻璃组成物还存在有抽丝成型窗口不佳的问题。
在比较例2至7及9中，Al2O3、MgO、TiO2、ZnO、MnO及ZrO2的含量依序未控制在9.5wt％至14.5wt％、0wt％至1wt％、0wt％至1wt％、0.25wt％至3wt％、0.1wt％至3.5wt％及0wt％至3wt％，因此，该玻璃组成物存在有相分离现象或/及抽丝成型窗口不佳的问题。
在比较例8中，该MnO的含量大于3.5wt％，因此，由该玻璃组成物所形成的玻璃片在10GHz的频率下的介电常数及介电正切损耗分别大于4.5及大于2.4×10-3，而当由该玻璃组成物所形成的玻璃纤维应用于印刷电路板时，经由该印刷电路板传递的电讯号存在完整性不佳及传播速度不佳的问题。
综上所述，通过上述成分及用量的搭配设计，本发明低介电玻璃组成物除具有良好的抽丝成型窗口且无相分离的现象，还兼具低介电常数及低介电正切损耗，且包含该低介电玻璃组成物的低介电玻璃及低介电玻璃纤维也具有低介电常数及低介电正切损耗，所以确实能达成本发明的目的。
Claims (9)
1.一种低介电玻璃组成物，其特征在于包含：
以该低介电玻璃组成物的总量为100wt％计，
49wt％至59wt％的SiO2；
9.5wt％至14.5wt％的Al2O3；
19wt％至35wt％的B2O3；
2wt％至5wt％的CaO；
0.25wt％至3wt％的ZnO；
0wt％至1wt％的MgO；
0wt％至1wt％的TiO2；
0wt％至3wt％的ZrO2；及
0.1wt％至3.5wt％的MnO。
2.根据权利要求1所述的低介电玻璃组成物，其特征在于：该低介电玻璃组成物还包含Na2O，且该Na2O的含量范围为0.5wt％以下。
3.根据权利要求1所述的低介电玻璃组成物，其特征在于：该低介电玻璃组成物还包含K2O，且该K2O的含量范围为0.5wt％以下。
4.根据权利要求1所述的低介电玻璃组成物，其特征在于：该低介电玻璃组成物还包含F2，且该F2的含量范围为3wt％以下。
5.根据权利要求1所述的低介电玻璃组成物，其特征在于：该低介电玻璃组成物还包含Fe2O3，且该Fe2O3的含量范围为1wt％以下。
6.一种低介电玻璃，其特征在于包含：根据权利要求1至5中任一项所述的低介电玻璃组成物。
7.一种低介电玻璃纤维，其特征在于包含：根据权利要求1至5中任一项所述的低介电玻璃组成物。
8.一种制品，其特征在于包含：根据权利要求7所述的低介电玻璃纤维。
9.根据权利要求8所述的制品，其特征在于：该制品选自于印刷电路板，集成电路载板，或雷达罩。
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