JP2003212592A - 高い比誘電率を有するガラス及びガラス基板 - Google Patents
高い比誘電率を有するガラス及びガラス基板Info
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Abstract
小さい、比較的アルカリ含有量の少ないガラスであっ
て、高周波回路素子、フラットパネル・ディスプレイ等
の電子回路用基板や誘電材料用に好適な材料を得る。 【解決手段】 質量%で、P2O5 5〜25%、B2O3
0〜15%、SiO2+GeO2 0〜5%、BaO+SrO 21〜50%、L
i2O+Na2O+K2O 0〜3%、Nb2O5 35〜65%を含有し、PbO
成分を実質的に含有せず、Nb2O5 / (BaO+SrO)=0.85〜2.
20を満たすガラスであり、比誘電率が15以上であり、
誘電損失が10.0×10-4以下、電気抵抗率が1.0
×1016Ω・cm以上である。
Description
且つ誘電損失が小さい、高周波回路素子用基板、フラッ
トパネル・ディスプレイ等の電子回路用基板や誘電材料
として好適なガラスに関する。
代表される移動体通信、携帯電話、衛星放送、衛星通
信、CATV等に代表されるような高度情報化時代を迎え、
情報伝達はより高速化・高周波化の傾向にあり、さらに
これらの機器には小型化が求められ、これに伴って回路
素子に対しても小型化が強く要求されている。
磁波の波長が基準になる。比誘電率(ε)の誘電体中を
伝播する電磁波の波長(λ)は、真空中の波長をλ0と
するとλ=λ0 /(ε1/2)となる。従って回路の大きさは
εの平方根に反比例して小さくなるため、高い比誘電率
の材料が求められている。
ては、高密度、高輝度、低消費電力対応としてアルカリ
含有量が少なく、且つ高い比誘電率を有する電子用基板
ガラスが望まれている。さらに、高周波・高電界で誘電
体をコンデンサーとして使用する場合、品質係数Qが大
きいことが要求される。Q=1/tanδ(tanδ:誘電損失)
の関係にあるので、誘電損失の小さい材料が求められ
る。
なガラスとしては、PbO成分を多量に含有した珪酸塩ガ
ラスが知られている。例えば、特開平3297008号公報に
はSiO2-RO(Rはアルカリ土類金属元素)-(TiO2+ZrO2+Sn
O2)-PbO系のガラスが開示されており、特開平4-16527
号、特開平4-108631号公報にはSiO2-PbO-Al 2O3系ガラス
が開示されている。しかし、環境保護の観点から、PbO
成分を含有しないガラスが求められている。
3-Nb2O5系が知られている(特開昭52-132012号、特開平
8-104537号公報等)。しかし、一般的にアルカリ含有量
が多く、その移動度の高さから耐電圧性が低いため、高
周波回路素子用や電子回路用の基板としては不向きであ
る。
従来技術の見られる諸欠点を総合的に改善し、比誘電率
が大きく且つ誘電損失が小さい、比較的アルカリ含有量
の少ないガラスであって、高周波回路素子、ディスプレ
イ等の基板に好適な材料を提供することである。
を達成するため、鋭意試験研究を重ねた結果、従来の技
術には具体的に開示されていない特定範囲のP2O5-RO(R
はアルカリ土類金属元素)-Nb2O5系ガラスにおいて、極
めて高い比誘電率と小さい誘電損失を有するガラス基板
が得られていることを見出し、本発明をなすに至った。
%で、 P2O5 5〜25% BaO+SrO 21〜50% Nb2O5 35〜65% Li2O+Na2O+K2O 0〜3% を含有することを特徴とするガラスであり、請求項2に
記載の発明は、質量%で、 P2O5 5〜25% B2O3 0〜15% SiO2+GeO2 0〜5% BaO+SrO 21〜50% MgO+CaO 0〜25% Nb2O5 35〜65% TiO2 0〜15% Ta2O5 0〜15% Bi2O3 0〜15% ZnO 0〜15% WO3 0〜15% Y2O3+La2O3+Gd2O3 0〜15% Li2O+Na2O+K2O 0〜3% Al2O3 0〜5% Sb2O3 0〜0.5% を含有することを特徴とする請求項1記載のガラスであ
り、請求項3に記載の発明は、質量%で P2O5 5〜20% B2O3 0〜10% SiO2+GeO2 0〜5% BaO 21〜50% MgO+CaO 0〜25% Nb2O5 35〜65% TiO2 0〜15% Ta2O5 0〜15% Bi2O3 0〜15% ZnO 0〜15% WO3 0〜15% Y2O3+La2O3+Gd2O3 0〜15% Li2O+Na2O+K2O 0〜3% Al2O3 0〜5% Sb2O3 0〜0.5% を含有し、Nb2O5 / (BaO+SrO)=0.85〜2.20を満たすこと
を特徴とする、請求項1又は2記載のガラスであり、請
求項4に記載の発明は、PbO成分を実質的に含有しない
ことを特徴とする、請求項1から3のうちいずれか一項
記載のガラスであり、請求項5に記載の発明は、比誘電
率が15以上であることを特徴とする、請求項1から4
のうちいずれか一項記載のガラスであり、請求項6に記
載の発明は、誘電損失が10.0×10-4以下であるこ
とを特徴とする、請求項1から5のうちいずれか一項記
載のガラスであり、請求項7に記載の発明は、電気抵抗
率が1.0×1016Ω・cm以上であることを特徴とす
る、請求項1から6のうちいずれか一項記載のガラスで
あり、請求項8に記載の発明は、請求項1から7のうち
いずれか一項記載のガラスからなるガラス基板である。
由は次の通りである。
して重要な成分であり、失透なく、安定なガラスを得る
為に、5%以上が好ましい。また、大きな比誘電率を維
持するため25%以下が好ましく、22%以下がより好まし
く、20%以下が特に好ましい。
化物として働き、ガラスを安定化させるためには有効で
ある。B2O3, SiO2およびGeO2成分の和は0.5%以上が好
ましく、1.5%以上がより好ましい。B2O3成分は0.5%以
上がより好ましく、1.5%以上が特に好ましい。しか
し、大きな比誘電率を維持するため、B2O3成分は15%以
下が好ましく、10%以下がより好ましい。SiO2およびGe
O2成分の和は5%以下が好ましく、3%以下がより好まし
く、1%以下が特に好ましい。
を高めるのに有効である。両成分の和は21%以上50%以
下が好ましく、25%以上40%以下がより好ましい。ま
た、BaO成分は21%以上が好ましく、25%以上がより好
ましい。
ある。大きな比誘電率を維持するため、両成分の和は25
%以下が好ましく、10%以下がより好ましく、5%以下
が特に好ましい。
有効である。35%以上が好ましく、耐失透性の点から、
65%以下が好ましく、60%以下がより好ましく、55%以
下が特に好ましい。また、比誘電率を高め且つガラスの
安定性を保持するために、Nb2O5 / (BaO+SrO)の値は0.8
5〜2.2の範囲が好ましく、0.95〜1.8の範囲がより好ま
しい。
2O3およびGd2O3の各成分は比誘電率を大きくするのに有
効な成分である。ただし、耐失透性の点から、それぞれ
15%以下が好ましい。特に、Y2O3, La2O3およびGd2O3の
各成分の和は15%以下が好ましい。
溶解性を向上させる。しかし、アルカリ成分はガラス中
でのイオンの移動度を非常に大きくし、電気抵抗率を小
さくする。高電圧下ではアルカリ成分の析出や絶縁破壊
も起こり得るため、電子材料としては各成分の和は3%
以下が好ましく、実質的に含まないことがより好まし
い。
に有効である。耐失透性の点から、5%以下が好まし
い。
あるが、その量は0.5%以下で十分である。
O3成分を実質的に含有しないことが好ましい。
O2, CeO2, SnO等の上記以外の成分を合計で5%程度まで
必要に応じて添加しても差し支えない。
率が15以上であることが好ましく、16以上であるこ
とがより好ましく、17以上であることが特に好まし
い。
抗率が1×1016Ω・cm以上であることが好ましい。
を有するガラスの好適な実施組成例および比較組成例
(単位:質量%)を、これらのガラスからなる基板の25
℃, 1MHzでの比誘電率(ε)と誘電損失(tanδ)、電
気抵抗率(ρ/Ω・cm)、100〜300℃の熱膨張係数(α/1
0-7K-1)、屈折率(nd)およびアッベ数(νd)とともに表
1〜7に示した。これらの表において、比誘電率と誘電
損失はインピーダンス測定システムで測定した。電気抵
抗率はヒューレットパッカード社製の高電気抵抗計にて
測定した。また、熱膨張係数は各実施例のガラスを加工
して作製した棒状試料(長さ20mm×直径5mm)につい
て、押棒式熱膨張測定装置を用いて、100〜300℃の温度
範囲において測定した。
硝酸塩、炭酸塩、燐酸塩および酸化物の原料を用いて秤
量・混合し、これを白金るつぼを用い、約1000〜1500
℃、約2〜5時間で溶解脱泡し、攪拌均質化した後、金型
に鋳込み、徐冷することにより得た。
組成例のガラスはいずれも高い比誘電率と低い誘電損
失、高い電気抵抗率を示している。また、透明性を有し
ていた。本発明の実施例のガラスの100〜300℃の熱膨張
係数は80×10-7〜86×10-7K-1の範囲にあり、
屈折率(nd)は1.83〜2.00の範囲にあり、アッベ
数(νd)は20.7〜29.2にあった。
特定範囲量のP2O5-RO-Nb 2O5系ガラス組成を有し、高い
比誘電率と低い誘電損失。高い電気抵抗率を示し、高周
波回路素子、フラットパネル・ディスプレイ等の電子回
路用基板や誘電材料用に有用である。
Claims (8)
- 【請求項1】質量%で、 P2O5 5〜25% BaO+SrO 21〜50% Nb2O5 35〜65% Li2O+Na2O+K2O 0〜3% を含有することを特徴とするガラス。
- 【請求項2】質量%で、 P2O5 5〜25% B2O3 0〜15% SiO2+GeO2 0〜5% BaO+SrO 21〜50% MgO+CaO 0〜25% Nb2O5 35〜65% TiO2 0〜15% Ta2O5 0〜15% Bi2O3 0〜15% ZnO 0〜15% WO3 0〜15% Y2O3+La2O3+Gd2O3 0〜15% Li2O+Na2O+K2O 0〜3% Al2O3 0〜5% Sb2O3 0〜0.5% を含有することを特徴とする請求項1記載のガラス。
- 【請求項3】質量%で P2O5 5〜20% B2O3 0〜10% SiO2+GeO2 0〜5% BaO 21〜50% MgO+CaO 0〜25% Nb2O5 35〜65% TiO2 0〜15% Ta2O5 0〜15% Bi2O3 0〜15% ZnO 0〜15% WO3 0〜15% Y2O3+La2O3+Gd2O3 0〜15% Li2O+Na2O+K2O 0〜3% Al2O3 0〜5% Sb2O3 0〜0.5% を含有し、Nb2O5 / (BaO+SrO)=0.85〜2.20を満たすこと
を特徴とする、請求項1又は2記載のガラス。 - 【請求項4】PbO成分を実質的に含有しないことを特徴
とする、請求項1から3のうちいずれか一項記載のガラ
ス。 - 【請求項5】比誘電率が15以上であることを特徴とす
る、請求項1から4のうちいずれか一項記載のガラス。 - 【請求項6】誘電損失が10.0×10-4以下であるこ
とを特徴とする、請求項1から5のうちいずれか一項記
載のガラス。 - 【請求項7】電気抵抗率が1.0×1016Ω・cm以上
であることを特徴とする、請求項1から6のうちいずれ
か一項記載のガラス。 - 【請求項8】請求項1から7のうちいずれか一項記載の
ガラスからなるガラス基板。
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