JP6352186B2 - 低誘電ガラスおよび繊維ガラス - Google Patents
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Description
本出願は、2011年9月9日に出願された米国特許出願第13/229,012号に対して優先権を主張する。この米国特許出願第13/229,012号は、2010年11月5日に出願された米国特許出願第12/940,764号の一部継続出願であり、この米国特許出願第12/940,764号は、2006年12月14日に出願された米国特許出願第11/610,761号であって現在は2010年11月9日に発行された米国特許第7,829,490号の一部継続出願であり、これらの内容はその全体が本明細書において参照として援用される。
本発明の実施形態は、一般的に、ガラス組成物、およびガラス組成物から形成されたガラス繊維に関する。一部の実施形態において、電気的な用途(例えば、プリント基板)および強化用途(例えば、種々の用途で使用可能な繊維ガラスによって強化された複合体)を含む多くの用途にガラス繊維を使用することができる。一部の実施形態において、本発明の繊維化可能なガラス組成物は、従来技術の低Dkガラス提案物よりも市販の実用繊維形成物に対してより導電性の温度−粘度関係を与えつつ、標準的なE−ガラスと比べて改善された電気的性能(すなわち、低誘Dkおよび/または低Df)を与えることができる。本発明のガラス組成物またはガラス繊維の一部の実施形態は、比較的低い原料バッチコストで商業的に作製され得る。一部の実施形態において、本発明のガラス繊維は、望ましいおよび/または商業的に許容され得る機械的特性を与えることができる。
SiO2 53.5〜77重量パーセント;
B2O3 4.5〜14.5重量パーセント;
Al2O3 4.5〜18.5重量パーセント;
MgO 4〜12.5重量パーセント;
CaO 0〜10.5重量パーセント;
Li2O 0〜4重量パーセント;
Na2O 0〜2重量パーセント;
K2O 0〜1重量パーセント;
Fe2O3 0〜1重量パーセント;
F2 0〜2重量パーセント;
TiO2 0〜2重量パーセント;および
他の構成物質 合計で0〜5重量パーセント
を含み得、ガラス繊維の形態であってもよい。
SiO2 60〜77重量パーセント;
B2O3 4.5〜14.5重量パーセント;
Al2O3 4.5〜18.5重量パーセント;
MgO 8〜12.5重量パーセント;
CaO 0〜4重量パーセント;
Li2O 0〜3重量パーセント;
Na2O 0〜2重量パーセント;
K2O 0〜1重量パーセント;
Fe2O3 0〜1重量パーセント;
F2 0〜2重量パーセント;
TiO2 0〜2重量パーセント;および
他の構成物質 合計で0〜5重量パーセント
を含み得、ガラス繊維の形態であってもよい。
SiO2 60〜68重量パーセント;
B2O3 7〜13重量パーセント;
Al2O3 9〜15重量パーセント;
MgO 8〜15重量パーセント;
CaO 0〜4重量パーセント;
Li2O 0〜2重量パーセント;
Na2O 0〜1重量パーセント;
K2O 0〜1重量パーセント;
Fe2O3 0〜1重量パーセント;
F2 0〜1重量パーセント;および
TiO2 0〜2重量パーセント
を含み得、ガラス繊維の形態であってもよい。
SiO2 少なくとも60重量パーセント;
B2O3 5〜11重量パーセント;
Al2O3 5〜18重量パーセント;
MgO 5〜12重量パーセント;
CaO 0〜10重量パーセント;
Li2O 0〜3重量パーセント;
Na2O 0〜2重量パーセント;
K2O 0〜1重量パーセント;
Fe2O3 0〜1重量パーセント;
F2 0〜2重量パーセント;
TiO2 0〜2重量パーセント;および
他の構成物質 合計で0〜5重量パーセント
を含み得、ガラス繊維の形態であってもよい。
SiO2 60〜68重量パーセント;
B2O3 5〜10重量パーセント;
Al2O3 10〜18重量パーセント;
MgO 8〜12重量パーセント;
CaO 0〜4重量パーセント;
Li2O 0〜3重量パーセント;
Na2O 0〜2重量パーセント;
K2O 0〜1重量パーセント;
Fe2O3 0〜1重量パーセント;
F2 0〜2重量パーセント;
TiO2 0〜2重量パーセント;および
他の構成物質 合計で0〜5重量パーセント
を含み得、ガラス繊維の形態であってもよい。
SiO2 62〜68重量パーセント;
B2O3 7〜9重量パーセント;
Al2O3 11〜18重量パーセント;
MgO 8〜11重量パーセント;
CaO 1〜2重量パーセント;
Li2O 1〜2重量パーセント;
Na2O 0〜0.5重量パーセント;
K2O 0〜0.5重量パーセント;
Fe2O3 0〜0.5重量パーセント;
F2 0.5〜1重量パーセント;
TiO2 0〜1重量パーセント;および
他の構成物質 合計で0〜5重量パーセント
を含み得、ガラス繊維の形態であってもよい。
SiO2 62〜68重量パーセント;
B2O3 約9重量パーセント未満;
Al2O3 10〜18重量パーセント;
MgO 8〜12重量パーセント;および
CaO 0〜4重量パーセント;
を含んでいてもよく、ガラス繊維の形態であってもよく、
ガラスが6.7未満の誘電定数(Dk)で、1000ポイズの粘度で1370℃以下の成形温度(TF)を示すものである。
B2O3 14重量パーセント未満;
Al2O3 9〜15重量パーセント;
MgO 8〜15重量パーセント;
CaO 0〜4重量パーセント;および
SiO2 60〜68重量パーセント;
を含んでいてもよく、ガラス繊維の形態であってもよく、
ガラスが6.7未満の誘電定数(Dk)で、1000ポイズの粘度で1370℃以下の成形温度(TF)を示すものである。
B2O3 9重量パーセント未満;
Al2O3 11〜18重量パーセント;
MgO 8〜11重量パーセント;
CaO 1〜2重量パーセント;および
SiO2 62〜68重量パーセント;
を含んでいてもよく、ガラス繊維の形態であってもよく、
ガラスが6.7未満の誘電定数(Dk)で、1000ポイズの粘度で1370℃以下の成形温度(TF)を示すものである。
SiO2 60〜68重量パーセント;
B2O3 7〜13重量パーセント;
Al2O3 9〜15重量パーセント;
MgO 8〜15重量パーセント;
CaO 0〜3重量パーセント;
Li2O 0.4〜2重量パーセント;
Na2O 0〜1重量パーセント;
K2O 0〜1重量パーセント;
Fe2O3 0〜1重量パーセント;
F2 0〜1重量パーセント;および
TiO2 0〜2重量パーセント
を含んでいてもよく、ガラス繊維の形態であってもよく、
ガラスが5.9未満の誘電定数(Dk)で、1000ポイズの粘度で1300℃以下の成形温度(TF)を示すものである。
SiO2 60〜68重量パーセント;
B2O3 7〜11重量パーセント;
Al2O3 9〜13重量パーセント;
MgO 8〜13重量パーセント;
CaO 0〜3重量パーセント;
Li2O 0.4〜2重量パーセント;
Na2O 0〜1重量パーセント;
K2O 0〜1重量パーセント;
(Na2O+K2O+Li2O) 0〜2重量パーセント;
Fe2O3 0〜1重量パーセント;
F2 0〜1重量パーセント;および
TiO2 0〜2重量パーセント
を含んでいてもよく、ガラス繊維の形態であってもよい。
本発明の実施形態において、例えば以下の項目が提供される。
(項目1)
SiO 2 53.5〜77重量パーセント;
B 2 O 3 4.5〜14.5重量パーセント;
Al 2 O 3 4.5〜18.5重量パーセント;
MgO 4〜12.5重量パーセント;
CaO 0〜10.5重量パーセント;
Li 2 O 0〜4重量パーセント;
Na 2 O 0〜2重量パーセント;
K 2 O 0〜1重量パーセント;
Fe 2 O 3 0〜1重量パーセント;
F 2 0〜2重量パーセント;
TiO 2 0〜2重量パーセント;および
他の構成物質 合計で0〜5重量パーセント
を含む繊維形成に適したガラス組成物。
(項目2)
SiO 2 62〜68重量パーセント;
B 2 O 3 6〜9重量パーセント;
Al 2 O 3 10〜18重量パーセント;および
MgO 8〜12重量パーセント
を含む、項目1に記載の組成物。
(項目3)
Li 2 O含量が1〜2重量パーセントである、項目2に記載の組成物。
(項目4)
MgO含量が5重量パーセントより多い、項目1に記載の組成物。
(項目5)
MgO含量が8重量パーセントより多い、項目1に記載の組成物。
(項目6)
CaO含量が0〜3重量パーセントである、項目1に記載の組成物。
(項目7)
CaO含量が少なくとも1重量パーセントである、項目1に記載の組成物。
(項目8)
TiO 2 含量が0〜1重量パーセントである、項目1に記載の組成物。
(項目9)
B 2 O 3 含量が6〜11重量パーセントである、項目1に記載の組成物。
(項目10)
B 2 O 3 含量が6〜9重量パーセントである、項目1に記載の組成物。
(項目11)
Al 2 O 3 含量が9〜18重量パーセントである、項目1に記載の組成物。
(項目12)
Al 2 O 3 含量が10〜18重量パーセントである、項目1に記載の組成物。
(項目13)
SiO 2 含量が約60重量パーセントよりも多い、項目1に記載の組成物。
(項目14)
前記構成物質が、1GHzの周波数で6.7未満の誘電定数(D k )を有するガラスが得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目15)
前記構成物質が、1GHzの周波数で6未満の誘電定数(D k )を有するガラスが得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目16)
前記構成物質が、1GHzの周波数で5.6未満の誘電定数(D k )を有するガラスが得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目17)
前記構成物質が、1GHzの周波数で5.2未満の誘電定数(D k )を有するガラスが得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目18)
前記構成物質が、1GHzの周波数で5.0未満の誘電定数(D k )を有するガラスが得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目19)
前記構成物質が、1GHzの周波数で0.007未満の散逸率(Df)を有するガラスが得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目20)
前記構成物質が、1GHzの周波数で0.003未満の散逸率(Df)を有するガラスが得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目21)
前記構成物質が、1000ポイズの粘度で1370℃以下の成形温度T F が得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目22)
前記構成物質が、1000ポイズの粘度で1320℃以下の成形温度T F が得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目23)
前記構成物質が、1000ポイズの粘度で1300℃以下の成形温度T F が得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目24)
前記構成物質が、1000ポイズの粘度で1290℃以下の成形温度T F が得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目25)
前記構成物質が、1000ポイズの粘度で1260℃以下の成形温度T F が得られるように選択される、項目1に記載の組成物。
(項目26)
前記構成物質が、前記成形温度よりも少なくとも55℃低い液相線温度(T L )が得られるように選択される、項目25に記載の組成物。
(項目27)
Li 2 O含量が0.4〜2.0重量パーセントである、項目1に記載の組成物。
(項目28)
Li 2 O含量が(Na 2 O+K 2 O)含量よりも多い、項目1に記載の組成物。
(項目29)
(Li 2 O+Na 2 O+K 2 O)含量が2重量パーセント未満である、項目1に記載の組成物。
(項目30)
0〜1重量パーセントのBaOと0〜2重量パーセントのZnOを含む、項目1に記載の組成物。
(項目31)
本質的にBaOを含まず、本質的にZnOを含まない、項目1に記載の組成物。
(項目32)
他の構成物質が、存在する場合、0〜2重量パーセントの総量で存在する、項目1に記載の組成物。
(項目33)
他の構成物質が、存在する場合、0〜1重量パーセントの総量で存在する、項目1に記載の組成物。
(項目34)
SiO 2 少なくとも60重量パーセント;
B 2 O 3 5〜11重量パーセント;
Al 2 O 3 5〜18重量パーセント;
MgO 5〜12重量パーセント;
CaO 0〜10重量パーセント;
Li 2 O 0〜3重量パーセント;
Na 2 O 0〜2重量パーセント;
K 2 O 0〜1重量パーセント;
Fe 2 O 3 0〜1重量パーセント;
F 2 0〜2重量パーセント;
TiO 2 0〜2重量パーセント;および
他の構成物質 合計で0〜5重量パーセント
を含む繊維形成に適したガラス組成物。
(項目35)
前記構成物質が、1GHzの周波数で6.7未満の誘電定数(D k )を有するガラスが得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目36)
前記構成物質が、1GHzの周波数で6未満の誘電定数(D k )を有するガラスが得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目37)
前記構成物質が、1GHzの周波数で5.6未満の誘電定数(D k )を有するガラスが得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目38)
前記構成物質が、1GHzの周波数で5.2未満の誘電定数(D k )を有するガラスが得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目39)
前記構成物質が、1GHzの周波数で5.0未満の誘電定数(D k )を有するガラスが得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目40)
前記構成物質が、1GHzの周波数で0.007未満の散逸率(Df)を有するガラスが得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目41)
前記構成物質が、1GHzの周波数で0.003未満の散逸率(Df)を有するガラスが得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目42)
前記構成物質が、1000ポイズの粘度で1370℃以下の成形温度T F が得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目43)
前記構成物質が、1000ポイズの粘度で1320℃以下の成形温度T F が得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目44)
前記構成物質が、1000ポイズの粘度で1300℃以下の成形温度T F が得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目45)
前記構成物質が、1000ポイズの粘度で1290℃以下の成形温度T F が得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目46)
前記構成物質が、1000ポイズの粘度で1290℃以下の成形温度T F が得られるように選択される、項目34に記載の組成物。
(項目47)
前記構成物質が、前記成形温度よりも少なくとも55℃低い液相線温度(T L )が得られるように選択される、項目46に記載の組成物。
(項目48)
Li 2 O含量が0.4〜2.0重量パーセントである、項目34に記載の組成物。
(項目49)
Li 2 O含量が(Na 2 O+K 2 O)含量よりも多い、項目34に記載の組成物。
(項目50)
(Li 2 O+Na 2 O+K 2 O)含量が2重量パーセント未満である、項目34に記載の組成物。
(項目51)
SiO 2 60〜68重量パーセント;
B 2 O 3 5〜10重量パーセント;
Al 2 O 3 10〜18重量パーセント;
MgO 8〜12重量パーセント;
CaO 0〜4重量パーセント;
Li 2 O 0〜3重量パーセント;
Na 2 O 0〜2重量パーセント;
K 2 O 0〜1重量パーセント;
Fe 2 O 3 0〜1重量パーセント;
F 2 0〜2重量パーセント;
TiO 2 0〜2重量パーセント;および
他の構成物質 合計で0〜5重量パーセント
を含む繊維形成に適したガラス組成物。
(項目52)
SiO 2 62〜68重量パーセント;
B 2 O 3 約9重量パーセント未満;
Al 2 O 3 10〜18重量パーセント;
MgO 8〜12重量パーセント;および
CaO 0〜4重量パーセント;
を含む繊維形成に適したガラス組成物であって、ガラスが6.7未満の誘電定数(D k )で、1000ポイズの粘度で1370℃以下の成形温度T F を示す、ガラス組成物。
低電気的分極率を有するSiO2およびB2O3を含め、DkおよびDfを下げることが、本発明の組成物で有用である。B2O3自体は低温(350℃)で溶融させることができるが、周囲の空気中の水分の攻撃には安定ではないため、純粋なB2O3の繊維は、PCB積層体での使用は現実的ではない。SiO2およびB2O3は両方とも網目構造形成剤であり、これら2種の混合物は、D−ガラスの場合のように、E−ガラスよりも顕著に高い繊維成形温度をもたらすだろう。繊維−成形温度を下げるために、SiO2の一部を置き換えたMgOおよびAl2O3が含まれる。酸化カルシウム(CaO)およびSrOをMgOと組み合わせて使用することもできるが、これらは両方ともMgOより分極率が高いため、MgOよりも望ましくない。
実施例1〜8は、重量パーセンテージでのガラス組成(表1):SiO2 62.5〜67.5%、B2O3 8.4〜9.4%、Al2O3 10.3〜16.0%、MgO 6.5〜11.1%、CaO 1.5〜5.2%、Li2O 1.0%、Na2O 0.0%、K2O 0.8%、Fe2O3 0.2〜0.8%、F2 0.0%、TiO2 0.0%、およびスルフェート(SO3と示す)0.0%を示す。
実施例9〜15は、ガラス組成:SiO2 60.8〜68.0%、B2O3 8.6〜11.0%、Al2O3 8.7〜12.2%、MgO 9.5〜12.5%、CaO 1.0〜3.0%、Li2O 0.5〜1.5%、Na2O 0.5%、K2O 0.8%、Fe2O3 0.4%、F2 0.3%、TiO2 0.2%、およびスルフェート(SO3と示す)0.0%を示す。
試験片の長さを測定し、それぞれの伸縮波速度(VE)を計算した。繊維密度(ρ)は、Micromeritics AccuPyc 1330比重瓶を用いて測定した。一般に、各組成物に対して20回の測定を行ない、式E=VE 2×ρに従って平均ヤング率(E)を計算した。繊維の破断歪みは、公知の繊維強度とヤング率の値に基づいてフックの法則を用いて計算した。
Claims (20)
- SiO2 69.19〜77重量パーセント;
B2O3 4.5〜10重量パーセント;
Al2O3 4.5〜10.37重量パーセント;
MgO 4〜12.5重量パーセント;
CaO 4.88〜10.5重量パーセント;
Li2O 0〜2重量パーセント;
Na2O 0〜2重量パーセント;
K2O 0〜1重量パーセント;
Fe2O3 0〜1重量パーセント;
F2 0〜2重量パーセント;
TiO2 0〜2重量パーセント;および
他の構成物質 合計で0〜5重量パーセント
を含む繊維形成に適したガラス組成物であって、
ここで、(Li2O+Na2O+K2O)含量が2重量パーセント以下である、
組成物。 - B2O3含量が5〜10重量パーセントである、請求項1に記載の組成物。
- B2O3含量が9重量パーセント未満である、請求項1に記載の組成物。
- B2O3含量が8重量パーセントより多くない、請求項1に記載の組成物。
- MgO含量が5.0重量パーセントより多い、請求項1に記載の組成物。
- MgO含量が5.85重量パーセント未満である、請求項1に記載の組成物。
- Al2O3含量が7.27重量パーセント未満である、請求項1に記載の組成物。
- MgO+CaO含量が16重量パーセント未満である、請求項1に記載の組成物。
- MgO+CaO含量が8.88〜16重量パーセントである、請求項1に記載の組成物。
- Li2O含量が少なくとも0.4重量パーセントである、請求項1に記載の組成物。
- 本質的にBaOを含まず、本質的にZnOを含まない、請求項1に記載の組成物。
- 請求項1に記載の組成物から形成される複数のガラス繊維。
- SiO2 69.19〜77重量パーセント;
B2O3 5〜10重量パーセント;
Al2O3 4.5〜10.37重量パーセント;
MgO 5〜12.5重量パーセント;
CaO 4.88〜10.5重量パーセント;
Li2O 0〜2重量パーセント;
Na2O 0〜2重量パーセント;
K2O 0〜1重量パーセント;
Fe2O3 0〜1重量パーセント;
F2 0〜2重量パーセント;
TiO2 0〜2重量パーセント;および
他の構成物質 合計で0〜5重量パーセント
を含む繊維形成に適したガラス組成物であって、
ここで、MgO+CaO含量が16重量パーセント未満であり、そして
ここで、(Li2O+Na2O+K2O)含量が2重量パーセント以下である、
組成物。 - B2O3含量が9重量パーセント未満である、請求項13に記載の組成物。
- MgO含量が5.85重量パーセント未満である、請求項13に記載の組成物。
- Al2O3含量が7.27重量パーセント未満である、請求項13に記載の組成物。
- MgO+CaO含量が10〜<16重量パーセントである、請求項13に記載の組成物。
- Li2O含量が少なくとも0.4重量パーセントである、請求項13に記載の組成物。
- 本質的にBaOを含まず、本質的にZnOを含まない、請求項13に記載の組成物。
- 請求項13に記載の組成物から形成される複数のガラス繊維。
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