TWI766809B - 低介電玻璃組成物、低介電玻璃及低介電玻璃纖維 - Google Patents
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Abstract
一種低介電玻璃組成物,包含:以該玻璃組成物的總量為100wt%計,49wt%至59wt%的SiO
2、9.5wt%至14.5wt%的Al
2O
3、19wt%至35wt%的B
2O
3、2wt%至5wt%的CaO、0.25wt%至3wt%的ZnO、0wt%至1wt%的MgO、0wt%至1wt%的TiO
2、0wt%至3wt%的ZrO
2,及0.1wt%至3.5wt%的MnO。本發明亦提供一種包含上述的玻璃組成物的玻璃及玻璃纖維。透過上述成分及含量的搭配設計,本發明玻璃組成物除具有良好的抽絲成型視窗且無相分離的現象,還兼具低介電常數及低介電正切損耗,且包含該玻璃組成物的玻璃及玻璃纖維具有低介電常數及低介電正切損耗。
Description
本發明是有關於一種玻璃組成物及玻璃纖維,特別是指一種具有良好的抽絲成型視窗的低介電玻璃組成物,及具有低介電常數與低介電正切損耗的包含該玻璃組成物的玻璃及玻璃纖維。
中華民國專利公告第694976B號提供一種低氣泡數之低介電常數玻璃組成物及玻璃纖維。該玻璃組成物包含52wt%至58wt%的SiO
2、12wt%至16wt%的Al
2O
3、16wt%至26wt%的B
2O
3、大於0wt%至2wt%以下的MgO、1wt%至6wt%的CaO、大於1wt%至小於5wt%的TiO
2、大於0wt%至0.6wt%以下的Na
2O、0wt%至0.5wt%的K
2O、0wt%至1wt%的F
2、1wt%至5wt%的ZnO、大於0wt%至1wt%以下的Fe
2O
3,及0.1wt%至0.6wt%的SO
3。該玻璃纖維是由該玻璃組成物所形成。
藉由上述的設計,該玻璃組成物具有不錯的抽絲成型視窗,且由該玻璃組成物所形成的該玻璃纖維具有低氣泡數目、低介電常數與介電正切損耗的優點。然而,由該玻璃組成物所形成的玻璃纖維於頻率為10GHz的環境下使用時,仍有介電常數與介電正切損耗過大的問題。
因此,本發明的第一目的,即在提供一種低介電的玻璃組成物。
於是,本發明玻璃組成物,包含:以該玻璃組成物的總量為100wt%計,49wt%至59wt%的SiO
2、9.5wt%至14.5wt%的Al
2O
3、19wt%至35wt%的B
2O
3、2wt%至5wt%的CaO、0.25wt%至3wt%的ZnO、0wt%至1wt%的MgO、0wt%至1wt%的TiO
2、0wt%至3wt%的ZrO
2,及0.1wt%至3.5wt%的MnO。
本發明的第二目的,即在提供一種低介電的玻璃。
於是,本發明玻璃,包含:上述的玻璃組成物。
本發明的第三目的,即在提供一種低介電的玻璃纖維。
於是,本發明玻璃纖維,包含:上述的玻璃組成物。
本發明的功效在於:透過上述成分及用量的搭配設計,本發明玻璃組成物除具有良好的抽絲成型視窗且無相分離的現象外,還兼具低介電常數及低介電正切損耗,且包含該玻璃組成物的玻璃及玻璃纖維亦具有低介電常數及低介電正切損耗。
以下將就本發明進行詳細說明。
[玻璃組成物]
本發明玻璃組成物,包含:SiO
2、Al
2O
3、B
2O
3、CaO、ZnO、MgO、TiO
2、ZrO
2,及MnO。以該玻璃組成物的總量為100wt%計,該SiO
2的含量範圍為49wt%至59wt%、該Al
2O
3的含量範圍為9.5wt%至14.5wt%、該B
2O
3的含量範圍為19wt%至35wt%、該CaO的含量範圍為2wt%至5wt%、該ZnO的含量範圍為0.25wt%至3wt%的ZnO、該MgO的含量範圍為0wt%至1wt%、該TiO
2的含量範圍為0wt%至1wt%、該ZrO
2的含量範圍為0wt%至3wt%,及該MnO的含量範圍為0.1wt%至3.5wt%。
該SiO
2的含量範圍為49wt%至59wt%時,該玻璃組成物具有適當的黏度而有助於形成該玻璃纖維的抽絲成型作業,且由該玻璃組成物所形成的玻璃及玻璃纖維具有低介電常數及低介電正切損耗。
該Al
2O
3的含量範圍為9.5wt%至14.5wt%時,該玻璃組成物無相分離的現象且具有良好的抽絲成型視窗。
該B
2O
3的含量範圍為19wt%至35wt%時,由該玻璃組成物所形成的玻璃纖維具有低介電常數及低介電正切損耗,同時,還具有不錯抗拉強度而應用於印刷電路板時可提升該印刷電路板的機械強度。
該CaO的含量範圍為2wt%至5wt%時,該玻璃組成物無相分離的現象及具有良好的抽絲成型視窗,且由該玻璃組成物所形成的玻璃纖維具有低介電常數及低介電正切損耗。
該ZnO的含量範圍為0.25wt%至3wt%時,能夠賦予該玻璃組成物具有良好的抽絲成型視窗,且該玻璃組成物無相分離現象產生。
該MnO的含量範圍為0.1wt%至3.5wt%時,該玻璃組成物具有大的抽絲成型視窗而利於抽絲加工的操作便利性,且能夠賦予該玻璃組成物具有低介電常數及低介電正切損耗。
該MgO的含量範圍為0wt%至1wt%時,該玻璃組成物具有低的黏度以利於操作,及無相分離現象產生。
該ZrO
2的含量範圍為0wt%至3wt%時,該玻璃組成物具有良好的抽絲成型視窗、低的介電常數與介電正切損耗,及無相分離現象產生。
該TiO
2的含量範圍為0wt%至1wt%時,該玻璃組成物具有良好的抽絲成型視窗。
為了使該玻璃組成物具有較佳的熔融性及較低的黏度以利於操作,且賦予該玻璃組成物具有較低的介電常數與介電正切損耗,在本發明的一些實施態樣中,該玻璃組成物還包含作為助熔劑的Na
2O,且該Na
2O的含量範圍為0.5wt%以下。
為了使該玻璃組成物具有較佳的熔融性及低的黏度以利於形成玻璃或玻璃纖維的製程的操作,且賦予該玻璃組成物具有較低的介電常數與介電正切損耗,在本發明的一些實施態樣中,該玻璃組成物還包含作為助熔劑的K
2O,且該K
2O的含量範圍為0.5wt%以下。
為了減少該玻璃組成物對窯爐的耐火磚產生侵蝕而縮短窯爐壽命致使成本增加的問題,且賦予該玻璃組成物具有較低的介電常數與介電正切損耗,在本發明的一些實施態樣中,該玻璃組成物還包含F
2,且該F
2的含量範圍為3wt%以下。
為了能夠監控該玻璃組成物熔融時的環境氣氛與該玻璃組成物除泡時的穩定性,且賦予該玻璃組成物具有較低的介電常數與介電正切損耗,在本發明的一些實施態樣中,該玻璃組成物還包含Fe
2O
3,且該Fe
2O
3的含量範圍為1wt%以下。
此外,在不損及介電常數與介電正切損耗的特性的前提下,該玻璃組成物還包含其他成分,該其他成分包括Li
2O、Cr
2O
3、As
2O
3、Sb
2O
3、V
2O
3、P
2O
5、Cl
2、BeO、BaO、Sc
2O
3、SnO
2及SrO中至少一者。以該玻璃組成物的總量為100wt%計,該其他成分的總量為3wt%以下。
[玻璃]
本發明玻璃包含玻璃組成物。該玻璃組成物如上所述,故不再贅述。
[玻璃纖維]
本發明玻璃纖維包含玻璃組成物。
該玻璃組成物如上所述,故不再贅述。
本發明將就以下實施例作進一步說明,但應瞭解的是,該實施例僅為例示說明用,而不應被解釋為本發明實施的限制。
實施例1
依據表1所示,精秤所需原料粉末的用量,將各原料粉末均勻混合後,得到玻璃組成物。將該玻璃組成物置於高溫爐中以1500℃至1550℃的溫度恆溫加熱3至5小時,得到完全熔融的玻璃液。隨後,將該玻璃液倒入直徑為40mm的石墨坩鍋中,接著,將該石墨坩鍋置於已預熱至800℃的退火爐中,使該玻璃液緩慢冷卻至室溫形成玻璃塊。將該玻璃塊研磨拋光,製成厚度約為0.60mm至0.79mm的玻璃片。
實施例2至實施例7及比較例1至比較例9
該實施例2至實施例7及比較例1至比較例9的製備方法與該實施例1的製備方法大致相同,差別僅在於:該玻璃組成物不同,參閱表1及表2。
[評價項目]
<介電常數及介電損耗正切>
利用一向量網路分析儀(Vector Network Analyzer,廠商型號為R&S ZNB20),並搭配一分離柱電介質諧振器(Split Post Dielectric Resonator,廠商為威瑞科技),量測實施例1至實施例7及比較例1至9的玻璃片在頻率為10GHz時的介電常數及介電損耗正切,結果如表1及表2所示。
<抽絲成型視窗(ΔT)>
將實施例1的玻璃塊取2.25公克置於高溫爐中後,將該高溫爐升溫至一特定溫度並持溫2小時,接著,將該玻璃塊從該高溫爐取出並静置冷卻至室溫,觀察該玻璃塊中是否有結晶物存在,若有,該特定溫度即為實施例1的玻璃組成物的失透溫度。將實施例1的玻璃組成物在黏度1000泊(poise)時的溫度減掉該失透溫度,即為實施例1的玻璃組成物的抽絲成型視窗(ΔT,單位℃)。抽絲成型視窗(ΔT)越大,表示越有利於製造玻璃纖維時的抽絲成型作業。
<相分離檢測>
目視觀察實施例1至7及比較例1至9的玻璃塊的外觀。當玻璃塊的外觀呈現色澤均勻,表示該玻璃塊為均勻相,而無相分離的現象。當該玻璃塊的外觀呈現乳濁且色澤不均,則表示該玻璃塊為非均勻相,而有相分離的現象。
表1
單位:wt% | 實施例 | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
玻璃組成物 | SiO 2 | 50.0 | 54.4 | 54.4 | 55.0 | 57.4 | 57.4 | 56.4 |
Al 2O 3 | 11.0 | 11.0 | 13.0 | 11.0 | 13.5 | 10.5 | 11.0 | |
B 2O 3 | 33.3 | 25.5 | 25.5 | 27.0 | 22.5 | 24.5 | 24.5 | |
MgO | 0.6 | 0.4 | 0.4 | 0.2 | 0.3 | 0.1 | 0.4 | |
CaO | 2.6 | 2.6 | 2.6 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 2.6 | |
TiO 2 | 0.4 | 0.7 | 0.7 | 0.4 | 0.5 | 0.4 | 0.8 | |
Na 2O | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | |
K 2O | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | |
F 2 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 1.0 | 1.2 | 0 | |
ZnO | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 2.5 | |
Fe 2O 3 | 0.2 | 0.3 | 0.3 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
ZrO 2 | 0.3 | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.0 | |
MnO | 0.5 | 2.0 | 2.0 | 3.0 | 0.5 | 0.3 | 0.5 | |
介電常數 (10GHz) | 4.19 | 4.46 | 4.45 | 4.32 | 4.39 | 4.30 | 4.39 | |
介電正切損耗 (10GHz,×10 -3) | 1.8 | 2.3 | 2.4 | 2.0 | 2.0 | 1.8 | 2.2 | |
抽絲成型視窗(ΔT) | >100 | >100 | >100 | >100 | >100 | >100 | >100 | |
相分離 | 無 | 無 | 無 | 無 | 無 | 無 | 無 |
表2
單位:wt% | 比較例 | |||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
玻璃組成物 | SiO 2 | 53.2 | 56.5 | 55.0 | 52.0 | 53.5 | 51.5 | 55.3 | 51.5 | 52.1 |
Al 2O 3 | 15.0 | 8.6 | 10.0 | 13.7 | 13.5 | 13.5 | 13.6 | 13.5 | 12.0 | |
B 2O 3 | 25.0 | 27.1 | 28.0 | 28.5 | 27.1 | 26.9 | 26.8 | 23.5 | 27.0 | |
MgO | 0.4 | 0.4 | 2.0 | 0.4 | 0.4 | 0.2 | 0.4 | 0.7 | 0.4 | |
CaO | 2.6 | 3.2 | 2.2 | 2.0 | 2.4 | 2.0 | 2.3 | 4.0 | 2.6 | |
TiO 2 | 0.8 | 0.3 | 0.4 | 2.0 | 0.7 | 0.5 | 0.7 | 0.6 | 0.7 | |
Na 2O | 0.1 | 0.0 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | |
K 2O | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | |
F 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.0 | 0.9 | 0 | 0 | 0 | |
ZnO | 1.0 | 2.5 | 1.5 | 0.5 | 0 | 3.5 | 0.5 | 1.8 | 1.0 | |
Fe 2O 3 | 0.4 | 0.2 | 0.2 | 0.3 | 0.3 | 0.2 | 0.3 | 0.3 | 0.2 | |
ZrO 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3.3 | |
MnO | 1.4 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 1.0 | 0.6 | 0 | 4.0 | 0.5 | |
介電常數 (10GHz) | 4.54 | 4.27 | 4.29 | 4.32 | 4.30 | 4.38 | 4.27 | 4.83 | 4.46 | |
介電正切損耗 (10GHz,×10 -3) | 3.0 | 1.9 | 1.9 | 2.2 | 1.8 | 2.0 | 1.9 | 3.3 | 2.2 | |
抽絲成型視窗 (ΔT) | <50 | >100 | >100 | <50 | <50 | <50 | <50 | >100 | <100 | |
相分離 | 無 | 有 | 有 | 無 | 無 | 有 | 無 | 無 | 有 |
參閱表1及表2,本發明玻璃組成物透過SiO
2、Al
2O
3、B
2O
3、CaO、ZnO、MgO、TiO
2、ZrO
2及MnO的搭配且將SiO
2的含量範圍設計為49wt%至59wt%、該Al
2O
3的含量範圍設計為9.5wt%至14.5wt%、該B
2O
3的含量範圍設計為19wt%至35wt%、該CaO的含量範圍設計為2wt%至5wt%、該ZnO的含量範圍設計為0.25wt%至3wt%、該MgO的含量範圍設計為0wt%至1wt%、該TiO
2的含量範圍設計為0wt%至1wt%、該ZrO
2的含量範圍設計為0wt%至3wt%,及該MnO的含量範圍設計為0.1wt%至3.5wt%,除能夠使由該玻璃組成物所形成的玻璃片在10GHz的頻率下的介電常數控制在4.5以下及介電正切損耗控制在2.4×10
-3以下外,還兼具使該玻璃組成物不會有相分離現象產生,同時,具有優異的抽絲成型視窗。
反觀比較例1至9,在比較例1中,該Al
2O
3的含量大於14.5wt%,因此,由該玻璃組成物所形成的玻璃片在10GHz的頻率下的介電常數及介電正切損耗分別大於4.5及大於2.4×10
-3,而存在有當該玻璃組成物所形成的玻璃纖維應用於印刷電路板時,經由該印刷電路板傳遞的電訊號的完整性不佳及傳播速度不佳的問題,此外,該玻璃組成物還存在有抽絲成型視窗不佳的問題。
在比較例2至7及9中,Al
2O
3、MgO、TiO
2、ZnO、ZrO
2及MnO的含量依序未控制在9.5wt%至14.5wt%、0wt%至1wt%、0wt%至1wt%、0.25wt%至3wt%、0wt%至3wt%及0.1wt%至3.5wt%,因此,該玻璃組成物存在有相分離現象或/及抽絲成型視窗不佳的問題。
在比較例8中,該MnO的含量大於3.5wt%,因此,由該玻璃組成物所形成的玻璃片在10GHz的頻率下的介電常數及介電正切損耗分別大於4.5及大於2.4×10
-3,而存在有當該玻璃組成物所形成的玻璃纖維應用於印刷電路板時,經由該印刷電路板傳遞的電訊號的完整性不佳及傳播速度不佳的問題。
綜上所述,透過上述成分及用量的搭配設計,本發明玻璃組成物除具有良好的抽絲成型視窗且無相分離的現象,還兼具低介電常數及低介電正切損耗,且包含該玻璃組成物的玻璃及玻璃纖維亦具有低介電常數及低介電正切損耗,故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者,僅為本發明的實施例而已,當不能以此限定本發明實施的範圍,凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
Claims (7)
- 一種低介電玻璃組成物,包含: 以該玻璃組成物的總量為100wt%計, 49wt%至59wt%的SiO 2; 9.5wt%至14.5wt%的Al 2O 3; 19wt%至35wt%的B 2O 3; 2wt%至5wt%的CaO; 0.25wt%至3wt%的ZnO; 0wt%至1wt%的MgO; 0wt%至1wt%的TiO 2; 0wt%至3wt%的ZrO 2;及 0.1wt%至3.5wt%的MnO。
- 如請求項1所述的低介電玻璃組成物,還包含Na 2O,且該Na 2O的含量範圍為0.5wt%以下。
- 如請求項1所述的低介電玻璃組成物,還包含K 2O,且該K 2O的含量範圍為0.5wt%以下。
- 如請求項1所述的低介電玻璃組成物,還包含F 2,且該F 2的含量範圍為3wt%以下。
- 如請求項1所述的低介電玻璃組成物,還包含Fe 2O 3,且該Fe 2O 3的含量範圍為1wt%以下。
- 一種低介電玻璃,包含:請求項1至5中任一項所述的低介電玻璃組成物。
- 一種低介電玻璃纖維,包含:請求項1至5中任一項所述的低介電玻璃組成物。
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