低拉絲溫度低介電常數(shù)的玻璃纖維的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于印刷電路板的增強(qiáng)材料的低拉絲溫度低介電常數(shù)的玻璃纖 維。
【背景技術(shù)】
[0002] 近十幾年來(lái)，由于電子信息產(chǎn)業(yè)的飛躍發(fā)展，印刷電路板向高密度與多層、超多層 方向發(fā)展，要求覆銅板不僅充當(dāng)基板，還要發(fā)展信號(hào)傳輸線功能、特性阻抗精度控制功能， 并在多層板中充當(dāng)內(nèi)藏?zé)o源元件功能等。這就要求材料具有低的介電常數(shù)和介電損耗。這 是因?yàn)椴牧系慕殡姵?shù)越小，則信號(hào)傳播速度越快；在一定的傳播頻率下，材料的介質(zhì)損耗 越小，則傳播損耗越小。印刷電路板通常由樹脂和玻璃纖維組成。常規(guī)用于印刷電路板的 樹脂的介電性能是令人滿意的，因而制約印刷電路板上述特性的關(guān)鍵，在于尚質(zhì)量、尚品質(zhì) 的玻璃纖維材料。傳統(tǒng)用于印刷電路板的E玻璃纖維的介電常數(shù)在7左右，不能滿足電路 板越來(lái)越快的處理速度的要求，因此開(kāi)發(fā)較E玻璃具有更低的介電常數(shù)和介電損耗的玻璃 纖維成為主要的研發(fā)方向。
[0003] 針對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)外做了不少研宄，開(kāi)發(fā)了一些低介電常數(shù)和低介電損耗的玻 璃纖維。如典型的D玻璃纖維的組成是：Si0272-76%，Al2030-5 %，B20320-25 %，Na20+K 203-5%。其介電常數(shù)為4.1左右，介電損耗為8X10-4左右。但是D玻璃的Si02含量高，導(dǎo) 致拉絲溫度高達(dá)140(TC左右，玻璃纖維增強(qiáng)層壓板的鉆孔性能差，不利于后續(xù)加工，耐水 性也很差，容易引起纖維與樹脂的剝離。日本日東紡織株式會(huì)社專利96194439.0介紹了 一種低介電常數(shù)玻璃纖維的組成，Si0250-60%，Al20310-20%，B20320-30%，Na20+K20+Li20 0.5%，〇&00-5%，]\%0 0-4%，1120 0.5-4%。，介電常數(shù)在4.2-4.5左右，拉絲溫度在 1280°C以上。美國(guó)AGY控股公司的專利200780048402. 7介紹了一種低介電常數(shù)玻璃纖 維的組成如下：Si0252-60%，A120311-16 %，B20320-30 %，，Ca04-8%。相應(yīng)的介電常數(shù) 4. 5-5,介電損耗< 5X1(T4,拉絲溫度在1350°C左右。泰山玻璃纖維股份有限公司的專利 200610166224. 5提供了一種低介電常數(shù)玻璃纖維，其組成為：Si0250-60%，Al2036-9. 5%， B20330. 5-35 %，CaOO-5 %，ZnOO-5 %，Ti020 . 5-5 %，其中ZnO代替部分CaO、MgO的作用 使介電常數(shù)降低。相應(yīng)的介電常數(shù)3. 9-4. 4,介電損耗（4-8. 5)X1(T4,拉絲溫度在1350°C 左右。四川省玻纖集團(tuán)有限公司的專利200910216020. 1介紹了一種低介電常數(shù)玻璃纖 維組成為：510250-60%，八120312-18%，8 20321-27%，〇&0 0-1.8%，]\%00.5-3.2%，21100. 5-3. 2%，Ti020. 4-4%，CaF20. 5% -3%，CeOO. 2% -0? 6%。該組成的玻璃纖維介電常數(shù)為 4. 2-4. 6,從熔化溫度可以推測(cè)其拉絲溫度也在1350°C左右。上述玻璃纖維的組成都是基于 Si02-B203_A1203-Ca0體系開(kāi)發(fā)的。為了降低玻璃纖維的介電常數(shù)，通常CaO的含量較低，而 B203的含量較高，一般都在20%以上，同時(shí)為了能正常生產(chǎn)，往往添加多種工藝性能的其他 成分。上述開(kāi)發(fā)的玻璃纖維組成雖然在介電性能方面能滿足使用要求，但是低的CaO的含 量導(dǎo)致玻璃的熔融性能差，拉絲溫度高（大部分在1300°C以上），而高的B203含量使硼揮發(fā) 嚴(yán)重，玻璃纖維組成波動(dòng)較大，導(dǎo)致拉絲作業(yè)困難，同時(shí)對(duì)窯爐溫度要求苛刻，會(huì)降低池窯 壽命，因此生成成本較高，難于大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種工藝性和操作性優(yōu)良、耐水性良好 的低拉絲溫度低介電常數(shù)的玻璃纖維。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：一種低拉絲溫度低介電常數(shù) 的玻璃纖維，其特征在于：由重量百分比的以下組分組成：Si0254%~60%，Al20312 %~ 15%，820315%~20%，]\%0 7~12%，830 0.5~2%，所述5102和8 203的重量比保持在 1. 7~3. 8之間。
[0006] 本發(fā)明建立新的玻璃體系：Si02-B203-Al203-Mg0玻璃體系，通過(guò)對(duì)該玻璃體系的設(shè) 計(jì)試驗(yàn)得到一種新的玻璃纖維。該玻璃纖維中：
[0007] Si02是形成玻璃及玻璃纖維的骨架氧化物之一，在本發(fā)明中當(dāng)Si02不足54wt% 時(shí)，玻璃纖維的耐水性降低，介電常數(shù)偏大。當(dāng)Si02超過(guò)60wt%時(shí)，玻璃纖維的高溫粘度大， 拉絲溫度高。
[0008] B203也是形成玻璃的骨架氧化物之一，在本發(fā)明中當(dāng)B203不足15wt%時(shí)，玻璃纖維 的高溫粘度大，拉絲溫度高，介電常數(shù)高，生產(chǎn)時(shí)容易失透。當(dāng)B203超過(guò)20wt%時(shí)，玻璃纖 維的耐水性降低，揮發(fā)嚴(yán)重。
[0009] 同時(shí)本發(fā)明中SiOjPB203的重量比保持在1. 7~3. 8之間，如果超出這個(gè)范圍， 則玻璃纖維容易失透，也即失透上限溫度會(huì)大大上升。
[0010] A1203也是形成玻璃的骨架氧化物之一，本發(fā)明中當(dāng)A1 203不足12wt%時(shí)，生產(chǎn)時(shí)容 易失透，玻璃纖維介電常數(shù)偏大。當(dāng)A1203超過(guò)15wt%時(shí)，玻璃纖維的高溫粘度大，拉絲溫 度高。
[0011] MgO在本發(fā)明中也起到玻璃網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體的作用，在本發(fā)明配方中當(dāng)MgO不足7wt% 時(shí)，玻璃纖維的高溫粘度大，拉絲溫度高，介電常數(shù)高，耐水性變差。當(dāng)MgO超過(guò)12wt%時(shí)， 玻璃纖維的介電常數(shù)會(huì)增大，生產(chǎn)時(shí)容易發(fā)生失透。
[0012] BaO在本發(fā)明中也起到玻璃網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體的作用，當(dāng)BaO不足0. 5wt%時(shí)，玻璃纖維 的高溫粘度大，拉絲溫度高，拉絲過(guò)程中容易失透。當(dāng)BaO超過(guò)2wt%時(shí)，玻璃纖維的介電常 數(shù)會(huì)增大。
[0013] 采用本發(fā)明組成和重量百分比例制備的玻璃纖維，室溫下，頻率為1MHz時(shí)介電常 數(shù)為4. 5~4. 9,介電損耗為4~8X10-4。拉絲溫度在1250~1280°C之間介電性能、工藝 性和操作性能優(yōu)良。
[0014] 作為優(yōu)選：由重量百分比的以下組分組成：Si0255~58%，A120313~14%， B20317~19%，Mg0 9-ll%，Ba0 0. 5~1%。按照這樣的配方制備出來(lái)的玻璃纖維介電性 能、工藝性和操作性更好。
[0015] 本發(fā)明的玻璃纖維制備方法簡(jiǎn)單，將權(quán)利要求1或2中的原料混合均勻后裝入鉑 金坩堝在1550°C-1600°C保溫，得到均勻、澄清的玻璃液；將所述玻璃液倒在預(yù)熱的不銹鋼 模具上，置于馬弗爐內(nèi)退火后制成玻璃片。優(yōu)選在1550°C-1600°C保溫時(shí)間為4h。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點(diǎn)和有益效果：（1)、 本發(fā)明采用Si02-B203-Al203-Mg0玻璃體系，組成成分簡(jiǎn)單，制備容易。（2)本發(fā)明提供的玻 璃纖維具有低的介電常數(shù)和介電損耗，室溫下，頻率為1MHz時(shí)介電常數(shù)為4. 5~4. 9,介電 損耗為4~8XKT4。（3)本發(fā)明提供的玻璃纖維的拉絲溫度在1250~1280°C之間，低于 其它發(fā)明的1300°C以上的拉絲溫度，而且本發(fā)明提供的玻璃纖維的拉絲溫度與失透上限溫 度之差均大于50°C，有利于拉絲作業(yè)，易于生產(chǎn)。（4)本發(fā)明提供的玻璃纖維的組成中B203 的含量不高于20%，有利于改善硼的揮發(fā)導(dǎo)致的玻璃纖維成分波動(dòng)。（5)本發(fā)明提供的玻 璃纖維的耐水性優(yōu)于E玻璃纖維和D玻璃纖維，與樹脂附著力好、易于后續(xù)加工，特別適合 作印刷電路板的增強(qiáng)材料。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述：
[0018] 實(shí)施例1-18分別按照表1中的配方制備，制備方法為：
[0019] 將各種原料按照配方要求制成配合料，混合均勻后裝入鉑金坩堝在1550°C到 1600°C保溫4小時(shí)，得到均勻、澄清的玻璃液；將所述玻璃液倒在預(yù)熱的不銹鋼模具上，置 于馬弗爐內(nèi)退火后制成玻璃片，將所述玻璃片經(jīng)切割、研磨、拋光后制成厚約1. 5mm、長(zhǎng)約 4_、寬約3_的矩形片，在所述矩形片涂上銀電極后進(jìn)行介電常數(shù)及介電損耗的測(cè)量。
[0020] 拉絲溫度是指玻璃液粘度為1000泊時(shí)的溫度，本發(fā)明采用高溫粘度儀測(cè)試玻璃 液在不同溫度下的粘度，從而確定拉絲溫度。
[0021] 失透上限溫度是指玻璃液長(zhǎng)期保溫而不發(fā)生析晶或分相而使玻璃失透的溫度上 限，本發(fā)明采用梯度爐法測(cè)試失透上限溫度。
[0022] 耐水性通過(guò)測(cè)定研磨至360微米~400微米的玻璃粉在80°C的水中放置24小時(shí) 的重量損失來(lái)表征。
[0023] 表1本發(fā)明實(shí)施例1-18的組分及試驗(yàn)結(jié)果
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低拉絲溫度低介電常數(shù)的玻璃纖維，其特征在于：由重量百分比的以下組分組 成：Si0254%~60%，Al20312%~15%，B20315%~20%，MgO7 ~12%，BaO0? 5 ~2%， 所述SiOjPB203的重量比保持在1. 7~3. 8之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述低拉絲溫度低介電常數(shù)的玻璃纖維，其特征在于：由重量百分 比的以下組分組成：Si025 5 ~58%，A120313 ~14%，B20317 ~19%，Mg0 9-ll%，Ba0 0? 5 ~ 1%〇
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低拉絲溫度低介電常數(shù)的玻璃纖維，其特征在于：由重量百分比的以下組分組成：SiO254％～60％，Al2O312％～15％，B2O315％～20％，MgO7～12％，BaO0.5～2％，所述SiO2和B2O3的重量比保持在1.7～3.8之間。采用這種配比的玻璃纖維，具有優(yōu)異的工藝性能和介電性能，其拉絲溫度低于1280℃，在室溫下，頻率為1MHz時(shí)介電常數(shù)為4.5-4.9，介電損耗為4×10-4-8×10-4，適合作為印刷電路板的增強(qiáng)材料。
【IPC分類】C03C13-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104761149
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510119716
【發(fā)明人】田中青, 黃偉九
【申請(qǐng)人】重慶理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月18日