[发明专利]用于制备玻璃纤维的组合物及其低介电常数玻璃纤维

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备玻璃纤维的组合物及其玻璃纤维，尤其涉及用于制备低介电常数玻璃纤维的组合物及其低介电常数玻璃纤维。

背景技术

现代电子设备通常包括用玻璃纤维加强的印刷电路板。许多现代的电子设备，如移动或固定的无线电话机、计算机、个人数据助理（PDA）等，都具有在高或超高频率下运行的电子系统。当玻璃暴露于这种高频或超高频电磁场中时，该玻璃吸收至少一部分能力并将吸收的能量转化为热。被玻璃吸收的热形式的能量称为介电损耗能量。该介电损耗能量与玻璃组合物的“介电常数”和“介电损耗角正切”成正比，如下列表达式所示：

W=kfv²ε(tanδ)

其中“W”是玻璃中的介电损耗能量，“k”是常数，“f”是频率，“v²”是电位梯度，“ε”是介电常数，“tan δ”是介电损耗角正切。如以上表达式所示，介电损耗能量“W”随着玻璃的介电常数和介电损耗角正切的增大和/或频率的增大而增大。

电子玻纤、覆铜箔板（CCL）、印制电路板（PCB）是同一产业链上三个紧密相连、唇齿相依的上下游产品。近年来，电子信息技术的繁荣，拉动了电子玻纤市场需求的逐年增长。同时，伴随着全球电子信息产业的迅猛发展，微电子行业不断追求高频化、高保密、高保真和轻量化，这就要求CCL强度更高，介电常数和介电损耗更低。而CCL主要由成型用的树脂和起增强作用的玻纤两部分组成。因而，作为CCL关键基础材料的电子玻璃纤维性能好坏，也就直接影响着CCL乃至PCB的性能。

目前国内外普遍应用的电子级玻璃纤维主要是E玻璃纤维，其组成为：52~56%的SiO₂，12~16%的Al₂O₃，5~10%的B₂O₃，16~25%的CaO，0~5.0%的MgO，3~5%的Na₂O+K₂O，E玻璃纤维具有可加工性好、耐水性好、价格低等优点，但其介电常数偏高，为6.7左右，并且介电损耗也较大，大于10^-3，难以满足PCB高密度化和信息高速处理化的要求。

为了降低玻璃纤维介电常数，人们后来又开发出了D玻璃纤维，其基本组成为：72~76%的SiO₂，0~5%的Al₂O₃，20~25%B₂O₃，3~5%的Na₂O+K₂O。D玻璃纤维的介电常数为4.1左右，介电损耗为8×10^-4左右，介电性能优异。但是D玻璃纤维也存在一些缺点：（1）相对于E玻璃纤维来说，D玻璃纤维具有较高含量的SiO₂，导致D玻璃纤维增强层压板硬度高、钻孔性能差，不利于后续加工；（2）D玻璃纤维的玻璃熔化温度高，熔融性差，很容易产生脉纹和气泡，导致产生拉丝作业困难，在纺丝工艺中玻璃纤维断丝多等问题，因此生产性和作业性都很差，生产成本很高，不易大规模生产；（3）D玻璃纤维耐水性较差，容易引起纤维与树脂的剥离。

为了改进D玻璃的缺点，研究人员又做了许多努力。

美国专利US6309990公开了另一种新的低介电玻璃纤维，其成分主要包括：SiO₂50-60%，B₂O₃20-30%，Al₂O₃10-20%，CaO0-5%，MgO0-5%，K₂O+Na₂O+Li₂O0-0.5%，TiO₂0.5-5%。该玻璃的介电常数为4.2-4.8，介电正切为5-9×10^-4（1MHz频率下），成型温度为1300-1360℃。该低介电玻纤具有与D玻璃较为接近的介电常数和介电正切，热膨胀系数也几乎相同，而耐水性更好，成型温度更低，生产成本和生产难度比D玻璃有了明显改善。