[发明专利]低介电玻璃纤维

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有低介电常数的玻璃纤维，更具体地说，涉及一种具有 低介电常数和低介电损耗角正切、并适合用作高密度印刷电路板等的加强物的 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量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。该介电损耗能量与该玻璃组合物的“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，“tanδ”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。

通常用于加强印刷电路板的玻璃纤维的两种类型是E-玻璃30和D-玻璃， 然而，E-玻璃在室温约1MHz的频率下具有约6.6至约8.1的相对高的介电常 数和约12x10⁴至约26x10⁴的相对高的介电损耗角正切。因此，因为E-玻璃能 产生相对高的介电损耗，E-玻璃对于具有较高密度电子元件和较高处理速度的 印刷电路板是一种不好的加强材料。另一方面，D-玻璃在室温约1MHz的频率 下具有约4.3的相对低的介电常数和约10x10⁴的相对低的介电损耗角正切。然 而，D-玻璃具有相对高的熔化温度、相对差的可加工性、相对差的机械性能以 及相对差的耐水性。此外，D-玻璃可能不很好地粘着环氧树脂，并常常包含细 沟和气泡形式的缺点。因此，E-玻璃和D-玻璃都不是理想地适合用作高速印 刷电路板上的加强纤维，并且都不适用于在约1MHz至约18GHz的高频或超 高频下运转的电路板。

其他人已经尝试开发具有低介电性能的替代玻璃组合物，其更好地适用于 高速和超高速电子设备的印刷电路板中。例如，日本的Nitto Boseki有限公司 生产并销售了商标为NITTOBO NE-的这样一种替代玻璃组合物。这 种替代介电玻璃组合物按重量百分比计典型地包含约45-65％的SiO₂、约 13-30％的B₂O₃和约8-20％的Al₂O₃作为主要组分。此外，这种玻璃组合物典 型地包括至少一些MgO和/或至少一些CaO的结合作为助熔剂(flux)以降低 粘度和缓解熔化。当结合使用时，MgO和/或CaO的总量典型地是以至少4％ 重量的量包含在内。例如，转让给Nitto Boseki公司的公开的美国专利申请No. US2003/0054936A1中描述了含有至少约4％重量的MgO和/或CaO的这样一 种组合物。然而，MgO的存在会增加配料成本，引起不合需要的相分离，降 低了耐水性，令玻璃组合物的介电常数和介电损耗角正切增大至无法接受的程 度，并且如果以原料钙镁碳酸盐(白云石)被引入，还会引起爆裂。因此，包 含至少约4％重量的CaO作为助熔剂，且基本不含MgO的玻璃纤维将是可取 的。

上述较新的替代介电玻璃组合物还通常包含总量小于约0.5％重量的作为 助熔剂的Li₂O、Na₂O和/或K₂O。然而，这些组分的一种或多种的存在会引起 该玻璃组合物的介电损耗角正切增大，并可降低该玻璃组合物的耐水性。

TiO₂也通常被包含在替代介电玻璃纤维中以降低粘度，并降低介电损耗角 正切。然而，TiO₂的存在会导致相分离，降低所得玻璃纤维的化学持久性，并 且给玻璃染上一层不合需要的黄色。

因此，人们想要的是基本不含MgO，基本不含Li₂O、Na₂O和/或K₂O， 并且基本不含TiO₂的介电玻璃纤维。

发明内容