[发明专利]一种高强度高模量低介电常数玻璃纤维

说明书

技术领域

本发明属于玻璃纤维技术领域，尤其涉及一种高强度高模量低介电常数的玻璃纤维。

技术背景

随着超大规模集成电路(ULSI)的发展，器件集成度的提高，元件的尺寸进一步缩小，使得导电电阻R和电容C产生的RC互联延迟会有所上升，这就限制了器件的高速性能，而且增加能耗。为了减低阻抗延时及功率损耗，除了采用低电阻率金属代替铝外，重要的是降低介电层带来的寄生电容C。电容C与介电常数ε成正比。因此，在集成电路(ULSI)中采用低介电常数材料可以直接从工艺上减少互联延迟，从而满足集成电路发展的需要。

玻璃纤维作为集成电路(ULSI)的基材的重要原料，国内外已经成功的研制多种玻璃纤维，其强度、模量、介电常数和介电损耗如下：

表(一)

表(一)显示，D玻璃纤维是一种低介电常数玻璃纤维，其拉伸强度和拉伸模量较低。S玻璃纤维虽然各项指标比较优异，但其熔化温度高，拉丝成型温度高生产难度大。

目前在相关专利报道的低介电常数玻璃纤维组合物中，如专利EP0250259，EP0831072，CN103992039B，CN103992039B等，主要通过提高B₂O₃的含量来达到改善纤维介电性能的目的。然而B₂O₃的含量过高，会直接导致玻璃纤维力学性能低，耐水性能差的问题产生。

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种综合性能优异的玻璃纤维，不但介电常数低于5.0，介电损耗小于10x10^-4，而且有较高的拉伸强度和拉伸模量。

发明内容

本发明鉴于目前低介电常数玻璃纤维拉伸强度、拉伸模量较低的缺点，提供了一种高强度高拉模量低介电常数玻璃纤维组合物。所述玻璃纤维还具备的介电常数稳定，耐水性好，热膨胀系数小，化学性能稳定的特点。

本发明的主要技术手段是通过在玻璃成分中适量的引入氧化铍(BeO)，而BeO的引入，1)不影响玻璃的介电常数；2)能够提高产品的拉伸强度、拉伸模量；3)能够大大的改善纤维耐水性和化学稳定性；4)解决玻璃熔化过程中析晶问题，更有利于纤维成型，提高生产效率。本发明采用的技术方案如下，以摩尔百分数计：

优选的：包括2-4％的CaO

优选的：包括2-4％的BeO，BeO的含量可以是0.1％、0.5％、1％、2％、2.5％、3％、3.5％或4％中的任一数值，也可以位于以上任意两个数值之间。

优选的：包括0.1-0.15％的Fe₂O₃

优选的：包括0.5-1.5％的F

优选的：以摩尔百分数计，包括

SiO₂是玻璃形成骨架的主体，以硅氧四面体的结构组成不规则的连续网络结构，它具有高的健强，在外电场的作用下不易极化，也不易产生电导和松弛等损失。SiO₂含量的升高对降低介电常数有较明显的作用。SiO2缺点是其熔点高、熔液粘度大，熔化困难、热耗大，为了控制熔质效果，限定SiO2含量为50-60％，本发明中最优限定SiO2含量为54-59％。

Al₂O₃不能单独形成玻璃，但对玻璃网格体的稳定性起重要作用，从而改变玻璃的性能。Al₂O₃还能够降低玻璃的析晶倾向，提高化学稳定性和机械强度，改善热稳定性，但当其含量过多时，就会增高玻璃液的黏度，使熔化和澄清发生困难，反而增加析晶倾向。过多的Al₂O₃含量，玻璃的介电损耗和导电率会上升，所以Al₂O₃不宜大于18％。本配方中最优的限定设计值为14-16％。此成分能有效阻止玻璃分相，很好的稳定玻璃骨架结构，又不至于大大提高玻璃粘度，保证作业性能。