改进铝硼硅酸盐玻璃的介电性能的方法

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119，要求2022年3月29日提交的美国临时申请第63/324,835号的优先权权益，其内容以其全文通过引用结合入本文。

背景技术

本公开内容的方面大体上涉及具有低的损耗角正切和对应的介电常数的玻璃，以及降低玻璃的损耗角正切的工艺。

玻璃可以用作电子件(例如，天线、印刷电路板等)的低损耗基材。较低的损耗角正切可以改善玻璃在此类应用中的性能。申请人之前发明了可用作天线的基材的低损耗玻璃，如美国专利第11,117,828号所提供，将其全文通过引用结合入本文。更具体来说，申请人发现，对于此类铝硼硅酸盐玻璃，氧化镁与其他碱土金属氧化物(例如，氧化钙)的组合，产生了所具有的粘度适合熔合成形并且仍然提供低损耗角正切和对应的介电常数的熔融玻璃。

虽然公开了此类有用的可熔合成形玻璃，但是仍然存在对于具有进一步改进介电性质的此类玻璃的需求。

发明内容

由于背景技术中所公开的发现，申请人进一步开发了这种组成空间并且发现了进一步改善此类玻璃的介电性质的工艺，包括能够使得此类玻璃的介电损耗角正切降低约30％的能力！

根据本公开内容的方面，工艺包括延长的热处理，之后对铝硼硅酸盐玻璃进行逐渐冷却，这是在将玻璃形成为片材之后。

一个步骤可以包括加热玻璃并将玻璃在如下温度保持持续如下最小时间段，例如大于(“>”)30分钟、例如>60分钟、>90分钟、至少(“≥”)2小时，所述温度是处于或高于经加热温度，所述经加热温度的下限>300℃，例如>400℃、≥500℃、≥600℃、≥700℃，但是上限低于对应于玻璃的软化点的温度，例如小于(“<”)1000℃，例如<900℃，不超过(“≤”)800℃、≤750℃。申请人相信，将玻璃保持在此类经加热温度甚至更久于此类时间，通常可以进一步改善玻璃的介电性质，但是收益回报可能递减。

另一个步骤可以包括将玻璃从经加热温度冷却下落到约40℃的经冷却温度。根据方面，玻璃逐渐冷却从而使得在至少2小时(例如，至少4小时、至少8小时、至少12小时)过程中将温度从经加热温度下降到经冷却温度。在这个步骤期间，当玻璃靠近经加热温度时(例如，与0其相差在100℃时)进行冷却的速率可能比当玻璃靠近经冷却温度时更快。一旦玻璃抵达经冷却温度，玻璃可以进一步冷却，例如至远低于经冷却温度。

根据本公开内容的方面(1)，改善铝硼硅酸盐玻璃的介电性能的方法包括将玻璃加热到至少400℃的经加热温度的步骤，其中，经加热温度小于1200℃。以分析构成组分计，玻璃包含：至少60摩尔％至75摩尔％SiO

根据本公开内容的方面(6)，改善铝硼硅酸盐玻璃的介电性能的方法包括将玻璃成形为片材的步骤。以分析构成组分计，玻璃包含：至少60摩尔％至75摩尔％SiO

根据本公开内容的方面(13)，改善铝硼硅酸盐玻璃的介电性能的方法包括将玻璃成形为片材的步骤。以分析构成组分计，玻璃包含：至少60摩尔％至75摩尔％SiO

根据本公开内容的方面(18)，改善铝硼硅酸盐玻璃的介电性能的方法包括将玻璃加热到至少400℃的经加热温度的步骤，其中，经加热温度小于1200℃。以分析构成组分计，玻璃包含：SiO

在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域技术人员而言通过说明书是容易理解的，或者通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述技术而被认识。要理解的是，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。

附图说明

所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图显示了本公开内容的一个或多个方面，并且与详细描述一起解释了各个方面的原理和操作。由此，结合附图，从以下详细描述会更好地理解本公开内容，其中：

图1是根据本公开内容方面的工艺流程图。

图2是根据本公开内容方面的玻璃片支撑线路的立体图。

具体实施方式

在转向具体阐述了本公开内容的方面以下详细描述和附图之前，应理解的是，本发明技术不限于具体描述所述或者附图所示的细节或方法。例如，本领域技术人员会理解的是，与附图之一所示或者与方面相关的文字所述相关的特征和属性可以适用于其他附图所示或者其他文字所述的另一方面。

除非另有说明，否则所有组成表述为分析摩尔百分比(摩尔％)，这意味着产生玻璃的构成组分的摩尔百分比是理想批料，例如具有可忽略不计的污染物和挥发物；或者换言之，分析摩尔％是所得到的玻璃中存在的构成组分的测量，这可能相对于制造过程中的配料摩尔％发生了略微改变，例如可能包含来自二氧化硅耐火材料的额外二氧化硅等。除此之外，本领域技术人员会理解的是，各种熔体构成组分(例如，氟、碱金属、硼等)可能在构成组分熔化过程中经受不同的挥发水平(例如，作为蒸气压、熔融时间和/或熔融温度的函数)。与此类构成组分相关的术语“约”旨在包括与其相差在约1摩尔％内的数值，从而覆盖配料量。考虑到上述情况，预期最终制品(例如，片材)与配料组合物之间的实质组成等同性。

根据本公开内容的方面，玻璃包含的SiO

玻璃包含的Al

玻璃包含的B

玻璃可以包含一种或多种碱土氧化物(RO)，式中，RO是CaO、MgO、BaO和/或SrO。所述一种或多种碱土氧化物可以以如下量单独存在或者组合存在：大于或等于0摩尔％至约12摩尔％，大于或等于0摩尔％至约8摩尔％，约0.001摩尔％至约12摩尔％，约0.001摩尔％至约10摩尔％，约0.001摩尔％至约8摩尔％，约1摩尔％至约12摩尔％，约1摩尔％至约10摩尔％，约1摩尔％至约8摩尔％，或者这些值之间的任意量。例如，玻璃可以包含MgO和/或CaO，分别以上述量存在。

此外，玻璃可以包含MgO以及选自CaO、BaO和SrO的至少一种额外RO构成组分，其中，碱土氧化物的总量(RO

此外，可以如上文所述对MgO的量以及额外RO的量进行选择，并且考虑玻璃中存在的Al

本公开内容的玻璃可以包含一种或多种澄清剂，例如作为非限制性例子的SnO

本公开内容的玻璃可以包含至少一种碱金属氧化物(R

本公开内容的玻璃可以具有约2.1g/cm

如本文所用，Dk指的是介电常数(例如，相对于真空而言)，而Df指的是损耗角正切(通过本公开内容的玻璃消散的电磁能)。除非另有说明，否则在10GHz的频率测量玻璃的Df和Dk(但是可能在更大的频率进行测量，例如30GHz)，根据本公开内容领域的技术人员所理解的技术根据裂柱状介电谐振器(SPDR)或开放腔体谐振器配置进行。可以基于样品厚度及其横向尺寸，对所选定的具体方法进行选择。

本公开内容的玻璃可以表征为介电常数Dk是约10或更小，这是以10GHz信号测量得到的。在一些实践方式中，玻璃具有约5或更小的介电常数Dk，例如约4.7或更小和/或至少约3，例如至少约4，这是以10GHz信号测得的。

玻璃可以表征为约0.003或更小的损耗角正切，这是以10GHz和/或30GHz信号测得的。本公开内容的玻璃可以表征为约0.0025或更小的损耗角正切，例如：0.0022或更小，0.002或更小，0.0018或更小和/或至少0.0008，这是以10GHz和/或30GHz信号测得的。

除了组成之外，申请人发现在形成玻璃之后的工艺步骤可以降低本文公开的玻璃以及对应制品的介电性质。例如，申请人对表2中的以下组合物(A至F)进行实验，以分析摩尔％而言。

表2

对于表2中的每种组合物，申请人测量了刚形成的玻璃在30GHz的Dk和Df。然后，申请人将玻璃加热到720℃，将玻璃在约为该温度(例如，与其相差在50℃之内)保持持续2小时，以及然后对玻璃进行缓慢冷却(猝冷)，以渐近速率例如过夜进行，或者至少8小时的过程，冷却到约40℃的经冷却温度，例如室温或25℃。冷却过程中的温度线性下降，或者速率相对于玻璃温度与25℃之差成正比。在这个处理之后，申请人再次测量30GHz的Dk和Df，并且发现具有明显改进，如下表3所列出的那样：

表3

除了上述实验之外，申请人还将表1的C组合物在520℃的温度保持2小时，之后进行猝冷，并且实现了4.90的Dk和0.0053的Df，相比于与如表2所示的720℃处理2小时之后缓慢冷却的情况而言改进稍微略低。类似地，申请人将组合物D在520℃保持2小时之后猝冷并实现4.80的Dk和0.0053的Df，同样是改进稍微略低；但是当在520℃保持24小时之后猝冷，组合物D实现4.86的Dk和0.0048的Df，几乎与720℃处理2小时之后缓慢冷却的情况相同。

此外，当组合物D在620℃保持24小时并猝冷，结果为4.92的Dk和0.0047的Df，略好于720℃处理2小时之后缓慢冷却的情况。申请人发现，表1的组合物F具有与组合物C和D相似的性能，其中，在720℃保持2小时提供了保持在经加热温度的时间与介电性能改进之间的良好平衡，以一致的方式使得Dk升高和Df下降约0.0012。将玻璃保持在此类经加热温度长于约2小时通常可以进一步改善玻璃的介电性质，但是收益回报可能递减。

参见图1，根据本公开内容的方面，本文公开的改进铝硅酸盐玻璃的介电性质的工艺110包括：延长的热处理，之后对铝硼硅酸盐玻璃进行逐渐冷却，这是在将玻璃形成为片材之后进行的。

步骤112可以包括将玻璃在如下温度保持大于(“>”)30分钟、例如>60分钟、>90分钟、至少(“≥”)2小时，所述温度是处于或高于经加热温度，所述经加热温度是>300℃，例如>400℃、≥500℃、≥600℃、≥700℃，但是低于对应于玻璃的软化点的温度，例如小于(“<”)1200℃，例如<1000℃、例如<900℃、不超过(“≤”)800℃、≤750℃。经加热温度可以是温度范围和/或可以具有变化性，并且不需要在步骤112期间保持严格恒定。例如，经加热温度的实际温度可以发生变化，但是在最小时间段(例如，至少30分钟或者本文公开的任何其他此类最小时间段，包括>2小时)上平均而言保持在下限(例如，>400℃或者上文的任何下限)至上限(例如，<1200℃或者上文的任何上限)的范围内。加热步骤可以与玻璃的成形116同时进行，或者可以在之后进行，作为成形后步骤。根据方面，在步骤112之前，玻璃可以已经成形为片材(例如，参见图2的片材212)，例如通过熔合拉制或浮法工艺。

另一个步骤114可以包括将玻璃从经加热温度冷却至少下探到约40℃的经冷却温度，例如室温或25℃。在第二步骤期间，当玻璃靠近经加热温度时(例如，与其相差在100℃时)进行冷却的速率可能比当玻璃靠近经冷却温度时更快。或者，可以将冷却速率控制成线性下降。根据方面，步骤114过程中，玻璃逐渐冷却从而使得在至少2小时(例如，至少4小时、至少8小时、至少12小时)过程中将温度从经加热温度下降到经冷却温度。可以在步骤118(例如，在冷却之后)将电子件(例如参见线路214)粘结到片材。

申请人额外地采用上文所述处理技术以及将处理用于比表1和2中的那些更低损耗的玻璃，其中，在下表4中总结了分析组成(AE至AF的介电性质尚未进行测试)。

表4

表4(续)

表4(续)

参见图2，本文公开的玻璃可以形成为片材212并进行处理(如上文所公开的那样)，从而改善介电性能，然后用作电子装置210和其他相兼容应用的基材、封装、支撑等，例如促进装置中更高频率通讯而没有性能的明显下降，这涉及其他非电子装置要求。因此，本公开内容的玻璃可以适合用作印刷电路板(PCB)中的基材。在一些实践方式中，玻璃任选地与一种或多种聚合物基材层组合排布。任选地，玻璃可以不含碱金属以降低加工过程中发生离子迁移的可能性。

如所示，本文公开的玻璃可以用于各种电子装置，包括线路214的基材(例如，导电元件、印刷铜、金属层、铜图案)，例如用于天线、半导体线路、信号传输结构和PCB。本公开内容的玻璃组合物可以用于形成各种层叠玻璃结构、设计和制品。

各个方面中所示的组合物、结构、装配件和结构的构造和布置仅是示意性的。尽管在本公开内容中仅详细描述了一些例子，但是许多改进是可行的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例的变化，参数值、安装布置、材料使用、颜色、取向)，这没有从本质上背离本文所述主题的新颖性教导和优势。任意过程、逻辑算法或方法步骤的顺序或序列都可根据替换的实施方式而改变或重新排序。在不脱离本发明技术范围的情况下，可以对各个方面的设计、操作条件和布置进行其他替换、修改、改变和省略。