特許 7386945 ガラス組成物、ガラス繊維及びそれを含む製品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-16

(45)【発行日】2023-11-27

(54)【発明の名称】ガラス組成物、ガラス繊維及びそれを含む製品

(51)【国際特許分類】

   C03C 3/091 20060101AFI20231117BHJP

   C03C 3/093 20060101ALI20231117BHJP

   C03C 13/00 20060101ALI20231117BHJP

【ＦＩ】

C03C3/091

C03C3/093

C03C13/00

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022140332

(22)【出願日】2022-09-02

(65)【公開番号】P2023038176

(43)【公開日】2023-03-16

【審査請求日】2022-09-02

(31)【優先権主張番号】110133040

(32)【優先日】2021-09-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】520409925

【氏名又は名称】富喬工業股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100120617

【弁理士】

【氏名又は名称】浅野 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100126099

【弁理士】

【氏名又は名称】反町 洋

(72)【発明者】

【氏名】シュイ シエン チョン

(72)【発明者】

【氏名】チェン ピー チョン

(72)【発明者】

【氏名】チャン シアオ カン

(72)【発明者】

【氏名】チャン チー ユアン

(72)【発明者】

【氏名】シュイ ウェン ホー

【審査官】永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】特開平６－２１９７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２９２５６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０３Ｃ１／００－１４／００

ＩＮＴＥＲＧＬＡＤ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

総量を１００ｗｔ％として、
含有量が５５ｗｔ％～６４ｗｔ％の範囲内にあるＳｉＯ_２と、
含有量が１５ｗｔ％～２２ｗｔ％の範囲内にあるＡｌ_２Ｏ_３と、
含有量が０．１ｗｔ％～４ｗｔ％の範囲内にあるＣａＯと、
含有量が２．１ｗｔ％～１０ｗｔ％の範囲内にあるＭｇＯと、
含有量が０ｗｔ％～８ｗｔ％の範囲内にあるＺｎＯと、
含有量が０ｗｔ％を超え且つ７ｗｔ％未満のＣｕＯと、
含有量が１３．１ｗｔ％を超え且つ１８ｗｔ％未満のＢ_２Ｏ_３と、を含むことを特徴とするガラス組成物。

【請求項2】

Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２またはそれらの組み合わせからなる群より選ばれた他の物質を少なくとも１種含む他の物質成分を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のガラス組成物。

【請求項3】

総量を１００ｗｔ％として、含有量が０ｗｔ％を超え且つ１．２ｗｔ％以下の前記他の物質成分を含むことを特徴とする、請求項２に記載のガラス組成物。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載のガラス組成物を含むことを特徴とする、ガラス繊維。

【請求項5】

熱膨張係数が３ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする、請求項４に記載のガラス繊維。

【請求項6】

１０ＧＨｚの周波数において、誘電率が５以下であることを特徴とする、請求項４に記載のガラス繊維。

【請求項7】

１０ＧＨｚの周波数において、誘電正接が０．００４５以下であることを特徴とする、請求項４に記載のガラス繊維。

【請求項8】

請求項４に記載のガラス繊維を含むことを特徴とする、製品。

【請求項9】

プリント基板、集積回路基板またはレーダードームから選ばれることを特徴とする、請求項８に記載の製品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラス組成物及びガラス繊維に関し、特に、低熱膨張係数、低誘電率（ｌｏｗ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）及び低誘電正接（ｌｏｗ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｓｓ ｔａｎｇｅｎｔ）を有するガラス組成物及び該ガラス組成物を含むガラス繊維に関する。

【背景技術】

【0002】

ガラス繊維は、電気絶縁性（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）、低散逸率（ｌｏｗ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ）及び高安定性（ｈｉｇｈ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）などの利点を有するので、回路基板や無線アクセスポイント（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｃｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ）用機器などの電気製品に応用されている。

【0003】

特許文献１には、低誘電ガラス組成物及び低誘電ガラス繊維が開示されている。
該低誘電ガラス組成物は、４９ｗｔ％超え且つ５３ｗｔ％以下の範囲内にあるＳｉＯ_２と、１３ｗｔ％～１７ｗｔ％の範囲内にあるＡｌ_２Ｏ_３と、１８ｗｔ％～２４ｗｔ％の範囲内にあるＢ_２Ｏ_３と、２ｗｔ％超え且つ４．５ｗｔ％以下の範囲内にあるＭｇＯと、２ｗｔ％超え且つ５ｗｔ％以下の範囲内にあるＣａＯと、０．６ｗｔ％超え且つ３.５ｗｔ％未満の範囲内にあるＴｉＯ_２と、０ｗｔ％超え且つ０．６ｗｔ％以下の範囲内にあるＮａ_２Ｏと、０ｗｔ％～０．５ｗｔ％の範囲内にあるＫ_２Ｏと、０ｗｔ％～１ｗｔ％の範囲内にあるＦ_２と、１ｗｔ％超え且つ４ｗｔ％未満の範囲内にあるＺｎＯと、０ｗｔ％超え且つ１ｗｔ％以下の範囲内にあるＦｅ_２Ｏ_３と、０.１ｗｔ％～０．６ｗｔ％の範囲内にあるＳＯ_３とを含み、且つ、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＺｎＯの含有量の合計が、８ｗｔ％を超え且つ１１ｗｔ％未満の範囲内にある。低誘電ガラス繊維は、該低誘電ガラス組成物によるものである。

【0004】

特許文献１に開示されている低誘電ガラス組成物は、低誘電率及び低誘電正接を有するが、しかし、電気製品の設計がますます複雑になり、特に無線アクセスポイント用機器は、作動中に生じた熱が内部の電気製品に対して悪影響があり、または製造中に熱による膨張または収縮などで生じた残留応力が電気デバイスに対して悪影響があり、例えば、絶縁層または絶縁部材と金属箔／配線との間で、熱膨張係数の差により剥離が生じる。

【0005】

従って、ガラス繊維の熱による膨張または収縮を考慮したガラス繊維の幾何特性（例えば長さや体積）に対する要求もますます高くなっていており、低誘電性能（低誘電率及び低誘電正接）と、低熱膨張係数とを兼ね備えるガラス繊維の開発が非常に必要とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】台湾特許出願公開第２０２１１８７４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、低熱膨張係数、低誘電率、及び良好な紡糸加工性を有するガラス組成物、低熱膨張係数及び低誘電率を有するガラス繊維、及びそれを含む製品を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を実現するために、本発明は、総量を１００ｗｔ％として、
含有量が５５ｗｔ％～６４ｗｔ％の範囲内にあるＳｉＯ_２と、
含有量が１５ｗｔ％～２２ｗｔ％の範囲内にあるＡｌ_２Ｏ_３と、
含有量が０．１ｗｔ％～４ｗｔ％の範囲内にあるＣａＯと、
含有量が２．１ｗｔ％～１０ｗｔ％の範囲内にあるＭｇＯと、
含有量が０ｗｔ％～８ｗｔ％の範囲内にあるＺｎＯと、
含有量が０ｗｔ％を超え且つ７ｗｔ％未満のＣｕＯと、
含有量が１３．１ｗｔ％を超え且つ１８ｗｔ％未満のＢ_２Ｏ_３と、
を含むことを特徴とするガラス組成物を提供する。
また、本発明は、上記のガラス組成物を含むことを特徴とするガラス繊維を提供する。
また、本発明は、上記のガラス繊維を含むことを特徴とする製品を提供する。

【発明の効果】

【0009】

上記の成分及び含有量の組み合わせ設計、特にＣｕＯ、Ｂ_２Ｏ_３の設計により、本発明のガラス組成物及びガラス繊維は、低熱膨張係数と低誘電率と低誘電正接とを有し、また、本発明のガラス組成物は、良好な紡糸加工性を有する。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明のガラス組成物は、該ガラス組成物の総量を１００ｗｔ％として、含有量が５５ｗｔ％～６４ｗｔ％の範囲内にあるＳｉＯ_２と、含有量が１５ｗｔ％～２２ｗｔ％の範囲内にあるＡｌ_２Ｏ_３と、含有量が０．１ｗｔ％～４ｗｔ％の範囲内にあるＣａＯと、含有量が２．１ｗｔ％～１０ｗｔ％の範囲内にあるＭｇＯと、含有量が０ｗｔ％～８ｗｔ％の範囲内にあるＺｎＯと、含有量が０ｗｔ％を超え且つ７ｗｔ％未満のＣｕＯと、含有量が１３．１ｗｔ％を超え且つ１８ｗｔ％未満のＢ_２Ｏ_３とを含む。

【0011】

ＳｉＯ_２は、本発明のガラス組成物の主要成分であって、基本構造ユニットがＳｉＯ_４である四面体配列の結晶構造の３次元網目構造を有する。

【0012】

Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２との３次元網目構造には、一部の酸素原子が結合して架橋酸素（ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｏｘｙｇｅｎ）を形成して、ガラス組成物の熱安定性及び粘度が向上する。しかし、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が２２ｗｔ％を超えると、ガラス組成物の粘度が高すぎるようになって、該ガラス組成物をガラス繊維として形成するには更に高い温度が必要になり、製造コストが高くなる。

【0013】

ＣａＯは、ガラス組成物の粘度を低減して、ガラス組成物の熱加工における十分な溶融に利することができる。しかし、ＣａＯの含有量が４ｗｔ％を超えると、ガラス組成物の誘電率が高くなる。

【0014】

ＭｇＯは、ガラス組成物の粘度を低減して、ガラス組成物の熱加工における十分な溶融に利する上、該ガラス組成物によるガラス繊維の機械強度の向上にも繋がる。しかし、ＭｇＯの含有量が１０ｗｔ％を超えると、ガラス組成物の誘電率が高くなる。

【0015】

ＺｎＯは、ガラス組成物によるガラス繊維の熱膨張係数を低減することができる。本技術分野の一般知識によると、ガラス組成物がアルカリ金属の酸化物（例えばＮａ_２ＯまたはＫ_２Ｏなど）及びＺｎＯを含むと、該ガラス組成物によるガラス繊維は構造が緩い状態になって、熱膨張係数の低減に不利になる。従って、本発明の一部の実施形態において、ガラス組成物がアルカリ金属の酸化物を含む場合、必要に応じてＺｎＯを添加しなくてもよい。

【0016】

ＣｕＯは、ガラス組成物によるガラス繊維の熱膨張係数を低減することができ、且つ、ガラス組成物が製造中に緻密な構造を生じるようにすることができるので、アルカリ金属の酸化物とＺｎＯとが同時に存在することによりガラス繊維の構造が緩い状態になる問題を軽減できる。ＣｕＯを含まないと、ガラス組成物の熱膨張係数が３ｐｐｍ／℃を超え、ＣｕＯの含有量が７ｗｔ％以上になると、ガラス組成物に結晶が生じて、紡糸成型作業に不利になる。

【0017】

Ｂ_２Ｏ_３の含有量が１３．１ｗｔ％を超え且つ１８ｗｔ％未満の範囲内にあると、ガラス組成物及びガラス繊維は、低誘電率及び低誘電正接を有するようになり、該ガラス組成物は、良好な紡糸加工性を有するようになる。しかし、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が１３．１ｗｔ％以下にあると、１０ＧＨｚの周波数において、ガラス組成物の誘電率が５以上になり、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が１８ｗｔ％以上にあると、ガラス組成物に結晶が生じて、紡糸成型作業に不利になる。

【0018】

本発明のガラス組成物は、他の物質成分を更に含んでもよい。該他の物質成分は、少なくとも１種の他の物質を含む。該他の物質としては、例えばＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２またはそれらの組み合わせからなる群より選ばれたものが挙げられるが、それらに限らない。

【0019】

本発明の一部の実施形態において、該他の物質成分は、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２またはそれらの組み合わせからなる群より選ばれた他の物質を少なくとも１種を含む。本発明の一部の実施形態において、ガラス組成物は、総量を１００ｗｔ％として、含有量が０ｗｔ％を超え且つ１．２ｗｔ％以下の前記他の物質成分を含む。

【0020】

Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、フラックス（ｆｌｕｘ）であって、ガラス組成物の溶融に利してより低い温度でガラス繊維を製造することに利する。しかし、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量が多すぎると、ガラス繊維の化学安定性が低減して電気絶縁性及び機械強度が低下する。

【0021】

Ｆｅ_２Ｏ_３は、ガラス組成物を溶融、紡糸するなどの工程での安定性を向上させることができる。しかし、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラス組成物を溶融する時に、温度が不均一となる問題が生じる。

【0022】

ＴｉＯ_２は、ガラス繊維の機械強度を向上させることができる。しかし、ＴｉＯ_２の含有量が多すぎると、ガラス組成物からガラス繊維を形成する過程において、ガラス組成物に結晶が生じて、紡糸成型作業に不利になる。

【0023】

本発明のガラス繊維は、上記のガラス組成物を含む。
本発明の一部の実施形態において、ガラス繊維の熱膨張係数は、３ｐｐｍ／℃以下である。
本発明の一部の実施形態において、１０ＧＨｚの周波数において、ガラス繊維の誘電率は、５以下である。
本発明の一部の実施形態において、１０ＧＨｚの周波数において、ガラス繊維の誘電正接は、０．００４５以下である。

【0024】

本発明の製品は、上記のガラス繊維を含む。

【0025】

本発明の製品は、例えばプリント基板、集積回路基板またはレーダードームが挙げられるが、それらに限らない。

【0026】

本発明の一部の実施形態において、製品は、例えばプリント基板、集積回路基板またはレーダードームから選ばれるものである。

【実施例】

【0027】

以下、本発明の実施例について説明する。これらの実施例は、例示的かつ説明的なものであり、且つ、本発明を限定するものと解釈されるべきではないことを理解されたい。

【0028】

［実施例１］
表１に示される実施例１の含有量を有するガラス組成物にできるように各原料粉末を量り取って均一に混合した後、ガラス原料組成物を得た。
該ガラス原料組成物を高温炉中に配置して１５００℃～１６００℃の温度で１～４時間加熱し、完全に溶融した液体ガラスを得た。そして、該液体ガラスを直径４０ｍｍの黒鉛るつぼ（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｃｒｕｃｉｂｌｅ）に注入し、該黒鉛るつぼを８００℃まで予熱した焼鈍炉（ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ）に配置し、該液状ガラスを室温にまで冷却することでガラスブロックを形成した。

【0029】

本発明に係る各種ガラス品はガラス組成物とみなすことができ、即ち、実施例及び比較例におけるガラスブロックは、ガラス組成物とみなすことができる。

【0030】

［実施例２～実施例５及び比較例１～比較例５］
実施例２～実施例５及び比較例１～比較例５の製造方法は、表１及び表２に示される実施例２～実施例５及び比較例１～比較例５の含有量を有するガラス組成物にできるように各原料粉末を量り取る以外、実施例１と同じである。

【0031】

[評価項目]
＜熱膨張係数＞
各実施例及び各比較例のガラスブロックからサイズが０．５ｃｍ×０．５ｃｍ×２ｃｍのサンプルを得た。そして、熱機械分析装置（Ｈｉｔａｃｈｉ社、型番：ＴＭＡ７１０００）を使用して、１０℃／ｍｉｎの加熱速度で各実施例及び各比較例のサンプルを加熱し、各サンプルの５０℃及び２００℃の時の長さを測定し、測定された長さ及び温度により、長さの変化量及び温度の変化量を算出してから熱膨張係数を算出した。その結果は、表１及び表２に示される。

【0032】

＜誘電率及び誘電正接＞
各実施例及び各比較例のガラスブロックを研磨して、厚さ０．６０ｍｍ～０．７９ｍｍのガラスシートを作成してから、ベクトルネットワークアナライザ（Ｖｅｃｔｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ、ドイツＲ＆Ｓ社のＺＮＢ２０）をスプリットポスト誘電体共振器（Ｓｐｌｉｔ Ｐｏｓｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ、台湾ＷＡＶＥＲＡＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．，ＬＴＤ．社）と合わせて、周波数が１０ＧＨｚ時の、各実施例及び各比較例のガラスシートの誘電率及び誘電正接を測定した。その結果は、表１及び表２に示される。

【0033】

＜紡糸の成形ウィンドウ（ｆｏｒｍｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ、ΔＴ）＞
各実施例及び各比較例のガラスブロックから２．２５ｇを取って高温炉中に配置した後、特定温度まで加熱し且つ２時間温度を維持し、そして該ガラスブロックを高温の溶鉱炉から取り出して静置で室温（２５℃）まで冷却した後、該ガラスブロック中の結晶の有無を観察した。結晶がある場合、該特定温度はその実施例または比較例のガラス組成物の失透温度である。各実施例及び各比較例のガラス組成物が粘度１０００ポアズ（ｐｏｉｓｅ）になる時の温度から失透温度を引くと、各実施例及び各比較例のガラス組成物の紡糸の成形ウィンドウ（ΔＴ、単位：℃）が得られる。紡糸の成形ウィンドウ（ΔＴ）が大きいほど、ガラス繊維を製造する際の紡糸成形工程が行いやすくなる。その結果は、表１及び表２に示される。

【0034】

【表1】

【0035】

【表2】

【0036】

表１及び表２に示されるように、比較例１、２、４及び５のガラス組成物は、ＣｕＯの含有量を０ｗｔ％を超え且つ７ｗｔ％未満の範囲に且つＢ_２Ｏ_３の含有量を１３．１ｗｔ％を超え且つ１８ｗｔ％未満の範囲に同時に制御していないので、そのガラス組成物によるガラス（ガラスブロックやガラスシート）の熱膨張係数、誘電率及び誘電正接の少なくとも１つが高すぎる。

【0037】

それに対して、本発明の各実施例のガラス組成物は、ＣｕＯの含有量を０ｗｔ％を超え且つ７ｗｔ％未満の範囲に且つＢ_２Ｏ_３の含有量を１３．１ｗｔ％を超え且つ１８ｗｔ％未満の範囲に同時に制御しているので、そのガラス組成物によるガラス（ガラスブロックやガラスシート）は、熱膨張係数が２．８ｐｐｍ／℃以下であり、誘電率が４．９８以下であり、且つ誘電正接が０．００４３以下である。従って、比較例１、２、４及び５と比べて、本発明のガラス組成物によるガラスは、より低い熱膨張係数、誘電率及び誘電正接を有し、即ち、本発明のガラス組成物によるガラス繊維も、より低い熱膨張係数、誘電率及び誘電正接を有する。

【0038】

比較例３のガラス組成物によるガラス（ガラスブロックやガラスシート）は、低い熱膨張係数、誘電率及び誘電正接を有するが、ガラス内に結晶物が存在しているので、透明性が悪い上、ガラスを繊維状にする際の紡糸成型作業において繊維が断裂する問題が生じやすく、歩留まりが悪くなる。

【0039】

上記の内容によれば、上記の成分及び含有量の組み合わせ設計、特にＣｕＯ、Ｂ_２Ｏ_３の設計により、本発明のガラス組成物及びガラス繊維は、低熱膨張係数と低誘電率と低誘電正接とを有し、また、本発明のガラス組成物は、良好な紡糸加工性を有して、本発明の目的を達成できる。

【0040】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明のガラス組成物は、低熱膨張係数と低誘電率と低誘電正接とを有するガラス製品とすることに好適である。