特表 2024-516065 小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-12

(54)【発明の名称】小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末

(51)【国際特許分類】

   C03C 3/097 20060101AFI20240405BHJP

   C03C 4/16 20060101ALI20240405BHJP

   C03C 12/00 20060101ALI20240405BHJP

【ＦＩ】

C03C3/097

C03C4/16

C03C12/00

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023553931

(86)(22)【出願日】2022-04-24

(85)【翻訳文提出日】2023-09-04

(86)【国際出願番号】 CN2022088738

(87)【国際公開番号】W WO2022228340

(87)【国際公開日】2022-11-03

(31)【優先権主張番号】202110446122.3

(32)【優先日】2021-04-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519375963

【氏名又は名称】中建材玻璃新材料研究院集▲団▼有限公司

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． １０４７ Ｔｕｓｈａｎ Ｒｏａｄ Ｂｅｎｇｂｕ， Ａｎｈｕｉ ２３３０１０ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100160299

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 卓

(72)【発明者】

【氏名】彭 寿

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼ 冲

(72)【発明者】

【氏名】王 巍巍

(72)【発明者】

【氏名】李 常青

(72)【発明者】

【氏名】李 金威

(72)【発明者】

【氏名】▲楊▼ 小菲

(72)【発明者】

【氏名】周 ▲剛▼

(72)【発明者】

【氏名】柯 震坤

(72)【発明者】

【氏名】曹 欣

(72)【発明者】

【氏名】▲単▼ ▲傳▼▲麗▼

(72)【発明者】

【氏名】倪 嘉

(72)【発明者】

【氏名】崔 介▲東▼

(72)【発明者】

【氏名】▲趙▼ ▲鳳▼▲陽▼

(72)【発明者】

【氏名】仲 召▲進▼

(72)【発明者】

【氏名】王 萍萍

(72)【発明者】

【氏名】高 ▲強▼

(72)【発明者】

【氏名】▲韓▼ 娜

(72)【発明者】

【氏名】石 ▲麗▼芬

(72)【発明者】

【氏名】▲楊▼ 勇

【テーマコード（参考）】

4G062

【Ｆターム（参考）】

4G062AA10

4G062BB01

4G062CC04

4G062CC10

4G062DA07

4G062DB01

4G062DC02

4G062DC04

4G062DD02

4G062DD03

4G062DE01

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4G062EA02

4G062EA03

4G062EB02

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4G062FD01

4G062FE01

4G062FF01

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4G062FL01

4G062GA01

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4G062HH17

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4G062JJ03

4G062JJ06

4G062JJ07

4G062KK01

4G062KK03

4G062KK05

4G062KK07

4G062KK10

4G062MM04

4G062NN26

4G062NN32

(57)【要約】

本発明は、ＳｉＯ_２：７０．５～７４．０％、Ｂ_２Ｏ_３：２０．５～２３．５％、Ｇａ_２Ｏ_３：０．５～２．０％、Ｐ_２Ｏ_５：０．２５～２．０％、Ｌｉ_２Ｏ：０．４～６．０％、Ｋ_２Ｏ：０．１～１．５％、ＬａＢ_６：０．０５～１．０％、ＮａＣｌ：０．０３～０．３％とするモルパーセントの混合割合で表される原料で製造されることを特徴とする小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末に関する。本発明の利点は次の通りである。即ち、原材料の成分がシンプルで、製造方法が簡単且つ実行しやすい。また、製造されるガラス粉末は誘電率と誘電損失が低く、溶融成形温度が低いため、大規模工業生産にとって都合がよい。また、ガラス粉末の溶融成形温度は１３２０℃～１３６０℃である。製造されるガラスは、周波数１ＭＨｚの場合の誘電率が３．８～４．１であり、誘電損失が４×１０^－４～１０×１０^－４であり、封着温度が９００℃～９５０℃である。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＯ_２：７０．５～７４．０％、Ｂ_２Ｏ_３：２０．５～２３．５％、Ｇａ_２Ｏ_３：０．５～２．０％、Ｐ_２Ｏ_５：０．２５～２．０％、Ｌｉ_２Ｏ：０．４～６．０％、Ｋ_２Ｏ：０．１～１．５％、ＬａＢ_６：０．０５～１．０％、ＮａＣｌ：０．０３～０．３％とするモルパーセントの混合割合で表される原料で製造されることを特徴とする小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末。

【請求項2】

ＳｉＯ_２：７１．５～７３．０％、Ｂ_２Ｏ_３：２１．５～２３％、Ｇａ_２Ｏ_３：０．８～１．５％、Ｐ_２Ｏ_５：０．５～１．５％、Ｌｉ_２Ｏ：０．８～５．５％、Ｋ_２Ｏ：０．３～１．２％、ＬａＢ_６：０．１～０．８％、ＮａＣｌ：０．１～０．２５％とするモルパーセントの混合割合で表される原料で製造されることを特徴とする請求項１に記載の小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末。

【請求項3】

ＳｉＯ_２：７１．５～７２．５％、Ｂ_２Ｏ_３：２２～２３％、Ｇａ_２Ｏ_３：１～１．２％、Ｐ_２Ｏ_５：０．８～１．２％、Ｌｉ_２Ｏ：１．５～２．５％、Ｋ_２Ｏ：０．５～１．０％、ＬａＢ_６：０．２～０．７％、ＮａＣｌ：０．１５～０．２％とするモルパーセントの混合割合で表される原料で製造されることを特徴とする請求項１に記載の小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末。

【請求項4】

Ｌｉ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの比率は１～６の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末。

【請求項5】

Ｌｉ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの比率は１～３の範囲内であることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末。

【請求項6】

ガラス粉末の溶融成形温度は１３２０℃～１３６０℃であり、製造されるガラスは、周波数１ＭＨｚの場合の誘電率が３．８～４．１であり、誘電損失が４×１０^－４～１０×１０^－４であり、封着温度が９００℃～９５０℃であることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子用ガラスの分野に関し、具体的には、小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末に関する。

【背景技術】

【0002】

情報伝送や高周波通信技術の急速な発展に伴って、電子部品における封着用ガラス粉末の誘電特性に対する要求はますます高まっている。材料の誘電率が低いほど信号の伝送速度は速くなり、材料の誘電損失が小さいほど、一定の伝送周波数における伝送損失は小さくなる。そのため、封着用ガラス粉末は低い誘電率及び誘電損失を備えている必要がある。

【0003】

近年は、ＲＦコネクタ、マイクロ波デバイス等の動作周波数の範囲が大幅に上昇している。これに伴うインピーダンス遅延及び電力損失を低下させるためには、電気抵抗率の低い金属を用いるほか、誘電体層の寄生容量を低下させることも重要である。静電容量Ｃは誘電率イプシロンに正比例するため、低誘電率材料を用いて相互接続誘電体を作製し、インピーダンス遅延を減少させることで、集積回路の発展におけるニーズを満たすことが可能となる。これを達成するにあたり、低誘電率ガラス粉末は大変理想的な材料候補である。低誘電率ガラス粉末は低い誘電率及び誘電損失を有している。これらはテスト温度及び周波数に伴う変化がほぼないため、電子パッケージングにおいて、例えば、回路の保護、隔離・絶縁及び信号歪みの防止等の役割を発揮する。高周波・マイクロ波条件で使用される低誘電率封着用ガラス粉末は、主として、モジュールや部材のマイクロ波信号及び制御信号の入出力に用いられ、信号の緩和や相互干渉を減少させるとともに、高周波や高電気抵抗率での過剰な熱消費を減少させる。

【0004】

しかし、現在のところ、低誘電率封着用ガラス粉末を供給可能なメーカーは少ない。これは、現主に次のような問題が存在しているからである。
（１）ガラス粉末は溶融温度が過度に高く、高温粘度が高いため、封着温度が高くなる。
（２）ガラス粉末は誘電率又は誘電損失が非常に大きいことから、低誘電率封着用ガラス粉末の実際の応用に支障をきたす。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、従来技術の欠点を解消及び改善するために、小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末を提供することである。当該ガラスは、低い誘電率及び誘電損失と、低い溶融成形温度等の特性を有しているため、小型ＲＦガラス絶縁体の封着における使用要求を満たすことが可能となる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を実現するために、本発明が採用する技術方法は以下の通りである。

【0007】

小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末は、ＳｉＯ_２：７０．５～７４．０％、Ｂ_２Ｏ_３：２０．５～２３．５％、Ｇａ_２Ｏ_３：０．５～２．０％、Ｐ_２Ｏ_５：０．２５～２．０％、Ｌｉ_２Ｏ：０．４～６．０％、Ｋ_２Ｏ：０．１～１．５％、ＬａＢ_６：０．０５～１．０％、ＮａＣｌ：０．０３～０．３％とするモルパーセントの混合割合で表される原料で製造されることを特徴とする。

【0008】

更に、前記小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末は、ＳｉＯ_２：７１．５～７３．０％、Ｂ_２Ｏ_３：２１．５～２３％、Ｇａ_２Ｏ_３：０．８～１．５％、Ｐ_２Ｏ_５：０．５～１．５％、Ｌｉ_２Ｏ：０．８～５．５％、Ｋ_２Ｏ：０．３～１．２％、ＬａＢ_６：０．１～０．８％、ＮａＣｌ：０．１～０．２５％とするモルパーセントの混合割合で表される原料で製造されることを特徴とする。

【0009】

更に、前記小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末は、ＳｉＯ_２：７１．５～７２．５％、Ｂ_２Ｏ_３：２２～２３％、Ｇａ_２Ｏ_３：１～１．２％、Ｐ_２Ｏ_５：０．８～１．２％、Ｌｉ_２Ｏ：１．５～２．５％、Ｋ_２Ｏ：０．５～１．０％、ＬａＢ_６：０．２～０．７％、ＮａＣｌ：０．１５～０．２％とするモルパーセントの混合割合で表される原料で製造されることを特徴とする。

【0010】

更に、前記小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末は、Ｌｉ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの比率が１～６の範囲内であることを特徴とする。

【0011】

更に、前記小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末は、Ｌｉ_２Ｏ／Ｋ_２Ｏの比率が１～３の範囲内であることを特徴とする。

【0012】

配合における各成分の役割及び含有量の選択理由について、本発明が根拠とした技術原理は次の通りである。

【0013】

誘電特性はイオン分極率に関係しており、イオン分極率は主としてガラスのネットワーク構造（網目構造）の影響を受ける。ネットワーク構造の集合度が大きいほど、電荷の移動が受ける空間抵抗が大きくなり、これにより分極が減少して誘電特性が向上する。また、ネットワークの集合度が低いほど、電荷の移動が増加して分極が増大し、誘電特性が悪化する。

【0014】

ＳｉＯ_２はガラスネットワークの生成体であり、含有量の上昇は誘電率の低下にとって有利である。しかし、含有量が多すぎるとガラス液の粘度が急速に増大し、融解が困難になる。そこで、本発明では、ＳｉＯ_２の適切な範囲を７０．５％～７４．０％とする。

【0015】

Ｂ_２Ｏ_３は、ネットワーク中間体の役割を発揮するとともに、それ自体が低いイオン分極率を有している。Ｂ_２Ｏ_３の含有量を適切に上昇させることで、ガラスの誘電特性を改良する目的を達成可能となる。また、Ｂ_２Ｏ_３は良好な溶融助剤でもあり、ガラスの高温粘度を有効に低下させることができる。ただし、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラス粉末の力学特性の低下や、耐水性の悪化等の問題が直接的に生じる。そこで、本発明では、Ｂ_２Ｏ_３の適切な範囲を２０．５％～２３．５％とする。

【0016】

Ｇａ_２Ｏ_３の役割は、低誘電率ガラスのネットワーク構造における中間体酸化物である。含有量が適切な場合には、ガラスのネットワーク構造における断裂した化学結合を結合し直し、ネットワーク体を修復する役割を発揮させることで、低誘電率ガラスの機械的強度及びガラスの安定性を向上させる。また、Ｇａ_２Ｏ_３は、より大きなイオン半径を有しており、ガラスのネットワーク構造を緻密とすることでアルカリ金属イオンの移動を抑制するため、誘電率を低下させるために有利である。ただし、含有量が多すぎるとＧａ^３＋がネットワーク構造の外部に遊離して、誘電特性を悪化させてしまう。そこで、本発明では、Ｇａ_２Ｏ_３の適切な範囲を０．５％～２．０％とする。

【0017】

Ｐ_２Ｏ_５は、ガラスの溶融温度を低下させるために有用である。なぜなら、Ｐ_２Ｏ_５溶融体の粘度活性化エネルギーは小さく、Ｂ_２Ｏ_３の粘度活性化エネルギーと近いためである。また、Ｐ_２Ｏ_５は、ガラス構造に進入して［ＰＯ_４］を形成する。［ＰＯ_４］は二重結合を持つ１つの酸素を有し、二重結合を持つリン－酸素四面体は非中心対称をなす。これにより、ガラスの粘度を小さくできるため、ガラスの高温特性粘度点が低下し、フロート法成型プロセスの制御に有利となる。ただし、Ｐ_２Ｏ_５が多すぎるとガラスの化学的安定性が悪化するため、本発明では、Ｐ_２Ｏ_５の適切な範囲を０．２５％～２．０％とする。

【0018】

本発明では、ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）を導入する。ＬａＢ_６は、配合材料の反応過程で高温酸化し、ホウ酸ランタンを形成することでネットワーク中間体の役割を発揮する。したがって、適切に添加することで、非架橋酸素を連結してネットワークを補う作用を有する。構造内の［ＢＯ_４］及び［ＳｉＯ_４］及び［ＢＯ_４］が緊密な空間ネットワークを形成することで、ガラスの誘電特性を向上させる。
また、Ｌａイオンの大きな半径がガラスのネットワーク構造をより緻密とすることで、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の移動を抑制する。したがって、少量のＬａＢ_６を添加することでガラスの誘電特性を改良可能となるが、過剰に導入した場合にはガラスのネットワーク構造を破壊し、ガラスの誘電特性を悪化させる。そこで、本発明では、ＬａＢ_６の適切な範囲を０．０５％～１．０％とする。

【0019】

Ｌｉ_２ＯとＫ_２Ｏは、ガラスの溶融及びガラス状態の形成に有用である。Ｌｉ_２Ｏイオンの半径とＫ_２Ｏアルカリ金属イオンの半径は大きく相違しているため、適量のＬｉ_２ＯがＫ_２Ｏとともに混合アルカリ効果を形成して、ガラスの誘電特性を著しく向上させうる。本発明では、Ｌｉ_２Ｏの適切な範囲を０．４％～６．０％とし、Ｋ_２Ｏの適切な範囲を０．１％～１．５％とする。

【0020】

ＮａＣｌを本発明における低誘電率ガラス粉末の清澄剤として選択することで、良好にガラスを清澄化するとの目的を達成可能となる。本発明では、ＮａＣｌの適切な範囲を０．０３％～０．３％とする。

【発明の効果】

【0021】

従来技術と比較して、本発明は以下の利点を有する。
１．原材料の成分がシンプルで、製造方法が簡単且つ実行しやすい。
２．製造されるガラス粉末は誘電率と誘電損失が低く、溶融成形温度が低いため、大規模工業生産にとって都合がよい。
３．ガラス粉末の溶融成形温度は１３２０℃～１３６０℃である。また、製造されるガラスは、周波数１ＭＨｚの場合の誘電率が３．８～４．１であり、誘電損失が４×１０^－４～１０×１０^－４であり、封着温度が９００℃～９５０℃である。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、実施例のサンプルガラス粉末におけるテスト周波数に伴う誘電率の変化図である。

【図2】図２は、実施例のサンプルガラス粉末におけるテスト周波数に伴う誘電損失の変化図である。

【図3】図３は、実施例のサンプルガラス粉末の高温粘度－温度のグラフである。

【図4】図４は、実施例のサンプルガラス粉末の焼結画像図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に、具体的実施例を組み合わせて、本発明につき詳細に説明する。ただし、以下の実施例は本発明を説明するためのものにすぎず、本発明の実施範囲を限定するものではない。

【実施例】

【0024】

（１）混合材料の調合：上記の配合原料を質量部に従って計量し、各原料を混合機で充分均一に混合した。２時間混合することで、混合材料を調合した。

【0025】

（２）溶融：電気炉にるつぼを設置し、予め設定した溶融温度である１５５０℃まで段階的温度制御に従って上昇させ、材料を加えた。そして、１８０分間保温し、清澄なガラス液を取得した。

【0026】

（３）溶融したガラス液のうち少量を銅板金型に注入して成形し、サンプルを作製して関連する性能試験に用いた。残りについては、脱イオン冷水で水焼入れしたあと取り出し、乾燥させた。

【0027】

（４）乾燥させたガラスをボールミルに投入し、１２時間ボールミリングした後、３００メッシュのふるいにかけて、本発明における小型ＲＦガラス絶縁体のための低誘電率封着用ガラス粉末を製造した。

【0028】

（５）精密インピーダンス・アナライザ、高温ガラス粘度計及び焼結イメージャをそれぞれ用いて、誘電率、誘電損失、溶融成形温度及び封着温度を明らかにした。封着温度は、焼結イメージャにおける円柱形のガラス粉末サンプルの半球温度で示した。
なお、角鈍化温度は、円柱形サンプルが熱を受けたあと、角部分になだらかな円弧形状が現れ始めたときに対応する温度であり、封着用ガラス粉末の使用下限温度である。半球温度とは、円柱形のガラスサンプルの高さが低下し、底部が拡大した場合に、サンプルが徐々に半球状となって安定的に存在するときの温度であり、封着用ガラス粉末の使用上限温度である。

【0029】

【表1】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】