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印刷电路板用低介电铝硼硅酸盐玻璃结构与性能的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 低介电玻璃的研究进展

1.3 铝硼硅酸盐玻璃的研究现状

1.4 玻璃的介电性能

1.4.1 介电常数

1.4.2 介电损耗

1.5 玻璃光学碱度的简介

1.6 课题的提出

第二章 实验研究与测试方法

2.1 玻璃样品的制备

2.1.1 实验原料

2.1.2 玻璃样品的熔制

2.2 测试方法

2.2.1 密度性能测试

2.2.2 化学稳定性测试

2.2.3 介电性能测试

2.2.4 红外光谱(IR)

2.2.5 差热分析(DTA)

第三章 组分调控对玻璃结构的影响

3.1 实验方案

3.2 SiO2/B2O3对结构的影响

3.3 Al2O3/B2O3对结构的影响

3.4 SiO2/Al2O3对结构的影响

3.5 CaO/MgO对结构的影响

3.6 本章小结

第四章 组分调控对玻璃性能的影响

4.1 SiO2/B2O3对玻璃性能的影响

4.1.1 SiO2/B2O3对化学稳定性的影响

4.1.2 SiO2/B2O3对密度的影响

4.1.3 SiO2/B2O3对介电性能的影响

4.2 Al2O3/B2O3对玻璃性能的影响

4.2.1 Al2O3/B2O3对化学稳定性的影响

4.2.2 Al2O3/B2O3对密度的影响

4.2.3 Al2O3/B2O3对介电性能的影响

4.3 SiO2/Al2O3对玻璃性能的影响

4.3.1 SiO2/Al2O3对化学稳定性的影响

4.3.2 SiO2/Al2O3对密度的影响

4.3.3 SiO2/Al2O3对介电性能的影响

4.4 CaO/MgO对玻璃性能的影响

4.4.1 CaO/MgO对化学稳定性的影响

4.4.2 CaO/MgO对密度的影响

4.4.3 CaO/MgO对介电性能的影响

4.5 本章小结

第五章 玻璃介电常数与光学碱度关系的研究

5.1 玻璃光学碱度值的理论计算

5.2 玻璃介电常数与光学碱度关系的研究

5.3 TiO2对玻璃结构与介电性能的影响

5.3.1 实验方案

5.3.2 红外光谱分析

5.3.3 差热分析(DTA)

5.3.4 介电性能

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

附录

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摘要

随着集成电路和表面安装技术的发展,电子产品多功能、小型化、微型化成为其发展方向。作为集成电路载体和互连技术核心的印刷电路板也在向高密度、多层化、高可靠性的方向发展。低介电常数玻璃纤维作为主要的增强材料在印刷电路基板、雷达天线罩的制作中已被广泛应用。目前,市场上比较常见的低介电常数玻璃纤维是E玻璃纤维,该玻璃纤维的介电常数为6.6左右,已无法满足某些特殊领域的应用,比如高频率线路的基板。为了可以提高电路基板导线信号传输的速度,降低信号传送的延迟,要求基板材料具有更低的介电常数和介电损耗。
   本文在充分分析国内外研究现状的基础上,通过在网络形成体和中间体(SiO2,Al2O3,B2O3)之间,网络外体(CaO,MgO)之间进行相互替换,研究各组分对结构与密度、化学稳定性、介电性能的影响,并研究了玻璃成分、光学碱度值的变化对玻璃介电常数的影响以及TiO2对玻璃纤维结构和介电性能的影响。
   通过IR光谱对低介电铝硼硅酸盐玻璃的结构进行分析,结果表明:铝硼硅酸盐玻璃网络结构主要由[SiO4]四面体、[BO3]三角体、[AlO4]四面体以及[BO4]四面体组成;B主要以[BO3]三角体的形式存在,Al主要以[AlO4]的形式存在,同时玻璃结构中含有少量的[AlO5]和[AlO6];TiO2在该体系中主要以[TiO4]四面体的形式存在,少量的TiO2会形成[TiO6]八面体。对玻璃性能的研究结果表明:随着SiO2/B2O3摩尔比的增大,玻璃密度呈现逐渐增大的变化趋势,耐酸失重比逐渐减小,耐碱失重比例逐渐增大,介电常数逐渐增大,介电损耗先减小后增大;随着Al2O3/B2O3摩尔比的增大,密度总体上呈现增大的趋势,耐酸失重比例呈现先减小后增大,耐碱失重比例逐渐增大,介电常数呈现增大的趋势,介电损耗先减小后增大;随着SiO2/Al2O3摩尔比的增大,密度逐渐减小,耐酸失重比逐渐减小,耐碱失重比逐渐增大,介电常数和介电损耗均呈现减小的趋势;随着CaO/MgO摩尔比的增大,密度逐渐增大,耐酸失重比逐渐减小,耐碱失重比逐渐增大,介电常数和介电损耗均逐渐增大。TiO2的引入使介电常数和介电损耗均呈现先减小后增大的趋势。
   此外,本文研究了玻璃光学碱度与介电常数的关系,通过理论计算得到玻璃的光学碱度值,建立了介电常数—光学碱度的关系。结果表明:组成玻璃的氧化物的光学碱度越大,玻璃的光学碱度越大;玻璃整体的光学碱度越大,介电常数就越大,光学碱度减小,玻璃介电常数也随之减小。
   本文通过实验得到组成(质量百分比)为:SiO252.0-55.0%,Al2O39.0-14.0%,B2O319.0-25.0%,CaO2.0-10.0%,MgO0-4.0%的玻璃纤维,介电常数ε(1MHz)在4.5~4.7之间,介电损耗在11~14×10-4之间,符合玻璃纤维中低介电常数及低介电损耗的发展趋势和应用要求。

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