本文選題：低介電玻璃 + 高硼含量�。� 參考：《海南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：低介電玻璃是一種非常重要、廣泛應(yīng)用的電性能材料,它具有較低的電容率(介電常數(shù))或介電損耗,良好的熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性,優(yōu)良的機(jī)械性能,主要用于制造電容器和電器回路元件的支撐層。與有機(jī)介電材料相比,介電玻璃的熱膨脹系數(shù)更小、抗老化性能更佳、能承受更高的溫度,因此被廣泛應(yīng)用于集成電路、移動通信、衛(wèi)星通信等光通訊與光電子材料領(lǐng)域中。然而目前集成電路的集成度日益提高,射頻連接器、微波器件等工作頻率范圍也大幅增加,傳統(tǒng)單一的硅酸鹽低介電玻璃已不能滿足發(fā)展需求,因此開發(fā)新型低介電玻璃成為了研究熱點(diǎn)。 本論文在前人的研究基礎(chǔ)之上,設(shè)計(jì)了三種玻璃體系：高硼硅酸鹽玻璃體系,往玻璃中加入超高含量(50%摩爾比)的氧化硼；稀土金屬氧化物Ta205摻雜鈮酸鹽玻璃體系,用Ta205替代玻璃中Nb205；混合玻璃體系,將上述兩種玻璃粉末按一定比例混合燒結(jié)。分別深入系統(tǒng)的研究了三種玻璃體系的熱性能、介電性能的變化規(guī)律,以及玻璃內(nèi)部各基團(tuán)的相互作用和轉(zhuǎn)化影響,取得如下結(jié)果： 高硼含量硅酸鹽玻璃體系：通過差熱分析發(fā)現(xiàn)高硼硅酸鹽玻璃難以析晶,主要是因?yàn)锽203為玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體,破壞其價鍵結(jié)合而析晶需要很大的能量；從紅外光譜分析表明,當(dāng)過量的B203加入玻璃中,[BΩ3]、[BＯ4]的數(shù)量都急劇增加,而[B03]是主要形成體；隨著B203含量的增加,玻璃的介電常數(shù)與介電損耗都呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,室溫1MHz下,B203為80%mol介電常數(shù)可達(dá)到最小值5.19；B203為60%mol介電損耗可以降低到3.584×10-。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明過量的B203并不能一直起到降低介電常數(shù)與介電損耗的作用。玻璃的熱膨脹系數(shù)隨著B203的加入出現(xiàn)了S型變化,可能是[BＯ3],[BＯ4]以及硼反常共同作用的結(jié)果。超高硼含量的硼硅酸鹽玻璃轉(zhuǎn)變溫度、軟化溫度和高溫黏度都隨著B203含量的增加而降低,但對高溫黏度的影響作用有限。 鉭-酸鹽玻璃體系：通過紅外圖譜發(fā)現(xiàn)Ta205不參與玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,以修飾體的形式存在于網(wǎng)絡(luò)外,且會降低玻璃網(wǎng)絡(luò)的規(guī)整度。差熱結(jié)果表明,原先的鈮酸鹽玻璃只有一個較寬的析晶峰,加入氧化鉭后,該寬峰分為兩個獨(dú)立的窄峰,分峰效果明顯。XRD分析結(jié)果可知,低溫晶相主要有NaTaＯ3, Na2Ta6Si2Ｏ1５；高溫晶相則包括NaTaＯ3、 Ba2NaTa5Ｏ15、 BaNb3.6O10四種晶體。SEM圖譜顯示高溫晶相的晶粒尺寸普遍都大于低溫晶相。Ta205一定范圍內(nèi)可降低鈮酸鹽玻璃的介電常數(shù)與介電損耗,但降低能力有限,在3%mol的Ta205加入量時玻璃的介電常數(shù)與介電損耗達(dá)到最低,分別為10.67和3.63×10-3。析晶后的玻璃樣品介電常數(shù)與介電損耗都有所增加,其中高溫晶相的介電常數(shù)、介電損耗都要高于低溫晶相。玻璃的轉(zhuǎn)變溫度與膨脹軟化溫度都隨著Ta205的加入逐步增加。熱膨脹系數(shù)呈現(xiàn)N型變化,因?yàn)門a5+對玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一定的破壞,非橋氧大量生成又導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)體外的大量修飾體形成,兩種過程相互影響牽制。 混合玻璃體系：通過介電性能的測試,混合玻璃的介電常數(shù)相比于單獨(dú)兩種玻璃體系得到大幅下降,最低達(dá)到4.18,這是因?yàn)椴Ａ?nèi)部空隙的形成所導(dǎo)致的；而介電損耗卻增加了一個數(shù)量級。
[Abstract]:Compared with the organic dielectric material , the dielectric glass has the advantages of smaller thermal expansion coefficient , better anti - aging performance and higher temperature , and is widely applied to the fields of optical communication and optoelectronic materials such as integrated circuit , mobile communication , satellite communication and the like .

Based on the previous research , three kinds of glass systems were designed : high borosilicate glass system , high content ( 50 % mole ratio ) boron oxide added to glass ;
the rare earth metal oxide Ta205 is doped with a niobate glass system , and the Nb205 in the glass is replaced by Ta205 ;
The thermal properties and dielectric properties of three kinds of glass systems and the influence of the interaction and conversion of various groups inside the glass are studied . The results are as follows :

High boron content silicate glass system : It is found that high borosilicate glass is difficult to be crystallized by differential thermal analysis , mainly because B203 is a glass network formed body , destroys its valence bond , and the crystallization requires a large amount of energy ;
The results show that when the excess B203 is added to the glass , the number of B .
With the increase of B203 content , the dielectric constant and dielectric loss of glass exhibit a tendency to decrease first , and at room temperature 1MHz , B203 has a dielectric constant of 80 % and can reach a minimum value of 5.19 ;
The dielectric loss of B203 can be reduced to 3.584.times . 10 - . The experimental results show that the excess B203 does not always play a role in reducing dielectric constant and dielectric loss . The thermal expansion coefficient of glass decreases with the addition of B203 . The transition temperature , softening temperature and high temperature viscosity of borosilicate glass with ultra - high boron content decrease with the increase of B203 content , but the effect on high temperature viscosity is limited .

The results show that the low temperature crystalline phase is mainly NaTaO3 , Na2Ta6Si2O15 .
The dielectric constant and dielectric loss of the glass are all higher than that of the low - temperature crystalline phase . The dielectric constant and dielectric loss of the glass are all higher than that of the low - temperature crystalline phase . The dielectric constant and dielectric loss of the glass are all higher than that of the low - temperature crystalline phase .

mixed glass system : the dielectric constant of the mixed glass is greatly reduced compared to the single two glass systems by the testing of the dielectric properties , and the lowest reaches 4.18 because of the formation of voids in the glass ;
while dielectric loss increases by an order of magnitude .
【學(xué)位授予單位】：海南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ171.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1996412