一种纳米微晶介电玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米微晶介电玻璃，包括以下摩尔份数的组分：30份～65份的SiO2；5份～15份的B2O3；1份～20份的Nb2O5；5份～12份的碱金属氧化物。本发明专利技术提供的纳米微晶介电玻璃中含有Nb2O5纳米晶，得到的纳米晶颗粒尺寸均匀，使得到的微晶介电玻璃基体的结构发生变化，晶界阻隔效应了降低离子传输，从而使得到的微晶介电玻璃具有较低的介电常数，满足现有技术中PCB介电层对微晶介电玻璃介电常数的要求，从而解决了现有技术中PCB介电层信号延迟、功率损耗增加的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米微晶介电玻璃及其制备方法
本专利技术涉及电子元器件封接材料
，尤其涉及一种纳米微晶介电玻璃及其制备方法。
技术介绍
随着超大规模集成电路(ULSI)器件集成度的提高，元件极小尺寸向深亚微米发展，甚至将达到70nm水平。当器件特征尺度逐渐减小时，使得多层布线和逻辑互连层数增加达8～9层，导线间电容和层间电容以及导线电阻增加，从而导致导线电阻R和电容C产生的RC延迟会有所上升，这就限制了器件的高速性能，而且增加能耗。现有技术为了降低RC延时及功率损耗，除了采用低电阻率金属(如铜)替代铝外，重要的是降低介质层带来的寄生电容C。由于C正比于介电常数k，所以就需要开发新型的低介电常数材料来作为绝缘材料。五十年代末期Stookey专利技术了微晶玻璃后，已经在各个领域得到了重要的应用。与传统玻璃相比，微晶玻璃具有热膨胀系数变化范围大、电绝缘性高、机械强度高及结构致密等特点，且在诸多性能上已经超过了传统的硼硅酸盐体系，是金属器件最佳的介质层原料。公开号为CN103342466A的中国专利公开了一种铌酸锶钡基微晶玻璃电介质材料及其制备方法，以SrCO3、BaCO3、Nb2O5、H3BO3为起始原料，经球磨混料8h后烘干，在1300℃熔化保温30min，再快速冷却、退火得到无气孔的均匀玻璃，在一定温度下进行可控晶化得到微晶玻璃电介质材料，该方法得到的微晶玻璃的相对介电常数在21～143范围内可调。该微晶玻璃在用作印制电路板(PCB)介质层时，其介电常数仍不够低，仍然会导致信号延迟、功率损耗增加等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米微晶介电玻璃及其制备方法，本专利技术提供的纳米微晶介电玻璃具有较低的介电常数。本专利技术提供了一种纳米微晶介电玻璃，包括以下摩尔份数的组分：30份～65份的SiO2；5份～15份的B2O3；1份～20份的Nb2O5；5份～12份的碱金属氧化物。优选的，所述碱金属氧化物包括Li2O、Na2O和K2O中的一种或几种。优选的，包括摩尔份数为5份～15份的Nb2O5。优选的，其特征在于，还包括Al2O3、BaO、MgO和ZnO中的一种或几种。优选的，所述Al2O3在纳米微晶介电玻璃中的摩尔份数≤30份。优选的，所述BaO在纳米微晶介电玻璃中的摩尔份数≤20份。优选的，所述MgO在纳米微晶介电玻璃中的摩尔份数≤10份。优选的，所述ZnO在纳米微晶介电玻璃中的摩尔份数≤20份。本专利技术提供了一种纳米微晶介电玻璃的制备方法，包括以下步骤：将硅源、硼源、铌源和碱金属源混合，得到混合料；将所述混合料熔化，得到玻璃熔体；将所述玻璃熔体成型和退火，得到基础玻璃；将所述基础玻璃进行微晶化热处理，得到纳米微晶介电玻璃。优选的，所述微晶化热处理在所述基础玻璃的晶峰温度下进行；所述微晶化热处理的时间为1h～6h。本专利技术提供了一种纳米微晶介电玻璃，包括以下摩尔份数的组分：30份～65份的SiO2；5份～15份的B2O3；1份～20份的Nb2O5；5份～12份的碱金属氧化物。本专利技术提供了一种纳米微晶介电玻璃，包括以下摩尔份数的组分：30份～65份的SiO2；5份～15份的B2O3；1份～20份的Nb2O5；5份～12份的碱金属氧化物。本专利技术提供的纳米微晶介电玻璃中含有Nb2O5纳米晶，得到的纳米晶颗粒尺寸均匀，使得到的微晶介电玻璃基体的结构发生变化，晶界阻隔效应了降低离子传输，从而使得到的微晶介电玻璃具有较低的介电常数，满足现有技术中PCB介电层对微晶介电玻璃介电常数的要求，从而解决了现有技术中PCB介电层信号延迟、功率损耗增加的技术问题。而且，由于SiO2、B2O3、Nb2O5和碱金属氧化物的协同作用，使得本专利技术提供的纳米微晶玻璃结构稳定，具有良好的热稳定性能，满足电子元器件封接对介电层的熔封温度和热稳定性的要求。本发专利技术实施例的实验结果表明，本专利技术提供的纳米微晶介电玻璃在1MHz下的介电常数≤6.24，1MHz下的介电损耗≤7.9×10-3。而且，本专利技术提供的制备方法，简单，易于进行，还可以根据不同纳米微晶介电玻璃的特性要求，灵活调整各组分的摩尔配比和微晶化热处理工艺，使得到的纳米微晶介电玻璃性能可控。附图说明图1为本专利技术实施例中制备纳米微晶介电玻璃的工艺流程示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种纳米微晶介电玻璃，包括以下摩尔份数的组分：30份～65份的SiO2；5份～15份的B2O3；1份～20份的Nb2O5；5份～12份的碱金属氧化物。本专利技术提供的纳米微晶介电玻璃包含有Nb2O5纳米晶，得到的纳米晶颗粒尺寸均匀，使得到的微晶介电玻璃基体的结构发生变化，从而使得到的微晶介电玻璃具有较低的介电常数，满足现有技术中PCB介电层对微晶介电玻璃介电常数的要求，从而解决了现有技术中PCB介电层信号延迟、功率损耗增加的技术问题。而且，由于SiO2、B2O3、Nb2O5和碱金属氧化物的协同作用，使得本专利技术提供的纳米微晶玻璃结构稳定，具有良好的热稳定性能和较大的击穿强度，满足电子元器件封接对介电层的熔封要求；还具有较高的耐腐蚀性能，用于电子产品的封接时对电子元器件的酸洗后续处理耐受性好。以摩尔份数计，本专利技术提供的纳米微晶介电玻璃包括30份～65份的SiO2，优选为35份～60份，更优选为40份～55份，最优选为43份～52份；在本专利技术的实施例中，所述纳米微晶介电玻璃中SiO2的摩尔份数可具体为35份、40份、45份、50份、55份或60份。在本专利技术中，所述SiO2是纳米微晶介电玻璃的主要组成成份，所述SiO2利用硅氧四面体的结构组元形成网状结构，从而形成了硅酸盐的基体结构。以摩尔份数计，本专利技术提供的纳米微晶介电玻璃包括5份～15份的B2O3，优选为7份～13份，更优选为9份～11份；在本专利技术的实施例中，所述纳米微晶介电玻璃中B2O3的摩尔份数可具体为5份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份。在本专利技术中，B2O3能够降低玻璃熔制温度和玻璃本体的介电常数。以摩尔份数计，本专利技术提供的纳米微晶介电玻璃包括1份～20份的Nb2O5，优选为5份～15份，更优选为7份～13份，最优选为9份～11份；在本专利技术的实施例中，所述纳米微晶介电玻璃中Nb2O5的摩尔份数可具体为1份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、12份、15份、18份或20份。本专利技术提供的纳米微晶介电玻璃包括有Nb2O5纳米晶，得到的纳米晶颗粒尺寸均匀，使得到的微晶介电玻璃基体的结构发生变化，从而使得到的微晶介电玻璃具有较低的介电常数，满足现有技术中PCB介电层对微晶介电玻璃介电常数的要求，从而解决了现有技术中PCB介电层信号延迟、功率损耗增加的技术问题。在本专利技术中，纳米微晶介电玻璃中Nb2O5纳米晶的尺寸优选为40nm～80nm，更优选为45nm～75nm，最优选为50nm～60nm。以摩尔份数计，本专利技术提供的纳米微晶介电玻璃包括5份～12份的碱金属氧化物，优选为6份～11份，更优选为7份～10份，最优选为8份～9份。在本专利技术中，所述碱金属氧化物优选包括Li2O、Na2O和K2O中的一种或几种，更优选包括Li2O、Na2O或K2O。在本专利技术中，所述碱金属氧化物能够降低玻璃烧制温度和高温黏度。本专利技术提供的纳米微晶介电玻璃优选还包括Al2O3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米微晶介电玻璃，包括以下摩尔份数的组分：30份～65份的SiO2；5份～15份的B2O3；1份～20份的Nb2O5；5份～12份的碱金属氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种纳米微晶介电玻璃，包括以下摩尔份数的组分：30份～65份的SiO2；5份～15份的B2O3；1份～20份的Nb2O5；5份～12份的碱金属氧化物；所述纳米微晶介电玻璃中Nb2O5纳米晶的尺寸为40nm～80nm。2.根据权利要求1所述的纳米微晶介电玻璃，其特征在于，所述碱金属氧化物包括Li2O、Na2O和K2O中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的纳米微晶介电玻璃，其特征在于，包括摩尔份数为5份～15份的Nb2O5。4.根据权利要求1～3任意一项所述的纳米微晶介电玻璃，其特征在于，还包括Al2O3、BaO、MgO和ZnO中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的纳米微晶介电玻璃，其特征在于，所述Al2O3在纳米微晶介电玻璃中的摩尔份数≤30份。6.根据权利要求4所述的纳米微晶介电玻璃，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长久，姜宏，沈阳，贾阳，陈阔，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：海南;66