[发明专利]一种低热膨胀系数无碱高铝硼硅酸盐玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低热膨胀系数无碱高铝硼硅酸盐玻璃及其制备方法，高Al₂O₃、低SiO₂和ZnO部分取代MgO，以MgO、ZnO、Al₂O₃、SiO₂及硼酸盐为原料，B₂O₃由硼酸、硼酸锌、硼酸镁或硼酸铝引入，氧化物的含量为：MgO：5.85％～12.37％；ZnO：0.13％～11.81％；Al₂O₃：29.60％～31.45％；SiO₂：49.71％～52.83％；B₂O₃：3.03％～3.22％；MgO和ZnO总质量含量为12.50％～17.66％。本发明制备工艺简单、熔化温度低，制得的玻璃低密度、低热膨胀系数、低介电损耗和适中介电常数，用于混合电路基板、封装材料或平板显示器。

技术领域

本发明涉及一种低热膨胀系数无碱高铝硼硅酸盐玻璃及其制备方法，特别是 具有低热膨胀系数、低介电损耗和介电常数的玻璃材料及其制备方法，属于玻璃 技术领域。

技术背景

MgO-Al₂O₃-SiO₂(MAS)系统玻璃由于其优良的抗热震性能、热稳定性、 低热膨胀系、高强度和优良的介电性能等，是一种具有十分重要的科学研究价值 和经济价值的玻璃。MAS系统玻璃除了具有普通氧化物玻璃优异的力学性能、 化学稳定性外，更有其独特的光学性能，且其高应变点(≥700℃)更是其他 体系玻璃所不具备的。一直以来人们对MAS系玻璃的研究和开发十分活跃，近 年来已经被广泛应用到封装材料、耐腐蚀性容器、玻璃纤维及平板显示器等玻璃 材料中。特别是高端液晶显示器TFT-LCD的快速发展，由于它对平板玻璃性能 的超高要求(严格不含碱金属的环境、合适的热膨胀系数等)，使得对无碱硼铝硅酸盐玻璃体系的开发研究有着十分重要的意义。

TFT-LCD玻璃基板大多都使用无碱硼铝硅酸盐玻璃，即不含碱金属氧化物 (如Li₂O、Na₂O、K₂O等)的玻璃。但为了降低玻璃的熔化温度和调整玻璃的 性能，又必需引入一定量碱土金属氧化物(如MgO、CaO、SrO、BaO等)。主 要原因有：一是玻璃晶体管液晶显示器面板在制作工艺过程中要经过相对较高的 温度处理；二是普通的钠碱玻璃中含有较多的碱金属离子，极有可能破坏 TFT-LCD玻璃基板的性能。因此，基板玻璃都是无碱的，碱金属的含量一般不 会超过玻璃组分的千分之一。在制作液晶显示器前，基板玻璃需要经过一系列的 物理化学加工过程。这个过程中，有很多程序加工温度可能会达到600℃甚至 更高，此时，如果基板玻璃的组成成分中含有大量的碱金属离子，由于碱金属离 子的扩散速率非常快。在如此高的温度作用下，碱金属离子就会从基板玻璃的网 络结构中脱离出来，扩散到基板玻璃表面的各种镀膜和半导体材料中，这样会严 重影响镀膜和半导体材料性能，进而降低显示器的显示效果和寿命，更有甚者， 会使显示器件失效或破坏。目前来说，碱金属离子含量的控制主要是对原料中碱 金属含量的控制，在此基础上，在玻璃的加工工艺过程中，尽可能避免其余碱金 属杂质的引入。

同时，在玻璃基板的制造过程中，基板玻璃的热膨胀系数必须与薄膜晶体管 阵列中的半导体材料即多晶硅与非晶硅材料相匹配，在基板玻璃的加工过程中， 由温度产生的热应力可以相互抵消。同时，基板玻璃上还有很多的薄膜材料，这 些薄膜材料在基板玻璃的处理过程中也可能会产生一定的形变，如果基板玻璃的 热膨胀系数与薄膜的热膨胀系数相差比较大，薄膜就会受到横向拉伸力的作用， 可能会导致薄膜破裂，使显示器损坏，严重缩短显示器的显示寿命。一般来说， TFT-LCD基板玻璃的热膨胀系数的理想范围是30×10^-7/℃～40×10^-7/℃。