專(zhuān)利名稱(chēng)：一種封接微晶玻璃及其封接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涉微晶玻璃技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種封接微晶玻璃及其封接方法，適用于微電子封裝中與金屬封接的絕緣材料，特別是用于金屬外殼或密封繼電器。
背景技術(shù)：
DM305、DM308等硼硅酸鹽玻璃一直是我國(guó)金屬外殼匹配封接的主要材料，這兩種玻璃玻璃的主要成分為Al2O3、B2O3、SiO2、Na2O、K2O，但封接質(zhì)量很難滿足金屬外殼不斷發(fā)展的需要。雖然近十年金屬外殼廠、所廣泛使用了各種進(jìn)口玻粉或玻坯，封接質(zhì)量有所改善，但畢竟同屬硼硅酸鹽玻璃，這類(lèi)玻璃的固有缺點(diǎn)是難以避免的。主要是(1)外殼絕緣電阻較低；(2)與金屬封接的金屬外殼氣密性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種封接微晶玻璃及其封接方法，解決目前微電子封裝行業(yè)中非晶態(tài)玻璃絕緣強(qiáng)度低、氣密性差等缺點(diǎn)。用于微電子封裝，與可伐合金或鐵鎳合金封接，絕緣電阻高、氣密性好。
本發(fā)明在現(xiàn)有玻璃的基礎(chǔ)上加入ZnO、CaO，并加入作為形核劑的TiO2，調(diào)整各組分的含量，采用熔制、成型、核化處理、晶化處理制造工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)其目的。
本發(fā)明的封接微晶玻璃的各組分質(zhì)量百分含量為ZnO20.0～27.0，B2O317.0～24.0，Al2O312.0～18.0，SiO230.0～45.0，Na2O1.5～3.5，K2O1.5～3.5，CaO0.5～2.5，TiO21.0～4.0。
上述組分的優(yōu)選范圍為ZnO21.0～26.0，B2O318.0～22.0，Al2O312.0～17.0，SiO231.0～40.0，Na2O2.0～3.0，K2O2.0～3.0，CaO0.5～2.0，TiO21.0～3.5。
本發(fā)明的封接工藝為1、配料混合，各組分質(zhì)量百分含量為ZnO20.0～27.0，B2O317.0～24.0，Al2O312.0～18.0，SiO230.0～45.0，Na2O1.5～3.5，K2O1.5～3.5，CaO0.5～2.5，TiO21.0～4.0。優(yōu)先選擇范圍為ZnO21.0～26.0，B2O318.0～22.0，Al2O312.0～17.0，SiO231.0～40.0，Na2O2.0～3.0，K2O2.0～3.0，CaO0.5～2.0，TiO21.0～3.5。
2、將上述玻璃配料在球磨機(jī)上混合12小時(shí)，使之混合均勻；將混合后的玻璃粉在鉑銠合金坩鍋內(nèi)加熱到1450～1550℃熔制4小時(shí)，然后急冷，將玻璃液倒在去離子水中或者鑄鐵板上，將所得的玻璃研磨，使玻璃粉的粒度在20～40μm，然后對(duì)玻璃粉進(jìn)行造粒，制作玻坯。
3、將玻坯在670～720℃進(jìn)行排蠟；將排蠟后的玻坯與預(yù)氧化后的可伐合金或鐵鎳合金以8～15℃/min的速率升溫，在990～1040℃進(jìn)行封接，封接時(shí)間為20～40分鐘，然后以15～20℃/min的降溫速率降至室溫，封接氣氛為微氧化氣氛，如工業(yè)普氮。
本發(fā)明微晶玻璃膨脹系數(shù)46×10-7～53×10-7/℃，與可伐合金、鐵鎳合金封接后，封接件的絕緣電阻為5.0～9.0×1013Ω，漏氣速率Q≤1.0×10-11P·m3/s。
上述ZnO為主要成分，分別與B2O3、Al2O3形成ZnB2O4、ZnAl2O4晶體，玻璃中析出微晶體時(shí)，提高了微晶玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)ZnO含量較低時(shí)，只有少量ZnB2O4、ZnAl2O4晶體的析出，難以提高微晶玻璃的絕緣電阻和機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)ZnO含量過(guò)高，微晶玻璃的高溫粘度增大，在與金屬封接過(guò)程中潤(rùn)濕性能降低，不利于形成良好的封接。
上述B2O3可以降低玻璃的表面張力，有助于玻璃在金屬上的潤(rùn)濕鋪展；B2O3的加入有助于玻璃增強(qiáng)微晶玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。但B2O3的含量過(guò)高時(shí)，容易促進(jìn)玻璃的分相，這對(duì)封接質(zhì)量不利。
上述Al2O3為主要成分，主要用于與ZnO形成微晶體，也用于調(diào)整微晶玻璃的膨脹系數(shù)，當(dāng)含量降低時(shí)，微晶玻璃的膨脹系數(shù)提高；當(dāng)含量提高時(shí)，微晶玻璃的膨脹系數(shù)降低。
上述SiO2為主要元素，在微晶玻璃中，SiO2主要起玻璃形成體的作用。在微晶玻璃與可伐合金封接的過(guò)程中，SiO2會(huì)與可伐合金表面的鐵的氧化物形成硅酸亞鐵化合物，增強(qiáng)了封接面的結(jié)合，提高了封接件的氣密性。如果SiO2的含量過(guò)高，會(huì)增加玻璃的高溫粘度，這不利于玻璃在金屬上的潤(rùn)濕鋪展，降低SiO2的含量，可以降低玻璃的高溫粘度。
上述Na2O和K2O主要作用是降低玻璃的高溫粘度和絕緣電阻和調(diào)整玻璃的膨脹系數(shù)，Na2O和K2O含量的增加，能顯著降低玻璃的高溫粘度和玻璃的絕緣電阻，但是能增加玻璃的膨脹系數(shù)。同時(shí)引入K2O和Na2O，利用“雙堿效應(yīng)”，增大微晶玻璃的絕緣電阻。所以，Na2O和K2O的質(zhì)量百分含量一般為4～6。
上述CaO起到降低玻璃的軟化溫度，增加玻璃與金屬的結(jié)合強(qiáng)度的作用，不過(guò)CaO的含量如果過(guò)高，則微晶玻璃的析晶性能降低。
上述TiO2起晶核劑的作用，當(dāng)TiO2的含量較高時(shí)玻璃的結(jié)晶速度快，不利于封接過(guò)程中玻璃在金屬上的潤(rùn)濕鋪展。當(dāng)TiO2的含量較低時(shí)，玻璃在封接過(guò)程中能保持良好的潤(rùn)濕性能，并能在熱處理過(guò)程中析出晶體。
本發(fā)明封接微晶玻璃的主晶相為ZnAl2O4、ZnB2O4和少量的NaSiAl2O4晶體。
本發(fā)明的微晶玻璃與DM-305、DM-308和BH-G/K等普通的電真空封接玻璃相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明微晶玻璃與可伐合金或鐵鎳合金封接后具有很高的絕緣電阻，DM-305等普通的封接玻璃與金屬封接后的產(chǎn)品絕緣電阻一般為1×1010Ω，本發(fā)明微晶玻璃封接后的絕緣電阻可達(dá)到5.0～9.0×1013Ω。
2、本發(fā)明微晶玻璃與可伐合金或鐵鎳合金封接后具有很低的漏氣速率，DM-305等普通的封接玻璃與金屬封接后的產(chǎn)品漏氣速率Q一般為1.0×10-8P·m3/s，本發(fā)明微晶玻璃封接后的產(chǎn)品漏氣速率可達(dá)到Q≤1.0×10-11P·m3/s。
3、本發(fā)明微晶玻璃與可伐合金或鐵鎳合金封接后具有很高的機(jī)械強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式
下面，再用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說(shuō)明。
本發(fā)明地實(shí)施例1～8的組分、工藝參數(shù)、性能參數(shù)如表1所示。
表一

本發(fā)明地上述各實(shí)例地制造工藝程序基本相同，只是工藝參數(shù)略有不同，以實(shí)施例1和實(shí)施例5予以說(shuō)明。
實(shí)施例1的制造工藝各組分質(zhì)量百分含量為ZnO25.0、B2O319.0、Al2O314.0、SiO233.0、Na2O3.0、K2O3.0、CaO1.5、TiO21.5；將各組分均勻混合后加入到鉑銠合金坩鍋內(nèi)，在電爐中1520℃熔制4小時(shí)，然后將熔制好的玻璃液注入事先準(zhǔn)備好的玻璃模具內(nèi)，得到玻璃制品，然后將玻璃制品放入馬弗爐中，以5～10℃/分鐘的升溫速率到700℃保溫2.0小時(shí)，再以2～4℃/分鐘的升溫速率到920℃保溫2.0小時(shí)進(jìn)行晶化處理，隨爐冷卻至室溫，得到膨脹系數(shù)為50×10-7/℃微晶玻璃制品。
實(shí)施例5的制造工藝各組分質(zhì)量百分含量為ZnO24.0、B2O319.0、Al2O314.0、SiO233.0、Na2O2.5、K2O3.0、CaO1.5、TiO23.0；將各組分均勻混合后加入到鉑銠合金坩鍋內(nèi)，在電爐中1520℃熔制4小時(shí)，然后將熔制好的玻璃液注入事先準(zhǔn)備好的玻璃模具內(nèi)，得到玻璃制品，然后將玻璃制品放入馬弗爐中，以5～10℃/分鐘的升溫速率到710℃保溫2.0小時(shí)，再以2～4℃/分鐘的升溫速率到910℃保溫2.0小時(shí)進(jìn)行晶化處理，隨爐冷卻至室溫，得到膨脹系數(shù)為49×10-7/℃微晶玻璃制品。
權(quán)利要求
1.一種封接微晶玻璃，其特征在于該微晶玻璃組分的質(zhì)量百分含量為ZnO20.0～27.0，B2O317.0～24.0，Al2O312.0～18.0，SiO230.0～45.0，Na2O1.5～3.5，K2O1.5～3.5，CaO0.5～2.5，TiO21.0～4.0；其膨脹系數(shù)46×10-7～53×10-7/℃，與可伐合金、鐵鎳合金封接后，封接件的絕緣電阻為5.0～9.0×1013Ω，漏氣速率Q≤1.0×10-11P·m3/s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封接微晶玻璃，其特征在于該微晶玻璃組分的質(zhì)量百分含量為ZnO21.0～26.0，B2O318.0～22.0，Al2O312.0～17.0，SiO231.0～40.0，Na2O2.0～3.0，K2O2.0～3.0，CaO0.5～2.0，TiO21.0～3.5。
3.一種采用權(quán)利要求1所述的封接微晶玻璃進(jìn)行封接的方法，其特征在于a、配料混合，組分的質(zhì)量百分含量為ZnO20.0～27.0，B2O317.0～24.0，Al2O312.0～18.0，SiO230.0～45.0，Na2O1.5～3.5，K2O1.5～3.5，CaO0.5～2.5，TiO21.0～4.0；b、將上述玻璃配料在球磨機(jī)上混合12小時(shí)，使之混合均勻；將混合后的玻璃粉在鉑銠合金坩鍋內(nèi)加熱到1450～1550℃熔制4小時(shí)，然后急冷，將玻璃液倒在去離子水中或者鑄鐵板上，將所得的玻璃研磨，使玻璃粉的粒度在20～40μm，然后對(duì)玻璃粉進(jìn)行造粒，制作玻坯；c、將玻坯在670～720℃進(jìn)行排蠟；將排蠟后的玻坯與預(yù)氧化后的可伐合金或鐵鎳合金以8～15℃/min的速率升溫，在990～1040℃進(jìn)行封接，封接時(shí)間為20～40分鐘，然后以15～20℃/min的降溫速率降至室溫，封接氣氛為微氧化氣氛。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的封接方法，封接氣氛可以為微氧化氣氛的工業(yè)普氮。
全文摘要
一種封接微晶玻璃及其封接方法，屬于涉微晶玻璃技術(shù)領(lǐng)域。該微晶玻璃各組分質(zhì)量百分含量為ZnO20.0～27.0，B
文檔編號(hào)C03C10/14GK1944304SQ20061013789
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者吳茂, 沈卓身 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)