專利名稱：具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃及其制備方法，該封接玻璃作為一種焊接材料，用于電子器件等的封接，屬于特種玻璃技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
封接玻璃也稱焊料玻璃，是一種焊接材料，用于光電子器件、微電子器件、電真空器件、太陽能集熱管等的封裝焊接，要求具有更低的膨脹軟化溫度、更高的封接強(qiáng)度、可調(diào)的線膨脹系數(shù)、很好的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性，同時(shí)，作為一種化工產(chǎn)品，理想的生產(chǎn)工藝應(yīng)當(dāng)具有原料無毒、原料種類少等特點(diǎn)。磷酸鹽封接玻璃是一種常用的封接玻璃。美國專利US2002019303提出一種SnO-P2O5-ZnO系的封接玻璃，膨脹軟化溫度位于 430 500°C區(qū)間，致使熔封溫度偏高，被封接的器件在這樣的高溫下保持一段時(shí)間，其工作性能和使用壽命會因此而降低，甚至?xí)诜饨舆^程中損壞器件。申請?zhí)枮?006100M793. 6的一件中國專利申請公開一種粉狀封接玻璃，其基本組分及其摩爾百分比為p205 20 50%、ai0 10 ^%、SnO 20 40%、B203 5 50、Si& 0 15%、Al2O3O 10%、Na20+Li20 0 10%、Sb2O3 0 5%、Fe2O3 0 2%、MnO2 0 5%Xr2O3 0 2%。堿金屬元素的引入使得這種玻璃在實(shí)際應(yīng)用中因堿金屬離子的遷移而影響被封接的半導(dǎo)體器件的工作性能。其膨脹軟化溫度區(qū)間為440 500°C。制備這種封接玻璃，涉及到的原料種類太多，致使工藝復(fù)雜。申請?zhí)枮?01010190237. 2的一件中國專利申請?zhí)岢隽艘环N無鉛低熔點(diǎn)電子顯示器封接玻璃及其制備方法。該玻璃基本組分及其質(zhì)量百分比為ZnO 10 45%、P205 10 45%%、V2055 ;35%%、化03 1 10%%、Al2O3 1 10%%、Fii2O3 1 10%%。有毒的 V2O5含量較大，在熔制過程中還易起泡，污染環(huán)境且原料利用率較低。另外，該玻璃的膨脹軟化溫度區(qū)間為300 360°C，仍然較高。所述兩件中國專利在組分方面都含有較多的&10，還含有B2O3，雖然改善了成玻璃性能，但是，提高了玻璃的膨脹軟化溫度；都含有Al2O3，能夠改善成玻璃性、提高化學(xué)穩(wěn)定性，還能夠通過改變Al2O3的配比，調(diào)節(jié)產(chǎn)物玻璃的線膨脹系數(shù)，但是，也導(dǎo)致了膨脹軟化溫度的提高；都含有狗203，雖然提高了產(chǎn)物玻璃在用于封接的過程中的流動性，但是，該組分的引入也導(dǎo)致膨脹軟化溫度的提高。由此來看，現(xiàn)有磷酸鹽封接玻璃存在一個(gè)共同的不足，那就是膨脹軟化溫度過高， 致使熔封溫度偏高，不適用于因被封接件材質(zhì)或者結(jié)構(gòu)方面的特點(diǎn)需要在較低溫度下封接的封接工藝，如被封接件涂覆有熒光粉，被封接件為半導(dǎo)體器件等?，F(xiàn)有磷酸鹽封接玻璃的制備方法其不足在于熔制溫度高，高達(dá)1000 1200°C，而且還需要分段升溫，致使制備時(shí)間長，熔制工藝復(fù)雜
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在保證磷酸鹽封接玻璃具有更高的封接強(qiáng)度、可調(diào)的線膨脹系數(shù)、很好的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性的前提下，具有更低的膨脹軟化溫度、種類更少且無毒的制備原料；在磷酸鹽封接玻璃的制備方法方面，降低熔制溫度、縮短熔制時(shí)間、簡化熔制工藝，為此，我們發(fā)明了一種具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃及其制備方法。本發(fā)明之具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃在其配比中有P2O5組分，其特征在于，玻璃組分及其質(zhì)量百分含量為=P2O5 13 40、SnO 40 70、ZnO 0 5、WO3 0 10、Bi203 0 10、Sm2O3 0 ~ 5, Sb2O3 0 3，所述數(shù)據(jù)單位為 wt%。本發(fā)明之具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃制備方法的工序依次為配料、 熔制、退火，其特征在于，在配料工序以SnCl2引入SnO ；在熔制工序自室溫一步升溫到熔制溫度，熔制溫度為320 450°C，在熔制溫度下熔制10 50分鐘。本發(fā)明其技術(shù)效果在于關(guān)于具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃，組分中的P2O5是玻璃形成體，同時(shí)有助于提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，當(dāng)P2O5的質(zhì)量百分含量小于13%時(shí)，其玻璃形成能力減弱，當(dāng)P2O5的質(zhì)量百分含量大于40%時(shí)，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性顯著降低。組分中的SnO能夠明顯降低玻璃的膨脹軟化溫度，并且使玻璃具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，其在玻璃中最適宜的質(zhì)量百分含量為40 70%。組分中的SiO的含量與玻璃的線膨脹系數(shù)相關(guān)，隨著SiO的引入及引入量的增加，玻璃的線膨脹系數(shù)隨之降低，但是，當(dāng)引入量過多時(shí)，又會提高玻璃的膨脹軟化溫度，優(yōu)選質(zhì)量百分含量為O 5%。組分中的WO3不僅能夠降低玻璃的膨脹軟化溫度，而且能增強(qiáng)玻璃在用于封接時(shí)的粘附力，提高封接強(qiáng)度，其最佳質(zhì)量百分含量為 O 10%。組分中的Bi2O3有很好的成玻性能，它的加入能夠修復(fù)磷酸鹽玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，并且不會導(dǎo)致玻璃的膨脹軟化溫度的提高，其最佳質(zhì)量百分含量為O 10%。組分中的Sm2O3能夠提高玻璃的封接強(qiáng)度。組分中的Sb2O3能夠在熔制過程中提供氧化氣氛，防止Sn2+、Bi3+在熔制過程中被還原。關(guān)于具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃的制備方法，SnO以SnCl2引入，不僅降低了熔制溫度，而且，其中的Cl1—還是一種澄清劑，在熔制過程中加速玻璃液中的氣泡的排出，在縮短熔制時(shí)間方面具有一定作用。該方法在熔制工序自室溫一步升溫到熔制溫度，熔制溫度僅為320 450°C，熔制時(shí)間僅為10 50分鐘，相比現(xiàn)有技術(shù)，熔制工藝有所簡化，熔制溫度大幅降低，熔制時(shí)間明顯縮短。另外，本發(fā)明之具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃其組分最多七種，最少只有兩種，并且，不含有毒組分，因此，制備該玻璃所采用的原料種類也因此減少，簡化了制備工藝，避免對環(huán)境的污染。本發(fā)明之具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃因玻璃組分及其質(zhì)量百分含量的不同，其膨脹軟化溫度在120 180°C范圍，相比現(xiàn)有技術(shù)大幅降低；線膨脹系數(shù)在 90 170X10_7°C范圍內(nèi)可調(diào)。該玻璃作為一種封接玻璃既能夠有效避免被封接件因高溫而損壞，又能夠分別與熱膨脹不同的被封接件熱膨脹匹配。
具體實(shí)施例方式下面以實(shí)例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃，在其配比中有P2O5組分，其特征在于，玻璃組分及其質(zhì)量百分含量為=P2O5 13 40、SnO 40 70、ZnO 0 5、WO3 0 10、 Bi2O3 0 10、Sm2O3 0 ~ 5, Sb2O3 0 3，所述數(shù)據(jù)單位為 wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃，其特征在于，玻璃組分及其質(zhì)量百分含量優(yōu)選方案為=P2O5 28 32、SnO 52 69、ZnO 0 3、WO3 0 3、 Bi2O3 0 3、Sm2O3 0 ~ 3, Sb2O3 0 1，所述數(shù)據(jù)單位為 wt%。
3.一種具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃制備方法，其工序依次為配料、熔制、 退火，其特征在于，在配料工序以SnCl2引入SnO ；在熔制工序自室溫一步升溫到熔制溫度， 熔制溫度為320 450°C，在熔制溫度下熔制10 50分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃制備方法，其特征在于，熔制工序升溫方式為自然升溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃制備方法，其特征在于，熔制溫度及熔制時(shí)間優(yōu)選方案為熔制溫度350 400°C，熔制時(shí)間15 35分鐘。
全文摘要
具有超低膨脹軟化溫度的磷酸鹽封接玻璃及其制備方法屬于特種玻璃技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有磷酸鹽封接玻璃膨脹軟化溫度過高，致使熔封溫度偏高；現(xiàn)有磷酸鹽封接玻璃的制備方法熔制溫度高，而且還需要分段升溫，致使制備時(shí)間長，熔制工藝復(fù)雜。本發(fā)明之磷酸鹽封接玻璃其玻璃組分及其質(zhì)量百分含量(wt％)為P2O5 13～40、SnO 40～70、ZnO 0～5、WO3 0～10、Bi2O3 0～10、Sm2O3 0～5、Sb2O3 0～3；本發(fā)明之磷酸鹽封接玻璃制備方法的工序依次為配料、熔制、退火，在配料工序以SnCl2引入SnO，在熔制工序自室溫一步升溫到熔制溫度，熔制溫度為320～450℃，在熔制溫度下熔制10～50分鐘。采用該玻璃封接能夠有效避免被封接件因高溫而損壞。
文檔編號C03C3/16GK102432173SQ20111025778
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者呂景文, 婁沛莉, 鄭濤 申請人:長春理工大學(xué)