一種導(dǎo)電漿料用Bi系無鉛低熔玻璃粉及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無鉛低熔玻璃粉及其制備方法，特別是用于低溫?zé)Y(jié)、焊接封裝的導(dǎo)電漿料領(lǐng)域，屬于玻璃粉及電子封裝技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]在電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，用于低溫?zé)Y(jié)、焊接封裝的導(dǎo)電漿料中，低熔玻璃粉的作用極為關(guān)鍵，玻璃粉在漿料熱處理過程中熔化，浸潤與基板材料表面和導(dǎo)電相表面，將導(dǎo)電相和基板牢固粘結(jié)，同時(shí)調(diào)整改善導(dǎo)電相與基板間的燒結(jié)收縮和熱膨脹匹配。
[0003]低軟化溫度玻璃粉的軟化溫度一般低于800°C，通常主要是含鉛的玻璃體系。但隨著國內(nèi)外電子信息技術(shù)領(lǐng)域無鉛化環(huán)保政策和法律法規(guī)的實(shí)施，各類無鉛環(huán)保型的低熔無鉛玻璃得到了快速發(fā)展。常見的體系有磷酸鹽體系、硼酸鹽體系和鉍酸鹽體系(Bi系)，其中Bi系玻璃具有與含鉛玻璃類似的低軟化溫度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱膨脹系數(shù)，是最具潛力的含鉛玻璃替代品。
[0004]目前市場(chǎng)上銷售的低溫?zé)Y(jié)型導(dǎo)電漿料仍主要采用含鉛低熔玻璃，不符合綠色環(huán)保的社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。因此，研制出性能與含鉛低熔玻璃相近、且能夠與常見基板材料和漿料中導(dǎo)電相兼容匹配的的無鉛低熔玻璃粉迫在眉睫。
[0005]相較于現(xiàn)有文獻(xiàn)專利所報(bào)道的無鉛低熔玻璃粉，如硼酸鹽玻璃、鋅玻璃和其它鉍系玻璃，本發(fā)明的無鉛低熔玻璃屬于高鉍玻璃，具有燒結(jié)溫度低，穩(wěn)定性好，燒結(jié)后附著力高，熱膨脹系數(shù)適宜，與常見基板材料(如Al2O3陶瓷基板等)和漿料導(dǎo)電相(如Ag粉等)兼容性好的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有低溫?zé)Y(jié)型導(dǎo)電漿料含鉛，以及其它低熔玻璃穩(wěn)定性差或與基板兼容性差的問題，提供了一種導(dǎo)電漿料用Bi系無鉛低熔玻璃粉及其制備方法。該玻璃粉的軟化溫度低，穩(wěn)定性好，燒結(jié)后附著力高，熱膨脹系數(shù)適宜，與基板和導(dǎo)電相兼容性好，從而提出了一種實(shí)用化的低溫?zé)Y(jié)漿料用無鉛低熔玻璃粉。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:無鉛玻璃粉的成分及質(zhì)量百分比為:Bi20370 ?90%，B2035 ?23%，ZnO 2 ?6%，S12O ?9%，Al2O3O ?6%，CaO O ?3%。將玻璃粉成分原料的均混料置于鉑金坩禍中加熱保溫熔融后水淬，然后再進(jìn)行球磨過篩烘干，最終制得Bi系無鉛低熔玻璃粉。具體制備步驟包括如下:
[0008](I)按Bi系無鉛低熔玻璃粉的成分及質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，均混后置于鉑金坩禍中加熱保溫使混合料熔融成玻璃液；
[0009](2)將玻璃液倒入水中水淬，使其快速冷卻形成玻璃顆粒；
[0010](3)將玻璃顆粒裝入球磨罐中球磨8小時(shí)，然后過500目篩，烘干后即得到Bi系無鉛低熔玻璃粉。
[0011]所述步驟(I)的混料加熱是從室溫升溫，800°C以前升溫速率為8?10°C /min,800°C以后升溫速率為4?6°C /min，至1000°C?1200°C保溫60?120分鐘。
[0012]所述玻璃顆粒球磨過篩后的玻璃粉的粒徑范圍為0.5 μ m?5 μ m。
[0013]所述配制混合料使用的Bi203、H3B03、Zn0、Si02、Al203和CaCO 3均為普通市售粉末，純度為99wt%以上。
[0014]本發(fā)明的原理為:B203、Si0jP Al 203是玻璃中的玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體；鉍和鉛在元素周期表上處于相鄰位置，二者原子量和原子半徑相差不大，電子能級(jí)相近，高鉍含量可顯著降低玻璃軟化溫度，調(diào)整玻璃與基板和導(dǎo)電相的浸潤特性，而且鉍能夠促進(jìn)玻璃態(tài)的形成；玻璃外體氧化物ZnO和CaO的加入可以調(diào)節(jié)玻璃的析晶特性，調(diào)節(jié)玻璃熱膨脹系數(shù)等。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0016](I)本發(fā)明的無鉛玻璃粉具有適宜的線性膨脹系數(shù)100X 10_7/°C?120X 10_7/°C，燒結(jié)過程中能與常用基板材料(如Al2O3陶瓷基板等)浸潤良好，且不腐蝕基板；
[0017](2)本發(fā)明所得玻璃粉軟化溫度最低可達(dá)410°C，軟化溫度顯著低于一般無鉛低熔玻璃粉，非常適用于制備低溫?zé)Y(jié)型導(dǎo)電漿料，并且有利于玻璃粉在燒結(jié)過程中熔融并浸潤導(dǎo)電相(如Ag粉)，促進(jìn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)均勻致密，獲得優(yōu)良的導(dǎo)電性能。
[0018](3)本發(fā)明所得玻璃粉化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，燒結(jié)溫度范圍低而寬450°C?650°C，燒結(jié)后與Al2O3陶瓷基板的附著力為3?6N。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明中Bi系無鉛低熔玻璃的典型DSC曲線類型一。
[0020]圖2是本發(fā)明中Bi系無鉛低熔玻璃的典型DSC曲線類型二。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】及細(xì)節(jié)作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明不限于以下所述范圍，因此本發(fā)明不受下面公開具體細(xì)節(jié)的限制。
[0022]實(shí)施例1:本發(fā)明制備的Bi系無鉛低熔玻璃粉具體成分為:Bi20371 %，B20314%，ZnO 6%, Si029%o
[0023]本發(fā)明的Bi系無鉛低熔玻璃粉的制備方法如下:
[0024](I)按上述玻璃粉的成分及質(zhì)量百分比進(jìn)行配料均混，然后置于鉑金坩禍中加熱保溫使混合料充分熔融成玻璃液；從室溫升溫，800°C以前升溫速率為10°C /min，800°C以后升溫速率為5°C /min至1200 °C保溫120分鐘。
[0025](2)將玻璃液倒入去離子水中水淬，使其快速冷卻形成玻璃顆粒；
[0026](3)將玻璃顆粒裝入球磨罐中球磨8小時(shí)，然后過500目篩烘干，即得到粒徑為3μπι?5μπι的Bi系無鉛低熔玻璃粉。
[0027]所得導(dǎo)電漿料用無鉛低熔玻璃粉的軟化溫度為500°C，燒結(jié)后與Al2O3陶瓷基板的附著力為4.8N。
[0028]實(shí)施例2:本發(fā)明制備的Bi系無鉛低熔玻璃粉具體成分為:Bi20383%，B20312%，ZnO 2%，A12033%o
[0029]本發(fā)明的Bi系無鉛低熔玻璃粉的制備方法如下:
[0030](I)按上述玻璃粉的成分及質(zhì)量百分比進(jìn)行配料均混，然后置于鉑金坩禍中加熱保溫使混合料充分熔融成玻璃液；從室溫升溫，8000C以前升溫速率為8°C /min, 800°C以后升溫速率為4°C /min至1200°C保溫60分鐘。
[0031](2)將玻璃液倒入去離子水中水淬，使其快速冷卻形成玻璃顆粒；
[0032](3)將玻璃顆粒裝入球磨罐中球磨8小時(shí)，然后過500目篩烘干，即得到粒徑為0.5 μ m?3 μ m的Bi系無鉛低熔玻璃粉。
[0033]所得導(dǎo)電漿料用無鉛低熔玻璃粉的軟化溫度為450°C，燒結(jié)后與Al2O3陶瓷基板的附著力為5.3N。
[0034]實(shí)施例3:本發(fā)明制備的Bi系無鉛低熔玻璃粉具體成分為:Bi20386%，B2O31ZnO 2%, CaO
[0035]本發(fā)明的Bi系無鉛低熔玻璃粉的制備方法如下:
[0036](I)按上述玻璃粉的成分及質(zhì)量百分比進(jìn)行配料均混，然后置于鉑金坩禍中加熱保溫使混合料充分熔融成玻璃液；從室溫升溫，8000C以前升溫速率為8°C /min, 800°C以后升溫速率為6°C /min至1100°C保溫120分鐘。
[0037](2)將玻璃液倒入去離子水中水淬，使其快速冷卻形成玻璃顆粒；
[0038](3)將玻璃顆粒裝入球磨罐中球磨8小時(shí)，然后過500目篩烘干，即得到粒徑為Ιμπι?4μηι的Bi系無鉛低恪玻璃粉。
[0039]所得導(dǎo)電漿料用無鉛低熔玻璃粉的軟化溫度為410°C，燒結(jié)后與Al2O3陶瓷基板的附著力為4.2N。
[0040]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種導(dǎo)電漿料用Bi系無鉛低熔玻璃粉，其特征在于:玻璃粉的成分及質(zhì)量百分比為 -Bi2O3 70 ?90%，B2O3 5 ?23%，ZnO 2 ?6%，S12 O ?9%,Al2O3 O ?6%，CaO O ?2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電漿料用Bi系無鉛低熔玻璃粉，其特征在于:采用純度 >99.5 % 的 Bi2O3' 純度 >99 % 的 H3BO3' 純度 >99.5 % 的 ZnO,純度 >99.5 % 的 S12' 純度>99.5%的Al2O3和純度>99.5%的CaCO 3粉末為原料。3.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電漿料用Bi系無鉛低熔玻璃粉的制備方法，其特征在于具體步驟包括如下: (1)按Bi系無鉛低熔玻璃粉的成分及質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，均混后置于鉑金坩禍中加熱保溫使混合料熔融成玻璃液； (2)將玻璃液倒入水中水淬，使其快速冷卻形成玻璃顆粒； (3)將玻璃顆粒裝入球磨罐中球磨8小時(shí)，然后過500目篩，烘干后即得到Bi系無鉛低熔玻璃粉。4.如權(quán)利要求3所述的導(dǎo)電漿料用Bi系無鉛低熔玻璃粉制備方法，其特征在于:步驟(I)的混料加熱是從室溫升溫，800°C以前升溫速率為8?10°C /min，800°C以后升溫速率為4?6°C /min，至1000°C?1200°C保溫60?120分鐘。5.如權(quán)利要求3所述的導(dǎo)電漿料用Bi系無鉛低熔玻璃粉制備方法，其特征在于:玻璃顆粒球磨過篩后的玻璃粉的粒徑范圍為0.5 μπι?5 μπι。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電漿料用Bi系無鉛低熔玻璃粉及其制備方法，屬于玻璃粉及電子漿料領(lǐng)域。Bi系無鉛低熔玻璃粉的成分及質(zhì)量百分比為：Bi2O3 70～90％，B2O3 5～23％，ZnO 2～6％，SiO2 0～9％，Al2O3 0～6％，CaO 0～3％。將無鉛低熔玻璃粉成分配料的混合料加熱保溫熔融后水淬，然后再進(jìn)行球磨過篩，最終制得無鉛低熔玻璃粉。本發(fā)明最終得到軟化溫度低、析晶溫度低、燒結(jié)溫度低，膨脹系數(shù)適宜，附著力好的導(dǎo)電漿料用無鉛低熔玻璃粉。
【IPC分類】C03C3/145, C03C3/066, C03C3/14
【公開號(hào)】CN104891803
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510249469
【發(fā)明人】曾一明, 賴元明, 田相亮, 黃梓涵, 吳雙, 向遙, 李文琳, 劉繼松, 李世鴻
【申請(qǐng)人】貴研鉑業(yè)股份有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月14日