CN103880287A - 一种低温封接微晶玻璃材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种低温封接微晶玻璃材料及制备方法，主要解决现有技术存在封接温度较高的技术问题，而提供一种可在相对较低温度下进行较长时间稳定封接操作的硼铋铅低熔点封接微晶玻璃材料，属于电子材料技术领域。本发明的组分按质量%计：其中Bi2O3为30-50%，B2O3为20-40%，TiO2为3-5%，ZrO2为3-5%、PbO为5-20%，K2O为1-5%，NaO为1-5%。上述组分经混匀、保温、升温、熔制、水淬、烘干及球磨等步骤获得硼铋铅低熔点封接玻璃粉。然后再将上述玻璃粉加热、保温，对玻璃粉进行微晶化处理而得到硼铋铅低熔点封接微晶玻璃粉。本发明的优点在于封接温度低，可在450度以下封接，同时在允许使用的温度范围内，仍然能保持有较高的强度和较高的气密性。

Description

一种低温封接微晶玻璃材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种低温封接微晶玻璃材料及制备方法，具体地说是一种硼铋铅低熔点封接微晶玻璃材料及制备方法，属于电子材料技术领域。
背景技术
随着现代科学技术的飞速发展，尤其是真空电子技术、微电子技术、激光和红外技术、电光源等领域的飞速进步，对半导体光电器件的需求越来越迫切，而封接材料的开发与应用是其中的关键技术之一。目前，国内在低温封接玻璃领域中主要采用的是B2O3-PbO、B2O3-ZnO-PbO、B2O3-BeO-MgO等体系。但封接温度主要集中在450℃～550℃之间，更低封接温度的玻璃材料越来越受到人们的关注。
发明内容
本发明的目的主要是解决现有技术存在封接温度较高的技术问题，而提供一种低温封接微晶玻璃材料，即：可在相对较低温度下进行较长时间稳定封接操作的硼铋铅低熔点封接微晶玻璃材料。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供制备上述低温封接微晶玻璃材料的方法，即：硼铋铅低熔点封接微晶玻璃材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低温封接微晶玻璃材料组分为：Bi2O3、B2O3、PbO、K2O和NaO，按质量%计：其中Bi2O3为30-50%，B2O3为20-40%，TiO2为3-5%，ZrO2为3-5%、PbO为5-20%，K2O为1-5%，NaO为1-5%。
此外，本发明所述的低温封接微晶玻璃材料中另外还可加入含有以下质量百分比的CaO、BaO、CuO或LiO，其中，CaO为0-5%、BaO为0-5%、CuO为0-5%或LiO为0-5%。
制备上述低温封接微晶玻璃材料的方法，包括如下步骤：
1）按质量百分比称取上述组分混合均匀。
2）将混合均匀后的原料放入坩埚中，在150-280℃条件下保温0.5-1.5小时；
3）以5℃/min的升温速率继续升温到800-1000℃，坩埚加盖以防止氧化铅的挥发，保温1-2小时，对玻璃液进行熔制。
4）将熔制好的玻璃液取出水淬、烘干、球磨、过筛40目，获得硼铋铅低熔点封接玻璃粉。
5）以7℃/min速度将上述玻璃粉加热到350-480℃，并保温2小时，对玻璃粉进行微晶化处理，然后切断电炉电源，使样品随炉冷却，得到硼铋铅低熔点封接微晶玻璃粉。
在本发明中，Bi2O3为玻璃网络形成体氧化物，为必选氧化物，其可选组成范围为30-50%，其优选组成范围为35-48%。当其含量大于50%时，由于含量过大，可能会有部分Bi2O3以金属铋的形式析出，不易形成玻璃，而且热膨胀系数显著的增大。
B2O3为玻璃网络形成体氧化物，为必选氧化物，其可选组成范围为20-40%，其优选组成范围为22-35%。当含量小于20%时，不易形成玻璃；当含量大于40%时，玻璃的软化点温度明显升高。
PbO为玻璃网络调节氧化物，为必选氧化物，其可选组成范围为5-20%，其优选组成范围为7-18%。当含量小于5%时，不易形成玻璃且玻璃的热膨胀系数明显增大；当含量大于20%时，玻璃的流动性变差。
TiO2、ZrO2为混合晶核剂，为必选氧化物，其可选组成范围均为3-5%，为了使固溶体能够在热处理过程中顺利的从玻璃中已微晶状态析出来。K2O、NaO为网络外体形成物，不参加网络，一般处于网络之外，为必选氧化物，其可选组成范围均为1-5%。这两种碱金属氧化物，起到高温助熔，加速玻璃熔化的作用。
CaO、BaO、CuO和LiO为玻璃网络调节氧化物，为可选组分，其质量百分比为0-5%，其作用在于增大玻璃在低温区的流动性。
本发明的特点及有益效果：
采用微晶化的玻璃粉作为电子工业的封接材料，优点在于封接温度低，比一般常规封接玻璃封接温度低，可在450度以下封接，同时在允许使用的温度范围内，仍然能保持有较高的强度和较高的气密性。
具体实施方式
实施例1
一种低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为30%，B2O3为32%，TiO2为5%，ZrO2为3%、PbO为20%，K2O为5%，NaO为5%。
制备上述低温封接微晶玻璃材料的方法，包括如下步骤：
1、按质量百分比称取上述组分混合均匀。
2、将混合均匀后的原料放入坩埚中，在150-280℃条件下保温0.5-1.5小时；
3、以5℃/min的升温速率继续升温到800-1000℃，坩埚加盖以防止氧化铅的挥发，保温1-2小时，对玻璃液进行熔制。
4、将熔制好的玻璃液取出水淬、烘干、球磨、过筛40目，获得硼铋铅低熔点封接玻璃粉。
5、以7℃/min速度将上述玻璃粉加热到350-480℃，并保温2小时，对玻璃粉进行微晶化处理，然后切断电炉电源，使样品随炉冷却，得到硼铋铅低熔点封接微晶玻璃粉。可在450摄氏度封接。
实施例2
一种低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为50%，B2O3为20%，TiO2为3%，ZrO2为3%、PbO为20%，K2O为2%，NaO为2%，另加占上述组分总和5%的CaO。可在420摄氏度封接。
制备上述低温封接微晶玻璃材料的方法与实施例1相同。
实施例3
一种低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为40%，B2O3为30%，TiO2为4%，ZrO2为5%、PbO为15%，K2O为3%，NaO为3%，另加占上述组分总和3%的BaO。可在440摄氏度封接。
制备上述低温封接微晶玻璃材料的方法与实施例1相同。
实施例4
一种低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为35％，B2O3为28%，TiO2为5%，ZrO2为5%、PbO为20%，K2O为3%，NaO为4%，另加占上述组分总和2%的CuO和3%的LiO。可在450摄氏度封接。
制备上述低温封接微晶玻璃材料的方法与实施例1相同。
实施例5
一种低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为40％，B2O3为40%，TiO2为4%，ZrO2为2%、PbO为5%，K2O为5%，NaO为4%，另加占上述组分总和1%的CaO和3%的BaO。可在440摄氏度封接。
制备上述低温封接微晶玻璃材料的方法与实施例1相同。
实施例6
一种低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为45％，B2O3为35%，TiO2为5%，ZrO2为3%、PbO为5%，K2O为4%，NaO为3%，另加占上述组分总和1%的CaO、2%的BaO、1%的CuO和1%的LiO。可在430摄氏度封接。
制备上述低温封接微晶玻璃材料的方法与实施例1相同。

Claims (9)

1.一种低温封接微晶玻璃材料，该材料组分为：Bi2O3、B2O3、PbO、K2O和NaO，按质量%计：其中Bi2O3为30-50%；B2O3为20-40%；TiO2为3-5%；ZrO2为3-5%；PbO为5-20%；K2O为1-5%；NaO为1-5%。
2.如权利要求1所述的低温封接微晶玻璃材料，在上述组分中另加入CaO、BaO、CuO或LiO，按质量百分比计：其中CaO为0-5%；BaO为0-5%；CuO为0-5%或LiO为0-5%。
3.制备如权利要求1或2所述的低温封接微晶玻璃材料的方法，该方法是通过下述步骤实现的：
（1）按质量百分比称取上述组分混合均匀；
（2）将混合均匀后的原料放入坩埚中，在150-280℃条件下保温0.5-1.5小时；
（3）以5℃/min的升温速率继续升温到800-1000℃，坩埚加盖以防止氧化铅的挥发，保温1-2小时，对玻璃液进行熔制；
（4）将熔制好的玻璃液取出水淬、烘干、球磨、过筛40目，获得硼铋铅低熔点封接玻璃粉；
（5）以7℃/min速度将上述玻璃粉加热到350-480℃，并保温2小时，对玻璃粉进行微晶化处理，然后切断电炉电源，使样品随炉冷却，得到硼铋铅低熔点封接微晶玻璃粉。
4.如权利要求1所述的低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为30%，B2O3为32%，TiO2为5%，ZrO2为3%，PbO为20%，K2O为5%，NaO为5%。
5.如权利要求1所述的低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为50%，B2O3为20%，TiO2为3%，ZrO2为3%，PbO为20%，K2O为2%，NaO为2%，另加占上述组分总和5%的CaO。
6.如权利要求1所述的低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为40%，B2O3为30%，TiO2为4%，ZrO2为5%，PbO为15%，K2O为3%，NaO为3%，另加占上述组分总和3%的BaO。
7.如权利要求1所述的低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为35%，B2O3为28%，TiO2为5%，ZrO2为5%，PbO为20%，K2O为3%，NaO为4%，另加占上述组分总和2%的CuO和3%的LiO。
8.如权利要求1所述的低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为40%，B2O3为40%，TiO2为4%，ZrO2为2%，PbO为5%，K2O为5%，NaO为4%，另加占上述组分总和1%的CaO和3%的BaO。
9.如权利要求1所述的低温封接微晶玻璃材料，其组分按质量%：Bi2O3为45%，B2O3为35%，TiO2为5%，ZrO2为3%，PbO为5%，K2O为4%，NaO为3%，另加占上述组分总和1%的CaO、2%的BaO、1%的CuO和1%的LiO。
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