CN109836046A - 一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃及其封接方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于玻璃封接技术领域，具体涉及一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃及其封接方法。用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃原料包括SiO₂、ZnO、B₂O₃、Bi₂O₃、CaO、Al₂O₃、Na₂O。本发明提供的低温封接玻璃对常见玻璃的成分和用量进行改变及调控，得到封接性能优异的封接玻璃，与铝碳化硅封接后匹配良好、气密性优良、绝缘电阻达标。本发明提供的封接工艺简单，玻璃强度高，具有广阔应用前景。

Description

一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃及其封接方法

技术领域

本发明属于玻璃封接技术领域，具体涉及一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃及其封接方法。

背景技术

铝碳化硅复合材料充分结合金属铝和碳化硅陶瓷的优势，具有导热性高、热膨胀系数低、质量轻、高强度、复杂形状异形件的成形能力等特点，是理想的新一代电子封装材料，与电子芯片焊接后可实现良好工作匹配，广泛应用于航空航天、高铁、新能源汽车、风电及微波等领域。

金属铝的熔点是660℃，所以铝碳化硅封接所用玻璃封接温度需要低于铝的熔点。目前国内商用低温封接玻璃大部分采用含铅的玻璃系统，PbO含量在70％左右，铅在高温下会产生大量铅蒸汽，同时铅在低温下也会挥发，危害人体健康，所以应大力提倡电子元器件加工生产的无铅化，封接玻璃无铅化成为主流发展趋势。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃及其封接方法，使用该封接玻璃能够满足玻璃封接器件的热膨胀系数、化学稳定性、使用温度等一系列要求。

本发明是这样实现的，根据本发明的一个方面，提供一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃，按照摩尔百分比，包含下列组分：SiO₂：20-40％；ZnO：15-25％；B₂O₃：10-25％；Bi₂O₃：20-30％；CaO：3-8％；Al₂O₃：1-5％；Na₂O：2-5％。

根据本发明的另外一个方面，提供利用上述玻璃进行封接的方法，包括如下步骤：

1)将权利要求1中的原料放入氧化铝坩埚中，加热至900-1100℃，保温约80-120min；

2)将熔化后的玻璃液倒入冷水中淬冷，以无水乙醇为溶剂研磨成粉，烘干并过200目筛得到封接玻璃粉末；

3)将步骤2)所得玻璃粉加入质量百分比3％-7％的聚乙烯醇进行造粒，然后制成玻璃生坯；

4)预烧温度为30-360℃，烧结成型温度为400-450℃；

5)使用石墨模具和铝碳化硅外壳、插针、玻璃珠组装成整体，在常压氮气保护气氛下进行封接，封接温度为500-550℃，保温时间0.5h。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：使用本发明提供的封接玻璃封接后的性能得到明显提高，气密性良好，可达到1*10^-8Pa_●m³/s级别。本发明提供的低温封接玻璃对常见玻璃的成分和用量进行改变及调控，得到封接性能优异的封接玻璃，与铝碳化硅封接后匹配良好、气密性优良、绝缘电阻达标。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1、

一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃，按照摩尔百分比，包含下列组分：SiO₂：20％；ZnO：15％；B₂O₃：25％；Bi₂O₃：25％；CaO：5％；Al₂O₃：5％；Na₂O：5％。

利用上述玻璃进行铝碳化硅器件封接的方法，包括如下步骤：

1)将权利要求1中的原料放入氧化铝坩埚中，加热至900℃，保温约80min；

2)将熔化后的玻璃液倒入冷水中淬冷，以无水乙醇为溶剂研磨成粉，烘干并过200目筛得到封接玻璃粉末；

3)将步骤2)所得玻璃粉加入质量百分比3％的聚乙烯醇进行造粒，然后制成玻璃生坯；

4)预烧温度为30℃，烧结成型温度为400℃；

5)使用石墨模具和铝碳化硅外壳、插针、玻璃珠组装成整体，在常压氮气保护气氛下进行封接，封接温度为500℃，保温时间0.5h。

实施例2、

一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃，按照摩尔百分比，包含下列组分：SiO₂：30％；ZnO：20％；B₂O₃：20％；Bi₂O₃：20％；CaO：3％；Al₂O₃：3％；Na₂O：4％。

利用上述玻璃进行铝碳化硅器件封接的方法，包括如下步骤：

1)将权利要求1中的原料放入氧化铝坩埚中，加热至1000℃，保温约100min；

2)将熔化后的玻璃液倒入冷水中淬冷，以无水乙醇为溶剂研磨成粉，烘干并过200目筛得到封接玻璃粉末；

3)将步骤2)所得玻璃粉加入质量百分比5％的聚乙烯醇进行造粒，然后制成玻璃生坯；

4)预烧温度为200℃，烧结成型温度为425℃；

5)使用石墨模具和铝碳化硅外壳、插针、玻璃珠组装成整体，在常压氮气保护气氛下进行封接，封接温度为525℃，保温时间0.5h。

实施例3、

一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃，按照摩尔百分比，包含下列组分：SiO₂：40％；ZnO：24％；B₂O₃：10％；Bi₂O₃：20％；CaO：3％；Al₂O₃：1％；Na₂O：2％。

利用上述玻璃进行铝碳化硅器件封接的方法，包括如下步骤：

1)将权利要求1中的原料放入氧化铝坩埚中，加热至1100℃，保温约120min；

2)将熔化后的玻璃液倒入冷水中淬冷，以无水乙醇为溶剂研磨成粉，烘干并过200目筛得到封接玻璃粉末；

3)将步骤2)所得玻璃粉加入质量百分比3％-7％的聚乙烯醇进行造粒，然后制成玻璃生坯；

4)预烧温度为360℃，烧结成型温度为450℃；

5)使用石墨模具和铝碳化硅外壳、插针、玻璃珠组装成整体，在常压氮气保护气氛下进行封接，封接温度为550℃，保温时间0.5h。

实施例4、

一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃，按照摩尔百分比，包含下列组分：SiO₂：30％；ZnO：15％；B₂O₃：13％；Bi₂O₃：25％；CaO：7％；Al₂O₃：5％；Na₂O：5％。

利用上述玻璃进行铝碳化硅器件封接的方法，包括如下步骤：

1)将权利要求1中的原料放入氧化铝坩埚中，加热至900-1100℃，保温约80-120min；

2)将熔化后的玻璃液倒入冷水中淬冷，以无水乙醇为溶剂研磨成粉，烘干并过200目筛得到封接玻璃粉末；

3)将步骤2)所得玻璃粉加入质量百分比3％-7％的聚乙烯醇进行造粒，然后制成玻璃生坯；

4)预烧温度为350℃，烧结成型温度为430℃；

5)使用石墨模具和铝碳化硅外壳、插针、玻璃珠组装成整体，在常压氮气保护气氛下进行封接，封接温度为530℃，保温时间0.5h。

利用本发明提供的方法制备的铝碳化硅器件的玻璃线膨胀系数为(0～220℃)9.0×10^-6/℃，软化温度为420℃，产品封接后气密性能可达5×10^-8Pa·m³/s，绝缘电阻要求大于200MΩ。

Claims (2)

1.一种用于铝碳化硅器件密封封接的玻璃，其特征在于，按照摩尔百分比，包含下列组分：SiO₂：20-40％；ZnO：15-25％；B₂O₃：10-25％；Bi₂O₃：20-30％；CaO：3-8％；Al₂O₃：1-5％；Na₂O：2-5％。

2.一种利用如权利要求1所述的玻璃对铝碳化硅器件进行封接的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将权利要求1中的原料放入氧化铝坩埚中，加热至900-1100℃，保温约80-120min；

2)将熔化后的玻璃液倒入冷水中淬冷，以无水乙醇为溶剂研磨成粉，烘干并过200目筛得到封接玻璃粉末；

3)将步骤2)所得玻璃粉加入质量百分比3％-7％的聚乙烯醇进行造粒，然后制成玻璃生坯；

4)预烧温度为30-360℃，烧结成型温度为400-450℃；

5)使用石墨模具和铝碳化硅外壳、插针、玻璃珠组装成整体，在常压氮气保护气氛下进行封接，封接温度为500-550℃，保温时间0.5h。