CN114315160A

CN114315160A - 一种低介电封接玻璃造粒粉及其制备方法

Info

Publication number: CN114315160A
Application number: CN202111563872.5A
Authority: CN
Inventors: 徐绍华; 冯庆; 王哲; 华斯嘉; 郗雪艳; 刘卫红; 杨文波
Original assignee: Xian Seal Electronic Material Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Seal Electronic Material Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种低介电封接玻璃造粒粉及其制备方法，以氧化物为基准的摩尔百分比计，该封接玻璃包括以下组分：SiO₂:68.2～72.3％、B₂O₃:20.7～24.8％、Al₂O₃:1～2％、Na₂O:2～3％、K₂O:0.5～1％、CaO:0.5～1％、Bi₂O₃:0.5～1％。取上述组分对应的原料混合均匀，于1600～1650℃下熔融，淬冷后得到玻璃渣，玻璃渣球磨后进行制浆、喷雾造粒，得到具有一定粒径及球形度的造粒粉。利用压制成型将造粒粉制成所需形状的玻璃坯，置于一定温度下排胶玻化，得到封接所用的预制玻璃珠。采用该方法所制备的封接玻璃熔融后高温粘度较小，易于回收玻璃渣；同时造粒粉具有较好的球形度和流动性，成型后的玻璃坯排胶玻化后呈透明白色。同时该封接玻璃介电常数和介电损耗较小，在1MHz频率下介电常数为3.9～4.2，介电损耗为1×10^‑3～4×10^‑3，封接温度为840～900℃。

Description

一种低介电封接玻璃造粒粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及封接玻璃技术领域，具体而言涉及一种低介电封接玻璃造粒粉及其制备方法。

背景技术

近年来集成电路的集成度迅速提高，射频连接器、微波器件等工作频率范围也大幅提高，为了降低由此带来的阻抗延时及功率损耗，除了采用低电阻率金属外，重要的是降低介质层的寄生电容。由于电容C与介电常数ε成正比，可采用低介电常数材料作互连介质，减小阻抗延迟，从而满足集成电路发展的需要。

低介电玻璃是一种很理想的候选材料，由于其性能特点突出而被广泛应用于电子封装领域中，起着保护电路、隔离绝缘和防止信号失真等作用。低介电玻璃不仅具有良好的耐热性和化学稳定性、高的机械强度、气密性和电绝缘性能等优点，可以满足电子元器件严苛的工作环境要求，还具有较低的介电常数和介电损耗，低介电常数可以减少信号的弛豫和交叉干扰，而低介电损耗则能够减少高频和大电阻率下的热耗过多，实现良好的散热功效。

低介电封接玻璃优点突出，但也存在一些限制其使用的技术难点。例如低介电封接玻璃一般采用SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃体系，通过提高SiO₂含量以达到降低介电常数和介电损耗的作用。而提高SiO₂含量会导致玻璃粉粘附性增大，使得玻璃粉难以进行过筛处理，回收率下降；同时低介电封接玻璃一般为低熔点玻璃，选用的粘结剂分解完全温度若高于该体系玻璃的软化点，将导致封接玻璃坯排胶不完全，玻化后出现发黑、发泡等现象，在后续封接中无法使用。本发明将重点解决低介电封接玻璃粉在制备过程中遇到的技术难题，使其可以达到大规模工业化使用的水平。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低介电封接玻璃造粒粉及其制备方法。采用该方法所制备的封接玻璃熔融后高温粘度较小，易于回收玻璃渣；同时造粒粉具有较好的球形度和流动性，成型后的玻璃坯排胶玻化后呈透明白色。同时该封接玻璃介电常数和介电损耗较小，在1MHz频率下介电常数为3.9～4.2，介电损耗为1×10^-3～4×10^-3，通过进行封接试验，得到封接温度为840～900℃。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种低介电封接玻璃造粒粉，所述玻璃造粒粉的组分以氧化物为基准的摩尔百分比计含有：SiO₂:68.2～72.3％、B₂O₃:20.7～24.8％、Al₂O₃:1～2％、Na₂O:2～3％、K₂O:0.5～1％、CaO:0.5～1％、Bi₂O₃:0.5～1％，各组分之和为100％。

一种低介电封接玻璃造粒粉的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)按照玻璃组分摩尔百分比称取原料，SiO₂：68.2～72.3％、H₃BO₃:41.4～24.8％、Al₂O₃:1～2％、Na₂CO₃:2～3％、K₂CO₃:0.5～1％、CaCO₃:0.5～1％、Bi₂O₃:0.5～1％，将各原料置于V型混料机中混合30～40min；

2)混合均匀的原料在1600～1650℃下保温80～100min进行高温熔融，经过水淬后得到玻璃渣；

3)在行星球磨机中球磨玻璃渣，按料球比1:0.7～0.9加入研磨球，球磨时间为100～120min；研磨后的玻璃粉过筛，取150目筛下玻璃粉备用；

4)将150目筛下的玻璃粉分散于由溶剂与粘结剂组成的液相中，加入混料球，球磨100～110min后，得到玻璃粉浆料；所述玻璃粉、溶剂、粘结剂与混料球的质量比为100:70～90:10～12:150～200；

5)将玻璃粉浆料置于装有尾气回收装置的喷雾造粒塔中进行喷雾造粒，得到的造粒粉过筛，取80～200目之间的造粒粉备用；

6)利用压制成型将造粒粉制备成所需的玻璃坯，在200～400℃下对玻璃坯进行排胶，在500～550℃下对玻璃坯进行玻化。

进一步地，步骤3中，所述研磨球为直径10～12mm的玛瑙球，所述过筛的方法为湿法过筛。

进一步地，步骤4中，所述的溶剂为丙酮；所述的粘结剂为丙烯酸树脂；所述的混料球为直径5～7mm的氧化锆球。

进一步地，步骤5喷雾造粒中，所述的喷雾造粒进口温度为140～160℃，出口温度为60～70℃，进料速度控制为10～12ml/min，喷雾压力控制为0.04～0.06MPa。

进一步地，步骤5中，所述的尾气回收装置中通入冷却循环氮气，所述冷却循环氮气的冷却温度控制在0℃以下。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的低介电封接玻璃造粒粉及其制备方法具有以下优势：

1)采用SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃玻璃体系，提高SiO₂所占比例，因其为玻璃网络的形成体，结合能高，在外电场作用下不易发生极化，可以起到降低介电常数和介电损耗的作用。B₂O₃是良好的助熔剂，加入一定量的B₂O₃可以降低玻璃体系的高温粘度，且其本身具有较低的离子极化率，可以起到改善玻璃介电性能的目的。同时加入一定量的Al₂O₃，可以使网络结构中形成较多的[AlO₄]结构，使体系中网络结构更加致密，而玻璃的介电损耗受到网络结构的影响，网络结构越致密，介电损耗越小，因此加入一定量的Al₂O₃可以降低玻璃的介电损耗。加入的其它氧化物可以起到助熔、提高玻璃强度、减少玻璃析晶等作用。

2)在该玻璃体系中，SiO₂含量较多，达到了68％以上，由于SiO₂粉末表面能高，有羟基，极易粘附筛网，故球磨后的玻璃粉采用湿法筛分，可有效解决玻璃粉粘附性强的问题。同时该封接玻璃为低熔点玻璃体系，玻璃化转变温度和软化点分别在400～450℃和500～550℃，普通的水基粘结剂分解温度一般在300～500℃，在该玻璃软化前粘结剂无法分解完全，导致玻化后的玻璃珠发黑，无法进行后续的封接工艺。为解决这个问题，本发明选择了丙烯酸树脂这一低温粘结剂，该粘结剂可在200～350℃彻底分解，无残留，采用该粘结剂玻化的玻璃珠为透明白色，无发黑现象。

附图说明

图1为本发明低介电封接玻璃造粒粉的高倍率图片。(通过基恩士VHX-950F显微镜于300倍数下拍摄)

图2为本发明设计配方采用普通水基粘结剂玻化后玻璃珠的图片。

图3为本发明设计配方采用丙烯酸树脂粘结剂玻化后玻璃珠的图片。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例

1)按照玻璃配比称取原料SiO₂：68.2～72.3％、H₃BO₃:41.4～24.8％、Al₂O₃:1～2％、Na₂CO₃:2～3％、K₂CO₃:0.5～1％、CaCO₃:0.5～1％、Bi₂O₃:0.5～1％、将原料置于V型混料机中混合30min；

2)混合均匀的原料在1600℃下保温100min进行高温熔融，熔融玻璃液一部分制成玻璃圆片和玻璃棒，一部分经过水淬后得到玻璃渣；

3)在行星球磨机中球磨玻璃渣，按料球比1:0.8加入研磨球，球磨时间为120min。研磨后的玻璃粉过筛，取150目筛下的玻璃粉备用；

4)将150目筛下的玻璃粉分散于由溶剂与粘结剂组成的液相中，加入混料球，球磨100min后，得到玻璃粉浆料，玻璃粉、溶剂、粘结剂与混料球的质量比为100:80:11:180；

测试该玻璃的膨胀系数、介电常数和介电损耗，汇总如下表所示：

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种低介电封接玻璃造粒粉，其特征在于，所述玻璃造粒粉的组分以氧化物为基准的摩尔百分比计为：SiO₂:68.2～72.3％、B₂O₃:20.7～24.8％、Al₂O₃:1～2％、Na₂O:2～3％、K₂O:0.5～1％、CaO:0.5～1％、Bi₂O₃:0.5～1％，各组分之和为100％。

2.一种低介电封接玻璃造粒粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的一种低介电封接玻璃造粒粉的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述研磨球为直径10～12mm的玛瑙球，所述过筛的方法为湿法过筛。

4.如权利要求2所述的一种低介电封接玻璃造粒粉的制备方法，其特征在于：步骤4中，所述的溶剂为丙酮；所述的粘结剂为丙烯酸树脂；所述的混料球为直径5～7mm的氧化锆球。

5.如权利要求2所述的一种低介电封接玻璃造粒粉的制备方法，其特征在于：步骤5喷雾造粒中，所述的喷雾造粒进口温度为140～160℃，出口温度为60～70℃，进料速度控制为10～12ml/min，喷雾压力控制为0.04～0.06MPa。

6.如权利要求2所述的一种低介电封接玻璃造粒粉的制备方法，其特征在于：步骤5中，所述的尾气回收装置中通入冷却循环氮气，所述冷却循环氮气的冷却温度控制在0℃以下。