CN114605076A - 一种低熔点无铅玻璃粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低熔点无铅玻璃粉的制备方法，涉及半导体表面钝化材料技术领域，其成分包括以下组分：Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、R_mO_n；其中，Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、R_mO_n的质量百分比为Bi₂O₃50～70％、B₂O₃5～25％、SiO₂3～20％、ZnO10～25％、Al₂O₃1～5％、R_mO_n1～5％，R_mO_n为Na₂O、K₂O、Ga₂O₃、Ta₂O₅中的一种或以上。其制备是将各组分的原料通过研磨混合均匀后，升温除去水分，高温熔融，水淬，研磨，获得最终产品。本发明各组分协同作用，在降低玻璃粉熔点的同时提高粘附力。

Description

一种低熔点无铅玻璃粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体表面钝化材料技术领域，尤其涉及一种低熔点无铅玻璃 粉及其制备方法，并用于集成电路芯片中P-N结的钝化保护和表面焊接。

背景技术

随着集成电路的迅速发展，对半导体芯片的精密性、可靠性、小型化等方 面的要求越来越高。半导体裸露的表面实际上是半导体晶格排列到终止的边沿， 其中存在着很多不饱和键，外界环境容易影响半导体的表面状态，从而导致半 导体的电学性能变差。为了提高半导体器件的性能，需要对半导体表面进行钝 化保护。采用熔凝玻璃对半导体的P-N结进行钝化保护的玻璃钝化技术，即GP 技术广泛应用于含腐蚀槽结构的台面型半导体芯片的生产制造中。玻璃钝化技 术基础材料玻璃粉具有优良的电绝缘性能和化学稳定性，而且烧结之后具备一 定的机械强度，因此选择低熔点且粘附力高的玻璃粉可以对半导体芯片P-N结 起到很好的钝化和保护作用。同时低熔点玻璃粉的烧结温度较低，烧结时不需 要过高的温度，避免了高温对半导体器件的损坏。

传统使用的玻璃粉中大多都含有铅，近年来，随着人们环保意识的提高， 由于铅毒性大，对人类和环境都会造成巨大的危害，无铅玻璃粉的被广泛开发 应用。

本发明中使用熔融法制备的无铅玻璃粉具有低熔点，高粘附力的优良性能， 适用于集成电路芯片中P-N结的钝化保护和表面焊接。因而，本发明具有十分 重要的意义。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低熔点无铅玻璃粉及其 制备方法。

本发明提出的一种低熔点无铅玻璃粉，其成分包括以下组分：Bi₂O₃、B₂O₃、 SiO₂、ZnO、Al₂O₃、R_mO_n；其中，Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、R_mO_n的 质量百分比为Bi₂O₃50～70％、B₂O₃5～25％、SiO₂3～20％、ZnO10～25％、Al₂O₃ 1～5％、R_mO_n1～5％，R_mO_n为Na₂O、K₂O、Ga₂O₃、Ta₂O₅中的一种或以上。

本发明还提出了上述低熔点无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤：

S1、按质量百分比称取各原料，通过研磨使各原料充分混合；

S2、采用分段升温法，先将是S1中所述的混合料在400℃～600℃下保温 30min～90min,保证充分除去混合料中的水分；然后在1100℃～1300℃下煅烧 30min～90min熔融；

S3、将S2中的熔融的玻璃液水淬，冷却固化，得到固体玻璃块；

S4、将S3中的玻璃块研磨成粉末，制备成玻璃粉；

优选地，S2中，除去混合料中的水分时的温度为400℃～600℃，时间为 30min～90min；

优选地，S2中，煅烧熔融时的温度为1100℃～1300℃，时间为30min～ 90min。

优选地，S3中，冷却固化的方法为水淬。

优选地，所述氧化硼的原料为氧化硼、硼酸中的一种或两种；氧化纳的原 料为碳酸钠、乙酸钠、硫酸钠的一种或两种以上；所述氧化钾的原料为碳酸钾、 乙酸钾、硫酸钾中的一种或两种以上。

有益效果：本发明中以Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO为主要组分，还添加有 Al₂O₃、R_mO_n等成分，其中，SiO₂是玻璃网络形成体，为玻璃的主体架构成分， 具有高熔点、高粘度、低热膨胀系数和高的化学稳定性；B₂O₃是一种常见的玻 璃网络形成体，其熔体具有很高的黏度和形成玻璃的倾向；ZnO一般作为网络 外体氧化物存在，在玻璃中可以降低玻璃的热膨胀系数、软化温度、黏度以及 提高玻璃的化学稳定性；Bi₂O₃可以降低玻璃的软化点；Al₂O₃可以抑制玻璃析 晶；金属氧化物R_mO_n能够有效地降低玻璃粉的玻璃转化温度；上述各组分共同 作用，能够起到较好的降低熔点、提高粘附力的效果，且该玻璃粉中不含有容 易对环境造成污染的成分。

本发明中制得的玻璃粉具有低熔点，高粘附力的优良性能，可以形成具有 高粘附力的玻璃态致密层，适用于集成电路芯片中P-N结的钝化保护和表面焊 接。

附图说明

图1为本发明实施例1、2、3、4制备的玻璃粉的X射线衍射图。

图2为本发明实施例1、2、3制备的玻璃粉在800℃下的烧结图片。

图3为本发明实施例4制备的玻璃粉在800℃下的烧结图片。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本实施例1中玻璃粉的成分、各成分的含量及原料见表1。

表1玻璃粉的组成、含量及原料

组成

Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

SiO<sub>2</sub>

B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

ZnO

Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

质量百分比

60

5

15

3

15

2

原料

氧化铋

氧化硅

硼酸

氧化铝

氧化锌

氧化镓

备注：表格中质量百分比是以Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、Ga₂O₃的 质量百分比计。

玻璃粉的制备：按表1所述玻璃粉成分及其质量配比，称取相应原料，通 过研磨使各原料充分混合；采用分段升温法，将混合料放入氧化铝坩埚中，在 马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升温速率加热到400℃，保温90min，用 于除去混合料中的水分；再以5℃/min的升温速率加热到1200℃，保温60min。 之后取出氧化铝坩埚，将熔融的玻璃液倒入去离子水中水淬。水淬后的玻璃用 玛瑙研钵研磨成粉末，制得玻璃粉。

将制得的玻璃粉放入石英舟中，在马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升 温速率加热到800℃，保温1小时，自然冷却至室温，玻璃粉可以形成具有高粘 附力的玻璃态致密层。

上述玻璃粉的X射线衍射图如图1所示，由图1可以看出没有尖锐的峰形 成，制得玻璃粉为玻璃态。

上述玻璃粉在800℃下的烧结图片如图2所示。

实施例2

本实施例2中玻璃粉的成分、各成分的含量及原料见表2。

表2玻璃粉的组成、含量及原料

组成

Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

SiO<sub>2</sub>

B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

ZnO

Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>

质量百分比

62

8

15

3

10

2

原料

氧化铋

氧化硅

硼酸

氧化铝

氧化锌

五氧化二钽

备注：表格中质量百分比是以Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、Ta₂O₅的 质量百分比计。

玻璃粉的制备：按表2所述玻璃粉成分及其质量配比，称取相应原料，通 过研磨使各原料充分混合；采用分段升温法，将混合料放入氧化铝坩埚中，在 马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升温速率加热到600℃，保温30min，用 于除去混合料中的水分；再以5℃/min的升温速率加热到1300℃，保温30min。 之后取出氧化铝坩埚，将熔融的玻璃液倒入去离子水中水淬。水淬后的玻璃用 玛瑙研钵研磨成粉末，制得玻璃粉。

将制得的玻璃粉放入石英舟中，在马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升 温速率加热到800℃，保温1小时，自然冷却至室温，玻璃粉可以形成具有高粘 附力的玻璃态致密层。

上述玻璃粉的X射线衍射图如图1所示，由图1可以看出没有尖锐的峰形 成，制得玻璃粉为玻璃态。

上述玻璃粉在800℃下的烧结图片如图2所示。

实施例3

本发明所述玻璃粉的一种实施例，本实施例所述玻璃粉的成分、各成分的 含量及原料见表3。

表3玻璃粉的组成、含量及原料

组成

Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

SiO<sub>2</sub>

B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

ZnO

K<sub>2</sub>O

质量百分比

65

10

10

3

10

2

原料

氧化铋

氧化硅

硼酸

氧化铝

氧化锌

碳酸钾

备注：表格中质量百分比是以Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、K₂O的质 量百分比计。

玻璃粉的制备：按表3所述玻璃粉成分及其质量配比，称取相应原料，通 过研磨使各原料充分混合；采用分段升温法，将混合料放入氧化铝坩埚中，在 马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升温速率加热到500℃，保温60min，用 于除去混合料中的水分；再以5℃/min的升温速率加热到1100℃，保温90min。 之后取出氧化铝坩埚，将熔融的玻璃液倒入去离子水中水淬。水淬后的玻璃用 玛瑙研钵研磨成粉末，制得玻璃粉。

将制得的玻璃粉放入石英舟中，在马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升 温速率加热到800℃，保温1小时，自然冷却至室温，玻璃粉可以形成具有高粘 附力的玻璃态致密层。、

上述玻璃粉的X射线衍射图如图1所示，由图1可以看出没有尖锐的峰形 成，制得玻璃粉为玻璃态。

上述玻璃粉在800℃下的烧结图片如图2所示。

实施例4

本发明所述玻璃粉的一种实施例，本实施例所述玻璃粉的成分、各成分的 含量及原料见表4。

表4玻璃粉的组成、含量及原料

组成

Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

SiO<sub>2</sub>

B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

ZnO

Na<sub>2</sub>O

质量百分比

55

15

10

3

15

2

原料

氧化铋

氧化硅

硼酸

氧化铝

氧化锌

碳酸钠

备注：表格中质量百分比是以Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、Na₂O的 质量百分比计。

玻璃粉的制备：按表4所述玻璃粉成分及其质量配比，称取相应原料，通 过研磨使各原料充分混合；采用分段升温法，将混合料放入氧化铝坩埚中，在 马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升温速率加热到500℃，保温90min，用 于除去混合料中的水分；再以5℃/min的升温速率加热到1200℃，保温90min。 之后取出氧化铝坩埚，将熔融的玻璃液倒入去离子水中水淬。水淬后的玻璃用 玛瑙研钵研磨成粉末，制得玻璃粉。

将制得的玻璃粉放入石英舟中，在马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升 温速率加热到800℃，保温1小时，自然冷却至室温，玻璃粉可以形成具有高粘 附力的玻璃态致密层。、

上述玻璃粉的X射线衍射图如图1所示，由图1可以看出没有尖锐的峰形 成，制得玻璃粉为玻璃态。

上述玻璃粉在800℃下的烧结图片如图3所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。

Claims (6)

1.一种低熔点无铅玻璃粉，其特征在于，其成分包括以下组分：Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、R_mO_n；其中，Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、R_mO_n的质量百分比为Bi₂O₃ 50～70％、B₂O₃ 5～25％、SiO₂ 3～20％、ZnO 10～25％、Al₂O₃ 1～5％、R_mO_n 1～5％，R_mO_n为Na₂O、K₂O、Ga₂O₃、Ta₂O₅中的一种或以上。

2.如权利要求1所述的低熔点无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按质量百分比称取各原料，通过研磨使各原料充分混合；

S2、采用分段升温法，先将是S1中所述的混合料在400℃～600℃下保温30min～90min,保证充分除去混合料中的水分；然后在1100℃～1300℃下煅烧30min～90min熔融；

S3、将S2中的熔融的玻璃液水淬，冷却固化，得到固体玻璃块；

S4、将S3中的玻璃块研磨成粉末，制得玻璃粉。

3.根据权利要求2所述的低熔点无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于，S2中，除去混合料中的水分时的温度为400℃～600℃，时间为30min～90min。

4.根据权利要求2所述的低熔点无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于，S2中，煅烧熔融时的温度为1100℃～1300℃，时间为30min～90min。

5.根据权利要求2所述的低熔点无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于，S3中，冷却固化的方法为水淬。

6.根据权利要求2所述的用于钝化保护半导体的低熔点无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于，所述氧化硼的原料为氧化硼、硼酸中的一种或两种；氧化纳的原料为碳酸钠、乙酸钠、硫酸钠的一种或两种以上；所述氧化钾的原料为碳酸钾、乙酸钾、硫酸钾中的一种或两种以上。

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