[发明专利]一种铜封玻璃粉及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属封接玻璃粉的制备领域，特别是涉及一种铜封玻璃粉及其制备和应用。

背景技术

半导体元器件的可靠性将直接影响到整机产品的使用寿命和产品质量。随着我国航空 航天工业的发展，对电子元器件的质量要求越来越高，需求越来越多，现有的封接材料， 封接工艺都已很难满足技术要求。

传统的封接工艺采用过渡封接方法(即三层封接法)由于无氧铜的热膨胀系数比较大， 在封接的过程中会产生很大的压应力，所以只能采用可伐合金圈过渡方法，即铜外壳先与 可伐合金圈封接，可伐合金圈再通过封接玻璃与金属导电柱封接的三层封接方法。由于存 在无氧铜与可伐合金圈，可伐合金圈与封接玻璃，封接玻璃与导电柱这些不同材料的多个 封接界面，因此很容易引起封接玻璃开裂漏气。

铜封玻璃作为一种封接材料来说，必需具有良好的封接特性，如良好的玻璃表面性质 和表面张力，良好的玻璃机械性能和热学性能，较高的玻璃化学稳定性以及电绝缘性。同 时还必需满足铜外壳的特殊封接要求如封接温度不能太高，封接成型性要好等技术要求。

因此，本发明针对上述问题进行了深入的研究，提供了一种新型无机封接材料—铜封 玻璃。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铜封玻璃粉及其制备和应用，本发明的铜封玻 璃具有良好的机械性能和热学性能，以及较高的化学稳定性和电绝缘性，并且具有较好的 封接成型性，该制备方法简单，成本低，经济效益高，可实现工业化生产。

本发明的一种铜封玻璃粉，其组分按重量比计，包括：

SiO2 50％-60％，Bao 20％-30％，Li2O 3％-5％，Na2O 3-5％，ZrO2 3％-5％，TiO22％-4％， CoO 0.1％-0.5％，Na3AlF6 1％-3％，Al2O3 3％-5％；

所述的铜封玻璃的转变温度为460±10℃，玻璃的封接温度为870±20℃，玻璃的比 重为2.96±0.1，玻璃粉颜色为绿色或蓝色，玻璃的热膨胀系数为在室温～400℃，(90± 2)×10^-7/℃；

本发明的一种铜封玻璃粉制备方法，包括：

采用Li2O-Al2O3-SiO2玻璃系统，将各组分按上述重量比称量投料，混合均匀，用1000 毫升氧化铝坩埚于1450℃高温熔炉中，熔炼1小时，待玻璃完全融化澄清后，倒入干净的 冷却水中，淬裂成玻璃碎渣，然后放入115℃-125℃烘箱中3.5-4.5小时，烘干后，再将 玻璃碎块放入陶瓷球磨罐内，经24小时球磨后，过120目筛，即得铜封玻璃粉。

本发明的一种铜封玻璃粉的应用于电子元器件的制备，具体制备过程包括：

(1)将上述制备的铜封玻璃粉与质量百分比为10％的医用石蜡按质量比9∶1混合， 搅拌均匀后，在成型机上压制成含蜡的铜封玻璃坯，再放入链式脱蜡炉内，依次经室温- 100℃保温2小，100℃-200℃保温1小时，200℃-420℃保温1小时，然后迅速升温至 620℃，保温3-5分钟，即得脱蜡的玻璃坯；

(2)将被封接的铜外壳及精密合金金属导线分别进行清洗和预氧化处理后与脱蜡的 铜封玻璃坯一起组装成待封接零件，放入850℃-950℃的封接炉内，经200℃预热20分 钟，900℃封接15分钟以及900℃-50℃退火40分钟，冷却后，即得具有高绝缘性能，高 气密性的电子元器件。

所述的石蜡需预先经过加热熔化处理。

在本发明采用Li₂O-Al₂O₃-SiO₂玻璃系统中，通过在铜封玻璃配方设计中引入晶核剂 TiO₂和ZrO₂，改进了玻璃的微观结构，使玻璃在封接的过程中，先玻化，后晶化，既保证 了玻璃封接件的气密性，又提高了玻璃封接件的电绝缘性和机械强度，实现了外壳为无氧 铜的大功率管座与精密合金导电柱的直接封接，解决了封接玻璃因铜外壳的机械应力而开 裂的技术难题。

有益效果

(1)本发明的铜封玻璃具有良好的机械性能和热学性能，以及较高的化学稳定性和电绝 缘性，并且具有较好的封接成型性，解决了电子元件大功率管，铜管座与导电柱之间绝缘 密封的问题；

(2)该制备方法简单，成本低，经济效益高，可实现工业化生产；