[发明专利]一种结晶型低熔点封接玻璃及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及玻璃料领域，具体地说，是一种结晶型低熔点封接玻璃及其制备方法。

【背景技术】

低熔封接玻璃是一种先进的焊接材料，该材料具有较低的熔化温度和封接温度(＜600℃)，良好的耐热性和化学稳定性，高的机械强度，广泛应用于电真空和微电子技术、激光和红外技术、高能物理、能源、宇航、汽车等众多领域，实现了玻璃、陶瓷、金属、半导体间的相互封接。应用的产品有阴极射线管显示器、真空荧光显示器、等离子体显示器、真空玻璃、太阳能集热管、激光器、磁性材料磁头和磁性材料薄膜等。

由于目前使用的商用封接玻璃中大多数为高铅玻璃，铅对人体和环境的危害极大。欧美、日都制定了电子产品无铅化的强制性实施日期。我国信息产业部也发布了相关规定。因此，无铅无镉等无公害低熔封接玻璃的成功开发将形成产品技术壁垒，其涉及的产业面十分广泛，用量大，对我国家电、精密零部件、3C(计算机、通讯、消费类电子产品)类电子产品等产业具有十分重要的战略意义。

近年来，随着微电子技术、电子显示、光电子技术的发展，对封接制品的性能和工艺的要求越来越高，也使封接玻璃产业得到了一定的发展。由于技术保密等原因，很多关于封接玻璃的文献都局限于对封接玻璃体系的结构与性能的研究，其他方面报道较少。此外，我国在封接玻璃方面的研究与日本、韩国、欧美还有一定的距离，现在除少数几个品种外，其他都依赖进口。

结晶型焊料玻璃是指在封接过程中完全析晶或部分析晶，采用结晶型封接玻璃的优点：(1)可以通过调节析出晶相的种类和数量，从而较大幅度地调节膨胀系数和膨胀特性，使之与被封接件的热膨胀系数匹配。(2)晶化后的封接玻璃中，许多致密的微小晶体被薄的玻璃相所包围，一般结晶相膨胀系数低，因而玻璃相受到压应力，结晶相受到张应力，而通常致密的结晶相的强度高于玻璃相，这样封接层总的强度得到了提高。另外，玻璃相可以起到应力松驰的作用，即使玻璃层中出现微裂纹，但一旦延伸到结晶相界面就被钝化，抑制了微裂纹的发展。从而提高封接强度、抗热震性和化学稳定性。

结晶性封接玻璃是含有稳定结晶体的封接材料，人们把结晶性封接玻璃比作热固性材料。这种玻璃在封接后，再加热到较高温度而不软化。为了达到合适的晶体生长和最大的封接强度，初次烧结和固化周期非常重要。结晶性封接玻璃的使用方法是将玻璃粉末制成膏剂状，然后采用与非结晶性封接玻璃相同的方法进行封接。当加热粉末状的结晶性封接玻璃时，它首先熔化成玻璃，此时它的流动性相当好，能够浸润被封的材料，形成很强的结合力，继续加热时，玻璃开始结晶。加热的温度决定其所生成晶体的大小和类型。晶体的大小和类型又决定玻璃的热膨胀系数。因此，不同的加热条件下，封接玻璃的最终热膨胀系数也不同。在规定的温度下，必须有足够的时间，使玻璃充分晶化，否则再加热时，就会因产生应力而造成封接炸裂。封接可以在高于晶化的温度下进行，但此时的封接强度大幅度下降。

美国专利US20020019303提出了一种磷锡锌系统的封接玻璃，封接温度430℃～500℃，但由于含有大量的SnO，需要在还原气氛下生产和封接，不利于产业化应用，而且，SnO成本较贵，因而，这种封接玻璃的应用有很大的局限性。

美国专利P5153151公布了一种磷酸盐封接玻璃，转变温度300～340℃，热膨胀系数135～180×10^-7/℃，该玻璃的热膨胀系数较大，不能用于中、低膨胀系数的封接。

日立制作所特开平2-267137公布了一种氧化钒(V₂O₅)系封接玻璃，封接温度小于400℃，热膨胀系数90×10^-7/℃以下，但这种玻璃中，氧化铅是必要组分，不能满足无铅化的要求，同时，还含有剧毒铊的氧化物。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有低熔点封接玻璃的不足，提供一种结晶型低熔点封接玻璃及其制备方法，具有低膨胀系数的特点，适用于硅元件封装式钼封接。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种结晶型低熔点封接玻璃，原料按重量百分比组成为，SiO₂为50～70％，ZnO为10～30％，B₂O₃为1～10％，CaO为1～8％，Na₂O为1～10％，Li₂O为1～10％，Sb₂O₃为0.1～1％；

所述的SiO₂优选为55～65％，最佳为59％；