一種封接微晶玻璃及其封接方法

2023-08-03 03:57:01

專利名稱：一種封接微晶玻璃及其封接方法
技術領域：
本發明屬於涉微晶玻璃技術領域，特別是提供了一種封接微晶玻璃及其封接方法，適用於微電子封裝中與金屬封接的絕緣材料，特別是用於金屬外殼或密封繼電器。
背景技術：
DM305、DM308等硼矽酸鹽玻璃一直是我國金屬外殼匹配封接的主要材料，這兩種玻璃玻璃的主要成分為Al2O3、B2O3、SiO2、Na2O、K2O，但封接質量很難滿足金屬外殼不斷發展的需要。雖然近十年金屬外殼廠、所廣泛使用了各種進口玻粉或玻坯，封接質量有所改善，但畢竟同屬硼矽酸鹽玻璃，這類玻璃的固有缺點是難以避免的。主要是(1)外殼絕緣電阻較低；(2)與金屬封接的金屬外殼氣密性較差。

發明內容
本發明的目的在於提供一種封接微晶玻璃及其封接方法，解決目前微電子封裝行業中非晶態玻璃絕緣強度低、氣密性差等缺點。用於微電子封裝，與可伐合金或鐵鎳合金封接，絕緣電阻高、氣密性好。
本發明在現有玻璃的基礎上加入ZnO、CaO，並加入作為形核劑的TiO2，調整各組分的含量，採用熔制、成型、核化處理、晶化處理製造工藝來實現其目的。
本發明的封接微晶玻璃的各組分質量百分含量為ZnO20.0～27.0，B2O317.0～24.0，Al2O312.0～18.0，SiO230.0～45.0，Na2O1.5～3.5，K2O1.5～3.5，CaO0.5～2.5，TiO21.0～4.0。
上述組分的優選範圍為ZnO21.0～26.0，B2O318.0～22.0，Al2O312.0～17.0，SiO231.0～40.0，Na2O2.0～3.0，K2O2.0～3.0，CaO0.5～2.0，TiO21.0～3.5。
本發明的封接工藝為1、配料混合，各組分質量百分含量為ZnO20.0～27.0，B2O317.0～24.0，Al2O312.0～18.0，SiO230.0～45.0，Na2O1.5～3.5，K2O1.5～3.5，CaO0.5～2.5，TiO21.0～4.0。優先選擇範圍為ZnO21.0～26.0，B2O318.0～22.0，Al2O312.0～17.0，SiO231.0～40.0，Na2O2.0～3.0，K2O2.0～3.0，CaO0.5～2.0，TiO21.0～3.5。
2、將上述玻璃配料在球磨機上混合12小時，使之混合均勻；將混合後的玻璃粉在鉑銠合金坩鍋內加熱到1450～1550℃熔制4小時，然後急冷，將玻璃液倒在去離子水中或者鑄鐵板上，將所得的玻璃研磨，使玻璃粉的粒度在20～40μm，然後對玻璃粉進行造粒，製作玻坯。
3、將玻坯在670～720℃進行排蠟；將排蠟後的玻坯與預氧化後的可伐合金或鐵鎳合金以8～15℃/min的速率升溫，在990～1040℃進行封接，封接時間為20～40分鐘，然後以15～20℃/min的降溫速率降至室溫，封接氣氛為微氧化氣氛，如工業普氮。
本發明微晶玻璃膨脹係數46×10-7～53×10-7/℃，與可伐合金、鐵鎳合金封接後，封接件的絕緣電阻為5.0～9.0×1013Ω，漏氣速率Q≤1.0×10-11P·m3/s。
上述ZnO為主要成分，分別與B2O3、Al2O3形成ZnB2O4、ZnAl2O4晶體，玻璃中析出微晶體時，提高了微晶玻璃的機械強度。當ZnO含量較低時，只有少量ZnB2O4、ZnAl2O4晶體的析出，難以提高微晶玻璃的絕緣電阻和機械強度。當ZnO含量過高，微晶玻璃的高溫粘度增大，在與金屬封接過程中潤溼性能降低，不利於形成良好的封接。
上述B2O3可以降低玻璃的表面張力，有助於玻璃在金屬上的潤溼鋪展；B2O3的加入有助於玻璃增強微晶玻璃的化學穩定性。但B2O3的含量過高時，容易促進玻璃的分相，這對封接質量不利。
上述Al2O3為主要成分，主要用於與ZnO形成微晶體，也用於調整微晶玻璃的膨脹係數，當含量降低時，微晶玻璃的膨脹係數提高；當含量提高時，微晶玻璃的膨脹係數降低。
上述SiO2為主要元素，在微晶玻璃中，SiO2主要起玻璃形成體的作用。在微晶玻璃與可伐合金封接的過程中，SiO2會與可伐合金表面的鐵的氧化物形成矽酸亞鐵化合物，增強了封接面的結合，提高了封接件的氣密性。如果SiO2的含量過高，會增加玻璃的高溫粘度，這不利於玻璃在金屬上的潤溼鋪展，降低SiO2的含量，可以降低玻璃的高溫粘度。
上述Na2O和K2O主要作用是降低玻璃的高溫粘度和絕緣電阻和調整玻璃的膨脹係數，Na2O和K2O含量的增加，能顯著降低玻璃的高溫粘度和玻璃的絕緣電阻，但是能增加玻璃的膨脹係數。同時引入K2O和Na2O，利用「雙鹼效應」，增大微晶玻璃的絕緣電阻。所以，Na2O和K2O的質量百分含量一般為4～6。
上述CaO起到降低玻璃的軟化溫度，增加玻璃與金屬的結合強度的作用，不過CaO的含量如果過高，則微晶玻璃的析晶性能降低。
上述TiO2起晶核劑的作用，當TiO2的含量較高時玻璃的結晶速度快，不利於封接過程中玻璃在金屬上的潤溼鋪展。當TiO2的含量較低時，玻璃在封接過程中能保持良好的潤溼性能，並能在熱處理過程中析出晶體。
本發明封接微晶玻璃的主晶相為ZnAl2O4、ZnB2O4和少量的NaSiAl2O4晶體。
本發明的微晶玻璃與DM-305、DM-308和BH-G/K等普通的電真空封接玻璃相比，具有如下優點1、本發明微晶玻璃與可伐合金或鐵鎳合金封接後具有很高的絕緣電阻，DM-305等普通的封接玻璃與金屬封接後的產品絕緣電阻一般為1×1010Ω，本發明微晶玻璃封接後的絕緣電阻可達到5.0～9.0×1013Ω。
2、本發明微晶玻璃與可伐合金或鐵鎳合金封接後具有很低的漏氣速率，DM-305等普通的封接玻璃與金屬封接後的產品漏氣速率Q一般為1.0×10-8P·m3/s，本發明微晶玻璃封接後的產品漏氣速率可達到Q≤1.0×10-11P·m3/s。
3、本發明微晶玻璃與可伐合金或鐵鎳合金封接後具有很高的機械強度。
具體實施例方式
下面，再用實施例對本發明作進一步地說明。
本發明地實施例1～8的組分、工藝參數、性能參數如表1所示。
表一

本發明地上述各實例地製造工藝程序基本相同，只是工藝參數略有不同，以實施例1和實施例5予以說明。
實施例1的製造工藝各組分質量百分含量為ZnO25.0、B2O319.0、Al2O314.0、SiO233.0、Na2O3.0、K2O3.0、CaO1.5、TiO21.5；將各組分均勻混合後加入到鉑銠合金坩鍋內，在電爐中1520℃熔制4小時，然後將熔制好的玻璃液注入事先準備好的玻璃模具內，得到玻璃製品，然後將玻璃製品放入馬弗爐中，以5～10℃/分鐘的升溫速率到700℃保溫2.0小時，再以2～4℃/分鐘的升溫速率到920℃保溫2.0小時進行晶化處理，隨爐冷卻至室溫，得到膨脹係數為50×10-7/℃微晶玻璃製品。
實施例5的製造工藝各組分質量百分含量為ZnO24.0、B2O319.0、Al2O314.0、SiO233.0、Na2O2.5、K2O3.0、CaO1.5、TiO23.0；將各組分均勻混合後加入到鉑銠合金坩鍋內，在電爐中1520℃熔制4小時，然後將熔制好的玻璃液注入事先準備好的玻璃模具內，得到玻璃製品，然後將玻璃製品放入馬弗爐中，以5～10℃/分鐘的升溫速率到710℃保溫2.0小時，再以2～4℃/分鐘的升溫速率到910℃保溫2.0小時進行晶化處理，隨爐冷卻至室溫，得到膨脹係數為49×10-7/℃微晶玻璃製品。
權利要求
1.一種封接微晶玻璃，其特徵在於該微晶玻璃組分的質量百分含量為ZnO20.0～27.0，B2O317.0～24.0，Al2O312.0～18.0，SiO230.0～45.0，Na2O1.5～3.5，K2O1.5～3.5，CaO0.5～2.5，TiO21.0～4.0；其膨脹係數46×10-7～53×10-7/℃，與可伐合金、鐵鎳合金封接後，封接件的絕緣電阻為5.0～9.0×1013Ω，漏氣速率Q≤1.0×10-11P·m3/s。
2.根據權利要求1所述的封接微晶玻璃，其特徵在於該微晶玻璃組分的質量百分含量為ZnO21.0～26.0，B2O318.0～22.0，Al2O312.0～17.0，SiO231.0～40.0，Na2O2.0～3.0，K2O2.0～3.0，CaO0.5～2.0，TiO21.0～3.5。
3.一種採用權利要求1所述的封接微晶玻璃進行封接的方法，其特徵在於a、配料混合，組分的質量百分含量為ZnO20.0～27.0，B2O317.0～24.0，Al2O312.0～18.0，SiO230.0～45.0，Na2O1.5～3.5，K2O1.5～3.5，CaO0.5～2.5，TiO21.0～4.0；b、將上述玻璃配料在球磨機上混合12小時，使之混合均勻；將混合後的玻璃粉在鉑銠合金坩鍋內加熱到1450～1550℃熔制4小時，然後急冷，將玻璃液倒在去離子水中或者鑄鐵板上，將所得的玻璃研磨，使玻璃粉的粒度在20～40μm，然後對玻璃粉進行造粒，製作玻坯；c、將玻坯在670～720℃進行排蠟；將排蠟後的玻坯與預氧化後的可伐合金或鐵鎳合金以8～15℃/min的速率升溫，在990～1040℃進行封接，封接時間為20～40分鐘，然後以15～20℃/min的降溫速率降至室溫，封接氣氛為微氧化氣氛。
4.根據權利要求3所述的封接方法，封接氣氛可以為微氧化氣氛的工業普氮。
全文摘要
一種封接微晶玻璃及其封接方法，屬於涉微晶玻璃技術領域。該微晶玻璃各組分質量百分含量為ZnO20.0～27.0，B
文檔編號C03C10/14GK1944304SQ20061013789
公開日2007年4月11日 申請日期2006年11月9日 優先權日2006年11月9日
發明者吳茂, 沈卓身 申請人:北京科技大學