CN114315161A

CN114315161A - 一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN114315161A
Application number: CN202111490015.7A
Authority: CN
Inventors: 王哲; 冯庆; 华斯嘉; 徐绍华; 郗雪艳; 张婷; 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: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法，首先，采用介电常数为6，粒度为1～20μm的玻璃粉；然后在玻璃粉中添加介孔二氧化硅粉末采用喷雾造粒法制备造粒粉末用于后续的制坯、玻化与封接工序。玻璃粉、分散剂、粘结剂、水按质量比为：80～120：1～5：6～15：50～100，玻璃粉介孔二氧化硅用量为玻璃粉质量的0～20％。玻璃粉玻璃粉本发明优化了现有玻璃封接材料制备技术，提高了玻璃封接材料的整体性能，为玻璃封接材料的制备提供了一种新的思路，对开发新的玻璃封接材料具有一定的引导作用。

Description

一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及电子玻璃技术领域，具体而言涉及一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法。

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含量以达到降低玻璃介电常数和介电损耗的作用。而提高SiO₂含量会导致玻璃粘附性增大，使得玻璃粉末难以进行过筛处理，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。

介孔二氧化硅由于化学性能稳定、导热性能良好、热膨胀系数适中、耐磨性能好，为近年来一种新型添加材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于通过采用造粒技术制备一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料，从而提高玻璃的机械性能及介电性能。实验证明，利用本发明提供复合玻璃材料与金属进行密封可以使得该玻璃-金属密封件具有较高的机械性能和较低的介电性能，大大提高了原有的玻璃-金属密封件性能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、配料：按摩尔比计准备原料，将原料SiO₂、BaO、Na₂O、K₂O、B₂O₃、Li₂O、La₂O₃加入球磨机中混合均匀，得到玻璃原料；

S2、熔制：将S1中配制好的玻璃原料置于高温炉中加热至液态，保温一定时间后取出并倒入水中骤冷，获得玻璃熔渣；

S3、制粉：将S2中得到的玻璃熔渣破碎、研磨、震动筛分，得到具有一定粒度的玻璃粉；

S4、制浆：将玻璃粉、分散剂、粘结剂、水按一定比例混合，同时加入一定量的介孔二氧化硅，将混合料置于球磨机中充分搅拌，得到浆料；

S5、造粒：将S4中配制的浆料取出并通入喷雾造粒机制备造粒粉；

S6、制坯：将S5中制备的造粒粉倒入压坯机中制备玻璃坯；

S7、玻化：将S6中制备的玻璃坯置于玻化炉中充分反应；

S8、封接：组装玻璃坯并置于烧结炉中制备产品。

进一步地，所述步骤S1中，按摩尔比计，各原料组分及用量为：SiO₂：

60～80％；BaO：3～15％；Na₂O：5～15％；K₂O：4～15％；B₂O₃：0～6％；Li₂O：

0～5％；La₂O₃：0～5％。

进一步地，所述步骤S3中，筛分得到的玻璃粉的粒度范围为1～20μm。

进一步地，所述步骤S4中，按质量比计，所述玻璃粉、分散剂、粘结剂、水的用量比为80～120：1～5：6～15：50～100；所述介孔二氧化硅的用量为玻璃粉质量的0～20％。

进一步地，所述步骤S4中，介孔二氧化硅的粒径范围为5～100μm，介电常数2～4(10GHz)。

进一步地，所述步骤S4中，分散剂和粘结剂均为有机高分子聚合物。

进一步地，所述步骤S5中，喷雾造粒时，喷雾造粒机的喷嘴孔径为0.5～1.0mm；喷雾压力为10～20kg/cm³；进口温度220～260℃，出口温度90～110℃。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的介孔二氧化硅/玻璃复合材料，提高了玻璃的机械性能及介电性能。实验证明，利用本发明提供复合玻璃材料与金属进行密封可以使得该玻璃-金属密封件具有较高的机械性能和较低的介电性能，大大提高了原有的玻璃-金属密封件性能。这是因为介孔二氧化硅作为一种添加剂其本身强度和介电常数性能较好，加入到玻璃中的介孔二氧化硅可以起到桥联作用，作为玻璃中的增强剂，介孔二氧化硅表面会与玻璃组分相融，形成化学键，结合更加牢靠。

附图说明

图1为本发明提供的制备方法的工艺流程图。

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

S1、配料：按照以下组分的摩尔比准备500g原料，加入600g玛瑙球混合均匀。

SiO₂：60-80％；BaO：3-15％；Na₂O：5-15％；

K₂O：4-15％；B₂O₃：0-6％；Li₂O：0-5％；La₂O₃：0-5％。

S2、熔制：将混合均匀的玻璃原料置于高温炉中加热至1600℃，保温一定时间后取出并倒入水中骤冷，获得玻璃熔渣。

S3、制粉：将熔制后获得的玻璃渣按照球料比1.2：1的比例置于球磨机中破碎、研磨2h，然后选择150目的筛子震动筛分，得到具有一定粒度玻璃粉。

S4、制浆：将玻璃粉、分散剂、粘结剂、水按质量比：80～120：1～5：6～15：50～100混合，同时加入一定含量的介孔二氧化硅，将混合料置于球磨机中充分搅拌。整个过程控制浆料的固含量为60％，分别添加含量为0％、5％、10％、15％、20％的介孔二氧化硅粉末。

S5、造粒：将配制的浆料取出并通入离心式喷雾造粒机制备造粒粉；其中喷雾压力为15kg/cm³；喷嘴孔径为0.8mm；进口温度为240℃，出口温度100℃。

S6、制坯：将制备好的造粒粉倒入压坯机中制备玻璃坯。

S7、玻化：将S6中制备的玻璃坯置于玻化炉中充分反应。

S8、封接：组装玻璃坯并置于烧结炉中制备产品。

将上述制备得到的复合材料进行性能测试：

1.介孔二氧化硅/玻璃复合材料的介电常数。介电常数测试：把各个实施例中制备得到的复合材料制成Φ10的圆片，厚度为5mm，放在介电常数测试仪进行测试，测试频率为10GHz。

2.测试各个实施例中得到的复合材料封接产品的气密性、绝缘性及破坏强度。采用的产品为连接器烧结件，气密性采用氦质谱检漏仪进行测试，绝缘性采用电阻测试仪进行测试，破坏强度采用压力机测试。

各实施例的性能测试结果如下表：

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

1.一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S6、制坯：将S5中制备的造粒粉倒入压坯机中制备玻璃坯；

S7、玻化：将S6中制备的玻璃坯置于玻化炉中充分反应；

S8、封接：组装玻璃坯并置于烧结炉中制备产品。

2.如权利要求1所述的一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，按摩尔比计，各原料组分及用量为：SiO₂：60～80％；BaO：3～15％；Na₂O：5～15％；K₂O：4～15％；B₂O₃：0～6％；Li₂O：0～5％；La₂O₃：0～5％。

3.如权利要求1所述的一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，筛分得到的玻璃粉的粒度范围为1～20μm。

4.如权利要求1所述的一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，按质量比计，所述玻璃粉、分散剂、粘结剂、水的用量比为80～120：1～5：6～15：50～100；所述介孔二氧化硅的用量为玻璃粉质量的0～20％。

5.如权利要求1所述的一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，介孔二氧化硅的粒径范围为5～100μm，10GHz下的介电常数2～4。

6.如权利要求1所述的一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，分散剂和粘结剂均为有机高分子聚合物。

7.如权利要求1所述的一种介孔二氧化硅/玻璃复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中，喷雾造粒时，喷雾造粒机的喷嘴孔径为0.5～1.0mm；喷雾压力为10～20kg/cm³；进口温度220～260℃，出口温度90～110℃。