CN1944304B - 一种封接微晶玻璃及其封接方法 - Google Patents
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Abstract
一种封接微晶玻璃及其封接方法,属于微晶玻璃技术领域。该微晶玻璃各组分质量百分含量为:ZnO:20.0~27.0,B2O3:17.0~24.0,Al2O3:12.0~18.0,SiO2:30.0~45.0,Na2O:1.5~3.5,K2O:1.5~3.5,CaO:0.5~2.5,TiO2:1.0~4.0。其封接工艺为:将上述各组分混合,经过1450~1550℃熔制,成型;再经650~750℃核化处理0.5~12小时,然后升温至890~920℃晶化处理0.5~12小时即可得到微晶玻璃。本微晶玻璃膨胀系数46×10-7~53×10-7/℃,适用于制造电子元器件的绝缘件,且特别适用于与可伐合金、铁镍合金的匹配封接。与以上合金封接后,封接件的绝缘电阻为5.0~9.0×1013Ω,漏气速率Q≤1.0×10-11P·m3/s。
Description
技术领域
本发明属于涉微晶玻璃技术领域,特别是提供了一种封接微晶玻璃及其封接方法,适用于微电子封装中与金属封接的绝缘材料,特别是用于金属外壳或密封继电器。
背景技术
DM305、DM308等硼硅酸盐玻璃一直是我国金属外壳匹配封接的主要材料,这两种玻璃玻璃的主要成分为:Al2O3、B2O3、SiO2、Na2O、K2O,但封接质量很难满足金属外壳不断发展的需要。虽然近十年金属外壳厂、所广泛使用了各种进口玻粉或玻坯,封接质量有所改善,但毕竟同属硼硅酸盐玻璃,这类玻璃的固有缺点是难以避免的。主要是:(1)外壳绝缘电阻较低;(2)与金属封接的金属外壳气密性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种封接微晶玻璃及其封接方法,解决目前微电子封装行业中非晶态玻璃绝缘强度低、气密性差等缺点。用于微电子封装,与可伐合金或铁镍合金封接,绝缘电阻高、气密性好。
本发明在现有玻璃的基础上加入ZnO、CaO,并加入作为形核剂的TiO2,调整各组分的含量,采用熔制、成型、核化处理、晶化处理制造工艺来实现其目的。
本发明的封接微晶玻璃的各组分质量百分含量为:ZnO:20.0~27.0,B2O3:17.0~24.0,Al2O3:12.0~18.0,SiO2:30.0~45.0,Na2O:1.5~3.5,K2O1.5~3.5,CaO:0.5~2.5,TiO21.0~4.0。
上述组分的优选范围为:ZnO:21.0~26.0,B2O3:18.0~22.0,Al2O3:12.0~17.0,SiO2:31.0~40.0,Na2O:2.0~3.0,K2O:2.0~3.0,CaO:0.5~2.0,TiO2:1.0~3.5。
本发明的封接工艺为:
1、配料混合,各组分质量百分含量为:ZnO:20.0~27.0,B2O3:17.0~24.0,Al2O3:12.0~18.0,SiO2:30.0~45.0,Na2O:1.5~3.5,K2O1.5~3.5,CaO:0.5~2.5,TiO21.0~4.0。优先选择范围为:ZnO:21.0~26.0,B2O3:18.0~22.0,Al2O3:12.0~17.0,SiO2:31.0~40.0,Na2O:2.0~3.0,K2O:2.0~3.0,CaO:0.5~2.0,TiO2:1.0~3.5。
2、将上述玻璃配料在球磨机上混合12小时,使之混合均匀;将混合后的玻璃粉在铂铑合金坩锅内加热到1450~1550℃熔制4小时,然后急冷,将玻璃液倒在去离子水中或者铸铁板上,将所得的玻璃研磨,使玻璃粉的粒度在20~40μm,然后对玻璃粉进行造粒,制作玻坯。
3、将玻坯在670~720℃进行排蜡;将排蜡后的玻坯与预氧化后的可伐合金或铁镍合金以8~15℃/min的速率升温,在990~1040℃进行封接,封接时间为20~40分钟,然后以15~20℃/min的降温速率降至室温,封接气氛为微氧化气氛,如工业普氮。
本发明微晶玻璃膨胀系数46×10-7~53×10-7/℃,与可伐合金、铁镍合金封接后,封接件的绝缘电阻为5.0~9.0×1013Ω,漏气速率Q≤1.0×10-11P·m3/s。
上述ZnO为主要成分,分别与B2O3、Al2O3形成ZnB2O4、ZnAl2O4晶体,玻璃中析出微晶体时,提高了微晶玻璃的机械强度。当ZnO含量较低时,只有少量ZnB2O4、ZnAl2O4晶体的析出,难以提高微晶玻璃的绝缘电阻和机械强度。当ZnO含量过高,微晶玻璃的高温粘度增大,在与金属封接过程中润湿性能降低,不利于形成良好的封接。
上述B2O3可以降低玻璃的表面张力,有助于玻璃在金属上的润湿铺展;B2O3的加入有助于玻璃增强微晶玻璃的化学稳定性。但B2O3的含量过高时,容易促进玻璃的分相,这对封接质量不利。
上述Al2O3为主要成分,主要用于与ZnO形成微晶体,也用于调整微晶玻璃的膨胀系数,当含量降低时,微晶玻璃的膨胀系数提高;当含量提高时,微晶玻璃的膨胀系数降低。
上述SiO2为主要元素,在微晶玻璃中,SiO2主要起玻璃形成体的作用。在微晶玻璃与可伐合金封接的过程中,SiO2会与可伐合金表面的铁的氧化物形成硅酸亚铁化合物,增强了封接面的结合,提高了封接件的气密性。如果SiO2的含量过高,会增加玻璃的高温粘度,这不利于玻璃在金属上的润湿铺展,降低SiO2的含量,可以降低玻璃的高温粘度。
上述Na2O和K2O主要作用是降低玻璃的高温粘度和绝缘电阻和调整玻璃的膨胀系数,Na2O和K2O含量的增加,能显著降低玻璃的高温粘度和玻璃的绝缘电阻,但是能增加玻璃的膨胀系数。同时引入K2O和Na2O,利用“双碱效应”,增大微晶玻璃的绝缘电阻。所以,Na2O和K2O的质量百分含量一般为4~6。
上述CaO起到降低玻璃的软化温度,增加玻璃与金属的结合强度的作用,不过CaO的含量如果过高,则微晶玻璃的析晶性能降低。
上述TiO2起晶核剂的作用,当TiO2的含量较高时玻璃的结晶速度快,不利于封接过程中玻璃在金属上的润湿铺展。当TiO2的含量较低时,玻璃在封接过程中能保持良好的润湿性能,并能在热处理过程中析出晶体。
本发明封接微晶玻璃的主晶相为ZnAl2O4、ZnB2O4和少量的NaSiAl2O4晶体。
本发明的微晶玻璃与DM-305、DM-308和BH-G/K等普通的电真空封接玻璃相比,具有如下优点:
1、本发明微晶玻璃与可伐合金或铁镍合金封接后具有很高的绝缘电阻,DM-305等普通的封接玻璃与金属封接后的产品绝缘电阻一般为1×1010Ω,本发明微晶玻璃封接后的绝缘电阻可达到5.0~9.0×1013Ω。
2、本发明微晶玻璃与可伐合金或铁镍合金封接后具有很低的漏气速率,DM-305等普通的封接玻璃与金属封接后的产品漏气速率Q一般为1.0×10-8P·m3/s,本发明微晶玻璃封接后的产品漏气速率可达到Q≤1.0×10-11P·m3/s。
3、本发明微晶玻璃与可伐合金或铁镍合金封接后具有很高的机械强度。
具体实施方式
下面,再用实施例对本发明作进一步地说明。
本发明地实施例1~8的组分、工艺参数、性能参数如表1所示。
表一
组份、技术参数 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
ZnO(质量百分比) | 25.0 | 21.0 | 22.0 | 26.0 | 24.0 | 23.0 | 24.0 | 25.0 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(质量百分比) | 19.0 | 19.0 | 20.0 | 20.0 | 19.0 | 21.0 | 20.0 | 19.0 |
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(质量百分比) | 14.0 | 17.0 | 16.0 | 15.0 | 14.0 | 15.0 | 14.0 | 15.0 |
SiO<sub>2</sub>(质量百分比) | 33.0 | 35.0 | 32.0 | 31.0 | 33.0 | 32.0 | 32.0 | 32.0 |
Na<sub>2</sub>O(质量百分比) | 3.0 | 2.0 | 2.5 | 2.0 | 2.5 | 2.0 | 3.0 | 2.5 |
K<sub>2</sub>O(质量百分比) | 3.0 | 2.0 | 3.0 | 2.0 | 3.0 | 2.5 | 3.0 | 2.5 |
CaO(质量百分比)) | 1.5 | 2.0 | 1.5 | 2.0 | 1.5 | 1.5 | 1.0 | 1.5 |
TiO<sub>2</sub>(质量百分比) | 1.5 | 2.0 | 3.0 | 2.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 2.5 |
熔制温度(℃) | 1520 | 1550 | 1500 | 1530 | 1520 | 1530 | 1500 | 1510 |
核化温度(℃) | 700 | 690 | 680 | 700 | 710 | 690 | 680 | 690 |
核化时间(h) | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2 |
晶化温度(℃) | 920 | 930 | 900 | 920 | 910 | 910 | 910 | 900 |
晶化时间(h) | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 |
膨胀系数(10<sup>-7</sup>/℃)(200~500℃) | 50 | 48 | 50 | 48 | 49 | 49 | 51 | 50 |
本发明地上述各实例地制造工艺程序基本相同,只是工艺参数略有不同,以实施例1和实施例5予以说明。
实施例1的制造工艺:各组分质量百分含量为:ZnO25.0、B2O319.0、Al2O314.0、SiO233.0、Na2O3.0、K2O3.0、CaO1.5、TiO21.5;将各组分均匀混合后加入到铂铑合金坩锅内,在电炉中1520℃熔制4小时,然后将熔制好的玻璃液注入事先准备好的玻璃模具内,得到玻璃制品,然后将玻璃制品放入马弗炉中,以5~1O℃/分钟的升温速率到700℃保温2.0小时,再以2~4℃/分钟的升温速率到920℃保温2.0小时进行晶化处理,随炉冷却至室温,得到膨胀系数为50×10-7/℃微晶玻璃制品。
实施例5的制造工艺:各组分质量百分含量为:ZnO24.0、B2O319.0、Al2O314.0、SiO233.0、Na2O2.5、K2O3.0、CaO1.5、TiO23.0;将各组分均匀混合后加入到铂铑合金坩锅内,在电炉中1520℃熔制4小时,然后将熔制好的玻璃液注入事先准备好的玻璃模具内,得到玻璃制品,然后将玻璃制品放入马弗炉中,以5~10℃/分钟的升温速率到710℃保温2.0小时,再以2~4℃/分钟的升温速率到910℃保温2.0小时进行晶化处理,随炉冷却至室温,得到膨胀系数为49×10-7/℃微晶玻璃制品。
Claims (2)
1.一种采用封接微晶玻璃进行封接的方法,其特征在于:
a、配料混合,组分的质量百分含量为:ZnO:20.0~27.0,B2O3:17.0~24.0,Al2O3:12.0~18.0,SiO2:30.0~45.0,Na2O:1.5~3.5,K2O1.5~3.5,CaO:0.5~2.5,TiO21.0~4.0;
所述微晶玻璃的膨胀系数为46×10-7~53×10-7/℃,与铁镍合金封接后,封接件的绝缘电阻为5.0~9.0×1013Ω,漏气速率Q≤1.0×10-11P·m3/s;
b、将上述玻璃配料在球磨机上混合12小时,使之混合均匀;将混合后的玻璃粉在铂铑合金坩锅内加热到1450~1550℃熔制4小时,然后急冷,将玻璃液倒在去离子水中或者铸铁板上,将所得的玻璃研磨,使玻璃粉的粒度在20~40μm,然后对玻璃粉进行造粒,制作玻坯;
c、将玻坯在670~720℃进行排蜡;将排蜡后的玻坯与预氧化后的铁镍合金以8~15℃/min的速率升温,在990~1040℃进行封接,封接时间为20~40分钟,然后以15~20℃/min的降温速率降至室温,封接气氛为微氧化气氛。
2.根据权利要求1所述的封接方法,封接气氛为微氧化气氛的工业普氮。
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