专利名称：具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃及其制备方法，该封接玻璃作为一种焊接材料，用于电子器件等的封接，属于特种玻璃技术领域。
背景技术：
封接玻璃也称焊料玻璃，是一种焊接材料，用于光电子器件、微电子器件、电真空器件、太阳能集热管等的封装焊接，要求具有更低的膨胀软化温度、更高的封接强度、可调的线膨胀系数、很好的化学稳定性和电绝缘性，同时，作为一种化工产品，理想的生产工艺应当具有原料无毒、原料种类少等特点。磷酸盐封接玻璃是一种常用的封接玻璃。美国专利US2002019303提出一种SnO-P2O5-ZnO系的封接玻璃，膨胀软化温度位于 430 500°C区间，致使熔封温度偏高，被封接的器件在这样的高温下保持一段时间，其工作性能和使用寿命会因此而降低，甚至会在封接过程中损坏器件。申请号为2006100M793. 6的一件中国专利申请公开一种粉状封接玻璃，其基本组分及其摩尔百分比为p205 20 50%、ai0 10 ^%、SnO 20 40%、B203 5 50、Si& 0 15%、Al2O3O 10%、Na20+Li20 0 10%、Sb2O3 0 5%、Fe2O3 0 2%、MnO2 0 5%Xr2O3 0 2%。碱金属元素的引入使得这种玻璃在实际应用中因碱金属离子的迁移而影响被封接的半导体器件的工作性能。其膨胀软化温度区间为440 500°C。制备这种封接玻璃，涉及到的原料种类太多，致使工艺复杂。申请号为201010190237. 2的一件中国专利申请提出了一种无铅低熔点电子显示器封接玻璃及其制备方法。该玻璃基本组分及其质量百分比为ZnO 10 45%、P205 10 45%%、V2055 ;35%%、化03 1 10%%、Al2O3 1 10%%、Fii2O3 1 10%%。有毒的 V2O5含量较大，在熔制过程中还易起泡，污染环境且原料利用率较低。另外，该玻璃的膨胀软化温度区间为300 360°C，仍然较高。所述两件中国专利在组分方面都含有较多的&10，还含有B2O3，虽然改善了成玻璃性能，但是，提高了玻璃的膨胀软化温度；都含有Al2O3，能够改善成玻璃性、提高化学稳定性，还能够通过改变Al2O3的配比，调节产物玻璃的线膨胀系数，但是，也导致了膨胀软化温度的提高；都含有狗203，虽然提高了产物玻璃在用于封接的过程中的流动性，但是，该组分的引入也导致膨胀软化温度的提高。由此来看，现有磷酸盐封接玻璃存在一个共同的不足，那就是膨胀软化温度过高， 致使熔封温度偏高，不适用于因被封接件材质或者结构方面的特点需要在较低温度下封接的封接工艺，如被封接件涂覆有荧光粉，被封接件为半导体器件等。现有磷酸盐封接玻璃的制备方法其不足在于熔制温度高，高达1000 1200°C，而且还需要分段升温，致使制备时间长，熔制工艺复杂
发明内容
本发明的目的是在保证磷酸盐封接玻璃具有更高的封接强度、可调的线膨胀系数、很好的化学稳定性和电绝缘性的前提下，具有更低的膨胀软化温度、种类更少且无毒的制备原料；在磷酸盐封接玻璃的制备方法方面，降低熔制温度、缩短熔制时间、简化熔制工艺，为此，我们发明了一种具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃及其制备方法。本发明之具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃在其配比中有P2O5组分，其特征在于，玻璃组分及其质量百分含量为=P2O5 13 40、SnO 40 70、ZnO 0 5、WO3 0 10、Bi203 0 10、Sm2O3 0 ~ 5, Sb2O3 0 3，所述数据单位为 wt%。本发明之具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃制备方法的工序依次为配料、 熔制、退火，其特征在于，在配料工序以SnCl2引入SnO ；在熔制工序自室温一步升温到熔制温度，熔制温度为320 450°C，在熔制温度下熔制10 50分钟。本发明其技术效果在于关于具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃，组分中的P2O5是玻璃形成体，同时有助于提高玻璃的化学稳定性，当P2O5的质量百分含量小于13%时，其玻璃形成能力减弱，当P2O5的质量百分含量大于40%时，玻璃的化学稳定性显著降低。组分中的SnO能够明显降低玻璃的膨胀软化温度，并且使玻璃具有很好的化学稳定性，其在玻璃中最适宜的质量百分含量为40 70%。组分中的SiO的含量与玻璃的线膨胀系数相关，随着SiO的引入及引入量的增加，玻璃的线膨胀系数随之降低，但是，当引入量过多时，又会提高玻璃的膨胀软化温度，优选质量百分含量为O 5%。组分中的WO3不仅能够降低玻璃的膨胀软化温度，而且能增强玻璃在用于封接时的粘附力，提高封接强度，其最佳质量百分含量为 O 10%。组分中的Bi2O3有很好的成玻性能，它的加入能够修复磷酸盐玻璃的网络结构， 提高玻璃的化学稳定性，并且不会导致玻璃的膨胀软化温度的提高，其最佳质量百分含量为O 10%。组分中的Sm2O3能够提高玻璃的封接强度。组分中的Sb2O3能够在熔制过程中提供氧化气氛，防止Sn2+、Bi3+在熔制过程中被还原。关于具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃的制备方法，SnO以SnCl2引入，不仅降低了熔制温度，而且，其中的Cl1—还是一种澄清剂，在熔制过程中加速玻璃液中的气泡的排出，在缩短熔制时间方面具有一定作用。该方法在熔制工序自室温一步升温到熔制温度，熔制温度仅为320 450°C，熔制时间仅为10 50分钟，相比现有技术，熔制工艺有所简化，熔制温度大幅降低，熔制时间明显缩短。另外，本发明之具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃其组分最多七种，最少只有两种，并且，不含有毒组分，因此，制备该玻璃所采用的原料种类也因此减少，简化了制备工艺，避免对环境的污染。本发明之具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃因玻璃组分及其质量百分含量的不同，其膨胀软化温度在120 180°C范围，相比现有技术大幅降低；线膨胀系数在 90 170X10_7°C范围内可调。该玻璃作为一种封接玻璃既能够有效避免被封接件因高温而损坏，又能够分别与热膨胀不同的被封接件热膨胀匹配。
具体实施例方式下面以实例的方式进一步说明本发明。
权利要求
1.一种具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃，在其配比中有P2O5组分，其特征在于，玻璃组分及其质量百分含量为=P2O5 13 40、SnO 40 70、ZnO 0 5、WO3 0 10、 Bi2O3 0 10、Sm2O3 0 ~ 5, Sb2O3 0 3，所述数据单位为 wt%。
2.根据权利要求1所述的具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃，其特征在于，玻璃组分及其质量百分含量优选方案为=P2O5 28 32、SnO 52 69、ZnO 0 3、WO3 0 3、 Bi2O3 0 3、Sm2O3 0 ~ 3, Sb2O3 0 1，所述数据单位为 wt%。
3.一种具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃制备方法，其工序依次为配料、熔制、 退火，其特征在于，在配料工序以SnCl2引入SnO ；在熔制工序自室温一步升温到熔制温度， 熔制温度为320 450°C，在熔制温度下熔制10 50分钟。
4.根据权利要求3所述的具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃制备方法，其特征在于，熔制工序升温方式为自然升温。
5.根据权利要求3所述的具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃制备方法，其特征在于，熔制温度及熔制时间优选方案为熔制温度350 400°C，熔制时间15 35分钟。
全文摘要
具有超低膨胀软化温度的磷酸盐封接玻璃及其制备方法属于特种玻璃技术领域。现有磷酸盐封接玻璃膨胀软化温度过高，致使熔封温度偏高；现有磷酸盐封接玻璃的制备方法熔制温度高，而且还需要分段升温，致使制备时间长，熔制工艺复杂。本发明之磷酸盐封接玻璃其玻璃组分及其质量百分含量(wt％)为P2O5 13～40、SnO 40～70、ZnO 0～5、WO3 0～10、Bi2O3 0～10、Sm2O3 0～5、Sb2O3 0～3；本发明之磷酸盐封接玻璃制备方法的工序依次为配料、熔制、退火，在配料工序以SnCl2引入SnO，在熔制工序自室温一步升温到熔制温度，熔制温度为320～450℃，在熔制温度下熔制10～50分钟。采用该玻璃封接能够有效避免被封接件因高温而损坏。
文档编号C03C3/16GK102432173SQ20111025778
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者吕景文, 娄沛莉, 郑涛 申请人:长春理工大学