一种激光封接用无机焊料制造技术

本发明专利技术公开一种由铋系低熔点玻璃粉和铜锰铁基复合氧化物多晶粉混合构成的激光封接用无机焊料。所述铋系低熔点玻璃粉体作为无机焊料的黏结相成分，具有无铅环保、机械强度高、绝缘性好、化学稳定性强等特点；所述铜锰铁基复合氧化物多晶粉体是一种高效光热转换功能材料，在激光辐射下瞬时产生高温，使与之混合的铋系低熔点玻璃粉迅速熔化，从而能够实现对器件的封接。器件的封接。

【技术实现步骤摘要】
一种激光封接用无机焊料


[0001]本专利技术涉及无机封接功能材料领域，具体涉及一种由铋系低熔点玻璃粉和铜锰铁基复合氧化物多晶粉混合构成的无机焊料，用于激光封接发光二级管、真空玻璃、微电子元器件等。

技术介绍

[0002]无机玻璃焊料是一种通过加热能实现玻璃、陶瓷、金属、半导体等物质间相互粘结或密闭封装的功能材料。随着电子信息产业的迅速发展，电子元器件逐渐向小型化、集成化方向发展，其质量和可靠性的要求也越来越高。电子元器件通常需要封装加工，以防止其内部精密电路与外界空气中的水汽和氧气直接接触，保证适用寿命和工作稳定性。有机封接材料存在耐热性差、机械强度低等问题，而金属封接材料又不能做到良好的电绝缘性。因此，无机低熔点玻璃焊料在电子器件封接、电真空封接、微电子封接等领域具有广泛的应用需求。
[0003]铅系低熔点玻璃具有封接温度低、性能稳定、流动性好等优点，成为相对成熟且广泛应用的无机封接材料。但铅是一种重金属元素，会破坏环境和危害人类身体健康。目前，世界各国对含铅材料的使用做出严格限制。铋元素具有低毒性， 在电子构型、离子半径和原子量等方面与铅元素非常接近。在玻璃网络中，氧化铋和氧化铅具有相似的性质。因此，铋系玻璃可以取代铅系玻璃用于无机焊料。
[0004]无机玻璃焊料的封接操作温度通常高于400℃。因此，对于一些不能承受高温的电子元器件，如有机发光二级管，是无法采用对器件整体加热的方式进行封接。这类器件可以采用激光封接的方法，利用激光仅对涂敷焊料的区域进行加热处理，使器件的其他区域或核心部位保持在较低的安全温度之下。
[0005]目前，已开发的用于激光封接的焊料有合金材料，例如Sn
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Pb系、Sn
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Ag系、Sn
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Bi系、Sn
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Zn系、Sn
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Cu系等；聚合物材料，例如聚环氧树脂(PEP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、热塑性硅橡胶(TPSE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等。相对而言，可用于激光焊接的无机玻璃焊料比较缺乏。这是由于激光封接使用的焊料不仅需要具备焊料所需的封接性能，还需具有良好的光热转换功能。传统的铋系玻璃存在封接温度高、光热转换能力弱等缺点，用于激光封接会带来诸多困难。例如，如果激光功率过大，则基板与底部精密电路之间温度过高，会导致相关功能组件损坏。而若激光功率过低，则封接点处的玻璃未达到完全熔融状态，无法保证封接质量。因此，如何提高铋系玻璃焊料的光热转换功能成为现在激光封接技术需要突破的瓶颈技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种由铋系低熔点玻璃粉和铜锰铁基复合氧化物多晶粉混合构成的激光封接用无机焊料。
[0007]本专利技术所述铋系低熔点玻璃粉的化学组成，以氧化物摩尔百分比计，包含20%~50%
Bi2O3、10%~30%SiO2、5%~20%B2O3、5%~20%Al2O3、0.5%~5%TiO2，0.5%~5%ZrO2、以及0%~5%ZnO、CoO、NiO和Y2O3中的一种及以上，其特征D
50
粒径尺寸为0.1~10微米。该铋系低熔点玻璃粉的玻璃相转变温度为300~500℃，膨胀系数为(6.0~9.0)
×
10
‑6/K，介电常数为7.0~20.0C
²
/N
•
M
²
，封接操作温度为400℃~700℃，适用于玻璃、陶瓷、金属等不同材质之间的封接，具有封无铅环保、接密闭性好、机械强度高、化学稳定性好等特点。
[0008]本专利技术所述铜锰铁基复合氧化物多晶粉的化学组成，以氧化物摩尔百分比计，包含10%~40%MnO2、10%~40%CuO、5%~30% Fe2O3、5%~20%B2O3、以及0%~5%Al2O3、SiO
2 ZrO2、ZnO、CoO、NiO和Y2O3中的一种及以上，其特征D
50
粒径尺寸为0.1~10微米。该铜锰铁基复合氧化物多晶粉呈现深黑色，是一种高效光热转换功能材料，对600~1300nm波长光的吸收率大于80%，发射率小于0.8。
[0009]上述铋系低熔点玻璃粉与铜锰铁基复合氧化物多晶粉以10:1~1:1的质量比混合构成激光封接用无机焊料。在激光照射下，铜锰铁基复合氧化物多晶粉将吸收的光能转换为热，瞬时产生高温，使得与之混合的铋系低熔点玻璃粉熔化，从而实现对器材的封接。
[0010]本专利技术所述无机焊料的制备方法包括所述铋系低熔点玻璃粉的制备：（1）按氧化物组成比例称取原料，混合均匀，装入刚玉坩埚，置于1000~1400℃电炉，恒温熔制60~180分钟；（2）将玻璃熔体快速倒入去离子水中，经水淬获得玻璃渣；（3）使用球磨机将玻璃渣研磨成D
50
粒径为0.1~10微米的玻璃粉。
[0011]本专利技术所述无机焊料的制备方法包括所述铜锰铁基复合氧化物多晶粉的制备：（1）按氧化物组成比例称取原料，混合均匀，装入刚玉坩埚，置于850℃~1350℃电炉，恒温烧制60~180分钟；（2）随炉冷却，得到黑色块体产物；（3）先将黑色块体产物进行机械破碎，再使用球磨机研磨成D
50
粒径尺寸为0.1~10微米的粉体。
[0012]将上述制备的铋系低熔点玻璃粉与铜锰铁基复合氧化物多晶粉以10:1~1:1的质量比混合构成无机焊料。
[0013]本专利技术具有以下有益效果：（1）相比聚合物封接材料，本专利技术所述无机焊料的耐高温和抗老化能力强、机械强度大；（2）相比合金封接材料，本专利技术所述无机焊料的化学稳定性好；（3）本专利技术所述无机焊料的介电常数为7.0~20.0C
²
/(N
•
M
²
)，可提供优良的封接绝缘性；（4）本专利技术所述无机焊料的封接操作温度可低至~400℃，能够降低激光所需提供的能量，减少电子元器件内部精密电路受热冲击而损坏的可能性，同时减少能耗。
附图说明
[0014]图1：实施例1~5中激光封接石英玻璃盖板与LED陶瓷基底的流程图。
具体实施方式
[0015]以下结合实施例详细说明为阐述本专利技术为达成预定专利技术目所采用的技术手段，但本专利技术不局限于以下所公开的实施例。本实施例用于使本专利技术的公开内容更加完整，有助于本专利技术所属
的技术人员更好地理解本专利技术的范畴。
[0016]实施例1
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5实施例1
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5列举由不同化学组成的铋系低熔点玻璃粉（表1所示）和相同化学组成的铜锰铁基复合氧化物多晶粉体（表2所示）所构成的无机焊料。
[0017]铋系低熔点玻璃粉的制备步骤如下：（1）按表1所列氧化物及其比例称取原料，使用混料机搅拌混合20min；（2）将混合原料装入刚玉坩埚，置于1300℃电炉，熔制60分钟；（3）将玻璃熔体快速倒入去离子水中水淬，获得玻璃渣；（4）将玻璃碎渣与同等质量且粒径为10mm的玛瑙球一起装入玛瑙罐，使用球磨机在每分钟300转下研磨3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光封接用无机焊料，其特征在于：所述无机焊料由化学组成（以氧化物摩尔百分比计）包含20%~50%Bi2O3、10%~30%SiO2、5%~20%B2O3、5%~20%Al2O3、0.5%~5%TiO2，0.5%~5%ZrO2、以及0%~5%ZnO、CoO、NiO和Y2O3中的一种及以上的铋系低熔点玻璃粉，和化学组成（以氧化物摩尔百分比计）包含10%~40%CuO、10%~40%MnO2、5%~30% Fe2O3、5%~20%B2O3、以及0%~5%Al2O3、SiO
2 ZrO2、ZnO、CoO、NiO和Y2O3中的一种及以上的铜锰铁基复合氧化物多晶粉混合构成。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：仝华，刘瑞，杨云霞，袁晓，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：