一种无碱磷酸盐玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无碱磷酸盐玻璃及其制备方法，玻璃组分包括：按重量百分比，30～57％P2O5、8～30％ZnO、15～45％SnO、15～40％B2O3、1～4％SiO2和1～8％Al2O3。制备方法包括：(1)将各组分混合均匀，在硅碳棒电炉中熔制得玻璃液；(2)将上述熔制好的玻璃液在经过预热的模具中成型，然后退火，冷却最后加工成型得无碱磷酸盐玻璃。本发明专利技术不含碱不含铅，保证了电子器件的电绝缘性能且环境友好，玻璃的熔封温度和热膨胀系数满足电子元器件的低温封接要求，化学稳定性好，可用于二极管、可控硅等电子元件的封接、密封；制备方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子元器件的磷酸盐玻璃的领域，特别涉及。
技术介绍
由于铅玻璃具有其他组成玻璃所没有的性质，所以可以制成晶质玻璃，光学玻璃， 电气用玻璃，防护射线玻璃，电子学用焊接玻璃等。在电气用玻璃中，铅玻璃适合用于电灯泡的机械成型，并用以铁镍合金为芯用铜包皮的杜美丝作为引线，它能与铅玻璃稳定的封接。同时铅玻璃还用于电灯，荧光等，阴极射线管(CRT)和各种电子管的封接。另外也用于容纳阴极射线管的电子枪的管颈以及彩色显像管锥体的制造。用I^bO-B2O3-SiA系玻璃粉末与陶瓷材料复合而成的焊料玻璃用于集成电路陶瓷外壳的密封。用I^bO-Al2O3-SiA系玻璃粉末涂布在硅片的沟槽中然后烧结，起钝化作用，保护露出的PN结提高其机械强度，使得电气上更加稳定。铅玻璃其应用是十分广泛的。但是它却有着致命的缺点，铅玻璃含有大量的有毒金属铅！因此发展无铅低熔点玻璃替代氧化铅玻璃成为当前材料学者工作的重要任务之一。在无铅封接玻璃体系中较有前途的是Bi2O3-B2O3-SiOjP SiO-B2O3-SiO2、钒酸盐、磷酸盐等体系，但是前两者封接温度较高，而且铋酸盐和钒酸盐体系成本高。磷酸盐体系在低温和无铅化方面占有很大的优势，大多数性能都可与传统含铅封接玻璃相媲美，而且能显著减少环境污染。无铅磷酸盐封接玻璃将是传统含铅封接玻璃最有潜力的取代物。日本专利第H7-69672号公开的玻璃组成的摩尔百分数为=P2O5 25 50%，SnO 30 70%，Zn0 0 25%，在此基础上添加适量的化03，W03，Li20等。该系统的玻璃组成中的SnO/ZnO大于5 1，玻璃的使用温度为350 450°C，热膨胀系数大于120 X 10_7°C，专利中采用填充剂的方法来降低玻璃的膨胀系数，填充剂的加入影响到玻璃封接时的流动性和封接器件的气密性。美国专利第6306783号公开的玻璃组成的摩尔百分数为SnO 30 80%，B2O3 5 60%，P2O5 5 24%，SiO 0 25%，W033 20%，MoO3 3 5%，Ti& 0 15%，ZrO2 0 15%，CuO 0 10%，2 ；35%。该系统的玻璃的转变温度为280 380°C，热膨胀系数为90 IlOX 10—7°C，玻璃的熔融温度为450 500°C，流动半径为22 ^nm。该专利中含有碱金属氧化物&0，而且热膨胀系数很高。由于玻璃中含有碱金属氧化物&0，可以使得玻璃的绝缘性能大幅下降，漏电电流上升，严重时可以使得电子器件被击穿，如二极管、可控硅等器件。含有P2O5-B2O3-SiO2玻璃的系统在熔制时极易发生分相或结晶，由于它们都是玻璃形成体，高温时相互争夺氧离子造成的，为了抑制这种倾向，往往在玻璃中加入碱金属氧化物，但加入碱金属氧化物一方面会使玻璃的电阻率大幅下降，玻璃的绝缘性能恶化，另一方面也会使得玻璃的热膨胀系数上升，使得这种含碱材料只能与部分金属匹配使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，该玻璃不含碱不含铅，保证了电子器件的电绝缘性能且环境友好，玻璃的熔封温度和热膨胀系数满足电子元器件的低温封接要求，化学稳定性好；制备方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。本专利技术的一种无碱磷酸盐玻璃，其组分包括按重量百分比，30 57% P205、8 30% Zn0、15 45% Sn0、15 40% B2O3^l 4% SiO2 禾Π 1 8% Α1203。所述无碱磷酸盐玻璃组包括，按重量百分比，42 57% P2O5,8 15% Zn0U5 22% Sn0、15 22% B2O3>2 3% SiO2 和 1 2. 5% Al2O3-所述无碱磷酸盐玻璃组分中P2O5和化03的总重量百分比为45 75%，且I32O5的含量大于化03的含量。所述无碱磷酸盐玻璃组分中SiO和SnO的总重量百分比为23 50%，ZnO和SnO 的重量比为1 1 1 2。所述无碱磷酸盐玻璃组分中SiA和Al2O3的总重量百分比为2 9%，且Al2O3的含量大于Sio2W含量。所述无碱磷酸盐玻璃热膨胀系数为60 85X10_7°C。所述无碱磷酸盐玻璃转变温度为400 450°C，软化温度为440 500°C。本专利技术的一种无碱磷酸盐玻璃的制备方法，包括(1)按重量百分比，将 30 55% P2O5 >8 30 % Zn0、15 45 % Sn0、15 40 % B2O3^l 40Z0 SiO2和1 8% Al2O3混合均勻，在硅碳棒电炉中熔制得玻璃液，熔制温度为 1050 1220°C，保温0. 5 1. 5小时；在200 500°C内，升温速度为2 3°C /min，其余温度区间05 200°C，500 1220°C )采用的升温速度为5 10°C /min ；(2)将上述熔制好的玻璃液在经过预热的模具中成型，然后退火，退火温度为 350 400°C，保温1小时后冷却，最后加工成型得无碱磷酸盐玻璃。所述步骤(1)中P2O5原料为磷酸铵，B2O3原料为硼酸，Al2O3原料为氢氧化铝。本专利技术的原理为为了调节封接玻璃的膨胀系数，改善玻璃的化学稳定性，在玻璃中加入氧化硅和氧化铝，但是，大量的实验表明，SiO2与Al2O3的含量之和不宜超过9%，SiO2 的适宜含量为2 3%，Al2O3的适宜含量为3 5%，否则，玻璃的分相或析晶的倾向会增加，玻璃的转变温度和熔封温度都会明显提高。同样，为了降低玻璃的分相或析晶倾向，Ρ205+Β203含量为45 70%，P2O5适宜含量为40 50 %，B2O3适宜含量为20 30 %，ZnO+SnO含量为23 50 %，ZnO适宜含量为 10 20%，SnO适宜含量为20 30%。有益效果(1)本专利技术不含碱不含铅，保证了电子器件的电绝缘性能且环境友好，玻璃的熔封温度和热膨胀系数满足电子元器件的低温封接要求，化学稳定性好，可用于二极管、可控硅等电子元件的封接、密封；(2)制备方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1按重量百分比57% P205>8% Zn0U5% Sn0U5% B203>3% SiO2 禾口 2% Al2O3 进行配料，将玻璃混合料置于石英坩埚内，在硅碳棒电炉内加热熔制，200 500°C内，采用的升温速度为2 3°C /min ；其余温度区间05 200°C，500 1100°C )采用5 10°C /min的快速升温，到1100°C保温30min。熔制好的玻璃液在经过预热的模具中成型，并快速放入马弗炉中退火，退火温度为370°C，保温1小时后随炉冷却。退火后的样品经研磨加工后，进行性能分析，测试结果见表1。实施例2按重量百分比42% P2O5U1% ZnO,22% SnO,22% B203>2% SiO2 和 1% Al2O3 进行配料，将玻璃混合料置于石英坩埚内，在硅碳棒电炉内加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无碱磷酸盐玻璃，其组分包括：按重量百分比，３０～５７％Ｐ２Ｏ５、８～３０％ＺｎＯ、１５～４５％ＳｎＯ、１５～４０％Ｂ２Ｏ３、１～４％ＳｉＯ２和１～８％Ａｌ２Ｏ３。

【技术特征摘要】
1.一种无碱磷酸盐玻璃，其组分包括按重量百分比，30 57% P2O5>8 30% ZnO, 15 45% Sn0、15 40% B2O3U 4% SiO2 禾Π 1 8% Α1203。2.根据权利要求1所述的一种无碱磷酸盐玻璃，其特征在于所述无碱磷酸盐玻璃组包括，按重量百分比，42 57% P2O5>8 15% Ζη0、15 22% Sn0、15 22% B203、2 3% SiO2 和 1 2. 5% A1203。3.根据权利要求1所述的一种无碱磷酸盐玻璃，其特征在于所述无碱磷酸盐玻璃组分中P2O5和化03的总重量百分比为45 75%，且P2O5的含量大于化03的含量。4.根据权利要求1所述的一种无碱磷酸盐玻璃，其特征在于所述无碱磷酸盐玻璃组分中SiO和SnO的总重量百分比为23 50%，SiO和SnO的重量比为1 1 1 2。5.根据权利要求1所述的一种无碱磷酸盐玻璃，其特征在于所述无碱磷酸盐玻璃组分中SiO2和Al2O3的总重量百分比为2 9%，且Al2O3的含量大于SiO2的含量。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培，李胜春，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31