低熔封接玻璃的无铅化及发展前景

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1、低熔封接玻璃的无铅化及发展前景王瑾菲，蒲永平，杨公安，庄永勇（陕西科技大学材料科学与工程学院，西安710021）【摘要】：综述了低熔点封接玻璃的组成特点、种类及制备。指出了低熔点封接玻璃组成的无铅化和封接低温化并对Na2O-Al2O3-B2O3系统玻璃的制备和结构与性能进行介绍。新的制备工艺和新的玻璃形成体系将对封接玻璃发展起着十分重要的作用。【关键词】：低熔点，封接玻璃，无铅化，发展前景本文指出了封接玻璃组成的无铅化和低温化并对NaO-AlO-BO系统玻璃的制备工艺、结构与性能进22323行了介绍。1低熔点玻璃的种类1.1非结晶型封接玻璃封接玻璃常按封接前后

2、是否析晶分成非晶型和结晶型。非晶型玻璃组成主要有含氧化铅（PbO）的硅酸盐、硼硅酸盐、硼酸盐玻璃这类玻璃的封接温度较高。膨胀系数可在较大的范围内调节，但由于这类玻璃中常含有碱金属氧化物而影响绝缘性能。锌磷酸盐玻璃、钡磷酸盐玻璃、铅磷酸盐玻璃具有很低的软化温度和封接温度，但磷酸盐玻璃化学稳定性差而且膨胀系数大，常加入MgO、AlO、SiO、BO等改善化学稳定性。以VO2322325中图分类号：TQ171.73+7文献标识码：A前言低熔点玻璃是指熔点显著低于普通玻璃的封接玻璃，焊接玻璃，表面涂成及珐琅熔块。低熔点玻璃可以作为一种焊料应用于真空技术和电子技术中，它还

3、可以称为易熔釉和珐琅的一种组分，作为热敏电阻晶体，三极管和微型电路的防护层而应用与微电子学中。电子技术设备中仪器仪表和元件的防尘、防潮非常重要，在半导体仪器仪表的无壳密封中应用无机玻璃比应用有机介质相比能够耐更高的温度，玻璃的线膨胀系数也比有机漆和树脂的膨胀系数小，这样就提高了在温度急剧变化的条件下对半导仪器仪表保护的可靠性[1-5]。低熔点玻璃应具有低的软化温度或低的熔化温度，熔化温度的降低与电子或阴离子对正电荷的屏蔽程度有关。阴离子对阳离子的屏蔽在很大程度上取决于物质的结构及其性质，增大阴离子与阳离子的比例也能改善阳离子的屏蔽程度，从而降低物质的熔化温度。

4、通常认为：决定玻璃易熔性的组分可以是某些重金属离子以及含有18个或者更多电子的最外层的离子、易变性的大离子和带小电荷的离子[6-9]。并且降低熔化温度，可以降低能源消耗，响应目前国家号召的“节能减排”。随着欧盟“禁铅令”的提出使无铅无汞无镉等绿色环保电子材料已经成为电子材料行业的发展趋势。迄今为止，绝大多数可实用化的封接玻璃材料仍然是含铅的。其中氧化铅的含量约占原材料总质量的70%，由于含铅材料在制备过程中存在PbO的挥发，不仅造成陶瓷中的化学计量比的偏离，使得产品的一致性和重复性降低，而且PbO的挥发对环境和人体产生很大的危害。因此，发展无铅化的低熔封接玻璃

5、成为了研究重点。为主的钒酸盐系统[10]，比如VO-BO-ZnO系统具有2523特别高的化学稳定性，良好的介电性能和交大的介电常数，很低的熔融温度。在封接玻璃中，还有其它氧化物玻璃形成体系，如组成中Sb2O3、As2O3、V2O5、TeO2为玻璃形成体的氧化物玻璃。这类玻璃常具有较高的热膨胀系数，有的热膨胀系数大于20×10-1℃。基质玻璃往往不能满足被封接件热膨胀系数要求，常常要加入熔点高，膨胀系数小的结晶态或非结晶态物质，获得同时具有低封接温度和低膨胀系数的复合型封接玻璃。填料也可以增加封接玻璃的膨胀系数，如在低熔点玻璃中引入萤石粉能提高基质玻璃的热膨胀系

6、数。1.2结晶型封接玻璃结晶型焊料玻璃是指在封接过程中完全析晶或部分析晶。采用结晶型封接玻璃的优点：（1）可以通过调节析出的种类和数量，从而较大幅度地调节膨胀系数和膨胀特性，使之与封接件的热膨胀系数相匹配。（2）晶化后的封接玻璃中，许多致密的微小晶体被薄的玻璃相所包围，一般结晶相膨胀系数低，因而玻璃相受到压应力，结晶相受到张应力，而通常致密的结晶相的强度高于玻璃相，这样封接层总的强度得到了提高。另外，玻璃相可以起到应力松弛的作用，即使玻璃层中出现微裂纹，但一旦延伸到结晶相界面就被钝化，抑制了微裂纹的发展。从而提高封接强度、抗热震性和化学稳定性。收稿日期：200

7、8-12-2基金项目：国家自然科学基金，编号：No.50607013；陕西省教育厅专项科研基金，编号：No.08KJ222作者简介：王瑾菲（1984-），女，西安人，硕士，主要从事功能陶瓷的研究。E-mail:fancywangjinfei@163.com结晶型封接玻璃中应用最广的是PbO-BO-ZnO23和低膨胀ZnO-B2O3体系。这类玻璃封接过程中的[11-12]主晶相为4PbO·2ZnO·5B2O3、2PbO·ZnO·B2O3、α-4PbO·B2O3、Li2O-RO-Al2O3-SiO2体系，可[13]中国陶瓷│CHINACERAMICS│2009(4

8、5)第2期│7中国陶瓷2009年第2期