Bi-,2-O-,3--ZnO-B-,2-O-,3-系統(tǒng)低熔點(diǎn)封接玻璃的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、低熔點(diǎn)玻璃可以實(shí)現(xiàn)玻璃、陶瓷、金屬、半導(dǎo)體器件間的相互封接，被廣泛應(yīng)用于電真空和微電子技術(shù)、汽車等眾多領(lǐng)域。與用于低溫封接的有機(jī)封接材料相比，封接玻璃具有更好的氣密性和耐熱性；與適用于電子產(chǎn)品焊接的金屬封接材料相比，封接玻璃具有更好的電絕緣性。近年來(lái)，作為含鉛低熔點(diǎn)玻璃的最佳替代者，Bi2O3-ZnO-B2O3系統(tǒng)低熔點(diǎn)玻璃受到廣泛關(guān)注。
　　 本文以Bi2O3-ZnO-B2O3系統(tǒng)低熔點(diǎn)玻璃為研究對(duì)象，利用XRD、SEM、IR

2、、Ramon、DSC等測(cè)試手段研究玻璃的微觀結(jié)構(gòu)；利用平板粘度計(jì)、高溫顯微鏡、LCR測(cè)試儀、膨脹儀等手段研究玻璃的熔體粘度、潤(rùn)濕、介電、電阻與熱膨脹等性能；利用超景深顯微鏡和電子探針研究玻璃與不銹鋼封接界面的組織結(jié)構(gòu)特征。繼而實(shí)現(xiàn)了對(duì)Bi2O3-ZnO-B2O3系統(tǒng)低熔點(diǎn)玻璃的結(jié)構(gòu)、熔體性質(zhì)、燒結(jié)性能、流散性能、電學(xué)性能，以及與不銹鋼材料的潤(rùn)濕、封接性能，封接界面結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的全面系統(tǒng)研究，為該系統(tǒng)封接玻璃的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了重要理論基礎(chǔ)和技

3、術(shù)支撐。
　　 論文得出以下結(jié)論：
　　 （1）在本論文研究的三組鉍酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)中，Bi2O3和B2O3為玻璃的形成體，且B以[BO3]和[BO4]的結(jié)構(gòu)單元形式存在，Bi主要以[BiO3]和[BiO6]的結(jié)構(gòu)單元形式存在。ZnO是以玻璃網(wǎng)絡(luò)外體的形式存在于玻璃結(jié)構(gòu)中。隨著Bi2O3含量的增多，玻璃結(jié)構(gòu)中[BiO6]、[BiO3]單元都有所增加。隨著B2O3含量的增加，[BiO3][BO3]和[BO4]都有所增加而[Bi

4、O6]有所減少。隨著ZnO含量的增加，玻璃結(jié)構(gòu)中[BiO6]單元相對(duì)數(shù)量有所提高，結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了有少量[BiO3]向[BiO6]轉(zhuǎn)變。
　　 （2）在Bi2O3-ZnO-B2O3系統(tǒng)玻璃中，隨著Bi2O3、ZnO含量的增多和B2O3含量的減少，可有效降低玻璃的粘度、玻璃的液相析出溫度、玻璃的轉(zhuǎn)變溫度和析晶溫度。
　　 （3）隨著Bi2O3的含量提高，B2O3含量的降低，或ZnO含量的提高，玻璃的析晶傾向有增加的趨勢(shì)。當(dāng)熱處

5、理溫度為540℃時(shí)，A、B和C組玻璃試樣都有Bi24B2O39晶體析出。對(duì)200目玻璃粉末，在其所對(duì)應(yīng)的封接溫度下，需要保溫30 min以上的時(shí)間，才能夠使其實(shí)現(xiàn)致密化。
　　 （4）隨著玻璃組分中Bi2O3、ZnO含量的增加，玻璃試樣的介電常數(shù)有所降低，介電損耗有所增加。而相反，隨著玻璃組分中B2O3含量的增加，玻璃試樣的介電常數(shù)提高，介電損耗下降。基礎(chǔ)玻璃在25～300℃的范圍內(nèi)，隨著Bi2O3、ZnO含量的增加和B2O3含

6、量的減少，玻璃的線性膨脹系數(shù)增加，而玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度Tg和玻璃軟化點(diǎn)溫度乃雙雙遞減。
　　 （5）溫度對(duì)Bi2O3-ZnO-B2O3系統(tǒng)低熔點(diǎn)封接玻璃體積電阻有較大的影響。玻璃試樣電學(xué)性能的變化與各氧化物在結(jié)構(gòu)中的作用有著密切的關(guān)系。在溫度低于300℃時(shí)，玻璃試樣的體電阻非常的大，在109數(shù)量級(jí)以上，屬于絕緣體材料。而當(dāng)在溫度達(dá)到400℃時(shí)，玻璃試樣的體積電阻迅速降低到105數(shù)量級(jí)。隨著Bi2O3、ZnO含量的增加、B2O3含量的

7、減少，玻璃試樣的體積電阻有所下降。
　　 （6）通過(guò)對(duì)玻璃與不銹鋼潤(rùn)濕性能的研究，發(fā)現(xiàn)隨著熱處理溫度的升高，兩者的潤(rùn)濕角降低。A3和A4試樣與不銹鋼有良好的潤(rùn)濕性，溫度為530℃時(shí)，它們的潤(rùn)濕角已經(jīng)接近或低于50°。在玻璃與不銹鋼材料的封接中，兩種材料間形成了一個(gè)厚度在5-30μm的范圍IMC過(guò)渡層。過(guò)渡層的厚度隨著熱處理溫度的提高而增加。
　　 本論文的特色與創(chuàng)新在于：
　　 （1）系統(tǒng)全面地研究了Bi2O3-

8、ZnO-B2O3低熔點(diǎn)封接玻璃的組成、結(jié)構(gòu)與性能及使用性能之間的關(guān)系，為該無(wú)鉛封接玻璃的實(shí)用化提供了重要指導(dǎo)；
　　 （2）對(duì)該系統(tǒng)玻璃的組成與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，得到組分變化對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)組成單元變化的影響規(guī)律，以及具有較低轉(zhuǎn)變溫度的低熔點(diǎn)封接玻璃；
　　 （3）研究了該系統(tǒng)玻璃的中低溫溫度-粘度關(guān)系，對(duì)確定封接溫度范圍有重要指導(dǎo)意義；研究了玻璃的電阻-溫度特性，對(duì)封接件的使用溫度確定提供了參考；
　　 （4）利用