Bi-,2-O-,3--ZnO-B-,2-O-,3-系統(tǒng)低熔點封接玻璃的結構與性能研究.pdf

1、低熔點玻璃可以實現玻璃、陶瓷、金屬、半導體器件間的相互封接，被廣泛應用于電真空和微電子技術、汽車等眾多領域。與用于低溫封接的有機封接材料相比，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，作為含鉛低熔點玻璃的最佳替代者，Bi2O3-ZnO-B2O3系統(tǒng)低熔點玻璃受到廣泛關注。
　　 本文以Bi2O3-ZnO-B2O3系統(tǒng)低熔點玻璃為研究對象，利用XRD、SEM、IR

2、、Ramon、DSC等測試手段研究玻璃的微觀結構；利用平板粘度計、高溫顯微鏡、LCR測試儀、膨脹儀等手段研究玻璃的熔體粘度、潤濕、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構特征。繼而實現了對Bi2O3-ZnO-B2O3系統(tǒng)低熔點玻璃的結構、熔體性質、燒結性能、流散性能、電學性能，以及與不銹鋼材料的潤濕、封接性能，封接界面結構等內容的全面系統(tǒng)研究，為該系統(tǒng)封接玻璃的開發(fā)應用提供了重要理論基礎和技

3、術支撐。
　　 論文得出以下結論：
　　 （1）在本論文研究的三組鉍酸鹽玻璃結構中，Bi2O3和B2O3為玻璃的形成體，且B以[BO3]和[BO4]的結構單元形式存在，Bi主要以[BiO3]和[BiO6]的結構單元形式存在。ZnO是以玻璃網絡外體的形式存在于玻璃結構中。隨著Bi2O3含量的增多，玻璃結構中[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，玻璃結構中[BiO6]單元相對數量有所提高，結構中出現了有少量[BiO3]向[BiO6]轉變。
　　 （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。當熱處

5、理溫度為540℃時，A、B和C組玻璃試樣都有Bi24B2O39晶體析出。對200目玻璃粉末，在其所對應的封接溫度下，需要保溫30 min以上的時間，才能夠使其實現致密化。
　　 （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提高，介電損耗下降?；A玻璃在25～300℃的范圍內，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增加，而玻璃轉變點溫度Tg和玻璃軟化點溫度乃雙雙遞減。
　　 （5）溫度對Bi2O3-ZnO-B2O3系統(tǒng)低熔點封接玻璃體積電阻有較大的影響。玻璃試樣電學性能的變化與各氧化物在結構中的作用有著密切的關系。在溫度低于300℃時，玻璃試樣的體電阻非常的大，在109數量級以上，屬于絕緣體材料。而當在溫度達到400℃時，玻璃試樣的體積電阻迅速降低到105數量級。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）通過對玻璃與不銹鋼潤濕性能的研究，發(fā)現隨著熱處理溫度的升高，兩者的潤濕角降低。A3和A4試樣與不銹鋼有良好的潤濕性，溫度為530℃時，它們的潤濕角已經接近或低于50°。在玻璃與不銹鋼材料的封接中，兩種材料間形成了一個厚度在5-30μm的范圍IMC過渡層。過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低熔點封接玻璃的組成、結構與性能及使用性能之間的關系，為該無鉛封接玻璃的實用化提供了重要指導；
　　 （2）對該系統(tǒng)玻璃的組成與結構進行了系統(tǒng)研究，得到組分變化對玻璃結構組成單元變化的影響規(guī)律，以及具有較低轉變溫度的低熔點封接玻璃；
　　 （3）研究了該系統(tǒng)玻璃的中低溫溫度-粘度關系，對確定封接溫度范圍有重要指導意義；研究了玻璃的電阻-溫度特性，對封接件的使用溫度確定提供了參考；
　　 （4）利用