低熔点封装玻璃的研制开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

封接玻璃是用于密封或连接玻璃、陶瓷、金属以及其他材料的中间层玻璃。而低熔点封接玻璃的封接温度一般低于600℃,具有封接温度低、机械强度高和电性能优异等特点,在集成电路、宇航、电真空技术、激光和各类显示器等领域有着极大应用。随着微电子技术、红外技术等现代科技的快速发展,电器元件和结构元件不断向小型化和高精密化等方向发展,对封装材料的相关性能提出了更高的要求,促进了人们对低熔点封装玻璃的研究。

决定低熔点封接玻璃能否实际应用的主要性能要求有:(1)适当的软化温度,在不损坏电子元件的基础上尽量降低封接温度,保证强度及气密性;(2)匹配的热膨胀系数,基体与封装玻璃的热膨胀系数差应控制在±10%以内,避免应力集中及裂纹产生;(3)优异的电学性能,其一是高的体积电阻和击穿电压,还有高频环境下的低介电常数和介电损耗;(4)良好的化学稳定性,使其经得起常见介质腐蚀,能长久发挥效用;(5)良好的润湿性,使基体和封接材料紧密结合。

如今对于低熔点封接玻璃的研究仍有许多不足之处,接下来的研究主要有以下几个,一是组成无铅化,去除对人体和环境有极大危害的重金属氧化物;二是封接低温化,减轻热冲击和热腐蚀,有利于电子和微电子器件的制备工艺优化和使用寿命延长;三是复合化,通过结晶型和非结晶型的组合,制备出性能更加优异的封接玻璃。

目前为止,国内外对低熔点封接玻璃的研究及应用主要集中在磷酸盐、钒酸盐、铋酸盐、硼酸盐这四种玻璃系统上。磷酸盐玻璃以磷氧四面体为结构单元的层状结构,使其具有较低的玻璃化转变温度Tg和较低的玻璃软化温度;并有较高且范围宽泛的热膨胀系数,但是玻璃成分中的P2O5极易吸水潮解,使其化学稳定性的改善成为研究的重点;钒酸盐玻璃以V2O5为主要成分,其过去常用作玻璃性质的调节剂,钒离子能以VO6八面体的形式进入玻璃网络结构中,能显著降低玻璃的软化温度,但V2O5不能单独形成玻璃,需要适当比例的玻璃形成体辅助,所以与其他玻璃体系、氧化物等的复合一直是国内外研究的主要方向;铋酸盐玻璃的主要成分是Bi2O3,也要和其他成分一起才能形成玻璃,能显著降低玻璃粘度,增大玻璃密度;硼酸盐玻璃的基本结构单元是[BO3]三角体,但有些情况下会转变为[BO4]四面体,它们通过桥氧离子连接形成环状结构,从而强化玻璃网络,具有较高的软化温度和较低的热膨胀系数。

四大玻璃体系各有优劣,也各自有其发展和成果,但成果最为显著的还是不同组分的融合带来的各方面性能的改进。由于科技的日益发展,高频环境下封接材料的需求日益增多,既满足热学性能、稳定性,又兼顾良好介电性能的封接玻璃研究势在必行。

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