SrO-BaO-B2O3-SiO2系低熔点玻璃的结构及性能研究开题报告

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

1.选题的目的及意义(含国内外研究动态)

1.1研究目的与意义

微电子工业的快速发展使得电子元件朝着小型化、集成化等方向发展,这对封接材料的密封性和可靠性提出了更高的要求。低熔点封接玻璃是能够将玻璃,陶瓷,金属以及复合材料等互相封接起来的先进封接材料[1]。因此,具有较低熔制温度,化学稳定性好,较高的机械性能等优异性能的低熔点封接玻璃的研究与发展对微电子工业具有重要的意义[2]

近年来,工业上大量使用的封装玻璃依然主要是具有软化点较低,流动性好,光泽度和耐水性优良等特点的含铅玻璃,如PbO-B2O3-SiO2,PbO-ZnO-B2O3等氧化铅含量较高的系统。但是铅玻璃的熔制,使用过程存在的铅挥发会对人体及环境造成危害。从2006年2月起,欧美各国开始实施《关于电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》,我国也于同年7月开始实施这个指令,全面禁止在电子和汽车等产品中使用铅、镉、汞、铊、六价铬及其化合物等有害物质[3]。所以,低熔点封接玻璃的研究方向正朝着无铅化、绿色、生态节约的方向转变。

目前,无铅低熔点封接玻璃的研究主要聚焦在磷酸盐、钒酸盐、铋酸盐和硼酸盐等体系。这些低熔点封接玻璃体系都具有封接温度低,热膨胀系数在较大范围内可调动,机械性能良好等特点,但是也各自存在着缺点,如:磷酸盐系,低温封接玻璃的化学稳定性较差且成本昂贵,钒酸盐系封接玻璃中存在剧毒V2O5,硼酸盐系封接玻璃封接温度范围窄等[4]。现今存在的这些问题极大地限制了无铅低熔点封接玻璃的应用,未来低温封接玻璃应该在这些方面取得突破发展。

通过SrO-BaO-SiO2-B2O3低熔点玻璃的研究,拟获得性能优越的低熔点玻璃材料,以实现(1)封接温度低温化;(2)热膨胀系数范围与基板相适应;(3)化学稳定性良好,这几个目标。

熔制100g玻璃的成本为:原料(SiO2 19 g)200 ml刚玉坩埚35元

电耗24kw × 10 × 0.65 4kw × 1 × 0.65


1.2国内外研究动态

1.2.1磷酸盐系封接玻璃的研究

2000年,Koudelkashy;[5]等学者在《Borophosphate glasses of ZnO-B2O5-P2O5 system》中利用熔融淬冷法制成含有30%, 40%,50%,60%ZnO的四个组成系列28个ZnO-B2O3-P2O5体系样品,结合拉曼和红外光谱分析样品的结构变化发现体系内B2O3摩尔分数为20~30%,ZnO 摩尔分数为40~50%,则该体系更易形成均匀、稳定的硼酸盐玻璃。

2015年,王志强shy;[6]等学者在《Sb2O3添加对P2O5-ZnO系统玻璃的结构与析晶性能的影响》中采用熔体冷却法制备了x Sb2O3-(70-x)P2O5-30ZnO(x=0~40mol)系统无铅低熔点玻璃,通过DTA、IR、XRD、等方法研究发现,加入摩尔分数小于25%的Sb2O3可以抑制玻璃析晶,加强玻璃网络结构,使玻璃化学稳定性增加;加入摩尔分数大于25%的Sb2O3,Sb3 与P5 争夺游离氧导致分相,诱导玻璃析晶,致使玻璃稳定性降低。

1.2.2硼酸盐系封接玻璃的研究

2002年,Kimshy;[7]等学者在《Thermal and electrical properties of BaO-B2O3-ZnOglasses》中以化学纯试剂BaCO3,H3BO3和ZnO为原料制备了玻璃化转变温度(Tg)为480~560 ℃,热膨胀系数α=7~9×10 -6 K-1的BaO- B2O3-ZnO玻璃,期望可以作为含铅封接玻璃的替代物。

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