專利名稱：密封玻璃組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密封玻璃組合物。具體地講，本發(fā)明涉及粘結(jié)陶瓷的密封玻璃組合物。更具體地講，本發(fā)明涉及可應(yīng)用于粘結(jié)陶瓷的組合物，應(yīng)用時(shí)，即使在400℃以下燒結(jié)，也能達(dá)到令人滿意的粘結(jié)強(qiáng)度。
半導(dǎo)體器件或芯片，也稱為“電路片”，一般要包裝在密封陶瓷容器之中，以防破損。這種陶瓷包裝可用氧化鋁，碳化硅，氮化硅或其它陶瓷料制成。常用的包裝材料為氧化鋁(Al2O3)。
這類陶瓷包裝一般是在陶瓷件表面上施涂密封玻璃組合物后高溫加熱而達(dá)到粘結(jié)密封。這種陶瓷包裝的問題之一是迄今已知的密封玻璃組合物一般要求在400℃或以上溫度下燒結(jié)才能使陶瓷件粘結(jié)并達(dá)到令人滿意的粘結(jié)強(qiáng)度。例如，常見的以硼酸鉛系列為基礎(chǔ)的密封玻璃要求在430℃燒結(jié)才能達(dá)到令人滿意的粘結(jié)強(qiáng)度。但是，許多新型半導(dǎo)體電路片對(duì)燒結(jié)溫度更加敏感，處于400℃以上溫度時(shí)其有效性要受到不利影響。對(duì)燒結(jié)溫度敏感的電路片包括大型電路片和應(yīng)用精細(xì)線型輪廓的電路片。在后一種情況下，電路片表面上具有間隔1-2μm的Si-SiO2-Si線。高溫?zé)Y(jié)而實(shí)現(xiàn)粘結(jié)時(shí)有可能毀損這些電路片的有效性，因?yàn)榫€型組合物初熔會(huì)導(dǎo)致線間熔接，而這是不允許的。
因此，迫切要求提供一種不要求高溫?zé)Y(jié)而又能達(dá)到令人滿意的粘結(jié)強(qiáng)度的陶瓷包裝。
本發(fā)明提供用以粘結(jié)陶瓷的新型密封玻璃組合物。本發(fā)明密封玻璃組合物可經(jīng)400℃以下燒結(jié)而粘結(jié)陶瓷，同時(shí)又能達(dá)到令人滿意的粘結(jié)強(qiáng)度。該組合物包括18-70wt%氧化鉛，18-60wt%氧化釩，1-10wt%氧化磷，0.5-5wt%氧化鈮，0-30wt%氧化鉍和1-15wt%至少一種選自氧化碲和氧化硒的氧化物。優(yōu)選組合物含18-55%PbO，18-55%V2O5，1-15%TeO2和/或SeO2，0.7-30%Bi2O3，1-5%Nb2O5和3-5%P2O5。
由于密封玻璃組合物一般是以密封玻璃糊狀應(yīng)用，所以本發(fā)明另一方面是制造這種糊的方法。該方法包括制取上述密封玻璃組合物混合物，加熱該玻璃組合物，其中加熱時(shí)間和加熱后的溫度足以使玻璃混合物熔化，驟冷所得熔融玻璃而使其固化，粉碎固化玻璃而得玻璃顆粒并將玻璃顆粒與有機(jī)溶劑充分混合而得玻璃糊。
本發(fā)明還包括陶瓷表面粘結(jié)方法，其中包括將上述玻璃組合物構(gòu)成的密封玻璃糊施涂到至少一個(gè)待粘結(jié)陶瓷面上，將密封玻璃糊和待粘結(jié)陶瓷表面加熱到400℃以下而實(shí)現(xiàn)粘結(jié)，然后冷卻粘結(jié)陶瓷表面。
如上所述，本發(fā)明密封玻璃組合物包括18-70wt%氧化鉛，18-60wt%氧化釩，1-10wt%氧化磷，0.5-5wt%氧化鈮，0-30wt%氧化鉍和1-15wt%至少一種選自氧化碲和氧化硒的氧化物。本文中所用百分比為重量百分比。優(yōu)選組合物基本上由約18-55%PbO，約3-5%P2O5，約1-5%Nb2O5和約1-15%TeO2和/或SeO2構(gòu)成。Bi2O3的優(yōu)選量為約0.7-30%。
基礎(chǔ)玻璃組合物包括玻璃前體氧化釩(V2O5)和氧化鉛(PbO)。組合物的要求特性是由添加其它成分而達(dá)到的，但V2O5和PbO量應(yīng)當(dāng)保持在要求范圍內(nèi)以保證加其它添加劑時(shí)達(dá)到要求性能。在進(jìn)行組合物配料時(shí)，應(yīng)適當(dāng)選擇氧化鉛和氧化釩及其它添加劑量，以使PbO和V2O5可與其它成分相互配合而形成可在必要低溫下進(jìn)行令人滿意的燒結(jié)的混合物。
玻璃混合物中包括氧化鈮(Nb2O5)旨在控制玻璃的熱膨脹，從而避免待粘結(jié)玻璃組合物和陶瓷件的熱膨脹之間出現(xiàn)過度的不相配。但還應(yīng)控制氧化鈮的用量，避免其對(duì)所需玻璃組合物的低燒結(jié)溫度產(chǎn)生不良影響。為此，非常有效的氧化鈮量據(jù)信為0.5-5wt%。
應(yīng)用氧化磷(P2O5)的目的是降低其玻璃組合物的熔點(diǎn)。1-10%的氧化磷量，如P2O5，可令人滿意地達(dá)到這一效果，同時(shí)又不會(huì)對(duì)玻璃的燒結(jié)溫度帶來不利的影響。氧化磷含量?jī)?yōu)選不高于5%。
加氧化碲(TeO2)和氧化硒(SeO2)的作用均在于提高玻璃組合物的流動(dòng)性因而增加玻璃與陶瓷的反應(yīng)性，從而達(dá)到有效的粘結(jié)。氧化碲和氧化硒可單獨(dú)使用，也可并用，其量為1-15%。
氧化鉍(Bi2O3)可提高玻璃組合物在陶瓷基體上的可潤(rùn)濕性，特別是可用作為帶有金屬涂層，如金涂層陶瓷基體的粘結(jié)添加劑，因?yàn)檠趸G可改善金屬涂層在陶瓷基體上的可潤(rùn)濕性。盡管在不采用金屬涂層基體時(shí)可不加氧化鉍而配制成玻璃組合物，但是氧化鉍的存在可使玻璃組合物用途更加廣泛。Bi2O3的優(yōu)選用量為0.7-30%。
以下實(shí)施例根據(jù)目前的優(yōu)選實(shí)施方式說明本發(fā)明的實(shí)施情況。
如下表1所示，按重量百分比制成下列各成分的混合物。這些氧化物混合后在坩堝中加熱到900℃。保溫1.5小時(shí)后用水驟冷所得熔融混合物，得到熔接玻璃產(chǎn)品。該熔接玻璃150℃干燥6小時(shí)后機(jī)械研磨粉碎至325目以下。得到的研磨玻璃料與有機(jī)溶劑“TEXANOL”充分混合，顆粒涂層后得玻璃糊。
表1化合物 wt%氧化鉛 50.74氧化釩 41.34氧化碲 1.38氧化鈮 1.84五氧化二磷 3.55氧化鉍 1.15為了評(píng)價(jià)在相對(duì)低溫下燒結(jié)后該糊達(dá)到令人滿意的陶瓷粘結(jié)效果，將5份糊分別施涂于氧化鋁表面上，然后樣品在爐中以10℃/分鐘的速度加熱到350℃并于該溫度下保溫10分鐘。在上述加熱過程中，有機(jī)溶劑揮發(fā)出來。進(jìn)行加熱之后，讓樣品自然冷卻至常溫。測(cè)試0.4平方英寸試件的粘結(jié)強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果列于下表2，其中列出了欲將粘結(jié)陶瓷表面分開所需的抗拉強(qiáng)度。
表2樣品 抗拉強(qiáng)度(psi)1 33.02 29.03 31.04 37.45 22.0制取下表3所列組合物的其它樣品。如上所述制得糊和樣品后也進(jìn)行類似的分離試驗(yàn)，結(jié)果列于下表4。
表3氧化鉛 50.37氧化釩 41.04氧化硒 1.28五氧化二磷 4.57氧化鈮 1.65氧化鉍 1.10
表4樣品 抗拉強(qiáng)度(psi)1 30.02 15.53 15.04 22.05 24.0從以上所述可以看出，本發(fā)明密封玻璃組合物能使陶瓷表面達(dá)到令人滿意的相互粘結(jié)或令人滿意地粘結(jié)在陶瓷表面上，而且在不偏離本發(fā)明的情況下，還可做出各種改進(jìn)或采取其它實(shí)施方式。例如，可應(yīng)用各種有機(jī)溶劑來制備玻璃組合物糊。目前，優(yōu)選用酯醇，如2，2，4-三羥甲基(methol)-1，3-戊二醇單異丁酸酯，銷售商標(biāo)為TEXANOL，但同樣可用其它二醇酯或二醇醚酯。而且，也可用其它醇，如N-丁醇或萜品醇。此外，本技術(shù)領(lǐng)域已知的樹脂，trixotrope和溶劑的預(yù)制混合物也是可以應(yīng)用的。另外，本發(fā)明密封玻璃組合物可與各種基體并用。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該由所附權(quán)利要求書加以限定。
權(quán)利要求
1.用以粘結(jié)陶瓷表面而能在低于400℃的燒結(jié)溫度下達(dá)到令人滿意的粘結(jié)強(qiáng)度的密封玻璃組合物，其中包括18-70wt%氧化鉛，18-60wt%氧化釩，1-10wt%氧化磷，0-30wt%氧化鉍，1-15wt%至少一種選自氧化碲和氧化硒的氧化物和0.5-5wt氧化鈮。
2.權(quán)利要求1的密封玻璃組合物，其中氧化鉍含量為0.7-30%。
3.權(quán)利要求1的密封玻璃組合物，其中氧化磷含量不高于5%。
4.權(quán)利要求1的密封玻璃組合物，其中包括約18-55%PbO，約18-55%V2O5，約1-5%Nb2O5，約3-5%P2O5，約0.7-30%Bi2O3和約1-15%至少一種選自TeO2和SeO2的氧化物。
5.制造密封玻璃糊的方法，其中包括制取密封玻璃組合物混合物，其中包括18-70wt%氧化鉛，18-60wt%氧化釩，1-10wt%氧化磷，0-30wt%氧化鉍，0.5-5wt%氧化鈮和1-15至少一種選自氧化碲和氧化硒的氧化物;將所說玻璃混合物加熱，加熱時(shí)間和加熱后的溫度足以使所說玻璃混合物熔化;驟冷玻璃以使其固化;粉碎所說固化玻璃而得玻璃顆粒;和將所說玻璃顆粒與有機(jī)溶劑充分混合而得糊。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所說密封玻璃組合物混合物中含0.7-30%氧化鉍。
7.權(quán)利要求5的方法，其中所說密封玻璃組合物混合物中含不高于5%的氧化磷。
8.權(quán)利要求5的方法，其中所說密封玻璃組合物混合物中含約18-55%PbO，約18-55%V2O5，約1-5%Nb2O5，約3-5%P2O5，約0.7-30%Bi2O3和約1-15%至少一種選自TeO2和SeO2的氧化物。
9.陶瓷表面相互粘結(jié)方法，其中包括制成密封玻璃糊，用密封玻璃組合物作原料，其中包括18-70wt%氧化鉛，18-60wt%氧化釩，1-10wt%氧化磷，0-30wt%氧化鉍，0.5-5wt%氧化鈮和1-15wt%至少一種選自氧化碲和氧化硒的氧化物;將所說密封玻璃糊放在待粘結(jié)陶瓷表面之間;在低于400℃的高溫條件下加熱所說陶瓷表面而實(shí)現(xiàn)粘結(jié)，同時(shí)達(dá)到令人滿意的粘結(jié)強(qiáng)度，最后冷卻所說粘結(jié)表面。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所說密封玻璃組合物中含0.7-30%氧化鉍。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所說密封玻璃組合物中含不高于5%的氧化磷。
12.權(quán)利要求9的方法，其中所說密封玻璃組合物中含約18-55%PbO，約18-55%V2O5，約1-5%Nb2O5，約3-5%P2O5，約0.7-30%Bi2O3和約1-15%至少一種選自TeO2和SeO2的氧化物。
全文摘要
本發(fā)明提出密封玻璃組合物，其中包括18—70wt％氧化鉛，18—60wt％氧化釩，1—10wt％氧化磷，0—30wt％氧化鉍，0.5—5wt％氧化鈮和1—15wt％至少一種選自氧化碲和氧化硒的氧化物。
文檔編號(hào)C04B37/00GK1057446SQ9110116
公開日1992年1月1日 申請(qǐng)日期1991年2月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月21日
發(fā)明者瑪斯尤德·阿克塔 申請(qǐng)人:約翰遜·馬太公司