無(wú)鉛低熔點(diǎn)封接玻璃粉作為一種新型封接材料，可在較低溫度下實(shí)現(xiàn)金屬-金屬、金屬-陶瓷、金屬-玻璃等材料間的封接、粘接和絕緣，已經(jīng)廣泛用于汽車工業(yè)、航空航天和電子工業(yè)等高精尖行業(yè)，用以解決電氣工程、電子傳感器、保護(hù)和裝飾涂料、光學(xué)、光通訊、結(jié)構(gòu)力學(xué)、醫(yī)學(xué)、核技術(shù)、超導(dǎo)體和微流控芯片等一系列的現(xiàn)代技術(shù)的挑戰(zhàn)。在現(xiàn)代真空和電子技術(shù)中。

　　低溫封接玻璃粉可以作為新型焊接材料。而在微電子學(xué)領(lǐng)域，其主要用于熱敏電阻、三較管和微型電路等的防護(hù)層。

　　中國(guó)市場(chǎng)信息研究網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2016年我國(guó)低熔點(diǎn)玻璃粉的產(chǎn)值超過(guò)160億元，并且每年的增長(zhǎng)率在7%以上。

　　目前，市場(chǎng)上還有很多電子元器件選用含鉛玻璃粉進(jìn)行封接，如PbO-B2O3-SiO2系或者PbO-ZnO-B2O3系玻璃，其氧化鉛含量達(dá)80%。

　　隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，美國(guó)，德國(guó)，日本等國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始強(qiáng)制實(shí)施《關(guān)于電子電氣設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》的法規(guī)，一體禁止在電子和汽車等產(chǎn)品中使用鉛、鎘、汞、六價(jià)鉻及其化合物等有害物質(zhì)。綠色、環(huán)保、無(wú)鉛化已成為電子制造業(yè)的發(fā)展方向。

　　優(yōu)合化工研究出這款新型磷酸鹽系無(wú)鉛封接低熔點(diǎn)玻璃粉因其玻璃粉化轉(zhuǎn)變溫度低、軟化溫度低和熱膨脹系數(shù)范圍較寬并且可調(diào)、封接溫度下粘度低且有良好流動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，具有替代當(dāng)前鉛系封接玻璃粉的潛在優(yōu)勢(shì)。

　　產(chǎn)品主要特點(diǎn)：

　　1、良好的封接和熱加工性能：適宜的熱膨脹系數(shù)和軟化溫度，能和待封接材料實(shí)現(xiàn)氣密性封接，并且封接后殘余應(yīng)力較小(安全可控范圍內(nèi))；

　　2、良好的機(jī)械強(qiáng)度和抗熱沖擊性能：具有較高的抗彎、抗壓和抗沖擊強(qiáng)度；能承受一定量的熱沖擊和工作時(shí)產(chǎn)生的高溫和周圍環(huán)境間的溫度差。

　　3、較好的化學(xué)穩(wěn)定性：具有一定的耐水、酸、堿等不同介質(zhì)腐蝕性；

　　4、與封接基體良好的潤(rùn)濕性；

　　5、良好的氣密性和工作載荷下玻璃無(wú)氣體釋放。

　　其主要應(yīng)用于玻璃-金屬封接、厚膜漿料、光學(xué)元件的模制、金屬的低溫瓷漆和電子封裝等行業(yè)，市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

　　決定低熔點(diǎn)玻璃粉性能的成分一般是較化程度較高的含有18個(gè)或者更多外電子層的重金屬離子、易發(fā)生變形的半徑比非常大的離子以及低電荷的陽(yáng)離子，所以研究者尋求，Bi2O3·P2O5·V2O5和SnO等氧化物來(lái)代替玻璃中的PbO。

　　無(wú)鉛低熔點(diǎn)封接玻璃的種類與特點(diǎn)

　　無(wú)鉛低熔點(diǎn)封接玻璃粉是相對(duì)于含鉛封接玻璃粉提出的，可以明顯減少環(huán)境污染，新型環(huán)保，具有很大市場(chǎng)潛力。

　　對(duì)于無(wú)鉛低熔點(diǎn)封接玻璃粉，國(guó)內(nèi)外研究主要集中在鉍酸鹽體系

　　磷酸鹽體系、釩酸鹽體系、或硼酸鹽體系。

　　低熔點(diǎn)封接玻璃粉必須滿足一定的封接條件才能與被封接件的牢固封接，要求具有以下特點(diǎn):

　　1.較低的軟化溫度:封接溫度一般比軟化溫度高50～70℃，而延長(zhǎng)封接時(shí)間可以適當(dāng)降低封接溫度。軟化溫度高時(shí)容易對(duì)封接件產(chǎn)生損傷，而且封接氣密性變差，所以要求封接玻璃具有較低的軟化溫度。

　　2.匹配的熱膨脹系數(shù):要求封接玻璃與封接件的熱膨脹系數(shù)相近，相差不能超過(guò)10%否則會(huì)導(dǎo)致封接處出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。

　　3.潤(rùn)濕性:反映了封接玻璃與封接件的結(jié)合能力，二者潤(rùn)濕性良好的封接強(qiáng)度高，更易于封接

　　4.化學(xué)穩(wěn)定性:良好的化學(xué)穩(wěn)定性能夠保證封接玻璃的實(shí)際應(yīng)用。

　　無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃粉應(yīng)用廣泛，主要有以下幾個(gè)方面:

　　(1)純粹的封接材料，用作玻璃、陶瓷或金屬材料之間的相互封接;

　　(2)封裝材料，如涂層封裝、鈍化膜層、管殼封裝等;

　　(3)填充材料，用作電子器件中的填充劑來(lái)

　　改善和提高電子元件的性能，包括力學(xué)性能、絕緣性能以及熱膨脹等性能。其中，較好個(gè)方面的應(yīng)用量。下文簡(jiǎn)述了無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃應(yīng)用較多的幾種用途，包括平板顯示用、晶硅太陽(yáng)能電池用、不銹鋼真空密封用和電子漿料用等低熔點(diǎn)玻璃粉。

　　平板顯示用封接玻璃粉

　　現(xiàn)代社會(huì)隨著智能手機(jī)、電腦和液晶電視等電子產(chǎn)品的普及，平板顯示市場(chǎng)需求和規(guī)模迅速擴(kuò)大，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防以及各種公共場(chǎng)所得到廣泛應(yīng)用。平板顯示技術(shù)的發(fā)展方向是輕薄化、大尺寸、高分辨率和低能耗。其中，液晶顯示器和等離子顯示器的顯示屏通常由前后兩塊玻璃基板組成，且通過(guò)封接玻璃粉

　　相互粘結(jié)起來(lái)的。例如每一塊TFT-LCD液晶顯示屏包括兩片基板玻璃，分別用作材料濾波片的基板和薄膜晶體管陣列基板。顯示屏對(duì)于基板玻璃的化學(xué)組成、性能和生產(chǎn)工藝的要求非常高，在平板顯示用低熔點(diǎn)玻璃的無(wú)鉛化研究方面，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者主要集中在鉍酸鹽、磷酸鹽和釩酸鹽等玻璃粉體系，取得了一定的成果。近來(lái)公開(kāi)了一種TFT-LCD封接用玻璃，由40%～60%的Bi2O3、8%～15%的ZnO、15%～35%的B2O3為主要成分組成，利用低膨脹系數(shù)的鋰霞石微晶玻璃作為填料，制備的低熔點(diǎn)玻璃封接溫度低至550℃，熱膨脹系數(shù)在(40～60)×10－7/℃，具有無(wú)鉛、低軟化點(diǎn)和低熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，能夠滿足TFT-LCD薄膜晶體管液晶顯示器的封接要求。

　　不銹鋼是現(xiàn)代制造業(yè)中常用的結(jié)構(gòu)材料，用于建筑業(yè)、工程結(jié)構(gòu)以及汽車、火車等運(yùn)輸業(yè)領(lǐng)域。目前我國(guó)不銹鋼的使用量已居于世界，甚至超過(guò)整個(gè)歐盟的使用量。不銹鋼真空密封是不銹鋼產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)，但是在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到產(chǎn)品的真空度合格率不高的問(wèn)題，其中底部玻璃焊縫用的玻璃性能較易存在問(wèn)題，嚴(yán)重影響不銹鋼制品的合格率。為了提高不銹鋼真空容器產(chǎn)品的品質(zhì)，其生產(chǎn)工藝逐步由無(wú)尾封接取代了過(guò)去的有尾封接，分散性和潤(rùn)濕性良好，封接效果相對(duì)較好。但是封接層的力學(xué)性能較差、抗熱震能力不高。

　　保持玻璃粉和金屬良好的浸潤(rùn)性與匹配性是形成制品良好封接的必然要求。相關(guān)人士研制出了一種用于不銹鋼封接的鉍酸鹽玻璃粉，在100-300℃范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)為（1.07×10－6/℃），能夠與不銹鋼膨脹系數(shù)相仿，從而實(shí)現(xiàn)匹配封接。并且他們還研究了不銹鋼的表面粗糙度和封接溫度對(duì)濕潤(rùn)角的影響，發(fā)現(xiàn)不銹鋼的粗糙度越大，其與玻璃的潤(rùn)濕角越小。封接溫度為420-480℃范圍內(nèi)時(shí)，潤(rùn)濕角在23°至138°之間變化，由此推得該鉍酸鹽玻璃與不銹鋼的封接溫度為440-460℃。相關(guān)人士研究了Bi2O3-BaO-SiO2-ＲxOy玻璃粉體系的結(jié)構(gòu)與封接性能之間的關(guān)系，用于固體氧化物燃料電池中不銹鋼與陶瓷電解質(zhì)的粘結(jié)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該玻璃的熱膨脹系數(shù)為（11×10﹣6/℃）與SUS430不銹鋼的熱膨脹系數(shù)(11.3×10﹣6/℃)和陶瓷電解質(zhì)的熱膨脹系數(shù)(10.2×10﹣6/℃）相匹配，滿足低溫封接的要求，界面結(jié)合緊密，氣密性良好。

　　導(dǎo)電漿料中的玻璃粉粘結(jié)劑一般用量為5%～10%，而電阻漿料的玻璃粘結(jié)劑的使用量更高，可以達(dá)到50%以上。玻璃粘結(jié)劑的性能對(duì)電子產(chǎn)品的質(zhì)量有直接的影響，如玻璃粉的熱膨脹系數(shù)直接影響陶瓷或者玻璃粉基板的結(jié)合性、粘結(jié)強(qiáng)度和密封性，而玻璃粉的封接溫度決定了電子產(chǎn)品的零部件封裝時(shí)會(huì)否發(fā)生變形和老化。電子元件內(nèi)部某些部件或材料不允許高溫操作以免損害元件，所以要求封接溫度越低越好，一般要求低于600℃因此，研究玻璃粉粘結(jié)劑可以促進(jìn)電子漿料和整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　相關(guān)人士研究了這款用于厚膜漿料的低熔點(diǎn)玻璃粉粘結(jié)劑，發(fā)現(xiàn)當(dāng)玻璃粉含量從5%增至10%時(shí)，玻璃粉和銀之間的擴(kuò)散較為理想，而且附著力加大8 N。當(dāng)玻璃粉含量增至20%時(shí)，玻璃粉流動(dòng)性過(guò)大，附著力降至65 N。當(dāng)玻璃粉含量從5%增至20%時(shí)，玻璃粉的增加會(huì)使導(dǎo)電相的濃度減小，方塊電阻加大。相關(guān)人士還發(fā)現(xiàn)當(dāng)玻璃粉含量從2%增至8%時(shí)，銀膜附著力逐漸加大;當(dāng)玻璃粉含量增至10%時(shí)，附著力增加緩慢;方塊電阻隨著玻璃粉含量的增加先減小后加大�？梢�(jiàn)，電子漿料中玻璃粘結(jié)劑的用量對(duì)于漿料的導(dǎo)電性能和粘結(jié)強(qiáng)度具有重要影響。

　　4發(fā)展方向及打破點(diǎn)

　　目前無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃粉還存在封接溫度較高、熱膨脹系數(shù)與基材不匹配和化學(xué)穩(wěn)定性較差等問(wèn)題，

　　對(duì)低熔點(diǎn)封接玻璃粉的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，研究方向有如下幾個(gè):(1)無(wú)鉛化。傳統(tǒng)的含鉛含重金屬封接玻璃粉注定將被淘汰，實(shí)現(xiàn)封接玻璃粉的完全無(wú)鉛化勢(shì)在必行。封接玻璃粉的無(wú)鉛化，將是封接玻粉璃研究和發(fā)展的首要方向。

　　(2)低熔點(diǎn)化。過(guò)高的封接溫度會(huì)對(duì)電子元器件產(chǎn)生損傷，所以降低封接溫度將會(huì)有利于電子和微電

　　子器件的制備工藝優(yōu)化和使用壽命。但是在降低封接玻璃的封接溫度時(shí)，需要注意避免熱膨脹系數(shù)增加過(guò)大。

　　(3)復(fù)合化。復(fù)合型封接玻璃粉中包括結(jié)晶和非結(jié)晶性組分，可以通過(guò)調(diào)節(jié)析出晶相的種類和數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)等特性，使之匹配被封接件。晶化后的結(jié)晶相強(qiáng)度高于玻璃相，導(dǎo)致封接強(qiáng)度加大，且抗熱震性、電絕緣性能和化學(xué)性能穩(wěn)定均高于普通非結(jié)晶型封接玻璃。所以復(fù)合化是無(wú)鉛封接玻璃發(fā)展的趨勢(shì)。

　　對(duì)于一系列亟待解決的問(wèn)題，可以在以下方面取得打破:

　　1.國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃粉的研究相對(duì)滯后，高性能低熔點(diǎn)玻璃粉全部依賴國(guó)外進(jìn)口。所以急需加強(qiáng)對(duì)其理論研究，包括建立各低熔點(diǎn)玻璃的相關(guān)組成、制備工藝條件、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系等基礎(chǔ)理論，并利用新的材料制備技術(shù)。

　　2.對(duì)于復(fù)合型玻璃粉的研究，可以通過(guò)添加填料等方式來(lái)降低封接玻璃粉粉的熱膨脹系數(shù)，包括使用不同種

　　類和數(shù)量的金屬、陶瓷或者晶須顆粒等填料，達(dá)到在降低封接溫度的同時(shí)能夠保證實(shí)現(xiàn)與不同基體的匹配連接。

　　3.改進(jìn)制備工藝。例如，通過(guò)利用納米化處理改進(jìn)制備工藝和改善潤(rùn)濕性等方法來(lái)增加封接玻璃粉強(qiáng)度，改善其電性能、化學(xué)和熱穩(wěn)定性等性能;尋找適宜的燒結(jié)條件，提高玻璃粉化學(xué)穩(wěn)定性和封接強(qiáng)度等性能。

　　結(jié)語(yǔ)

　　研究與開(kāi)發(fā)無(wú)鉛低熔點(diǎn)封接玻璃具有重大意義，也是相關(guān)產(chǎn)發(fā)展領(lǐng)域。低溫化與復(fù)合化是無(wú)鉛低熔點(diǎn)封接玻璃的發(fā)展方向，而且需要對(duì)低熔點(diǎn)封接玻璃進(jìn)行相關(guān)組成、結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系以及制備工藝條件等基礎(chǔ)理論的研究，并利用新的材料制備技術(shù)。其主要應(yīng)用于玻璃-金屬封接、厚膜漿料、光學(xué)元件的模制、金屬的低溫瓷漆和電子封裝等行業(yè)。