提高铁封玻璃抗开裂性能的研究

论文摘要

电子元器件金属外壳广泛使用金属-玻璃封接技术。其中金属为具有低膨胀系数的可伐合金,玻璃为硼硅酸盐硬玻璃。但可伐合金导热性较差、不耐应力腐蚀,而且价格较高。因此,在大功率器件和继电器等要求具有良好散热性能的电子元器件中,期望用相对廉价的低碳钢如10#钢代替可伐合金。与钢封接的玻璃为铁封玻璃,我国的牌号为DG-502,由于含有质量分数为30%的PbO,不利于环保。近年来,我国的金属外壳制造厂、所主要使用日本NEG公司的ST-4CK铁封玻璃。这是一种非晶玻璃,所以在引线受应力时玻璃很容易开裂。为了提高元器件的可靠性,本论文试图在开发更可靠的铁封玻璃方面进行一些探索性工作。第一部分工作是准备性研究。首先是在可控气氛下10#钢的预氧化研究,在550℃时N2-2.31%H2O-0.95%H2气氛中氧化30min,在钢的表面得到单一成分氧化膜Fe3O4。对日本ST-4CK玻璃进行熔封试验,熔封后绝缘电阻大于1×109Ω,气密性达到10-9Pa·m3/s。但玻璃在引线经过90度弯曲1次后开裂。对其玻璃粉进行能谱和XRF分析,得出其主要成分及相对含量。利用计算机辅助设计,对ST-4CK玻璃进行了模拟熔炼,制得的玻璃具有良好的润湿性能。第二部分工作是在日本ST-4CK铁封玻璃的基础上试图从两条途径开发更可靠的铁封玻璃。一是在ST-4CK中添加颗粒氧化物,通过氧化物弥散增强的方式,提高玻璃的抗开裂性能。在基体玻璃中添加不同质量分数（10%、15%、20%、25%）的Al2O3颗粒,进行造粒、排蜡和熔封,对熔封后的产品进行性能检测。结果表明,添加质量分数为15%的Al2O3颗粒后,玻璃润湿性能良好,熔封后绝缘电阻大于1×109Ω,气密性达到10-9Pa·m3/s。引线经过90度弯曲3次后玻璃不开裂,弯曲5次后仍不裂,只是与引线之间形成隙缝。二是在ST-4CK玻璃能谱分析结果的基础上,通过调整玻璃成分,使其析出晶体来增强玻璃的强度。通过研究,找到了一种SiO2-BaO-K2O-Na2O-Al2O3-ZnO-CaO七元系微晶玻璃,它可以析出两种晶体,K2Ba7Si6O40晶体和BaSi2O5晶体。但前者属于表面析晶,因此在玻璃粉造粒后熔封过程中不会出现。SiO2-BaO-K2O-Na2O-Al2O3-ZnO-CaO七元系微晶玻璃与10#钢的熔封试验显示了良好的封接性能。玻璃熔封后绝缘电阻大于1×1010Ω,气密性达到10-9Pa·m3/s。引线经过90度弯曲3次后不漏气,弯曲5次后玻璃不开裂,只是与引线之间形成隙缝。该七元系微晶玻璃不需要在专门的形核时间和晶化时间保温,熔封工艺简单,与ST-4CK玻璃基本相同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 玻璃-金属封接简介
• 1.1.1 封装
• 1.1.2 金属封装
• 1.1.3 玻璃-金属封接分类
• 1.2 玻璃-金属封接机理
• 1.2.1 玻璃-金属封接的条件
• 1.2.2 界面反应
• 1.2.3 玻璃-金属封接的机理
• 1.3 封接玻璃
• 1.3.1 对玻璃性能的要求
• 1.3.2 传统封接用玻璃的缺点
• 1.4 微晶玻璃
• 1.4.1 微晶玻璃的析晶
• 1.4.2 微晶玻璃的种类
• 1.5 玻璃-金属封接的工艺
• 1.5.1 玻璃绝缘子的制备
• 1.5.2 金属零件的制备
• 1.5.3 封接
• 1.5.4 清洗和电镀
• 1.5.5 质量检测
• 2 钢的预氧化及ST-4CK 玻璃的研究
• 2.1 钢的预氧化研究
• 2.1.1 试样和试验装置
• 2.1.2 试验结果
• 2.2 日本ST-4CK 铁封玻璃的分析
• 2.2.1 ST-4CK 玻璃的熔封试验
• 2.2.2 ST-4CK 玻璃成分分析
• 2.2.3 无机玻璃工程师辅助设计下玻璃的制备
• 2.3 结论
• 2O₃颗粒氧化物强化铁封外壳可靠性研究'>3 添加AL₂O₃颗粒氧化物强化铁封外壳可靠性研究
• 3.1 复合材料的制备
• 3.1.1 试验材料和设备
• 3.1.2 造粒粉的制备
• 3.1.3 玻璃绝缘子的制备
• 3.2 玻璃的熔封试验
• 3.2.1 熔封实验及成品检验
• 3.2.2 结果与讨论
• 4 铁封微晶玻璃的研究
• 4.1 微晶玻璃配方的设计
• 4.1.1 能谱结果No.1 玻璃的析晶能力分析
• 4.1.2 诱导析晶第一阶段
• 4.1.3 诱导析晶第二阶段
• 4.2 形核剂对微晶玻璃析晶性能的影响
• 4.2.1 形核剂的选择
• 4.2.2 玻璃制备和性能分析
• 4.3 七元系微晶玻璃的热处理及熔封试验
• 4.3.1 热处理
• 4.3.2 熔封试验及样品分析
• 4.3.3 结论
• 4.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢