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(chē)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、保護和裝飾涂料、光學(xué)、光通訊、結構力學(xué)、醫學(xué)、核技術(shù)、超導體和微流控芯片等一系列的現代技術(shù)的挑戰。在現代真空和電子技術(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層。

　　中國市場(chǎng)信息研究網(wǎng)數據顯示，2016年我國低熔點(diǎn)玻璃粉的產(chǎn)值超過(guò)160億元，并且每年的增長(cháng)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80%。

　　隨著(zhù)環(huán)保要求日益嚴格，美國，德國，日本等國家已經(jīng)開(kāi)始強制實(shí)施《關(guān)于電子電氣設備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》的法規，一體禁止在電子和汽車(chē)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變溫度低、軟化溫度低和熱膨脹系數范圍較寬并且可調、封接溫度下粘度低且有良好流動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，具有替代當前鉛系封接玻璃粉的潛在優(yōu)勢。

　　產(chǎn)品主要特點(diǎn)：

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

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

　　3、較好的化學(xué)穩定性：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)展潛力巨大。

　　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(lèi)與特點(diǎn)

　　無(wú)鉛低熔點(diǎn)封接玻璃粉是相對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。

　　對于無(wú)鉛低熔點(diǎn)封接玻璃粉，國內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(mǎn)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(cháng)封接時(shí)間可以適當降低封接溫度。軟化溫度高時(shí)容易對封接件產(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:要求封接玻璃與封接件的熱膨脹系數相近，相差不能超過(guò)10%否則會(huì )導致封接處出現應力集中而產(chǎn)生裂紋。

　　3.潤濕性:反映了封接玻璃與封接件的結合能力，二者潤濕性良好的封接強度高，更易于封接

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

　　無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃粉應用廣泛，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)方面的應用量。下文簡(jiǎn)述了無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃應用較多的幾種用途，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

　　現代社會(huì )隨著(zhù)智能手機、電腦和液晶電視等電子產(chǎn)品的普及，平板顯示市場(chǎng)需求和規模迅速擴大，在國民經(jīng)濟、國防以及各種公共場(chǎng)所得到廣泛應用。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，國內外的學(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℃，熱膨脹系數在(40～60)×10－7/℃，具有無(wú)鉛、低軟化點(diǎn)和低熱膨脹系數等特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足TFT-LCD薄膜晶體管液晶顯示器的封接要求。

　　不銹鋼是現代制造業(yè)中常用的結構材料，用于建筑業(yè)、工程結構以及汽車(chē)、火車(chē)等運輸業(yè)領(lǐng)域。目前我國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，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，分散性和潤濕性良好，封接效果相對較好。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℃范圍內的熱膨脹系數為（1.07×10－6/℃），能夠與不銹鋼膨脹系數相仿，從而實(shí)現匹配封接。并且他們還研究了不銹鋼的表面粗糙度和封接溫度對濕潤角的影響，發(fā)現不銹鋼的粗糙度越大，其與玻璃的潤濕角越小。封接溫度為420-480℃范圍內時(shí)，潤濕角在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玻璃粉體系的結構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，結果發(fā)現該玻璃的熱膨脹系數為（11×10﹣6/℃）與SUS430不銹鋼的熱膨脹系數(11.3×10﹣6/℃)和陶瓷電解質(zhì)的熱膨脹系數(10.2×10﹣6/℃）相匹配，滿(mǎn)足低溫封接的要求，界面結合緊密，氣密性良好。

　　導電漿料中的玻璃粉粘結劑一般用量為5%～10%，而電阻漿料的玻璃粘結劑的使用量更高，可以達到50%以上。玻璃粘結劑的性能對電子產(chǎn)品的質(zhì)量有直接的影響，如玻璃粉的熱膨脹系數直接影響陶瓷或者玻璃粉基板的結合性、粘結強度和密封性，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)玻璃粉粘結劑，發(fā)現當玻璃粉含量從5%增至10%時(shí)，玻璃粉和銀之間的擴散較為理想，而且附著(zhù)力加大8 N。當玻璃粉含量增至20%時(shí)，玻璃粉流動(dòng)性過(guò)大，附著(zhù)力降至65 N。當玻璃粉含量從5%增至20%時(shí)，玻璃粉的增加會(huì )使導電相的濃度減小，方塊電阻加大。相關(guān)人士還發(fā)現當玻璃粉含量從2%增至8%時(shí)，銀膜附著(zhù)力逐漸加大;當玻璃粉含量增至10%時(shí)，附著(zhù)力增加緩慢;方塊電阻隨著(zhù)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劑的用量對于漿料的導電性能和粘結強度具有重要影響。

　　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、熱膨脹系數與基材不匹配和化學(xué)穩定性較差等問(wèn)題，

　　對低熔點(diǎn)封接玻璃粉的研究還遠遠不夠，研究方向有如下幾個(gè):(1)無(wú)鉛化。傳統的含鉛含重金屬封接玻璃粉注定將被淘汰，實(shí)現封接玻璃粉的完全無(wú)鉛化勢在必行。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增加過(guò)大。

　　(3)復合化。復合型封接玻璃粉中包括結晶和非結晶性組分，可以通過(guò)調節析出晶相的種類(lèi)和數量來(lái)調節熱膨脹系數等特性，使之匹配被封接件。晶化后的結晶相強度高于玻璃相，導致封接強度加大，且抗熱震性、電絕緣性能和化學(xué)性能穩定均高于普通非結晶型封接玻璃。所以復合化是無(wú)鉛封接玻璃發(fā)展的趨勢。

　　對于一系列亟待解決的問(wèn)題，可以在以下方面取得打破:

　　1.國內對無(wú)鉛低熔點(diǎn)玻璃粉的研究相對滯后，高性能低熔點(diǎn)玻璃粉全部依賴(lài)國外進(jìn)口。所以急需加強對其理論研究，包括建立各低熔點(diǎn)玻璃的相關(guān)組成、制備工藝條件、結構和性能關(guān)系等基礎理論，并利用新的材料制備技術(shù)。

　　2.對于復合型玻璃粉的研究，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，包括使用不同種

　　類(lèi)和數量的金屬、陶瓷或者晶須顆粒等填料，達到在降低封接溫度的同時(shí)能夠保證實(shí)現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)制備工藝和改善潤濕性等方法來(lái)增加封接玻璃粉強度，改善其電性能、化學(xué)和熱穩定性等性能;尋找適宜的燒結條件，提高玻璃粉化學(xué)穩定性和封接強度等性能。

　　結語(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，而且需要對低熔點(diǎn)封接玻璃進(jìn)行相關(guān)組成、結構和性能的關(guān)系以及制備工藝條件等基礎理論的研究，并利用新的材料制備技術(shù)。其主要應用于玻璃-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)。