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摘 要

封接材料的应用已有很长的历史，玻璃因其优异的耐腐蚀、耐老化以及电绝缘性能在封接材料领域脱颖而出，被广泛使用。随着5G技术的发展，移动终端更多的采用低熔点玻璃作为封接材料，而环境保护的要求则使低熔点玻璃的无铅化显得尤为重要。

本文在大量查阅文献的基础上，通过研究Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃系低熔点封接玻璃，探讨了玻璃组成变化对玻璃的热性能，结构和烧结性能的影响。

研究结果表明：随着ZnO含量的升高，玻璃网络结构变得疏松，玻璃化转变温度降低，热膨胀系数增大，同时烧结变得容易；随着B₂O₃含量的升高，会出现“硼反常”现象，这导致玻璃网络结构先变得紧密后变得疏松无序，玻璃化转变温度先增加后降低，热膨胀系数先减小后增大，同时烧结变得困难；随着Bi₂O₃含量的升高，玻璃结构趋于疏松，玻璃的特征温度呈现先增大后减小的趋势，同时烧结变得容易。

关键词：Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃；无铅低熔点；封接玻璃；结构；热性能

Abstract

The application of sealing materials has a long history. Glass is widely used in the field of sealing materials because of its excellent corrosion resistance, aging resistance and electrical insulation properties. With the development of 5G technology, more low-melting glass is used as the sealing material for mobile terminals, and the environmental protection requirements make the low-melting glass lead-free appear particularly important.

In this paper, based on a large number of references, through the study of Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃ series low-melting sealing glass, the effect of glass composition changes on the thermal properties, structure and sintering properties of glass is discussed.

The results show that as the content of ZnO increases, the glass network structure becomes loose, the glass transition temperature decreases, the coefficient of thermal expansion increases, and sintering becomes easier; as the content of B₂O₃ increases, a "boron anomaly" occurs Phenomenon, which causes the glass network structure to become tight first and then become loose and disordered, the glass transition temperature first increases and then decreases, the thermal expansion coefficient decreases first and then increases, and at the same time sintering becomes difficult; as the content of Bi₂O₃ increases, The glass structure tends to be loose, the characteristic temperature of the glass tends to increase first and then decrease, and at the same time sintering becomes easier.

Key Words：Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃；Lead-free low melting point；Sealing glass；Structure；Thermal performance

目 录

第1章 绪论 1

1.1 封接玻璃概述 1

1.1.1 封接玻璃的分类及特点 1

1.1.2 封接玻璃的性能要求 2

1.1.3 封接玻璃的主要应用 3

1.2 低熔点封接玻璃研究现状以及发展趋势 3

1.2.1 低熔点封接玻璃研究现状 3

1.2.2 低熔点封接玻璃的发展趋势 4

1.3 主要研究内容及目的意义 4

第2章 玻璃的制备与测试 6

2.1 玻璃配合比设计 6

2.2 玻璃原料选择 6

2.3 玻璃的制备 7

2.4 玻璃的性能表征及测试方法 7

2.4.1 玻璃测试样品的制备 7

2.4.2 性能表征及测试方法 8

第3章 无铅低熔点玻璃的结构和性能研究 10

3.1 组成的变化对对铋锌硼系低熔点封接玻璃结构与热性能的影响 10

3.1.1 ZnO含量的变化对铋锌硼系低熔点封接玻璃结构与热性能的影响 10

3.1.2 B₂O₃含量的变化对铋锌硼系低熔点封接玻璃结构与热性能的影响 12

3.1.3 Bi₂O₃含量的变化对铋锌硼系低熔点封接玻璃结构与热性能的影响 14

3.2 铋锌硼低熔点封接玻璃的烧结性能 15

3.2.1 Bi₂O₃含量的变化对铋锌硼系低熔点封接玻璃的烧结性能的影响 15

3.2.2 ZnO含量的变化对铋锌硼系低熔点封接玻璃的烧结性能的影响 18

3.2.3 B₂O₃含量的变化对铋锌硼系低熔点封接玻璃的烧结性能的影响 20

第4章 结论 23

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

封接材料的历史悠久，玻璃作为其中一种，也不例外。早在20世纪20年代初，就有学者做过关于封接玻璃的相关研究。玻璃作为一种封接材料，它的气密性和耐热性优于有机高分子材料，电绝缘性能优于金属材料，因此具有广泛的应用领域^[1]。随着各项技术的飞速发展（激光技术、真空电子技术、红外技术等），对封接材料不断提出了更高的要求。尤其是随着5G技术的发展，移动终端更多的采用玻璃作为保护材料，则玻璃同玻璃的封接，显得尤为重要。

1.1 封接玻璃概述

低温封接玻璃因其熔点低这一鲜明的特点，与传统的封接玻璃相区分开来。低温封接玻璃广泛用于电子技术和真空技术中，实现玻璃-玻璃 、玻璃-金属 、金属-金属等之间的封接^[2,3]。封接玻璃焊料可以分为有机玻璃焊接和无机玻璃焊接两种。无机玻璃封接焊料对比有机玻璃焊料来说，有其弊端也有其长处，一方面，无机玻璃焊料一般含有铅，铅是众所周知的有毒重金属，会对人和环境造成严重的危害；另一方面，无机玻璃焊料在耐热性、抗疲劳性、机械强度等方面又拥有着有机玻璃焊料无法比拟的优势。随着科技的进步和环保意识的增强，已引起越来越多的人关注铅产生的危害和污染。同时，在诸如芯片，集成电路和各种半导体器件的电子产品领域中，对封接玻璃的需求不断增加。大部分零件不允许高温运作，封接温度越低越好。因此，封接玻璃正在向无铅和低熔化方向发展。

1.1.1 封接玻璃的分类及特点

封接玻璃的分类方式有很多种，这里着重讲述其中一种分类方法：根据使用要求而分类。第一种类型为稳定玻璃，即封接前后不析晶，称之为非结晶型；第二种类型在封接工序中的加热处理后，原有的玻璃状态转化为结晶态，称之为结晶型；第三种是加入一种适合低熔点玻璃成分的"填充物"，形成一种复合材料，称之为复合型。

1.1.1.1 非结晶性封接玻璃

封接时间短、易操作是非结晶性封接玻璃的优势。单一零件密封和多零件密封都常用非结晶性封接玻璃。虽然非结晶玻璃密封件一般情况下不如结晶玻璃密封件坚固，但另一方面它具有介电常数低、电阻率高的优点。但与此同时，非结晶性封接玻璃也有它的弊端，例如，非结晶性封接玻璃它的抗热震能力不强，自身调节能力很差等。

1.1.1.2 结晶性封接玻璃^[4]

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