Легкоплавкое стекло "2лс"

Легкоплавкое стекло "2лс"

Реферат

Изобретение относится к составам легкоплавких некристаллизующихся стекол и предназначено для спаивания и герметизации микросборок и узлов в приборостроении, радиоэлектронике и пьезорезонансной технике, в частности для спая и герметизации кварцевых пьезорезонансных устройств (КПУ), в частности, в качестве спая и герметика при сборке и монтаже кварцевых манометрических резонаторов абсолютного, избыточного и дифференциального давления, кварцевых опорных резонаторов, кварцевых чувствительных элементов для акселерометров и т.п.

Стекло для спая и герметизации (КПУ) должно иметь согласованный с монокристаллическим кварцем температурный коэффициент термического расширения (ТКЛР) равный (105±2)×10^-7К^-1, что обеспечивает высокую прочность спая при малой зависимости параметров КПУ от температуры. Температура спаивания и герметизации материалов должна составлять 480-490°C для того, чтобы верхний предел рабочей температуры самого КПУ, работающего в экстремальных условиях, составлял 450°C.

Известно стекло для спая и герметика, используемое в производстве термочувствительных резонаторов, которое содержит в мас.%: PbO 15,5-50,0; ZnO 8,5-11,0; B₂O₃ 4,5-7,5; TeO₂ 35,5-71,5 [1]. Стекло обладает хорошей адгезионной прочностью, водостойкостью и требуемой температурой спаивания. Однако ТКЛР стекла выше требуемых значений.

Известно стекло, предлагаемое в качестве герметика, содержащее в мас.%: Bi₂O₃ 24,8-47,0; PbO 33,8-59,3; ZnO 8,3-12,3; SiO₂ 2,0-2,5; B₂O₃ 5,6-6,8 [2]. При всей положительной оценке стекла, оно имеет повышенный ТКЛР и температуру спаивания ниже требуемых значений.

Наиболее близким к предлагаемому стеклу «2ЛС» по технической сущности и достигаемому результату является стекло для производства кварцевых высокотемпературных термочувствительных резонаторов, которое содержит в мас.%: PbO 80,5-82,5; B₂O₃ 5,5-7,5; SiO₂ 0,5-0,9; ZnO 5,0-6,5; Cu₂O 1,0-1,5; Bi₂O₃ 1,0-2,5; Co₂O₃ 1,5-3,5 [3]. Стекло хорошо согласуется по ТКЛР с монокристаллическим кварцем, но имеет пониженную на ~30°C температуру спаивания материалов, что сужает интервал рабочих температур резонатора.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение температуры спаивания и герметизации в целях повышения верхнего предела рабочей температуры пьезорезонансных устройств (до 450°C).

Для решения поставленной задачи предлагается легкоплавкое некристаллизующееся стекло «2ЛС», включающее PbO, PbF₂, B₂O₃, SiO₂, ZnO, Cu₂O, Bi₂O₃, CdO, которое содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: PbO 75,9-78,5; PbF₂ 3,9-6,3; B₂O₃ 7,7-7,8; SiO₂ 0,75-1,5; ZnO 4,3-5,1; Cu₂O 0,75-1,5; Bi₂O₃ 1,0-2,0; CdO 1,0-2,0. Количественное соотношение указанных компонентов в предлагаемом составе легкоплавкого стекла позволяет повысить температуру спаивания и герметизации, получить согласованный спай с монокварцем, обеспечить высокую прочность спая во всем интервале рабочих температур и, тем самым, повысить верхний предел рабочей температуры КПУ, обеспечивая стабильность их характеристик.

Из литературных источников стекло для спаивания, пассивации и герметизации микросборок и узлов с данным соотношением компонентов неизвестно и нами предлагается впервые.

Варианты состава и физико-химические свойства предлагаемого легкоплавкого стекла и прототипа представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Составы легкоплавких стекол
Компоненты	Содержание компонентов в составах, мас.%
Варианты предлагаемого легкоплавкого стекла «2ЛС»	Прототип [3]
1	2	3
PbO	78,5	77,1	75,9	80,5-82,5
PbF2	4,9	5,5	6,3	-
B2O3	7,8	7,7	7,7	5,5-7,5
SiO2	0,75	0,9	1,5	0,5-0,9
ZnO	4,3	5,0	5,1	5,5-6,5
Cu2O	1,25	1,2	1,5	1,0-1,5
Bi2O3	2,0	1,2	1,0	1,0-2,5
CdO	2,0	1,4	1,0	-
Co2O3	-	-	-	1,5-3,5

Таблица 2
Физико-химические свойства легкоплавких стекол
Показатели	Составы стекол
Варианты предлагаемого легкоплавкого стекла «2ЛС»	Прототип [3]
1	2	3
Температура спаивания (герметизации), °C	480	490	480	450-460
Водоустойчивость (гидролитический класс)	1	1	1	1
Прочность спая (адгезионная) на сдвиг, МПа	45	45	45	45
Кристаллизационная способность в интервале температур 300-600°C	нет	нет	нет	не кристал.
Верхний предел рабочей температуры резонатора, °C	450	450	450	400

Сопоставляя показатели физико-химических свойств предлагаемого стекла и прототипа, можно заключить, что предлагаемое стекло согласуется по ТКЛР с монокристаллическим кварцем в широком диапазоне температур, что дает возможность применять КПУ при криогенных температурах от минус 200°C.

Температура, при которой происходит спаивание и герметизация, позволяет повысить верхний предел рабочей температуры КПУ и дает возможность применять их при высоких температурах до 450°C.

Предлагаемое стекло по сравнению с прототипом позволяет в большей степени стабилизировать параметры кварцевых датчиков физических величин и повысить их класс точности. В частности, использование предлагаемого легкоплавкого стекла «2ЛС» в качестве спая и герметика позволило получить кварцевые датчики абсолютного и избыточного давления класса точности до 0,025%.

Источники информации

1. Патент РФ №2185343, МПК⁷ C03C 8/4, C03C 3/12, опубл. 20.07.2002. Бюл. №20.

2. Патент РФ №2237623, МПК⁷ C03C 8/24, C03C 8/10, опубл. 10.10.2004. Бюл. №28.

3. Патент РФ №2152909, МПК⁷ C03C 3/074, опубл. 20.07.2000. Бюл. №20.

Легкоплавкое стекло для спаивания и герметизации монокристаллического кварца, включающее PbO, B₂O₃, SiO₂, ZnO, Cu₂O, Bi₂O₃, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит PbF₂ и CdO при следующем соотношении компонентов, мас.%:

PbO	75,9-78,5
PbF2	3,9-6,3
B2O3	7,7-7,8
SiO2	0,75-1,5
ZnO	4,3-5,1
Cu2O	0,75-1,5
Bi2O3	1,0-2,0
CdO	1,0-2,0