ЛЕГКОПЛАВКОЕ СТЕКЛО Российский патент 2004 года по МПК C03C8/24 C03C8/10 

Изобретение относится к составам легкоплавких некристаллизующихся стекол и предназначено для спаев, пассивации и герметизации микросборок и узлов в приборостроении, электронной технике и радиоэлектронике, в частности в качестве спая и герметика при сборке и монтаже блоков резонаторных кварцевых монометрических (БРКМ).

Блоки резонаторные кварцевые монометрические состоят из измерительного и опорного резонаторов (или только измерительного), заключенных в кварцевый корпус, и предназначены для работы в пьезорезонаторных датчиках избыточного и абсолютного давления. Интервал рабочих давлений резонатора 0-60 МПа. Интервал рабочих температур от (-40) до (+80)°С. Резкий перепад рабочих температур резонатора (от минусовых до плюсовых значений) требует высокой прочности спая монокристаллического кварца и пьезокварца с легкоплавким стеклом, что достигается за счет согласованности температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) спаиваемых материалов. Стекла для спая и герметизации таких блоков должны иметь ТКЛР (110-115)10^-7К^-1, согласованный с ТКЛР монокристаллического кварца и пьезокварца.

Известно стекло для спая и герметика в производстве кварцевых высокотемпературных термочувствительных резонаторов, которое содержит, мас.%: РbО 80,5-82,5; В₂O₃ 5,5-7,5; SiO₂ 0,5-0,9; ZnO 5,0-6,5; Сu₂О 1,0-1,5; Вi₂O₃ 1,0-2,5; Со₂О₃ 1,5-3,5 [1]. Недостатком этого стекла является пониженный ТКЛР, приводящий к трещинноватости спая при минусовых температурах и к ухудшению температурно-частотных характеристик резонатора.

Известно стекло, предлагаемое в качестве герметика, содержащее мас.%: РbО 72,5-77,0; В₂O₃ 7,0-11,0; Вi₂O₃ 6,0-12,0; ZnO 1,5-2,5; TI₂O₃ 1,0-6,0; Nb₂O₅ 0,5-1,3 [2].

Недостатком стекла является содержание в его составе высокотоксичного компонента - оксида таллия, что требует особых условий синтеза стекла.

Наиболее близким к предлагаемому стеклу по технической сущности и достигаемому результату является стекло, содержащее, мас.%: Вi₂О₃ 60,0-75,0; PbO 16,0-33,0; ZnO 3,0-6,0; SiO₂ 1,0-1,5; В₂O₃ 2,0-2,5 [3].

Стекло обладает хорошей адгезионной прочностью и водостойкостью, однако ТКЛР стекла выше требуемых значений.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение ТКЛР в целях обеспечения согласованности ТКЛР стекла и спаиваемых материалов и создания прочного спая, позволяющего выдерживать резкий перепад рабочих температур резонатора без его разрушения.

Для решения поставленной задачи предлагается легкоплавкое некристаллизующееся стекло, включающее Вi₂О₃, PbO, ZnO, SiO₂, В₂О₃, которое содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: Вi₂О₃ 24,8-47,0; PbO 33,8-59,3; ZnO 8,3-12,3; SiO₂ 2,0-2,5; В₂O₃ 5,6-6,8.

Количественное соотношение указанных компонентов в предлагаемом составе легкоплавкого стекла позволяет получить согласованный спай и обеспечить его высокую прочность во всем интервале рабочих температур и, тем самым, обеспечить стабильность барочастотных характеристик резонатора и длительно сохранить вакуум (старение) в кварцевом изделии, соединенном легкоплавким стеклом.

Из литературных источников неизвестно стекло для спая с данным соотношением компонентов и нами предлагается впервые.

В качестве сырьевых материалов для варки стекла используют оксида висмута и цинка, свинцовый сурик, борную кислоту и кварцевый песок. Сырьевые материалы взвешивают на технических весах, тщательно перемешивают и просеивают через сито № 0,5. Приготовленную таким образом шихту для варки стекла засыпают в корундовые тигли и помещают в силитовую электрическую печь. Варку стекла осуществляют при температуре 850-900°С с выдержкой при максимальной температуре 30 мин.

Составы и физико-химические свойства предлагаемого легкоплавкого стекла и прототипа представлены в табл. 1 и 2.

Сопоставляя показатели физико-химических свойств предлагаемого стекла и прототипа, можно заключить, что предлагаемое стекло согласуется по ТКЛР с монокристаллическим кварцем и пьезокварцем и образует прочный согласованный спай с этими материалами, который не претерпевает разрушения во всем интервале рабочих температур резонатора. Высокая адгезионная прочность спая повышает качество и надежность в эксплуатации БРКМ и всего барочувствительного резонатора в целом. Кроме того, химический состав предлагаемого стекла не оказывает влияния на барочастотные характеристики и старение резонатора, обеспечивая их стабильность.

Использование предлагаемого легкоплавкого стекла в качестве спая и герметика в производстве вышеназванных БРКМ позволило разработать на их основе датчики абсолютного и избыточного давления класса точности до 0,1%.

Источники информации

1. Патент РБ №4395 МПК⁷ С 03 С 3/074, С 03 С 8/10, С 03 С 8/24, опубл. 30.03.2002. Бюл. №1, с.107.

2. А.с. СССР №1316986 МПК⁴ С 03 С 8/24, опубл. 15.06.87. Бюл. №22.

3. А.с. СССР №1567536 МПК⁵ С 03 С 8/10, опубл. 30.03.90. Бюл. №20.

Легкоплавкое некристаллизующееся стекло предназначено для спаев, пассивации и герметизации микросборок и узлов в приборостроении, электронной технике и радиоэлектронике, в частности в качестве спая и герметика при сборке и монтаже блоков резонаторных кварцевых монометрических (БРКМ). Стекло включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: Bi₂O₃ 24,8-47,0; PbO 33,8-59,3; ZnO 8,3-12,3; SiO₂ 2,0-2,5; Bi₂О₃ 5,6-6,8. Температурный коэффициент линейного расширения стекла 110-115·10^-7К^-1. Температура спаивания 450-470°С. Техническая задача изобретения – снижение ТКЛР для обеспечения согласованности ТКЛР стекла и спаиваемых материалов. 2 табл.

Легкоплавкое стекло для спая, пассивации и герметизации монокристаллического кварца и пьезокварца, включающее Вi₂О₃, PbO, ZnO, SiO₂ и В₂О₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вi₂О₃ 24,8- 47,0

PbO 33,8 - 59,3

ZnO 8,3 - 12,3

SiO₂ 2,0 - 2,5

В₂O₃ 5,6 - 6,8