ЛЕГКОПЛАВКОЕ СТЕКЛО "2ЛС" Российский патент 2015 года по МПК C03C3/74 

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.

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. Техническим результатом изобретения является повышение температуры спаивания и герметизации для повышения верхнего предела рабочей температуры пьезорезонансных устройств. Стекло включает 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. Температурный коэффициент линейного расширения стекла 105·10^-7K^-1. Температура спаивания 480-490°C. 2 табл.

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