ЛЕГКОПЛАВКОЕ СТЕКЛО "2ЛС"
LOW-MELTING GLASS "2LG"

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.
-7
-1
Стекло для спая и герметизации (КПУ) должно иметь согласованный с монокристаллическим кварцем температурный коэффициент термического расширения (ТКЛР) равный (105±2)×10К, 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.
2
3
2
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; BO 4,5-7,5; TeO 35,5-71,5 [1]. Стекло обладает хорошей адгезионной прочностью, водостойкостью и требуемой температурой спаивания. Однако ТКЛР стекла выше требуемых значений.
2
3
2
2
3
Известно стекло, предлагаемое в качестве герметика, содержащее в мас.%: BiO 24,8-47,0; PbO 33,8-59,3; ZnO 8,3-12,3; SiO 2,0-2,5; BO 5,6-6,8 [2]. При всей положительной оценке стекла, оно имеет повышенный ТКЛР и температуру спаивания ниже требуемых значений.
2
3
2
2
2
3
2
3
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; BO 5,5-7,5; SiO 0,5-0,9; ZnO 5,0-6,5; CuO 1,0-1,5; BiO 1,0-2,5; CoO 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).
2
2
3
2
2
2
3
2
2
3
2
2
2
3
Для решения поставленной задачи предлагается легкоплавкое некристаллизующееся стекло «2ЛС», включающее PbO, PbF, BO, SiO, ZnO, CuO, BiO, CdO, которое содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: PbO 75,9-78,5; PbF 3,9-6,3; BO 7,7-7,8; SiO 0,75-1,5; ZnO 4,3-5,1; CuO 0,75-1,5; BiO 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
PbF<sub>2</sub>
4,9
5,5
6,3
-
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
7,8
7,7
7,7
5,5-7,5
SiO<sub>2</sub>
0,75
0,9
1,5
0,5-0,9
ZnO
4,3
5,0
5,1
5,5-6,5
Cu<sub>2</sub>O
1,25
1,2
1,5
1,0-1,5
Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
2,0
1,2
1,0
1,0-2,5
CdO
2,0
1,4
1,0
-
Co<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
-
-
-
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
7
1. Патент РФ №2185343, МПК C03C 8/4, C03C 3/12, опубл. 20.07.2002. Бюл. №20.
7
2. Патент РФ №2237623, МПК C03C 8/24, C03C 8/10, опубл. 10.10.2004. Бюл. №28.
7
3. Патент РФ №2152909, МПК C03C 3/074, опубл. 20.07.2000. Бюл. №20.