[发明专利]无铅无镉的密封剂组合物

说明书

本发明涉及一种无铅无镉的密封剂组合物。本发明特别涉及适合于用作电子电路的密封剂的低熔点玻璃组合物。

密封混合电路为了保证在潮湿气氛中电阻器的寿命。而且，制造商优选采用玻璃密封剂来保护导电金属以避免长期腐蚀。

密封剂系统必须具有几个难以一起达到的特点。它必须在足够低的烧成温度下形成无气泡熔封以防止下面的电阻器发生偏移。如果玻璃流动太大，那么它将扩散进入电阻器并使阻值上升。如果它流动不够，那么它将不能熔封。在此低温下的丝网印刷所需的有机载体必须燃烧掉。因此理想的密封剂应该采用这样一种载体来光滑和快速地丝网印刷，此载体可在足够低的温度下分解以使玻璃充分流动，形成熔封，但是不能流动太大使电阻器产生偏移。

各种具有低软化温度(Ts)的玻璃已经被广泛用作电子电路的密封剂。这些玻璃通常具有很高的温度膨胀系数(TEC)，除非此系数与相邻的电路层能良好匹配，否则它会产生相当大的机械应力，导致系统失败。

在其它功能中，密封剂向下面的电子电路提供了环境保护。为了实现这些功能，密封剂应该有足够的耐久性经得住在生产中遇到的环境和电子电路的日常使用。绝大多数低软化点的玻璃在酸性和碱性中具有较差的耐久性而且随着软化温度变低其耐久性趋于降低。虽然多数电子电路不会要求在强酸或强碱的环境中使用，但是在生产过程中有些会暴露在水和酸性或碱性的环境中。在某些制造方法中的最后阶段还采用有机聚合物如环氧聚合物来进一步密封。某些环氧树脂包含在潮湿气氛中能产生碱性环境的胺。

另外，人们还需要低熔点、膨胀适中、耐用并提供极好的润湿性的无毒、无铅和无镉的密封剂。

通过不断努力从多种含有玻璃熔块的产品中减少或除去铅和镉，本发明提供了一种无毒、无铅和无镉的玻璃密封剂。另外，本发明还提供了一种具有对于通常将焊剂焊接到相邻导电金属接头上使用的酸性助溶剂有改进的稳定性的无毒、无铅和无镉的玻璃密封剂。

本发明以最常规的形式涉及基本上由60-80％Bi₂O₃、6-14％SiO₂、5-12％B₂O₃、5-10％Al₂O₃和0-4％ZnO(重量％)组成的无铅和无镉密封剂玻璃组合物。该玻璃组合物可以分散在有机介质中，形成厚膜浆体组合物。

用于厚膜混合电路的密封剂玻璃必须具有下列几个功能：它们必须在尽可能低的温度下熔化并形成玻璃膜以防止玻璃扩散溶入下面的电阻器中。如果太多的玻璃扩散进入电阻器中，那么电阻将改变，电阻将从密封前测量的电阻值向上偏移。如果偏移太大，那么就无法激光微调将阻值向上调节到需要值。

如表1所示的那样，本发明的密封剂被设计为具有足够低的软化温度以使电阻偏移达到最小，小于原值的3％。这是在可通过激光向上微调到需要值的可接受的范围。为了进一步说明，使所有的电阻器对于适当电路性能具有相同的设计值，通过除去(汽化)小部分的电阻器材料使用激光微调电阻。然后微调电阻器的稳定性是激光微调后发生的电阻部分改变的量度。需要低电阻改变—高稳定性以便电阻保持接近适当电路性能的设计值。

良好熔封所需要的流动度是软化温度的函数。以厚膜形式来说，通常优选比软化温度高大约50度的温度来产生使玻璃充分流动形成光滑的釉层。为了使电阻偏移达到最小，优选的峰值烧成温度大约为600℃且不超过620℃。因此，本发明优选的软化温度应该不超过570℃。虽然如果需要较强的耐酸性，在一些应用中可以使用软化温度为590℃。

虽然烧成温度必须足够低以使偏移最小化，但是它必须高到足以使玻璃流动并熔封下面的电阻器。激光微调后熔封对使暴露于高温和潮湿中的电阻偏移最小化特别重要。

表1表示对于组成如实施例1所定义且在620℃峰值下对厚膜电阻烧成的本发明的密封剂的偏移和激光微调偏移：表1

电阻，Ohms/sq     ％偏移      ％偏移，老化1000小时

                              150℃           85℃

                              *环境           *85％

  10               2.5        0.24(0.52)      0.22(0.70)

  1000             0.4        0.10(0.14)      0.19(0.23)