Легкоплавкое стекло - RU2237623C1
Код документа: RU2237623C1
Описание
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.
Реферат
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; SiO22,0-2,5; 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.
