一种溶胶凝胶法制备低熔点无铅玻璃粉的方法及应用与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种溶胶凝胶法制备低熔点无铅玻璃粉的方法，并用于集成电路芯片中p
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n结的钝化保护和表面焊接，即通过溶胶凝胶法制备 bao
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zno
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b2o3‑
sio2系玻璃粉(bzbs玻璃粉)，并通过添加cuo、na2o、k2o中的一种或几种调节元素调节bzbs玻璃粉的熔点和品质以实现集成电路芯片中p
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n结的钝化保护和表面焊接。


背景技术：

2.进入21世纪以来，在经济全球化和社会信息化的背景下，国际制造业竞争日益激烈，对先进制造技术的需求更加迫切。集成电路排在实体经济首位，可见政府的集成电路产业的支持力度之大。集成电路产业不仅是信息化社会的基石，更是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。而高品质低熔点玻璃粉是集成电路芯片制造的基础材料，在半导体芯片封装方面起着重要的作用。
3.随着集成电路的迅速发展，对半导体芯片的精密性、可靠性、小型化等方面的要求越来越高。半导体裸露的表面实际上是半导体晶格排列到终止的边沿，其中存在着很多不饱和键，外界环境容易影响半导体的表面状态，从而导致半导体的电学性能变差，为了提高半导体器件的性能，需要对半导体表面进行钝化保护。采用熔凝玻璃对半导体的p
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n进行钝化保护的玻璃钝化技术，即gp技术广泛应用于含腐蚀槽结构的台面型半导体芯片的生产制造中。玻璃钝化技术基础材料玻璃粉具有优良的电绝缘性能和化学稳定性，而且烧结之后具备一定的机械强度，因此选择低熔点且粘附力高的玻璃粉可以对半导体芯片p
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n结起到很好的钝化和保护作用。同时低熔点玻璃粉的烧结温度较低，烧结时不需要过高的温度，避免了高温对半导体器件的损坏。
4.传统使用的玻璃粉中大多都含有铅，近年来，随着人们环保意识的提高，由于铅毒性大，对人类和环境都会造成巨大的危害，已经逐步被限制或淘汰。bao
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zno
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sio2系玻璃 (bzbs玻璃)作为一种新型无铅、无铋玻璃体系，由于其熔点低，结构稳定，进入了人们的视野中，并被广泛开发应用于电子浆料中。
5.本发明中使用溶胶凝胶法制备玻璃粉不仅可以极大的降低煅烧温度，具有制备温度低、能耗小、组分均匀等优点。同时所制得的玻璃粉具有低熔点，高粘附力的优良性能，适用于集成电路芯片中p
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n结的钝化保护和表面焊接。因而，本发明具有十分重要的意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提出一种制备低熔点无铅玻璃粉的方法，通过溶胶凝胶法制备 bao
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zno
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b2o3‑
sio2系玻璃粉(bzbs玻璃粉)，并通过添加cuo、na2o、k2o中的一种或几种调节元素调节bzbs玻璃粉的熔点和品质以实现集成电路芯片中p
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n结的钝化保护和表面焊接。
7.为实现上述目标，本发明采用的技术方案为：
8.一种溶胶凝胶法制备低熔点无铅玻璃粉的方法，包括如下步骤：
9.(1)制备溶液：将正硅酸乙酯在酸性条件下溶于醇中，在室温下剧烈搅拌0.5
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1小
时, 使正硅酸乙酯充分水解，其中醇与正硅酸乙酯的摩尔比控制在5
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9，酸与正硅酸乙酯的摩尔比控制在0.05
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0.1；
10.(2)将硼酸、钡盐原料、锌盐原料、调节原料溶于的去离子水中，然后将水溶液加入到(1)中的正硅酸乙酯的醇溶液中，搅拌均匀；
11.(3)调节ph：用酸调节(2)中混合液的ph至4
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6，搅拌均匀；
12.(4)陈化和烘干：将混合液在60
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100℃下搅拌12
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15小时，直到变成柔软湿凝胶,将湿凝胶转移到石英舟中，在100
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120℃下干燥16
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24小时得到固体颗粒或者粉末；
13.(5)煅烧和研磨：将步骤(3)中得到的固体颗粒或者粉末在500
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900℃下煅烧1
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3小时，然后研磨成粉，得到具有低熔点的无铅玻璃粉。
14.所述钡盐原料为乙酸钡、硝酸钡、氯化钡、硫酸钡中的一种或两种以上。
15.所述锌盐原料为乙酸锌、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌中的一种或两种以上。
16.所述调节原料为铜盐原料、钠盐原料以及钾盐原料中的一种或几种。
17.所述铜盐原料为乙酸铜、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜中的一种或两种以上。
18.所述钠盐原料为乙酸钠、硝酸钠、氯化钠、硫酸钠中的一种或两种以上。
19.所述钾盐原料为乙酸钾、硝酸钾、氯化钾、硫酸钾中的一种或两种以上。
20.所述步骤(1)中的酸为乙酸、硝酸、盐酸、草酸中的一种或两种以上。
21.一种低熔点无铅玻璃粉在集成电路芯片中p
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n结的钝化保护和表面焊接中的应用。
22.本发明所述玻璃粉中各成分共同作用，能够起到较好的降低熔点，提高粘附力的效果，其中sio2是玻璃网络形成体，为玻璃的主体架构成分，具有高熔点、高粘度、低热膨胀系数和高的化学稳定性；bao为玻璃外体离子氧化物，能够有效降低玻璃熔点，主要起助熔作用； b2o3是一种常见得玻璃网络形成体，其溶体具有很高的黏度和形成玻璃的倾向；zno一般作为网络外体氧化物存在，在玻璃中可以降低玻璃的热膨胀系数、软化温度、黏度以及提高玻璃的化学稳定性；碱金属氧化物(na2o、k2o)能够有效降低玻璃熔点。
23.本发明的优点：
24.本发明所提供的无铅玻璃粉中不含有容易对环境造成污染的成分，能够在较低的温度下制得，所制得的玻璃粉不仅具有较低的熔点，而且粘结性很好，可以形成具有高粘附力的玻璃态致密层，适用于集成电路芯片中p
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n结的钝化保护和表面焊接。
附图说明
25.图1为本发明制得的bao
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zno
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b2o3‑
sio2‑
cuo玻璃粉的x射线衍射图；
26.图2为本发明制得的bao
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zno
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b2o3‑
sio2‑
cuo
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na2o玻璃粉的烧结图片；
27.图3为本发明制得的bao
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zno
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b2o3‑
sio2‑
cuo
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k2o玻璃粉的烧结图片。
具体实施方式
28.下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
29.实施例1
30.本发明所述玻璃粉的一种实施例，本实施例所述玻璃粉的成分、各成分的含量及原料见表1 表1实施例1中玻璃粉的组成、含量及原料
31.组成baoznob2o3sio2cuo含量(mol％)153040105原料乙酸钡乙酸锌硼酸正硅酸乙酯乙酸铜
32.玻璃粉的制备：按表1所述玻璃粉成分及其摩尔配比，称取相应原料，将正硅酸乙酯、乙醇和乙酸按照摩尔比1:7:0.07进行混合，在室温下剧烈搅拌0.5小时,使硅酸四乙酯充分水解，记作a；同时，将乙酸钡、乙酸锌、硼酸、乙酸铜溶于一定量的去离子水中，记作b；将a溶液逐滴滴加b溶液中，磁力搅拌均匀，用乙酸将混合液的ph值调节为5，得到透明溶液；将透明溶液在80℃水浴锅里陈化12小时，得到柔软湿凝胶；将湿凝胶在100℃烘箱中干燥24小时得到蓝色固体；取出烘干的粉末在研钵中磨碎，放入石英舟中，在马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升温速率加热到500℃，保温2小时，自然冷却至室温，将得到的玻璃料磨碎，制得玻璃粉。将玻璃粉放入石英舟中，在马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min 的升温速率加热到800℃，保温2小时，自然冷却至室温，玻璃粉可以形成具有高粘附力的玻璃态致密层。
33.上述玻璃粉的x射线衍射图如图1所示，由图1可以看出没有明显尖锐的峰形成，制得玻璃粉为玻璃态。
34.实施例2
35.本发明所述玻璃粉的一种实施例，本实施例所述玻璃粉的成分、各成分的含量及原料见表2 表2实施例2中玻璃粉的组成、含量及原料
[0036][0037]
玻璃粉的制备：按表2所述玻璃粉成分及其摩尔配比，称取相应原料，将正硅酸乙酯、乙醇和乙酸按照摩尔比1:7:0.07进行混合，在室温下剧烈搅拌0.5小时,使硅酸四乙酯充分水解，记作a；同时，将乙酸钡、乙酸锌、硼酸、乙酸铜、乙酸钠溶于200ml的去离子水中，记作b；将a溶液逐滴滴加b溶液中，磁力搅拌均匀，用乙酸将混合液的ph值调节为5，得到透明溶液；将透明溶液在80℃水浴锅里陈化12小时,得到柔软湿凝胶；将湿凝胶在100℃烘箱中干燥24小时得到蓝色固体；取出烘干的粉末在研钵中磨碎，放入石英舟中，在马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升温速率加热到500℃，保温2小时，自然冷却至室温，将得到的玻璃料磨碎，制得玻璃粉料。将玻璃粉料放入石英舟中，在马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升温速率加热到800℃，保温2小时，自然冷却至室温。
[0038]
上述玻璃粉800℃煅烧后所得产品如图2所示，由图2可以看出玻璃粉可以形成具有高粘附力的玻璃态致密层。
[0039]
实施例3
[0040]
本发明所述玻璃粉的一种实施例，本实施例所述玻璃粉的成分、各成分的含量及原料见表3 表3实施例3中玻璃粉的组成、含量及原料
[0041][0042]
玻璃粉的制备：按表3所述玻璃粉成分及其摩尔配比，称取相应原料，将正硅酸乙酯、乙醇和乙酸按照摩尔比1:7:0.07进行混合，在室温下剧烈搅拌0.5小时,使硅酸四乙酯充分水解，记作a；同时，将乙酸钡、乙酸锌、硼酸、乙酸铜、乙酸钾溶于200ml的去离子水中，记作b；将a溶液逐滴滴加b溶液中，磁力搅拌均匀，用乙酸将混合液的ph值调节为5，得到透明溶液；将透明溶液在80℃水浴锅里陈化12小时,得到柔软湿凝胶；将湿凝胶在100℃烘箱中干燥24小时得到蓝色固体；取出烘干的粉末在研钵中磨碎，放入石英舟中，在马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升温速率加热到500℃，保温2小时，自然冷却至室温，将得到的玻璃料磨碎，制得玻璃粉料。将玻璃粉料放入石英舟中，在马弗炉中，于空气气氛下以5℃/min的升温速率加热到800℃，保温2小时，自然冷却至室温。
[0043]
上述玻璃粉800℃煅烧后所得产品如图3所示，由图3可以看出玻璃粉可以形成具有高粘附力的玻璃态致密层。
[0044]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。