无铅磷酸盐玻璃粉用数据说话,定义封接密封材料新标杆!

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2025-07-03

来源:江苏秋正新材料公众号



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NCPBZ 磷酸盐玻璃粉的核心优势


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NCPBZ 磷酸盐玻璃粉(成分为PO₅、NaOBO₃、ZnOCaO,含AlO₃),作为封接玻璃粉,在电子封装领域具有显著优势,其性能优势主要基于各成分的协同作用及磷酸盐玻璃的特殊结构。

一、核心优势

1.低温封接性能优异

封接温度低600°C:适合对热敏感的半导体芯片(如MEMS器件、传感器),避免高温损伤内部电路。

软化点可调(300500°C):通过调整BO₃、NaO含量实现低温工艺兼容性,降低能耗。

2.热膨胀系数(TEC)高度可调

TEC范围:5.09.0×10⁻⁶/℃,通过调控SiO/BO₃比例或添加ZnOCaO,可与硅片、陶瓷、金属(如铜合金或科瓦合金)实现紧密匹配,减少热应力开裂。

3.高化学稳定性与密封性

耐酸碱范围广(pH212),在潮湿或腐蚀环境中保持密封完整性,延长器件寿命。

气密性良好:有效阻隔水汽和污染物,适用于医疗传感器、航空航天电子封装。

4.环保无铅且成本低

无铅配方(符合RoHS/REACH标准),避免重金属污染。

原料廉价易得(如PO₅、CaO等),生产工艺简单。

5.优异的电绝缘性

体积电阻率>10¹³Ω·cm,保障高频率、高电压下电路的稳定运行,适用于集成电路封装。



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成分作用原理


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各组分通过影响玻璃网络结构、热学及化学性能,共同优化封接效果:


成分

功能原理

对封接性能的影响

P₂O₅

玻璃网络形成体,提供骨架结构;含量>35%时形成稳定短链[PO₄]四面体,降低熔点和黏度 

降低软化点,提升流动性,实现低温封接

Na₂O

网络外体氧化物,提供游离氧离子打断P-O-P链,降低玻璃化转变温度

协同P₂O₅进一步降低熔点,但过量会降低化学稳定性

B₂O₃

辅助网络形成体,增加[BO₃]三角体结构,降低热膨胀系数 

提升热稳定性与TEC匹配性,增强抗热震性

ZnO

中间体氧化物,可充当网络修饰体或形成[ZnO₄]结构,提高化学耐久性 

抑制析晶,改善玻璃韧性,优化高温润湿性

CaO

网络外体氧化物,提供“堵孔效应”,强化玻璃网络 

降低TEC,提升机械强度和耐水性

Al₂O₃

中间体氧化物,部分替代[PO₄]中的P⁵⁺,形成Al-O-P键增强网络致密度 

显著提高化学稳定性与硬度,减少封接界面微裂纹



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关键机制


1.低温化机制:

PO₅为主网络形成体,结合NaO的断链作用,显著降低玻璃黏度和软化点;BO₃作为助熔剂进一步促进低温烧结。

2.热膨胀系数调控机制:

CaOZnO提供离子填充效果,收缩网络间隙;BO/SiO₂比例调整可精细控制TEC,实现与被封材料(如硅芯片TEC3×10⁻⁶/℃)的匹配。

3.化学稳定性强化机制:

AlO₃和ZnO形成致密中间层,减少P-O-P键的水解倾向;CaO的碱土金属特性抑制离子迁移,增强耐蚀性。

4.抑制析晶机制:

ZnOBO₃增加玻璃形成能力(GFA),多元组分(如Na/Ca²⁺混合碱土效应)阻碍有序排列,避免封接过程中析晶导致的脆性。


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核心优势与适用场景



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应用领域

优势体现

原理支撑

电子封装基板

▶低温共烧(300–500℃)兼容敏感元件

▶热膨胀系数(5.0–9.0×10⁻⁶/℃)匹配硅/陶瓷

▶高绝缘性(电阻率>10¹³Ω·cm)

软化点可调(Na₂O/B₂O₃调控)、TEC匹配(ZnO/CaO填充网络)、P₂O₅骨架致密性

光电器件密封

▶高白度(≥93%)减少光干扰

▶耐酸碱(pH2–12)保障长期稳定性

▶气密性阻隔水汽/污染物

ZnO提升化学稳定性,Al₂O₃增强界面结合力,减少微裂纹 

医疗预灌封注射器

▶低温封装保护生物活性成分

▶耐辐照消毒(如γ射线)

▶无铅环保(RoHS合规)

CaO/SrO提升辐射屏蔽性,P₂O₅-B₂O₃网络抗水解 

航空航天密封胶

▶耐-60℃至300℃温度冲击

▶高真空环境下保持密封

▶抗振动疲劳

B₂O₃-ZnO提升热稳定性,Al₂O₃-CaO增强机械强度



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