【摘 要】
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玻璃焊料因其绝缘性高、化学稳定性好等优点在电子真空和半导体等领域得到了广泛应用,但目前应用的玻璃焊料存在封接温度较高且含铅的问题。本文选择极具前景的Bi2O3-B2O3-ZnO系无铅玻璃,研究Bi2O3、B2O3、ZnO以及GeO2对玻璃结构和性能的影响,优选配方以顺应无铅化、低温化和微晶化的发展趋势。将玻璃应用到光纤封接中,通过试验研究互连界面微观组织;利用ANSYS Workbench对“光纤
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玻璃焊料因其绝缘性高、化学稳定性好等优点在电子真空和半导体等领域得到了广泛应用,但目前应用的玻璃焊料存在封接温度较高且含铅的问题。本文选择极具前景的Bi2O3-B2O3-ZnO系无铅玻璃,研究Bi2O3、B2O3、ZnO以及GeO2对玻璃结构和性能的影响,优选配方以顺应无铅化、低温化和微晶化的发展趋势。将玻璃应用到光纤封接中,通过试验研究互连界面微观组织;利用ANSYS Workbench对“光纤-玻璃焊料-可伐管”封接结构进行热应力模拟,并对结构的材料参数和几何尺寸进行优化,取得的主要研究成果如下:（1）采用熔融冷却法制备Bi2O3-B2O3-ZnO系玻璃并用X射线衍射、红外光谱和差式扫描量热法表征其性能。研究结果表明三元玻璃具有很宽的成玻区,随着B2O3含量增大,[BiO6]减少,网络变致密,玻璃的转变温度（Tg）和初始析晶温度（Tx）升高。Bi2O3的增加使[BiO6]增多,玻璃网络变疏松,Tg和Tx降低。GeO2的添加对玻璃的Tg没有影响,但增大了玻璃的析晶倾向,在460℃析出大量Bi24B2O39晶体。（2）优选Tg、软化温度（Tf）和线膨胀系数（CTE）分别为344.3℃、365.6℃和11.17×10-6/℃的玻璃作为光纤封接的焊料。“光纤-玻璃焊料-可伐合金”在420～480℃下封接得到的互连界面无明显缺陷,焊料区有块状晶体(Bi24B2O39)和枝状晶体（Bi4B2O9）析出,封接温度的升高使玻璃中析晶相增多且枝晶比例增大。“光纤-玻璃焊料-可伐管”的气体泄漏率为1.8×10-10 Pa·m~3/s。（3）利用有限元方法模拟了光纤互连接头的热应力应变场,发现封接材料选用玻璃焊料比金锡焊料对光纤的损伤更小。玻璃焊料CTE的增加会使光纤的应力和变形增大,可伐管内径（d2）和焊料填充深度（H）对光纤的应力和变形也会产生影响,优化的设计参数为:CTE=3×10-6/℃、d2=640μm和H=300μm。
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