JP2021147263A - Paste of glass composition, and sealing structure and electric/electronic component including the glass composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無鉛低融点ガラス組成物の技術に関し、特に水性溶媒を含むガラス組成物ペースト、該ガラス組成物ペーストを用いて製作した封止構造体および電気電子部品に関するものである。 The present invention relates to a technique for a lead-free low melting point glass composition, and more particularly to a glass composition paste containing an aqueous solvent, a sealing structure manufactured by using the glass composition paste, and electrical and electronic parts.
構成基材間の気密封止(封着とも言う)や電気的絶縁固定を目的としたガラスによる封止・接合技術は、幅広い分野・製品で利用されている。例えば、住宅部品分野における真空断熱複層ガラスパネル、電気電子部品分野における画像表示デバイス、水晶振動子、集積回路パッケージ、半導体センサー、多層回路基板、太陽電池パネルなどが挙げられる。また、電気電子部品分野においては、ガラス組成物粉末と金属粉末とを混合した材料を基材上に印刷し焼成することによって、パターニングされた電極および/または配線(以下、電極/配線と称す)の形成に利用したり、熱伝導接合層の形成に利用したりすることもある。 Sealing / bonding technology using glass for the purpose of airtight sealing (also called sealing) between constituent base materials and electrical insulation fixing is used in a wide range of fields and products. For example, vacuum insulated double glazing panels in the field of housing parts, image display devices in the field of electrical and electronic parts, crystal oscillators, integrated circuit packages, semiconductor sensors, multilayer circuit boards, solar cell panels and the like can be mentioned. Further, in the field of electrical and electronic parts, a material obtained by mixing a glass composition powder and a metal powder is printed on a base material and fired to pattern an electrode and / or a wiring (hereinafter referred to as an electrode / wiring). It may also be used to form a heat conductive bonding layer.
ガラス封止・接合技術において、ガラス組成物の軟化流動温度の低温化や熱的・化学的安定性は、極めて重要な特性である。2000年頃までは、比較的低温で軟化流動し熱的・化学的に安定な鉛ガラス組成物(主要成分として酸化鉛(PbO)を含有するガラス)が、ガラス組成物として広く利用されていた。 In glass sealing / bonding technology, lowering the softening flow temperature of the glass composition and thermal / chemical stability are extremely important properties. Until around 2000, lead glass compositions that softened and flowed at relatively low temperatures and were thermally and chemically stable (glass containing lead oxide (PbO) as the main component) were widely used as glass compositions.
しかしながら、21世紀に入ってからは、世界的にグリーン調達・グリーン設計の流れが強まり、より安全な材料が要求されるようになった。例えば、欧州連合(EU)においては、電子・電気機器における特定有害物質の使用制限についての欧州連合による指令(RoHS指令)が2006年7月1日に施行され、Pb、水銀(Hg)、カドミウム(Cd)、六価クロム(Cr6+)などが禁止物質として指定されている。 However, since the beginning of the 21st century, the trend of green procurement and green design has intensified worldwide, and safer materials have been required. For example, in the European Union (EU), the European Union Directive (RoHS Directive) on restrictions on the use of specified hazardous substances in electronic and electrical equipment came into effect on July 1, 2006, and Pb, mercury (Hg), and cadmium. (Cd), hexavalent chromium (Cr 6+ ), etc. are designated as prohibited substances.
そこで、Pbを含まない低融点ガラス(無鉛低融点ガラス組成物)の開発が進められてきた。例えば、特許文献1(特開2013-032255)には、無鉛のガラス組成物であって、成分を酸化物で表したときに10〜60質量%のAg2Oと、5〜65質量%のV2O5と、15〜50質量%のTeO2とを含有し、Ag2OとV2O5とTeO2との合計含有率が75質量%以上100質量%未満であり、残部としてP2O5、BaO、K2O、WO3、Fe2O3、MnO2、Sb2O3、およびZnOの内の1種以上を0質量%超25質量%以下で含有することを特徴とするガラス組成物、が開示されている。 Therefore, the development of low melting point glass (lead-free low melting point glass composition) containing no Pb has been promoted. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-032255) describes a lead-free glass composition in which 10 to 60% by mass of Ag 2 O and 5 to 65% by mass of Ag 2 O when the components are represented by oxides. and V 2 O 5, contains and TeO 2 of 15 to 50 wt%, the total content of Ag 2 O and V 2 O 5 and TeO 2 is less than 75 mass% to 100 mass%, P as the balance It is characterized by containing one or more of 2 O 5 , BaO, K 2 O, WO 3 , Fe 2 O 3 , MnO 2 , Sb 2 O 3 , and Zn O in an amount of more than 0% by mass and not more than 25% by mass. The glass composition to be used is disclosed.
特許文献2(特開2016-050135)には、酸化バナジウム、酸化テルル及び酸化銀を含む無鉛低融点ガラス組成物であって、さらに追加成分としてイットリウム及びランタノイドの酸化物のうちいずれか一種以上を含み、前記追加成分の含有量が酸化物換算で0.1〜3.0モル%であることを特徴とする無鉛低融点ガラス組成物、が開示されている。 Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-050135) describes a lead-free low melting point glass composition containing vanadium oxide, tellurium oxide and silver oxide, and further comprises one or more of yttrium and lanthanoid oxides as additional components. A lead-free low melting point glass composition containing, and characterized in that the content of the additional component is 0.1 to 3.0 mol% in terms of oxide, is disclosed.
特許文献3(特開2016-050136)には、酸化バナジウム、酸化テルル及び酸化銀を含む無鉛低融点ガラス組成物であって、次の酸化物換算でV2O5、TeO2及びAg2Oの合計が85モル%以上であり、TeO2及びAg2Oの含有量は、V2O5の含有量に対して、それぞれ1〜2倍であり、さらに、副成分としてBaO、WO3及びP2O5のうちいずれか一種以上を0〜13モル%含み、追加成分として周期律表13族の酸化物のうちいずれか一種以上を0.1〜3.0モル%含むことを特徴とする無鉛低融点ガラス組成物、が開示されている。
Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2016-050136) describes a lead-free low melting point glass composition containing vanadium oxide, tellurium oxide, and silver oxide, which is V 2 O 5 , TeO 2, and Ag 2 O in terms of the following oxides. The total content of TeO 2 and Ag 2 O is 1 to 2 times that of the content of V 2 O 5 , respectively, and BaO, WO 3 and A lead-free low melting point characterized by containing 0 to 13 mol% of any one or more of P 2 O 5 and 0.1 to 3.0 mol% of any one or more of oxides of
特許文献1によると、低融点鉛ガラス組成物の場合と同等以下の焼成温度で軟化流動し、かつ良好な熱的安定性と化学的安定性とを併せ持つ無鉛ガラス組成物を提供できる、とされている。また、特許文献2〜3によると、Ag2O-V2O5-TeO2系無鉛低融点ガラス組成物の結晶化を抑制または防止し、低温での軟化流動性を改善した無鉛低融点ガラス組成物を提供できる、とされている。
According to Patent Document 1, it is possible to provide a lead-free glass composition that softens and flows at a firing temperature equal to or lower than that of a low melting point lead glass composition, and has both good thermal stability and chemical stability. ing. Further, according to
ガラス封止・接合技術においては、作業性の観点から(例えば、被封止基材や被接合基材への塗布を容易にするため)、ガラス組成物粉末と樹脂バインダと溶媒とを混合したガラスペーストがしばしば利用される。また、被封止基材や被接合基材とガラス組成物との熱膨張/熱収縮が整合するように、ガラスペーストに熱膨張調整フィラー粉末(例えば、低熱膨張フィラーの粉末)が混合されることもある。 In the glass sealing / bonding technology, the glass composition powder, the resin binder, and the solvent are mixed from the viewpoint of workability (for example, to facilitate application to the material to be sealed or the base material to be bonded). Glass paste is often used. Further, a thermal expansion adjusting filler powder (for example, a powder of a low thermal expansion filler) is mixed with the glass paste so that the thermal expansion / thermal shrinkage of the substrate to be sealed or the substrate to be bonded and the glass composition are matched. Sometimes.
一般的に、ガラス組成物は、特性温度(転移点、屈伏点、軟化点など)が低いほど、加熱時の軟化流動性が良好である。その一方で、特性温度が低いガラス組成物ほど、水に対する化学的安定性(耐水性、耐湿性)が乏しくなる傾向がある。特に、フリットの状態(粉末の状態、比表面積が大きい状態)で水と混合すると、ガラス粒子の表面と水分子との望まない吸着や望まない化学結合が生じて、加熱時の軟化流動性が悪化したり、軟化流動時に望まない気泡が発生したりする不具合が生じ易くなる。 In general, the lower the characteristic temperature (transition point, yield point, softening point, etc.) of the glass composition, the better the softening fluidity during heating. On the other hand, a glass composition having a lower characteristic temperature tends to have poorer chemical stability (water resistance, moisture resistance) with respect to water. In particular, when mixed with water in a frit state (powder state, state with a large specific surface area), unwanted adsorption and unwanted chemical bonds between the surface of glass particles and water molecules occur, resulting in softening fluidity during heating. Problems such as deterioration and generation of unwanted bubbles during the softening flow are likely to occur.
このことから、従来、低融点ガラス組成物粉末は水分による悪影響を避けるように取り扱うべきものとされてきており、特許文献1〜3においても、低融点ガラスペーストに用いる溶媒としては水分を極力含まない有機溶媒(非水性溶媒)が選択されている。 For this reason, conventionally, it has been considered that the low melting point glass composition powder should be handled so as to avoid adverse effects due to water content, and even in Patent Documents 1 to 3, the solvent used for the low melting point glass paste contains water as much as possible. No organic solvent (non-aqueous solvent) is selected.
ガラス組成物ペーストを利用したガラス封止・接合プロセスでは、通常、被封止基材や被接合基材の所望の箇所にガラス組成物ペーストを塗布する工程の後に、塗布したペーストの溶媒を加熱乾燥させる工程が行われる。この溶媒加熱乾燥の工程においては、溶媒が有機溶媒であることから、作業安全性確保および地球環境保護の観点から、防爆型加熱乾燥機や除害装置などが必要となる。言い換えると、それらの安全設備コストは、避けられない製造コストと考えられてきた。 In the glass sealing / bonding process using the glass composition paste, the solvent of the applied paste is usually heated after the step of applying the glass composition paste to the desired portion of the material to be sealed or the base material to be bonded. A drying step is performed. In this solvent heating / drying step, since the solvent is an organic solvent, an explosion-proof heating / drying machine, an abatement device, or the like is required from the viewpoint of ensuring work safety and protecting the global environment. In other words, those safety equipment costs have been considered inevitable manufacturing costs.
近年、工業製品に対するグリーン調達・グリーン設計の要求は益々高まっており、安全設備コストが増加傾向にある。その一方で、住宅部品や電気電子部品に対する低コスト化の要求も強まる一方である。 In recent years, the demand for green procurement and green design for industrial products has been increasing, and the cost of safety equipment is on the rise. On the other hand, the demand for cost reduction for housing parts and electrical and electronic parts is increasing.
これらの相反する要求を満たす解の一つとして、低融点ガラス組成物ペーストにおける溶媒の水性溶媒化が考えられる。もしも有機溶媒ではなく水性溶媒が使用可能になれば、従来必須と考えられてきた安全設備(例えば、防爆型加熱乾燥機、除害装置、防爆型保管設備など)の簡素化によるコスト低減が可能になる。すなわち、水性溶媒を用いた無鉛低融点ガラス組成物ペーストの実現が期待されるところである。 As one of the solutions satisfying these conflicting requirements, aqueous solventization of the solvent in the low melting point glass composition paste can be considered. If an aqueous solvent can be used instead of an organic solvent, it will be possible to reduce costs by simplifying safety equipment that was previously considered essential (for example, explosion-proof heat dryers, abatement devices, explosion-proof storage equipment, etc.). become. That is, the realization of a lead-free low melting point glass composition paste using an aqueous solvent is expected.
したがって、本発明の第一義的な目的は、従来の無鉛低融点ガラス組成物と同等の軟化温度(例えば、400℃以下)を維持しながら、水性溶媒を利用可能とする無鉛低融点ガラス組成物のペーストを提供することにある。また、本発明の他の目的は、該ガラス組成物ペーストを用いて製作した封止構造体および電気電子部品を提供することにある。 Therefore, the primary object of the present invention is a lead-free low-melting-point glass composition that makes it possible to use an aqueous solvent while maintaining a softening temperature (for example, 400 ° C. or lower) equivalent to that of a conventional lead-free low-melting-point glass composition. The purpose is to provide a paste of things. Another object of the present invention is to provide a sealing structure and an electric / electronic component manufactured by using the glass composition paste.
(I)本発明の一態様は、無鉛のガラス組成物の粉末と溶媒とを含むガラス組成物ペーストであって、
前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにV2O5(酸化バナジウム)とAg2O(酸化銀)とを含有し、
前記V2O5のモル%含有率と前記Ag2Oのモル%含有率とが、
関係式(1):1/3×[V2O5] ≦ [Ag2O] ≦ 2×[V2O5]、
を満たし、
前記溶媒は、水性溶媒であることを特徴とするガラス組成物ペースト、を提供するものである。
なお、本発明において、[成分X]とは、ガラス組成物中の成分Xのモル%含有率を表すものとする。
(I) One aspect of the present invention is a glass composition paste containing a lead-free glass composition powder and a solvent.
The glass composition contains V 2 O 5 (vanadium oxide) and Ag 2 O (silver oxide) when the components are expressed as oxides.
The molar% content of V 2 O 5 and the molar% content of Ag 2 O are
Relational expression (1): 1/3 × [V 2 O 5 ] ≤ [Ag 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
The filling,
The solvent provides a glass composition paste, which is characterized by being an aqueous solvent.
In the present invention, [component X] represents the molar% content of component X in the glass composition.
(II)本発明の他の一態様は、無鉛のガラス組成物の粉末と溶媒とを含むガラス組成物ペーストであって、
前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにV2O5とAg2Oとを含有し、
前記溶媒は、水性溶媒であり、
バナジウム成分のK吸収端付近の広域X線吸収微細構造をフーリエ変換して得られる動径構造関数における、前記ガラス組成物での第一配位圏のピークトップ強度が、単体のV2O5結晶での当該第一配位圏のピークトップ強度よりも大きいことを特徴とするガラス組成物ペースト、を提供するものである。
(II) Another aspect of the present invention is a glass composition paste containing a lead-free glass composition powder and a solvent.
The glass composition contains V 2 O 5 and Ag 2 O when the components are represented by oxides.
The solvent is an aqueous solvent and
In the radial structure function obtained by Fourier transforming the wide-area X-ray absorption fine structure near the K absorption edge of the vanadium component, the peak top intensity of the first coordination sphere in the glass composition is V 2 O 5 of a single substance. Provided is a glass composition paste, which is characterized in that it is larger than the peak top intensity of the first coordination sphere in a crystal.
(III)本発明の更に他の一態様は、無鉛のガラス組成物であって、
成分を酸化物で表現したときに3種類以上の酸化物からなり、
主要成分としてV2O5とAg2Oとを含有し、
第一任意成分としてTeO2(酸化テルル)および/またはLi2O(酸化リチウム)を含有し、
第二任意成分としてK2O(酸化カリウム)、MgO(酸化マグネシウム)、P2O5(酸化リン)、BaO(酸化バリウム)、ZnO(酸化亜鉛)、およびWO3(酸化タングステン)からなる群のうちの一種以上を含有し、
第三任意成分としてAl2O3(酸化アルミニウム)、Fe2O3(酸化鉄)、Y2O3(酸化イットリウム)、La2O3(酸化ランタン)、CeO2(酸化セリウム)、Er2O3(酸化エルビウム)、およびYb2O3(酸化イットリビウム)からなる群のうちの一種以上を含有し、
前記主要成分のモル%含有率が、
関係式(1):1/3×[V2O5] ≦ [Ag2O] ≦ 2×[V2O5]、
を満たし、
前記第一任意成分を含有する場合に該第一任意成分のモル%含有率が、
関係式(2):[V2O5]+[Ag2O]+[TeO2] ≧ 73、
関係式(3):[Li2O] ≦ 1/2×[Ag2O]、
関係式(4):[Ag2O]+[Li2O] ≦ 2×[V2O5]、
関係式(5):20 ≦ [V2O5] ≦ 45、
関係式(6):12 ≦ [Ag2O] ≦ 45、
関係式(7):25 ≦ [TeO2] ≦ 47、および
関係式(8):0 < [Li2O] ≦ 15、
を満たし、
前記第二任意成分を含有する場合に該第二任意成分のモル%含有率が、
関係式(9):0 < [K2O]+[MgO]+[P2O5]+[BaO]+[WO3]+[ZnO] ≦ 17、
を満たし、
前記第三任意成分を含有する場合に該第三任意成分のモル%含有率が、
関係式(10):0.3 ≦ [Al2O3]+[Fe2O3]+[Y2O3]+[La2O3]+[CeO2]+[Er2O3]+[Yb2O3] ≦ 7.5、
を満たす、ことを特徴とするガラス組成物、を提供するものである。
(III) Yet another aspect of the present invention is a lead-free glass composition.
When the components are expressed as oxides, they consist of three or more types of oxides.
Contains V 2 O 5 and Ag 2 O as the main ingredients,
Containing Te O 2 (tellurium oxide) and / or Li 2 O (lithium oxide) as the first optional component,
A group consisting of K 2 O (potassium oxide), MgO (magnesium oxide), P 2 O 5 (phosphorus oxide), BaO (barium oxide), ZnO (zinc oxide), and WO 3 (tungsten trioxide) as the second optional component. Contains more than one of
As the third optional component, Al 2 O 3 (aluminum oxide), Fe 2 O 3 (iron oxide), Y 2 O 3 (yttrium oxide), La 2 O 3 (lanthanum oxide), CeO 2 (cerium oxide), Er 2 Contains one or more of the group consisting of O 3 (erbium oxide) and Yb 2 O 3 (yttrium oxide).
The molar% content of the main component is
Relational expression (1): 1/3 × [V 2 O 5 ] ≤ [Ag 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
The filling,
When the first optional component is contained, the molar% content of the first optional component is
Relational expression (2): [V 2 O 5 ] + [Ag 2 O] + [TeO 2 ] ≧ 73,
Relational expression (3): [Li 2 O] ≤ 1/2 x [Ag 2 O],
Relational expression (4): [Ag 2 O] + [Li 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
Relational expression (5): 20 ≤ [V 2 O 5 ] ≤ 45,
Relational expression (6): 12 ≤ [Ag 2 O] ≤ 45,
Relational expression (7): 25 ≤ [TeO 2 ] ≤ 47, and relational expression (8): 0 <[Li 2 O] ≤ 15,
The filling,
When the second optional component is contained, the molar% content of the second optional component is
Relational expression (9): 0 <[K 2 O] + [MgO] + [P 2 O 5 ] + [BaO] + [WO 3 ] + [ZnO] ≤ 17,
The filling,
When the third optional component is contained, the molar% content of the third optional component is
Relational expression (10): 0.3 ≤ [Al 2 O 3 ] + [Fe 2 O 3 ] + [Y 2 O 3 ] + [La 2 O 3 ] + [CeO 2 ] + [Er 2 O 3 ] + [Yb 2 O 3 ] ≤ 7.5,
Provided is a glass composition, which is characterized by satisfying.
(IV)本発明の更に他の一態様は、ガラス材料による封止部を有する封止構造体であって、
前記ガラス材料が、本発明に係るガラス組成物からなることを特徴とする封止構造体、を提供するものである。
(IV) Yet another aspect of the present invention is a sealing structure having a sealing portion made of a glass material.
Provided is a sealing structure, characterized in that the glass material comprises the glass composition according to the present invention.
(V)本発明の更に他の一態様は、ガラス材料による電極/配線または熱伝導接合層を有する電気電子部品であって、
前記ガラス材料が、本発明に係るガラス組成物からなることを特徴とする電気電子部品、を提供するものである。
(V) Yet another aspect of the present invention is an electrical and electronic component having electrodes / wiring or heat conductive bonding layers made of glass material.
Provided is an electrical / electronic component, characterized in that the glass material comprises the glass composition according to the present invention.
本発明によれば、従来の無鉛低融点ガラス組成物と同等の軟化温度(例えば、400℃以下)を維持しながら、水性溶媒を利用可能とする無鉛低融点ガラス組成物のペースト、該ガラス組成物ペーストを用いて製作した封止構造体および電気電子部品を提供することができる。水性溶媒のガラス組成物ペーストを用いることにより、封止構造体や電気電子部品の製造コスト低減(すなわち、低コスト化)が可能になる。 According to the present invention, a paste of a lead-free low melting point glass composition that makes it possible to use an aqueous solvent while maintaining a softening temperature (for example, 400 ° C. or lower) equivalent to that of a conventional lead-free low melting point glass composition, the glass composition. It is possible to provide a sealing structure and an electric / electronic component manufactured by using a physical paste. By using the glass composition paste of the aqueous solvent, it is possible to reduce the manufacturing cost (that is, the cost reduction) of the sealed structure and the electric / electronic parts.
本発明は、前述した本発明に係るガラス組成物ペースト(I)において、以下のような改良や変更を加えることができる。
(i)前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにTeO2を更に含有し、前記V2O5のモル%含有率と前記Ag2Oのモル%含有率と前記TeO2のモル%含有率とが、
関係式(2):[V2O5]+[Ag2O]+[TeO2] ≧ 73、
を満たす。
(ii)前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにLi2Oを更に含有し、前記V2O5のモル%含有率と前記Ag2Oのモル%含有率と前記Li2Oのモル%含有率とが、
関係式(3):[Li2O] ≦ 1/2×[Ag2O]、および
関係式(4):[Ag2O]+[Li2O] ≦ 2×[V2O5]、
を満たす。
(iii)前記V2O5のモル%含有率と前記Ag2Oのモル%含有率と前記TeO2のモル%含有率とが、
関係式(5):20 ≦ [V2O5] ≦ 45、
関係式(6):12 ≦ [Ag2O] ≦ 45、および
関係式(7):25 ≦ [TeO2] ≦ 47、
を満たす。
(iv)前記V2O5のモル%含有率と前記Ag2Oのモル%含有率と前記TeO2のモル%含有率と前記Li2Oのモル%含有率とが、
関係式(5):20 ≦ [V2O5] ≦ 45、
関係式(6):12 ≦ [Ag2O] ≦ 45、
関係式(7):25 ≦ [TeO2] ≦ 47、および
関係式(8):0 < [Li2O] ≦ 15、
を満たす。
(v)前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにK2O、MgO、P2O5、BaO、ZnO、およびWO3からなる群のうちの一種以上を更に含有し、
当該群を構成する成分のモル%含有率が、
関係式(9):0 < [K2O]+[MgO]+[P2O5]+[BaO]+[WO3]+[ZnO] ≦ 17、
を満たす。
(vi)前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにAl2O3、Fe2O3、Y2O3、La2O3、CeO2、Er2O3、およびYb2O3からなる群のうちの一種以上を更に含有し、
当該群を構成する成分のモル%含有率が、
関係式(10):0.3 ≦ [Al2O3]+[Fe2O3]+[Y2O3]+[La2O3]+[CeO2]+[Er2O3]+[Yb2O3] ≦ 7.5、
を満たす。
The present invention can make the following improvements and modifications to the above-mentioned glass composition paste (I) according to the present invention.
(I) The glass composition further contains TeO 2 when the components are expressed as oxides, and the molar% content of V 2 O 5 and the molar% content of Ag 2 O and the Te O 2 The molar% content is
Relational expression (2): [V 2 O 5 ] + [Ag 2 O] + [TeO 2 ] ≧ 73,
Meet.
(Ii) The glass composition further contains Li 2 O when the components are expressed as oxides, and the molar% content of V 2 O 5 and the molar% content of Ag 2 O and the Li 2 The molar% content of O is
Relational expression (3): [Li 2 O] ≤ 1/2 × [Ag 2 O], and relational expression (4): [Ag 2 O] + [Li 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
Meet.
(Iii) The mol% content of V 2 O 5 , the mol% content of Ag 2 O, and the molar% content of Te O 2 are
Relational expression (5): 20 ≤ [V 2 O 5 ] ≤ 45,
Relational expression (6): 12 ≤ [Ag 2 O] ≤ 45, and relational expression (7): 25 ≤ [TeO 2 ] ≤ 47,
Meet.
(Iv) The mol% content of V 2 O 5 , the mol% content of Ag 2 O, the molar% content of Te O 2 , and the molar% content of Li 2 O are
Relational expression (5): 20 ≤ [V 2 O 5 ] ≤ 45,
Relational expression (6): 12 ≤ [Ag 2 O] ≤ 45,
Relational expression (7): 25 ≤ [TeO 2 ] ≤ 47, and relational expression (8): 0 <[Li 2 O] ≤ 15,
Meet.
(V) The glass composition further contains one or more of the group consisting of K 2 O, MgO, P 2 O 5 , BaO, ZnO, and WO 3 when the components are represented by oxides.
The molar% content of the components that make up the group
Relational expression (9): 0 <[K 2 O] + [MgO] + [P 2 O 5 ] + [BaO] + [WO 3 ] + [ZnO] ≤ 17,
Meet.
(Vi) The glass composition has Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Er 2 O 3 , and Yb 2 O when the components are expressed as oxides. Further containing one or more of the group consisting of 3
The molar% content of the components that make up the group
Relational expression (10): 0.3 ≤ [Al 2 O 3 ] + [Fe 2 O 3 ] + [Y 2 O 3 ] + [La 2 O 3 ] + [CeO 2 ] + [Er 2 O 3 ] + [Yb 2 O 3 ] ≤ 7.5,
Meet.
本発明は、前述した本発明に係るガラス組成物ペースト(II)において、以下のような改良や変更を加えることができる。
(vii)前記ガラス組成物の前記ピークトップ強度が、前記単体のV2O5結晶の前記ピークトップ強度と比較して1.2倍以上である。
The present invention can make the following improvements and modifications to the above-mentioned glass composition paste (II) according to the present invention.
(Vii) The peak top intensity of the glass composition is 1.2 times or more the peak top intensity of the single V 2 O 5 crystal.
本発明は、前述した本発明に係るガラス組成物ペースト(I)、(II)において、以下のような改良や変更を加えることができる。
(viii)前記ガラス組成物の転移点が、260℃以下である。
(ix)前記ガラス組成物ペーストの液性が、中性またはアルカリ性である。
(x)前記ガラス組成物ペーストは、樹脂バインダとして非イオン性の水溶性熱可塑樹脂を更に含む。
(xi)前記水溶性熱可塑樹脂が、ポリエチレンオキサイドである。
(xii)前記ポリエチレンオキサイドの重量平均分子量が、3,500,000以上である。
(xiii)前記ガラス組成物ペーストは、熱膨張調整フィラー粉末を更に含む。
(xiv)前記熱膨張調整フィラー粉末は、Zr2(WO4)(PO4)2(リン酸タングステン酸ジルコニウム)、Li2O・Al2O3・2SiO2(β‐ユークリプタイト)、2MgO・2Al2O3・5SiO2(コージェライト)、3Al2O3・2SiO2(ムライト)、SiO2(シリカ)、Nb2O5(酸化ニオブ)、およびSi(シリコン)からなる群の内のいずれか一種以上の粉末である。
(xv)前記熱膨張調整フィラー粉末の体積含有率は、前記ガラス組成物の体積含有率に対して2.5倍以下である。
(xvi)前記ガラス組成物ペーストは、金属粉末を更に含む。
(xvii)前記金属粉末は、Ag、Ag合金、Cu(銅)、Cu合金、Al、Al合金、Sn(スズ)、Sn合金、Fe、およびFe合金からなる群の内のいずれか一種以上の粉末である。
(xviii)前記金属粉末の体積含有率は、前記ガラス組成物の体積含有率に対して9倍以下である。
The present invention can be improved or modified as follows in the above-mentioned glass composition pastes (I) and (II) according to the present invention.
(Viii) The transition point of the glass composition is 260 ° C. or lower.
(Ix) The liquid property of the glass composition paste is neutral or alkaline.
(X) The glass composition paste further contains a nonionic water-soluble thermoplastic resin as a resin binder.
(Xi) The water-soluble thermoplastic resin is polyethylene oxide.
(Xii) The weight average molecular weight of the polyethylene oxide is 3,500,000 or more.
(Xiii) The glass composition paste further contains a thermal expansion adjusting filler powder.
(Xiv) The thermal expansion adjusting filler powder is Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 (zirconium tungstate phosphate), Li 2 O ・ Al 2 O 3・ 2SiO 2 (β-eucryptite), 2MgO. · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ( cordierite), 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ( mullite), SiO 2 (silica), Nb 2 O 5 (niobium oxide), and Si of the group consisting of (silicon) Any one or more powders.
(Xv) The volume content of the thermal expansion adjusting filler powder is 2.5 times or less the volume content of the glass composition.
(Xvi) The glass composition paste further comprises a metal powder.
(Xvii) The metal powder is one or more of the group consisting of Ag, Ag alloy, Cu (copper), Cu alloy, Al, Al alloy, Sn (tin), Sn alloy, Fe, and Fe alloy. It is a powder.
(Xviii) The volume content of the metal powder is 9 times or less the volume content of the glass composition.
本発明は、前述した本発明に係るガラス組成物(III)において、以下のような改良や変更を加えることができる。
(xix)バナジウム成分のK吸収端の広域X線吸収微細構造をフーリエ変換して得られる動径構造関数における、前記ガラス組成物での第一配位圏のピークトップ強度が、単体のV2O5結晶での当該第一配位圏のピークトップ強度よりも大きい。
(xx)前記ガラス組成物の前記ピークトップ強度が、前記単体のV2O5結晶の前記ピークトップ強度と比較して1.2倍以上である。
(xxi)前記ガラス組成物の転移点が、260℃以下である。
(xxii)前記ガラス組成物は、熱膨張調整フィラー粉末を更に含む。
(xxiii)前記熱膨張調整フィラー粉末は、Zr2(WO4)(PO4)2、Li2O・Al2O3・2SiO2、2MgO・2Al2O3・5SiO2、3Al2O3・2SiO2、SiO2、Nb2O5、およびSiからなる群の内のいずれか一種以上の粉末である。
(xxiv)前記熱膨張調整フィラー粉末の体積含有率は、前記ガラス組成物の中のガラス相の体積含有率に対して2.5倍以下である。
(xxv)前記ガラス組成物は、金属粉末を更に含む。
(xxvi)前記金属粉末は、Ag、Ag合金、Cu、Cu合金、Al、Al合金、Sn、Sn合金、Fe、およびFe合金からなる群の内のいずれか一種以上の粉末である。
(xxvii)前記金属粉末の体積含有率は、前記ガラス組成物の中のガラス相の体積含有率に対して9倍以下である。
The present invention can be improved or modified as follows in the above-mentioned glass composition (III) according to the present invention.
(Xix) In the radial structure function obtained by Fourier transforming the wide-area X-ray absorption fine structure at the K-edge of the vanadium component, the peak top intensity of the first coordination sphere in the glass composition is V 2 of a single substance. It is larger than the peak top intensity of the first coordination sphere in the O 5 crystal.
(Xx) The peak top intensity of the glass composition is 1.2 times or more the peak top intensity of the single V 2 O 5 crystal.
(Xxi) The transition point of the glass composition is 260 ° C. or lower.
(Xxii) The glass composition further comprises a thermal expansion adjusting filler powder.
(Xxiii) said thermal expansion adjustment filler powder, Zr 2 (WO 4) ( PO 4) 2, Li 2 O · Al 2
(Xxiv) The volume content of the thermal expansion adjusting filler powder is 2.5 times or less the volume content of the glass phase in the glass composition.
(Xxv) The glass composition further comprises a metal powder.
(Xxvi) The metal powder is any one or more powders in the group consisting of Ag, Ag alloys, Cu, Cu alloys, Al, Al alloys, Sn, Sn alloys, Fe, and Fe alloys.
(Xxxvii) The volume content of the metal powder is 9 times or less the volume content of the glass phase in the glass composition.
(本発明の基本思想)
前述したように、従来の無鉛低融点ガラス組成物ペーストでは、ガラス組成物粉末への水分による悪影響を避けるため、溶媒として水分を極力含まない有機溶媒(非水性溶媒)が用いられてきた。本発明者等は、水性溶媒を利用可能とする無鉛低融点ガラス組成物のペーストを開発すべく、無鉛低融点ガラス組成物の組成について従来よりも更に詳細に研究・調査した。その結果、限られた組成において、従来は不適当と考えられていた水性溶媒を利用しても不具合が生じずに、むしろ有機溶媒を利用した場合よりも優れた軟化流動性を示すガラス組成物ペーストが得られることを見出した。
(Basic idea of the present invention)
As described above, in the conventional lead-free low melting point glass composition paste, an organic solvent (non-aqueous solvent) containing as little water as possible has been used as a solvent in order to avoid adverse effects of water on the glass composition powder. The present inventors have studied and investigated the composition of the lead-free low-melting-point glass composition in more detail than before in order to develop a paste of the lead-free low-melting-point glass composition that makes it possible to use an aqueous solvent. As a result, in a limited composition, a glass composition that does not cause any problems even when an aqueous solvent which was conventionally considered to be inappropriate is used, but rather exhibits a softening fluidity superior to that when an organic solvent is used. We have found that a paste can be obtained.
この特徴的なガラス組成物のガラス構造について研究するために、当該ガラス組成物の骨格をなす成分(網目形成成分)と考えられるバナジウム(V)成分のK吸収端付近の広域X線吸収微細構造(EXAFS)をフーリエ変換して得られる動径構造関数を調査した。その結果、本発明に係るガラス組成物は、V成分の第一配位圏でのピークトップ強度が、単体のV2O5結晶における該ピークトップ強度より大きいという極めて特異的な現象が観られた。これは、当該V成分の配位数が、単体のV2O5結晶におけるそれよりも大きいということを意味する。 In order to study the glass structure of this characteristic glass composition, a wide-area X-ray absorption fine structure near the K-absorbing edge of the vanadium (V) component, which is considered to be the skeleton-forming component (mesh-forming component) of the glass composition. The radial structure function obtained by Fourier transforming (EXAFS) was investigated. As a result, in the glass composition according to the present invention, an extremely specific phenomenon is observed in which the peak top intensity of the V component in the first coordination sphere is larger than the peak top intensity of the simple V 2 O 5 crystal. rice field. This means that the coordination number of the V component is larger than that in a single V 2 O 5 crystal.
また、本発明に係るガラス組成物は、非常に優れた軟化流動性を示すこと、その結果、ガラス組成物ペーストにおいて、ガラス組成物の含有率を従来のガラスペーストのそれよりも低減させられること(言い換えると、熱膨張調整フィラー粉末および/または金属粉末の含有率を従来のガラスペーストのそれよりも増加させられること)を見出した。これは、封止ガラス材料や電極/配線ガラス材料や熱伝導ガラス接合材料の特性向上や低コスト化に寄与する。 In addition, the glass composition according to the present invention exhibits extremely excellent softening fluidity, and as a result, the content of the glass composition in the glass composition paste can be reduced as compared with that of the conventional glass paste. (In other words, the content of the thermal expansion adjusting filler powder and / or the metal powder can be increased more than that of the conventional glass paste). This contributes to improving the characteristics and reducing the cost of the sealing glass material, the electrode / wiring glass material, and the heat conductive glass bonding material.
本発明は、上記のような特徴的な現象・知見に基づいて完成されたものである。 The present invention has been completed based on the above-mentioned characteristic phenomena and findings.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、本発明は、ここで取り上げた実施形態に限定されるものではなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で公知技術と適宜組み合わせたり公知技術に基づいて改良したりすることが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments taken up here, and can be appropriately combined with a known technique or improved based on the known technique without departing from the technical idea of the invention. be.
(ガラス組成物およびそのペースト)
前述したように、本発明は、従来の無鉛低融点ガラス組成物と同等の軟化温度(例えば、400℃以下)を維持しながら、水性溶媒を利用可能とする無鉛低融点ガラス組成物のペーストを提供するものである。すなわち、本発明に係るガラス組成物ペーストは、無鉛低融点ガラス組成物の粉末と水性溶媒とを含むものである(有機溶媒は含まない)。
(Glass composition and its paste)
As described above, the present invention provides a lead-free low-melting-point glass composition paste that makes it possible to use an aqueous solvent while maintaining a softening temperature (for example, 400 ° C. or lower) equivalent to that of a conventional lead-free low-melting-point glass composition. It is to provide. That is, the glass composition paste according to the present invention contains a powder of a lead-free low melting point glass composition and an aqueous solvent (does not contain an organic solvent).
まず、ガラス組成物の特性温度(転移点、屈伏点、軟化点、結晶化温度)について簡単に説明する。 First, the characteristic temperatures (transition point, yield point, softening point, crystallization temperature) of the glass composition will be briefly described.
ガラス組成物の特性温度は、しばしば示差熱分析(DTA)によって測定される。図1は、ガラス組成物に対するDTAの昇温過程で得られるチャートの典型例である。図1に示したように、第1吸熱ピークの開始温度は転移点Tg(粘度=1013.3 poiseに相当)と定義され、該第1吸熱ピークのピーク温度は屈伏点Td(粘度=1011.0 poiseに相当)と定義され、第2吸熱ピークのピーク温度は軟化点Ts(粘度=107.65 poiseに相当)と定義され、第1発熱ピークの開始温度は結晶化温度Tcryと定義され、第1発熱ピークのピーク温度は結晶化ピーク温度Tcry-pと定義される。それぞれの温度は、接線法によって求められる温度とする。本発明での各特性温度は上記の定義に基づくものである。 The characteristic temperature of the glass composition is often measured by differential thermal analysis (DTA). FIG. 1 is a typical example of a chart obtained in the process of raising the temperature of DTA with respect to the glass composition. As shown in FIG. 1, the start temperature of the first heat absorption peak is defined as the transition point T g (corresponding to viscosity = 10 13.3 poise), and the peak temperature of the first heat absorption peak is the yield point T d (viscosity = 10). 11.0 poise equivalent) and is defined, the peak temperature of the second endothermic peak is defined as a softening point T s (corresponding to a viscosity = 10 7.65 poise), the starting temperature of the first exothermic peak is defined as the crystallization temperature T cry , The peak temperature of the first exothermic peak is defined as the crystallization peak temperature T cry-p. Each temperature is the temperature obtained by the tangent method. Each characteristic temperature in the present invention is based on the above definition.
ガラス組成物における軟化点Tsと結晶化温度Tcryとの差分(絶対値)や、結晶化による発熱ピークの高さ(発熱量に相当)から、ガラス組成物の結晶化のしやすさ(結晶化傾向と称する)を推定することができる。軟化点Tsと結晶化温度Tcryとの温度差が大きければ、Ts以上Tcry未満の広い温度範囲でガラスを軟化流動させることができ、ガラス封止などの作業性が向上する。また、結晶化の際の発熱量が小さければ、たとえ作業温度がTcryに達してしまった場合であっても、結晶化による発熱に起因する急激な温度上昇が抑制され、温度上昇に伴う結晶化の進行が緩やかになるため、温度制御を行う時間的猶予ができる利点がある。 Ease of crystallization of the glass composition (corresponding to the calorific value) from the difference (absolute value) between the softening point T s and the crystallization temperature T cry in the glass composition and the height of the exothermic peak due to crystallization (corresponding to the calorific value). (Called crystallization tendency) can be estimated. If the temperature difference between the softening point T s and the crystallization temperature T cry is large, the glass can be softened and flowed in a wide temperature range of T s or more and less than T cry, and workability such as glass sealing is improved. In addition, if the calorific value during crystallization is small, even if the working temperature reaches T cry , the rapid temperature rise caused by the heat generated by crystallization is suppressed, and the crystals accompanying the temperature rise are suppressed. Since the crystallization progresses slowly, there is an advantage that the temperature can be controlled in a timely manner.
つぎに、ガラス組成物の化学組成について説明する。 Next, the chemical composition of the glass composition will be described.
本発明で用いるガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにV2O5とAg2Oとを含有し、該V2O5のモル%含有率と該Ag2Oのモル%含有率とが、
関係式(1):1/3×[V2O5] ≦ [Ag2O] ≦ 2×[V2O5]、
を満たすことが好ましい。本発明において、各関係式の[成分X]とは、ガラス組成物中の成分Xのモル%含有率を表すものとする。V2O5とAg2Oとは、共に低融点ガラスを得るための低融点化成分であり、所定の比率で混合することにより低温化と耐水性とを両立することができる。
The glass composition used in the present invention contains V 2 O 5 and Ag 2 O when the components are expressed as oxides, and contains the mol% content of the V 2 O 5 and the mol% of the Ag 2 O. The rate is
Relational expression (1): 1/3 × [V 2 O 5 ] ≤ [Ag 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
It is preferable to satisfy. In the present invention, [component X] of each relational expression represents the molar% content of component X in the glass composition. Both V 2 O 5 and Ag 2 O are melting point lowering components for obtaining low melting point glass, and by mixing them in a predetermined ratio, both low temperature and water resistance can be achieved at the same time.
本ガラス組成物は、第一任意成分としてTeO2および/またはLi2Oを更に含有することが好ましい。本発明において任意成分とは、含有させてもよいし含有させなくてもよい成分を意味する。TeO2は、V2O5やAg2Oと同様に低融点化成分である。Li2Oは、被封止材料や被接合材料への接着性や密着性の向上に寄与するガラス化成分である。 The glass composition preferably further contains Te O 2 and / or Li 2 O as the first optional component. In the present invention, the optional component means a component that may or may not be contained. TeO 2 is a low melting point component like V 2 O 5 and Ag 2 O. Li 2 O is a vitrification component that contributes to the improvement of adhesiveness and adhesion to the material to be sealed and the material to be bonded.
第一任意成分を含有する場合、該第一任意成分のモル%含有率が、
関係式(2):[V2O5]+[Ag2O]+[TeO2] ≧ 73、
関係式(3):[Li2O] ≦ 1/2×[Ag2O]、
関係式(4):[Ag2O]+[Li2O] ≦ 2×[V2O5]、
関係式(5):20 ≦ [V2O5] ≦ 45、
関係式(6):12 ≦ [Ag2O] ≦ 45、
関係式(7):25 ≦ [TeO2] ≦ 47、および
関係式(8):0 < [Li2O] ≦ 15、
を満たすことが好ましい。なお、TeO2およびLi2Oのどちらか一方のみを含有する場合、当該成分に関わる関係式を無視すればよい。
When the first optional component is contained, the molar% content of the first optional component is
Relational expression (2): [V 2 O 5 ] + [Ag 2 O] + [TeO 2 ] ≧ 73,
Relational expression (3): [Li 2 O] ≤ 1/2 x [Ag 2 O],
Relational expression (4): [Ag 2 O] + [Li 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
Relational expression (5): 20 ≤ [V 2 O 5 ] ≤ 45,
Relational expression (6): 12 ≤ [Ag 2 O] ≤ 45,
Relational expression (7): 25 ≤ [TeO 2 ] ≤ 47, and relational expression (8): 0 <[Li 2 O] ≤ 15,
It is preferable to satisfy. When only one of TeO 2 and Li 2 O is contained, the relational expression related to the component can be ignored.
本ガラス組成物は、第二任意成分としてK2O、MgO、P2O5、BaO、ZnO、およびWO3からなる群のうちの一種以上を更に含有することが好ましい。これらの第二任意成分は、結晶化傾向の低減に寄与する成分である。 The glass composition preferably further contains at least one of the group consisting of K 2 O, MgO, P 2 O 5 , BaO, ZnO, and WO 3 as the second optional component. These second optional components are components that contribute to the reduction of the crystallization tendency.
第二任意成分を含有する場合、該第二任意成分のモル%含有率が、
関係式(9):0 < [K2O]+[MgO]+[P2O5]+[BaO]+[WO3]+[ZnO] ≦ 17、
を満たすことが好ましい。なお、第二任意成分の群の中で含有させない成分は、関係式(9)の当該成分のモル%含有率を「0モル%」とすればよい。
When the second optional component is contained, the molar% content of the second optional component is
Relational expression (9): 0 <[K 2 O] + [MgO] + [P 2 O 5 ] + [BaO] + [WO 3 ] + [ZnO] ≤ 17,
It is preferable to satisfy. For the component not to be contained in the group of the second optional component, the mol% content of the component in the relational expression (9) may be set to "0 mol%".
本ガラス組成物は、第三任意成分としてAl2O3、Fe2O3、Y2O3、La2O3、CeO2、Er2O3、およびYb2O3からなる群のうちの一種以上を含有することが好ましい。これらの第三任意成分は、結晶化傾向の低減や、耐水性(耐湿性を含む)の向上に寄与する成分である。 This glass composition is in the group consisting of Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Er 2 O 3 , and Yb 2 O 3 as the third optional component. It is preferable to contain one or more. These third optional components are components that contribute to the reduction of crystallization tendency and the improvement of water resistance (including moisture resistance).
第三任意成分を含有する場合、該第三任意成分のモル%含有率が、
関係式(10):0.3 ≦ [Al2O3]+[Fe2O3]+[Y2O3]+[La2O3]+[CeO2]+[Er2O3]+[Yb2O3] ≦ 7.5、
を満たすことが好ましい。なお、第三任意成分の群の中で含有させない成分は、関係式(10)の当該成分のモル%含有率を「0モル%」とすればよい。
When the third optional component is contained, the molar% content of the third optional component is
Relational expression (10): 0.3 ≤ [Al 2 O 3 ] + [Fe 2 O 3 ] + [Y 2 O 3 ] + [La 2 O 3 ] + [CeO 2 ] + [Er 2 O 3 ] + [Yb 2 O 3 ] ≤ 7.5,
It is preferable to satisfy. For the component not to be contained in the group of the third optional component, the mol% content of the component in the relational expression (10) may be set to "0 mol%".
上記のような組成を満たすガラス組成物は、転移点Tgが260℃以下であり、軟化点Tsが330℃以下という優れた低温軟化特性を示す。具体例の詳細は後述する。 A glass composition satisfying the above composition exhibits excellent low-temperature softening characteristics with a transition point T g of 260 ° C. or lower and a softening point T s of 330 ° C. or lower. Details of the specific example will be described later.
本発明のガラス組成物ペーストは、有機溶媒ではなく水性溶媒を用いるところに大きな特徴がある。用いる水性溶媒(それを用いたガラス組成物ペースト)の液性は、中性またはアルカリ性が好ましい。言い換えると、水性溶媒およびそれを用いたペーストのpHは、7以上が好ましく、7.5以上13以下がより好ましく、8以上12以下が更に好ましい。水性溶媒の液性が酸性であると、ガラス組成物の主要成分であるV2O5や後述する樹脂バインダの安定性を損なう可能性がある。 The glass composition paste of the present invention is characterized in that it uses an aqueous solvent instead of an organic solvent. The liquid property of the aqueous solvent used (the glass composition paste using the same) is preferably neutral or alkaline. In other words, the pH of the aqueous solvent and the paste using the same is preferably 7 or more, more preferably 7.5 or more and 13 or less, and further preferably 8 or more and 12 or less. If the liquidity of the aqueous solvent is acidic, the stability of V 2 O 5 which is a main component of the glass composition and the resin binder described later may be impaired.
本発明のガラス組成物ペーストは、ペーストの粘度調整のための樹脂バインダを含有させる場合、樹脂バインダとして非イオン性の水溶性熱可塑樹脂を用いることが好ましい。非イオン性の水溶性熱可塑樹脂を用いることにより、ガラス組成物の加熱軟化流動時における望まない化学反応などによって生じる可能性のあるガラス相の不具合(例えば、無光沢化、気泡の発生)を抑制することができる。 When the glass composition paste of the present invention contains a resin binder for adjusting the viscosity of the paste, it is preferable to use a nonionic water-soluble thermoplastic resin as the resin binder. By using a non-ionic water-soluble thermoplastic resin, defects in the glass phase (for example, matting, generation of bubbles) that may occur due to an undesired chemical reaction during the heating and softening flow of the glass composition can be caused. It can be suppressed.
非イオン性の水溶性熱可塑樹脂としては、ポリエチレンオキサイド(PEO)を代表例として挙げることができる。重量平均分子量が大きいPEOを用いるほどガラス組成物の軟化流動性が良好になる傾向があり、特に重量平均分子量が3,500,000以上であることが好ましい。なお、非イオン性の水溶性熱可塑樹脂は、一般的に酸性水溶液で分解され易く分子量が小さくなる傾向があるため、ペーストの水性溶媒を中性またはアルカリ性にしておくことが好ましい。 As a nonionic water-soluble thermoplastic resin, polyethylene oxide (PEO) can be mentioned as a typical example. The softer fluidity of the glass composition tends to be better as PEO having a larger weight average molecular weight is used, and it is particularly preferable that the weight average molecular weight is 3,500,000 or more. Since non-ionic water-soluble thermoplastic resins are generally easily decomposed in an acidic aqueous solution and tend to have a small molecular weight, it is preferable to keep the aqueous solvent of the paste neutral or alkaline.
ガラス組成物ペーストを利用したガラス封止部を有する封止構造体や、ガラス接合層を有する接合体を製造する場合、被封止基材や被接合基材とガラス組成物との熱膨張/熱収縮が整合するように、ガラス組成物ペーストに熱膨張調整フィラー粉末が混合されることは好ましい。混合する熱膨張調整フィラー粉末としては、例えば、Zr2(WO4)(PO4)2(リン酸タングステン酸ジルコニウム)、Li2O・Al2O3・2SiO2(β‐ユークリプタイト)、2MgO・2Al2O3・5SiO2(コージェライト)、3Al2O3・2SiO2(ムライト)、SiO2(シリカ)、Nb2O5(酸化ニオブ)、およびSi(シリコン)からなる群の内のいずれか一種以上の粉末を好適に利用できる。 When manufacturing a sealing structure having a glass sealing portion using a glass composition paste or a bonded body having a glass bonding layer, thermal expansion of the material to be sealed or the base material to be bonded and the glass composition / It is preferable that the glass composition paste is mixed with the thermal expansion adjusting filler powder so that the thermal shrinkage is consistent. Examples of the thermal expansion adjusting filler powder to be mixed include Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 (zirconium tungstate phosphate), Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2 (β-eucryptite), and so on. 2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ( cordierite), 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ( mullite), SiO 2 (silica), Nb 2 O 5 (niobium oxide), and among the group consisting of Si (silicon) Any one or more of the powders can be preferably used.
ガラス組成物ペーストに熱膨張調整フィラー粉末を混合する場合、熱膨張調整フィラー粉末の体積含有率は、ガラス組成物の体積含有率に対して2.5倍以下が好ましい。熱膨張調整フィラー粉末の体積含有率がガラス組成物のそれの2.5倍超となると、加熱時の軟化流動が阻害され、被封止基材や被接合基材に対する良好な接着性や密着性が得られにくくなる。 When the thermal expansion adjusting filler powder is mixed with the glass composition paste, the volume content of the thermal expansion adjusting filler powder is preferably 2.5 times or less with respect to the volume content of the glass composition. When the volume content of the thermal expansion adjusting filler powder is more than 2.5 times that of the glass composition, the softening flow during heating is hindered, and good adhesion and adhesion to the material to be sealed and the material to be bonded are obtained. It becomes difficult to obtain.
また、ガラス組成物ペーストを利用した電極/配線や熱伝導接合層を有する電気電子部品を製造する場合、形成される電極/配線や熱伝導接合層で良好な導電性や熱伝導性を確保するために、ガラス組成物ペーストに金属粉末が混合されることは好ましい。混合する金属粉末としては、Ag、Ag合金、Cu、Cu合金、Al、Al合金、Sn、Sn合金、Fe、およびFe合金からなる群の内のいずれか一種以上の粉末を好適に利用できる。 Further, when manufacturing an electric / electronic component having an electrode / wiring or a heat conductive bonding layer using a glass composition paste, good conductivity and heat conductivity are ensured in the electrode / wiring and the heat conductive bonding layer to be formed. Therefore, it is preferable that the metal powder is mixed with the glass composition paste. As the metal powder to be mixed, any one or more powders in the group consisting of Ag, Ag alloy, Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, Sn, Sn alloy, Fe, and Fe alloy can be preferably used.
ガラス組成物ペーストに金属粉末を混合する場合、金属粉末の体積含有率は、ガラス組成物の体積含有率に対して9倍以下が好ましい。金属粉末の体積含有率がガラス組成物のそれの9倍超となると、ガラス組成物の量が不足して、緻密な電極/配線の形成や、被接合基材に対する密着性や、接合層自体の機械的強度が不十分になる。 When the metal powder is mixed with the glass composition paste, the volume content of the metal powder is preferably 9 times or less the volume content of the glass composition. If the volume content of the metal powder is more than 9 times that of the glass composition, the amount of the glass composition will be insufficient, resulting in the formation of dense electrodes / wiring, adhesion to the substrate to be bonded, and the bonding layer itself. The mechanical strength of the glass becomes insufficient.
当然のことながら、本発明のガラス組成物ペーストは、熱膨張調整フィラー粉末と金属粉末とを同時に含有していてもよい。 As a matter of course, the glass composition paste of the present invention may contain the thermal expansion adjusting filler powder and the metal powder at the same time.
(ガラス組成物の構造について)
本発明で用いるガラス組成物は、従来の無鉛低融点ガラス組成物と同等の軟化温度(例えば、400℃以下)を有しながら、ペーストの溶媒として水性溶媒を利用できるという極めて魅力的な性状を示す。この性状の要因を調査するにあたり、本発明のガラス組成物と従来の無鉛低融点ガラス組成物とに、ガラス構造上の差異が存在するのかは大変興味のあるところである。
(About the structure of the glass composition)
The glass composition used in the present invention has an extremely attractive property that an aqueous solvent can be used as a paste solvent while having a softening temperature (for example, 400 ° C. or lower) equivalent to that of a conventional lead-free low melting point glass composition. show. In investigating the cause of this property, it is of great interest whether there is a difference in the glass structure between the glass composition of the present invention and the conventional lead-free low melting point glass composition.
ここで、ガラスの一般的な特徴は、金属や鉱物などの結晶物質と異なり、非晶質であるところにある。ガラスの構造分類の一つに短距離構造(例えば、カチオンの配位数、カチオンとアニオンとの結合距離、第二近接カチオンの種類)がある。非晶質であるガラスは、同じカチオン成分の結晶物質と比較して、構成原子間の平均結合距離が増大してカチオンの配位数が減少するのが一般的である。 Here, a general feature of glass is that it is amorphous, unlike crystalline substances such as metals and minerals. One of the structural classifications of glass is a short-range structure (for example, the coordination number of cations, the bond distance between cations and anions, and the type of second proximity cation). Amorphous glass generally has an increased average bond distance between constituent atoms and a decreased coordination number of cations as compared with a crystalline substance having the same cation component.
本発明では、本ガラス組成物の骨格をなす成分(網目形成成分)と考えられるバナジウム(V)成分の配位数を調査すべく、V成分のK吸収端付近の広域X線吸収微細構造(EXAFS)をフーリエ変換して得られる動径構造関数を調査した。その結果、本発明に係るガラス組成物は、V成分の動径構造関数の第一配位圏でのピークトップ強度が、単体のV2O5結晶における該ピークトップ強度よりも大きい、という極めて特異的な現象が観られた。これは、当該V成分の配位数が、単体のV2O5結晶におけるそれよりも大きいということを意味する。 In the present invention, in order to investigate the coordination number of the vanadium (V) component, which is considered to be the skeleton component (mesh forming component) of the glass composition, the wide-area X-ray absorption fine structure near the K absorption edge of the V component ( The radial structure function obtained by Fourier transforming EXAFS) was investigated. As a result, in the glass composition according to the present invention, the peak top intensity in the first coordination sphere of the radial structure function of the V component is extremely larger than the peak top intensity in the simple V 2 O 5 crystal. A peculiar phenomenon was seen. This means that the coordination number of the V component is larger than that in a single V 2 O 5 crystal.
本発明のガラス組成物において、V成分の配位数が単体のV2O5結晶におけるそれよりも大きいことのメカニズム、およびペーストの溶媒として水性溶媒を利用できることのメカニズムは、残念ながらまだ解明できていない。ただし、V成分の配位数の増大は、該V原子の未結合手(化学結合に関与していない空サイト)の減少を意味するため、水分子の吸着サイトや結合サイトが減少して耐水性が向上するというモデルが考えられる。このモデルを基に考えると、V成分の配位数が増大するほど好ましい。具体的には、V成分の動径構造関数における第一配位圏でのピークトップ強度は、単体のV2O5結晶でのそれに比して、1.1倍以上がより好ましく、1.2倍以上が更に好ましい。 Unfortunately, in the glass composition of the present invention, the mechanism that the coordination number of the V component is larger than that in the simple V 2 O 5 crystal and the mechanism that the aqueous solvent can be used as the solvent for the paste can still be elucidated. Not. However, an increase in the coordination number of the V component means a decrease in the unbonded hands (empty sites that are not involved in the chemical bond) of the V atom, so that the adsorption sites and bond sites of water molecules are reduced and the water resistance is reduced. A model that improves sex is conceivable. Based on this model, it is preferable that the coordination number of the V component increases. Specifically, the peak top intensity in the first coordination sphere in the radial structure function of the V component is more preferably 1.1 times or more, more preferably 1.2 times or more, as compared with that of a simple V 2 O 5 crystal. More preferred.
従来からの技術的知見/技術常識では、ガラスにおけるカチオンの配位数の増加は、ガラス組成物の特性温度(転移点、屈伏点、軟化点など)を著しく上昇させるものである。これに対し、本発明に係るガラス組成物では、V成分の配位数が単体のV2O5結晶におけるそれよりも大きいにもかかわらず、従来と同等以下の特性温度(例えば、260℃以下の転移点Tg、330℃以下の軟化点Ts)を有する。具体例の詳細は後述する。 Conventional technical knowledge / common general knowledge is that an increase in the coordination number of cations in glass significantly increases the characteristic temperature (transition point, yield point, softening point, etc.) of the glass composition. On the other hand, in the glass composition according to the present invention, although the coordination number of the V component is larger than that in the simple V 2 O 5 crystal, the characteristic temperature is equal to or lower than the conventional one (for example, 260 ° C or lower). It has a transition point T g and a softening point T s ) of 330 ° C or lower. Details of the specific example will be described later.
(封止構造体)
本発明に係るガラス組成物は、種々の封止構造体に対して適用可能である。好適な封止構造体としては、例えば、住宅部品分野における真空断熱複層ガラスパネル、電気電子部品分野における画像表示デバイス(フラットパネルディスプレイ、蛍光表示管など)、水晶振動子、集積回路パッケージ、微小電気機械システム(MEMS)などが挙げられる。
(Sealing structure)
The glass composition according to the present invention is applicable to various sealing structures. Suitable sealing structures include, for example, vacuum insulated double glazing panels in the field of housing parts, image display devices (flat panel displays, vacuum fluorescent displays, etc.) in the field of electrical and electronic parts, crystal oscillators, integrated circuit packages, and microscopic components. Examples include electromechanical systems (MEMS).
ガラス組成物ペーストを用いた封止構造体の製造では、概略的に、被封止基材や被接合基材の所望の箇所に塗布法(例えば、スクリーン印刷法、ディスペンサー法など)によってガラス組成物ペーストを塗布した後に、塗布したペーストの溶媒を加熱乾燥させる。つぎに、含有するガラス組成物の軟化点Tsよりも20〜50℃程度高い温度で焼成して、ガラス組成物を十分に軟化流動させて被封止基材や被接合基材に密着させることで封止構造体が製造される。 In the production of a sealed structure using a glass composition paste, the glass composition is roughly applied to a desired portion of the material to be sealed or the base material to be bonded by a coating method (for example, a screen printing method, a dispenser method, etc.). After applying the product paste, the solvent of the applied paste is heated and dried. Next, the glass composition is fired at a temperature about 20 to 50 ° C. higher than the softening point T s of the contained glass composition to sufficiently soften and flow the glass composition so that it adheres to the substrate to be sealed or the substrate to be bonded. As a result, a sealed structure is manufactured.
ここで、本発明のガラス組成物ペーストは水性溶媒を用いていることから、溶媒の加熱乾燥工程の際に、有機溶媒を用いた従来のガラス組成物ペーストの場合のような安全設備(例えば、防爆型加熱乾燥機、除害装置など)を大幅に簡素化することができ、封止構造体の製造コストを大きく低減できる利点がある。すなわち、低コストの封止構造体が得られる。 Here, since the glass composition paste of the present invention uses an aqueous solvent, safety equipment (for example,, for example,) as in the case of a conventional glass composition paste using an organic solvent during the heating and drying step of the solvent. Explosion-proof heating / drying machine, abatement device, etc.) can be greatly simplified, and there is an advantage that the manufacturing cost of the sealed structure can be greatly reduced. That is, a low-cost sealing structure can be obtained.
(電気電子部品)
本発明に係るガラス組成物は、種々の電気電子部品における電極/配線や熱伝導接合層に対しても適用可能である。ガラス材料による電極/配線や熱伝導接合層を有する電気電子部品としては、例えば、太陽電池、画像表示デバイス、積層コンデンサー、インダクター、水晶振動子、発光ダイオード(LED)、多層回路基板、半導体モジュールなどが挙げられる。
(Electrical and electronic parts)
The glass composition according to the present invention can also be applied to electrodes / wirings and heat conductive bonding layers in various electrical and electronic components. Examples of electrical and electronic components having electrodes / wiring made of glass material and a heat conductive junction layer include solar cells, image display devices, multilayer capacitors, inductors, crystal oscillators, light emitting diodes (LEDs), multilayer circuit boards, and semiconductor modules. Can be mentioned.
ガラス組成物ペーストを用いた電極/配線や熱伝導接合層を有する電気電子部品の製造では、上記の封止構造体の場合と同様に、電極/配線や熱伝導接合層を形成しようとする所望の基材・箇所に塗布法(例えば、スクリーン印刷法、ディスペンサー法など)によってガラス組成物ペーストを塗布した後に、塗布したペーストの溶媒を加熱乾燥させる。つぎに、含有するガラス組成物の軟化点Tsよりも20〜50℃程度高い温度で焼成して、ガラス組成物を十分に軟化流動させて電極/配線や熱伝導接合層を形成しようとする基材・箇所に密着させることで電気電子部品が製造される。なお、ガラス組成物ペーストに含まれる金属粉末が酸化し易い金属の場合は、該金属粉末の酸化を防止するため、焼成雰囲気を不活性ガスや真空にすることが望ましい。 In the production of an electric / electronic component having an electrode / wiring or a heat conductive bonding layer using a glass composition paste, it is desired to form an electrode / wiring or a heat conductive bonding layer as in the case of the above-mentioned sealing structure. After applying the glass composition paste to the base material / location of the above by a coating method (for example, screen printing method, dispenser method, etc.), the solvent of the applied paste is heated and dried. Next, firing is performed at a temperature about 20 to 50 ° C. higher than the softening point T s of the contained glass composition to sufficiently soften and flow the glass composition to form an electrode / wiring or a heat conductive bonding layer. Electrical and electronic parts are manufactured by adhering to the base material / location. When the metal powder contained in the glass composition paste is a metal that easily oxidizes, it is desirable to set the firing atmosphere to an inert gas or vacuum in order to prevent the metal powder from oxidizing.
以下、本発明について、具体的な実施例および比較例に基づいて詳細に説明する。ただし、本発明は、ここで取り上げた実施例に限定されることはなく、そのバリエーションを含むものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on specific examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the examples taken up here, and includes variations thereof.
[実験1]
実験1では、後述する表1に示す低融点ガラス組成物の粉末と表2に示す溶媒とを用いてガラス組成物ペーストを作製し、溶媒がガラス組成物ペーストに及ぼす影響(軟化流動性、経時安定性)について検討した。
[Experiment 1]
In Experiment 1, a glass composition paste was prepared using the powder of the low melting point glass composition shown in Table 1 described later and the solvent shown in Table 2, and the effect of the solvent on the glass composition paste (softening fluidity, aging). Stability) was examined.
各ガラス組成物GA-01〜GA-03およびGB-01〜GB-06の出発原料としては、表1に記載の酸化物粉末の市販試薬(それぞれ純度99.9%)または表1に記載の酸化物のカチオンの炭酸塩粉末の市販試薬(それぞれ純度99.9%)を用いた。まず、所望のガラス組成となるように、各出発原料を秤量し混合して混合原料粉末(約200 g)を用意した。なお、出発原料の純度から推定できるように、本発明におけるガラス組成物は不可避不純物を含むものである。 As a starting material for each of the glass compositions GA-01 to GA-03 and GB-01 to GB-06, the commercially available reagents of the oxide powders shown in Table 1 (each having a purity of 99.9%) or the oxides shown in Table 1 are used. Commercially available reagents (each with a purity of 99.9%) of carbonate powder of the cation of the above were used. First, each starting material was weighed and mixed so as to obtain a desired glass composition, and a mixed raw material powder (about 200 g) was prepared. As can be estimated from the purity of the starting material, the glass composition in the present invention contains unavoidable impurities.
また、ガラス組成物GB-07およびGB-08は、それぞれBi2O3系ガラス組成物およびPbO系ガラス組成物の市販品を用意した(市販品は成分の比率が非公開である)。 For the glass compositions GB-07 and GB-08, commercially available Bi 2 O 3 glass compositions and Pb O glass compositions were prepared (commercially available products have a component ratio not disclosed).
混合原料粉末を投入した石英ガラスるつぼをガラス溶融炉内に設置し、10℃/分の昇温速度で700〜800℃まで加熱して混合原料粉末を溶融させ、石英ガラスるつぼ内の融液の組成均一化を図るためにアルミナ棒で撹拌しながら1時間保持した。その後、石英ガラスるつぼをガラス溶融炉から取り出し、ステンレス鋳型へ融液を流し込んでガラス組成物のバルクを作製した。 A quartz glass crucible containing the mixed raw material powder is placed in a glass melting furnace and heated to 700 to 800 ° C at a heating rate of 10 ° C / min to melt the mixed raw material powder, and the melt in the quartz glass crucible is melted. It was held for 1 hour while stirring with an alumina rod to make the composition uniform. Then, the quartz glass crucible was taken out from the glass melting furnace, and the melt was poured into a stainless steel mold to prepare a bulk of the glass composition.
作製したガラス組成物のバルクをスタンプミルとジェットミルを用いて粉砕して、低融点ガラス組成物の粉末(D90径=45μm、D50=10〜15μm)を得た。 The bulk of the prepared glass composition was pulverized using a stamp mill and a jet mill to obtain a powder of a low melting point glass composition (D 90 diameter = 45 μm, D 50 = 10 to 15 μm).
つぎに、低融点ガラス組成物粉末と溶媒とを質量比「低融点ガラス組成物粉末:溶媒=7:3〜8:2」の範囲で混合・混練してガラス組成物ペーストを作製した。 Next, the low melting point glass composition powder and the solvent were mixed and kneaded in the mass ratio of "low melting point glass composition powder: solvent = 7: 3 to 8: 2" to prepare a glass composition paste.
ガラス組成物ペーストの軟化流動性および経時安定性を調査するため、上記で作製したガラス組成物ペーストを室温で所定の期間(1時間、7日、30日、60日)保管した。保管後のガラス組成物ペーストを石英ガラス基板の上に所定のサイズで塗布し、大気中150〜180℃で溶媒を加熱乾燥した後に、所定の条件(大気中、5℃/分の昇温速度、当該ガラス組成物が十分に軟化流動する温度で30分間保持)で焼成して評価試料を作製した。 In order to investigate the softening fluidity and the stability over time of the glass composition paste, the glass composition paste prepared above was stored at room temperature for a predetermined period (1 hour, 7, 30 days, 60 days). The glass composition paste after storage is applied on a quartz glass substrate in a predetermined size, and the solvent is heated and dried at 150 to 180 ° C. in the air, and then the temperature rise rate is 5 ° C./min in the air. , The glass composition was held at a temperature at which it sufficiently softened and flowed for 30 minutes) to prepare an evaluation sample.
軟化流動性の評価は、溶媒と混合していないガラス組成物単体の軟化流動性を基準とした。具体的には、上記評価試料とガラス組成物粉末の量が同じで、かつ同じサイズとなるようにガラス組成物粉末単体を石英ガラス基板上に盛り付け、上記と同じ焼成条件で得られた低融点ガラス層の状態を基準とした。 The evaluation of the softening fluidity was based on the softening fluidity of the glass composition alone that was not mixed with the solvent. Specifically, the glass composition powder alone was placed on a quartz glass substrate so that the amount of the glass composition powder was the same as that of the evaluation sample and the size was the same, and the low melting point obtained under the same firing conditions as above was obtained. The state of the glass layer was used as a reference.
ガラス組成物ペーストにおける軟化流動性がガラス組成物単体のそれよりも高い場合、評価試料の焼成後の低融点ガラス層のサイズ(例えば、投影面積)が基準試料のそれよりも大きくなるはずである。そこで、基準試料の焼成後の低融点ガラス層のサイズと比較して±5%未満を「同等」と判定し、+5%以上を「良好」と判定し、−5%以下を「不良」と判定した。また、焼成後の低融点ガラス層の表面状態(光沢、気泡の有無)を目視で判定した。 If the softening fluidity of the glass composition paste is higher than that of the glass composition alone, the size of the low melting point glass layer (eg, projected area) after firing of the evaluation sample should be larger than that of the reference sample. .. Therefore, compared to the size of the low melting point glass layer after firing of the reference sample, less than ± 5% is judged as "equivalent", + 5% or more is judged as "good", and -5% or less is judged as "bad". Judged. In addition, the surface condition (gloss, presence or absence of air bubbles) of the low melting point glass layer after firing was visually determined.
軟化流動性が「良好」で低融点ガラス層の表面が「光沢」の場合、当該試料を「優秀:Excellent」と評価し、軟化流動性が「同等」で低融点ガラス層の表面が「光沢」の場合、当該試料を「合格:Passed」と評価し、軟化流動性が「不良」および/または低融点ガラス層の表面が「無光沢」であったり「気泡が存在」したりした場合、当該試料を「不合格:Failed」と評価した。評価結果を表3、表4にまとめる。 When the softening fluidity is "good" and the surface of the low melting point glass layer is "glossy", the sample is evaluated as "excellent", and the softening fluidity is "equivalent" and the surface of the low melting point glass layer is "glossy". If the sample is evaluated as "Passed" and the softening fluidity is "poor" and / or the surface of the low melting point glass layer is "matte" or "air bubbles are present". The sample was evaluated as "Failed". The evaluation results are summarized in Tables 3 and 4.
表1〜3に示したように、ガラス組成物GA-01〜GA-03は、本発明に係るガラス組成物であり、有機溶媒のSB-01(エタノール)、SB-03(α−テルピネオール)、SB-04(ジヒドロターピネオール)と混合したペーストで、それぞれ1時間〜60日保管のすべてで「合格」と評価されている。また、ガラス組成物GA-01〜GA-03と有機溶媒のSB-02(ブチルカルビトールアセテート)とを混合したペーストは、1時間のみ「合格」で、7日〜60日保管が「不合格」である。 As shown in Tables 1 to 3, the glass compositions GA-01 to GA-03 are glass compositions according to the present invention, and are organic solvents SB-01 (ethanol) and SB-03 (α-terpineol). , SB-04 (dihydroterpineol) mixed paste, each rated "pass" for all 1 to 60 day storage. In addition, the paste obtained by mixing the glass compositions GA-01 to GA-03 and the organic solvent SB-02 (butyl carbitol acetate) was "passed" for only 1 hour, and "failed" for storage for 7 to 60 days. ".
これに対し、ガラス組成物GA-01〜GA-03は、水性溶媒のSA-01(純水)と混合したペーストにおいて、1時間〜60日保管のすべてで「優秀」と評価されており、軟化流動性および経時安定性に非常に優れていることが確認される。言い換えると、ガラス組成物GA-01〜GA-03と水性溶媒SA-01とを混合したペーストは、有機溶媒と混合したペーストよりも優れた軟化流動性を示すことが判る。 On the other hand, the glass compositions GA-01 to GA-03 were evaluated as "excellent" in the paste mixed with the aqueous solvent SA-01 (pure water) in all of the storage for 1 hour to 60 days. It is confirmed that the softening fluidity and the stability over time are very excellent. In other words, it can be seen that the paste obtained by mixing the glass compositions GA-01 to GA-03 and the aqueous solvent SA-01 exhibits better softening fluidity than the paste mixed with the organic solvent.
一方、ガラス組成物GB-01〜GB-06は、主要成分としてV2O5を含むが、本発明の規定から外れるガラス組成物である。ガラス組成物GB-07およびGB-08は、それぞれ市販品のBi2O3系ガラス組成物およびPbO系ガラス組成物である。なお、ガラス組成物GB-05〜GB-08における焼成温度は、ガラス組成物GA-01〜GA-03におけるそれらよりも高くする必要があった。 On the other hand, the glass compositions GB-01 to GB-06 contain V 2 O 5 as a main component, but are glass compositions that deviate from the provisions of the present invention. The glass compositions GB-07 and GB-08 are commercially available Bi 2 O 3 based glass compositions and Pb O based glass compositions, respectively. The firing temperature of the glass compositions GB-05 to GB-08 had to be higher than those of the glass compositions GA-01 to GA-03.
表1、表2および表4に示したように、ガラス組成物GB-01は、有機溶媒SB-03〜SB-04との組み合わせにおいて、それぞれ1時間〜60日保管のすべてで「合格」と評価されている。しかしながら、ガラス組成物GB-01は、水性溶媒SA-01および有機溶媒SB-01〜SB-02との組み合わせでは、それぞれ1時間のみ「合格」で、7日〜60日保管が「不合格」である。 As shown in Tables 1, 2 and 4, the glass composition GB-01 was "passed" in all combinations of organic solvents SB-03 to SB-04 for 1 hour to 60 days, respectively. It has been evaluated. However, the glass composition GB-01 was "passed" for only 1 hour each in combination with the aqueous solvent SA-01 and the organic solvents SB-01 to SB-02, and "failed" for storage for 7 to 60 days. Is.
ガラス組成物GB-02は、有機溶媒SB-02、SB-04との組み合わせにおいて、それぞれ1時間〜60日保管のすべてで「合格」と評価されている。しかしながら、ガラス組成物GB-02は、水性溶媒SA-01、有機溶媒SB-01およびSB-03との組み合わせでは、それぞれ1時間のみ「合格」で、7日〜60日保管が「不合格」である。 The glass composition GB-02 was evaluated as "passed" in all combinations of the organic solvents SB-02 and SB-04 for 1 hour to 60 days, respectively. However, the glass composition GB-02 was "passed" for only 1 hour each in combination with the aqueous solvent SA-01, organic solvent SB-01 and SB-03, and was "failed" for storage for 7 to 60 days. Is.
ガラス組成物GB-03は、有機溶媒SB-02〜SB-04との組み合わせにおいて、それぞれ1時間〜60日保管のすべてで「合格」と評価されている。しかしながら、ガラス組成物GB-03は、水性溶媒SA-01および有機溶媒SB-01との組み合わせでは、それぞれ1時間〜60日保管のすべてで「不合格」である。 The glass composition GB-03 was evaluated as "passed" in all combinations of the organic solvents SB-02 to SB-04 for 1 hour to 60 days, respectively. However, the glass composition GB-03, in combination with the aqueous solvent SA-01 and the organic solvent SB-01, each "failed" after storage for 1 hour to 60 days.
ガラス組成物GB-04〜GB-06は、有機溶媒SB-02、SB-04との組み合わせにおいて、それぞれ1時間〜60日保管のすべてで「合格」と評価されている。しかしながら、ガラス組成物GB-04は、水性溶媒SA-01、有機溶媒SB-01およびSB-03との組み合わせでは、それぞれ1時間〜60日保管のすべてで「不合格」である。 The glass compositions GB-04 to GB-06 were evaluated as "passed" in all of the 1 hour to 60 day storage in combination with the organic solvents SB-02 and SB-04, respectively. However, the glass composition GB-04 is "failed" in all of the 1 hour to 60 day storage in combination with the aqueous solvent SA-01, the organic solvent SB-01 and SB-03, respectively.
ガラス組成物GB-07〜GB-08は、有機溶媒SB-02〜SB-04との組み合わせにおいて、それぞれ1時間〜60日保管のすべてで「合格」と評価されている。しかしながら、ガラス組成物GB-07は、有機溶媒SB-01との組み合わせでは、1時間〜60日保管のすべてで「不合格」であり、水性溶媒SA-01との組み合わせでは、1時間のみ「合格」で、7日保管〜60日保管が「不合格」である。 The glass compositions GB-07 to GB-08 were rated "passed" in all combinations of organic solvents SB-02 to SB-04 for 1 hour to 60 days, respectively. However, the glass composition GB-07 was "failed" in all 1 hour to 60 day storage in combination with the organic solvent SB-01, and was "failed" in combination with the aqueous solvent SA-01 for only 1 hour. With "pass", storage for 7 to 60 days is "fail".
ここで、ガラス組成物ペーストを利用した封止構造体や電気電子部品の工業的製造(量産)を想定すると、ガラス組成物ペーストは少なくとも7日間の経時安定性が必要と考えられる。この観点から上記結果を観ると、ガラス組成物GB-01〜GB-08と水性溶媒SA-01との組み合わせに軟化流動性が「合格」および「優秀」はなく、水性溶媒SA-01と組み合わせ可能な(7日間以上の経時安定性を有する)ガラス組成物はGA-01〜GA-03であり、軟化流動性が「優秀」であることが判る。 Here, assuming the industrial production (mass production) of a sealing structure and electrical and electronic parts using the glass composition paste, it is considered that the glass composition paste needs to be stable over time for at least 7 days. Looking at the above results from this point of view, the softening fluidity of the combination of the glass compositions GB-01 to GB-08 and the aqueous solvent SA-01 was not "passed" or "excellent", and the combination with the aqueous solvent SA-01 was not found. Possible glass compositions (having stability over time for 7 days or more) are GA-01 to GA-03, and it can be seen that the softening fluidity is "excellent".
[実験2]
実験2では、実験1で明確な差異が見られたガラス組成物GA-01〜GA-03およびGB-01〜GB-06に対して、広域X線吸収微細構造(EXAFS)を測定し、ガラス構造を調査した。具体的には、ガラス組成物GA-01〜GA-03およびGB-01〜GB-06の骨格をなす成分(網目形成成分)と考えられるV成分のK吸収端付近のEXAFSをフーリエ変換して得られる動径構造関数において、該V成分の第一配位圏でのピークトップ強度を調査した。基準試料として単体のV2O5結晶における該ピークトップ強度も併せて調査した。EXAFSの測定は、大型放射光施設SPring-8を利用した。
[Experiment 2]
In
図2は、ガラス組成物GA-01〜GA-03およびGB-01〜GB-06、単体のV2O5結晶におけるV成分のK吸収端付近のEXAFSをフーリエ変換して得られる動径構造関数の第一配位圏領域を示すグラフである。図2に示したように、水性溶媒SA-01が利用可能なガラス組成物GA-01〜GA-03は、単体のV2O5結晶よりもV成分の第一配位圏でのピークトップ強度が大きいことが判る。これは、当該V成分の配位数が、単体のV2O5結晶におけるそれよりも大きいということを意味する。一方、水性溶媒SA-01が利用不可なガラス組成物GB-01〜GB-06は、単体のV2O5結晶よりもV成分の第一配位圏でのピークトップ強度が小さいことが判る。 FIG. 2 shows the radial structure obtained by Fourier transforming EXAFS near the K absorption edge of the V component in the glass compositions GA-01 to GA-03 and GB-01 to GB-06 and the elemental V 2 O 5 crystal. It is a graph which shows the first coordination sphere region of a function. As shown in FIG. 2, the glass compositions GA-01 to GA-03 in which the aqueous solvent SA-01 can be used have a peak top in the first coordination sphere of the V component rather than a single V 2 O 5 crystal. It can be seen that the strength is high. This means that the coordination number of the V component is larger than that in a single V 2 O 5 crystal. On the other hand, it can be seen that the glass compositions GB-01 to GB-06, in which the aqueous solvent SA-01 cannot be used, have a smaller peak top intensity in the first coordination sphere of the V component than the simple V 2 O 5 crystals. ..
非晶質であるガラスは、一般的に構成カチオン成分の単純酸化物結晶と比較して、構成原子間の平均結合距離が増大してカチオンの配位数が減少する。ガラス組成物GB-01〜GB-06では、V成分の第一配位圏でのピークトップ強度が単体のV2O5結晶のそれよりも小さくなっており、従来からの技術常識のとおりの結果が得られている。 Amorphous glass generally has an increased average bond distance between constituent atoms and a reduced cation coordination number as compared to simple oxide crystals of constituent cation components. In the glass compositions GB-01 to GB-06, the peak top intensity of the V component in the first coordination sphere is smaller than that of the simple V 2 O 5 crystal, which is as per the conventional technical wisdom. Results have been obtained.
これに対し、ガラス組成物GA-01〜GA-03では、V成分の第一配位圏でのピークトップ強度が単体のV2O5結晶のそれよりも大きい(当該V成分の配位数が単体のV2O5結晶におけるそれよりも大きい)という極めて特異的な現象が観られた。このような特異現象が生じる詳細なメカニズムはまだ解明されていないが、もう一つの主要成分であるAg2Oが所定の比率で共存することが関係していると考えられる。V成分の配位数の増大は、該V原子の未結合手(化学結合に関与していない空サイト)の減少を意味するため、水分子の吸着サイトや結合サイトが減少して水性溶媒の利用を可能にしているというモデルが考えられる。 On the other hand, in the glass compositions GA-01 to GA-03, the peak top intensity of the V component in the first coordination sphere is larger than that of the simple V 2 O 5 crystal (coordination number of the V component). Is larger than that in a single V 2 O 5 crystal)), which is a very specific phenomenon. The detailed mechanism by which such a peculiar phenomenon occurs has not yet been elucidated, but it is thought that it is related to the coexistence of Ag 2 O, another major component, in a predetermined ratio. An increase in the coordination number of the V component means a decrease in unbonded hands (empty sites that are not involved in chemical bonding) of the V atom. A model that makes it possible to use it is conceivable.
なお、ガラスにおける網目形成成分での配位数の増加は特性温度(例えば、転移点、軟化点)の高温化を伴うが、本発明のガラス組成物は、もう一つの主要成分であるAg2Oが特性温度の低温化に寄与しているものと考えられる。 The increase in the coordination number of the network-forming component in glass is accompanied by an increase in the characteristic temperature (for example, transition point and softening point), but the glass composition of the present invention is another main component, Ag 2. It is considered that O contributes to lowering the characteristic temperature.
[実験3]
実験3では、実験1〜2の結果を受けて、ガラス組成物の構成成分のバランスについて検討した。
[Experiment 3]
In
後述する表5に示す組成となるように、実験1と同様にしてガラス組成物GC-01〜GC-15の粉末を作製し、得られた各ガラス組成物の性状を調査した。調査した性状は、ガラスの特性温度、バナジウム動径構造関数のピークトップ強度比、および水性溶媒SA-01との適合性である。なお、表5中のガラス組成物GC-14は63V2O5-37P2O5を意味し、ガラス組成物GC-15は50V2O5-50PbOを意味する。 Powders of glass compositions GC-01 to GC-15 were prepared in the same manner as in Experiment 1 so as to have the compositions shown in Table 5 described later, and the properties of the obtained glass compositions were investigated. The properties investigated were the characteristic temperature of the glass, the peak top intensity ratio of the vanadium radial structural function, and the compatibility with the aqueous solvent SA-01. The glass composition GC-14 in Table 5 means 63 V 2 O 5 -37P 2 O 5 , and the glass composition GC-15 means 50 V 2 O 5 -50 PbO.
各ガラス組成物の特性温度はDTA測定から求めた。DTA測定条件は、参照試料としてα−アルミナを用い、参照試料および測定試料の質量をそれぞれ500 mgとし、大気中5℃/minの昇温速度とした。DTA測定により得られたチャートから、図1と同様の定義により特性温度を求めた。 The characteristic temperature of each glass composition was determined by DTA measurement. As the DTA measurement conditions, α-alumina was used as the reference sample, the mass of the reference sample and the measurement sample was 500 mg each, and the temperature rise rate was 5 ° C./min in the atmosphere. From the chart obtained by DTA measurement, the characteristic temperature was determined by the same definition as in FIG.
各ガラス組成物のバナジウム動径構造関数のピークトップ強度比は、実験2と同様にして、V成分のK吸収端付近のEXAFSをフーリエ変換して得られる動径構造関数における第一配位圏でのピークトップ強度を測定し、実験2で測定した単体V2O5結晶のピークトップ強度に対するガラス組成物のピークトップ強度の比とした。
The peak top intensity ratio of the vanadium radial structure function of each glass composition is the first coordination zone in the radial structure function obtained by Fourier transforming EXAFS near the K absorption edge of the V component in the same manner as in
各ガラス組成物の水性溶媒SA-01との適合性は、実験1と同様にして、水性溶媒SA-01と混合・混練してガラス組成物ペーストを作製し、室温で7日保管した後、軟化点Tsより20〜30℃高い温度で焼成して評価試料を作製し、軟化流動性と表面状態とを調査した。判定・評価基準は、実験1と同様にした。 The compatibility of each glass composition with the aqueous solvent SA-01 is the same as in Experiment 1, after mixing and kneading with the aqueous solvent SA-01 to prepare a glass composition paste and storing it at room temperature for 7 days. An evaluation sample was prepared by firing at a temperature 20 to 30 ° C higher than the softening point T s, and the softening fluidity and surface condition were investigated. The judgment / evaluation criteria were the same as in Experiment 1.
ガラス組成物GC-01〜GC-15の性状調査結果を表6にまとめる。 Table 6 summarizes the properties of the glass compositions GC-01 to GC-15.
表5〜6に示したように、ガラス組成物GC-01〜GC-10は、それぞれの特性温度(Tg、Td、Ts、Tcry)を計測でき、「Tg ≦ 223℃」、「Ts ≦ 270℃」という優れた軟化特性を有する。これに対し、ガラス組成物GC-11〜GC-12は、結晶化し易く明確なTsを計測できなかった。このことから、ガラス組成物中のV2O5とAg2Oとのモル比は「[Ag2O]/[V2O5] ≦ 2.0」が好ましいことが判る。 As shown in Tables 5 to 6, the glass compositions GC-01 to GC-10 can measure their respective characteristic temperatures (T g , T d , T s , T cry ), and "T g ≤ 223 ° C". , Has excellent softening properties of "T s ≤ 270 ° C". On the other hand, the glass compositions GC-11 to GC-12 were easy to crystallize and could not measure clear T s. From this, it can be seen that the molar ratio of V 2 O 5 to Ag 2 O in the glass composition is preferably "[Ag 2 O] / [V 2 O 5 ] ≤ 2.0".
ガラス組成物GC-01〜GC-10に対して実験2と同様のEXAFS測定を行って求めたバナジウム動径構造関数のピークトップ強度比では、ガラス組成物中のV2O5とAg2Oとのモル比「[Ag2O]/[V2O5]」が大きくなるにつれてバナジウム動径構造関数のピークトップ強度比が大きくなる傾向があることが判る。また、バナジウム動径構造関数のピークトップ強度比が1.00より大きくなるのは、「1/3 ≦ [Ag2O]/[V2O5]」であることが判る。
The peak top intensity ratio of the vanadium radial structure function obtained by performing the same EXAFS measurement as in
なお、Ag2Oを含まないガラス組成物GC-13〜GC-14は、バナジウム動径構造関数のピークトップ強度比が1.00未満である。一方、Ag2Oの代わりにPbOを含有するガラス組成物GC-15は、バナジウム動径構造関数のピークトップ強度比が1.00超であるが、PbOを含有することから、グリーン調達・グリーン設計の概念に適合しない。 The peak top intensity ratio of the vanadium radial structure function of the glass compositions GC-13 to GC-14 containing no Ag 2 O is less than 1.00. On the other hand, the glass composition GC-15 containing PbO in place of Ag 2 O is a peak top intensity ratio of vanadium radial structure function is 1.00 greater, since it contains PbO, green procurement Green Design Does not fit the concept.
水性溶媒SA-01との適合性に関しては、実験1〜2の結果と同様に、バナジウム動径構造関数のピークトップ強度比が1.00超であるガラス組成物GC-02〜GC-10が「優秀」であるが、該ピークトップ強度比が1.00未満であるガラス組成物GC-01は「不合格」であることが判る。
Regarding compatibility with the aqueous solvent SA-01, the glass compositions GC-02 to GC-10 having a peak top intensity ratio of the vanadium radial structure function of more than 1.00 are "excellent" as in the results of
以上のことから、ガラス組成物中のV2O5とAg2Oとのモル比は、「1/3 ≦ [Ag2O]/[V2O5] ≦ 2.0」が好ましいことが判る。言い換えると、
関係式(1):1/3×[V2O5] ≦ [Ag2O] ≦ 2×[V2O5]、
が成立する。
また、バナジウム動径構造関数のピークトップ強度比に関しては、1.00超のピークトップ強度比が好ましいことが判る。
From the above, it can be seen that the molar ratio of V 2 O 5 to Ag 2 O in the glass composition is preferably "1/3 ≤ [Ag 2 O] / [V 2 O 5 ] ≤ 2.0". In other words,
Relational expression (1): 1/3 × [V 2 O 5 ] ≤ [Ag 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
Is established.
Further, regarding the peak top intensity ratio of the vanadium radial structure function, it can be seen that the peak top intensity ratio exceeding 1.00 is preferable.
[実験4]
実験4では、実験1〜3の結果を受けて、ガラス組成物の構成成分およびそのバランスについて更に検討した。
[Experiment 4]
In
表7に示す組成となるように、実験1と同様にしてガラス組成物GD-01〜GD-18の粉末を作製し、実験3と同様にして得られた各ガラス組成物の性状を調査した。調査した性状は、ガラスの特性温度、バナジウム動径構造関数のピークトップ強度比、および水性溶媒SA-01との適合性である。
Powders of glass compositions GD-01 to GD-18 were prepared in the same manner as in Experiment 1 so as to have the compositions shown in Table 7, and the properties of each glass composition obtained in the same manner as in
なお、水性溶媒SA-01との適合性の試験において、100日保管したガラス組成物ペーストを用いて軟化流動性および経時安定性を調査した結果、焼成による軟化流動性が「良好」で得られた低融点ガラス層の表面が「光沢」の場合、当該試料を「最高:Brilliant」と評価した。 In the compatibility test with the aqueous solvent SA-01, the softening fluidity and stability over time were investigated using the glass composition paste stored for 100 days. As a result, the softening fluidity by firing was "good". When the surface of the low melting point glass layer was "glossy", the sample was evaluated as "highest: Brilliant".
ガラス組成物GD-01〜GD-18の性状調査結果を表8にまとめる。 Table 8 summarizes the properties of the glass compositions GD-01 to GD-18.
表7〜8に示したように、ガラス組成物GD-01〜GD-16は、それぞれの特性温度(Tg、Td、Ts、Tcry)を計測でき、「Tg ≦ 219℃」、「Ts ≦ 263℃」という優れた軟化特性を有する。これに対し、ガラス組成物GD-17〜GD-18は、結晶化し易く明確なTsを計測できなかった。このことから、ガラス組成物中のV2O5とAg2OとLi2Oとのモル比は「([Ag2O]+[Li2O])/[V2O5] ≦ 2.0」が好ましいことが判る。また、この結果から、ガラス構造中でAgとLiとはVに対して同じサイトに結合することが考えられる。 As shown in Tables 7 to 8, the glass compositions GD-01 to GD-16 can measure their respective characteristic temperatures (T g , T d , T s , T cry ), and "T g ≤ 219 ° C". , Has excellent softening properties of "T s ≤ 263 ° C". On the other hand, the glass compositions GD-17 to GD-18 were easy to crystallize and could not clearly measure T s. From this, the molar ratio of V 2 O 5 and Ag 2 O to Li 2 O in the glass composition is "([Ag 2 O] + [Li 2 O]) / [V 2 O 5 ] ≤ 2.0". It turns out that is preferable. From this result, it is considered that Ag and Li bind to the same site for V in the glass structure.
ガラス組成物GD-01〜GD-16に対して実験2と同様のEXAFS測定を行って求めたバナジウム動径構造関数のピークトップ強度比では、実験3と同様に、ガラス組成物中のV2O5とAg2Oとのモル比「[Ag2O]/[V2O5]」が大きくなるにつれてバナジウム動径構造関数のピークトップ強度比が大きくなる傾向があり、「1/3 ≦ [Ag2O]/[V2O5]」が好ましいことが判る。
The peak top intensity ratio of the vanadium radial structure function obtained by performing the same EXAFS measurement as in
ただし、ガラス組成物中のAg2OとLi2Oとのモル比「[Li2O]/[Ag2O]」が1に近づくと該ピークトップ強度比が1.00未満になる。当該ピークトップ強度比が1.00より大きくなるのは、「[Li2O]/[Ag2O] ≦ 1/2」であることが判る。 However, when the molar ratio "[Li 2 O] / [Ag 2 O]" of Ag 2 O and Li 2 O in the glass composition approaches 1, the peak top intensity ratio becomes less than 1.00. It can be seen that the peak top intensity ratio is larger than 1.00 when "[Li 2 O] / [Ag 2 O] ≤ 1/2".
水性溶媒SA-01との適合性に関しては、実験1〜3の結果と同様に、バナジウム動径構造関数のピークトップ強度比が1.00未満であるガラス組成物GC-02、GC-13〜GC-14は「不合格」であるが、該ピークトップ強度比が1.00超であるガラス組成物GC-01、GC-03〜GC-12、GC-15〜GC-16は「優秀」または「最高」であることが判る。特に、当該ピークトップ強度比が1.20以上になると、「最高」評価を示すことが判る。 Regarding compatibility with the aqueous solvent SA-01, similar to the results of Experiments 1 to 3, the glass compositions GC-02, GC-13 to GC-, in which the peak top intensity ratio of the vanadium radial structure function is less than 1.00. 14 is "failed", but the glass compositions GC-01, GC-03 to GC-12, and GC-15 to GC-16 having the peak top intensity ratio of more than 1.00 are "excellent" or "highest". It turns out that. In particular, when the peak top intensity ratio is 1.20 or more, it can be seen that the "highest" evaluation is shown.
以上のことから、ガラス組成物中のV2O5とAg2OとLi2Oとの間のバランスは、「1/3 ≦ [Ag2O]/[V2O5]」、「([Ag2O]+[Li2O])/[V2O5] ≦ 2.0」および「[Li2O]/[Ag2O] ≦ 1/2」が好ましいことが判る。言い換えると、
関係式(1):1/3×[V2O5] ≦ [Ag2O] ≦ 2×[V2O5]、
関係式(3):[Li2O] ≦ 1/2×[Ag2O]、および
関係式(4):[Ag2O]+[Li2O] ≦ 2×[V2O5]、
が成立する。
また、バナジウム動径構造関数のピークトップ強度比に関しては、1.00超のピークトップ強度比が好ましく、1.20以上がより好ましいことが判る。
From the above, the balance between V 2 O 5 and Ag 2 O and Li 2 O in the glass composition is "1/3 ≤ [Ag 2 O] / [V 2 O 5 ]", "( It can be seen that [Ag 2 O] + [Li 2 O]) / [V 2 O 5 ] ≤ 2.0 "and" [Li 2 O] / [Ag 2 O] ≤ 1/2 "are preferable. In other words,
Relational expression (1): 1/3 × [V 2 O 5 ] ≤ [Ag 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
Relational expression (3): [Li 2 O] ≤ 1/2 × [Ag 2 O], and relational expression (4): [Ag 2 O] + [Li 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
Is established.
Further, regarding the peak top intensity ratio of the vanadium radial structure function, it can be seen that the peak top intensity ratio of more than 1.00 is preferable, and 1.20 or more is more preferable.
[実験5]
実験5では、実験1〜4の結果を受けて、ガラス組成物の構成成分およびそのバランスについて更に詳細に検討した。
[Experiment 5]
In
表9〜12に示す組成となるように、実験1と同様にしてガラス組成物GE-01〜GE-71およびGF-01〜GF-16の粉末を作製し、得られた各ガラス組成物の性状を調査した。調査した性状は、ガラスの特性温度、熱膨張係数、密度、および水性溶媒SA-01との適合性である。特性温度および水性溶媒SA-01との適合性の調査は、実験3と同様にして行った。
Powders of glass compositions GE-01 to GE-71 and GF-01 to GF-16 were prepared in the same manner as in Experiment 1 so as to have the compositions shown in Tables 9 to 12, and the obtained glass compositions were prepared. The properties were investigated. The properties investigated were the characteristic temperature of the glass, the coefficient of thermal expansion, the density, and the compatibility with the aqueous solvent SA-01. The investigation of the characteristic temperature and compatibility with the aqueous solvent SA-01 was carried out in the same manner as in
密度測定は、作製した各ガラス組成物粉末に対して、ヘリウムガス中でのピクノメーター法により行った。 Density measurement was performed on each of the prepared glass composition powders by a pycnometer method in helium gas.
熱膨張係数測定では、まず、作製した各ガラス組成物粉末を用いて圧紛成形体を形成しして、当該ガラス組成物の軟化点Tsよりも20〜30℃高い温度で焼成し、その後、角柱形状(4 mm×4 mm×20 mm)に研削加工して測定試料を用意した。つぎに、各測定試料に対して、熱膨張計を用いて大気中5℃/分の昇温速度で熱膨張曲線を測定することによって求めた。熱膨張係数の測定温度範囲は、30℃から当該ガラス組成物の転移点Tg未満の温度とした。 In the measurement of the coefficient of thermal expansion, first, a pressure powder molded product is formed using each of the prepared glass composition powders, and fired at a temperature 20 to 30 ° C. higher than the softening point T s of the glass composition, and then fired. , A measurement sample was prepared by grinding into a prismatic shape (4 mm × 4 mm × 20 mm). Next, each measurement sample was determined by measuring the thermal expansion curve at a heating rate of 5 ° C./min in the atmosphere using a thermal expansion meter. The measurement temperature range of the coefficient of thermal expansion was set to a temperature from 30 ° C. to less than the transition point T g of the glass composition.
ガラス組成物GE-01〜GE-71およびGF-01〜GF-16の成分バランスと性状調査結果とを表13〜16にまとめる。 Tables 13 to 16 summarize the component balance and property survey results of the glass compositions GE-01 to GE-71 and GF-01 to GF-16.
表9〜16に示したように、ガラス組成物GE-01〜GE-71は、それぞれの特性温度(Tg、Td、Ts、Tcry)を計測でき、「Tg ≦ 256℃」、「Ts ≦ 320℃」という優れた軟化特性を有する。また、ガラス組成物GE-01〜GE-71は、水性溶媒SA-01との適合性に関して、全て「優秀」と評価されることが判る。 As shown in Tables 9 to 16, the glass compositions GE-01 to GE-71 can measure their respective characteristic temperatures (T g , T d , T s , T cry ), and "T g ≤ 256 ° C". , Has excellent softening properties of "T s ≤ 320 ° C". In addition, it can be seen that the glass compositions GE-01 to GE-71 are all evaluated as "excellent" in terms of compatibility with the aqueous solvent SA-01.
一方、ガラス組成物GF-01〜GF-16は、ガラス組成物GE-01〜GE-71と同様に、それぞれの特性温度(Tg、Td、Ts、Tcry)を計測でき、「Tg ≦ 242℃」、「Ts ≦ 300℃」という優れた軟化特性を示す。しかしながら、ガラス組成物GF-01〜GF-16は、水性溶媒SA-01との適合性に関して、全て「不合格」と評価されることが判る。 On the other hand, the glass compositions GF-01 to GF-16 can measure their respective characteristic temperatures (T g , T d , T s , T cry ) in the same manner as the glass compositions GE-01 to GE-71. It exhibits excellent softening characteristics of "T g ≤ 242 ° C" and "T s ≤ 300 ° C". However, it can be seen that all the glass compositions GF-01 to GF-16 are evaluated as "failed" in terms of compatibility with the aqueous solvent SA-01.
そこで、ガラス組成物GE-01〜GE-71における成分バランスを精査したところ、以下の関係式を満たすことが確認される。
関係式(1):1/3×[V2O5] ≦ [Ag2O] ≦ 2×[V2O5]、
関係式(2):[V2O5]+[Ag2O]+[TeO2] ≧ 73、
関係式(3):[Li2O] ≦ 1/2×[Ag2O]、および
関係式(4):[Ag2O]+[Li2O] ≦ 2×[V2O5]、
が成立する。
なお、Li2Oを含まないガラス組成物GE-01〜GE-14では、関係式(3)〜(4)を無視する。
Therefore, when the component balance of the glass compositions GE-01 to GE-71 was examined closely, it was confirmed that the following relational expression was satisfied.
Relational expression (1): 1/3 × [V 2 O 5 ] ≤ [Ag 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
Relational expression (2): [V 2 O 5 ] + [Ag 2 O] + [TeO 2 ] ≧ 73,
Relational expression (3): [Li 2 O] ≤ 1/2 × [Ag 2 O], and relational expression (4): [Ag 2 O] + [Li 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
Is established.
In the glass compositions GE-01 to GE-14 containing no Li 2 O, the relational expressions (3) to (4) are ignored.
また、第二任意成分(K2O、MgO、P2O5、BaO、ZnO、およびWO3からなる群のうちの一種以上)に関しては、
関係式(9):0 < [K2O]+[MgO]+[P2O5]+[BaO]+[WO3]+[ZnO] ≦ 17、
が成立する。なお、第二任意成分の群の中で含有させない成分は、関係式(9)の当該成分のモル%含有率を「0モル%」として計算する。
Regarding the second optional component (one or more of the group consisting of K 2 O, MgO, P 2 O 5 , BaO, ZnO, and WO 3)
Relational expression (9): 0 <[K 2 O] + [MgO] + [P 2 O 5 ] + [BaO] + [WO 3 ] + [ZnO] ≤ 17,
Is established. For the component not to be contained in the group of the second optional component, the mol% content of the component in the relational expression (9) is calculated as "0 mol%".
第三任意成分(Al2O3、Fe2O3、Y2O3、La2O3、CeO2、Er2O3、およびYb2O3からなる群のうちの一種以上)に関しては、
関係式(10):0.3 ≦ [Al2O3]+[Fe2O3]+[Y2O3]+[La2O3]+[CeO2]+[Er2O3]+[Yb2O3] ≦ 7.5、
が成立する。なお、第三任意成分の群の中で含有させない成分は、関係式(10)の当該成分のモル%含有率を「0モル%」として計算する。
For the third optional component (one or more of the group consisting of Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Er 2 O 3 , and Yb 2 O 3)
Relational expression (10): 0.3 ≤ [Al 2 O 3 ] + [Fe 2 O 3 ] + [Y 2 O 3 ] + [La 2 O 3 ] + [CeO 2 ] + [Er 2 O 3 ] + [Yb 2 O 3 ] ≤ 7.5,
Is established. For the component not to be contained in the group of the third optional component, the mol% content of the component in the relational expression (10) is calculated as "0 mol%".
さらに、先の実験3〜4の結果を合わせて精査すると、
関係式(5):20 ≦ [V2O5] ≦ 45、
関係式(6):12 ≦ [Ag2O] ≦ 45、
関係式(7):25 ≦ [TeO2] ≦ 47、および
関係式(8):0 < [Li2O] ≦ 15、
が成立することが判る。なお、Li2Oを含まないガラス組成物の場合は、関係式(8)を無視する。
Furthermore, when the results of the
Relational expression (5): 20 ≤ [V 2 O 5 ] ≤ 45,
Relational expression (6): 12 ≤ [Ag 2 O] ≤ 45,
Relational expression (7): 25 ≤ [TeO 2 ] ≤ 47, and relational expression (8): 0 <[Li 2 O] ≤ 15,
It turns out that is established. In the case of a glass composition containing no Li 2 O, the relational expression (8) is ignored.
水性溶媒SA-01との適合性が「不合格」であるガラス組成物GF-01〜GF-16は、上記関係式(1)〜(8)のいずれか1つ以上を満たしていないことが確認される。 The glass compositions GF-01 to GF-16 whose compatibility with the aqueous solvent SA-01 is "failed" must not satisfy any one or more of the above relational formulas (1) to (8). It is confirmed.
[実験6]
ガラス組成物ペーストでは、被封止基材や被接合基材への塗布を容易にするための粘度調整剤として、しばしば樹脂バインダがペーストに混合される。実験6では、ペースト溶媒に水性溶媒を用いた場合に好適な水溶性樹脂バインダについて検討した。
[Experiment 6]
In the glass composition paste, a resin binder is often mixed with the paste as a viscosity modifier for facilitating application to the substrate to be sealed or the substrate to be bonded. In
検討に用いた水溶性樹脂バインダを表17に示す。BA-01〜BA-02は非イオン性の水溶性熱可塑樹脂であり、BB-01〜BB-07はイオン性(カチオン性またはアニオン性)の水溶性熱可塑樹脂である。 Table 17 shows the water-soluble resin binder used in the study. BA-01 to BA-02 are non-ionic water-soluble thermoplastic resins, and BB-01 to BB-07 are ionic (cationic or anionic) water-soluble thermoplastic resins.
水溶性樹脂バインダBA-01〜BA-02およびBB-01〜BB-07をそれぞれ水性溶媒SA-01に溶解して3質量%の樹脂バインダ水溶液を用意した。未溶解物が残らないように、必要に応じて加熱して溶解させた(例えば、50℃での攪拌溶解)。 A 3% by mass resin binder aqueous solution was prepared by dissolving the water-soluble resin binders BA-01 to BA-02 and BB-01 to BB-07 in the aqueous solvent SA-01, respectively. If necessary, it was dissolved by heating so that no undissolved substance remained (for example, stirring and dissolving at 50 ° C.).
つぎに、実験5で用意したガラス組成物粉末と樹脂バインダ水溶液を「ガラス組成物粉末:樹脂バインダ水溶液=7:3〜8:2」の範囲で混合・混練してガラス組成物ペーストを作製した。ガラス組成物粉末としては、GE-02、GE-11、GE-34、GE-35、GE-40、GE-46、GE-51、GE-54、GE-60、GE-61、GE-62、およびGE-68の12種類を用いた。
Next, the glass composition powder prepared in
なお、これら12種類のガラス組成物粉末に対して、実験2と同様のEXAFS測定を行ってバナジウム動径構造関数のピークトップ強度比を求めたところ、それぞれ1.32、1.20、1.24、1.29、1.33、1.30、1.22、1.24、1.30、1.32、1.23、および1.24であり、いずれも1.20以上であることを確認した。
For these 12 types of glass composition powders, the same EXAFS measurement as in
つぎに、用意した各ガラス組成物ペーストを室温で7日保管した後、石英ガラス基板の上に所定のサイズで塗布し、所定の条件(大気中、加熱乾燥工程なし、5℃/分の昇温速度、当該ガラス組成物の軟化点Tsより20〜30℃高い温度で30分間保持)で焼成して評価試料を作製した。実験1と同様の判定・評価基準により、評価試料の軟化流動性と表面状態とを調査した。評価結果を表18にまとめる。 Next, each of the prepared glass composition pastes was stored at room temperature for 7 days, then coated on a quartz glass substrate in a predetermined size, and under predetermined conditions (in the air, no heat-drying step, 5 ° C./min rise). An evaluation sample was prepared by firing at a temperature rate (held at a temperature 20 to 30 ° C. higher than the softening point T s of the glass composition for 30 minutes). The softening fluidity and surface condition of the evaluation sample were investigated according to the same judgment / evaluation criteria as in Experiment 1. The evaluation results are summarized in Table 18.
表18に示したように、イオン性の水溶性樹脂バインダBB-01〜BB-07を用いたガラス組成物ペーストは、いずれのガラス組成物との組み合わせでも「不合格」の評価になっている。これに対し、非イオン性の水溶性樹脂バインダBA-01〜BA-02を用いたガラス組成物ペーストでは、いずれのガラス組成物との組み合わせでも「合格」の評価である。 As shown in Table 18, the glass composition paste using the ionic water-soluble resin binders BB-01 to BB-07 was evaluated as "failed" in combination with any of the glass compositions. .. On the other hand, the glass composition paste using the non-ionic water-soluble resin binders BA-01 to BA-02 was evaluated as "passed" in combination with any of the glass compositions.
なお、非イオン性の水溶性樹脂バインダBA-01〜BA-02を用いたガラス組成物ペーストにおける軟化流動性をより詳細に観察すると、BA-02よりもBA-01を用いたガラス組成物ペーストの方がより高い軟化流動性を示していた。 When the softening fluidity of the glass composition paste using the nonionic water-soluble resin binders BA-01 to BA-02 was observed in more detail, the glass composition paste using BA-01 was used rather than BA-02. Showed higher softening fluidity.
上記結果から、水性溶媒を用いる本発明のガラス組成物ペーストでは、樹脂バインダとして非イオン性の水溶性熱可塑樹脂が好ましいことが判る。イオン性の水溶性樹脂バインダを用いたガラス組成物ペーストが「不合格」になった詳細なメカニズムは未だ完全に解明されていないが、例えば、ガラス組成物ペーストの保管中および/または焼成中に樹脂バインダ水溶液中に乖離したイオンがペースト中のガラス組成物を腐食している可能性が考えられる。 From the above results, it can be seen that in the glass composition paste of the present invention using an aqueous solvent, a nonionic water-soluble thermoplastic resin is preferable as the resin binder. The detailed mechanism by which the glass composition paste with the ionic water-soluble resin binder was "failed" has not yet been fully elucidated, but for example, during storage and / or firing of the glass composition paste. It is possible that the ions dissociated in the resin binder aqueous solution are corroding the glass composition in the paste.
[実験7]
上述したように実験6において、水溶性樹脂バインダBA-01を用いたガラス組成物ペーストの方がBA-02を用いたものよりも高い軟化流動性を示していた。実験7では、BA-01(ポリエチレンオキサイド)の重量平均分子量がガラス組成物ペーストの軟化流動性に及ぼす影響について検討した。
[Experiment 7]
As described above, in
表19に示す重量平均分子量のポリエチレンオキサイドの樹脂バインダBA-01a〜BA-01hを用い、表中の樹脂バインダ濃度となるように樹脂バインダ水溶液を用意した。このとき、未溶解物が残らないように、必要に応じて加熱して溶解させた(例えば、50℃での攪拌溶解)。なお、実験6で用いたBA-01は、実験7のBA-01dに相当する。
Using the polyethylene oxide resin binders BA-01a to BA-01h shown in Table 19, an aqueous resin binder solution was prepared so as to have the resin binder concentration in the table. At this time, it was dissolved by heating as necessary so that no undissolved substance remained (for example, stirring and dissolving at 50 ° C.). The BA-01 used in
つぎに、実験6と同様にして、ガラス組成物粉末と樹脂バインダ水溶液を「ガラス組成物粉末:樹脂バインダ水溶液=7:3〜8:2」の範囲で混合・混練してガラス組成物ペーストを作製した。用意した各ガラス組成物ペーストを用いて軟化流動性評価用の評価試料を作製し、該評価試料の軟化流動性と表面状態とを調査した。評価結果を表20にまとめる。
Next, in the same manner as in
表20に示したように、樹脂バインダBA-01a〜BA-01hを用いたガラス組成物ペーストは、いずれのガラス組成物との組み合わせでも「合格」以上の評価であるが、樹脂の重量平均分子量が大きくなるほど、ガラス組成物ペーストの軟化流動性が向上する傾向が見られる。特に、重量平均分子量が3,500,000以上の樹脂バインダを用いたガラス組成物ペーストにおいて、軟化流動性が「優秀」の評価である。 As shown in Table 20, the glass composition pastes using the resin binders BA-01a to BA-01h were evaluated as "passed" or higher in combination with any of the glass compositions, but the weight average molecular weight of the resin was evaluated. The larger the value, the more the softening fluidity of the glass composition paste tends to improve. In particular, in a glass composition paste using a resin binder having a weight average molecular weight of 3,500,000 or more, the softening fluidity is evaluated as "excellent".
なお、「優秀」と評価されるガラス組成物ペーストにおいて、実験1と同様にして経時安定性を調査したところ、60日保管においても「優秀」評価であることを別途確認した。 When the stability over time was investigated in the glass composition paste evaluated as "excellent" in the same manner as in Experiment 1, it was separately confirmed that the glass composition paste was evaluated as "excellent" even after storage for 60 days.
実験6〜7の結果から、本発明のガラス組成物ペーストで用いる樹脂バインダは、非イオン性の水溶性熱可塑樹脂のポリエチレンオキサイドがより好ましく、重量平均分子量が3,500,000以上のポリエチレンオキサイドが更に好ましい、と言える。
From the results of
[実験8]
実験7において、60日保管のガラス組成物ペーストでGE-02、GE-11以外のガラス組成物を用いたペーストは、7日保管のガラス組成物ペーストよりも軟化流動性が向上する傾向が観られた。実験8では、その要因を調査した。
[Experiment 8]
In
実験7で作製したガラス組成物ペースト(樹脂バインダBA-01f含有、60日保管)に加えて、樹脂バインダBA-01f含有で1時間保管のガラス組成物ペーストを新たに作製し、ペーストの液性(pH)を測定し比較した。 In addition to the glass composition paste prepared in Experiment 7 (containing resin binder BA-01f, stored for 60 days), a new glass composition paste containing resin binder BA-01f and stored for 1 hour was newly prepared, and the liquid property of the paste was prepared. (PH) was measured and compared.
その結果、GE-02、GE-11のガラス組成物を用いたペーストは、1時間保管と60日保管とで液性に変化がなく中性(pH = 7)であった。これに対し、それら以外のガラス組成物を用いたペーストでは、1時間保管のペーストの液性が中性(pH = 7)で、60日保管のペーストの液性が明らかにアルカリ性(pH > 7)になっていた。 As a result, the paste using the glass composition of GE-02 and GE-11 was neutral (pH = 7) with no change in liquid property between 1 hour storage and 60 days storage. On the other hand, in the pastes using other glass compositions, the liquid property of the paste stored for 1 hour is neutral (pH = 7), and the liquid property of the paste stored for 60 days is clearly alkaline (pH> 7). ).
実験7で用いたガラス組成物の化学組成を見比べると(表9〜12参照)、GE-02、GE-11とそれら以外との差異として「Li2O成分の有無」が考えられた。GE-02、GE-11以外のガラス組成物を用いたペーストでは、保管中にガラス組成物から一部のLiイオンが溶出してペーストの液性がアルカリ性に変化している可能性が考えられた。 Comparing the chemical compositions of the glass compositions used in Experiment 7 (see Tables 9 to 12), the difference between GE-02 and GE-11 and the others was considered to be "presence or absence of Li 2 O component". For pastes using glass compositions other than GE-02 and GE-11, it is possible that some Li ions were eluted from the glass composition during storage and the liquid nature of the paste changed to alkaline. rice field.
ペーストの液性が軟化流動性に及ぼす影響を調査するため、ガラス組成物GE-02を用いたペースト(樹脂バインダBA-01f含有、1時間保管)に水酸化リチウム(LiOH)を添加・溶解させて、ペーストの液性を意図的にアルカリ性に調整したガラス組成物ペーストを用意した。つぎに、当該ガラス組成物ペーストを用いて、実験6と同様にして、軟化流動性評価用の評価試料を作製し、該評価試料の軟化流動性と表面状態とを調査した。
In order to investigate the effect of the liquid property of the paste on the softening fluidity, lithium hydroxide (LiOH) was added and dissolved in the paste using the glass composition GE-02 (containing resin binder BA-01f, stored for 1 hour). Then, a glass composition paste was prepared in which the liquid property of the paste was intentionally adjusted to be alkaline. Next, using the glass composition paste, an evaluation sample for evaluation of softening fluidity was prepared in the same manner as in
その結果、液性を意図的にアルカリ性に調整したガラス組成物ペーストから作製した評価試料は、液性が中性のガラス組成物ペーストから作製した評価試料よりも、軟化流動性が向上することが確認された。この実験結果から、ガラス組成物ペーストの液性は、「pH ≧ 7」が好ましく、「pH > 7」がより好ましいことが判った。 As a result, the evaluation sample prepared from the glass composition paste whose liquid property is intentionally adjusted to be alkaline may have improved softening fluidity as compared with the evaluation sample prepared from the glass composition paste having neutral liquid property. confirmed. From the results of this experiment, it was found that the liquid property of the glass composition paste is preferably "pH ≥ 7" and more preferably "pH> 7".
[実験9]
ガラス組成物ペーストを用いて封止や接合を行う場合、被封止基材や被接合基材と熱膨張/熱収縮を整合させるため、しばしば熱膨張調整フィラー粉末がペーストに混合される。実験9では、熱膨張調整フィラー粉末を含有するガラス組成物ペーストおよびそれを用いた接合について検討した。
[Experiment 9]
When sealing or bonding with a glass composition paste, a thermal expansion adjusting filler powder is often mixed with the paste in order to match the thermal expansion / contraction with the material to be sealed or the base material to be bonded. In
検討に用いた熱膨張調整フィラー粉末を表21に示す。F-01〜F-02は負の熱膨張係数を有する材料であり、F-03〜F-04は熱膨張係数が「0」に近い材料であり、F-05〜F-07は一般的に熱膨張係数が小さいと言われている材料である。フィラー粉末F-01〜F-07は、それぞれ平均粒径(D50)が10〜50μmの範囲のものを使用した。 Table 21 shows the thermal expansion adjusting filler powder used in the study. F-01 to F-02 are materials with a negative coefficient of thermal expansion, F-03 to F-04 are materials with a coefficient of thermal expansion close to "0", and F-05 to F-07 are common. It is a material that is said to have a small coefficient of thermal expansion. Filler powders F-01 to F-07 having an average particle size (D 50 ) in the range of 10 to 50 μm were used.
まず、水性溶媒SA-01に水溶性樹脂バインダBA-01fを1質量%溶解した樹脂バインダ水溶液を用意した。つぎに、ガラス組成物粉末と熱膨張調整フィラー粉末と樹脂バインダ水溶液とを所定の比率で混合・混練してガラス組成物ペーストを作製した。 First, a resin binder aqueous solution in which 1% by mass of a water-soluble resin binder BA-01f was dissolved in an aqueous solvent SA-01 was prepared. Next, the glass composition powder, the thermal expansion adjusting filler powder, and the resin binder aqueous solution were mixed and kneaded at a predetermined ratio to prepare a glass composition paste.
ガラス組成物粉末としては、実験5で用意したGE-34、GE-51、およびGE-61の3種類を用いた。混合する熱膨張調整フィラー粉末の体積含有率は、ガラス組成物粉末の体積含有率に対して0.5〜3倍とした。また、ガラス組成物粉末と熱膨張調整フィラー粉末との合計質量含有率を75質量%、樹脂バインダ水溶液の質量含有率を25質量%とした。
As the glass composition powder, three types of GE-34, GE-51, and GE-61 prepared in
用意した各ガラス組成物ペーストを用いて同種の被接合基材同士を接合した接合体(接合部評価試料)を作製し、接合部での剪断方向の破断応力を測定して接合性を評価した。実験に用いた被接合基材を表22に示す。 Using each of the prepared glass composition pastes, a bonded body (joint evaluation sample) in which the same types of base materials to be bonded were bonded to each other was prepared, and the breaking stress in the shearing direction at the joint was measured to evaluate the bondability. .. Table 22 shows the base materials to be bonded used in the experiment.
図3は、接合部評価試料となる接合体の作製方法を示す概略模式図である。 FIG. 3 is a schematic schematic diagram showing a method for producing a joint body as a joint portion evaluation sample.
図3(a):円形接合面12を有するの円柱状基材11(直径3 mm×厚さ2 mm)を用意する。図3(b):円柱状基材11の円形接合面12にガラス組成物ペーストを塗布して塗膜13を形成する。図3(c):塗膜13に含まれる溶媒を加熱乾燥(例えば、大気中60℃で20分間保持)して乾燥塗膜14を形成する。図3(d):接合体の対となる板状基材15(厚さ1〜3 mm)を用意し、板状基材15の主表面上に円柱状基材11の乾燥塗膜14を当接させて設置し、円柱状基材11と板状基材15とを耐熱用クリップで挟み、所定の条件(例えば、大気中、ガラス組成物の軟化点Tsより30〜50℃程度高い温度まで5℃/分の昇温速度で加熱、30分間保持)で焼成して接合体10を作製する。
FIG. 3A: A columnar base material 11 (
接合部での接合性の判定基準となる基準試料として、接合部評価試料と同サイズのCu基材同士を、無鉛スズはんだを用いて接合したCu/Cu接合体を別途用意した。Cu基材と無鉛スズはんだとは、良好な接合が得られる組み合わせと一般的に考えられている例である。当該基準試料の接合部での剪断方向の破断応力を測定したところ、20〜30 MPaであった。そこで、接合部評価試料における破断応力が20 MPa未満の場合を「不合格」と評価し、破断応力が20 MPa以上30 MPa以下の場合を「合格」と評価し、破断応力が30 MPa超の場合を「優秀」と評価した。 As a reference sample for determining the bondability at the joint, a Cu / Cu junction in which Cu base materials of the same size as the joint evaluation sample were bonded using lead-free tin solder was separately prepared. Cu base material and lead-free tin solder are examples that are generally considered to be a combination that provides good bonding. The breaking stress in the shearing direction at the joint of the reference sample was measured and found to be 20 to 30 MPa. Therefore, when the breaking stress in the joint evaluation sample is less than 20 MPa, it is evaluated as "failed", when the breaking stress is 20 MPa or more and 30 MPa or less, it is evaluated as "passed", and the breaking stress is more than 30 MPa. The case was evaluated as "excellent".
Ni基材同士の接合体における接合性の評価結果を表23に示す。 Table 23 shows the evaluation results of bondability in the bonded body of Ni substrates.
表23に示したように、測定した全ての接合体で「優秀」の評価である。このことから、熱膨張調整フィラー粉末を含有した本発明のガラス組成物ペーストは、Ni基材同士の低温接合において優れた接合性を示すことが判る。 As shown in Table 23, all the measured joints were evaluated as "excellent". From this, it can be seen that the glass composition paste of the present invention containing the thermal expansion adjusting filler powder exhibits excellent bondability in low temperature bonding between Ni substrates.
つぎに、Fe基材同士の接合体における接合性の評価結果を表24に示す。 Next, Table 24 shows the evaluation results of the bondability of the bonded body of Fe base materials.
表24に示したように、測定した全ての接合体で「優秀」の評価である。このことから、熱膨張調整フィラー粉末を含有した本発明のガラス組成物ペーストは、Fe基材同士の低温接合において優れた接合性を示すことが判る。 As shown in Table 24, all the measured joints were evaluated as "excellent". From this, it can be seen that the glass composition paste of the present invention containing the thermal expansion adjusting filler powder exhibits excellent bondability in low temperature bonding between Fe substrates.
つぎに、ソーダライムガラス基材同士の接合体における接合性の評価結果を表25に示す。 Next, Table 25 shows the evaluation results of the bondability of the soda lime glass base materials in a bonded body.
表25に示したように、ガラス組成物ペーストの「フィラー粉末/ガラス組成物粉末」の体積比が2.5以下の範囲の接合体は、「優秀」または「合格」の評価である。このことから、熱膨張調整フィラー粉末を含有した本発明のガラス組成物ペーストは、ソーダライムガラス基材同士の低温接合において優れた接合性を示すことが判る。 As shown in Table 25, a bonded body having a volume ratio of “filler powder / glass composition powder” of 2.5 or less in the glass composition paste is evaluated as “excellent” or “passed”. From this, it can be seen that the glass composition paste of the present invention containing the thermal expansion adjusting filler powder exhibits excellent bondability in low temperature bonding between soda lime glass substrates.
つぎに、ホウケイ酸ガラス基材同士の接合体における接合性の評価結果を表26に示す。 Next, Table 26 shows the evaluation results of the bondability of the borosilicate glass substrates to each other.
表26に示したように、ガラス組成物ペーストの「フィラー粉末/ガラス組成物粉末」の体積比が2.5以下の範囲の接合体は、「優秀」または「合格」の評価である。このことから、熱膨張調整フィラー粉末を含有した本発明のガラス組成物ペーストは、ホウケイ酸ガラス基材同士の低温接合において優れた接合性を示すことが判る。 As shown in Table 26, a bonded body having a volume ratio of “filler powder / glass composition powder” of 2.5 or less in the glass composition paste is evaluated as “excellent” or “passed”. From this, it can be seen that the glass composition paste of the present invention containing the thermal expansion adjusting filler powder exhibits excellent bondability in low temperature bonding between borosilicate glass substrates.
つぎに、アルミナ基材同士の接合体における接合性の評価結果を表27に示す。 Next, Table 27 shows the evaluation results of the bondability of the bonded body of the alumina base materials.
表27に示したように、ガラス組成物ペーストの「フィラー粉末/ガラス組成物粉末」の体積比が2.5以下の範囲の接合体は、「優秀」または「合格」の評価である。このことから、熱膨張調整フィラー粉末を含有した本発明のガラス組成物ペーストは、アルミナ基材同士の低温接合において優れた接合性を示すことが判る。 As shown in Table 27, a bonded body having a volume ratio of “filler powder / glass composition powder” of 2.5 or less in the glass composition paste is evaluated as “excellent” or “passed”. From this, it can be seen that the glass composition paste of the present invention containing the thermal expansion adjusting filler powder exhibits excellent bondability in low temperature bonding between alumina base materials.
つぎに、窒化ケイ素基材同士の接合体における接合性の評価結果を表28に示す。 Next, Table 28 shows the evaluation results of the bondability of the silicon nitride base materials in the bonded body.
表28に示したように、ガラス組成物ペーストの「フィラー粉末/ガラス組成物粉末」の体積比が2.5以下の範囲の接合体は、「優秀」または「合格」の評価である。このことから、熱膨張調整フィラー粉末を含有した本発明のガラス組成物ペーストは、窒化ケイ素基材同士の低温接合において優れた接合性を示すことが判る。 As shown in Table 28, a bonded body having a volume ratio of “filler powder / glass composition powder” of 2.5 or less in the glass composition paste is evaluated as “excellent” or “passed”. From this, it can be seen that the glass composition paste of the present invention containing the thermal expansion adjusting filler powder exhibits excellent bondability in low temperature bonding between silicon nitride substrates.
つぎに、シリコン基材同士の接合体における接合性の評価結果を表29に示す。 Next, Table 29 shows the evaluation results of the bondability of the bonded body of the silicon base materials.
表29に示したように、ガラス組成物ペーストの「フィラー粉末/ガラス組成物粉末」の体積比が2.5以下の範囲の接合体は、「優秀」または「合格」の評価である。このことから、熱膨張調整フィラー粉末を含有した本発明のガラス組成物ペーストは、シリコン基材同士の低温接合において優れた接合性を示すことが判る。 As shown in Table 29, a bonded body having a volume ratio of “filler powder / glass composition powder” of 2.5 or less in the glass composition paste is evaluated as “excellent” or “passed”. From this, it can be seen that the glass composition paste of the present invention containing the thermal expansion adjusting filler powder exhibits excellent bondability in low temperature bonding between silicon substrates.
上記結果から、本発明のガラス組成物ペーストは、熱膨張調整フィラー粉末を含有させることにより、種々の基材の低温接合において優れた接合性を示すことが確認された。また、ガラス組成物ペースト中の「フィラー粉末/ガラス組成物粉末」の体積比は、2.5以下が好ましいことが確認された。なお、実験9では、熱膨張調整フィラー粉末F-01〜F-07を用いて調査したが、本発明はそれに限定されるものではない。
From the above results, it was confirmed that the glass composition paste of the present invention exhibits excellent bondability in low temperature bonding of various substrates by containing the thermal expansion adjusting filler powder. Further, it was confirmed that the volume ratio of "filler powder / glass composition powder" in the glass composition paste is preferably 2.5 or less. In
[実験10]
ガラス組成物ペーストを用いて電極/配線の形成、導電性接合や熱伝導性接合を行う場合、導電性・伝熱性を確保するため、しばしば金属粉末がペーストに混合される。実験10では、金属粉末を含有するガラス組成物ペーストおよびそれを用いた接合について検討した。
[Experiment 10]
When forming electrodes / wirings, conducting conductive bonding or thermally conductive bonding using a glass composition paste, metal powder is often mixed with the paste in order to ensure conductivity and heat transfer. In
金属粉末として、Ag粉末(球状粒子、平均粒径(D50)2μm)、Cu粉末(球状粒子、平均粒径(D50)15μm)、Al粉末(球状粒子、平均粒径(D50)3μm)、Sn粉末(球状粒子、平均粒径(D50)20μm)の4種類を用意した。ガラス組成物粉末としては、実験5で用意したガラス組成物GE-02、GE-39(それぞれ平均粒径(D50)3μm)を用いた。
As metal powder, Ag powder (spherical particles, average particle size (D 50 ) 2 μm), Cu powder (spherical particles, average particle size (D 50 ) 15 μm), Al powder (spherical particles, average particle size (D 50 ) 3 μm) ) And Sn powder (spherical particles, average particle size (D 50 ) 20 μm) were prepared. As the glass composition powder, the glass compositions GE-02 and GE-39 (average particle size (D 50 ) 3 μm, respectively) prepared in
ガラス組成物ペーストを作製では、まず、水性溶媒SA-01に水溶性樹脂バインダBA-01hを0.6質量%溶解した樹脂バインダ水溶液を用意した。つぎに、ガラス組成物粉末と金属粉末と樹脂バインダ水溶液とを所定の比率で混合・混練してガラス組成物ペーストを作製した。このとき、混合する金属粉末の体積含有率は、ガラス組成物粉末の体積含有率に対して1〜9倍とした。また、ガラス組成物粉末と金属粉末との合計質量含有率を75質量%、樹脂バインダ水溶液の質量含有率を25質量%とした。 In preparing the glass composition paste, first, an aqueous resin binder solution prepared by dissolving 0.6% by mass of the water-soluble resin binder BA-01h in the aqueous solvent SA-01 was prepared. Next, the glass composition powder, the metal powder, and the resin binder aqueous solution were mixed and kneaded at a predetermined ratio to prepare a glass composition paste. At this time, the volume content of the metal powder to be mixed was set to 1 to 9 times the volume content of the glass composition powder. The total mass content of the glass composition powder and the metal powder was 75% by mass, and the mass content of the resin binder aqueous solution was 25% by mass.
用意した各ガラス組成物ペーストを用いて同種および異種の被接合基材同士を接合した接合体(接合部評価試料)を作製し、接合部での接続抵抗(被接合基材間の電気抵抗)を四端子法により測定して接合性を評価した。 Using each of the prepared glass composition pastes, a bonded body (joint evaluation sample) in which the same or different types of substrates to be bonded are bonded to each other is prepared, and the connection resistance at the junction (electrical resistance between the substrates to be bonded). Was measured by the four-terminal method to evaluate the bondability.
具体的には、被接合基材としてAl、Cu、Ni、およびFeを用い、接合部評価試料としてAl基材同士の組み合わせ(Al/Al接合体)、Al基材とCu基材との組み合わせ(Al/Cu接合体)、Al基材とNi基材との組み合わせ(Al/Cu接合体)、およびAl基材とFe基材との組み合わせ(Al/Fe接合体)を作製した。 Specifically, Al, Cu, Ni, and Fe are used as the base material to be bonded, and the combination of Al base materials (Al / Al junction) and the combination of Al base material and Cu base material are used as the joint evaluation sample. (Al / Cu bonded body), a combination of an Al base material and a Ni base material (Al / Cu bonded body), and a combination of an Al base material and a Fe base material (Al / Fe bonded body) were prepared.
接合部評価試料となる接合体は、基本的に図3に準じて作製される。 The joint body to be the joint portion evaluation sample is basically produced according to FIG.
具体的には、実験9と同様に、図3(a):円形接合面12を有するの円柱状基材11(直径3 mm×厚さ2 mm)を用意する。図3(b):円柱状基材11の円形接合面12にガラス組成物ペーストを塗布して塗膜13を形成する。図3(c):塗膜13を形成した円柱状基材11を所定の条件(例えば、大気中、ガラス組成物の軟化点Tsより30〜50℃程度高い温度まで5℃/分の昇温速度で加熱、10分間保持)で焼成して焼成塗膜14’を形成する。図3(d):接合体の対となる板状基材15(厚さ1〜3 mm)を用意し、板状基材15の主表面上に円柱状基材11の焼成塗膜14’を当接させて設置し、抵抗溶接機を利用して所定の条件(例えば、印加圧力14〜21 MPa、印加電流5 kA、印加時間100〜200 msec)で円柱状基材11と板状基材15とを溶接して接合体10’を作製する。
Specifically, as in
また、実験9と同様に、接合部での接続抵抗の判定基準となる基準試料として、接合部評価試料と同サイズのCu基材同士を、無鉛スズはんだを用いて接合したCu/Cu接合体(Cu/Cu基準試料)を別途用意した。
Further, as in
さらに、接合部での接続抵抗の比較試料としてのAl/Al比較試料、Al/Cu比較試料、Al/Ni比較試料、およびAl/Fe比較試料を別途用意した。比較試料における接合は、無鉛スズはんだを基材間に挟んで押圧しながら所定の焼成(アルゴンガス中、250℃で10分間保持)を施すことにより行った。Al基材は、はんだ濡れ性に劣るため、当該方法(挟持・押圧・焼成)により接合した。 Further, an Al / Al comparison sample, an Al / Cu comparison sample, an Al / Ni comparison sample, and an Al / Fe comparison sample were separately prepared as comparison samples of the connection resistance at the junction. The bonding in the comparative sample was carried out by sandwiching lead-free tin solder between the substrates and performing predetermined firing (holding in argon gas at 250 ° C. for 10 minutes) while pressing the solder. Since the Al base material is inferior in solder wettability, it was joined by the method (pinching, pressing, firing).
用意した基準試料および比較試料における接続抵抗を表30に示す。 Table 30 shows the connection resistances of the prepared reference sample and comparative sample.
表30に示したように、Cu/Cu基準試料が10-6Ω/mm2オーダーの非常に低い接続抵抗を示すのに対し、Al/Al比較試料、Al/Cu比較試料、Al/Ni比較試料、およびAl/Fe比較試料は、接続抵抗が10-3Ω/mm2オーダーであり、Cu/Cu基準試料に比して3桁以上高いことが判る。比較試料の高い接続抵抗は、被接合基材の少なくとも一方がAl基材であり、Al基材の表面に形成される化学的に安定な自然酸化皮膜に起因すると考えられる。 As shown in Table 30, the Cu / Cu reference sample shows a very low connection resistance on the order of 10 -6 Ω / mm 2 , while the Al / Al comparison sample, Al / Cu comparison sample, and Al / Ni comparison. It can be seen that the connection resistance of the sample and the Al / Fe comparison sample is on the order of 10 -3 Ω / mm 2 and is more than 3 orders of magnitude higher than that of the Cu / Cu standard sample. The high connection resistance of the comparative sample is considered to be due to the chemically stable natural oxide film formed on the surface of the Al base material, in which at least one of the base materials to be bonded is an Al base material.
図4は、ガラス組成物GE-39粉末とAg粉末とを混合したガラス組成物ペーストにおける、ペースト中の「Ag粉末/GE-39粉末」体積比と、各種接合体の接続抵抗との関係を示すグラフである。 FIG. 4 shows the relationship between the volume ratio of "Ag powder / GE-39 powder" in the paste and the connection resistance of various conjugates in the glass composition paste in which the glass composition GE-39 powder and Ag powder are mixed. It is a graph which shows.
図4に示したように、本ガラス組成物ペーストは、Al/Al接合体、Al/Cu接合体、Al/Cu接合体、およびAl/Fe接合体のいずれにおいても、10-6Ω/mm2オーダーの非常に低い接続抵抗を達成できることが判る。10-6Ω/mm2オーダーの接続抵抗は、Cu/Cu基準試料の接続抵抗と同等であり、各比較試料の接続抵抗に比して3桁程度低い。 As shown in FIG. 4, the present glass composition paste is 10 -6 Ω / mm in any of the Al / Al conjugate, the Al / Cu conjugate, the Al / Cu conjugate, and the Al / Fe conjugate. It can be seen that a very low connection resistance of 2 orders can be achieved. The connection resistance on the order of 10 -6 Ω / mm 2 is equivalent to the connection resistance of the Cu / Cu reference sample, and is about 3 orders of magnitude lower than the connection resistance of each comparison sample.
また、「Ag粉末/GE-39粉末」体積比において、体積比が大きくなるほど接合体の接続抵抗が低下する傾向が観られ、特に体積比4〜9の範囲では非常に安定した接続抵抗が得られることが判る。
In addition, in the volume ratio of "Ag powder / GE-39 powder", the connection resistance of the bonded body tends to decrease as the volume ratio increases, and a very stable connection resistance is obtained especially in the range of
Al基材を含む接合体において、このような低接続抵抗が得られた要因としては、次のようなモデルが考えられる。 The following model can be considered as a factor for obtaining such a low connection resistance in the bonded body containing the Al base material.
本発明のガラス組成物/ガラス組成物ペーストでは、加熱軟化流動する際に主要成分のV2O5がAl基材表面の自然酸化皮膜と化合して該酸化皮膜を除去することでAl基材表面の電気抵抗率を低減すると共に、ガラス構造中のV2O5成分の消費に伴って他の主要成分であるAg2O成分からAg金属粒子が析出し易くなり、析出したAg粒子同士が連結するように成長することで接合層の導電率が向上する、というモデルが考えられる。 In the glass composition / glass composition paste of the present invention, the main component V 2 O 5 combines with the natural oxide film on the surface of the Al substrate during heat softening and flow to remove the oxide film, thereby removing the Al substrate. In addition to reducing the electrical resistivity of the surface, Ag metal particles are more likely to precipitate from the Ag 2 O component, which is another major component, as the V 2 O 5 component in the glass structure is consumed, and the precipitated Ag particles are separated from each other. A model is conceivable in which the conductivity of the bonding layer is improved by growing so as to be connected.
図5は、ガラス組成物GE-39粉末とCu粉末とを混合したガラス組成物ペーストにおける、ペースト中の「Cu粉末/GE-39粉末」体積比と、各種接合体の接続抵抗との関係を示すグラフである。図5に示したように、本ガラス組成物ペーストも、Al/Al接合体、Al/Cu接合体、Al/Cu接合体、およびAl/Fe接合体のいずれにおいて、10-6Ω/mm2オーダーの非常に低い接続抵抗を達成できることが判る。 FIG. 5 shows the relationship between the volume ratio of "Cu powder / GE-39 powder" in the paste and the connection resistance of various conjugates in the glass composition paste in which the glass composition GE-39 powder and Cu powder are mixed. It is a graph which shows. As shown in FIG. 5, this glass composition paste also has 10 -6 Ω / mm 2 in any of the Al / Al conjugate, the Al / Cu conjugate, the Al / Cu conjugate, and the Al / Fe conjugate. It turns out that very low connection resistance on the order can be achieved.
図6は、ガラス組成物GE-02粉末とAl粉末とを混合したガラス組成物ペーストにおける、ペースト中の「Al粉末/GE-02粉末粉末」体積比と、各種接合体の接続抵抗との関係を示すグラフである。図6に示したように、本ガラス組成物ペーストも、Al/Al接合体、Al/Cu接合体、Al/Cu接合体、およびAl/Fe接合体のいずれにおいて、10-6Ω/mm2オーダーの非常に低い接続抵抗を達成できることが判る。 FIG. 6 shows the relationship between the volume ratio of “Al powder / GE-02 powder powder” in the paste and the connection resistance of various conjugates in the glass composition paste obtained by mixing the glass composition GE-02 powder and the Al powder. It is a graph which shows. As shown in FIG. 6, this glass composition paste also has 10 -6 Ω / mm 2 in any of the Al / Al conjugate, the Al / Cu conjugate, the Al / Cu conjugate, and the Al / Fe conjugate. It turns out that very low connection resistance on the order can be achieved.
図7は、ガラス組成物GE-02粉末とSn粉末とを混合したガラス組成物ペーストにおける、ペースト中の「Sn粉末/GE-02粉末粉末」体積比と、各種接合体の接続抵抗との関係を示すグラフである。図7に示したように、本ガラス組成物ペーストも、Al/Al接合体、Al/Cu接合体、Al/Cu接合体、およびAl/Fe接合体のいずれにおいて、10-6Ω/mm2オーダーの非常に低い接続抵抗を達成できることが判る。 FIG. 7 shows the relationship between the volume ratio of “Sn powder / GE-02 powder powder” in the paste and the connection resistance of various conjugates in the glass composition paste in which the glass composition GE-02 powder and Sn powder are mixed. It is a graph which shows. As shown in FIG. 7, this glass composition paste also has 10 -6 Ω / mm 2 in any of the Al / Al conjugate, Al / Cu conjugate, Al / Cu conjugate, and Al / Fe conjugate. It turns out that very low connection resistance on the order can be achieved.
上記結果から、本発明のガラス組成物ペーストは、金属粉末を含有させることにより、種々の基材の低温接合において非常に低い接続抵抗を示すことが確認された。また、ガラス組成物ペースト中の「金属粉末/ガラス組成物粉末」の体積比は、1〜9の範囲が好ましいことが確認された。加えて、導電性と熱伝導性とは高い相関があることから、金属粉末を含有させた本発明のガラス組成物ペーストは、熱伝導性接合においても同様の作用効果が期待できる。 From the above results, it was confirmed that the glass composition paste of the present invention exhibits a very low connection resistance in low temperature bonding of various substrates by containing a metal powder. Further, it was confirmed that the volume ratio of "metal powder / glass composition powder" in the glass composition paste is preferably in the range of 1 to 9. In addition, since there is a high correlation between conductivity and thermal conductivity, the glass composition paste of the present invention containing a metal powder can be expected to have the same effect in thermal conductive bonding.
なお、実験10では、金属粉末としてAg粉末、Cu粉末、Al粉末、Sn粉末を用いて調査したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えばAu粉末やFe粉末が挙げられる。また、適用する接合体としてAl/Al接合体、Al/Cu接合体、Al/Cu接合体、Al/Fe接合体について検討したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば、一方がMg基材からなる接合体、一方がTi基材からなる接合体が挙げられる。
In
[実験11]
実験11では、金属粉末を含有するガラス組成物ペーストを用いた電極/配線の形成、および当該電極/配線の性状について検討した。
[Experiment 11]
In
金属粉末として、Ag粉末(球状粒子、平均粒径(D50)1.5μm)を用い、ガラス組成物粉末として、実験5で用意したガラス組成物GE-60(平均粒径(D50)1μm)を用いた。
Ag powder (spherical particles, average particle size (D 50 ) 1.5 μm) was used as the metal powder, and the glass composition GE-60 (average particle size (D 50 ) 1 μm) prepared in
ガラス組成物ペーストを作製では、まず、水性溶媒SA-01に水溶性樹脂バインダBA-01gを0.8質量%溶解した樹脂バインダ水溶液を用意した。つぎに、ガラス組成物GE-60粉末とAg粉末と樹脂バインダ水溶液とを所定の比率で混合・混練してガラス組成物ペーストを作製した。このとき、混合するAg粉末の体積含有率は、ガラス組成物GE-60粉末の体積含有率に対して1〜9倍とした。また、ガラス組成物GE-60粉末とAg粉末との合計質量含有率を75質量%、樹脂バインダ水溶液の質量含有率を25質量%とした。 In preparing the glass composition paste, first, an aqueous resin binder solution prepared by dissolving 0.8% by mass of the water-soluble resin binder BA-01g in the aqueous solvent SA-01 was prepared. Next, the glass composition GE-60 powder, Ag powder, and the resin binder aqueous solution were mixed and kneaded at a predetermined ratio to prepare a glass composition paste. At this time, the volume content of the Ag powder to be mixed was set to 1 to 9 times the volume content of the glass composition GE-60 powder. The total mass content of the glass composition GE-60 powder and Ag powder was 75% by mass, and the mass content of the resin binder aqueous solution was 25% by mass.
用意した各ガラス組成物ペーストを用いて、種々の基板の上に電極/配線が形成された配線基板(配線評価試料)を作製し、当該電極/配線の電気抵抗(配線抵抗)を測定すると共に、当該電極/配線の基板への密着性を評価した。基板としては、アルミナ基板、ホウケイ酸ガラス基板、シリコン基板、フェライト基板、およびポリイミド基板を用いた。 Using each of the prepared glass composition pastes, a wiring board (wiring evaluation sample) in which electrodes / wirings are formed on various substratess is prepared, and the electrical resistance (wiring resistance) of the electrodes / wirings is measured. , The adhesion of the electrode / wiring to the substrate was evaluated. As the substrate, an alumina substrate, a borosilicate glass substrate, a silicon substrate, a ferrite substrate, and a polyimide substrate were used.
配線評価試料となる配線基板の作製は、次のように行った。まず、各種基板の上に、用意した各ガラス組成物ペーストを用いてスクリーン印刷法により7本の短冊状パターン(それぞれ2 mm×40 mm)を塗布した。つぎに、短冊状パターンを塗布した各基板に対して、所定の条件(例えば、大気中、ガラス組成物GE-60の軟化点Tsより40〜50℃程度高い温度まで5℃/分の昇温速度で加熱、10分間保持)で焼成・焼付して配線基板を作製した。 The wiring board used as the wiring evaluation sample was prepared as follows. First, seven strip-shaped patterns (2 mm × 40 mm each) were applied onto various substrates by a screen printing method using each of the prepared glass composition pastes. Next, for each substrate coated with the strip-shaped pattern, the temperature is raised to 5 ° C./min to a temperature about 40 to 50 ° C. higher than the softening point T s of the glass composition GE-60 in the air. A wiring board was prepared by firing and baking at a temperature rate (heated at a temperature rate and held for 10 minutes).
7本の電極配線の内訳は、ペースト中の「Ag粉末/GE-60粉末」体積比における「1、2、3、4、5、6、9」とした。基板上に形成した各電極/配線の電気抵抗は、四端子法により測定した。また、各電極/配線の基板への密着性試験は、ピーリングテストにより実施した。 The breakdown of the seven electrode wirings was "1, 2, 3, 4, 5, 6, 9" in the volume ratio of "Ag powder / GE-60 powder" in the paste. The electrical resistance of each electrode / wiring formed on the substrate was measured by the four-terminal method. In addition, the adhesion test of each electrode / wiring to the substrate was carried out by a peeling test.
図8は、ガラス組成物GE-60粉末とAg粉末とを混合したガラス組成物ペーストにおける、ペースト中の「Ag粉末/GE-60粉末粉末」体積比と、各電極/配線の配線抵抗との関係を示すグラフである。 FIG. 8 shows the volume ratio of “Ag powder / GE-60 powder powder” in the paste and the wiring resistance of each electrode / wiring in the glass composition paste obtained by mixing the glass composition GE-60 powder and Ag powder. It is a graph which shows the relationship.
図8に示したように、「Ag粉末/GE-60粉末粉末」体積比が大きくなるほど電極/配線の配線抵抗が低下する傾向が観られる。特に体積比3〜9の範囲では10-6Ω/mm2オーダーの非常に低い配線抵抗を達成でき、体積比4〜9の範囲では非常に安定した配線抵抗が得られることが判る。また、基板の種類による差異は特にないと言える。
As shown in FIG. 8, as the volume ratio of "Ag powder / GE-60 powder powder" increases, the wiring resistance of the electrode / wiring tends to decrease. In particular, it can be seen that a very low wiring resistance on the order of 10 -6 Ω / mm 2 can be achieved in the range of
上述したように、各電極/配線の基板への密着性試験は、ピーリングテストにより行った。各電極/配線に市販のピーリングテープを貼り付け、その後、ピーリングテープを引き剥がした際に、基板からの電極/配線の剥離および電極/配線の断線が目視観察されなかったものを「合格」と評価し、基板からの電極/配線の剥離および/または電極/配線の断線が目視観察されたものを「不合格」と評価した。その結果、全ての電極/配線、全ての基板において「合格」と評価された。 As described above, the adhesion test of each electrode / wiring to the substrate was performed by a peeling test. When a commercially available peeling tape is attached to each electrode / wiring and then the peeling tape is peeled off, the electrode / wiring peeling from the substrate and the electrode / wiring disconnection are not visually observed as "passed". Evaluation was performed, and those in which peeling of the electrode / wiring from the substrate and / or disconnection of the electrode / wiring were visually observed were evaluated as "failed". As a result, all electrodes / wirings and all substrates were evaluated as "passed".
上記結果から、本発明のガラス組成物ペーストは、金属粉末を含有させることにより、非常に低い配線抵抗を有する電極/配線を種々の基板の上に低温焼成で形成できることが確認された。また、形成された電極/配線は、種々の基板に対して十分な密着性を示すことが確認された。 From the above results, it was confirmed that the glass composition paste of the present invention can form electrodes / wirings having very low wiring resistance on various substrates by low-temperature firing by containing metal powder. Further, it was confirmed that the formed electrodes / wirings showed sufficient adhesion to various substrates.
なお、実験11では、ガラス組成物粉末としてGE-60粉末を用い、金属粉末としてAg粉末を用いて調査したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば、ガラス組成物粉末として実験1〜5に記載したGAシリーズやGC〜GEシリーズのを適宜利用できるし、金属粉末としてCu粉末、Al粉末、Sn粉末、Au粉末やFe粉末を適宜利用できる。また、基板としても、上記以外のガラス基板、セラミックス基板、耐熱樹脂基板を適宜利用できる。
In
[実験12]
実験12では、本発明に係るガラス組成物ペーストを用いて作製される封止構造体の一例である真空断熱複層ガラスパネルについて説明する。真空断熱複層ガラスパネルとは、2枚のガラス基板の間に真空断熱層を設けたものであり、真空断熱層を維持するためにガラス基板の周縁を気密封止(封着)する必要がある。
[Experiment 12]
In
真空断熱複層ガラスパネルは、建材用窓ガラス、車両用窓ガラス、業務用冷蔵庫や冷凍庫の扉などに適用される。窓や扉で使用される真空断熱複層ガラスパネルは、一般に大型であり、コストの観点からガラス基板としてソーダライムガラス基板を使用することが多い。 Vacuum-insulated double glazing panels are applied to windowpanes for building materials, windowpanes for vehicles, doors of commercial refrigerators and freezers, and the like. The vacuum-insulated double glazing panel used for windows and doors is generally large, and a soda lime glass substrate is often used as the glass substrate from the viewpoint of cost.
ただし、ソーダライムガラスは、熱伝導度が低く割れ易いため、気密封止の熱処理を行う際に急熱や急冷ができず、徐加熱や徐冷却を行う必要がある。これは、当該熱処理工程のワークタイムの長時間化を意味し、製造コスト増の要因となる。言い換えると、製造コスト低減(生産性向上)のため、極力低温で気密封止できることが望まれている。 However, since soda lime glass has low thermal conductivity and is easily broken, it cannot be rapidly heated or rapidly cooled when the heat treatment for airtight sealing is performed, and it is necessary to perform slow heating or slow cooling. This means that the work time of the heat treatment process is lengthened, which causes an increase in manufacturing cost. In other words, in order to reduce the manufacturing cost (improve the productivity), it is desired that the airtight seal can be sealed at the lowest possible temperature.
図9は、作製した真空断熱複層ガラスパネルの平面模式図およびA−A線に沿った拡大断面模式図である。図9に示したように、真空断熱複層ガラスパネル20は、2枚のガラス基板21a,21bと、該ガラス基板21a,21bの間でガラス基板周縁に設けた封止部22と、該ガラス基板21a,21bの間で封止部22よりも内側で二次元的に均等に配置された複数のスペーサ23とを有する。また、真空断熱複層ガラスパネル20は、一方のガラス基板21bに排気穴24とキャップ25とを有する。
FIG. 9 is a schematic plan view of the produced vacuum-insulated double glazing panel and a schematic enlarged cross-sectional view taken along the line AA. As shown in FIG. 9, the vacuum-insulated double glazing panel 20 includes two
スペーサ23は、2枚のガラス基板21a,21bの間の空間部26の厚さを適切な値に維持するためのものである。封止部22領域でガラス基板21a,21bの間隔を空間部26の厚さに揃えるため、封止部22の中に粒径が整った球状ビーズ27を配設してもよい。複層ガラスパネルの断熱性を更に向上させるため、一方のガラス基板21aの内面に熱線反射膜28が形成されることもある。
The
2枚のガラス基板21a,21bの間の封止された空間部26は、真空ポンプ等を用いて排気穴24から真空排気を行えるようになっており、キャップ25を取り付けることで空間部26の真空状態を維持することができる。さらに、真空断熱複層ガラスパネル20を設置後であっても、必要に応じて(例えば、空間部27の真空度が低下した場合に)、キャップ25を取り外して空間部26の排気を行うことができ、空間部26の真空度を改善することができる。
The sealed
低温での気密封止熱処理を実現するため、本発明のガラス組成物ペーストを用いて封止部22を形成することが好ましい。また、使用するガラス基板21a,21bの熱膨張係数と整合をとるため、ガラス組成物ペーストに熱膨張調整フィラー粉末を配合することは好ましい。
In order to realize the airtight sealing heat treatment at a low temperature, it is preferable to form the sealing
実験12では、ガラス基板21a,21bとしてソーダライムガラス基板(各900 mm×600 mm×3 mm)を用いた。ガラス基板21aは熱線反射膜28が形成されたもの、ガラス基板21bは排気穴24が形成されたものを用意した。2枚のガラス基板21a,21bの間隔(空間部26の厚さ)を0.2 mmとするため、円柱状のスペーサ23(ポリイミド樹脂製、高さ0.2 mm)と、封止部22中に配設する球状ビーズ27(ソーダライムガラス製、直径0.19 mm)とを用意した。
In
封止部22を形成するためのガラス組成物ペーストとしては、ガラス組成物粉末GE-54(D50 = 15μm)と、熱膨張調整フィラー粉末F-02(D50 = 15μm)と、水性溶媒SA-01に水溶性樹脂バインダBA-01hを0.6質量%溶解した樹脂バインダ水溶液とを混合・混練したものを用いた。
As the glass composition paste for forming the sealing
ガラス組成物ペースト中の熱膨張調整フィラー粉末F-02の体積配合割合は、ガラス組成物粉末GE-54に対して0.8倍とした。ペースト中のガラス組成物粉末GE-54と熱膨張調整フィラー粉末F-02との合計含有率を75質量%とし、樹脂バインダ水溶液の含有率を25質量%とした。球状ビーズ27の添加割合に関しては、ガラス組成物粉末GE-54と熱膨張調整フィラー粉末F-02との合計を100体積部にしたときに、球状ビーズ27の添加割合を0.5体積部とした。
The volume mixing ratio of the thermal expansion adjusting filler powder F-02 in the glass composition paste was 0.8 times that of the glass composition powder GE-54. The total content of the glass composition powder GE-54 and the thermal expansion adjusting filler powder F-02 in the paste was 75% by mass, and the content of the resin binder aqueous solution was 25% by mass. Regarding the addition ratio of the
つぎに、真空断熱複層ガラスパネル20の作製方法について簡単に説明する。 Next, a method for manufacturing the vacuum-insulated double glazing panel 20 will be briefly described.
図10は、真空断熱複層ガラスパネルを構成する一方のガラス基板に封止部およびスペーサを形成した状態を示す平面模式図およびB−B線に沿った拡大断面模式図である。図10に示したように、ガラス基板21bの周縁に、用意したガラス組成物ペーストをディスペンサー法などの塗布法によって塗布した後、ペーストの溶媒を乾燥させて(例えば、大気中、50〜60℃で20〜30分保持して)、ペーストの乾燥塗膜をガラス基板21b上に形成する。また、スペーサ23をガラス基板21bの所定の箇所に配設する。なお、乾燥塗膜の形成とスペーサ23の配設との順番に限定はない。
FIG. 10 is a schematic plan view showing a state in which a sealing portion and a spacer are formed on one of the glass substrates constituting the vacuum-insulated double glazing panel, and a schematic enlarged cross-sectional view along the line BB. As shown in FIG. 10, the prepared glass composition paste is applied to the peripheral edge of the
図11は、真空断熱複層ガラスパネルの真空封止工程の概略を示す拡大断面模式図であり、図12は、真空断熱複層ガラスパネルの真空封止工程における焼成温度プロファイルの例である。 FIG. 11 is an enlarged cross-sectional schematic view showing an outline of the vacuum sealing process of the vacuum insulated double glazing panel, and FIG. 12 is an example of a firing temperature profile in the vacuum sealing process of the vacuum insulated double glazing panel.
図11に示したように、封止部22の乾燥塗膜およびスペーサ23が形成されたガラス基板21bと、熱線反射膜28が形成されたガラス基板21aとを位置合わせして対向配置し、耐熱性クリップなど(図示せず)で固定する。つぎに、真空排気しながら、乾燥塗膜内のガラス組成物を軟化流動させる熱処理を行う。熱処理条件の例としては、図12に示したように、大気中、5℃/分の昇温速度でガラス組成物GE-54の軟化点Ts付近まで加熱し30分間保持した後、真空排気しながら5℃/分の昇温速度で軟化点Tsより30〜50℃高い温度まで加熱し30分間保持する。
As shown in FIG. 11, the
真空封止工程の熱処理により、乾燥塗膜内のガラス組成物が軟化流動し、ガラス基板の自重および耐熱性クリップによる押圧により封止部22が押しつぶされ、球状ビーズ27およびスペーサ23が規定する間隔を保って2枚のガラス基板21a,21bが封着する。その後、真空状態を維持した環境で排気穴24にキャップ25を取り付けると、真空断熱複層ガラスパネル20が完成する。
The heat treatment in the vacuum sealing step softens and flows the glass composition in the dry coating film, the sealing
実験12では、真空断熱複層ガラスパネル20を10枚作製した。作製した10枚の真空断熱複層ガラスパネル20の外観検査を行った結果、外観上の欠陥(例えば、ガラス基板21a,21bの割れ、亀裂など)は観察されなかった。また、封着した2枚のガラス基板21a,21bの全厚は、ガラス基板全面に亘って均等であった。これは、球状ビーズ27を含む封止部22とスペーサ23とによって、2枚のガラス基板21a,21bの間隔(空間部26の高さ)が均等に保たれたことを意味する。
In
作製した10枚の内の4枚の真空断熱複層ガラスパネル20を用いて、ヘリウムリーク試験を行った結果、いずれの試験試料もガラス基板周縁の封止部22が気密封止できていることを確認した。
As a result of conducting a helium leak test using 4 of the 10 prepared vacuum-insulated double glazing panels 20, the sealing
封止部22の耐水信頼性を確認するために、作製した10枚の内の3枚の真空断熱複層ガラスパネル20を用いて、温水浸漬試験(50℃、30日間)を行った結果、いずれの試験試料も内部に水が浸入することなく、封止部22が十分な耐水信頼性を有していることを確認した。
In order to confirm the water resistance reliability of the sealing
また、封止部22の温度サイクル耐久性を確認するために、10枚の内の3枚の真空断熱複層ガラスパネル20を用いて、温度サイクル試験(−50℃ ⇔ +100℃、1000サイクル)を行った結果、いずれの試験試料も空間部26の真空が保たれており、封止部22が十分な温度サイクル耐久性を有していることを確認した。
In addition, in order to confirm the temperature cycle durability of the sealing
実験12の結果から、本発明に係る真空断熱複層ガラスパネル20は、封止部22が高い気密性、高い耐水信頼性および高い温度サイクル耐久性を示すことから、全体として高い断熱性と高い長期信頼性とを有すると言える。また、本発明に係る真空断熱複層ガラスパネル20は、ガラス基板として安価なソーダライムガラス基板を利用でき、かつ封着温度を著しく低温化できることから、真空断熱複層ガラスパネルの生産性の向上(製造コストの低減)に寄与する。
From the results of
[実験13]
実験13では、実験12で用いた熱膨張調整フィラー粉末を含むガラス組成物ペーストの代わりに、金属粉末を含むガラス組成物ペーストを用いて作製される真空断熱複層ガラスパネルの例について説明する。
[Experiment 13]
In
封止部を形成するためのガラス組成物ペーストとしては、ガラス組成物粉末GE-60(D50 = 15μm)と、Sn粉末(D50 = 25μm)と、水性溶媒SA-01に水溶性樹脂バインダBA-01fを1質量%溶解した樹脂バインダ水溶液とを混合・混練したものを用いた。 The glass composition paste for forming the sealing portion includes glass composition powder GE-60 (D 50 = 15 μm), Sn powder (D 50 = 25 μm), and a water-soluble resin binder in the aqueous solvent SA-01. A mixture and kneading of a resin binder aqueous solution in which BA-01f was dissolved in 1% by mass was used.
ガラス組成物ペースト中のSn粉末の体積配合割合は、ガラス組成物粉末GE-60に対して1.5倍とした。ペースト中のガラス組成物粉末GE-60とSn粉末との合計含有率を80質量%とし、樹脂バインダ水溶液の含有率を20質量%とした。球状ビーズ27の添加割合に関しては、ガラス組成物粉末GE-54と熱膨張調整フィラー粉末F-02との合計を100体積部にしたときに、球状ビーズの添加割合を1体積部とした。
The volume mixing ratio of Sn powder in the glass composition paste was 1.5 times that of the glass composition powder GE-60. The total content of the glass composition powder GE-60 and Sn powder in the paste was 80% by mass, and the content of the resin binder aqueous solution was 20% by mass. Regarding the addition ratio of the
実験12と同様にして、真空断熱複層ガラスパネルを10枚作製した。実験12と同様に、外観検査、ヘリウムリーク試験、温水浸漬試験、および温度サイクル試験を行ったところ、いずれの試験も実験12と同等であった。
In the same manner as in
この結果から、ガラス組成物ペーストを用いた封止・接合において、被封止基材や被接合基材と熱膨張/熱収縮を整合させるための熱膨張調整フィラー粉末をガラス組成物ペーストに含有させることは必須/必然事項ではなく、熱膨張調整フィラー粉末の代わりに柔らかい金属粉末を含有させることによっても、気密封止が可能であることが確認された。これは、当該金属粉末が熱応力を緩和する役割を果たしているためと考えられる。 From this result, in the sealing / bonding using the glass composition paste, the glass composition paste contains a thermal expansion adjusting filler powder for matching the thermal expansion / contraction with the material to be sealed or the base material to be bonded. It was confirmed that airtight sealing is possible by including a soft metal powder instead of the thermal expansion adjusting filler powder. It is considered that this is because the metal powder plays a role of relaxing the thermal stress.
[実験14]
実験14では、本発明に係るガラス組成物ペーストを用いて作製される封止構造体の一例である有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイパネルについて説明する。OLEDディスプレイパネルは、2枚のガラス基板の間にOLEDが多数内蔵形成されたディスプレイパネルである。
[Experiment 14]
In
図13は、作製したOLEDディスプレイパネルの平面模式図およびC−C線に沿った拡大断面模式図である。図13に示したように、OLEDディスプレイパネル30は、2枚のガラス基板31a,31bと、該ガラス基板31a,31bの間でガラス基板周縁に設けた封止部32と、該ガラス基板31a,31bの間で封止部32よりも内側で配置されたOLED 33とを有する。
FIG. 13 is a schematic plan view of the produced OLED display panel and a schematic enlarged cross-sectional view taken along the line CC. As shown in FIG. 13, the OLED display panel 30 includes two
OLEDディスプレイパネル30では、通常、ガラス基板31a,31bとして無アルカリホウケイ酸ガラス基板が使用される。OLED 33は、水分や酸素により劣化し易いことから、封止部32により気密封止することが重要である。また、封止部32の形成は、低温での気密封止熱処理を実現するため、本発明のガラス組成物ペーストを用いることが好ましく、特に、使用するガラス基板31a,31bの熱膨張係数と整合をとるため、熱膨張係数が小さい熱膨張調整フィラー粉末を配合したものを用いることが好ましい。
In the OLED display panel 30, a non-alkali borosilicate glass substrate is usually used as the
封止部22を形成するためのガラス組成物ペーストとしては、ガラス組成物粉末GE-56(D50 = 1.5μm)と、熱膨張調整フィラー粉末F-02(D50 = 3μm)と、水性溶媒SA-01に水溶性樹脂バインダBA-01hを0.6質量%溶解した樹脂バインダ水溶液とを混合・混練したものを用いた。
The glass composition paste for forming the sealing
ガラス組成物ペースト中の熱膨張調整フィラー粉末F-02の体積配合割合は、ガラス組成物粉末GE-56に対して2倍とした。ペースト中のガラス組成物粉末GE-56と熱膨張調整フィラー粉末F-02との合計含有率を75質量%とし、樹脂バインダ水溶液の含有率を25質量%とした。 The volume-blending ratio of the thermal expansion adjusting filler powder F-02 in the glass composition paste was double that of the glass composition powder GE-56. The total content of the glass composition powder GE-56 and the thermal expansion adjusting filler powder F-02 in the paste was 75% by mass, and the content of the resin binder aqueous solution was 25% by mass.
つぎに、OLEDディスプレイパネル30の作製方法について簡単に説明する。 Next, a method for manufacturing the OLED display panel 30 will be briefly described.
ガラス基板31a,31bとして2枚の無アルカリホウケイ酸ガラス基板を用意する。一方のガラス基板31bの上に、所定の画素数に対応するOLED 33を形成する。他方のガラス基板31aの周縁に、用意したガラス組成物ペーストをディスペンサー法などの塗布法によって塗布した後、所定の焼成(例えば、大気中、5℃/分の昇温速度でガラス組成物GE-56の軟化点Tsより30〜50℃高い温度まで加熱し30分間保持)を行って、ペーストの焼成塗膜(例えば、線幅2 mm、厚さ15μm)をガラス基板31a上に形成する。
Prepare two non-alkali borosilicate glass substrates as
封止部32の焼成塗膜が形成されたガラス基板31aと、OLED 33が形成されたガラス基板31bとを位置合わせして対向配置し、耐熱性クリップなど(図示せず)で固定する。つぎに、減圧雰囲気下で、ガラス基板31aの裏面側(焼成塗膜が形成されていない面側)から焼成塗膜に向けてレーザ光照射(例えば、走査速度10 mm/秒)を行って、焼成塗膜のガラス組成物を加熱軟化流動させる。これにより、ガラス基板31a,31bの周縁が封着され、OLEDディスプレイパネル30が完成する。
The
なお、焼成塗膜の加熱にレーザ光を利用する理由は、OLED 33への熱的ダメージを防止し、生産性を向上するためである。使用するレーザ光は、焼成塗膜のガラス組成物が効率的に吸収するものが好ましく、例えば、波長805 nmの赤色半導体レーザを好ましく用いることができる。
The reason why the laser beam is used for heating the fired coating film is to prevent thermal damage to the
実験14では、OLEDディスプレイパネル30を5枚作製した。作製した5枚のOLEDディスプレイパネル30の外観検査と点灯試験とを行った結果、外観上の欠陥(例えば、ガラス基板21a,21bの割れ、亀裂など)は観察されず、全て問題なく点灯することを確認した。
In
作製した5枚のOLEDディスプレイパネル30に対して、1日間、3日間および7日間保持の高温高湿試験(飽和型プレッシャークッカー試験、温度120℃、相対湿度100%、圧力202 kPa)を実施した後、点灯試験を行った。比較のため、ガラス組成物ペーストではなく樹脂のみで封着したOLEDディスプレイパネル(封止部の線幅5 mm、厚さ15μm)を別途用意し、同様の試験を行った。
The five OLED display panels 30 produced were subjected to high-temperature and high-humidity tests (saturated pressure cooker test, temperature 120 ° C, relative humidity 100%, pressure 202 kPa) held for 1 day, 3 days and 7 days. After that, a lighting test was conducted. For comparison, an OLED display panel (
1日間保持の高温高湿試験では、いずれのOLEDディスプレイパネルともに問題なく点灯した。しかしながら、樹脂封止したOLEDディスプレイパネルは、3日間保持以降の試料で点灯に大きな劣化が発生した。これは、樹脂封止部からOLEDディスプレイパネルの内部に水分や酸素が侵入し、OLED 33が劣化したためと考えられる。
In the high temperature and high humidity test held for 1 day, all OLED display panels turned on without any problem. However, in the resin-sealed OLED display panel, the lighting of the sample after holding for 3 days was significantly deteriorated. It is probable that this is because moisture and oxygen invaded the inside of the OLED display panel from the resin sealing part and the
これに対し、本発明に係るOLEDディスプレイパネルは、7日間保持の高温高湿試験でもOLEDの点灯に劣化が認められず、良好な試験結果となった。これは、封止部32において高い気密性が維持されていることを強く示唆する。
On the other hand, in the OLED display panel according to the present invention, no deterioration was observed in the lighting of the OLED even in the high temperature and high humidity test held for 7 days, and good test results were obtained. This strongly suggests that high airtightness is maintained in the sealing
実験14において、ガラス組成物ペーストを用いて作製される封止構造体として、OLEDディスプレイパネルの例を説明した。本発明のガラス組成物ペーストは、高い気密性および高い耐水信頼性を示す封止部を形成でき、良好なOLEDディスプレイパネルを提供できることが確認された。
In
また、実験14の結果より、本発明のガラス組成物ペーストは、OLEDディスプレイパネルの他に、熱的なダメージ受けやすい封止構造体(例えば、フラットパネル照明器具、有機太陽電池、有機素子を用いたMEMSセンサーなど)にも有効に適用できると言える。
Further, from the results of
[実験15]
実験15では、本発明に係るガラス組成物ペーストを用いて作製される電気電子部品の一例である太陽電池パネル、特にSi結晶基板を利用した太陽電池パネルの電極/配線について説明する。
[Experiment 15]
In
図14は、Si結晶基板太陽電池パネルの受光面の平面模式図、裏面の平面模式図、およびD−D線に沿った断面模式図である。図14に示したように、太陽電池パネル40は、Si結晶基板41の一方の面側にpn接合面46が形成され、その面が受光面となる。受光面には、受光面電極/配線42および反射防止膜43が形成されている。Si結晶基板41の他方の面は裏面と称され、裏面には、集電電極/配線44および出力電極/配線45が形成されている。受光面電極/配線42、集電電極/配線44および出力電極/配線45の形成には、従来からガラス組成物ペーストが利用されている。
FIG. 14 is a schematic plan view of the light receiving surface of the Si crystal substrate solar cell panel, a schematic plan view of the back surface, and a schematic cross-sectional view along the DD line. As shown in FIG. 14, in the
ただし、従来のSi結晶基板太陽電池パネルの電極/配線は、受光面電極/配線42および出力電極/配線45の形成に、有鉛ガラス組成物粉末とAg粉末とを含む有機溶媒系ガラス組成物ペーストが利用され、集電電極/配線44の形成に、有鉛ガラス組成物粉末とAl粉末とを含む有機溶媒系ガラス組成物ペーストが利用されていた。
However, the electrode / wiring of the conventional Si crystal substrate solar cell panel is an organic solvent-based glass composition containing a leaded glass composition powder and Ag powder in forming the light receiving surface electrode /
これらの有機溶媒系ガラス組成物ペーストは、Si結晶基板41上に塗布後、大気中600〜900℃で焼成されていた。この場合、ガラス組成物ペースト中の鉛成分および有機溶媒が安全上および環境上の問題となる。さらに、電極/配線を形成するための焼成温度が高いことから、太陽電池パネルが大きく反って破損し易いという問題があった。
These organic solvent-based glass composition pastes were applied on a
これに対し、本発明に係る太陽電池パネル40は、受光面電極/配線42、集電電極/配線44および出力電極/配線45が本発明のガラス組成物ペーストによって形成される。実験15では、Si結晶基板41として太陽電池用Si単結晶基板(150 mm×150 mm×0.2 mm)で、受光面にSiN(窒化シリコン)からなる反射防止膜43(厚さ100 nm)が形成されているものを用いた。
On the other hand, in the
受光面電極/配線42および出力電極/配線45を形成するためのガラス組成物ペーストとしては、ガラス組成物粉末GE-58(D50 = 1μm)と、Ag粉末(D50 = 1.5μm)と、SA-01に水溶性樹脂バインダBA-01hを0.6質量%溶解した樹脂バインダ水溶液とを混合・混練したものを用いた。
The glass composition paste for forming the light receiving surface electrode /
受光面電極/配線42および出力電極/配線45用のガラス組成物ペースト中のAg粉末の体積配合割合は、ガラス組成物粉末GE-58に対して6倍とした。ペースト中のガラス組成物粉末GE-58とAg粉末との合計含有率を75質量%とし、樹脂バインダ水溶液の含有率を25質量%とした。
The volume mixing ratio of Ag powder in the glass composition paste for the light receiving surface electrode /
集電電極/配線44を形成するためのガラス組成物ペーストとしては、ガラス組成物粉末GE-70(D50 = 1μm)と、Al粉末(D50 = 3μm)と、SA-01に水溶性樹脂バインダBA-01fを1質量%溶解した樹脂バインダ水溶液とを混合・混練したものを用いた。
The glass composition paste for forming the current collecting electrode /
集電電極/配線44用のガラス組成物ペースト中のAl粉末の体積配合割合は、ガラス組成物粉末GE-70に対して9倍とした。ペースト中のガラス組成物粉末GE-70とAl粉末との合計含有率を75質量%とし、樹脂バインダ水溶液の含有率を25質量%とした。
The volume mixing ratio of the Al powder in the glass composition paste for the current collecting electrode /
つぎに、太陽電池パネル40の作製方法について簡単に説明する。
Next, a method for manufacturing the
Si結晶基板41の受光面側に、用意した受光面電極/配線42用のガラス組成物ペーストをスクリーン印刷法などの塗布法によって塗布する。つぎに、所定の条件(例えば、大気中、10℃/分の昇温速度でガラス組成物GE-58の軟化点Tsより30〜50℃高い温度まで加熱し30分間保持)で焼成することにより、ペースト中のガラス組成物が軟化流動して受光面電極/配線42が形成されると共に、Si結晶基板41の受光面に固着する。
The prepared glass composition paste for the light receiving surface electrode /
つぎに、Si結晶基板41の裏面側に、用意した出力電極/配線45用のガラス組成物ペーストをスクリーン印刷法などの塗布法によって塗布した後、ペーストの溶媒を乾燥させて(例えば、大気中、50〜60℃で20〜30分保持して)、ペーストの乾燥塗膜を形成する。つぎに、用意した集電電極/配線44用のガラス組成物ペーストをスクリーン印刷法などの塗布法によって塗布する。その後、所定の条件(例えば、大気中、10℃/分の昇温速度でガラス組成物GE-70の軟化点Tsより30〜50℃高い温度まで加熱し30分間保持)で焼成することにより、両ペースト中のガラス組成物が軟化流動して出力電極/配線45および集電電極/配線44が形成されると共に、Si結晶基板41の裏面に固着して、太陽電池パネル40が完成する。
Next, the prepared glass composition paste for the output electrode /
なお、受光面電極/配線42には、2回の焼成が加わることになるが、これにより受光面電極/配線42とSi結晶基板41の受光面との電気的接続がより良好になる。
The light receiving surface electrode /
実験15では、太陽電池パネル40を10枚作製した。作製した10枚の太陽電池パネル40の外観検査を行った結果、外観上の欠陥(例えば、受光面電極/配線42、集電電極/配線44および出力電極/配線45の割れや亀裂、太陽電池パネル40の反りなど)は観測されなかった。これは、本発明の水系ガラス組成物ペーストによって各種の電極/配線の形成温度を著しく低温化できたことが貢献していると考えられる。
In
作製した10枚の太陽電池パネル40に対して、各電極/配線とSi結晶基板41との電気的接続(電流電圧特性)を調査した結果、いずれの試料もオーミックコンタクトが得られ、良好な電気的接続ができていることを確認した。
As a result of investigating the electrical connection (current-voltage characteristics) between each electrode / wiring and the
作製した10枚の太陽電池パネル40に対して、ソーラーシュミレータによって変換効率を測定した結果、各電極/配線の形成温度を著しく低温化したにもかかわらず、従来の太陽電池パネルと同等の変換効率(約18%)が得られることを確認した。
As a result of measuring the conversion efficiency of the 10
各電極/配線の耐水信頼性を確認するために、作製した10枚の内の3枚の太陽電池パネル40を用いて、温水浸漬試験(50℃、5日間)を行った後、ソーラーシュミレータによって変換効率を測定した。比較のため、本発明のガラス組成物ペーストではなく、有鉛ガラス組成物を含む有機溶媒系ガラス組成物ペーストを用いて電極/配線を形成した従来の太陽電池パネルを別途用意し、同様の試験を行った。
In order to confirm the water resistance reliability of each electrode / wiring, a hot water immersion test (50 ° C., 5 days) was performed using 3 of the 10
その結果、従来の太陽電池パネルでは、各電極/配線に腐食が発生し、発電効率が12〜13%程度まで劣化した。これに対し、本発明に係る太陽電池パネルでは、各電極/配線に腐食は発生せず、変換効率の劣化も認められなかった。この試験から、本発明に係る太陽電池パネルは、高い耐水信頼性を示すことが確認された。 As a result, in the conventional solar cell panel, corrosion occurred in each electrode / wiring, and the power generation efficiency deteriorated to about 12 to 13%. On the other hand, in the solar cell panel according to the present invention, corrosion did not occur in each electrode / wiring, and no deterioration in conversion efficiency was observed. From this test, it was confirmed that the solar cell panel according to the present invention exhibits high water resistance reliability.
また、裏面に形成された集電電極/配線44と出力電極/配線45との重なり部分を分解して確認したところ、AgとAlとの望まない化学反応(脆い金属間化合物の生成)は認められなかった。本発明のガラス組成物とAg粒子やAl粒子との相互作用により、AgとAlとの望まない化学反応が抑制されている可能性が考えられる。これは、本発明のガラス組成物の特殊な作用効果の一種と考えられる。
In addition, when the overlapping portion of the current collecting electrode /
実験15において、ガラス組成物ペーストを用いて作製される電気電子部品として、太陽電池パネルおよびその電極/配線の例を説明した。ただし、本発明のガラス組成物ペーストは、太陽電池パネルへの適用に限定されるものではなく、様々な電気電子部品の電極/配線に有効に適用でき、電気電子部品の信頼性向上、生産性向上、低コスト化などに寄与するものである。
In
[実験16]
実験16では、本発明に係るガラス組成物ペーストを用いて作製される電気電子部品の一例である水晶振動子パッケージ、特に当該パッケージの導電性接合部や封止部について説明する。
[Experiment 16]
In Experiment 16, a crystal oscillator package, which is an example of an electric / electronic component manufactured by using the glass composition paste according to the present invention, particularly a conductive joint portion and a sealing portion of the package will be described.
図15は、本発明に係る水晶振動子パッケージの作製プロセスの例を示す断面模式図である。図15に沿って、水晶振動子パッケージ50の作製方法について簡単に説明する。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process for manufacturing a crystal oscillator package according to the present invention. A method for manufacturing the
セラミックス基板51に内蔵形成された配線52上に、金属粉末を含むガラス組成物ペーストをディスペンサー法などの塗布法によって塗布した後に、ペーストの溶媒を乾燥させて(例えば、大気中、50〜60℃で20〜30分保持して)、ペースト乾燥塗膜53を形成する。
A glass composition paste containing metal powder is applied onto the
つぎに、ペースト乾燥塗膜53と接触するように水晶振動子54を配置し、所定の条件(例えば、不活性ガス中、10℃/分の昇温速度で、ペースト乾燥塗膜53中のガラス組成物の軟化点Tsより30〜50℃高い温度まで加熱し10分間保持)で焼成してガラス組成物を軟化流動させて、水晶振動子54と配線52とを電気的接合する。
Next, the
キャップの外周部にペースト焼成塗膜56が形成された水晶振動子55を別途用意する。ペースト焼成塗膜56の形成は、キャップの外周部に、熱膨張調整フィラー粉末を含むガラス組成物ペーストをディスペンサー法などの塗布法によって塗布した後に、所定の条件(例えば、大気中、10℃/分の昇温速度で、ペースト中のガラス組成物の軟化点Tsより30〜50℃高い温度まで加熱し10分間保持)で焼成して行う。
A
つぎに、セラミックスキャップ55のペースト焼成塗膜56とセラミックス基板51とを位置合わせして配置し、荷重を掛けながら所定の条件(例えば、真空中、10℃/分の昇温速度で、ペースト焼成塗膜56中のガラス組成物の軟化点Tsより30〜50℃高い温度まで加熱し10分間保持)で焼成してガラス組成物を軟化流動させて、セラミックスキャップ55とセラミックス基板51とを封止する。これにより、水晶振動子パッケージ50が完成する。
Next, the paste
なお、上記の作製プロセスにおいて、セラミックスキャップ55とセラミックス基板51とを封止する焼成工程の際に、水晶振動子54と配線52との電気的接合が剥離しないようにすることが重要である。その観点から、セラミックスキャップ55とセラミックス基板51との封止に用いるガラス組成物の軟化点Tsが、水晶振動子54と配線52との電気的接合に用いるガラス組成物の軟化点Tsよりも低くなるように、それぞれのガラス組成物を選定することが望ましい。
In the above manufacturing process, it is important to prevent the electrical connection between the
実験16では、セラミックス基板51およびセラミックスキャップ55は、アルミナ製のものを用いた。水晶振動子54と配線52との電気的接合に用いるガラス組成物ペーストとしては、ガラス組成物粉末GE-11(D50 = 1μm)と、Ag粉末(D50 = 1.5μm)と、水性溶媒SA-01に水溶性樹脂バインダBA-01fを1質量%溶解した樹脂バインダ水溶液とを混合・混練したものを用いた。
In Experiment 16, the
ガラス組成物ペースト中のAg粉末の体積配合割合は、ガラス組成物粉末GE-11に対して7倍とした。ペースト中のガラス組成物粉末GE-11とAg粉末との合計含有率を75質量%とし、樹脂バインダ水溶液の含有率を25質量%とした。 The volume mixing ratio of Ag powder in the glass composition paste was 7 times that of the glass composition powder GE-11. The total content of the glass composition powder GE-11 and Ag powder in the paste was 75% by mass, and the content of the resin binder aqueous solution was 25% by mass.
セラミックスキャップ55とセラミックス基板51との封止に用いるガラス組成物ペーストとしては、ガラス組成物粉末GE-63(D50 = 5μm)と、熱膨張調整フィラー粉末F-02(D50 = 5μm)と、水性溶媒SA-01に水溶性樹脂バインダBA-01hを0.6質量%溶解した樹脂バインダ水溶液とを混合・混練したものを用いた。
The glass composition paste used for sealing the
ガラス組成物ペースト中の熱膨張調整フィラー粉末F-02の体積配合割合は、ガラス組成物粉末GE-63に対して1倍とした。ペースト中のガラス組成物粉末GE-63と熱膨張調整フィラー粉末F-02との合計含有率を75質量%とし、樹脂バインダ水溶液の含有量を25質量%とした。 The volume-blending ratio of the thermal expansion adjusting filler powder F-02 in the glass composition paste was set to 1 times that of the glass composition powder GE-63. The total content of the glass composition powder GE-63 and the thermal expansion adjusting filler powder F-02 in the paste was 75% by mass, and the content of the resin binder aqueous solution was 25% by mass.
なお、水晶振動子54と配線52との電気的接合に用いるペーストのガラス組成物GE-11は、軟化点Ts = 313℃であり、セラミックスキャップ55とセラミックス基板51との封止に用いるペーストのガラス組成物GE-63は、軟化点Ts = 244℃である。すなわち、両者の差は69℃である。
The glass composition GE-11 of the paste used for electrical bonding between the
実験16では、上記のようにして水晶振動子パッケージ50を24個作製した。作製した24個の水晶振動子パッケージ50の外観検査を実体顕微鏡にて行った結果、外観上の問題(例えば、セラミックスキャップ55とセラミックス基板51とのズレ、ガラス封止部での割れや亀裂など)は観察されなかった。
In
水晶振動子パッケージ50の内部の水晶振動子54と配線52との電気的接合が正常であるのか否かを調査するために導通試験を行った。その結果、作製した全ての水晶振動子パッケージ50において水晶振動子が作動することを確認した。
A continuity test was conducted to investigate whether the electrical connection between the
作製した24個の内の5個の水晶振動子パッケージ50を用いて、ヘリウムリーク試験を行った結果、いずれの試験試料もセラミックスキャップ55とセラミックス基板51とが気密封止できていることを確認した。
As a result of a helium leak test using 5 of the 24 crystal oscillator packages 50 produced, it was confirmed that the
作製した24個の内の5個の水晶振動子パッケージ50に対して、高温高湿試験(飽和型プレッシャークッカー試験、温度120℃、相対湿度100%、圧力202 kPa、3日間保持)を実施した後、ヘリウムリーク試験を行った。その結果、いずれの試験試料もセラミックスキャップ55とセラミックス基板51との気密封止が保たれていることを確認した。
A high-temperature and high-humidity test (saturated pressure cooker test, temperature 120 ° C, relative humidity 100%, pressure 202 kPa, holding for 3 days) was performed on 5 of the 24 crystal oscillator packages produced. Later, a helium leak test was performed. As a result, it was confirmed that the airtight seal between the
実験16において、ガラス組成物ペーストを用いて作製される電気電子部品として、水晶振動子パッケージ、その電気的接合および気密封止の例を説明した。ただし、本発明のガラス組成物ペーストは、水晶振動子パッケージへの適用に限定されるものではなく、様々な電気電子部品の電気的接合および気密封止に適用できる。 In Experiment 16, examples of a crystal oscillator package, its electrical bonding, and airtight sealing have been described as electrical and electronic components produced using the glass composition paste. However, the glass composition paste of the present invention is not limited to application to a crystal unit package, and can be applied to electrical bonding and airtight sealing of various electrical and electronic components.
上述した実施形態や実験例は、本発明の理解を助けるために説明したものであり、本発明は、記載した具体的な構成のみに限定されるものではない。例えば、実施形態の構成の一部を当業者の技術常識の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に当業者の技術常識の構成を加えることも可能である。すなわち、本発明は、本明細書の実施形態や実験例の構成の一部について、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。 The above-described embodiments and experimental examples have been described for the purpose of assisting the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the specific configurations described. For example, it is possible to replace a part of the configuration of the embodiment with the configuration of the common general technical knowledge of those skilled in the art, and it is also possible to add the configuration of the common general technical knowledge of the person skilled in the art to the configuration of the embodiment. That is, the present invention may delete, replace with another configuration, or add another configuration to a part of the configurations of the embodiments and experimental examples of the present specification without departing from the technical idea of the invention. It is possible.
10,10’…接合体、
11…円柱状基材、12…円形接合面、13…塗膜、14,14’…乾燥塗膜、15…板状基材、
20…真空断熱複層ガラスパネル、
21a,21b…ガラス基板、22…封止部、23…スペーサ、24…排気穴、25…キャップ、
26…空間部、27…球状ビーズ、28…熱線反射膜、
30…OLEDディスプレイパネル、
31a,31b…ガラス基板、32…封止部、33…OLED、
40…太陽電池パネル、
41…Si結晶基板、42…受光面電極/配線、43…反射防止膜、44…集電電極/配線、
45…出力電極/配線、46…pn接合面、
50…水晶振動子パッケージ、
51…セラミックス基板、52…配線、53…ペースト乾燥塗膜、54…水晶振動子、
55…セラミックスキャップ、56…ペースト焼成塗膜。
10, 10'... Join,
11 ... Cylindrical substrate, 12 ... Circular joint surface, 13 ... Coating film, 14, 14'... Dry coating film, 15 ... Plate-like substrate,
20 ... Vacuum insulated double glazing panel,
21a, 21b ... glass substrate, 22 ... sealing part, 23 ... spacer, 24 ... exhaust hole, 25 ... cap,
26 ... Space, 27 ... Spherical beads, 28 ... Heat-reflecting film,
30 ... OLED display panel,
31a, 31b ... glass substrate, 32 ... sealing part, 33 ... OLED,
40 ... Solar panel,
41 ... Si crystal substrate, 42 ... Light receiving surface electrode / wiring, 43 ... Antireflection film, 44 ... Current collecting electrode / wiring,
45 ... Output electrode / wiring, 46 ... pn junction surface,
50 ... Crystal oscillator package,
51 ... Ceramic substrate, 52 ... Wiring, 53 ... Paste dry coating, 54 ... Crystal oscillator,
55 ... Ceramic cap, 56 ... Paste fired coating.
Claims (43)
前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにV2O5とAg2Oとを含有し、
前記V2O5のモル%含有率と前記Ag2Oのモル%含有率とが、
関係式(1):1/3×[V2O5] ≦ [Ag2O] ≦ 2×[V2O5]、
を満たし、
前記溶媒は、水性溶媒であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 A glass composition paste containing a lead-free glass composition powder and a solvent.
The glass composition contains V 2 O 5 and Ag 2 O when the components are represented by oxides.
The molar% content of V 2 O 5 and the molar% content of Ag 2 O are
Relational expression (1): 1/3 × [V 2 O 5 ] ≤ [Ag 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
The filling,
The solvent is a glass composition paste, which is an aqueous solvent.
前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにTeO2を更に含有し、
前記V2O5のモル%含有率と前記Ag2Oのモル%含有率と前記TeO2のモル%含有率とが、
関係式(2):[V2O5]+[Ag2O]+[TeO2] ≧ 73、
を満たすことを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 1,
The glass composition further contains TeO 2 when the components are represented by oxides.
The mol% content of V 2 O 5, the mol% content of Ag 2 O, and the molar% content of Te O 2 are
Relational expression (2): [V 2 O 5 ] + [Ag 2 O] + [TeO 2 ] ≧ 73,
A glass composition paste characterized by satisfying.
前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにLi2Oを更に含有し、
前記V2O5のモル%含有率と前記Ag2Oのモル%含有率と前記Li2Oのモル%含有率とが、
関係式(3):[Li2O] ≦ 1/2×[Ag2O]、および
関係式(4):[Ag2O]+[Li2O] ≦ 2×[V2O5]、
を満たすことを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 2.
The glass composition further contains Li 2 O when the components are represented by oxides.
The molar% content of V 2 O 5, the molar% content of Ag 2 O, and the molar% content of Li 2 O are
Relational expression (3): [Li 2 O] ≤ 1/2 × [Ag 2 O], and relational expression (4): [Ag 2 O] + [Li 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
A glass composition paste characterized by satisfying.
前記V2O5のモル%含有率と前記Ag2Oのモル%含有率と前記TeO2のモル%含有率とが、関係式(5):20 ≦ [V2O5] ≦ 45、
関係式(6):12 ≦ [Ag2O] ≦ 45、および
関係式(7):25 ≦ [TeO2] ≦ 47、
を満たすことを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 2.
Mole% content and the Ag 2 O mol% content of the mole% content of the TeO 2 of the V 2 O 5 is, equation (5): 20 ≦ [V 2 O 5] ≦ 45,
Relational expression (6): 12 ≤ [Ag 2 O] ≤ 45, and relational expression (7): 25 ≤ [TeO 2 ] ≤ 47,
A glass composition paste characterized by satisfying.
前記V2O5のモル%含有率と前記Ag2Oのモル%含有率と前記TeO2のモル%含有率と前記Li2Oのモル%含有率とが、
関係式(5):20 ≦ [V2O5] ≦ 45、
関係式(6):12 ≦ [Ag2O] ≦ 45、
関係式(7):25 ≦ [TeO2] ≦ 47、および
関係式(8):0 < [Li2O] ≦ 15、
を満たすことを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 3,
The molar% content of V 2 O 5, the molar% content of Ag 2 O, the molar% content of Te O 2 and the molar% content of Li 2 O are
Relational expression (5): 20 ≤ [V 2 O 5 ] ≤ 45,
Relational expression (6): 12 ≤ [Ag 2 O] ≤ 45,
Relational expression (7): 25 ≤ [TeO 2 ] ≤ 47, and relational expression (8): 0 <[Li 2 O] ≤ 15,
A glass composition paste characterized by satisfying.
前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにK2O、MgO、P2O5、BaO、ZnO、およびWO3からなる群の内のいずれか一種以上を更に含有し、
当該群を構成する成分のモル%含有率が、
関係式(9):0 < [K2O]+[MgO]+[P2O5]+[BaO]+[WO3]+[ZnO] ≦ 17、
を満たすことを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to any one of claims 1 to 5.
The glass composition further contains any one or more of the group consisting of K 2 O, MgO, P 2 O 5 , BaO, ZnO, and WO 3 when the components are expressed as oxides.
The molar% content of the components that make up the group
Relational expression (9): 0 <[K 2 O] + [MgO] + [P 2 O 5 ] + [BaO] + [WO 3 ] + [ZnO] ≤ 17,
A glass composition paste characterized by satisfying.
前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにAl2O3、Fe2O3、Y2O3、La2O3、CeO2、Er2O3、およびYb2O3からなる群の内のいずれか一種以上を更に含有し、
当該群を構成する成分のモル%含有率が、
関係式(10):0.3 ≦ [Al2O3]+[Fe2O3]+[Y2O3]+[La2O3]+[CeO2]+[Er2O3]+[Yb2O3] ≦ 7.5、
を満たすことを特徴とするガラス組成物ペースト。 The glass composition paste according to any one of claims 1 to 6.
The glass composition comprises Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Er 2 O 3 , and Yb 2 O 3 when the components are represented by oxides. Further containing any one or more of the group,
The molar% content of the components that make up the group
Relational expression (10): 0.3 ≤ [Al 2 O 3 ] + [Fe 2 O 3 ] + [Y 2 O 3 ] + [La 2 O 3 ] + [CeO 2 ] + [Er 2 O 3 ] + [Yb 2 O 3 ] ≤ 7.5,
A glass composition paste characterized by satisfying.
前記ガラス組成物の転移点が、260℃以下であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to any one of claims 1 to 7.
A glass composition paste characterized in that the transition point of the glass composition is 260 ° C. or lower.
前記ガラス組成物ペーストの液性が、中性またはアルカリ性であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to any one of claims 1 to 8.
A glass composition paste characterized in that the liquid property of the glass composition paste is neutral or alkaline.
前記ガラス組成物ペーストは、樹脂バインダとして非イオン性の水溶性熱可塑樹脂を更に含むことを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to any one of claims 1 to 9.
The glass composition paste is a glass composition paste further containing a nonionic water-soluble thermoplastic resin as a resin binder.
前記水溶性熱可塑樹脂が、ポリエチレンオキサイドであることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 10.
A glass composition paste, wherein the water-soluble thermoplastic resin is polyethylene oxide.
前記ポリエチレンオキサイドの重量平均分子量が、3,500,000以上であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 11,
A glass composition paste characterized by having a weight average molecular weight of the polyethylene oxide of 3,500,000 or more.
前記ガラス組成物ペーストは、熱膨張調整フィラー粉末を更に含むことを特徴とするガラス組成物ペースト。 The glass composition paste according to any one of claims 1 to 12.
The glass composition paste is a glass composition paste further containing a thermal expansion adjusting filler powder.
前記熱膨張調整フィラー粉末は、Zr2(WO4)(PO4)2、Li2O・Al2O3・2SiO2、2MgO・2Al2O3・5SiO2、3Al2O3・2SiO2、SiO2、Nb2O5、およびSiからなる群の内のいずれか一種以上の粉末であることを特徴するガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 13,
Said thermal expansion adjustment filler powder, Zr 2 (WO 4) ( PO 4) 2, Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2, 2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2, A glass composition paste characterized by being one or more powders in the group consisting of SiO 2 , Nb 2 O 5, and Si.
前記熱膨張調整フィラー粉末の体積含有率は、前記ガラス組成物の体積含有率に対して2.5倍以下であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 13 or 14.
A glass composition paste characterized in that the volume content of the thermal expansion adjusting filler powder is 2.5 times or less the volume content of the glass composition.
前記ガラス組成物ペーストは、金属粉末を更に含むことを特徴とするガラス組成物ペースト。 The glass composition paste according to any one of claims 1 to 12.
The glass composition paste is a glass composition paste further containing a metal powder.
前記金属粉末は、Ag、Ag合金、Cu、Cu合金、Al、Al合金、Sn、Sn合金、Fe、およびFe合金からなる群の内のいずれか一種以上の粉末であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 16,
The metal powder is a glass characterized by being any one or more powders in the group consisting of Ag, Ag alloy, Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, Sn, Sn alloy, Fe, and Fe alloy. Composition paste.
前記金属粉末の体積含有率は、前記ガラス組成物の体積含有率に対して9倍以下であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 16 or 17.
A glass composition paste characterized in that the volume content of the metal powder is 9 times or less the volume content of the glass composition.
前記ガラス組成物は、成分を酸化物で表現したときにV2O5とAg2Oとを含有し、
前記溶媒は、水性溶媒であり、
バナジウム成分のK吸収端の広域X線吸収微細構造をフーリエ変換して得られる動径構造関数における、前記ガラス組成物での第一配位圏のピークトップ強度が、単体のV2O5結晶での当該第一配位圏のピークトップ強度よりも大きいことを特徴とするガラス組成物ペースト。 A glass composition paste containing a lead-free glass composition powder and a solvent.
The glass composition contains V 2 O 5 and Ag 2 O when the components are represented by oxides.
The solvent is an aqueous solvent and
The peak top intensity of the first coordination sphere in the glass composition in the radial structure function obtained by Fourier transforming the wide-area X-ray absorption fine structure of the K-edge of the vanadium component is a single V 2 O 5 crystal. A glass composition paste characterized by being greater than the peak top strength of the first coordination sphere in.
前記ガラス組成物の前記ピークトップ強度が、前記単体のV2O5結晶の前記ピークトップ強度と比較して1.2倍以上であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 19.
A glass composition paste characterized in that the peak top strength of the glass composition is 1.2 times or more the peak top strength of the single V 2 O 5 crystal.
前記ガラス組成物の転移点が、260℃以下であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 19 or 20
A glass composition paste characterized in that the transition point of the glass composition is 260 ° C. or lower.
前記ガラス組成物ペーストの液性が、中性またはアルカリ性であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 The glass composition paste according to any one of claims 19 to 21.
A glass composition paste characterized in that the liquid property of the glass composition paste is neutral or alkaline.
前記ガラス組成物ペーストは、樹脂バインダとして非イオン性の水溶性熱可塑樹脂を更に含むことを特徴とするガラス組成物ペースト。 The glass composition paste according to any one of claims 19 to 22.
The glass composition paste is a glass composition paste further containing a nonionic water-soluble thermoplastic resin as a resin binder.
前記水溶性熱可塑樹脂が、ポリエチレンオキサイドであることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 23,
A glass composition paste, wherein the water-soluble thermoplastic resin is polyethylene oxide.
前記ポリエチレンオキサイドの重量平均分子量が、3,500,000以上であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 24,
A glass composition paste characterized by having a weight average molecular weight of the polyethylene oxide of 3,500,000 or more.
前記ガラス組成物ペーストは、熱膨張調整フィラー粉末を更に含むことを特徴とするガラス組成物ペースト。 The glass composition paste according to any one of claims 19 to 25.
The glass composition paste is a glass composition paste further containing a thermal expansion adjusting filler powder.
前記熱膨張調整フィラー粉末は、Zr2(WO4)(PO4)2、 Li2O・Al2O3・2SiO2、 2MgO・2Al2O3・5SiO2、3Al2O3・2SiO2、SiO2、Nb2O5、およびSiからなる群の内のいずれか一種以上の粉末であることを特徴するガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 26,
Said thermal expansion adjustment filler powder, Zr 2 (WO 4) ( PO 4) 2, Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2, 2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2, A glass composition paste characterized by being one or more powders in the group consisting of SiO 2 , Nb 2 O 5, and Si.
前記熱膨張調整フィラー粉末の体積含有率は、前記ガラス組成物の体積含有率に対して2.5倍以下であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 26 or 27.
A glass composition paste characterized in that the volume content of the thermal expansion adjusting filler powder is 2.5 times or less the volume content of the glass composition.
前記ガラス組成物ペーストは、金属粉末を更に含むことを特徴とするガラス組成物ペースト。 The glass composition paste according to any one of claims 19 to 25.
The glass composition paste is a glass composition paste further containing a metal powder.
前記金属粉末は、Ag、Ag合金、Cu、Cu合金、Al、Al合金、Sn、Sn合金、Fe、およびFe合金からなる群の内のいずれか一種以上の粉末であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 29,
The metal powder is a glass characterized by being any one or more powders in the group consisting of Ag, Ag alloy, Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, Sn, Sn alloy, Fe, and Fe alloy. Composition paste.
前記金属粉末の体積含有率は、前記ガラス組成物の体積含有率に対して9倍以下であることを特徴とするガラス組成物ペースト。 In the glass composition paste according to claim 29 or 30,
A glass composition paste characterized in that the volume content of the metal powder is 9 times or less the volume content of the glass composition.
成分を酸化物で表現したときに3種類以上の酸化物からなり、
主要成分としてV2O5とAg2Oとを含有し、
第一任意成分としてTeO2および/またはLi2Oを含有し、
第二任意成分としてK2O、MgO、P2O5、BaO、ZnO、およびWO3からなる群のうちの一種以上を含有し、
第三任意成分としてAl2O3、Fe2O3、Y2O3、La2O3、CeO2、Er2O3、およびYb2O3からなる群のうちの一種以上を含有し、
前記主要成分のモル%含有率が、
関係式(1):1/3×[V2O5] ≦ [Ag2O] ≦ 2×[V2O5]、
を満たし、
前記第一任意成分を含有する場合に該第一任意成分のモル%含有率が、
関係式(2):[V2O5]+[Ag2O]+[TeO2] ≧ 73、
関係式(3):[Li2O] ≦ 1/2×[Ag2O]、
関係式(4):[Ag2O]+[Li2O] ≦ 2×[V2O5]、
関係式(5):20 ≦ [V2O5] ≦ 45、
関係式(6):12 ≦ [Ag2O] ≦ 45、
関係式(7):25 ≦ [TeO2] ≦ 47、および
関係式(8):0 < [Li2O] ≦ 15、
を満たし、
前記第二任意成分を含有する場合に該第二任意成分のモル%含有率が、
関係式(9):0 < [K2O]+[MgO]+[P2O5]+[BaO]+[WO3]+[ZnO] ≦ 17、
を満たし、
前記第三任意成分を含有する場合に該第三任意成分のモル%含有率が、
関係式(10):0.3 ≦ [Al2O3]+[Fe2O3]+[Y2O3]+[La2O3]+[CeO2]+[Er2O3]+[Yb2O3] ≦ 7.5、
を満たす、ことを特徴とするガラス組成物。 A lead-free glass composition
When the components are expressed as oxides, they consist of three or more types of oxides.
Contains V 2 O 5 and Ag 2 O as the main ingredients,
Containing Te O 2 and / or Li 2 O as the first optional component,
It contains one or more of the group consisting of K 2 O, MgO, P 2 O 5 , BaO, ZnO, and WO 3 as the second optional component.
It contains one or more of the group consisting of Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Er 2 O 3 , and Yb 2 O 3 as the third optional component.
The molar% content of the main component is
Relational expression (1): 1/3 × [V 2 O 5 ] ≤ [Ag 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
The filling,
When the first optional component is contained, the molar% content of the first optional component is
Relational expression (2): [V 2 O 5 ] + [Ag 2 O] + [TeO 2 ] ≧ 73,
Relational expression (3): [Li 2 O] ≤ 1/2 x [Ag 2 O],
Relational expression (4): [Ag 2 O] + [Li 2 O] ≤ 2 × [V 2 O 5 ],
Relational expression (5): 20 ≤ [V 2 O 5 ] ≤ 45,
Relational expression (6): 12 ≤ [Ag 2 O] ≤ 45,
Relational expression (7): 25 ≤ [TeO 2 ] ≤ 47, and relational expression (8): 0 <[Li 2 O] ≤ 15,
The filling,
When the second optional component is contained, the molar% content of the second optional component is
Relational expression (9): 0 <[K 2 O] + [MgO] + [P 2 O 5 ] + [BaO] + [WO 3 ] + [ZnO] ≤ 17,
The filling,
When the third optional component is contained, the molar% content of the third optional component is
Relational expression (10): 0.3 ≤ [Al 2 O 3 ] + [Fe 2 O 3 ] + [Y 2 O 3 ] + [La 2 O 3 ] + [CeO 2 ] + [Er 2 O 3 ] + [Yb 2 O 3 ] ≤ 7.5,
A glass composition characterized by satisfying.
バナジウム成分のK吸収端の広域X線吸収微細構造をフーリエ変換して得られる動径構造関数における、前記ガラス組成物での第一配位圏のピークトップ強度が、単体のV2O5結晶での当該第一配位圏のピークトップ強度よりも大きいことを特徴とするガラス組成物。 In the glass composition according to claim 32,
The peak top intensity of the first coordination sphere in the glass composition in the radial structure function obtained by Fourier transforming the wide-area X-ray absorption fine structure of the K-edge of the vanadium component is a single V 2 O 5 crystal. A glass composition characterized by being greater than the peak top intensity of the first coordination sphere in.
前記ガラス組成物の前記ピークトップ強度が、前記単体のV2O5結晶の前記ピークトップ強度と比較して1.2倍以上であることを特徴とするガラス組成物。 In the glass composition according to claim 33,
A glass composition characterized in that the peak top intensity of the glass composition is 1.2 times or more the peak top intensity of the single V 2 O 5 crystal.
前記ガラス組成物の転移点が、260℃以下であることを特徴とするガラス組成物。 The glass composition according to any one of claims 32 to 34.
A glass composition characterized in that the transition point of the glass composition is 260 ° C. or lower.
前記ガラス組成物は、熱膨張調整フィラー粉末を更に含むことを特徴とするガラス組成物。 The glass composition according to any one of claims 32 to 35.
The glass composition is a glass composition further containing a thermal expansion adjusting filler powder.
前記熱膨張調整フィラー粉末は、Zr2(WO4)(PO4)2、Li2O・Al2O3・2SiO2、2MgO・2Al2O3・5SiO2、3Al2O3・2SiO2、SiO2、Nb2O5、およびSiからなる群の内のいずれか一種以上の粉末であることを特徴するガラス組成物。 In the glass composition according to claim 36,
Said thermal expansion adjustment filler powder, Zr 2 (WO 4) ( PO 4) 2, Li 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2, 2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2, A glass composition characterized by being one or more powders in the group consisting of SiO 2 , Nb 2 O 5, and Si.
前記熱膨張調整フィラー粉末の体積含有率は、前記ガラス組成物の中のガラス相の体積含有率に対して2.5倍以下であることを特徴とするガラス組成物。 In the glass composition according to claim 36 or 37.
A glass composition characterized in that the volume content of the thermal expansion adjusting filler powder is 2.5 times or less the volume content of the glass phase in the glass composition.
前記ガラス組成物は、金属粉末を更に含むことを特徴とするガラス組成物。 The glass composition according to any one of claims 32 to 35.
The glass composition is a glass composition further containing a metal powder.
前記金属粉末は、Ag、Ag合金、Cu、Cu合金、Al、Al合金、Sn、Sn合金、Fe、およびFe合金からなる群の内のいずれか一種以上の粉末であることを特徴とするガラス組成物。 In the glass composition according to claim 39,
The metal powder is a glass characterized by being any one or more powders in the group consisting of Ag, Ag alloy, Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, Sn, Sn alloy, Fe, and Fe alloy. Composition.
前記金属粉末の体積含有率は、前記ガラス組成物の中のガラス相の体積含有率に対して9倍以下であることを特徴とするガラス組成物。 In the glass composition according to claim 39 or 40.
A glass composition characterized in that the volume content of the metal powder is 9 times or less the volume content of the glass phase in the glass composition.
前記ガラス材料が、請求項32乃至請求項38のいずれか一項に記載のガラス組成物からなることを特徴とする封止構造体。 A sealing structure having a sealing portion made of a glass material.
A sealing structure, wherein the glass material comprises the glass composition according to any one of claims 32 to 38.
前記ガラス材料が、請求項32乃至請求項35および請求項39乃至請求項41のいずれか一項に記載のガラス組成物からなることを特徴とする電気電子部品。 An electrical and electronic component with electrodes / wiring or heat conductive bonding layers made of glass material.
An electrical and electronic component, wherein the glass material comprises the glass composition according to any one of claims 32 to 35 and 39 to 41.
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2020047256A Pending JP2021147263A (en) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | Paste of glass composition, and sealing structure and electric/electronic component including the glass composition |
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JP (1) | JP2021147263A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020081267A (en) * | 2018-11-22 | 2020-06-04 | 株式会社三洋物産 | Game machine |
CN114804661A (en) * | 2022-04-08 | 2022-07-29 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | Glass sealing method and vacuum glass |
-
2020
- 2020-03-18 JP JP2020047256A patent/JP2021147263A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020081267A (en) * | 2018-11-22 | 2020-06-04 | 株式会社三洋物産 | Game machine |
CN114804661A (en) * | 2022-04-08 | 2022-07-29 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | Glass sealing method and vacuum glass |
CN114804661B (en) * | 2022-04-08 | 2023-10-27 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | Glass sealing method and vacuum glass |
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