JP6927258B2 - Lead-free low melting point glass composition and lead-free glass composite material containing it, lead-free glass paste and sealing structure - Google Patents
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Description
本発明は、無鉛低融点ガラス組成物並びにこれを含む無鉛ガラス複合材料、無鉛ガラスペースト及び封止構造体に関する。 The present invention relates to a lead-free low melting point glass composition, a lead-free glass composite material containing the same, a lead-free glass paste, and a sealing structure.
窓ガラス等に適用されている真空断熱複層ガラスパネル、プラズマディスプレイパネル、有機ELディスプレイパネル、蛍光表示管等のディスプレイパネル、及び水晶振動子、ICセラミックパッケージ、半導体センサー等の電気電子部品等では、低融点ガラス組成物と、低熱膨張セラミックスの粒子やガラスビーズを含むガラス複合材料によって封止や接着等が行われている。このガラス複合材料は、ガラスペーストの形態で用いられることが多い。ガラスペーストをスクリーン印刷法やディスペンサー法等によって基材に塗布し、乾燥後に焼成して、封止や接着を行っている。封止や接着等の際には、低融点ガラス組成物が軟化流動することによって被封止部材や被接着部材等への接着、密着等をさせる。 For vacuum-insulated double glazing panels, plasma display panels, organic EL display panels, display panels such as fluorescent display tubes, and electrical and electronic components such as crystal transducers, IC ceramic packages, and semiconductor sensors, which are applied to window glass, etc. , A low melting point glass composition and a glass composite material containing particles of low thermal expansion ceramics and glass beads are used for sealing and bonding. This glass composite is often used in the form of a glass paste. The glass paste is applied to the base material by a screen printing method, a dispenser method, or the like, dried, and then fired to seal or bond the glass paste. At the time of sealing or bonding, the low melting point glass composition softens and flows to adhere to or adhere to the sealed member or the bonded member.
低融点ガラス組成物としては、酸化鉛を非常に多く含むPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物が幅広く適用されていた。このPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物は、軟化点が350〜400℃と低く、400〜450℃で良好な軟化流動性を示し、しかも比較的に高い化学的安定性を有している。 As the low melting point glass composition, a PbO-B 2 O 3 system low melting point glass composition containing a very large amount of lead oxide has been widely applied. This PbO-B 2 O 3 system low melting point glass composition has a low softening point of 350 to 400 ° C., exhibits good softening fluidity at 400 to 450 ° C., and has relatively high chemical stability. ing.
しかし、近年、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(EU)による指令(RoHS指令)が2006年7月1日に施行された。RoHS指令では、鉛、水銀、カドミウム及び六価クロムが禁止物質として指定された。このため、上記のPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物は、事実上使用が難しい。 However, in recent years, the trend of green procurement and green design has intensified worldwide, and safer materials have been required. For example, in Europe, the European Union (EU) Directive (RoHS Directive) on restrictions on the use of specified hazardous substances in electronic and electrical equipment came into effect on July 1, 2006. In the RoHS Directive, lead, mercury, cadmium and hexavalent chromium are designated as prohibited substances. Therefore, the above-mentioned PbO-B 2 O 3 system low melting point glass composition is practically difficult to use.
そこで、鉛を含まない新規な低融点ガラス組成物の開発が進められている。 Therefore, the development of a new low melting point glass composition containing no lead is underway.
特許文献1には、酸化バナジウム、酸化テルル、酸化鉄及び酸化リンを含み、酸化物換算で、V2O5+TeO2+Fe2O3+P2O5≧90であり、V2O5>TeO2>Fe2O3>P2O5(2つの式において、単位は「質量%」である。)の関係を有する低融点ガラスが開示されている。この低融点ガラスは、軟化点が410℃以下であり、かつ、熱膨張係数が100×10−7/℃以下であり、優れた耐湿性を有している。
窓ガラス等に適用されている真空断熱複層ガラスパネル等には、非常に高い信頼性を有する気密な封止部や接着部が要求されている。例えば、温度120℃−湿度85%−圧力2気圧の不飽和型高速加速寿命試験(HAST:Highly Accelerated Stress Test)において、封止部や接着部の浸食、その浸食によるリークや剥離の発生等がないようにする必要がある。 Vacuum-insulated double glazing panels and the like applied to window glass and the like are required to have an airtight sealing portion and an adhesive portion having extremely high reliability. For example, in an unsaturated high-speed accelerated life test (HAST: Highly Accelerated Stress Test) with a temperature of 120 ° C., a humidity of 85%, and a pressure of 2 atm, erosion of the sealing part and the adhesive part, leakage and peeling due to the erosion, etc. occur. You need to avoid it.
特許文献1に開示されている無鉛低融点ガラス組成物及びそれを含む無鉛ガラス複合材料は、上記HASTにおいて優れた耐久性を有する魅力的な材料である。しかし、一方で、ソーダライム(SiO2−Na2O−CaO系)ガラス基材、ホウケイ酸塩(SiO2−B2O3−Na2O系)ガラス基材、石英(SiO2)ガラス基材、シリコン(Si)基材、アルミナ(Al2O3)基材、窒化ケイ素(Si3N4)基材等の被封止部材や被接着部材に対して接着力や密着力が不十分であり、これらの部材の界面から剥離しやすいという問題があった。
The lead-free low melting point glass composition disclosed in
本発明の目的は、V2O5−TeO2−Fe2O3−P2O5系無鉛低融点ガラス組成物において、接着性や密着性を改善することにある。 An object of the present invention is to improve adhesiveness and adhesion in a lead-free low melting point glass composition of V 2 O 5- TeO 2- Fe 2 O 3- P 2 O 5 system.
本発明の無鉛低融点ガラス組成物は、酸化バナジウム、酸化テルル、酸化鉄、酸化リン及び酸化リチウムを含み、酸化物換算で、次の2つの関係式(1)及び(2)を満たす。 The lead-free low melting point glass composition of the present invention contains vanadium oxide, tellurium oxide, iron oxide, phosphorus oxide and lithium oxide, and satisfies the following two relational expressions (1) and (2) in terms of oxide.
[V2O5]+[TeO2]+[Fe2O3]+[P2O5]+[Li2O]≧90 …(1)
[V2O5]≧[TeO2]>[Fe2O3]≧[P2O5]≧[Li2O] …(2)
(式中、[X]は成分Xの含有量を表し、その単位は「モル%」である。以下同じ。)
[V 2 O 5 ] + [Te O 2 ] + [Fe 2 O 3 ] + [P 2 O 5 ] + [Li 2 O] ≧ 90… (1)
[V 2 O 5 ] ≧ [Te O 2 ] > [Fe 2 O 3 ] ≧ [P 2 O 5 ] ≧ [Li 2 O]… (2)
(In the formula, [X] represents the content of component X, and its unit is "mol%". The same shall apply hereinafter.)
本発明によれば、V2O5−TeO2−Fe2O3−P2O5系無鉛低融点ガラス組成物において、接着性や密着性を改善することができる。 According to the present invention, in a V 2 O 5- TeO 2- Fe 2 O 3- P 2 O 5 series lead-free low melting point glass composition, adhesiveness and adhesion can be improved.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。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ことはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments taken up here, and can be appropriately combined and improved without changing the gist.
(ガラス組成物)
ガラス組成物において、一般には、転移点、屈伏点、軟化点等の特性温度が低いガラスほど、低温度での軟化流動性が良好である。一方で、その特性温度を下げすぎると、結晶化傾向が大きくなり、加熱焼成の際に結晶化しやすくなる。この結晶化は、低温度での軟化流動性を低下させる要因となる。また、特性温度が低いガラスほど、耐湿性、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性、耐塩水性等の化学的安定性が劣る。さらに、環境負荷への影響が大きくなる傾向がある。例えば、従来のPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物では、有害なPbO含有量が多いほど、特性温度を低くできるが、結晶化傾向が大きく、しかも化学的安定性が低下し、さらに環境負荷への影響も大きくなる。
(Glass composition)
In the glass composition, in general, the lower the characteristic temperature such as the transition point, the yield point, and the softening point, the better the softening fluidity at the low temperature. On the other hand, if the characteristic temperature is lowered too much, the crystallization tendency becomes large and it becomes easy to crystallize at the time of heating and firing. This crystallization is a factor that reduces the softening fluidity at low temperatures. Further, the lower the characteristic temperature of glass, the lower the chemical stability such as moisture resistance, water resistance, acid resistance, alkali resistance, and salt water resistance. Furthermore, the impact on the environmental load tends to increase. For example, in the conventional PbO-B 2 O 3 system low melting point glass composition, the higher the harmful PbO content, the lower the characteristic temperature can be, but the crystallization tendency is large and the chemical stability is lowered, and further. The impact on the environmental load will also increase.
本発明者は、実質的に鉛を含まない無鉛低融点ガラス組成物でありながら、従来のPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物と同等以上の良好な軟化流動性を有し(同等以下の軟化点を有し)、しかも接着性や密着性が良好で、さらに耐湿性等の化学的安定性が良好な無鉛低融点ガラス組成について鋭意検討した。その結果、本発明者は、V2O5−TeO2−Fe2O3−P2O5系無鉛低融点ガラス組成物において、リチウムを添加することにより、上記の要求が同時に満たされることを見出し、本発明を完成した。 The present inventor has substantially yet lead-free low-melting-point glass composition containing no lead, has a conventional PbO-B 2 O 3 -based low melting glass composition and equal or better softening fluidity (equivalent The lead-free low melting point glass composition, which has the following softening points), has good adhesiveness and adhesion, and has good chemical stability such as moisture resistance, was intensively studied. As a result, the present inventor has determined that the above requirements are simultaneously satisfied by adding lithium in the V 2 O 5- TeO 2- Fe 2 O 3- P 2 O 5 series lead-free low melting point glass composition. The heading, the present invention was completed.
具体的には、本発明に係る無鉛低融点ガラス組成物は、主成分として酸化バナジウム、酸化テルル、酸化鉄、酸化リン及び酸化リチウムを含み、これらの主成分の含有量は、酸化物換算で、次の2つの関係式(1)及び(2)を満たす。 Specifically, the lead-free low melting point glass composition according to the present invention contains vanadium oxide, tellurium oxide, iron oxide, phosphorus oxide and lithium oxide as main components, and the content of these main components is converted into oxides. , Satisfies the following two relational expressions (1) and (2).
[V2O5]+[TeO2]+[Fe2O3]+[P2O5]+[Li2O]≧90 …(1)
[V2O5]≧[TeO2]>[Fe2O3]≧[P2O5]≧[Li2O] …(2)
ここで、上記の不等式においては、酸化物Xの含有量を[X]と表している(以下同じ。)。また、その単位は「モル%」である(以下同じ。)。「モル%」は、ガラス組成物に含まれるそれぞれの成分の含有量を、ガラス組成物全体に占める割合として、酸化物換算で算出したものである。
[V 2 O 5 ] + [Te O 2 ] + [Fe 2 O 3 ] + [P 2 O 5 ] + [Li 2 O] ≧ 90… (1)
[V 2 O 5 ] ≧ [Te O 2 ] > [Fe 2 O 3 ] ≧ [P 2 O 5 ] ≧ [Li 2 O]… (2)
Here, in the above inequality, the content of oxide X is expressed as [X] (the same applies hereinafter). The unit is "mol%" (the same shall apply hereinafter). “Mole%” is calculated by converting the content of each component contained in the glass composition into an oxide as a ratio to the entire glass composition.
ここで、本発明における「無鉛」とは、鉛(Pb)含有量がRoHS指令における許容範囲である1000ppm以下であることをいう。 Here, "lead-free" in the present invention means that the lead (Pb) content is 1000 ppm or less, which is an allowable range in the RoHS Directive.
本発明の無鉛低融点ガラス組成物において、主成分であるV2O5、TeO2、Fe2O3、P2O5及びLi2Oの働きについて、次に説明する。 The functions of the main components V 2 O 5 , TeO 2 , Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and Li 2 O in the lead-free low melting point glass composition of the present invention will be described below.
V2O5、TeO2、Fe2O3、P2O5及びLi2Oを主成分とする無鉛低融点ガラス組成物のガラス構造は、V2O5とTeO2とからなる層状構造を有し、その層間にFe2O3、P2O5及びLi2Oが存在していると考えられる。層内のTeO2並びに層間のFe2O3、P2O5及びLi2Oは、層状構造を形成するV2O5に結合していると考えられる。 The glass structure of the lead-free low melting point glass composition containing V 2 O 5 , TeO 2 , Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and Li 2 O as main components has a layered structure consisting of V 2 O 5 and Te O 2. It is considered that Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and Li 2 O are present between the layers. It is considered that TeO 2 in the layer and Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and Li 2 O between the layers are bound to V 2 O 5 forming a layered structure.
TeO2は、ガラス化させるためのガラス化成分であり、TeO2を含有しないと、ガラスを形成することができない。また、TeO2は、低温度での軟化流動性を向上する成分、すなわち軟化点等の特性温度を低温化させる成分でもある。TeO2の含有量が小さいと、結晶化傾向を低減することが難しく、低温度での良好な軟化流動性が得られない。 TeO 2 is a vitrifying component for vitrification, and glass cannot be formed unless TeO 2 is contained. Further, TeO 2 is also a component that improves softening fluidity at a low temperature, that is, a component that lowers a characteristic temperature such as a softening point. When the content of TeO 2 is small, it is difficult to reduce the crystallization tendency, and good softening fluidity at a low temperature cannot be obtained.
一方、TeO2の含有量がV2O5の含有量より大きいと、熱膨張係数が大きくなりすぎる場合や、耐湿性等の化学的安定性が低下する場合が生じる。このため、TeO2の含有量は、V2O5の含有量以下とする必要がある。 On the other hand, if the content of TeO 2 is larger than the content of V 2 O 5 , the coefficient of thermal expansion may become too large, or the chemical stability such as moisture resistance may decrease. Therefore, the content of TeO 2 needs to be equal to or less than the content of V 2 O 5.
Fe2O3は、耐湿性等の化学的安定性の向上、熱膨張係数の低減等に寄与する。しかし、Fe2O3の含有量がTeO2の含有量以上であると、結晶化傾向の著しい増大、軟化点等の特性温度の著しい上昇等の問題が生じる。このため、Fe2O3の含有量は、TeO2の含有量未満にする必要がある。 Fe 2 O 3 contributes to improvement of chemical stability such as moisture resistance and reduction of coefficient of thermal expansion. However, when the content of Fe 2 O 3 is equal to or higher than the content of Te O 2 , problems such as a significant increase in the crystallization tendency and a significant increase in the characteristic temperature such as a softening point occur. Therefore, the content of Fe 2 O 3 needs to be less than the content of Te O 2.
P2O5は、V2O5のガラス化成分でもあり、結晶化傾向の低減に大きく寄与する。また、低膨張係数を小さくする効果もある。しかし、P2O5の含有量がFe2O3の含有量より大きいと、耐湿性等の化学的安定性が大きく低下する問題が発生する。このため、P2O5の含有量は、Fe2O3の含有量を超えない範囲とする必要がある。 P 2 O 5 is also a vitrifying component of V 2 O 5 and greatly contributes to the reduction of crystallization tendency. It also has the effect of reducing the coefficient of low expansion. However, if the content of P 2 O 5 is larger than the content of Fe 2 O 3 , there arises a problem that the chemical stability such as moisture resistance is significantly lowered. Therefore, the content of P 2 O 5 needs to be in a range not exceeding the content of Fe 2 O 3.
Li2Oは、被封止部材や被接着部材に対して強固な接着性や密着性を得るのに非常に大きく寄与する。ガラス構造中では、Li+の状態で存在し、封止や接着の際にそのLi+が被封止部材や被接着部材に拡散することによって、優れた接着性や密着性が得られるものと考えられる。また、被封止部材や被接着部材にもよるが、Li2Oは、極少量の含有であっても効果が得られる。しかし、その含有量がP2O5の含有量より大きいと、耐湿性等の化学的安定性が低下してしまう問題がある。このため、Li2Oの含有量は、P2O5の含有量以下にする必要がある。 Li 2 O greatly contributes to obtaining strong adhesiveness and adhesiveness to the member to be sealed and the member to be adhered. In the glass structure, it exists in the state of Li + , and when the Li + is diffused to the sealed member or the bonded member at the time of sealing or bonding, excellent adhesiveness and adhesion can be obtained. Conceivable. Further, although it depends on the member to be sealed and the member to be adhered, the effect of Li 2 O can be obtained even if it is contained in a very small amount. However, if the content is larger than the content of P 2 O 5 , there is a problem that the chemical stability such as moisture resistance is lowered. Therefore, the content of Li 2 O needs to be equal to or less than the content of P 2 O 5.
さらに、層状構造の層内に存在する成分(V2O5、TeO2)と層間に存在する成分(Fe2O3、P2O5、Li2O)の関連性について、更に研究を進めたところ、次の関係式(3)を満たすことが好ましいことがわかった。 Furthermore, further research will be conducted on the relationship between the components (V 2 O 5 , TeO 2 ) existing in the layer of the layered structure and the components (Fe 2 O 3 , P 2 O 5 , Li 2 O) existing between the layers. As a result, it was found that it is preferable to satisfy the following relational expression (3).
[TeO2]≧[Fe2O3]+[P2O5]+[Li2O]≧1/2[V2O5] …(3)
なお、1/2[V2O5]は、1/2×[V2O5]すなわち[V2O5]の半分の値を意味する。
[TeO 2 ] ≧ [Fe 2 O 3 ] + [P 2 O 5 ] + [Li 2 O] ≧ 1/2 [V 2 O 5 ]… (3)
Note that 1/2 [V 2 O 5 ] means 1/2 × [V 2 O 5 ], that is, half the value of [V 2 O 5].
また、上記V2O5−TeO2−Fe2O3−P2O5−Li2O系無鉛低融点ガラス組成物において、TeO2及びLi2Oの好ましい組成範囲は、TeO2の含有量が30モル%以上40モル%以下、Li2Oの含有量が0.1モル%以上10モル%以下である。 In the above V 2 O 5 -TeO 2 -Fe 2 O 3 -P 2 O 5 -Li 2 O system lead-free low-melting-point glass composition, the preferred composition range of TeO 2 and Li 2 O is, the content of TeO 2 Is 30 mol% or more and 40 mol% or less, and the content of Li 2 O is 0.1 mol% or more and 10 mol% or less.
さらに、V2O5、Fe2O3及びP2O5の好ましい組成範囲は、V2O5の含有量が33モル%以上42モル%以下、Fe2O3の含有量が7モル%以上16モル%以下、P2O5が6モル%以上15モル%以下である。 Further, the preferable composition range of V 2 O 5 , Fe 2 O 3 and P 2 O 5 is that the content of V 2 O 5 is 33 mol% or more and 42 mol% or less, and the content of Fe 2 O 3 is 7 mol%. 16 mol% or more and P 2 O 5 is 6 mol% or more and 15 mol% or less.
さらに、上記V2O5−TeO2−Fe2O3−P2O5−Li2O系無鉛低融点ガラス組成物は、追加成分として、酸化リチウム以外のアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化亜鉛、酸化モリブデン及び酸化タングステンのいずれかのうちいずれか一種以上を含むことが望ましい。これらの追加成分の含有量(モル%)は、Ln2O+RnO+ZnO+MoO3+WO3≦10である。 Furthermore, the V 2 O 5 -TeO 2 -Fe 2 O 3 -P 2 O 5 -Li 2 O system lead-free low-melting-point glass composition, as an additional component, an alkali metal oxide other than lithium oxide, an alkaline earth metal It is desirable to contain any one or more of oxides, zinc oxide, molybdenum oxide and tungsten oxide. The content (mol%) of these additional components is Ln 2 O + RnO + ZnO + MoO 3 + WO 3 ≤ 10.
以上をまとめると、次のようになる。 The above can be summarized as follows.
無鉛低融点ガラス組成物は、次の2つの関係式(4)及び(5)を満たすことが望ましい。 It is desirable that the lead-free low melting point glass composition satisfies the following two relational expressions (4) and (5).
30≦[TeO2]≦40 …(4)
0.1≦[Li2O]≦10 …(5)
無鉛低融点ガラス組成物は、次の3つの関係式(6)〜(8)を満たすことが望ましい。
30 ≤ [TeO 2 ] ≤ 40 ... (4)
0.1 ≤ [Li 2 O] ≤ 10 ... (5)
It is desirable that the lead-free low melting point glass composition satisfies the following three relational expressions (6) to (8).
33≦[V2O5]≦42 …(6)
7≦[Fe2O3]≦16 …(7)
6≦[P2O5]≦15 …(8)
無鉛低融点ガラス組成物は、酸化リチウム以外のアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化亜鉛、酸化モリブデン及び酸化タングステンのうちいずれか一種以上を更に含み、次の関係式(9)を満たすことが望ましい。
33 ≤ [V 2 O 5 ] ≤ 42… (6)
7 ≤ [Fe 2 O 3 ] ≤ 16… (7)
6 ≤ [P 2 O 5 ] ≤ 15… (8)
The lead-free low melting point glass composition further contains any one or more of alkali metal oxides other than lithium oxide, alkaline earth metal oxides, zinc oxide, molybdenum oxide and tungsten oxide, and has the following relational expression (9). It is desirable to meet.
[Ln2O]+[RnO]+[ZnO]+[MoO3]+[WO3]≦10 …(9)
ここで、上記の不等式において、Lnは、Li以外のアルカリ金属元素を、Rnは、アルカリ土類金属元素を表す。
[Ln 2 O] + [RnO] + [ZnO] + [MoO 3 ] + [WO 3 ] ≤ 10… (9)
Here, in the above inequality, Ln represents an alkali metal element other than Li, and Rn represents an alkaline earth metal element.
無鉛低融点ガラス組成物は、密度が3.6g/cm3以上4.0g/cm3以下であり、示差熱分析による第二吸熱ピーク温度が400℃以下であることが望ましい。 It is desirable that the lead-free low melting point glass composition has a density of 3.6 g / cm 3 or more and 4.0 g / cm 3 or less, and a second endothermic peak temperature of 400 ° C. or less by differential thermal analysis.
なお、後段の図1の説明において詳述するが、本発明者は、ガラスの転移点、屈伏点及び軟化点について、示差熱分析(DTA)の結果と粘度による定義に基づく温度とを対比して、DTAによる第二吸熱ピーク温度が、粘度に対応する温度として測定される軟化点とほぼ等しいことを確認した。そこで、本明細書においては、DTAによる第二吸熱ピーク温度を「軟化点Ts」と定義した。 As will be described in detail in the explanation of FIG. 1 in the latter part, the present inventor compares the results of differential thermal analysis (DTA) with the temperature based on the definition by viscosity for the transition point, yield point and softening point of the glass. It was confirmed that the second endothermic peak temperature by DTA was substantially equal to the softening point measured as the temperature corresponding to the viscosity. Therefore, in the present specification, the second endothermic peak temperature by DTA is defined as "softening point T s".
ここで、本発明におけるガラスの特性温度について説明する。本発明では、DTAにより特性温度を測定した。 Here, the characteristic temperature of the glass in the present invention will be described. In the present invention, the characteristic temperature was measured by DTA.
一般に、ガラスのDTAは、粒径が数十μm程度のガラス粒子を用い、さらに標準試料として高純度のアルミナ(α‐Al2O3)粒子を用いて、大気中5℃/分の昇温速度で測定する。 Generally, as the DTA of glass, glass particles having a particle size of about several tens of μm are used, and high-purity alumina (α-Al 2 O 3 ) particles are used as a standard sample, and the temperature is raised to 5 ° C./min in the atmosphere. Measure at speed.
図1は、ガラス特有の代表的なDTAカーブの一例である。横軸に標準試料の温度、縦軸に測定対象のガラス試料と標準試料との温度差(電位差)をとっている。 FIG. 1 is an example of a typical DTA curve peculiar to glass. The horizontal axis represents the temperature of the standard sample, and the vertical axis represents the temperature difference (potential difference) between the glass sample to be measured and the standard sample.
本図において、上記の昇温速度でガラスを加熱すると、転移点Tgから吸熱を開始し、第一吸熱ピーク温度に対応する屈伏点Mgに達する。そして、一旦、温度差が小さくなり、その後、再び温度差が大きくなり、第二吸熱ピーク温度に対応する軟化点Tsに至る。 In the figure, when heating the glass above the heating rate, the heat absorption starting from the transition point T g, reaches the yield point M g corresponding to a first endothermic peak temperature. Then, the temperature difference becomes small once, and then the temperature difference becomes large again to reach the softening point T s corresponding to the second endothermic peak temperature.
更に加熱すると、結晶化温度Tcryから発熱を開始し、発熱ピークに達する。この発熱ピークは、結晶化によるものであり、発熱を開始する温度を結晶化温度Tcryと呼ぶ。図示していないが、発熱ピークに対応する温度は、結晶化ピーク温度Tcry−pと呼ぶ。転移点Tgは、第一吸熱ピークの開始温度であり、屈伏点Mgは、第一吸熱ピーク温度である。なお、それぞれの特性温度は、通常、接線法によって求められる。 When further heated , heat generation starts from the crystallization temperature T cry and reaches the heat generation peak. This exothermic peak is due to crystallization, and the temperature at which the exotherm starts is called the crystallization temperature T cry. Although not shown, the temperature corresponding to the exothermic peak is referred to as the crystallization peak temperature Tcry-p . Transition The T g is the starting temperature of the first endothermic peak, the yield point M g is a first endothermic peak temperature. Each characteristic temperature is usually obtained by the tangential method.
厳密には、転移点Tg、屈伏点Mg及び軟化点Tsは、ガラスの粘度によって定義される。Tgは1013.3poise、Mgは1011.0poise、Tsは107.65poiseに相当する温度である。 Strictly speaking, the transition point T g, yield point M g and a softening point T s is defined by the viscosity of the glass. The T g 10 13.3 poise, M g is 10 11.0 poise, the T s is the temperature corresponding to 10 7.65 poise.
結晶化傾向は、軟化点Tsと結晶化温度Tcryとの差(絶対値)と、結晶化による発熱ピークの高さすなわちその発熱量とから判定される。 The crystallization tendency is determined from the difference (absolute value) between the softening point T s and the crystallization temperature T cry, and the height of the exothermic peak due to crystallization, that is, the calorific value thereof.
まず、軟化点Tsと結晶化温度Tcryとの差(絶対値)が大きければ、ガラスが軟化点Tsを超える温度に達しても、Tcryに達しない温度範囲でガラスを軟化流動させることが容易となる。また、結晶化の際の発熱量が小さければ、一定の昇温速度で加熱してTcryに達した場合に、発熱による制御不能な温度上昇が生じてしまうことが少ないため、結晶化の進行を抑制することができる。 First, if the difference (absolute value) between the softening point T s and the crystallization temperature T cry is large, even if the glass reaches a temperature exceeding the softening point T s , the glass is softened and flowed in a temperature range that does not reach T cry. It becomes easy. Further, if the calorific value at the time of crystallization is small, when the temperature reaches T cry by heating at a constant heating rate, it is unlikely that an uncontrollable temperature rise due to the heat generation will occur, so that the progress of crystallization Can be suppressed.
よって、Tcryの高温化すなわちTcry−Tsの増加と、結晶化発熱量の減少とが結晶化しにくいガラスを示すものと言える。すなわち、結晶化傾向が小さいと判定されるガラスを用いれば、所望の封止部等を形成することが容易となる。 Therefore, it can be said the increase in the high temperature i.e. T cry -T s of T cry, a decrease of the crystallization calorific value as indicating glass difficult to crystallize. That is, if glass that is determined to have a small crystallization tendency is used, it becomes easy to form a desired sealing portion or the like.
従来の有鉛低融点ガラス組成物を用いて、各種部品の封止や接着を行うときの焼成温度は、含有するセラミックスの粒子やガラスビーズの種類、含有量及び粒径、並びに昇温速度、雰囲気、圧力等の焼成条件等にも影響されるが、通常では軟化点Tsより40℃程度高く設定されることが多い。この焼成温度で、有鉛低融点ガラス組成物は、結晶化することなく、良好な軟化流動性を有する。 The firing temperature when sealing or bonding various parts using a conventional leaded low melting point glass composition is the type, content and particle size of the ceramic particles and glass beads contained, and the rate of temperature rise. Although it is affected by firing conditions such as atmosphere and pressure, it is usually set to be about 40 ° C. higher than the softening point T s. At this firing temperature, the leaded low melting point glass composition has good softening fluidity without crystallization.
本発明の無鉛低融点ガラス組成物は、従来の有鉛低融点ガラス組成物に比べ、転移点Tg、屈伏点Mg及び軟化点Tsの特性温度が同等以下であり、しかも粘度勾配が大きい。このため、軟化点Tsより30℃程度高い温度で良好な軟化流動性が得られる。すなわち、本発明の無鉛低融点ガラス組成物は、軟化点Tsが400℃以下であり、430℃以下での焼成が可能となる。これによって、環境負荷への影響を低減し、かつ、封止構造体の熱的ダメージ低減(高機能化)や生産性向上(タクト低減)、さらに封止部や接着部の信頼性の向上及び改善をすることができる。 Lead-free low-melting-point glass composition of the present invention, compared with the conventional leaded low melting glass composition, transition point T g, the characteristic temperature of the yield point M g and a softening point T s is the same or less, moreover viscosity gradient big. Therefore, good softening fluidity can be obtained at a temperature higher than the softening point T s by about 30 ° C. That is, the lead-free low melting point glass composition of the present invention has a softening point T s of 400 ° C. or lower and can be fired at 430 ° C. or lower. As a result, the impact on the environmental load is reduced, the thermal damage of the sealed structure is reduced (higher functionality), productivity is improved (tact reduction), and the reliability of the sealed part and the bonded part is improved. Can be improved.
(無鉛ガラス複合材料及び無鉛ガラスペースト)
無鉛ガラス複合材料は、本発明の無鉛低融点ガラス組成物と、セラミックスの粒子やガラスビーズと、を含む。
(Lead-free glass composite material and lead-free glass paste)
The lead-free glass composite material includes the lead-free low melting point glass composition of the present invention, ceramic particles and glass beads.
以下、セラミックスの粒子やガラスビーズを含む無鉛ガラス複合材料について説明する。なお、ガラスビーズとは、平均粒径が50μm以上のガラス粒子をいう。 Hereinafter, lead-free glass composite materials containing ceramic particles and glass beads will be described. The glass beads refer to glass particles having an average particle size of 50 μm or more.
セラミックスの粒子やガラスビーズを含む無鉛ガラス複合材料は、無鉛低融点ガラス組成物を40体積%以上100体積%未満、セラミックスを0体積%超60体積%以下であることが好ましい。無鉛低融点ガラス組成物を40体積%以上、或いはセラミックスを60体積%以下とすることにより、無鉛低融点ガラス組成物は、良好な軟化流動性を保持でき、信頼性の高い封止や接着が可能となる。 The lead-free glass composite material containing ceramic particles and glass beads preferably contains 40% by volume or more and less than 100% by volume of a lead-free low melting point glass composition, and more than 0% by volume and 60% by volume or less of ceramics. By setting the lead-free low melting point glass composition to 40% by volume or more or the ceramics to 60% by volume or less, the lead-free low melting point glass composition can maintain good softening fluidity, and highly reliable sealing and adhesion can be achieved. It will be possible.
結晶化抑制の観点からは、セラミックスは、リン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)、石英ガラス(SiO2)、ホウケイ酸塩ガラス(SiO2−B2O3系)、ソーダライムガラス(SiO2−Na2O−CaO系)、β−ユークリプタイト(Li2O・Al2O3・2SiO2)、コージェライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)、ケイ酸ジルコニウム(ZrSiO4)、アルミナ(Al2O3)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)、及び酸化ニオブ(Nb2O5)のうちのいずれかを含むことが好ましい。特に、無鉛ガラス複合材料を低熱膨張化するのに有効なセラミックスは、リン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)及び石英ガラス(SiO2)のうちのいずれかであり、その好ましい含有量は30体積%以上60体積%以下である。
From the viewpoint of suppressing crystallization, ceramics include zirconium tungstate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 ), quartz glass (SiO 2 ), and borosilicate glass (SiO 2- B 2 O 3 system). ), soda lime glass (SiO 2 -Na 2 O-CaO-based), beta-
ガラスビーズとしては、例えば、ソーダライムガラス(SiO2−Na2O−CaO系ガラス)、ホウケイ酸塩ガラス(SiO2−B2O3−Na2O系ガラス)、石英ガラス(SiO2)等を用いることができる。 Examples of the glass beads include soda lime glass (SiO 2- Na 2 O-CaO glass), borosilicate glass (SiO 2- B 2 O 3- Na 2 O glass), quartz glass (SiO 2 ) and the like. Can be used.
無鉛ガラスペーストは、無鉛低融点ガラス組成物を含む無鉛ガラス複合材料と、バインダーと、溶剤と、を含むものである。バインダーとしてはポリプロピレンカーボネート、溶剤としてはジヒドロターピネート又はカルビトールアセテートを用いることが好ましい。バインダー及び溶剤を上記の組み合わせとすることにより、無鉛低融点ガラス組成物の結晶化を抑制し、かつ、加熱焼成後に残留する気泡を低減することができる。また、必要に応じて粘度調整剤や湿潤剤等を添加し、無鉛ガラスペーストの安定性や塗布性を調整することができる。 The lead-free glass paste contains a lead-free glass composite material containing a lead-free low melting point glass composition, a binder, and a solvent. It is preferable to use polypropylene carbonate as the binder and dihydrotermineto or carbitol acetate as the solvent. By combining the binder and the solvent as described above, it is possible to suppress the crystallization of the lead-free low melting point glass composition and reduce the bubbles remaining after heating and firing. Further, if necessary, a viscosity modifier, a wetting agent, or the like can be added to adjust the stability and coatability of the lead-free glass paste.
(封止構造体)
無鉛ガラス複合材料や無鉛ガラスペーストは、窓ガラス等に適用されている真空断熱複層ガラスパネル、プラズマディスプレイパネル、有機ELディスプレイパネル、蛍光表示管等のディスプレイパネル、及び水晶振動子、ICパッケージ、MEMS等のパッケージデバイス等の封止や接着に好適に用いられる。
(Sealing structure)
Lead-free glass composite materials and lead-free glass pastes are used in vacuum-insulated double glazing panels, plasma display panels, organic EL display panels, display panels such as vacuum fluorescent displays, crystal transducers, IC packages, etc., which are applied to window glass and the like. It is suitably used for sealing and adhering package devices such as MEMS.
本発明の封止構造体は、無鉛ガラス複合材料を用いて形成され、外部と隔てられた内部空間と外部との境界の少なくとも一部を構成する封止部を含む。ここで、無鉛ガラス複合材料に含まれる無鉛低融点ガラス組成物の含有量は、40体積%以上であることが好ましい。 The sealing structure of the present invention is formed by using a lead-free glass composite material, and includes a sealing portion forming at least a part of an internal space separated from the outside and a boundary between the outside and the outside. Here, the content of the lead-free low melting point glass composition contained in the lead-free glass composite material is preferably 40% by volume or more.
以下、本発明を具体的な実施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. However, the present invention is not limited to the examples taken up here, and includes variations thereof.
実施例1では、V2O5−TeO2−Fe2O3−P2O5系無鉛ガラス組成物を作製し、ガラス組成がガラス特性に与える影響について検討した。 In Example 1, a V 2 O 5- TeO 2- Fe 2 O 3- P 2 O 5 series lead-free glass composition was prepared, and the effect of the glass composition on the glass properties was examined.
(無鉛ガラス組成物の作製)
表1は、実施例の無鉛ガラス組成物A−01〜A−69の組成を示したものである。A−01〜A−69は、V2O5、TeO2、Fe2O3、P2O5及びLi2Oを主成分かつ必須成分とする無鉛ガラス組成物である。
(Preparation of lead-free glass composition)
Table 1 shows the compositions of the lead-free glass compositions A-01 to A-69 of Examples. A-01 to A-69 are lead-free glass compositions containing V 2 O 5 , TeO 2 , Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and Li 2 O as main components and essential components.
表2は、比較例のB−01〜B−07の組成を示したものである。 Table 2 shows the compositions of B-01 to B-07 of Comparative Examples.
これらの組成は、ガラスを作製する際に配合した割合である。 These compositions are the proportions blended when making the glass.
主成分の出発原料としては、純度が99%以上の新興化学工業(株)製のV2O5及びTeO2、並びに(株)高純度化学研究所製のFe2O3、P2O5、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、MgO、CaCO2、SrCO3、BaCO3、ZnO、MoO3及びWO3の粉末を用いた。 As the starting materials of the main component, purity Shinko Chemical Industry 99% or more, Ltd. of V 2 O 5 and TeO 2, and Co. Kojundo Chemical Laboratory Co. of Fe 2 O 3, P 2 O 5 , Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , MgO, CaCO 2 , SrCO 3 , BaCO 3 , ZnO, MoO 3 and WO 3 powders were used.
各出発原料粉末を合計で200g程度になるように、秤量し、配合し、混合し、白金るつぼに投入した。原料混合粉末を投入した白金るつぼをガラス溶融炉内に設置し、約10℃/分の昇温速度で900〜950℃まで加熱した。白金るつぼ内の融液の組成均一化を図るため、アルミナ棒で撹拌しながら1時間保持した。その後、白金るつぼをガラス溶融炉から取り出し、予め150℃前後に加熱しておいたステンレス鋳型へ融液を流し込み、実施例のA−01〜A−69及び比較例のB−01〜B−07をそれぞれ作製した。 Each starting material powder was weighed, blended, mixed, and put into a platinum crucible so as to have a total of about 200 g. A platinum crucible containing the raw material mixed powder was placed in a glass melting furnace and heated to 900 to 950 ° C. at a heating rate of about 10 ° C./min. In order to make the composition of the melt in the platinum crucible uniform, the mixture was held for 1 hour while stirring with an alumina rod. After that, the platinum crucible was taken out from the glass melting furnace, and the melt was poured into a stainless steel mold that had been preheated to about 150 ° C., and A-01 to A-69 of Example and B-01 to B-07 of Comparative Example were poured. Were prepared respectively.
(密度の測定)
作製した無鉛ガラス組成物A−01〜A−69及びB−01〜B−07をそれぞれ、スタンプミルで粗く粉砕した後に、ジェットミルにて45μmアンダーにまで粉砕した。そのガラス粉末を用い、ヘリウムガス中でのピクノメーター法によって各ガラスの密度を測定した。
(Measurement of density)
The prepared lead-free glass compositions A-01 to A-69 and B-01 to B-07 were roughly pulverized with a stamp mill and then pulverized with a jet mill to an under 45 μm. Using the glass powder, the density of each glass was measured by a pycnometer method in helium gas.
(特性温度の測定)
密度測定に用いたと同じガラス粉末を用いて、大気中5℃/分の昇温速度でDTAを行った。これにより、図1と同様のDTAカーブを得た。なお、DTAには、マクロセルタイプを使用した。得られたDTAカーブより各無鉛ガラス組成物の転移点Tg、屈伏点Mg及び軟化点Tsを測定した。
(Measurement of characteristic temperature)
Using the same glass powder used for the density measurement, DTA was performed at a heating rate of 5 ° C./min in the atmosphere. As a result, a DTA curve similar to that in FIG. 1 was obtained. The macro cell type was used for DTA. Transition point of the obtained DTA curve from the lead-free glass composition T g, was measured sag M g and a softening point T s.
(熱膨張係数の測定)
作製した無鉛ガラス組成物A−01〜A−69とB−01〜B−07をDTAによる転移点Tg〜屈伏点Mgの温度範囲で加熱し、徐冷することによって残留熱歪を除去し、4×4×20mmの角柱に加工した。これを用い、大気中5℃/分の昇温速度で熱膨張計にて各無鉛ガラス組成物の熱膨張曲線を測定した。なお、標準試料にはφ5×20mmの円柱状石英ガラスを用いた。
(Measurement of coefficient of thermal expansion)
Heating the Pb-free glass composition A-01~A-69 and B-01 to B-07 prepared in the temperature range of transition point T g ~ sag M g by DTA, remove residual thermal strains by slow cooling Then, it was processed into a square pillar of 4 × 4 × 20 mm. Using this, the thermal expansion curve of each lead-free glass composition was measured with a thermal expansion meter at a heating rate of 5 ° C./min in the atmosphere. A cylindrical quartz glass having a diameter of 5 × 20 mm was used as a standard sample.
図2は、代表的な無鉛ガラス組成物の熱膨張曲線を示すグラフである。なお、図中の縦軸の伸び量は、標準試料である石英ガラスの伸び量を差し引いた値である。 FIG. 2 is a graph showing a thermal expansion curve of a typical lead-free glass composition. The amount of elongation on the vertical axis in the figure is a value obtained by subtracting the amount of elongation of quartz glass, which is a standard sample.
本図に示すように、加熱とともに無鉛ガラス組成物は伸び、転移温度TGで顕著な伸びが始まる。この転移温度TGは、DTAから求められる転移点Tgとほぼ一致する。 As shown in this figure, the lead-free glass composition elongates with heating, and remarkable elongation begins at the transition temperature TG. This transition temperature TG substantially coincides with the transition point T g obtained from DTA.
更に加熱すると、変形温度ATに達する。ATを超えると、無鉛ガラス組成物の熱的変形により、見かけ上収縮する。 Further heating reaches the deformation temperature AT. Above AT , it apparently shrinks due to thermal deformation of the lead-free glass composition.
ガラスの熱膨張係数は、室温からTG未満の温度範囲の勾配から測定されることが一般的である。このため、実施例A−01〜A−69及び比較例B−01〜B−07の無鉛ガラス組成物は、ともに30〜250℃の温度範囲の勾配から熱膨張係数を算出した。 The coefficient of thermal expansion of glass is generally measured from the gradient in the temperature range from room temperature to less than TG. Therefore, for both the lead-free glass compositions of Examples A-01 to A-69 and Comparative Examples B-01 to B-07, the coefficient of thermal expansion was calculated from the gradient in the temperature range of 30 to 250 ° C.
(化学的安定性(耐湿性)の評価)
作製した無鉛ガラス組成物A−01〜A−69及びB−01〜B−07の化学的安定性は、温度120℃−湿度85%−圧力2気圧の不飽和型高速加速寿命試験(HAST:Highly Accelerated Stress Test)よる耐湿性で評価した。
(Evaluation of chemical stability (moisture resistance))
The chemical stability of the prepared lead-free glass compositions A-01 to A-69 and B-01 to B-07 is an unsaturated high-speed accelerated life test (HAST:) at a temperature of 120 ° C., a humidity of 85%, and a pressure of 2 atm. It was evaluated by the moisture resistance according to Highly Accelerated Pressure Test).
評価サンプルは、熱膨張測定に用いたと同じ角柱ガラスを用いて、HASTにて48時間実施し、各無鉛ガラス組成物の腐食具合を観察した。ほとんど腐食が認められない場合には合格「○」、明らかに腐食が認められた場合には不合格「×」と判定した。 The evaluation sample was carried out by HAST for 48 hours using the same prismatic glass used for the thermal expansion measurement, and the degree of corrosion of each lead-free glass composition was observed. When almost no corrosion was observed, it was judged as "○", and when corrosion was clearly observed, it was judged as "×".
なお、転移点Tgが313℃、屈伏点Mgが332℃及び軟化点Tsが386℃である従来の有鉛ガラス組成物である84PbO−13B2O3−2SiO2−1Al2O3(質量%)のHASTを同様に実施したところ、腐食が認められ、耐湿性は不合格「×」であった。
(軟化流動性及び接着性の評価)
作製した無鉛ガラス組成物A−01〜A−69及びB−01〜B−07の軟化流動性及び接着性は、密度測定に用いたと同じガラス粉末を用いて作製した圧粉成形体のボタンフロー試験にて評価した。
Note that transition point T g is 313 ℃, 84PbO-13B 2 O 3 yield point M g is 332 ° C. and a softening point T s is a conventional leaded glass composition is 386 ℃ -2SiO 2 -1Al 2 O 3 When (% by mass) HAST was carried out in the same manner, corrosion was observed, and the moisture resistance was unacceptable "x".
(Evaluation of softening fluidity and adhesiveness)
The softening fluidity and adhesiveness of the prepared lead-free glass compositions A-01 to A-69 and B-01 to B-07 are the button flow of the powder compact prepared using the same glass powder used for the density measurement. Evaluated in the test.
圧粉成形体は、金型とハンドプレスを用い、500kg/cm2の条件で直径12mm、高さ3mm程度の円柱形状となるように成形した。ソーダライム(SiO2−Na2O−CaO系)ガラス基板上に設置した圧粉成形体を電気炉内へ導入し、大気中10℃/分の昇温速度で室温から軟化点Tsより30℃程度高い温度まで加熱し、30分間保持した後に炉冷し、軟化流動性及び接着性並びに結晶化状態を評価した。 The powder compact was molded into a cylindrical shape having a diameter of 12 mm and a height of about 3 mm under the condition of 500 kg / cm 2 using a mold and a hand press. A powder compact placed on a soda lime (SiO 2- Na 2 O-CaO system) glass substrate is introduced into an electric furnace, and the temperature rises from room temperature to 30 from the softening point T s at a temperature rise rate of 10 ° C./min in the air. The mixture was heated to a temperature as high as about ° C., held for 30 minutes, and then cooled in a furnace to evaluate the softening fluidity, adhesiveness, and crystallization state.
軟化流動性に関しては、圧粉成形体が良好に軟化流動している場合には合格「○」、軟化流動しても失透(表面結晶化)している場合や結晶化により軟化流動が不十分な場合には不合格「×」と判定した。 Regarding the softening fluidity, if the powder compact is satisfactorily softened and fluidized, the result is "○". If it was sufficient, it was judged as rejected "x".
また、接着性に関しては、圧粉成形体が軟化流動し、ソーダライムガラス基板に接着、密着している場合には合格「○」、軟化流動してもソーダライムガラス基板から容易に界面剥離する場合や結晶化により軟化流動が不十分でソーダライムガラス基板から容易に剥離する場合には不合格「×」と判定した。 Regarding the adhesiveness, if the powder compact is softened and flows and adheres to and adheres to the soda lime glass substrate, it passes "○", and even if it softens and flows, the interface is easily peeled off from the soda lime glass substrate. In some cases or when the softening flow was insufficient due to crystallization and the glass substrate was easily peeled off from the soda lime glass substrate, the result was judged as "x".
なお、転移点Tgが313℃、屈伏点Mgが332℃、軟化点Tsが386℃である従来の有鉛ガラス組成物である84PbO−13B2O3−2SiO2−1Al2O3(質量%)を430℃において同様のボタンフロー試験を実施したところ、軟化流動性及び接着性ともに合格「○」であった。ただし、ソーダライムガラス基板との大きな熱膨張差によって、クラックの発生が認められた。このクラックの発生は、チタン酸鉛等の低熱膨張セラミックス粒子を有鉛ガラス組成物の粉末に混入させることによって対策できるものである。
Note that transition point T g is 313 ° C., yield point M g is 332 ° C., a softening point T s is a conventional leaded glass composition is 386 ℃ 84PbO-13B 2 O 3 -2SiO 2 -1Al 2
(封止構造体の作製及び評価)
表1及び2の無鉛ガラス組成物と、低熱膨張セラミックス粒子とを含む無鉛ガラス複合材料を用いて、封止構造体を作製した。そして、この封止構造体を用いてHASTを48時間実施した。なお、HASTの条件は、上記同様に温度120℃−湿度85%−圧力2気圧とした。また、HAST後に異常が認められなかった封止構造体に関しては、強力な超音波洗浄機にて30分間の浸漬試験を実施した。
(Preparation and evaluation of sealed structure)
A sealed structure was prepared using a lead-free glass composite material containing the lead-free glass compositions shown in Tables 1 and 2 and low thermal expansion ceramic particles. Then, HAST was carried out for 48 hours using this sealing structure. The conditions for HAST were a temperature of 120 ° C., a humidity of 85%, and a pressure of 2 atm in the same manner as described above. Further, for the sealed structure in which no abnormality was observed after HAST, a immersion test was carried out for 30 minutes with a powerful ultrasonic cleaner.
図3Aは、封止構造体の平面図である。 FIG. 3A is a plan view of the sealing structure.
図3Aに示すように、封止構造体は、厚さが3mmの50mm×50mmのガラス基板1の周縁部にガラス複合材料5を設置している。ガラス複合材料5の内側には、スペーサ6を配置している。
As shown in FIG. 3A, in the sealing structure, the
図3Bは、図3AのA−A断面図である。 FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3A.
図3Bに示すように、封止構造体は、ガラス基板1と同じ寸法のガラス基板2を用いている。2枚のガラス基板1、2の間には、ガラス複合材料5及びスペーサ6を挟み込んでいる。これにより、内部空間7が形成されている。ガラス複合材料5は、無鉛ガラス組成物3と低熱膨張セラミックス粒子4とを含む。ガラス基板1、2には、熱膨張係数が88×10−7/℃のソーダライムガラス(SiO2−Na2O−CaO系ガラス)を用いた。
As shown in FIG. 3B, the sealing structure uses a
封止する際の加熱温度は、無鉛ガラス組成物3のTSより30℃程度高い温度とした。
The heating temperature at the time of sealing, was 30 ° C. about a temperature higher than the T S of the Pb-
図4は、封止構造体の作製工程の一部を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a part of a manufacturing process of the sealed structure.
図4においては、塗布・焼成工程を示している。 FIG. 4 shows a coating / firing process.
無鉛ガラス組成物3の粒子と、低熱膨張セラミックス粒子4と、バインダーと、溶剤とを混合して作製したガラス複合材料ペースト8を、ディスペンサー法によりガラス基板1の外周部に塗布した。そして、150℃で乾燥し、その後、大気中約5℃/分の昇温速度で無鉛ガラス組成物3の転移点Tg〜屈伏点Mgの温度範囲まで加熱し、30分間保持した。その後、同様の昇温速度で軟化点Tsより30℃程度高い温度まで更に加熱し、30分間保持することにより焼成し、ガラス基板1の外周部にガラス複合材料5を形成した。
The glass composite material paste 8 prepared by mixing the particles of the lead-
無鉛ガラス組成物3の粒子には、密度や特性温度の測定にも用いた45μmアンダーのガラス粉末を用いた。低熱膨張セラミックス粒子4には、平均粒径が約15μmのリン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)を用いた。このセラミックスの密度は3.8g/cm3、熱膨張係数は−38×10−7/℃である。無鉛ガラス組成物3と低熱膨張セラミックス粒子4の配合率は、熱膨張係数が約70×10−7/℃となるように調整した。これは、使用するガラス基板1、2、すなわちソーダライムガラスの熱膨張係数に考慮し、封止部のガラス複合材料5になるべく引張応力がかからないようにするためである。
As the particles of the lead-
封止部のガラス複合材料5に残留する気泡を極力少なくするため、バインダーにポリプロピレンカーボネート、溶剤にジヒドロターピネート又はカルビトールアセテートを用いた。様々なバインダーや溶剤についても検討したが、本発明の無鉛ガラス組成物やそれを含む無鉛ガラス複合材料にとって残留気泡が少ない最良の組み合わせであった。
In order to minimize the number of air bubbles remaining in the
無鉛ガラス組成物3の粒子と低熱膨張セラミックス粒子4とからなる固形分の量が80〜85質量%になるように、ガラス複合材料ペースト8を作製した。
The glass composite material paste 8 was prepared so that the solid content of the particles of the lead-
図5は、封止構造体の作製工程の一部を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a part of a manufacturing process of the sealed structure.
図5においては、図4の塗布・焼成工程の後に行う封止工程を示している。 FIG. 5 shows a sealing step performed after the coating / firing step of FIG.
図5に示すように、もう一方のガラス基板2にφ500μm×200μmの円柱状スペーサ6を4つ設置し、ガラス複合材料5を形成したガラス基板1を対向するように合わせ、4つの耐熱クリップ9をガラス基板1、2の四辺に取り付けた。そして、大気中約5℃/分の昇温速度で無鉛ガラス組成物3の軟化点Tsより20℃程度高い温度まで加熱し、30分間保持することによって封止し、封止構造体を作製した。作製した封止構造体の内部空間7は、空気が収縮することによって若干の減圧状態となっている。
As shown in FIG. 5, four
作製した封止構造体のHAST(温度120℃−湿度85%−圧力2気圧)を48時間実施し、封止部の信頼性の1つである耐湿性を評価した。
HAST (temperature 120 ° C.-humidity 85% -
封止部において一部でも剥離し、リークした場合には不合格「×」、剥離が発生せずにリークしない場合には合格「○」と判定した。 If even a part of the sealing portion was peeled off and leaked, it was judged as a failure "x", and if it did not leak without peeling, it was judged as a pass "○".
リークした場合には、封止構造体の内部に水分が入り込むため、容易に判定することが可能である。HASTに合格した封止構造体を強力な超音波洗浄試験により30分間の浸漬試験を実施し、上記同様に封止部の信頼性の1つである接着性を評価した。 In the case of a leak, moisture enters the inside of the sealing structure, so that it can be easily determined. The sealed structure that passed HAST was subjected to a 30-minute immersion test by a strong ultrasonic cleaning test, and the adhesiveness, which is one of the reliability of the sealed portion, was evaluated in the same manner as described above.
上記の耐湿性と同様に、封止部の一部でも剥離又はクラック等が発生してリークした場合には不合格「×」、剥離やクラックが発生せずにリークしない場合には合格「○」と判定した。この接着性の評価方法に関しても、リークした場合には、封止構造体内部に水分が入り込むために、容易に判定することが可能である。 Similar to the above moisture resistance, if a part of the sealing part is peeled or cracked and leaks, it fails "x", and if it does not leak without peeling or cracking, it passes "○". It was judged. As for this adhesiveness evaluation method, if a leak occurs, moisture enters the inside of the sealing structure, so that it can be easily determined.
表3は、実施例A−01〜A−69の密度、特性温度、熱膨張係数、耐湿性、軟化流動性及び接着性を示したものである。 Table 3 shows the density, characteristic temperature, coefficient of thermal expansion, moisture resistance, softening fluidity and adhesiveness of Examples A-01 to A-69.
表4は、比較例B−01〜B−07の密度、特性温度、熱膨張係数、耐湿性、軟化流動性及び接着性を示したものである。 Table 4 shows the density, characteristic temperature, coefficient of thermal expansion, moisture resistance, softening fluidity, and adhesiveness of Comparative Examples B-01 to B-07.
また、表5〜7は、表1及び2の無鉛ガラス組成物と、低熱膨張セラミックス粒子とを含む無鉛ガラス複合材料を用いて作製した封止構造体の評価結果(耐湿性、接着性)を示したものである。 In addition, Tables 5 to 7 show the evaluation results (moisture resistance, adhesiveness) of the sealed structure prepared by using the lead-free glass composite material containing the lead-free glass compositions of Tables 1 and 2 and the low thermal expansion ceramic particles. It is shown.
表5には、実施例A−01〜A−40を示している。 Table 5 shows Examples A-01 to A-40.
表6には、実施例A−41〜A−69を示している。 Table 6 shows Examples A-41 to A-69.
表7には、比較例B−01〜B−07を示している。 Table 7 shows Comparative Examples B-01 to B-07.
表2に示すとおり、比較例B−01〜B−06は、Li2Oを含有しないV2O5−TeO2−Fe2O3−P2O5系無鉛ガラス組成物であり、比較例B−07は、Fe2O3及びLi2Oを含有しないV2O5−TeO2−BaO−WO3−P2O5系無鉛ガラス組成物である。 As shown in Table 2, Comparative Examples B-01 to B-06 are V 2 O 5- TeO 2- Fe 2 O 3- P 2 O 5 series lead-free glass compositions containing no Li 2 O, and are Comparative Examples. B-07 is a V 2 O 5- TeO 2- BaO-WO 3- P 2 O 5 series lead-free glass composition containing no Fe 2 O 3 and Li 2 O.
表4に示すとおり、比較例のガラス組成物はいずれも、良好な軟化流動性を示し、すべて合格「○」と判定した。 As shown in Table 4, all of the glass compositions of Comparative Examples showed good softening fluidity, and all were judged to be acceptable “◯”.
HASTによる耐湿性に関しては、比較例B−01〜B−04が良好で合格「○」と評価したが、比較例B−05〜B−07には腐食が認められたため、不合格「×」と判定した。このことから、耐湿性等の化学的安定性を向上するのに有効なFe2O3を含み、しかもその含有量がP2O5の含有量より大きいV2O5−TeO2−Fe2O3−P2O5系無鉛ガラス組成物(B−01〜B−04)の耐湿性が優れていることがわかる。Fe2O3の含有量とP2O5の含有量が逆転すると、V2O5−TeO2−Fe2O3−P2O5系無鉛ガラス組成物(B−05及びB−06)であっても、HASTによる耐湿性が乏しいことがわかる。 Regarding the moisture resistance by HAST, Comparative Examples B-01 to B-04 were good and evaluated as "○", but Comparative Examples B-05 to B-07 were rejected because corrosion was observed. Was judged. Therefore, V 2 O 5- TeO 2- Fe 2 which contains Fe 2 O 3 which is effective for improving chemical stability such as moisture resistance and whose content is larger than that of P 2 O 5 It can be seen that the O 3- P 2 O 5 series lead-free glass compositions (B-01 to B-04) have excellent moisture resistance. When the content of Fe 2 O 3 and the content of P 2 O 5 are reversed, V 2 O 5- TeO 2- Fe 2 O 3- P 2 O 5 series lead-free glass compositions (B-05 and B-06) Even so, it can be seen that the moisture resistance due to HAST is poor.
また、Fe2O3を含有しないV2O5−TeO2−BaO−WO3−P2O5系無鉛ガラス組成物(B−07)では、B−05やB−06よりも腐食されており、耐湿性は更に低かった。 In addition, the V 2 O 5- TeO 2- BaO-WO 3- P 2 O 5 lead-free glass composition (B-07) containing no Fe 2 O 3 is more corroded than B-05 or B-06. The moisture resistance was even lower.
ソーダライムガラス基板への接着性に関しては、比較例のいずれもがソーダライムガラス基板から容易に剥離したため、すべて不合格「×」と判定した。 Regarding the adhesiveness to the soda lime glass substrate, all of the comparative examples were easily peeled off from the soda lime glass substrate, so all of them were judged to be rejected “x”.
また、表7に示すとおり、比較例B−01〜B−04の無鉛ガラス組成物とリン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)とを含む無鉛ガラス複合材料を用いた封止構造体では、気密に封止できており、HASTによる耐湿性でもリークの発生は認められず、合格「○」と判定した。しかし、超音波洗浄試験による接着性に関しては、リークが認められ、不合格「×」と判定した。 Further, as shown in Table 7, a lead-free glass composite material containing the lead-free glass compositions of Comparative Examples B-01 to B-04 and zirconium tungrate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 ) is used. The sealed structure was airtightly sealed, and no leak was observed even in the moisture resistance of HAST, and the result was judged as “◯”. However, regarding the adhesiveness by the ultrasonic cleaning test, a leak was observed, and the result was judged as "x".
比較例B−05〜B−07の無鉛ガラス組成物とリン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)とを含む無鉛ガラス複合材料を用いた封止構造体では、気密に封止できていたが、HASTによる耐湿性においてはリークが認められ、不合格「×」と判定した。耐湿性の評価でリークの発生が認められたため、接着性の評価は実施しなかった。 The sealing structure using the lead-free glass composite material containing the lead-free glass composition of Comparative Examples B-05 to B-07 and zirconium tungrate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2) is airtight. However, a leak was observed in the moisture resistance of HAST, and the result was judged as "x". Adhesiveness was not evaluated because leaks were found in the moisture resistance evaluation.
これに対して、表5及び6に示す実施例A−01〜A−69は、Li2Oを含み、かつ、Fe2O3の含有量がP2O5の含有量以上のV2O5−TeO2−Fe2O3−P2O5系無鉛ガラス組成物であり、いずれのガラス組成物においても耐湿性、軟化流動性及び接着性に優れていた。
In contrast, Example A-01~A-69 shown in Tables 5 and 6, comprises a Li 2 O, and, V 2 over the content of
また、これらの無鉛ガラス組成物(A−01〜A−69)とリン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)とを含む無鉛ガラス複合材料を用いた封止構造体では、実施例のすべての封止構造体において気密に封止できており、しかもその後のHASTによる耐湿性及び超音波洗浄による接着性の評価では、リークすることがなく、耐湿性、接着性ともに合格「○」と判定した。 Further, a sealing structure using a lead-free glass composite material containing these lead-free glass compositions (A-01 to A-69) and zirconium tungrate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2). In the case, all the sealing structures of the examples were airtightly sealed, and in the subsequent evaluation of the moisture resistance by HAST and the adhesiveness by ultrasonic cleaning, there was no leakage, and both the moisture resistance and the adhesiveness were both. Passed "○" was judged.
以上より、実施例A−01〜A−69は、主成分として酸化バナジウム、酸化テルル、酸化鉄、酸化リン及び酸化リチウムを含み、その主成分の望ましい含有量は、上記の関係式(1)〜(9)を満たすことがわかる。 From the above, Examples A-01 to A-69 contain vanadium oxide, tellurium oxide, iron oxide, phosphorus oxide and lithium oxide as main components, and the desirable content of the main components is the above relational expression (1). It can be seen that ~ (9) is satisfied.
また、実施例A−01〜A−69は、密度が3.6g/cm3以上4.0g/cm3以下であり、示差熱分析による軟化点が400℃以下であることがわかる。 Further, it can be seen that the densities of Examples A-01 to A-69 are 3.6 g / cm 3 or more and 4.0 g / cm 3 or less, and the softening point by differential thermal analysis is 400 ° C. or less.
さらに、実施例A−01〜A−69の無鉛ガラス組成物は、低熱膨張セラミックス粒子との複合化による無鉛ガラス複合材料や無鉛ガラスペーストの作製に好適であり、これらを用いて作製した封止構造体に好適であることがわかる。 Further, the lead-free glass compositions of Examples A-01 to A-69 are suitable for producing lead-free glass composite materials and lead-free glass pastes by combining with low thermal expansion ceramic particles, and the sealing produced using these is suitable. It turns out that it is suitable for the structure.
以下の実施例では、本発明の無鉛ガラス組成物を含有する無鉛ガラス複合材料及び無鉛ガラスペースト、並びにこれらを適用した封止構造体及び電気電子部品について、更に詳細に説明する。 In the following examples, lead-free glass composite materials and lead-free glass pastes containing the lead-free glass composition of the present invention, and sealing structures and electrical and electronic components to which they are applied will be described in more detail.
実施例2では、無鉛ガラス組成物とセラミックスの粒子又はガラスビーズとを含む無鉛ガラス複合材料を用いて、実施例1と同様にして、同種の金属基板同士、セラミックス基板同士、ガラス基板同士及び半導体基板同士の外周部を封止することによって、封止構造体を作製した。作製した封止構造体のHASTを48時間実施し、続いて超音波洗浄試験を30分間実施し、その封止部の信頼性を評価した。 In Example 2, a lead-free glass composite material containing a lead-free glass composition and ceramic particles or glass beads is used, and in the same manner as in Example 1, metal substrates of the same type, ceramic substrates, glass substrates, and semiconductors are used. A sealing structure was produced by sealing the outer peripheral portions of the substrates. HAST of the prepared sealed structure was carried out for 48 hours, and then an ultrasonic cleaning test was carried out for 30 minutes to evaluate the reliability of the sealed portion.
無鉛ガラス組成物としては、表1に示す実施例A−06、A−12、A−14、A−25、A−33、A−41〜A−43、A−53、A−62及びA−65〜A−69並びに表2に示す比較例B−01の16種類を用いた。 Examples of the lead-free glass composition include Examples A-06, A-12, A-14, A-25, A-33, A-41-A-43, A-53, A-62 and A shown in Table 1. 16 types of -65 to A-69 and Comparative Example B-01 shown in Table 2 were used.
表8は、セラミックスの粒子又はガラスビーズとして用いた10種類の材料(C−01〜C−10)を示したものである。なお、本表には、これらの材料の密度、熱膨張係数及び平均粒径も示している。 Table 8 shows 10 kinds of materials (C-01 to C-10) used as ceramic particles or glass beads. The table also shows the density, coefficient of thermal expansion, and average particle size of these materials.
金属基板には厚さが3mmの50mm×50mmのステンレス鋼(SUS304)基板、セラミックス基板には厚さが1.5mmの50mm×50mmのアルミナ(Al2O3)基板、ガラス基材には厚さが2mmの50mm×50mmのホウケイ酸塩ガラス(SiO2−B2O3−Na2O系ガラス)基板、半導体基板には厚さが1mmのシリコン基板を用いた。それぞれの基板の熱膨張径数は、SUS304基板が178×10−7/℃、アルミナ基板が81×10−7/℃、ホウケイ酸塩ガラス基板が58×10−7/℃、シリコン基板が28×10−7/℃であった。 The metal substrate is a 50 mm x 50 mm stainless steel (SUS304) substrate with a thickness of 3 mm, the ceramic substrate is a 50 mm x 50 mm alumina (Al 2 O 3 ) substrate with a thickness of 1.5 mm, and the glass substrate is thick. A 50 mm × 50 mm borosilicate glass (SiO 2- B 2 O 3- Na 2 O-based glass) substrate having a diameter of 2 mm and a silicon substrate having a thickness of 1 mm were used as the semiconductor substrate. The coefficient of thermal expansion of each substrate is 178 × 10-7 / ° C for the SUS304 substrate, 81 × 10-7 / ° C for the alumina substrate, 58 × 10-7 / ° C for the borosilicate glass substrate, and 28 for the silicon substrate. It was × 10-7 / ° C.
評価用の封止構造体を作製するに当たっては、先ずは、無鉛ガラス組成物の粒子と、セラミックスの粒子又はガラスビーズと、バインダーと、溶剤とを含むガラスペーストを作製し、実施例1と同様にして、それぞれの基板の外周部へ塗布し、乾燥し、焼成した。その後、スペーサを設置し、同基材を合わせて加熱することによって封止した。 In producing the sealing structure for evaluation, first, a glass paste containing particles of the lead-free glass composition, ceramic particles or glass beads, a binder, and a solvent is produced, and the same as in Example 1. Then, it was applied to the outer peripheral portion of each substrate, dried, and fired. Then, a spacer was installed, and the base materials were combined and heated to seal the mixture.
(無鉛ガラスペーストの作製)
無鉛ガラス組成物の粒子とセラミックスの粒子又はガラスビーズとの配合割合を変えたこと以外、実施例1と同様にして無鉛ガラスペーストを作製した。無鉛ガラス組成物の粒子とセラミックスの粒子又はガラスビーズの配合割合は、体積%で100:0、90:10、80:20、70:30、60:40、50:50、40:60および30:70の8種類とした。また、無鉛ガラスペースト中の固形分(無鉛ガラス組成物とセラミックスの合計)の含有量は約80質量%とした。
(Making lead-free glass paste)
A lead-free glass paste was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending ratio of the particles of the lead-free glass composition and the particles of ceramics or glass beads was changed. The blending ratio of the particles of the lead-free glass composition and the particles of ceramics or glass beads is 100: 0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60 and 30 in% by volume. : 70 types were used. The content of the solid content (total of the lead-free glass composition and the ceramics) in the lead-free glass paste was about 80% by mass.
(封止構造体の作製と評価)
実施例1と同様にして、封止構造体を作製し、HASTを48時間実施し、続いて超音波洗浄試験を30分実施することによって、封止部の信頼性を評価した。
(Preparation and evaluation of sealed structure)
A sealed structure was prepared in the same manner as in Example 1, HAST was carried out for 48 hours, and then an ultrasonic cleaning test was carried out for 30 minutes to evaluate the reliability of the sealed portion.
試験後に80℃で乾燥し、封止構造体を破壊し、内部に水分が残っていない場合には合格「○」、水分が残っている場合には不合格「×」と判定した。 After the test, the mixture was dried at 80 ° C. to break the sealing structure, and when no water remained inside, it was judged as “◯”, and when water remained, it was judged as rejected “x”.
無鉛ガラス複合材料に含まれる無鉛ガラス組成物によって、封止構造体の封止温度を決定した。実施例1と同様に、事前焼成は軟化点Tsより約30℃程度高い温度、封止は軟化点Tsより20℃程度高い温度で行った。その封止構造体を作製するに当たっては、各基板の熱膨張係数に配慮し、無鉛ガラスペースト中の無鉛ガラス組成物とセラミックスの種類やその含有量を選定した。 The sealing temperature of the sealing structure was determined by the lead-free glass composition contained in the lead-free glass composite material. Similar to Example 1, the pre-baking was performed at a temperature about 30 ° C. higher than the softening point T s , and the sealing was performed at a temperature about 20 ° C. higher than the softening point T s. In producing the sealed structure, the types and contents of the lead-free glass composition and ceramics in the lead-free glass paste were selected in consideration of the coefficient of thermal expansion of each substrate.
表9〜12は、各基板における封止構造体のHAST評価結果を示したものである。 Tables 9 to 12 show the HAST evaluation results of the sealed structure in each substrate.
表9はステンレス鋼(SUS304)基板同士の封止構造体、表10はアルミナ(Al2O3)基板同士の封止構造体、表11はホウケイ酸塩ガラス(SiO2−B2O3−Na2O系ガラス)基板同士の封止構造体、表12はシリコン(Si)基板同士の封止構造体の評価結果である。 Table 9 is a sealing structure between stainless steel (SUS304) substrates, Table 10 is a sealing structure between alumina (Al 2 O 3 ) substrates, and Table 11 is a borosilicate glass (SiO 2- B 2 O 3 −). Na 2 O-based glass) encapsulation structures between substrates, Table 12 shows the evaluation results of encapsulation structures between silicon (Si) substrates.
ステンレス鋼(SUS304)基板同士の封止構造体では、表9に示すとおり、セラミックスとしてC−03、C−04及びC−07〜C−10(表8)を用い、その配合率を0〜20体積%、無鉛ガラス組成物として実施例A−14、A−53、A−65及びA−69並びに比較例B−01を用い、その配合率を100〜80体積%の範囲で検討した。 In the sealing structure between stainless steel (SUS304) substrates, as shown in Table 9, C-03, C-04 and C-07 to C-10 (Table 8) are used as ceramics, and the blending ratio is 0 to 0. Examples A-14, A-53, A-65 and A-69 and Comparative Example B-01 were used as a 20% by volume lead-free glass composition, and the blending ratio thereof was examined in the range of 100 to 80% by volume.
実施例の封止構造体では、すべての条件において、剥離することなく、また内部に水分が侵入することなく、信頼性が高い封止部が得られ、いずれの実施例においてもステンレス鋼(SUS304)基板への接着力や密着力が高いことが分かった。しかし、比較例の封止構造体では、いずれの配合条件においても封止界面からの剥離が発生し、信頼性の高い封止部が得られなかった。 In the sealing structure of the embodiment, a highly reliable sealing portion can be obtained without peeling and moisture invading under all conditions, and in all the examples, stainless steel (SUS304). ) It was found that the adhesive strength and adhesion to the substrate were high. However, in the sealing structure of the comparative example, peeling from the sealing interface occurred under any of the compounding conditions, and a highly reliable sealing portion could not be obtained.
アルミナ(Al2O3)基板同士の封止構造体では、表10に示すとおり、セラミックスとしてC−01、C−02及びC−06(表8)を用い、その配合率を20〜40体積%、無鉛ガラス組成物として実施例A−06、A−12、A−25、A−33、A−41、A−43、A−66及びA−67並びに比較例B−01を用い、その配合率を80〜60体積%の範囲で検討した。 In the sealing structure between alumina (Al 2 O 3 ) substrates, as shown in Table 10, C-01, C-02 and C-06 (Table 8) are used as ceramics, and the mixing ratio is 20 to 40 volumes. %, Examples A-06, A-12, A-25, A-33, A-41, A-43, A-66 and A-67 and Comparative Example B-01 were used as lead-free glass compositions thereof. The blending ratio was examined in the range of 80 to 60% by volume.
実施例の封止構造体では、すべての条件において、剥離することなく、また内部に水分が侵入することなく、信頼性が高い封止部が得られ、いずれの実施例においてもアルミナ(Al2O3)基板への接着力や密着力が高いことが分かった。しかし、比較例の封止構造体では、いずれの配合条件においても封止界面から剥離することはなかったが、内部には水の侵入が認められ、信頼性の高い封止部は得られなかった。 In the sealing structure of the examples, a highly reliable sealing portion can be obtained without peeling and without moisture entering the inside under all conditions, and in all the examples, alumina (Al 2) can be obtained. O 3 ) It was found that the adhesive strength and adhesion to the substrate were high. However, in the sealing structure of the comparative example, although it did not peel off from the sealing interface under any of the compounding conditions, water intrusion was observed inside and a highly reliable sealing portion could not be obtained. rice field.
ホウケイ酸塩ガラス(SiO2−B2O3−Na2O系ガラス)基板同士の封止構造体では、表11に示すとおり、セラミックスとしてC−01、C−02及びC−05(表8)を用い、その配合率を30〜50体積%、無鉛ガラス組成物として実施例A−06、A−12、A−33、A−42、A−62、A−68及びA−69並びに比較例B−01を用い、その配合率を70〜50体積%の範囲で検討した。 In the sealing structure between borosilicate glass (SiO 2- B 2 O 3- Na 2 O-based glass) substrates, as shown in Table 11, C-01, C-02 and C-05 (Table 8) are used as ceramics. ), The blending ratio thereof is 30 to 50% by volume, and the lead-free glass composition is compared with Examples A-06, A-12, A-33, A-42, A-62, A-68 and A-69. Using Example B-01, the blending ratio was examined in the range of 70 to 50% by volume.
実施例の封止構造体では、すべての条件において、剥離することなく、また内部に水分が侵入することなく、信頼性が高い封止部が得られ、いずれの実施例においてもホウケイ酸塩ガラス(SiO2−B2O3−Na2O系ガラス)基板への接着力や密着力が高いことが分かった。しかし、比較例の封止構造体では、いずれの配合条件においても封止界面から剥離することはなかったが、内部には水の侵入が認められ、信頼性の高い封止部は得られなかった。 In the sealing structure of the examples, a highly reliable sealing portion can be obtained without peeling and without moisture entering the inside under all conditions, and the borosilicate glass in all the examples. (SiO 2- B 2 O 3- Na 2 O-based glass) It was found that the adhesive strength and adhesion to the substrate were high. However, in the sealing structure of the comparative example, although it did not peel off from the sealing interface under any of the compounding conditions, water intrusion was observed inside and a highly reliable sealing portion could not be obtained. rice field.
シリコン(Si)基板同士の封止構造体では、表12に示すとおり、セラミックスとしてC−01及びC−05(表8)を用い、その配合率を50〜70体積%、無鉛ガラス組成物として実施例A−12、A−14、A−25、A−42、A−53、A−62及びA−66〜A−69並びに比較例B−01を用い、その配合率を50〜30体積%の範囲で検討した。 In the sealing structure between silicon (Si) substrates, as shown in Table 12, C-01 and C-05 (Table 8) are used as ceramics, and the blending ratio is 50 to 70% by volume as a lead-free glass composition. Examples A-12, A-14, A-25, A-42, A-53, A-62 and A-66 to A-69 and Comparative Example B-01 are used, and the blending ratio thereof is 50 to 30 volumes. It was examined in the range of%.
実施例の封止構造体では、無鉛ガラス組成物とセラミックスの配合率が50:50及び40:60の場合では、剥離することなく、また内部に水分が侵入することなく、信頼性が高い封止部が得られ、シリコン(Si)基板への接着力や密着力が高かった。しかし、配合率が30:70の場合では、封止界面の剥離はなかったものの、内部には水の侵入が認められた。これは、セラミックスの配合率に対して無鉛ガラス組成物の配合率が少なすぎるために、良好な接着性や密着性が得られなかったものと考えられる。比較例の封止構造体では、いずれの配合条件においても封止界面からの剥離が発生し、信頼性の高い封止部は得られなかった。 In the sealing structure of the example, when the blending ratio of the lead-free glass composition and the ceramics is 50:50 and 40:60, the sealing is highly reliable without peeling and without moisture entering the inside. A stop was obtained, and the adhesive strength and adhesion to the silicon (Si) substrate were high. However, when the compounding ratio was 30:70, although the sealing interface was not peeled off, water intrusion was observed inside. It is probable that this is because the blending ratio of the lead-free glass composition was too small with respect to the blending ratio of the ceramics, so that good adhesiveness and adhesion could not be obtained. In the sealing structure of the comparative example, peeling from the sealing interface occurred under any of the compounding conditions, and a highly reliable sealing portion could not be obtained.
以上より、実施例の無鉛ガラス組成物を40〜100体積%未満、セラミックスの粒子やガラスビーズを0〜60体積%含む無鉛ガラス複合材料を用いることにより、各種基板を気密に低温封止や低温接着できることが分かった。 Based on the above, by using a lead-free glass composite material containing 40 to less than 100% by volume of the lead-free glass composition of the examples and 0 to 60% by volume of ceramic particles and glass beads, various substrates can be airtightly sealed at low temperature or at low temperature. It turned out that it can be bonded.
本実施例では、無鉛ガラス組成物として、表1に示す実施例A−06、A−12、A−14、A−25、A−33、A−41〜A−43、A−53、A−62及びA−65〜A−69並びに表2に示す比較例B−01の16種類について代表して説明したが、他の実施例の無鉛ガラス組成物に関しても同等の性能を発現できることは言うまでもない。また、無鉛ガラス複合材料やその無鉛ガラスペーストにセラミックスの粒子やガラスビーズを含有する場合には、リン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)、石英ガラス(SiO2)、ホウケイ酸塩ガラス(SiO2−B2O3系)、ソーダライムガラス(Si2−Na2O−CaO系)、β−ユークリプタイト(Li 2O・Al2O3・2SiO2)、コージェライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)、ケイ酸ジルコニウム(ZrSiO4)、アルミナ(Al2O3)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)および酸化ニオブ(Nb2O5)について説明したが、これらに限定されるものではない。
In this example, as the lead-free glass composition, Examples A-06, A-12, A-14, A-25, A-33, A-41-A-43, A-53, A shown in Table 1 are used. Although 16 types of −62 and A-65 to A-69 and Comparative Example B-01 shown in Table 2 have been described as representatives, it goes without saying that the same performance can be exhibited with respect to the lead-free glass compositions of other examples. stomach. When the lead-free glass composite material or its lead-free glass paste contains ceramic particles or glass beads, zirconium tungstate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 ), quartz glass (SiO 2 ). ,
実施例3では、2枚のソーダライムガラス基板と、ガラス複合材料とを用いて、封止構造体の代表例の一つとして作製した真空断熱複層ガラスパネルについて説明する。 In Example 3, a vacuum-insulated double glazing panel manufactured as one of the representative examples of the sealing structure by using two soda lime glass substrates and a glass composite material will be described.
図6Aは、作製した真空断熱複層ガラスパネルを示す概略平面図である。 FIG. 6A is a schematic plan view showing the produced vacuum-insulated double glazing panel.
本図に示すように、真空断熱複層ガラスパネルは、ソーダライムガラス基板10の周縁部に封止部12を有する。複数のスペーサ13が等間隔に二次元的に配置されている。封止部12の内側には、排気穴14が形成されている。排気穴14には、キャップ15が取り付けてある。
As shown in this figure, the vacuum-insulated double glazing panel has a sealing
図6Bは、その封止部近傍のA−A断面を拡大して示したものである。 FIG. 6B is an enlarged view of the AA cross section in the vicinity of the sealing portion.
本図に示すように、真空断熱複層ガラスパネルは、2枚のソーダライムガラス基板10、11の間に封止部12及びスペーサ13を挟み込んだ構造を有している。これにより、空間部16が形成されている。空間部16は、排気穴14から真空ポンプ(図示していない。)を用いて排気を行うことにより、真空状態としている。
As shown in this figure, the vacuum-insulated double glazing panel has a structure in which a sealing
スペーサ13は、ソーダライムガラス基板10、11の間には、真空状態にある空間部16を確保するために設置されている。真空状態を有する空間部16を得るためには、事前にソーダライムガラス基板11に形成しておいた排気穴14より真空ポンプを用いて空間部16の排気を行う。排気後にキャップ15を取り付け、空間部16の真空度を維持する。
The
真空断熱複層ガラスパネルは、建材用窓ガラスや車両用窓ガラスとして適用する場合には、ソーダライムガラス基板10の内面に熱線反射膜17を蒸着法等により形成したものを用いることが望ましい。
When applied as a window glass for building materials or a window glass for vehicles, it is desirable to use a vacuum-insulated double glazing panel in which a heat
封止部12は、実施例の無鉛ガラス複合材料で形成されている。
The sealing
この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等に展開できるものである。封止部12に使用した実施例の無鉛ガラス複合材料は、実施例の無鉛ガラス組成物を含む他に、ソーダライムガラス基板10、11との熱膨張係数の整合をとるため、熱膨張係数が小さいセラミックスの粒子やガラスビーズが混合されている。
This vacuum-insulated double glazing panel can be applied to window glass for building materials, window glass for vehicles, doors of commercial refrigerators and freezers, and the like. The lead-free glass composite material of the example used for the sealing
また、ソーダライムガラス基板10、11は、熱伝導率が低く、更に大型化すると、均一に加熱や冷却しにくいこと、また急熱や急冷により破損するおそれがあることから、封止における加熱や冷却は徐々に行う必要がある。真空断熱複層ガラスパネルを歩留まりよく、効率的に生産するためには、低温度での封止が有効となる。
Further, the soda
(無鉛ガラスペーストの作製)
無鉛ガラス組成物の粒子と、セラミックスの粒子及びガラスビーズと、バインダーと、溶剤とを所定量配合し、混合して無鉛ガラスペーストを作製した。
(Making lead-free glass paste)
A predetermined amount of particles of the lead-free glass composition, ceramic particles and glass beads, a binder, and a solvent were mixed and mixed to prepare a lead-free glass paste.
無鉛ガラス組成物の粒子には、粒径が45μmアンダーのA−24、セラミックスの粒子およびガラスビーズには、平均粒径が約15μmのC−01(リン酸タングステン酸ジルコニウム粒子)および平均粒径が約75μmのC−02(石英ガラスビーズ)を用いた。また、バインダーにはポリプロピレンカーボネート、溶剤にはカルビトールアセテートを用いた。 The particles of the lead-free glass composition have an A-24 particle size under 45 μm, and the ceramic particles and glass beads have an average particle size of about 15 μm C-01 (zincite tungsten phosphate particles) and an average particle size. C-02 (quartz glass beads) having a particle size of about 75 μm was used. In addition, polypropylene carbonate was used as the binder and carbitol acetate was used as the solvent.
無鉛ガラス組成物A−59の粒子、セラミックスの粒子C−01及びガラスビーズC−02の配合割合は、体積%で70:25:5として、その固形分(A−59、C−01及びC−02の合計)の含有量を約80質量%となるように封止用のガラスペーストを作製した。また、スペーサ13の固定用に固形分がA−59の粒子のみのガラスペーストも作製した。
The blending ratio of the particles of the lead-free glass composition A-59, the ceramic particles C-01 and the glass beads C-02 is 70:25: 5 in volume%, and the solid content (A-59, C-01 and C) thereof. A glass paste for sealing was prepared so that the content (total of -02) was about 80% by mass. In addition, a glass paste containing only particles having a solid content of A-59 was also prepared for fixing the
(真空断熱複層ガラスパネルの作製)
本実施例の真空断熱複層ガラスパネルの作製方法について説明する。
(Making a vacuum-insulated double glazing panel)
A method for manufacturing the vacuum-insulated double glazing panel of this embodiment will be described.
図7Aは、図6A及び6Bに示す真空断熱複層ガラスパネルの作製方法の一部を示す概略平面図である。 FIG. 7A is a schematic plan view showing a part of the method for manufacturing the vacuum-insulated double glazing panel shown in FIGS. 6A and 6B.
図7Aにおいては、ソーダライムガラス基板11に封止用ガラスペースト112及び複数のスペーサ13を形成した状態を示している。ソーダライムガラス基板11のサイズは、900×600×3mmである。ソーダライムガラス基板11には、排気穴14が形成されている。
FIG. 7A shows a state in which the sealing
封止用ガラスペースト112は、ソーダライムガラス基板11の外周部にディスペンサー法によって塗布した。スペーサ13は、封止用ガラスペースト112の内側にスペーサ固定用ガラスペーストによって付設した。そして、大気中150℃で乾燥した後に、大気中2〜3℃/分の昇温速度で400℃まで加熱し30分間保持し、仮固定した。
The sealing
図7Bは、図7Aに示すA−A断面を示したものである。 FIG. 7B shows a cross section taken along the line AA shown in FIG. 7A.
図7Bに示すように、仮固定した封止用ガラスペースト112の高さは、仮固定したスペーサ13よりも高くしている。このことが気密に封止する上で重要である。
As shown in FIG. 7B, the height of the temporarily fixed sealing
なお、スペーサ13は、直径500μm、高さ190μmの円柱状ステンレス鋼である。スペーサ13は、ソーダライムガラス基板11の表面に無鉛ガラス組成物A−59で固定した。ソーダライムガラス基板10と、もう1枚のソーダライムガラス基板との間隔、すなわち空間部の厚さを約200μmとするためである。
The
図8Aは、図6A及び6Bに示す真空断熱複層ガラスパネルの作製方法の一部を示す概略平面図である。 FIG. 8A is a schematic plan view showing a part of the method for manufacturing the vacuum insulated double glazing panel shown in FIGS. 6A and 6B.
図8Aにおいては、図6Bの真空断熱複層ガラスパネルを構成するソーダライムガラス基板10を示している。ソーダライムガラス基板10には、熱線反射膜17を形成した。
FIG. 8A shows the soda
図8Bは、図8AのA−A断面図である。 FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 8A.
図8Bに示すとおり、熱線反射膜17は、ソーダライムガラス基板10の片面に形成した。
As shown in FIG. 8B, the heat
図9は、図6A及び6Bに示す真空断熱複層ガラスパネルの作製方法の一部である真空排気封止工程を示したものである。 FIG. 9 shows a vacuum exhaust sealing step which is a part of the method for manufacturing the vacuum insulated double glazing panel shown in FIGS. 6A and 6B.
図9においては、ソーダライムガラス基板10、11を対向させ、位置合わせをし、複数の耐熱クリップ(図示していない。)で固定した。そして、排気穴14から真空排気しながら加熱し、封止した。これにより、ソーダライムガラス基板10が封止用ガラスペースト112に密着し、封止部及び空間部16が形成された。排気穴14には、排気後にキャップ15を取り付け、空間部16の真空度を維持した。
In FIG. 9, the soda
図10は、図9の真空排気封止工程における温度プロファイルを示したものである。 FIG. 10 shows the temperature profile in the vacuum exhaust sealing step of FIG.
図10に示すように、大気中2〜3℃/分の昇温速度で無鉛ガラス組成物の軟化点Ts付近の温度、ここではA−59のTs付近の370℃まで加熱し30分間保持した。この段階で、図9の封止用ガラスペースト112やスペーサ13が押しつぶされ、2枚の風冷強化ソーダライムガラス基板10、11が密着した。その後、パネル内部を真空ポンプで排気しながら2〜3℃/分の昇温速度で無鉛ガラス組成物の軟化点Tsより約20℃高い温度、ここではA−59のTsより20℃高い395℃まで加熱し30分間保持し、封止を行った。
As shown in FIG. 10, the lead-free glass composition is heated to a temperature near the softening point T s , here 370 ° C. near T s of A-59, at a heating rate of 2 to 3 ° C./min in the atmosphere for 30 minutes. Retained. At this stage, the sealing
なお、本実施例では、真空断熱複層ガラスパネルを10枚作製した。 In this example, 10 vacuum-insulated double glazing panels were produced.
(作製した真空断熱複層ガラスパネルの評価結果)
本実施例において作製した真空断熱複層ガラスパネル10枚の外観検査を行った。その結果、ワレやヒビ等は認められず、外観上の問題はなかった。また、パネル内部に設置した複数のスペーサ13によって、ソーダライムガラス基板10、11の間隔は、ほぼ均一の厚さ(約200μm)であった。すなわち、所定の空間部16を有する真空断熱複層ガラスパネルが得られた。
(Evaluation result of the produced vacuum-insulated double glazing panel)
The appearance of 10 vacuum-insulated double glazing panels produced in this example was inspected. As a result, no cracks or cracks were observed, and there was no problem in appearance. Further, the intervals between the soda
さらに、ヘリウムリーク試験より、パネル内部が真空状態となっており、パネル外周部が気密に封止されていることを確認した。また、断熱性も評価し、低い熱貫流率(0.7〜0.9W/m2・K)を達成していることを確認した。 Furthermore, from the helium leak test, it was confirmed that the inside of the panel was in a vacuum state and the outer periphery of the panel was hermetically sealed. The heat insulating property was also evaluated, and it was confirmed that a low thermal transmission rate (0.7 to 0.9 W / m 2 · K) was achieved.
封止部12の信頼性を確認するため、製作した真空断熱複層ガラスパネル3枚のHASTを48時間実施した。3枚のパネルとも内部に水が浸入することなく、パネル内部が真空状態に維持されていることを確認した。また、別の真空断熱複層ガラスパネル3枚について、−50℃〜+100℃の温度サイクル試験を1500回実施した。この試験においても、3枚のパネルとも内部が真空状態に保たれていた。これらのことから、実施例のガラス複合材料やそのガラスペーストを適用した真空断熱複層ガラスパネルでは、断熱性と信頼性の高い封止部が得られることが分った。
In order to confirm the reliability of the sealing
以上より、実施例の無鉛ガラス組成物を含む無鉛ガラス複合材料やその無鉛ガラスペーストが真空断熱複層ガラスパネルの封止部に有効に適用でき、断熱性と信頼性がともに優れる封止構造体を提供できることが確認された。 Based on the above, the lead-free glass composite material containing the lead-free glass composition of Examples and the lead-free glass paste thereof can be effectively applied to the sealing portion of the vacuum-insulated double glazing panel, and the sealing structure is excellent in both heat insulating properties and reliability. It was confirmed that we can provide.
本実施例では、封止構造体の代表例の一つとして2枚のホウケイ酸ガラス基板の間に有機発光ダイオード(OLED)が多数内蔵されたディスプレイを作製した。 In this embodiment, as one of the representative examples of the sealing structure, a display in which a large number of organic light emitting diodes (OLEDs) are built in between two borosilicate glass substrates was produced.
図11Aは、OLEDディスプレイの例を示したものである。 FIG. 11A shows an example of an OLED display.
本図に示すように、OLEDディスプレイを構成するホウケイ酸ガラス基板18の外周部には、実施例の無鉛ガラス複合材料を含む封止部12が形成されている。封止部12の内側には、有機発光ダイオード20が設けられている。
As shown in this figure, a sealing
図11Bは、図11AのA−A断面を示したものである。 FIG. 11B shows a cross section taken along the line AA of FIG. 11A.
図11Bに示すように、2枚のホウケイ酸ガラス基板18、19の間には、封止部12及び有機発光ダイオード20が形成されている。
As shown in FIG. 11B, a sealing
(無鉛ガラスペーストの作製)
実施例の無鉛ガラス組成物の粒子と、セラミックスの粒子と、バインダーと、溶剤とを所定量配合し、混合して、ガラスペーストを作製した。
(Making lead-free glass paste)
A predetermined amount of particles of the lead-free glass composition of Examples, particles of ceramics, a binder, and a solvent were mixed and mixed to prepare a glass paste.
無鉛ガラス組成物の粒子には、平均粒径が約2μm程度のA−31、セラミックスの粒子には、平均粒径が約3μm程度のC−01(リン酸タングステン酸ジルコニウム粒子)を用いた。また、バインダーにはポリプロピレンカーボネート、溶剤にはカルビトールアセテートを使用した。セラミックスの粒子C−01には、赤色半導体レーザを効率的に吸収して発熱しやすいように、その粒子中にタングステン酸鉄(FeWO4)を混合した。A−31とC−01との配合割合は、体積%で50:50とし、その固形分(A−31及びC−01の合計)の含有量が約80質量%となるように低温封止用無鉛ガラスペーストを作製した。 A-31 having an average particle size of about 2 μm was used for the particles of the lead-free glass composition, and C-01 (zirconium tungate phosphate particles) having an average particle size of about 3 μm was used for the ceramic particles. In addition, polypropylene carbonate was used as the binder and carbitol acetate was used as the solvent. Iron tungstate (FeWO 4 ) was mixed in the ceramic particles C-01 so that the red semiconductor laser could be efficiently absorbed and heat was easily generated. The mixing ratio of A-31 and C-01 is 50:50 by volume, and low-temperature sealing is performed so that the content of the solid content (total of A-31 and C-01) is about 80% by mass. A lead-free glass paste for use was prepared.
(OLEDディスプレイの作製)
本実施例のOLEDディスプレイの作製方法を図12A〜14に示す。
(Manufacturing of OLED display)
The manufacturing method of the OLED display of this example is shown in FIGS. 12A-14.
図12Aは、OLEDディスプレイの一方の基板を示したものである。 FIG. 12A shows one substrate of the OLED display.
本図に示すように、無鉛ガラスペーストをホウケイ酸ガラス基板18の外周部にスクリーン印刷法によって塗布した。そして、これを大気中150℃で乾燥し、大気中5℃/分の昇温速度で400℃まで加熱し30分間保持した。これにより、封止用ガラスペースト112をホウケイ酸ガラス基板18の外周部に形成した。
As shown in this figure, a lead-free glass paste was applied to the outer peripheral portion of the
図12Bは、図12AのA−A断面図である。 FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 12A.
封止用ガラスペースト112は、線幅を約2mm、焼成膜厚を約15μmとなるようにした。
The sealing
図13Aは、OLEDディスプレイのもう一方の基板を示したものである。 FIG. 13A shows the other substrate of the OLED display.
図13Bは、図13AのA−A断面図である。 FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 13A.
これらの図に示すように、ホウケイ酸ガラス基板19には、有機発光ダイオード20を形成した。有機発光ダイオード20は、図示していないが、画素数に対応する多数の素子の集合体である。
As shown in these figures, the organic
図14は、有機発光ダイオードの作製方法の一部である封止工程を示したものである。 FIG. 14 shows a sealing process that is a part of a method for manufacturing an organic light emitting diode.
本図に示すように、封止用ガラスペースト112を形成したホウケイ酸ガラス基板18と、有機発光ダイオード20を形成したホウケイ酸ガラス基板19とを対向させて配置し、真空中でホウケイ酸ガラス基板18の外側から封止用ガラスペースト112に向けてレーザ21を照射した。レーザ21には、レーザ波長が実施例の無鉛ガラス複合材料中の無鉛ガラス組成物と低熱膨張セラミックスの粒子に効率的に吸収されて発熱するように、805nmの波長の赤色半導体レーザを用いた。
As shown in this figure, the
レーザ21は、10mm/秒の速度で外周部を移動し、ホウケイ酸ガラス基板18、19の外周部を封止用ガラスペースト112によって接合し、OLEDディスプレイを作製した。
The
なお、本実施例では、OLEDディスプレイを5枚作製した。封止にレーザを使用した理由は、OLEDへの熱的ダメージを防止するためである。 In this example, five OLED displays were produced. The reason for using the laser for sealing is to prevent thermal damage to the OLED.
(作製したOLEDディスプレイの評価結果)
先ずは、作製したOLEDディスプレイの点灯試験を行った。その結果、問題なく、点灯することを確認した。また、封止部の密着性や接着性も良好であった。
(Evaluation result of the manufactured OLED display)
First, a lighting test of the produced OLED display was performed. As a result, it was confirmed that the light was turned on without any problem. In addition, the adhesion and adhesiveness of the sealing portion were also good.
次に、このOLEDディスプレイのHASTを48時間実施し、同様に点灯試験を行った。比較として樹脂のみで封止したOLEDディスプレイも入れた。なお、この樹脂封止の線幅は約5mm、厚さは約15μmとした。 Next, HAST of this OLED display was carried out for 48 hours, and a lighting test was carried out in the same manner. For comparison, an OLED display sealed only with resin was also included. The line width of this resin seal was about 5 mm, and the thickness was about 15 μm.
樹脂封止したOLEDディスプレイでは、大きな劣化が発生した。これは、樹脂封止部よりOLEDディスプレイ内部に水分や酸素が入り、OLEDが劣化したためである。 The resin-sealed OLED display suffered significant deterioration. This is because moisture and oxygen enter the inside of the OLED display from the resin sealing portion, and the OLED deteriorates.
一方、実施例のOLEDディスプレイは、劣化が認められず、良好な試験結果となった。これは、良好な気密性が維持されていることが示唆された結果である。さらに、HAST後の封止部の密着性や接着性も評価した結果、樹脂で封止したような大きな低下は認められず、試験前とほぼ同等であった。 On the other hand, the OLED display of the example did not show any deterioration, and good test results were obtained. This is a result suggesting that good airtightness is maintained. Furthermore, as a result of evaluating the adhesion and adhesiveness of the sealed portion after HAST, no significant decrease as in the case of sealing with resin was observed, which was almost the same as before the test.
以上より、実施例の無鉛ガラス組成物を含む無鉛ガラス複合材料やその無鉛ガラスペーストがOLEDの封止部に有効に適用でき、信頼性を含む高機能化に優れる封止構造体を提供できることが確認された。 From the above, it is possible to effectively apply the lead-free glass composite material containing the lead-free glass composition of Examples and the lead-free glass paste thereof to the sealing portion of the OLED, and to provide a sealing structure excellent in high functionality including reliability. confirmed.
本実施例では、封止構造体の代表例の一つとして水晶振動子のパッケージを作製した。 In this example, a crystal oscillator package was produced as one of the representative examples of the sealed structure.
(無鉛ガラスペーストの作製)
無鉛ガラス組成物の粒子と、セラミックスの粒子と、バインダーと、溶剤とを配合し、混合して、封止部を形成するための無鉛ガラスペーストを作製した。無鉛ガラス組成物の粒子には平均粒径が約3μm程度のA−36、セラミックスの粒子には表8に示す平均粒径が約15μm程度のC−01(リン酸タングステン酸ジルコニウム粒子)、バインダーにはポリプロピレンカーボネート、溶剤にはカルビトールアセテートを用いた。A−36とC−01との配合割合は、体積%で70:30とし、その固形分(A−36とC−01との合計)の含有量が約80質量%となるように、無鉛ガラスペーストを作製した。
(Making lead-free glass paste)
The particles of the lead-free glass composition, the particles of the ceramics, the binder, and the solvent were mixed and mixed to prepare a lead-free glass paste for forming a sealing portion. The particles of the lead-free glass composition are A-36 having an average particle size of about 3 μm, and the ceramic particles are C-01 (zirconium tungate phosphate particles) having an average particle size of about 15 μm as shown in Table 8, and a binder. Polypropylene carbonate was used as the solvent, and carbitol acetate was used as the solvent. The mixing ratio of A-36 and C-01 is 70:30 by volume, and the content of the solid content (total of A-36 and C-01) is about 80% by mass, so that it is lead-free. A glass paste was prepared.
(水晶振動子パッケージの作製)
図15は、作製した水晶振動子パッケージの断面を示したものである。
(Making a crystal oscillator package)
FIG. 15 shows a cross section of the manufactured crystal oscillator package.
本図において、水晶振動子パッケージは、配線22を有するセラミックス基板23の表面に導電性接合部24を介して設置された水晶振動子25を有する。配線22と導電性接合部24とは、電気的に接続されている。これにより、水晶振動子25は、外部と電気的に接続されている。セラミックスキャップ26は、水晶振動子25を保護するためのものであり、封止部12によってセラミックス基板23の外周部に気密に接着されている。
In this figure, the crystal oscillator package has a
本実施例では、封止部12には、実施例の無鉛ガラスペーストを用いた。セラミックス基板23及びセラミックスキャップ26には、アルミナ(α−Al2O3)製のものを用いた。
In this example, the lead-free glass paste of the example was used for the sealing
水晶振動子パッケージの作製方法を説明する。 A method for manufacturing a crystal oscillator package will be described.
図16は、水晶振動子パッケージの作製方法を示したものである。 FIG. 16 shows a method for manufacturing a crystal unit package.
先ずは、配線22を形成したセラミックス基板23を作製する(A)。つぎに、配線22上に導電性接合部24を形成する(B)。その導電性接合部24に水晶振動子25を配置し、真空中で加熱することによって水晶振動子25と導電性接合部24とを電気的に接続する(C)。
First, the
一方で、セラミックスキャップ26を用意する(D)。そして、セラミックスキャップ26の外周部に無鉛ガラス組成物の粒子とセラミックスの粒子を含む無鉛ガラスペーストを塗布し、乾燥し、それを大気中で加熱し、その無鉛ガラス複合材料中の無鉛ガラス組成物を軟化流動させることによって封止用ガラスペースト112を形成する(E)。
On the other hand, the
本実施例では、無鉛ガラスペーストをスクリーン印刷法によって塗布し、大気中において約150℃で乾燥した。これを大気中10℃/分の昇温速度で370℃まで加熱し30分間保持し、封止用ガラスペースト112をセラミックスキャップ26の外周部に形成した。
In this example, the lead-free glass paste was applied by a screen printing method and dried in the air at about 150 ° C. This was heated to 370 ° C. in the air at a heating rate of 10 ° C./min and held for 30 minutes to form a sealing
工程Cにおいて作製した水晶振動子25及び導電性接合部24を有するセラミックス基板23と、封止用ガラスペースト112を有するセラミックスキャップ26(E)と、を合わせ、不活性ガス雰囲気又は真空中にて加熱するとともに、若干の荷重27をかけることによって、封止用ガラスペースト112中の無鉛ガラス組成物を再度軟化流動させる(F)。
The
これにより、図16に示す水晶振動子パッケージが得られる。 As a result, the crystal unit package shown in FIG. 16 is obtained.
なお、工程Fにおける加熱の際には、導電性接合部24が水晶振動子25や配線22から剥離しないように注意しなければならない。そのためには、封止用ガラスペースト112中の無鉛ガラス組成物の軟化点Tsを極力低くすることが有効である。
At the time of heating in the step F, care must be taken so that the conductive
本実施例では、封止用ガラスペースト112を形成したセラミックスキャップ26を工程Fに示すように水晶振動子25を接続したセラミックス基板23に合わせ、専用の固定ジグに設置し、荷重をかけた。これを真空中10℃/分の昇温速度で370℃まで加熱し15分間保持し、セラミックスキャップ26とセラミックス基板23との間に形成される空間を封止した。
In this embodiment, the
なお、本実施例では、その水晶振動子パッケージを24個作製した。 In this example, 24 crystal oscillator packages were produced.
(作製した水晶振動子パッケージの評価結果)
先ずは、本実施例において作製した水晶振動子パッケージ18個の外観検査を実体顕微鏡にて行った。その結果、封止時におけるセラミックスキャップ26のズレはほとんどなく、また封止部12には結晶化による失透、ワレやヒビ等も観察されず、外観上の問題は認められなかった。
(Evaluation result of the manufactured crystal unit package)
First, a visual inspection of 18 crystal oscillator packages produced in this example was performed with a stereomicroscope. As a result, there was almost no deviation of the
次に、封止したセラミックスキャップ26の内部の導電性接合部24が水晶振動子25や配線22に電気的に接続されているかどうかについて、セラミックス基板23の外側の配線22からの導通試験によって、作製したすべての水晶振動子パッケージにおいて水晶振動子が作動することを確認した。また、作製した水晶振動子パッケージ5個において、ヘリウムリーク試験を実施し、パッケージ内部が真空状態となっており、封止部12によって外周部が気密に封止されていることを確認した。
Next, whether or not the conductive
封止部12の信頼性を確認するため、作製した水晶振動子パッケージ5個についてHASTを48時間実施した。その後、ヘリウムリーク試験を行い、HASTを実施した水晶振動子パッケージすべてにおいて、封止部12の気密性及び密着性が保たれていることを確認した。
In order to confirm the reliability of the sealing
以上より、実施例の無鉛ガラス組成物とセラミックスの粒子を含む無鉛ガラス複合材料やその無鉛ガラスペーストを封止部へ適用することによって、環境負荷が小さく、かつ、信頼性の高い水晶振動子パッケージが得られることがわかった。 Based on the above, by applying the lead-free glass composite material containing the lead-free glass composition of Examples and the particles of ceramics and the lead-free glass paste thereof to the sealing portion, a crystal oscillator package having a small environmental load and high reliability. Was found to be obtained.
上述のとおり、封止構造体の代表例として、真空断熱複層ガラスパネル、OLEDディスプレイ及び水晶振動子パッケージについて説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、様々な封止構造体に適用可能である。 As described above, the vacuum insulated double glazing panel, the OLED display, and the crystal oscillator package have been described as typical examples of the sealing structure, but the present invention is not limited thereto, and various sealing structures are used. Applicable to.
1、2:ガラス基板、3:無鉛ガラス組成物、4:低熱膨張セラミックス粒子、5:ガラス複合材料、6:スペーサ、7:内部空間、8:ガラス複合材料ペースト、9:耐熱クリップ、10、11:ソーダライムガラス基板、12:封止部、13:スペーサ、14:排気穴、15:キャップ、16:空間部、17:熱線反射膜、18、19:ホウケイ酸ガラス基板、20:有機発光ダイオード、21:レーザ、22:配線、23:セラミックス基板、24:導電性接合部、25:水晶振動子、26:セラミックスキャップ、27:荷重。 1, 2: Glass substrate, 3: Lead-free glass composition, 4: Low thermal expansion ceramic particles, 5: Glass composite material, 6: Spacer, 7: Internal space, 8: Glass composite material paste, 9: Heat-resistant clip, 10, 11: Soda lime glass substrate, 12: Sealing part, 13: Spacer, 14: Exhaust hole, 15: Cap, 16: Space part, 17: Heat ray reflecting film, 18, 19: Borosilicate glass substrate, 20: Organic light emission Diode, 21: Laser, 22: Wiring, 23: Ceramic substrate, 24: Conductive junction, 25: Crystal transducer, 26: Ceramic cap, 27: Load.
Claims (13)
酸化物換算で、次の3つの関係式(1)〜(3)を満たす、無鉛低融点ガラス組成物。
[V 2 O 5 ]+[TeO 2 ]+[Fe 2 O 3 ]+[P 2 O 5 ]+[Li 2 O]≧90 …(1)
[V 2 O 5 ]≧[TeO 2 ]>[Fe 2 O 3 ]≧[P 2 O 5 ]≧[Li 2 O] …(2)
[TeO2]≧[Fe2O3]+[P2O5]+[Li2O]≧1/2[V2O5] …(3)
(式中、[X]は成分Xの含有量を表し、その単位は「モル%」である。以下同じ。) Contains vanadium oxide, tellurium oxide, iron oxide, phosphorus oxide and lithium oxide,
A lead-free low melting point glass composition that satisfies the following three relational expressions (1) to (3) in terms of oxide.
[V 2 O 5 ] + [Te O 2 ] + [Fe 2 O 3 ] + [P 2 O 5 ] + [Li 2 O] ≧ 90… (1)
[V 2 O 5 ] ≧ [Te O 2 ] > [Fe 2 O 3 ] ≧ [P 2 O 5 ] ≧ [Li 2 O]… (2)
[TeO 2 ] ≧ [Fe 2 O 3 ] + [P 2 O 5 ] + [Li 2 O] ≧ 1/2 [V 2 O 5 ]… (3)
(In the formula, [X] represents the content of component X, and its unit is "mol%". The same shall apply hereinafter.)
酸化物換算で、次の4つの関係式(1)、(2)、(4)及び(5)を満たす、無鉛低融点ガラス組成物。
[V 2 O 5 ]+[TeO 2 ]+[Fe 2 O 3 ]+[P 2 O 5 ]+[Li 2 O]≧90 …(1)
[V 2 O 5 ]≧[TeO 2 ]>[Fe 2 O 3 ]≧[P 2 O 5 ]≧[Li 2 O] …(2)
30≦[TeO2]≦40 …(4)
0.1≦[Li2O]≦10 …(5) Contains vanadium oxide, tellurium oxide, iron oxide, phosphorus oxide and lithium oxide,
A lead-free low melting point glass composition satisfying the following four relational expressions (1), (2), (4) and (5) in terms of oxide.
[V 2 O 5 ] + [Te O 2 ] + [Fe 2 O 3 ] + [P 2 O 5 ] + [Li 2 O] ≧ 90… (1)
[V 2 O 5 ] ≧ [Te O 2 ] > [Fe 2 O 3 ] ≧ [P 2 O 5 ] ≧ [Li 2 O]… (2)
30 ≤ [TeO 2 ] ≤ 40 ... (4)
0.1 ≤ [Li 2 O] ≤ 10 ... (5)
酸化物換算で、次の5つの関係式(1)、(2)及び(6)〜(8)を満たす、無鉛低融点ガラス組成物。
[V 2 O 5 ]+[TeO 2 ]+[Fe 2 O 3 ]+[P 2 O 5 ]+[Li 2 O]≧90 …(1)
[V 2 O 5 ]≧[TeO 2 ]>[Fe 2 O 3 ]≧[P 2 O 5 ]≧[Li 2 O] …(2)
33≦[V2O5]≦42 …(6)
7≦[Fe2O3]≦16 …(7)
6≦[P2O5]≦15 …(8) Contains vanadium oxide, tellurium oxide, iron oxide, phosphorus oxide and lithium oxide,
A lead-free low melting point glass composition satisfying the following five relational expressions (1), (2) and (6) to (8) in terms of oxide.
[V 2 O 5 ] + [Te O 2 ] + [Fe 2 O 3 ] + [P 2 O 5 ] + [Li 2 O] ≧ 90… (1)
[V 2 O 5 ] ≧ [Te O 2 ] > [Fe 2 O 3 ] ≧ [P 2 O 5 ] ≧ [Li 2 O]… (2)
33 ≤ [V 2 O 5 ] ≤ 42… (6)
7 ≤ [Fe 2 O 3 ] ≤ 16… (7)
6 ≤ [P 2 O 5 ] ≤ 15… (8)
次の関係式(9)を満たす、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の無鉛低融点ガラス組成物。
[Ln2O]+[RnO]+[ZnO]+[MoO3]+[WO3]≦10 …(9)
(式中、Ln:Li以外のアルカリ金属元素、Rn:アルカリ土類金属元素) It further contains any one or more of alkali metal oxides other than lithium oxide, alkaline earth metal oxides, zinc oxide, molybdenum oxide and tungsten oxide.
The lead-free low melting point glass composition according to any one of claims 1 to 3 , which satisfies the following relational expression (9).
[Ln 2 O] + [RnO] + [ZnO] + [MoO 3 ] + [WO 3 ] ≤ 10… (9)
(In the formula, Ln: alkali metal element other than Li, Rn: alkaline earth metal element)
示差熱分析による第二吸熱ピーク温度は、400℃以下である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の無鉛低融点ガラス組成物。 The density is 3.6 g / cm 3 or more and 4.0 g / cm 3 or less.
The lead-free low melting point glass composition according to any one of claims 1 to 4 , wherein the second endothermic peak temperature by differential thermal analysis is 400 ° C. or lower.
セラミックスの粒子又はガラスビーズと、を含む、無鉛ガラス複合材料。 The lead-free low melting point glass composition according to any one of claims 1 to 5.
Lead-free glass composites, including ceramic particles or glass beads.
前記セラミックスの含有量は、0体積%超60体積%以下である、請求項6記載の無鉛ガラス複合材料。 The content of the lead-free low melting point glass composition is 40% by volume or more and less than 100% by volume.
The lead-free glass composite material according to claim 6 , wherein the content of the ceramics is more than 0% by volume and 60% by volume or less.
前記セラミックスの含有量は、30体積%以上60体積%以下である、請求項6乃至8のいずれか一項に記載の無鉛ガラス複合材料。 The ceramics contain any one or more of zirconium tungate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 ) and quartz glass (SiO 2).
The lead-free glass composite material according to any one of claims 6 to 8 , wherein the content of the ceramics is 30% by volume or more and 60% by volume or less.
前記溶剤は、ジヒドロターピネート又はカルビトールアセテートを含む、請求項10記載の無鉛ガラスペースト。 The binder contains polypropylene carbonate and contains
The lead-free glass paste according to claim 10 , wherein the solvent contains dihydrotermineto or carbitol acetate.
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