JP2017165610A - Lead free low melting point composition, encapsulation material, and encapsulation method - Google Patents

Lead free low melting point composition, encapsulation material, and encapsulation method Download PDF

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拓朗 池田
Takuro Ikeda
拓朗 池田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lead free low melting point composition which exhibits no flowability in a temperature range of 225°C or less and can encapsulate a target in a temperature range of no more than 300°C.SOLUTION: There is provided a low melting point composition containing Ag, P, I and O as essential constitutional elements, having a percentage of a compound, where the composition is represented as an aggregate of various compounds represents by the formula MQwith cation and anion bound, where M is cation with valency of m and Q is anion with valency of q, and all anions other than oxide ion (O) bind to Ag ion satisfying the following condition:AgI:20 to 85 mol%, AgO:15 to 50 mol%, PO:4 to 18 mol%, ΣAgQ:80 to 96 mol%, ΣMO:15 to 70 mol%, and (ΣMO-AgO)/AgO:0.3 to 0.65 (mol/mol) and containing practically no PbO, AgF nor AgCl.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は,無機組成物の分野に関し,より具体的には,無鉛低融点組成物,該組成物を含んでなる無鉛低融点封止材,及びこれを用いた封止方法に関する。   The present invention relates to the field of inorganic compositions, and more specifically to a lead-free low melting point composition, a lead-free low melting point sealing material comprising the composition, and a sealing method using the same.

種々の低融点組成物が電気・電子機器業界において様々な用途で用いられている。例えば,水晶振動子,LED素子のような電気・電子部品の封止において,低融点のAu−Sn合金はんだペーストや封止用ガラスフリットが,これをそれらの部品に塗布し焼成するという方法により用いられている。   Various low melting point compositions are used in various applications in the electrical and electronic equipment industry. For example, in the sealing of electrical / electronic parts such as crystal resonators and LED elements, a low melting point Au—Sn alloy solder paste or glass frit for sealing is applied to these parts and fired. It is used.

上記Au−Sn合金(特許文献1)は以前より用いられてきた材料であり信頼性があるが,金を成分に含むことから非常に高価である。   The Au-Sn alloy (Patent Document 1) is a material that has been used for a long time and is reliable, but it is very expensive because it contains gold as a component.

このため,封止材の調製にPbO系やV系の低融点ガラスを用いることが知られている。例えば,特許文献2には400℃未満の温度で封止可能なPbO系ガラスが開示されており,特許文献3には350℃以下で焼成可能なV系ガラスが開示されている。 For this reason, it is known to use a PbO-based or V 2 O 5 -based low melting glass for the preparation of the sealing material. For example, PbO-based glass that can be sealed at a temperature of less than 400 ° C. is disclosed in Patent Document 2, and V 2 O 5 glass that can be fired at 350 ° C. or less is disclosed in Patent Document 3.

他方,酸化銀及び/又はハロゲン化銀と他の金属(Pb,Vであってよい)の酸化物を含んでなる,300〜330℃で使用できる封止材料も知られている(特許文献4)。   On the other hand, a sealing material that can be used at 300 to 330 ° C., which contains an oxide of silver oxide and / or silver halide and another metal (which may be Pb or V) is also known (Patent Document 4). ).

更に,酸化銀,五酸化燐及びヨウ化銀を含んでなる封止材料も知られている(特許文献5,6)。   Furthermore, a sealing material containing silver oxide, phosphorus pentoxide and silver iodide is also known (Patent Documents 5 and 6).

このような状況において,近年,電気・電子材料の回路構成等の益々の微細化が進むのに伴い,鉛フリーはんだ(Sn−Ag−Cu,融点217〜219℃)を用いるリフロー方式のはんだ付けに使用することが可能な,低融点と耐熱性とを両立した無鉛の封止材が求められるようになっているが,その要請には未だ十分に応えられていない。   Under such circumstances, reflow soldering using lead-free solder (Sn—Ag—Cu, melting point 217 to 219 ° C.) as the circuit configuration of electric / electronic materials is increasingly miniaturized in recent years. Lead-free encapsulants that are compatible with both low melting point and heat resistance have been demanded, but the demand has not been fully met.

特開平9−122969号公報JP-A-9-122969 特開昭61−261233号公報JP-A-61-261233 特開2013−32255号公報JP 2013-32255 A 特開平5−147974号公報JP-A-5-147974 特開2000−183560号公報JP 2000-183560 A 特開2001−328837号公報JP 2001-328837 A

本発明の目的は,無機酸化物又は金属からなる表面を有する封止対象に適用し大気中において加熱するとき,225℃以下の温度領域では流動性を示さないが,300℃を超えない温度領域で良好に流動させて広げることができ,その後冷却させ固化させることにより,封止対象の表面に緊密に接着(密着)した状態となってこれを封止できる無鉛の低融点組成物,そのような低融点組成物を含む封止材,及びこれを用いた封止方法を提供することである。   The object of the present invention is to apply to a sealing object having a surface made of an inorganic oxide or a metal, and when heated in the atmosphere, it does not exhibit fluidity in a temperature range of 225 ° C. or lower, but does not exceed 300 ° C. Lead-free low melting point composition that can be spread and flowed well, and then cooled and solidified so that it can be tightly adhered (adhered) to the surface of the object to be sealed and sealed It is providing the sealing material containing a low melting-point composition, and the sealing method using the same.

本発明者は,Ag,P,O及びIを所定範囲内の割合で含有する組成物が,300℃を超えない低い融点を有しながら,225℃においては流動せず,上記目的に適うことを見出した。本発明は,この知見に基づき更に検討を加えて完成させたものである。すなわち,本発明は以下を提供する。   The present inventor believes that a composition containing Ag, P, O, and I in a proportion within a predetermined range does not flow at 225 ° C. while having a low melting point not exceeding 300 ° C., and meets the above purpose. I found. The present invention has been completed by further studies based on this finding. That is, the present invention provides the following.

1.Ag,P,I,及びOを必須の構成要素として含んでなる低融点組成物であって,カチオンとアニオンとが結合してなる,式MQm/q〔式中,Mは価数mのカチオン,Qは価数qのアニオンを表す。〕で示される種々の化合物の集合体として,且つ酸化物イオン(O2−)以外のアニオンは全てAgイオンと結合しているものとして表したとき,それらの化合物が占める割合が次の条件:
AgI ・・・・・ 20〜85モル%,
AgO1/2 ・・・ 15〜50モル%,
PO5/2 ・・・・ 4〜18モル%,
ΣAgQ1/q ・・ 80〜96モル%,
ΣMOm/2 ・・・ 15〜70モル%,及び
(ΣMOm/2−AgO1/2)/AgO1/2 ・・・ 0.3〜0.65(モル/モル)
を満たし,且つ
PbO,AgF及びAgClを実質的に含まないものである,
低融点組成物。
2.アルカリ金属酸化物を実質的に含まないものである,上記1の低融点組成物。
3.上記1又は2の無鉛低融点組成物を含んでなる低融点封止材。
4.封止対象の封止方法であって,封止対象を準備するステップと,封止対象の表面に上記3の無鉛低融点封止材を適用するステップと,該低融点封止材を加熱により流動させ次いで放冷して固化させるステップとを含んでなる,封止方法。
5.該加熱を,酸素を含んだ雰囲気下で行うものである,上記4の封止方法。
6.該低融点封止材が適用される該封止対象の表面が,金属又は無機酸化物で構成されているものである,請求項4又は5の封止方法。
1. A low-melting-point composition comprising Ag, P, I, and O as essential components, wherein a cation and an anion are bonded to each other, a formula MQ m / q [wherein M is a valence m Cation and Q represent an anion having a valence of q. When the anion other than the oxide ion (O 2− ) is all bound to the Ag ion, the proportion of these compounds is as follows:
AgI: 20-85 mol%,
AgO 1/2 ... 15-50 mol%,
PO 5/2 ... 4-18 mol%,
ΣAgQ 1 / q ·· 80-96 mol%,
ΣMO m / 2 ... 15 to 70 mol%, and (ΣMO m / 2 −AgO 1/2 ) / AgO 1/2 ... 0.3 to 0.65 (mol / mol)
And substantially free of PbO, AgF and AgCl.
Low melting point composition.
2. The low-melting-point composition according to 1 above, which is substantially free of alkali metal oxides.
3. A low-melting-point sealing material comprising the lead-free low-melting composition according to 1 or 2 above.
4). A sealing method for a sealing target, comprising: preparing a sealing target; applying the lead-free low melting point sealing material of 3 above to the surface of the sealing target; and heating the low melting point sealing material by heating Fluidizing and then allowing to cool and solidify.
5. 4. The sealing method according to 4 above, wherein the heating is performed in an atmosphere containing oxygen.
6). The sealing method according to claim 4 or 5, wherein the surface to be sealed to which the low-melting-point sealing material is applied is composed of a metal or an inorganic oxide.

本発明の上記1の低融点組成物は,これを含んでなる低融点封止材を封止対象の表面に適用し,大気中で300℃を超えない幅広い温度領域,例えば,好ましくは230〜300℃,より好ましくは250〜300℃,更に好ましくは250〜275℃で加熱により流動させて適宜広げた後,冷却させ固化させることで,封止対象の無機酸化物や金属からなる表面に密着性の良好な封止を達成することができる。しかも当該低融点封止材は,225℃以下では流動せず,好ましくは軟化もしないから,これにより封止された電気・電子部品に対して鉛フリーはんだ(Sn−Ag−Cu,融点217〜219℃)を用いたリフローはんだ付けが行われることを許容する。   The low melting point composition according to 1 of the present invention is obtained by applying a low melting point sealing material containing the composition to the surface to be sealed, in a wide temperature range not exceeding 300 ° C. in the atmosphere, for example, preferably 230 to 300 ° C, more preferably 250 to 300 ° C, and even more preferably 250 to 275 ° C, by heating and spreading appropriately, then cooling and solidifying to adhere to the surface made of inorganic oxide or metal to be sealed Sealing with good properties can be achieved. Moreover, since the low melting point sealing material does not flow at 225 ° C. or lower, and preferably does not soften, lead-free solder (Sn—Ag—Cu, melting point 217˜ Reflow soldering using 219 ° C.) is allowed.

本明細書において,「低融点」の語は,融点が300℃を超えないことを意味し,より好ましくは融点が250〜300℃の範囲,更に好ましくは250〜275℃の範囲にあることを意味する。   In the present specification, the term “low melting point” means that the melting point does not exceed 300 ° C., more preferably the melting point is in the range of 250 to 300 ° C., more preferably in the range of 250 to 275 ° C. means.

本願発明の組成物をその成分とそれらの量的関係によって規定するにあたり,便宜上,当該組成物をその製造原料由来のカチオンとアニオンとが結合してなる,式MQm/q〔式中,Mは価数mのカチオン,Qは価数qのアニオンを表す。〕で示される種々の化合物の集合体であると見做し,且つ酸化物イオン(O2−)以外のアニオンは全てAgイオンと結合しているものと見做す。なお,それらの化合物が満たす上記の量的条件の下では,〔Agイオンのモル数〕>〔酸化物以外の各アニオンのモル数×価数の合計〕という関係が成り立つ。 In defining the composition of the present invention by its components and their quantitative relationship, for convenience, the composition is formed by combining a cation and an anion derived from the raw material for production, with the formula MQ m / q [wherein M Represents a cation having a valence of m, and Q represents an anion having a valence of q. And anions other than oxide ions (O 2− ) are all considered to be bonded to Ag ions. Note that, under the above quantitative conditions satisfied by these compounds, a relationship of [number of moles of Ag ions]> [number of moles of each anion other than oxide × total number of valences] is established.

本発明の低融点組成物は,300℃を超えない温度,例えば好ましくは230〜300℃,より好ましくは250〜300℃,更に好ましくは250〜275℃の範囲で,良好なフロー性(流れて広がり易いという性質)を有している。従って,当該組成物を,例えば粒子(例えば,粉末やペースト)の形で,無機酸化物又は金属からなる表面を有する封止対象に適用し,上記の温度に加熱することで流動させて封止対象の表面に広げ,次いで冷却して固化させることにより,封止対象の表面に強く密着した状態となってこれを封止することができる。   The low melting point composition of the present invention has a good flowability (flowing) at a temperature not exceeding 300 ° C., for example, preferably in the range of 230 to 300 ° C., more preferably 250 to 300 ° C., and further preferably 250 to 275 ° C. It has the property of being easy to spread). Therefore, the composition is applied to a sealing object having a surface made of an inorganic oxide or a metal, for example, in the form of particles (for example, powder or paste), and heated to the above temperature to be sealed. By spreading on the surface of the object and then cooling and solidifying it, it can be sealed tightly to the surface of the object to be sealed.

本発明の組成物において,AgIは,必須の成分であり,組成物の液相線温度を低下させる効果及びガラス相を形成させる効果がある。これらの効果の利用のため,AgIの含有量は,好ましくは20〜85モル%,より好ましくは23〜82モル%,更に好ましくは40〜80モル%である。   In the composition of the present invention, AgI is an essential component and has the effect of lowering the liquidus temperature of the composition and the effect of forming a glass phase. In order to utilize these effects, the content of AgI is preferably 20 to 85 mol%, more preferably 23 to 82 mol%, still more preferably 40 to 80 mol%.

AgO1/2も,本発明の組成物の必須の成分である。AgO1/2は,Ag以外のカチオンMm+(主としてP5+)へ酸化物イオン(O2−)を供給し,Mm+の配位数やMO (2n−m)−配位多面体の連結の数を変化させることにより,組成物の液相やガラス相を形成させる効果,及び酸化物との密着性を高める効果を生じさせる。これらの効果の利用のため,AgO1/2の含有量は,好ましくは10〜55モル%,より好ましくは13〜52モル%,更に好ましくは15〜45モル%である。 AgO 1/2 is also an essential component of the composition of the present invention. AgO 1/2 supplies oxide ions (O 2− ) to cations M m + (mainly P 5+ ) other than Ag + , and the coordination number of M m + and MO n (2n−m) − coordination polyhedron By changing the number of connections, an effect of forming a liquid phase or a glass phase of the composition and an effect of improving the adhesion with the oxide are produced. In order to utilize these effects, the content of AgO 1/2 is preferably 10 to 55 mol%, more preferably 13 to 52 mol%, and still more preferably 15 to 45 mol%.

PO5/2も,本発明の組成物の必須の成分であり,組成物の液相線温度を低下させる効果やガラス相を形成させる効果,及び無機酸化物との密着性を高める効果を有する。これらの効果の利用のため,PO5/2の含有量は,好ましくは4〜18モル%,より好ましくは4.5〜17モル%である。更に,225℃では軟化しないことを可能にするためのより好ましい上限は12.5モル%である。 PO 5/2 is also an essential component of the composition of the present invention, and has the effect of lowering the liquidus temperature of the composition, the effect of forming a glass phase, and the effect of increasing the adhesion with inorganic oxides. . For use of these effects, the content of PO 5/2 is preferably 4 to 18 mol%, more preferably 4.5 to 17 mol%. Furthermore, a more preferred upper limit for allowing no softening at 225 ° C. is 12.5 mol%.

本発明の組成物が,225℃では流動せず250〜300℃の範囲で流動可能であるようにするためには,Agを含む全ての化合物の合計含有量(ΣAgQ1/q)は,好ましくは80〜96モル%である。さらに225℃では軟化もしないことを可能にするためには,ΣAgQ1/qは,85〜95モル%であることが好ましい。 In order for the composition of the present invention not to flow at 225 ° C but to flow in the range of 250 to 300 ° C, the total content of all compounds including Ag (ΣAgQ 1 / q ) is preferably Is 80 to 96 mol%. Furthermore, in order to make it possible to prevent softening at 225 ° C., ΣAgQ 1 / q is preferably 85 to 95 mol%.

本発明の組成物において,225℃では流動せず,250〜300℃の範囲で流動することを可能にするため,MOm/2で表される酸化物成分の合計含有量(ΣMOm/2)は,15〜70モル%とするのが好ましい。更に,225℃は軟化もしないことを可能にするためには,ΣMOm/2は20〜60モル%とするのが好ましい。 In the composition of the present invention, the total content of the oxide components represented by MO m / 2 (ΣMO m / 2 is not allowed to flow at 225 ° C. but to flow in the range of 250 to 300 ° C. ) Is preferably 15 to 70 mol%. Further, ΣMO m / 2 is preferably set to 20 to 60 mol% in order to enable 225 ° C. not to be softened.

本発明の組成物において,カチオンMm+の配位数やMO (2n−m)−配位多面体の連結の数を調整し,液相やガラス相を安定化させるため,(ΣMOm/2−AgO1/2)/AgO1/2により算出される値は0.3〜0.65(モル/モル)とすることが好ましく,0.32〜0.61とすることがより好ましい。更に,225℃では軟化もしないことを可能にするためには,(ΣMOm/2−AgO1/2)/AgO1/2により算出される値は0.33〜0.38とすることが好ましい。 In the composition of the present invention, in order to stabilize the liquid phase and the glass phase by adjusting the coordination number of the cation M m + and the number of linkages of MO n (2n−m) − coordination polyhedron, (ΣMO m / 2 The value calculated by −AgO 1/2 ) / AgO 1/2 is preferably 0.3 to 0.65 (mol / mol), and more preferably 0.32 to 0.61. Furthermore, in order to enable the softening at 225 ° C., the value calculated by (ΣMO m / 2 −AgO 1/2 ) / AgO 1/2 should be 0.33 to 0.38. preferable.

PbOは環境に有害であり,また,PbOを含む低融点組成物は鉛フリーはんだを使用したリフロープロセスに用いることができない。この点,本発明の組成物はPbOを実質的に含まないから,そのような問題はない。ここに,PbOを「実質的に含まない」とは,不純物としてそれが微量に混入する場合でも,含有量が0.1モルモル%以下であることをいう。   PbO is harmful to the environment, and a low melting point composition containing PbO cannot be used in a reflow process using lead-free solder. In this respect, since the composition of the present invention does not substantially contain PbO, there is no such problem. Here, “substantially does not contain” PbO means that the content is 0.1 mol% or less even when it is mixed in a trace amount as an impurity.

更に,本発明の組成物は,AgF及びAgClを実質的に含まない。ここに,AgF及びAgClを「実質的に含まない」とは,不純物としてそれらが微量に混入する場合でも,それらの合計含有量が,0.1モル%以下であることをいう。   Furthermore, the composition of the present invention is substantially free of AgF and AgCl. Here, “substantially free” of AgF and AgCl means that the total content thereof is 0.1 mol% or less even when they are mixed in a trace amount as impurities.

本発明の組成物は,任意成分としてAgBrを含有してもよい,これを含有させた場合,金属材料の腐食を起こすことなしに金属材料に対する組成物の濡れ性を向上させる効果を奏する。また,Brアニオンには,組成物の固相線温度を高める効果がある。封止対象である電子部品等の使用温度が高温領域にある場合,封止材の耐熱性を高めておく必要があり,そのような場合本発明の組成物にBrアニオンを含有させておくことが有用であり,それにより固相線温度を適宜調整することができる。また,Brアニオンは,AgIに置換固溶し,それにより封止のプロセスにおいて本発明の組成物の融解を促進する効果がある。AgBrを含有させる場合,その含有量は,濡れ性の向上という点からは,好ましくは0.1モル%以上,より好ましくは1モル%以上,更に好ましくは5モル%以上,特に好ましくは10モル%以上である。他方,固相線温度を高め過ぎないという点からは,その含有量は,好ましくは20モル%以下,より好ましくは12モル%以下,更に好ましくは8モル%以下,特に好ましくは5モル%以下である。   The composition of the present invention may contain AgBr as an optional component. When this composition contains AgBr, the wettability of the composition with respect to the metal material is improved without causing corrosion of the metal material. The Br anion has the effect of increasing the solidus temperature of the composition. When the operating temperature of the electronic component to be sealed is in a high temperature range, it is necessary to increase the heat resistance of the sealing material. In such a case, the composition of the present invention should contain Br anion. Is useful, and the solidus temperature can be adjusted accordingly. The Br anion is substituted and dissolved in AgI, thereby promoting the melting of the composition of the present invention in the sealing process. When AgBr is contained, its content is preferably 0.1 mol% or more, more preferably 1 mol% or more, still more preferably 5 mol% or more, and particularly preferably 10 mol in terms of improving wettability. % Or more. On the other hand, the content is preferably 20 mol% or less, more preferably 12 mol% or less, still more preferably 8 mol% or less, particularly preferably 5 mol% or less from the viewpoint that the solidus temperature is not excessively raised. It is.

本発明の組成物は,任意成分としてAgS1/2を含有してもよい。AgS1/2には,少量の含有であれば組成物の液相線温度を低下させる効果やガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると液相線温度を逆に上昇させるおそれがある。このため,AgS1/2を含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは20モル%以下,より好ましくは12モル%以下,更に好ましくは8モル%以下,特に好ましくは5モル%以下である。 The composition of the present invention may contain AgS 1/2 as an optional component. AgS 1/2 has an effect of lowering the liquidus temperature of the composition and an effect of forming a glass phase if contained in a small amount, but if contained in a large amount, it may increase the liquidus temperature conversely. There is. Therefore, even when AgS 1/2 is contained, the content is preferably 20 mol% or less, more preferably 12 mol% or less, still more preferably 8 mol% or less, and particularly preferably 5 mol% or less. .

本発明の組成物は,任意成分としてMoOを含有してもよい。MoOには,少量の含有であれば本発明の組成物の液相線温度を低下させる効果やガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると液相線温度を逆に上昇させるおそれがある。このため,MoOを含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。 The composition of the present invention may contain MoO 3 as an optional component. MoO 3 has an effect of lowering the liquidus temperature of the composition of the present invention and an effect of forming a glass phase if contained in a small amount, but if it is contained in a large amount, the liquidus temperature is raised reversely. There is a fear. Therefore, even if the inclusion of MoO 3, the content thereof is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, more preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物は,任意成分としてWOを含有してもよい。WOは,少量の含有であれば本発明の組成物の液相線温度を低下させる効果やガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると液相線温度を逆に上昇させるおそれがある。このため,WOを含有させる場合でも,そのWOの含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。 The composition of the present invention may contain WO 3 as an optional component. WO 3 has an effect of lowering the liquidus temperature of the composition of the present invention and an effect of forming a glass phase if contained in a small amount. However, if contained in a large amount, WO 3 may increase the liquidus temperature conversely. There is. Therefore, even if the inclusion of WO 3, the content of WO 3 is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, more preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物は,任意成分としてZnOを含有してもよい。ZnOは,少量の含有であれば本発明の組成物の液相線温度を低下させる効果やガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると液相線温度を逆に上昇させるおそれがある。このため,ZnOを含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。   The composition of the present invention may contain ZnO as an optional component. ZnO has an effect of lowering the liquidus temperature of the composition of the present invention and an effect of forming a glass phase if contained in a small amount, but if contained in a large amount, ZnO may increase the liquidus temperature conversely. is there. For this reason, even when ZnO is contained, its content is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, still more preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物は,任意成分としてBO3/2を含有してもよい。BO3/2は,少量の含有であれば本発明の組成物の液相線温度を低下させる効果やガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると液相線温度を逆に上昇させるおそれがある。BO3/2を含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。 The composition of the present invention may contain BO 3/2 as an optional component. BO 3/2 has the effect of lowering the liquidus temperature of the composition of the present invention and the effect of forming a glass phase if it is contained in a small amount, but if it is contained in a large amount, it increases the liquidus temperature on the contrary. There is a risk of causing. Even when BO 3/2 is contained, the content is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, and still more preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物は,任意成分としてGeOを含有してもよい。GeOは,少量の含有であれば本発明の組成物の液相線温度を低下させる効果やガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると耐水性を悪化させるおそれがある。このため,GeOを含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。 The composition of the present invention may contain GeO 2 as an optional component. If GeO 2 is contained in a small amount, it has the effect of lowering the liquidus temperature of the composition of the present invention and the effect of forming a glass phase, but if it is contained in a large amount, the water resistance may be deteriorated. Therefore, even if the inclusion of GeO 2, the content is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, more preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物は,任意成分としてSnOを含有してもよい。SnOは,少量の含有であれば本発明の組成物の液相線温度を低下させる効果やガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると液相線温度を逆に上昇させるおそれがある。このため,SnOを含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。 The composition of the present invention may contain SnO 2 as an optional component. If SnO 2 is contained in a small amount, it has an effect of lowering the liquidus temperature of the composition of the present invention and an effect of forming a glass phase. However, if contained in a large amount, SnO 2 may increase the liquidus temperature conversely. There is. For this reason, even when SnO 2 is contained, the content thereof is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, and further preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物は,任意成分としてSbO3/2を含有してもよい。SbO3/2は,少量の含有であれば本発明の組成物のガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると液相線温度の上昇をもたらすおそれがある。このため,SbO3/2を含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。 The composition of the present invention may contain SbO 3/2 as an optional component. If SbO 3/2 is contained in a small amount, it has an effect of forming a glass phase of the composition of the present invention. However, if contained in a large amount, SbO 3/2 may increase the liquidus temperature. For this reason, even when SbO 3/2 is contained, the content is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, and still more preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物は,任意成分としてBiO3/2を含有してもよい。BiO3/2は,少量の含有であれば本発明の組成物のガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると液相線温度の上昇をもたらすおそれがある。このため,BiO3/2を含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。 The composition of the present invention may contain BiO 3/2 as an optional component. BiO 3/2 has an effect of forming a glass phase of the composition of the present invention if contained in a small amount, but if contained in a large amount, it may cause an increase in liquidus temperature. For this reason, even when BiO 3/2 is contained, the content is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, and still more preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物は,任意成分としてTeOを含有してもよい。TeOは,少量の含有であれば本発明の組成物のガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると液相線温度の上昇をもたらすおそれがある。このため,TeOを含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。 The composition of the present invention may contain TeO 2 as an optional component. TeO 2 has an effect of forming a glass phase of the composition of the present invention if contained in a small amount, but if contained in a large amount, TeO 2 may increase the liquidus temperature. For this reason, even when TeO 2 is contained, the content is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, and still more preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物は,任意成分としてCuO1/2を含有してもよい。CuO1/2は,少量の含有であれば本発明の組成物のガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると液相線温度の上昇をもたらすおそれがある。このため,CuO1/2を含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。 The composition of the present invention may contain CuO 1/2 as an optional component. If CuO 1/2 is contained in a small amount, it has an effect of forming a glass phase of the composition of the present invention. However, if contained in a large amount, CuO 1/2 may increase the liquidus temperature. For this reason, even when CuO 1/2 is contained, the content is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, and still more preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物は,任意成分としてVO5/2を含有してもよい。VO5/2は,少量の含有であれば本発明の組成物の液相線温度を低下させる効果やガラス相を形成させる効果があるが,多量に含有させると耐水性を悪化させるおそれがある。このため,VO5/2を含有させる場合でも,その含有量は,好ましくは0.1〜20モル%,より好ましくは1〜15モル%,更に好ましくは2〜13モル%である。 The composition of the present invention may contain VO 5/2 as an optional component. VO 5/2 has an effect of lowering the liquidus temperature of the composition of the present invention and an effect of forming a glass phase if it is contained in a small amount, but if it is contained in a large amount, the water resistance may be deteriorated. . Therefore, even when VO 5/2 is contained, the content thereof is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 1 to 15 mol%, and further preferably 2 to 13 mol%.

本発明の組成物中にアルカリ金属酸化物RO1/2が存在すると,耐水性の低下等を生じさせるおそれがある。このため,RO1/2は実質的に含まないことが好ましい。ここに,RO1/2を「実質的に含まない」とは,不純物としてそれらが微量に混入する場合でも,そのそれらの合計含有量が,0.1モル%以下であることをいう。 When the alkali metal oxide RO 1/2 is present in the composition of the present invention, the water resistance may be lowered. For this reason, it is preferable that RO 1/2 is not substantially included. Here, “substantially free” of RO 1/2 means that the total content thereof is 0.1 mol% or less even when they are mixed in a trace amount as impurities.

本発明の組成物は,加熱し融解することで目的の低融点組成物を与えることになるように予め調合された各種原料試薬粉末の混合物の形で提供してもよい。また,そのような混合物を加熱し溶融した後に冷却することで得られる,固溶体や複ハロゲン化物,ガラス相が形成されている形態とすることもできる。固溶体や複ハロゲン化物,ガラス相が形成されていると,より短時間の加熱で軟化・融解しやすい組成物となることから,そのような形態の組成物であることがより好ましい。   The composition of the present invention may be provided in the form of a mixture of various raw material reagent powders prepared in advance so as to give the desired low melting point composition by heating and melting. Moreover, it can also be set as the form in which the solid solution, double halide, and glass phase which are obtained by heating, melting, and cooling such a mixture are formed. When a solid solution, a double halide, or a glass phase is formed, it becomes a composition that can be easily softened and melted by heating in a shorter time, and therefore, such a composition is more preferable.

また,本発明の組成物は,生成物に含有させるカチオン及びアニオンを適宜の組合せで含んだ複数の水溶液を調製し,それらを混合して反応させ沈殿物を回収することによっても,製造することができる。   The composition of the present invention can also be produced by preparing a plurality of aqueous solutions containing an appropriate combination of cations and anions contained in the product, mixing them, reacting them, and collecting the precipitate. Can do.

また,本発明の組成物は,粉末やビーズ,シート状,ロッド状等に加工して封止材として用いることができる。作業性の向上という点からは水,有機溶剤,分散剤,増粘剤等と混合してペースト状の封止材としても用いることができる。有機溶剤としてはターピネオール,セロソルブ,イソボルニルシクロヘキサノール等を用いることができる。また,種々の特性の向上或いは性能付加の観点から,フィラーを含んだ形態のものとすることもできる。例えば,導電性の付与のためには,金属(例えば,金属銀等),カーボンナノチューブ等の導電性フィラーを含んだ形態のものとすることができ,熱伝導性の付与のためには,高い熱伝導性を有するフィラー(例えば,窒化アルミニウム,炭化ケイ素等)を含んだ形態のものとすることができ,また,熱膨張の抑制のためには,無アルカリであり熱膨張率の小さいフィラー(例えば,石英ガラスやZrW,マンガン窒化物,Bi0.95La0.05NiO等)を含んだ形態のものとすることができる。これらのフィラーは,本発明の組成物が用いられる封止対象の使用態様・使用環境に応じて求められる性能に合わせ,本発明の組成物の一部をなすものとして配合すればよい。但し,それらフィラーは,本発明の組成物の製造過程においても,封止のための加熱処理においても,更には封止後の封止対象(電子機器等)の使用環境においても,一貫して固体粒子であり,フィラー以外の部分の組成に影響を及ぼさないから,フィラーを構成する原子の正又は負のイオン価は,本願発明の組成物の定義には関与しない。 The composition of the present invention can be processed into powder, beads, sheets, rods, etc. and used as a sealing material. From the viewpoint of improving workability, it can be mixed with water, an organic solvent, a dispersant, a thickener and the like and used as a paste-like sealing material. As the organic solvent, terpineol, cellosolve, isobornylcyclohexanol and the like can be used. In addition, from the viewpoint of improving various characteristics or adding performance, a form including a filler can also be used. For example, in order to impart conductivity, it may be in a form containing a conductive filler such as a metal (for example, metallic silver) or carbon nanotube, and high in order to impart thermal conductivity. It can be of a form containing a filler having thermal conductivity (for example, aluminum nitride, silicon carbide, etc.), and in order to suppress thermal expansion, it is a non-alkali filler with a low thermal expansion coefficient ( For example, quartz glass, ZrW 2 O 8 , manganese nitride, Bi 0.95 La 0.05 NiO 3 or the like may be used. These fillers may be blended as a part of the composition of the present invention in accordance with the performance required according to the use mode / use environment of the sealing object in which the composition of the present invention is used. However, these fillers are consistently used in the manufacturing process of the composition of the present invention, in the heat treatment for sealing, and also in the usage environment of the target to be sealed (electronic equipment, etc.) after sealing. Since it is a solid particle and does not affect the composition of parts other than the filler, the positive or negative ionic valence of the atoms constituting the filler is not involved in the definition of the composition of the present invention.

本発明の組成物を封止に用いる場合,封止対象は,その表面が,種々の金属,非金属(無機酸化物等)で構成されたものであることができる。   When the composition of the present invention is used for sealing, the surface to be sealed can be composed of various metals and nonmetals (such as inorganic oxides).

本発明の組成物を封止に用いるとき,作業雰囲気は酸素の存在下であっても不存在下であってもよい。従って,本発明の組成物による封止工程は大気中において行えるため,雰囲気の調整が不要となり,操作が簡便となる点で好ましい。封止に際しては,封止対象に圧力をかけて接着性を更に高めることもでき,また,封止材に超音波等の振動を与えて軟化・融解を促進させることもできる。   When the composition of the present invention is used for sealing, the working atmosphere may be in the presence or absence of oxygen. Therefore, since the sealing step with the composition of the present invention can be performed in the air, adjustment of the atmosphere is unnecessary, which is preferable in terms of simple operation. At the time of sealing, pressure can be applied to the object to be sealed to further improve the adhesion, and vibration such as ultrasonic waves can be applied to the sealing material to promote softening and melting.

以下,実施例を参照して本発明の特徴をより具体的に説明するが,本発明がそれらの実施例に限定されることは意図しない。   Hereinafter, the features of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not intended to be limited to these examples.

〔実施例1〕
表1中の実施例1の欄に示す組成となるように,原料としてAgI,AgO1/2及びPO5/2を用いて,合計5gとなるよう原料を秤量し,乳鉢で粉砕・混合して粉末とした。作製した粉末5gを磁製ルツボに入れた。ルツボを大気中,表1に示す通り600℃に加熱した炉内へ入れ20分間保持した。溶解した内容物を室温のグラファイト板上へ流し出し,バルクを得た。急冷したバルクを乳鉢で粉砕して粉末とし,本発明の組成物を得た。
[Example 1]
In order to obtain the composition shown in the column of Example 1 in Table 1, using AgI, AgO 1/2 and PO 5/2 as raw materials, the raw materials are weighed to a total of 5 g, and pulverized and mixed in a mortar. To powder. 5 g of the produced powder was put in a magnetic crucible. The crucible was placed in a furnace heated to 600 ° C. in the atmosphere as shown in Table 1, and held for 20 minutes. The dissolved contents were poured onto a graphite plate at room temperature to obtain a bulk. The rapidly cooled bulk was pulverized with a mortar to obtain a composition of the present invention.

〔実施例2〜11,比較例1〜7〕
作製条件の一部を表1〜3に示す各条件に変更した以外は,実施例1と同様にして粉末を得て,本発明の組成物とした。
[Examples 2-11, Comparative Examples 1-7]
A powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that part of the production conditions were changed to the conditions shown in Tables 1 to 3, and used as the composition of the present invention.

〔物性の評価〕
1.フロー性の評価
25mm角,1.3mm厚の2枚のガラス板(ソーダライムガラス)の一方に実施例1〜11及び比較例1〜7の何れかの組成物粉末0.04gを載せ,粉末上に,他方のガラス板を重ね合わせた。粉末を間に挟んで重ね合わされたそれらのガラス板を電気炉へ入れた。5℃/分で所定の温度(200〜300℃の間の特定温度)まで昇温した後,同温度で1時間保持し,加熱を止め冷却させた。炉から取り出した重なったガラス板を目視で観察し,フロー性を次の基準で評価した。
[Evaluation of physical properties]
1. Evaluation of flowability 0.04 g of the composition powder of any of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7 is placed on one of two glass plates (soda lime glass) of 25 mm square and 1.3 mm thickness. The other glass plate was overlaid on top. Those glass plates stacked with the powder in between were placed in an electric furnace. The temperature was raised to a predetermined temperature (specific temperature between 200 ° C. and 300 ° C.) at 5 ° C./min, then held at the same temperature for 1 hour, heating was stopped and cooling was performed. The overlapping glass plates taken out from the furnace were visually observed, and the flowability was evaluated according to the following criteria.

<フロー性評価方法>
(a)加熱前の粒子の形状が保たれており,粒子同士は接合されていない。:軟化しない
(b)粒子同士が一部接合されているが,粉末中に空隙が多い。:軟化した
(c)粉末全体が融解して空隙のほとんどない均一な厚みの膜が形成されている。:流動した
(1)225℃以下では軟化せず,250〜300℃の何れかの温度で流動した。:良
(2)225℃で軟化したが流動はせず,250〜300℃の何れかの温度で流動した。:可
(3)225℃以下で流動し,又は300℃以下の何れの温度でも流動しなかった。:不可
<Flowability evaluation method>
(A) The shape of the particles before heating is maintained, and the particles are not joined together. : Not softened (b) Particles are partly joined, but there are many voids in the powder. : Softened (c) The whole powder is melted to form a film having a uniform thickness with almost no voids. : Flowed (1) It did not soften at 225 ° C or lower, and flowed at any temperature of 250 to 300 ° C. : Good (2) Softened at 225 ° C but did not flow, but flowed at any temperature of 250 to 300 ° C. : Possible (3) It flowed at 225 ° C. or lower, or did not flow at any temperature of 300 ° C. or lower. : Impossible

<結果>
評価結果を表1〜3に示す。
<Result>
The evaluation results are shown in Tables 1-3.

Figure 2017165610
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Figure 2017165610
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Figure 2017165610
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実施例1〜11の組成物は,表1〜2に示すように,何れも225℃又はこれより低い温度(200℃)での熱処理によっては流動せず,250〜300℃の何れかの温度では流動した。これに対し,比較例の何れの組成物も,表2〜3に示すように225℃の温度で流動してしまうか,或いは300℃でも流動させられなかった。   As shown in Tables 1 and 2, the compositions of Examples 1 to 11 did not flow by heat treatment at 225 ° C or lower temperature (200 ° C), and any temperature of 250 to 300 ° C. Then it flowed. On the other hand, any composition of the comparative example flowed at a temperature of 225 ° C. as shown in Tables 2 to 3, or was not flowed even at 300 ° C.

本発明の低融点組成物は,水晶振動子,LED素子その他種々の電気・電子部品の封止において,封止後の電子部品が鉛フリーはんだを用いたリフローはんだ付けに供されることを可能にする点で有用である。
The low-melting-point composition of the present invention can be used for reflow soldering using lead-free solder in the sealing of crystal resonators, LED elements, and other various electrical and electronic components. It is useful in that.

Claims (6)

Ag,P,I,及びOを必須の構成要素として含んでなる低融点組成物であって,カチオンとアニオンとが結合してなる,式MQm/q〔式中,Mは価数mのカチオン,Qは価数qのアニオンを表す。〕で示される種々の化合物の集合体として,且つ酸化物イオン(O2−)以外のアニオンは全てAgイオンと結合しているものとして表したとき,それらの化合物が占める割合が次の条件:
AgI ・・・・・ 20〜85モル%,
AgO1/2 ・・・ 15〜50モル%,
PO5/2 ・・・・ 4〜18モル%,
ΣAgQ1/q ・・ 80〜96モル%,
ΣMOm/2 ・・・ 15〜70モル%,及び
(ΣMOm/2−AgO1/2)/AgO1/2 ・・・ 0.3〜0.65(モル/モル)
を満たし,且つ
PbO,AgF及びAgClを実質的に含まないものである,
低融点組成物。
A low-melting-point composition comprising Ag, P, I, and O as essential components, wherein a cation and an anion are bonded to each other, a formula MQ m / q [wherein M is a valence m Cation and Q represent an anion having a valence of q. When the anion other than the oxide ion (O 2− ) is all bound to the Ag ion, the proportion of these compounds is as follows:
AgI: 20-85 mol%,
AgO 1/2 ... 15-50 mol%,
PO 5/2 ... 4-18 mol%,
ΣAgQ 1 / q ·· 80-96 mol%,
ΣMO m / 2 ... 15 to 70 mol%, and (ΣMO m / 2 −AgO 1/2 ) / AgO 1/2 ... 0.3 to 0.65 (mol / mol)
And substantially free of PbO, AgF and AgCl.
Low melting point composition.
アルカリ金属酸化物を実質的に含まないものである,請求項1の低融点組成物。   The low melting point composition according to claim 1, which is substantially free of alkali metal oxide. 請求項1又は2の無鉛低融点組成物を含んでなる低融点封止材。   A low melting point sealing material comprising the lead-free low melting point composition according to claim 1 or 2. 封止対象の封止方法であって,封止対象を準備するステップと,封止対象の表面に請求項3の無鉛低融点封止材を適用するステップと,該低融点封止材を加熱により流動させ次いで放冷して固化させるステップとを含んでなる,封止方法。   A sealing method for a sealing target, comprising: preparing a sealing target; applying the lead-free low melting point sealing material of claim 3 to the surface of the sealing target; and heating the low melting point sealing material And then allowing to cool and solidify by cooling. 該加熱を,酸素を含んだ雰囲気下で行うものである,請求項4の封止方法。   The sealing method according to claim 4, wherein the heating is performed in an atmosphere containing oxygen. 該低融点封止材が適用される該封止対象の表面が,金属又は無機酸化物で構成されているものである,請求項4又は5の封止方法。
The sealing method according to claim 4 or 5, wherein the surface to be sealed to which the low-melting-point sealing material is applied is composed of a metal or an inorganic oxide.
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