JP2019073403A - Vanadium phosphate glass composition and sealing material - Google Patents

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啓 角田
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Abstract

To provide a vanadium phosphate glass composition that can be sealed at a low temperature without containing environmentally harmful lead or halogen, and a sealing material prepared therewith.SOLUTION: A vanadium phosphate glass composition contains, by mol%, VOof 15-60%, POof 15-40%, KO of 5-30%, RO of more than 0 to 30% (where R is at least one selected from Mg, Ca, Sr and Ba), ZnO of more than 0 to 20%.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、有害な鉛やハロゲンを含有することなく、400℃以下の低温で気密封着することが可能なバナジウムリン酸系ガラスと、それを用いた封着材料に関するものである。   The present invention relates to a vanadium phosphate glass which can be hermetically sealed at a low temperature of 400 ° C. or less without containing harmful lead and halogen, and a sealing material using the same.

半導体集積回路、水晶振動子、平面表示装置やLD用ガラス端子等には、封着材料が使用される。   Sealing materials are used for semiconductor integrated circuits, quartz oscillators, flat display devices, glass terminals for LDs, and the like.

上記の封着材料には、化学的耐久性および耐熱性が要求されるため、樹脂系の接着剤ではなくガラス系封着材料が用いられている。ガラス系封着材料には、機械的強度、流動性、耐候性等の特性が要求されるが、熱に弱い素子を搭載する電子部品の封着には、封着温度をできる限り低くすることが要求される。具体的には、400℃以下での封着が要求される。それゆえ、上記特性を満足するガラスとして、融点を下げる効果が極めて大きいPbOを多量に含有する鉛硼酸系ガラスが広く用いられてきた(例えば、特許文献1参照)。   Since the above-mentioned sealing material is required to have chemical durability and heat resistance, a glass-based sealing material is used instead of a resin adhesive. Glass-based sealing materials are required to have mechanical strength, fluidity, weather resistance, and other properties, but for sealing electronic components mounted with heat-sensitive elements, the sealing temperature should be as low as possible. Is required. Specifically, sealing at 400 ° C. or lower is required. Therefore, lead borate glasses containing a large amount of PbO having a very large effect of lowering the melting point have been widely used as glasses satisfying the above-mentioned characteristics (see, for example, Patent Document 1).

特開昭63−315536号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-315536 特開平6−24797号公報JP 6-24797 A 特許4573204号Patent No. 4573204

近年、鉛硼酸系ガラスに含まれるPbOに対して環境上の問題が指摘されており、鉛硼酸系ガラスからPbOを含まないガラスに置き換えることが望まれている。そのため、鉛硼酸系ガラスの代替品として、様々な低融点ガラスが開発されている。中でも特許文献2に記載されているBi−B系ガラスは、鉛硼酸系ガラスの代替候補として期待されているが、封止温度が450℃以上と高く、より低温で封止が必要な用途には用いることが出来ない。 In recent years, environmental problems have been pointed out for PbO contained in lead borate glasses, and it is desirable to replace lead borate glasses with glasses that do not contain PbO. Therefore, various low melting glasses have been developed as substitutes for lead borate glasses. Among them, the Bi 2 O 3 -B 2 O 3 glass described in Patent Document 2 is expected as an alternative candidate for lead borate glasses, but the sealing temperature is as high as 450 ° C. or higher, and sealing is performed at a lower temperature. It can not be used for applications that require stopping.

また、特許文献3では、400℃以下の低温で封着可能なガラスとしてAgI−AgO系ガラスが開示されているが、ハロゲンも環境上の問題が指摘されており、ハロゲンを含有しないガラスが望まれている。 In Patent Document 3, although AgI-Ag 2 O-based glass is disclosed as sealable glass at a low temperature of 400 ° C. or less, halogen has also been pointed out on environmental issues, halogen-free glass Is desired.

以上に鑑み、本発明は、環境に有害な鉛やハロゲンを含有させることなく、低温で封着可能なバナジウムリン酸系ガラス組成物と、それを用いた封着材料を提供することを目的とする。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a vanadium phosphate glass composition that can be sealed at low temperatures without containing lead and halogen harmful to the environment, and a sealing material using the same. Do.

本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物は、モル%で、V 15〜60%、P 15〜40%、KO 5〜30%、RO 0超〜30%(ただしRはMg、Ca、Sr及びBaから選択される少なくとも1種)、ZnO 0超〜20%を含有することを特徴とする。 The vanadium phosphate glass composition of the present invention is, in mole%, V 2 O 5 15-60%, P 2 O 5 15-40%, K 2 O 5-30%, RO over 0-30% (but where R is characterized in that it contains at least one selected from Mg, Ca, Sr and Ba), and more than 0 to 20% of ZnO.

本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物は、Vを15%以上、KOを5%以上含有することにより、低軟化点を達成している。また、RO及びZnOを必須成分として含有することにより、高い耐候性を達成している。なお、一般に、ガラスの融点を低くすると、ガラス化しなかったり、分相が生じて均質なガラスが得られにくい傾向にあるが、Pを15%以上含有しているため、ガラスが安定し、均質なガラスを得ることが出来る。 The vanadium phosphate glass composition of the present invention achieves a low softening point by containing 15% or more of V 2 O 5 and 5 % or more of K 2 O. Moreover, high weather resistance is achieved by containing RO and ZnO as essential components. In general, when the melting point of glass is lowered, it does not vitrify or phase separation occurs, and it tends to be difficult to obtain a homogeneous glass, but the glass is stable because it contains 15% or more of P 2 O 5 And a homogeneous glass can be obtained.

本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物は、さらに、モル%で、Bi 0〜10%、TeO 0〜5%を含有することが好ましい。 The vanadium phosphate glass composition of the present invention preferably further contains, on a molar basis, 10 to 10% of Bi 2 O 3 and 0 to 5% of TeO 2 .

本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物は、実質的にPbO、ハロゲンを含有しないことが好ましい。ハロゲンとは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素のハロゲン単体の他、ハロゲン化物を含む。ハロゲン化物とは、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物のことである。ここで、本発明でいう「実質的にPbO、ハロゲンを含有しない」とは、ガラス組成中のPbO、ハロゲンの含有量が各々1000ppm以下の場合を指す。   The vanadium phosphate glass composition of the present invention preferably contains substantially no PbO or halogen. The halogen includes halides as well as halogen, fluorine, chlorine, bromine and iodine. The halides are fluorides, chlorides, bromides and iodides. Here, "substantially free of PbO and halogen" in the present invention refers to the case where the content of each of PbO and halogen in the glass composition is 1000 ppm or less.

本発明の封着材料は、上記のバナジウムリン酸系ガラス組成物からなるガラス粉末 50〜100体積%と、耐火性フィラー粉末 0〜50体積%とを含有することを特徴とする。   The sealing material of the present invention is characterized by containing 50 to 100% by volume of a glass powder comprising the above vanadium phosphate glass composition and 0 to 50% by volume of a refractory filler powder.

本発明の封着材料は、軟化点が400℃以下であることが好ましい。   The sealing material of the present invention preferably has a softening point of 400 ° C. or less.

環境に有害な鉛やハロゲンを含有させることなく、低温で封着可能なバナジウムリン酸系ガラス組成物と、それを用いた封着材料を提供することができる。   It is possible to provide a vanadium phosphate glass composition that can be sealed at low temperature without containing lead and halogen harmful to the environment, and a sealing material using the same.

マクロ型示差熱分析装置により得られる測定曲線を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement curve obtained by a macro-type differential thermal analyzer.

本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物は、モル%で、V 15〜60%、P 15〜40%、KO 5〜30%、RO 0超〜30%(ただしRはMg、Ca、Sr及びBaから選択される少なくとも1種)、ZnO 0超〜20%を含有する。ガラス組成を上記のように限定した理由を以下に示す。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り、「%」は「モル%」を意味する。 The vanadium phosphate glass composition of the present invention is, in mole%, V 2 O 5 15-60%, P 2 O 5 15-40%, K 2 O 5-30%, RO over 0-30% (but where R contains at least one selected from Mg, Ca, Sr and Ba), and more than 0 to 20% of ZnO. The reasons for limiting the glass composition as described above are as follows. In the following description regarding the content of each component, “%” means “mol%” unless otherwise noted.

は、ガラスネットワークを形成すると共に、軟化点を低下させる成分である。Vの含有量は、15〜60%であり、25〜50%、特に30〜40%であることが好ましい。Vの含有量が少な過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になり易い。一方、Vの含有量が多過ぎると、耐候性が低下し易くなる。 V 2 O 5 is a component that forms a glass network and lowers the softening point. The content of V 2 O 5 is 15 to 60%, preferably 25 to 50%, particularly 30 to 40%. When the content of V 2 O 5 is too small, the softening point becomes high, and low temperature sealing tends to be difficult. On the other hand, when the content of V 2 O 5 is too large, the weather resistance tends to be lowered.

は、ガラスネットワークを形成する成分である。Pの含有量は15〜40%であり、20〜35%、特に22〜30%であることが好ましい。Pの含有量が少な過ぎると、ガラスが熱的に不安定になり、溶融時又は焼成時にガラスが失透し易くなる。一方、Pの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になると共に耐候性が低下し易くなる。 P 2 O 5 is a component that forms a glass network. The content of P 2 O 5 is 15 to 40%, preferably 20 to 35%, particularly 22 to 30%. When the content of P 2 O 5 is too small, the glass becomes thermally unstable, and the glass tends to be devitrified at the time of melting or firing. On the other hand, when the content of P 2 O 5 is too large, the softening point becomes high, low temperature sealing becomes difficult, and the weather resistance is easily lowered.

Oは、軟化点を低下させる成分である。KOの含有量は5〜30%であり、8〜25%、特に10〜20%であることが好ましい。KOの含有量が少な過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になり易い。一方、KOの含有量が多過ぎると、ガラスが熱的に不安定になり、溶融時又は焼成時にガラスが失透し易くなると共に、耐候性が低下し易くなる。 K 2 O is a component that lowers the softening point. The content of K 2 O is 5 to 30%, preferably 8 to 25%, particularly 10 to 20%. When the content of K 2 O is too small, the softening point becomes high, and low temperature sealing tends to be difficult. On the other hand, when the content of K 2 O is too large, the glass becomes thermally unstable, and the glass tends to be devitrified at the time of melting or firing, and the weather resistance tends to be lowered.

RO(ただしRはMg、Ca、Sr及びBaから選択される少なくとも1種)は、ガラスを熱的に安定化させると共に、耐候性を高める成分である。ROの含有量は合量で0超〜30%であり、5〜25%、特に10〜20%であることが好ましい。ROの含有量が少な過ぎると、耐候性が低下し易くなる。一方、ROの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になり易い。   RO (wherein R is at least one selected from Mg, Ca, Sr and Ba) is a component that stabilizes the glass thermally and enhances the weatherability. The total content of RO is more than 0 to 30%, preferably 5 to 25%, particularly 10 to 20%. If the content of RO is too small, the weather resistance tends to be reduced. On the other hand, when the content of RO is too large, the softening point becomes high, and low temperature sealing tends to be difficult.

なお、ROの各成分の含有量の好ましい範囲は以下の通りである。   In addition, the preferable range of content of each component of RO is as follows.

ROの中でもBaOは、上記効果を得るために特に有効な成分である。BaOの含有量は0〜30%、0超〜28%、5〜25%、特に10〜20%であることが好ましい。BaOの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になり易い。   Among RO, BaO is a particularly effective component to obtain the above effects. The content of BaO is preferably 0 to 30%, more than 0 to 28%, 5 to 25%, particularly 10 to 20%. When the content of BaO is too large, the softening point becomes high, and low temperature sealing tends to be difficult.

MgOは、ガラスを熱的に安定化させると共に、耐候性を高める成分である。MgOの含有量は0〜10%、0〜5%、特に0〜3%であることが好ましい。MgOの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になり易い。   MgO is a component that thermally stabilizes the glass and enhances the weatherability. The content of MgO is preferably 0 to 10%, 0 to 5%, particularly 0 to 3%. When the content of MgO is too large, the softening point becomes high, and low temperature sealing tends to be difficult.

CaOは、ガラスを熱的に安定化させると共に、耐候性を高める成分である。MgOの含有量は0〜10%、0〜5%、特に0〜3%であることが好ましい。CaOの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になり易い。   CaO is a component that thermally stabilizes the glass and enhances the weatherability. The content of MgO is preferably 0 to 10%, 0 to 5%, particularly 0 to 3%. When the content of CaO is too large, the softening point becomes high, and low temperature sealing tends to be difficult.

SrOは、ガラスを熱的に安定化させると共に、耐候性を高める成分である。SrOの含有量は0〜10%、0〜5%、特に0〜3%であることが好ましい。SrOの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になり易い。   SrO is a component that thermally stabilizes the glass and enhances the weatherability. The content of SrO is preferably 0 to 10%, 0 to 5%, particularly 0 to 3%. When the content of SrO is too large, the softening point becomes high, and low temperature sealing tends to be difficult.

ZnOは、軟化点を低下させると共に、耐候性を高める成分である。ZnOの含有量は0超〜20%であり、3〜17%、特に5〜15%であることが好ましい。ZnOの含有量が少な過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になると共に耐候性が低下し易くなる。一方、ZnOの含有量が多過ぎると、ガラスが熱的に不安定になり溶融時または焼成時にガラスが失透し易くなる。   ZnO is a component that lowers the softening point and enhances the weather resistance. The content of ZnO is more than 0 to 20%, preferably 3 to 17%, particularly 5 to 15%. When the content of ZnO is too small, the softening point becomes high, and low temperature sealing becomes difficult and the weather resistance tends to be deteriorated. On the other hand, when the content of ZnO is too large, the glass is thermally unstable and the glass is easily devitrified at the time of melting or firing.

本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物は、上記成分以外にも、ガラス組成中に下記の成分を含有してもよい。   The vanadium phosphate glass composition of the present invention may contain the following components in the glass composition in addition to the above components.

Biは、軟化点を低下させると共に、耐候性を高める成分である。Biの含有量は0〜10%、0.1〜8%、特に1〜5%であることが好ましい。Biの含有量が多過ぎると、ガラスが熱的に不安定になり溶融時または焼成時にガラスが失透し易くなる。 Bi 2 O 3 is a component that lowers the softening point and enhances the weather resistance. The content of Bi 2 O 3 is preferably 0 to 10%, 0.1 to 8%, particularly 1 to 5%. When the content of Bi 2 O 3 is too large, the glass is thermally unstable and the glass is likely to be devitrified at the time of melting or firing.

TeOは、軟化点を低下させると共に、耐候性を高める成分であるが、TeOを含有するとガラスが熱的に不安定になり失透しやすくなるため、その含有量は0〜5%、0〜2%、特に含有しないことが好ましい。 TeO 2 is a component that lowers the softening point and enhances the weatherability, but containing TeO 2 causes the glass to be thermally unstable and easily devitrifies, so its content is 0 to 5%, 0 to 2%, particularly preferably not contained.

LiOは、軟化点を低下させる成分である。LiOの含有量は0〜10%、特に0〜5%であることが好ましい。LiOの含有量が多過ぎると、ガラスが熱的に不安定になり、溶融時又は焼成時にガラスが失透し易くなると共に、耐候性が低下し易くなる。 Li 2 O is a component that lowers the softening point. The content of Li 2 O is preferably 0 to 10%, particularly 0 to 5%. When the content of Li 2 O is too large, the glass becomes thermally unstable, and the glass tends to be devitrified at the time of melting or firing, and the weather resistance tends to be lowered.

NaOは、軟化点を低下させる成分である。NaOの含有量は0〜10%、特に0〜5%であることが好ましい。NaOの含有量が多過ぎると、ガラスが熱的に不安定になり、溶融時又は焼成時にガラスが失透し易くなると共に、耐候性が低下し易くなる。 Na 2 O is a component that lowers the softening point. The content of Na 2 O is preferably 0 to 10%, particularly 0 to 5%. When the content of Na 2 O is too large, the glass becomes thermally unstable, and the glass tends to be devitrified at the time of melting or firing, and the weather resistance is easily lowered.

AgOは、軟化点を低下させる成分である。AgOの含有量は0〜15%、特に0〜10%であることが好ましい。AgOの含有量が多過ぎるとガラスが熱的に不安定になり、溶融時又は焼成時にガラスが失透し易くなる。 Ag 2 O is a component that lowers the softening point. The content of Ag 2 O is preferably 0 to 15%, particularly 0 to 10%. When the content of Ag 2 O is too large, the glass becomes thermally unstable, and the glass tends to be devitrified at the time of melting or firing.

Feは、耐候性を高める成分である。Feの含有量は0〜10%、特に0〜5%であることが好ましい。Feの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になり易い。 Fe 2 O 3 is a component that enhances the weather resistance. The content of Fe 2 O 3 is preferably 0 to 10%, particularly 0 to 5%. When the content of Fe 2 O 3 is too large, the softening point becomes high, and low temperature sealing tends to be difficult.

Nbは、ガラスを熱的に安定化させて、失透を抑制する成分である。Nbの含有量は0〜10%、特に0〜5%であることが好ましい。Nbの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になり易い。 Nb 2 O 5 is a component that thermally stabilizes the glass to suppress devitrification. The content of Nb 2 O 5 is preferably 0 to 10%, and more preferably 0 to 5%. When the content of Nb 2 O 5 is too large, the softening point becomes high, and low temperature sealing tends to be difficult.

WOは、ガラスを熱的に安定化させて、失透を抑制する成分である。WOの含有量は0〜10%、特に0〜5%であることが好ましい。WOの含有量が多過ぎると、軟化点が高くなり、低温封着が困難になり易い。 WO 3 is a component that thermally stabilizes glass to suppress devitrification. The content of WO 3 is preferably 0 to 10%, particularly 0 to 5%. When the content of WO 3 is too large, the softening point becomes high, and low temperature sealing tends to be difficult.

Gaは、ガラスを熱的に安定化させると共に、耐候性を高める成分であるが、非常に高価であることから、その含有量は0.01%未満、特に含有しないことが好ましい。 Ga 2 O 3 is a component that thermally stabilizes the glass and enhances the weather resistance, but since it is very expensive, its content is preferably less than 0.01%, and particularly preferably not contained.

MnO、NiO、CuOはガラスを熱的に安定化させて、失透を抑制する成分であり、各々2%未満まで添加可能である。これらの含有量が多すぎると、ガラスが熱的に不安定になり、溶融時又は焼成時にガラスが失透し易くなる。 MnO 2 , NiO, and CuO are components that thermally stabilize the glass to suppress devitrification, and can be added to less than 2% each. When the content is too large, the glass becomes thermally unstable, and the glass tends to be devitrified at the time of melting or firing.

上記成分に加えて、ガラス組成中にSiO、B、Al等の他成分を合量で10%まで添加してもよい。 In addition to the above components, other components such as SiO 2 , B 2 O 3 and Al 2 O 3 may be added to the glass composition up to 10% in total.

本発明の封着材料は、上記のバナジウムリン酸系ガラス組成物からなるガラス粉末に、機械的強度を向上、或いは熱膨張係数を調整するために、耐火性フィラーを含有してもよい。その混合割合は、ガラス粉末50〜100体積%、耐火性フィラー0〜50体積%であり、特にガラス粉末60〜99体積%、耐火性フィラー1〜40体積%であることが好ましい。耐火性フィラーの含有量が多過ぎると、相対的にガラス粉末の割合が少なくなるため、所望の流動性を確保し難くなる。   The sealing material of the present invention may contain a refractory filler in the glass powder comprising the vanadium phosphate glass composition described above in order to improve the mechanical strength or adjust the thermal expansion coefficient. The mixing ratio is preferably 50 to 100% by volume of glass powder and 0 to 50% by volume of refractory filler, and particularly preferably 60 to 99% by volume of glass powder and 1 to 40% by volume of refractory filler. If the content of the refractory filler is too large, the proportion of the glass powder relatively decreases, and it becomes difficult to secure desired fluidity.

耐火性フィラーは、特に限定されず、種々の材料を選択することができるが、上記のガラス粉末と反応し難いものが好ましい。   The refractory filler is not particularly limited, and various materials can be selected. However, those refractory to the above-described glass powder are preferable.

具体的には、耐火性フィラーとして、NbZr(PO、ZrWO(PO、リン酸ジルコニウム、ジルコン、ジルコニア、酸化錫、チタン酸アルミニウム、石英、β−スポジュメン、ムライト、チタニア、石英ガラス、β−ユークリプタイト、β−石英、ウィレマイト、コーディエライト、Sr0.5Zr(PO等のNaZr(PO型固溶体等を、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。なお、耐火性フィラーの粒径は平均粒子径D50が0.2〜20μm程度のものを使用することが好ましい。また、耐火性フィラーの形状は特に限定されないが、略球状であることが好ましい。 Specifically, NbZr (PO 4 ) 3 , Zr 2 WO 4 (PO 4 ) 2 , zirconium phosphate, zircon, zirconia, tin oxide, aluminum titanate, quartz, β-spodumene, mullite as refractory fillers. Titania, quartz glass, β-eucryptite, β-quartz, willemite, cordierite, NaZr 2 (PO 4 ) 3 -type solid solution such as Sr 0.5 Zr 2 (PO 4 ) 3 alone or 2 More than species can be mixed and used. In addition, as for the particle size of the refractory filler, it is preferable to use one having an average particle size D 50 of about 0.2 to 20 μm. Further, the shape of the refractory filler is not particularly limited, but is preferably approximately spherical.

本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物及び封着材料の軟化点は400℃以下、390℃以下、380℃以下、特に370℃以下であることが好ましい。軟化点が高過ぎると、ガラスの粘性が高くなるため、封着温度が上昇して、封着時に素子を傷めるおそれがある。なお、軟化点の下限は特に限定されないが、現実的には180℃以上である。ここで、「軟化点」とは、平均粒子径D50が0.5〜20μmのガラス粉末を測定試料として、マクロ型示差熱分析装置で測定した値を指す。測定条件としては、室温から測定を開始し、昇温速度は10℃/分とする。なお、マクロ型示差熱分析装置で測定した軟化点は、図1に示す測定曲線における第四屈曲点の温度(Ts)を指す。 The softening point of the vanadium phosphate glass composition and the sealing material of the present invention is preferably 400 ° C. or less, 390 ° C. or less, 380 ° C. or less, particularly preferably 370 ° C. or less. If the softening point is too high, the viscosity of the glass becomes high, so the sealing temperature rises, and there is a possibility that the element may be damaged at the time of sealing. The lower limit of the softening point is not particularly limited, but is practically 180 ° C. or more. Here, the "softening point" refers to a value measured by a macroscopic differential thermal analyzer using a glass powder having an average particle diameter D50 of 0.5 to 20 m as a measurement sample. As measurement conditions, measurement is started from room temperature, and the temperature rising rate is 10 ° C./min. The softening point measured by the macroscopic differential thermal analyzer indicates the temperature (Ts) at the fourth inflection point in the measurement curve shown in FIG.

本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物及び封着材料の熱膨張係数(30〜150℃)は170×10−7/℃以下、160×10−7/℃以下、特に150×10−7/℃以下であることが好ましい。熱膨張係数が高すぎると、被封着材料との膨張差により封着時や封着後に封着部が破損し易くなる。なお、熱膨張係数の下限は特に限定されないが、現実的には50×10−7/℃以上である。 The thermal expansion coefficient (30 to 150 ° C.) of the vanadium phosphate glass composition and the sealing material of the present invention is 170 × 10 −7 / ° C. or less, 160 × 10 −7 / ° C. or less, particularly 150 × 10 −7 / ° C. It is preferable that the temperature is not higher than ° C. When the thermal expansion coefficient is too high, the sealing portion is easily damaged during sealing or after sealing due to the expansion difference with the sealing material. Although the lower limit of the thermal expansion coefficient is not particularly limited, it is practically 50 × 10 −7 / ° C. or more.

次に本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物を用いたガラス粉末の製造方法、及び本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物を封着材料として使用する方法の一例について説明する。   Next, a method of producing a glass powder using the vanadium phosphate glass composition of the present invention and an example of using the vanadium phosphate glass composition of the present invention as a sealing material will be described.

まず、上記組成を有するように調合した原料粉末を800〜1200℃で1〜3時間、均質なガラスが得られるまで溶融する。次いで、溶融ガラスをフィルム状等に成形した後、粉砕し、分級することにより、本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物からなるガラス粉末を作製する。なお、ガラス粉末の平均粒子径D50は0.2〜20μm程度であることが好ましい。必要に応じて、ガラス粉末に各種耐火性フィラー粉末を添加する。 First, the raw material powder prepared to have the above composition is melted at 800 to 1200 ° C. for 1 to 3 hours until a homogeneous glass is obtained. Next, the molten glass is formed into a film or the like, and then crushed and classified to prepare a glass powder comprising the vanadium phosphate glass composition of the present invention. Incidentally, it is preferable that the average particle diameter D 50 of the glass powder is about 0.2 to 20. If necessary, various refractory filler powders are added to the glass powder.

次いでガラス粉末(あるいはガラス粉末と耐火性フィラー粉末の混合粉末)にビークルを添加して混練することによりガラスペーストを調製する。ビークルは、主に有機溶剤と樹脂とからなり、樹脂はペーストの粘性を調整する目的で添加される。また、必要に応じて、界面活性剤、増粘剤等を添加することもできる。   Next, a vehicle is added to glass powder (or mixed powder of glass powder and refractory filler powder) and kneaded to prepare a glass paste. The vehicle mainly consists of an organic solvent and a resin, and the resin is added for the purpose of adjusting the viscosity of the paste. Moreover, surfactant, a thickener, etc. can also be added as needed.

有機溶剤は、沸点が低く(例えば、沸点が300℃以下)、且つ焼成後の残渣が少ないことに加えて、バナジウムリン酸系ガラスを変質させないものが好ましく、その含有量は10〜40質量%であることが好ましい。有機溶剤としては、プロピレンカーボネート、トルエン、N,N’−ジメチルホルムアミド(DMF)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、炭酸ジメチル、ブチルカルビトールアセテート(BCA)、酢酸イソアミル、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケトン等を使用することが好ましい。また、有機溶剤として、高級アルコールを使用することがさらに好ましい。高級アルコールは、それ自身が粘性を有しているために、ビークルに樹脂を添加しなくても、ペースト化することができる。また、ペンタンジオールとその誘導体、具体的にはジエチルペンタンジオール(C20)も粘性に優れるため、溶剤に使用することができる。 The organic solvent preferably has a low boiling point (e.g., a boiling point of 300 [deg.] C. or less) and a small amount of residue after firing and does not alter vanadium phosphate glass, and its content is 10 to 40% by mass Is preferred. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, toluene, N, N'-dimethylformamide (DMF), 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI), dimethyl carbonate, butyl carbitol acetate (BCA), isoamyl acetate, It is preferable to use dimethyl sulfoxide, acetone, methyl ethyl ketone and the like. Further, it is more preferable to use a higher alcohol as the organic solvent. Higher alcohols can be pasted without the addition of resin to the vehicle because they are themselves viscous. In addition, pentanediol and a derivative thereof, specifically, diethylpentanediol (C 9 H 20 O 2 ) can also be used as a solvent since the viscosity is excellent.

樹脂は、分解温度が低く、焼成後の残渣が少ないことに加えて、バナジウムリン酸系ガラスを変質させ難いものが好ましく、その含有量は0.1〜20質量%であることが好ましい。樹脂として、ニトロセルロース、ポリエチレングリコール誘導体、ポリエチレンカーボネート、アクリル酸エステル(アクリル樹脂)等を使用することが好ましい。   In addition to the resin having a low decomposition temperature and a small amount of residue after firing, it is preferable that the resin not easily deteriorate the vanadium phosphate glass, and the content thereof is preferably 0.1 to 20% by mass. It is preferable to use nitrocellulose, a polyethylene glycol derivative, polyethylene carbonate, an acrylic ester (acrylic resin) etc. as resin.

次いで、ペーストを金属、セラミック、または、ガラスからなる第一の部材と、金属、セラミック、または、ガラスからなる第二の部材との封着箇所にディスペンサーやスクリーン印刷機等の塗布機を用いて塗布し、乾燥させ、200〜400℃で熱処理する。この熱処理により、ガラス粉末が軟化流動して第一及び第二の部材を封着する。   Then, using a dispenser such as a dispenser or a screen printing machine at the sealing position of the paste between the first member made of metal, ceramic or glass and the second member made of metal, ceramic or glass It is applied, dried and heat treated at 200-400 ° C. By this heat treatment, the glass powder softens and flows to seal the first and second members.

本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物及び封着材料は、封着以外にも被覆、充填等の目的で使用できる。また、ペースト以外の形態、具体的には粉末、グリーンシート、タブレット等の状態で使用することもできる。   The vanadium phosphate glass composition and the sealing material of the present invention can be used for the purpose of coating, filling, etc. besides sealing. Moreover, it can also be used in forms other than a paste, specifically, powder, a green sheet, a tablet, etc. state.

実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。表1及び2は、本発明の実施例(試料No.1〜7)及び比較例(試料No.8〜10)を示している。   The invention will be described in detail on the basis of examples. Tables 1 and 2 show Examples (Sample Nos. 1 to 7) and Comparative Examples (Sample Nos. 8 to 10) of the present invention.

まず、表中に示したガラス組成となるように各種酸化物、炭酸塩等のガラス原料を調合し、ガラスバッチを準備した後、このガラスバッチを白金坩堝に入れ、800〜1200℃で1〜3時間溶融した。次に、溶融ガラスの一部をTMA(押棒式熱膨張係数測定)用サンプルとしてステンレス製の金型に流し出し、その他の溶融ガラスを水冷ローラーでフィルム状に成形した。なお、TMA用サンプルは、成形後に所定の徐冷処理(アニール)を行った。最後に、フィルム状のガラスをボールミルで粉砕した後、目開き75μmの篩を通過させて、平均粒子径D50が約10μmのガラス粉末を得た。 First, glass raw materials such as various oxides and carbonates are prepared so as to obtain the glass composition shown in the table, and a glass batch is prepared, and this glass batch is put in a platinum crucible and 1 to 800 to 1200 ° C. It melted for 3 hours. Next, a part of the molten glass was poured out into a stainless steel mold as a sample for TMA (pushing rod type thermal expansion coefficient measurement), and the other molten glass was formed into a film by a water cooling roller. In addition, the sample for TMA performed the predetermined slow cooling process (annealing) after shaping | molding. Finally, the film-like glass was crushed by a ball mill, and then passed through a sieve with an opening of 75 μm to obtain a glass powder having an average particle diameter D 50 of about 10 μm.

その後、耐火性フィラーを混合するNo.1、2の試料については、表中に示した通りに、得られたガラス粉末と耐火性フィラー粉末を混合し、混合粉末を得た。   After that, No. 1 which mixes fireproof filler. For the samples 1 and 2, as shown in the table, the obtained glass powder and the refractory filler powder were mixed to obtain a mixed powder.

耐火性フィラー粉末には、ZrWO(PO(表中ではZWPと表記)を用いた。また、耐火性フィラー粉末の平均粒子径D50は約10μmであった。 As the refractory filler powder, Zr 2 WO 4 (PO 4 ) 2 (indicated as ZWP in the table) was used. The average particle diameter D 50 of the refractory filler powder was about 10 [mu] m.

得られた混合粉末を390℃にて30分間焼成し、焼成体を得た。得られた焼成体をTMA用サンプルとした。   The obtained mixed powder was fired at 390 ° C. for 30 minutes to obtain a fired body. The obtained fired body was used as a sample for TMA.

No.1〜10の試料について、ガラス転移点、熱膨張係数、軟化点、流動性、耐失透性及び耐候性を評価した。   No. The glass transition point, the thermal expansion coefficient, the softening point, the flowability, the devitrification resistance and the weather resistance were evaluated for the samples 1 to 10.

ガラス転移点及び熱膨張係数(30〜150℃)は、TMA用サンプルをTMA装置により測定した。   The glass transition point and the thermal expansion coefficient (30 to 150 ° C.) were measured with a TMA apparatus for a sample for TMA.

軟化点はマクロ型示差熱分析装置により測定した。測定雰囲気は大気中、昇温速度は10℃/分とし、室温から測定を開始した。   The softening point was measured by a macroscopic differential thermal analyzer. The measurement atmosphere was air, the temperature rising rate was 10 ° C./min, and the measurement was started from room temperature.

流動性は次のようにして評価した。粉末試料1gを、直径10mmの金型に入れプレス成型した後に、ステンレス板上で390℃にて30分間焼成した。焼成体の流動径が10mm以上であるものを「○」、10mm未満のものを「×」として評価した。   The liquidity was assessed as follows. 1 g of the powder sample was put into a die with a diameter of 10 mm and press-formed, and then it was fired at 390 ° C. for 30 minutes on a stainless steel plate. The thing whose flow diameter of a sintered body is 10 mm or more was evaluated as "(circle)" and the thing less than 10 mm as "x".

耐失透性は次のようにして評価した。光学顕微鏡(倍率100倍)を用いて、焼成体の表面状態を観察した。焼成体の表面に結晶が認められなかったものを「○」、焼成体の表面に結晶が認められたものを「×」として評価した。   The devitrification resistance was evaluated as follows. The surface state of the sintered body was observed using an optical microscope (magnification: 100 ×). Evaluations were made as “○” where no crystals were found on the surface of the fired body, and as “×” when crystals were found on the surface of the fired body.

耐候性は次のようにして評価した。焼成体を温度121℃、相対湿度95%の条件下に24時間保持した後、焼成体の外観を観察した。保持前後にて外観上の変化が見られなかったものを「○」、外観上の変化が見られたものを「×」として評価した。   The weatherability was evaluated as follows. After the fired body was kept at a temperature of 121 ° C. and a relative humidity of 95% for 24 hours, the appearance of the fired body was observed. The thing in which the change in external appearance was not seen before and after holding | maintenance was evaluated as "(circle)", and the thing in which the change in external appearance was seen was evaluated as "x".

表から明らかなように、本発明の実施例であるNo.1〜7の試料は、流動性、耐失透性及び耐候性に優れていた。一方、比較例であるNo.8の試料はKOを含有していないため、流動性に劣っていた。No.9の試料はROを含有していないため、耐候性に劣っていた。No.10の試料はPの含有量が少な過ぎるため、耐失透性に劣っていた。 As is apparent from the table, the Nos. 1 and 2 which are examples of the present invention. The samples 1 to 7 were excellent in flowability, devitrification resistance and weatherability. On the other hand, No. 1 as a comparative example. The sample No. 8 was inferior in fluidity because it did not contain K 2 O. No. Sample No. 9 was inferior in weatherability because it did not contain RO. No. Sample No. 10 was inferior in devitrification resistance because the content of P 2 O 5 was too low.

本発明のバナジウムリン酸系ガラス組成物及び封着材料は、半導体集積回路、水晶振動子、平面表示装置やLD用ガラス端子の封着に好適である。   The vanadium phosphate glass composition and the sealing material of the present invention are suitable for sealing a semiconductor integrated circuit, a quartz oscillator, a flat display device, and a glass terminal for LD.

Claims (5)

モル%で、V 15〜60%、P 15〜40%、KO 5〜30%、RO(ただしRはMg、Ca、Sr及びBaから選択される少なくとも1種) 0超〜30%、ZnO 0超〜20%を含有することを特徴とするバナジウムリン酸系ガラス組成物。 V 2 O 5 15 to 60%, P 2 O 5 15 to 40%, K 2 O 5 to 30%, in mole%, RO (wherein R is at least one selected from Mg, Ca, Sr and Ba) Vanadium phosphate glass composition characterized by containing more than 0 and 30% and ZnO more than 0 and 20%. さらに、モル%で、Bi 0〜10%、TeO 0〜5%を含有することを特徴とする請求項1に記載のバナジウムリン酸系ガラス組成物。 The vanadium phosphate glass composition according to claim 1, further comprising, on a molar basis, 10 to 10% of Bi 2 O 3 and 0 to 5% of TeO 2 . 実質的にPbO、ハロゲンを含有しないことを特徴とする請求項1又は2に記載のバナジウムリン酸系ガラス組成物。   The vanadium phosphate glass composition according to claim 1 or 2, which is substantially free of PbO and halogen. 請求項1〜3のいずれかに記載のバナジウムリン酸系ガラス組成物からなるガラス粉末 50〜100体積%と、耐火性フィラー粉末 0〜50体積%とを含有することを特徴とする封着材料。   A sealing material comprising 50 to 100% by volume of a glass powder comprising the vanadium phosphate glass composition according to any one of claims 1 to 3 and 0 to 50% by volume of a refractory filler powder. . 軟化点が400℃以下であることを特徴とする請求項4に記載の封着材料。   The sealing material according to claim 4, wherein the softening point is 400 ° C. or less.
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