JP3339647B2 - 無鉛系低融点ガラス及び封着用ガラス組成物 - Google Patents

無鉛系低融点ガラス及び封着用ガラス組成物

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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C3/122Silica-free oxide glass compositions containing oxides of As, Sb, Bi, Mo, W, V, Te as glass formers
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    • C03C8/00Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/24Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions, i.e. for use as seals between dissimilar materials, e.g. glass and metal; Glass solders

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品の封止、特
に、蛍光表示管及び半導体パッケージの封着に好適な無
鉛系低融点ガラス、封着用ガラス組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】電子部品の封止、特に、蛍光表示管及び
半導体パッケージの封着をする場合、内部部品への熱の
影響を低減するために、できるだけ低温で封着すること
が必要とされ、一般に500℃以下で封着できる低融点
ガラスが使用されている。現在、これらに使用される低
融点ガラスとして、PbO−B23 、PbO−B2
3 −ZnO、PbO−B23 −SiO2 、PbO−B
23 −SiO2 −BaOなどを基本とした鉛を含有す
るガラス粉末に耐火物フィラー粉末を混合、被封着材
料の熱膨張係数とほぼ同等となるようにした封着材料が
用いられている。これら鉛系低融点ガラスは、鉛の毒性
から環境上問題がある。
【0003】また、鉛系低融点ガラスは、一般にPbO
の量が多いほど低融点となる。被封着材料の熱影響を低
減するためガラスの封着温度はできるだけ低い方が望ま
しく、ガラス中により多量のPbOが必要となる。この
ため化学的耐久性が悪い、金属鉛が析出するなどの問題
がある。これらの問題を解決すべく、無鉛系低融点ガラ
スの研究、開発が進められている。
【0004】例えば、Na2 O−B23 系等のホウ酸
塩、Na2 O−B23 ーP25系等のリン酸塩、L
2 O−GeO2 系等のゲルマン酸塩、Ta25 −B
23 系等のタリウム酸塩、Na2 O−MoO3 系等の
モリブデン酸塩、V25 −GeO2 −P25 系等の
バナジン酸塩、テルル酸塩、フッ化物、フツリン酸、カ
ルコゲナイド、オキシカルコゲナイド等の低融点ガラス
が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら無鉛系
低融点ガラスは、絶縁性、誘電率等の電気的特性、耐水
性、耐酸性等の化学的安定性、ガラスの流動性等の封着
特性、毒性等の問題があり、鉛系低融点ガラスの代りに
使用するに至っていない。本発明は上記課題に鑑みてな
されたもので、電子部品の封止、特に、蛍光表示管及び
半導体パッケージの封着に好適な無鉛系低融点ガラス、
封着用組成物の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の無鉛系低融点ガラスは、組成が重量%表示
で V25 20〜45% TeO2 3〜25% MoO 3 3〜30% B23 1〜13% ZnO 3〜25% BaO 0〜30% TiO2 0〜 5% Al23 0〜 5% Nb25 0〜 7% Ta25 0〜10%であることを特徴とする。また、本発明の封着用ガラス
組成物は、上記の無鉛系低融点 ガラス粉末に耐火物フ
ィラー粉末を、無鉛系低融点ガラスの粉末と耐火物フィ
ラー粉末との合計に対し10〜50容量%含有させたこ
とを特徴とする。
【0007】発明において組成が前記のように限定さ
れた理由について説明する。V25 は、ガラスの転移
点、軟化点を下げ、また熱膨張係数を小さくするが、4
5%(重量%、特記ないかぎり以下同じ。)超では再
熱によって失透し流動性が悪化する。またガラスの絶縁
性が低くなる。20%未満では転移点及び軟化点を下げ
る効果がほとんどない。
【0008】TeO2 は、軟化点を低下させ流動性を向
上させるが、25%超ではガラスの安定性が悪くなり、
熱膨張係数が著しく大きくなり、また誘電率が大きくな
る。3%未満ではガラスの転移点及び軟化点を下げる効
果がほとんどない。
【0009】MoO3 は、転移点を低下させるが0%
超では再熱によって失透し流動性が悪化する。3%未
満ではガラスの転移点及び軟化点を下げる効果がほとん
どない。
【0010】B23 は、ガラスを安定化させるが、1
3%超では軟化点が高くなり、ガラスの粘性が大きくな
る。1%未満ではガラスの結晶化傾向が大きくなり、ガ
ラスが流動しなくなる。
【0011】ZnOは、化学的耐久性を向上させ、熱膨
張係数を小さくするが、25%超では軟化点が著しく高
くなる。3%未満ではガラスの結晶化傾向が大きくな
り、ガラスが流動しなくなる。
【0012】BaOは、ガラスを安定化させるが、30
%超では軟化点が高くなり、ガラスが流動しなくなる。
【0013】TiO2 は、5%超ではガラスの結晶化傾
向が大きくなり、ガラスが流動しなくなる。
【0014】Al23 は、化学的耐久性を向上させ、
熱膨張係数を小さくするが、5%超ではガラスの結晶化
傾向が大きくなり、ガラスが流動しなくなる。
【0015】Nb25 は、ガラスを安定化させるが、
7%超では軟化点が高くなり、ガラスが流動しなくな
る。
【0016】Ta25 は、ガラスを安定化させるが、
10%超では軟化点が高くなり、ガラスが流動しなくな
る。
【0017】本発明において、上記組成ガラスは、作
業温度範囲が、400〜500℃と従来の鉛系低融点ガ
ラスと同等の温度特性を持っていることが好ましい。ま
た、絶縁性、 誘電率等の電気特性も同等であることが好
ましい。しかもPbOを含んでいないため化学的安定性
が著しくよい。
【0018】本発明の無鉛系低融点ガラスは、従来から
の低融点ガラスと同じ方法で製造できる。すなわち、V
25 、TeO2 、MoO3 、B23 、ZnO、Ba
O、TiO2 、Al23 、Nb25 、Ta25
与える原料を上記割合を満足するように配合し、加熱し
て溶融した後、金型に流しこみガラスブロックを製造す
る。粉末とする場合は、例えば、ボールミル等を用いて
粉砕する。
【0019】本発明に用いる耐火物フィラー粉末には、
例えばコージェライト、β−ユークリプタイト、β−ス
ポジューメン、ケイ酸亜鉛から選ばれた一種又は二種以
上の粉末を用いるのが好ましく、その粒径は1〜10μ
m程度が好ましく、その配合量は、ガラス粉末と耐火物
フィラーとの合計に対して10〜50容量%であること
が好ましい。
【0020】耐火物フィラー粉末を低融点ガラス粉末に
混合するのは、その熱膨張係数を被封着物のそれと同じ
くするためと、強度を向上させるためであるが、10容
量%未満ではその効果があらわれず、50容量%超で
は、ガラスの流動性が著しく悪くなり、被封着物を気密
的に封着できなくなる。耐火物フィラーの製造法は、特
に限定されないが、例えば、各組成を与える原料を所定
の割合で混合し、焼成、粉砕して製造される。
【0021】ガラス粉末と、耐火物フィラー粉末との混
合方法は、どのような方法によってもよく、例えば、ガ
ラスブロックをボールミルで粉砕する際に、耐火物フィ
ラーを加えて、粉砕、混合を同時に行ってもよく、それ
ぞれを所定の大きさの粉末とした後、混合してもよい。
【0022】このようにして製造された本発明の無鉛系
低融点ガラス、封着用ガラス組成物は、従来のものと同
様な方法により、電子部品の封着に用いることができ
る。例えば、半導体のパッケージの封着をする場合、封
着用ガラス組成物と有機バインダーとを混合した後、半
導体のパッケージの封着すべき部分に付着させ、加熱し
て、封着用ガラス組成物を溶融させるとともに、有機バ
インダーを飛散させることにより、パッケージを封着す
る。
【0023】
【実施例】V25 、TeO2 、MoO3 、B23
ZnO、BaO、TiO2 、Al23 、Nb25
Ta25 、PbO、SiO 2 、P 2 5 を表1に示す
重量割合で配合し、白金ルツボに入れ、1000〜12
00℃の電気炉中で1時間加熱して溶融させた後、急冷
して板状に成形し、板状のガラスブロックを得た。つい
で、このガラスブロックをボ−ルミルにて粉砕してガラ
ス粉末を得た(実施例1〜5、比較例1〜2)。これら
のガラスについて特性を測定した結果を表1に示す。
【0024】得られたガラス粉末に、表2に示す耐火物
フィラ−粉末を、表2に示す容量割合で混合し、封着用
ガラス組成物を得た(実施例6〜8、比較例3)。これ
らについて特性を測定した結果を表2に示す。
【0025】表1、表2に示した特性の測定方法は、以
下の通りである。 1)ガラス転移点、軟化点:ガラスを粉末とし、示差熱
分析装置を用いて、昇温速度10℃/分でそれぞれの温
度を測定。 2)熱膨張係数:ガラスを5mmφ×20mmに加工し
て、示差膨張計により昇温速度10℃/分で、30℃〜
250℃までの平均熱膨張係数を測定。
【0026】3)体積抵抗:ガラスを50mm×50m
m×3mmに加工して、金を蒸着し電極を形成した後、
絶縁計で室温90Vの条件で測定。表には、単位をΩ・
cmとして表わした体積抵抗Rの常用対数値logRを
示す。 4)誘電率:ガラスを50mm×50mm×3mmに加
工して、金を蒸着し電極を形成した後、ブリッジ法で室
温、1MHzの条件で測定。
【0027】5)耐水性:ガラスを10mm×10mm
×10mmに加工して、95℃の蒸留水に1時間放置
し、重量減を測定。 6)流動性:各粉末試料を、その比重に相当する重量を
採取し、12.5mmφの円柱状に加圧成形した後、板
ガラス上にのせ430℃で10分間熱処理した後、その
直径を測定。18mm以上であれば良好と判定。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】表1より、本発明の無鉛系低融点ガラス
は、比較例1の鉛系低融点ガラスとほぼ同じ熱特性、電
気特性を持ち、さらに耐水性が著しくよいことがわか
る。また公知の無鉛系低融点ガラスである比較例2と比
較しても電気的特性、耐水性が著しくよいことがわか
る。表2より、耐火物フィラ−を含有させた封着用組成
物は、従来の鉛系封着用組成物と同等の特性が得られる
ことがわかる。
【0031】
【発明の効果】本発明の無鉛系低融点ガラス、封着用ガ
ラス組成物は、作業温度範囲が400〜500℃と従来
の鉛系低融点ガラスと同等であり、鉛を含んでいないた
め、毒性等の環境上問題がなく、化学的安定性もよい。
したがって、本発明の無鉛系低融点ガラス、封着用ガラ
ス組成物は、電子部品の封止、特に、蛍光表示管及び半
導体パッケージの封着に好適である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】組成が重量%表示で V25 20〜45% TeO2 3〜25% MoO 3 3〜30% B23 1〜13% ZnO 3〜25% BaO 0〜30% TiO2 0〜 5% Al23 0〜 5% Nb25 0〜 7% Ta25 0〜10% であることを特徴とする無鉛系低融点ガラス。
  2. 【請求項2】請求項1記載無鉛系低融点ガラスの粉末
    に耐火物フィラー粉末を、無鉛系低融点ガラスの粉末と
    耐火物フィラー粉末との合計に対し10〜50容量%含
    有させたことを特徴とする封着用ガラス組成物。
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