JP3424218B2 - 低融点封着用組成物 - Google Patents

低融点封着用組成物

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • 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
    • C03C8/245Fusion 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 containing more than 50% lead oxide, by weight

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス、セラミック
ス、金属相互間の接着や封着等に使用される低融点封着
用組成物に関するものであり、より詳しくはガラス、セ
ラミックス、金属等で構成される電子デバイス、パッケ
ージ等の電子部品の接着や気密封着等に使用される低融
点封着用組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ガラス、セラミックス、金属相互
間の接着や封着用として、PbO−B23 系の低融点
ガラスや、或いはこれに耐火性フィラー粉末を添加した
封着用組成物が知られている。このような封着用組成物
は、例えば蛍光表示管の本体組み立てや排気口用金属キ
ャップの接着、ICや水晶振動子を搭載したセラミック
パッケージの気密封着等に使用される。
【0003】ところでこのような材料には低融点である
ことが要求されるが、PbO−B23 系のガラスでは
低融点化に限界があり、焼成温度を400℃以下にする
ことが困難である。
【0004】そこで、近年PbO−B23 系のガラス
にTl2 OやF2 等を含有させることにより、380℃
程度の低温で焼成可能な封着用組成物が開発され、実用
化されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらTl2
やF2 を含むガラスは、焼成するとガラス中からTl2
Oが揮発したり、F2 ガスが放出されるため環境上好ま
しくない。特にTl2 Oは有毒物質であり、ガラスの製
造時や使用時に特別の設備が必要である。また蛍光物質
を使用するデバイス、例えば蛍光表示管にこれらの材料
を使用した場合、揮発したTl2 OやF2 ガスによって
輝度劣化が生じるといった問題を有している。
【0006】本発明の目的は、ガラス中に有毒物質や揮
発し易い成分を含有することなく、400℃以下の温度
で焼成可能な低融点封着用組成物を提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は種々の実験
を行った結果、PbO−B23 系のガラスにBi23
及びAg2 Oを特定量含有させることによって上記目
的が達成できることを見いだし、本発明として提案する
ものである。
【0008】即ち、本発明の低融点封着用組成物は、重
量百分率でPbO70〜85%、B23 5〜15%、
SiO2 0.1〜1.5%、Bi23 0.5〜6%、
Ag2 O5.5〜14%、ZnO0〜2%、Al23
0〜2%、V25 0〜6%からなることを特徴とす
る。
【0009】また本発明の低融点封着用組成物は、重量
百分率でPbO70〜85%、B235〜15%、Si
20.1〜1.5%、Bi230.5〜6%、Ag2
5.5〜14%、ZnO0〜2%、Al230〜2%、
250〜6%からなるガラス粉末50〜95体積%
と、耐火性フィラー粉末50〜5体積%とからなること
を特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の低融点封着用組成物において、ガラス
の組成範囲を上記のように限定した理由を以下に述べ
る。
【0011】PbOはガラスの骨格を形成する成分であ
り、その含有量は70〜85%、好ましくは73〜83
%である。PbOが70%より少ないとガラスの軟化温
度が高くなり、400℃以下での焼成が困難になる。一
方85%より多いとガラスが失透し易くなり好ましくな
い。
【0012】B23 もガラスの骨格を形成する成分で
あり、その含有量は5〜15%、好ましくは5〜13%
である。B23 が5%より少ないとガラスの軟化温度
が高くなり、15%より多いとガラスの耐候性が低下し
て実用上好ましくない。
【0013】SiO2 はガラスを安定化させる成分であ
り、その含有量は0.1〜1.5%、好ましくは0.1
〜1%である。SiO2 が0.1%より少ないとガラス
を安定化させる効果がなく、1.5%より多いと軟化温
度が高くなる。
【0014】Bi23 はガラスの流動性を高める効果
があり、その含有量は0.5〜6%好ましくは1〜5%
である。Bi23 が0.5%より少ないとその効果が
なく、6%より多いと失透が生じる。
【0015】Ag2 Oはガラスの低融点化に効果があ
り、その含有量は5.5〜14%、好ましくは6〜12
%である。Ag2 Oが5.5%より少ないと400℃以
下の温度での封着が困難になり、14%より多いとガラ
スが失透してしまう。
【0016】ZnOはガラスを安定化させる成分であ
り、その含有量は0〜2%である。ZnOが2%より多
くなるとガラスに失透が生じる。
【0017】Al23 はガラスを安定化させる成分で
あり、その含有量は0〜2%である。Al23 が2%
より多くなると軟化温度が高くなる。
【0018】V25 はガラスを安定化させる成分であ
り、その含有量は0〜6%である。V25 が6%より
多いと焼成時に発泡が生じ、気密封着できなくなる。
【0019】以上の組成を有する封着用組成物は、ガラ
スが安定しており、また軟化温度が低いため、400℃
以下の低い温度での焼成が可能である。ところで被封着
物の種類によっては熱膨張係数が整合しないことがあ
る。また封着用組成物が流動し過ぎて良好な封着形状が
得られない場合、或いは機械的強度が不足する場合があ
る。このような場合は耐火性フィラー粉末を添加してこ
れらの特性を改善することができる。
【0020】本発明において、耐火性フィラー粉末を使
用する場合、その割合はガラス粉末50〜95体積%、
耐火性フィラー粉末50〜5体積%、特にガラス粉末5
5〜90体積%、耐火性フィラー粉末45%〜10体積
%であることが望ましい。ガラス粉末と耐火性フィラー
粉末の割合をこのように限定した理由は次の通りであ
る。ガラス粉末が50体積%より少ない、即ち耐火性フ
ィラー粉末が50体積%より多いと封着用組成物の流動
性が低下して良好な封着形状が得られなくなかったり、
緻密な焼成体が得難くなるためである。一方、ガラス粉
末が95体積%より多い、即ち耐火性フィラー粉末が5
体積%より少ないと上記した効果が得難くなる。
【0021】なお、耐火性フィラー粉末としては種々の
ものが使用でき、例えばチタン酸鉛、ケイ酸亜鉛、酸化
錫、ジルコン、コージエライト、β−ユークリプタイ
ト、アルミナ、石英ガラス等を単独或いは2種以上混合
して使用することができる。
【0022】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の低融点封着
用組成物を説明する。
【0023】表1は、本発明のガラス粉末からなる封着
用組成物を示すものである。なお表中の試料Gは参考例
であり、従来より使用されているTl2 O含有ガラスを
示している。
【0024】
【表1】
【0025】各試料は次のようにして調製した。まず表
に示す割合になるように酸化鉛、ホウ酸、二酸化珪素、
酸化ビスマス、酸化銀、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、
五酸化バナジウム、炭酸バリウム、及び酸化タリウムを
調合し、白金坩堝に入れて800℃で1時間溶融してガ
ラス化した後、フィルム状に成形した。次いでこれをボ
ールミルで粉砕した後、篩を通して分級し、平均粒径4
〜5μmの粉末状の試料を得た。
【0026】このようにして得られた試料について、示
差熱分析計(DTA)によりガラス転移点を求めた。ま
た屈伏点及び熱膨張係数は40×4mmφに成形したガ
ラスカレットを用いて押し棒式熱膨張計により測定し
た。
【0027】表から明らかなように、本発明の実施例で
ある試料A〜Fはガラス転移点が246〜283℃、屈
伏点が265〜302℃であり、また30〜200℃に
おける熱膨張係数が111〜123×10-7/℃であっ
た。なおTl2 Oを含む試料Gはガラス転移点が235
℃、屈伏点が280℃、30〜200℃における熱膨張
係数が130×10-7/℃であった。
【0028】表2及び表3は、試料A〜Fと耐火性フィ
ラー粉末とを混合して作製した本発明の実施例(試料N
o.1〜9)及び試料Gと耐火性フィラー粉末とを混合
して作製した参考例(試料No.10)をそれぞれ示す
ものである。
【0029】
【表2】
【0030】
【表3】
【0031】表2及び表3から明らかなように、本発明
の実施例である試料No.1〜9は、ガラス転移点が2
45〜288℃、30〜200℃における熱膨張係数が
65〜95×10-7/℃であり、また何れの試料も参考
例である試料No.10と同様に380℃10分の焼成
条件で良好な接着性を示した。
【0032】これらの事実は、本発明の低融点封着用組
成物が、Tl2 Oを含有しなくとも380℃で焼成可能
であること、及び耐火性フィラー粉末の種類や添加量を
調節することにより、所望の熱膨張係数が得られ、種々
の材料の封着や接着に利用できることを示している。
【0033】なおガラス転移点は示差熱分析(DTA)
により求めた。熱膨張係数は、試料を380℃で10分
間焼成し、40×4mmφに研磨した後、押し棒式熱膨
張計を用いて測定した。また接着性については次のよう
にして評価した。まず各試料とビークル(ニトロセルロ
ース1重量%の酢酸イソアミル溶液)とを重量比で1
0:1の割合で混練し、スラリーを得た。次に得られた
スラリーを試料No.1、2、4及び5についてはガラ
ス板(熱膨張係数86×10-7/℃)に、試料No.6
及び7についてはアルミナ板(熱膨張係数70×10-7
/℃)に、また試料No3、8及び9については圧延鋼
板(熱膨張係数120×10-7/℃)にそれぞれ塗布し
た後、120℃で30分間乾燥させた。続いて同種の板
をその上に乗せ、380℃で10分間焼成した後、接着
力を評価した。なお評価は、作成したサンプルを1mの
高さから自然落下させて剥離が生じなかったものを良好
とした。
【0034】また使用した耐火性フィラー粉末は、ケイ
酸亜鉛については250メッシュパス品を、チタン酸鉛
と酸化錫については350メツシュパス品を使用した。
【0035】
【発明の効果】本発明の低融点封着用組成物は、有害物
質や焼成時に揮発する成分をガラス中に含有することな
く、400℃以下の温度で焼成することができる。また
耐火性フィラー粉末の種類及び含有量を適当に調節する
ことにより、ガラス、セラミックス、金属等に整合する
熱膨張係数にすることが可能である。
【0036】それゆえ蛍光表示管の本体の組立や排気口
用金属キャップの接着、ICや水晶振動子搭載用のセラ
ミックスパッケージの気密封着等、種々の電子部品の接
着用や封着用として好適である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量百分率でPbO70〜85%、B2
    3 5〜15%、SiO2 0.1〜1.5%、Bi2
    3 0.5〜6%、Ag2 O5.5〜14%、ZnO0〜
    2%、Al23 0〜2%、V25 0〜6%からなる
    ことを特徴とする低融点封着用組成物。
  2. 【請求項2】 重量百分率でPbO70〜85%、B2
    35〜15%、SiO20.1〜1.5%、Bi2
    30.5〜6%、Ag2O5.5〜14%、ZnO0〜2
    %、Al230〜2%、V250〜6%からなるガラス
    粉末50〜95体積%と、耐火性フィラー粉末50〜5
    体積%とからなることを特徴とする低融点封着用組成
    物。
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