JP3431279B2 - 陽極接合に使用する低膨張ガラス - Google Patents
陽極接合に使用する低膨張ガラスInfo
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
- C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
- C03C3/093—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium containing zinc or zirconium
Description
に熱膨張曲線がシリコンに近似した特性を持つ、シリコ
ン接合用ガラスとして好適な低膨張ガラスに関する。
して、従来より、コーニング社の硼珪酸ガラスが産業及
び民生用のさまざまな分野に利用されている。この硼珪
酸ガラスは、重量百分率でSiO2 81%、B2 O3 1
3%、Al2 O3 2%、Na2O 4%の概略組成であ
り、室温から300℃までの範囲における平均熱膨張係
数が約33×10-7/℃を示す低膨張ガラスである。
ためのセンサーとして、小型、低コスト化が可能な半導
体圧力センサーが開発され、既に実用化が始まってい
る。半導体圧力センサーは、シリコンのピエゾ抵抗効果
を利用して圧力を検知するものであり、シリコンダイヤ
フラムを支持する台座として、シリコンと熱膨張率がよ
く一致した材料が必要になる。そのような台座として、
既述の硼珪酸ガラスが現在利用されている。この硼珪酸
ガラスが用いられている理由は、上記のように、この硼
珪酸ガラスが、シリコン(熱膨張係数34×10-7/
℃)と近似した平均熱膨張係数を有するとともに、アル
カリ成分(Na2 O)を含有しているために、気密性の
高いガラスとシリコンとの接合方法である、陽極接合を
行うことができるからである。
係数はシリコンに近似した値を示すものの、熱膨張曲線
そのものは、シリコンと異なっている。すなわち、縦軸
を熱膨張、横軸を温度としてそれぞれ表示した場合、シ
リコンは下に凸の熱膨張曲線を示すが、この硼珪酸ガラ
スは転移温度(約550℃)以下の温度において上に凸
の曲線を示す。その結果、例えば、この硼珪酸ガラスを
台座とした圧力センサーは、温度変化によってシリコン
に歪が発生するために、温度補償回路が必要となり、更
には、高精度な測定に支障をきたすという課題があっ
た。
は、溶融温度が高く、脱泡することが難しい。そのた
め、溶融性を向上させるためにPbOを用いたり、脱泡
を促進させるための清澄剤としてAs2 O3 やSb2 O
3 を用いたりして、ガラスを均質化させる工夫がされて
いる。しかるに、これらの物質はいずれも人体に有害で
あるため、ガラスの製造工程においてはその揮散物の処
理を、また、切断や研磨加工および薬液処理等の工程に
おいてはその廃液の処理を、それぞれ、特別に行わねば
ならないという課題があった。
な従来の課題を解決するためになされたものであり、熱
膨張曲線がシリコンに近似した特性を持ち、また、人体
に有害な、PbOやAs2 O3 、Sb2 O3 といった融
剤や清澄剤を使用しなくとも均質なガラスを工業的に製
造可能な低膨張ガラスを提供する。
で、実質的に、SiO2:54〜68%、Al2O3:8
〜18%、B 2 O 3 :3〜8%、MgO:1〜11%、C
aO:0〜3%、BaO:0〜3%、ZnO:7〜15
%、Na2O:0.5〜4%、K2O:0〜4%、Na2
O+K2O:0.5〜6%からなり、実質的にPbO、
As 2 O 3 、Sb 2 O 3 を含有せず、室温から300℃まで
の範囲における平均熱膨張係数が、25〜40×10-7
/℃の範囲にあることを特徴とする低膨張ガラスであ
る。
O2 :60〜68%、Al2 O3 :8〜12%、B2 O
3 :4〜8%、MgO:5〜10%、CaO:0〜3
%、BaO:0〜3%、ZnO:7〜12%、Na2
O:1〜3%、K2 O:0〜2%、Na2 O+K2 O:
1.5〜4%である。
2 は、ガラスのネットワークフォーマーであり、54%
より少ないとガラスの安定性が悪化するとともに、膨張
係数が大きくなる。また、68%を超えると溶融が著し
く困難となる。より好ましい範囲は60〜68%であ
る。
久性を向上させるとともに低膨張に寄与する成分である
ため、8%以上含有する必要があるが、18%を超える
と粘性が上昇し、溶融が困難となる。より好ましい範囲
は8〜12%である。
良化させる成分であり、かかる効果を得るためには3%
以上が必要であるが、8%を超えると化学的耐久性が悪
化する。より好ましい範囲は4〜8%である。
ることなく溶融性を向上させる成分である。1%より少
ないとその効果がなく、また、11%を超えると失透し
やすくなる。より好ましい範囲は5〜10%である。
溶融性を向上させるうえで効果のある成分であるので添
加することができるが、それぞれ3%を超えると熱膨張
係数が大きくなる。
く溶融性および化学的耐久性を向上させる成分であるた
め必須であるが、7%より少ないとその効果がない。ま
た、15%を超えると失透しやすくなる。より好ましい
範囲は7〜12%である。
る成分であるが、同時に、熱膨張係数を大きくするた
め、その含有量は特に注意深く規定されなければならな
い。また、シリコンとの陽極接合を行うには、易動性の
アルカリ成分が必要であるが、特にNa2 Oは移動しや
すいため、陽極接合する際には効果的なガラス成分であ
る。
合が困難となり、4%を超えると膨張係数が大きくなり
すぎる。より好ましい範囲は1〜3%である。K2 O
は、一部Na2 Oと置換して含有することによって化学
的耐久性を向上させることができるが、4%を超えると
膨張係数が大きくなりすぎる。2%以下がより好まし
い。Na2 OとK2 Oとの合計量が0.5%より少ない
と陽極接合が困難となり、6%を超えると膨張係数が大
きくなりすぎる。より好ましくは1.5〜4%である。
成分であるPbOやAs2 O3 Sb2 O3 を用いること
なく均質なガラスを得るために、以上の基本成分の他
に、清澄剤として、Cl、SO3 、NO2 、CeO2 よ
りなる群から選ばれる1種以上の成分を3%以下含有す
ることができる。また、通常、原料や耐火煉瓦等から不
可避的に混入してくる不純物、例えば、Fe2 O3 、T
iO2 、ZrO2 等は0.5%以下含まれていも支障な
い。
る平均熱膨張係数が、25〜40×10-7/℃の範囲を
外れるとシリコンとの熱膨張係数の差が大きくなりす
ぎ、両者を接合した場合、剥離したり、歪を生じたりす
る。
原料を約1550〜1600℃に加熱して溶融しガラス
化し、次いで、この溶融ガラスをロールアウト等で成形
することにより製造できる。
gになるように原料を秤量、混合し、次いで、これを白
金製坩堝に入れ、1550℃および1600℃の温度で
6時間溶融し、ガラス化した。次いで、この溶融ガラス
を鋳型に流し込んでガラスブロックを成形し、しかる後
に、ガラス転移温度付近に保持した電気炉中に入れて徐
冷した。次いで、このガラスブロック中の泡を数え、溶
融性の評価指標とし表1の溶融性の欄に示した。また、
1600℃で溶融して得たガラスブロックから試験片を
作成し、示差熱膨張計を用いて、熱膨張率を測定した。
得られたデータから計算した30〜300℃の範囲にお
ける平均熱膨張係数(単位:×10-7/℃)を表1の熱
膨張係数の欄に示した。
は、シリコンと同様な下に凸となった。その一例を図1
に示した。表1および図1においては、比較例のガラス
について測定した結果も示した。表1に示した溶融性
は、1550℃溶融、1600℃溶融いずれの場合も残
存泡数が100個/kg未満のものを◎印で、1600
℃では100個/kg未満であるが1550℃では10
0個/kg以上のものを〇印で、1550℃、1600
℃いずれの場合も100個/kg以上のものを×印で、
それぞれ表示した。なお、例12(比較例)のガラス
は、残存気泡等が多く測定用試験片を作成しなかった。
は、PbOやAs2 O3 、Sb2 O3 を含有しなくても
溶融性に優れ、かつ、熱膨張係数が25〜40×10-7
/℃の小さい値を示す。
3 、Sb2 O3 を含有しなくても溶融性に優れ、かつ、
熱膨張係数が25〜40×10-7/℃の小さい値を示
す。また、熱膨張曲線がシリコンときわめて良く一致す
るため、シリコンと接合した場合に歪が発生しにくい。
さらに、アルカリ成分を微量含有しているため、比較的
低い温度、圧力で陽極接合を行うことができる。したが
って、本発明のガラスは、シリコンと接合して使用する
基板として好適なものである。
Claims (2)
- 【請求項1】 モル%表示で、実質的に、SiO2:5
4〜68%、Al2O3:8〜18%、B 2 O 3 :3〜8
%、MgO:1〜11%、CaO:0〜3%、BaO:
0〜3%、ZnO:7〜15%、Na2O:0.5〜4
%、K2O:0〜4%、Na2O+K2O:0.5〜6%
からなり、実質的にPbO、As 2 O 3 、Sb 2 O 3 を含有
せず、室温から300℃までの範囲における平均熱膨張
係数が、25〜40×10-7/℃の範囲にあることを特
徴とする陽極接合に使用する低膨張ガラス。 - 【請求項2】 モル%表示で、実質的に、SiO2:6
0〜68%、Al2O3:8〜12%、B2O3:4〜8
%、MgO:5〜10%、CaO:0〜3%、BaO:
0〜3%、ZnO:7〜12%、Na2O:1〜3%、
K2O:0〜2%、Na2O+K2O:1.5〜4%から
なる請求項1記載の陽極接合に使用する低膨張ガラス。
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JP12405394A JP3431279B2 (ja) | 1993-06-08 | 1994-06-06 | 陽極接合に使用する低膨張ガラス |
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JP16422593 | 1993-06-08 | ||
JP12405394A JP3431279B2 (ja) | 1993-06-08 | 1994-06-06 | 陽極接合に使用する低膨張ガラス |
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JP12405394A Expired - Fee Related JP3431279B2 (ja) | 1993-06-08 | 1994-06-06 | 陽極接合に使用する低膨張ガラス |
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1994
- 1994-06-06 JP JP12405394A patent/JP3431279B2/ja not_active Expired - Fee Related
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