JP5083704B2 - Bismuth sealing material - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマディスプレイパネル(以下、PDPと称する)、フィールドエミッションディスプレイ(以下、FEDと称する)、蛍光表示管(以下、VFDと称する)等の平面表示装置の封着および水晶振動子、ICパッケージ等の電子部品の封着に好適なビスマス系封着材料に関するものである。   The present invention relates to sealing a flat display device such as a plasma display panel (hereinafter referred to as PDP), a field emission display (hereinafter referred to as FED), a fluorescent display tube (hereinafter referred to as VFD), a crystal resonator, and an IC. The present invention relates to a bismuth-based sealing material suitable for sealing electronic parts such as packages.

従来から平面表示装置等の封着材料としてガラスが用いられている。ガラスは、樹脂系の接着剤に比べ、化学的耐久性および耐熱性が優れるとともに、平面表示装置等の気密性を確保するのに適している。   Conventionally, glass has been used as a sealing material for flat display devices and the like. Glass is excellent in chemical durability and heat resistance as compared with a resin-based adhesive, and is suitable for ensuring airtightness of a flat display device or the like.

これらのガラスは、用途によっては機械的強度、流動性、電気絶縁性等の種々の特性が要求されるが、少なくとも平面表示装置等に使用される蛍光体の蛍光特性を劣化させない温度で使用可能であることが要求される。それゆえ、上記特性を満足するガラスとして、ガラスの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(例えば、特許文献1参照)が広く用いられてきた。   These glasses require various properties such as mechanical strength, fluidity, and electrical insulation depending on the application, but they can be used at least at temperatures that do not degrade the fluorescence properties of phosphors used in flat panel displays, etc. It is required to be. Therefore, as a glass that satisfies the above characteristics, lead borate glass (see, for example, Patent Document 1) containing a large amount of PbO that has an extremely large effect of lowering the melting point of the glass has been widely used.

ところが、最近、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。その中でも、特許文献2等に記載されているビスマス系ガラス(Bi23−B23系ガラスとも称される)は、化学耐久性、機械的強度等の諸特性において鉛硼酸系ガラスと同等の特性を有するため、その代替候補として期待されている。 However, recently, environmental problems have been pointed out with respect to PbO contained in lead borate glass, and it is desired to replace lead borate glass with glass containing no PbO. Therefore, various low melting glass has been developed as a substitute for lead borate glass. Among them, the bismuth glass (also referred to as Bi 2 O 3 —B 2 O 3 glass) described in Patent Document 2 is a lead borate glass in various properties such as chemical durability and mechanical strength. Therefore, it is expected as an alternative candidate.

ところで、PDPに使用される封着材料は、以下のような工程を経る。まず、三本ロールミル等の混練装置を用いて、封着材料とビークルを均一に分散し、ペースト化する。一般的に、ビークルは、有機溶媒や樹脂等を含有しており、樹脂は、ガラスの軟化点以下の温度で良好に熱分解するニトロセルロースまたはアクリル樹脂等が使用される。次に、PDPの背面基板の外周縁部に作製されたペーストを塗布し、高温でビークル成分を熱分解または焼却して、一次焼成(グレーズ焼成、仮焼成)を行う。一次焼成は、ビークルに使用する樹脂が完全に熱分解する温度条件で行われる。さらに、封着材料の二次焼成(本焼成)が行なわれ、PDPの前面基板と背面基板を封着する。最後に、排気管を通してPDP内部を真空排気した後、希ガスを必要量注入して排気管を封止する。このようにしてPDPは作製される。
特開昭63−315536号公報 特開平6−24797号公報
By the way, the sealing material used for PDP goes through the following processes. First, using a kneading apparatus such as a three-roll mill, the sealing material and the vehicle are uniformly dispersed to form a paste. In general, a vehicle contains an organic solvent, a resin, and the like, and a nitrocellulose, an acrylic resin, or the like that is thermally decomposed well at a temperature below the softening point of glass is used as the resin. Next, a paste prepared on the outer peripheral edge of the back substrate of the PDP is applied, and the vehicle components are pyrolyzed or incinerated at a high temperature to perform primary firing (glaze firing, temporary firing). The primary firing is performed under temperature conditions where the resin used in the vehicle is completely pyrolyzed. Further, secondary firing (main firing) of the sealing material is performed to seal the front substrate and the rear substrate of the PDP. Finally, the inside of the PDP is evacuated through the exhaust pipe, and then a necessary amount of rare gas is injected to seal the exhaust pipe. In this way, the PDP is manufactured.
Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 63-315536 JP-A-6-24797

近年、PDPの製造効率の向上を目的として、封着材料の一次焼成と蛍光体材料の一次焼成を同時に行う場合がある。   In recent years, the primary firing of the sealing material and the primary firing of the phosphor material are sometimes performed simultaneously for the purpose of improving the production efficiency of the PDP.

蛍光体材料は、蛍光体粉末を有機溶媒や樹脂からなるビークルに均一に分散され、ペースト状に加工された後、使用に供される。一般的に、このビークルに使用される樹脂は、粘度特性等が良好なエチルセルロース等が使用されている。なお、エチルセルロースは、ニトロセルロースやアクリル樹脂等と比較して、分解温度が高く、熱分解性が劣っている。   The phosphor material is used for use after the phosphor powder is uniformly dispersed in a vehicle made of an organic solvent or resin and processed into a paste. Generally, as a resin used for this vehicle, ethyl cellulose having good viscosity characteristics and the like are used. Note that ethyl cellulose has a higher decomposition temperature and inferior thermal decomposability than nitrocellulose and acrylic resins.

蛍光体材料の一次焼成は、エチルセルロースの熱分解が短時間で完了する条件で行われ、具体的には、500℃程度で行われる。したがって、エチルセルロースの分解温度がニトロセルロースの分解温度より高いため、封着材料の一次焼成と蛍光体材料の一次焼成を同時に行う場合、その焼成温度は500℃程度となる。   The primary firing of the phosphor material is performed under the condition that the thermal decomposition of ethyl cellulose is completed in a short time, and specifically, is performed at about 500 ° C. Therefore, since the decomposition temperature of ethyl cellulose is higher than the decomposition temperature of nitrocellulose, when the primary firing of the sealing material and the primary firing of the phosphor material are performed simultaneously, the firing temperature is about 500 ° C.

なお、蛍光体材料を分散するビークルに使用する樹脂として、熱分解性が良好な樹脂を用いる方法も考えられるが、そのような樹脂は粘性が十分ではなく、蛍光体材料の塗布作業性が悪化するため、逆にPDPの製造効率の低下させる虞がある。   In addition, as a resin used for the vehicle in which the phosphor material is dispersed, a method using a resin having good thermal decomposability may be considered, but such a resin is not sufficiently viscous and the workability of applying the phosphor material is deteriorated. Therefore, conversely, there is a possibility that the manufacturing efficiency of the PDP is lowered.

また、封着材料の一次焼成後に供される二次焼成は、蛍光体の蛍光特性を劣化させない温度で行われ、エネルギー効率等を考慮して、できるだけ低温で行われる。具体的には、封着材料の二次焼成は、450〜500℃程度の温度で行われる。   Further, the secondary firing provided after the primary firing of the sealing material is performed at a temperature that does not deteriorate the fluorescent characteristics of the phosphor, and is performed at as low a temperature as possible in consideration of energy efficiency and the like. Specifically, the secondary firing of the sealing material is performed at a temperature of about 450 to 500 ° C.

ところで、特許文献2には、電子部品の封着等に使用可能なビスマス系封着材料が記載されている。しかし、このビスマス系封着材料は、鉛硼酸系ガラスと比較して、耐失透性が乏しく、特に、耐火性フィラー粉末を含有させた場合、失透性が顕著である。したがって、特許文献2に記載のビスマス系封着材料を使用すると、封着材料と蛍光体材料の一次焼成を同時に行った場合、つまり、500℃程度で焼成した場合、ビスマス系ガラスが失透し、その後の二次焼成で封着材料が流動し難くなり、その結果、PDPの気密信頼性を確保することができなくなる。   By the way, Patent Document 2 describes a bismuth-based sealing material that can be used for sealing electronic parts. However, this bismuth-based sealing material has poor devitrification resistance as compared with lead borate-based glass. In particular, when a refractory filler powder is contained, the devitrification property is remarkable. Accordingly, when the bismuth-based sealing material described in Patent Document 2 is used, the bismuth-based glass is devitrified when the sealing material and the phosphor material are subjected to primary firing at the same time, that is, when firing at about 500 ° C. In the subsequent secondary firing, the sealing material becomes difficult to flow, and as a result, it becomes impossible to ensure the airtight reliability of the PDP.

上記事情に鑑み、本発明は、500℃で一次焼成しても失透せず、しかも450〜500℃の二次焼成で良好に流動するビスマス系封着材料を提供し、PDP等の平面表示装置の製造効率向上に貢献することを技術的課題とする。   In view of the above circumstances, the present invention provides a bismuth-based sealing material that does not devitrify even when subjected to primary firing at 500 ° C. and flows well during secondary firing at 450 to 500 ° C. Contributing to the improvement of device manufacturing efficiency is a technical issue.

本発明者は、鋭意努力の結果、ビスマス系ガラス粉末40〜95重量%、耐火性フィラー粉末5〜60重量%を含有するビスマス系封着材料であって、該ビスマス系ガラス粉末のガラス組成を、モル%でBi 30〜50%、B 10〜30%、ZnO+CuO(ZnOとCuOの合量) 35〜50%、Fe 0.1〜10%に規制するとともに、実質的にPbOを含有させないことで上記課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。ここで、本発明でいう「実質的にPbOを含有しない」とは、ガラス組成中のPbO含有量が1000ppm以下の場合を指す。 As a result of diligent efforts, the present inventor is a bismuth-based sealing material containing 40 to 95% by weight of a bismuth-based glass powder and 5 to 60% by weight of a refractory filler powder. , Bi 2 O 3 30~50% by mole%, B 2 O 3 10~ 30 %, ZnO + CuO ( total amount of ZnO and CuO) 35 to 50%, while regulating the Fe 2 O 3 0.1~10% The present inventors have found that the above problems can be solved by not containing PbO substantially, and propose the present invention. Here, “substantially not containing PbO” in the present invention refers to a case where the PbO content in the glass composition is 1000 ppm or less.

本発明のビスマス系封着材料は、耐火性フィラー粉末5〜60重量%を含有している。このようにすれば、封着材料と被封着物の熱膨張係数をマッチングさせることができ、焼成後の封着層に不当な応力が残留し難くなり、封着層が衝撃破壊し難くなる。   The bismuth-based sealing material of the present invention contains 5 to 60% by weight of refractory filler powder. If it does in this way, the thermal expansion coefficient of a sealing material and a to-be-sealed material can be matched, an undue stress does not remain easily in the sealing layer after baking, and a sealing layer becomes difficult to carry out an impact destruction.

本発明のビスマス系封着材料は、ビスマス系ガラスのガラス組成を上記のように規制している。すなわち、ビスマス系ガラスにBi23を一定量以上含有させることでビスマス系ガラスの軟化点を低下させ、ビスマス系封着材料の流動性を向上させている。また、ZnO+CuOの含有量を35モル%以上とすることでビスマス系封着材料の熱的安定性を向上させている。このように、ビスマス系ガラスのガラス組成を上記のように規制すれば、封着材料の一次焼成と蛍光体の一次焼成を同時に行っても、ビスマス系封着材料が失透することなく、その後の二次焼成でビスマス系封着材料が良好に流動し、PDP等の製造効率を高めることができる。 The bismuth-based sealing material of the present invention regulates the glass composition of bismuth-based glass as described above. That is, by containing a certain amount or more of Bi 2 O 3 in the bismuth glass, the softening point of the bismuth glass is lowered and the fluidity of the bismuth sealing material is improved. Further, the thermal stability of the bismuth-based sealing material is improved by setting the content of ZnO + CuO to 35 mol% or more. Thus, if the glass composition of the bismuth-based glass is regulated as described above, even if the primary firing of the sealing material and the primary firing of the phosphor are performed simultaneously, the bismuth-based sealing material is not devitrified and thereafter In this secondary firing, the bismuth-based sealing material flows well, and the production efficiency of PDP or the like can be increased.

本発明に係るビスマス系ガラスは、実質的にPbOを含有しない。このようにすれば、近年の環境的要請を満たすことができる。   The bismuth-based glass according to the present invention does not substantially contain PbO. In this way, environmental demands in recent years can be satisfied.

第二に、本発明のビスマス系封着材料は、ビスマス系ガラス粉末40〜95重量%、耐火性フィラー粉末5〜60重量%を含有し、且つ該ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、モル%でBi 34〜50%、B 10〜30%、ZnO+CuO 35〜50%、Fe 0.1〜10%を含有し、実質的にPbOを含有しないことが好ましいSecondly, the bismuth-based sealing material of the present invention contains bismuth-based glass powder 40 to 95% by weight, refractory filler powder 5 to 60% by weight, and the bismuth-based glass powder has a molar composition as a glass composition. Bi 2 O 3 34~50%, B 2 O 3 10~ 30%, ZnO + CuO 35~50%, contains Fe 2 O 3 0.1~10%, it contains substantially no PbO preferred% .

第三に、本発明のビスマス系封着材料は、ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、モル比率Bi/(ZnO+CuO)の値が0.7〜1.1であることが好ましい。本発明に係るビスマス系ガラスにおいて、Biはガラスの軟化点を低下させ、ビスマス系封着材料の流動性を高める成分であるが、その含有量が多いと、ビスマス系封着材料の熱的安定性が低下する。一方、ZnO+CuOは、ビスマス系封着材料の熱的安定性を高める成分であるが、その含有量が多いと、ガラスの軟化点が上昇し、ビスマス系封着材料の流動性が低下する。そこで、上記のようにモル比率Bi/(ZnO+CuO)の値を規制すれば、ビスマス系封着材料の熱的安定性と流動性を高いレベルで両立させることができる。 Thirdly, bismuth sealing material of the present invention, the bismuth-based glass powder, as a glass composition, the molar ratio Bi 2 O 3 / (ZnO + CuO) is preferably a 0.7 to 1.1. In the bismuth-based glass according to the present invention, Bi 2 O 3 is a component that lowers the softening point of the glass and increases the fluidity of the bismuth-based sealing material. Thermal stability is reduced. On the other hand, ZnO + CuO is a component that enhances the thermal stability of the bismuth-based sealing material. However, if its content is large, the softening point of the glass increases and the fluidity of the bismuth-based sealing material decreases. Therefore, if the value of the molar ratio Bi 2 O 3 / (ZnO + CuO) is regulated as described above, the thermal stability and fluidity of the bismuth-based sealing material can be made compatible at a high level.

第四に、本発明のビスマス系封着材料は、ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、モル%で、BaO+SrO+MgO+CaO 0〜15%、SiO+Al 0〜10%、Sb 0〜5%、WO 0〜5%、In+Ga 0〜5%含有することが好ましいFourth, bismuth sealing material of the present invention, the bismuth-based glass powder, as a glass composition, in mol%, BaO + SrO + MgO + CaO 0~15%, S iO 2 + Al 2 O 3 0~10%, Sb 2 O 3 0~5%, WO 3 0~5%, In 2 O 3 + Ga 2 O 3 is preferably contained 0-5%.

第五に、本発明のビスマス系封着材料は、ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、モル%で、CuO 0.1〜10%含有することが好ましいFifth, in the bismuth-based sealing material of the present invention, the bismuth-based glass powder preferably contains 0.1 to 10% of CuO as a glass composition in mol%.

第六に、本発明のビスマス系封着材料は、耐火性フィラー粉末が、実質的にZnOを含有しないことが好ましい。ここで、本発明でいう「実質的にZnOを含有しない」とは、耐火性フィラー中のZnO含有量が1000ppm以下の場合を指す。このようにすれば、ビスマス系ガラスが結晶性であっても、ビスマス系封着材料の一次焼成時に耐火性フィラーの一部がビスマス系ガラスに溶け込み、その溶け込んだ耐火性フィラーがビスマス系ガラスの失透を抑制し、一次焼成温度が高い場合、例えば一次焼成温度が500℃以上であっても、ビスマス系封着材料に失透が生じにくくなる。つまり、このようにすれば、ビスマス系ガラスが結晶性であっても、焼成時に、ビスマス系封着材料は非結晶性の挙動を示すことができる。 Sixth, in the bismuth-based sealing material of the present invention, it is preferable that the refractory filler powder does not substantially contain ZnO. Here, “substantially not containing ZnO” in the present invention refers to a case where the ZnO content in the refractory filler is 1000 ppm or less. In this way, even if the bismuth-based glass is crystalline, a part of the refractory filler dissolves in the bismuth-based glass during the primary firing of the bismuth-based sealing material, and the dissolved refractory filler becomes the bismuth-based glass. When devitrification is suppressed and the primary firing temperature is high, for example, even if the primary firing temperature is 500 ° C. or higher, devitrification is less likely to occur in the bismuth-based sealing material. That is, in this way, even if the bismuth-based glass is crystalline, the bismuth-based sealing material can exhibit an amorphous behavior during firing.

第七に、本発明のビスマス系封着材料は、耐火性フィラー粉末が、コーディエライト、β−ユークリプタイト、石英ガラス、アルミナ、ムライト、アルミナ−シリカ系セラミックスから選ばれる一種または二種以上であることが好ましいSeventh, the bismuth-based sealing material of the present invention is such that the refractory filler powder is one or more selected from cordierite, β-eucryptite, quartz glass, alumina, mullite, and alumina-silica ceramics. It is preferable that

第八に、本発明のビスマス系封着材料は、耐火性フィラー粉末が、コーディエライトであることが好ましい。このようにすれば、ビスマス系ガラスが結晶性であっても、ビスマス系封着材料の一次焼成時にコーディエライトの一部がビスマス系ガラスに溶け込み、その溶け込んだコーディエライトがビスマス系ガラスの失透を抑制し、一次焼成温度が高い場合、例えば一次焼成温度が500℃以上であっても、ビスマス系封着材料に失透が生じにくくなる。つまり、このようにすれば、ビスマス系ガラスが結晶性であっても、焼成時に、ビスマス系封着材料は非結晶性の挙動を示すことができる。 Eighth, in the bismuth-based sealing material of the present invention, the refractory filler powder is preferably cordierite. In this way, even if the bismuth-based glass is crystalline, a portion of cordierite dissolves in the bismuth-based glass during the primary firing of the bismuth-based sealing material, and the melted cordierite becomes the bismuth-based glass. When devitrification is suppressed and the primary firing temperature is high, for example, even if the primary firing temperature is 500 ° C. or higher, devitrification is less likely to occur in the bismuth-based sealing material. That is, in this way, even if the bismuth-based glass is crystalline, the bismuth-based sealing material can exhibit an amorphous behavior during firing.

第九に、本発明のビスマス系封着材料は、非結晶性(非晶質)であることが好ましい。本発明でいう「非結晶性」とは、DTA(空気中、昇温速度10℃/分、室温から測定開始)で600℃以下の温度で結晶化ピークが認められないものを指す。ビスマス系封着材料を非結晶性とすれば、500℃で焼成した後に450〜500℃で焼成しても、ビスマス系封着材料が失透し難く、しかも流動性を確実に維持することができる。 Ninth, the bismuth-based sealing material of the present invention is preferably non-crystalline (amorphous). The term “non-crystalline” as used in the present invention refers to a substance in which no crystallization peak is observed at a temperature of 600 ° C. or less by DTA (in air, temperature rising rate 10 ° C./min, measurement started from room temperature). If the bismuth-based sealing material is made non-crystalline, the bismuth-based sealing material is not easily devitrified even when fired at 450-500 ° C. after firing at 500 ° C., and the fluidity can be reliably maintained. it can.

第十に、本発明のビスマス系封着材料は、PDPの封着に使用することが好ましい。本発明のビスマス系封着材料は、封着材料の一次焼成と蛍光体の一次焼成を同時に行うことができることから、PDPの製造工程を簡略化することができ、その結果、PDPの製造効率を飛躍的に高めることができる。 Tenth, the bismuth-based sealing material of the present invention is preferably used for sealing a PDP. Since the bismuth-based sealing material of the present invention can simultaneously perform the primary firing of the sealing material and the primary firing of the phosphor, the production process of the PDP can be simplified. As a result, the production efficiency of the PDP can be improved. It can be improved dramatically.

本発明に係るビスマス系ガラスのガラス組成を上記のように限定した理由を下記に述べる。なお、以下の%表示は、特に限定がある場合を除き、モル%を指す。   The reason why the glass composition of the bismuth glass according to the present invention is limited as described above will be described below. In addition, the following% display points out mol% unless there is particular limitation.

Bi23は、ガラスの軟化点を低くするための主要成分であり、その含有量は、30〜50%、好ましくは32〜45%、より好ましくは34〜40%、更に好ましくは34〜37%である。Bi23の含有量が30%より少ないと、ガラスの軟化点が高くなり過ぎて、500℃以下の温度で焼成し難くなる。一方、Bi23の含有量が50%より多いと、ビスマス系封着材料の熱的安定性が低下しやすくなるとともに、ガラスの原料コストが高騰する。 Bi 2 O 3 is a main component for lowering the softening point of glass, and its content is 30 to 50%, preferably 32 to 45%, more preferably 34 to 40%, and still more preferably 34 to 40%. 37%. When the content of Bi 2 O 3 is less than 30%, the softening point of the glass becomes too high and it becomes difficult to fire at a temperature of 500 ° C. or lower. On the other hand, when the content of Bi 2 O 3 is more than 50%, the thermal stability of the bismuth-based sealing material tends to be lowered, and the raw material cost of the glass increases.

は、ガラス形成成分として必須の成分であり、その含有量は10〜30%、好ましくは15〜30%、より好ましくは15〜28%、更に好ましくは18〜23%である。Bの含有量が10%より少ないと、ガラスネットワークが十分に形成されにくいため、ガラスが失透しやすくなる。一方、Bの含有量が30%より多いと、ガラスの粘性が高くなる傾向があり、500℃以下の温度で焼成し難くなる。 B 2 O 3 is an essential component as a glass forming component, and its content is 10 to 30 %, preferably 15 to 30%, more preferably 15 to 28%, and still more preferably 18 to 23%. If the content of B 2 O 3 is less than 10%, the glass network is not easily formed, so that the glass is easily devitrified. On the other hand, if the content of B 2 O 3 is more than 30 %, the viscosity of the glass tends to increase, and it becomes difficult to fire at a temperature of 500 ° C. or lower.

ZnO+CuOは、溶融時にガラスの失透を抑制する効果があり、且つビスマス系封着材料の失透を抑制する効果がある。ZnOとCuOは、少なくとも一種が含有されていれば良く、ZnO+CuOの含有量は35〜50%、好ましくは35〜45%である。ZnO+CuOの含有量が35%より少ないと、上記効果が得られ難くなる。ZnO+CuOの含有量が50%より多いと、ガラスの軟化点が高くなり、500℃以下の温度で焼成し難くなる。   ZnO + CuO has an effect of suppressing devitrification of the glass at the time of melting, and has an effect of suppressing devitrification of the bismuth-based sealing material. ZnO and CuO should just contain at least 1 type, and content of ZnO + CuO is 35 to 50%, Preferably it is 35 to 45%. When the content of ZnO + CuO is less than 35%, it is difficult to obtain the above effect. When there is more content of ZnO + CuO than 50%, the softening point of glass will become high and it will become difficult to bake at the temperature of 500 degrees C or less.

ZnOは、ビスマス系封着材料の失透を抑制する効果があり、その含有量は25〜48%が好ましく、30〜42%がより好ましい。ZnOの含有量が25%より少ないと、ビスマス系封着材料の失透を抑制する効果が得られにくくなる。一方、ZnOの含有量が48%より多いと、ガラスの軟化点が高くなり、500℃以下の温度で焼成し難くなる。   ZnO has an effect of suppressing devitrification of the bismuth-based sealing material, and its content is preferably 25 to 48%, more preferably 30 to 42%. When the ZnO content is less than 25%, it is difficult to obtain the effect of suppressing devitrification of the bismuth-based sealing material. On the other hand, if the ZnO content is more than 48%, the softening point of the glass becomes high and it becomes difficult to fire at a temperature of 500 ° C. or lower.

CuOは、ガラスの失透を抑制する効果がある成分であり、その含有量は0〜10%が好ましく、0.1〜10%がより好ましい。CuOの含有量が10%より多いと、他の成分とのバランスを欠き、逆に結晶の析出速度が大きくなって、即ち失透傾向が増大して、ビスマス系封着材料の流動性が悪くなる傾向がある
さらに、モル比率Bi23/(ZnO+CuO)を0.7〜1.1、好ましくは0.8〜1.1に規制すれば、ビスマス系封着材料の失透をより一層抑制する効果が得られる。モル比率Bi23/(ZnO+CuO)が0.7未満であると、ガラスの軟化点が高くなり、500℃以下の温度で焼成し難くなる。モル比率Bi23/(ZnO+CuO)が1.1より大きいと、上記ビスマス系封着材料の失透抑制効果が得られ難くなる。
CuO is a component having an effect of suppressing devitrification of glass, and its content is preferably 0 to 10%, and more preferably 0.1 to 10%. When the content of CuO is more than 10%, the balance with other components is lacking, and conversely, the precipitation rate of crystals increases, that is, the tendency of devitrification increases, and the fluidity of the bismuth-based sealing material is poor. Furthermore, if the molar ratio Bi 2 O 3 / (ZnO + CuO) is restricted to 0.7 to 1.1, preferably 0.8 to 1.1, devitrification of the bismuth-based sealing material is further increased. The effect of suppressing is acquired. When the molar ratio Bi 2 O 3 / (ZnO + CuO) is less than 0.7, the softening point of the glass becomes high and it becomes difficult to fire at a temperature of 500 ° C. or lower. When the molar ratio Bi 2 O 3 / (ZnO + CuO) is greater than 1.1, it is difficult to obtain the devitrification suppressing effect of the bismuth-based sealing material.

本発明に係るビスマス系ガラスは、上記成分以外にも下記の成分を含有させても良い。
BaO、SrO、MgOおよびCaOは、溶融時にガラスの失透を抑制する効果がある成分であり、これらの成分の合量(BaO+SrO+MgO+CaO)は0〜15%とするのが好ましく、0〜10%とするのがより好ましい。BaO+SrO+MgO+CaOの含有量が15%より多くなると、ガラス転移点が高くなる傾向がある。なお、BaOの含有量は0〜10%とするのが好ましい。BaOの含有量が10%より多いと、溶融時にガラスの失透を抑制する効果が得られ難くなる。SrO、MgOおよびCaOの含有量は、それぞれ0〜5%とするのが好ましい。SrO、MgOおよびCaOの含有量がそれぞれ5%より多いと、他の成分とのバランスを欠き、かえって結晶の析出速度が大きくなって、即ち失透傾向が増大して、ビスマス系封着材料の流動性が悪くなる傾向がある。
In addition to the above components, the bismuth-based glass according to the present invention may contain the following components.
BaO, SrO, MgO and CaO are components having an effect of suppressing devitrification of the glass at the time of melting, and the total amount of these components (BaO + SrO + MgO + CaO) is preferably 0 to 15%, and 0 to 10%. More preferably. When the content of BaO + SrO + MgO + CaO exceeds 15%, the glass transition point tends to increase. The BaO content is preferably 0 to 10%. When the content of BaO is more than 10%, it becomes difficult to obtain an effect of suppressing devitrification of the glass at the time of melting. The contents of SrO, MgO and CaO are each preferably 0 to 5%. When the content of SrO, MgO and CaO is more than 5%, the balance with other components is lost, and on the contrary, the rate of crystal precipitation increases, that is, the tendency of devitrification increases, and the bismuth-based sealing material There is a tendency for fluidity to deteriorate.

Feは、溶融時にガラスの失透を抑制する成分であり、その含有量は0.1〜10%であり、好ましくは0.1〜5%、より好ましくは0.1〜2%である。Feの含有量が10%より多いと、溶融時にガラスが分相しやすくなる。 Fe 2 O 3 is a component that suppresses devitrification of the glass at the time of melting, and its content is 0.1 to 10%, preferably 0.1 to 5%, more preferably 0.1 to 2%. It is. When the content of Fe 2 O 3 is more than 10%, glass tends to undergo phase separation at the time of melting.

SiO2+Al23は、ビスマス系封着材料の焼成の際、ガラスの結晶析出を抑制するとともに、ガラスの耐水性を向上させる成分であり、それらの含有量は0〜10%とするのが好ましい。SiO2+Al23の含有量が10%より多いと、ガラスの軟化点が高くなり、500℃以下の温度で焼成し難くなる。特に、焼成温度を低下させる目的から、SiO2の含有量を0〜6%に規制するのが好ましい。また、同様の理由でAl23の含有量を0〜6%に規制するのが好ましい。 SiO 2 + Al 2 O 3 is a component that suppresses crystal precipitation of the glass and improves the water resistance of the glass during firing of the bismuth-based sealing material, and the content thereof is 0 to 10%. Is preferred. When the content of SiO 2 + Al 2 O 3 is more than 10%, the softening point of the glass becomes high and it becomes difficult to fire at a temperature of 500 ° C. or lower. In particular, for the purpose of lowering the firing temperature, it is preferable to regulate the content of SiO 2 to 0 to 6%. For the same reason, the content of Al 2 O 3 is preferably regulated to 0 to 6%.

WO3は、ガラスの失透を抑制するための成分であり、その含有量は0〜5%、好ましくは0〜2%である。ビスマス系ガラスの軟化点を下げるためには、主要成分のBi23の含有量を多くする必要があるが、Bi23の含有量を多くすると、ビスマス系封着材料の焼成時にビスマス系ガラスが失透しやすくなることに加えて、この失透に起因してビスマス系封着材料の流動性が阻害される傾向がある。特に、Bi23の含有量が40%以上であると、その傾向が顕著になる。そこで、WO3を適量添加すれば、Bi23の含有量が40%以上であっても、ビスマス系封着材料の失透を抑制することができる。一方、WO3の含有量が5%より多いと、他の成分とのバランスを欠き、逆にビスマス系封着材料の熱的安定性が悪化する傾向がある。 WO 3 is a component for suppressing devitrification of glass, and its content is 0 to 5%, preferably 0 to 2%. In order to lower the softening point of the bismuth-based glass, it is necessary to increase the content of the main component Bi 2 O 3. However, if the Bi 2 O 3 content is increased, the bismuth-based sealing material is baked at the time of firing. In addition to the glass glass being easily devitrified, the fluidity of the bismuth-based sealing material tends to be hindered due to the devitrification. In particular, when the content of Bi 2 O 3 is 40% or more, the tendency becomes remarkable. Therefore, if an appropriate amount of WO 3 is added, devitrification of the bismuth-based sealing material can be suppressed even if the Bi 2 O 3 content is 40% or more. On the other hand, if the content of WO 3 is more than 5%, the balance with other components is lost, and conversely, the thermal stability of the bismuth-based sealing material tends to deteriorate.

Sb23は、ガラスの失透を抑制するための成分であり、その含有量は0〜5%、好ましくは0〜2%である。ビスマス系ガラスの軟化点を下げるためには、主要成分のBi23の含有量を多くする必要があるが、Bi23の含有量を多くすると、ビスマス系封着材料の焼成時にBi23を結晶構成成分とする結晶が析出しやすくなることに加えて、この結晶に起因してビスマス系封着材料の流動性が阻害される傾向がある。特に、Bi23の含有量が40%以上であると、その傾向が顕著になる。そこで、Sb23を適量添加すれば、Bi23の含有量が40%以上であっても、ビスマス系ガラスのガラスネットワークを安定化させ、ビスマス系封着材料の失透を抑制する効果が得られる。一方、Sb23の含有量が5%より多いと、他の成分とのバランスを欠き、逆にビスマス系封着材料の熱的安定性が悪化する傾向がある。 Sb 2 O 3 is a component for suppressing devitrification of the glass, and its content is 0 to 5%, preferably 0 to 2%. In order to lower the softening point of the bismuth-based glass, it is necessary to increase the content of the main component Bi 2 O 3. However, if the content of Bi 2 O 3 is increased, the Bi is sealed during firing of the bismuth-based sealing material. In addition to easy precipitation of crystals containing 2 O 3 as a crystal component, the fluidity of the bismuth-based sealing material tends to be hindered due to the crystals. In particular, when the content of Bi 2 O 3 is 40% or more, the tendency becomes remarkable. Therefore, if an appropriate amount of Sb 2 O 3 is added, even if the Bi 2 O 3 content is 40% or more, the glass network of the bismuth-based glass is stabilized and devitrification of the bismuth-based sealing material is suppressed. An effect is obtained. On the other hand, when the content of Sb 2 O 3 is more than 5%, the balance with other components is lost, and conversely, the thermal stability of the bismuth-based sealing material tends to deteriorate.

In23+Ga23は、ガラスの失透を抑制するための成分であり、ビスマス系封着材料の焼成時にビスマス系ガラスに結晶が析出して、流動性が損なわれることを防止する目的で添加される成分である。In23+Ga23の含有量は0〜5%、好ましくは0〜3%、より好ましくは0.1〜3%である。ビスマス系ガラスの軟化点を下げるためには、主要成分のBi23の含有量を多くする必要があるが、Bi23の含有量を多くすると、ビスマス系封着材料の焼成時にBi23を結晶構成成分とする結晶が析出しやすくなることに加えて、この失透に起因してビスマス系封着材料の流動性が阻害される傾向がある。特に、Bi23の含有量が40%以上であると、その傾向が顕著になる。そこで、In23+Ga23を適量添加すれば、Bi23の含有量が40%以上であっても、ビスマス系封着材料の失透を抑制する効果が得られる。一方、In23+Ga23の含有量が5%より多いと、他の成分とのバランスを欠き、逆にビスマス系封着材料の熱的安定性が悪化する傾向がある。特に、ビスマス系封着材料の失透を抑制する目的から、In23の含有量を0〜4%に規制するのが好ましい。また、同様の理由でGa23の含有量を0〜4%に規制するのが好ましい。 In 2 O 3 + Ga 2 O 3 is a component for suppressing devitrification of the glass, and prevents crystals from being deposited on the bismuth-based glass during firing of the bismuth-based sealing material, thereby impairing fluidity. It is a component added for the purpose. The content of In 2 O 3 + Ga 2 O 3 is 0 to 5%, preferably 0 to 3%, more preferably 0.1 to 3%. In order to lower the softening point of the bismuth-based glass, it is necessary to increase the content of the main component Bi 2 O 3. However, if the content of Bi 2 O 3 is increased, the Bi is sealed during firing of the bismuth-based sealing material. In addition to easy precipitation of crystals containing 2 O 3 as a crystal component, fluidity of the bismuth-based sealing material tends to be hindered due to this devitrification. In particular, when the content of Bi 2 O 3 is 40% or more, the tendency becomes remarkable. Therefore, if an appropriate amount of In 2 O 3 + Ga 2 O 3 is added, an effect of suppressing devitrification of the bismuth-based sealing material can be obtained even if the Bi 2 O 3 content is 40% or more. On the other hand, when the content of In 2 O 3 + Ga 2 O 3 is more than 5%, the balance with other components is lacking, and conversely, the thermal stability of the bismuth-based sealing material tends to deteriorate. In particular, for the purpose of suppressing devitrification of the bismuth-based sealing material, the content of In 2 O 3 is preferably regulated to 0 to 4%. For the same reason, the Ga 2 O 3 content is preferably regulated to 0 to 4%.

Li2O、Na2O、K2OおよびCs2Oのアルカリ金属酸化物は、ガラスの軟化点を低くする成分であるが、溶融時にガラスの失透を促進する作用を有するため、これらの成分の合量は2%以下とするのが好ましい。 Alkali metal oxides of Li 2 O, Na 2 O, K 2 O and Cs 2 O are components that lower the softening point of the glass, but since these have an action of promoting devitrification of the glass during melting, The total amount of the components is preferably 2% or less.

25は、溶融時にガラスの失透を抑制する成分であるが、その含有量が多いと、溶融時にガラスが分相しやくなる。それ故、P25の含有量は1%以下とするのが好ましい。 P 2 O 5 is a component that suppresses the devitrification of the glass at the time of melting. However, if the content is large, the glass is easily phase-separated at the time of melting. Therefore, the content of P 2 O 5 is preferably 1% or less.

MoO3+La23+Y23+CeO2(MoO3、La23、Y23およびCeO2の合量)は、溶融時にガラスの分相を抑制する効果があるが、これらの成分の合量が多いと、ガラスの軟化点が高くなり、500℃以下の温度で焼成し難くなる。それ故、これらの成分の合量は3%以下とするのが好ましい。 MoO 3 + La 2 O 3 + Y 2 O 3 + CeO 2 (total amount of MoO 3 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 and CeO 2 ) has an effect of suppressing the phase separation of the glass at the time of melting. When the total amount of the components is large, the softening point of the glass becomes high and it becomes difficult to fire at a temperature of 500 ° C. or lower. Therefore, the total amount of these components is preferably 3% or less.

上述の通り、本発明に係るビスマス系ガラスは、環境上の要請から、実質的にPbOを含有しない。また、ビスマス系ガラスにPbOを含有させると、絶縁材料として使用した場合に、ガラス中にPb2+が拡散して、電気絶縁性が低下する虞がある。 As described above, the bismuth-based glass according to the present invention does not substantially contain PbO because of environmental requirements. Further, when PbO is contained in the bismuth-based glass, when used as an insulating material, Pb 2+ may diffuse into the glass and the electrical insulating property may be lowered.

なお、本発明に係るビスマス系ガラスは、上記成分以外にも、他の成分を10%まで添加することが可能である。   The bismuth-based glass according to the present invention can contain other components up to 10% in addition to the above components.

各成分の好適な含有範囲を適宜選択し、好ましいガラス組成範囲とすることができる。その中でも、モル%でBi 34〜50%、B 10〜30%、ZnO+CuO 35〜50%、CuO 0.1〜10%、Fe 0.1〜10%を含有し、実質的にPbOを含有しないガラス組成範囲が好ましい。このようにすれば、ビスマス系封着材料の熱的安定性を更に高めることができる。 A suitable content range of each component can be appropriately selected to obtain a preferable glass composition range. Among them, Bi 2 O 3 34~50% in molar%, B 2 O 3 10~ 30 %, ZnO + CuO 35~50%, 0.1~10% CuO, a Fe 2 O 3 0.1~10% A glass composition range that contains and substantially does not contain PbO is preferred . In this way, the thermal stability of the bismuth sealing material can be further enhanced.

以上のガラス組成を有するビスマス系ガラスは、耐火性フィラーと混合した後、500℃以上で焼成した際の失透を抑制することができるとともに、450〜500℃の温度に再加熱し、封着することが可能である。また、以上のガラス組成を有するビスマス系ガラスは、30〜300℃における熱膨張係数が約90〜110×10-7/℃である。 The bismuth-based glass having the above glass composition can suppress devitrification when fired at 500 ° C. or higher after being mixed with a refractory filler, and is reheated to a temperature of 450 to 500 ° C. and sealed. Is possible. The bismuth glass having the above glass composition has a coefficient of thermal expansion at 30 to 300 ° C. of about 90 to 110 × 10 −7 / ° C.

また、本発明のビスマス系封着材料は、ビスマス系ガラスと熱膨張係数が適合しない材料、例えば高歪点ガラス(85×10-7/℃)、ソーダ板ガラス(90×10-7/℃)等の封着を行う場合、その熱膨張係数は、被封着物に対して10〜30×10-7/℃程度低く設計することが重要である。これは、封着後にビスマス系封着材料にかかる歪をコンプレッション(圧縮)側にしてビスマス系封着材料の破壊を防ぐためである。また、熱膨張係数の調整以外にも、例えば機械的強度の向上のために耐火性フィラー粉末を添加することもできる。 The bismuth-based sealing material of the present invention is a material whose thermal expansion coefficient is not compatible with bismuth-based glass, for example, high strain point glass (85 × 10 −7 / ° C.), soda plate glass (90 × 10 −7 / ° C.). When sealing such as, it is important that the thermal expansion coefficient is designed to be lower by about 10 to 30 × 10 −7 / ° C. than the sealed object. This is to prevent the bismuth-based sealing material from being destroyed by setting the strain applied to the bismuth-based sealing material after compression to the compression (compression) side. In addition to adjusting the thermal expansion coefficient, for example, a refractory filler powder can be added to improve mechanical strength.

耐火性フィラー粉末を混合する場合、その混合割合は、ビスマス系ガラス粉末が40〜95重量%、耐火性フィラー粉末が5〜60重量%、好ましくはビスマス系ガラス粉末が50〜92重量%、耐火性フィラー粉末が8〜50重量%、より好ましくはビスマス系ガラス粉末が60〜90重量%、耐火性フィラー粉末が10〜40重量%である。両者の割合をこのように規定した理由は、耐火性フィラー粉末が5重量%よりも少ないと、被封着物と熱膨張係数がマッチングし難くなり、残留応力によりビスマス系封着材料が破壊しやすくなり、55重量%より多いと、ビスマス系封着材料の流動性が悪くなり、平面表示装置等の気密性を維持し難くなる。   When the refractory filler powder is mixed, the mixing ratio is 40 to 95% by weight for the bismuth glass powder, 5 to 60% by weight for the refractory filler powder, preferably 50 to 92% by weight for the bismuth glass powder, The filler powder is 8 to 50% by weight, more preferably 60 to 90% by weight of the bismuth glass powder and 10 to 40% by weight of the refractory filler powder. The reason for specifying the ratio of the two in this way is that when the refractory filler powder is less than 5% by weight, it becomes difficult to match the sealing material with the thermal expansion coefficient, and the bismuth-based sealing material is likely to be destroyed by residual stress. When the amount is more than 55% by weight, the fluidity of the bismuth-based sealing material is deteriorated and it is difficult to maintain the airtightness of a flat display device or the like.

耐火性フィラー粉末は、ビスマス系ガラス粉末に添加しても熱的安定性を低下させない程度に反応性が低いことが要求され、用途によっては熱膨張係数が低く、機械的強度が高いことが要求される。また、耐火性フィラー粉末としては、環境上の要請から、実質的にPbOを含有しない耐火性フィラー粉末を使用するのが好ましい。耐火性フィラー粉末は、ZnOを含有しない耐火性フィラー粉末が好ましく、コーディエライト、β−ユークリプタイト、石英ガラス、アルミナ、ムライト、アルミナ−シリカ系セラミックスから選ばれる一種または二種以上であることが好ましい。これらの耐火性フィラー粉末は、ビスマス系ガラスと相性が良く、ビスマス系封着材料の熱的安定性を低下させ難い性質を有している。特に、コーディエライトは、ビスマス系封着材料の一次焼成時にコーディエライトの一部がビスマス系ガラスに溶け込み、その溶け込んだコーディエライトがビスマス系ガラスの失透を抑制し、一次焼成温度が高い場合、例えば一次焼成温度が500℃以上であってもビスマス系封着材料に失透が生じにくくなる。さらに、コーディエライトは、低膨張であり、機械的強度にも優れる特徴を有している。   Refractory filler powder is required to have low reactivity to the extent that thermal stability does not decrease even when added to bismuth-based glass powder, and depending on the application, low thermal expansion coefficient and high mechanical strength are required. Is done. Further, as the refractory filler powder, it is preferable to use a refractory filler powder substantially not containing PbO because of environmental demands. The refractory filler powder is preferably a refractory filler powder containing no ZnO, and is one or more selected from cordierite, β-eucryptite, quartz glass, alumina, mullite, and alumina-silica ceramics. Is preferred. These refractory filler powders have good compatibility with bismuth-based glass and have a property that it is difficult to reduce the thermal stability of the bismuth-based sealing material. In particular, cordierite is a part of cordierite that melts into bismuth glass during the primary firing of the bismuth-based sealing material, and the melted cordierite suppresses devitrification of the bismuth glass, and the primary firing temperature is reduced. When the temperature is high, for example, even if the primary firing temperature is 500 ° C. or higher, devitrification hardly occurs in the bismuth-based sealing material. Furthermore, cordierite has characteristics of low expansion and excellent mechanical strength.

また、耐火性フィラー粉末は、アルミナ、酸化亜鉛、ジルコン、チタニア、ジルコニア等によって被覆すると、ビスマス系ガラス粉末と耐火性フィラー粉末との間での反応を調整できるため好ましい。   The refractory filler powder is preferably coated with alumina, zinc oxide, zircon, titania, zirconia, or the like because the reaction between the bismuth glass powder and the refractory filler powder can be adjusted.

以上の構成を有するビスマス系封着材料は、500℃で一次焼成しても失透せず、その後に供される二次焼成で結晶が成長する事態を有効に回避でき、二次焼成で要求される流動性を確保することができる。したがって、本発明のビスマス系封着材料は、熱的安定性が高く、複数回の熱処理で失透が生じ難い非結晶性(非晶質)のガラスといえる。   The bismuth-based sealing material having the above-described structure does not devitrify even when subjected to primary firing at 500 ° C., and can effectively avoid a situation in which crystals grow during the subsequent secondary firing, and is required for secondary firing. Can be ensured. Therefore, it can be said that the bismuth-based sealing material of the present invention is a non-crystalline (amorphous) glass having high thermal stability and hardly causing devitrification by multiple heat treatments.

本発明のビスマス系封着材料は、PDP用途を中心に説明してきたが、複数の熱処理工程を経る他の用途に好適に使用可能であることは言うまでもない。具体的な用途としては、(I)PDPの絶縁層や誘電体層の形成材料、(II)VFDの絶縁層の形成材料、(III)磁気ヘッド−コア同士またはコアとスライダーの封着等が挙げられる。   The bismuth-based sealing material of the present invention has been described mainly for PDP applications, but it goes without saying that it can be suitably used for other applications that undergo a plurality of heat treatment steps. Specific applications include (I) PDP insulating layer and dielectric layer forming materials, (II) VFD insulating layer forming materials, and (III) magnetic head-core or core-slider sealing. Can be mentioned.

本発明のビスマス系封着材料は、粉末の状態で使用しても良いが、ビスマス系封着材料とビークルとを均一に混練してペーストとして使用すると取り扱いやすい。ビークルは、主に有機溶媒と樹脂とからなり、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。作製されたペーストは、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される。   The bismuth-based sealing material of the present invention may be used in a powder state, but is easy to handle when the bismuth-based sealing material and the vehicle are uniformly kneaded and used as a paste. The vehicle is mainly composed 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. The produced paste is applied using an applicator such as a dispenser or a screen printer.

有機溶媒としては、N、N’−ジメチルホルムアミド(DMF)、α−ターピネオール、高級アルコール、γ−ブチルラクトン(γ−BL)、テトラリン、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、酢酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ベンジルアルコール、トルエン、3−メトキシ−3−メチルブタノール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチル−2−ピロリドン等が使用可能である。特に、α−ターピネオールは、高粘性であり、樹脂等の溶解性も良好であるため、好ましい。   As organic solvents, N, N′-dimethylformamide (DMF), α-terpineol, higher alcohol, γ-butyllactone (γ-BL), tetralin, butyl carbitol acetate, ethyl acetate, isoamyl acetate, diethylene glycol monoethyl ether , Diethylene glycol monoethyl ether acetate, benzyl alcohol, toluene, 3-methoxy-3-methylbutanol, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, Tripropylene glycol monobutyl ether, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide (DMSO), N Methyl-2-pyrrolidone and the like can be used. In particular, α-terpineol is preferable because it is highly viscous and has good solubility in resins and the like.

樹脂としては、アクリル樹脂、エチルセルロ−ス、ポリエチレングリコール誘導体、ニトロセルロース、ポリメチルスチレン、ポリエチレンカーボネート、メタクリル酸エステル等が使用可能である。特に、アクリル樹脂、ニトロセルロースは、熱分解性が良好であるため、好ましい。   As the resin, acrylic resin, ethyl cellulose, polyethylene glycol derivative, nitrocellulose, polymethylstyrene, polyethylene carbonate, methacrylic acid ester and the like can be used. In particular, acrylic resin and nitrocellulose are preferable because they have good thermal decomposability.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

表1〜3は、本発明の実施例に係るビスマス系ガラス組成物(試料A〜H、J)、本発明の比較例に係るビスマス系ガラス組成物(試料K〜M)を示している。なお、試料Iは参考例である。 Tables 1 to 3 show bismuth-based glass compositions (samples A to H, J) according to examples of the present invention and bismuth-based glass compositions (samples K to M) according to comparative examples of the present invention. Sample I is a reference example.

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表1〜3に記載の各試料は次のようにして調製した。 Each sample described in Tables 1 to 3 was prepared as follows.

まず、表中に示したガラス組成となるように各種酸化物、炭酸塩等の原料を調合したガラスバッチを準備し、これを白金坩堝に入れて900〜1100℃で1〜2時間溶融した。次に、溶融ガラスの一部を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は、水冷ローラーにより、薄片状に成形した。最後に、薄片状のガラスをボールミルにて粉砕後、目開き105メッシュの篩いを通過させて、平均粒径D5010μmの各試料を得た。 First, a glass batch in which raw materials such as various oxides and carbonates were prepared so as to have the glass composition shown in the table was prepared, and this was put in a platinum crucible and melted at 900 to 1100 ° C. for 1 to 2 hours. Next, a part of the molten glass was poured out into a stainless steel mold as a sample for measuring the coefficient of thermal expansion, and the other molten glass was formed into a thin piece with a water-cooled roller. Finally, the glass flakes were pulverized with a ball mill and passed through a sieve having a mesh size of 105 mesh to obtain samples having an average particle diameter D 50 of 10 μm.

以上の試料を用いてガラス転移点、軟化点、熱膨張係数を評価した。   The glass transition point, softening point, and thermal expansion coefficient were evaluated using the above samples.

軟化点は、DTAにより求めた。   The softening point was determined by DTA.

ガラス転移点は、TMA装置により求めた。熱膨張係数は、TMA装置により30〜380℃の温度範囲で測定した。   The glass transition point was determined by a TMA apparatus. The thermal expansion coefficient was measured in a temperature range of 30 to 380 ° C. using a TMA apparatus.

表1〜3から明らかなように、本発明の実施例に係る試料A〜Jは、ガラス転移点が332〜355℃、軟化点が418〜435℃、30〜380℃における熱膨張係数が100〜112×10-7/℃であり、本発明の比較例に係る試料K〜Mは、ガラス転移点が347〜363℃、軟化点が418〜425℃、30〜380℃における熱膨張係数が96〜112×10-7/℃であった。 As is apparent from Tables 1 to 3, samples A to J according to the examples of the present invention have a glass transition point of 332 to 355 ° C., a softening point of 418 to 435 ° C., and a thermal expansion coefficient at 100 to 30 ° C. of 100. a ~112 × 10 -7 / ℃, sample K~M according to a comparative example of the present invention has a glass transition point of three hundred and forty-seven to three hundred sixty-three ° C., a softening point of 418 to 425 ° C., the thermal expansion coefficient at 30 to 380 ° C. It was 96-112 * 10 < -7 > / degreeC.

表4〜6に示す割合で試料A〜Mと耐火性フィラー粉末を混合し、ビスマス系封着材料を作製した。表4〜6は、本発明の実施例であるビスマス系封着材料(試料No.1〜9、11)、本発明の比較例であるビスマス系封着材料(試料No.12〜14)を示している。なお、試料No.10は参考例である。 Samples A to M and refractory filler powder were mixed at the ratios shown in Tables 4 to 6 to prepare bismuth-based sealing materials. Tables 4 to 6 show bismuth-based sealing materials (sample Nos. 1 to 9 and 11) which are examples of the present invention and bismuth-based sealing materials (samples 12 to 14) which are comparative examples of the present invention. Show. Sample No. Reference numeral 10 is a reference example.

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試料No.1〜4、14は、VFD用ソーダガラス基板(熱膨張係数90×10-7/℃)を封着するためのビスマス系封着材料である。試料No.5〜13は、PDP用高歪点ガラス基板(熱膨張係数85×10-7/℃)を封着するためのビスマス系封着材料である。 Sample No. 1-4 and 14 are bismuth sealing materials for sealing a soda glass substrate for VFD (thermal expansion coefficient 90 × 10 −7 / ° C.). Sample No. 5 to 13 are bismuth-based sealing materials for sealing a high strain point glass substrate for PDP (thermal expansion coefficient 85 × 10 −7 / ° C.).

耐火性フィラー粉末として、平均粒子径D50が10μmのコーディエライト粉末を使用した。 Cordierite powder having an average particle diameter D 50 of 10 μm was used as the refractory filler powder.

以上の試料を用いて、熱膨張係数、流動径、失透状態、再封着性を評価した。   Using the above samples, the thermal expansion coefficient, flow diameter, devitrification state, and resealability were evaluated.

熱膨張係数は、TMA装置により30〜380℃の温度範囲で測定した。   The thermal expansion coefficient was measured in a temperature range of 30 to 380 ° C. using a TMA apparatus.

流動径は、ビスマス系封着材料の真比重に相当する重量の粉末を金型により外径20mmのボタン状に乾式プレスし、そのボタン試料を流気式電気炉に投入した後に空気中で10℃/分の速度で昇温し、表中記載の温度で10分間保持し、その後10℃/分の速度で室温まで降温し、得られた焼成ボタンの直径を測定することで評価した。なお、流動径が20mm以上であると、流動性が良好であることを意味している。   The flow diameter was dry-pressed with a die having a weight corresponding to the true specific gravity of the bismuth-based sealing material into a button shape having an outer diameter of 20 mm, and the button sample was put into an air-flow electric furnace and then 10 in air. The temperature was raised at a rate of ° C./minute, held at the temperature shown in the table for 10 minutes, then lowered to room temperature at a rate of 10 ° C./minute, and the diameter of the fired button obtained was evaluated. In addition, it is meaning that fluidity | liquidity is favorable in a flow diameter being 20 mm or more.

失透状態、再封着性は、次のようにして評価した。   The devitrification state and resealability were evaluated as follows.

まず、各試料とビークル(アクリル樹脂含有のα−ターピネオール)を三本ロールミルで均一に混錬し、ペースト化した後、各試料の被封着物である基板(縦40×横40×2.8mm厚)の端部に線状(長さ40×幅3×1.5mm厚)に塗布し、乾燥オーブンで130℃15分間乾燥した。次に、室温から10℃/分で昇温し、基板を500℃30分間焼成した後、室温まで10℃/分で降温した。続いて、150μm厚のガラスプレート(ガラススペーサー)を上記基板の中央に載置した上で、同じ寸法の基板を上に被せた後、両基板をクリップで固定し、表中の焼成条件で焼成した。なお、焼成は昇降温速度を10℃/分で行った。   First, each sample and vehicle (acrylic resin-containing α-terpineol) were uniformly kneaded with a three-roll mill and formed into a paste, and then a substrate (40 × 40 × 2.8 mm) to be sealed for each sample. The film was applied linearly (length 40 × width 3 × 1.5 mm thickness) to the end of the (thickness) and dried at 130 ° C. for 15 minutes in a drying oven. Next, the temperature was raised from room temperature at 10 ° C./minute, the substrate was baked at 500 ° C. for 30 minutes, and then the temperature was lowered to room temperature at 10 ° C./minute. Subsequently, after placing a glass plate (glass spacer) having a thickness of 150 μm at the center of the substrate and covering the same size substrate, both substrates are fixed with clips and fired under the firing conditions in the table. did. The firing was performed at a temperature raising / lowering rate of 10 ° C./min.

失透状態は、得られた焼成体の表面を観察することで評価し、表面に結晶が認められなかったものを「○」とし、表面に結晶が認められたものを「×」とした。   The devitrification state was evaluated by observing the surface of the obtained fired body, and “◯” indicates that no crystal was observed on the surface, and “X” indicates that crystal was observed on the surface.

再封着性は、焼成によりビスマス系封着材料が流動し、基板間の間隔が150μmとなっているものを「○」とし、150μmより大きくなっているものを「×」として評価した。なお、「○」の評価の試料は、一回目の焼成(500℃30分)で失透が生じなかったと考えられる。   The resealability was evaluated as “◯” when the bismuth-based sealing material flowed by firing and the distance between the substrates was 150 μm, and “×” when the distance was larger than 150 μm. In addition, it is thought that the sample of evaluation of "(circle)" was not devitrified by the 1st baking (500 degreeC for 30 minutes).

表4〜6から明らかなように、試料No.1〜11のビスマス系封着材料は、30〜380℃における熱膨張係数が68.7〜78.0×10-7/℃であった。また、表中に記載の焼成条件で結晶が析出せず、しかも再封着性が良好であった。 As is clear from Tables 4-6, Sample No. The bismuth-based sealing material of 1 to 11 had a thermal expansion coefficient of 68.7 to 78.0 × 10 −7 / ° C. at 30 to 380 ° C. Further, no crystals were precipitated under the firing conditions described in the table, and the resealability was good.

一方、試料No.12〜14のビスマス系封着材料は、表中に記載の焼成条件で結晶が析出したことに加えて、再封着性が不良であった。試料No.12〜14のビスマス系封着材料の再封着性が不良であった理由として、一回目の焼成で既に結晶が析出していたことが挙げられる。試料No.12、13に係るビスマス系ガラスは、ガラス組成として、ZnO+CuOの合量が35%より少ないため、500℃30分の焼成でビスマス系封着材料が既に失透し、二回目の焼成でビスマス系ガラスに析出した結晶が更に成長し、ビスマス系封着材料の流動性が損なわれたものと考えられる。試料No.14に係るビスマス系ガラスは、ガラス組成として、ZnO+CuOの合量が50%より多いため、500℃30分の焼成でビスマス系封着材料が既に失透し、二回目の焼成でビスマス系ガラスに析出した結晶が更に成長し、ビスマス系封着材料の流動性が損なわれたものと考えられる。   On the other hand, Sample No. The bismuth-based sealing materials of 12 to 14 had poor resealability in addition to the precipitation of crystals under the firing conditions described in the table. Sample No. The reason why the resealability of 12 to 14 bismuth-based sealing materials was poor is that crystals were already deposited by the first firing. Sample No. Since the total composition of ZnO + CuO is less than 35% in the bismuth glass according to Nos. 12 and 13, the bismuth-based sealing material has already been devitrified by firing at 500 ° C. for 30 minutes, and the bismuth-based glass is obtained in the second firing. It is considered that crystals precipitated on the glass further grew and the fluidity of the bismuth-based sealing material was impaired. Sample No. Since the total amount of ZnO + CuO of the bismuth glass according to No. 14 is more than 50%, the bismuth-based sealing material has already been devitrified by firing at 500 ° C. for 30 minutes, and the bismuth-based glass is obtained by the second firing. It is considered that the precipitated crystals further grew and the fluidity of the bismuth-based sealing material was impaired.

以上説明した通り、本発明のビスマス系封着材料は、PDP、FED、VFD等の平面表示装置の封着および水晶振動子、ICパッケージ等の電子部品の封着に好適である。また、本発明のビスマス系封着材料は、(I)PDPの絶縁層や誘電体層の形成材料、(II)VFDの絶縁層の形成材料、(III)磁気ヘッド−コア同士またはコアとスライダーの封着材料等に使用可能である。   As described above, the bismuth-based sealing material of the present invention is suitable for sealing flat display devices such as PDP, FED, and VFD, and sealing electronic parts such as crystal resonators and IC packages. The bismuth-based sealing material of the present invention includes (I) a PDP insulating layer and dielectric layer forming material, (II) a VFD insulating layer forming material, and (III) magnetic head-cores or core and slider. It can be used as a sealing material.

Claims (10)

ビスマス系ガラス粉末40〜95重量%、耐火性フィラー粉末5〜60重量%を含有するビスマス系封着材料であって、該ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、モル%でBi 30〜50%、B 10〜30%、ZnO+CuO 35〜50%、Fe 0.1〜10%を含有し、且つ実質的にPbOを含有しないことを特徴とするビスマス系封着材料。 A bismuth-based sealing material containing 40 to 95% by weight of a bismuth-based glass powder and 5 to 60% by weight of a refractory filler powder, wherein the bismuth-based glass powder has a glass composition of Bi 2 O 3 30 in mol%. ~50%, B 2 O 3 10~ 30%, ZnO + CuO 35~50%, Fe 2 O 3 containing 0.1% to 10%, and substantially bismuth-based sealing, characterized in that do not contain PbO material. ビスマス系ガラス粉末40〜95重量%、耐火性フィラー粉末5〜60重量%を含有するビスマス系封着材料であって、該ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、モル%でBi 34〜50%、B 10〜30%、ZnO+CuO 35〜50%、Fe 0.1〜10%を含有し、且つ実質的にPbOを含有しないことを特徴とする請求項1に記載のビスマス系封着材料。 A bismuth-based sealing material containing 40 to 95% by weight of a bismuth-based glass powder and 5 to 60% by weight of a refractory filler powder, wherein the bismuth-based glass powder has a glass composition of Bi 2 O 3 34 in mol%. ~50%, B 2 O 3 10~ 30%, ZnO + CuO 35~50%, contains Fe 2 O 3 0.1~10%, and substantially in claim 1, characterized in that do not contain PbO The bismuth-based sealing material described. ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、モル比率Bi/(ZnO+CuO)の値が0.7〜1.1であることを特徴とする請求項1または2に記載のビスマス系封着材料。 The bismuth-based sealing material according to claim 1 or 2, wherein the bismuth-based glass powder has a glass composition having a molar ratio Bi 2 O 3 / (ZnO + CuO) of 0.7 to 1.1. . ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、モル%で、BaO+SrO+MgO+CaO 0〜15%、SiO+Al 0〜10%、Sb 0〜5%、WO 0〜5%、In+Ga 0〜5%含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のビスマス系封着材料。 Bismuth glass powder, as a glass composition, in mole%, BaO + SrO + MgO + CaO 0~15%, S iO 2 + Al 2 O 3 0~10%, Sb 2 O 3 0~5%, WO 3 0~5%, In 2 The bismuth-based sealing material according to any one of claims 1 to 3, comprising 0 to 5% of O 3 + Ga 2 O 3 . ビスマス系ガラス粉末が、ガラス組成として、モル%で、CuO 0.1〜10%含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のビスマス系封着材料。   The bismuth-based sealing material according to any one of claims 1 to 4, wherein the bismuth-based glass powder contains 0.1 to 10% of CuO as a glass composition in mol%. 耐火性フィラー粉末が、実質的にZnOを含有しないことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のビスマス系封着材料。   The bismuth-based sealing material according to any one of claims 1 to 5, wherein the refractory filler powder does not substantially contain ZnO. 耐火性フィラー粉末が、コーディエライト、β−ユークリプタイト、石英ガラス、アルミナ、ムライト、アルミナ−シリカ系セラミックスから選ばれる一種または二種以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のビスマス系封着材料。   The refractory filler powder is one or more selected from cordierite, β-eucryptite, quartz glass, alumina, mullite, and alumina-silica ceramics. A bismuth-based sealing material according to any one of the above. 耐火性フィラー粉末が、コーディエライトであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のビスマス系封着材料。   The bismuth-based sealing material according to any one of claims 1 to 7, wherein the refractory filler powder is cordierite. 非結晶性であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のビスマス系封着材料。   The bismuth-based sealing material according to any one of claims 1 to 8, which is non-crystalline. プラズマディスプレイパネルの封着に使用することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のビスマス系封着材料。   The bismuth-based sealing material according to claim 1, which is used for sealing a plasma display panel.
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