JP6650885B2 - Low temperature sealing material - Google Patents
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Description
本発明は、新規な低温封着材料に関する。より具体的には、ICパッケージ、水晶振動子パッケージ等の電子デバイスにおいて、比較的低温で封着することができる封着材料に関する。 The present invention relates to a novel low-temperature sealing material. More specifically, the present invention relates to a sealing material that can be sealed at a relatively low temperature in electronic devices such as an IC package and a crystal resonator package.
ICパッケージ、水晶振動子パッケージ等の電子デバイスの封着を行うために用いられる封着材は、特に1)できるだけ低温で封着できること、2)パッケージ材(被封着材)の熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有すること、3)焼成時に十分な流動性があること等が要求される。 Sealing materials used for sealing electronic devices such as IC packages and crystal resonator packages are, in particular, 1) that they can be sealed at as low a temperature as possible, and 2) the thermal expansion coefficient of the package material (the material to be sealed). It is required to have an approximate coefficient of thermal expansion and 3) to have sufficient fluidity during firing.
比較的低温で封着ができる封着材料としては、一般的にPbO-B2O3系、PbO-B2O3-Bi2O3系等のガラスが使用され、パッケージ材の熱膨張係数に合わせるために低膨張性セラミックを添加した封着材料が提案されている。As a sealing material that can be sealed at a relatively low temperature, glass such as PbO—B 2 O 3 or PbO—B 2 O 3 —Bi 2 O 3 is generally used. A sealing material to which a low-expansion ceramic is added in order to meet the requirements has been proposed.
特許文献1には、低融点ガラス粉末とチタン酸鉛固溶体粉末からなり、該チタン酸鉛固溶体粉末は、重量百分率でPbO:60〜73%、TiO2:7〜23%、Fe2O3、ZnO、MgO、MnO、CoO、NiOの群から選ばれる1種以上:0.5〜10%、Nb2O5、Ta2O5、Sb2O5の群から選ばれる1種以上:2〜18%、CaO、SrO、BaOの群から選ばれる1種以上:0〜7%の組成を有してなることを特徴とする低融点低膨張性封着材料が開示されている。Patent Document 1, made of low-melting glass powder and lead titanate solid solution powder, the lead titanate solid solution powder, PbO by weight percentages: 60~73%, TiO 2: 7~23 %, Fe 2 O 3, ZnO, MgO, MnO, CoO, 1 or more selected from the group of NiO: 0.5~10%, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, 1 or more selected from the group consisting of Sb 2 O 5: 2~ A low-melting and low-expansion sealing material characterized by having a composition of 18%, at least one selected from the group consisting of CaO, SrO and BaO: 0 to 7%.
特許文献2には、重量百分率で、PbO:70.3〜92.0%、B2O3:1.0〜10.0%、Bi2O3:5.2〜20.0%、F2:0.01〜8.0%、ZnO:0〜15.0%、V2O5:0〜5.0%、SiO2:0〜2.0%、Al2O3:0〜2.0%、SnO2:0〜2.0%、BaO:0〜4.0%の組成を有し、且つ、B2O3/PbO比が0.11以下のガラス粉末からなることを特徴とする低融点封着用組成物が提案されている。Patent Document 2, in weight percent, PbO: 70.3~92.0%, B 2 O 3: 1.0~10.0%, Bi 2 O 3: 5.2~20.0%, F 2: 0.01~8.0%, ZnO: 0~15.0 %, V 2 O 5: 0~5.0%, SiO 2: 0~2.0%, Al 2 O 3: 0~2 .0%, SnO 2: 0~2.0% , BaO: have from 0 to 4.0% of the composition, and, characterized in that B 2 O 3 / PbO ratio is 0.11 or less of the glass powder Has been proposed.
特許文献3には、絶縁基体と蓋体とを封止材を介して接合させ、絶縁基体と蓋体とから成る容器内部に半導体素子を気密に収容する半導体素子収納用パッケージであって、前記封止材が酸化鉛30.0乃至50.0重量%、フッ化鉛10.0乃至20.0重量%、酸化ビスマス3.0乃至13.0重量%、酸化ホウ素1.0乃至5.0重量%、酸化亜鉛1.0乃至5.0重量%を含むガラス成分にフィラーとしてのチタン酸鉛系化合物を25.0乃至45.0重量%添加したガラスから成ることを特徴とする半導体素子収納用パッケージが開示されている。 Patent Document 3 discloses a semiconductor element housing package in which an insulating base and a lid are joined via a sealing material, and a semiconductor element is hermetically housed in a container including the insulating base and the lid. The sealing material is 30.0 to 50.0% by weight of lead oxide, 10.0 to 20.0% by weight of lead fluoride, 3.0 to 13.0% by weight of bismuth oxide, and 1.0 to 5.0% of boron oxide. A semiconductor element housing comprising glass in which 25.0 to 45.0% by weight of a lead titanate-based compound as a filler is added to a glass component containing 1.0% to 5.0% by weight of zinc oxide and 1.0% to 5.0% by weight of zinc oxide. A package is disclosed.
特許文献4には、PbF2を含有したガラス粉末及び耐火性フィラーとの混合物からなる低融点封着組成物が開示されている。Patent Document 4 discloses a low melting point sealing composition comprising a mixture of a glass powder containing PbF 2 and a refractory filler.
特許文献5では、重量%で、PbO:70〜80%、B2O3:5〜12%、ZnO:0〜5%、SiO2:0〜1%、Al2O3:0〜3%、SnO2:0〜1%、Bi2O3:3〜12%、V2O5:0.1〜1%、CuO:0.1〜5%、F:0.1〜3%の組成を有するガラス粉末に、耐火物フィラー粉末を25〜40容量%含有させたことを特徴とする封着用組成物が提案されている。In Patent Document 5, in weight%, PbO: 70~80%, B 2 O 3: 5~12%, ZnO: 0~5%, SiO 2: 0~1%, Al 2 O 3: 0~3% , SnO 2 : 0 to 1%, Bi 2 O 3 : 3 to 12%, V 2 O 5 : 0.1 to 1%, CuO: 0.1 to 5%, F: 0.1 to 3% A sealing composition characterized by containing 25 to 40% by volume of a refractory filler powder in a glass powder having the following formula:
特許文献6においては、PbO−B2O3−Bi2O3−SiO2系ガラス粉末とチタン酸鉛粉末及び、又はβ-ユークリプタイト粉末との低融点封着ガラス組成物が開示されている。Patent Document 6 discloses a low-melting-point sealing glass composition of a PbO—B 2 O 3 —Bi 2 O 3 —SiO 2 -based glass powder and a lead titanate powder and / or a β-eucryptite powder. I have.
特許文献7には、質量百分率で、PbO 50〜75%,PbF2 1〜20%,B2O3 6〜12%,TeO2 1〜10%,ZnO 1〜5%,SiO2 0.5〜2%,Al2O3 0.5〜2%,Bi2O3 0〜10%からなる組成を有するガラス粉末50〜90体積%と、低膨脹セラミックフィラー粉末10〜50体積%からなることを特徴とする低温封着用組成物が開示されている。Patent Document 7 discloses that PbO 50 to 75%, PbF 2 1 to 20%, B 2 O 3 6 to 12%, TeO 2 1 to 10%, ZnO 1 to 5%, and SiO 2 0.5 by mass percentage. ~2%, Al 2 O 3 0.5~2 %, Bi 2 O 3 and 50 to 90 vol% glass powder having a composition consisting of 0-10%, to consist of 10 to 50 vol% low expansion ceramic filler powder A low temperature sealing composition is disclosed.
特許文献8には、重量%で、PbO 71.0〜90.0%、B2O3 3.0〜12.0%、Bi2O3 1.0〜20.0%、ZnO 0.1〜10.0%、Sb2O3 0.3〜5.0%、F2 0.1〜10.0%、FeO 0.1〜3.0%、MnO2 0.1〜5.0%、SiO2 0〜3.0%、Al2O3 0〜3.0%およびCuO 0〜3.0%の組成からなる低融性ガラスであることを特徴とする低温封着用組成物が開示されている。Patent Document 8, in weight%, PbO 71.0~90.0%, B 2 O 3 3.0~12.0%, Bi 2 O 3 1.0~20.0%, ZnO 0.1 110.0%, Sb 2 O 3 0.3 to 5.0%, F 2 0.1 to 10.0%, FeO 0.1 to 3.0%, MnO 2 0.1 to 5.0% , SiO 2 0~3.0%, low-temperature sealing composition which is a Al 2 O 3 0~3.0% and low melting glass consisting of CuO 0 to 3.0% of the composition disclosed Have been.
しかしながら、これらの従来技術では、以下に示すように種々の問題点があり、それらについて改善の余地が残されている。 However, these conventional techniques have various problems as described below, and there is still room for improvement.
特許文献1の低融点低膨張性封着材料では、ガラス組成にフッ素が含まれないため、ガラスの軟化点が高く、低温での封着ができない。また、フッ素を含む組成も開示されているものの、PbO/Bi2O3比が大きいため、結晶化が起こるおそれがある。
特許文献2の低融点封着用組成物では、ガラス軟化点を低下させるためにV2O5等の毒物を含有させる必要がある。
特許文献3の封止材では、PbO+PbF2量が少ないために軟化温度が高く、またB2O3量が少ないためガラスが結晶化しやすいという問題がある。
特許文献4の低融点封着組成物では、Fe2O3を含有することに起因してPbO等の価数が変化するため、結晶化しやすいという問題がある。
特許文献5の封着用組成物では、特許文献2と同様、ガラス組成中に毒物であるV2O5を含有しているという問題がある。
特許文献6の低融点封着ガラス組成物では、フッ素含有量が少ないため、軟化点が下がらないという問題がある。
特許文献7の低温封着用組成物においては、有害物質であるTeO2を含有するという問題がある。
特許文献8の低温封着用組成物においても、劇物であるSb2O3を含有しているという問題がある。In the low-melting-point, low-expansion sealing material of Patent Document 1, since the glass composition does not contain fluorine, the glass has a high softening point and cannot be sealed at a low temperature. Further, although a composition containing fluorine is disclosed, crystallization may occur due to a large PbO / Bi 2 O 3 ratio.
In the low melting point sealing composition of Patent Document 2, it is necessary to contain a poison such as V 2 O 5 in order to lower the glass softening point.
The sealing material of Patent Document 3, PbO + PbF 2 content higher softening temperature due to the low, also glass since small amount of B 2 O 3 is a problem that tends to crystallize.
The low-melting-point sealing composition disclosed in Patent Document 4 has a problem that crystallization of PbO or the like changes due to the inclusion of Fe 2 O 3 , so that crystallization is easy.
The sealing composition of Patent Literature 5 has a problem similar to Patent Literature 2 in that the glass composition contains toxic V 2 O 5 .
The low melting point sealing glass composition of Patent Document 6 has a problem that the softening point does not decrease because of a low fluorine content.
The low-temperature sealing composition of Patent Document 7 has a problem of containing TeO 2 which is a harmful substance.
The low-temperature sealing composition of Patent Document 8 also has a problem that it contains a deleterious substance, Sb 2 O 3 .
このように、これら従来技術においては、軟化点を下げるためにV2O5、TeO2、Sb2O3等の毒性のある化合物(元素)に依存している。また、フッ素含有量あるいはPbO/Bi2O3比が適正でない等の理由により、ICパッケージ又は水晶振動子を封止する工程において繰り返される焼成によりガラスから結晶が析出したり、ガラス粉末とフィラー粉末とが反応が起こすおそれがある。ガラスの流動過程で結晶が析出すると、流動性が低くなったり、あるいは十分な封着を行うことができなくなる。また、ガラス粉末とフィラー粉末とが反応した場合には、見かけ上ガラス組成が変化し、結晶化が起こり、やはり十分な封着ができなくなる。As described above, these conventional techniques rely on toxic compounds (elements) such as V 2 O 5 , TeO 2 and Sb 2 O 3 to lower the softening point. In addition, due to the fact that the fluorine content or the PbO / Bi 2 O 3 ratio is not appropriate, crystals are precipitated from glass by repeated firing in the process of sealing the IC package or the quartz oscillator, or the glass powder and the filler powder are mixed. May cause a reaction. If crystals precipitate during the flow process of the glass, the flowability will be reduced, or sufficient sealing cannot be performed. Further, when the glass powder and the filler powder react, the glass composition apparently changes, crystallization occurs, and sufficient sealing cannot be achieved.
特に、ガラスをペースト化して用いる場合には、上記の結晶化の問題は生じやすくなる。水晶振動子等の電子デバイスを封止する場合、封着材料として、鉛系ガラスに溶剤等を配合して得られるペーストが通常使用される。ところが、フッ素含有タイプの鉛系ガラス等では、化学的耐久性が低く、溶剤の存在下で焼成すると結晶が析出しやすくなる。結晶が析出すると流動性が悪くなり、水晶振動子を収容する容器(ハウジング)と蓋体との接着面にくまなく封着材料を展開させることができなくなる結果、所望の接着性が得られなくなるだけでなく、封着自体も不十分となるおそれが生じる。 In particular, when glass is used as a paste, the above-described problem of crystallization is likely to occur. When sealing an electronic device such as a quartz oscillator, a paste obtained by mixing a solvent or the like with lead-based glass is usually used as a sealing material. However, fluorine-containing lead-based glass and the like have low chemical durability, and crystals tend to precipitate when fired in the presence of a solvent. When crystals are precipitated, the fluidity deteriorates, and it becomes impossible to spread the sealing material over the adhesive surface between the container (housing) accommodating the quartz oscillator and the lid, so that the desired adhesiveness cannot be obtained. In addition, the sealing itself may be insufficient.
従って、本発明の主な目的は、V2O5、TeO2、Sb2O3、Fe2O3等に頼ることなく、封着材料としてより優れた特性を発揮できる材料を提供することにある。また、本発明は、溶剤の存在下でも焼成時に結晶が析出しにくいがゆえに良好な流動性を発揮できる封着材料を提供することも目的とする。Therefore, a main object of the present invention is to provide a material that can exhibit more excellent properties as a sealing material without relying on V 2 O 5 , TeO 2 , Sb 2 O 3 , Fe 2 O 3, and the like. is there. Another object of the present invention is to provide a sealing material capable of exhibiting good fluidity because crystals are unlikely to precipitate during firing even in the presence of a solvent.
本発明者は、従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、特に特定の組成を有するガラス組成物を採用するによって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventor has conducted intensive studies in view of the problems of the prior art, and as a result, has found that the above object can be achieved particularly by employing a glass composition having a specific composition, thereby completing the present invention.
すなわち、本発明は、下記の低温封着材料に係る。
1. 鉛ガラス粉末及びチタン酸鉛系フィラー粉末を含む封着材料であって、
(1)前記鉛ガラスが、
1)PbO:69.0〜80.0重量%、
2)Bi2O3:3.1〜12.5重量%、
3)B2O3:3.5〜11.5重量%、
4)ZnO:1.7〜8.2重量%、
5)SiO2:0〜3.5重量%、
6)CuO:0〜4.0重量%及び
7)F:1.3〜5.0重量%
をガラス成分として含み、
(2)前記鉛ガラスにおける[PbO/Bi2O3]の重量比が5.6〜25.5である、
ことを特徴とする低温封着材料。
2. (1)前記鉛ガラス粉末が1)PbO:71.0〜80.0重量%、2)Bi2O3:3.1〜9.5重量%、3)B2O3:3.5〜11.5重量%、4)ZnO:1.7〜8.2重量%、5)SiO2:0〜3.5重量%、6)CuO:0〜4.0重量%及び7)F:2.0〜5.0重量%をガラス成分として含み、
(2)前記[PbO/Bi2O3]の重量比が7.7〜18.5である、
前記項1に記載の低温封着材料。
3. (1)前記鉛ガラス粉末が1)PbO:71.0〜78.0重量%、2)Bi2O3:5.0〜8.5重量%、3)B2O3:5.5〜10.0重量%、4)ZnO:1.7〜6.5重量%、5)SiO2:0.5〜3.0重量%、6)CuO:1.0〜2.0重量%及び7)F:2.4〜4.1重量%をガラス成分として含み、
(2)前記[PbO/Bi2O3]の重量比が8.5〜13.0である、
前記項1に記載の低温封着材料。
4. 前記ガラス粉末が、さらにTiO2及びZrO2の少なくとも1種をガラス成分として合計で0.01〜1重量%含有する、前記項1〜3のいずれかに記載の低温封着材料。
5. 鉛ガラス粉末及びチタン酸鉛系フィラー粉末の合計100重量部において、鉛ガラス粉末90〜60重量部及びチタン酸鉛系フィラー粉末10〜40重量部含む、前記項1〜4のいずれかに記載の低温封着材料。
6. チタン酸鉛系フィラーにおける酸化物組成が、酸化物換算でPbO:60.0〜70.0重量%、TiO2:15.0〜25.0重量%、CaO:0〜5.0重量%、Fe2O3:0〜5重量%及びNb2O3:0〜10.0重量%を含有する、前記項1〜5のいずれかに記載の低融点封着材料。
7. さらに溶剤及び有機バインダーの少なくとも1種を含み、ペースト状の形態を有する、前記項1〜6のいずれかに記載の低温封着材料。
8. 大気中370℃で焼成した時に結晶が析出しない、前記項7に記載の低温封着材料。
9. 前記項1〜8のいずれかに記載の低温封着材料を用いてなる半導体素子収納用パッケージ。That is, the present invention relates to the following low-temperature sealing material.
1. A sealing material containing a lead glass powder and a lead titanate-based filler powder,
(1) The lead glass is
1) PbO: 69.0 to 80.0% by weight,
2) Bi 2 O 3: 3.1~12.5 wt%,
3) B 2 O 3: 3.5~11.5 wt%,
4) ZnO: 1.7-8.2% by weight,
5) SiO 2: 0~3.5% by weight,
6) CuO: 0-4.0% by weight and 7) F: 1.3-5.0% by weight
Contains as a glass component,
(2) the weight ratio of [PbO / Bi 2 O 3] in the lead glass is from 5.6 to 25.5,
A low-temperature sealing material, characterized in that:
2. (1) the lead glass powder is 1) PbO: 71.0-80.0 wt%, 2) Bi 2 O 3 : 3.1~9.5 wt%, 3) B 2 O 3 : 3.5~ 11.5 wt%, 4) ZnO: 1.7~8.2 wt%, 5) SiO 2: 0~3.5 wt%, 6) CuO: 0~4.0 wt% and 7) F: 2 0.0-5.0% by weight as a glass component,
(2) the weight ratio of the [PbO / Bi 2 O 3] is 7.7 to 18.5,
Item 2. The low-temperature sealing material according to Item 1.
3. (1) the lead glass powder is 1) PbO: from 71.0 to 78.0 wt%, 2) Bi 2 O 3 : 5.0~8.5 wt%, 3) B 2 O 3 : 5.5~ 10.0 wt%, 4) ZnO: 1.7~6.5 wt%, 5) SiO 2: 0.5~3.0 wt%, 6) CuO: 1.0~2.0 wt% and 7 ) F: 2.4 to 4.1% by weight as a glass component,
(2) the weight ratio of the [PbO / Bi 2 O 3] is 8.5 to 13.0,
Item 2. The low-temperature sealing material according to Item 1.
4. The glass powder further contains 0.01 to 1 wt% of at least one of the TiO 2 and ZrO 2 in total as the glass component, the low-temperature sealing material according to any one of claim 1 to 3.
5. The total of 100 parts by weight of the lead glass powder and the lead titanate-based filler powder, including 90 to 60 parts by weight of the lead glass powder and 10 to 40 parts by weight of the lead titanate-based filler powder, Low temperature sealing material.
6. The oxide composition of the lead titanate-based filler is as follows: PbO: 60.0 to 70.0% by weight, TiO 2 : 15.0 to 25.0% by weight, CaO: 0 to 5.0% by weight, in terms of oxide. Fe 2 O 3: 0~5 wt% and Nb 2 O 3: 0~10.0 containing wt%, the low-melting sealing material according to any one of claim 1 to 5.
7. Item 7. The low-temperature sealing material according to any one of Items 1 to 6, further comprising at least one of a solvent and an organic binder, and having a paste-like form.
8. Item 8. The low-temperature sealing material according to Item 7, wherein no crystals are precipitated when fired at 370 ° C. in the atmosphere.
9. Item 9. A package for housing a semiconductor element, comprising the low-temperature sealing material according to any one of Items 1 to 8.
本発明の低温封着材料では、特に特定のガラス成分からなる組成が採用されているので、封着材料としてより優れた特性を発揮することができる。より具体的には、以下のような効果を得ることができる。
(1)ガラスの結晶化を効果的に抑制できる。その結果として、軟化時におけるガラスの流動性等をいっそう良好に維持できることから、ガラスの結晶化に起因するさまざまな問題(封着障害、封着不足等)もより確実に回避することができる。
(2)焼成時において生じ得るガラスとフィラーとの反応を効果的に抑制できる。これにより、ガラス組成の変動、ガラスの結晶化等のガラスの変質(劣化)を抑制ないしは防止することができる。その結果、例えば水晶振動子等の製造工程において繰り返される焼成にさらされてもガラスが結晶化しにくく、十分な封着効果を得ることができる。特に、封着材料をペースト状の形態で用いる場合のように、溶剤の存在下であっても、焼成時に結晶が析出しにくく、良好な流動性を確保できる結果、信頼性の高い封着を実現することができる。
(3)また、ガラスとフィラーとの反応が効果的に抑制できることから、フィラーの使用範囲の自由度が確保できるので、熱膨張係数の制御も比較的自由に行うことができる。より具体的には、50〜150℃の温度範囲における熱膨張係数を例えば50〜150×10−7/℃の範囲内でも自由に制御することが可能である。その結果として、被封着材料の熱膨張係数に合わせる(近似させる)ことも比較的容易に行うことができる。
(4)本発明の封着材料は、使用温度も比較的低温であり、例えば水晶振動子等の一般的な封着温度である380℃以下という比較的低温での封着も可能である。In the low-temperature sealing material of the present invention, since a composition composed of a specific glass component is particularly employed, more excellent properties can be exhibited as the sealing material. More specifically, the following effects can be obtained.
(1) Crystallization of glass can be effectively suppressed. As a result, the fluidity and the like of the glass at the time of softening can be more favorably maintained, so that various problems (sealing failure, insufficient sealing, and the like) caused by crystallization of the glass can be more reliably avoided.
(2) The reaction between the glass and the filler that may occur during firing can be effectively suppressed. Thereby, it is possible to suppress or prevent deterioration (deterioration) of the glass such as a change in the glass composition and crystallization of the glass. As a result, for example, the glass is hardly crystallized even when subjected to repeated firing in a manufacturing process of a quartz oscillator or the like, and a sufficient sealing effect can be obtained. In particular, as in the case where the sealing material is used in the form of a paste, even in the presence of a solvent, crystals are unlikely to precipitate during firing, and good fluidity can be ensured, resulting in highly reliable sealing. Can be realized.
(3) Further, since the reaction between the glass and the filler can be effectively suppressed, the degree of freedom of the range of use of the filler can be ensured, so that the coefficient of thermal expansion can be controlled relatively freely. More specifically, it is possible to freely control the coefficient of thermal expansion in the temperature range of 50 to 150 ° C., for example, in the range of 50 to 150 × 10 −7 / ° C. As a result, it is relatively easy to match (approximate) the thermal expansion coefficient of the material to be sealed.
(4) The sealing material of the present invention has a relatively low use temperature, and can be sealed at a relatively low temperature of, for example, 380 ° C. or less, which is a general sealing temperature of a quartz oscillator or the like.
このように、本発明の封着材料は、機械的強度、耐久性等に優れた封着を実現することができることから、例えばICパッケージ、水晶振動子パッケージ等の電子デバイスの封着のための封着材料として好適に使用することができる。 As described above, the sealing material of the present invention can realize sealing excellent in mechanical strength, durability, and the like, and is therefore useful for sealing electronic devices such as IC packages and crystal resonator packages. It can be suitably used as a sealing material.
1.低温封着材料
本発明の低温封着材料(本発明材料)は、鉛ガラス粉末及びチタン酸鉛系フィラー粉末を含む封着材料であって、
(1)前記鉛ガラスが、
1)PbO:69.0〜80.0重量%、
2)Bi2O3:3.1〜12.5重量%、
3)B2O3:3.5〜11.5重量%、
4)ZnO:1.7〜8.2重量%、
5)SiO2:0〜3.5重量%、
6)CuO:0〜4.0重量%及び
7)F:1.3〜5.0重量%
をガラス成分として含み、
(2)前記鉛ガラスにおける[PbO/Bi2O3]の重量比が5.6〜25.5である、
ことを特徴とする。1. Low-temperature sealing material The low-temperature sealing material of the present invention (material of the present invention) is a sealing material containing a lead glass powder and a lead titanate-based filler powder,
(1) The lead glass is
1) PbO: 69.0 to 80.0% by weight,
2) Bi 2 O 3: 3.1~12.5 wt%,
3) B 2 O 3: 3.5~11.5 wt%,
4) ZnO: 1.7-8.2% by weight,
5) SiO 2: 0~3.5% by weight,
6) CuO: 0-4.0% by weight and 7) F: 1.3-5.0% by weight
Contains as a glass component,
(2) the weight ratio of [PbO / Bi 2 O 3] in the lead glass is from 5.6 to 25.5,
It is characterized by the following.
A.鉛ガラス粉末
(A−1)ガラス組成
本発明材料におけるガラス成分は、上記のようにPb、Bi、B、Zn、Si、Cu、F等の各成分が酸化物換算での所定の含有量を有するものである。以下、各成分及びその含有量について説明する。 A. Lead glass powder (A-1) Glass composition As described above, the glass component in the material of the present invention is such that each component such as Pb, Bi, B, Zn, Si, Cu, and F has a predetermined content in terms of oxide. Have Hereinafter, each component and its content will be described.
PbO
PbOは、ガラスを形成する酸化物であり、69.0〜80.0重量%の範囲で含有させることが好ましい。PbO含有量が69.0重量%より少ない場合、ガラスが得られないおそれがあり、また得られたとしてもガラスの軟化点が高くなり、所望の温度での封着ができなくなるおそれがある。PbO含有量が80.0重量%より多くなると、封着時に結晶化が起こり、軟化時における流動性が悪くなるおそれがある。
本発明では、PbOは、特にガラスの成形性、封着温度等を考慮すると、71.0〜80.0重量%含有させることがより好ましく、71.0〜78.0重量%含有させることがさらに好ましい。PbO
PbO is an oxide forming glass, and is preferably contained in the range of 69.0 to 80.0% by weight. If the PbO content is less than 69.0% by weight, the glass may not be obtained, and even if it is obtained, the softening point of the glass may increase, and sealing at a desired temperature may not be possible. If the PbO content is more than 80.0% by weight, crystallization may occur at the time of sealing, and the fluidity during softening may deteriorate.
In the present invention, PbO is more preferably contained in an amount of 71.0 to 80.0% by weight, particularly preferably 71.0 to 78.0% by weight, in consideration of the moldability of the glass, the sealing temperature and the like. More preferred.
Bi2O3
Bi2O3は、ガラス状態を安定化させる成分であり、3.1〜12.5重量%の範囲で含有させることが好ましい。Bi2O3含有量が3.1重量%より少ない場合、結晶が析出するおそれがある。Bi2O3含有量が12.5重量%を超える場合、ガラスが得られないおそれがあり、またガラスが得られたとしてもガラスの流動性が悪くなるおそれがある。
本発明では、Bi2O3は、特にガラスの成形性、流動性等を考慮すると、特に3.1〜9.5重量%含有させることがより好ましく、5.0〜8.5重量%含有させることがさらに好ましい。Bi 2 O 3
Bi 2 O 3 is a component for stabilizing the glassy state, and is preferably contained in the range of 3.1 to 12.5% by weight. If the Bi 2 O 3 content is less than 3.1% by weight, crystals may be precipitated. When the Bi 2 O 3 content exceeds 12.5% by weight, glass may not be obtained, and even if glass is obtained, the fluidity of glass may be deteriorated.
In the present invention, Bi 2 O 3 is more preferably contained in an amount of 3.1 to 9.5% by weight, particularly preferably 5.0 to 8.5% by weight, particularly in consideration of the moldability and fluidity of glass. More preferably,
B2O3
B2O3は、ガラスを形成する成分であり、3.5〜11.5重量%の範囲で含有させる。B2O3含有量が3.5重量%未満の場合、ガラスが得られないおそれがある。B2O3含有量が11.5重量%を上回る場合、ガラスが得られないおそれがあり、またガラスが得られたとしてもガラスの軟化温度が高いため、ガラスの流動性が悪くなるおそれがある。
本発明では、B2O3は、特にガラスの成形性、流動性等を考慮すれば、3.5〜11.5重量%含有させることがより好ましく、5.5〜10.0重量%含有させることがさらに好ましい。B 2 O 3
B 2 O 3 is a component that forms glass, and is contained in the range of 3.5 to 11.5% by weight. If the B 2 O 3 content is less than 3.5% by weight, glass may not be obtained. If the B 2 O 3 content exceeds 11.5% by weight, the glass may not be obtained, and even if the glass is obtained, the glass has a high softening temperature, which may deteriorate the fluidity of the glass. is there.
In the present invention, B 2 O 3 is more preferably contained in an amount of 3.5 to 11.5% by weight, particularly preferably 5.5 to 10.0% by weight, in consideration of the moldability and fluidity of glass. More preferably,
ZnO
ZnOは、ガラスの成形性を上げる成分であり、1.7〜8.2重量%の範囲で含有させることが好ましい。ZnO含有量が1.7重量%より少ない場合、ガラスが結晶化して流れなくなるおそれがある。ZnO含有量が8.2重量%より多い場合にはガラスが得られなくなるおそれがある。
本発明においては、ZnOの含有量は、特にガラスの成形性、流動性等を考慮すると、1.7〜8.2重量%含有させることが好ましく、1.7〜6.5重量%含有させることがより好ましい。ZnO
ZnO is a component that enhances the moldability of glass, and is preferably contained in the range of 1.7 to 8.2% by weight. If the ZnO content is less than 1.7% by weight, the glass may crystallize and may not flow. If the ZnO content is more than 8.2% by weight, glass may not be obtained.
In the present invention, the content of ZnO is preferably 1.7 to 8.2% by weight, and more preferably 1.7 to 6.5% by weight, particularly in consideration of the moldability and fluidity of glass. Is more preferable.
SiO2
SiO2は、ガラスを形成する成分であり、0〜3.5重量%で含有させることが好ましい。SiO2含有量が3.5重量%より多い場合、ガラスの軟化温度が高くなるため、ガラスの流動性が悪くなるおそれがある。
本発明では、SiO2は、特にガラスの成形性、流動性等を考慮すると、0.5〜3.0重量%含有させることがより好ましく、特に1.5〜3.0重量%含有させることが最も好ましい。特に、SiO2を1.5〜3.0重量%含有させることによって、本発明材料が少なくとも溶剤を含む形態で使用される場合に溶剤の存在下で起こり得る結晶の析出をより効果的に抑制ないしは防止することができる。すなわち、本発明材料を焼成する際の結晶化を効果的に抑制ないしは防止することにより、良好な流動性を確保することができる結果、信頼性の高い封着をより確実に実現することが可能となる。SiO 2
SiO 2 is a component forming glass, and is preferably contained at 0 to 3.5% by weight. When the SiO 2 content is more than 3.5% by weight, the softening temperature of the glass increases, and the fluidity of the glass may deteriorate.
In the present invention, SiO 2 is more preferably contained in an amount of 0.5 to 3.0% by weight, particularly 1.5 to 3.0% by weight, in consideration of the moldability and fluidity of the glass. Is most preferred. In particular, by containing 1.5 to 3.0% by weight of SiO 2 , precipitation of crystals that can occur in the presence of a solvent when the material of the present invention is used in a form containing at least a solvent is more effectively suppressed. Or prevent it. That is, by effectively suppressing or preventing crystallization during firing of the material of the present invention, good fluidity can be ensured, and as a result, highly reliable sealing can be realized more reliably. Becomes
CuO
CuOは、ガラスの結晶化を防止する成分であり、0〜4重量%で含有させることが好ましい。CuO含有量が4重量%より多い場合、ガラスが結晶化することにより軟化時の流動性が低下するおそれがある。
本発明では、CuOの含有量は、特にガラスの流動性を考慮すると、1〜2重量%含有させることがより好ましい。CuO
CuO is a component for preventing crystallization of glass, and is preferably contained at 0 to 4% by weight. When the CuO content is more than 4% by weight, the glass may be crystallized, and the fluidity during softening may be reduced.
In the present invention, the content of CuO is more preferably 1 to 2% by weight, particularly in consideration of the fluidity of glass.
F(フッ素)
フッ素成分はガラスの軟化温度を下げ、ガラスの流動性を向上させる成分であり、1.3〜5.0重量%の範囲で含有させることが好ましい。フッ素含有量が1.3重量%より少ない場合、ガラスの軟化温度が高くなり、流動性が悪くなるおそれがある。フッ素含有量が5.0重量%を超える場合、フィラーと反応しやすくなるほか、ガラスが得られなくなるおそれがある。
本発明では、フッ素含有量は、特にガラスの流動性、フィラーとの反応性等を考慮すると、2.0〜5.0重量%であることがより好ましく、2.4〜4.1重量%であることがさらに好ましい。F (fluorine)
The fluorine component is a component that lowers the softening temperature of the glass and improves the fluidity of the glass, and is preferably contained in the range of 1.3 to 5.0% by weight. When the fluorine content is less than 1.3% by weight, the softening temperature of the glass is increased, and the fluidity may be deteriorated. When the fluorine content is more than 5.0% by weight, it is likely to react with the filler, and there is a possibility that glass cannot be obtained.
In the present invention, the fluorine content is more preferably 2.0 to 5.0% by weight, particularly 2.4 to 4.1% by weight, in consideration of the fluidity of the glass, the reactivity with the filler, and the like. Is more preferable.
TiO2及びZrO2
上記成分に加えて、例えばガラス製造時の安定性の向上、結晶化の抑制、熱膨張係数の調整等を目的として、TiO2及びZrO2の少なくとも1種を合計で0.01〜1重量%含有させることができる。TiO 2 and ZrO 2
In addition to the above components, for example, at least one of TiO 2 and ZrO 2 is used in a total amount of 0.01 to 1% by weight for the purpose of improving stability during glass production, suppressing crystallization, adjusting the thermal expansion coefficient, and the like. It can be contained.
その他の成分
その他の成分としては、例えばガラス製造時の安定性の向上、結晶化の抑制、熱膨張係数の調整等を目的として、必要に応じてCaO、SrO、BaO等のアルカリ土類酸化物を加えることができる。
また、本発明材料では、必要に応じて、本発明の効果を妨げない範囲内においてCoO及びアルカリ金属酸化物の少なくとも1種を含有させることができる。これらの成分を配合することによって、PbOの増量に頼ることなく、本発明材料の焼成時(使用時)の流動性を高めることができる。これらの含有量は限定的ではないが、一般的には合計で0.3〜2.0重量%の範囲内とすれば良い。
他方、本発明に係る鉛ガラス(及び封着材料)では、有害性の高い成分又は変質させる成分になり得るV、Te、Sb及びFeは、合計で0.1重量%以下とすることが好ましく、特に合計で0重量%とすることがより望ましい。すなわち、本発明材料では、従来の封着材料とは異なり、これらの成分に依存しなくても所望の特性を発現させることができる。Other components As other components, for example, alkaline earth oxides such as CaO, SrO, and BaO may be used for the purpose of improving stability during glass production, suppressing crystallization, adjusting the thermal expansion coefficient, and the like. Can be added.
Further, the material of the present invention may contain at least one of CoO and an alkali metal oxide as needed, as long as the effects of the present invention are not impaired. By blending these components, the fluidity of the material of the present invention at the time of firing (at the time of use) can be increased without depending on the increase in the amount of PbO. The contents of these are not limited, but generally may be in the range of 0.3 to 2.0% by weight in total.
On the other hand, in the lead glass (and the sealing material) according to the present invention, V, Te, Sb, and Fe, which can be highly harmful components or components that deteriorate, are preferably 0.1% by weight or less in total. More preferably, it is more preferably 0% by weight in total. That is, unlike the conventional sealing material, the material of the present invention can exhibit desired characteristics without depending on these components.
[PbO/Bi2O3]の重量比
本発明に係る鉛ガラスにおける[PbO/Bi2O3]の重量比は、通常は5.6〜25.5とし、7.7〜18.5とすることがより好ましく、特に8.5〜13.0とすることが好ましい。上記重量比が5.6未満の場合はガラスの軟化点が高くなりすぎるおそれがある。一方、上記重量比が25.5を超える場合はフィラーとの反応性が高くなるおそれがある。The weight ratio of [PbO / Bi 2 O 3] in the lead glass according to the weight ratio present invention [PbO / Bi 2 O 3] is usually set to 5.6 to 25.5, and from 7.7 to 18.5 More preferably, it is particularly preferably 8.5 to 13.0. If the weight ratio is less than 5.6, the softening point of the glass may be too high. On the other hand, if the weight ratio exceeds 25.5, the reactivity with the filler may increase.
(A−2)鉛ガラス粉末の製造
本発明の鉛ガラス粉末は、公知のガラス組成物の製造方法と同様の方法で製造することができる。材料としては、本発明におけるガラスの各成分の供給源となる化合物を出発原料として使用すれば良い。例えばPb供給原としてPbO等、Bi供給原としてBi2O3等、B供給原としてH3BO3、B2O3等、Zn供給原としてZnO等、Si供給原としてSiO2、Cu供給原としてCuO等、フッ素供給原としてPbF2等、Ti供給原としてTiO2等、Zr供給原としてZrO2等を用いることができる。このように、各種酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等、ガラスの製造で通常に用いられる出発原料を採用することができる。(A-2) Production of Lead Glass Powder The lead glass powder of the present invention can be produced by a method similar to a known method for producing a glass composition. As a material, a compound serving as a supply source of each component of the glass in the present invention may be used as a starting material. For example PbO, etc. as Pb supply source, etc. Bi 2 O 3 as a Bi supply source, H 3 BO 3 as a B supply source, B 2 O 3, etc., ZnO or the like as a Zn supply source, SiO 2, Cu supply source as Si supplying raw For example, PbF 2 or the like as a fluorine supply source, TiO 2 or the like as a Ti supply source, ZrO 2 or the like as a Zr supply source. As described above, various starting materials commonly used in the production of glass, such as oxides, hydroxides, carbonates, and nitrates, can be used.
これらを所定の割合で原料を調合、混合し、該混合物を白金るつぼに入れ、750〜950℃の温度で所定時間(約1〜2時間程度)溶融した後、双ロール法で急冷してガラスフレークを得るとともに、予め加熱しておいたカーボン板に流し出してブロックを作製する。その後、ブロックは予想されるガラス転移点より約50℃高い温度に設定した電気炉に入れ徐冷を実施する。またポットミルにガラスフレークを入れ、粉砕してガラス粉末とする。このガラス粉末は必要に応じて分級あるいはふるい分け等の処理をすることもできる。 The raw materials are prepared and mixed at a predetermined ratio, and the mixture is put into a platinum crucible and melted at a temperature of 750 to 950 ° C. for a predetermined time (about 1 to 2 hours). The flakes are obtained, and the flakes are poured out onto a preheated carbon plate to form a block. Thereafter, the block is placed in an electric furnace set at a temperature about 50 ° C. higher than the expected glass transition point, and is gradually cooled. Further, glass flakes are put in a pot mill and pulverized into glass powder. This glass powder can be subjected to a treatment such as classification or sieving as required.
(A−3)鉛ガラス粉末の物性
本発明の鉛ガラス粉末の性状は、通常は粉末状として用いる。その平均粒径(D50)は限定的ではないが、通常は30μm以下の範囲内において使用形態、用途等に応じて適宜調節することできる。例えば、本発明材料をペーストとして調製する場合は、後記に述べる粒度に適宜調整すれば良い。(A-3) Physical Properties of Lead Glass Powder The properties of the lead glass powder of the present invention are usually used as a powder. Although the average particle size (D 50 ) is not limited, it can usually be appropriately adjusted within the range of 30 μm or less according to the use form, application and the like. For example, when the material of the present invention is prepared as a paste, the particle size may be appropriately adjusted to the particle size described later.
本発明の鉛ガラス粉末においては、結晶化温度を有しないという特性を有する。これにより、封着時において流動性が良好であり、また封着不足が生じないという効果が得られる。 The lead glass powder of the present invention has a characteristic of not having a crystallization temperature. Thereby, there is obtained an effect that the fluidity is good at the time of sealing and that insufficient sealing does not occur.
また、鉛ガラス粉末のガラス転移点は、限定的ではないが、通常は200〜280℃程度の範囲とすれば良く、特に220〜260℃とすることがより好ましい。これにより、比較的低温で封着ができ、かつフィラー粉末を混合することにより被封着材に近似した熱膨張係数に制御することができる。 Further, the glass transition point of the lead glass powder is not limited, but usually may be in the range of about 200 to 280 ° C, and more preferably 220 to 260 ° C. Thereby, the sealing can be performed at a relatively low temperature, and the coefficient of thermal expansion can be controlled to be close to that of the material to be sealed by mixing the filler powder.
B.チタン酸鉛系フィラー粉末
本発明で用いられるチタン酸鉛系フィラー粉末は、チタン酸鉛(PbTiO3)及びその一部が他の原子(例えばCa、Fe、Nb等)で置換された固溶体の少なくとも一方を用いることができる。これらは公知のものも使用することができる。 B. Lead titanate-based filler powder The lead titanate-based filler powder used in the present invention is at least a solid solution in which lead titanate (PbTiO 3 ) and a part of which are replaced by other atoms (for example, Ca, Fe, Nb, etc.). One can be used. These can also use a well-known thing.
前記チタン酸鉛又は固溶体における組成としては、酸化物換算でPbO:60.0〜70.0重量%、TiO2:15.0〜25.0重量%、CaO:0〜5.0重量%、Fe2O3:0〜5重量%及びNb2O3:0〜10.0重量%を含有する組成を採用することが望ましい。上記組成範囲であれば、熱膨張係数を小さくすることができ、チタン酸鉛系フィラー粉末の含有量を少なくても効果があるため、良好な流動性をより効果的に得ることができる。As the composition in lead titanate, or solid solutions, PbO on an oxide basis: 60.0 to 70.0 wt%, TiO 2: 15.0 to 25.0 wt%, CaO: 0 to 5.0 wt%, Fe 2 O 3: 0~5 wt% and Nb 2 O 3: 0~10.0 it is desirable to employ a composition containing by weight%. Within the above composition range, the coefficient of thermal expansion can be reduced, and even if the content of the lead titanate-based filler powder is small, there is an effect, so that good fluidity can be more effectively obtained.
また、チタン酸鉛系フィラー粉末の平均粒径(D50)は、特に限定的ではないが、通常は7〜30μmであることが好ましく、特に7〜15μmであることがより好ましい。平均粒径が7μm未満である場合、チタン酸鉛系フィラー粉末がガラスと反応しやすくなる。一方、平均粒径が30μmを超える場合、ペーストにした際の作業性が悪くなったり、沈降分離しやすくなるおそれがある。The average particle diameter (D 50 ) of the lead titanate-based filler powder is not particularly limited, but is usually preferably from 7 to 30 μm, and more preferably from 7 to 15 μm. When the average particle size is less than 7 μm, the lead titanate-based filler powder easily reacts with glass. On the other hand, when the average particle size exceeds 30 μm, the workability when the paste is formed may be deteriorated, or sedimentation may be easily caused.
チタン酸鉛系フィラー粉末の含有量は、特に鉛ガラス粉末による封着材料の熱膨張係数を下げることを目的とする見地より、鉛ガラス粉末及びチタン酸鉛系フィラー粉末の合計100重量部において、鉛ガラス粉末90〜60重量部及びチタン酸鉛系フィラー粉末10〜40重量部とすることが好ましい。チタン酸鉛系フィラー粉末の含有量が10重量部未満の場合にはその効果が十分得られなくなるおそれがある。一方、チタン酸鉛系フィラー粉末の含有量が40重量部を超える場合には、ガラス量が少なくなるため、流動性が悪くなり、接着不良が生じるおそれがある。焼成時の流動性を考えると、チタン酸鉛系フィラー粉末の含有量は、25〜35重量部とすること(鉛ガラス粉末75〜65重量部)がより好ましい。なお、本発明における鉛ガラス粉末及びチタン酸鉛系フィラーの合計が占める割合は限定的ではなく、例えば本発明材料中60〜100重量%、特に80〜100重量%、さらには95〜100重量%とすることができる。 The content of the lead titanate-based filler powder is, in particular, from the viewpoint of lowering the thermal expansion coefficient of the sealing material by the lead glass powder, in a total of 100 parts by weight of the lead glass powder and the lead titanate-based filler powder, It is preferable to use 90 to 60 parts by weight of a lead glass powder and 10 to 40 parts by weight of a lead titanate-based filler powder. If the content of the lead titanate-based filler powder is less than 10 parts by weight, the effect may not be sufficiently obtained. On the other hand, when the content of the lead titanate-based filler powder exceeds 40 parts by weight, the amount of glass is reduced, so that the fluidity is deteriorated and there is a possibility that poor adhesion may occur. Considering the fluidity at the time of firing, the content of the lead titanate-based filler powder is more preferably 25 to 35 parts by weight (75 to 65 parts by weight of lead glass powder). The proportion occupied by the total of the lead glass powder and the lead titanate-based filler in the present invention is not limited, and is, for example, 60 to 100% by weight, particularly 80 to 100% by weight, and more preferably 95 to 100% by weight in the material of the present invention. It can be.
また、本発明では、例えば熱膨張係数の微調整、封着材料の強度向上等を目的として、チタン酸鉛系フィラー粉末に加えてセラミックスフィラーを添加することができる。セラミックスフィラー(粉末)としては、例えばβ−ユークリプタイト、コーディエライト、ジルコン等の少なくとも1種を用いることができる。セラミックスフィラーの添加量は、チタン酸鉛系フィラー粉末と鉛ガラス組成物との合計量を100重量部として、当該100重量部に対して50重量部以下の範囲内で添加することができる。 In the present invention, a ceramic filler can be added in addition to the lead titanate-based filler powder for the purpose of, for example, finely adjusting the thermal expansion coefficient and improving the strength of the sealing material. As the ceramic filler (powder), for example, at least one of β-eucryptite, cordierite, zircon, and the like can be used. The amount of the ceramic filler added may be within a range of 50 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the total amount of the lead titanate-based filler powder and the lead glass composition.
2.低温封着材料の製造
本発明材料は、前記の鉛ガラス粉末及びチタン酸鉛系フィラー粉末を混合することによって得ることができる。混合方法は、乾式又は湿式のいずれであっても良いが、特に乾式で混合することが好ましい。混合は、公知又は市販の混合装置等を使用することにより実施することができる。2. Production of low-temperature sealing material The material of the present invention can be obtained by mixing the above-mentioned lead glass powder and lead titanate-based filler powder. The mixing method may be either a dry method or a wet method, but it is particularly preferable to perform the dry mixing. The mixing can be performed by using a known or commercially available mixing device or the like.
3.低温封着材料の使用
本発明材料は、公知の封着材料と同様の使用方法・使用形態にて使用することができる。この場合、本発明材料は粉末状のまま使用することもできるが、例えばペーストの形態で好適に使用することができる。3. Use of Low-Temperature Sealing Material The material of the present invention can be used in the same manner and in the same manner as known sealing materials. In this case, the material of the present invention can be used as it is in a powder form, but can be suitably used, for example, in the form of a paste.
液状の形態で使用する場合は、封着材料と溶剤及び有機バインダーの少なくとも1種とを混合して調製すれば良い。例えば、本発明の封着材料(粉末)、溶剤及び有機バインダーを混合することによって液状(ペースト状)組成物を調製することができる前記の液状(ペースト状)組成物においては、焼成(少なくとも大気中370℃で焼成)した時に結晶が析出しないという特徴を有する。すなわち、溶剤を含む従来のペーストでは、その原因は定かではないが、焼成時に結晶が析出しやすいため、流動性も低下してしまう。これに対し、本発明の係る液状組成物はたとえ溶剤を含んでいたとしても結晶化がおこりにくく、所望の流動性を確保することができる結果、信頼性の高い封着を実現することができる。 When used in a liquid form, it may be prepared by mixing a sealing material with at least one of a solvent and an organic binder. For example, a liquid (paste) composition that can be prepared by mixing a sealing material (powder), a solvent, and an organic binder of the present invention can be prepared by firing (at least in the atmosphere) (Calcination at 370 ° C.). That is, in the case of a conventional paste containing a solvent, the cause is not clear, but since crystals are easily precipitated during firing, the fluidity is also reduced. On the other hand, the liquid composition according to the present invention is less likely to be crystallized even if it contains a solvent, and a desired fluidity can be ensured. As a result, highly reliable sealing can be realized. .
この場合の封着材料の粉末としての平均粒径(D50)は、特に限定されないが、通常は2〜30μmとし、特に5〜15μmとすることが好ましい。平均粒径が2μm未満である場合には、ペーストを調製する際、有機バインダーが多量に必要となり、焼成前後での体積収縮の程度が大きくなるほか、バインダーを焼失させる時間が長くかかるために生産性が低下するおそれがある。平均粒径が30μmを超える場合は、封着に際して支障が生じるおそれがある。また、前記粉末の最大粒径も、限定的ではないが、通常は200μm以下とし、好ましくは100μm以下、より好ましくは80μm以下とすれば良い。The average particle size of the powder of the sealing material in this case (D 50) determined not particularly limited, usually a 2 to 30 m, it is preferable that the particular 5 to 15 [mu] m. When the average particle size is less than 2 μm, a large amount of organic binder is required when preparing the paste, the degree of volume shrinkage before and after firing becomes large, and it takes a long time to burn off the binder. May be reduced. If the average particle size exceeds 30 μm, there is a possibility that trouble may occur during sealing. The maximum particle size of the powder is not limited, but is usually 200 μm or less, preferably 100 μm or less, and more preferably 80 μm or less.
前記有機バインダーとしては特に制限されない。封着材料の具体的な用途(被封着材料)等に応じて公知又は市販のバインダーの中から適宜採用することができる。例えば、エチルセルロース等のセルロース樹脂、主成分であるメチルメタアクリレートと各種アクリレート、メタアクリレート、アクリルアミド、スチレン、アクリロニトリル等とアクリル酸、メタクリル酸等との共重合体(アクリル樹脂)及びこれにさらに各種不飽和基を付加させたもの等が挙げられる。 The organic binder is not particularly limited. It can be appropriately selected from known or commercially available binders according to the specific use (sealing material) of the sealing material. For example, a cellulose resin such as ethyl cellulose, a copolymer (acrylic resin) of methyl methacrylate, which is a main component, with various acrylates, methacrylate, acrylamide, styrene, acrylonitrile, etc. with acrylic acid, methacrylic acid and the like, and various other resins. Those to which a saturated group is added are exemplified.
前記有機溶剤としては、前記バインダーの種類等に応じて適宜選択すれば良く、例えばエタノール、メタノール、IPA等のアルコール類のほか、ターピネオール(α―ターピネオールまたはα―ターピネオールを主成分としたβ―ターピネオール,γ―ターピネオールの混合体)、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、エチレングリコールアルキルエーテル、ジエチレングリコールアルキルエーテル、エチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジアルキルエーテルアセテート、トリエチレングリコールアルキルエーテルアセテート、トリエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールアルキルエーテル、トリプロピレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート、γ―ブチルラクトン等が挙げられる。これらの溶剤は単独で用いても良いし、2種以上を併用することもできる。 The organic solvent may be appropriately selected according to the type of the binder and the like. Examples of the organic solvent include alcohols such as ethanol, methanol, and IPA, and terpineol (α-terpineol or β-terpineol containing α-terpineol as a main component). , Γ-terpineol), butyl carbitol, butyl carbitol acetate, ethylene glycol alkyl ether, diethylene glycol alkyl ether, ethylene glycol alkyl ether acetate, diethylene glycol alkyl ether acetate, diethylene glycol dialkyl ether acetate, triethylene glycol alkyl ether acetate, Triethylene glycol alkyl ether, propylene glycol alkyl ether, propylene glycol Phenyl ether, dipropylene glycol alkyl ether, tripropylene glycol alkyl ether, propylene glycol alkyl ether acetates, dipropylene glycol alkyl ether acetate, tripropylene glycol alkyl ether acetate, .gamma.-butyrolactone and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
その他にも、前記の液状組成物(特にペースト状組成物)の調製においては、必要に応じて、例えば可塑剤、増粘剤、増感剤、界面活性剤、分散剤等の公知の添加剤を適宜配合することができる。 In addition, in the preparation of the liquid composition (particularly, a paste-like composition), if necessary, known additives such as a plasticizer, a thickener, a sensitizer, a surfactant, and a dispersant may be used. Can be appropriately blended.
以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特徴をより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例に限定されない。 Hereinafter, examples and comparative examples are shown, and the features of the present invention will be described more specifically. However, the scope of the present invention is not limited to the examples.
実施例1〜42及び比較例1〜2
下記(1)〜(2)のようにして製造した鉛ガラス粉末とチタン酸鉛系フィラー粉末とを表1〜表7に示す配合割合(鉛ガラス粉末及びチタン酸鉛系フィラー粉末の合計100重量%とする。)となるように均一に混合することによって粉末状の封着材料をそれぞれ調製した。 Examples 1-42 and Comparative Examples 1-2
The mixing ratio of the lead glass powder and the lead titanate-based filler powder produced as described in (1) and (2) below is shown in Tables 1 to 7 (total 100 weight of the lead glass powder and the lead titanate-based filler powder) %) To obtain powdery sealing materials.
(1)鉛ガラス粉末の製造
表1〜表7に示すガラス組成となるように各原料を調合し、混合した後、得られた混合物を白金るつぼに入れ、800〜950℃の温度で1時間溶融した後、双ロール法で急冷してガラスフレークを得るとともに、予め加熱しておいたカーボン板に流し出してブロックを作製した。その後、前記ブロックは、予想されるガラス転移点より約50℃高い温度に設定した電気炉に入れて徐冷を行った。また、前記ガラスフレークは、ポットミルに入れ、粉砕することによりガラス粉末とした。
なお、ガラス原料としては、Pb成分供給源:PbO、Bi成分供給源:Bi2O3、B成分供給源:H3BO3、Zn成分供給源:ZnO、Si成分供給源:SiO2、Cu成分供給源:CuO、フッ素成分供給源:PbF2、Ti成分供給源:TiO2、Zr成分供給源:ZrO2をそれぞれ用いた。(1) Production of Lead Glass Powder After blending and mixing the respective raw materials so as to have the glass compositions shown in Tables 1 to 7, the resulting mixture was placed in a platinum crucible and heated at a temperature of 800 to 950 ° C. for 1 hour. After melting, the glass flakes were quenched by a twin roll method to obtain glass flakes, and were poured out onto a previously heated carbon plate to prepare blocks. Thereafter, the block was gradually cooled in an electric furnace set at a temperature about 50 ° C. higher than the expected glass transition point. The glass flakes were put into a pot mill and pulverized to obtain glass powder.
The glass raw materials include Pb component supply source: PbO, Bi component supply source: Bi 2 O 3 , B component supply source: H 3 BO 3 , Zn component supply source: ZnO, Si component supply source: SiO 2 , Cu Component supply source: CuO, fluorine component supply source: PbF 2 , Ti component supply source: TiO 2 , Zr component supply source: ZrO 2 , respectively.
(2)チタン酸鉛系フィラー粉末の製造
表8に示す組成となるように各原料を調合し、混合し、得られた混合物を1100〜1300℃で焼成した後、得られた焼成物をボールミルに入れ、粉砕した。この工程を数回実施することにより、チタン酸鉛系フィラー粉末(フィラー1〜6)を得た。(2) Production of Lead Titanate-Based Filler Powder Each raw material was prepared and mixed to have the composition shown in Table 8, and the obtained mixture was fired at 1100 to 1300 ° C. And crushed. By performing this step several times, a lead titanate-based filler powder (fillers 1 to 6) was obtained.
試験例1
各実施例及び比較例で得られた鉛ガラス粉末及びチタン酸鉛系フィラー粉末の物性ならびに封着材料の物性(性能)を下記の測定方法に従って測定した。 Test example 1
The physical properties of the lead glass powder and the lead titanate-based filler powder and the physical properties (performance) of the sealing material obtained in each of Examples and Comparative Examples were measured according to the following measurement methods.
(1)結晶化温度
前記鉛ガラス粉末約60〜80mgを白金セルに充填し、DTA測定装置(リガク社製Thermo Plus TG8120)を用いて、室温から20℃/分で昇温させて結晶化温度(℃)が検出されるか否かを調べた。(1) Crystallization temperature About 60 to 80 mg of the above lead glass powder was filled in a platinum cell, and the temperature was raised from room temperature at a rate of 20 ° C./min using a DTA measuring device (Thermo Plus TG8120 manufactured by Rigaku Corp.). (° C.) was detected.
(2)鉛ガラスのガラス転移点(Tg1)及び熱膨張係数(α1)
前記ガラスブロックを約5mm×5mm×15mmの大きさに切り出し、研磨して測定用のサンプルとした。TMA測定装置を用いて、室温から10℃/分で昇温したときに得られる熱膨張曲線から、ガラス転移点(Tg1)(℃)、50℃と150℃の2点に基づく熱膨張係数(α1)(×10−7/℃)を求めた。(2) Glass transition point (Tg1) and coefficient of thermal expansion (α1) of lead glass
The glass block was cut into a size of about 5 mm × 5 mm × 15 mm, and polished to obtain a sample for measurement. From the thermal expansion curve obtained when the temperature was raised from room temperature at 10 ° C./min using a TMA measuring device, the thermal expansion coefficient based on the glass transition point (Tg1) (° C.) and the two points of 50 ° C. and 150 ° C. ( α1) (× 10 −7 / ° C.).
(3)鉛ガラスのフロー径(フロー径1)
前記鉛ガラス粉末を内径20mmの金型に入れ、プレスして成形し、360℃で焼成を行った。得られた焼結体の直径を測定し、フロー径(mm)とした。フロー径が大きいほど流動性が良好であることを示す。(3) Flow diameter of lead glass (flow diameter 1)
The lead glass powder was placed in a mold having an inner diameter of 20 mm, pressed, molded, and fired at 360 ° C. The diameter of the obtained sintered body was measured and defined as a flow diameter (mm). The larger the flow diameter, the better the fluidity.
(4)チタン酸鉛系フィラー粉末の平均粒径
レーザー散乱式粒度分布計を用いて、体積分布モードのD50(μm)の値を求めた。(4) Average particle size of lead titanate-based filler powder The value of D 50 (μm) in the volume distribution mode was determined using a laser scattering type particle size distribution meter.
(5)封着材料のフロー径(フロー径2)
得られた封着材料(鉛ガラス粉末とチタン酸鉛系フィラー粉末との混合粉末)を内径20mmの金型に入れ、プレスして成形し、360℃で焼成を行った。得られた焼結体の直径を測定し、フロー径(mm)とした。フロー径が大きいほど流動性が良好であることを示す。(5) Flow diameter of sealing material (flow diameter 2)
The obtained sealing material (mixed powder of lead glass powder and lead titanate-based filler powder) was placed in a mold having an inner diameter of 20 mm, pressed, molded, and fired at 360 ° C. The diameter of the obtained sintered body was measured and defined as a flow diameter (mm). The larger the flow diameter, the better the fluidity.
(6)封着材料のガラス転移点(Tg2)及び熱膨張係数(α2)
上記(4)で得られた焼結体を約5mm×5mm×15mmの大きさとなるように切り出し、試験体を作製した。この試験体につき、TMA測定装置を用いて、室温から10℃/分で昇温したときに得られる熱膨張曲線から、ガラス転移点(Tg2)(℃)及び50℃と150℃の2点に基づく熱膨張係数(α2)(×10−7/℃)を求めた。(6) Glass transition point (Tg2) and coefficient of thermal expansion (α2) of the sealing material
The sintered body obtained in the above (4) was cut out into a size of about 5 mm × 5 mm × 15 mm to prepare a test body. From the thermal expansion curve obtained when the specimen was heated from room temperature at a rate of 10 ° C./min using a TMA measuring apparatus, it was determined that the specimen had a glass transition point (Tg2) (° C.) and two points of 50 ° C. and 150 ° C. Thermal expansion coefficient (α2) (× 10 −7 / ° C.) based on the above.
表1〜表7の結果からも明らかなように、各実施例の封着材料では、鉛ガラス単独とのガラス転移点の差は10℃以下(特に5℃以下)の範囲内という低い値であることがわかる。これは、鉛ガラスとチタン酸鉛系フィラー粉末との反応が起こっていないか又はわずかであることによるものと考えられる。
これに対し、比較例1では、ガラス単独とのガラス転移点の差は24℃と高くなっている。これは、ガラスとフィラーが反応し、ガラス中にフィラーが取り込まれたため、ガラス転移点が上昇したものと考えられる。また、比較例2では、[PbO/Bi2O3]比が適正でないため、結晶化温度が検出された。As is clear from the results of Tables 1 to 7, in the sealing material of each example, the difference between the glass transition point and the lead glass alone was as low as 10 ° C. or less (particularly 5 ° C. or less). You can see that there is. This is thought to be due to the fact that no or little reaction between the lead glass and the lead titanate-based filler powder occurred.
On the other hand, in Comparative Example 1, the difference between the glass transition point and the glass alone was as high as 24 ° C. This is presumably because the glass and the filler reacted and the filler was incorporated into the glass, so that the glass transition point increased. In Comparative Example 2, the crystallization temperature was detected because the [PbO / Bi 2 O 3 ] ratio was not appropriate.
実施例43〜61
フィラーを使用しないほかは、実施例1と同様にして表9〜表11に示す配合割合となるように各成分を均一に混合することによって粉末状の封着材料(ガラス粉末)をそれぞれ調製した。 Examples 43 to 61
Except that no filler was used, a powdery sealing material (glass powder) was prepared by uniformly mixing the components in the same proportions as shown in Tables 9 to 11 except that no filler was used. .
試験例2
実施例43〜61で得られた封着材料について、試験例1と同様にして各物性を測定した。また、封着材料の溶剤との反応性についても測定した。その測定方法は、以下に示す通りである。これらの測定結果を表9〜表11に示す。 Test example 2
The physical properties of the sealing materials obtained in Examples 43 to 61 were measured in the same manner as in Test Example 1. The reactivity of the sealing material with the solvent was also measured. The measuring method is as shown below. Tables 9 to 11 show these measurement results.
(7)溶剤との反応性
各ガラス粉末2〜3gをプラスチック製容器に入れ、そこに溶剤(アセトン又は水)約1gを添加・混合した。得られた混合物を刷毛でアルミナ基板上に塗布・乾燥させた後、アルミナ基板を大気中370℃で15分間焼成した。得られた焼成体(塗膜)についてX線回折分析を行うことにより結晶の有無を確認した。(7) Reactivity with Solvent 2-3 g of each glass powder was placed in a plastic container, and about 1 g of a solvent (acetone or water) was added and mixed. After the obtained mixture was applied on an alumina substrate with a brush and dried, the alumina substrate was baked at 370 ° C. for 15 minutes in the atmosphere. The presence or absence of crystals was confirmed by performing X-ray diffraction analysis on the obtained fired body (coating film).
表9〜11の結果からも明らかなように、特にSiO2を1.5〜3重量%(さらには1.5〜1.8重量%)を含有する本発明の封着材料では、溶剤の存在下であっても、焼成時において、結晶化が効果的に抑制されていることがわかる。As is clear from the results of Tables 9 to 11, in particular, in the sealing material of the present invention containing 1.5 to 3% by weight (furthermore, 1.5 to 1.8% by weight) of SiO 2 , It can be seen that crystallization is effectively suppressed during firing even in the presence.
本発明の封着材料は、特に380℃以下という比較的低い温度でもより確実に封着することができる。また、繰り返しの焼成においてもフィラーとガラスが反応することがなく、結晶が析出することがなく、ガラス軟化時の流動性にも優れることから、機械的強度・耐久性にも優れた封着効果を得ることができる。このため、例えばICパッケージ、水晶振動子パッケージ等の電子部品の封着に適した封着材料として使用することができる。
The sealing material of the present invention can more reliably seal even at a relatively low temperature of 380 ° C. or less. In addition, the filler and the glass do not react even after repeated firing, and no crystal is precipitated, and the fluidity during softening of the glass is excellent, so that the sealing effect has excellent mechanical strength and durability. Can be obtained. Therefore, it can be used as a sealing material suitable for sealing electronic components such as an IC package and a crystal resonator package.
Claims (9)
(1)前記鉛ガラスが、
1)PbO:69.0〜80.0重量%、
2)Bi2O3:7.3〜12.5重量%、
3)B2O3:3.5〜11.5重量%、
4)ZnO:1.7〜8.2重量%、
5)SiO2:0〜3.5重量%、
6)CuO:0〜4.0重量%、
7)F:1.3〜5.0重量%及び
8)V、Te、Sb及びFeが合計で0.1重量%以下
をガラス成分として含み、
(2)前記鉛ガラスにおける[PbO/Bi2O3]の重量比が5.6〜25.5である、
ことを特徴とする低温封着材料。 A sealing material containing a lead glass powder and a lead titanate-based filler powder,
(1) The lead glass is
1) PbO: 69.0 to 80.0% by weight,
2) Bi 2 O 3: 7.3 ~12.5 wt%,
3) B 2 O 3: 3.5~11.5 wt%,
4) ZnO: 1.7-8.2% by weight,
5) SiO 2: 0~3.5% by weight,
6) CuO: 0 to 4.0% by weight;
7) F: 1.3-5.0% by weight and
8) V, Te, Sb and Fe contain 0.1% by weight or less in total as a glass component;
(2) the weight ratio of [PbO / Bi 2 O 3] in the lead glass is from 5.6 to 25.5,
A low-temperature sealing material, characterized in that:
(2)前記鉛ガラスにおける[PbO/Bi(2) [PbO / Bi in the lead glass 22 OO 33 ]の重量比が5.6〜25.5である、Is 5.6 to 25.5,
請求項1に記載の低温封着材料。The low-temperature sealing material according to claim 1.
A package for housing a semiconductor element, comprising the low-temperature sealing material according to claim 1.
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