JP7028226B2 - Lead-free low melting point glass composition, low melting point glass composite material, glass paste and applied products - Google Patents
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Description
本発明は、無鉛低融点ガラス組成物、低融点ガラス複合材料及び応用製品に関する。 The present invention relates to lead-free low melting point glass compositions, low melting point glass composite materials and applied products.
窓ガラス等に適用されている真空断熱複層ガラスパネル、プラズマディスプレイパネル、有機ELディスプレイパネル、蛍光表示管等のディスプレイパネル、及び水晶振動子、ICセラミックパッケージ、半導体センサー等の電気電子部品等では、低融点ガラス組成物と低熱膨張フィラー粒子とを含む低融点ガラス複合材料によって封止や接着等が行われている。この低融点ガラス複合材料は、低融点ガラスペーストの形態で適用されることが多い。低融点ガラスペーストは、スクリーン印刷法やディスペンサー法等によって基材に塗布し、乾燥後に焼成して、封止や接着等へ適用される。封止や接着等の際には、低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストに含まれる低融点ガラス組成物が軟化流動することによって被封止部材や被接着部材等へ密着させる。 For vacuum-insulated double glazing panels, plasma display panels, organic EL display panels, display panels such as vacuum fluorescent displays, and electrical and electronic components such as crystal oscillators, IC ceramic packages, and semiconductor sensors, which are applied to window glass and the like. , Sealing, bonding and the like are performed by a low melting point glass composite material containing a low melting point glass composition and low thermal expansion filler particles. This low melting point glass composite is often applied in the form of a low melting point glass paste. The low melting point glass paste is applied to a base material by a screen printing method, a dispenser method, or the like, dried, and then fired to be applied to sealing, adhesion, or the like. At the time of sealing or bonding, the low melting point glass composition contained in the low melting point glass composite material or the low melting point glass paste softens and flows to be brought into close contact with the material to be sealed or the member to be bonded.
また、太陽電池セル、画像表示デバイス、積層コンデンサー、水晶振動子、LED(発光ダイオード)、及び多層回路基板等の多くの電気電子部品では、低融点ガラス組成物と金属粒子を含む低融点ガラス複合材料によって電極や配線が形成される。また、この低融点ガラス複合材料は、導通を取るための導電性接合部や熱伝導させるための放熱性接合部としても使用される。電極、配線、放熱性接合部等の形成の際においても、低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストに含まれる低融点ガラス組成物が軟化流動することによって、金属粒子の焼結や、基板への密着を行う。 In addition, in many electrical and electronic components such as solar cell, image display device, laminated capacitor, crystal oscillator, LED (light emitting diode), and multilayer circuit board, low melting point glass composite containing low melting point glass composition and metal particles The material forms electrodes and wiring. The low melting point glass composite material is also used as a conductive joint for conducting conduction and a heat-dissipating joint for conducting heat. Even when forming electrodes, wiring, heat-dissipating joints, etc., the low-melting-point glass composition contained in the low-melting-point glass composite material or low-melting-point glass paste softens and flows, thereby sintering metal particles and forming a substrate. Make close contact.
上記の低融点ガラス複合材料やその低融点ガラスペーストに含まれる低融点ガラス組成物としては、かつては酸化鉛を非常に多く含むPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物が幅広く適用されていた。このPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物は、軟化点が350~400℃と低く、400~450℃で良好な軟化流動性を示し、しかも比較的に高い化学的安定性を有している。 As the low melting point glass composition contained in the above low melting point glass composite material and the low melting point glass paste, the PbO - B 2 O3 system low melting point glass composition containing a very large amount of lead oxide has been widely applied in the past. rice field. This PbO - B 2 O3 low melting point glass composition has a low softening point of 350 to 400 ° C., exhibits good softening fluidity at 400 to 450 ° C., and has relatively high chemical stability. ing.
しかし、近年、世界的にグリーン調達・グリーン設計の流れが強まり、より安全な材料が要求されるようになった。例えば、欧州においては、電子・電気機器における特定有害物質の使用制限についての欧州連合(EU)による指令(RoHS指令)が2006年7月1日に施行された。RoHS指令では、鉛、水銀、カドミウム及び六価クロムが禁止物質として指定された。このため、上記のPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物は、事実上使用が難しい。 However, in recent years, the trend of green procurement and green design has become stronger worldwide, and safer materials have been required. For example, in Europe, the European Union (EU) Directive (RoHS Directive) on restrictions on the use of specified hazardous substances in electronic and electrical equipment came into effect on July 1, 2006. In the RoHS Directive, lead, mercury, cadmium and hexavalent chromium are designated as prohibited substances. Therefore, it is practically difficult to use the above-mentioned PbO-B 2 O 3 system low melting point glass composition.
そこで、鉛を含まない新規な低融点ガラス組成物の開発が進められている。 Therefore, the development of a new low melting point glass composition containing no lead is underway.
特許文献1には、V2O5:52.5~57.5重量%、TeO2:40~45重量%、Li2O:2.5~7.5重量%からなる混合粉末100重量部に、Ag2O:8~12重量部が配合された出発原料粉末から、結晶性を有する感湿性ガラスを製造する方法が開示されている。特許文献1には、上記の出発原料粉末にK2O:5重量部以下が配合されてもよいことが開示されている。 Patent Document 1 describes 100 parts by weight of a mixed powder consisting of V 2 O 5 : 52.5 to 57.5% by weight, TeO 2 : 40 to 45% by weight, and Li 2 O: 2.5 to 7.5% by weight. Discloses a method for producing crystalline moisture-sensitive glass from a starting material powder containing 8 to 12 parts by weight of Ag 2 O. Patent Document 1 discloses that K2O: 5 parts by weight or less may be blended with the above starting material powder.
特許文献2には、主要成分としてAg2OとV2O5とTeO2とを含有し、合計含有量が75質量%以上であり、残部がP2O5、BaO、K2O、WO3、Fe2O3、MnO2、Sb2O3、及びZnOの内の1種以上を含有する無鉛ガラス組成物が開示されている。特許文献2から、この無鉛ガラス組成物は、示差熱分析(DTA)の第二吸熱ピーク温度から求められる軟化点が320℃以下であり、実施例として望ましい結果が得られる試料は、軟化点が268℃以上であることを読み取ることができる。また、特許文献2には、この無鉛ガラス組成物を含むガラスフリット、封着用ガラスペースト、導電性ガラスペースト及びこれらを利用した電気電子部品が開示されている。 Patent Document 2 contains Ag 2 O, V 2 O 5 and TeO 2 as main components, the total content is 75% by mass or more, and the balance is P 2 O 5 , BaO, K 2 O, WO. 3. A lead-free glass composition containing one or more of Fe 2 O 3 , MnO 2 , Sb 2 O 3 , and ZnO is disclosed. From Patent Document 2, this lead-free glass composition has a softening point of 320 ° C. or less obtained from the second endothermic peak temperature of differential thermal analysis (DTA), and the sample from which the desired result is obtained as an example has a softening point. It can be read that the temperature is 268 ° C or higher. Further, Patent Document 2 discloses a glass frit containing this lead-free glass composition, a sealing glass paste, a conductive glass paste, and an electric / electronic component using these.
特許文献1に開示されたAg2O‐V2O5‐TeO2‐Li2O系無鉛ガラス組成物は、加熱焼成により得られたガラスは、結晶化するものである。 In the Ag 2 O-V 2 O 5 -TeO 2 -Li 2 O-based lead-free glass composition disclosed in Patent Document 1, the glass obtained by heating and firing is crystallized.
特許文献2に開示されたAg2O‐V2O5‐TeO2系無鉛ガラス組成物は、従来のPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物より軟化点が低い。しかし、歩留まり向上のため、接着性については改善の余地がある。また、低温化のために酸化銀(Ag2O)を多く使用するため、原料の単価が非常に高くなることが製品適用上の課題となっている。 The Ag 2 O-V 2 O 5 -TeO 2 system lead-free glass composition disclosed in Patent Document 2 has a lower softening point than the conventional PbO-B 2 O 3 system low melting point glass composition. However, there is room for improvement in adhesiveness in order to improve the yield. Further, since a large amount of silver oxide (Ag 2 O) is used for lowering the temperature, it is a problem in product application that the unit price of the raw material becomes very high.
本発明の目的は、接着性が改善され、応用製品の歩留まりを向上させることができるとともに、酸化銀の使用量が低減され、かつ、軟化点の低く、低温度で軟化流動する、無鉛低融点ガラス組成物を提供することにある。 An object of the present invention is to improve the adhesiveness, improve the yield of applied products, reduce the amount of silver oxide used, have a low softening point, soften and flow at a low temperature, and have a lead-free low melting point. The purpose is to provide a glass composition.
本発明の無鉛低融点ガラス組成物は、酸化バナジウム、酸化テルル、酸化銀及び酸化リチウムを含み、かつ、追加成分としてBaO、WO3、ZnO、K2O、Fe2O3、Al2O3、La2O3、MgO、CeO2、ZrO2及びNa2Oからなる群から選択された一種類以上を含み、酸化物換算で、次の関係式(1)を満たす。 The lead-free low melting point glass composition of the present invention contains vanadium oxide, tellurium oxide, silver oxide and lithium oxide, and has BaO, WO 3 , ZnO, K2 O , Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 as additional components . , La 2 O 3 , MgO, CeO 2 , ZrO 2 and Na 2 O, including one or more selected from the group, and satisfying the following relational expression (1) in terms of oxide.
2[V2O5]≧[Ag2O]+[R2O] …(1)
(式中、[X]は成分Xの含有量を表し、その単位は「モル%」であり、[R2O]=[Li2O]+[K2O]+[Na2O]である。)
2 [V 2 O 5 ] ≧ [Ag 2 O] + [R 2 O]… (1)
(In the formula, [X] represents the content of component X, the unit of which is "mol%", and [R 2 O] = [Li 2 O] + [K 2 O] + [Na 2 O]. be.)
本発明によれば、接着性が改善され、応用製品の歩留まりを向上させることができるとともに、酸化銀の使用量が低減され、かつ、軟化点の低く、低温度で軟化流動する、無鉛低融点ガラス組成物を提供することができる。 According to the present invention, the adhesiveness can be improved, the yield of the applied product can be improved, the amount of silver oxide used is reduced, the softening point is low, the softening flow is performed at a low temperature, and the lead-free low melting point is achieved. A glass composition can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は、ここで取り上げた実施形態に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments taken up here, and can be appropriately combined and improved without changing the gist.
(ガラス組成物)
いわゆる低融点ガラス組成物において、一般には、転移点、屈伏点、軟化点等の特性温度が低いガラスほど、低温度での軟化流動性が良好である。一方で、その特性温度を下げすぎると、結晶化傾向が大きくなり、加熱焼成の際に結晶化しやすくなる。この結晶化は、低温度での軟化流動性を低下させる要因となる。また、特性温度が低いガラスほど、耐湿性、耐酸性等の化学的安定性が劣る。さらに、環境負荷への影響が大きくなる傾向がある。たとえば、従来のPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物では、有害なPbO含有量が多いほど、特性温度を低くできるが、結晶化傾向が大きく、しかも化学的安定性が低下し、さらに環境負荷への影響も大きくなる。
(Glass composition)
In a so-called low melting point glass composition, in general, the lower the characteristic temperature such as the transition point, the yield point, and the softening point, the better the softening fluidity at a low temperature. On the other hand, if the characteristic temperature is lowered too much, the tendency to crystallize becomes large, and it becomes easy to crystallize during heating and firing. This crystallization is a factor that reduces the softening fluidity at low temperatures. Further, the lower the characteristic temperature of glass, the lower the chemical stability such as moisture resistance and acid resistance. Furthermore, the impact on the environmental load tends to increase. For example, in the conventional PbO - B 2 O3 system low melting point glass composition, the higher the harmful PbO content, the lower the characteristic temperature can be, but the crystallization tendency is large and the chemical stability is lowered, and further. The impact on the environmental load will also increase.
本発明者は、実質的に鉛を含まないガラス組成物でありながら、従来のPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物より低温度で良好な軟化流動性を有し、しかも接着性が良好で、さらに化学的安定性が良好なガラス組成について鋭意検討した。その結果、本発明者は、新規な無鉛ガラス組成物において、上記の要求が同時に満たされることを見出し、本発明を完成した。特に、従来のPbO‐B2O3系低融点ガラス組成物に比べ十分に低い温度(300℃未満)で軟化流動するものが得られた。 Although the glass composition is substantially lead-free, the present inventor has better softening fluidity at a lower temperature than the conventional PbO - B 2 O3 low melting point glass composition, and has good adhesiveness. We diligently investigated the glass composition, which is good and has good chemical stability. As a result, the present inventor has found that the above requirements are simultaneously satisfied in the novel lead-free glass composition, and completed the present invention. In particular, one that softens and flows at a temperature (less than 300 ° C.) sufficiently lower than that of the conventional PbO - B 2 O3 low melting point glass composition was obtained.
具体的には、本発明に係る無鉛低融点ガラス組成物は、酸化バナジウム、酸化テルル、酸化銀及び酸化リチウムを主成分として含み、これらの主成分の含有量は、酸化物換算で、次の関係式(1)を満たす。 Specifically, the lead-free low melting point glass composition according to the present invention contains vanadium oxide, tellurium oxide, silver oxide and lithium oxide as main components, and the content of these main components is as follows in terms of oxide. The relational expression (1) is satisfied.
2[V2O5]≧[Ag2O]+[R2O] …(1)
ここで、[R2O]=[Li2O]+[K2O]+[Na2O]である。また、酸化物Xの含有量を[X]と表している(以下同じ。)。また、その単位は「モル%」である(以下同じ。)。「モル%」は、ガラス組成物に含まれるそれぞれの成分の含有量を、ガラス組成物全体に占める割合として、酸化物換算で算出したものである。なお、2[V2O5]は、2×[V2O5]すなわち[V2O5]の2倍を意味する。
2 [V 2 O 5 ] ≧ [Ag 2 O] + [R 2 O]… (1)
Here, [R 2 O] = [Li 2 O] + [K 2 O] + [Na 2 O]. The content of oxide X is expressed as [X] (the same applies hereinafter). The unit is "mol%" (the same shall apply hereinafter). "Mol%" is calculated in terms of oxide as a ratio of the content of each component contained in the glass composition to the entire glass composition. Note that 2 [V 2 O 5 ] means 2 × [V 2 O 5 ], that is, twice [V 2 O 5 ].
さらに、追加成分としてBaO、WO3、ZnO、K2O、Fe2O3、Al2O3、La2O3、MgO、CeO2、ZrO2及びNa2Oのうち少なくともいずれか一種類を含む。 Further, as an additional component, at least one of BaO, WO 3 , ZnO, K2 O, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , La 2 O 3 , MgO, CeO 2 , ZrO 2 and Na 2 O is used. include.
ここで、本発明における「無鉛」とは、鉛(Pb)含有量がRoHS指令における許容範囲である1000ppm以下であることをいう。 Here, "lead-free" in the present invention means that the lead (Pb) content is 1000 ppm or less, which is an allowable range in the RoHS Directive.
追加成分を加えることにより、結晶化傾向を低減することができる。 By adding an additional component, the crystallization tendency can be reduced.
言い換えると、本発明に係る無鉛低融点ガラス組成物は、主成分として銀(Ag)、テルル(Te)、バナジウム(V)及びリチウム(Li)の酸化物を含み、追加成分としてバリウム(Ba)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、カリウム(K)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、マグネシウム(Mg)、セリウム(Ce)、ジルコニウム(Zr)及びナトリウム(Na)、エルビウム(Er)、プラセオジム(Pr)、イットリビウム(Yb)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)及びモリブデン(Mo)のうち少なくともいずれか一種類の酸化物を含むものである。 In other words, the lead-free low melting point glass composition according to the present invention contains oxides of silver (Ag), tellurium (Te), vanadium (V) and lithium (Li) as main components, and barium (Ba) as an additional component. , Tungsten (W), Zinc (Zn), Potassium (K), Iron (Fe), Aluminum (Al), Yttrium (Y), Lantern (La), Magnesium (Mg), Cerium (Ce), Zirconium (Zr) And sodium (Na), erbium (Er), placeodim (Pr), yttrium (Yb), gallium (Ga), indium (In) and molybdenum (Mo), which are at least one kind of oxide.
また、本発明に係る無鉛低融点ガラス組成物は、上記関係式(1)を満たし、かつ、次の関係式(2)及び(3)を満たすことが望ましい。 Further, it is desirable that the lead-free low melting point glass composition according to the present invention satisfies the above relational formula (1) and the following relational formulas (2) and (3).
[TeO2]>[V2O5]>[Ag2O] …(2)
30≦[TeO2]≦50 …(3)
上記の組成範囲とすることにより、ガラスの軟化点を300℃以下にまで低温化することができる。
[TeO 2 ]> [V 2 O 5 ]> [Ag 2 O]… (2)
30 ≤ [TeO 2 ] ≤ 50 ... (3)
By setting the composition range as described above, the softening point of the glass can be lowered to 300 ° C. or lower.
さらに、本発明の無鉛低融点ガラス組成物は、軟化点が低くなっているにもかかわらず、耐湿性、耐酸性等の化学的安定性が高く、しかもRoHS指令に対応している。 Further, the lead-free low melting point glass composition of the present invention has high chemical stability such as moisture resistance and acid resistance, even though it has a low softening point, and also complies with the RoHS Directive.
なお、後段の図1の説明において詳述するが、本発明者は、ガラスの転移点、屈伏点及び軟化点について、示差熱分析(DTA)の結果と粘度による定義に基づく温度とを対比して、DTAによる第二吸熱ピーク温度が、粘度に対応する温度として測定される軟化点とほぼ等しいことを確認した。そこで、本明細書においては、DTAによる第二吸熱ピーク温度を「軟化点Ts」と定義した。 As will be described in detail in the explanation of FIG. 1 in the latter part, the present inventor compares the results of differential thermal analysis (DTA) with the temperature based on the definition by viscosity for the transition point, the yield point and the softening point of the glass. It was confirmed that the second heat absorption peak temperature by DTA was almost equal to the softening point measured as the temperature corresponding to the viscosity. Therefore, in the present specification, the second endothermic peak temperature by DTA is defined as "softening point T s ".
本発明の無鉛低融点ガラス組成物において、主成分であるV2O5、TeO2、Ag2O及びLi2Oの働きについて、次に説明する。 The functions of the main components V 2 O 5 , TeO 2 , Ag 2 O and Li 2 O in the lead-free low melting point glass composition of the present invention will be described below.
本発明のV2O5‐TeO2‐Ag2O‐Li2O系無鉛低融点ガラス組成物のガラス構造は、V2O5とTeO2とからなる層状構造を有し、その層間にAg2OがAg+、Li2OがLi+の形態で存在している。Ag2Oは、転移点、屈伏点、軟化点等の特性温度の低温化と化学的安定性の向上のために混合する。特性温度の低温化は、V2O5とTeO2とからなる層状構造の層間にAg+が入り、その層間力が弱まるためと考えられる。また、化学的安定性の向上は、その層間にAg+が入り、水分子等の浸入が阻止されるためと考えられる。このため、層間に存在するAg+が多いほど、特性温度の低温化と化学的安定性の向上を図ることができる。 The glass structure of the V 2 O 5 -TeO 2 -Ag 2 O-Li 2 O-based lead-free low-melting point glass composition of the present invention has a layered structure composed of V 2 O 5 and TeO 2 , and Ag is between the layers. 2 O exists in the form of Ag + and Li 2 O exists in the form of Li + . Ag 2 O is mixed to lower the characteristic temperature of the transition point, yield point, softening point, etc. and to improve the chemical stability. It is considered that the lowering of the characteristic temperature is due to the fact that Ag + enters between the layers of the layered structure composed of V 2 O 5 and Te O 2 , and the interlayer force is weakened. Further, it is considered that the improvement of the chemical stability is due to the inclusion of Ag + between the layers and the prevention of the infiltration of water molecules and the like. Therefore, as the amount of Ag + existing between the layers increases, the characteristic temperature can be lowered and the chemical stability can be improved.
しかし、Ag2Oの含有量が大き過ぎると、ガラス作製時に金属銀(Ag)が析出する問題や、作製したガラスの結晶化傾向が増大する問題が発生する。また、Ag+とともに層間に存在するLi+は、結晶化の抑制や防止、さらには接着性や密着性の向上や改善に大きな効果を及ぼす。イオン半径の小さい一価の陽イオンであるLi+は、加熱時に層間内を動き安く、封止や接着の際に被封止材料や被接着材料へ拡散することによって、高い接着性と密着性を得ることができると考えられる。 However, if the content of Ag 2 O is too large, there arises a problem that metallic silver (Ag) is deposited during the production of glass and a problem that the crystallization tendency of the produced glass increases. In addition, Li + existing between layers together with Ag + has a great effect on suppressing or preventing crystallization, and further improving or improving adhesiveness and adhesion. Li + , which is a monovalent cation with a small ionic radius, moves easily in the layers when heated, and diffuses into the material to be sealed or the material to be bonded during sealing or bonding, resulting in high adhesion and adhesion. Is considered to be possible.
しかし、Li2Oの含有量が大きすぎると、耐湿性、耐酸性等の化学的安定性の低下を招くため、その含有量には注意が必要である。 However, if the content of Li 2 O is too large, the chemical stability such as moisture resistance and acid resistance will be deteriorated, so care must be taken regarding the content.
層間に存在するAg+とLi+は、層状構造を形成しているV2O5に結合していることが考えられる。5価のバナジウムイオン(V5+)1個に対してAg+やLi+を2個までガラス構造中の層間にイオンの状態で入れることができる。これを超えると、ガラス作製時に金属銀(Ag)が析出する問題が発生する。 It is considered that Ag + and Li + existing between the layers are bound to V2 O 5 forming a layered structure. Up to two Ag + and Li + can be put in the ionic state between the layers in the glass structure for one pentavalent vanadium ion (V 5+ ). If it exceeds this, there arises a problem that metallic silver (Ag) is deposited during the production of glass.
ガラス成分としてのAg2Oは、ガラス構造中の層間にAg+の状態で存在しないと、所望の低温化の効果が得られない。このため、層間に導入するAg+やLi+の数を増加させる際には、Ag2OやLi2Oの含有量を増やすことに加えて、V2O5の含有量も適切に増やす必要がある。 If Ag 2 O as a glass component does not exist in the Ag + state between the layers in the glass structure, the desired effect of lowering the temperature cannot be obtained. Therefore, when increasing the number of Ag + and Li + introduced between layers, it is necessary to appropriately increase the content of V 2 O 5 in addition to increasing the content of Ag 2 O and Li 2 O. There is.
このように、ガラス構造へのAg+やLi+の導入に当たっては、層状構造を形成するV2O5は、重要な役割を果たすガラス成分である。 As described above, V 2 O 5 forming a layered structure is a glass component that plays an important role in introducing Ag + and Li + into the glass structure.
TeO2は、ガラス化させるためのガラス化成分であり、TeO2を含有しないと、ガラスを形成することができない。また、TeO2の含有量が小さいと、結晶化傾向を低減することが難しい。一方、その含有量が大きいと、結晶化傾向を低減できるが、特性温度を低温化することが難しい。さらに、TeO2の含有量が大きくなると、ガラス構造は、Ag+及びLi+を導入するための層状構造でなくなってしまう。 TeO 2 is a vitrification component for vitrification, and glass cannot be formed unless TeO 2 is contained. Further, when the content of TeO 2 is small, it is difficult to reduce the crystallization tendency. On the other hand, if the content is large, the crystallization tendency can be reduced, but it is difficult to lower the characteristic temperature. Further, when the content of TeO 2 is increased, the glass structure is no longer a layered structure for introducing Ag + and Li + .
結晶化傾向の低減と特性温度の低温化との両方を考慮すると、4価のテルルイオン(Te4+)1個に対してV5+を1個から2個までを含有することが好ましい。具体的なTeO2の含有量としては、30モル%以上50モル%以下が有効である。 Considering both the reduction of the crystallization tendency and the lowering of the characteristic temperature, it is preferable to contain 1 to 2 V 5+ for each tetravalent tellurium ion (Te 4+ ). As a specific content of TeO 2 , 30 mol% or more and 50 mol% or less is effective.
さらに、Ag2Oの含有量は、5モル%以上30モル%未満が好ましい。すなわち、5≦[Ag2O]<30であることが好ましい。 Further, the content of Ag 2 O is preferably 5 mol% or more and less than 30 mol%. That is, it is preferable that 5 ≦ [Ag 2 O] <30.
また、V2O5の含有量は、10モル%以上30モル%未満であることが好ましい。すなわち、10≦[V2O5]<30であることが好ましい。 The content of V 2 O 5 is preferably 10 mol% or more and less than 30 mol%. That is, it is preferable that 10 ≦ [V 2 O 5 ] <30.
LiO2は、接合時に被接合材に拡散しやすく、接着性を向上する効果がある。ただし入れすぎると耐水性が低下する場合があるため、Li量は3モル%以上20モル%以下であることが望ましい。 LiO 2 easily diffuses into the material to be joined at the time of joining, and has an effect of improving the adhesiveness. However, it is desirable that the amount of Li is 3 mol% or more and 20 mol% or less because the water resistance may decrease if too much is added.
また、Liの拡散を制御するためには、他のアルカリ金属や追加成分が有用である。拡散制御のために添加する他のアルカリ金属としては、KやNaが望ましい。これらを添加する場合は、[Li2O]>[K2O]+[Na2O]を満たすことが望ましい。また、Liを含むアルカリ金属の合計[Li2O]+[K2O]+[Na2O]は、3モル%以上20モル%以下であることが望ましい。 In addition, other alkali metals and additional components are useful for controlling the diffusion of Li. As other alkali metals added for diffusion control, K and Na are desirable. When adding these, it is desirable to satisfy [Li 2 O]> [K 2 O] + [Na 2 O]. Further, it is desirable that the total amount of alkali metals containing Li [Li 2 O] + [K 2 O] + [Na 2 O] is 3 mol% or more and 20 mol% or less.
追加成分の含有量は、酸化物換算で3.0モル%以上16モル%以下であることが好ましい。追加成分の含有量を3.0モル%以上とすることにより、結晶化傾向の低減効果を充分に得ることができる。また、追加成分の含有量を16モル%以下とすることにより、特性温度の上昇及び結晶化を抑制することができる。 The content of the additional component is preferably 3.0 mol% or more and 16 mol% or less in terms of oxide. By setting the content of the additional component to 3.0 mol% or more, the effect of reducing the crystallization tendency can be sufficiently obtained. Further, by setting the content of the additional component to 16 mol% or less, it is possible to suppress an increase in the characteristic temperature and crystallization.
さらに、本発明の無鉛低融点ガラス組成物は、軟化点を低くしたにもかかわらず、耐湿性、耐酸性等の化学的安定性が高く、しかもRoHS指令に対応する。 Further, the lead-free low melting point glass composition of the present invention has high chemical stability such as moisture resistance and acid resistance, and complies with the RoHS Directive, even though the softening point is lowered.
無鉛低融点ガラス組成物と、低熱膨張フィラー粒子、金属粒子及び樹脂のうちのいずれか1種以上と、を含む低融点ガラス複合材料やその低融点ガラス複合材料をペースト化した低融点ガラスペーストを封止構造体、電気電子部品、塗装部品等に適用するには、結晶化傾向が小さく、軟化点がより低いガラス組成物を用いることが好ましい。すなわち、結晶化傾向が小さく、軟化点がより低いガラス組成物を用いることにより、ガラス複合材料又はガラスペーストの低温度での軟化流動性が向上する。しかし、従来の低融点ガラス組成物では、軟化点の低温化は、結晶化開始温度の低温化を伴う場合が多い。 A low melting point glass composite material containing a lead-free low melting point glass composition and one or more of low thermal expansion filler particles, metal particles, and a resin, and a low melting point glass paste obtained by pasting the low melting point glass composite material. For application to sealed structures, electrical and electronic parts, painted parts and the like, it is preferable to use a glass composition having a small crystallization tendency and a lower softening point. That is, by using a glass composition having a small crystallization tendency and a lower softening point, the softening fluidity of the glass composite material or the glass paste at a low temperature is improved. However, in the conventional low melting point glass composition, lowering the softening point is often accompanied by lowering the crystallization start temperature.
なお、本明細書においては、封止構造体、電気電子部品、塗装部品等、低融点ガラス複合材料を用いて作製されたものをまとめて「応用製品」と呼ぶ。 In this specification, products manufactured by using a low melting point glass composite material such as a sealing structure, an electric / electronic part, and a painted part are collectively referred to as an "applied product".
(密度の測定)
作製した無鉛低融点ガラスをそれぞれ、スタンプミルで粗く砕いた後に、ジェットミルにて45μmアンダーにまで粉砕した。そのガラス粉末を用い、ヘリウムガス中でのピクノメーター法によって各無鉛低融点ガラスの密度を測定した。
(Measurement of density)
Each of the prepared lead-free low melting point glasses was roughly crushed with a stamp mill and then crushed with a jet mill to an under 45 μm. Using the glass powder, the density of each lead-free low melting point glass was measured by a pycnometer method in helium gas.
(特性温度の測定)
密度測定に用いたものと同じガラス粉末を用いて、大気中5℃/分の昇温速度で示差熱分析(DTA)を行うことによって、各無鉛低融点ガラスの特性温度を求めた。ここでは、ガラス特有のDTAカーブの特性点が明確に検出されるように、マクロセルタイプのDTA装置を使用し、標準試料に高純度のアルミナ(α-Al2O3)粉末を用いた。
(Measurement of characteristic temperature)
The characteristic temperature of each lead-free low melting point glass was determined by performing differential thermal analysis (DTA) at a heating rate of 5 ° C./min in the air using the same glass powder used for the density measurement. Here, a macrocell type DTA device was used and high-purity alumina (α-Al 2 O 3 ) powder was used as a standard sample so that the characteristic points of the DTA curve peculiar to glass could be clearly detected.
図1は、ガラス特有の代表的なDTAカーブの一例である。横軸に標準試料の温度、縦軸に測定対象のガラス試料と標準試料との温度差(電位差)をとっている。 FIG. 1 is an example of a typical DTA curve peculiar to glass. The horizontal axis represents the temperature of the standard sample, and the vertical axis represents the temperature difference (potential difference) between the glass sample to be measured and the standard sample.
本図において、上記の昇温速度でガラスを加熱すると、転移点Tgから吸熱を開始し、第一吸熱ピーク温度に対応する屈伏点Mgに達する。そして、一旦、温度差が小さくなり、その後、再び温度差が大きくなり、第二吸熱ピーク温度に対応する軟化点Tsに至る。 In this figure, when the glass is heated at the above temperature rise rate, endothermic absorption starts from the transition point Tg and reaches the yield point Mg corresponding to the first endothermic peak temperature. Then, the temperature difference becomes small once, and then the temperature difference becomes large again, reaching the softening point Ts corresponding to the second endothermic peak temperature.
更に加熱すると、結晶化温度Tcryから発熱を開始し、発熱ピークに達する。この発熱ピークは、結晶化によるものであり、発熱を開始する温度を結晶化温度Tcryと呼ぶ。図示していないが、発熱ピークに対応する温度は、結晶化ピーク温度Tcry-pと呼ぶ。転移点Tgは、第一吸熱ピークの開始温度であり、屈伏点Mgは、第一吸熱ピーク温度である。なお、それぞれの特性温度は、通常、接線法によって求められる。 When further heated, heat generation starts from the crystallization temperature T cry and reaches the heat generation peak. This exothermic peak is due to crystallization, and the temperature at which the exotherm starts is called the crystallization temperature T cry . Although not shown, the temperature corresponding to the exothermic peak is referred to as the crystallization peak temperature Tcry-p . The transition point T g is the start temperature of the first endothermic peak, and the yield point Mg is the first endothermic peak temperature. Each characteristic temperature is usually obtained by the tangential method.
厳密には、転移点Tg、屈伏点Mg及び軟化点Tsは、ガラスの粘度によって定義される。Tgは1013.3poise、Mgは1011.0poise、Tsは107.65poiseに相当する温度である。 Strictly speaking, the transition point T g , the yield point Mg and the softening point T s are defined by the viscosity of the glass. T g is a temperature corresponding to 10 13.3 poise, Mg is a temperature corresponding to 10 11.0 poise, and T s is a temperature corresponding to 10 7.65 poise.
結晶化傾向は、軟化点Tsと結晶化温度Tcryとの差(絶対値)と、結晶化による発熱ピークの高さすなわちその発熱量とから判定される。 The crystallization tendency is determined from the difference (absolute value) between the softening point T s and the crystallization temperature T cry , and the height of the exothermic peak due to crystallization, that is, the calorific value thereof.
まず、軟化点Tsと結晶化温度Tcryとの差(絶対値)が大きければ、ガラスが軟化点Tsを超える温度に達しても、Tcryに達しない温度範囲でガラスを軟化流動させることが容易となる。また、結晶化の際の発熱量が小さければ、一定の昇温速度で加熱してTcryに達した場合に、発熱による制御不能な温度上昇が生じてしまうことが少ないため、結晶化の進行を抑制することができる。 First, if the difference (absolute value) between the softening point T s and the crystallization temperature T cry is large, even if the glass reaches a temperature exceeding the softening point T s , the glass is softened and flowed in a temperature range that does not reach T cry . Will be easy. Further, if the calorific value at the time of crystallization is small, when the temperature reaches T cry by heating at a constant temperature rise rate, an uncontrollable temperature rise due to the heat generation is unlikely to occur, so that the progress of crystallization Can be suppressed.
よって、Tcryの高温化すなわちTcry-Tsの増加と、結晶化発熱量の減少とが結晶化しにくいガラスを示すものと言える。すなわち、結晶化傾向が小さいと判定されるガラスを用いれば、所望の封止部等を形成することが容易となる。 Therefore, it can be said that the high temperature of T cry , that is, the increase of T cry −T s and the decrease of the calorific value of crystallization indicate the glass which is difficult to crystallize. That is, if glass that is determined to have a small crystallization tendency is used, it becomes easy to form a desired sealing portion or the like.
従来の低融点ガラス組成物を用いて、各種部品の封止や接着及び電極/配線や導電性/放熱性接合部の形成を行うときの焼成温度は、含有する低熱膨張フィラー粒子や金属粒子の種類、含有量及び粒径、並びに昇温速度、雰囲気、圧力等の焼成条件等にも影響されるが、通常では軟化点Tsより30~50℃程度高く設定されることが多い。この焼成温度で、低融点ガラス組成物は、結晶化することなく、良好な軟化流動性を有する。 The firing temperature when sealing and adhering various parts and forming electrodes / wiring and conductive / heat-dissipating joints using a conventional low-melting point glass composition is the same as that of the low thermal expansion filler particles and metal particles contained. Although it is affected by the type, content and particle size, as well as firing conditions such as heating rate, atmosphere, and pressure, it is usually set to be about 30 to 50 ° C. higher than the softening point Ts . At this firing temperature, the low melting point glass composition has good softening fluidity without crystallization.
しかし、本発明に係る無鉛低融点ガラス組成物は、従来の低融点ガラス組成物より転移点Tg、屈伏点Mg及び軟化点Tsの特性温度が著しく低く、しかもそれぞれの温度差が小さい。このため、この温度領域における粘度勾配が大きい。よって、軟化点Ts付近の焼成温度であっても、その温度を保持すれば良好な軟化流動性が得られる。また、その保持時間が短くても、Tsより20~30℃程度高い温度であれば、十分な軟化流動性を生じる。 However, the lead-free low melting point glass composition according to the present invention has significantly lower characteristic temperatures at the transition point T g , yield point Mg and softening point T s than the conventional low melting point glass composition, and the temperature difference between them is small. .. Therefore, the viscosity gradient in this temperature range is large. Therefore, even if the firing temperature is near the softening point T s , good softening fluidity can be obtained if the temperature is maintained. Further, even if the holding time is short, sufficient softening fluidity is generated at a temperature higher than T s by about 20 to 30 ° C.
(低融点ガラス複合材料及び低融点ガラスペースト)
低融点ガラス複合材料は、本発明に係る無鉛低融点ガラス組成物と、低熱膨張フィラー粒子、金属粒子及び樹脂のうちのいずれか一種以上と、を含む。
(Low melting point glass composite material and low melting point glass paste)
The low melting point glass composite material includes a lead-free low melting point glass composition according to the present invention, and one or more of low thermal expansion filler particles, metal particles and a resin.
以下、低熱膨張フィラー粒子、金属粒子又は樹脂を含む低融点ガラス複合材料について説明する。 Hereinafter, a low melting point glass composite material containing low thermal expansion filler particles, metal particles or a resin will be described.
低熱膨張フィラー粒子を含む低融点ガラス複合材料は、無鉛低融点ガラス組成物を35体積%以上100体積%未満、低熱膨張フィラー粒子を0体積%超65体積%以下含むことが好ましい。無鉛低融点ガラス組成物を35体積%以上、或いは低熱膨張フィラー粒子を65体積%以下とすることにより、良好な軟化流動性と、被封止材料や被接着材料への良好な接着性や密着性が得られる。 The low melting point glass composite material containing the low thermal expansion filler particles preferably contains 35% by volume or more and less than 100% by volume of the lead-free low melting point glass composition, and contains 0% by volume or more and 65% by volume or less of the low thermal expansion filler particles. By setting the lead-free low melting point glass composition to 35% by volume or more or the low thermal expansion filler particles to 65% by volume or less, good softening fluidity and good adhesiveness and adhesion to the material to be sealed and the material to be adhered are obtained. Gender is obtained.
低融点ガラス複合材料の低熱膨張化を図るために混合する低熱膨張フィラー粒子としては、リン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)、β‐ユークリプタイト(Li2O・Al2O3・2SiO2)、コージェライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)、石英ガラス(SiO2)、酸化ニオブ(Nb2O5)及びシリコン(Si)のうちのいずれかであることが好ましい。低融点ガラス複合材料を低熱膨張化するのに特に有効な低熱膨張フィラー粒子は、リン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)又はリン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)を含み、その好ましい含有量は30体積%以上60体積%以下である。 Zirconium tungrate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 ) and β-eucryptite (Li 2 O) are examples of the low thermal expansion filler particles mixed to achieve low thermal expansion of the low melting point glass composite material. -Al 2 O 3.2SiO 2 ), cordierite ( 2MgO · 2Al 2O 3.5SiO 2 ), quartz glass (SiO 2 ), niobium oxide (Nb 2O 5 ) and silicon (Si) It is preferable to have. Low thermal expansion filler particles that are particularly effective for low thermal expansion of low melting point glass composite materials are zirconium tungate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 ) or zirconium tungate phosphate (Zr 2 (WO)). 4 ) (PO 4 ) 2 ) is included, and the preferable content thereof is 30% by volume or more and 60% by volume or less.
金属粒子を含む低融点ガラス複合材料は、無鉛低融点ガラス組成物を10体積%以上80体積%以下、金属粒子を20体積%以上90体積%以下含むことが好ましい。無鉛低融点ガラス組成物を10体積%以上、或いは金属粒子を90体積%以下とすることにより、金属粒子間の焼結や基材への接着性や密着性が向上する。 The low melting point glass composite material containing metal particles preferably contains 10% by volume or more and 80% by volume or less of a lead-free low melting point glass composition, and 20% by volume or more and 90% by volume or less of metal particles. By setting the lead-free low melting point glass composition to 10% by volume or more or the metal particles to 90% by volume or less, sintering between the metal particles and adhesion and adhesion to the substrate are improved.
導電性や放熱性向上の観点から、金属粒子しては、銀(Ag)、銀合金、銅(Cu)、銅合金、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、スズ(Sn)、及びスズ合金のうちのいずれかが好ましい。特に本発明の低融点ガラス複合材料の導電性や放熱性を向上するのに有効な金属粒子は、銀(Ag)或いはアルミニウム(Al)であり、その好ましい含有量は10~90体積%である。本発明の無鉛低融点ガラス組成物は、銀(Ag)粒子の焼結を促進でき、またアルミニウム(Al)粒子の表面酸化膜を除去できるためである。 From the viewpoint of improving conductivity and heat dissipation, the metal particles include silver (Ag), silver alloy, copper (Cu), copper alloy, aluminum (Al), aluminum alloy, tin (Sn), and tin alloy. Is preferable. In particular, the metal particles effective for improving the conductivity and heat dissipation of the low melting point glass composite material of the present invention are silver (Ag) or aluminum (Al), and the preferable content thereof is 10 to 90% by volume. .. This is because the lead-free low melting point glass composition of the present invention can promote sintering of silver (Ag) particles and can remove a surface oxide film of aluminum (Al) particles.
樹脂を含む低融点ガラス複合材料は、無鉛低融点ガラス組成物を5体積%以上100体積%未満含み、樹脂を0体積%超95体積%以下含むものである。本発明の無鉛低融点ガラス組成物を5体積%以上、或いは樹脂を95体積%以下とすることにより、無鉛ガラス組成と樹脂とを効果的に複合化できる。 The low melting point glass composite material containing a resin contains 5% by volume or more and less than 100% by volume of a lead-free low melting point glass composition, and contains more than 0% by volume and 95% by volume or less of a resin. By adjusting the lead-free low melting point glass composition of the present invention to 5% by volume or more or the resin to 95% by volume or less, the lead-free glass composition and the resin can be effectively combined.
樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂及びフッ素樹脂のうちのいずれかであることが好ましい。これらの樹脂を用いることにより、無鉛低融点ガラス組成物の樹脂中で軟化流動性が良好となる。 The resin is preferably any one of epoxy resin, phenoxy resin, phenol resin, acrylic resin, urethane resin and fluororesin. By using these resins, the softening fluidity becomes good in the resin of the lead-free low melting point glass composition.
低融点ガラスペーストは、本発明に係る無鉛低融点ガラス組成物を含む低融点ガラス複合材料と、溶剤と、を含むものである。溶剤としては、ジヒドロターピネオール、α‐テルピネオールまたはカルビトールアセテートを用いることが好ましい。これらの溶剤は、本発明の無鉛低融点ガラス組成物にとって結晶化しにくい溶剤であるためである。また、必要に応じて粘度調整剤や湿潤剤等を添加し、低融点ガラスペーストの安定性や塗布性を調整することができる。 The low melting point glass paste contains a low melting point glass composite material containing the lead-free low melting point glass composition according to the present invention, and a solvent. As the solvent, dihydroterpineol, α-terpineol or carbitol acetate is preferably used. This is because these solvents are difficult to crystallize for the lead-free low melting point glass composition of the present invention. Further, the stability and coatability of the low melting point glass paste can be adjusted by adding a viscosity adjusting agent, a wetting agent, or the like as needed.
低熱膨張フィラー粒子を含む低融点ガラス複合材料やその低融点ガラスペーストを用いて、封止構造体における封止や接着を行う場合、被封止物の封止箇所や被接着物の接着箇所に低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストを配置や塗布し、含まれる無鉛低融点ガラス組成物の軟化点Ts付近からそのTsより20℃程度高い温度範囲で焼成することが好ましい。 When sealing or bonding in a sealed structure using a low melting point glass composite material containing low thermal expansion filler particles or its low melting point glass paste, it is applied to the sealed part of the object to be sealed or the bonded part of the object to be adhered. It is preferable to dispose or apply a low melting point glass composite material or a low melting point glass paste and bake the contained lead-free low melting point glass composition in a temperature range of about 20 ° C. higher than the softening point T s .
本発明のガラス複合材料やガラスペーストは、結晶化傾向が低減され、軟化点が低温化した無鉛低融点ガラス組成物を用いているため、低温度での軟化流動性を向上し、焼成温度を低温化することができる。これによって、環境負荷への影響を低減した上で、封止構造体の熱的ダメージ低減(高機能化)や生産性向上(タクト低減)を図ることができる。また、本発明の無鉛低融点ガラス組成物は、接着性や密着性及び化学的安定性も良好であるため、封止構造体の信頼性も確保できる。 Since the glass composite material and the glass paste of the present invention use a lead-free low melting point glass composition having a reduced tendency to crystallize and a low softening point, the softening fluidity at a low temperature is improved and the firing temperature is increased. The temperature can be lowered. As a result, it is possible to reduce the influence on the environmental load, reduce the thermal damage of the sealed structure (higher functionality), and improve the productivity (reduce tact). Further, since the lead-free low melting point glass composition of the present invention has good adhesiveness, adhesion and chemical stability, the reliability of the sealed structure can be ensured.
また、金属粒子を含む低融点ガラス複合材料やその低融点ガラスペーストを用いて、電気電子部品における電極/配線や導電性/放熱性接合部を形成する場合、基材等の所定の箇所に低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストの配置又は塗布をし、これらに含まれる無鉛低融点ガラス組成物の軟化点Ts付近からそのTsより20℃程度高い温度範囲で焼成することが好ましい。なお、使用する金属粒子が酸化しやすい金属の場合は、金属粒子の酸化を防止するため、焼成雰囲気を不活性ガスや真空にすることが望ましい。 Further, when a low melting point glass composite material containing metal particles or a low melting point glass paste thereof is used to form an electrode / wiring or a conductive / heat dissipation joint in an electric / electronic component, the temperature is low at a predetermined location such as a base material. It is preferable to arrange or apply a melting point glass composite material or a low melting point glass paste and bake the lead-free low melting point glass composition contained therein in a temperature range of about 20 ° C. higher than the softening point T s . If the metal particles used are metals that are easily oxidized, it is desirable to set the firing atmosphere to an inert gas or vacuum in order to prevent the metal particles from oxidizing.
本発明の低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストは、結晶化傾向が低減され、軟化点が低温化した無鉛低融点ガラス組成物を用いているため、低温度での軟化流動性を向上し、焼成温度を低温化することができる。その結果、電極/配線や導電性/放熱性接合部の形成温度、すなわち焼成温度を低温化することができる。これによって、環境負荷への影響を低減した上で、電気電子部品の熱的ダメージ低減(高機能化)や生産性向上(タクト低減)を図ることができる。また、本発明の無鉛低融点ガラス組成物は、接着性や密着性及び化学的安定性も良好であるため、電気電子部品の信頼性も確保できる。 Since the low melting point glass composite material and the low melting point glass paste of the present invention use a lead-free low melting point glass composition having a reduced crystallization tendency and a low softening point, the softening fluidity at a low temperature is improved. , The firing temperature can be lowered. As a result, the formation temperature of the electrode / wiring and the conductive / heat-dissipating joint, that is, the firing temperature can be lowered. As a result, it is possible to reduce the influence on the environmental load, reduce the thermal damage of the electric / electronic parts (higher functionality), and improve the productivity (reduce the tact). Further, since the lead-free low melting point glass composition of the present invention has good adhesiveness, adhesion and chemical stability, the reliability of electrical and electronic parts can be ensured.
また、樹脂を含む低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストを用いて、塗装部品における塗膜を形成する場合、基材としては金属、セラミックス或いはガラスが有効である。その基材の所定の箇所に低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストの配置又は塗布をし、これらに含まれる無鉛低融点ガラス組成物の軟化点Ts付近からそのTsより20℃程度高い温度範囲で焼成する。 Further, when a low melting point glass composite material containing a resin or a low melting point glass paste is used to form a coating film on a painted part, metal, ceramics or glass is effective as a base material. A low melting point glass composite material or a low melting point glass paste is placed or applied to a predetermined portion of the base material, and the lead-free low melting point glass composition contained therein is about 20 ° C. higher than the softening point T s . Bake in the temperature range.
本発明の低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストは、結晶化傾向が低減され、軟化点が低温化した無鉛低融点ガラス組成物を用いることにより、低温度での軟化流動性を向上し、焼成温度を低温化することができる。これによって、環境負荷への影響を低減した上で、塗装部品の塗膜密着性、耐熱性、化学的安定性等の信頼性を向上することができる。 The low melting point glass composite material and the low melting point glass paste of the present invention have a reduced tendency to crystallize, and by using a lead-free low melting point glass composition having a low softening point, the softening fluidity at a low temperature is improved. The firing temperature can be lowered. As a result, it is possible to reduce the influence on the environmental load and improve the reliability of the coating film adhesion, heat resistance, chemical stability and the like of the painted parts.
(封止構造体)
本発明に係る低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストは、窓ガラス等に適用されている真空断熱複層ガラスパネル、プラズマディスプレイパネル、有機ELディスプレイパネル、蛍光表示管等のディスプレイパネル、及び水晶振動子、ICパッケージ、MEMS等のパッケージデバイス等の封止に好適に用いられる。
(Sealing structure)
The low melting point glass composite material and the low melting point glass paste according to the present invention are vacuum-insulated double glazing panels, plasma display panels, organic EL display panels, display panels such as fluorescent display tubes, and crystals, which are applied to window glass and the like. It is suitably used for encapsulating a vibrator, an IC package, a package device such as a MEMS, and the like.
本発明に係る封止構造体は、ガラス板や回路基板等と、低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストと、を用いる。 The sealing structure according to the present invention uses a glass plate, a circuit board, or the like, a low melting point glass composite material, or a low melting point glass paste.
封止構造体は、外部から隔てられた内部空間を有するものであってもよい。この場合、内部空間と外部との境界は、低融点ガラス複合材料を含む封止部で形成したものであってもよい。封止部を形成する低融点ガラス複合材料に含まれる無鉛低融点ガラス組成物の含有量は、40体積%以上100体積%未満であることが好ましい。また、低融点ガラス複合材料に低熱膨張フィラー粒子を混合することは有効である。また、低熱膨張フィラー粒子の代わりに、軟らかい金属粒子を混合して、封止部の残留応力を緩和してもよい。 The sealing structure may have an internal space separated from the outside. In this case, the boundary between the internal space and the outside may be formed by a sealing portion containing a low melting point glass composite material. The content of the lead-free low melting point glass composition contained in the low melting point glass composite material forming the sealing portion is preferably 40% by volume or more and less than 100% by volume. Further, it is effective to mix the low melting point glass composite material with the low thermal expansion filler particles. Further, instead of the low thermal expansion filler particles, soft metal particles may be mixed to relieve the residual stress of the sealing portion.
(電気電子部品)
本発明に係る低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストは、太陽電池、画像表示デバイス、積層コンデンサー、インダクター、水晶振動子、発光ダイオード(LED)、多層回路基板、半導体モジュール等の電気電子部品の電極、配線、導電性接合部及び放熱性接合部の形成に好適に用いられる。この場合に、低融点ガラス複合材料に含まれる金属粒子の含有量は、50体積%以上であることが好ましい。
(Electrical and electronic parts)
The low melting point glass composite material and the low melting point glass paste according to the present invention are used for electrical and electronic components such as solar cells, image display devices, laminated capacitors, inductors, crystal transducers, light emitting diodes (LEDs), multilayer circuit boards, and semiconductor modules. It is suitably used for forming electrodes, wirings, conductive joints and heat-dissipating joints. In this case, the content of the metal particles contained in the low melting point glass composite material is preferably 50% by volume or more.
(塗装部品)
本発明に係る低融点ガラス複合材料や低融点ガラスペーストを塗料として用いることもできる。
(Painted parts)
The low melting point glass composite material or the low melting point glass paste according to the present invention can also be used as a paint.
本発明に係る塗装部品は、部材と、部材の表面などに塗料を塗布することにより形成された塗膜と、を備えている。部材は、金属、セラミックス、ガラス等である。塗膜は、本発明に係る低融点ガラス複合材料を含む。 The painted component according to the present invention includes a member and a coating film formed by applying a paint to the surface of the member or the like. The members are metal, ceramics, glass and the like. The coating film contains a low melting point glass composite material according to the present invention.
塗膜を形成する低融点ガラス複合材料には、樹脂を混合してもよい。その樹脂の含有量は、50体積%以上であることが有効である。塗装部品として、好適な事例としては、電線、車体、機体、洗濯機槽、便器、浴槽タイル等が挙げられる。 A resin may be mixed with the low melting point glass composite material forming the coating film. It is effective that the content of the resin is 50% by volume or more. Suitable examples of painted parts include electric wires, vehicle bodies, airframes, washing machine tubs, toilet bowls, bathtub tiles and the like.
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。ただし、本発明は、ここで取り上げた実施例に限定されることはなく、そのバリエーションを含むものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on specific examples. However, the present invention is not limited to the examples taken up here, and includes variations thereof.
[実施例1]
本実施例では、V2O5‐TeO2‐Ag2O‐Li2O系無鉛ガラス組成物を作製し、ガラス組成がガラス特性に与える影響について検討した。なお、ガラス特性としては、作製した無鉛ガラス組成物のガラス化状態、特性温度、熱膨張特性、接着性、耐塩水性及び軟化流動性を評価した。
[Example 1]
In this example, a V 2 O 5 -TeO 2 -Ag 2 O-Li 2 O-based lead-free glass composition was prepared, and the effect of the glass composition on the glass properties was investigated. As the glass characteristics, the vitrified state, characteristic temperature, thermal expansion characteristics, adhesiveness, salt water resistance and softening fluidity of the produced lead-free glass composition were evaluated.
(無鉛ガラス組成物の作製)
表1及び表2は、実施例の無鉛ガラス組成物S-01~S-17及び比較例の無鉛ガラス組成物C1~C2の組成、並びにそれぞれの無鉛ガラス組成物の特性を示したものである。実施例の無鉛ガラス組成物S-01~S-17は、V2O5、TeO2、Ag2O及びLi2Oを主成分かつ必須成分とする無鉛ガラス組成物である。
(Preparation of lead-free glass composition)
Tables 1 and 2 show the compositions of the lead-free glass compositions S-01 to S-17 of Examples and the lead-free glass compositions C1 to C2 of Comparative Examples, and the characteristics of each lead-free glass composition. .. The lead-free glass compositions S-01 to S-17 of the examples are lead-free glass compositions containing V 2 O 5 , TeO 2 , Ag 2 O and Li 2 O as main components and essential components.
主成分の出発原料としては、新興化学工業(株)製のV2O5とTeO2、田中貴金属工業(株)製のAg2O、及び(株)高純度化学研究所製のLi2CO3の粉末を用いた。 The starting materials for the main components are V 2 O 5 and TeO 2 manufactured by Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd., Ag 2 O manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., and Li 2 CO manufactured by High Purity Chemical Research Institute Co., Ltd. The powder of 3 was used.
また、追加成分の出発原料としては、BaCO3、WO3、ZnO、K2CO3、Fe2O3、Al2O3、La2O3、MgO、CeO2、ZrO2及びNa2CO3の粉末を用いた。これらはすべて、(株)高純度化学研究所製である。 The starting materials for the additional components are BaCO 3 , WO 3 , ZnO, K 2 CO 3 , Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , La 2 O 3 , MgO, CeO 2 , ZrO 2 and Na 2 CO 3 . Powder was used. All of these are manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.
各出発原料粉末が全体で200g程度になるように、秤量し、配合し、混合し、石英ガラスるつぼに投入した。原料混合粉末を投入した石英ガラスるつぼをガラス溶融炉内に設置し、約10℃/分の昇温速度で700~750℃まで加熱し、石英ガラスるつぼ内の融液の組成均一化を図るためにアルミナ棒で撹拌しながら1時間保持した。その後、石英ガラスるつぼをガラス溶融炉から取り出し、ステンレス鋳型へ融液を流し込み、実施例のS-01~S-17及び比較例のC1~C2をそれぞれ作製した。次に、作製した無鉛ガラス組成物を45μmアンダーにまで粉砕した。 Weighed, blended, mixed, and put into a quartz glass crucible so that each starting material powder weighed about 200 g in total. A quartz glass crucible containing a mixed powder of raw materials is installed in a glass melting furnace and heated to 700 to 750 ° C at a heating rate of about 10 ° C / min to make the composition of the melt in the quartz glass crucible uniform. It was held for 1 hour while stirring with an alumina rod. Then, the quartz glass crucible was taken out from the glass melting furnace, and the melt was poured into a stainless steel mold to prepare S-01 to S-17 of Examples and C1 to C2 of Comparative Examples, respectively. Next, the prepared lead-free glass composition was pulverized to under 45 μm.
(ガラス化状態の評価)
作製した無鉛ガラス組成物S-01~S-17及びC1~C2のガラス化状態は、そのガラス粉末を用い、X線回折によって結晶が析出しているどうかによって評価した。比較例も含め、結晶の析出が認められず、ガラス化状態は良好であった。
(Evaluation of vitrification state)
The vitrified states of the prepared lead-free glass compositions S-01 to S-17 and C1 to C2 were evaluated by using the glass powder and checking whether crystals were precipitated by X-ray diffraction. Including the comparative examples, no crystal precipitation was observed, and the vitrified state was good.
(特性温度の評価)
作製した無鉛ガラス組成物S-01~S-17及びC1~C2の特性温度は、そのガラス粉末を用い、DTAによって評価した。DTAには、マクロセルタイプを使用した。マクロセルに約500mgのガラス粉末を入れ、大気中5℃/分の昇温速度で室温から320℃まで加熱し、図1に示すようなDTAカーブを得た。得られたDTAカーブより転移点Tg、屈伏点Mg、軟化点Ts、結晶化温度Tcry及び結晶化ピーク温度Tcry-pを測定した。また、結晶化ピークの発熱量(μV)も測定した。測定結果から、TcryとTsとの温度差(以下「Tcry-Ts」ともいう。)を算出した。なお、結晶化ピークの発熱量は、「Tcry-p発熱量」とも呼ぶ。
(Evaluation of characteristic temperature)
The characteristic temperatures of the prepared lead-free glass compositions S-01 to S-17 and C1 to C2 were evaluated by DTA using the glass powder. The macrocell type was used for DTA. About 500 mg of glass powder was placed in a macrocell and heated from room temperature to 320 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min in the atmosphere to obtain a DTA curve as shown in FIG. From the obtained DTA curve, the transition point T g , the yield point M g , the softening point T s , the crystallization temperature T cry and the crystallization peak temperature T cry-p were measured. The calorific value (μV) of the crystallization peak was also measured. From the measurement results, the temperature difference between T cry and T s (hereinafter, also referred to as "T cry -T s ") was calculated. The calorific value of the crystallization peak is also referred to as "T cry-p calorific value".
(熱膨張係数の測定)
作製した無鉛ガラス組成物S-01~S-17及びC1~C2をDTAによる転移点Tg~屈伏点Mgの温度範囲で加熱し、徐冷することによって残留熱歪を除去し、4×4×20mmの角柱に加工した。これを用い、大気中5℃/分の昇温速度で熱膨張計にて各無鉛ガラス組成物の熱膨張曲線を測定した。なお、標準試料にはφ5×20mmの円柱状石英ガラスを用いた。
(Measurement of coefficient of thermal expansion)
The prepared lead-free glass compositions S-01 to S-17 and C1 to C2 are heated in a temperature range of the transition point T g to the yield point Mg by DTA and slowly cooled to remove residual thermal strain, and 4 ×. It was processed into a 4 × 20 mm prism. Using this, the thermal expansion curve of each lead-free glass composition was measured with a thermal expansion meter at a heating rate of 5 ° C./min in the atmosphere. As a standard sample, a cylindrical quartz glass having a diameter of 5 × 20 mm was used.
熱膨張特性としては、150℃における熱膨張係数を採用した。 As the thermal expansion characteristic, the coefficient of thermal expansion at 150 ° C. was adopted.
(接着性評価)
被接合材としてソーダライムガラス板2枚を使用した。ガラス板サイズは、20×50×t2.7mmである。作製した無鉛ガラス組成物S-01~S-17及びC1~C2それぞれを使用し、ガラス板の中心部分を十字に接着したのち、片側のガラスに荷重をかけてガラス板を剥離させた。2枚のガラス板が剥離するときの接着面積に対する荷重を測定した。接着時の焼成条件は、230℃-30分、300℃-30分、昇温6℃/分、降温2℃/分であった。接合強度は、N数10の平均値で評価した。
(Adhesion evaluation)
Two soda lime glass plates were used as the material to be joined. The glass plate size is 20 × 50 × t2.7 mm. The prepared lead-free glass compositions S-01 to S-17 and C1 to C2 were used, and the central portion of the glass plate was bonded in a cross shape, and then a load was applied to the glass on one side to peel off the glass plate. The load on the adhesive area when the two glass plates were peeled off was measured. The firing conditions at the time of bonding were 230 ° C.-30 minutes, 300 ° C.-30 minutes, a temperature rise of 6 ° C./min, and a temperature decrease of 2 ° C./min. The joint strength was evaluated by the average value of N number 10.
今回使用した無鉛ガラス組成物S-01~S-17及びC1~C2の接合強度は、0.25~0.45MPaであった。接合に問題が生じない荷重の値から算出した接合強度は、0.3MPa以上であり、この範囲の接合強度の場合には接着性「○」とした。そして、接合強度が0.25~0.3MPaの場合には接着性「△」、接合強度が0.25MPa未満の場合には接着性「×」と評価した。 The bonding strengths of the lead-free glass compositions S-01 to S-17 and C1 to C2 used this time were 0.25 to 0.45 MPa. The bonding strength calculated from the value of the load that does not cause a problem in bonding is 0.3 MPa or more, and in the case of the bonding strength in this range, the adhesiveness is “◯”. When the bonding strength was 0.25 to 0.3 MPa, the adhesiveness was evaluated as “Δ”, and when the bonding strength was less than 0.25 MPa, the adhesiveness was evaluated as “×”.
いずれの成分も接着ガラスとしての性能を満たしていたが、実施例では比較例に比して高い接着性が確認された。したがって、実施例のガラスにおいては、比較例に比して接着性が高く、使用時の歩留まりが高くなる。 All of the components satisfied the performance as an adhesive glass, but in the examples, higher adhesiveness was confirmed as compared with the comparative example. Therefore, in the glass of the example, the adhesiveness is high as compared with the comparative example, and the yield at the time of use is high.
(耐塩水性評価(塩水噴霧試験及び塩水含浸試験))
ガラスに塩水を噴霧する塩水噴霧試験(日本工業規格JIS Z 2371:2015に準拠している。)では、いずれの組成のガラスも特に変化が見られず、各実施例間で差が生じなかった。
(Evaluation of salt water resistance (salt spray test and salt water impregnation test))
In the salt spray test (according to Japanese Industrial Standards JIS Z 2371: 2015) in which salt water is sprayed onto the glass, no particular change was observed in the glass having any composition, and there was no difference between the examples. ..
加速試験として、40℃、10%の塩水に各試験片を120時間含浸し、塩水含浸試験を行った。 As an accelerated test, each test piece was impregnated with 10% salt water at 40 ° C. for 120 hours, and a salt water impregnation test was performed.
ガラス内への析出物の有無で、全体に析出が観察されたものを「×」、数点の析出部があったものを「△」、析出物が発見できなかったものを「○」と評価した。 Depending on the presence or absence of precipitates in the glass, those in which precipitation was observed as a whole are marked with "x", those with several precipitates are marked with "△", and those in which no precipitate was found are marked with "○". evaluated.
無鉛ガラス組成物S-16及びS-17では全く析出がなく、耐塩水性が高いことが確認された。したがって、Ce、Fe及びAlを追加成分として使用した場合、高い耐塩水性を示すことがわかった。 It was confirmed that the lead-free glass compositions S-16 and S-17 had no precipitation at all and had high salt water resistance. Therefore, it was found that when Ce, Fe and Al were used as additional components, they showed high salt water resistance.
(軟化流動性の評価)
作製した無鉛ガラス組成物S-01~S-17及びC1~C2の軟化流動性は、そのガラス粉末を用いて作製した圧粉成形体のボタンフロー試験にて評価した。
(Evaluation of softening fluidity)
The softening fluidity of the prepared lead-free glass compositions S-01 to S-17 and C1 to C2 was evaluated by a button flow test of a powder compact prepared using the glass powder.
圧粉成形体は、金型とハンドプレスを用い、500kg/cm2の条件で直径12mm、高さ3mm程度の円柱形状となるように成形した。そして、圧粉成形体をソーダライムガラス基板上に設置し、圧粉成形体を電気炉内へ導入し、大気中10℃/分の昇温速度で室温から軟化点Tsより20~30℃高い温度まで加熱し30分間保持した。その後、炉冷し、軟化流動性及び結晶化状態を評価した。 The powder compact was molded into a cylindrical shape having a diameter of 12 mm and a height of about 3 mm under the condition of 500 kg / cm 2 using a mold and a hand press. Then, the powder compact is placed on a soda lime glass substrate, the powder compact is introduced into an electric furnace, and the temperature rises from room temperature to 20 to 30 ° C. from room temperature at a temperature rise rate of 10 ° C./min in the air. It was heated to a high temperature and held for 30 minutes. Then, it was cooled in a furnace, and the softening fluidity and the crystallization state were evaluated.
軟化流動性に関しては、圧粉成形体の試料が、単に変形しただけでなく、液状になって流動し、その後、光沢がある状態で凝固したことが明瞭である場合に「合格」と判定した。一方、軟化流動しても失透(表面結晶化)している場合や結晶化により軟化流動が不十分な場合には「不合格」と判定した。 Regarding the softening fluidity, it was judged as "pass" when it was clear that the sample of the powder compact was not only deformed but also liquefied and flowed, and then solidified in a glossy state. .. On the other hand, if the softening flow is devitrified (surface crystallization) or the softening flow is insufficient due to crystallization, it is judged as "failed".
なお、転移点Tgが313℃、屈伏点Mgが332℃及び軟化点Tsが386℃である従来の有鉛低融点ガラス組成物(84PbO-13B2O3-2SiO2-1Al2O3質量%)を430℃において同様のボタンフロー試験を実施したところ、軟化流動性は「合格」であった。ただし、ソーダライムガラス基板との大きな熱膨張差によって、クラックの発生が認められた。このクラックの発生は、低熱膨張フィラー粒子を有鉛低融点ガラス組成物の粉末に混入させることによって対策できるものである。 A conventional leaded low melting point glass composition (84PbO-13B 2 O 3 -2SiO 2 -1Al 2 O ) having a transition point T g of 313 ° C, a yield point Mg of 332 ° C and a softening point T s of 386 ° C. When a similar button flow test was carried out at 430 ° C. ( 3 % by mass), the softening fluidity was "passed". However, cracks were observed due to the large difference in thermal expansion from the soda lime glass substrate. The occurrence of this crack can be counteracted by mixing the low thermal expansion filler particles into the powder of the leaded low melting point glass composition.
(耐水性の評価)
耐水性は、HAST(High Accelerated Stress Test、高速加速寿命試験)で、120℃、湿度100%、2気圧の条件で48時間実施して、ボタンサンプルからの溶出の有無で判断した。「○」は、溶出が全くない状態である。「△」は、裏面に極わずかに溶出が見られる場合である。「×」は、溶出が見られる場合である。
(Evaluation of water resistance)
The water resistance was determined by HAST (High Accelerated Stress Test, high-speed accelerated life test) for 48 hours under the conditions of 120 ° C., 100% humidity and 2 atm, and the presence or absence of elution from the button sample. “○” indicates that there is no elution. “Δ” indicates a case where very slight elution is observed on the back surface. “X” indicates that elution is observed.
以上より、有効なガラス組成物は、主成分としてAg2O、TeO2、V2O5及びLi2Oを含有する。さらに、追加成分としてBa2O、Y2O3、La2O3、CeO2、Er2O3、Yb2O3、Al2O3、Ga2O3、In2O3、Fe2O3、WO3及びMoO3のうち少なくともいずれかを少量含有する。特に、主成分の含有量がモル%で、Ag2O>TeO2≧V2O5、2V2O5≧Ag2O+R2O、TeO2の含有量は、30モル%以上50モル%以下が好ましい。 From the above, the effective glass composition contains Ag 2 O, TeO 2 , V 2 O 5 and Li 2 O as main components. Further, as additional components, Ba 2 O, Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , Fe 2 O 3. Contains at least one of WO 3 and MoO 3 in a small amount. In particular, the content of the main component is mol%, and the content of Ag 2 O> TeO 2 ≧ V 2 O 5 , 2V 2 O 5 ≧ Ag 2 O + R 2 O, and TeO 2 is 30 mol% or more and 50 mol% or less. Is preferable.
更に好ましくは、Ag2Oの含有量が10モル%以上25モル%未満であり、V2O5の含有量が18モル%以上28モル%未満である。また、追加成分の含有量は、上記の酸化物換算で3.0モル%以上16.0モル%以下である。 More preferably, the content of Ag 2 O is 10 mol% or more and less than 25 mol%, and the content of V 2 O 5 is 18 mol% or more and less than 28 mol%. The content of the additional component is 3.0 mol% or more and 16.0 mol% or less in terms of the above oxides.
なお、CeO2の代わりにZrO2を用いた無鉛ガラス組成物は、CeO2を含む場合と同様の特性を有することを確認している。また、K2Oの代わりにNa2Oを用いた無鉛ガラス組成物は、K2Oを含む場合と同様の特性を有することを確認している。 It has been confirmed that the lead-free glass composition using ZrO 2 instead of CeO 2 has the same characteristics as those containing CeO 2 . Further, it has been confirmed that the lead-free glass composition using Na 2 O instead of K 2 O has the same characteristics as those containing K 2 O.
以下の実施例では、本発明の無鉛ガラス組成物を含有した上記ガラス複合材料及びガラスペースト、並びにこれらのガラス複合材料やガラスペーストを適用した封止構造体、電気電子部品及び塗装部品について、それぞれ具体的に説明する。 In the following examples, the above-mentioned glass composite material and glass paste containing the lead-free glass composition of the present invention, and the sealing structure, electrical and electronic parts, and painted parts to which these glass composite materials and glass paste are applied are respectively. This will be described in detail.
[実施例2:ペースト]
以下、無鉛ガラス組成物の使用方法について具体的に説明する。
[Example 2: Paste]
Hereinafter, a method of using the lead-free glass composition will be specifically described.
実施例2は、無鉛ガラス組成物と金属粒子とを含むガラス複合材料とし、同種及び異種の金属基材同士を接合する例である。金属粒子としては、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)及び錫(Sn)などを用いることができる。また、金属基材にはアルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)などを用いることができる。無鉛ガラス組成物の粒子と、金属粒子と、溶剤を含むガラスペーストを作製し、それをアルミニウム(Al)等の金属基材へ塗布、乾燥、仮焼成後に同種又は異種の金属基材を合わせ、抵抗溶接することによって接合できる。 Example 2 is an example in which a glass composite material containing a lead-free glass composition and metal particles is used, and metal substrates of the same type or different types are bonded to each other. As the metal particles, silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), tin (Sn) and the like can be used. Further, aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), iron (Fe) and the like can be used as the metal base material. A glass paste containing particles of a lead-free glass composition, metal particles, and a solvent is prepared, applied to a metal substrate such as aluminum (Al), dried, and pre-fired, and then the same or different metal substrates are combined. It can be joined by resistance welding.
金属基材間の導電性接合部や放熱性接合部の形成には、はんだが頻繁に使用されるが、はんだとの差別化を考慮すると、ガラス複合材料やそのガラスペーストに含有する金属粒子としてはAg粒子やAl粒子が有効である。また、はんだでは、Alのように表面に自然酸化被膜が形成された金属基材等には、良好な導電性接合や放熱性接合が難しいが、本発明に係るガラス複合材料やそのガラスペーストでは、それに含有する本発明の無鉛ガラス組成物の作用により、そう言った金属基材等であっても導電性接合や放熱性接合を可能とする。 Solder is frequently used to form conductive joints and heat-dissipating joints between metal substrates, but considering the differentiation from solder, it is used as metal particles contained in glass composite materials and their glass pastes. Ag particles and Al particles are effective. Further, with solder, it is difficult to perform good conductive bonding and heat dissipation bonding on a metal substrate or the like having a natural oxide film formed on the surface such as Al, but the glass composite material and its glass paste according to the present invention have difficulty in bonding. By the action of the lead-free glass composition of the present invention contained therein, it is possible to perform conductive bonding and heat dissipation bonding even with such a metal base material.
また、金属粒子を含むガラス複合材料やガラスペーストは、接合部や封止部に導電性が許される場合には、ガラス複合材料やそのガラスペーストとしても使用できる。その際には、含有する金属粒子のサイズや量によって応力緩和させて低温接合或いは低温封止することができる。 Further, the glass composite material or glass paste containing metal particles can also be used as a glass composite material or its glass paste if conductivity is allowed in the joint portion or the sealing portion. In that case, stress relaxation can be performed depending on the size and amount of the contained metal particles, and low-temperature bonding or low-temperature sealing can be performed.
[実施例3:電極配線]
本実施例では、本発明の無鉛ガラス組成物と金属粒子とを含むガラス複合材料を用いて、各種の基板に電極/配線を形成する例について説明する。金属粒子としては、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)及び錫(Sn)などを用いることができる。また、基板にはアルミナ(Al2O3)基板、ホウケイ酸ガラス基板、シリコン(Si)基板、フェライト基板及びポリイミド基板などを用いることができる。無鉛ガラス組成物の粒子と、金属粒子と、溶剤を含むガラスペーストを作製し、それを各種の基板へ塗布、乾燥、仮焼することによって電極/配線を形成できる。
[Example 3: Electrode wiring]
In this embodiment, an example of forming electrodes / wiring on various substrates by using a glass composite material containing the lead-free glass composition of the present invention and metal particles will be described. As the metal particles, silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), tin (Sn) and the like can be used. Further, as the substrate, an alumina (Al 2 O 3 ) substrate, a borosilicate glass substrate, a silicon (Si) substrate, a ferrite substrate, a polyimide substrate and the like can be used. Electrodes / wiring can be formed by preparing a glass paste containing particles of a lead-free glass composition, metal particles, and a solvent, applying the mixture to various substrates, drying, and calcining.
所望の配線パターンでの電極や配線の形成には、種々の公知の方法を適用でき、例えば導電性ガラスペーストを用いて、基板上にスクリーン印刷法によりパターンを塗布し、乾燥させた後加熱することによって、基板配線や電極を形成できる。 Various known methods can be applied to form electrodes and wirings with a desired wiring pattern. For example, a conductive glass paste is used to apply a pattern on a substrate by a screen printing method, dried, and then heated. This makes it possible to form board wiring and electrodes.
[実施例4:封止構造体]
本実施例では、2枚のソーダライムガラス基板と、本発明のガラス複合材料とを用いて、本発明に係る封止構造体の代表例の一つとして真空断熱用複層ガラスパネルを作製する例を説明する。
[Example 4: Sealed structure]
In this embodiment, using two soda lime glass substrates and the glass composite material of the present invention, a double glazing panel for vacuum insulation is produced as one of the representative examples of the sealed structure according to the present invention. An example will be described.
図2Aは、作製した真空断熱用複層ガラスパネルの概略平面図である。また、図2Bは、その封止部近傍のA-A断面を拡大した図である。 FIG. 2A is a schematic plan view of the produced double glazing panel for vacuum insulation. Further, FIG. 2B is an enlarged view of the AA cross section in the vicinity of the sealing portion.
図2Aに示すように、真空断熱用複層ガラスパネルは、ソーダライムガラス等のガラス基板15及びこれに隙間を設けた状態で重ねて配置された別のガラス基板(図2Bの符号16)の周縁部に封止部14を有する。これらの基板(15、16)の間には、複数のスペーサ18が等間隔に二次元的に配置されている。ガラス基板(16)には、排気穴20が形成され、この排気穴20より真空ポンプ(図示していない。)を用いて2枚の基板(15、16)の隙間の排気を行うようになっている。排気穴20には、キャップ21が取り付けてある。
As shown in FIG. 2A, the double glazing panel for vacuum insulation is a
図2Bに示すように、外周部(周縁部)に封止部14を有する一対のガラス基板15と16の間には、空間部17(上記の隙間)があり、その空間部17は真空状態にある。封止部14には、本発明のガラス複合材料を使用する。この真空断熱用複層ガラスパネルは、建材用窓ガラス、車両用窓ガラス、業務用冷蔵庫や冷凍庫の扉等に適用できるものである。
As shown in FIG. 2B, there is a space portion 17 (the above gap) between the pair of
封止部14に使用した本発明のガラス複合材料は、本発明の無鉛ガラス組成物を含む他に、ガラス基板15と16との熱膨張係数の整合をとるために熱膨張係数が小さい低熱膨張フィラー粒子が混合される。ガラス基板15と16の耐熱性は、約500℃であるため、その温度以下で封止部14を形成する必要がある。また、ガラス基板15と16は、急熱や急冷により破損しやすいため、封止における加熱や冷却は徐々に行う必要があり、真空断熱用複層ガラスパネルの生産性を向上するには、極力、低温度での封止が要求されている。さらに、ガラス基板15と16には、防犯や安全のため、風冷強化されることが頻繁にある。この風冷強化は、ガラス基板15と16の表面に圧縮強化層を形成するもので、その強化層は300℃以上の加熱で徐々に減少し、400℃以上の加熱では消滅してしまう。このことからも、より低温度での封止が強く要求されている。
In addition to containing the lead-free glass composition of the present invention, the glass composite material of the present invention used for the sealing
ガラス基板15と16の間には、真空状態にある空間部17を確保するために、その空間部17には、複数のスペーサ18が設置される。また、適切な厚みの空間部17を得るためには、スペーサ18や封止部14に粒径が整った球状ビーズ19等を導入することが有効である。さらに、スペーサ18の固定には、封止部14と同様に本発明のガラス複合材料を活用することが可能である。真空状態を有する空間部17を得るためには、事前にガラス基板16に排気穴20を形成しておき、その排気穴20より真空ポンプを用い空間部17の排気を行う。排気後にキャップ21を取り付け、空間部17の真空度を維持できるようにする。建材用窓ガラスや車両用窓ガラスとして適用する際には、ガラス基板15の内面に事前に熱線反射膜22を蒸着法等で形成してもよい。
In order to secure a
(真空断熱複層ガラスパネルの作製)
本実施例の真空断熱複層ガラスパネルの作製方法について図3A~5を用いて説明する。
(Manufacturing of vacuum insulated double glazing panel)
The method of manufacturing the vacuum-insulated double glazing panel of this embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 5.
図3Aは、図2A及び2Bに示す真空断熱複層ガラスパネルを構成する風冷強化ソーダライムガラス基板16に封止部14及びスペーサ18を形成した状態を示したものである。
FIG. 3A shows a state in which the sealing
図3Aに示すように、上記ガラスペーストを作製し、風冷強化ソーダライムガラス基板16の外周部(封止部14)及び内部(スペーサ18)にそれぞれディスペンサー法によって塗布し、大気中150℃で乾燥する。これを大気中5℃/分の昇温速度で220℃まで加熱し30分間保持し、封止部14及びスペーサ18を風冷強化ソーダライムガラス基板16に付着させる。
As shown in FIG. 3A, the above glass paste was prepared, applied to the outer peripheral portion (sealing portion 14) and the inner portion (spacer 18) of the air-cooled soda
図3Bは、図3AのA-A断面を示したものである。 FIG. 3B shows a cross section taken along the line AA of FIG. 3A.
図3Bに示すように、封止部14及びスペーサ18には、球状ビーズ19が含まれる。
As shown in FIG. 3B, the sealing
図4Aは、図2Bに示す真空断熱複層ガラスパネルを構成する風冷強化ソーダライムガラス基板15を示したものである。
FIG. 4A shows the air-cooled reinforced soda
図4Bは、図4AのA-A断面図である。 4B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 4A.
図4A及び4Bに示すとおり、風冷強化ソーダライムガラス基板15の片面には、熱線反射膜22を形成する。
As shown in FIGS. 4A and 4B, a heat
図5は、図2A及び2Bに示す真空断熱複層ガラスパネルの作製方法の最後の工程を示したものである。 FIG. 5 shows the final step of the method for manufacturing the vacuum insulated double glazing panel shown in FIGS. 2A and 2B.
図5においては、2枚の風冷強化ソーダライムガラス基板15、16を対向させ、位置合わせをし、複数の耐熱性クリップで固定する。これを真空排気しながら熱処理をし、封止する。
In FIG. 5, two air-cooled reinforced soda
図6は、図5の熱処理における封止温度プロファイルを示したものである。 FIG. 6 shows the sealing temperature profile in the heat treatment of FIG.
図6に示すとおり、大気中5℃/分の昇温速度で無鉛ガラス組成物S-12の屈伏点Mg(221℃)より10~20℃高い温度まで加熱し30分間保持した後に、パネル内部を排気穴20から真空ポンプで排気しながら、5℃/分の昇温速度で無鉛ガラス組成物S-12の軟化点Ts(267℃)より10~20℃高い温度まで加熱し30分間保持し、封止を行う。
As shown in FIG. 6, the panel is heated to a temperature 10 to 20 ° C. higher than the yield point Mg (221 ° C.) of the lead-free glass composition S-12 at a heating rate of 5 ° C./min in the air and held for 30 minutes. While exhausting the inside from the
図5に示すように、熱処理の際、封止部14及びスペーサ18は、大気圧により押しつぶされ、2枚の風冷強化ソーダライムガラス基板15、16に密着する。その後、排気穴20にキャップ21を取り付け、真空断熱複層ガラスパネルを作製する。
As shown in FIG. 5, during the heat treatment, the sealing
本発明のガラス複合材料やそのガラスペーストを適用した真空断熱複層ガラスパネルでは、接着性が高く、信頼性の高い封止部が得られる。さらに、本発明のガラス複合材料やそのガラス複合材料を使用することによって、封止温度を低温化でき、真空断熱複層ガラスパネルの生産性向上や風冷強化を施したソーダライムガラス基板の適用等にも大きく貢献することができる。 In the vacuum-insulated double glazing panel to which the glass composite material of the present invention and the glass paste thereof are applied, a highly adhesive and highly reliable sealing portion can be obtained. Furthermore, by using the glass composite material of the present invention or the glass composite material thereof, the sealing temperature can be lowered, the productivity of the vacuum-insulated double glazing panel is improved, and the application of a soda lime glass substrate to which air-cooling is strengthened. It can also greatly contribute to such things.
なお、上記真空断熱複層ガラスパネルと同様に、ディスプレイパネルや太陽電池等の電気電子部品など、真空断熱複層ガラスパネル以外の封止構造体にも有効に適用できる。 Similar to the vacuum-insulated double glazing panel, it can be effectively applied to a sealing structure other than the vacuum-insulated double glazing panel, such as an electric / electronic component such as a display panel or a solar cell.
以上より、本発明の無鉛ガラス組成物と金属粒子、或いは低熱膨張フィラー粒子を含むガラス複合材料やそのガラスペーストを導電性接合部或いは封止部へ適用することによって、環境負荷への影響を配慮した上で、信頼性の高い水晶振動子パッケージが得られることが分った。本実施例では、本発明に係る電気電子部品及び封止構造体の代表例の一つとして、水晶振動子パッケージへの適用例を説明したが、本発明に係るガラス複合材料やそのガラスペーストは、水晶振動子パッケージに限らず、導電性接合部や封止部、さらには放熱性接合部を有する電気電子部品や封止構造体の多くに有効に適用できる。 Based on the above, by applying the lead-free glass composition of the present invention and a glass composite material containing metal particles or low thermal expansion filler particles or a glass paste thereof to a conductive joint or a sealing portion, the influence on the environmental load is considered. After that, it was found that a highly reliable crystal transducer package could be obtained. In this embodiment, an example of application to a crystal oscillator package has been described as one of the representative examples of the electric / electronic component and the sealing structure according to the present invention, but the glass composite material and the glass paste thereof according to the present invention have been described. It can be effectively applied not only to the crystal oscillator package but also to many electric / electronic parts and sealing structures having a conductive joint portion, a sealing portion, and a heat dissipation joint portion.
実施例において、本発明に係る封止構造体及び電気電子部品として真空断熱複層ガラスパネルを代表例として説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、OLEDディスプレイなどの各種のディスプレイパネル、太陽電池セル、水晶振動子パッケージなどのパッケージデバイス、画像表示デバイス、積層コンデンサー、インダクター、発光ダイオード、多層回路基板、半導体モジュール、半導体センサー、半導体センサー等の多くの封止構造体や電気電子部品に適用可能であることは自明である。 In the examples, the vacuum insulating multi-layer glass panel has been described as a representative example as the sealing structure and the electric / electronic component according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and various displays such as an LED display are used. Many sealed structures and electrical / electronics such as panels, solar cells, package devices such as crystal oscillator packages, image display devices, laminated capacitors, inductors, light emitting diodes, multilayer circuit boards, semiconductor modules, semiconductor sensors, semiconductor sensors, etc. It is self-evident that it is applicable to components.
14:封止部、15、16:ソーダライムガラス基板、17:空間部、18:スペーサ、19:球状ビーズ、20:排気穴、21:キャップ、22:熱線反射膜。 14: Sealing part, 15, 16: Soda lime glass substrate, 17: Space part, 18: Spacer, 19: Spherical beads, 20: Exhaust hole, 21: Cap, 22: Heat ray reflecting film.
Claims (15)
追加成分としてBaO、WO3、ZnO、K2O、Fe2O3、Al2O3、La2O3、MgO、CeO2、ZrO2及びNa2Oからなる群から選択された一種類以上を含み、
酸化物換算で、次の関係式(1)、(2)及び(3)を満たす、無鉛低融点ガラス組成物。
2[V2O5]≧[Ag2O]+[R2O] …(1)
[TeO 2 ]>[V 2 O 5 ]>[Ag 2 O] …(2)
30≦[TeO 2 ]≦50 …(3)
(式中、[X]は成分Xの含有量を表し、その単位は「モル%」である(以下同じ)。[R2O]=[Li2O]+[K2O]+[Na2O]である。) Contains vanadium oxide, tellurium oxide, silver oxide and lithium oxide, and
One or more selected from the group consisting of BaO, WO 3 , ZnO, K2 O, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , La 2 O 3 , MgO, CeO 2 , ZrO 2 and Na 2 O as additional components. Including
A lead-free low melting point glass composition satisfying the following relational expressions (1) , (2) and (3) in terms of oxide.
2 [V 2 O 5 ] ≧ [Ag 2 O] + [R 2 O]… (1)
[TeO 2 ]> [V 2 O 5 ]> [Ag 2 O]… (2)
30 ≤ [TeO 2 ] ≤ 50 ... (3)
(In the formula, [X] represents the content of component X, and its unit is "mol%" (the same applies hereinafter). [R 2 O] = [Li 2 O] + [K 2 O] + [Na 2 O].)
5≦[Ag2O]<30 …(4)
10≦[V2O5]<30 …(5) The lead-free low melting point glass composition according to claim 1 , which satisfies the following relational formulas (4) and (5).
5 ≦ [Ag 2 O] <30… (4)
10 ≦ [V 2 O 5 ] <30… (5)
低熱膨張フィラー粒子、金属粒子及び樹脂のうちのいずれか一種類と、を含む、低融点ガラス複合材料。 The lead-free low melting point glass composition according to any one of claims 1 to 4 .
A low melting point glass composite material comprising any one of low thermal expansion filler particles, metal particles and resins.
前記低熱膨張フィラー粒子は、リン酸タングステン酸ジルコニウム(Zr2(WO4)(PO4)2)、石英ガラス(SiO2)、ケイ酸ジルコニウム(ZrSiO4)、アルミナ(Al2O3)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)及び酸化ニオブ(Nb2O5)のうちのいずれか一種類を含む、請求項5記載の低融点ガラス複合材料。 Contains the low thermal expansion filler particles
The low thermal expansion filler particles include zirconium tungstate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 ), quartz glass (SiO 2 ), zirconium silicate (ZrSiO 4 ), alumina (Al 2 O 3 ), and mulite. The low melting point glass composite material according to claim 5 , which comprises any one of (3Al 2 O 3.2SiO 2 ) and niobium oxide (Nb 2 O 5 ).
前記低熱膨張フィラー粒子の含有量は、0体積%超60体積%以下である、請求項6記載の低融点ガラス複合材料。 The content of the lead-free low melting point glass composition is 40% by volume or more and less than 100% by volume.
The low melting point glass composite material according to claim 6 , wherein the content of the low thermal expansion filler particles is more than 0% by volume and 60% by volume or less.
前記低熱膨張フィラー粒子の含有量は、30体積%以上60体積%以下である、請求項6記載の低融点ガラス複合材料。 The low thermal expansion filler particles contain zirconium tungrate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 ) or zirconium tungrate phosphate (Zr 2 (WO 4 ) (PO 4 ) 2 ).
The low melting point glass composite material according to claim 6 , wherein the content of the low thermal expansion filler particles is 30% by volume or more and 60% by volume or less.
前記金属粒子は、Au、Ag、Cu、Al及びSnのうちのいずれか一種類を含む、請求項5記載の低融点ガラス複合材料。 Including the metal particles
The low melting point glass composite material according to claim 5 , wherein the metal particles include any one of Au, Ag, Cu, Al and Sn.
前記金属粒子の含有量は、20体積%以上90体積%以下である、請求項9記載の低融点ガラス複合材料。 The content of the lead-free low melting point glass composition is 10% by volume or more and 80% by volume or less.
The low melting point glass composite material according to claim 9 , wherein the content of the metal particles is 20% by volume or more and 90% by volume or less.
前記金属粒子の含有量は、20体積%以上90体積%以下である、請求項9記載の低融点ガラス複合材料。 The metal particles contain Ag or Al and contain
The low melting point glass composite material according to claim 9 , wherein the content of the metal particles is 20% by volume or more and 90% by volume or less.
前記樹脂は、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂及びフッ素樹脂のうちのいずれか一種類を含む、請求項5記載の低融点ガラス複合材料。 Including the resin
The low melting point glass composite material according to claim 5 , wherein the resin contains any one of an epoxy resin, a phenoxy resin, a phenol resin, an acrylic resin, a urethane resin and a fluororesin.
前記樹脂の含有量は、0体積%超95体積%以下である、請求項12記載の低融点ガラス複合材料。 The content of the lead-free low melting point glass composition is 5% by volume or more and less than 100% by volume.
The low melting point glass composite material according to claim 12 , wherein the content of the resin is more than 0% by volume and 95% by volume or less.
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