JPH0672740A - 封着用ガラス、フリットガラス、その製造方法および使用方法 - Google Patents

封着用ガラス、フリットガラス、その製造方法および使用方法

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JPH0672740A
JPH0672740A JP15251892A JP15251892A JPH0672740A JP H0672740 A JPH0672740 A JP H0672740A JP 15251892 A JP15251892 A JP 15251892A JP 15251892 A JP15251892 A JP 15251892A JP H0672740 A JPH0672740 A JP H0672740A
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JP
Japan
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glass
sealing
seal bonding
frit
water content
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JP15251892A
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English (en)
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Kazuhiro Sano
一広 佐野
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Toshiba Corp
AGC Techno Glass Co Ltd
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Toshiba Corp
Toshiba Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】真空封着時に発泡を抑える封着用ガラス、フリ
ットガラス、その製造方法および使用方法を提供する。 【構成】電気炉中で、ハロゲンガスによって水分もしく
はヒドロキシル基を取り除くガス処理装置により熱処理
された表面水分300ppm以下の封着用ガラス粉末で
ある。また、上記のように熱処理されたガラス粉末に、
熱膨張係数を調節する耐火物フィラーを混合したフリッ
トガラスである。 【効果】真空封着時に溶融した封着用ガラスからの発泡
が極めて少なくなり、封着部の気密性や封着強度が向上
でき、熱サイクルも最小限に減らせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、真空雰囲気中における
小型電子管部品や圧電素子などの気密封着に適した封着
用ガラス、フリットガラス、その製造方法および使用方
法に関する。
【0002】
【従来技術】従来の封着用ガラスは、低融点ガラスおよ
び低融点結晶化ガラスだけのものまたは、これらにフィ
ラーを混ぜたフリットガラスを大気中で、ガラス、セラ
ミックス、金属等の同種類あるいは異種類の材料の気密
封着に使用されたものであった。
【0003】しかしながら、最近の電子部品では、小型
化、高性能化に伴い真空雰囲気内で封着が必要である部
品や真空雰囲気内で封着が有効な部品が増加している。
【0004】これらの電子部品の真空封着方法として
は、封着用ガラスを被封着物の封着面の形にプレスし被
封着物にのせる。これを大気中で仮焼成し、次に真空中
で封着温度より数十度高い温度に加熱して脱泡する。そ
して、封着用ガラスが固化するまで冷却し、それから他
方の封着物と接合再加熱して真空封着をしていた。
【0005】なお、本明細書における封着用ガラス粉末
は、ガラスのみの封着用ガラスであり、フリットガラス
は、ガラスにフィラーが混合された封着用ガラスであ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の封着用ガラスで
は、熱サイクルを1回にして真空封着を行なうと、溶融
した封着用ガラスからの発泡のため、封着部の気密性や
封着強度の低下を引き起こす問題があった。
【0007】そこで、上記のように、溶融した封着用ガ
ラスからの発泡に対して脱泡工程を加え、熱サイクルを
最低2回行なって封着時の発泡を低減していた。しかし
ながら、この方法は熱エネルギーの浪費や封着工程の複
雑化をまねく欠点があり、発泡を完全に除去するには、
500℃で30分/gの時間がかかっていた。
【0008】そこで、本発明は、真空封着時に発泡しな
い封着用ガラスとその製造方法および使用方法を提供す
ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス粉末の
表面の水分含有量を300ppm以下とした封着用ガラ
スである。
【0010】前記ガラス粉末の表面を電気炉中でハロゲ
ンガスによって熱処理した前記封着用ガラスの製造方法
である。
【0011】前記ガラス粉末と、耐火物フィラーとを混
合し、このときの表面の水分含有量を300ppmとし
たフリットガラスである。
【0012】封着用ガラスの使用時の表面の水分含有量
が300ppm以下で使用する使用方法である。
【0013】
【作用】本発明者は、封着用ガラスの発泡原因について
調査、研究した結果、ガラス表面の水分またはヒドロキ
シル基(−OH基)量と発泡量との間に図1のような一
定の相関関係があるのことを見出だし本発明をするに至
った。
【0014】ここで図1は、表面水分含有量と水分脱離
速度の関係を、封着ガラス粒度45μm以下、温度45
0°Cにおいて示したものである。水分脱離速度と発泡
量の間には、水分脱離速度が速いときには発泡が激しく
起こり水分脱離速度が遅いときには、発泡が少ない関係
がある。水分含有量が、300ppmでは、2.13×
108 Pa/秒(1.6×106 Torr/秒)であ
り、250ppm以下では、1.33×108 Pa/秒
(1.0×106 Torr/秒)以下である。水分含有
量が400ppmでは、6.12×108 Pa/秒
(4.6×106 Torr/秒)以上である。
【0015】ガラス粉末に、耐火物フィラーを混合する
ことにより、フリットガラスの熱膨張係数α(以下αと
する)を調節できる。ガラス粉末の表面水分を300p
pm以下にすることにより真空封着の際、低発泡にする
ことができる。
【0016】ガス処理装置に用いるハロゲンガスは、ガ
ラス表面の水分もしくはヒドロキシル基と置換反応を
し、ガラス表面に付着する。この付着したハロゲンガス
は、ガラスが溶融したときにガラス中に取り込まれガラ
スの一部となる。
【0017】
【実施例】本発明の実施例を図1乃至図3を用いて詳細
に説明する。
【0018】本実施例に用いたガラス粉末は、PbO−
2 3 −Tl2 O系ガラスである。このガラスの成分
比は、PbO:70重量%,B2 3 :10重量%,T
2O:15重量%,SnO2 :5重量%であり、ガラ
ス特性は、ガラス転移点Tg:250℃,ガラス軟化温
度Ts:303℃である。このガラス粉末は、粒径は4
5μm以下に篩分されたものでり、以下の装置によりガ
ラス粉末の表面の水分含有量が237ppmに調節され
たものである。
【0019】ここで、ガラス粉末の表面としたのは、一
般的に一度溶融し成形された同じ大きさ、同じ重さの2
つのガラスで、1つは、粉々にしてもう一つはそのまま
の状態にしておき、再度るつぼにより溶融すると粉々に
したガラスの発泡量がそのままの状態のガラスの発泡量
に比べて非常に多い。これは、発泡原因となる水分もし
くはヒドロキシル基がガラス粉末表面に大量に付着して
ガラス中のヒドロキシル基は溶融後の発泡を生ずるほど
存在しない。
【0020】図2のガス処理装置を説明すると、キャリ
アガスO2 ,N2 がガス中の水分を取り除くゼオライト
乾燥筒10を通って、ゼオライト乾燥筒10で除去でき
なかったガス中の水分を凍らせる液体窒素トラップ9を
通る。以上の過程を経て、完全に乾燥されたキャリアガ
スO2 ,N2 は、CCl4 容器内のCCl4 液8中に送
り込まれ、容器内のCCl4 蒸気が電気炉7中の石英ガ
ラス管3に送り込まれる。この石英ガラス管3は、両端
をシリコン栓5でふさがれ、一方にはCCl4蒸気導入
管6、他方にはガス排気口1とガラス粉末投入口2が設
けられており、CCl4 蒸気導入管6側の石英ガラス管
3内面に処理ガラス捕集部4を設けている。
【0021】また、この石英ガラス管3は、投入された
ガラス粉末を粉末もしくは一度溶融されたガラスビーズ
の形で補集するため、CCl4 蒸気導入管6が設けられ
ているシリコン栓から最低、処理ガラス捕集部4の所ま
で電気炉7の外に出されていなければならない。
【0022】この装置による反応機構は次の通りであ
る。
【0023】電気炉7によって800℃以上に加熱され
ている石英ガラス管3中で、CCl4 蒸気は分解反応C
Cl4 →C+2Cl2 を起こす。このCl2 は、ガラス
粉末投入口2から投入されたガラス粉末表面の水分もし
くはヒドロキシル基と反応し例えば2H2 O+Cl2
2HCl+O2 となりガラス粉末表面の水分もしくはヒ
ドロキシル基を塩素と置換して除去する。この塩素ガス
は、ガラス粉末が溶融する際ガラス中に取り込まれガラ
スの一部となる。
【0024】熱処理されたガラス粉末約60重量%と、
耐火物フィラーとしてPbTiO3約30重量%、Zr
SiO4 約10重量%とを混合してフリットガラスとす
る。このフリットガラスは、αが80〜85×10-7
℃、ガラス軟化温度が350℃より低い、低融点,低膨
脹となっている。
【0025】PbTiO3 とZrSiO4 は、共にフリ
ットガラスのαを調節するために混合し、ソーダ石灰ガ
ラスとのαの差をなくし封着時の歪を低減する。また、
ZrSiO4 はPbTiO3 の多量な混合による封着強
度の低下を押さえる。
【0026】ここで、耐火物フィラーに付着している水
分もしくはヒドロキシル基は、ガラス表面の水分含有量
に比べて極めて少なく無視できるものである。
【0027】このようにして本実施例のフリットガラス
を作製した。
【0028】次に実施例のフリットガラスを用いて封着
試験を行った。
【0029】封着試験では、αが85×10-7/℃、縦
50mm、横70mm、厚さ5mmの2枚のソーダ石灰ガラス
板を重ねその封着面をフリットガラスによって封着した
サンプルを作製し評価した。なお、このとき封着面積は
10cm2 とした。
【0030】また、比較例としてガラス粉末表面を処理
していないガラス粉末を用いたフリットガラスについて
も同様な封着試験を行った。
【0031】まず、フリットガラスをソーダ石灰ガラス
にのせやすくするためにプレスし固めた。プレスされた
フリットガラスを一方のソーダ石灰ガラス板にのせ、も
う一方のソーダ石灰ガラス板と合せて真空加熱炉に収容
する。炉内の真空度を1.33×10-3Pa(約10-5
Torr)にし、450℃〜500℃で本焼成を行っ
た。本焼成時の真空度の変化が、比較例に比べ小さかっ
た結果から発泡量が減少していることがわかった。
【0032】残存泡は、実施例のフリットガラスを用い
たサンプルでは、冷却後の封着面に、肉眼では確認され
なかった。
【0033】封着強度は、図3に示すような封着強度測
定装置で測定した。
【0034】封着強度測定装置は、一対のソーダ石灰ガ
ラス板13、14を前記実施例によるフリットガラス1
5で接着した測定物を、この測定物の測定面の中心から
両端側に25mm離れた所に設けてある2つの治具16,
17で支える。そして、封着面18の中心に封着面に垂
直な力19を加える試験を行った結果、本実施例のフリ
ットガラスを用いたサンプルの封着強度は15kg以上と
なり、比較例のフリットガラスを用いたサンプルの封着
強度は10kg以下となった。
【0035】ガラス粉末の水分は、400℃の条件でカ
ールフィシャー水分計により測定した。このガラス粉末
は、ガス処理装置中で、キャリアガスの流量を200ml
/分にし、電気炉9中の石英ガラス管3内雰囲気を80
0℃以上に保って、ガラス粉末の投入量を100g /分
とし、熱処理時間を2秒とした結果、処理前の含水量1
170ppmに比べ低下し、処理後237ppmとなっ
た。
【0036】また、封着部の気密性を調べるHeリーク
テストでは、本実施例のフリットガラスを用いたもので
は、5×10-8atm・l/秒を満足できるものは90%以
上得られ、比較例のフィリットガラスを用いたもので
は、5×10-8atm・l/秒を満足するものは約50%し
か得られなかった。
【0037】次に、45μm以下のガラス粉末で、処理
温度と処理時間をかえたときの封着強度と水分含水量を
表1に示す。
【0038】
【表1】 この実施例における残存泡は、800℃,1000℃,
1200℃で水分含水量が300ppm以下であったも
のは、冷却後の封着面に肉眼では確認されなかった。
【0039】なお、粒径を10μm以下,250μm以
下についても、それぞれ同様な条件で試験を行ったとこ
ろ水分含有量および封着強度は、満足する物が得られ同
様な効果が得られた。
【0040】以上の実施例の他に、フリットガラスの成
分系はSiO2 系,Te系,PbO系,V2 5 系,Z
n系を用いても同様な効果は得られる。耐火物フィラー
は、PbTiO3 ,ZrSiO4 ,Li2 O−Al2
3 −2SiO2 ,2MgO−2Al2 3 −5Si
2 ,Li2 O−Al2 3 −4SiO3 ,Al2 3
−TiO2 ,2ZnO−SiO2 ,SiO2 ,SnO2
等の一種類もしくは数種類混合してもよい。ガス処理装
置のCl2 ガス源は、CCl4 にかえてSOCl2,C
2 ガスを使用したもの、あるいはガス源をフッ素,ヨ
ウ素,臭素等のハロゲンガスを使用したものでもよい。
【0041】なお、好ましいガラス粉末表面の水分含有
量は、図1の表面水分含有量と水分脱離速度の関係よ
り、水分脱離速度が安定している200ppm以下であ
る。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
封着用ガラス溶融時の発泡原因となるガラス粉末表面の
水分もしくはヒドロキシル基が、十分取り除かれている
ため、これを真空封着に使用しても溶融した後の発泡が
極めて少ないことにより、封着部の気密性や、封着強度
が向上され、熱サイクルも最小限に減らせる。
【0043】ハロゲンガスで処理した後のガラス粉末は
表面にハロゲンガスが付着しているので処理後、再度表
面に水分もしくはヒドロキシル基が付着しても、封着用
ガラス溶融過程に蒸発してしまい溶融後の発泡は抑える
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の表面水分含有量と水分脱離速度の相関
関係図である。
【図2】本実施例で使用したガス処理装置の概略図であ
る。
【図3】本実施例の封着強度測定装置の説明図である。
【符号の説明】
1:ガス排気口 2:ガラス投入口 3:石英ガラス管 4:処理ガラス補集部 5:シリコン栓 6:CCl4 蒸気導入管 7:電気炉 8:CCl4 液 9:液体窒素トラップ 10:ゼオライト乾燥筒 11:N2 ボンベ 12:O2 ボンベ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス粉末の表面の水分含有量が300
    ppm以下であることを特徴とする封着用ガラス。
  2. 【請求項2】 ガラス粉末の表面を電気炉中でハロゲン
    ガスによって熱処理することを特徴とする請求項1記載
    の封着用ガラスの製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のガラス粉末と、耐火物フ
    ィラーとを混合し、このときの表面の水分含有量が30
    0ppm以下であることを特徴とするフリットガラス。
  4. 【請求項4】 封着用ガラスの使用時の表面の水分含有
    量が300ppm以下で使用することを特徴とする封着
    用ガラスの使用方法。
JP15251892A 1992-06-12 1992-06-12 封着用ガラス、フリットガラス、その製造方法および使用方法 Pending JPH0672740A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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