JPH10236844A - 封着用組成物 - Google Patents

封着用組成物

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JPH10236844A
JPH10236844A JP4265797A JP4265797A JPH10236844A JP H10236844 A JPH10236844 A JP H10236844A JP 4265797 A JP4265797 A JP 4265797A JP 4265797 A JP4265797 A JP 4265797A JP H10236844 A JPH10236844 A JP H10236844A
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JP
Japan
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sealing
glass
temperature
mgo
alumina
Prior art date
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Pending
Application number
JP4265797A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiki Nishiyuki
敏紀 西雪
Takashi Morita
高史 森田
Gotaro Hatta
剛太郎 八田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Iwaki Glass Co Ltd
Original Assignee
Iwaki Glass Co Ltd
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Publication date
Application filed by Iwaki Glass Co Ltd filed Critical Iwaki Glass Co Ltd
Priority to JP4265797A priority Critical patent/JPH10236844A/ja
Publication of JPH10236844A publication Critical patent/JPH10236844A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/24Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions, i.e. for use as seals between dissimilar materials, e.g. glass and metal; Glass solders

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】900℃以下での封着作業ができ、600℃以
上の耐熱温度を有するセラミックス封着用組成物を得
る。 【解決手段】MgOを含有して本質的にPbOを含有し
ない、酸化亜鉛を主成分とするガラスを含み、10℃/
分の速度で昇温することにより900℃以下の温度で結
晶を析出し、焼成後の50〜700℃の平均熱膨張係数
が50×10-7〜80×10-7/℃の範囲にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック材料例
えばアルミナ(Al23 )を主成分とするセラミック
ス材料を、900℃以下の温度の焼成により、強固かつ
気密に接合できる封着用組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、アルミナを主成分とするセラミッ
クス材料はきわめて多くの分野に使用されているが、セ
ラミックス材料単独ではなく各種の金属材料と複合され
た形での使用例が多い。また、アルミナ主成分のセラミ
ックス材料はその良好な耐熱性を生かし、通常のガラス
材料では耐えられないような600℃以上の高温雰囲気
で使用されることが多い。このような使用に耐えうるア
ルミナセラミックス材料を気密に接合するための封着材
料としては、付属する金属材料を損傷しないよう900
℃以下で封着作業が可能なことが必要である。さらに耐
熱温度としては、600℃以上を有することが望まし
い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】アルミナを主成分とす
るセラミックス材料を接合する材料としては、PbO−
23 を主成分とするハンダガラス(ガラスフリッ
ト)が多種知られており、ICのセラミックスパッケー
ジの封止用などに実際に使用されている。しかし、これ
らのPbO−B23 系のハンダガラスは耐熱性が低
く、封着されたセラミックス材料を600℃以上の高温
にさらすと封着部分に融解が起きること、また、有害物
であるPbOを多量に含有するため取扱いに注意を要す
ること、などの欠点があった。
【0004】また比較的高い耐熱性を有するガラスフリ
ットとして、酸化亜鉛を主成分とする半導体被覆用ガラ
スが知られている(特開平5−830など)が、熱膨張
係数が40×10-7/℃以下であってアルミナ主成分の
セラミックスとは熱膨張係数の差が大きいため、封着材
料として用いても、充分な接合強度が得られない欠点が
あった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、MgOを含有して本質
的にPbOを含有しない、酸化亜鉛を主成分とするガラ
スを含み、10℃/分の速度で昇温することにより90
0℃以下の温度で結晶を析出し、焼成後の50〜700
℃の平均熱膨張係数が50×10-7〜80×10-7/℃
の範囲にあることを特徴とする、セラミックス材料を封
着するための封着用組成物を提供する。
【0006】また、前記ガラスが重量表示で、SiO2
5〜15%、B23 18〜30%、ZnO 45〜6
5%、MgO 2〜10%、の成分を含み、これら4成
分の合量が前記ガラスの85%以上を占める上記封着用
組成物を提供する。
【0007】すなわち、本発明は、MgOを含有して本
質的にPbOを含有しない、酸化亜鉛を主成分とするガ
ラスを用いて、焼成、封着時に結晶を析出させることに
より、封着後の充分な耐熱性を確保する。また、上記ガ
ラスを採用することにより、アルミナセラミックスの封
着に好適なように熱膨張係数を設定し、充分な封着時の
接合強度を得るようにしている。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の封着用組成物として好ま
しいガラスの組成を以下に説明する。以下、単に%と記
載した場合は、重量%を意味する。SiO2 が15%超
ではガラスの粘性が上昇し900℃以下の封着が困難に
なる。好ましくは13%以下である。5%未満ではガラ
スが不安定となり、ガラスを作製する際の溶解、冷却中
に結晶析出が起こり封着性能が劣化するおそれがある。
好ましくは8%以上である。
【0009】B23 が30%超では結晶化特性が不良
となり、600℃以上の耐熱性を維持できない場合があ
る。好ましくは28%以下である。18%未満ではガラ
スが不安定となり、ガラスを作製する際の溶解、冷却中
に結晶析出が起こり封着性能が劣化するおそれがある。
好ましくは20%以上である。
【0010】ZnOが65%超ではガラスが不安定とな
り、ガラスを作製する際の溶解、冷却中に結晶析出が起
こり封着性能が劣化するおそれがある。好ましくは62
%以下である。45%未満では結晶化特性が不良となり
600℃以上の耐熱性が維持できないおそれがある。好
ましくは50%以上である。
【0011】MgOが10%超では結晶化特性が不良と
なるおそれがある。好ましくは8%以下である。2%未
満では50〜700℃の平均熱膨張係数が50×10-7
〜80×10-7/℃の間に入らなくなるおそれがある。
【0012】本発明の好ましい形態では、前記4成分の
合量がガラスの85%以上を占めるようにする。効果を
より確実にするためにはガラスの90%以上を占めるよ
うにすることが好ましい。
【0013】上記以外の成分としては、焼成時の結晶化
速度を制御するために、必須ではないがTiO2 、Zr
2 、P25 をそれぞれ10%以下、好ましくは7%
以下加えうる。さらに、本発明におけるガラスには本発
明の効果を損しない限り、公知の清澄剤(As23
Sb23 など)を合量でガラスの1%以下、着色剤
(CoO、Fe23 など)を合量でガラスの2%以下
含有させうる。
【0014】また本発明の封着用組成物は、上記の組成
を有するガラス粉末に、必須ではないが、コーディエラ
イト、ジルコン、β−ユークリプタイト、ホルステライ
ト等のセラミックス粉末を封着用組成物の30%以下の
範囲で混合し、本発明の封着用組成物の熱膨張係数のコ
ントロールを行うこともできる。
【0015】本発明の封着用組成物は焼成後の50〜7
00℃の平均熱膨張係数が50×10-7〜80×10-7
/℃の範囲にある。この範囲外では、アルミナセラミッ
クスと封着部分との熱膨張係数の差が大きいため、充分
な封着強度が得られない。より好ましくは50〜700
℃の平均熱膨張係数が60×10-7〜75×10-7/℃
である。
【0016】また、10℃/分の速度で昇温することに
より900℃以下の温度で結晶を析出する。このため、
900℃以下での封着が可能になり、かつ600℃以上
の耐熱性が得られる。なお、ここで、結晶が析出するか
否かは、所定の熱処理の後、組成物の表面を20倍以上
の倍率をもつ実体顕微鏡または金属顕微鏡で観察する
か、X線回折分析により回折ピークを確認することによ
って知りうる。
【0017】本発明の封着用組成物は、通常この封着用
組成物の粉末を溶剤と混合しペースト状にして被接合物
(α−アルミナ、β−アルミナ、その他アルミナ主成分
の焼結体)に塗布し、焼成することにより接合体を得る
が、他に粉体を加圧成形したもの、加圧成形したものを
ガラスの軟化点付近で焼成した焼結体、または、粉体を
溶剤と混合しスラリー状とした後シート状に成形したも
のを利用し、接合体を得ることもできる。
【0018】さらに本発明のに封着用組成物は、粉砕を
行わず融解溶液を所定の形状に鋳込み成形したもの、お
よびその後さらに所定の寸法に加工したものを封着材料
とし接合体を得ることもできる。この場合、封着材料の
結晶化速度を高めるため、ガラスにSiO2 、B2
3 、ZnO、MgO以外の成分として、TiO2 、Zr
2 、P25 から選ばれる1種以上を、それぞれ0.
5〜10%かつ合量で0. 5〜10%の範囲で加えるこ
とが望ましい。
【0019】
【実施例】表1に本発明の実施例(例1〜6)および比
較例(例7〜8)を示す。表1に示した組成(wt%)
に従い、最終組成物として1kgとなるよう各原料を秤
取しミキサーで混合した。すべての組成には、鉛が本質
的に含まれていない。すなわち、不純物として不可避に
混入するのを除いては鉛は含まれない。
【0020】混合後、白金ルツボを用い電気炉中で13
00℃で1時間保持して溶解した。その後炉内より取り
出し鉄板上に成形したブロックを温度550℃の電気炉
に移し、徐冷した。得られたブロックを例1〜3および
例7については、アルミナ製乳鉢で粗砕の後ボールミル
で微粉砕し、150メッシュのふるいを通し粉末を得
た。例4〜6については、得られたブロックを下記テス
トに見合う形状に切断・研削し、所定のテストサンプル
とした。
【0021】得られたガラスについて、10℃/分の昇
温速度で示差熱分析(DTA)を行い。結晶化を開始す
る温度を測定した。結晶化開始温度で封着は充分に可能
と考えられる。したがって、この温度を表1では封着温
度として記載した。900℃まで結晶析出の見られない
ガラスについては、軟化点より150℃高い温度を封着
温度とした。結晶析出の有無は表1の結晶析出の欄に記
載した。
【0022】熱膨張係数については、各サンプルを封着
温度で30分維持して焼成し、室温まで冷却後、TMA
分析装置(示差熱膨張計)により50〜700℃の平均
熱膨張係数を測定した。
【0023】耐熱性については、各サンプルを封着温度
で30分維持して焼成し、室温まで冷却後、切断・研削
して5mm×5mm×20mmの試験体を作製した。こ
の試験体を600℃で30分の熱処理を行い、肉眼にて
変形が見られたものは不良、見られなかったものを良好
とした。
【0024】接合強度については、5mm×10mm角
で2mm厚のα−アルミナ質板2枚を表1の組成物を介
在させて焼成することにより接合し、その後強度試験機
(オートグラフ)によりせん断強度を測定した。焼成条
件は各々の封着温度で30分維持とした。接合強度は3
00kg/cm2 以上が望ましい。
【0025】気密性については、α−アルミナのチュー
ブ(外径30mm、内径26mm、長さ40mm)とβ
−アルミナの板(50mm角、2mm厚み)を表1の組
成物によりチューブの片端を板で塞ぐように接合し、チ
ューブの開放端をHeリークテスターに接続し、α−ア
ルミナとβ−アルミナの接合部にHeガスを吹き付ける
ことにより、Heリークテストを行った。ヘリウムリー
ク量が10-6atm・cc/sec以上のものは不良、
未満のものを良とした。
【0026】
【表1】
【0027】表1からわかるように、本発明の封着用組
成物はいずれも900℃以下での封着作業が可能で60
0℃以上の耐熱温度を有し、50〜700℃の平均熱膨
張係数が50〜80×10-7/℃の範囲にあり、アルミ
ナ主成分のセラミックスと気密で強固な接合体が得られ
た。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明の封着用組成物は
900℃以下の温度で封着作業ができる。すなわち、被
接合物のAl23 主成分のセラミックスに多くの金属
材料が適用できる。たとえば電極材料を見ると、900
℃以下の封着であればNi、Cu等比較的安価な材料が
使用できるが、900℃以上ではMo、Wなどの高価な
材料が必要となる。
【0029】また、600℃以上の耐熱を有し、アルミ
ナ主成分のセラミックスを気密にかつ強固に接合でき
る。さらにPbOを含有しないため、作業上も特別な安
全対策を行う必要がなく、また廃棄も容易に行える利点
もある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】MgOを含有して本質的にPbOを含有し
    ない、酸化亜鉛を主成分とするガラスを含み、10℃/
    分の速度で昇温することにより900℃以下の温度で結
    晶を析出し、焼成後の50〜700℃の平均熱膨張係数
    が50×10-7〜80×10-7/℃の範囲にあることを
    特徴とする、セラミックス材料を封着するための封着用
    組成物。
  2. 【請求項2】前記ガラスが重量表示で、 SiO2 5〜15%、 B23 18〜30%、 ZnO 45〜65%、 MgO 2〜10%、 の成分を含み、前記成分の合量が前記ガラスの85%以
    上を占める請求項1記載の封着用組成物。
JP4265797A 1997-02-26 1997-02-26 封着用組成物 Pending JPH10236844A (ja)

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