KR101155536B1 - 저융점 유리조성물, 그것을 사용한 저융점 봉착재료 및 전자부품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 실질적으로 비스머스 및 안티몬을 함유하지 않고, 환경과 안전을 배려한 다음에, 400℃ 이하, 바람직하게는 380℃ 이하에서 봉착 가능한 저융점 유리조성물 및 그것을 사용한 저융점 봉착재료, 전극재료를 제공하는 것이다. 또, 그것들을 적용한 IC 세라믹스 패키지, 수정진동자, 화상 표시 장치, 대양전지 소자 등의 전자부품을 제공하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는, 바나듐, 인, 텔루륨 및 철의 산화물을 함유하고, 연화점이 380℃ 이하, 바람직하게는 360℃ 이하의 저융점 유리 조성물로 한다. 또한 성분과 망간, 아연, 텅스텐, 몰리브덴, 바륨의 산화물을 들 수 있다. 또, 바나듐, 인, 텔루륨, 바륨, 및 텅스텐 또는 몰리브덴, 또한 철 또는 알칼리금속의 산화물을 함유하고, 연화점이 380℃ 이하, 바람직하게는 360℃ 이하의 저융점 유리조성물로 한다.
이를 위하여 본 발명에서는, 바나듐, 인, 텔루륨 및 철의 산화물을 함유하고, 연화점이 380℃ 이하, 바람직하게는 360℃ 이하의 저융점 유리 조성물로 한다. 또한 성분과 망간, 아연, 텅스텐, 몰리브덴, 바륨의 산화물을 들 수 있다. 또, 바나듐, 인, 텔루륨, 바륨, 및 텅스텐 또는 몰리브덴, 또한 철 또는 알칼리금속의 산화물을 함유하고, 연화점이 380℃ 이하, 바람직하게는 360℃ 이하의 저융점 유리조성물로 한다.
Description
본 발명은, IC 세라믹스 패키지, 수정진동자, 화상 표시 장치 등의 전자부품의 봉착 등에 적용할 수 있는 저융점 유리조성물(low softening point glass), 그것을 사용한 저융점 봉착재료, 전자부품에 관한 것이다.
IC 세라믹스 패키지, 수정진동자, 화상 표시 장치 등의 전자부품은, 연화점(softening point)이 460℃ 이하의 유리조성물에 의하여, 기밀하게 봉착되어 있었다. 이 봉착에는, 열팽창을 조정하기 위하여 저열팽창 필러의 분말을 함유하는 것이 일반적이었다. 종래, 이와 같은 유리조성물로서, 산화납을 주성분으로 하는 유리조성물이 사용되고 있었다.
최근, 환경이나 안전의 규제에 의하여 유해한 납을 함유하는 재료의 사용이 회피되게 되었다. 화상 표시 장치의 하나인 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)에서는, 일본국 특개평10-139478호 공보(특허문헌 1)에 기재된 바와 같은 산화비스머스를 주성분으로 하는 무연(無鉛) 유리조성물이 이미 봉착에 적용되게 되었다. PDP와 같이 봉착 온도가 450 ～ 500℃로 비교적 높은 전자부품에서는, 산화비스머스를 주성분으로 하는 무연 유리조성물을 적용 가능하다. 그러나, 봉착 온도가 420℃ 이하로 비교적 낮은 IC 세라믹스 패키지나 수정진동자 등의 전자부품에서는, 아직 산화납을 주성분으로 하는 유리조성물이 사용되고 있다. 또, 400℃ 이하로 더욱 저온화하기 위하여, 산화납을 주성분으로 하는 유리조성물에서는, 불소가 함유된다.
산화비스머스를 주성분으로 하는 무연 유리조성물보다 저온화할 수 있는 무연 유리조성물로서, 일본국 특개평7-69672호 공보(특허문헌 2), 특개2004-250276호 공보(특허문헌 3), 특개2006-342044호 공보(특허문헌 4) 및 특개2007-320822호 공보(특허문헌 5)가 제안되어 있다. 특허문헌 2는 산화주석을 주성분으로 하는 유리조성물, 특허문헌 3 ～ 5는 산화바나듐을 주성분으로 하는 유리조성물이다.
요즘, 유해한 납(lead) 이외에도 비스머스(bismuth)나 안티몬(antimony)도 관리물질로서 받아들여져, 장래적으로 납과 마찬가지로 규제물질이 될 가능성이 있다. 특허문헌 1 및 4의 유리조성물에는 비스머스, 특허문헌 5의 유리조성물에는 안티몬이 함유되어 있다. 특허문헌 2 및 3의 유리조성물에는, 납, 비스머스, 안티몬이 함유되지 않는다.
[특허문헌 1]
일본국 특개평10-139478호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개평7-69672호 공보
[특허문헌 3]
일본국 특개2004-250276호 공보
[특허문헌 4]
일본국 특개2006-342044호 공보
[특허문헌 5]
일본국 특개2007-320822호 공보
요즘, 유해한 납 이외에도 비스머스나 안티몬도 관리물질로서 받아들여져, 장래적으로는 납과 마찬가지로 규제가 가해질 가능성이 있다. 특허문헌 1 및 4의 유리조성물에는 비스머스, 특허문헌 5의 유리조성물에는 안티몬이 함유되어 있다. 특허문헌 2 및 3의 유리조성물에는, 납, 비스머스, 안티몬이 함유되지 않는다.
그러나, 특허문헌 2에 기재된 산화주석을 주성분으로 하는 유리조성물은, 대기 중에서 가열되면, 주석의 가수(價數)가 2가에서 4가로 변화되고, 내습성, 내수성 등의 화학적 안정성이 열화된다. 즉, 신뢰성이 높은 기밀한 봉착이 어렵다. 또, 420℃ 이하의 기밀 봉착이 어렵다.
특허문헌 3에 기재된 산화바나듐을 주성분으로 하는 유리조성물은, 400℃ 이하의 저온 봉착도 가능하나, 열팽창이 매우 크고, 고가의 인산지르코늄 텅스텐 등의 저열팽창 필러를 다량으로 함유시켜야 한다. 게다가, 열팽창을 컨트롤하기 어렵다. 또, 봉착부분에 기포가 다수 잔류하여, 기밀성이 부족하다.
그래서, 본 발명의 목적은, 실질적으로 납, 비스머스, 안티몬을 함유하지 않고, 400℃ 이하, 바람직하게는 380℃ 이하에서 봉착 가능한, 즉 연화점이 380℃ 이하인 저융점 유리조성물 및 그것을 사용한 저융점 봉착재료를 제공하는 것에 있다. 또한 25℃에서 250℃까지의 열팽창계수가 120 × 10-7/℃ 이하, 바람직하게는 100 × 10-7/℃ 이하이고, 연화점이 360℃ 이하인 저융점 유리조성물, 및 그 저융점 유리조성물을 사용하여, 25℃에서 250℃까지의 열팽창계수가 80 × 10-7/℃ 이하, 또는 95 ～ 120 × 10-7/℃ 인 봉착재료를 제공하는 것에 있다. 다른 본 발명의 목적은, 상기 본 발명의 유리조성물, 또는 그 봉착재료를 적용한 전자부품을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 특징은, 실질적으로 납, 비스머스 및 안티몬을 함유하지 않고, 바나듐, 인, 텔루륨 및 철의 산화물을 함유하는 유리에 있어서, 연화점이 380℃ 이하인 저융점 유리조성물에 있다. 유리조성물의 성분으로서는, 또한, 망간, 아연, 텅스텐, 몰리브덴, 바륨 중 적어도 어느 1종 이상의 산화물 을 함유한다. 그 저융점 유리조성물의 조성범위는, 각 성분의 산화물 환산으로, 산화바나듐(V2O5)이 45 ～ 65 중량%, 산화인(P2O5)이 10 ～ 20 중량%, 산화텔루륨(TeO2)이 10 ～ 25 중량%, 산화철(Fe2O3)이 5 ～ 15 중량%, 산화망간(MnO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화몰리브덴(MoO3), 산화바륨(BaO)이 합계로 0 ～ 10 중량% 이다. 상기 저융점 유리조성물의 바람직한 특성은, 25℃에서 250℃까지의 열팽창계수가 100 × 10-7/℃ 이하이다. 더욱 바람직하게는 연화점이 360℃ 이하이다.
또, 본 발명은, 실질적으로 납, 비스머스 및 안티몬을 함유하지 않고, 바나듐, 인, 텔루륨, 바륨, 및 텅스텐 또는 몰리브덴, 또한 철 또는 알칼리금속의 산화물을 함유하고, 연화점이 380℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저융점 유리조성물이다. 그 저융점 유리조성물의 바람직한 조성범위는, 각 성분의 산화물 환산으로, 산화바나듐(V2O5)을 40 ～ 55 중량%, 산화인(P2O5)을 5 ～ 15 중량%, 산화텔루륨(TeO2)을 20 ～ 30 중량%, 산화바륨(BaO)을 2 ～ 10 중량%, 산화텅스텐(WO3)을 0～15 중량%, 산화몰리브덴(MoO3)을 0 ～ 15 중량%, 산화철(Fe2O3)을 0 ～ 8 중량%, 알칼리금속산화물(R2O : R은 알칼리금속)을 0 ～ 5 중량% 함유하고, 또한 P2O5와 TeO2의 합이 30 ～ 40 중량%, WO3과 MoO3의 합이 5 ～ 15 중량%, Fe2O3과 R2O의 합이 2 ～ 8 중량%이다. 더욱 바람직하게는 상기 저융점 유리조성물의 연화점은 360℃ 이하이고, 또한 25℃에서 250℃까지의 열팽창계수가 12O × 10-7/℃ 이하가 좋다.
또, 본 발명은 상기 저융점 유리조성물을 함유하는 봉착재료(sealing material)이다. 이 봉착재료는 분말형상의 상기 저융점 유리조성물과, 분말형상의 필러(filler)를 함유하고, 저융점 유리조성물이 70 체적% 이상, 필러의 함유량이 30 체적% 이하로 구성된다. 이 필러의 평균 입자지름은 30 ㎛ 이하이다. 필러로서는, 산화니오브, 산화탄탈 또는 그것들의 화합물이 적합하다. 또, 필러로서 인산 텅스텐산 지르코늄(zirconium tungsten phosphate)이 적합하다. 또한 25℃에서 250℃까지의 열팽창계수가 80 × 10-7/℃ 이하인 것이 바람직하다. 또는 25℃에서 250℃까지의 열팽창계수가 95 ～ 120 × 10-7/℃ 이상인 것이 바람직하다.
또, 본 발명은 금속분말과 상기 저융점 유리조성물을 함유하는 전극재료이다. 금속분말은 83 ～ 93 체적% 함유되고, 은, 구리, 알루미늄 또는 그것들의 합금으로 이루어진다.
또한, 본 발명은 상기 저융점 유리조성물의 분말과, 수지(resin material)와, 용제(solvent)를 함유하는 봉착용 유리 페이스트(glass paste)이다. 열팽창의 조정을 위해, 상기 필러의 분말을 함유하는 경우도 있다. 상기 수지는, 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose), 니트로 셀룰로오스(nitro cellulose), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 아크릴릭 수지(acrylic resin) 등을 포함하고, 용제에 비해 높은 끓는 점(boiling point)을 가지고 있다. 상기 용제 속에 녹은 상기 수지는, 상기 페이스트의 점도를 조정한다. 상기 수지는 상대적으로 낮은 온도에서 분해되거나 또는 증발될 수 있다. 상기 수지를 용해하기 위한 용제는, 테피네올(terpineol), 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(diethylene glycol monobutyl ether), 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol), 모노부틸 에테르 아세테이트(monobutyl ether acetate), 부틸 카비톨(butyl carbitol) 등을 포함한다.
상기 용제는 건조 공정에서 제거된다. 건조 공정 후, 상기 수지는 상기 페이스트에 잔류하고, 유리 분말과 바인딩된다. 그러고 나면, 상기 페이스트는 상기 유리조성물이 연화(soften)되거나 유동하지(flow) 않도록 하는 소정의 온도로 가열되어, 상기 수지를 증발시킨다. 그리고 나서, 상기 유리조성물의 연화 및 유동을 초래하도록 상기 유리 페이스트가 소성된다. 즉, 상기 수지의 증발은 소성 전에 완료되어야만 한다.
또, 본 발명은, 유리 봉착부, 유리 접착부, 유리 피복부를 가지는 전자부품(electronic part)에 있어서, 이 유리 봉착부, 유리 접착부, 유리 피복부에 상기 저융점 유리조성물을 함유하는 것을 특징으로 한다. 상기 저융점 유리조성물은, 봉착재료로서 IC 세라믹스 패키지, 수정진동자, 화상 표시 장치의 전자부품에 널리 응용 전개할 수 있는 것이다. 이것 이외에도 금속과 유리를 함유하는 전극이 형성된 전자부품에 있어서, 그 유리로서 상기 저융점 유리조성물이 사용되는 것을 특징으로 한다. 그 전자부품으로서는, 화상 표시 장치, 태양전지 셀을 들 수 있다.
본 발명에 의하면, 납, 비스머스, 안티몬을 사용하지 않고도, 연화점이 380℃ 이하, 바람직하게는 360℃ 이하의 저융점 유리조성물을 제공할 수 있다. 또, 이 저융점 유리조성물을 사용함으로써, 봉착 온도가 400℃ 이하, 바람직하게는 380℃ 이하의 봉착재료를 제공할 수 있다. 또한, 이 저융점 유리조성물은, 각종 전자부품의 저온 유리 봉착, 저온 유리접착, 저온 유리피복, 전극형성 등에 널리 응용할 수 있고, 환경?안전규제에 적합한 제품을 제공할 수 있다. 대표적인 전자부품으로서는, IC 세라믹스 패키지, 수정진동자, 화상 표시 장치, 태양전지 소자 등을 들 수 있다.
도 1은 저융점 유리 소성 도막을 형성한 샘플 기판의 상면도,
도 2는 도 1을 이용하여 유리 봉착한 샘플 봉착체의 단면도,
도 3은 대표적인 플라즈마 디스플레이 패널의 구성을 나타내는 단면도,
도 4는 대표적인 IC 세라믹스 패키지의 구성을 나타내는 단면도,
도 5는 대표적인 수정진동자의 구성을 나타내는 단면도,
도 6은 대표적인 태양전지 소자의 구성을 나타내는 단면도,
도 7은 대표적인 태양전지 소자의 구성을 나타내는 수광면도,
도 8은 대표적인 태양전지 소자의 구성을 나타내는 이면도이다.
도 2는 도 1을 이용하여 유리 봉착한 샘플 봉착체의 단면도,
도 3은 대표적인 플라즈마 디스플레이 패널의 구성을 나타내는 단면도,
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도 5는 대표적인 수정진동자의 구성을 나타내는 단면도,
도 6은 대표적인 태양전지 소자의 구성을 나타내는 단면도,
도 7은 대표적인 태양전지 소자의 구성을 나타내는 수광면도,
도 8은 대표적인 태양전지 소자의 구성을 나타내는 이면도이다.
본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
종래, 전자부품의 저온 유리 봉착, 저온 유리 접착, 저온 유리 피복 등에는, 산화납을 주성분으로 하는 저온에서 연화되는 유리조성물이 봉착재료로 적용되고 있었다. 최근, 환경이나 안전의 규제에 의하여 납을 함유하는 재료를 전자부품에 사용할 수 없게 되고 있다. 봉착 온도가 450 ～ 500℃로 비교적 높은 PDP 등에서는, 이미 산화비스머스를 주성분으로 하는 무연 유리조성물로 대체되어 있으나, 420℃ 이하에서의 유리 봉착, 접착, 피복이 요구되는 전자부품, 예를들면 IC 세라믹스 패키지나 수정진동자 등에서는, 아직 산화납을 주성분으로 하는 유리조성물이 사용되고 있다.
또한, 최근에는 납 이외의 비스머스나 안티몬도 환경 관리물질로서 받아들여져, 장래적으로는 납과 마찬가지로, 또는 그것에 가까운 규제가 전자부품으로서 가해질 가능성이 있다.
그래서, 실질적으로 납, 비스머스, 안티몬을 함유하지 않고, 봉착 온도가 420℃ 이하, 특히 400℃ 이하의 저융점 유리조성물이 폭 넓은 제품분야에서 요구되게 되었다. 통상, 400℃ 이하의 봉착에는, 유리의 연화점을 380℃ 이하로 할 필요가 있다. 또한 봉착 온도가 380℃ 이하의 저온화가 요구되고 있고, 360℃ 이하의 연화점을 가지는 저융점 유리조성물의 출현이 요망되고 있다.
납, 비스머스, 안티몬을 함유하지 않은 저온 유리조성물로서, 산화주석을 주성분으로 하는 유리를 들 수 있으나, 420℃ 이하에서의 저온 봉착이 어렵고, 더구나 대기 중에서 가열하면 주석의 가수 변화에 의해 내습성, 내수성 등이 불충분하여, 실용성이 부족한 것이었다. 또, 납, 비스머스, 안티몬을 함유하지 않은 저온 유리조성물로서, 400℃ 이하에서 저온 봉착 가능한 산화바나듐과 산화텔루륨을 주성분으로 하는 유리를 들 수 있으나, 열팽창계수가 13O × 10-7/℃ 이상으로 매우 크기 때문에, 저열팽창 필러의 함유에 의한 열팽창의 컨트롤이 하기 어렵고, 또 잔류 기포가 많기 때문에, 높은 기밀성이 얻어지기 어려워, 실용성이 높은 것이 아니었다. 120 × 10-7/℃ 이하, 바람직하게는 100 × 10-7/℃ 이하이면 사용하기 쉬워진다.
그래서, 본원 발명자는, 납, 비스머스, 안티몬을 사용하지 않아도, 실용성이 높고, 400℃ 이하의 저온에서 봉착 가능한 저융점 유리조성물을 검토하였다. 그 결과, 환경, 안전에 대한 배려 후에, 내습성과 열팽창계수를 개선한, 연화점이 380℃ 이하인 저융점 유리조성물을 얻을 수 있었다. 이 저융점 유리조성물은, 적어도바나듐, 인, 텔루륨, 철의 산화물로 이루어진다. 그 밖의 성분으로서 망간, 아연, 텅스텐, 몰리브덴, 바륨의 산화물 중 1종 이상 함유하여도 된다. 바람직한 조성범위는, 뒤에 기재한 산화물 환산으로, V2O5를 45 ～ 65 중량%, P2O5를 10 ～ 20 중량%, TeO2를 10 ～ 25 중량%, Fe2O3를 5 ～ 15 중량%, MnO2, ZnO, WO3, MoO3, BaO를 합계로 0 ～ 10 중량% 이었다. V2O5는 45 중량% 미만이면, 연화점이 380℃를 넘어, 400℃ 이하의 봉착이 어렵게 되고, 한편, 65 중량%를 넘으면, 내습성이 나빠졌다. P2O5는 10 중량% 미만이면, 결정화되기 쉬워져, 400℃ 이하에서 양호한 연화 유동성이 얻어지지 않고, 한편 20 중량%를 넘으면 연화점이 380℃를 넘어, 400℃ 이하의 봉착이 어렵게 되었다. TeO2는 10 중량% 미만이면, 결정화되기 쉽고, 또한 연화점을 380℃ 이하로 하는 것이 어려우며, 한편 25 중량%를 넘으면, 열팽창계수가 100× 10-7/℃를 넘어, 너무 커져, 실용성이 부족하게 되었다. Fe2O3은 5 중량% 미만이면 양호한 내습성이 얻어지지 않고, 한편 15 중량%를 넘으면, 결정화되기 쉬워, 400℃ 이하에서 양호한 연화 유동성이 얻어지지 않았다. 또, MnO2, ZnO, WO3, MoO3, BaO의 합계가 10 중량%를 넘으면, 결정화되기 쉬워, 400℃ 이하에서 양호한 연화 유동성이 얻어지지 않았다. 더욱 바람직한 조성범위는, V2O5를 5O ～6O 중량%, P2O5를 15 ～ 20 중량%, TeO2를 15 ～ 25 중량%, Fe2O3을 5 ～ 10 중량%, MnO2, ZnO, WO3, MoO3, BaO를 합계로 0 ～ 5중량% 이었다.
또, 본 발명의 저융점 유리조성물은,바나듐, 인, 텔루륨, 바륨, 및 텅스텐 또는 몰리브덴, 또한 철이나 알칼리금속의 산화물로 이루어진다. 바람직한 조성범위는, 뒤에 기재하는 산화물 환산으로, V2O5를 40 ～ 55 중량%, P2O5를 5 ～ 15 중량%, TeO2를 20 ～ 30 중량%, BaO를 2 ～ 10 중량%, WO3을 0 ～ 15 중량%, MoO3을 0 ～ 15 중량%, Fe2O3을 O ～ 8 중량%, R2O(R은 알칼리금속)를 0 ～ 5 중량%를 함유하고, 또한 P2O5와 TeO2의 합이 30 ～ 40 중량%, WO3과 MoO3의 합이 5 ～ 15 중량%, Fe2O3과 R2O의 합이 2 ～ 8 중량% 이었다. V2O5는 40 중량% 미만이면, 연화점이 380℃를 넘어, 400℃ 이하의 봉착이 어렵게 되고, 한편 55 중량%를 넘으면, 양호한 내습성이 얻어지지 않았다. P2O5는 5 중량% 미만이면, 결정화되기 쉬워져, 400℃ 이하에서 양호한 연화 유동성이 얻어지지 않고, 한편 15 중량%를 넘으면, 연화점이 380℃를 넘어, 400℃ 이하의 봉착이 어렵게 되었다. TeO2는 20 중량% 미만이면, 결정화되기 쉽고, 또한 연화점을 380℃ 이하로 하는 것이 어려우며, 한편 30 중량%를 넘으면, 열팽창계수가 매우 지나치게 커지고, 또한 내습성이 저하하였다. BaO는 2 중량% 미만이면, 내습성이 저하하고, 한편 10 중량%를 넘으면 결정화 경향이 커지거나, 또한 연화점이나 봉착 온도가 고온화되었다. WO3은 15 중량%를 넘으면, 연화점이나 봉착 온도가 고온화되고, MoO3은 15 중량%를 넘으면, 내습성이 저하하였다. Fe2O3은 8 중량%를 넘으면, 결정화를 일으키기 쉬워졌다. R2O(R은 알칼리금속)의 함유는 내습성을 향상할 수 있었으나, 5 중량%를 넘으면 반대로 내습성이 저하하였다. 또한, P2O5와 TeO2의 합이 30 중량% 미만이면, 결정화되기 쉽고, 한편 40 중량%를 넘으면 내습성이 저하하였다. 또, WO3과 MoO3의 합이 5 중량% 미만이면, 결정화되기 쉽고, 양호한 내습성이 얻어지지 않으며, 한편 15 중량%를 넘으면, 연화점이나 봉착 온도가 고온화하였다. 게다가, Fe2O3와 R2O의 합이 2 중량% 미만이면, 양호한 내습성이 얻어지지 않고, 한편 8 중량%를 넘으면, 결정화를 일으키기 쉬워졌다.
본 발명의 저융점 유리조성물은, 필러 분말과 조합시킴으로써, 열팽창계수나 유동성을 제어 가능하고, IC 세라믹스 패키지, 수정진동자, 화상 표시 장치 등의 전자부품의 저온 기밀 봉착에 널리 전개하는 것이 가능하다. 또, 금속입자와 조합시킴으로써, 화상 표시 장치나 태양전지 소자 등의 전극으로서도 널리 전개할 수 있는 것이다.
이하, 실시예에서 본 발명을 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
표 1 내지 도 3에, 제작, 검토한 저융점 유리조성물의 조성과 특성을 나타낸다. 어느 성분이나 표 1에서 나타낸 산화물 환산의 중량비로 표시하였다. 이들 저융점 유리조성물에는, 환경, 안전을 배려하여, 실질적으로 납, 비스머스 및 안티몬을 함유시키지 않았다. 유리 원료로서 바나듐은 V2O5, 인은 P2O5, 텔루륨은 TeO2, 철은 Fe2O3, 망간은 MnO2, 아연은 ZnO, 텅스텐은 WO3, 몰리브덴은 MoO3, 바륨은 Ba(PO3)2를 사용하였다. 원료로서 Ba(PO3)2를 사용하는 경우에는 P2O5의 원료량을 적게 하여 환산하였다.
표 1 ～ 표 3의 저융점 유리조성물은, 다음에 설명하는 방법으로 제작하였다. 원료가 되는 각 산화물을 배합?혼합한 원료 150 ～ 200 g을 백금 도가니에 넣고, 전기로에서 5 ～ 10℃/분의 승온속도로 900 ～ 950℃까지 가열하고, 1시간 유지하였다. 유지 중에는 균일한 유리로 하기 위하여 교반하였다. 도가니를 전기로로부터 인출하여, 미리 150℃ 정도로 가열해 둔 흑연 주형과 스테인레스판 위로 흘려 넣었다. 스테인레스판 위로 흘려 넣은 유리는, 입자지름 20 ㎛ 미만으로까지 분쇄하고, 5℃/분의 승온속도로 시차열분석(DTA)을 행함으로써, 전이점(Tg), 굴복점(Mg), 연화점(Ts), 결정화 온도(Tcry)의 특성 온도를 측정하였다. 또한, 표준 샘플로서 알루미나 분말을 사용하였다. DTA 커브에서, Tg는 제 1 흡열 피크의 개시온도, Mg는 제 1 흡열 피크온도, 연화점은 제 2 흡열 피크온도, Tcry는 결정화에 의한 발열 개시온도로 하였다. 열팽창계수(α)는, 25 ～ 250℃의 온도범위로서 측정하였다. 열팽창 측정 샘플은, 흑연 주형에 흘려 넣은 유리를 Tg ～ Mg의 온도에서 어닐링 처리를 실시한 후에, 4 × 4 × 20 mm의 직육면체로 가공하였다. 열팽창계에 의해 5℃/분의 승온속도로 α를 측정하였다. 또한, 표준 샘플로서 φ5 × 20 mm의 석영 유리 원주체를 사용하였다. 또, 버튼 플로우 시험에 의해 가열 시의 연화 유동성을 평가하였다. 그 샘플은, 입자지름 2O ㎛ 이하로까지 분쇄한 유리분말을 사용하여, 직경 10 mm, 두께 5 mm의 프레스 성형체로 하였다. 이 성형체를 알루미나 기판 위에 놓고, 5℃/분의 승온속도로 380℃와 400℃까지 각각 가열하여, 10분간 유지하고, 380℃와 400℃에서의 연화 유동성을 ○, △, ×로 평가하였다. ○는 양호한 유동성이 얻어진 경우, △는 양호한 유동성이 얻어지지 않았으나, 연화되어 있던 경우, ×는 연화되지 않은 경우 또는 결정화한 경우로 하였다. 내습성 시험은, 온도 85℃, 습도 85%의 조건으로 1, 3, 5일간 실시하였다. 내습시험 샘플로는, 상기 열팽창 측정 샘플과 마찬가지로 4 × 4 × 20 mm의 직육면체로 가공한 유리를 사용하였다. 평가는, 외관상 변화없는 경우에는 ○, 변화가 확인된 경우에는 ×라 하였다. 또한 종합적으로 평가하여, 열팽창계수가 100 × 10-7/℃ 이하이고, 또한 380℃와 400℃에서 양호한 연화 유동성을 나타내고, 게다가 우수한 내습성을 가지는 경우에는 ◎, 열팽창계수가 100 × 10-7/℃ 이하이고, 또한 400℃에서 양호한 연화 유동성을 나타내고, 게다가 우수한 내습성을 가지는 경우에는 ○, 열팽창계수가 10O × 10-7/℃ 이하이고, 또한 380℃와 400℃에서 양호한 연화 유동성을 나타내고, 게다가 양호한 내습성을 가지는 경우에는 △, 열팽창계수가 100 × 10-7/℃를 넘거나, 또 400℃ 이하의 연화 유동성 또는 내수성 중 어느 쪽인가가 불충분한 경우에는 ×라 하였다.
표 1 ～ 표 3의 실시예 G2, 4, 12～14, 16～19, 23, 27～31, 33, 35～38, 42, 44, 46에서 알 수 있는 바와 같이, 바나듐, 인, 텔루륨 및 철의 산화물을 함유하고, 연화점이 380℃ 이하인 저융점 유리조성물에 관하여, 열팽창계수가 100 × 10-7/℃ 이하이고, 400℃ 이하에서 양호한 연화 유동성을 나타내며, 또한 양호한 내습성을 가지고 있었다. 다른 성분으로서, 망간, 아연, 텅스텐, 몰리브덴, 바륨의 산화물 중 어느 1종 이상을 함유하여도 상관없고, 바람직한 조성범위는, 뒤에 기재하는 산화물 환산으로 V2O5를 45 ～ 65 중량%, P2O5를 10 ～ 20 중량%, TeO2를 10 ～ 25 중량%, Fe2O3을 5 ～ 15 중량%, MnO2, ZnO, WO3, MoO3, BaO를 합계로 0 ～ 10 중량% 이었다. 또한, 연화점을 360℃ 이하로 한 G2, 4, 12～14, 16～18, 23, 27～31, 33, 36, 42에서는, 380℃에서의 연화 유동성이 우수하고, 380℃ 이하에서의 저온 기밀 봉착이 가능하였다. 게다가, 내습성을 배려하면, G12～14, 16～18, 23, 27～31, 33, 36, 42의 유리가 우수하고, 더욱 바람직한 조성범위는, 뒤에 기재하는 산화물 환산으로 V2O5를 50 ~ 60 중량%, P2O5를 15 ～ 20 중량%, TeO2를 15 ～ 25 중량%, Fe2O3을 5 ～ 10 중량%, MnO2, ZnO, WO3, MoO3, BaO를 합계로 0 ～ 5 중량% 이었다.
(실시예 2)
실시예 2로서, 저융점 유리조성물에 혼합하는 필러의 종류와 함유량에 대하여 검토하였다. 필러로서, 표 4에 나타내는 평균 입자지름 30 ㎛의 코디에라이트, 평균 입자지름 10 ㎛의 비정질 실리카, 평균 입자지름 25 ㎛의 규산지르코늄, 평균 입자지름 40 ㎛의 뮬라이트, 평균 입자지름 5 ㎛의 알루미나, 평균 입자지름 1 ㎛의 산화니오브, 평균 입자지름 3 ㎛의 산화탄탈의 분말을 사용하였다.
저융점 유리조성물로서는, 표 1 ～ 표 3의 G17, 29, 36의 저융점 유리조성물의 분말을 사용하였다. 이들 유리분말은, 더욱 저온에서 연화시키기 위하여 미세화 및 분급하여, 평균 입자지름을 3 ㎛로 하였다. 또, 각각의 저융점 유리조성물에 대한 각종 필러의 함유량을 0, 10, 20, 30, 40, 50 체적%로 하였다.
상기한 저융점 유리조성물과 필러를 혼합하고, 또한 수지와 용제를 가하여, 유리 페이스트로 하였다. 수지로는 폴리에틸렌글리콜, 용제로는 α-테르피네올을 사용하였다. 각각 제작한 유리 페이스트를 도 1에 나타내는 바와 같이 알루미나 기판(1) 위에 도포, 건조한 후에, 승온속도 5℃/분으로 380℃까지 가열하여 10분간 유지하고, 유리 소성 도막(2)을 형성하였다. 또한, 유리 페이스트의 도포 폭은 0.5 mm로 하였다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이 유리 소성 도막(2)을 형성한 알루미나 기판(1)과 동일 형상의 알루미나 기판(3)을 맞추어서, 하중을 가함과 함께, 승온속도 5℃/분으로 360℃까지 가열하여 10분간 유지하고, 봉착하였다. 그 봉착체의 밀착성, 접착성, 잔류 기포를 평가하였다.
평가결과를 표 5에 나타낸다.
밀착성, 접착성, 잔류 기포 모두 우수한 경우에는 ◎, 다소 기포는 잔류하나 양호한 밀착성, 접착성이 얻어진 경우에는 ○, 밀착성이나 잔류 기포가 충분하지 는 않으나, 문제없이 접착할 수 있었던 경우에는 △, 접착성이 불충분한 경우에는 ×라 하였다. 어느 필러, 어느 유리에서도, 필러 함유량 30 체적% 이하, 즉, 유리 함유량 70 체적% 이상에서는, 문제없이 접착할 수 있었다. 특히 필러 함유량이 20체적% 이하, 유리 함유량 80 체적% 이상에서는, 밀착성, 접착성, 잔류 기포가 양호하였다. 한편, 필러 함유량 30 체적%를 넘고, 유리 함유량이 70 체적% 미만이면 잔류 기포가 약간 많고, 또한 양호한 밀착성과 접착성이 얻어지기 어려운 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 저융점 유리조성물에는, 30 체적%까지, 바람직하게는 20 체적%까지의 필러를 혼합하여 저융점 봉착재료로서 유효하게 적용할 수 있다. 그러나, 필러없음에서는, 잔류 기포와 밀착성이 양호하였으나, 유리와 알루미나 기판과의 열팽창계수의 매칭이 좋다고는 할 수 없고, 봉착부분에 균열이 발생하는 경우가 있었다. 이 때문에, 표 5에서는 평가를 △라 하였다. 이것을 대책하기 위해서는, 필러를 함유함으로써, 25℃에서 250℃까지의 열팽창계수를 80 × 10-7/℃로 하는 것이 유효하였다.
또, 표 5에서 필러의 평균 입자지름이 30 ㎛ 이하, 바람직하게는 5 ㎛ 이하가 양호한 접착성이 얻어졌다. 이것은 봉착 두께를 작게 할 수 있기 때문이라고 생각된다. 또한, 산화니오브나 산화탄탈을 필러로 한 경우에는 잔류 기포가 매우 적고, 저융점 봉착재료로서는 더욱 유효하였다. 이것은 산화니오브나 산화탄탈과 유리가, 젖음성이 양호하기 때문이다. 또, 이들 화합물이어도 유효하다고 생각된다.
PDP 유리기판 및 실리콘 기판에 대해서도, 동일한 검토를 행하였다. 상기 알루미나 기판과 대략 동일한 결과가 얻어졌다. 또, 수지로서 폴리프로필렌글리콜이나 아크릴계 수지 등의 저온 분해수지, 용제로서 부틸카비톨아세테이트나 아세트산부틸 등의 소수계 용제도 검토하였으나, 이것에 관해서도 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 3)
실시예 3에서는, 본 발명의 저융점 유리조성물을 사용하여, 금속전극에 적용한 예에 대하여 설명한다. 통상, 전극은 저융점 유리조성물 분말, 금속분말, 수지, 용제로 이루어지는 페이스트를 도포, 건조, 소성함으로써 얻어진다. 본 실시예에서는, 저융점 유리조성물로서, 평균 입자지름 3 ㎛의 표 1 ～ 표 3의 G36을 사용하였다. 또, 금속입자로는, 평균 입자지름 2 ㎛의 알루미늄 분말, 수지로는 폴리에틸렌글리콜, 용제로는 α-테르피네올을 사용하였다. 저융점 유리조성물 G36의 분말을 알루미늄 분말과 혼합하고, 폴리에틸렌글리콜과 α-테르피네올의 용액을 가함으로써 전극용 페이스트를 제작하였다. 저융점 유리조성물 G36의 분말과 알루미늄 분말의 체적 비율은, 5 : 95, 7 : 93, 10 : 90, 17 : 83, 25 : 75로 하여, 5종류의 전극용 페이스트를 제작하고, 검토하였다. 제작한 전극용 페이스트를 사용하여, 인쇄법에 의해 알루미나 기판 위에 도포, 건조한 후, 승온속도 10℃/분으로 400℃까지 가열하고 30분간 유지하여, 알루미늄 전극을 형성하였다.
알루미나 기판 위에 형성한 알루미늄 전극은, 유리분말 G36의 함유량이 증가함과 함께, 한편 알루미늄 분말의 함유량이 감소함과 동시에 기판에 대한 밀착성이 향상하였다. 유리분말 G36의 함유량 5 체적%, 알루미늄 분말의 함유량 95 체적%에서는, 전극의 밀착성은 불충분하였으나, 유리 함유량 7 체적% 이상, 알루미늄함유량 93 체적% 이하에서는 양호한 밀착성이 얻어졌다. 그러나, 유리분말 G36의 함유량이 증가함과 함께, 한편 알루미늄 분말의 함유량이 감소함과 동시에, 전극의 저항값은 증가하였다. 전극의 용도에도 의하나, 전극으로서는, 알루미늄의 함유량은 적어도 83 체적% 이상은 필요하다. 즉, 전극으로서, 바람직한 금속분말의 함유량은, 83 ～ 93 체적% 이다.
상기와 마찬가지로, 은 전극과 구리 전극에 대해서도 검토하였다. 은 전극에는, 평균 입자지름 1 ㎛의 은 분말을 편평화한 입자, 구리 전극에는, 평균 입자지름 3 ㎛의 구리 분말을 편평화한 입자를 사용하였다. 구리 전극의 형성에는, 구리의 산화방지를 위해, 질소 중에서 열처리를 실시하였다. 알루미나 기판 위에 형성한 은 전극, 구리 전극 모두, 상기한 알루미늄 전극과 동일한 결과가 얻어져, 본 발명의 저융점 유리조성물은 저온 봉착 이외에 적용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 4)
실시예 4로서, 본 발명의 저융점 유리조성물을 PDP에 적용한 예를 설명한다. PDP의 단면도의 개요를 도 3에 나타낸다.
PDP에서는, 전면판(10), 배면판(11)이 100 ～ 150 ㎛의 간극을 가지고 대향시켜 배치되고, 각 기판의 간극은 격벽(12)으로 유지되어 있다. 전면판(10)과 배면판(11)의 둘레 가장자리부는 봉착재료(13)로 기밀하게 봉지되고, 패널 내부에 희(希)가스가 충전되어 있다. 격벽(12)에 의해 구획된 미소 공간[셀(14)]에는, 적색, 녹색, 청색의 형광체(15, 16, 17)가 각각 충전되고, 3색의 셀로 1 화소를 구성한다. 각 화소는 신호에 따라 각 색의 광을 발광한다.
전면판(10), 배면판(11)에는, 유리기판 위에 규칙적으로 배열한 전극이 설치되어 있다. 전면판(10)의 표시 전극(18)과 배면판(11)의 어드레스 전극(19)이 쌍이 되고, 그 사이에 표시신호에 따라 선택적으로 100 ～ 200 V의 전압이 인가되어, 전극 사이의 방전에 의해 자외선(20)을 발생시켜 적색, 녹색, 청색 형광체(15, 16, 17)를 발광시키고, 화상정보를 표시한다. 표시 전극(18), 어드레스 전극(19)은, 이들 전극의 보호와, 방전 시의 벽전하의 제어 등을 위해, 유전체층(22, 23)으로 피복된다.
배면판(11)에는, 셀(14)을 형성하기 위하여, 어드레스 전극(19)의 유전체층(23) 위에 격벽(12)이 설치된다. 이 격벽(12)은 스트라이프 형상 또는 박스 형상의 구조체이다. 또, 콘트라스트를 향상하기 위하여, 인접하는 셀의 표시 전극 사이에 블랙 매트릭스(흑색 띠)(21)가 형성되는 경우도 있다.
표시 전극(18), 어드레스 전극(19)으로서는, 현재 일반적으로는 은 후막 배선이 사용되고 있다. 또한, 은의 마이그레이션 대책을 위해, 은 후막 배선으로부터 구리 후막 배선으로의 변경이 검토되고 있다. 그것을 위해서는, 구리의 산화방지 대책이 필요하게 된다. 표시 전극(18), 어드레스 전극(19), 및 블랙 매트릭스(21)의 형성은, 스퍼터링법에 의해서도 가능하나, 가격 저감을 위해서는 인쇄법이 유리하다. 유전체층(22, 23)은, 일반적으로는 인쇄법으로 형성된다.
전면판(10)에서는, 배면판(11)의 어드레스 전극(19)에 직교하도록, 표시 전극(18)이나 블랙 매트릭스(21)를 형성한 후에, 유전체층(22)을 전면에 형성한다. 그 유전체층(22) 위에는, 방전으로부터 표시 전극(18) 등을 보호하기 위하여, 보호층(24)이 형성된다. 일반적으로는, 그 보호층(24)에는, MgO의 증착막이 사용된다. 배면판(11)에는, 어드레스 전극(19), 유전체층(23)의 위에 격벽(12)이 설치된다. 유리 구조체로 이루어지는 격벽은, 적어도 유리조성물과 필러를 함유하는 구조재료로 이루어지고, 그 구조재료를 소결한 소성체로 구성된다. 격벽부에 홈이 패인 휘발성 시트를 부착하고, 그 홈에 격벽용 페이스트를 흘려 넣고, 500～600℃에서 소성함으로써, 시트를 휘발시킴과 동시에 격벽(12)을 형성할 수 있다. 또, 인쇄법으로 격벽용 페이스트를 전면에 도포하고, 건조 후에 마스크하여, 샌드블러스트나 화학 에칭에 의해, 불필요한 부분을 제거하고, 500～600℃에서 소성함으로써 격벽(12)을 형성할 수도 있다. 격벽(12)으로 구획된 셀(14) 내에는, 각 색의 적색, 녹색, 청색 형광체(15, 16, 17)의 페이스트를 각각 충전하고, 400～500℃에서 소성함으로써, 적색, 녹색, 청색 형광체(15, 16, 17)를 각각 형성한다.
통상, 각각 제작한 전면판(10)과 배면판(11)을 대향시켜, 정확하게 위치 맞춤하고, 둘레 가장자리부를 420 ～ 500℃에서 유리 봉착하고 있으나, 더욱 저온에서의 봉착이 요구되고 있다. 봉착재료(13)는, 사전에 전면판(10) 또는 배면판(11) 중 어느 한쪽의 둘레 가장자리부에 디스펜서법 또는 인쇄법에 의해 형성된다. 일반적으로는, 봉착재료(13)는 배면판(11)쪽에 형성된다. 또, 봉착재료(13)는 적색, 녹색, 청색 형광체(15, 16, 17)의 소성과 동시에 사전에 가소성되는 경우도 있다. 이 방법을 취함으로써, 유리 봉착부의 기포를 현저하게 저감할 수 있고, 기밀성이 높은, 즉 신뢰성이 높은 유리 봉착부가 얻어진다. 유리 봉착은, 가열하면서 셀(14) 내부의 가스를 배기하고, 희가스를 봉입하여, 패널이 완성된다.
완성된 패널을 점등하기 위해서는 표시 전극(18)과 어드레스 전극(19)이 교차하는 부위에서 전압을 인가하여, 셀(14) 내의 희가스를 방전시키고, 플라즈마상태로 한다. 그리고, 셀(14) 내의 희가스가 플라즈마상태로부터 원래의 상태로 되돌아갈 때에 발생하는 자외선(20)을 이용하여, 적색, 녹색, 청색 형광체(15, 16, 17)를 발광시켜, 패널을 점등시키고, 화상정보를 표시한다. 각 색을 점등시킬 때에는, 점등시키고 싶은 셀(14)의 표시 전극(18)과 어드레스 전극(19) 사이에서 어드레스 방전을 행하고, 셀 내에 벽전하를 축적한다. 다음에 표시 전극쌍에 일정한 전압을 인가함으로써, 어드레스 방전으로 벽전하가 축적된 셀만 표시 방전이 일어나고, 자외선(20)을 발생시킴으로써, 형광체를 발광시키는 구조로 화상정보의 표시가 행하여진다.
본 실시예에서는, 일단 저융점 유리조성물로서 표 1 ～ 표 3의 G36, 필러로서 표 4의 F5, 수지로서 폴리에틸렌글리콜, 용제로서 α-테르피네올을 사용하여 저온 봉착용 저융점 유리 페이스트를 제작하였다. 또한, G36과 F5의 배합비율은 체적비율로 78 : 22로 하고, 봉착 후에서의 25℃ ～ 250℃의 열팽창계수가 70 ～ 75 × 10-7/℃의 범위에 들어가도록 제어하였다. 이것은 전면판(10)과 배면판(11)에 사용되는 유리기판의 열팽창계수가 80 ～ 85 × 10-7/℃ 이기 때문에, 그것보다 10 ～ 15% 정도 작은 것으로 하고, 봉착재료(13)에 압축 응력을 가하기 위함이다. 제작한 저융점 유리 페이스트를 사용하여, 도 3의 PDP를 저온 봉착하였다. 일단, 이 저융점 페이스트를 배면판(11)의 둘레 가장자리부에 디스펜서법으로 도포, 건조시켰다. 그 후, 승온속도 5℃/분으로 400℃까지 가열하고, 30분간 유지하였다. 다음에, 이 배면판(11)과 전면판(10)을 정확하게 대향시켜, 클립으로 고정하고, 배기하면서, 승온속도 5℃/분으로 350℃까지 가열하고, 2시간 유지한 후에 희가스를 충전하고, 냉각하였다. 종래에 비하여, 봉착 온도를 현저하게 저온화하였음에도 불구하고, 문제없이, 기밀하게 봉착할 수 있었다. 또, 패널 점등시험에서도 문제의 발생은 확인되지 않았다. 봉착 온도의 저온화에 의하여, PDP의 양산성이 향상되고, 저비용화에 기여하는 것이 가능하다.
(실시예 5)
실시예 5로서, 본 발명의 저융점 유리조성물을 IC 세라믹스 패키지에 적용한 예를 설명한다. IC 세라믹스 패키지의 단면도의 개요를 도 4에 나타낸다.
IC 세라믹스 패키지에서는, 메탈라이즈(30)나 단자(31)를 형성한 적층 세라믹스 기판(32)과 세라믹스캡(33)을 봉착재료(13)로 둘레 가장자리부를 기밀하게 봉지하고 있다. 통상, IC 세라믹스 패키지의 유리 봉착은, 세라믹스캡(33)의 둘레 가장자리부에 인쇄법으로 봉착재료(13)가 도포된다. 그 때, 봉착재료(13)는, 유리 페이스트로서 사용된다. 봉착재료(13)를 도포한 세라믹스캡(33)을 건조 후, 대기 중에서 소성한다. 전용의 고정 지그를 사용하여, 봉착재료(13)를 형성한 세라믹스캡(33)과 적층 세라믹스 기판(32)을 대향시키고, 하중을 가함과 함께 고정 지그마다 불활성 분위기 중에서 유리 봉착된다. 종래의 봉착재료에서는, 산화납을 주성분으로 하는 저융점 유리조성물, 또는 그 유리조성물에 불소가 함유된 것이 사용되고, 400℃ 이하의 저온에서 기밀하게 봉착되어 있었다. 그러나, 환경이나 안전을 배려하면, 유해한 납을 함유하는 재료의 사용은 회피해야만 한다.
본 실시예에서는, 알루미나계 세라믹스를 사용한 IC 패키지에서 검토하였다. 봉착재료(13)에는, 일단 저융점 유리조성물로서 표 1 ～ 표 3의 G17, 필러로서 표 4의 F5, 수지로서 폴리에틸렌글리콜, 용제로서 α-테르피네올을 사용하여 저온 봉착용 저융점 유리 페이스트를 제작하였다. 또한, G17과 F5의 배합비율은 체적비율로 84 : 16으로 하였다. 그 소성 후에서의 25℃ ～ 250℃의 열팽창계수는 77 × 10-7/℃이었다. 이 저융점 유리 페이스트를 인쇄법으로 알루미나계 세라믹스캡(33)에 도포하였다. 그후, 그 세라믹스캡(33)을 2단 프로파일로 대기 중에서 소성하였다. 2단 프로파일의 1단째는 330℃에서 20분간, 2단째는 380℃에서 10분간 유지하였다. 승온속도는 10℃/분으로 하였다. 계속해서, 봉착재료(13)를 형성한 알루미나계 세라믹스캡(33)과 알루미나계 적층 세라믹스 기판(32)을 고정 지그로 대향시키고, 하중을 가하여, 질소 중에서 승온속도 10℃/분으로 370℃까지 가열하고, 10분간 유지하여, 저온 봉착하였다. 이와 같이 하여, 10개의 IC 세라믹스 패키지를 제작하였다. 어느 IC 세라믹스 패키지이든 아무런 문제없이, 기밀하게 유리 봉착할 수 있었다. 또, 작동시험을 행하여, 문제가 없음을 확인하였다. 작동시험 후의 IC 세라믹스 패키지를 분해하여, 유리 봉착부를 관찰하였으나, 약간의 잔류 기포가 확인되었지만, 기밀성이 높고, 신뢰성이 높은 봉착부분이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 저융점 유리조성물은, IC 세라믹스 패키지의 저온 기밀 봉착에 유효하게 적용할 수 있는 것이다.
(실시예 6)
실시예 6으로서, 본 발명의 저융점 유리조성물을 수정진동자의 패키지에 적용한 예를 설명한다. 수정진동자의 단면도의 개요를 도 5에 나타낸다.
수정진동자에서는, 전극(34)이 형성된 수정 박판(35)이 도전성 접착제(36)에 의해, 단자(37)에 접속되고, 또한 그 단자(37)가 전극 패드에 접속된 세라믹스 용기(39)와, 세라믹스캡(33)을 봉착재료(13)로 둘레 가장자리부를 기밀하게 봉지된 구조를 가진다. 통상, 수정진동자의 유리 봉착은, 세라믹스캡(33)의 둘레 가장자리부에 인쇄법으로 봉착재료(13)가 도포된다. 그 때, 봉착재료(13)는, 유리 페이스트로서 사용된다. 봉착재료(13)를 도포한 세라믹스캡(33)을 건조 후, 대기 중에서 소성한다. 전용의 고정 지그를 사용하여, 봉착재료(13)를 형성한 세라믹스캡(33)과 세라믹스 용기(39)를 대향시키고, 하중을 가함과 함께 고정 지그마다 불활성 분위기 중에서 유리 봉착된다. 종래의 봉착재료에서는, 산화납을 주성분으로 하는 저융점 유리조성물, 또는 그 유리조성물에 불소가 함유된 것이 사용되고, 4OO℃ 이하의 저온에서 기밀하게 봉착되어 있었다. 그러나, 환경이나 안전을 배려하면, 유해한 납을 함유하는 재료의 사용은 회피해야만 한다.
본 실시예에서는, 알루미나계 세라믹스를 사용한 수정진동자에서 검토하였다. 봉착재료(13)에는, 일단 저융점 유리조성물로서 표 1 ～ 표 3의 G29, 필러로서 표 4의 F5, 수지로서 폴리에틸렌글리콜, 용제로서 α-테르피네올을 사용하여 저온 봉착용 저융점 유리 페이스트를 제작하였다. 또한, G29와 F5의 배합비율은 체적비율로 80 : 20으로 하였다. 그 소성 후에 있어서의 25℃ ～ 250℃의 열팽창계수는 78 × 10-7/℃이었다. 이 저융점 유리 페이스트를 인쇄법으로 알루미나계 세라믹스캡(33)에 도포하였다. 그 후, 그 세라믹스캡(33)을 2단 프로파일로 대기중에서 소성하였다. 2단 프로파일의 1단째는 330℃에서 20분간, 2단째는 390℃에서 10분간 유지하였다. 승온속도는 10℃/분으로 하였다. 계속해서, 봉착재료(13)를 형성한 알루미나계 세라믹스캡(33)과 세라믹스 기판 용기(39)를 고정 지그로 대향시키고, 하중을 가하여, 질소 중에서 승온속도 10℃/분으로 370℃까지 가열하고, 10분간 유지하여, 저온 봉착하였다. 이와 같이 하여, 10개의 수정진동자를 제작하였다. 어느 수정진동자이든 아무런 문제없이, 기밀하게 유리 봉착할 수 있었다. 또, 작동시험을 행하여, 양호한 진동특성을 가지는 것을 확인하였다. 작동시험 후의 수정진동자를 분해하여, 유리 봉착부를 관찰하였는 데, 약간의 잔류 기포가 확인되었으나, 기밀성이 높고, 신뢰성이 높은 봉착부분이 얻어지는 것도 알 수 있었다.
이상, PDP, IC 세라믹스 패키지, 수정진동자의 저온 기밀 봉착에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 저융점 유리조성물은, 그 밖의 전자부품의 저온 기밀 봉착에도 전개할 수 있는 것은 물론이다.
(실시예 7)
실시예 7에서는, 본 발명의 유리조성물을 함유한 전극재료를 태양전지 소자의 전극에 적용한 예에 대하여 설명한다. 대표적인 태양전지 소자의 단면도, 수광면 및 이면의 개요를 도 6, 도 7 및 도 8에 나타낸다. 통상, 태양전지 소자의 반도체 기판(40)에는, 단결정 또는 다결정 실리콘 등이 사용된다. 이 반도체 기판(40)은, 붕소 등을 함유하고, p형 반도체로 한다. 수광면측은, 태양광의 반사를 억제하기 위하여, 에칭에 의해 요철을 형성한다. 그 수광면에 인 등을 도핑하고, n형 반도체의 확산층(41)을 서브미크론 오더의 두께로 생성시킴과 함께, p형 벌크부분과의 경계에 pn 접합부를 형성한다. 또한 수광면에 질화실리콘 등의 반사방지층(42)을 증착법 등에 의해 막 두께 100 nm 전후로 형성한다.
다음에 수광면에 형성되는 수광면 전극(43)과, 이면에 형성되는 집전 전극(44) 및 전력 인출 전극(45)의 형성에 대하여 설명한다. 통상, 수광면 전극(43)과 전력 인출 전극(45)에는 유리조성물의 분말을 함유하는 은 전극 페이스트, 집전 전극(44)에는 유리조성물의 분말을 함유하는 알루미늄 전극 페이스트가 사용되고, 스크린 인쇄로 도포된다. 건조 후, 급속 가열로나 레이저 가열에 의해 소성되고, 전극형성된다. 그 때에, 수광면에서는, 수광면 전극(43)에 함유되는 유리조성물과 반사 방지층(42)이 반응하여, 수광면 전극(43)과 확산층(41)이 전기적으로 접속된다. 또, 이면에서는, 집전 전극(44) 중의 알루미늄이 반도체 기판(40)의 이면으로 확산하여, 전극성분 확산층(46)을 형성함으로써, 반도체 기판(40)과 집전 전극(44), 전력 인출 전극(45)의 사이에 오믹 콘택을 얻을 수 있다.
표 1 ～ 표 3의 저융점 유리조성물 G36의 분말을 사용하여, 수광면 전극(43)용과 전력 인출 전극(45)용의 은 전극 페이스트, 및 표 1 ～ 표 3의 저융점 유리조성물 G17의 분말을 사용하여, 집전 전극(44)용의 알루미늄 전극 페이스트를 제작하였다. 저융점 유리조성물의 분말의 함유량을 10 체적%, 은 및 알루미늄의 분말을 각각 90 체적%가 되도록 배합, 혼합하였다. 저융점 유리조성물의 분말의 평균 입자지름은 약 1 ㎛로 하였다. 또, 은과 알루미늄의 분말은, 1 ～ 3 ㎛ 정도의 구(球)형상 가루를 기계적으로 으깨어, 판 형상 가루로 한 것을 사용하였다. 수지 바인더로는 폴리에틸렌글리콜, 용제로는 α-테르피네올을 사용하고, 스크린 인쇄 가능한 전극 페이스트로 하였다.
먼저, 상기 집전 전극(44)용 알루미늄 전극 페이스트를 도 6 및 도 8에 나타내는 바와 같이 반도체 기판(40)의 이면에 스크린 인쇄로 도포하고, 건조 후, 급속 적외선 가열로에서 대기 중 4OO℃로 가열 냉각하였다. 4OO℃에서의 유지시간은 10분으로 하였다. 이에 의하여, 일단 반도체 기판(40)의 이면에 집전 전극(44)을 형성하였다.
다음에, 확산층(41)과 반사 방지층(42)을 형성하고 있는 반도체기판(40)의 수광면과, 이미 집전 전극(44)이 형성되어 있는 반도체 기판(40)의 이면에, 은 전극 페이스트를 스크린 인쇄로 도 6, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이 도포하고, 건조한 후에 은 전극을 레이저로 베이킹하였다.
제작한 태양전지 소자는, 수광면에서는 수광면 전극(43)과 확산층(41)이 형성된 반도체 기판(40)이 전기적으로 접속되어 있었다. 또, 이면에서는 전극성분 확산층(46)이 형성되고, 반도체 기판(40)과 집전 전극(44), 전력 인출 전극(45)과의 사이에 오믹 콘택을 얻을 수 있고, 또한 종래보다 반도체 기판(40)의 휨을 저감할 수 있었다. 또한, 85℃, 85%의 고온 고습 시험을 100시간 실시하고, 전극의 배선저항이나 접촉저항이 커지는 경우는 거의 없었다.
따라서, 본 발명의 저융점 유리조성물은, 태양전지 소자의 전극에 유효하게 전개할 수 있다. 또, 태양전지 소자 이외의 전자부품의 전극형성에도 유효하게 활용할 수 있다.
(실시예 8)
표 6 ～ 표 8에, 제작, 검토한 저융점 유리조성물의 조성과 특성을 나타낸다.
어느 쪽의 성분이든 표 6에서 나타낸 산화물 환산의 중량비로 표시하였다. 이들 저융점 유리조성물에는, 환경, 안전을 배려하여, 실질적으로 납, 비스머스 및 안티몬을 함유시키지 않았다. 유리 원료로서 바나듐은 V2O5, 인은 P2O5, 텔루륨은 TeO2, 바륨은 BaCO3 또는 Ba(PO3)2, 텅스텐은 WO3, 몰리브덴은 MoO3, 철은 Fe2O3, 알칼리 금속(R)은 R2CO3를 사용하였다. 원료로서 Ba(PO3)2를 사용하는 경우에는 P2O5 원료량을 적게 하여 환산하였다.
표 6 ～ 표 8의 저융점 유리조성물은, 다음에 설명하는 방법으로 제작하였다. 원료가 되는 각 산화물을 배합?혼합한 원료 200 g을 백금 도가니에 넣고, 전기로에서 10℃/분의 승온속도로 900℃까지 가열하고, 1시간 유지하였다. 유지 중은 균일한 유리로 하기 위하여 교반하였다. 도가니를 전기로에서 인출하여, 미리 150℃ 정도로 가열해 둔 흑연 주형과 스테인레스판 위로 흘려 넣었다. 스테인레스판 위로 흘려 넣은 유리는, 입자지름 20 ㎛ 미만으로까지 분쇄하여, 5℃/분의 승온속도로 시차열분석(DTA)을 행함으로써, 전이점(Tg), 굴복점(Mg), 연화점(Ts), 결정화 온도(Tcry)의 특성 온도를 측정하였다. 또한, 표준 샘플로서 알루미나 분말을 사용하였다. DTA 커브에서, Tg는 제 1 흡열 피크의 개시온도, Mg는 제 1 흡열 피크온도, 연화점은 제 2 흡열 피크온도, Tcry는 결정화에 의한 발열 개시온도로 하였다. 열팽창계수(α)는, 25 ～ 250℃의 온도범위에서 측정하였다. 열팽창 측정 샘플은, 흑연 주형에 흘려 넣은 유리를 Tg～Mg의 온도로 어닐링 처리를 실시한 후에, 4 × 4 × 20 mm의 직육면체로 가공하였다. 열팽창계에 의해 5℃/분의 승온속도로 α를 측정하였다. 또한, 표준 샘플로서 φ5 × 20 mm의 석영 유리 원주체를 사용하였다. 열팽창계수(α)가 너무 커서, 처리에 주의가 필요한 유리에는, 열팽창계수란에 △를 표시하였다. 또, 버튼 플로우시험에 의하여 가열 시의 연화 유동성을 평가하였다. 그 샘플은, 입자지름 20 ㎛ 이하로까지 분쇄한 유리분말을 사용하여, 직경 10 mm, 두께 5 mm의 프레스 성형체로 하였다. 이 성형체를 알루미나 기판 위에 놓고, 5℃/분의 승온속도로 380℃와 400℃까지 각각 가열하여, 10분간 유지하고, 380℃와 400℃에서의 연화 유동성을 ○, △, ×로 평가하였다. ○는 양호한 유동성이 얻어진 경우, △는 양호한 유동성이 얻어지지 않았으나, 연화되어 있던 경우, ×는 연화되지 않은 경우 또는 결정화한 경우로 하였다. 내습성 시험은, 온도 85℃, 습도 85%의 조건으로 5, 10, 15일간 실시하였다. 실시예 1에 비하여, 더욱 가혹한 조건으로 하였다. 내습시험 샘플로는, 상기 열팽창 측정 샘플과 마찬가지로 4 × 4 × 20 mm의 직육면체로 가공한 유리를 사용하였다. 평가는, 외관상 변화없는 경우에는 ○, 변화가 확인된 경우에는 ×라 하였다. 또한, 종합적으로 평가하여, 열팽창계수가 120 × 10-7/℃ 이하이고, 또한 380℃와 400℃에서 양호한 연화 유동성을 나타내며, 게다가 우수한 내습성을 가지는 경우에는 ◎, 거의 양호한 연화 유동성과 내습성을 가지는 경우에는 ○, 그렇지 않은 경우, 즉 연화 유동성 또는 내습성의 어느 쪽인지가 불충분한 경우에는 ×라 하였다.
표 6 ～ 표 8의 실시예 G52, 53, 55～59, 61～71, 73～75, 77, 80～82, 84～86에서 알 수 있는 바와 같이, 바나듐, 인, 텔루륨, 바륨 및 텅스텐 또는 몰리브덴, 또한 철 또는 알칼리금속의 산화물을 함유하고, 연화점이 380℃ 이하인 저융점 유리조성물에 관하여, 400℃ 이하에서 양호한 연화 유동성을 나타내고, 더욱 양호한 내습성을 가지고 있었다. 바람직한 조성 범위는, 뒤에 기재하는 산화물 환산으로 V2O5를 40 ～ 55 중량%, P2O5를 5 ～ 15 중량%, TeO2를 20 ～ 30 중량%, BaO를 2 ～ 10 중량%, WO3을 0 ～ 15 중량%, MoO3을 0 ～ 15 중량%, Fe2O3을 0 ～ 8 중량%, R2O(R은 알칼리금속)를 0 ～ 5 중량%를 함유하고, 또한 P2O5와 TeO2의 합이 30 ～ 40 중량%, WO3과 MoO3의 합이 5 ～ 15 중량%, Fe2O3과 R2O의 합이 2 ～ 8 중량% 이었다. 또한, 연화점을 360℃ 이하로 한 G55, 61～63, 65～67,69, 70, 74, 80～82, 85, 86에서는, 380℃에서의 연화 유동성이 우수하고, 또한 우수한 내습성을 가지고 있기 때문에, 380℃ 이하에서의 신뢰성이 높은 저온 기밀 봉착이 가능하였다. 그러나, G80, 81 및 85는 열팽창계수가 너무 크고, 열충격 등으로 파손되기 쉽기 때문에, 처리에는 주의가 필요하였다. 유리의 열팽창계수가 120 × 10-7/℃ 이하이면, 이와 같은 주의를 기울일 일이 거의 없기 때문에, 열팽창계수까지를 배려하면, G55, 61～63, 65～67, 69, 70, 74, 82, 86의 유리는, 저온 기밀 봉착에 매우 적합하다고 할 수 있다. 더욱 바람직한 조성 범위는, 뒤에 기재하는 산화물 환산으로 V2O5를 40 ～ 50 중량%, P2O5를 7 ～ 12 중량%, TeO2를 22 ～ 28 중량%, BaO를 2 ～ 10 중량%, WO3을 0 ～ 10 중량%, MoO3을 0 ～ 8 중량%, Fe2O3을 0 ～ 8 중량%, R2O(R은 알칼리금속)를 0 ～ 3 중량%를 함유하고, 또한 P2O5와 TeO2의 합이 33 ～ 37 중량%, WO3과 MoO3의 합이 5 ～ 13 중량%, Fe2O3과 R2O의 합이 2 ～ 8 중량% 이었다.
(실시예 9)
표 6 ～ 표 8에서 나타낸 G55, 61, 65, 80, 82의 저융점 유리조성물을 사용하고, 실시예 2와 동일하게 하여, 필러의 검토를 행하였다. 이들 저융점 유리조성물은, 실시예 8에서 380℃에서의 연화 유동성과 내습성이 우수한 것이다. 필러로서는, 실시예 2에서 유효하였던 평균 입자지름 1 ㎛의 산화니오브를 사용하였다. 또한 음의 열팽창계수를 가지는, 평균 입자지름 3 ㎛의 인산 텅스텐산 지르코늄도 사용하였다.
상기 G55, 61, 65, 80 및 82의 저융점 유리조성물은, 더욱 저온에서 연화시키기 위하여 미세화 및 분급하여, 평균 입자지름을 3 ㎛로 하였다. 또, 각각의 저융점 유리조성물에 대한 각종 필러의 함유량을 0, 10, 20, 30 체적%로 하였다. 저융점 유리조성물과 필러를 혼합하고, 또한 수지와 용제를 가하여, 유리 페이스트를 제작하였다. 수지로는 에틸셀룰로스, 용제로는 부틸카르비톨아세테이트를 사용하였다.
각각 제작한 유리 페이스트를 도 1에 나타내는 바와 같이 알루미나 기판(1) 위에 도포, 건조한 후에, 승온속도 5℃/분으로 380℃까지 가열하고 10분간 유지하여, 유리 소성 도막(2)을 형성하였다. 또한, 유리 페이스트의 도포 폭은 0.5 mm로 하였다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이 유리 소성 도막(2)을 형성한 알루미나 기판(1)과 동일 형상의 알루미나 기판(3)을 맞추어서, 하중을 가함과 함께, 승온속도 5℃/분으로 360℃까지 가열하고 10분간 유지하여, 봉착하였다. 그 봉착체의 밀착성, 접착성, 잔류 기포를 평가하였다.
밀착성이나 접착성이 우수하고, 또한 잔류 기포가 적으며, 게다가 균열의 발생이 없는 경우에는 ◎, 다소의 기포는 잔류하나 양호한 밀착성, 접착성이 얻어지고, 또한 균열의 발생이 없는 경우에는 ○, 균열의 발생은 확인되나, 문제없이 밀착, 접착할 수 있었던 경우에는 △, 잔류 기포나 균열에 의해 밀착성, 접착성이 불충분한 경우에는 ×라 하였다.
평가결과를 표 9에 나타낸다.
필러를 함유시키지 않은 경우에는, G55, 65, 80, 82의 유리를 사용하면, 알루미나 기판과의 큰 열팽창차에 의해 박리되었다. G61에서는, 그 열팽창차가 조금 저감되기 때문에, 균열의 발생에 머물렀다. 잔류 기포에 관해서는, 어느 유리에 서도 매우 적고, 열팽창계수의 정합마저 취해지면, 기밀한 접착이 가능하다. 그 때문에, 필러 함유량을 증가시켜 가면, 열팽창계수가 낮아져, 박리나 균열이 저감되었다. 유리의 열팽창계수에 의하나, 20 ～ 30 체적%의 필러 함유량으로 박리되지 않고, 양호한 밀착성과 접착성이 얻어지게 되었다. 이와 같은 경우에는, 특히 음의 열팽창계수를 가지는 인산 텅스텐산 지르코늄과 같은 필러의 함유는 매우 유효하였다. 알루미나 기판에 대한 접착, 봉착에는, 필러의 함유에 의해, 25℃에서 250℃까지의 열팽창계수를 80 × 10-7/℃로 하는 것이 유효하다.
또, PDP 유리기판에 대해서도, 동일한 검토를 행한 결과, 상기 알루미나 기판과 대략 동일한 결과가 얻어졌다. 이것은, PDP 유리기판과 알루미나 기판의 열팽창계수가 거의 동일하기 때문이다.
계속해서, 열팽창계수가 매우 큰 수정 기판에 대해서도, 동일한 검토를 행하였다. 그 평가결과를 표 10에 나타낸다.
상기 알루미나 기판과는 반대로 필러 함유량이 적은 경우에 양호한 밀착성, 접착성이 얻어졌다. 또, 그 때에 G55, 61, 65, 82에서는, 균열의 발생도 확인되지 않았다. G80은 열팽창계수가 지나치게 크기 때문에, 균열의 발생이 확인되었으나, 필러의 소량 함유에 의해 그 균열의 발생은 방지할 수 있었다. 한편, 필러를 30 체적%까지 함유시키면, 열팽창계수가 너무 낮아져, 수정과의 열팽창차가 지나치게 넓어짐으로써, 박리나 균열이 발생되었다. 단, 잔류 기포는 그 만큼 많지는 않았다. 수정에 대한 접착, 봉착에는, 25℃에서 250℃까지의 열팽창계수를 95 ～ 120 × 10-7/℃로 하는 것이 유효하다.
이상에 의하여, 본 발명의 저융점 유리조성물은, 필러를 30 체적%까지 함유시킬 수 있고, 그것에 의하여 열팽창계수를 조정하여, 각종 기판 등의 저온 접착이나 저온 봉착에 널리 유효하게 전개할 수 있는 것이다.
(실시예 10)
실시예 10에서는, 실시예 3과 마찬가지로, 표 6 ～ 표 8의 저융점 유리조성물 G82를 사용하고, 금속전극에 적용한 예에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, G82의 평균 입자지름은 3 ㎛로 하였다. 또, 금속입자로는, 평균 입자지름 2 ㎛의 알루미늄 분말, 수지로는 에틸셀룰로스, 용제로는 부틸카르비톨아세테이트를 사용하였다. G82의 유리분말을 알루미늄의 분말과 혼합하고, 에틸셀룰로스와 부틸카르비톨아세테이트의 용액을 가함으로써 전극용 페이스트를 제작하였다. G82의 유리분말과 알루미늄 분말의 체적비율은, 5 : 95, 7 : 93, 10 : 90, 17 : 83, 25 : 75로 하여, 5종류의 전극용 페이스트를 제작하고, 검토하였다. 제작한 전극용 페이스트를 사용하여, 인쇄법에 의해 PDP 유리기판 위에 도포, 건조한 후, 승온속도 10℃/분으로 400℃까지 가열하여 30분간 유지하고, 알루미늄 전극을 형성하였다.
실시예 3과 동일한 결과가 얻어졌다. PDP 유리기판 위에 형성한 알루미늄 전극은, 유리분말 G82의 함유량이 증가함과 동시에, 한편 알루미늄 분말의 함유량이 감소함과 함께 기판에 대한 밀착성이 향상하였다. 유리분말 G82의 함유량 5 체적%, 알루미늄 분말의 함유량 95 체적%에서는 전극의 밀착성은 불충분하였으나, 유리 함유량 7 체적% 이상, 알루미늄 함유량 93 체적% 이하에서는 양호한 밀착성이 얻어졌다. 그러나, 유리분말 G82의 함유량이 증가함과 동시에, 한편 알루미늄 분말의 함유량이 감소함과 함께, 전극의 저항값은 증가하였다. 전극의 전개지에도 의하나, 전극으로서는, 알루미늄의 함유량은 적어도 83 체적% 이상은 필요하였다. 즉, 전극으로서, 바람직한 금속분말의 함유량은, 83 ～ 93 체적%이었다.
상기와 마찬가지로, 은 전극과 구리 전극에 대해서도 검토하였다. 은 전극으로는, 평균 입자지름 1 ㎛의 은 분말을 편평화한 입자, 구리 전극으로는, 평균 입자지름 3 ㎛의 구리 분말을 편평화한 입자를 사용하였다. 구리 전극의 형성에는, 구리의 산화방지를 위해, 질소 중에서 열처리를 실시하였다. PDP 유리기판 위에 형성한 은 전극, 구리 전극 모두, 상기한 알루미늄 전극과 동일한 결과가 얻어져, 본 발명의 저융점 유리 조성물은 저온 봉착 이외에도 적용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 11)
실시예 11로서, 실시예 4와 마찬가지로, 표 6 ～ 표 8의 저융점 유리조성물 G65를 PDP의 저온 봉착에 적용한 예에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 일단 G65의 평균 입자지름을 3 ㎛로 하였다. 저열팽창화를 위한 필러로서, 평균 입자지름 3 ㎛의 인산 텅스텐산 지르코늄, 수지로서 에틸 셀룰로스, 용제로서 부틸카르비톨아세테이트를 사용하였다. G65의 유리분말과 인산 텅스텐산 지르코늄의 분말을 혼합하고, 에틸셀룰로스와 부틸카르비톨아세테이트의 용액을 가함으로써 저온 봉착용 저융점 유리 페이스트를 제작하였다. 또한, G65와 인산 텅스텐산 지르코늄의 배합 비율은 체적 비율로 75 : 25로 하고, 봉착 후에 있어서의 25℃ ～ 250℃의 열팽창계수가 75 × 10-7/℃ 전후가 되도록 하였다. 이것은 실시예 4에서 설명한 바와 같이, PDP 유리기판의 열팽창에 맞추기 위함이다.
제작한 저융점 유리 페이스트를 사용하고, 실시예 4와 동일하게 하여, 도 3의 PDP를 저온 봉착하였다. 일단, 이 저융점 페이스트를 배면판(11)의 둘레 가장자리부에 디스펜서법으로 도포, 건조시켰다. 그 후, 승온속도 5℃/분으로 400℃ 까지 가열하고, 30분간 유지하였다. 다음에, 이 배면판(11)과 전면판(10)을 정확하게 대향시키고, 클립으로 고정하여, 배기하면서, 승온속도 5℃/분으로 350℃까지 가열하고, 2시간 유지한 후에 희가스를 충전하고, 냉각하였다.
제작한 PDP는, 실시예 4와 동일한 결과가 얻어지고, 종래에 비하면, 봉착 온도를 현저하게 저온화하였음에도 불구하고, 문제없이, 기밀하게 봉착할 수 있었다. 또, 패널 점등시험에서도 문제의 발생은 확인되지 않았다. 봉착 온도의 저온화에의하여, PDP의 양산성이 향상하고, 저비용화에 기여하는 것이 가능하다.
(실시예 12)
실시예 12로서, 실시예 5와 마찬가지로, 표 6 ～ 표 8의 저융점 유리조성물 G61을 IC 세라믹스 패키지의 저온 봉착에 적용한 예에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 알루미나계 세라믹스를 용기에 사용한 IC 세라믹스 패키지에서 검토하였다. 일단 G61의 평균 입자지름을 3 ㎛로 하였다. 저열팽창화를 위한 필러로서, 평균 입자지름 3 ㎛의 인산 텅스텐산 지르코늄, 수지로서 에틸 셀룰로스, 용제로서 부틸카르비톨아세테이트를 사용하였다. G61의 유리분말과 인산 텅스텐산 지르코늄의 분말을 혼합하고, 에틸셀룰로스와 부틸카르비톨아세테이트의 용액을 가함으로써 저온 봉착용 저융점 유리 페이스트를 제작하였다. 또한, G61과 인산 텅스텐산 지르코늄의 배합 비율은 체적 비율로 85 : 15로 하고, 봉착 후에 있어서의 25℃ ～ 250℃의 열팽창계수가 80 × 10-7/℃ 전후가 되도록 하였다. 이것은, 알루미나계 세라믹스의 열팽창에 맞추기 위함이다.
제작한 저온 봉착용 저융점 유리 페이스트를 사용하고, 실시예 5와 동일하게 하여, 도 4의 IC 세라믹스 패키지를 저온 봉착하였다. 일단, 이 저융점 유리 페이스트를 인쇄법으로 알루미나계 세라믹스캡(33)에 도포하였다. 그 후, 그 세라믹스캡(33)을 2단 프로파일로 대기 중에서 소성하였다. 2단 프로파일의 1단째는 330℃에서 20분간, 2단째는 380℃에서 10분간 유지하였다. 승온속도는 10℃/분으로 하였다. 계속해서, 봉착재료(13)를 형성한 알루미나계 세라믹스캡(33)과 알루미나계 적층 세라믹스 기판(32)을 고정 지그로 대향시키고, 하중을 가하여, 질소 중에서 승온속도 10℃/분으로 370℃까지 가열하고, 10분간 유지하여, 저온 봉착하였다. 이와 같이 하여, 10개의 IC 세라믹스 패키지를 제작하였다.
어느 IC 세라믹스 패키지이라도, 실시예 5와 마찬가지로 아무런 문제없이, 기밀하게 유리 봉착할 수 있었다. 또, 작동시험을 행하여, 문제없음을 확인하였다. 작동시험 후의 IC 세라믹스 패키지를 분해하여, 유리 봉착부를 관찰하였으나, 약간의 잔류 기포가 확인되지만, 기밀성이 높고, 신뢰성이 높은 봉착부분이 얻어진 것을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 저융점 유리조성물은, IC 세라믹스 패키지의 저온 기밀 봉착에 유효하게 적용할 수 있는 것이다.
(실시예 13)
실시예 13으로서, 실시예 6과 마찬가지로, 표 6 ～ 표 8의 저융점 유리조성물 G80을 수정진동자의 패키지의 저온 봉착에 적용한 예에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 수정을 용기에 사용한 수정진동자의 패키징에 대하여 검토하였다. 일단 G80의 평균 입자지름을 3 ㎛로 하였다. 저열팽창화를 위한 필러로서, 평균 입자지름 1 ㎛의 5산화니오브, 수지로서 에틸셀룰로스, 용제로서 부틸카르비톨아세테이트를 사용하였다. G80의 유리분말과 5산화니오브의 분말을 혼합하고, 에틸셀룰로스와 부틸카르비톨아세테이트의 용액을 가함으로써 저온 봉착용 저융점 유리 페이스트를 제작하였다. 또한, G80과 5산화니오브의 배합 비율은 체적 비율로 75 : 25로 하고, 봉착 후에 있어서의 25℃ ～ 250℃의 열팽창계수가 115 ～ 120 × 10-7/℃가 되도록 하였다. 이것은, 수정의 열팽창에 맞추기 위함이다.
제작한 저온 봉착용 저융점 유리 페이스트를 사용하고, 실시예 6과 동일하게 하여, 도 5의 수정진동자를 저온 봉착하였다. 일단, 이 저융점 유리 페이스트를 인쇄법으로 수정제의 캡에 도포하였다. 그 후, 그 수정캡을 2단 프로파일로 대기 중에서 소성하였다. 2단 프로파일의 1단째는 330℃에서 20분간, 2단째는 390℃에서 10분간 유지하였다. 승온속도는 10℃/분으로 하였다. 계속해서, 저융점 유리 를 형성한 수정캡과 수정용기를 고정 지그로 대향시키고, 하중을 가하여, 질소 중에서 승온속도 10℃/분으로 370℃까지 가열하고, 10분간 유지하여, 저온 봉착하였다. 이와 같이 하여, 10개의 수정진동자를 제작하였다. 어느 수정진동자라도 실시예 6과 마찬가지로 아무런 문제없이, 기밀하게 유리 봉착할 수 있었다. 또, 작동시험을 행하여, 양호한 진동 특성을 가지는 것을 확인하였다. 작동시험 후의 수정진동자를 분해하여, 유리 봉착부를 관찰하였으나, 약간의 잔류 기포가 확인되었지만, 기밀성이 높고, 신뢰성이 높은 봉착부분이 얻어지는 것도 알 수 있었다.
이상, PDP, IC 세라믹스 패키지, 수정진동자의 저온 기밀 봉착에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 저융점 유리조성물은, 그 밖의 전자부품의 저온 기밀 봉착에도 널리 전개할 수 있는 것은 물론이다.
(실시예 14)
실시예 14에서는, 실시예 7과 마찬가지로, 표 6 ～ 표 8의 유리조성물 G65와 G82를 사용하여, 태양전지 소자의 전극에 적용한 예에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 일단 G65와 G82를 평균 입자지름 1 ㎛로까지 분쇄하고, G65의 유리분말을 알루미늄 전극, G82의 유리분말을 은 전극으로 사용하였다. 수지로 에틸셀룰로스, 용제로 부틸카르비톨아세테이트를 사용하고, 그것들을 혼합함으로써 각각의 전극 페이스트를 제작하였다. G65 분말과 알루미늄 분말의 배합 비율은 체적 비율로 5 : 95, G82 분말과 은 분말의 배합 비율은 체적 비율로 10 : 90으로 하였다.
제작한 알루미늄 전극 페이스트와 은 전극 페이스트를 사용하여, 실시예 7과 마찬가지로, 도 6 ～ 도 8의 태양전지 소자를 제작하였다. 제작한 태양전지 소자는, 수광면에서는 수광면 전극(43)과 확산층(41)이 형성된 반도체 기판(40)이 전기적으로 접속되어 있었다. 또, 이면에서는 전극성분 확산층(46)이 형성되고, 반도체 기판(40)과 집전 전극(44), 전력 인출 전극(45)의 사이에 오믹콘택을 얻을 수 있으며, 또한 종래보다 반도체 기판(40)의 휨을 저감할 수 있었다. 또한, 85℃, 85%의 고온 고습시험을 100시간 실시하고, 전극의 배선 저항이나 접촉 저항이 커지는 일은 거의 없었다.
따라서, 본 발명의 저융점 유리조성물은, 태양전지 소자의 전극에 유효하게 전개할 수 있다. 또, 태양전지 소자 이외의 전자부품의 전극 형성에도 유효하게 활용할 수 있는 것이다.
1 : 알루미나 기판 2 : 유리 소성 도막
10 : 전면판 11 : 배면판
12 : 격벽 13 : 봉착재료
14 : 셀
15, 16, 17 : 적색, 녹색, 청색 형광체
18 : 표시 전극 19 : 어드레스 전극
20 : 자외선 21 : 블랙 매트릭스
22, 23 : 유전체층 24 : 보호층
30 : 메탈라이즈 31 : 단자
32 : 적층 세라믹스 기판 33 : 세라믹스캡
40 : 반도체 기판 41 : 확산층
42 : 반사 방지층 43 : 수광면 전극
44 : 집전 전극 45 : 전력 인출 전극
46 : 전극성분 확산층
10 : 전면판 11 : 배면판
12 : 격벽 13 : 봉착재료
14 : 셀
15, 16, 17 : 적색, 녹색, 청색 형광체
18 : 표시 전극 19 : 어드레스 전극
20 : 자외선 21 : 블랙 매트릭스
22, 23 : 유전체층 24 : 보호층
30 : 메탈라이즈 31 : 단자
32 : 적층 세라믹스 기판 33 : 세라믹스캡
40 : 반도체 기판 41 : 확산층
42 : 반사 방지층 43 : 수광면 전극
44 : 집전 전극 45 : 전력 인출 전극
46 : 전극성분 확산층
Claims (25)
- 납, 비스머스 및 안티몬을 함유하지 않고,
바나듐, 인, 텔루륨 및 철의 산화물을 함유하며, 연화점이 380℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저융점 유리조성물. - 제 1항에 있어서,
망간, 아연, 텅스텐, 몰리브덴, 바륨 중 적어도 어느 1종 이상의 산화물을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 저융점 유리조성물. - 제 1항에 있어서,
바나듐, 인, 텔루륨, 철, 망간, 아연, 텅스텐, 몰리브덴 및 바륨은 산화물 환산으로, V2O5가 45 ～ 65 중량%; P2O5가10 ～ 20 중량%; TeO2가 10 ～ 25 중량%; Fe2O3가 5 ～ 15 중량%; MnO2, ZnO, WO3, MoO3, BaO가 합계로 0 ～ 10 중량%로 함유되는 것을 특징으로 하는 저융점 유리조성물. - 제 1항에 있어서,
25℃에서 250℃까지의 온도범위에서, 상기 유리조성물의 열팽창계수가 100 × 10-7/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저융점 유리조성물. - 제 1항에 있어서,
연화점이 360℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저융점 유리조성물. - 납, 비스머스 및 안티몬을 함유하지 않고,
바나듐, 인, 텔루륨 및 바륨의 산화물을 함유하고, 텅스텐과 몰리브덴으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소의 산화물을 함유하며, 철과 알칼리금속으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소의 산화물을 함유하고, 연화점이 380℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저융점 유리조성물. - 제 6항에 있어서,
바나듐, 인, 텔루륨, 바륨, 텅스텐 및 몰리브덴, 철, 알칼리금속은 산화물 환산으로, V2O5가 40 ～ 55 중량%; P2O5가 5 ～ 15 중량%; TeO2가 20 ～ 30 중량%; BaO가 2 ～ 10 중량%; WO3가 0～15 중량%; MoO3가 0 ～ 15 중량%; Fe2O3가 0 ～ 8 중량%; R2O(R은 알칼리금속)가 0 ～ 5 중량%; P2O5와 TeO2의 합이 30 ～ 40 중량%; WO3과 MoO3의 합이 5 ～ 15 중량%; Fe2O3과 R2O의 합이 2 ～ 8 중량%로 함유되는 것을 특징으로 하는 저융점 유리조성물. - 제 6항에 있어서,
상기 유리조성물의 연화점이 360℃ 이하이고, 또한 25℃에서 250℃까지의 온도범위에서 상기 유리조성물의 열팽창계수가 12O × 10-7/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저융점 유리조성물. - 제 1항에 기재된 상기 유리조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 저융점 봉착재료.
- 제 9항에 있어서,
필러를 더 함유하고,
상기 유리조성물의 함유량이 70 체적% 이상이며, 상기 필러의 함유량이 30 체적% 이하인 것을 특징으로 하는 저융점 봉착재료. - 제 10항에 있어서,
상기 필러의 평균 입자크기는 30 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 저융점 봉착재료. - 제 1항에 기재된 상기 유리조성물, 필러 입자, 수지 재료 및 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 저융점 유리 페이스트.
- 제 9항에 기재된 저융점 봉착재료, 수지 재료 및 용제를 포함하고,
필러는 적어도 산화니오브, 산화탄탈 또는 그것들의 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 저융점 유리 페이스트. - 제 9항에 기재된 저융점 봉착재료, 수지 재료 및 용제를 포함하고,
필러는 인산 텅스텐산 지르코늄인 것을 특징으로 하는 저융점 유리 페이스트. - 제 9항에 기재된 저융점 봉착재료, 수지 재료 및 용제를 포함하고,
25℃에서 250℃까지의 온도범위에서, 상기 저융점 봉착재료의 열팽창계수가 80 × 10-7/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저융점 유리 페이스트. - 제 9항에 기재된 저융점 봉착재료, 수지 재료 및 용제를 포함하고,
25℃에서 250℃까지의 온도범위에서, 상기 저융점 봉착재료의 열팽창계수가 95 × 10-7/℃ 내지 120 × 10-7/℃인 것을 특징으로 하는 저융점 유리 페이스트. - 금속분말과 제 1항에 기재된 저융점 유리조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 전극재료.
- 제 17항에 있어서,
상기 금속분말이 83 ～ 93 체적% 함유되고,
상기 금속 분말이 은, 구리 및 알루미늄으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전극재료. - 유리 봉착부, 유리 접착부 및 유리 피복부 중 적어도 하나 이상을 포함하는 전자부품에 있어서,
유리 봉착부, 유리 접착부 및 유리 피복부가 제1항에 기재된 유리조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 전자부품. - 제 19항에 있어서,
상기 전자부품이, IC 세라믹스 패키지, 수정진동자 및 화상 표시장치 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자부품. - 전자 요소(electronic component)를 포함하는 전자 부품에 있어서,
상기 전자 요소는 상기 전자 요소에 접촉하는 전극을 가지고,
상기 전극은 금속 및 유리를 함유하고,
상기 유리는 청구항 1에 기재된 저융점 유리조성물인 것을 특징으로 하는 전자부품. - 전자 요소(electronic component)를 포함하는 전자 부품에 있어서,
상기 전자 요소는 상기 전자 요소에 접촉하는 전극을 가지고,
상기 전극은 금속 및 유리를 함유하고,
상기 유리는 청구항 7에 기재된 저융점 유리조성물인 것을 특징으로 하는 전자부품. - 전자 요소(electronic component)를 포함하는 전자 부품에 있어서,
상기 전자 요소는 상기 전자 요소에 접촉하는 전극을 가지고,
상기 전극은 금속 및 유리를 함유하고,
상기 유리는 청구항 9에 기재된 저융점 유리조성물인 것을 특징으로 하는 전자부품. - 제 22항에 있어서,
상기 전자 요소가, 화상 표시 장치인 것을 특징으로 하는 전자부품. - 제 22항에 있어서,
상기 전자 요소가, 태양전지 셀인 것을 특징으로 하는 전자부품.
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| KR20100084476A KR20100084476A (ko) | 2010-07-26 |
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