KR20210060486A - 실링용 조성물 - Google Patents

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KR20210060486A
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solder powder
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유 오야마
히데후미 킨다
다이스케 쿠리타
하루노부 마츠이
다이지츠 하라다
마사키 타케우치
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교리쯔 가가꾸 산교 가부시키가이샤
신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

반경화 상태로 취급할 수 있어 접합 강도 및 밀봉성이 뛰어난 소결체를 얻을 수 있는 실링용 조성물을 제공한다. 땜납 분말과, 은핵 입자와 상기 은핵 입자의 표면에 배치된 피복제를 포함한 피복 은 입자와, 용매를 함유하고, 상기 피복 은 입자의 소결 온도(T2)와 상기 용매의 끓는점(T3)이, T2≤T3을 충족하는, 실링용 조성물이다.

Description

실링용 조성물
본 발명은, 실링(SEALING))용 조성물, 특히 자외(紫外) 광원을 실링할 때에 사용되는 실링용 조성물에 관한 것이다.
최근, 자외 광원으로서, 자외선 발광 다이오드(UltraViolet Light Emitting Diode:UV-LED)가 주목을 받고 있다. UV-LED는, 종래의 자외 광원인 수은 램프에 비해 소형이고 고효율이며 수명이 길고, 예열 시간이 짧으며, 환경에 대해 부하가 작은 것 등의 이유로 수은 램프를 대체하는 자외 광원으로 기대되고 있다.
LED의 광원인 광학 소자는, 일반적으로 실링해서 사용된다. 가시광의 LED에 있어서는, 실란트(sealant)로서 수지 등의 유기물이 널리 사용되어 왔다. 그러나, UV-LED의 경우, 유기계의 실란트에서는 자외선에 의한 열화가 문제가 되었다.
UV-LED에 있어서, 광학 소자를 실링하는 방법으로서는, 예를 들면, 무기계의 실란트를 이용하여 광학 소자의 기판에 글라스 등의 창문재(窓材)를 접착함으로써 광학 소자를 실링하는 방법 등이 검토되고 있다.
당해 무기계의 실란트로서, 예를 들면, 땜납(solder)이나 금속 나노 입자를 사용하는 방법이 검토되고 있다.
특허문헌 1에는, 소정의 온도에서 박리할 수 있도록 미리 설계된 피복재에 의해 피복된 저온 소결성을 갖는 금속 나노 입자와, 당해 박리 온도보다 저온의 녹는점(melting point)을 갖는 땜납 분말(solder powder) 및 당해 녹는점보다 저온에서 휘발하는 페이스트화제의 3성분으로 구성된 접합제용 조성물이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 따르면, 땜납이 융해된 뒤에 소결 현상이 일어나는 가열 조건 하에서 용융 접합을 행함으로써 기판에 견고하게 접착한다고 되어 있다.
특허문헌 2에는, 특정의 창문재의 특정 개소에, 텔루르(tellurium) 및 은을 포함하고, 또한 텅스텐, 바나듐, 인, 바륨 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 저융점 금속 글라스인 접착제를 갖는, 합성 석영 글라스 리드(synthetic quartz glass lid)이 개시되어 있다.
본 발명자들은 특허문헌 3에 있어서 내부식성, 입도(粒度) 안정성, 매체중에서의 입자 분산성, 및 소결성이 우수한 피복 은 입자로서, 은핵(銀核) 입자와, 당해 은핵 입자의 표면에 1nm2당 2.5~5.2분자의 밀도로 배치된 복수의 지방족 카복실산 분자를 포함한, 피복 은 입자를 개시하고 있다.
일본 특허등록공보 제5442566호 일본 특허공개공보 제2018-026548호 일본 특허공개공보 제2017-179403호
기판과 창문재를 접착시키는 방법으로서, 한쪽에 실란트를 도포해서 반(半)경화(B스테이지화)시켜서 고정하고, B스테이지화 된 실란트 위에 다른 쪽을 배치하여 접착하는 방법이 알려져 있다. 이러한 방법에 따르면, 실란트를 반경화시킨 상태로 보관이나 반송하는 것이 가능해져 취급성이 우수하다. 유기계의 실란트에서는, B스테이지화가 비교적 쉬웠다. 그러나, 유기계의 실란트는, 자외선에 의한 열화가 일어나기 쉬워서 UV-LED의 실란트에는 부적합했다. 한편, 무기계의 실란트로서 땜납을 이용한 경우에는, 접합 강도가 불충분한 경우가 있었다. 또한, 실란트로서 나노 페이스트를 이용한 경우에는, 상기 B스테이지화를 비교적 쉽게 할 수 있고, 접합 강도도 우수하지만, 다공질의 소결체가 되기 쉬워서 밀봉성(sealing performance)에 문제가 있었다.
특허문헌 1의 방법은, 상기 특정의 접합용 조성물을, 상기 피복재의 박리 온도까지 승온되어 있는 가열 장치 내에서 가열 처리하는 것으로, 접합제용 조성물을 반경화시켜서 사용하는 것은 아니었다.
특허문헌 2의 방법은, 합성 석영 글라스 리드의 주연부에 반경화의 접착제를 갖는 것이다. 그러나 당해 접착제는, 접합시의 소결 시간이 길어서 보다 짧은 시간으로 소결 가능한 실란트가 요구된다.
본 발명은, 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 반경화 상태로 취급할 수 있고, 접합 강도 및 밀봉성이 뛰어난 소결체를 얻을 수 있는 실링용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 실시형태의 실링용 조성물은, 땜납 분말과, 은핵 입자와 상기 은핵 입자의 표면에 배치된 피복제를 포함한 피복 은 입자와, 용매를 함유하고, 상기 피복 은 입자의 소결 온도(T2)와 상기 용매의 끓는점(boiling point)(T3)이, 하기 식(1)을 만족시킨다.
T2≤T3…식(1)
본 발명에 의하면, 반경화 상태로 취급할 수 있고, 접합 강도 및 밀봉성이 뛰어난 소결체가 얻어지는 실링용 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 실시형태에 따른 실링용 조성물의 사용방법의 일례를 나타내는 모식적인 공정도이며, 도 1a는 글라스 기판 위에 도포된 실링 조성물의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이고,
도 1b는, 반경화 상태의 실링 조성물의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이고,
도 1c는, 본 실시형태에 따른 실링용 조성물을 이용하여 형성된 접합 부분의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이고,
도 2는, 실링용 조성물의 반경화물에 광원 기판을 접착시키는 공정의 일례를 나타내는 모식도이고,
도 3은, 실시 예 1의 실링용 조성물의 TG-DTA 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
[실링용 조성물(Sealing composition)]
본 실시형태의 실링용 조성물은, 땝납 분말과, 은핵 입자와 상기 은핵 입자의 표면에 배치된 피복제를 포함한 피복 은 입자와, 용매를 함유하고, 상기 피복 은 입자의 소결 온도(T2)와 상기 용매의 끓는점(T3)이, 하기 식(1)을 만족시킨다.
T2≤T3…식(1)
상기 실시형태의 실링용 조성물은, 반경화 상태로 취급할 수 있고, 접합 강도 및 밀봉성이 뛰어난 소결체를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 실링용 조성물은, 적어도 땜납 분말과, 피복 은 입자와, 피복은 입자의 소결 온도 이상의 끓는점을 갖는 용매를 함유하고, 필요에 따라서 다른 성분을 더 함유할 수 있다. 우선, 이와 같은 본 실시형태의 실링용 조성물에 포함되는 각 성분에 대해서 설명하고, 이어서 당해 실링용 조성물의 사용 방법과 함께 상기 효과를 발휘하는 이유에 관해서 설명한다.
<땜납 분말(Solder powder)>
본 실시형태에서 사용되는 땜납 분말은, 비교적 낮은 온도에서 용융 가능한 합금의 분말이다. 본 실시형태의 실링용 조성물은, 비교적 낮은 녹는점의 땜납 분말을 포함하기 때문에 저온에서의 밀봉 접합성이 우수하다.
당해 땜납 분말로서 사용되는 땜납으로서는, 예를 들면, 주석(Sn)을 포함하고, 또한, 비스무트(Bi), 아연(Zn), 납(Pb), 안티몬(Sb), 구리(Cu), 인듐(In), 은(Ag) 등의 원소를 포함하는 합금을 들 수 있으며, 불가피하게 혼입되는 다른 원소를 함유할 수 있다. 땜납의 구체적인 예로서는, Sn-Pb계, Sn-Pb-Sb계 Sn-Sb계, Sn-Pb-Bi계, Sn-Bi계, Sn-Zn-Bi계, Sn-Zn계, Sn-Cu계, Sn-Pb-Cu계, Sn-In계, Sn-Ag계, Sn-Pb-Ag계, Pb-Ag계 땜납 등을 들 수 있다. 본 실시형태에 있어서 땜납 분말은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
땜납 분말은 원하는 금속을 공지의 방법으로 혼합해서 제조할 수 있고, 또한 땜납 분말의 시판품을 사용해도 좋다.
본 실시형태에 있어서는, 환경에 대한 부하 경감의 관점에서 무연(lead-free)땜납(Sn-Sb계, Sn-Bi계, Sn-Zn-Bi계, Sn-Zn계, Sn-Cu계, Sn-In계, Sn-Ag계 납땜 등)을 이용하는 것이 바람직하고, 특히 Sn-Bi계 땜납, Sn-Zn-Bi계 땜납, 또는 Sn-Zn계 땜납을 사용하는 것이 보다 바람직하다. Zn을 포함한 땜납을 사용함으로써 고강도로 밀봉성이 뛰어난 소결체를 얻을 수 있다. 또한, 글라스 등에 대한 젖음성이 우수한 Bi를 포함한 땜납을 사용함으로써, 밀착성이 우수하고, 접합 강도가 높은 소결체를 얻을 수 있다. 그리고 또한, 후술하는 소결 은과의 젖음성(wettability)이 뛰어난 Sn을 포함한 땜납을 사용함으로써, 소결 은의 구멍을 메워 더욱 강고한 소결체를 형성할 수 있다.
땜납 분말의 평균 1차 입경은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 0.5~50μm인 것 중에서 적절히 선택해서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서 땜납 분말의 평균 1차 입경은, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 관찰된 임의의 20개의 땜납 분말의 1차 입자 지름의 산술 평균값이다. 입자 형상은, 구형, 대략 구형 외에 판형상이나 막대형상의 것 등이라도 좋다.
땜납 분말의 녹는점(T1)은, 금속의 함유 비율 등에 따라 변동이 있지만, 대체로 135~250℃의 범위 내이며, 135~200℃가 바람직하고, 135~155℃가 보다 바람직하다. 또한, 땜납 분말의 녹는점(T1)은, 후술하는 피복 은 입자의 소결 온도(T2) 이하인 것이 바람직하다.
상기 땜납 분말로서 Sn-Bi계 땜납, Sn-Zn-Bi계 땜납, 또는 Sn-Zn계 땜납을 이용한 경우는, 땜납 분말의 녹는점(T1)은, 예를 들면 135~200℃의 범위 내이다. 이중에서도, Sn-Bi계 땜납의 녹는점은, Sn과 Bi의 함유 비율 등을 조정함에 따라 135~155℃로 할 수 있다. Sn-Bi계 땜납을 이용하는 경우, Sn과 Bi의 비율은 특별히 한정되지 않지만, 접합 강도 및 밀봉성의 측면에서 질량비로 3:7~8:2인 것이 바람직하다.
또한, 땜납 분말이 용융할 때, 상(相)변화에 수반하여 흡열(吸熱)이 생긴다. 따라서 땜납 분말의 녹는점(T1)은, 예를 들면 TG-DTA측정(열중량측정·시차열분석)에서의 흡열 피크의 위치(도 3의 예에서는 143℃)에서 구할 수 있다.
<피복 은 입자(Coated silver particle)>
본 실시 형태에서 사용되는 피복 은 입자는, 은핵 입자와, 상기 은핵 입자의 표면에 배치된 피복제를 포함한다. 따라서, 은핵 입자의 표면은, 피복제에 의해 보호되어서 산화가 억제된다.
본 실시 형태에 있어서 피복 은 입자는, 당해 피복 은 입자의 소결 온도(T2)와 후술하는 용매의 끓는점(T3)이, 하기 식(1)을 충족하는 것 중에서 선택해서 사용할 수 있다.
T2≤T3…식(1)
이러한 피복 은 입자를 선택함으로써, 실링용 조성물은, 용매가 잔류한 상태에서 피복 은 입자의 소결이 진행된다. 때문에 피복 은 입자는 소결시에 유동성을 가져 소결체는 구멍이 생기기 어려워진다. 그 결과, 밀착성이나 접합 강도가 뛰어난 소결체를 얻을 수 있다. 상기 피복 은 입자의 소결 온도(T2)는, 예를 들면, 100~300℃의 범위에서 조정할 수 있고, 100~200℃가 바람직하며, 100~135℃로 할 수도 있다.
또한, 피복 은 입자가 소결할 때, 표면 에너지의 합계가 저하함에 따라 발열이 생긴다. 따라서, 피복 은 입자의 소결 온도(T2)는, 예를 들면 TG-DTA 측정에서의 발열 피크의 위치(도 3의 예에서는 160~185℃)에서 구할 수 있다.
또한, 당해 피복 은 입자의 소결 온도(T2)는, 상기 땜납 분말의 녹는점(T1) 이상인 것이 바람직하다. T1≤T2인 것에 의해, 땜납 분말이 용융한 뒤에 피복 은 입자를 소결시킬 수 있는 온도 제어가 가능해진다. 이 경우, 상기 피복 은 입자의 소결 온도(T2)는, 예를 들면, 155~300℃의 범위에서 조정할 수 있으며, 155~200℃가 바람직하다.
(은핵 입자(Silver core particles))
은핵 입자의 평균 1차 입경은, 특별히 한정되지 않고, 소결 온도 등의 관점에서 적절하게 선택할 수 있다. 구체적으로는, 은핵 입자의 평균 1차 입경을 500nm 이하의 범위에서 적절하게 선택할 수 있으며, 저온 소결성의 면에서 400nm이하인 것이 보다 바람직하고, 300nm이하인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 은핵 입자의 평균 1차 입경은, 통상, 1nm이상이며, 5nm이상인 것이 바람직하고, 20nm이상인 것이 보다 바람직하다. 당해 은핵 입자의 평균 1차 입경은, SEM에 의해 관찰된 임의의 20개의 은핵 입자의 1차 입자 지름의 산술 평균값이다 .
은핵 입자의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 정구체(true spherical)를 포함한 대략 구형상, 판형상, 막대형상 등을 들 수 있고, 또한 후술하는 피복 은 입자의 제조 방법에 따르면, 실질적으로 구형상에 가까울 수 있는 대략 구형상의 은핵 입자가 얻어진다. 또한 피복 은 입자의 입경은, SEM 관찰에 의해 결정할 수 있다.
은핵 입자는, 실질적으로 은으로 이루어진 입자이지만, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서, 산화은, 수산화은, 및 기타 불순물을 포함하고 있어도 좋다. 산화은 및 수산화은의 함유 비율은, 접합 강도의 면에서 은핵 입자에 대해서 5질량%이하인 것이 바람직하다.
(피복제(Coating agent))
은핵 입자 표면에 배치되는 피복제에는, 일반적인 금속 나노 입자에 부착 가능한 공지의 유기 또는 무기 재료가 사용된다. 당해 유기 재료로서는, 지방족 카복실산, 지방족 알데히드, 지방족 알코올, 지방족 아민 등의 유기 분자나, 유기 고분자 등이 사용되며, 해당 무기 재료로서는, 실리카나 흑연 등이 이용된다. 은핵 입자 표면에 피복제가 배치됨으로써, 은핵 입자의 산화나 은핵 입자끼리의 결합이 억제되어 은핵 입자를 안정된 상태에서 취급할 수 있다.
피복제는, 온도 응답성을 가지고 은핵 입자 표면에서 분리하는 것이 바람직하다. 피복제가 승온에 의해 은핵 입자에서 이탈함으로써 접합 강도가 높은 소결체를 얻을 수 있다. 피복제가 은핵 입자로부터 분리되는 온도(분리온도)는, 바람직하게는 피복 은 입자의 소결 온도 이상의 온도, 보다 바람직하게는 피복 은 입자의 소결 온도보다 10℃이상 높은 온도, 더욱 바람직하게는 피복 은 입자의 소결 온도보다 25℃이상 높은 온도이다. 한편, 피복제의 분리 온도는, 피복 은 입자의 소결 온도보다 50℃ 높은 온도 이하((피복 은 입자의 소결 온도 +50℃)이하)인 것이 바람직하다. 여기에서 피복제가 피복 은 입자로부터 분리되는 온도(분리온도)란, 피복 은 입자끼리 네킹(necking)하기 시작하는 온도로 할 수 있다. 이때, 피복 은 입자의 네킹이란, 피복제가 은핵 입자 표면에서 분리함으로써 은핵입자끼리가 결합하는 것을 말한다. 네킹이 일어나면, 은핵 입자 표면에서의 피복제의 소실에 수반된 중량 변화가 일어나므로 이 중량 변화를 TG-DTA 측정에 의해 구하고, TG-DTA 측정에 의해 얻어진 TG 곡선에 있어서 중량 변화하는 온도(도 3의 예에서는 175℃부근)를, 분리 온도로 할 수 있다. 또한, TG-DTA 측정의 측정 조건으로서는, 예를 들면, 시료 10mg을 50℃에서 매분 5℃의 승온 속도로 가열해서 측정하는 조건이 적합하다.
승온에 의해 은핵 입자 표면에서 비교적 쉽게 분리하는 피복제로서는, 예를 들면, 지방족 카복실산, 지방족 알데히드, 지방족 알코올, 지방족 아민 등의 유기 분자를 들 수 있다. 그 중에서도 피복제로서 지방족 카복실산을 이용하는 것이 바람직하다. 지방족 카복실산은, 카복실기측이 은에 흡착함으로써 은핵 입자 표면을 피복하므로 은핵 입자 표면에 단분자막을 형성하기 쉽다. 따라서, 은핵 입자의 외측에 여러 층의 분자막을 형성하기 어렵고, 승온에 의한 이탈이 비교적 쉽다. 또한 지방족 카복실산은 은핵 입자와 물리적 흡착 등으로 약하게 결합하기 때문에, 비교적 저온에서 확산·이탈하는 것으로 생각된다. 따라서, 각 은핵 입자의 표면은 가열에 의해 쉽게 노출되고, 은핵 입자의 표면끼리의 접촉이 가능해져 피복 은 입자는 저온에서 소결할 수 있다.
피복제로서 적합하게 사용되는 지방족 카복실산은, 지방족 화합물에 1개 또는 2개 이상의 카복실기가 치환된 구조를 갖는 화합물이며, 본 실시 형태에 있어서는, 통상, 은핵 입자 표면에 지방족 카복실산의 카복실기가 배치된다. 그리고 또한, 지방족 화합물에 1개의 카복실기가 치환된 구조, 즉, 지방족 탄화수소기와 1개의 카복실기를 갖는 화합물이 바람직하다.
지방족 카복실산을 구성하는 지방족 탄화수소기는, 은핵 입자 표면에 소정의 밀도로 단분자막을 형성하기 쉬운 점에서 직쇄 지방족 탄화수소기인 것이 바람직하다. 불포화 결합은, 이중 결합이어도 좋고 삼중 결합이어도 좋지만, 이중 결합인 것이 바람직하다. 또한 본 실시에 있어서는, 지방족 탄화수소기가 불포화 결합을 갖지 않는 포화 지방산인 것이 바람직하다.
당해 지방족 카복실산에 있어서, 지방족기의 탄소 원자 수는, 피복 은 입자의 분산성이나, 내산화성의 면에서 3이상인 것이 바람직하고, 5이상인 것이 보다 바람직하고, 7이상인 것이 더욱 더 바람직하다. 한편, 지방족기의 탄소 원자수가 17이하인 것이 바람직하고, 16이하인 것이 보다 바람직하며, 11이하인 것이 더욱 더 바람직하다. 탄소 원자수가 상기 상한값 이하인 것임에 따라 피복 은 입자의 소결시에 제거되기 쉽고, 접합 강도가 뛰어난 소결체를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 지방족기의 탄소 원자수는 카복실기를 구성하는 탄소 원자는 포함하지 않는 것으로 한다.
바람직한 지방족 카복실산의 구체적인 예로서는, 옥탄산, 운데칸산, 도데칸산 등을 들 수 있다. 지방족 카복실산은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다.
은핵 입자의 표면에는, 지방족 카복실산이, 상기 은핵 입자의 표면에 1nm2당 2.5~5.2분자의 밀도로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 즉 은핵 입자의 표면은, 지방족 카복실산을 포함한 피복층으로 피복되고, 그 피복 밀도가 2.5~5.2분자/nm2이다. 분산성 및 내산화성의 면에서, 당해 피복 밀도가 3.0~5.2분자/nm2인 것이 바람직하고, 3.5~5.2분자/nm2인 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서, 피복 은 입자는, 그 중에서도 은핵 입자와, 상기 은핵 입자의 표면에 1nm2당 2.5~5.2분자의 밀도로 배치된 복수의 지방족 카복실산 분자를, 포함한 피복 은 입자가 바람직하다. 당해 피복 은 입자에 있어서 지방족 카복실산 분자는, 카복실기 측이 은핵 입자 표면에 흡착해서 단분자 막을 형성하고 있다. 이때문에, 은핵 입자의 표면은, 지방족 카복실산 피복제에 의해 보호되어서 산화가 억제되고, 높은 내산화성을 갖는 것으로 추정된다. 예를 들면, 상기 피복 은 입자는, 제조 후 2개월 경과 후의 산화은 및 수산화은의 함유 비율을, 피복 은 입자 중의 은핵 입자 100질량%에 대해서 5질량%이하로 억제하는 것도 가능하다. 또한, 지방족 카복실산은 은핵 입자와 물리적 흡착 등으로 약하게 결합하고 있기 때문에 비교적 저온에서 확산·이탈하는 것으로 생각된다. 따라서, 각 은핵 입자의 표면은 가열에 의해 쉽게 노출되고, 은핵 입자의 표면끼리의 접촉이 가능해지기 때문에 당해 피복 은 입자는 저온에서의 소결성이 우수하다.
은핵 입자 표면에서의 지방족 카복실산 등의 피복 밀도는, 상기 특허문헌 3 (일본 특허공개공보 제2017-179403호)의 단락0014~단락0025의 기재에 따라 산출할 수 있다.
구체적으로는, 피복 은 입자에 관해서, 일본 특허공개공보 제2012-88242호에 기재된 방법에 따라서, 액체 크로마토그래피(LC)를 이용해서 표면에 부착되어 있는 유기 성분을 추출하여 성분 분석을 행한다. 또한, TG-DTA 측정을 행하여 피복 은 입자에 포함되는 유기 성분량을 측정한다. 이어서 LC의 분석 결과와 함께 피복 은 입자에 포함된 지방족 카복실산의 양(질량)을 구하고, 지방족 카복실산 등의 분자 수를 산출한다.
또한, SEM 화상 관찰에 의해 은핵 입자의 평균 1차 입자 지름을 측정하고, 은핵 입자의 표면적을 산출한다. 이들 결과로부터 하기 식에 의해 피복 밀도가 구해진다.
[피복밀도]=[지방족 카복실산 등의 분자 수]/[은핵 입자의 표면적]
피복 은 입자의 입자 지름은, 용도 등에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 피복 은 입자의 평균 1차 입자 지름은, 1~500nm인 것이 바람직하고, 5~400nm인 것이 보다 바람직하고, 20~300nm인 것이 더욱 더 바람직하다.
피복 은 입자의 평균 1차 입자 지름은, SEM 관찰에 의한 임의의 20개의 피복 은 입자의 1차 입자 지름의 산술 평균값 DSEM으로서 산출된다.
또한, 피복 은 입자의 입도 분포의 변동 계수(표준편차SD/평균 1차 입자 지름 DSEM)의 값은 예를 들면, 0.01~0.5이며, 0.05~0.3가 바람직하다. 특히, 후술하는 피복 은 입자의 제조 방법으로 제조되어 있어서, 입도 분포의 변동 계수가 작고, 입자 지름이 통일된(uniform) 상태로 할 수 있다. 피복 은 입자의 입도 분포의 변동 계수가 작아서 분산성이 우수한 분산체를 얻는 것이 가능해진다.
본 실시형태에 있어서, 상기 땜납 분말과, 상기 피복 은 입자와의 함유 비율은, 질량비 6:4~8:2이다. 이와 같은 비율로 함으로써, 접합 강도 및 밀봉성이 우수한 경화물을 얻을 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 피복 은 입자는, 시판품을 사용해도 좋고, 또 제조해도 좋다. 피복 은 입자의 제조 방법의 일례에 관해서 설명한다.
상기 피복 은 입자는, 예컨대, 상기 특허문헌 3의 단락0052에서 단락0101, 및 단락0110에서 단락0114 등을 참고로 해서 제조할 수 있다. 당해 제조 방법에 따르면, 은핵 입자와, 상기 은핵 입자의 표면에 1nm2당 2.5~5.2분자의 밀도로 배치된 지방족 카복실산 분자를 포함하는 대략 구형상의 피복 은 입자가 얻어진다.
구체적으로는, 우선 은핵 입자가 되는 은을 포함한 은 카복실산염과, 당해 은핵 입자의 표면에 피복하는 지방족 카복실산과, 용매를 함유하는 혼합액을 준비한다. 당해 혼합액에 착화제를 첨가해서 가열함으로써 피복 은 입자를 얻을 수 있다.
상기 은 카복실산염으로서는, 예를 들면, 의산은, 옥살산은, 탄산은 등을 들 수 있다.
상기 착화제로서는, 예를 들어, 2-아미노에탄올, 3-아미노-1-프로판올, 5-아미노-1-펜탄올, DL-1-아미노-2-프로판올, N-메틸디에탄올아민 등을 들 수 있다.
또한 상기 용매로서는, 에틸시클로헥산, C9계 시클로헥산[마루젠세키유 제품, 상품명:Swaclean #150], n-옥탄(끓는점 125℃, SP값:7.54) 등을 들 수 있다. 또한, 이들 용매와, 메틸프로필렌글리콜 등의 글리콜 에테르계 용매를 조합시켜서사용해도 좋다.
<용매>
본 실시형태의 실링용 조성물에 있어서 용매는, 상기 땜납 분말 및 상기 피복 은 입자를 분산 가능한 용매 중에서 적절히 선택해서 사용할 수 있다. 용매로서는, 상기 납땜 분말 및 상기 피복 은 입자의 화학적 안정성 및 분산성의 관점에서, 그 중에서도 지방족 아민계 용매, 지방족 알코올계 용매, 지방족 아미노알코올계 용매, 테르핀 아세테이트계 용매, 지방족 알칸계 용매, 및 카르비톨계 용매로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에 있어서 용매는, 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다.
지방족 아민계 용매로서는, 예를 들면, 옥틸아민, 데실아민, 도데실아민, 올레일아민 등을 들 수 있다.
지방족 아미노 알코올계 용매로서는, 예를 들면, 에탄올아민, 프로판올아민, 옥탄올아민, 데칸올아민, 도테칸올아민, 올레일 알코올 아민 등을 들 수 있다.
지방족 알코올계 용매로서는, 예를 들면, 헥산올, 옥탄올, 데칸올, 도데칸올, 올레일 알코올 등을 들 수 있다.
테르핀 아세테이트계 용매로서는, 예를 들면, 1,8-테르핀-1-아세테이트, 1,8-테르핀-8-아세테이트, 1,8-테르핀-1,8-디아세테이트 등을 들 수 있다.
지방족 알칸계 용매로서는, 예를 들면, 옥탄, 데칸, 도데칸, 유동 파라핀 등을 들 수 있다.
또한, 카르비톨계 용매로서는, 예를 들면, 부틸 카르비톨, 헥실 카르비톨, 데실 카르비톨 등을 들 수 있다.
또한, 그 중에서도 용매로서 테르핀 아세테이트계 용매를 포함하는 것이 바람직하다. 테르핀 아세테이트계 용매를 사용함으로써 실링용 조성물을 스크린 인쇄에 적합한 조성물로 할 수 있다. 테르핀 아세테이트계 용매는, 예를 들면 니폰 테르펜 카가쿠(주)의 Terusolve THA-90, Terusolve THA-70 등을 이용할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 용매의 끓는점(T3)이, 상기 피복 은 입자의 소결 온도(T2) 이상인 것을 특징으로 한다. 이와 같은 용매를 사용함에 따라, 실링용 조성물은, 용매가 잔류한 상태에서 피복 은 입자의 소결이 진행된다. 따라서, 피복 은 입자는 소결시에 유동성을 가지며, 소결체는 구멍이 생기기 어려워진다. 그 결과, 밀착성이나 접합 강도가 뛰어난 소결체를 얻을 수 있다. 그리고 또한, 용매의 끓는점(T3)이, 상기 땜납 분말의 녹는점(T1)보다도 높은 것이 바람직하다. 피복 은 입자의 소결 온도(T2) 및 땜납 분말의 녹는점(T1)보다도 높은 끓는점(T3)의 용매를 선택해서 사용함으로써, 피복 은 입자와 땜납 분말의 반응을 액상(液相)으로 완결시킬 수 있기 때문에 우수한 밀착성 및 밀봉성을 갖는 소결체를 얻을 수 있다. 또한 높은 끓는점의 용매를 사용함에 따라, 인쇄시나 인쇄후의 건조가 억제되기 때문에 가사 시간이 길어지는 등의 장점도 있다. 용매의 끓는점(T3)은, 땜납 분말의 녹는점보다 높은 것이 바람직하고, 땜납 분말의 녹는점보다 10℃이상 높은 것이 보다 바람직하고, 또한 땜납 분말의 녹는점보다 100℃ 높은 온도 이하((땜납 분말의 녹는점 +100℃)이하)인 것이 바람직하고, 땜납 분말의 녹는점보다 90℃ 높은 온도 이하((땜납 분말의 녹는점 +90℃)이하)인 것이 보다 바람직하며, 땜납 분말의 녹는점보다 85℃ 높은 온도 이하((땜납 분말의 녹는점 +85℃)이하)인 것이 더욱 더 바람직하다. 또한, 용매가 혼합 용매인 경우, 용매의 끓는점(T3)은, 가장 끓는점이 높은 용매의 끓는점을 (T3)으로 한다. 적어도 일부의 용매가 잔존하면, 상기 밀착성이나 밀봉성에 기여하기 때문이다.
본 실시 형태에 있어서, 용매가 테르핀 아세테이트계 용매를 포함하는 경우, 테르핀 아세테이트계 용매의 함유 비율은 특별히 한정되지 않지만, 용매 전량중, 테르핀 아세테이트계 용매가 50질량%이상인 것이 바람직하고, 60질량%이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 실링용 조성물 전량에 대하여 용매의 함유 비율은, 1~30질량%인 것이 바람직하고, 5~20질량%인 것이 보다 바람직하다.
[실링용 조성물의 사용 방법]
본 실시 형태의 실링용 조성물의 사용 방법의 일례에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1a~도 1c는, 본 실시 형태의 실링용 조성물의 사용 방법의 일례를 나타내는 모식적인 공정도이다. 또한 도 2는, 실링용 조성물의 반경화물에 광원 기판을 접착시키는 공정의 일례를 나타내는 모식도이다. 또한, 설명을 위해, 도면에서의 땜납 분말 및 피복 은 입자의 형상, 입자 지름, 및 분포 등은, 모식적인 것이며, 축척 등은 실제의 것과 일치하지 않을 수가 있다.
도 1a는, 글라스 기판(200) 상에 도포된 실링용 조성물(100a)의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 1b는, 도 1a의 도막을 (T1)온도 이상 (T2)온도 미만으로 가열 한 후의, 반경화 상태(B스테이지화 후)의 실링용 조성물(100b)의 일례를 나타내는 모식도이다. 또한 도 1c는, B스테이지화 후의 실링용 조성물 상에, 광학 소자를 구비한 기판(이하, 광원 기판(300)이라고도 함)의 접합부를 배치하고, (T3)온도 이상으로 가열한 후의, 접합 부분의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 1a의 예에서, 실링용 조성물(100a)은, 글라스 기판(200) 상에 도포되어서 땜납 분말(1a)과, 피복 은 입자(2a)와, 용매(미도시)를 포함한 도막으로 이루어져 있다. 피복 은 입자(2a)는, 도 1a의 예에 나타내어져 있는 바와 같이 땜납 분말(1a)의 표면에 담지되어 있어도 좋고, 또 용매 중에 분산되어 있어도 좋다. 실링용 조성물의 도포 방법은, 공지의 도포 방법 중에서 적절하게 선택하면 된다. 예를 들면, 스크린 인쇄, 디스펜스 인쇄, 스탬핑 인쇄 등의 방법에 의해 도포할 수 있다. 글라스 기판이 판상인 경우는, 정밀하게 대량 생산할 수 있는 점에서 스크린 인쇄가 바람직하다.
실링용 조성물의 도막의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 30~100μm로 할 수 있다. 또한 도막의 선폭은, 예를 들면 100~500μm로 할 수 있다. 도막의 두께 및 선 폭을 상기의 범위로 함으로써, 밀봉성 및 접합 강도가 뛰어난 소결체를 얻을 수 있다. 또한, 도막은 광학 소자를 실링하기 때문에, 도 2에 나타내는 바와 같이, 소정의 프레임 형태로 형성된다.
본 실시에 있어서 글라스 기판(200)은, 광학 소자에서 발광하는 빛을 투과하는 창문재로서 기능하는 부재이며, 본 실시에 있어서는, 파장 350nm이하의 빛, 특히 파장 300nm이하의 빛을 안정적으로 투과할 수 있는 점에서, 합성 석영 글라스인 것이 바람직하다. 당해 석영 글라스의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 판상이어도 좋고, 공지의 렌즈 형상을 가지고 있어도 좋다. 또한, 석영 글라스의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.1~5mm로 할 수 있다.
이어서, 도 1a의 도막을, 상기 땜납 분말의 녹는점(T1)이상, 상기 피복 은 입자의 소결 온도(T2)미만으로 가열한다. 이때, 도 1b의 예에 나타내는 대로 땜납 분말(1a)이 용융하여 용융체(1b)가 형성된다. 이때, 땜납의 젖음성에 의해 글라스 기판(200)과의 기밀성을 향상시킬 수 있다. 특히, 땜납 분말이 Bi를 포함하고 있는 경우, Bi가 글라스에 대해서 우수한 젖음성을 가지고 있어서 실링용 조성물과 글라스 기판(200)의 밀착성이 향상된다. 따라서, 후막(厚膜)으로 밀착성이 뛰어난 B스테이지의 실란트가 형성된다. B스테이지화를 위한 가열 시간은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 10분이상, 바람직하게는 30분이상이다. 이 온도범위에서는 피복 은 입자가 소결하지 않고, 용융체(1b)의 내부에 분산된다.
B스테이지의 실란트가 형성된 글라스 기판은, 이어서 광학 소자를 갖는 기판과 맞춰 붙여도 좋고, 일단 냉각해서 보존할 수도 있다.
이어서, 도 2의 예에 나타내는 바와 같이, B스테이지화 후의 실링용 조성물(100b) 위에, 실링한 광학 소자를 갖춘 광원 기판(300)을 배치한다. 당해 광원 기판(300)의 접합면에는, 금 도금 등의 금속 도금(301)이 시행되어 있는 것이 바람직하다. 실링용 조성물이 도금 부분과 접합함에 따라 밀착성이 우수하여 접합 강도와 밀봉성이 뛰어난 경화물을 얻을 수 있다. 이어서 가압하면서 가열함에 따라 땜납 분말이 융해하여 광원 기판의 표면에 젖어 확산하여 광원 기판과 밀착한다. 또한, 피복 은 입자의 소결 온도(T2)로 가열함으로써 실링용 조성물(100b)에 포함된 피복 은 입자가 소결하여 소결 은을 형성한다. 이때, 피복 은 입자는, 용융하는 땜납의 내부에서 소결하므로, 용융한 땜납이 소결 은과 결합하여, 경화물(100c)이 형성된다. 경화물(100c)은, 소결 은의 구멍(101c)을 땜납이 메울 수 있는 구조를 하고 있어 접합 강도에 뛰어나다. 이렇게 해서, 글라스 기판(200)과 광원 기판(300)을 충분한 접합 강도 및 밀봉성으로 접합할 수 있다. 또한, 광원 기판 접합시의 가열 온도는, 예를 들면, 170~350℃로 할 수 있고, 250~350℃로 하는 것이 바람직하다. 250℃이상으로 가열함으로써 용융한 주석과 은의 소결체의 표면과의 사이에서 SnAg 합금이 형성되어 접합 강도가 보다 높아질 것으로 추정된다. 또한, 당해 온도로 가열함으로써, 예를 들면 10~60초라는 단시간의 가열에도 충분한 접합 강도 및 밀봉성이 얻어진다. 다만, 가열 시간은 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한 가압 조건은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.01~1kgf/mm2, 바람직하게는 0.05~1kgf/mm2로 할 수 있다.
실시 예
이하, 본 발명을 실시 예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
(제조 예 1 : 피복 은 입자 Ag1의 제조)
특허문헌 3을 참고로, 은핵 입자의 표면에 2.5~5.2nm2의 피복 밀도로 운데 칸산이 배치된 피복 은 입자 Ag1를 제조하였다.
(실시 예 1 : 실링용 조성물의 조제)
상기 피복 은 입자 Ag1을 24질량부, SnBi 합금 입자(미츠이금속광업 제품, ST-3;입자 지름 약 3μm) 64질량부, 용매로서 Terusolve THA-70(니폰테르펜화학 주식회사 제품; 끓는점(T3)은 223℃) 8질량부, 및 낙산 3-히드록시-2,2,4-트리메틸펜틸(도쿄카세이코교 주식회사 제품) 4질량부를 혼합해서, 실시 예 1의 실링용 조성물을 얻었다.
(비교 예 1 : 비교 실링용 조성물의 조제)
실시 예 1에 있어서, 피복 은 입자 Ag1 대신에 평균 1차 입경이 1μm인 은 입자를 이용한 것 이외는, 실시 예 1과 동일하게 해서, 비교 예 1의 비교 실링용 조성물을 얻었다. 또한, 당해 은 입자의 소결 온도는 약 240~280℃였다.
<TG-DTA 측정>
실시 예 1의 실링용 조성물에 관해서, TG8120(리가쿠사 제품)을 이용해서, 질소 분위기하(질소유량:250ml/min)에 있어서, 10℃/min의 승온 속도로, TG-DTA 측정을 실시했다. 당해 TG-DTA 측정의 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3의 결과에서, SnBi 합금 입자의 녹는점(T1)은 143℃인 것을 알았다. 또한, 피복 은 입자 Ag1의 소결 온도(T2)는 160~185℃인 것을 알았다.
<접합 강도 평가>
실시 예 1의 실링용 조성물을, 개구부가 4mm 사방×두께 0.05mm의 메탈 마스크를 이용해서 5mm 사방×두께 0.5mm의 합성 석영 글라스 기판 위에 도공하고,이어서 대기 조건하, 150℃에서 60분간 가열해서, 반경화물을 얻었다. 얻어진 반경화물상에, 접합면에 금도금을 갖춘 세라믹 기판을 배치했다. 반경화물을 합성 석영 글라스 기판과 세라믹 기판으로 사이에 끼운 상태로, 대기 분위기하, 반경화물의 두께 방향으로 0.09kgf/mm2의 압력을 걸면서 300℃에서 10초간 가열 소결하여, 실시 예 1의 접합체를 얻었다.
또한, 비교 예 1의 비교 실링용 조성물을, 개구부가 4mm 사방×두께 0.05mm의 메탈 마스크를 이용해서 5mm 사방×두께 0.5mm의 합성 석영 글라스 기판 위에 도공하고 이어서 대기 조건하, 150℃에서 60분간 가열해서 반경화물을 얻었다. 얻어진 반경화물 위에, 접합면에 금도금을 갖춘 세라믹 기판을 배치했다. 반경화물을 합성 석영 글라스 기판과 세라믹 기판으로 사이에 끼운 상태로 대기 분위기하에서 반경화물의 두께 방향으로 0.09kgf/mm2의 압력을 걸면서 320℃에서 60초간 가열 소결하여, 비교 예 1의 접합체를 얻었다.
실시 예 1 및 비교 예 1의 접합체에 관해서, 각각 오오바 계기 제작소사 제품의 라운드 스프링 타입 텐션 게이지를 이용하여 다이 쉐어 테스트(die share test)를 행하여 접합 강도를 측정했다.
그 결과, 실시 예 1의 접합체의 접합 강도는 8.0MPa, 비교 예 1의 접합체의 접합 강도는 1.5MPa였다.
<밀봉성 평가>
슬라이스, 모따기(chamfered), 랩핑, 거친 연마 가공된 합성 석영 글라스 웨이퍼 기판(4인치φ, 두께 0.5mm)을, 3.5mm사방으로 다이싱 컷트하였다. 실시 예 1에서 얻어진 실링용 조성물을 스크린 인쇄로 합성 석영 글라스 웨이퍼 기판의 한쪽면 위에 도포하였다. 도포는 창문 프레임 위에 선폭 250μm, 막 두께 35μm가 되도록 행하고, 실시 예 1에서 얻어진 실링용 조성물을 반경화의 상태로 해서 합성 석영 글라스 리드을 제작하였다. 파장 285nm의 빛을 낼 수 있는 LED 발광 소자가 설치되고, 접합부가 금도금된 질화 알루미나계 세라믹의 수용체에 대해, 상기의 합성 석영 글라스 리드를 300℃에서 0.03kgf/mm2의 하중을 걸면서 30초간 밀어붙임으로써 수용체와 합성 석영 글라스 리드의 접합을 행하여 광학용 패키지를 제작하였다.
이어서, 제작된 광학 소자용 패키지를 마이크로 체크(microcheck) 침투액 JIP143(이치넨케미카루즈사 제품) 내에서 하룻밤 방치했다. 그 후, 당해 광학 소자용 패키지를 아세톤으로 세정하고 현미경으로 관찰한 결과, 패키지 내에 마이크로 체크 침투액의 스며듬은 확인할 수 없어 충분한 밀봉성을 발현할 수 있는 것으로 나타났다.
이상의 결과로부터, 땜납 분말과, 피복 은 입자와, 피복 은 입자의 소결 온도 이상의 끓는점을 갖는 용매를, 함유하는 본 실시의 실링용 조성물에 의하면, 접합 강도와 밀봉성이 뛰어난 소결체를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
본 출원은, 2018년 9월 20일에 출원된 일본 특허출원 제2018-175739를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전부를 여기에 포함한다.
1a; 땜납 분말
1b; 용융체
2a; 피복 은 입자
100a; 실링용 조성물
100b; B스테이지화 후의 실링용 조성물
100c; 경화물
101c; 소결 은의 구멍
200; 글라스 기판
300; 광원 기판
301; 금속 도금

Claims (7)

  1. 땜납 분말과,
    은핵(銀核) 입자와 상기 은핵 입자의 표면에 배치된 피복제를 포함한 피복 은 입자와,
    용매를, 함유하고,
    상기 피복 은 입자의 소결 온도(T2)와 상기 용매의 끓는점(T3)이, 하기 식 (1)을 충족하는, 실링용 조성물:
    T2≤T3…식(1)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피복제가, 지방족 카복실산 분자를 포함하는, 실링용 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지방족 카복실산 분자가, 상기 은핵 입자의 표면에 1nm2당 2.5~5.2분자의 밀도로 배치되어 있는, 실링용 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 땜납 분말이, Sn-Bi계 땜납, Sn-Zn-Bi계 땜납, 및 Sn-Zn계 땜납으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 실링용 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용매가, 지방족 아민계 용매, 지방족 알코올계 용매, 지방족 아미노알코올계 용매, 테르핀 아세테이트계 용매, 지방족 알칸계 용매, 및 카르비톨계 용매로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 실링용 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 땜납 분말과 상기 피복 은 입자의 함유 비율이, 질량비로 6:4~8:2인, 실링용 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 땜납 분말의 녹는점(T1)과, 상기 피복 은 입자의 소결 온도(T2)가, 하기 식(2)을 충족하는, 실링용 조성물:
    T1≤T2…식(2)
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7333055B2 (ja) * 2019-07-19 2023-08-24 協立化学産業株式会社 接合用組成物、接合体及びその製造方法
JP2022077578A (ja) * 2020-11-12 2022-05-24 信越化学工業株式会社 封止用接合材及び光学素子パッケージ用リッド

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5442566B2 (ko) 1976-09-08 1979-12-14
JP2017179403A (ja) 2016-03-28 2017-10-05 協立化学産業株式会社 被覆銀粒子とその製造方法、導電性組成物、および導電体
JP2018026548A (ja) 2016-08-03 2018-02-15 信越化学工業株式会社 合成石英ガラスリッド及び光学素子用パッケージ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101208173B (zh) * 2005-05-25 2010-05-19 千住金属工业株式会社 无铅焊膏及其制法
JP5430922B2 (ja) * 2008-12-24 2014-03-05 三ツ星ベルト株式会社 導電性基材の製造方法
WO2011155055A1 (ja) 2010-06-11 2011-12-15 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 低温焼結性接合材および該接合材を用いた接合方法
JP2012088242A (ja) 2010-10-21 2012-05-10 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 金属微粒子表面の脂肪酸の定量方法
CN103619529B (zh) * 2011-09-02 2015-05-06 三菱综合材料株式会社 焊料粉末以及使用该粉末的焊料用浆料
HUE041582T2 (hu) 2012-01-20 2019-05-28 Dowa Electronics Materials Co Kötõanyag és a kötõanyagot alkalmazó rögzítési eljárás
JP6266137B2 (ja) * 2015-07-09 2018-01-24 古河電気工業株式会社 金属微粒子含有組成物
JP6380852B2 (ja) * 2015-12-17 2018-08-29 株式会社伊東化学研究所 耐熱、耐酸、導電性金属材料
JP2018175739A (ja) 2017-04-21 2018-11-15 株式会社三共 遊技機

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5442566B2 (ko) 1976-09-08 1979-12-14
JP2017179403A (ja) 2016-03-28 2017-10-05 協立化学産業株式会社 被覆銀粒子とその製造方法、導電性組成物、および導電体
JP2018026548A (ja) 2016-08-03 2018-02-15 信越化学工業株式会社 合成石英ガラスリッド及び光学素子用パッケージ

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