JP2001048579A - シリカリン酸スズ系ガラス及び封着材料 - Google Patents
シリカリン酸スズ系ガラス及び封着材料Info
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Abstract
スと同等の特性を有するガラスを提供する。 【解決手段】 SnO、SiO2及びP2O5を主成分と
し、モル%表示でSnO30〜80%、SiO2 5.
5〜20%、P2O5 10〜50%の組成を有すること
を特徴とする。
Description
ガラスと、これを用いた封着材料に関するものである。
ための材料として、ガラスを使用した封着材料が開発さ
れている。
程において、封着用ガラスが被封着物の表面を十分に濡
らす温度まで加熱する必要がある。ところが電子部品の
封着においては、封着温度をできる限り低く維持するこ
とが求められるので、このような用途には鉛ホウ酸系の
低融点ガラスを利用した封着材料が主として用いられて
おり、特に封着温度が430〜500℃で、熱膨張係数
が70〜100×10 -7/℃の材料が広く使用されてい
る。
は環境問題の観点から、封着用ガラスから鉛を除くこと
が強く求められるようになった。
も、従来の封着用ガラスと同等の特性を有するガラス
と、これを用いた封着材料を提供することである。
スとして、リン酸スズ系ガラスが提案されているが、こ
の系のガラスはP2 O5 をガラス形成酸化物として多量
に含有しているために、1)従来の封着用ガラスに比べ
て機械的強度が劣る、2)耐候性が悪い、等のリン酸塩
ガラス特有の欠点が現れやすく、未だ実用化されるに到
っていない。
を行った結果、主要なガラス形成酸化物としてP2O5と
同時にSiO2を使用することによって、ガラスの機械
的強度が増大し、また耐候性が向上することを見いだ
し、本発明として提案するものである。
は、SnO、SiO2及びP2O5を主成分とし、モル%
表示でSnO 30〜80%、SiO2 5.5〜20
%、P2O5 10〜50%の組成を有することを特徴と
する。
びP2O5の含有量をこのように限定した理由を以下に述
べる。
る。SnOが30%より少ないとガラスの粘性が高くな
って封着温度が高くなりすぎ、80%を超えるとガラス
化しなくなる。なおSnOの好適な範囲は40〜60%
である。
O2が5.5%より少ないと、ガラスの機械的強度の増
大、耐候性の改善、といったSiO2の優れた効果が十
分発揮されず、20%より多いとガラスの粘性が高くな
りすぎる。なおSiO2の好適な範囲は5.5〜10%
である。
が10%より少ないとガラス化せず、50%より多いと
上記したリン酸塩ガラス特有の欠点が顕著になる。なお
P2O5の好適な範囲は24.1〜40%である。
及びP2O5を主成分とするが、これら以外にも他の成分
を添加することが可能である。ただしこの場合には、こ
れら3成分が合量で60重量%以上であることが好まし
い。添加可能な成分として、例えばZnO、B2O3、A
l2O5、WO3、MoO3 、Nb2O5、TiO2、ZrO
2、R2O(RはLi、Na、K及び/又はCs)、Cu
O、MnO、R’O(R’はMg、Ca、Sr及び/又
はBa)等のガラスを安定化させる成分を含有させるこ
とができる。なおこれら安定化成分の含有量が合量で4
0%を超えると、主成分であるSnO、SiO2及びP2
O5の合量が60%以下となるため、ガラスが不安定に
なって成形時に失透しやすくなり好ましくない。
下に述べる。
に、熱膨張係数を低下させる効果があり、その含有量は
0〜35%、特に3〜25%が好ましい。ZnOが35
%より多いとガラスの結晶化傾向が激しくなって流動性
が低下しやすくなる。
0%、さらに好ましくは0〜4.9%が望ましい。B2
O3が20%を超えるとガラスの粘性が高くなりやす
い。
5%が好ましい。Al2O3が10%を超えるとガラスの
粘性が高くなりやすい。
0%、特に0〜10%が好ましい。これらの成分が各々
20%を超えるとガラスの粘性が高くなりやすい。
何れも0〜15%、特に0〜10%が好ましい。これら
の成分が各々15%を超えるとガラスの結晶化傾向が激
しくなりやすい。
5%が好ましい。R2Oが35%を超えるとガラスの結
晶化傾向が激しくなりやすい。
0%、特に0〜5%が好ましい。これらの成分が各々1
0%を超えるとガラスが不安定になりやすい。
0%である。R’Oが15%を超えるとガラスが不安定
になりやすい。
有させることができる。この場合、Fの含有量はモル比
でF/(F+O)≦0.3、特にF/(F+O)≦0.
1の関係を満たす範囲にあることが好ましい。F/(F
+O)の値が0.3より大きくなるとガラスが不安定に
なりやすい。
B2O3とP2O5の含有割合を、B2O3/P2O5<0.2
0とすることが好ましい。
50℃のガラス転移点を有し、500℃以下の温度で良
好な流動性を示す。また30〜250℃において90〜
150×10-7/℃程度の熱膨張係数を有する。
ン酸スズ系ガラスは、熱膨張係数が適合する材料に対し
ては単独で封着材料として使用できる。一方、熱膨張係
数が適合しない材料、例えばアルミナ(70×10-7/
℃)や窓板ガラス(80×10-7/℃)を封着する場合
には、低膨張材料からなる耐火性フィラー粉末を加えて
複合化することにより使用できる。また熱膨張係数の調
整以外にも、例えば機械的強度の向上のために耐火性フ
ィラー粉末を添加することができる。
その混合量はガラス粉末50〜100体積%、フィラー
粉末0〜50体積%に限定される。これはフィラー粉末
が50体積%より多いと、相対的にガラス粉末の割合が
低くなりすぎて、封着材料として必要な流動性が得られ
なくなるためである。また耐火性フィラー粉末としては
種々の材料が使用でき、例えばコージエライト、ジルコ
ン、二酸化錫、五酸化ニオブ、リン酸ジルコニウム、ウ
イレマイト、ムライト等が挙げられる。中でもコージエ
ライト、二酸化錫、五酸化ニオブ等がガラスとの相性が
よいため好適である。
スを用いた封着材料を作製するには、まず上記組成を有
するように原料を調合し、溶融してガラス化する。溶融
はSnOがSnO2に酸化されないように留意する必要
がある。このためN2中で溶融する等、非酸化性雰囲気
で溶融すると効果的である。その後、溶融ガラスを成形
し、粉砕、分級する。さらに必要に応じて耐火性フィラ
ー粉末を添加して混合することにより、封着材料を得る
ことができる。
を示す。まず被封着物の接着表面に封着材料を塗布す
る。塗布するに当たっては、封着材料をペースト状にし
て使用すればよい。その後、ガラスが被封着物の接着表
面を濡らすのに十分な条件で焼成することにより、被封
着物同士を封着することができる。なお溶融の場合と同
様に、非酸化性雰囲気で焼成すると効果的である。
する。
(試料No.1〜16)を示している。
の組成を有するように原料を調合し、アルミナるつぼを
使用して、空気中又はN2 中で750〜900℃で1〜
2時間溶融した。空気中で溶融を行うときは、るつぼに
ふたをして溶融した。次いで溶融ガラスを水冷ローラー
に通して薄板状に成形し、ボールミルにて粉砕後、目開
き105μmの篩を通過させて、平均粒径約10μmの
ガラス粉末とした。
及び流動性を評価した。その結果、本発明の実施例であ
るNo.1〜16の各試料は、ガラス転移点が250〜
320℃であり、30〜250℃における熱膨張係数が
103〜130×10-7/℃であり、22.5〜26.
0mmの流動径を示し、良好な流動性を有していた。
により、熱膨張係数は押棒式熱膨張測定装置により求め
た。流動性は次のようにして評価した。まずガラスの真
比重に相当する重量のガラス粉末を金型により外径20
mmのボタン状にプレスした。次にこのボタンを窓板ガ
ラスの上に乗せた後、空気中で表記の焼成温度まで10
℃/分の速度で昇温してその温度に10分間保持した。
その後、流動したボタンの直径を測定した。
o.1のガラス粉末とコージエライト粉末を、体積%で
ガラス粉末75%、コージエライト粉末25%の割合で
混合して封着材料とした。
して熱膨張係数及び流動性を評価した。その結果、30
〜250℃における熱膨張係数が75×10-7/℃であ
り、窓板ガラスの封着に適した値であった。また流動径
は23.0mmであり、良好な流動性を示すことが分か
った。
ようにして調製した。まず化学量論の組成(2MgO・
2Al2 O3 ・5SiO2 )を有するガラスを粉砕し
て、目開き105μmの篩を通過させた。次いでこのガ
ラス粉末を1350℃で10時間加熱し、結晶化物を作
製した。その後、この結晶化物を粉砕して、目開き45
μmの篩を通過させ、コージエライト粉末を得た。
ン酸スズ系ガラスは、250〜320℃のガラス転移点
を有し、500℃以下で良好な流動性を示す。さらにリ
ン酸塩ガラス特有の欠点もない。それゆえ従来品と同等
の性能を有する非鉛系封着材料を作製することが可能で
ある。また封着用途以外にも、例えばプラズマディスプ
レイのバリアリブ形成材料や誘電体形成材料等、種々の
用途に使用することが可能である。
り、またフィラーを使用して種々の材料と適合した熱膨
張係数に調整することが可能である。それゆえ磁気ヘッ
ド、陰極線管、プラズマディスプレイ、蛍光表示管等の
電子部品に使用されている鉛系封着材料の代替品として
好適である。
Claims (4)
- 【請求項1】 SnO、SiO2及びP2O5を主成分と
し、モル%表示でSnO 30〜80%、SiO2
5.5〜20%、P2O5 10〜50%の組成を有する
ことを特徴とするシリカリン酸スズ系ガラス。 - 【請求項2】 SnO、SiO2及びP2O5の含有量が
合量で60重量%以上であることを特徴とする請求項1
のシリカリン酸スズ系ガラス。 - 【請求項3】 SnO、SiO2及びP2O5を主成分と
するシリカリン酸スズ系ガラス粉末50〜100体積%
と耐火性フィラー粉末0〜50体積%からなり、シリカ
リン酸スズ系ガラス粉末がモル%表示でSnO 30〜
80%、SiO2 5.5〜20%、P2O5 10〜5
0%の組成を有することを特徴とする封着材料。 - 【請求項4】 シリカリン酸スズ系ガラス粉末は、Sn
O、SiO2及びP2O5の含有量が合量で60重量%以
上であることを特徴とする請求項3の封着材料。
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