KR102427006B1

KR102427006B1 - 비스무트계 유리, 비스무트계 유리의 제조 방법 및 봉착 재료

Info

Publication number: KR102427006B1
Application number: KR1020187031887A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 히로세
Original assignee: 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2037-10-13
Also published as: TW201815712A; KR20190069343A; CN109415244B; CN109415244A; TWI743229B; WO2018070529A1

Abstract

본 발명의 비스무트계 유리는 유리 조성으로서, 하기 산화물 환산의 몰%로 Bi₂O₃ 25~45%, B₂O₃ 20~35%, Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO＋CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO 90~100%(단, 90%를 포함하지 않음)를 함유하고, 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 2.0~3.5인 것을 특징으로 한다.

Description

비스무트계 유리, 비스무트계 유리의 제조 방법 및 봉착 재료

본 발명은 비스무트계 유리, 비스무트계 유리의 제조 방법 및 봉착 재료에 관한 것이고, 특히 레이저광에 의한 봉착 처리(이하, 레이저 봉착)에 적합한 비스무트계 유리, 비스무트계 유리의 제조 방법 및 봉착 재료에 관한 것이다.

최근, 플랫 디스플레이 패널로서 유기 EL 디스플레이가 주목받고 있다. 종래까지, 유기 EL 디스플레이의 접착 재료로서 저온 경화성을 갖는 유기 수지계 접착제가 사용되어 왔다. 그러나, 유기 수지계 접착제에서는 기체나 수분의 침입을 완전히 차단할 수 없기 때문에 내수성이 낮은 액티브 소자나 유기 발광층이 열화하기 쉬워 유기 EL 디스플레이의 표시 특성이 경시적으로 열화한다는 문제가 발생하고 있었다.

한편, 유리 분말을 포함하는 봉착 재료는 유기 수지계 접착제에 비해 기체 나 수분이 투과하기 어렵기 때문에 유기 EL 디스플레이 내부의 기밀성을 확보할 수 있다.

그러나, 유리 분말은 유기 수지계 접착제보다 연화 온도가 높기 때문에 봉착시에 액티브 소자나 유기 발광층을 열화시킬 우려가 있다. 이러한 사정으로부터, 레이저 봉착이 주목받고 있다. 레이저 봉착에 의하면, 봉착해야 할 부분만을 국소적으로 가열하는 것이 가능하여 액티브 소자나 유기 발광층을 열화시키지 않고, 무알칼리 유리 기판 등의 피봉착물을 봉착할 수 있다.

또한, 최근 기밀 패키지의 특성 유지나 장수명화를 도모하는 것이 검토되고있다. 예를 들면, LED 소자가 실장된 기밀 패키지에서는 열전도성의 관점에서 기체로서 질화알루미늄, 서멀 비아를 갖는 저온 소성 기판(LTCC)이 사용되지만, 이 경우에도 기체와 뚜껑(리드)을 레이저 봉착하는 것이 바람직하다. 특히, 자외 파장 영역에서 발광하는 LED 소자가 실장된 기밀 패키지에서는 레이저 봉착에 의해 자외 파장 영역에서 발광 특성을 유지하기 쉬워진다. 또한, 레이저 봉착에 의해 LED 소자의 열 열화를 방지할 수도 있다.

또한, MEMS(Micro Electric Mechanical System) 소자가 실장된 기밀 패키지여도 MEMS 소자의 특성 열화를 방지하기 위해 레이저 봉착이 적합하다.

미국 특허 제6416375호 명세서 일본 특허 공개 2006-315902호 공보

레이저 봉착에 이용하는 봉착 재료는 일반적으로 유리 분말, 내화성 필러 분말 및 레이저 흡수재를 포함하고 있다. 유리 분말은 레이저 봉착시에 연화 유동하고, 피봉착물과 반응하여 봉착 강도를 확보하기 위한 성분이다. 내화성 필러 분말은 골재로서 작용하고, 열팽창계수를 저하시키기 위한 재료이며, 레이저 봉착시에 연화 유동하는 것은 아니다. 레이저 흡수재는 레이저 봉착시에 레이저광을 흡수하여 열에너지로 변환하기 위한 재료이며, 레이저 봉착시에 연화 유동하는 것은 아니다.

유리 분말로서, 종래까지는 납붕산계 유리가 사용되고 있었지만, 환경적 관점에서 최근에는 무연 유리가 사용되고 있다. 특히, 비스무트계 유리는 저융점이며, 연화 유동성이 우수하기 때문에 무연 유리로서 유망시되고 있다. 그러나, 비스무트계 유리는 주성분인 Bi₂O₃가 레이저 흡수능을 대부분 갖지 않기 때문에 레이저 흡수능이 불충분해지기 쉽다. 그 때문에, 비스무트계 유리의 레이저 흡수능을 보완하기 위해 레이저 흡수재의 함유량을 증가시키지 않으면 안된다. 그러나, 레이저 흡수재의 함유량이 많아지면 레이저 봉착시에 비스무트계 유리 중에 레이저 흡수재가 용입되어, 이것에 의해 비스무트계 유리가 실투하여 소망의 연화 유동성을 확보할 수 없게 된다. 그리고, 연화 유동성을 확보하기 위해 내화성 필러 분말을 저하시키면 봉착 재료의 열팽창계수가 부당하게 높아져서 레이저 봉착시에 피봉착물이나 봉착 재료층에 크랙이 생겨서 기밀 불량이 발생되기 쉬워진다.

그래서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 기술적 과제는 연화 유동성과 레이저 흡수능을 높은 수준에서 양립할 수 있는 비스무트계 유리 및 그것을 이용한 봉착 재료를 창안하는 것이다.

본 발명자는 예의 검토의 결과, 비스무트계 유리 중의 비착색 성분과 착색 성분의 비율을 엄격하게 규제함으로써, 상기 기술적 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명으로서 제안하는 것이다. 즉, 본 발명의 비스무트계 유리는 유리 조성으로서 하기 산화물 환산의 몰%로 Bi₂O₃ 25~45%, B₂O₃ 20~35%, Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO＋CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO 90~100%(단, 90%를 포함하지 않음)를 함유하고, 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 2.0~3.5인 것을 특징으로 한다. 여기서, 「Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO＋CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO」는 Bi₂O₃, B₂O₃, BaO, ZnO, CuO, MnO, Fe₂O₃, TiO₂, V₂O₅, Cr₂O₃, Co₃O₄ 및 NiO의 함량을 가리킨다. 「(Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)」는 Bi₂O₃, B₂O₃, BaO 및 ZnO의 함량을 CuO, MnO, Fe₂O₃, TiO₂, V₂O₅, Cr₂O₃, Co₃O₄ 및 NiO의 함량으로 나눈 값을 가리킨다.

본 발명의 비스무트계 유리는 비착색 성분과 착색 성분의 비율을 엄격하게 규제하고 있다. 구체적으로는, 본 발명의 비스무트계 유리는 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)를 2.0~3.5로 규제하고 있다. 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 지나치게 작으면, 열적으로 불안정해져서 레이저 봉착시에 유리가 실투되기 쉬워진다. 한편, 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 지나치게 크면 레이저 흡수능이 저하되기 쉬워진다. 결과적으로, 봉착 재료중에 레이저 흡수재를 과잉으로 첨가하거나 또는 레이저 출력을 상승시키지 않으면, 레이저 봉착이 곤란해진다. 또한, 열팽창계수가 부당하게 높아져서, 레이저 봉착시에 피봉착물이나 봉착 재료층에 크랙이 생겨 기밀 불량이 발생하기 쉬워진다.

제2에, 본 발명의 비스무트계 유리는 ZnO의 함유량이 1~20몰%인 것이 바람직하다.

제3에, 본 발명의 비스무트계 유리는 MnO의 함유량이 3~25몰%인 것이 바람직하다.

제4에, 본 발명의 비스무트계 유리는 실질적으로 PbO를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기서, 「실질적으로 PbO를 함유하지 않는」이란 유리 조성 중의 PbO의 함유량이 0.1질량% 미만인 경우를 가리킨다.

제5에, 본 발명의 비스무트계 유리의 제조 방법은 상기 비스무트계 유리의 제조 방법으로서, 질산염 원료, 황산염 원료, 이산화물 원료, 과산화물 원료 중 어느 하나를 포함하는 유리 배치를 용융, 성형하여 비스무트계 유리를 제작하는 것이 바람직하다.

제6에, 본 발명의 비스무트계 유리의 제조 방법은 상기 이산화물 원료가 이산화망간 원료인 것이 바람직하다.

제7에, 본 발명의 비스무트계 유리의 제조 방법은 상기 과산화물 원료가 과망간산염 원료인 것이 바람직하다.

제8에, 본 발명의 봉착 재료는 비스무트계 유리로 이루어지는 유리 분말과 내화성 필러 분말을 포함하는 봉착 재료에 있어서, 유리 분말의 함유량이 50~95체적%, 내화성 필러 분말의 함유량이 1~40체적%이며, 또한 비스무트계 유리가 상기 비스무트계 유리인 것이 바람직하다.

제9에, 본 발명의 봉착 재료는 상기 내화성 필러 분말이 코디에라이트, 윌레마이드, 알루미나, 인산 지르코늄계 화합물, 지르콘, 지르코니아, 산화주석, 석영 유리, β-유크립타이트, 스포듀민에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.

제10에, 본 발명의 봉착 재료는 레이저 흡수재의 함유량이 5체적% 이하인 것이 바람직하다.

제11에, 본 발명의 봉착 재료는 레이저 봉착에 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 봉착시에 소자의 열 열화를 방지할 수 있다. 또한, 레이저 봉착에 사용하는 레이저광의 광원은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 반도체 레이저, YAG 레이저, CO₂ 레이저, 엑시머 레이저, 적외 레이저 등이 취급이 용이한 점에서 적합하다. 또한, 레이저광의 발광 중심 파장은 상기 봉착 재료에 레이저광을 적확하게 흡수시키기 위해 500~1600㎚, 특히 750~1300㎚가 바람직하다.

본 발명의 비스무트계 유리는 상기과 같이 유리 조성으로서, 하기 산화물 환산의 몰%로 Bi₂O₃ 25~45%, B₂O₃ 20~35%, Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO＋CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO 90~100%(단, 90%를 포함하지 않음)를 함유하고, 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 2.0~3.5이다. 상기와 같이, 비스무트계 유리의 유리 조성 범위를 한정한 이유를 하기에 나타낸다. 또한, 유리 조성의 설명에 있어서 % 표시는 몰%를 가리킨다.

Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO＋CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO의 함유량은 90%보다 크고, 바람직하게는 93% 이상, 95% 이상, 97% 이상, 특히 98% 이상이다. Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO＋CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO의 함유량이 지나치게 적으면 연화 유동성과 레이저 흡수능의 양립이 곤란해진다. 결과적으로, 봉착 재료 중에 레이저 흡수재를 과잉으로 첨가하거나 또는 레이저 출력을 상승시키지 않으면, 레이저 봉착이 곤란해진다.

CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO의 함유량은 바람직하게는 22~33%, 더욱 바람직하게는 25~30%이다. CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO의 함유량이 지나치게 적으면 레이저 흡수능이 저하되기 쉬워진다. 결과적으로, 봉착 재료 중에 레이저 흡수재를 과잉으로 첨가하거나 또는 레이저 출력을 높이지 않으면 레이저 봉착이 곤란해진다. 한편, CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO의 함유량이 지나치게 많으면, 열적으로 불안정해져서 레이저 봉착시에 유리가 실투되기 쉬워진다.

몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)는 2.0~3.5이며, 바람직하게는 2.1~3.2, 더욱 바람직하게는 2.2~3.1, 특히 바람직하게는 2.4~3.0이다. 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 지나치게 작으면, 열적으로 불안정해져서 레이저 봉착시에 유리가 실투되기 쉬워진다. 한편, 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 지나치게 크면 레이저 흡수능이 저하되기 쉬워진다. 결과적으로, 봉착 재료 중에 레이저 흡수재를 과잉으로 첨가하거나 또는 레이저 출력을 높이지 않으면 레이저 봉착이 곤란해진다. 또한, 열팽창계수가 부당하게 높아져서 레이저 봉착시에 피봉착물이나 봉착 재료층에 크랙이 생겨 기밀 불량이 발생되기 쉬워진다.

Bi₂O₃은 비스무트계 유리의 주요 성분이며, 연화 유동성을 높이는 성분이다. Bi₂O₃의 함유량은 25~45%이며, 바람직하게는 30~42%, 더욱 바람직하게는 35~40%이다. Bi₂O₃의 함유량이 지나치게 적으면 연화점이 지나치게 높아져서 레이저광을 조사해도 유리가 연화 유동하기 어려워진다. 한편, Bi₂O₃의 함유량이 지나치게 많으면 열팽창계수가 부당하게 높아져서, 레이저 봉착시에 피봉착물이나 봉착 재료층에 크랙이 생겨 기밀 불량이 발생하기 쉬워진다. 또한, 열적으로 불안정해져서 레이저 봉착시에 유리가 실투되기 쉬워진다.

B₂O₃은 유리 네트워크를 형성하는 성분이다. B₂O₃의 함유량은 20~35%이며, 바람직하게는 22~32%, 더욱 바람직하게는 24~30%이다. B₂O₃의 함유량이 지나치게 적으면 유리가 열적으로 불안정해져서 레이저 봉착시에 유리가 실투되기 쉬워진다. 한편, B₂O₃의 함유량이 지나치게 많으면 연화점이 지나치게 높아져서, 레이저광을 조사해도 유리가 연화 유동하기 어려워진다.

BaO는 연화점을 저하시키는 성분이며, 또한 열적 안정성을 높이는 성분이다. 그러나, BaO의 함유량이 지나치게 많으면 열팽창계수를 저하시키는 것이 곤란해진다. 결과적으로, 봉착 재료층에 크랙 등이 발생하기 쉬워진다. 따라서, BaO의 함유량은 바람직하게는 0~15%, 0~8%, 0~5%, 특히 0.1~2% 미만이다.

ZnO는 열팽창계수를 저하시키는 성분이다. ZnO의 함유량은 바람직하게는 0~25%, 보다 바람직하게는 1~20%, 더욱 바람직하게는 5~15%이다. ZnO의 함유량이 지나치게 적으면 열팽창계수가 높아지기 쉽다. 한편, ZnO의 함유량이 지나치게 많으면, Bi₂O₃의 함유량이 35% 이상인 경우에 유리가 열적으로 불안정해져서 레이저 봉착시에 유리가 실투되기 쉬워진다.

CuO와 MnO는 레이저 흡수능을 대폭 높이는 성분이다. CuO와 MnO의 함량은 바람직하게는 15~35%, 보다 바람직하게는 20~40%, 더욱 바람직하게는 25~30%이다. CuO와 MnO의 함량이 지나치게 적으면 레이저 흡수능이 저하되기 쉬워진다. 한편, CuO와 MnO의 함량이 지나치게 많으면 연화점이 지나치게 높아져서, 레이저광을 조사해도 유리가 연화 유동하기 어려워진다. 또한, 유리가 열적으로 불안정해져서 레이저 봉착시에 유리가 실투되기 쉬워진다. 또한, CuO의 함유량은 바람직하게는 5~30%, 보다 바람직하게는 8~30%, 더욱 바람직하게는 13~25%이다. MnO의 함유량은 바람직하게는 0~20%, 보다 바람직하게는 3~25%, 더욱 바람직하게는 5~15%이다.

MnO₂ 등의 MnO의 도입 원료는 용융시에 산화 작용을 갖는다. 그리고, 비스무트계 유리에 있어서 CuO와 MnO를 병용하고, 몰비 CuO/MnO를 0.5~6.2로 규제하면, 용융시에 유리 중에 존재하는 Cu₂O가 MnO의 도입 원료에 의해 산화되어 산화수가 2 이상인 산화구리가 증가하고, 이것에 의해 근적외 파장역에 있어서의 레이저 흡수능을 대폭 높일 수 있다. 몰비 CuO/MnO는 바람직하게는 0.5~6.2, 보다 바람직하게는 0.7~6.0, 더욱 바람직하게는 1.0~3.5이다. 몰비 CuO/MnO가 지나치게 작으면, 유리가 열적으로 불안정해져서 레이저 봉착시에 유리가 실투되기 쉬워진다. 한편, 몰비 CuO/MnO가 지나치게 크면 용융시에 Cu₂O가 충분히 산화되지 않아 소망의 레이저 흡수능을 얻는 것이 곤란해진다.

Fe₂O₃은 레이저 흡수능을 높이는 성분이며, 또한 Bi₂O₃의 함유량이 35% 이상인 경우에, 레이저 봉착시의 실투를 억제하는 성분이다. Fe₂O₃의 함유량은 바람직하게는 0~5%, 0.1~3%, 특히 0.2~2%이다. Fe₂O₃의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성 중의 성분 밸런스가 손상되어, 반대로 유리가 실투되기 쉬워진다.

TiO₂, V₂O₅, Cr₂O₃, Co₂O₃ 및 NiO는 레이저 흡수능을 높이는 성분이다. 각각의 성분의 함유량은 바람직하게는 0~7%, 0.1~4%, 특히 0.5~2% 미만이다. 각각의 성분의 함유량이 지나치게 많으면 레이저 봉착시에 유리가 실투되기 쉬워진다.

상기 성분 이외에도, 예를 들면 이하의 성분을 첨가해도 좋다.

Al₂O₃은 내수성을 높이는 성분이다. 그 함유량은 0~5%, 0~3%, 특히 0.1~2%가 바람직하다. Al₂O₃의 함유량이 지나치게 많으면 연화점이 지나치게 높아져서, 레이저광을 조사해도 유리가 연화 유동하기 어려워진다.

MgO, CaO 및 SrO는 열적 안정성을 높이는 성분이다. 그러나, MgO, CaO 및 SrO의 함유량이 지나치게 많으면 연화 유동성을 확보하면서 열팽창계수를 저하시키는 것이 곤란해진다. 따라서, MgO, CaO 및 SrO의 함량 및 개별 함유량은 바람직하게는 0~7%, 0~5%, 0~3%, 0~2% 미만, 0~1%, 특히 0~1% 미만이다.

SiO₂는 내수성을 높이는 성분이다. 그 함유량은 0~8%, 0~5%, 특히 0~1% 미만이 바람직하다. SiO₂의 함유량이 지나치게 많으면 연화점이 지나치게 높아져서 레이저광을 조사해도 유리가 연화 유동하기 어려워진다.

Li₂O, Na₂O, K₂O 및 Cs₂O는 연화점을 저하시키는 성분이지만, 용융시에 실투를 촉진하는 작용을 갖는다. 따라서, 이들 성분의 함유량은 함량으로 2% 이하, 특히 1% 미만이 바람직하다.

P₂O₅는 용융시의 실투를 억제하는 성분이지만, 그 첨가량이 지나치게 많으면 용융시에 유리가 분상하기 쉬워진다. 따라서, P₂O₅의 함유량은 0~5%, 특히 0~1% 미만이 바람직하다.

La₂O₃, Y₂O₃ 및 Gd₂O₃은 용융시의 분상을 억제하는 성분이지만, La₂O₃, Y₂O₃ 및 Gd₂O₃의 함유량이 지나치게 많으면 연화점이 지나치게 높아져서 레이저광을 조사해도 유리가 연화되기 어려워진다. 따라서, La₂O₃, Y₂O₃ 및 Gd₂O₃의 함유량은 각각 0~5%, 특히 0~1% 미만이 바람직하다.

MoO₃ 및 CeO₂는 레이저 흡수능을 높이는 성분이다. 각각의 성분의 함유량은 바람직하게는 0~7%, 0~4%, 특히 0~1% 미만이다. 각각의 성분의 함유량이 지나치게 크면 레이저 봉착시에 유리가 실투되기 쉬워진다.

PbO는 환경적 관점에서 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 봉착 재료는 비스무트계 유리로 이루어지는 유리 분말과 내화성 필러 분말을 포함하는 봉착 재료에 있어서, 유리 분말의 함유량이 50~95체적%, 내화성 필러 분말의 함유량이 1~40체적%이고, 또한 비스무트계 유리가 상기 비스무트계 유리인 것이 바람직하다.

본 발명의 봉착 재료에 있어서, 유리 분말의 함유량은 50~95체적%, 60~80체적%, 특히 65~75체적%가 바람직하다. 유리 분말의 함유량이 적으면 봉착 재료의 연화 유동성이 저하되기 쉬워진다. 한편, 유리 분말의 함유량이 많으면 내화성 필러 분말의 함유량이 상대적으로 적어져 봉착 재료의 열팽창계수가 부당하게 높아질 우려가 있다.

유리 분말의 최대 입자지름(D_max)은 바람직하게는 10㎛ 이하, 특히 5㎛ 이하이다. 유리 분말의 최대 입자지름(D_max)이 지나치게 크면 레이저 봉착에 요하는 시간이 길어짐과 아울러 피봉착물 사이의 갭을 균일화하기 여려워져서 레이저 봉착의 정밀도가 저하되기 쉬워진다. 여기서, 「최대 입자지름(D_max)」이란 레이저 회절 장치로 측정한 값을 가리키고, 레이저 회절법에 의해 측정했을 때의 체적 기준의 누적 입도 분포 곡선에 있어서 그 적산량이 입자가 작은 쪽으로부터 누적하여 99%인 입자지름을 나타낸다.

유리 분말의 연화점은 바람직하게는 480℃ 이하, 450℃ 이하, 특히 350~430℃가 바람직하다. 유리 분말의 연화점이 지나치게 높으면, 레이저 봉착시에 유리가 연화되기 어려워지기 때문에 레이저광의 출력을 상승시키지 않는 한 봉착 강도를 높일 수 없다. 여기서, 「연화점」은 매크로형 시차열분석에 의해 측정했을 때의 제 4 변곡점의 온도를 가리킨다.

유리 분말은, 예를 들면 각종 원료를 조합한 유리 배치를 준비하고, 이것을 백금 용융에 넣어서 900~1200℃에서 1~3시간 용융한 후, 용융 유리를 수냉 트윈 롤러 사이에 유출시켜 필름 형상으로 성형하고, 얻어진 유리 필름을 볼밀로 분쇄하고, 공기 분급 등의 분급을 행함으로써 제작된다.

비스무트계 유리의 제작에 사용되는 원료의 일부에 질산염 원료, 황산염 원료, 이산화물 원료, 과산화물 원료의 1종 또는 2종 이상을 이용하는 것이 바람직하다. 특히, Bi₂O₃의 도입 원료로서 질산염 원료를 이용하는 것이 바람직하고, 이산화물 원료로서 이산화망간 원료를 사용하는 것이 바람직하고, 과산화물 원료로서 과망간산염 원료를 사용하는 것이 바람직하다. 착색 성분 중에는 산화수가 높으면 레이저 흡수능이 높아지는 성분(특히, CuO)이 있다. 그리고, 이러한 원료를 사용하면 용융 유리 중의 착색 성분의 산화수를 높게 할 수 있다.

본 발명의 봉착 재료에 있어서, 내화성 필러 분말의 함유량은 바람직하게는 1~40체적%, 10~45체적%, 20~40체적%, 특히 22~35체적%이다. 내화성 필러 분말의 함유량이 적으면 봉착 재료의 열팽창계수가 부당하게 높아질 우려가 있다. 한편, 내화성 필러 분말의 함유량이 많으면 유리 분말의 함유량이 상대적으로 적어져서 봉착 재료의 연화 유동성이 저하되기 쉬워진다.

내화성 필러 분말로서 다양한 재료가 사용 가능하지만, 그 중에서도 코디에라이트, 윌레마이트, 알루미나, 인산 지르코늄계 화합물, 지르콘, 지르코니아, 산화주석, 석영 유리, β-유크립타이트, 스포듀민에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이 바람직하다. 이들 내화성 필러 분말은 열팽창계수가 낮은 것에 추가하여 기계적 강도가 높아, 모두 본 발명의 비스무트계 유리와의 적합성이 양호하다. 또한, β- 유크립타이트는 봉착 재료의 열팽창계수를 저하시키는 효과가 높기 때문에 특히 바람직하다.

내화성 필러 분말의 최대 입자지름(D_max)은 바람직하게는 15㎛ 이하, 10㎛ 미만, 5㎛ 미만, 특히 0.5~3㎛ 미만이다. 내화성 필러 분말의 최대 입자지름(D_max)이 지나치게 크면, 피봉착물 사이의 갭을 균일화하기 어려워짐과 아울러 피봉착물 사이의 갭을 협소화하기 어려워져서 유기 EL 디스플레이나 기밀 패키지의 박형화를 도모하기 어려워진다. 또한, 피봉착물 사이의 갭이 큰 경우에 피봉착물과 봉착 재료층의 열팽창계수 차가 크면 피봉착물이나 봉착 재료층에 크랙 등이 발생하기 쉬워진다.

본 발명의 봉착 재료에 있어서, 레이저 흡수재의 함유량은 바람직하게는 0~5체적%, 0~3체적%, 0~1체적%, 특히 0~0.1체적%이다. 레이저 흡수재의 함유량이 지나치게 많으면 레이저 봉착시 유리 중에 레이저 흡수재가 용입되고, 이것에 의해 유리가 실투되어 봉착 재료의 연화 유동성이 저하되기 쉬워진다. 또한, 내화성 필러 분말의 함유량이 상대적으로 적어져서 열팽창계수가 부당하게 상승할 우려가 있다.

본 발명의 봉착 재료에 있어서, 파장 808㎚의 단색광에 있어서의 광흡수율은 바람직하게는 75% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상이다. 이 광흡수율이 낮으면, 레이저 봉착시에 봉착 재료층이 광을 적정하게 흡수할 수 없어 레이저광의 출력을 상승시키지 않는 한, 봉착 강도를 높일 수 없다. 또한, 레이저광의 출력을 상승시키면, 레이저 봉착시에 소자가 열 열화할 우려가 있다. 여기서, 「파장 808㎚의 단색광에 있어서의 광흡수율」은 두께 5㎛로 소성한 봉착 재료층에 대해서 λ=808㎚의 단색광의 반사율과 투과율을 분광 광도계로 각각 측정하고, 그것들의 합계값을 100%로부터 뺀 값에 상당한다.

본 발명의 봉착 재료에 있어서, 열팽창계수는 바람직하게는 75×10^-7/℃ 이하, 특히 50×10^-7/℃ 이상, 또한 71×10^-7/℃ 이하이다. 이렇게 하면, 피봉착물이 저팽창인 경우, 피봉착물이나 봉착 재료층에 잔류하는 응력이 작아지기 때문에 피봉착물이나 봉착 재료층에 크랙이 생기기 어려워진다. 여기서, 「열팽창계수」는 압봉식 열팽창계수 측정(TMA) 장치로 측정한 값을 가리키고, 측정 온도 범위는 30~300℃로 한다.

본 발명의 봉착 재료에 있어서, 연화점은 바람직하게는 510℃ 이하, 480℃ 이하, 특히 350~450℃이다. 봉착 재료의 연화점이 지나치게 높으면, 레이저 봉착시에 봉착 재료층이 연화 유동하기 어려워지기 때문에 레이저광의 출력을 상승시키지 않는 한, 봉착 강도를 높일 수 없다.

본 발명의 봉착 재료는 분말의 상태로 사용에 제공해도 좋지만, 비이클과 균일하게 혼련하여 봉착 재료 페이스트로 가공하면 취급하기 쉽다. 비이클은 주로 용매와 수지로 구성된다. 수지는 봉착 재료 페이스트의 점도를 조정할 목적으로 첨가된다. 또한, 필요에 따라 계면활성제, 증점제 등을 첨가할 수도 있다. 봉착 재료 페이스트는 디스펜서나 스크린 인쇄기 등의 도포기를 이용하여 피봉착물 위에 도포된 후, 탈바인더 공정에 제공된다.

수지로서, 아크릴산 에스테르(아크릴 수지), 에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜 유도체, 니트로셀룰로오스, 폴리메틸스티렌, 폴리에틸렌카보네이트, 메타크릴산 에스테르 등이 사용 가능하다. 특히, 아크릴산 에스테르, 니트로셀룰로오스는 열분해성이 양호하기 때문에 바람직하다.

용매로서, N,N'-디메틸포름아미드(DMF), α-터피네올, 고급 알코올, γ-부틸락톤(γ-BL), 테트랄린, 부틸카르비톨아세테이트, 아세트산 에틸, 아세트산 이소아밀, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트, 벤질알코올, 톨루엔, 3-메톡시-3-메틸부탄올, 트리에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노부틸에테르, 트리프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 트리프로필렌글리콜 모노부틸에테르, 프로필렌카보네이트, 디메틸술폭시드(DMSO), N-메틸-2-피롤리돈 등이 사용 가능하다.

실시예

실시예에 의거해서, 본 발명을 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시예는 단순한 예시이다. 본 발명은 이하의 실시예에 조금도 한정되지 않는다.

표 1, 2는 본 발명의 실시예(시료 No.1~6)와 비교예(시료 No.7~10)를 나타내고 있다.

다음과 같이 하여, 표 중에 기재된 유리 분말을 제작했다. 우선, 표 중의 유리 조성이 되도록 각종 원료를 조합한 유리 배치를 준비하고, 이것을 백금 도가니에 넣고 1000℃에서 1시간 용융했다. 용융시에, 백금 막대를 이용해서 교반하여 용융 유리의 균질화를 행했다. 또한, 시료 No.3~5에 대해서는 Bi₂O₃의 함유량의 10%를 질산염 원료에 의해 도입했다. 이어서, 얻어진 용융 유리의 일부를 수냉 트윈 롤러 사이에 유출시켜 필름 형상으로 성형하고, 나머지 용융 유리를 카본제의 형틀에 유출시켜 막대 형상으로 성형했다. 최후로, 얻어진 유리 필름을 볼밀로 분쇄 후 평균 입자지름(D₅₀)이 1.0㎛, 최대 입자지름(D_max)이 4.0㎛가 되도록 공기 분급기로 분급했다. 또한, 막대 형상의 유리 대해서는 서냉점보다 약 20℃ 높은 온도로 유지된 전기로 내에 투입한 후, 3분/분의 강온 속도로 상온까지 서냉했다.

내화물 필러 분말로서 β-유크립타이트를 사용했다. 내화물 필러 분말은 공기 분급에 의해 평균 입자지름(D₅₀) 1.0㎛, 최대 입자지름(D_max) 3.0㎛로 조정되어 있다.

유리 분말과 내화성 필러 분말을 표 중에 나타내는 혼합 비율로 혼합하고, 시료 No.1~10을 제작했다. 시료 No.1~10에 대해, 열팽창계수, 광흡수율, 연화 유동성, 봉착 강도 및 기밀성을 평가했다. 또한, 표 중의 「A 성분」은 Bi₂O₃, B₂O₃, BaO 및 ZnO의 함량을 나타내고, 「B 성분」은 CuO, MnO, Fe₂O₃, TiO₂, V₂O₅, Cr₂O₃, Co₃O₄ 및 NiO의 함량을 나타내고, 「N/A」는 평가 불능을 나타내고 있다.

열팽창계수는 TMA 장치에 의해 30~300℃의 온도 범위에서 측정한 값이다. 또한, TMA의 측정 시료로서 각 시료를 치밀하게 소결시킨 후, 소정 형상으로 가공한 것을 사용했다.

다음과 같이 해서 광흡수율을 측정했다. 우선, 각 시료와 비이클(에틸셀룰로오스 수지 함유의 트리프로필렌글리콜 모노부틸에테르)을 삼단 롤밀에 의해 균일하게 혼련하여 페이스트화한 후, 무알칼리 유리 기판(NIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD.제의 OA-10, 40㎜×40㎜×0.5㎜ 두께) 위에, 30㎜×30㎜의 정사각형으로 도포하고, 건조 오븐에서 120℃, 10분간 건조했다. 이어서, 실온에서 10℃/분으로 승온하고, 510℃에서 10분간 소성한 후 실온까지 10℃/분으로 강온하고, 유리 기판 위에 정착시켰다. 이어서, 얻어진 막두께 5㎛의 소성막에 대해서 파장 λ=808㎚의 단색광의 반사율과 투과율을 분광 광도계로 각각 측정하고, 그것들의 합계값을 100%로부터 뺀 값을 광흡수율로 했다.

연화 유동성은 각 시료에 대해서 0.6㎤ 분에 상당하는 질량의 분말을 금형에 의해 외경 20㎜의 버튼 형상으로 건식 프레스하고, 이것을 25㎜×25㎜×0.6㎜ 두께의 알루미나 기판 위에 적재하고, 공기 중에서 10℃/분의 속도로 승온한 후, 510℃에서 10분간 유지한 후에 실온까지 10℃/분으로 강온하고, 얻어진 버튼의 직경을 측정함으로써 평가한 것이다. 구체적으로는, 유동지름이 16.0㎜ 이상인 경우를 「○」, 16.0㎜ 미만인 경우를 「×」로 해서 평가했다.

다음과 같이 하여 봉착 강도를 평가했다. 최초로, 각 시료와 비이클(에틸셀룰로오스 수지 함유의 트리프로필렌글리콜 모노부틸에테르)을 삼단 롤밀에 의해 균일하게 혼련하여 페이스트화한 후, 무알칼리 유리 기판(NIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD.제 OA-10, □ 40㎜×0.5㎜ 두께, 열팽창계수 38×10^-7/℃) 위에, 무알칼리 유리 기판의 끝가장자리를 따라 액자 형상(5㎛ 두께, 0.6㎜ 폭)으로 도포하고, 건조 오븐에서 120℃, 10분간 건조했다. 이어서, 실온에서 10℃/분으로 승온하고, 510℃에서 10분간 소성한 후 실온까지 10℃/분으로 강온하고, 페이스트 중의 수지 성분의 소각(탈바인더 처리) 및 봉착 재료의 고착을 행하고, 무알칼리 유리 기판 위에 봉착 재료층을 형성했다. 이어서, 봉착 재료층을 갖는 무알칼리 유리 기판 위에 봉착 재료층이 형성되어 있지 않은 다른 무알칼리 유리 기판(□ 40㎜×0.5㎜ 두께)을 정확히 겹친 후, 봉착 재료층을 갖는 무알칼리 유리 기판측으로부터 봉착 재료층을 따라 파장 808㎚의 레이저광을 조사함으로써 봉착 재료층을 연화 유동시키고, 무알칼리 유리 기판끼리를 기밀 봉착했다. 또한, 봉착 재료층의 평균 두께에 따라 레이저광의 조사 조건(출력, 조사 속도)을 조정했다. 최후로, 얻어진 봉착 구조체를 상방 1m로부터 콘크리트 위로 낙하시킨 후, 무알칼리 유리와 봉착 재료층의계면에 박리가 발생하지 않았던 것을 「○」, 무알칼리 유리와 봉착 재료층의 계면이 부분적으로 박리한 것을 「△」, 무알칼리 유리와 봉착 재료층의 계면이 완전히 박리한 것을 「×」로 해서 봉착 강도를 평가했다.

다음과 같이 하여 기밀성을 평가했다. 상기 방법에 의해 얻어진 봉착 구조체를 121℃, 습도 100%, 2기압으로 유지시킨 항온 항습조 내에서 24시간 유지했다. 그 후, 봉착 구조체를 광학 현미경으로 관찰하여 봉착 재료층이 변질되지 않고 봉착 구조체 내에 수분의 침입이 확인되지 않았던 것을 「○」, 봉착 구조체 내에 수분의 침투가 확인되지 않았지만, 봉착 재료층이 변질된 것을 「△」, 봉착 구조체 내에 수분의 침입이 확인된 것을 「×」로 해서 기밀성을 평가했다.

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 시료 No.1~6은 유리 분말의 유리 조성이 소정 범위로 규제되어 있기 때문에 열팽창계수, 광흡수율, 연화 유동성, 봉착 강도 및 기밀성의 평가가 양호했다. 한편, 시료 No.7은 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 작기 때문에, 소성시 및 레이저 봉착시에 실투가 생기고, 이 실투에 의해 연화 유동성의 평가가 불량하여 봉착 강도, 기밀성의 평가가 불가능했다. 시료 No.8은 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 크기 때문에 광흡수율이 낮아 봉착 강도와 기밀성의 평가가 양호하지 않았다. 시료 No.9는 Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO＋CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO의 함유량이 적기 때문에 광흡수율이 낮고, 유동성, 접착 강도, 기밀성의 평가가 불량했다. 시료 No.10은 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 크기 때문에 광흡수율이 낮아 봉착 강도와 기밀성의 평가가 양호하지 않았다. 또한, 시료 No.8은 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 지나치게 크기 때문에 열팽창계수가 다소 높았다.

참고로, 시료 No.3에 대해, 내화성 필러 분말 7.5체적%분을 레이저 흡수재(Fe₂O₃-Cr₂O₃-MnO계 복합 산화물, 평균 입자지름 D₅₀ 1.0㎛, 최대 입자지름 D_max 3.0㎛)로 치환한 결과, 열팽창계수가 77×10^-7/℃까지 상승했다.

(산업상 이용가능성)

본 발명의 비스무트계 유리 및 그것을 이용한 봉착 재료는 유기 EL 디스플레이, 유기 EL 조명 장치 등의 유기 EL 디바이스의 레이저 봉착 이외에도, 색소 증감형 태양 전지, CIGS계 박막 화합물 태양 전지 등의 태양 전지의 레이저 봉착, MEMS 패키지, LED 패키지 등의 기밀 패키지의 레이저 봉착 등에도 적합하다.

Claims

유리 조성으로서, 하기 산화물 환산의 몰%로 Bi₂O₃ 25~45%, B₂O₃ 20~35%, Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO＋CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO 90~100%(단, 90%를 포함하지 않는다)를 함유하고, 몰비 (Bi₂O₃＋B₂O₃＋BaO＋ZnO)/(CuO＋MnO＋Fe₂O₃＋TiO₂＋V₂O₅＋Cr₂O₃＋Co₃O₄＋NiO)가 2.0~2.81인 것을 특징으로 하는 비스무트계 유리.
제 1 항에 있어서,
ZnO의 함유량이 1~20몰%인 것을 특징으로 하는 비스무트계 유리.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
MnO의 함유량이 3~25몰%인 것을 특징으로 하는 비스무트계 유리.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
실질적으로 PbO를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 비스무트계 유리.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 비스무트계 유리의 제조 방법으로서,
질산염 원료, 황산염 원료, 이산화물 원료, 과산화물 원료 중 어느 하나를 포함하는 유리 배치를 용융, 성형하여, 비스무트계 유리를 제작하는 것을 특징으로하는 비스무트계 유리의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
이산화물 원료가 이산화망간 원료인 것을 특징으로 하는 비스무트계 유리의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
과산화물 원료가 과망간산염 원료인 것을 특징으로 하는 비스무트계 유리의 제조 방법.
비스무트계 유리로 이루어지는 유리 분말과 내화성 필러 분말을 포함하는 봉착 재료에 있어서,
유리 분말의 함유량이 50~95체적%, 내화성 필러 분말의 함유량이 1~40체적%이며, 또한 비스무트계 유리가 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 비스무트계 유리인 것을 특징으로 하는 봉착 재료.
제 8 항에 있어서,
내화성 필러 분말이 코디에라이트, 윌레마이트, 알루미나, 인산 지르코늄계 화합물, 지르콘, 지르코니아, 산화주석, 석영 유리, β-유크립타이트, 스포듀민에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 봉착 재료.
제 8 항에 있어서,
레이저 흡수재의 함유량이 5체적% 이하인 것을 특징으로 하는 봉착 재료.
제 8 항에 있어서,
레이저 봉착에 사용하는 것을 특징으로 하는 봉착 재료.