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TWI458692B - Composite packaging materials - Google Patents

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TWI458692B
TWI458692B TW101138199A TW101138199A TWI458692B TW I458692 B TWI458692 B TW I458692B TW 101138199 A TW101138199 A TW 101138199A TW 101138199 A TW101138199 A TW 101138199A TW I458692 B TWI458692 B TW I458692B
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Sea Fue Wang
Chieh Sheng Cheng
Yung Fu Hsu
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Univ Nat Taipei Technology
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Description

複合封裝材料
本發明為一種複合封裝材料，尤指由氧化物組成的複合封裝材料。
在燃料電池技術領域中，固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)擁有高轉換效率、燃料來源選擇廣泛，及材料成本較低廉等優點。但由於SOFC工作溫度高(600℃~800℃)，所以需要高溫封裝技術，藉由玻璃封裝材料的流動性以填補SOFC與基板之間縫隙，使其接合、氣密即使燃料氣體和氧氣隔離。而為使封裝材料具流動性，需將玻璃轉化溫度調整於SOFC工作溫度範圍(600℃~800℃)。
於實際應用時，由於SOFC經常需在高溫之下運轉，在正常啟動與停止運轉狀態下，材料會歷經常溫、高溫的循環，故各元件材料之間的熱膨脹係數的匹配性及熱穩定性亦相當重要，因此封裝材料更需具有緩衝以及降低在熱脹冷縮後產生的應力對元件的傷害的作用。
黃守國(Shou-guo,Huang)等人曾於合金與化合物期刊(Journal of Alloys and Compounds)中提出一種由矽-鋁-釔-鋇-硼(Si-Al-Y-Ba-B)組成的玻璃，其中二氧化矽之成分比例為3.53 wt%(6.97 mol%)，三氧化二鋁之成分比例為7.21 wt%(8.39 mol%)，氧化釔之成分比例為10 wt%(5.27 mol%)，氧化鋇之成分比例為60 wt%(46.55 mol%)，氧化硼之成分比例為19.26 wt%(32.83 mol%)。但由於此類玻璃含有硼及鹼土元素，以SOFC需要長時間工作於高溫下為考量，鹼土元素容易與元件之間連接板產生含銫、鎂、鋇及鈣等化 合物，因而導致膨脹係數改變造成複合材料與連接板間裂縫產生，而鹼土元素本身易與電池的陰極產生化合物，造成電池電阻率增加。另一方面氧化硼的添加雖然會使玻璃黏度降低且提高潤濕性，但氧化硼的熔點低、及易揮發，且在易形成硼氫氧化物而當玻璃在長時間使用時，熱穩定性會下降。
為此，本申請人有鑒於上述習知封裝材料的缺陷之處，秉持著研究創新、精益求精之精神，利用其專業眼光和專業知識，研究出本創作之複合封裝材料。
根據本發明之目的，提供一種複合封裝材料，係由二氧化矽、三氧化二鋁、氧化釔及氧化鋅所組成。此複合封裝材料之玻璃轉化溫度介於694~833℃之間及膨脹係數介於7.0~8.5×10-6 /℃之間。
其中二氧化矽與三氧化二鋁之莫耳數和占總莫耳數比例的41.88~62.22%，氧化釔之莫耳數占總莫耳數比例的10.48~26.67%以及氧化鋅之莫耳數占總莫耳數比例的11.11~47.64%。其中三氧化二鋁之莫耳數和占總莫耳數比例的5.23~17.78%。
其中三氧化二鋁與該二氧化矽的比例為0.14~0.40，氧化釔與二氧化矽的比例為0.29~0.60，氧化鋅與該二氧化矽的比例為0.25~1.30。
根據本發明之又一目的，提供一種複合封裝材料，係為上述之複合封裝材料中更加入玻璃添加劑，此玻璃添加劑係為鉍釔氧化物(Bi1.5 Y0.5 O3 )，其玻璃添加劑與複合封裝材料的重量比例為1：1，此一添加玻璃添加劑之複合封裝材料的膨脹係數介於9~11×10-6 /℃之間。
據上所述，本發明較習知封裝材料更具密封性，低軟化溫度及易壓縮密封之優點，且因本發明無添加鉛、硼及鹼土族的使用，亦可減少了元件的損耗及降低環境物染的情形。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
本發明之複合封裝材料依照組成物之比例，共具有數組配比，其數據於表一。
請參閱第1圖，如圖所示為本發明之熱膨脹係數曲線圖，圖中斜率開始有急遽變化的轉折點為玻璃轉化溫度(Tg )，其玻璃轉換溫度範圍為694℃~833℃，請參閱表二，玻璃轉換溫度最低的配比為YAS4-130，最高為 YAS1-25，由此可知，氧化鋅的添加可以有效的降低玻璃轉換溫度。而線性斜率為該配比的熱膨脹係數，膨脹係數最大者為配比YAS1-50，根據表一，氧化釔與二氧化矽的比例可知，氧化釔例添加量越多膨脹係數易越大，而由於氧化釔具有較強的網絡結構截斷能力，因而使膨脹係數提高。再者，由第1圖可知，氧化鋅的添加也可使膨脹係數些微增加。
請參閱第2圖，如圖所示為本發明之玻璃熱差分析曲線圖，可以發現曲線隨溫度上升，開始有放熱峰的產生，為玻璃的結晶峰，此峰所對應的溫度為玻璃結晶溫度(Tc)。而其數據整理列表於表三，由表三可知氧化鋅添加比例越高，玻璃結晶溫度越低。而玻璃結晶溫度的高低影響玻璃在SOFC使用上的熱穩定性，若玻璃轉換溫度低於SOFC應用時之溫度時，於長時間使用下會產生玻璃結晶，造成失去SOFC原有的性質，使熱穩定性下降。
請參閱第3圖，如圖所示為本發明於SOFC封裝黏合後，在700℃環境下進行漏氣率量測，由圖之漏氣率量測結果可知，YAS1-50及YAS5-50為漏氣量最低，但由於此兩配比熱膨脹係數分別為8.17×10-6 /℃及7.01× 10-6 /℃，與SOFC應用範圍之熱膨脹係數9~11×10-6 /℃還有所差距，因此將此兩配比與熱膨脹係數較大的玻璃添加劑(Bi1.5 Y0.5 O3 )粉末進行複合，並將本發明與玻璃添加劑(Bi1.5 Y0.5 O3 )以1：1重量比混和。
請參閱第4圖，如圖所示為本發明加入玻璃添加劑(Bi1.5 Y0.5 O3 )後之熱膨脹係數圖，由圖可知，其YAS1-50及YAS5-50之熱膨脹係數分別增加至9.47×10-6 /℃及9.30×10-6 /℃，由此可見，玻璃添加劑(Bi1.5 Y0.5 O3 )的添加，可以有效的提高熱膨脹係數，使封裝材料與元件之間可以有效的匹配。
上述之實施案例僅為舉例性之具體說明，而非為限制本發明之範圍，凡任何對其進行之等效修改或變更者，皆未脫離本發明之精神與範疇，均應包含於本案專利範圍中。
第1圖為本發明之熱膨脹係數曲線圖。
第2圖為本發明之玻璃熱差分析曲線圖。
第3圖為本發明進行漏氣率量測關係圖。
第4圖為本發明之熱膨脹係數曲線圖。

Claims (8)

  1. 一種複合封裝材料，係由二氧化矽、三氧化二鋁、氧化釔及氧化鋅所組成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之複合封裝材料，其中該複合封裝材料之玻璃轉化溫度介於694~833℃之間，且在該複合封裝材料之玻璃轉化溫度介於694~833℃之間時的膨脹係數介於7.0~8.5×10-6 /℃之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之複合封裝材料，其中該二氧化矽與三氧化二鋁之莫耳數和占總莫耳數比例的41.88~62.22%，氧化釔之莫耳數占總莫耳數比例的10.48~26.67%以及氧化鋅之莫耳數占總莫耳數比例的11.11~47.64%。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之複合封裝材料，其中該三氧化二鋁之莫耳數和占總莫耳數比例的5.23~17.78%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之複合封裝材料，其中該三氧化二鋁與該二氧化矽的比例為0.14~0.40，該氧化釔與該二氧化矽的比例為0.29~0.60，該氧化鋅與該二氧化矽的比例為0.25~1.30。
  6. 一種複合封裝材料，係由二氧化矽、三氧化二鋁、氧化釔、氧化鋅及一玻璃添加劑所組成。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之複合封裝材料，其中該玻璃添加劑與該二氧化矽、該三氧化二鋁、該氧化釔及該氧化鋅的重量總和之重量比例為1：1。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之複合封裝材料，其中該複合封裝材料 在溫度介於大於0℃至830℃之間時的膨脹係數介於9.30~9.47×10-6 /℃之間。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2724342B1 (en) 2011-06-27 2018-10-17 Xerox Corporation Short circuit reduction in a ferroelectric memory cell comprising a stack of layers arranged on a flexible substrate

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3947281A (en) * 1969-11-06 1976-03-30 United Technologies Corporation High modulus rare earth and beryllium containing silicate glass compositions
JP2005247602A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd ガラス組成物及び磁気ヘッド
CN100376046C (zh) * 2005-01-28 2008-03-19 中国科学院过程工程研究所 一种中温密封玻璃及用于固体氧化物燃料电池密封的方法
CN100438183C (zh) * 2003-09-03 2008-11-26 中国科学院上海硅酸盐研究所 平板式固体氧化物燃料电池的中高温封接方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60145932A (ja) * 1984-01-09 1985-08-01 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミツク基板用グレ−ズ組成物
JP3382272B2 (ja) * 1992-11-11 2003-03-04 日本発条株式会社 Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物
JP2006056769A (ja) * 2004-07-23 2006-03-02 Nippon Sheet Glass Co Ltd 封着用ガラス組成物、封着用ガラスフリット、及び封着用ガラスシート

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3947281A (en) * 1969-11-06 1976-03-30 United Technologies Corporation High modulus rare earth and beryllium containing silicate glass compositions
CN100438183C (zh) * 2003-09-03 2008-11-26 中国科学院上海硅酸盐研究所 平板式固体氧化物燃料电池的中高温封接方法
JP2005247602A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd ガラス組成物及び磁気ヘッド
CN100376046C (zh) * 2005-01-28 2008-03-19 中国科学院过程工程研究所 一种中温密封玻璃及用于固体氧化物燃料电池密封的方法

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