JP4930897B2 - Bi2O3-B2O3 sealing material - Google Patents
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Description
本発明は、電子部品の封着に好適なBi2O3−B2O3系封着材料に関するものである。
The present invention relates to a suitable B i 2 O 3 -B 2 O 3 based sealing material for sealing electronic parts.
従来から電子部品の接着材料や封着材料として、また、電子部品に形成された電極や抵抗体の保護や絶縁のための被覆材料としてガラスが用いられている。 Conventionally, glass has been used as an adhesive material and sealing material for electronic components, and as a coating material for protecting and insulating electrodes and resistors formed on electronic components.
これらのガラスは、その用途に応じて化学耐久性、機械的強度、流動性、電気絶縁性等様々な特性が要求されるが、何れの用途にも共通する特性として、低温で焼成可能であることが挙げられる。それゆえ何れの用途においても、ガラスの軟化点を下げる効果が極めて大きいPbOを多量に含有する低融点ガラス(例えば、特許文献1参照。)が広く用いられてきている。 These glasses are required to have various properties such as chemical durability, mechanical strength, fluidity, and electrical insulation depending on the application, but can be fired at low temperatures as a property common to all applications. Can be mentioned. Therefore, in any application, low-melting glass (for example, see Patent Document 1) containing a large amount of PbO that has an extremely large effect of lowering the softening point of glass has been widely used.
ところが最近、PbOを含有する低融点ガラスに対して環境上の問題が指摘されており、PbOを含まない低融点ガラスに置き換えることが望まれている。 Recently, however, environmental problems have been pointed out with respect to low-melting glass containing PbO, and it is desired to replace it with a low-melting glass containing no PbO.
そのため、PbO含有ガラスの代替品として、様々な低融点ガラスが開発されている。その中でも、Bi2O3−B2O3系低融点ガラス(例えば、特許文献2参照。)は、化学耐久性や機械的強度においてPbO含有ガラスと比較して同等の特性を有するため、PbO含有ガラスの代替候補として期待されている。
特許文献2には、電子部品の接着、封着、封止、被覆等の用途に使用可能なビスマス系低融点ガラス組成物が例示されている。しかし、このビスマス系低融点ガラス(Bi2O3−B2O3系ガラス)組成物は、PbOを含有するガラスと比較して軟化点が高く、流動性に乏しいため、焼成温度が高くなる。 Patent Document 2 exemplifies bismuth-based low-melting glass compositions that can be used for applications such as adhesion, sealing, sealing, and coating of electronic components. However, this bismuth-based low-melting-point glass (Bi 2 O 3 —B 2 O 3 -based glass) composition has a high softening point and poor fluidity compared to glass containing PbO, and therefore the firing temperature is high. .
軟化点を低くするためには、主要成分であるBi2O3の含有量を多くする必要があるが、Bi2O3の含有量が多くすると、Bi2O3を構成成分とする結晶が焼成時に析出しやすく流動性が損なわれやすい。そのため、Bi2O3の含有量を多くするだけでは流動性が高くなりにくい。 In order to lower the softening point, it is necessary to increase the content of Bi 2 O 3 which is a main component. However, if the content of Bi 2 O 3 is increased, crystals containing Bi 2 O 3 as constituent components can be obtained. It tends to precipitate during firing and fluidity is likely to be impaired. Therefore, the fluidity is not easily increased only by increasing the content of Bi 2 O 3 .
本発明の目的は、PbOを実質的に含有せず、PbO含有ガラスと同等の480℃以下の温度で焼成が可能であるBi2O3−B2O3系封着材料を提供することである。
An object of the present invention is substantially free of PbO, to provide baked in PbO-containing glass and equivalent 480 ° C. below the temperature Ru can der B i 2 O 3 -B 2 O 3 based sealing material That is.
本発明者等は、Bi2O3−B2O3系ガラス組成物に0.1〜5モル%のIn2O3および/またはGa2O3を添加することによって、軟化点を下げる成分であるBi2O3の含有量を多くしても、焼成中における結晶の析出が抑制されて、PbO含有ガラスと同等に焼成温度が達成できることを見いだし、本発明として提案するものである。 The present inventors have added a component that lowers the softening point by adding 0.1 to 5 mol% of In 2 O 3 and / or Ga 2 O 3 to the Bi 2 O 3 —B 2 O 3 glass composition. It is found that even if the content of Bi 2 O 3 is increased, the precipitation of crystals during firing is suppressed, and a firing temperature can be achieved equivalent to that of PbO-containing glass, and is proposed as the present invention.
本発明のBi2O3−B2O3系封着材料は、Bi2O3−B2O3系ガラス組成物からなるガラス粉末と耐火性フィラー粉末とを混合した封着材料であって、その混合割合は体積%表示で、ガラス粉末が40〜90%、耐火性フィラー粉末が60〜10%であり、且つBi 2 O 3 −B 2 O 3 系ガラス組成物が、モル%表示で、Bi 2 O 3 35〜47.7%、B 2 O 3 10〜35%、In 2 O 3 +Ga 2 O 3 0.1〜5%を含有することを特徴とする。
Bi 2 O 3 -B 2 O 3 based sealing material of the present invention, there in B i 2 O 3 -B 2 O 3 based sealing material obtained by mixing a glass powder and the refractory filler powder made of a glass composition Te, in the mixing ratio by volume percentage, the glass powder is 40% to 90%, the refractory filler powder Ri 60-10% der, and Bi 2 O 3 -B 2 O 3 based glass composition, mol% It is characterized by containing Bi 2 O 3 35 to 47.7%, B 2 O 3 10 to 35%, and In 2 O 3 + Ga 2 O 3 0.1 to 5% .
本発明のBi2O3−B2O3系封着材料は、Bi 2 O 3 −B 2 O 3 系ガラス組成物中にIn2O3および/またはGa2O3の合量を0.1〜5%を含む。これにより、ガラスの軟化点を低くする成分であるBi2O3の含有量を多くしても、焼成時における結晶の析出を抑制できる。そのため、流動性に優れ、PbOを実質的に含有しないにもかかわらず、PbO含有ガラスと同等の480℃以下の温度で焼成することができる。
Bi 2 O 3 -B 2 O 3 based sealing material of the present invention, Bi 2 O 3 -B 2 O 3 based glass composition In 2 O 3 and / or Ga 2 O 3 of the total amount 0. Contains 1-5% . Thus, even by increasing the content of Bi 2 O 3 is a component to lower the softening point of the glass, can suppress the precipitation of crystals during the firing. Therefore, although it is excellent in fluidity and does not substantially contain PbO, it can be fired at a temperature equal to or lower than 480 ° C. equivalent to PbO-containing glass.
本発明に係るBi2O3−B2O3系ガラス組成物の組成を上記のように限定した理由は次のとおりである。
The reason why the composition of the Bi 2 O 3 —B 2 O 3 -based glass composition according to the present invention is limited as described above is as follows.
Bi2O3は、ガラスの軟化点を低くするための主要成分であり、その含有量は35〜47.7%、好ましくは36〜47.7%、より好ましくは37〜47.7%である。Bi2O3の含有量が35%より少ないと、ガラスの軟化点が高くなり過ぎて480℃以下の温度で焼成できにくくなり、47.7%より多いと、失透しやすくなる。
Bi 2 O 3 is a main component for lowering the softening point of glass, and its content is 35 to 47.7 %, preferably 36 to 47.7 %, more preferably 37 to 47.7 %. is there. When the content of Bi 2 O 3 is less than 35%, the softening point of the glass becomes too high and it becomes difficult to fire at a temperature of 480 ° C. or less, and when it exceeds 47.7 %, devitrification is likely to occur.
B2O3は、ガラス形成成分として必須な成分であり、その含有量は10〜35%、好ましくは15〜30%、さらに好ましくは18〜28%である。B2O3の含有量が10%よりも少ないと、ガラスネットワークが充分に形成されにくいため、失透しやすくなる。そのため、充分に封着を行なうために必要な流動性が得られない場合がある。一方、35%より多いと、ガラスの粘性が高くなる傾向があり、480℃以下の温度で焼成が困難となる場合がある。
B 2 O 3 is an essential component as a glass forming component, and its content is 10 to 35%, preferably 15 to 30%, and more preferably 18 to 28%. If the content of B 2 O 3 is less than 10%, the glass network is not easily formed, and thus it tends to be devitrified. For this reason, the fluidity necessary for sufficient sealing may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 35%, the viscosity of the glass tends to be high, and firing may be difficult at a temperature of 480 ° C. or lower.
In2O3およびGa2O3は、焼成時に結晶が析出して流動性が損なわれることを防止するために添加される成分であり、必須成分である。また、封着部を再加熱して再封着しても失透を防止することができる。In2O3およびGa2O3の合量は、0.1〜5%、好ましくは0.1〜3%である。軟化点を低くするためには、主要成分であるBi2O3の含有量を多くする必要があるが、Bi2O3の含有量を多くすると、焼成時にBi2O3を結晶構成成分とする結晶が析出しやすくなり、流動性が損なわれやすい。特にモル%表示でBi2O3が35%以上になるとその傾向が顕著になる。この原因としては、焼成時にビスマス酸化物単独で形成する結晶物であるBi2O3(ビスマイト)と、Bi2O3とB2O3とからなる2Bi2O3・B2O3または12Bi2O3・B2O3が結晶として析出するためであると考えられる。この結晶が析出すると流動性が損なわれてしまうが、In2O3やGa2O3は、上記した結晶が析出する前にBi2O3と選択的に結合して、結晶の析出を抑制する働きがある。特に、In2O3はこの効果においてGa2O3よりも優れる。しかし、In2O3およびGa2O3の合量を5%よりも多く添加すると、逆に焼成時に結晶が析出しやすくなるため好ましくない。 In 2 O 3 and Ga 2 O 3 are components added to prevent crystals from precipitating and fluidity from being impaired during firing, and are essential components. Moreover, devitrification can be prevented even if the sealing portion is reheated and resealed. The total amount of In 2 O 3 and Ga 2 O 3 is 0.1 to 5%, preferably 0.1 to 3%. In order to lower the softening point, it is necessary to increase the content of Bi 2 O 3 as a main component. However, if the content of Bi 2 O 3 is increased, Bi 2 O 3 is used as a crystalline constituent during firing. Crystals that are likely to precipitate, and fluidity is likely to be impaired. In particular, when Bi 2 O 3 is 35% or more in terms of mol%, the tendency becomes remarkable. As the cause, and Bi 2 O 3 during sintering a crystalline product formed by bismuth oxide alone (Bisumaito), Bi 2 O 3 and composed of B 2 O 3 Metropolitan 2Bi 2 O 3 · B 2 O 3 or 12Bi 2 O 3 · B 2 O 3 is believed to be due to precipitation as a crystal. When this crystal is precipitated, the fluidity is impaired, but In 2 O 3 and Ga 2 O 3 are selectively bonded to Bi 2 O 3 before the above crystals are precipitated, thereby suppressing the crystal precipitation. There is work to do. In particular, In 2 O 3 is superior to Ga 2 O 3 in this effect. However, it is not preferable to add more than 5% of the total amount of In 2 O 3 and Ga 2 O 3 because, on the contrary, crystals tend to precipitate during firing.
本発明に係るBi2O3−B2O3系ガラス組成物は、上記した成分以外に以下の成分を含有しても良い。
Bi 2 O 3 -B 2 O 3 based glass composition according to the present invention may contain the following components in addition to components described above.
BaO、SrO、MgOおよびCaOは、ガラスの溶融時に失透することを抑制する効果があり、必須成分である。これらの含有量は合量で1〜15%、好ましくは3〜10%である。これらの成分の合量が1%より少ないと上記の効果が得られにくく、15%より多くなると転移点が高くなる傾向がある。なお、BaOの含有量は1〜10%、特に2〜10%であることが好ましい。また、SrO、MgO、CaOの含有量については、各々0〜5%、特に各々0.5〜3%であることが好ましい。 BaO, SrO, MgO and CaO have an effect of suppressing devitrification when the glass is melted, and are essential components. The total content of these is 1 to 15%, preferably 3 to 10%. If the total amount of these components is less than 1%, it is difficult to obtain the above effect, and if it exceeds 15%, the transition point tends to be high. The BaO content is preferably 1 to 10%, particularly preferably 2 to 10%. Further, the contents of SrO, MgO, and CaO are each preferably 0 to 5%, particularly preferably 0.5 to 3%.
ZnOは、ガラス溶融時の失透を抑制する効果があり、その含有量は5〜30%、好ましくは10〜20%である。その含有量が5%より小さく、また30%よりも大きくなると焼成時にガラスが結晶化しやすくなって流動性が悪くなる。 ZnO has an effect of suppressing devitrification at the time of glass melting, and its content is 5 to 30%, preferably 10 to 20%. When the content is less than 5% or more than 30%, the glass is easily crystallized at the time of firing, resulting in poor fluidity.
CuOは、ガラス溶融時の失透を抑制する成分であり、その含有量は0〜15%、好ましくは2〜10%である。CuOが15%よりも多いと焼成時に結晶が極めて析出しやすくなって流動性が悪くなる傾向がある。 CuO is a component that suppresses devitrification during glass melting, and its content is 0 to 15%, preferably 2 to 10%. If the CuO content is more than 15%, crystals tend to precipitate very easily during firing and the fluidity tends to deteriorate.
Fe2O3は、ガラス溶融時の失透を抑制する成分であり、その含有量は0〜5%、好ましくは0.1〜2%である。Fe2O3が5%よりも多いと、溶融時に分相してガラス化しない傾向がある。 Fe 2 O 3 is a component that suppresses devitrification during glass melting, and its content is 0 to 5%, preferably 0.1 to 2%. When Fe 2 O 3 is greater than 5%, there is a tendency not to vitrified Bunsho during melting.
また、ガラス溶融時の失透を抑制する成分であるAl2O3を添加すると、焼成時においても、結晶の析出をより抑制することができるため好ましい。その含有量は、0〜5%、好ましくは0.1〜3%である。添加量が5%よりも多いと、ガラスの軟化点が高くなり、480℃以下の温度で焼成しにくくなる。 Moreover, it is preferable to add Al 2 O 3 which is a component that suppresses devitrification at the time of glass melting, because the precipitation of crystals can be further suppressed even during firing. Its content is 0 to 5%, preferably 0.1 to 3%. When the addition amount is more than 5%, the softening point of the glass becomes high and it becomes difficult to fire at a temperature of 480 ° C. or lower.
SiO2は、耐候性を高める目的で1%まで添加することができる。1%よりも多いと、ガラスの軟化点が高くなり、480℃以下の温度で焼成しにくくなる。 SiO 2 can be added up to 1% for the purpose of enhancing the weather resistance. If it exceeds 1%, the softening point of the glass becomes high and it becomes difficult to fire at a temperature of 480 ° C. or lower.
Li、Na、KおよびCsの酸化物は、ガラスの軟化点を低くする成分であるが、溶融時にガラスの失透を促進する作用を有するため合量で2%以下である事が好ましい。 The oxides of Li, Na, K, and Cs are components that lower the softening point of the glass. However, since they have an action of promoting devitrification of the glass during melting, the total amount is preferably 2% or less.
P2O5は、溶融時の失透を抑制する成分であるが、添加量が1%よりも多いと溶融時にガラスが分相しやすいため好ましくない。 P 2 O 5 is a component that suppresses devitrification at the time of melting. However, if the addition amount is more than 1%, it is not preferable because the glass tends to phase-separate at the time of melting.
MoO3、La2O3、Y2O5およびCeO2は、溶融時にガラスの分相を抑制する成分であるが、これらの合量が3%よりも多いとガラスの軟化点が高くなり、480℃以下の温度で焼成しにくくなる。 MoO 3 , La 2 O 3 , Y 2 O 5 and CeO 2 are components that suppress the phase separation of the glass at the time of melting, but if the total amount of these is more than 3%, the softening point of the glass becomes high, It becomes difficult to fire at a temperature of 480 ° C. or lower.
PbOは、環境上の理由から実質的に含有しないことが好ましい。なお、低融点ガラスにPbOを含有すると、絶縁体として使用したときガラス中にPb2+が拡散して電気絶縁性を低下させる場合がある。 PbO is preferably substantially not contained for environmental reasons. In addition, when PbO is contained in the low melting point glass, when used as an insulator, Pb 2+ may diffuse into the glass and lower the electrical insulation.
以上の組成を有するBi2O3−B2O3系ガラス組成物は、480℃以下の温度で良好な流動性を示す非結晶性のガラスであり、30〜300℃における熱膨張係数が約110〜120×10−7/℃である。
Bi 2 O 3 -B 2 O 3 based glass composition having a composition described above, a non-crystalline glass which exhibits good fluidity at 480 ° C. temperature below the thermal expansion coefficient at 30 to 300 ° C. is about 110 to 120 is a × 10 -7 / ℃.
一方、Bi2O3−B2O3系ガラス組成物と熱膨張係数の適合しない材料、例えばアルミナ(70×10−7/℃)、高歪点ガラス(85×10−7/℃)、ソーダ板ガラス(90×10−7/℃)等の封着を行う場合、Bi2O3−B2O3系ガラス組成物からなるガラス粉末と耐火性フィラー粉末とを混合して封着材料とすべきである。封着材料の熱膨張係数は、被封着物に対して10〜30×10−7/℃程度低く設計することが重要である。これは、封着後に封着材料にかかる歪をコンプレッション(圧縮)側にして封着材料の破壊を防ぐためである。なお、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。
On the other hand, Bi 2 O 3 —B 2 O 3 -based glass composition and a material that does not match the thermal expansion coefficient, such as alumina (70 × 10 −7 / ° C.), high strain point glass (85 × 10 −7 / ° C.), When sealing soda plate glass (90 × 10 −7 / ° C.) or the like, a glass powder made of a Bi 2 O 3 —B 2 O 3 glass composition and a refractory filler powder are mixed to form a sealing material Should be . It is important that the thermal expansion coefficient of the sealing material is designed to be lower by about 10 to 30 × 10 −7 / ° C. than the object to be sealed. This is for preventing distortion of the sealing material by setting the strain applied to the sealing material after compression to the compression (compression) side. In addition to adjusting the thermal expansion coefficient, for example, a refractory filler powder can be added to improve mechanical strength.
耐火性フィラー粉末を混合する場合、その混合割合は、Bi2O3−B2O3系ガラス組成物からなるガラス粉末が40〜90体積%、耐火性フィラー粉末60〜10体積%である。両者の割合をこのように規定した理由は、耐火性フィラー粉末が10体積%よりも少ないと上記した効果が得られにくくなり、60体積%より多くなると流動性が悪くなる傾向がある。
When mixing the refractory filler powder, the mixing ratio is 40 to 90% by volume of the glass powder made of the Bi 2 O 3 —B 2 O 3 glass composition, and 60 to 10% by volume of the refractory filler powder . The reason for defining the ratio of the two in this way is that when the refractory filler powder is less than 10% by volume, the above-described effect is hardly obtained, and when it exceeds 60% by volume, the fluidity tends to be poor.
耐火性フィラー粉末としては、ウイレマイト、コーディエライト、β−ユークリプタイト、ジルコン、酸化スズ、ムライト、石英ガラス、アルミナ等の粉末を単独で、または、複数種組み合わせて使用することができる。 As the refractory filler powder, powders of willemite, cordierite, β-eucryptite, zircon, tin oxide, mullite, quartz glass, alumina and the like can be used alone or in combination.
特に、ウイレマイトやコーディエライトは、熱膨張係数が小さく、Bi2O3−B2O3系ガラスと反応しにくいため好ましい。 In particular, willemite and cordierite are preferable because they have a small coefficient of thermal expansion and hardly react with Bi 2 O 3 —B 2 O 3 glass.
また、耐火性フィラー粉末は、アルミナ、酸化亜鉛、ジルコン、チタニア、ジルコニア等によって被覆されているとガラスと耐火性フィラー粉末との間での反応を抑制できるため好ましい。特に、アルミナは融点が高く、ガラスと反応しにくいため好ましい。 Further, it is preferable that the refractory filler powder is coated with alumina, zinc oxide, zircon, titania, zirconia or the like because the reaction between the glass and the refractory filler powder can be suppressed. In particular, alumina is preferable because it has a high melting point and hardly reacts with glass.
なお、本発明のBi2O3−B2O3 系封着材料の具体的な用途としては、(1)プラズマディスプレイパネル(PDP)の封着材料、(2)蛍光表示管(VFD)用パッケージの封着材料、(3)磁気ヘッドとコアまたはコアとスライダーの封着材料等が挙げられる。
As a specific application of Bi 2 O 3 -B 2 O 3 based sealing Chakuzairyo of the present invention, (1) sealing Chakuzairyo of plasma display panels (PDP), a (2) fluorescent display (VFD) Examples of the sealing material for the package include ( 3) a sealing material for the magnetic head and the core or the core and the slider.
Bi2O3−B2O3系ガラス組成物からなるガラス粉末と耐火性フィラー粉末とを混合した封着材料は、粉末のまま封着材料として使用しても良いが、封着材料とビークルとを均一に混練してペーストとして使用すると取り扱いやすい。 A sealing material obtained by mixing a glass powder composed of a Bi 2 O 3 —B 2 O 3 glass composition and a refractory filler powder may be used as a sealing material as it is, but the sealing material and vehicle Are uniformly kneaded and used as a paste for easy handling.
ビークルは、主に溶媒と樹脂とからなり、樹脂はペーストの粘性を調整する目的で添加される。 The vehicle mainly includes a solvent and a resin, and the resin is added for the purpose of adjusting the viscosity of the paste.
溶媒としては、N、N’−ジメチルホルムアミド(DMF)、α−ターピネオール、高級アルコール、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、テトラリン、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、酢酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ベンジルアルコール、トルエン、3−メトキシ−3−メチルブタノール、水、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチル−2−ピロリドン等が使用可能である。 Solvents include N, N′-dimethylformamide (DMF), α-terpineol, higher alcohol, γ-butyrolactone (γ-BL), tetralin, butyl carbitol acetate, ethyl acetate, isoamyl acetate, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol Monoethyl ether acetate, benzyl alcohol, toluene, 3-methoxy-3-methylbutanol, water, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, Tripropylene glycol monobutyl ether, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide (DMSO), N Methyl-2-pyrrolidone and the like can be used.
樹脂としては、エチルセルロ−ス、ポリエチレングリコール誘導体、ニトロセルロース、ポリメチルスチレン、ポリエチレンカーボネート、メタクリル酸エステル等が使用可能である。 As the resin, ethyl cellulose, polyethylene glycol derivatives, nitrocellulose, polymethylstyrene, polyethylene carbonate, methacrylic acid ester, and the like can be used.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.
表1〜3は、実施例(試料a〜m)および比較例(試料n〜o)のガラス組成物を示すものである。なお、試料hは参考例である。
Tables 1 to 3 show glass compositions of Examples (samples a to m) and Comparative Examples (samples n to o). Sample h is a reference example.
表1〜3に記載の各試料は次のようにして調製した。 Each sample described in Tables 1 to 3 was prepared as follows.
まず、表に示したガラス組成となるように各種酸化物、炭酸塩等の原料を調合したガラスバッチを準備し、これを白金坩堝に入れて900〜1000℃で2時間溶融した。 First, a glass batch in which raw materials such as various oxides and carbonates were prepared so as to have the glass composition shown in the table was prepared, and this was put in a platinum crucible and melted at 900 to 1000 ° C. for 2 hours.
次に、溶融ガラスの一部を熱膨張係数測定用サンプルとしてステンレス製の金型に流し出し、その他の溶融ガラスは、水冷ローラーにより、薄片状に成形した。 Next, a part of the molten glass was poured out into a stainless steel mold as a sample for measuring the coefficient of thermal expansion, and the other molten glass was formed into a thin piece with a water-cooled roller.
最後に、薄片状のガラスをボールミルにて粉砕後、目開き105μmの篩いを通過させて、平均粒径約10μmの各試料を得た。 Finally, the glass flakes were pulverized with a ball mill and passed through a sieve having an opening of 105 μm to obtain samples having an average particle diameter of about 10 μm.
以上の試料を用いてガラス転移点、軟化点、熱膨張係数、焼成温度および光沢を評価した。 Using the above samples, the glass transition point, softening point, thermal expansion coefficient, firing temperature and gloss were evaluated.
ガラス転移点、軟化点は、示差熱分析装置(DTA)により求めた。 The glass transition point and softening point were determined by a differential thermal analyzer (DTA).
熱膨張係数は、押棒式熱膨張測定装置により求めた。 The thermal expansion coefficient was determined by a push rod type thermal expansion measuring device.
焼成温度は、以下のようにして評価した。 The firing temperature was evaluated as follows.
まず、各試料の真比重に相当する質量の試料を金型に投入して外径20mm、高さ約5mmのボタン状に加圧成形した。次いで、このボタンを板ガラスの上に載せて電気炉に入れ、10℃/分の速度で昇温し、種々の温度で30分間保持した。ボタンの外径が21〜22mmの範囲にあるボタンのうち、最も低温で焼成されたボタンの焼成温度を試料の焼成温度とした。 First, a sample having a mass corresponding to the true specific gravity of each sample was put into a mold and pressed into a button shape having an outer diameter of 20 mm and a height of about 5 mm. Next, this button was placed on a plate glass, placed in an electric furnace, heated at a rate of 10 ° C./min, and held at various temperatures for 30 minutes. Of the buttons having an outer diameter of 21 to 22 mm, the firing temperature of the button fired at the lowest temperature was defined as the firing temperature of the sample.
結晶化は、上記ボタンを焼成温度において30分間保持した後、光学顕微鏡用いてボタン中を観察し結晶の有無を評価した。 For crystallization, the button was held at the firing temperature for 30 minutes, and then the inside of the button was observed using an optical microscope to evaluate the presence or absence of crystals.
表1〜3から明らかなように、本発明の実施例である試料a〜mは、ガラス転移点が328〜365℃、軟化点が395〜435℃、30〜300℃における熱膨張係数が105〜119×10-7/℃であり、焼成温度が470℃以下であった。また、焼成状態は、試料a〜mのすべてにおいて結晶が析出せず、表面は光沢を有していた。 As is apparent from Tables 1 to 3, samples a to m which are examples of the present invention have a glass transition point of 328 to 365 ° C, a softening point of 395 to 435 ° C, and a thermal expansion coefficient of 105 to 30 to 300 ° C. It was -119 * 10 < -7 > / degreeC, and the calcination temperature was 470 degrees C or less. Moreover, as for the baking state, the crystal | crystallization did not precipitate in all the samples am, and the surface had glossiness.
一方、比較例である試料o、pは、焼成温度は470℃以下であったが、結晶が析出し、表面は光沢を有していなかった。 On the other hand, samples o and p, which are comparative examples, had a firing temperature of 470 ° C. or less, but crystals were precipitated and the surface was not glossy.
表4〜6は、封着材料を示すものである。なお、表中のフィラーの欄において、Aはウイレマイト、Bはコーディエライトを指す。 Tables 4 to 6 show sealing materials. In addition, in the column of the filler in a table | surface, A points out willemite and B points out cordierite.
次に、表4〜6に示す割合で試料a〜mと耐火性フィラー粉末とを混合し、封着材料粉末(試料1〜15)を作製した。試料No.1〜7、9〜13は本発明の実施例を、試料No.14、15は比較例をそれぞれ示している。なお、試料No.8は参考例である。
Next, samples a to m and refractory filler powder were mixed at the ratios shown in Tables 4 to 6 to prepare sealing material powders (samples 1 to 15). Sample No. 1 to 7 and 9 to 13 are examples of the present invention. Reference numerals 14 and 15 denote comparative examples, respectively. Sample No. 8 is a reference example.
試料1〜4はVFD用の封着材料であり、2枚のソーダガラス板(熱膨張係数90×10-7/℃)を封着する材料である。また、試料5〜15はPDP用の封着材料であり、2枚の高歪点ガラス板(熱膨張係数85×10-7/℃)同士を封着する材料である。 Samples 1 to 4 are sealing materials for VFD, and are materials for sealing two soda glass plates (coefficient of thermal expansion 90 × 10 −7 / ° C.). Samples 5 to 15 are sealing materials for PDP, and are materials for sealing two high strain point glass plates (coefficient of thermal expansion 85 × 10 −7 / ° C.).
また、耐火性フィラー粉末には、ウイレマイトまたはコーディエライトを用いた。 Moreover, willemite or cordierite was used for the refractory filler powder.
なお、ウイレマイトは、亜鉛華、光学石粉、酸化アルミニウムを質量%でZnO 70%、SiO2 25%、Al2O3 5%の組成になるように調合し、混合後、1440℃で15時間焼成し、次いでこの焼成物を粉砕し、250メッシュのステンレス製篩を通過させ、平均粒径10μmの粉末としたものを使用した。また、コーディエライトは、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、光学石粉を2MgO・2Al2O3・5SiO2の割合になるように調合し、混合後、1400℃で10時間焼成し、次いでこの焼成物を粉砕し、250メッシュのステンレス製篩を通過させ、平均粒径10μmとしたものを使用した。 Willemite is prepared by blending zinc oxide, optical stone powder and aluminum oxide in a composition of ZnO 70%, SiO 2 25%, Al 2 O 3 5% by mass, and after mixing, firing at 1440 ° C. for 15 hours. Then, the fired product was pulverized and passed through a 250 mesh stainless steel sieve to obtain a powder having an average particle size of 10 μm. Cordierite is prepared by mixing magnesium oxide, aluminum oxide, and optical stone powder in a ratio of 2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 , mixing and firing at 1400 ° C. for 10 hours. The powder was pulverized and passed through a 250 mesh stainless steel sieve to obtain an average particle size of 10 μm.
以上の試料を用いて熱膨張係数、流動径、結晶化および再封着性を評価した。 Using the above samples, the thermal expansion coefficient, flow diameter, crystallization and resealability were evaluated.
流動径は、封着材料粉末の真比重に相当する重量の粉末を金型により外径20mmのボタン状にプレスし、空気中で10℃/分の速度で昇温して表中記載の温度で10分間保持した時のボタンの直径を測定し、評価した。なお、流動径が、21mm以上であると流動性が優れることを意味する。 The flow diameter is a temperature described in the table by pressing a powder having a weight corresponding to the true specific gravity of the sealing material powder into a button shape having an outer diameter of 20 mm using a mold and raising the temperature in air at a rate of 10 ° C./min. The diameter of the button when held for 10 minutes was measured and evaluated. In addition, it means that fluidity | liquidity is excellent in a flow diameter being 21 mm or more.
再封着性は、次のようにして評価した。 Resealability was evaluated as follows.
まず、各試料とアクリル樹脂含有α−ターピネオールとを均一に混練してそれぞれペースト化した後、各試料の被封着物と同材質の基板(100×100×3mm)の端部に線状(80×3×3mm)に塗布し、120℃で15分乾燥させた。次に、基板を、表中に記載の焼成温度より10℃高い温度で、表中に記載の時間保持した後、室内に放置して基板を冷却した。続いて、150μm厚のガラス板を基板の真ん中に設置し、同じ寸法の基板を上から被せた後、両基板をクリップにより固定し、再び表中に記載の条件で焼成した。 First, each sample and acrylic resin-containing α-terpineol were uniformly kneaded to form a paste, and then linear (80 × 100 × 3 mm) at the end of a substrate (100 × 100 × 3 mm) made of the same material as the material to be sealed. × 3 × 3 mm) and dried at 120 ° C. for 15 minutes. Next, the substrate was held at a temperature 10 ° C. higher than the firing temperature described in the table for the time described in the table, and then left in the room to cool the substrate. Subsequently, a glass plate having a thickness of 150 μm was placed in the middle of the substrate, and the substrates with the same dimensions were covered from above. Then, both substrates were fixed with clips, and fired again under the conditions described in the table.
焼成により再流動して基板間の間隔が150μmになっているものを「○」、十分に再度軟化流動せず、基板間の間隔が150μmより大きくなったものを「×」として評価した。なお、この評価で「○」であったものは、脱バインダー時の熱処理において失透が生じなかったものと考えられる。 Evaluation was made as “◯” when the distance between the substrates was 150 μm after reflowing by firing, and “X” when the distance between the substrates was larger than 150 μm without sufficiently softening and flowing again. In addition, what was "(circle)" by this evaluation is considered that the devitrification did not arise in the heat processing at the time of binder removal.
表4〜6から明らかなように、試料1〜13は、30〜300℃における熱膨張係数が70.6〜79.4×10-7/℃であった。また、表中に示した焼成条件で21.0〜21.9mmの流動径を示し、良好な流動性を有していた。また、結晶も析出せず、再封着性に優れていた。 As is clear from Tables 4 to 6, Samples 1 to 13 had a coefficient of thermal expansion of 70.6 to 79.4 × 10 −7 / ° C. at 30 to 300 ° C. Moreover, the flow diameter of 21.0-21.9mm was shown on the baking conditions shown in the table | surface, and it had favorable fluidity | liquidity. Further, no crystal was deposited, and the resealability was excellent.
一方、試料14、15は、結晶が析出しており、再封着性が悪かった。 On the other hand, in Samples 14 and 15, crystals were precipitated and the resealability was poor.
試料14、15において、再封着性が良好でなかった理由として、最初の焼成時にすでに結晶が析出していたため、2回目の焼成時に、その結晶が成長し、ガラスの軟化流動を妨げたものと考えられる。 In Samples 14 and 15, the resealability was not good because the crystals had already precipitated during the first firing, and the crystals grew during the second firing, preventing the softening flow of the glass. it is conceivable that.
本発明のBi2O3−B2O3系封着材料は、電子部品の封着、具体的にはPDP、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、表面電界ディスプレイ(SED)、VFD、陰極線管(CRT)等の表示管の封着用途、磁気ヘッド−コア同士またはコアとスライダーの封着用途等に好適である。
The Bi 2 O 3 —B 2 O 3 sealing material of the present invention is used for sealing electronic parts, specifically, PDP, field emission display (FED), surface electric field display (SED), VFD, cathode ray tube (CRT). ) sealing the display tube, such as applications, magnetic head - is suitable for sealing application of cores or core and the slider or the like.
Claims (6)
Bi 2 O 3 -B 2 O 3 based sealing material according to any one of claims 1 to 5, characterized in that for use in fluorescent display tube or the sealing of the plasma display panel.
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