説明

導電性ガラスペースト組成物

【課題】
近年においては、鉛フリー化が求められ、Bi系のフリットガラスを用いるように なってきた。しかし、Bi系のフリットガラスは、アルカリ金属を添加して、低融点
化されているが、アルカリ金属は半導体やガラス基板中に移動し、抵抗値を変化させ るため、アルカリ金属を含まない組成物にする事が好ましい。また従来のガラス組成 物は、絶縁ガラス組成物であり、導電性は有していなかった。
【解決手段】
本発明者は、ガラスペースト組成物中のガラス組成物として、バナジウム系の導電ガ
ラス組成物を用いることにより、導電性を付与し、さらに、鉛フリーであり、アルカリ
金属を含有しない低温焼成型の導電性ガラスペースト組成物を発明した。本発明は、導
電ガラス組成物を結合剤として、また機能性フィラーとして機能するように設計した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は導電性ガラス組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
導電性ガラスペースト組成物は、電子部品の導電体、抵抗体、半導体、発熱体として、またガラス、金属、セラミックス部材・部品の封止・接着として電子業界に有用である。
【0003】
従来、これらの分野においては、ガラスペースト組成物が用いられてきた。ガラスペースト組成物とは、有機高分子を溶剤に溶解された溶液にガラス組成物を分散した高粘度の液状物(ペースト)である。これらのガラスペースト組成物中のガラス組成物は珪酸塩を主体としたガラス組成物であり絶縁体である。またこれらのガラスペースト組成物は、焼成型ガラスペーストとも言われ、省エネルギーのニーズにより、低温焼成型に対応されて、鉛含有ガラスがガラス組成物として用いられてきた。
【0004】
近年においては、RoHS規制により、鉛フリー化が求められ、Bi系のフリットガラスを用いるようになってきた。しかし、Bi系のフリットガラスは、アルカリ金属を添加して、低融点化されているが、アルカリ金属は半導体やガラス基板中に移動し、抵抗値を変化させるため、好ましくはアルカリ金属を含まない鉛フリーの組成物にする事が好ましい。更にBiは鉛生産工程の副産物であり、稀少元素であり、産業界への供給不安が懸念される。また従来のガラス組成物は、絶縁ガラス組成物であり、導電性は有していなかった。そのため、用途は絶縁体としての用途に限られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
RoHS規制にともない鉛フリー化が多くみられる。鉛フリーの封着用のガラス組成物として、特開平10−139478号公報(特許文献1)では酸化ビスマスを主成分とするガラス組成物、特開平7−69672号公報(特許文献2)では酸化スズを主成分とするガラス組成物、特開2004−250276号公報(特許文献3)が提案されている。
【0006】
【特許文献1】特開平10−139478号公報
【特許文献2】特開平7−69672号公報
【特許文献3】特開2004−250276号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
近年においては、RoHS規制により、鉛フリー化が求められ、Bi系のフリットガラスを用いるようになってきた。しかし、Bi系のフリットガラスは、アルカリ金属を添加して、低融点化されているが、アルカリ金属は半導体やガラス基板中に移動し、抵抗値を変化させるため、好ましくはアルカリ金属を含まない鉛フリーの組成物にする事が好ましい。更にBiは鉛生産工程の副産物であり、稀少元素であり、産業界への供給不安が懸念される。
【0008】
また従来のガラスペースト組成物は、絶縁性であり、導電性は有していない。そのため、絶縁体としての用途に限られており、導電体、抵抗体、半導体として使用はできなかった。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者は、ガラスペースト組成物中のガラス組成物として、バナジウム系のガラス組成物を用いることにより、導電性ガラスペースト組成物が得られることを発明した。以後、このバナジウム系のガラス組成物を導電ガラス組成物という。
【0010】
本発明は、導電ガラス組成物(A)をフリットガラスとして、また機能性フィラーとして機能するように設計された導電性ガラスペースト組成物である。本導電性ガラスペースト組成物は、導電ガラス組成物(A)を有機高分子(B)と溶剤(C)等を含んだ溶液に分散された導電性ガラスペースト組成物である。また導電ガラス組成物の分散性を良くするために分散剤を、スクリーン印刷した時の塗布面を良くするためのレべリング剤、消泡剤等の界面活性剤を使用する事が可能である。
【発明の効果】
【0011】
本導電性ガラスペースト組成物は、導電ガラス組成物をフリットガラスとして、また機能性フィラーとして機能するように設計された導電性ガラスペースト組成物である。本導電性ガラスペースト組成物は、鉛フリーでありRoHS規制に対応しており、またアルカリ金属を含有していない。また低温焼成型である。
【0012】
本導電性ガラスペース組成物は、スクリーン印刷またはメタルマスクおよびディスペンサーにて任意な基材に塗布が可能である。更に低温焼成で導電性皮膜の形成が可能であり、形成された導電性皮膜は耐熱性も高い。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本導電性ガラスペースト組成物は、バナジウム系の導電ガラス組成物(A)をフリットガラスとして、また機能性フィラーとして機能するように設計された導電性ペースト組成物である。本導電性ガラスペースト組成物とは、バナジウム系の導電ガラス組成物(A)を有機高分子(B)と溶剤(C)等を含んだ溶液に分散された導電性ペガラスペースト組成物である。また導電ガラス組成物の分散性を良くするために分散剤を、スクリーン印刷した時の塗布面と良くするためのレべリング剤、消泡剤等の界面活性剤を使用する事が可能である。
【0014】
本発明に用いられる導電ガラス組成物(A)とは、酸化バナジウム、酸化バリウム,
酸化鉄を含む。当該導電性バナジン酸塩ガラスとしては、酸化バナジウムを25モルより多く含み、好適には25〜95モル%含有し、より好適には40〜80モル%含有し、酸化バリウムを好適には1〜40モル%含有し、酸化鉄を1〜20モル%含有するものが好ましい。更に、酸化バリウム(b)と酸化バナジウム(v)のモル比(b:v)は、好適には5:90〜35:50である。また、酸化鉄(f)と酸化バナジウム(b)のモル比(f:v)は、好適には5:90〜15:50である。さらに、SiO2,Al2O3,ZrO2、B2O3等を含んでいてもよい。これらの酸化物の合計含有量は0〜30モル%が好適である。
【0015】
本導電ガラス組成物は上記組成のガラスを白金るつぼ中で1,000〜1,300℃で溶融し、急冷してガラス化する。得られた導電ガラス組成物を乳鉢で粗粉砕した後、ボールミル等で1〜3μmまで粉砕してフリットガラスを製造することができる。またまた本導電ガラス組成物は、株式会社東海産業より購入することも可能である。
【0016】
本発明に用いられ高分子物質(B)とは、熱可塑性樹脂としては、ポリブチルメタアクリレート、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタアクリレート、ポリエチルメタアクリレート、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等が使用可能であり、これらを単独あるいは混合して使用することができる。これら熱可塑性樹脂以外に熱硬化性樹脂、活性エネルギー線(UV/EB)硬化樹脂、オリゴマー、モノマーなども用いることができる。バインダーの補助剤として脂肪酸エステル類、ポリアルキレングリコール類等を持いる事ができる。脂肪酸エステルとしては、ステアリン酸エステル、パルミチン酸エステル、オレイン酸エステル、リノール酸エステル、リノレン酸エステル、セバシン酸エステル、カプリル酸エステル、カプリン酸エステルを単独あるいは混合して使用することが好ましい。ポリアルキレングリコールとしては、アルコール、脂肪酸にエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド付加物およびそのエステル等があげられる。これらの脂肪酸エステル、ポリアルキレングリコール類であれば、脱バインダー性を低下させることなく、塗付膜の乾燥速度を緩やかにして塗付膜のレベリング性を向上させることができる。これらの含有量は0.1〜25質量%、特に1〜20質量%の範囲にあることが好ましい。
【0017】
本発明の溶剤(C)は材料をペースト化(液状化)するための材料であり、その含有量は5〜70質量%、特に15〜50質量%の範囲にあることが好ましい。溶剤としては、例えばターピネオール、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタジオールモノイソブチレート等を単独または混合して使用することができる。
【0018】
また、上記成分以外にも、必要に応じて、可塑剤、無機フィラー粉末等を加えることもできる。可塑剤は、塗付膜の乾燥速度をコントロールすると共に、乾燥膜に柔軟性を与える成分であり、20質量%まで添加することができる。但し、可塑剤の含有量が多くなると、脱バインダー性が著しく低下し、焼成膜中に泡が残存しやすくなるため、0〜10質量%の範囲にあることが特に好ましい。可塑剤としてはブチルベンジルフタレート、ジオクチルフタレート、ジイソオクチルフタレート、ジカプリルフタレート、ジブチルフタレート等が使用可能であり、これらを単独あるいは混合して使用する。
【0019】
無機フィラー粉末は、ペーストの流動性、焼結性、或いは熱膨張係数を調整する成分であり、40質量%まで添加ことができる。但し、無機フィラー粉末の含有量が多くなると、十分に焼結が行えず、緻密な膜を形成することが難しくなるため、0〜30質量%の範囲にあることが特に好ましい。無機フィラー粉末としては、例えばアルミナ、ジルコニア、ジルコン、チタニア、コージエライト、ムライト、シリカ、ウイレマイト、酸化錫、酸化亜鉛等を1種又は2種以上組み合わせて使用することができる。
【0020】
本高導電性ペースト組成物の焼成温度は、450℃〜800℃であり、好ましくは500〜700℃である。焼成は空気中でも不活性ガス気流中のいずれでも良い。
【0021】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【0022】
<ガラスの調整>
導電ガラス組成物(A)の配合組成をV25:74質量%、Fe23:11質量%、BaO:15質量%として原料を配合し、白金製ルツボを用いて大気中1200℃、30分間保持して配合物を溶解し、その後、冷却化してガラス化することにより、導電ガラス組成物(A)を調製した。
【0023】
得られた導電ガラス組成物(A)を乳鉢で粗粉砕した後、さらにボールミルを用いて微粉化し、ガラスフリットにした。得られた導電ガラス組成物の平均粒子径は、レーザー光学式の粒度分布測定装置SALD−2000(島津製作所製)を用いて、平均粒径が1.5μmであることを確認した。
【0024】
<導電性ガラスペースト組成物の作製>
上述の平均粒子径の導電ガラス組成物(A)を用いて、以下のようにガラスペーストを作製した。
【0025】
ヒドロキシエチルセルロースをターピネオールに溶解して得たビヒクル(ヒドロキシエチルセルロース含有量:20質量%)33.11gに導電ガラス組成物 66.23g、分散剤としてSN ディスパーサント 9228 0.66gを添加し、乳鉢上で混合した後に2軸式自転・公転型高速回転分散機で混練して、導電性ガラスペースト組成物を得た。同様にして、ヒドロキシエチルセルロースの変わりに、ポリビニルブチラール(PVB)、アクリル樹脂を用いて、それぞれ導電性ガラス組成物を得た。この結果を表―1にまとめた。
【0026】
<評価用試料の作製1>
水平にした縦50mm×横50mm×厚さ2mmのセラミックス板の上面、スクリーン印刷法により、導電性ガラスペースト組成物を幅10mm、長さ20mm、厚さ0.2mmに塗布した。
【0027】
上記試料を、室温で10分間静置してペースト塗膜をレベリングした後、150℃で30分間加熱して、ペースト塗膜中の有機溶剤を揮発させた。次いで加熱炉に入れて昇温速度10℃/分で600℃に昇温し、同温度にて60分間焼成した。焼成後、450℃に温度下げ、2時間アニーリングした。
【0028】
<評価結果>
焼成後セラミック基板上の導電性ガラスペースト組成物の抵抗値を、四端子四探針抵抗測定器にて測定した。測定した抵抗値を表―2にまとめた。
【0029】
【表1】




【0030】
【表2】



【産業上の利用可能性】
【0031】
本導電性ペーストは、スクリーン印刷またはメタルマスクおよびディスペンサーにて任意な基材に塗布が可能である。塗布後、乾燥、焼成、アニリーングを経て導電性皮膜の形成可能であり、形成された導電性皮膜は耐熱性も高い。
【0032】
本導電性組成物は、電子部品の抵抗体、半導体、発熱体として、またガラス、金属、セラミックスで構成された部材の封止・接着として有用である。









【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電ガラス(A)を含む導電性ガラスペースト組成物。
【請求項2】
導電ガラス(A)高分子物質(B)と高分子物質(B)を溶解もしくは分散させることのできる溶剤もしくは液状物質を含む請求項1記載の導電性ガラスペースト組成物。






























【公開番号】特開2011−144057(P2011−144057A)
【公開日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−4543(P2010−4543)
【出願日】平成22年1月13日(2010.1.13)
【出願人】(507271097)東京電子材料株式会社 (3)
【出願人】(506185470)株式会社東海産業 (4)
【Fターム(参考)】