ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、封着材料及び封着ペースト
【課題】４５０℃以下の低温域で良好に軟化流動し、且つ耐候性も良好なＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを創案することにより、近年の環境的要請を満たしつつ、電子部品や表示装置の長期信頼性を高めること。
【解決手段】本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、ガラス組成として、下記酸化物換算のモル％で、ＳｎＯ ５０〜７０％、Ｐ２Ｏ５ １５〜２５％（但し、２５．０％を含まない）、Ｂ２Ｏ３ ０．１〜５％（但し、５．０％を含まない）、ＺｎＯ １〜１５％を含有し、且つ実質的にＰｂＯを含有しないことを特徴とする。
【解決手段】本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、ガラス組成として、下記酸化物換算のモル％で、ＳｎＯ ５０〜７０％、Ｐ２Ｏ５ １５〜２５％（但し、２５．０％を含まない）、Ｂ２Ｏ３ ０．１〜５％（但し、５．０％を含まない）、ＺｎＯ １〜１５％を含有し、且つ実質的にＰｂＯを含有しないことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、封着材料及び封着ペーストに関し、具体的には、水晶振動子用セラミックパッケージ、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、蛍光表示管（ＶＦＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）、電界放射型ディスプレイ等の封着に好適なＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、封着材料及び封着ペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品や表示装置等の封着材料として、従来からＰｂＯを含む封着材料が広く使用されている。この封着材料は、一般的に、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス粉末と低膨張の耐火性フィラーの複合粉末材料であり、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス粉末とチタン酸鉛の複合粉末材料（例えば、日本電気硝子株式会社製ＬＳ−０２０６、ガラス転移点３２５℃）が代表的である。
【０００３】
しかし、近年、環境的観点から、封着材料からＰｂＯを除くことが要求されている。このため、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスの代替材料として、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスの開発が進められており、特許文献１〜３等に記載のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが開発されるに到っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−６９６７２号公報
【特許文献２】特開平９−２３５１３６号公報
【特許文献３】特開平１１−２０９１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、被封着物の表面を十分に濡らす温度まで封着材料を熱処理すれば、封着強度を高めることができる。電子部品や表示装置の場合、封着温度を高温化すると、封着材料の流動性が向上し、強固な封着強度を確保し易くなるが、電子部品や表示装置の素子等に熱劣化が生じてしまう。
【０００６】
そこで、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを低融点化すると、封着材料の流動性を高めることができ、結果として、低温域（例えば、４５０℃以下の温度域）でも強固な封着強度を確保することができる。
【０００７】
しかし、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、低融点である程、ガラスの耐候性が低くなる傾向がある。ガラスの耐候性が低いと、長期間に亘り、気密性を維持することが困難になり、結果として、電子部品や表示装置の長期信頼性が損なわれるおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、４５０℃以下の低温域で良好に軟化流動し、且つ耐候性も良好なＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを創案することにより、近年の環境的要請を満たしつつ、電子部品や表示装置の長期信頼性を高めることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、鋭意努力の結果、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスのガラス組成範囲を厳密に規制することにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、ガラス組成として、下記酸化物換算のモル％で、ＳｎＯ ５０〜７０％、Ｐ２Ｏ５ １５〜２５％（但し、２５．０％を含まない）、Ｂ２Ｏ３ ０．１〜５％（但し、５．０％を含まない）、ＺｎＯ １〜１５％を含有し、且つ実質的にＰｂＯを含有しないことを特徴とする。ここで、「実質的にＰｂＯを含有しない」とは、ガラス組成中のＰｂＯの含有量が１０００ｐｐｍ（質量）未満の場合を指す。
【００１０】
ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスの場合、ガラスを低融点化すれば、特にガラス転移点を３３０℃以下、好ましくは３２０℃以下にすれば、４５０℃以下の温度域で良好に軟化流動し、強固な封着強度を確保することができる。ガラス組成中のＳｎＯの含有量を多くすると、ガラスが低融点化するが、ガラスの熱的安定性が低下し、焼成時の失透によりガラスが軟化流動し難くなる。また、ガラス組成中のＰ２Ｏ５の含有量を少なくすると、ガラスの耐候性が向上するが、ガラスの熱的安定性が低下し、焼成時の失透によりガラスが軟化流動し難くなる。そこで、ガラス組成中にＢ２Ｏ３を０．１〜５モル％（但し、５．０モル％を含まない）添加すれば、ガラスの高融点化を抑制しつつ、ガラスの熱的安定性や耐候性を高めることができる。結果として、低融点特性、熱的安定性及び耐候性を高いレベルで両立させることが可能になる。
【００１１】
本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、ガラス組成中に実質的にＰｂＯを含有しない。このようにすれば、近年の環境的要請を満たすことができる。
【００１２】
第二に、本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、更に、ガラス組成として、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜５モル％含むことを特徴とする。このようにすれば、ガラスの耐候性を更に高めることができる。
【００１３】
第三に、本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、更に、ガラス組成として、Ｌｉ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ（Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏの合量）を０．１〜２モル％含むことを特徴とする。このようにすれば、ガラスを更に低融点化することができる。
【００１４】
第四に、本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、ガラス転移点が２７０〜３３０℃であることを特徴とする。このようにすれば、４５０℃以下の温度域でガラスが良好に軟化流動するため、４５０℃以下の温度域でも強固な封着強度を確保することができる。ここで、「ガラス転移点」は、押棒式熱膨張係数測定（ＴＭＡ）装置で測定した値を指す。
【００１５】
第五に、本発明の封着材料は、上記のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスからなるガラス粉末 ４０〜９９体積％と耐火性フィラー １〜６０体積％とを含有することを特徴とする。このようにすれば、封着材料の熱膨張係数を被封着物の熱膨張係数に整合させ易くなる。また、このようにすれば、封着材料の機械的強度を高めることもできる。
【００１６】
第六に、本発明の封着材料は、耐火性フィラーが、コーディエライト、ジルコン、酸化錫、酸化ニオブ、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム、ＮｂＺｒ（ＰＯ４）３から選ばれる一種または二種以上であることを特徴とする。
【００１７】
第七に、本発明のペースト材料は、封着材料とビークルを含むペースト材料において、封着材料が上記の封着材料であることを特徴とする。
【００１８】
第八に、本発明のペースト材料は、ビークルが脂肪族ポリオレフィン系カーボネートを含むことを特徴とする。
【００１９】
第九に、本発明のペースト材料は、ビークルが、Ｎ，Ｎ’-ジメチルホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキサイド、炭酸ジメチル、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン、カプロラクトン、Ｎ-メチル−２−ピロリドンから選ばれる一種または二種以上を含むことを特徴とする。
【００２０】
第十に、本発明のペースト材料は、不活性雰囲気における脱バインダー処理に供されることを特徴とする。ここで、「不活性雰囲気」には、Ｎ２ガス雰囲気、Ａｒガス雰囲気等の中性ガス雰囲気、真空雰囲気等の減圧雰囲気が含まれる。
【００２１】
第十一に、本発明のペースト材料は、不活性雰囲気における封着処理に供されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】マクロ型ＤＴＡ装置で測定したときのガラス粉末の軟化点を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスにおいて、上記のように、各成分の含有範囲を規制した理由を下記に示す。なお、以下の％表示は、特に断りがない限り、モル％を指す。
【００２４】
ＳｎＯは、ガラスの流動性を高める成分であり、必須成分である。その含有量は５０〜７０％、好ましくは５５〜６８％である。ＳｎＯの含有量が７０％より多いと、ガラスの熱的安定性が大幅に低下し、焼成時の失透によりガラスが軟化流動し難くなる。一方、ＳｎＯの含有量が５０％より少ないと、ガラスの粘性が不当に上昇し、４５０℃以下の温度域でガラスが軟化流動し難くなる。
【００２５】
Ｐ２Ｏ５は、ガラスのネットワークを形成する成分であり、必須成分である。その含有量は１５〜２５％（但し、２５．０％を含まない）、好ましくは２０〜２４．５％である。Ｐ２Ｏ５の含有量が２５．０％以上であると、ガラスの粘性が不当に上昇し、４５０℃以下の温度域でガラスが軟化流動し難くなるとともに、耐候性が大幅に低下する。一方、Ｐ２Ｏ５の含有量が１５％より少ないと、ガラスの熱的安定性が大幅に低下し、焼成時の失透によりガラスが軟化流動し難くなる。
【００２６】
Ｂ２Ｏ３は、ガラスの熱的安定性や耐候性を高める成分である。その含有量は０．１〜５％（但し、５．０％を含まない）、好ましくは０．５〜４．９％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が５．０％以上であると、ガラスの粘性が不当に上昇し、４５０℃以下の温度域でガラスが軟化流動し難くなるとともに、耐候性が大幅に低下する。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が０．１％より少ないと、ガラスの熱的安定性や耐候性を高める効果が乏しくなる。
【００２７】
モル比ＳｎＯ／（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）の値は１．８４以上が好ましい。このようにすれば、ガラスの流動性を高め易くなる。
【００２８】
ＺｎＯは、ガラスの熱的安定性を高める成分である。その含有量は１〜１５％、好ましくは３〜１５％である。ＺｎＯの含有量が１５％より多いと、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆にガラスの熱的安定性が低下し、焼成時の失透によりガラスが軟化流動し難くなる。一方、ＺｎＯの含有量が１％より少ないと、ガラスの熱的安定性を高める効果が乏しくなる。
【００２９】
上記成分以外にも、例えば、以下の成分を添加することができる。
【００３０】
Ａｌ２Ｏ３は、ガラスの安定性、特に耐候性を高める成分である。その含有量は０〜７％、特に０．１〜５％が好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量が７％より多いと、ガラスの溶融性が低下し易くなる。
【００３１】
ＳｉＯ２は、ガラスの安定性、特に耐候性を高める成分である。その含有量は０〜１０％、特に０〜５％が好ましい。ＳｉＯ２の含有量が１０％より多いと、ガラスの溶融性が低下し易くなる。
【００３２】
Ｌｉ２Ｏ＋Ｋ２Ｏは、ガラスの粘性を低下させる成分である。その含有量は０〜６％、特に０．１〜２％である。Ｌｉ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量が６％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下し易くなり、またガラスの耐候性が低下し易くなる。
【００３３】
Ｌｉ２Ｏは、ガラスの粘性を低下させる成分である。その含有量は０〜４％、特に０．１〜２％である。Ｌｉ２Ｏの含有量が４％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下し易くなり、またガラスの耐候性が低下し易くなる。
【００３４】
Ｋ２Ｏは、ガラスの粘性を低下させる成分である。その含有量は０〜３％、特に０．１〜２％である。Ｋ２Ｏの含有量が３％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下し易くなり、またガラスの耐候性が低下し易くなる。
【００３５】
Ｎａ２Ｏは、ガラスの粘性を低下させる成分である。その含有量は０〜７％、特に０〜３％である。Ｎａ２Ｏの含有量が７％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下し易くなり、またガラスの耐候性が低下し易くなる。
【００３６】
上記成分以外にも、ガラスの熱的安定性等を高めるために、Ｉｎ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｆ２等を１０％（好ましくは５％）まで添加してもよい。
【００３７】
本発明の封着材料は、上記のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスからなるガラス粉末に耐火性フィラーを添加し、複合材料粉末にすることが好ましい。このようにすれば、封着材料の熱膨張係数を低下できるとともに、封着材料の機械的強度を高めることもできる。その混合量は、ガラス粉末４０〜９９体積％、耐火性フィラー１〜６０体積％、好ましくはガラス粉末５０〜９０体積％、耐火性フィラー粉末１０〜５０体積％である。耐火性フィラー粉末の含有量が６０体積％より多いと、相対的にガラス粉末の割合が少なくなり、所望の流動性を確保し難くなる。一方、耐火性フィラーの含有量が１体積％より少ないと、耐火性フィラーの効果を享受し難くなる。
【００３８】
耐火性フィラーとして、ジルコン、ジルコニア、酸化錫、石英、β−スポジュメン、コーディエライト、ムライト、石英ガラス、β−ユークリプタイト、β−石英、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム、タングステン酸ジルコニウム、ＮｂＺｒ（ＰＯ４）３等の［ＡＢ２（ＭＯ４）３］の基本構造をもつ化合物、
Ａ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ等
Ｂ：Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ等
Ｍ：Ｐ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ等
若しくはこれらの固溶体が使用可能である。なお、耐火性フィラーを二種以上混合して使用しても差し支えない。
【００３９】
被封着物の熱膨張係数が低い場合、例えば被封着物の熱膨張係数が５０×１０−７／℃以下の場合、耐火性フィラーとして、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム、ＮｂＺｒ（ＰＯ４）３が好ましい。これらの耐火性フィラーは、封着材料の熱膨張係数を低下させる効果が大きい。また、封着材料の熱膨張係数を低下させる効果が大きいと、耐火性フィラーの含有量を低減できるため、ガラス粉末の軟化流動が耐火性フィラーにより阻害され難くなり、結果として、封着材料の流動性を高め易くなる。
【００４０】
本発明の封着材料において、耐火性フィラーの平均粒子径Ｄ５０は０．５〜２０μｍ、特に２〜１５μｍが好ましい。このようにすれば、封着材料の生産コストを高騰させることなく、封着厚みを狭小化し易くなる。ここで、「平均粒子径Ｄ５０」は、レーザ回折法で測定した値を指し、レーザ回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して５０％である粒子径を表す。
【００４１】
本発明の封着材料において、耐火性フィラーの最大粒子径Ｄｍａｘは５〜１００μｍ、特に１０〜７５μｍが好ましい。このようにすれば、封着材料の生産コストを高騰させることなく、封着厚みを狭小化し易くなる。ここで、「平均粒子径Ｄｍａｘ」は、レーザ回折法で測定した値を指し、レーザ回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して９９％である粒子径を表す。
【００４２】
本発明の封着材料において、ガラス転移点は３３０℃以下、特に２７０〜３２０℃が好ましい。ガラス転移点が３３０℃より高いと、４５０℃以下の温度域で軟化流動し難くなる。ガラス転移点の下限は特に限定されないが、ガラスの耐候性を考慮すれば、ガラス転移点を２７０℃以上に規制することが好ましい。
【００４３】
本発明の封着材料において、軟化点は４１０℃以下、特に４００℃以下が好ましい。軟化点が４１０℃より高いと、４５０℃以下の温度域で軟化流動し難くなる。軟化点の下限は特に限定されないが、ガラスの耐候性を考慮すれば、軟化点を３００℃以上に規制することが好ましい。ここで、「軟化点」とは、窒素雰囲気下において、マクロ型示差熱分析（ＤＴＡ）装置で測定した値を指し、ＤＴＡは室温から測定を開始し、昇温速度は１０℃／分とする。なお、マクロ型ＤＴＡ装置で測定した軟化点は、図１に示す第四屈曲点の温度（Ｔｓ）を指す。
【００４４】
本発明の封着材料とビークルを混練し、ペースト材料に加工することが好ましい。このようにすれば、塗布作業性等を高めることができる。なお、ビークルは、通常、樹脂バインダーと溶媒を含むが、高粘性の溶媒のみで構成される場合もあり得る。
【００４５】
本発明のペースト材料において、樹脂バインダーは、脂肪族ポリオレフィン系カーボネート、特にポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネートが好ましい。これらの樹脂バインダーは、熱処理の際にＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを変質させ難い特徴を有する。
【００４６】
本発明のペースト材料において、溶媒は、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキサイド、炭酸ジメチル、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン、カプロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンから選ばれる一種または二種以上が好ましい。これらの溶媒は、熱処理の際にＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを変質させ難い特徴を有する。
【００４７】
本発明のペースト材料において、ビークルとして、メンタノール等の高粘性アルコールやケトン系溶剤を使用することもできる。このようにすれば、樹脂バインダーを添加しなくても、封着材料をペースト化できるため、熱処理の際にＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが変質する事態を防止し易くなる。
【００４８】
本発明のペースト材料は、不活性雰囲気における脱バインダー処理に供されることが好ましく、特にＮ２雰囲気における脱バインダー処理に供されることが好ましい。このようにすれば、脱バインダー処理の際にＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが変質する事態を防止し易くなる。
【００４９】
本発明のペースト材料は、不活性雰囲気における封着処理に供されることが好ましく、特にＮ２雰囲気における封着処理に供されることが好ましい。このようにすれば、封着処理の際にＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが変質する事態を防止し易くなる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００５１】
表１は、本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスの実施例（試料Ａ〜Ｅ）と比較例（試料Ｎｏ．Ｆ、Ｇ）を示している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
次のようにして各試料を調製した。まず表１のガラス組成を有するように、原料を調合した後、アルミナ坩堝を用いて、窒素雰囲気下において９００〜１０００℃で１〜２時間溶融した。次に、溶融ガラスの一部を水冷ローラー間に通過させて、溶融ガラスをフィルム形状に成形した。続いて、ボールミルにてガラスフィルムを粉砕した後、分級して、平均粒子径Ｄ５０約１０μｍのガラス粉末を得た。また、その他の溶融ガラスを型枠に流し出し、平板形状に成形した。
【００５４】
試料Ａ〜Ｇにつき、ガラス転移点、軟化点、熱膨張係数を評価した。その結果を表１に示す。
【００５５】
ガラス転移点はＴＭＡ装置で測定した値である。なお、測定試料として、平板形状のガラスを所定形状に加工したものを用いた。
【００５６】
軟化点は、ＤＴＡ装置で測定した値であり、窒素雰囲気下において室温から測定を開始し、昇温速度を１０℃／分とした。なお、測定試料として、平均粒子径Ｄ５０約１０μｍのガラス粉末を使用した。
【００５７】
熱膨張係数はＴＭＡ装置で測定した値であり、測定温度範囲は３０〜２５０℃である。なお、測定試料として、平板形状のガラスを所定形状に加工したものを用いた。
【００５８】
表１から明らかなように、試料Ａ〜Ｅは、ガラス転移点が２９７〜３０９℃、軟化点が３６７〜３７９℃、熱膨張係数が１１２〜１２２×１０−７／℃であった。また、試料Ｆは、ガラス転移点が３０５℃、軟化点が３７５℃、熱膨張係数が１１９×１０−７／℃であった。さらに、試料Ｇは、ガラス転移点が３２４℃、軟化点が３９８℃、熱膨張係数が１０５×１０−７／℃であった。
【００５９】
次に、表１に記載の各ガラス粉末を用いて、封着材料を作製した。具体的には、表２に記載の混合割合（体積換算）になるように、表１に記載のガラス粉末と表２に記載の耐火性フィラーを混合し、各封着材料（試料Ｎｏ．１〜７）を作製した。
【００６０】
耐火性フィラーとして、リン酸ジルコニウム（ＺＰ）、リン酸タングステン酸ジルコニウム（ＺＷＰ）を用いた。耐火性フィラーの粒度は、それぞれ平均粒子径Ｄ５０：１０μｍ、最大粒子径Ｄｍａｘ：５０μｍであった。
【００６１】
次に、試料Ｎｏ．１〜７について、ガラス転移点、軟化点、熱膨張係数、流動性、耐候性を評価した。その結果を表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
ガラス転移点はＴＭＡ装置で測定した値である。なお、測定試料として、緻密に焼結させた封着材料を所定形状に加工したものを用いた。
【００６４】
軟化点は、ＤＴＡ装置で測定した値であり、窒素雰囲気下において室温から測定を開始し、昇温速度を１０℃／分とした。
【００６５】
熱膨張係数はＴＭＡ装置で測定した値であり、測定温度範囲は３０〜３００℃である。なお、測定試料として、緻密に焼結させた封着材料を所定形状に加工したものを用いた。
【００６６】
次のようにして、流動性を評価した。まず金型を用いて、各封着材料の密度分に相当する質量の粉末を外径２０ｍｍのボタン状にプレスした。次に、このボタンを表２に示す各種基板に載せ、窒素雰囲気中において表２に記載の焼成温度まで１０℃／分の速度で昇温して、表２に記載の焼成温度で１０分間保持した後、室温まで１０℃／分の速度で降温した。最後に、焼成後のボタンの直径を測定した。なお、流動径が２０ｍｍ以上であると、その焼成温度において流動性が良好であることを意味する。
【００６７】
次のようにして、耐候性を評価した。まず金型を用いて、各封着材料１ｇを外径１０ｍｍのボタン状にプレスした。次に、このボタンを高歪点基板に載せた上で、空気中において１０℃／分の速度で昇温して、各封着材料の軟化点より３０℃高い温度で１０分間保持した後、室温まで１０℃／分の速度で降温した。続いて、焼成後のボタンに対し、プレッシャークッカーテスト（以下、ＰＣＴ）を行った。なお、ＰＣＴは、温度１２１℃、湿度９５％、２気圧、４８時間保持の条件で行った。最後に、ＰＣＴ後のボタンの表面を目視観察し、ボタンの表面の全部に光沢があるものを「○」、ボタンの表面の一部または全部に光沢がないものを「×」として評価した。
【００６８】
表２から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜５は、ガラス転移点が２９８〜３１５℃、軟化点が３６８〜３９７℃、熱膨張係数が３６〜７３×１０−７／℃であった。また、試料Ｎｏ．６は、ガラス転移点が３０８℃、軟化点が３７９℃、熱膨張係数が７０×１０−７／℃であった。さらに、試料Ｎｏ．７は、ガラス転移点が３３１℃、軟化点が４１４℃、熱膨張係数が６８×１０−７／℃であった。
【００６９】
また、試料Ｎｏ．１〜６は、各焼成温度で流動性が良好であった。一方、試料Ｎｏ．７は、焼成温度が４５０℃の場合でも、流動性が不良であった。この原因は、ガラス組成中のＢ２Ｏ３の含有量が５％より多いため、ガラスの粘度が高くなったことによると考えられる。
【００７０】
さらに、試料Ｎｏ．１〜５、７は、耐候性が良好であった。一方、試料Ｎｏ．６は、耐候性が不良であった。この原因は、ガラス組成中のＰ２Ｏ５の含有量が２５％より多いため、ガラスの耐水性が低下したことによると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、封着材料及び封着ペーストは、水晶振動子用セラミックパッケージ、ＰＤＰ、ＶＦＤ、ＣＲＴ、電界放射型ディスプレイ等の封着に好適である。その他にも、有機ＥＬデバイス（有機ＥＬ照明、有機ＥＬディスプレイ）、色素増感型太陽電池等の太陽電池、ＭＥＭＳパッケージ、リチウムイオン二次電池、磁気ヘッド等の封着にも使用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、封着材料及び封着ペーストに関し、具体的には、水晶振動子用セラミックパッケージ、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、蛍光表示管（ＶＦＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）、電界放射型ディスプレイ等の封着に好適なＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、封着材料及び封着ペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品や表示装置等の封着材料として、従来からＰｂＯを含む封着材料が広く使用されている。この封着材料は、一般的に、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス粉末と低膨張の耐火性フィラーの複合粉末材料であり、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス粉末とチタン酸鉛の複合粉末材料（例えば、日本電気硝子株式会社製ＬＳ−０２０６、ガラス転移点３２５℃）が代表的である。
【０００３】
しかし、近年、環境的観点から、封着材料からＰｂＯを除くことが要求されている。このため、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスの代替材料として、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスの開発が進められており、特許文献１〜３等に記載のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが開発されるに到っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−６９６７２号公報
【特許文献２】特開平９−２３５１３６号公報
【特許文献３】特開平１１−２０９１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、被封着物の表面を十分に濡らす温度まで封着材料を熱処理すれば、封着強度を高めることができる。電子部品や表示装置の場合、封着温度を高温化すると、封着材料の流動性が向上し、強固な封着強度を確保し易くなるが、電子部品や表示装置の素子等に熱劣化が生じてしまう。
【０００６】
そこで、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを低融点化すると、封着材料の流動性を高めることができ、結果として、低温域（例えば、４５０℃以下の温度域）でも強固な封着強度を確保することができる。
【０００７】
しかし、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、低融点である程、ガラスの耐候性が低くなる傾向がある。ガラスの耐候性が低いと、長期間に亘り、気密性を維持することが困難になり、結果として、電子部品や表示装置の長期信頼性が損なわれるおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、４５０℃以下の低温域で良好に軟化流動し、且つ耐候性も良好なＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを創案することにより、近年の環境的要請を満たしつつ、電子部品や表示装置の長期信頼性を高めることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、鋭意努力の結果、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスのガラス組成範囲を厳密に規制することにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、ガラス組成として、下記酸化物換算のモル％で、ＳｎＯ ５０〜７０％、Ｐ２Ｏ５ １５〜２５％（但し、２５．０％を含まない）、Ｂ２Ｏ３ ０．１〜５％（但し、５．０％を含まない）、ＺｎＯ １〜１５％を含有し、且つ実質的にＰｂＯを含有しないことを特徴とする。ここで、「実質的にＰｂＯを含有しない」とは、ガラス組成中のＰｂＯの含有量が１０００ｐｐｍ（質量）未満の場合を指す。
【００１０】
ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスの場合、ガラスを低融点化すれば、特にガラス転移点を３３０℃以下、好ましくは３２０℃以下にすれば、４５０℃以下の温度域で良好に軟化流動し、強固な封着強度を確保することができる。ガラス組成中のＳｎＯの含有量を多くすると、ガラスが低融点化するが、ガラスの熱的安定性が低下し、焼成時の失透によりガラスが軟化流動し難くなる。また、ガラス組成中のＰ２Ｏ５の含有量を少なくすると、ガラスの耐候性が向上するが、ガラスの熱的安定性が低下し、焼成時の失透によりガラスが軟化流動し難くなる。そこで、ガラス組成中にＢ２Ｏ３を０．１〜５モル％（但し、５．０モル％を含まない）添加すれば、ガラスの高融点化を抑制しつつ、ガラスの熱的安定性や耐候性を高めることができる。結果として、低融点特性、熱的安定性及び耐候性を高いレベルで両立させることが可能になる。
【００１１】
本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、ガラス組成中に実質的にＰｂＯを含有しない。このようにすれば、近年の環境的要請を満たすことができる。
【００１２】
第二に、本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、更に、ガラス組成として、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜５モル％含むことを特徴とする。このようにすれば、ガラスの耐候性を更に高めることができる。
【００１３】
第三に、本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、更に、ガラス組成として、Ｌｉ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ（Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏの合量）を０．１〜２モル％含むことを特徴とする。このようにすれば、ガラスを更に低融点化することができる。
【００１４】
第四に、本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、ガラス転移点が２７０〜３３０℃であることを特徴とする。このようにすれば、４５０℃以下の温度域でガラスが良好に軟化流動するため、４５０℃以下の温度域でも強固な封着強度を確保することができる。ここで、「ガラス転移点」は、押棒式熱膨張係数測定（ＴＭＡ）装置で測定した値を指す。
【００１５】
第五に、本発明の封着材料は、上記のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスからなるガラス粉末 ４０〜９９体積％と耐火性フィラー １〜６０体積％とを含有することを特徴とする。このようにすれば、封着材料の熱膨張係数を被封着物の熱膨張係数に整合させ易くなる。また、このようにすれば、封着材料の機械的強度を高めることもできる。
【００１６】
第六に、本発明の封着材料は、耐火性フィラーが、コーディエライト、ジルコン、酸化錫、酸化ニオブ、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム、ＮｂＺｒ（ＰＯ４）３から選ばれる一種または二種以上であることを特徴とする。
【００１７】
第七に、本発明のペースト材料は、封着材料とビークルを含むペースト材料において、封着材料が上記の封着材料であることを特徴とする。
【００１８】
第八に、本発明のペースト材料は、ビークルが脂肪族ポリオレフィン系カーボネートを含むことを特徴とする。
【００１９】
第九に、本発明のペースト材料は、ビークルが、Ｎ，Ｎ’-ジメチルホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキサイド、炭酸ジメチル、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン、カプロラクトン、Ｎ-メチル−２−ピロリドンから選ばれる一種または二種以上を含むことを特徴とする。
【００２０】
第十に、本発明のペースト材料は、不活性雰囲気における脱バインダー処理に供されることを特徴とする。ここで、「不活性雰囲気」には、Ｎ２ガス雰囲気、Ａｒガス雰囲気等の中性ガス雰囲気、真空雰囲気等の減圧雰囲気が含まれる。
【００２１】
第十一に、本発明のペースト材料は、不活性雰囲気における封着処理に供されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】マクロ型ＤＴＡ装置で測定したときのガラス粉末の軟化点を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスにおいて、上記のように、各成分の含有範囲を規制した理由を下記に示す。なお、以下の％表示は、特に断りがない限り、モル％を指す。
【００２４】
ＳｎＯは、ガラスの流動性を高める成分であり、必須成分である。その含有量は５０〜７０％、好ましくは５５〜６８％である。ＳｎＯの含有量が７０％より多いと、ガラスの熱的安定性が大幅に低下し、焼成時の失透によりガラスが軟化流動し難くなる。一方、ＳｎＯの含有量が５０％より少ないと、ガラスの粘性が不当に上昇し、４５０℃以下の温度域でガラスが軟化流動し難くなる。
【００２５】
Ｐ２Ｏ５は、ガラスのネットワークを形成する成分であり、必須成分である。その含有量は１５〜２５％（但し、２５．０％を含まない）、好ましくは２０〜２４．５％である。Ｐ２Ｏ５の含有量が２５．０％以上であると、ガラスの粘性が不当に上昇し、４５０℃以下の温度域でガラスが軟化流動し難くなるとともに、耐候性が大幅に低下する。一方、Ｐ２Ｏ５の含有量が１５％より少ないと、ガラスの熱的安定性が大幅に低下し、焼成時の失透によりガラスが軟化流動し難くなる。
【００２６】
Ｂ２Ｏ３は、ガラスの熱的安定性や耐候性を高める成分である。その含有量は０．１〜５％（但し、５．０％を含まない）、好ましくは０．５〜４．９％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が５．０％以上であると、ガラスの粘性が不当に上昇し、４５０℃以下の温度域でガラスが軟化流動し難くなるとともに、耐候性が大幅に低下する。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が０．１％より少ないと、ガラスの熱的安定性や耐候性を高める効果が乏しくなる。
【００２７】
モル比ＳｎＯ／（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）の値は１．８４以上が好ましい。このようにすれば、ガラスの流動性を高め易くなる。
【００２８】
ＺｎＯは、ガラスの熱的安定性を高める成分である。その含有量は１〜１５％、好ましくは３〜１５％である。ＺｎＯの含有量が１５％より多いと、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆にガラスの熱的安定性が低下し、焼成時の失透によりガラスが軟化流動し難くなる。一方、ＺｎＯの含有量が１％より少ないと、ガラスの熱的安定性を高める効果が乏しくなる。
【００２９】
上記成分以外にも、例えば、以下の成分を添加することができる。
【００３０】
Ａｌ２Ｏ３は、ガラスの安定性、特に耐候性を高める成分である。その含有量は０〜７％、特に０．１〜５％が好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量が７％より多いと、ガラスの溶融性が低下し易くなる。
【００３１】
ＳｉＯ２は、ガラスの安定性、特に耐候性を高める成分である。その含有量は０〜１０％、特に０〜５％が好ましい。ＳｉＯ２の含有量が１０％より多いと、ガラスの溶融性が低下し易くなる。
【００３２】
Ｌｉ２Ｏ＋Ｋ２Ｏは、ガラスの粘性を低下させる成分である。その含有量は０〜６％、特に０．１〜２％である。Ｌｉ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量が６％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下し易くなり、またガラスの耐候性が低下し易くなる。
【００３３】
Ｌｉ２Ｏは、ガラスの粘性を低下させる成分である。その含有量は０〜４％、特に０．１〜２％である。Ｌｉ２Ｏの含有量が４％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下し易くなり、またガラスの耐候性が低下し易くなる。
【００３４】
Ｋ２Ｏは、ガラスの粘性を低下させる成分である。その含有量は０〜３％、特に０．１〜２％である。Ｋ２Ｏの含有量が３％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下し易くなり、またガラスの耐候性が低下し易くなる。
【００３５】
Ｎａ２Ｏは、ガラスの粘性を低下させる成分である。その含有量は０〜７％、特に０〜３％である。Ｎａ２Ｏの含有量が７％より多いと、ガラスの熱的安定性が低下し易くなり、またガラスの耐候性が低下し易くなる。
【００３６】
上記成分以外にも、ガラスの熱的安定性等を高めるために、Ｉｎ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｆ２等を１０％（好ましくは５％）まで添加してもよい。
【００３７】
本発明の封着材料は、上記のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスからなるガラス粉末に耐火性フィラーを添加し、複合材料粉末にすることが好ましい。このようにすれば、封着材料の熱膨張係数を低下できるとともに、封着材料の機械的強度を高めることもできる。その混合量は、ガラス粉末４０〜９９体積％、耐火性フィラー１〜６０体積％、好ましくはガラス粉末５０〜９０体積％、耐火性フィラー粉末１０〜５０体積％である。耐火性フィラー粉末の含有量が６０体積％より多いと、相対的にガラス粉末の割合が少なくなり、所望の流動性を確保し難くなる。一方、耐火性フィラーの含有量が１体積％より少ないと、耐火性フィラーの効果を享受し難くなる。
【００３８】
耐火性フィラーとして、ジルコン、ジルコニア、酸化錫、石英、β−スポジュメン、コーディエライト、ムライト、石英ガラス、β−ユークリプタイト、β−石英、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム、タングステン酸ジルコニウム、ＮｂＺｒ（ＰＯ４）３等の［ＡＢ２（ＭＯ４）３］の基本構造をもつ化合物、
Ａ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ等
Ｂ：Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ等
Ｍ：Ｐ、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ等
若しくはこれらの固溶体が使用可能である。なお、耐火性フィラーを二種以上混合して使用しても差し支えない。
【００３９】
被封着物の熱膨張係数が低い場合、例えば被封着物の熱膨張係数が５０×１０−７／℃以下の場合、耐火性フィラーとして、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム、ＮｂＺｒ（ＰＯ４）３が好ましい。これらの耐火性フィラーは、封着材料の熱膨張係数を低下させる効果が大きい。また、封着材料の熱膨張係数を低下させる効果が大きいと、耐火性フィラーの含有量を低減できるため、ガラス粉末の軟化流動が耐火性フィラーにより阻害され難くなり、結果として、封着材料の流動性を高め易くなる。
【００４０】
本発明の封着材料において、耐火性フィラーの平均粒子径Ｄ５０は０．５〜２０μｍ、特に２〜１５μｍが好ましい。このようにすれば、封着材料の生産コストを高騰させることなく、封着厚みを狭小化し易くなる。ここで、「平均粒子径Ｄ５０」は、レーザ回折法で測定した値を指し、レーザ回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して５０％である粒子径を表す。
【００４１】
本発明の封着材料において、耐火性フィラーの最大粒子径Ｄｍａｘは５〜１００μｍ、特に１０〜７５μｍが好ましい。このようにすれば、封着材料の生産コストを高騰させることなく、封着厚みを狭小化し易くなる。ここで、「平均粒子径Ｄｍａｘ」は、レーザ回折法で測定した値を指し、レーザ回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して９９％である粒子径を表す。
【００４２】
本発明の封着材料において、ガラス転移点は３３０℃以下、特に２７０〜３２０℃が好ましい。ガラス転移点が３３０℃より高いと、４５０℃以下の温度域で軟化流動し難くなる。ガラス転移点の下限は特に限定されないが、ガラスの耐候性を考慮すれば、ガラス転移点を２７０℃以上に規制することが好ましい。
【００４３】
本発明の封着材料において、軟化点は４１０℃以下、特に４００℃以下が好ましい。軟化点が４１０℃より高いと、４５０℃以下の温度域で軟化流動し難くなる。軟化点の下限は特に限定されないが、ガラスの耐候性を考慮すれば、軟化点を３００℃以上に規制することが好ましい。ここで、「軟化点」とは、窒素雰囲気下において、マクロ型示差熱分析（ＤＴＡ）装置で測定した値を指し、ＤＴＡは室温から測定を開始し、昇温速度は１０℃／分とする。なお、マクロ型ＤＴＡ装置で測定した軟化点は、図１に示す第四屈曲点の温度（Ｔｓ）を指す。
【００４４】
本発明の封着材料とビークルを混練し、ペースト材料に加工することが好ましい。このようにすれば、塗布作業性等を高めることができる。なお、ビークルは、通常、樹脂バインダーと溶媒を含むが、高粘性の溶媒のみで構成される場合もあり得る。
【００４５】
本発明のペースト材料において、樹脂バインダーは、脂肪族ポリオレフィン系カーボネート、特にポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネートが好ましい。これらの樹脂バインダーは、熱処理の際にＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを変質させ難い特徴を有する。
【００４６】
本発明のペースト材料において、溶媒は、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキサイド、炭酸ジメチル、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン、カプロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンから選ばれる一種または二種以上が好ましい。これらの溶媒は、熱処理の際にＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを変質させ難い特徴を有する。
【００４７】
本発明のペースト材料において、ビークルとして、メンタノール等の高粘性アルコールやケトン系溶剤を使用することもできる。このようにすれば、樹脂バインダーを添加しなくても、封着材料をペースト化できるため、熱処理の際にＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが変質する事態を防止し易くなる。
【００４８】
本発明のペースト材料は、不活性雰囲気における脱バインダー処理に供されることが好ましく、特にＮ２雰囲気における脱バインダー処理に供されることが好ましい。このようにすれば、脱バインダー処理の際にＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが変質する事態を防止し易くなる。
【００４９】
本発明のペースト材料は、不活性雰囲気における封着処理に供されることが好ましく、特にＮ２雰囲気における封着処理に供されることが好ましい。このようにすれば、封着処理の際にＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが変質する事態を防止し易くなる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００５１】
表１は、本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスの実施例（試料Ａ〜Ｅ）と比較例（試料Ｎｏ．Ｆ、Ｇ）を示している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
次のようにして各試料を調製した。まず表１のガラス組成を有するように、原料を調合した後、アルミナ坩堝を用いて、窒素雰囲気下において９００〜１０００℃で１〜２時間溶融した。次に、溶融ガラスの一部を水冷ローラー間に通過させて、溶融ガラスをフィルム形状に成形した。続いて、ボールミルにてガラスフィルムを粉砕した後、分級して、平均粒子径Ｄ５０約１０μｍのガラス粉末を得た。また、その他の溶融ガラスを型枠に流し出し、平板形状に成形した。
【００５４】
試料Ａ〜Ｇにつき、ガラス転移点、軟化点、熱膨張係数を評価した。その結果を表１に示す。
【００５５】
ガラス転移点はＴＭＡ装置で測定した値である。なお、測定試料として、平板形状のガラスを所定形状に加工したものを用いた。
【００５６】
軟化点は、ＤＴＡ装置で測定した値であり、窒素雰囲気下において室温から測定を開始し、昇温速度を１０℃／分とした。なお、測定試料として、平均粒子径Ｄ５０約１０μｍのガラス粉末を使用した。
【００５７】
熱膨張係数はＴＭＡ装置で測定した値であり、測定温度範囲は３０〜２５０℃である。なお、測定試料として、平板形状のガラスを所定形状に加工したものを用いた。
【００５８】
表１から明らかなように、試料Ａ〜Ｅは、ガラス転移点が２９７〜３０９℃、軟化点が３６７〜３７９℃、熱膨張係数が１１２〜１２２×１０−７／℃であった。また、試料Ｆは、ガラス転移点が３０５℃、軟化点が３７５℃、熱膨張係数が１１９×１０−７／℃であった。さらに、試料Ｇは、ガラス転移点が３２４℃、軟化点が３９８℃、熱膨張係数が１０５×１０−７／℃であった。
【００５９】
次に、表１に記載の各ガラス粉末を用いて、封着材料を作製した。具体的には、表２に記載の混合割合（体積換算）になるように、表１に記載のガラス粉末と表２に記載の耐火性フィラーを混合し、各封着材料（試料Ｎｏ．１〜７）を作製した。
【００６０】
耐火性フィラーとして、リン酸ジルコニウム（ＺＰ）、リン酸タングステン酸ジルコニウム（ＺＷＰ）を用いた。耐火性フィラーの粒度は、それぞれ平均粒子径Ｄ５０：１０μｍ、最大粒子径Ｄｍａｘ：５０μｍであった。
【００６１】
次に、試料Ｎｏ．１〜７について、ガラス転移点、軟化点、熱膨張係数、流動性、耐候性を評価した。その結果を表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
ガラス転移点はＴＭＡ装置で測定した値である。なお、測定試料として、緻密に焼結させた封着材料を所定形状に加工したものを用いた。
【００６４】
軟化点は、ＤＴＡ装置で測定した値であり、窒素雰囲気下において室温から測定を開始し、昇温速度を１０℃／分とした。
【００６５】
熱膨張係数はＴＭＡ装置で測定した値であり、測定温度範囲は３０〜３００℃である。なお、測定試料として、緻密に焼結させた封着材料を所定形状に加工したものを用いた。
【００６６】
次のようにして、流動性を評価した。まず金型を用いて、各封着材料の密度分に相当する質量の粉末を外径２０ｍｍのボタン状にプレスした。次に、このボタンを表２に示す各種基板に載せ、窒素雰囲気中において表２に記載の焼成温度まで１０℃／分の速度で昇温して、表２に記載の焼成温度で１０分間保持した後、室温まで１０℃／分の速度で降温した。最後に、焼成後のボタンの直径を測定した。なお、流動径が２０ｍｍ以上であると、その焼成温度において流動性が良好であることを意味する。
【００６７】
次のようにして、耐候性を評価した。まず金型を用いて、各封着材料１ｇを外径１０ｍｍのボタン状にプレスした。次に、このボタンを高歪点基板に載せた上で、空気中において１０℃／分の速度で昇温して、各封着材料の軟化点より３０℃高い温度で１０分間保持した後、室温まで１０℃／分の速度で降温した。続いて、焼成後のボタンに対し、プレッシャークッカーテスト（以下、ＰＣＴ）を行った。なお、ＰＣＴは、温度１２１℃、湿度９５％、２気圧、４８時間保持の条件で行った。最後に、ＰＣＴ後のボタンの表面を目視観察し、ボタンの表面の全部に光沢があるものを「○」、ボタンの表面の一部または全部に光沢がないものを「×」として評価した。
【００６８】
表２から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜５は、ガラス転移点が２９８〜３１５℃、軟化点が３６８〜３９７℃、熱膨張係数が３６〜７３×１０−７／℃であった。また、試料Ｎｏ．６は、ガラス転移点が３０８℃、軟化点が３７９℃、熱膨張係数が７０×１０−７／℃であった。さらに、試料Ｎｏ．７は、ガラス転移点が３３１℃、軟化点が４１４℃、熱膨張係数が６８×１０−７／℃であった。
【００６９】
また、試料Ｎｏ．１〜６は、各焼成温度で流動性が良好であった。一方、試料Ｎｏ．７は、焼成温度が４５０℃の場合でも、流動性が不良であった。この原因は、ガラス組成中のＢ２Ｏ３の含有量が５％より多いため、ガラスの粘度が高くなったことによると考えられる。
【００７０】
さらに、試料Ｎｏ．１〜５、７は、耐候性が良好であった。一方、試料Ｎｏ．６は、耐候性が不良であった。この原因は、ガラス組成中のＰ２Ｏ５の含有量が２５％より多いため、ガラスの耐水性が低下したことによると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、封着材料及び封着ペーストは、水晶振動子用セラミックパッケージ、ＰＤＰ、ＶＦＤ、ＣＲＴ、電界放射型ディスプレイ等の封着に好適である。その他にも、有機ＥＬデバイス（有機ＥＬ照明、有機ＥＬディスプレイ）、色素増感型太陽電池等の太陽電池、ＭＥＭＳパッケージ、リチウムイオン二次電池、磁気ヘッド等の封着にも使用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス組成として、下記酸化物換算のモル％で、ＳｎＯ ５０〜７０％、Ｐ２Ｏ５ １５〜２５％（但し、２５．０％を含まない）、Ｂ２Ｏ３ ０．１〜５％（但し、５．０％を含まない）、ＺｎＯ １〜１５％を含有し、且つ実質的にＰｂＯを含有しないことを特徴とするＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス。
【請求項２】
更に、ガラス組成として、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜５モル％含むことを特徴とする請求項１に記載のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス。
【請求項３】
更に、ガラス組成として、Ｌｉ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを０．１〜２モル％含むことを特徴とする請求項１または２に記載のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス。
【請求項４】
ガラス転移点が２７０〜３３０℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスからなるガラス粉末 ４０〜９９体積％と耐火性フィラー １〜６０体積％とを含有することを特徴とする封着材料。
【請求項６】
耐火性フィラーが、コーディエライト、ジルコン、酸化錫、酸化ニオブ、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム、ＮｂＺｒ（ＰＯ４）３から選ばれる一種または二種以上であることを特徴とする請求項５に記載の封着材料。
【請求項７】
封着材料とビークルを含むペースト材料において、
封着材料が請求項５または６に記載の封着材料であることを特徴とするペースト材料。
【請求項８】
ビークルが脂肪族ポリオレフィン系カーボネートを含むことを特徴とする請求項７に記載のペースト材料。
【請求項９】
ビークルが、Ｎ，Ｎ’-ジメチルホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキサイド、炭酸ジメチル、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン、カプロラクトン、Ｎ-メチル−２−ピロリドンから選ばれる一種または二種以上を含むことを特徴とする請求項7または８に記載のペースト材料。
【請求項１０】
不活性雰囲気における脱バインダー処理に供されることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のペースト材料。
【請求項１１】
不活性雰囲気における封着処理に供されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のペースト材料。
【請求項１】
ガラス組成として、下記酸化物換算のモル％で、ＳｎＯ ５０〜７０％、Ｐ２Ｏ５ １５〜２５％（但し、２５．０％を含まない）、Ｂ２Ｏ３ ０．１〜５％（但し、５．０％を含まない）、ＺｎＯ １〜１５％を含有し、且つ実質的にＰｂＯを含有しないことを特徴とするＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス。
【請求項２】
更に、ガラス組成として、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜５モル％含むことを特徴とする請求項１に記載のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス。
【請求項３】
更に、ガラス組成として、Ｌｉ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを０．１〜２モル％含むことを特徴とする請求項１または２に記載のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス。
【請求項４】
ガラス転移点が２７０〜３３０℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスからなるガラス粉末 ４０〜９９体積％と耐火性フィラー １〜６０体積％とを含有することを特徴とする封着材料。
【請求項６】
耐火性フィラーが、コーディエライト、ジルコン、酸化錫、酸化ニオブ、リン酸ジルコニウム、リン酸タングステン酸ジルコニウム、ＮｂＺｒ（ＰＯ４）３から選ばれる一種または二種以上であることを特徴とする請求項５に記載の封着材料。
【請求項７】
封着材料とビークルを含むペースト材料において、
封着材料が請求項５または６に記載の封着材料であることを特徴とするペースト材料。
【請求項８】
ビークルが脂肪族ポリオレフィン系カーボネートを含むことを特徴とする請求項７に記載のペースト材料。
【請求項９】
ビークルが、Ｎ，Ｎ’-ジメチルホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキサイド、炭酸ジメチル、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン、カプロラクトン、Ｎ-メチル−２−ピロリドンから選ばれる一種または二種以上を含むことを特徴とする請求項7または８に記載のペースト材料。
【請求項１０】
不活性雰囲気における脱バインダー処理に供されることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のペースト材料。
【請求項１１】
不活性雰囲気における封着処理に供されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のペースト材料。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２２５４０４（Ｐ２０１１−２２５４０４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９８４９０（Ｐ２０１０−９８４９０）
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
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