无铅低熔点玻璃组合物以及使用组合物的玻璃材料和元件制造技术

本申请公开一种Ag

【技术实现步骤摘要】
无铅低熔点玻璃组合物以及使用组合物的玻璃材料和元件本申请是2015年8月27日提出的申请号为201510532989.5的同名专利申请的分案申请。要求优先权本申请要求2014年8月29日提交的日本专利申请第2014-175642号的优先权，其内容通过引用的方式在此并入本申请。
本专利技术涉及无铅低熔点玻璃组合物。具体而言，本专利技术涉及一种防止或抑制结晶从而可在较低温度下令人满意地软化和流动的无铅低熔点玻璃组合物。本专利技术还涉及低温密封玻璃粉、低温密封玻璃浆、导电材料和导电玻璃浆，其各自包含无铅低熔点玻璃组合物；并且涉及通过使用它们中的任意种制备的玻璃密封的元件和电气/电子元件。
技术介绍
在一些物品中，通常使用包括低熔点玻璃组合物和低热膨胀陶瓷颗粒的低温密封玻璃粉进行密封和/或接合。这些物品示例为通常应用于窗玻璃的真空隔离双层玻璃板；显示板例如等离子体显示板、有机电致发光显示板和荧光显示管；以及电气/电子元件例如石英谐振器、IC陶瓷封装和半导体传感器。低温密封玻璃粉通常以低温密封玻璃浆的形式应用。低温密封玻璃浆通常通过丝网印刷法或点胶(dispensing)进行施用、干燥并烧制，以用于密封和/或接合。在密封和/或接合时，低温密封玻璃粉或相应的低温密封玻璃浆中包含的低熔点玻璃组合物软化，流动，并由此与待被密封和/或待被接合的元件密切接触。同样地，将包括低熔点玻璃组合物和金属颗粒的导电材料用于在很多电气/电子元件例如太阳能电池、图像显示装置、多层电容器、石英谐振器、LED(发光二极管)和多层电路板中形成电极和/或互连。导电材料也用作导电用的导电接合材料。导电材料经常以导电玻璃浆的形式应用，如同低温密封玻璃粉。导电玻璃浆通常通过丝网印刷法或点胶进行施用、干燥并烧制，以形成电极、互连和/或导电接合部。同时在形成时，导电材料或相应的导电玻璃浆中包含的低熔点玻璃组合物软化，流动，并由此使得金属颗粒烧结或与基材密切接触。将要包含在低温密封玻璃粉或相应的低温密封玻璃浆、以及导电材料和相应的导电玻璃浆中的低熔点玻璃组合物经常采用含有非常大量铅氧化物的PbO-B2O3低熔点玻璃组合物。PbO-B2O3低熔点玻璃组合物具有350℃～400℃的低软化点，能够在400℃～450℃令人满意地软化和流动，并且仍然具有相对高的化学稳定性。“软化点”是指由差热分析“DTA”确定的第二吸热峰值温度。然而，根据最近对于绿色采购/绿色设计的全球趋势，在电气和电子仪器工业中需要更加安全的材料。通常而言，对于限制在电气和电子仪器中使用某些有害物质的指令(RoHS指令)于2006年7月1日在欧盟生效。RoHS指令限制六种有害材料的使用，即铅、汞、镉、六价铬、多溴化联苯和多溴化联苯醚。PbO-B2O3低熔点玻璃组合物包含大量的受RoHS指令限制的铅且几乎不应用到低温密封玻璃粉、相应的低温密封玻璃浆、导电材料和相应的导电浆。由此，进行新的无铅低熔点玻璃组合物的开发。此外，对与PbO-B2O3低熔点玻璃组合物相比在较低温度软化和流动并仍然具有较好化学稳定性的无铅低熔点玻璃组合物的开发已做出强烈的要求。做出这些要求以使得各种玻璃密封的元件和电气/电子元件更少地经历热损伤(以具有较高的功能)并且具有更好的生产性(减少的节拍时间)。具体而言，做出要求以提供一种无铅低熔点玻璃组合物，其在350℃或更低、优选300℃或更低的温度下软化和流动，并且通常适用于密封和/或接合或适用于电极/互连和导电接合部的形成。日本专利申请特开平第2013-32255号(专利文献1)公开一种无铅低熔点玻璃组合物。该玻璃组合物以氧化物计包含10～60质量％的Ag2O、5～65质量％的V2O5和15～50质量％的TeO2。该玻璃组合物以75质量％～少于100质量％的总含量包含Ag2O、V2O5和TeO2，剩余部分为大于0质量％～25质量％的含量的P2O5、BaO、K2O、WO3、Fe2O3、MnO2、Sb2O3、和ZnO中的至少一种。专利文献提及，Ag2O-V2O5-TeO2无铅低熔点玻璃组合物具有320℃或更低的低软化点，与常规PbO-B2O3低熔点玻璃组合物相比在较低温度下软化并流动，并仍然具有较好的化学稳定性，其中软化点通过差热分析(DTA)根据第二吸热峰值温度确定。此外，专利文献1提出低温密封玻璃粉、低温密封玻璃浆、导电材料和导电玻璃浆，各自包含Ag2O-V2O5-TeO2无铅低熔点玻璃组合物；以及使用它们中任意种制备的电气/电子元件。
技术实现思路
本专利技术在实施方式中提供一种无铅低熔点玻璃组合物，该组合物包含：主成分，其包括钒氧化物、碲氧化物和银氧化物；次级成分，其包括选自BaO、WO3和P2O5中的至少一种；和附加成分，其包括选自元素周期表第13族元素的氧化物中的至少一种，其中，主成分的总含量以V2O5、TeO2和Ag2O计为85摩尔％或更高，TeO2和Ag2O的含量各自为V2O5的含量的1～2倍，且其中次级成分的含量为0～13摩尔％，且附加成分的含量为0.1～3.0摩尔％。本专利技术使得包含钒氧化物、碲氧化物和银氧化物的无铅低熔点玻璃组合物具有较小的结晶倾向，并防止或抑制其在加热-烧制时结晶。这提供一种无铅低熔点玻璃组合物，其在350℃或更低、且优选300℃或更低的温度下更加令人满意地软化和流动，仍然具有优异的化学稳定性，并符合RoHS指令。当与陶瓷颗粒和/或金属颗粒组合时，根据本专利技术实施方式的无铅低熔点玻璃组合物可以提供低温密封玻璃粉、低温密封玻璃浆、导电材料和导电玻璃浆，其各自可以具有本专利技术实施方式中的无铅低熔点玻璃组合物的有利效果。在施用时，根据本专利技术实施方式的各自包含无铅低熔点玻璃组合物的低温密封玻璃粉、低温密封玻璃浆、导电材料和导电浆可以提供玻璃密封的元件和包括电极/互连或导电接合部的电气/电子元件。玻璃密封的元件、电极/互连以及导电接合部在350℃或更低、且优选300℃或更低的烧制温度下密封、接合或形成。在考虑环境负担的影响后得到这些元件。具体而言，根据本专利技术实施方式的无铅低熔点玻璃组合物的使用使得玻璃密封的元件和电气/电子元件更少经历热损伤(以具有更高功能)、具有更好的生产性(以要求减少的节拍时间)以及更好的可靠性(一定水平的化学稳定性)，并且对环境施加更少负担。附图说明图1是对常规玻璃配方的玻璃特定的差热分析(DTA)曲线；图2是示出如何制备用于剪切应力测量的接合物品的示意图；图3是示出接触电阻如何根据导电材料中包含的本专利技术实施方式无铅低熔点玻璃组合物和Ag颗粒的含量进行变化的图，其中接触电阻在Al/Al接合物品、Ag/Ag接合物品和Cu/Cu接合物品中确定，各接合物品使用导电材料装配并接合；图4是示出接触电阻如何根据导电材料中包含的本专利技术实施方式无铅低熔点玻璃组合物和Cu颗粒的含量进行变化的图，其中接触电阻在Al/Al接合物品、Ag/Ag接合物品和Cu/Cu接合物品中确定，各接合物品使用导电材料装配并接合；图5是示出接触电阻如何根据导电材料中包含的本专利技术实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无铅低熔点玻璃组合物，包括：/n钒氧化物、碲氧化物和银氧化物，/n其中以氧化物换算计V

【技术特征摘要】
20140829 JP 2014-1756421.一种无铅低熔点玻璃组合物，包括：
钒氧化物、碲氧化物和银氧化物，
其中以氧化物换算计V2O5、TeO2和Ag2O的总含量为85摩尔％或更高，
TeO2和Ag2O的含量各自为V2O5的含量的1～2倍，
还包括0～13摩尔％的次级成分，该次级成分为选自BaO、WO3和P2O5中的至少一种；
包括0.1～3.0摩尔％的附加成分，该附加成分为选自元素周期表第13族元素的氧化物中的至少一种，
具有280℃或更低的软化点，所述软化点通过差热分析而确定为第二吸热峰值温度，
结晶起始温度比所述软化点高出60℃或更多，所述结晶起始温度通过差热分析而确定。


2.根据权利要求1所述的无铅低熔点玻璃组合物，
其中所述附加成分以氧化物换算为B2O3、Al2O3、Ga2O3和In2O3中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的无铅低熔点玻璃组合物，
其中所述附加成分以氧化物换算为B2O3、Ga2O3和In2O3中的至少一种。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的无铅低熔点玻璃组合物，
其中所述附加成分的含量为0.1～2.0摩尔％。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的无铅低熔点玻璃组合物，
V2O5的含量为17摩尔％或更高且为27摩尔％或更低，
TeO2的含量为34摩尔％或更高，
Ag2O的含量为40摩尔％或更低。


6.一种低温密封玻璃粉，包括：
根据权利要求1～5中任一项所述的无铅低熔点玻璃组合物；以及
低热膨胀陶瓷颗粒，
其中所述无铅低熔点玻璃组合物的含量为40～100体积％，并且
所述低热膨胀陶瓷颗粒的含量为0～60体积％。


7.根据权利要求6所述的低温密封玻璃粉，
其中所述低热膨胀陶瓷颗粒包括选自钨酸磷酸锆、石英玻璃、硅酸锆、氧化铝、莫来石和氧化铌中的至少一种。


8.根据权利要求6或7所述的低温密封玻璃粉，
其中所述低热膨胀陶瓷颗粒为钨酸磷酸锆或主要包括钨酸磷酸锆的化合物，并且
其中所述低热膨胀陶瓷颗粒的含量为30～50体积％。


9.一种低温密封玻璃浆，包括：
根据权利要求1～5中任一项所述的无铅低熔点玻璃组合物的颗粒；
低热膨胀陶瓷颗粒；以及
溶剂。


10.根据权利要求9所述的低温密封玻璃浆，
其中所述低热膨胀陶瓷颗粒包括选自钨酸磷酸锆、石英玻璃、硅酸锆、氧化铝、莫来石和氧化铌中的至少一种，并且
其中所述溶剂为α-松油醇或二乙二醇正丁醚乙酸酯。

【专利技术属性】
技术研发人员：内藤孝，立园信一，吉村圭，桥场裕司，青柳拓也，小野寺大刚，三宅龙也，
申请(专利权)人：日立化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP