JP6315403B2 - Powder material and powder material paste - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス組成物、粉末材料及び粉末材料ペーストに関し、例えば、電子回路等にオーバーコート層を形成するためのガラス組成物、粉末材料及び粉末材料ペーストに関する。 The present invention relates to a glass composition, a powder material, and a powder material paste. For example, the present invention relates to a glass composition, a powder material, and a powder material paste for forming an overcoat layer on an electronic circuit or the like.
オーバーコート層は、ソーダライムガラス基板、アルミナ基板等に形成された電極、抵抗体等を保護、絶縁するために形成される。従来から、オーバーコート層の形成には、粉末材料ペーストが用いられている。この粉末材料ペーストは、一般的に、ガラス粉末とビークルの混合物であり、必要に応じて、セラミック粉末が添加される場合がある。 The overcoat layer is formed to protect and insulate electrodes, resistors, and the like formed on a soda lime glass substrate, an alumina substrate, and the like. Conventionally, a powder material paste has been used to form an overcoat layer. This powder material paste is generally a mixture of glass powder and vehicle, and ceramic powder may be added as necessary.
オーバーコート層は、粉末材料ペーストを電極等に塗布した後、焼成することにより形成される。ここで、焼成温度は、電極等と粉末材料が反応して、電極等の特性が劣化する事態を防止するために、840℃以下に制限される。このため、粉末材料(粉末材料ペースト)には、840℃以下の温度で焼成可能であることが要求される。また、粉末材料には、焼成後に、基板から容易に剥離しないことも要求される。 The overcoat layer is formed by applying a powder material paste to an electrode or the like and then baking it. Here, the firing temperature is limited to 840 ° C. or lower in order to prevent a situation where the electrode material and the powder material react to deteriorate the properties of the electrode. For this reason, the powder material (powder material paste) is required to be able to be fired at a temperature of 840 ° C. or lower. The powder material is also required not to easily peel off from the substrate after firing.
従来まで、上記の要求特性を満たす粉末材料として、PbO−B2O3−SiO2系ガラスが使用されてきた(特許文献1参照)。 Conventionally, PbO—B 2 O 3 —SiO 2 -based glass has been used as a powder material that satisfies the above required characteristics (see Patent Document 1).
近年、環境保護の観点から、環境負荷物質の削減、例えばPbOの削減が推進されており、PbO−B2O3−SiO2系ガラスに代わって、各種無鉛ガラスが提案されるに到っている。例えば、特許文献2には、Bi2O3−ZnO−B2O3系ガラスが開示されており、特許文献3には、SiO2−B2O3−ZnO系ガラスが開示されている。 In recent years, from the viewpoint of environmental protection, reduction of environmentally hazardous substances, for example, reduction of PbO has been promoted, and various lead-free glasses have been proposed in place of PbO—B 2 O 3 —SiO 2 based glass. Yes. For example, Patent Document 2 discloses Bi 2 O 3 —ZnO—B 2 O 3 -based glass, and Patent Document 3 discloses SiO 2 —B 2 O 3 —ZnO-based glass.
ところで、オーバーコート層が形成された電子回路には、防食性、光学特性、機械的特性、電気的特性等の特性を付与するために、メッキ処理が施される場合がある。このメッキ処理では、オーバーコート層がメッキ溶液に浸漬される。 By the way, the electronic circuit in which the overcoat layer is formed may be subjected to a plating treatment in order to impart characteristics such as anticorrosion, optical characteristics, mechanical characteristics, and electrical characteristics. In this plating process, the overcoat layer is immersed in a plating solution.
メッキ溶液は、通常、酸性溶液である。このため、メッキ処理が施される場合、オーバーコート層には、耐酸性が要求される。すなわち粉末材料には、耐酸性が要求される。特許文献1に記載の鉛ガラスは、ガラス組成中に多量のPbOを含むため、耐酸性が良好である。 The plating solution is usually an acidic solution. For this reason, when a plating process is performed, the overcoat layer is required to have acid resistance. That is, acid resistance is required for the powder material. Since the lead glass described in Patent Document 1 contains a large amount of PbO in the glass composition, it has good acid resistance.
しかしながら、特許文献2、3に記載の無鉛ガラスは、耐酸性が低いため、メッキ溶液によって侵食され易く、絶縁性等の特性を維持し難いという問題を有している。 However, since the lead-free glass described in Patent Documents 2 and 3 has low acid resistance, it has a problem that it is easily eroded by the plating solution and it is difficult to maintain characteristics such as insulation.
そこで、本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、その技術的課題は、ガラス組成中にPbOを多量に含まなくても、840℃以下の温度で焼成可能であると共に、基板の反りや基板からの剥離が生じ難く、しかもメッキ溶液によって侵食され難いガラス組成物、粉末材料及び粉末材料ペーストを創案することである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and the technical problem thereof is that the glass composition can be baked at a temperature of 840 ° C. or less and does not warp the substrate without containing a large amount of PbO. And a glass composition, a powder material, and a powder material paste that do not easily peel off from a substrate and are not easily eroded by a plating solution.
本発明者は、種々の実験を行った結果、ガラス系としてSiO2−B2O3−ZrO2系ガラスを採択すると共に、ガラス組成中のモル比(SiO2+ZrO2)/(B2O3+ZnO)を所定値以上に規制することにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明のガラス組成物は、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50〜70%、B2O3 4超〜15%、ZrO2 5〜15%、ZnO 1〜10%、MgO+CaO+SrO+BaO 0.5〜20%、Li2O+Na2O+K2O 0.5〜15%、Al2O3 0〜10%を含有し、モル比(SiO2+ZrO2)/(B2O3+ZnO)が2.8より大きいことを特徴とする。ここで、「MgO+CaO+SrO+BaO」は、MgO、CaO、SrO及びBaOの合量である。「Li2O+Na2O+K2O」は、Li2O、Na2O及びK2Oの合量である。「SiO2+ZrO2」は、SiO2とZrO2の合量である。「B2O3+ZnO」は、B2O3とZnOの合量である。 As a result of various experiments, the present inventor adopted SiO 2 —B 2 O 3 —ZrO 2 -based glass as a glass system and a molar ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / (B 2 O in the glass composition). It has been found that the above technical problem can be solved by regulating ( 3 + ZnO) to a predetermined value or more, and is proposed as the present invention. That is, the glass composition of the present invention has a glass composition, in mol%, SiO 2 50~70%, B 2 O 3 4 super ~15%, ZrO 2 5~15%, 1~10% ZnO, MgO + CaO + SrO + BaO 0 0.5 to 20%, Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 0.5 to 15%, Al 2 O 3 0 to 10%, and a molar ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / (B 2 O 3 + ZnO) is 2 Greater than .8. Here, “MgO + CaO + SrO + BaO” is the total amount of MgO, CaO, SrO and BaO. “Li 2 O + Na 2 O + K 2 O” is the total amount of Li 2 O, Na 2 O and K 2 O. “SiO 2 + ZrO 2 ” is the total amount of SiO 2 and ZrO 2 . “B 2 O 3 + ZnO” is the total amount of B 2 O 3 and ZnO.
本発明のガラス組成物は、SiO2の含有量を50モル%以上、且つZrO2の含有量を5モル%以上に規制すると共に、B2O3の含有量を15モル%以下、且つZnOの含有量を10モル%以下に規制し、更にモル比(SiO2+ZrO2)/(B2O3+ZnO)を2.8超に規制している。これにより、ガラス組成中にPbOを多量に含まなくても、所望の耐酸性を確保することができる。 The glass composition of the present invention regulates the content of SiO 2 to 50 mol% or more, the content of ZrO 2 to 5 mol% or more, the content of B 2 O 3 to 15 mol% or less, and ZnO Is controlled to be 10 mol% or less, and the molar ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / (B 2 O 3 + ZnO) is further controlled to exceed 2.8. Thereby, even if it does not contain a large amount of PbO in a glass composition, desired acid resistance can be ensured.
本発明のガラス組成物は、MgOの含有量が5モル%以下、CaOの含有量が20モル%以下、SrOの含有量が15モル%以下、且つBaOの含有量が15モル%以下であることが好ましい。 In the glass composition of the present invention, the content of MgO is 5 mol% or less, the content of CaO is 20 mol% or less, the content of SrO is 15 mol% or less, and the content of BaO is 15 mol% or less. It is preferable.
本発明のガラス組成物は、Li2Oの含有量が2モル%以下、Na2Oの含有量が10モル%以下、且つK2Oの含有量が10モル%以下であることが好ましい。 The glass composition of the present invention preferably has a Li 2 O content of 2 mol% or less, a Na 2 O content of 10 mol% or less, and a K 2 O content of 10 mol% or less.
本発明のガラス組成物は、実質的にPbOを含まないことが好ましい。ここで、「実質的にPbOを含まない」とは、不純物レベルでのPbOの混入を許容するものの、積極的な導入を回避する趣旨であり、具体的にはガラス組成中のPbOの含有量が1000ppm未満(0.1モル%未満)の場合を指す。 It is preferable that the glass composition of the present invention does not substantially contain PbO. Here, “substantially free of PbO” means that PbO is allowed to be mixed in at an impurity level, but avoids aggressive introduction. Specifically, the content of PbO in the glass composition Is less than 1000 ppm (less than 0.1 mol%).
本発明の粉末材料は、上記のガラス組成物からなるガラス粉末とセラミック粉末とを含有する粉末材料であって、ガラス粉末の含有量が50〜100質量%、セラミック粉末の含有量が0〜50質量%であることが好ましい。なお、本発明の粉末材料は、セラミック粉末を含む場合だけでなく、セラミック粉末を含まず、ガラス粉末のみで構成される場合も含む。 The powder material of the present invention is a powder material containing glass powder and ceramic powder made of the above glass composition, wherein the glass powder content is 50 to 100% by mass and the ceramic powder content is 0 to 50. It is preferable that it is mass%. The powder material of the present invention includes not only the case of containing ceramic powder but also the case of being composed of only glass powder without containing ceramic powder.
本発明の粉末材料は、軟化点が840℃以下であることが好ましい。ここで、「軟化点」は、マクロ型示差熱分析計(DTA)で測定した第四の変曲点の値を指す。 The powder material of the present invention preferably has a softening point of 840 ° C. or lower. Here, the “softening point” refers to the value of the fourth inflection point measured with a macro-type differential thermal analyzer (DTA).
本発明の粉末材料は、オーバーコート層の形成に用いることが好ましい。 The powder material of the present invention is preferably used for forming an overcoat layer.
本発明の粉末材料ペーストは、粉末材料とビークルとを含有する粉末材料ペーストにおいて、粉末材料が上記の粉末材料であることが好ましい。 The powder material paste of the present invention is preferably a powder material paste containing the powder material and a vehicle.
本発明の粉末材料ペーストは、実質的にフタル酸系化合物を含有しないことが好ましい。ここで、「実質的にフタル酸系化合物を含有しない」とは、粉末材料ペースト中のフタル酸系化合物の含有量が1000ppm未満(0.1質量%未満)の場合を指す。 The powder material paste of the present invention preferably contains substantially no phthalic acid compound. Here, “substantially no phthalic acid compound” refers to the case where the content of the phthalic acid compound in the powder material paste is less than 1000 ppm (less than 0.1% by mass).
本発明のガラス組成物は、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50〜70%、B2O3 4超〜15%、ZrO2 5〜15%、ZnO 1〜10%、MgO+CaO+SrO+BaO 0.5〜20%、Li2O+Na2O+K2O 0.5〜15%、Al2O3 0〜10%を含有し、モル比(SiO2+ZrO2)/(B2O3+ZnO)が2.8より大きいことを特徴とする。上記のように各成分の含有範囲を規制した理由を以下に説明する。なお、各成分の含有範囲の説明において、%表示は、モル%であることを意味する。 The glass composition of the present invention has a glass composition of mol%, SiO 2 50 to 70%, B 2 O 3 over 4 to 15%, ZrO 2 5 to 15%, ZnO 1 to 10%, MgO + CaO + SrO + BaO 0.5 ~20%, Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 0.5~15%, containing Al 2 O 3 0~10%, molar ratio (SiO 2 + ZrO 2) / (B 2 O 3 + ZnO) 2.8 It is characterized by being larger. The reason why the content range of each component is regulated as described above will be described below. In addition, in description of the containing range of each component,% display means mol%.
SiO2は、ガラス骨格を形成する成分であると共に、耐酸性を高める成分である。SiO2の含有量は50〜70%であり、好ましくは55〜65%、より好ましくは56〜64%、特に好ましくは57〜63%である。SiO2の含有量が少なくなると、耐酸性が低下して、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなり、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。一方、SiO2の含有量が多くなると、軟化点が不当に上昇して、840℃以下の温度で焼成し難くなる。 SiO 2 is a component that forms a glass skeleton and a component that increases acid resistance. The content of SiO 2 is 50 to 70%, preferably 55 to 65%, more preferably 56 to 64%, and particularly preferably 57 to 63%. When the content of SiO 2 is reduced, the acid resistance is lowered, and the overcoat layer is easily eroded by the plating solution, and as a result, it is difficult to ensure the protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit. On the other hand, when the content of SiO 2 is increased, the softening point is unduly increased, and it becomes difficult to fire at a temperature of 840 ° C. or lower.
B2O3は、ガラス骨格を形成して、ガラス化範囲を広げる成分であるが、その含有量が多くなると、耐酸性が大幅に低下して、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなり、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。よって、B2O3の含有量は4超〜15%であり、好ましくは5〜13%、特に好ましくは6〜11%である。
ZrO2は、耐酸性を高める成分である。ZrO2の含有量は5〜15%であり、好ましくは6〜13%、特に好ましくは7〜11%である。ZrO2の含有量が少なくなると、耐酸性が低下して、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなり、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。一方、ZrO2の含有量が多くなると、溶解性、溶融性が低下するとともに、軟化点が不当に上昇して、840℃以下の温度で焼成し難くなる。
B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton and widens the vitrification range. However, when the content of B 2 O 3 increases, the acid resistance is greatly reduced, and the overcoat layer is easily eroded by the plating solution. As a result, it becomes difficult to secure protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit. Therefore, the content of B 2 O 3 is more than 4 to 15%, preferably 5 to 13%, particularly preferably 6 to 11%.
ZrO 2 is a component that increases acid resistance. The content of ZrO 2 is 5 to 15%, preferably 6 to 13%, particularly preferably 7 to 11%. When the content of ZrO 2 decreases, the acid resistance decreases and the overcoat layer is easily eroded by the plating solution, and as a result, it becomes difficult to ensure protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit. On the other hand, when the content of ZrO 2 is increased, the solubility and meltability are lowered, the softening point is unduly increased, and it becomes difficult to fire at a temperature of 840 ° C. or lower.
ZnOは、軟化点を低下させる成分であるが、耐酸性を低下させる成分である。ZnOの含有量は1〜10%であり、好ましくは2〜9%、より好ましくは2.5〜7%、特に好ましくは3〜6%である。ZnOの含有量が少なくなると、軟化点が不当に上昇して、840℃以下の温度で焼成し難くなる。一方、ZnOの含有量が多くなると、耐酸性が大幅に低下して、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなり、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。 ZnO is a component that lowers the softening point, but is a component that reduces acid resistance. The content of ZnO is 1 to 10%, preferably 2 to 9%, more preferably 2.5 to 7%, and particularly preferably 3 to 6%. When the content of ZnO is reduced, the softening point is unreasonably raised and it becomes difficult to fire at a temperature of 840 ° C. or lower. On the other hand, when the content of ZnO is increased, the acid resistance is significantly lowered, and the overcoat layer is easily eroded by the plating solution, and as a result, it is difficult to ensure protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit.
MgO+CaO+SrO+BaOの含有量は0.5〜20%であり、好ましくは1〜17%、より好ましくは2〜14%、特に好ましくは3〜12%である。MgO+CaO+SrO+BaOの含有量が少なくなると、ガラスを安定化することが困難になる。一方、MgO+CaO+SrO+BaOの含有量が多くなると、耐酸性が低下して、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなり、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。 The content of MgO + CaO + SrO + BaO is 0.5 to 20%, preferably 1 to 17%, more preferably 2 to 14%, and particularly preferably 3 to 12%. When the content of MgO + CaO + SrO + BaO decreases, it becomes difficult to stabilize the glass. On the other hand, when the content of MgO + CaO + SrO + BaO increases, the acid resistance decreases, and the overcoat layer is easily eroded by the plating solution, and as a result, it becomes difficult to ensure protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit.
MgOは、軟化点を低下させる成分であり、またガラスを安定化させる成分である。MgOの含有量は、好ましくは0〜5%、より好ましくは0〜4%、特に好ましくは0〜3%である。MgOの含有量が多くなると、耐酸性が低下して、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなり、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。 MgO is a component that lowers the softening point and is a component that stabilizes the glass. The content of MgO is preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 4%, and particularly preferably 0 to 3%. When the content of MgO increases, the acid resistance decreases and the overcoat layer is easily eroded by the plating solution, and as a result, it becomes difficult to ensure the protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit.
CaOは、軟化点を低下させる成分であり、またガラスを安定化させる成分である。CaOの含有量は、好ましくは0〜20%、好ましくは1〜18%、より好ましくは1.5〜14%、特に好ましくは2〜10%である。CaOの含有量が多くなると、耐酸性が低下して、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなり、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。 CaO is a component that lowers the softening point and is a component that stabilizes the glass. The content of CaO is preferably 0 to 20%, preferably 1 to 18%, more preferably 1.5 to 14%, and particularly preferably 2 to 10%. When the content of CaO increases, the acid resistance decreases and the overcoat layer is easily eroded by the plating solution, and as a result, it becomes difficult to ensure protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit.
SrOは、軟化点を低下させる成分であり、またガラスを安定化させる成分である。SrOの含有量は、好ましくは0〜15%、より好ましくは0.5〜14%、特に好ましくは1〜13%である。SrOの含有量が多くなると、耐酸性が低下して、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなり、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。 SrO is a component that lowers the softening point and is a component that stabilizes the glass. The SrO content is preferably 0 to 15%, more preferably 0.5 to 14%, and particularly preferably 1 to 13%. When the SrO content is increased, the acid resistance is lowered, and the overcoat layer is easily eroded by the plating solution. As a result, it is difficult to ensure protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit.
BaOは、軟化点を低下させる成分であり、またガラスを安定化させる成分である。BaOの含有量は、好ましくは0〜15%、より好ましくは0.5〜14%、特に好ましくは1〜13%である。BaOの含有量が多くなると、耐酸性が低下して、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなり、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。 BaO is a component that lowers the softening point and is a component that stabilizes the glass. The content of BaO is preferably 0 to 15%, more preferably 0.5 to 14%, and particularly preferably 1 to 13%. When the content of BaO increases, the acid resistance decreases, and the overcoat layer is easily eroded by the plating solution, and as a result, it becomes difficult to ensure the protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit.
Li2O+Na2O+K2Oは0.5〜15%であり、好ましくは1〜13%、より好ましくは2〜12%、更に好ましくは3〜10%、特に好ましくは5〜9%である。Li2O+Na2O+K2Oの含有量が少なくなると、軟化点が不当に上昇して、840℃以下の温度で焼成し難くなる。一方、Li2O+Na2O+K2Oの含有量が多くなると、焼成時に、オーバーコート層と電極、抵抗体とが反応して、ガラスの絶縁抵抗が低下する傾向にあり、電子回路の絶縁耐圧特性が劣化する虞がある。また熱膨張係数の調整が困難になり、焼成後に、基板から容易に剥離し、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。 Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is from 0.5 to 15%, preferably 1-13%, more preferably 2-12%, more preferably 3-10%, particularly preferably 5-9%. When the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is decreased, the softening point is unreasonably increased and it becomes difficult to fire at a temperature of 840 ° C. or lower. On the other hand, when the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O increases, the overcoat layer reacts with the electrode and the resistor during firing, and the insulation resistance of the glass tends to decrease, and the dielectric strength characteristics of the electronic circuit May deteriorate. In addition, it becomes difficult to adjust the thermal expansion coefficient, and it is easily peeled off from the substrate after firing, and as a result, it is difficult to secure protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit.
Li2Oは、軟化点を低下させると共に、熱膨張係数を調整する成分である。Li2Oの含有量は、好ましくは0〜2%、より好ましくは0〜1.5%、特に好ましくは0〜1%である。Li2Oの含有量が多くなると、焼成時に、オーバーコート層と電極、抵抗体とが反応して、ガラスの絶縁抵抗が低下する傾向にあり、電子回路の絶縁耐圧特性が劣化する虞がある。また耐酸性が低下して、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなり、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。 Li 2 O is a component that lowers the softening point and adjusts the thermal expansion coefficient. The content of Li 2 O is preferably 0 to 2%, more preferably 0 to 1.5%, and particularly preferably 0 to 1%. When the content of Li 2 O increases, the overcoat layer, the electrode, and the resistor react with each other during firing, whereby the insulation resistance of the glass tends to decrease, and the withstand voltage characteristics of the electronic circuit may be deteriorated. . Moreover, acid resistance falls and it becomes easy to erode an overcoat layer with a plating solution, As a result, it becomes difficult to ensure protection and insulation of the electrode of an electronic circuit, etc.
Na2Oは、軟化点を低下させると共に、熱膨張係数を調整する成分である。Na2Oの含有量は、好ましくは0〜10%、より好ましくは1〜10%、更に好ましくは2〜9%、特に好ましくは3〜8%である。Na2Oの含有量が多くなると、熱膨張係数が高くなり、焼成後に、基板から容易に剥離し、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。 Na 2 O is a component that lowers the softening point and adjusts the thermal expansion coefficient. The content of Na 2 O is preferably 0 to 10%, more preferably 1 to 10%, still more preferably 2 to 9%, and particularly preferably 3 to 8%. When the content of Na 2 O increases, the coefficient of thermal expansion increases, and after firing, it easily peels from the substrate, and as a result, it becomes difficult to ensure protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit.
K2Oは、軟化点を低下させると共に、熱膨張係数を調整する成分である。K2Oの含有量は、好ましくは0〜10%、より好ましくは0.1〜7%、特に好ましくは1〜5%である。K2Oの含有量が多くなると、熱膨張係数が高くなり、焼成後に、基板から容易に剥離し、結果として電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。 K 2 O is a component that adjusts the thermal expansion coefficient while lowering the softening point. The content of K 2 O is preferably 0 to 10%, more preferably 0.1 to 7%, and particularly preferably 1 to 5%. When the content of K 2 O increases, the coefficient of thermal expansion increases, and after firing, it is easily peeled off from the substrate, and as a result, it becomes difficult to ensure protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit.
Al2O3は、ガラスを安定化させる成分である。Al2O3の含有量は0〜10%であり、好ましくは0.1〜9%、より好ましくは1〜8%、特に好ましくは2〜7である。Al2O3の含有量が少なくなると、ガラスが不安定になり易い。一方、Al2O3の含有量が多くなると、軟化点が不当に上昇して、840℃以下の温度で焼成し難くなる。 Al 2 O 3 is a component that stabilizes the glass. The content of Al 2 O 3 is 0 to 10%, preferably 0.1 to 9%, more preferably 1 to 8%, and particularly preferably 2 to 7. When the content of Al 2 O 3 decreases, the glass tends to become unstable. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is increased, the softening point is unreasonably raised and it becomes difficult to fire at a temperature of 840 ° C. or lower.
モル比(SiO2+ZrO2)/(B2O3+ZnO)は、2.8より大きく、好ましくは3以上、より好ましくは3.5以上、更に好ましくは4以上、特に好ましくは4.5〜10.5である。モル比(SiO2+ZrO2)/(B2O3+ZnO)が過少になると、耐酸性が低下し易くなる。 The molar ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / (B 2 O 3 + ZnO) is greater than 2.8, preferably 3 or more, more preferably 3.5 or more, still more preferably 4 or more, and particularly preferably 4.5 to 10.5. When the molar ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / (B 2 O 3 + ZnO) is too small, the acid resistance tends to be lowered.
上記成分以外にも、要求特性を損なわない範囲で種々の成分を導入してもよい。例えば、軟化点を低下させるために、Cs2O、Rb2O等を合量又は単独で5%まで、特に1%まで導入してもよい。またガラスを安定化させたり、耐水性、耐酸性を高めるために、Y2O3、La2O3、Ta2O5、SnO2、TiO2、Nb2O5、P2O5、CuO、CeO2、V2O5等を合量又は単独で10%まで、特に1%まで導入してもよい。 In addition to the above components, various components may be introduced as long as the required characteristics are not impaired. For example, in order to lower the softening point, Cs 2 O, Rb 2 O, or the like may be introduced up to 5%, particularly up to 1%, alone or in total. Moreover, in order to stabilize glass and to improve water resistance and acid resistance, Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , SnO 2 , TiO 2 , Nb 2 O 5 , P 2 O 5 , CuO , CeO 2 , V 2 O 5, etc. may be introduced in a total amount or independently up to 10%, particularly up to 1%.
PbOは、耐酸性を高めると共に、軟化点を低下させる成分であるが、環境負荷物質であるため、実質的な導入を回避することが好ましい。 PbO is a component that increases acid resistance and lowers the softening point. However, since it is an environmental load substance, it is preferable to avoid substantial introduction.
本発明の粉末材料は、上記のガラス組成物からなるガラス粉末とセラミック粉末とを含有する粉末材料であって、ガラス粉末の含有量が50〜100質量%、セラミック粉末の含有量が0〜50質量%であることが好ましい。 The powder material of the present invention is a powder material containing glass powder and ceramic powder made of the above glass composition, wherein the glass powder content is 50 to 100% by mass and the ceramic powder content is 0 to 50. It is preferable that it is mass%.
ガラス粉末は、例えば、溶融ガラスをフィルム状に成形した後、得られたガラスフィルムを粉砕、分級することにより作製することができる。 The glass powder can be produced, for example, by forming molten glass into a film and then crushing and classifying the obtained glass film.
ガラス粉末の平均粒径D50は3.0μm以下が好ましく、最大粒径Dmaxは20μm以下が好ましい。ガラス粉末の粒度が大き過ぎると、焼成膜中に大きな泡が残存し易くなる。ここで、「平均粒径D50」とは、レーザー回折装置で測定した値を指し、レーザー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。また「最大粒径Dmax」とは、レーザー回折装置で測定した値を指し、レーザー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。 The average particle diameter D 50 of the glass powder is preferably 3.0 μm or less, and the maximum particle diameter D max is preferably 20 μm or less. When the particle size of the glass powder is too large, large bubbles are likely to remain in the fired film. Here, the “average particle diameter D 50 ” refers to a value measured with a laser diffractometer, and in an accumulated particle size distribution curve based on volume when measured by a laser diffraction method, the accumulated amount is accumulated from the smaller particle. The particle diameter is 50%. “Maximum particle size D max ” refers to a value measured by a laser diffractometer, and in the volume-based cumulative particle size distribution curve measured by the laser diffraction method, the accumulated amount is accumulated from the smaller particle. The particle size is 99%.
セラミック粉末の含有量は、好ましくは40質量%以下、30質量%以下、20質量%以下、10質量%以下、5質量%以下、特に1質量%未満である。セラミック粉末が多過ぎると、相対的にガラス粉末の割合が少なくなり過ぎて、緻密なオーバーコート層を形成し難くなり、メッキ溶液により、オーバーコート層が侵食され易くなる。結果として、電子回路の電極等の保護や絶縁を確保し難くなる。なお、セラミック粉末を添加すると、粉末材料の熱膨張係数、機械的強度、耐酸性を調整することが可能になる。 The content of the ceramic powder is preferably 40% by mass or less, 30% by mass or less, 20% by mass or less, 10% by mass or less, 5% by mass or less, and particularly less than 1% by mass. When the ceramic powder is too much, the ratio of the glass powder is relatively reduced, and it becomes difficult to form a dense overcoat layer, and the overcoat layer is easily eroded by the plating solution. As a result, it becomes difficult to ensure protection and insulation of the electrodes of the electronic circuit. If ceramic powder is added, the thermal expansion coefficient, mechanical strength, and acid resistance of the powder material can be adjusted.
セラミック粉末として、種々の材料が使用可能であり、例えば、アルミナ、ジルコン、ジルコニア、ムライト、シリカ、コーディエライト、チタニア、酸化スズ等を一種又は二種以上を添加することができる。 Various materials can be used as the ceramic powder. For example, one or more of alumina, zircon, zirconia, mullite, silica, cordierite, titania, tin oxide, and the like can be added.
本発明の粉末材料において、軟化点は、好ましくは840℃以下、より好ましくは830℃以下、更に好ましくは820℃以下、特に好ましくは810℃以下である。軟化点が高過ぎると、緻密なオーバーコート層を得るためには、焼成温度を上昇させなければならず、その場合、電極等と粉末材料が反応して、電極等の特性が劣化し易くなる。 In the powder material of the present invention, the softening point is preferably 840 ° C. or less, more preferably 830 ° C. or less, still more preferably 820 ° C. or less, and particularly preferably 810 ° C. or less. If the softening point is too high, in order to obtain a dense overcoat layer, the firing temperature must be increased, in which case the electrode and the powder material react with each other and the characteristics of the electrode and the like are likely to deteriorate. .
本発明の粉末材料において、熱膨張係数は、55〜80×10−7/℃、特に60〜75×10−7/℃が好ましい。このようにすれば、ソーダライムガラス基板やアルミナ基板上にオーバーコート層を形成した後に、基板の反りやオーバーコート層の剥離を防止し易くなる。ここで、「熱膨張係数」は、熱機械分析装置(TMA)により30〜300℃の温度範囲で測定した平均値である。 In the powder material of the present invention, the thermal expansion coefficient is preferably 55 to 80 × 10 −7 / ° C., particularly preferably 60 to 75 × 10 −7 / ° C. If it does in this way, after forming an overcoat layer on a soda-lime glass substrate or an alumina substrate, it will become easy to prevent curvature of a substrate and exfoliation of an overcoat layer. Here, the “thermal expansion coefficient” is an average value measured in a temperature range of 30 to 300 ° C. by a thermomechanical analyzer (TMA).
本発明の粉末材料ペーストは、粉末材料とビークルとを含有する粉末材料ペーストにおいて、粉末材料が上記の粉末材料であることを特徴とする。ここで、「ビークル」は、ガラス粉末を分散させて、ペースト化するための材料であり、通常、熱可塑性樹脂、可塑剤、溶剤等により構成される。 The powder material paste of the present invention is a powder material paste containing a powder material and a vehicle, wherein the powder material is the above powder material. Here, the “vehicle” is a material for dispersing glass powder to form a paste, and is usually composed of a thermoplastic resin, a plasticizer, a solvent, and the like.
粉末材料ペーストは、粉末材料とビークルを用意し、これらを所定の割合で混合、混練することにより作製することができる。 The powder material paste can be prepared by preparing a powder material and a vehicle, and mixing and kneading them at a predetermined ratio.
熱可塑性樹脂は、乾燥後の膜強度を高める成分であり、また柔軟性を付与する成分である。粉末材料ペースト中の熱可塑性樹脂の含有量は0.1〜20質量%が好ましい。熱可塑性樹脂として、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、エチルセルロース等が好ましく、これらの内、一種又は二種以上を用いることが好ましい。 A thermoplastic resin is a component which improves the film | membrane intensity | strength after drying, and is a component which provides a softness | flexibility. The content of the thermoplastic resin in the powder material paste is preferably 0.1 to 20% by mass. As the thermoplastic resin, polybutyl methacrylate, polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, ethyl cellulose and the like are preferable, and it is preferable to use one or more of these.
可塑剤は、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る。粉末材料ペースト中の可塑剤の含有量は、好ましくは0〜10質量%、特に0.1〜10質量%である。可塑剤として、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジイソオクチル、フタル酸ジカプリル、フタル酸ジブチル等のフタル酸系化合物を実質的に含まないことが好ましい。このようにすれば、環境負荷を軽減することができる。環境的観点から、可塑剤として、アジピン酸ジイソブチル、アジピン酸ジブトキシエチル等のアジピン酸系化合物、セバシン酸ジブチルやセバシン酸ジ2エチルヘキシル等のセバシン酸化合物、アセチレンクエン酸トリブチル等のクエン酸系化合物等が好ましく、これらの内、一種又は二種以上を用いることが好ましい。 The plasticizer is a component that controls the drying speed and imparts flexibility to the dry film. The content of the plasticizer in the powder material paste is preferably 0 to 10% by mass, particularly 0.1 to 10% by mass. It is preferable that the plasticizer is substantially free of phthalic acid compounds such as butylbenzyl phthalate, dioctyl phthalate, diisooctyl phthalate, dicapryl phthalate, and dibutyl phthalate. In this way, the environmental load can be reduced. From an environmental viewpoint, as a plasticizer, adipic acid compounds such as diisobutyl adipate and dibutoxyethyl adipate, sebacic acid compounds such as dibutyl sebacate and di-2-ethylhexyl sebacate, and citric acid compounds such as tributyl acetylene citrate Etc., and it is preferable to use one or more of these.
溶剤は、熱可塑性樹脂を溶解させるための成分である。粉末材料ペースト中の溶剤の含有量は10〜30質量%が好ましい。溶剤として、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が好ましく、これらの内、一種又は二種以上を用いることが好ましい。 The solvent is a component for dissolving the thermoplastic resin. The content of the solvent in the powder material paste is preferably 10 to 30% by mass. As the solvent, terpineol, diethylene glycol monobutyl ether acetate, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentadiol monoisobutyrate and the like are preferable, and it is preferable to use one or more of these.
粉末材料ペーストを用いて、電子回路にオーバーコート層を形成するには、まず電極、抵抗体等が形成された電子回路上に、スクリーン印刷法、一括コート法等により粉末材料ペーストを塗布し、所定の膜厚の塗布層を形成した後、乾燥させて、乾燥膜を得る。その後、乾燥膜を740〜840℃の温度で5〜20分間焼成することにより、所定のオーバーコート層(焼成膜)を形成することができる。なお、焼成温度が低過ぎたり、焼成時間(保持時間)が短過ぎると、乾燥膜が十分に焼結せず、緻密な焼成膜を形成し難くなる。一方、焼成温度が高過ぎたり、保持時間が長過ぎると、電極等と粉末材料が反応して、電極等の特性が劣化し易くなる。 In order to form an overcoat layer on an electronic circuit using a powder material paste, first, on the electronic circuit on which electrodes, resistors, etc. are formed, the powder material paste is applied by a screen printing method, a batch coating method, After forming a coating layer having a predetermined thickness, it is dried to obtain a dry film. Then, a predetermined overcoat layer (baked film) can be formed by baking the dried film at a temperature of 740 to 840 ° C. for 5 to 20 minutes. If the firing temperature is too low or the firing time (holding time) is too short, the dried film will not sinter sufficiently, making it difficult to form a dense fired film. On the other hand, if the firing temperature is too high or the holding time is too long, the electrode and the powder material react with each other, and the characteristics of the electrode and the like easily deteriorate.
オーバーコート層の形成方法として、粉末材料ペーストを用いる方法を例にして説明したが、それ以外の方法を採択することもできる。例えば、グリーンシート法、感光性ペースト法、感光性グリーンシート法等の方法を採択してもよい。 Although the method of using a powder material paste has been described as an example of the method for forming the overcoat layer, other methods can be adopted. For example, a method such as a green sheet method, a photosensitive paste method, or a photosensitive green sheet method may be adopted.
本発明のガラス組成物、粉末材料及び粉末材料ペーストは、オーバーコート層の形成に用いることが好ましく、サーミスターのオーバーコート層の形成に用いることが好ましい。サーミスターでは、サーミスター素材に電極が形成されると共に、その上にオーバーコート層が形成される。そして、オーバーコート層の形成後に、メッキ溶液によるメッキ処理が施される。上記のように、本発明のガラス組成物、粉末材料及び粉末材料ペーストは、PbOを多量に含まなくても、840℃以下の温度で焼成可能であると共に、サーミスター素材からの剥離が生じ難く、しかもメッキ溶液によって侵食され難いため、本用途に特に好適である。 The glass composition, powder material and powder material paste of the present invention are preferably used for forming an overcoat layer, and are preferably used for forming an overcoat layer of a thermistor. In the thermistor, an electrode is formed on the thermistor material, and an overcoat layer is formed thereon. Then, after the overcoat layer is formed, a plating process using a plating solution is performed. As described above, the glass composition, the powder material, and the powder material paste of the present invention can be fired at a temperature of 840 ° C. or less and do not easily peel from the thermistor material without containing a large amount of PbO. Moreover, since it is hard to be eroded by the plating solution, it is particularly suitable for this application.
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に何ら限定されない。以下の実施例は単なる例示である。 Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated in detail. The present invention is not limited to the following examples. The following examples are merely illustrative.
表1は、本発明の実施例(試料No.1〜4)及び比較例(試料No.5、6)を示している。 Table 1 shows Examples (Sample Nos. 1 to 4) and Comparative Examples (Sample Nos. 5 and 6) of the present invention.
次のようにして、各試料を調製した。まず表中に示すガラス組成になるように、原料を調合して、均一に混合した。次いで、白金ルツボに入れて1400〜1550℃で2時間溶融した後、フィルム状に成形し、ボールミルにて粉砕した後、気流分級して平均粒径D503.0μm以下、最大粒径Dmax20μm以下のガラス粉末を得た。得られたガラス粉末を用いて、軟化点及び熱膨張係数を評価した。 Each sample was prepared as follows. First, raw materials were prepared and mixed uniformly so as to have the glass composition shown in the table. Next, after putting it in a platinum crucible and melting at 1400 to 1550 ° C. for 2 hours, it was formed into a film shape, pulverized with a ball mill, and then classified by airflow to obtain an average particle diameter D 50 of 3.0 μm or less and a maximum particle diameter D max. A glass powder of 20 μm or less was obtained. The softening point and thermal expansion coefficient were evaluated using the obtained glass powder.
軟化点は、マクロ型示差熱分析計で測定した場合の第四の変曲点の値である。 The softening point is the value of the fourth inflection point when measured with a macro-type differential thermal analyzer.
熱膨張係数は、各ガラス粉末を加圧形成し、(軟化点+10)℃の温度で緻密に焼結した後、直径5mm、長さ20mmに加工して、測定試料とした上で、熱機械分析装置(TMA)により30〜300℃の温度範囲で測定した平均値である。 The coefficient of thermal expansion was determined by forming each glass powder under pressure and sintering it densely at a temperature of (softening point + 10) ° C., then processing it to a diameter of 5 mm and a length of 20 mm to obtain a measurement sample. It is the average value measured in the temperature range of 30-300 degreeC with an analyzer (TMA).
次に、上記ガラス粉末とビークル(エチルセルロースを5質量%含み、且つアセチルクエン酸トリブチルを3質量%含むターピネオール)を混合し、3本ロールミルにて混練して、粉末材料ペーストを得た。更に、約10μmの焼成膜(オーバーコート層)が得られるように、粉末材料ペーストをサーミスター素材上にスクリーン印刷法で塗布した後、塗布膜を乾燥し、電気炉で(軟化点+10)℃の温度で10分間焼成して、焼成膜を形成した。得られた焼成膜付き基板を用いて、耐酸性を評価した。具体的には、焼成膜付き基板を40℃の5質量%硫酸に1時間浸漬した上で、水洗、乾燥した後、質量減少を測定し、浸漬前後の質量減少の割合を評価した。なお、質量減少の割合が大きい程、耐酸性が低いことを意味する。 Next, the glass powder and vehicle (terpineol containing 5% by mass of ethyl cellulose and 3% by mass of tributyl acetylcitrate) were mixed and kneaded in a three-roll mill to obtain a powder material paste. Furthermore, after applying the powder material paste onto the thermistor material by screen printing so that a fired film (overcoat layer) of about 10 μm can be obtained, the coated film is dried, and (softening point + 10) ° C. in an electric furnace. Was fired at a temperature of 10 minutes to form a fired film. Acid resistance was evaluated using the obtained substrate with a fired film. Specifically, the substrate with the fired film was immersed in 5% by mass sulfuric acid at 40 ° C. for 1 hour, washed with water, dried, then measured for mass reduction, and the mass reduction ratio before and after immersion was evaluated. In addition, it means that acid resistance is so low that the ratio of mass reduction is large.
表から明らかなように、試料No.1〜4は、軟化点や熱膨張係数が低く、耐酸性が良好であった。一方、試料No.5は、軟化点は低かったが、耐酸性が不良であった。試料No.6は、耐酸性が良好であったが、熱膨張係数が高かった。 As is apparent from the table, sample No. 1-4 had a low softening point and thermal expansion coefficient and good acid resistance. On the other hand, sample No. No. 5 had a low softening point but poor acid resistance. Sample No. 6 had good acid resistance, but had a high coefficient of thermal expansion.
本発明のガラス組成物、粉末材料及び粉末材料ペーストは、オーバーコート層の形成、特にサーミスターのオーバーコート層の形成に特に好適であるが、それ以外にも、例えば、電子部品材料用バインダ(結合材料)、封着材料等の用途に適用することもできる。 The glass composition, the powder material and the powder material paste of the present invention are particularly suitable for the formation of an overcoat layer, particularly for the formation of an overcoat layer of a thermistor. It can also be applied to uses such as a binding material) and a sealing material.
Claims (9)
ガラス粉末の含有量が50〜100質量%、セラミック粉末の含有量が0〜50質量%であり、
ガラス粉末が、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50〜70%、B2O3 4超〜15%、ZrO2 6〜15%、ZnO 1〜10%、CaO 0〜8.5%、MgO+CaO+SrO+BaO 0.5〜20%、Li2O+Na2O+K2O 0.5〜15%、Al2O3 0〜10%を含有し、モル比(SiO2+ZrO2)/(B2O3+ZnO)が2.8より大きいことを特徴とする粉末材料。 A powder material containing glass powder and ceramic powder,
The glass powder content is 50 to 100% by mass, the ceramic powder content is 0 to 50% by mass,
Glass powder, as a glass composition, in mol%, SiO 2 50~70%, B 2 O 3 4 super ~15%, ZrO 2 6~15%, 1~10% ZnO, CaO 0~8.5%, MgO + CaO + SrO + BaO 0.5-20%, Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 0.5-15%, Al 2 O 3 0-10%, molar ratio (SiO 2 + ZrO 2 ) / (B 2 O 3 + ZnO) A powder material characterized in that is greater than 2.8.
粉末材料が請求項1〜7の何れかに記載の粉末材料であることを特徴とする粉末材料ペースト。 In a powder material paste containing a powder material and a vehicle,
A powder material paste, wherein the powder material is the powder material according to any one of claims 1 to 7.
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