JP4692918B2 - 封着材料 - Google Patents

Description

本発明は、封着物間の間隔を一定にできる封着材料、具体的には封着用ペーストおよび封着用タブレットに関するものである。

封着材料は、主に低融点ガラスからなるガラス粉末とフィラー粉末とを均一に混合したあと、作業性を高めるために封着用ペーストまたは封着用タブレットに加工されて使用される。

封着用ペーストは、均一に混合したガラス粉末とフィラー粉末に、主に樹脂と溶媒からなるビークルを添加して混練して作製する。このように作製されたペーストは、スクリーン印刷やディスペンサー等によって封着物と被封着物の間に塗布され、熱処理によって封着物と被封着物とを封着する。

封着用タブレットは、均一に混合したガラス粉末とフィラー粉末に、主に樹脂と溶媒からなるビークルを添加して顆粒状にし、プレス法等の方法で成形したあと、仮焼成してビークルの有機成分を揮発、燃焼、分解して作製する。

ところで、近年、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶パネルディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）が情報表示媒体として普及しつつある。これらのＦＰＤは、ガラス基板の周辺部において、二枚の基板が一定の間隔で張り合わされて、中空の構造をしている。

特に、ＰＤＰにおいては表示画面が大きいことや熱処理工程が多いため、二枚の基板の間隔を一定に保つことが難しかった。そこで、封着材料に所望の間隔とほぼ同じ大きさのガラスビーズ（粒状物）を添加する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
特開２００１−２３６８９６号公報 特開２００３−３６７９４号公報 特開２００３−２１７４６４号公報

特許文献１〜３に記載の方法によって作製したＰＤＰは、確かにガラスビーズを用いなかった場合と比べて二枚の基板間隔のばらつきが小さくなっていた。しかしながら、一部のガラスビーズに応力が集中するために基板に割れが発生するおそれや、ガラスビーズ同士が近接するために封着部がリークするおそれがあった。

本発明の目的は、基板間隔のばらつきを小さくできるとともに、基板に割れや封着部でのリークが発生しない封着材料を提供することである。

本発明の封着材料は、ガラス粉末とビーズを含有し、ガラス粉末１００質量部に対してビーズが０．０１〜７質量部添加されてなる封着材料であって、ビーズの粒径が３０〜２００μｍであり、ビーズの最大粒径および最小粒径が平均粒径の±２０％以内であると共に、短径／長径が０．６以下であるビーズの割合が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。

本発明の封着材料は、ビーズによって封着物と被封着物との間隔のばらつきを小さくできるとともに、封着部での割れやリークの発生を抑制することができる。

本発明の封着材料において、ガラス粉末１００質量部に対してビーズが０．０１質量部よりも少ないと、１つのビーズにかかる応力が大きくなるため、封着物または被封着物が破損するおそれがある。

一方、ビーズが７質量部よりも多いと、ビーズ同士が隣接しやすいため、その間の空洞からリークするおそれがある。

本発明の封着材料において、ガラス粉末１００質量部に対してビーズが０．０３〜６質量部であると好ましく、０．０５〜５質量部であるとさらに好ましい。

本発明の封着材料は、実質的に鉛を含有しないと環境上の点で好ましい。

ビーズとしては、封着時に軟化変形しない材料である必要があり、アルミナ、ケイ酸亜鉛、コーディエライト、ジルコニア、ジルコン、リン酸ニオビウム、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラスおよびアルミノホウケイ酸ガラスからなる群より選ばれた一種または二種以上を混合して使用することができる。

特に、アルミナ、ジルコニアは強度が高いため、また、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラスおよびアルミノホウケイ酸ガラスは熱膨張係数が封着材料に近いため好ましい。

ガラス粉末としては、Ｓｎ−Ｐ系ガラス、Ｂｉ−Ｂ系ガラス、Ｐｂ−Ｂ系ガラス、Ｐｂ−Ｓｉ系ガラス、Ｂ−Ｓｉ系ガラス等が使用可能であり、特にＳｎ−Ｐ系ガラス、Ｂｉ−Ｂ系ガラスは融点が低いため封着材料として好ましい。

フィラー粉末は、封着材料の熱膨張係数の調整や封着時の封着材料の粘性を調節するために添加され、コーディエライト、ウイレマイト、アルミナ、ジルコン、酸化錫、β−ユークリプタイト、チタン酸鉛、ＫＺｒ₂（ＰＯ₄）₃、ＮｂＺｒ（ＰＯ₄）₃、Ｎａ_0.5Ｎｂ_0.5Ｚｒ_1.5（ＰＯ₄）₃、Ｋ_0.5Ｎｂ_0.5Ｚｒ_1.5（ＰＯ₄）₃、Ｃａ_0.5Ｚｒ₂（ＰＯ₄）₃およびＷＯ₄Ｚｒ₂（ＰＯ₄）₂からなる群より選ばれた一種または二種以上を混合して使用することができる。

特に、チタン酸鉛は熱膨張係数が低いため、またコーディエライトやＮｂＺｒ（ＰＯ₄）₃などのリン酸化合物は鉛を含有していないため好ましい。

ガラス粉末とフィラー粉末との混合割合は、質量％表示で、ガラス粉末 ４０〜７０質量％、フィラー粉末 ３０〜６０質量％であると好ましい。

本発明の封着材料は、ビーズの最大粒径および最小粒径が平均粒径の±２０％以内であると、封着部における封着物と被封着物との間隔のばらつきを小さくできる。より好ましくは±１５％以内、さらに好ましくは±１０％以内である。

なお、ビーズの平均粒径とは、写真撮影法で任意の１００個を測定した平均値であり、ビーズの粒径は、各測定値を指す。

本発明の封着材料は、短径/長径が０．６以下のビーズの割合が２００ｐｐｍ以内であると、封着部における封着物と被封着物との間隔のばらつきを小さくできるため好ましい。すなわち、ビーズが真球に近いほどビーズの向きによる影響が小さくなるためである。好ましくは１００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは２０ｐｐｍ以下である。

なお、ビーズの短径および長径とは、ビーズを楕円球と仮定したときの同じビーズにおける最短径および最長径を指す。

封着物と被封着物の間隔が３０〜２００μｍ程度であるため、ビーズの粒径は３０〜２００μｍである。

本発明の封着材料の形態が封着用ペーストである場合以下のように作製する。

まず、ガラス粉末とフィラー粉末とを、質量％表示で、ガラス粉末 ４０〜７０質量％、フィラー粉末 ３０〜６０質量％で均一に混合した混合粉末を作製する。

次に、主成分として樹脂と溶媒からなるビークルを、混合粉末に添加し、ロールミル等を用いて混練して封着用ペースト前駆体を作製する。

なお、混合粉末１００質量部に対するビークルの添加量は、７〜８０質量部であると、封着用ペースト前駆体の粘度が、２００〜１５００ポイズとなりやすくスクリーン印刷等を行なう上で好ましい。

最後に、ガラス粉末１００質量部に対して０．０１〜７質量部のビーズを封着用ペースト前駆体に添加して、均一にビーズを拡散して封着用ペーストを作製する。

樹脂はビークルの粘度を調製する成分であり、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。

溶媒としては、Ｎ、Ｎ’−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、テルピネオール、γ−ブチロラクトン、テトラリン、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、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、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。

本発明の封着材料の形態が封着用タブレットである場合以下のように作製する。

まず、ガラス粉末とフィラー粉末とを、質量％表示で、ガラス粉末 ４０〜７０質量％、フィラー粉末 ３０〜６０質量％で均一に混合した混合粉末を作製する。

次に、主成分として樹脂と溶媒からなるビークルを、混合粉末に添加し、粒径１ｍｍ程度の顆粒を作製する。

なお、混合粉末１００質量部に対してビークルを３〜１０質量部添加すると、混合粉末が顆粒状になりやすいため好ましい。

続いて、ガラス粉末１００質量部に対して０．０１〜７質量部のビーズを前記顆粒に添加し、プレス成形して封着用タブレット前駆体を作製する。

最後に、３５０〜４００℃で１０〜３０分間仮焼成することによってビークルを燃焼、揮発もしくは分解して封着用タブレットを作製する。

ガラス粉末、フィラー粉末、ビーズ、樹脂、および溶媒は、上記したものが使用可能であるが、それらの材質に限定されるものではない。

以下、本発明の実施例に基づいて詳細に説明する。

表１は、ビーズの試料Ａ〜Ｅを示し、表２および３は、封着材料の試料１〜８を示す。

試料Ａ〜Ｅは、市販の各ビーズから真球度の低いビーズを光学顕微鏡（倍率：５０倍）を用いて観察し、それを除去して、試料１〜８の調製に用いた。

試料Ａ〜Ｅは、平均粒径、最大粒径、最小粒径、真球度および軟化点を測定した。

平均粒径は、写真撮影法で任意の１００個を測定した平均値である。

また、最大粒径および最小粒径は、平均粒径を測定した際のそれぞれ最大と最小の測定値を指す。

真球度は、１０万個のビーズを光学顕微鏡（倍率：１５０倍）を用いて測定し、短径/長径が０．６以下であるビーズの個数を数え、割合を算出した。

軟化点は、マクロ型示差熱分析（ＤＴＡ）装置（リガク製）により測定した。

試料１〜８は、以下のようにして作製した。

まず、表中に示したガラス粉末（平均粒径：５μｍ）とフィラー粉末（平均粒径：５μｍ）とを表中記載の割合で混合して混合粉末を作製した。

次に、混合粉末１００質量部に対して、ニトロセルロースを１質量％含有する酢酸エステルをビークルとして５０質量部添加して、ロールミルを用いて混練して封着用ペースト前駆体を作製した。

最後に、表中記載の割合で表中記載のビーズ（試料Ａ〜Ｅ）を封着用ペースト前駆体に添加して、均一にビーズを拡散して封着用ペースト（試料１〜８）を作製した。

試料１〜８は、以下のようにして封着厚さ、基板割れおよびリークについて評価した。

まず、表中記載の材質の基板（３０×４０ｍｍ）を２枚用意し、一方の中央部に各試料を２０×２０の面積で塗布し、１００℃で１５分間乾燥した。

次に、表中記載のガラス粉末の軟化点よりも１０℃低い温度で１０分間焼成し、ビークル成分を除去した。

続いて、焼成した試料の上からもう１枚の基板を被せて、圧力が２ｋｇｆ／ｃｍ²となるようにクリップで基板間を挟持した。

最後に表中記載の封着温度で、表中記載の保持時間保持した。

封着厚さは、基板間の距離を光学顕微鏡（倍率：１００倍）を用いて測定した。

基板割れは、基板に割れもしくはクラックが生じたものを「×」とし、割れもクラックも生じなかったものを「○」として目視で評価した。

リークは、隣り合うビーズ（試料Ａ〜Ｅ）の間に空隙が生じているものを「×」とし、空隙が生じていないものを「○」として目視で評価した。

表２から明らかなように、試料１〜５は、基板に割れやクラックが生じず、また、リークもしていなかった。

一方、表３から明らかなように、試料６および８は、リークが発生し、試料７および８は基板に割れまたはクラックが発生した。

本発明の封着材料は、リークや割れがなく等間隔で封着することができるため、ＰＤＰ、ＦＥＤ等のＦＤＰや、各種の部品を搭載するガラスやセラミック製のパッケージの封着に好適に使用可能である。

Claims (6)

1. ガラス粉末とビーズを含有し、ガラス粉末１００質量部に対してビーズが０．０１〜７質量部添加されてなる封着材料であって、ビーズの粒径が３０〜２００μｍであり、ビーズの最大粒径および最小粒径が平均粒径の±２０％以内であると共に、短径／長径が０．６以下であるビーズの割合が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする封着材料。
2. ビーズがアルミナ、ケイ酸亜鉛、コーディエライト、ジルコニア、ジルコン、リン酸ニオビウム、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラスおよびアルミノホウケイ酸ガラスからなる群より選ばれた一種または二種以上であることを特徴とする請求項１に記載の封着材料。
3. ガラス粉末がＳｎ−Ｐ系ガラス又はＢｉ−Ｂ系ガラスであることを特徴とする請求項１または２に記載の封着材料。
4. 更に、フィラー粉末を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の封着材料。
5. 実質的に鉛を含まないことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の封着材料。
6. ＰＤＰ用基板の封着に用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の封着材料。