(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合材料を封止するガラス接合材料の接合性を評価するための装置であって、
ガラス構成元素を含み相互に組成の異なる複数の液体試料の配合比率を異ならせることにより、複数種類のガラス製造条件を設定可能な制御部と、
被接合材料からなる基板を保持する基板ホルダと、
前記制御部において設定された前記ガラス製造条件に基づき、前記液体試料を混合し、前記基板上の所定の位置に供給して加熱することで、複数の異なる組成のガラス試料を形成するガラス形成部と、
前記複数のガラス試料の各々について、前記基板との接触角を測定する接触角測定部と、
前記ガラス製造条件と、前記接触角の測定結果とから、前記被接合材料を接合するに好ましいガラス接合材料の製造条件を抽出する演算部と、
を備える、ガラス接合材料の評価装置。
【請求項２】
前記液体試料は、ガラス原料を有機溶媒に溶解または分散させた溶液である、請求項１に記載のガラス接合材料の評価装置。
【請求項３】
前記基板上の所定の位置に供給される前記液体試料の合計量を１０μｌ〜１０００μｌの範囲とする、請求項１または２に記載のガラス接合材料の評価装置。
【請求項４】
前記基板は、金属またはセラミックスからなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス接合材料の評価装置。
【請求項５】
前記接触角測定部には、前記基板の表面を上方から撮像可能な撮像装置と、前記ガラス試料を前記基板の表面に沿う方向から測定可能で、かつ、所定の測定位置への移動および所定の測定方位への回転が可能とされている接触角測定装置とが備えられ、
前記撮像装置は、前記基板を上方から撮像した撮像データを前記演算部に送り、
前記演算部は、前記撮像データから前記基板上に前記ガラス試料が形成されているガラス形成領域を各ガラス試料について特定するとともに、接触角測定対象であるガラス試料の接触角測定位置と前記接触角測定装置の測定位置および測定方位を算出し、
前記接触角測定装置は、前記測定位置および前記測定方位にて前記接触角測定対象であるガラス試料の接触角を測定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス接合材料の評価装置。
【請求項６】
さらに、前記ガラス試料の各々についてＸ線回折分析をするＸ線回折分析部を備え、
前記演算部は、前記Ｘ線回折分析の結果から前記ガラス接合材料の結晶化度を算出する機能を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス接合材料の評価装置。
【請求項７】
さらに、前記ガラス試料の各々について蛍光Ｘ線分析をする蛍光Ｘ線分析部を備え、
前記演算部は、前記蛍光Ｘ線分析の結果から前記ガラス製造条件により算出されるガラス接合材料の組成を補正する機能を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス接合材料の評価装置。
【請求項８】
さらに、前記複数のガラス試料の各々について、気泡の有無を判断する気泡検出部を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス接合材料の評価装置。
【請求項９】
前記ガラス形成部には、局所加熱手段が備えられている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガラス接合材料の評価装置。
【請求項１０】
前記ガラス形成部には、前記混合されたガラス原料を電圧を印加したノズルからの噴霧により前記基板上の所定の位置に供給する手段が備えられている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガラス接合材料の評価装置。
【請求項１１】
前記ガラス形成部は、前記基板を冷却する冷却手段を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガラス接合材料の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属やセラミックス等からなる被接合部材を接合するために用いるガラス接合材料の評価を行うガラス接合材料の評価装置に関する。より詳細には、本発明は、２００℃以上の高温で使用される、ガラス接合材料の評価を行うガラス接合材料の評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球温暖化対策の影響等から、例えば、電気自動車等のように、従来の化石燃料の代替として電気を使用する製品が増加している。これに伴い、金属やセラミックス等により構成される電子デバイスおよび電池部材等が、例えば２００℃以上の比較的高温となる環境下で使用される機会が増えてきている。また、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のように、使用温度域が６００℃〜１０００℃という高温の燃料電池の普及も進みつつある。加えて、かかる高温でも使用可能な電子デバイス、例えば、ＳｉＣ半導体デバイス等の要求が高まってきてもいる。
【０００３】
電子デバイスおよび電池部材等を互いに接合する接合材料としては樹脂材料が一般的であるが、かかる樹脂材料はこのような高温環境下では用いることができない。そのため、金属やセラミックスからなる電子デバイスおよび電池部材等を２００℃以上、例えば、具体的には３００℃以上の高温で接合できたり、接合後に例えば３００℃以上の高温で使用できるガラス接合材料が注目されている。このような３００℃以上の高温で接合が可能なガラス接合材料については、用途に応じて様々な組成のものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０３３２８３号公報
【特許文献２】特表２００３−５３１３７０号公報
【特許文献３】特開２００６−２５０５５６号公報
【特許文献４】特開２００８−２４６３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＳＯＦＣの固体電解質（例えば、イットリア安定化ジルコニア等）とインターコネクタ（例えば、ステンレス等）との接合にガラス接合材料を用いた場合、例えば７００℃〜１０００℃の作動温度下でガラス接合材料とインターコネクタとの間で反応が生じると、燃料電池としての性能が低下してしまうという問題が起こり得ることが知られている。
その一方で、被接合材料である電子デバイスおよび電池部材等については、その性能の向上やコストの削減を目的とした開発の中で、構成材料や形状、さらに接合温度や使用温度等の設計が短期間で変更されることがある。これに対応して、ガラス接合材料についても接合性能を維持あるいは向上させるために、組成や結晶状態を適宜変更する必要がある。
【０００６】
ガラスの特性は、製造条件や製造方法のわずかな違いにより大きな影響を受けることがある。例えば、同一配合のガラスであってもバッチごとに組成がずれてしまったり、さらには、同一バッチで形成されたガラスであっても組成にバラつきがみられる場合がある。また、焼成温度や冷却温度の違いによってガラスの相状態に変化が生じ得る。そして、この様な製造条件のズレ等によってガラス特性に変化がもたらされる。これは、一般に、溶融法により形成されるガラスは結晶性の材料よりも粘性の高い融液を冷却して形成されるため、他の材料の場合と比較して製造条件の制御が格段に困難となるためである。したがって、新しいガラス接合材料をより高い信頼性を備えたものとして設計することは、度重なる試作の繰り返しを伴い、かつ、非常に時間と手間を要するものとなっていた。
【０００７】
かかる状況に反して、上記の被接合材料の設計変更のスパンは短くなりつつあり、これに加え、ガラス接合材料による接合部の接合性能に対する信頼性の要求は高くなる一方であった。なお、コンビナトリアル手法を用いての試料の生成および分析が、医薬分野や有機材料の分野で盛んに行われているが、無機材料の分野での応用（例えば、特許文献１および２参照）は特定の材料および製造方法によるものに限定されてしまっている。
本発明は、上述したような従来の問題を解決すべく創出されたものであり、その目的とするところは、被接合材料に適したガラス接合材料の設計を、信頼性高く、かつ、効率的に行うことができるガラス接合材料の評価装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、ここに開示するガラス接合材料の評価装置は、被接合材料を接合するガラス接合材料を評価するための装置である。かかる装置は、ガラス構成元素を含み相互に組成の異なる複数の液体試料の配合比率を異ならせることにより、複数種類のガラス製造条件を設定可能な制御部と、被接合材料からなる基板を保持する基板ホルダと、上記制御部において設定された上記ガラス製造条件に基づき、上記液体試料を混合し、上記基板上の所定の位置に供給して加熱することで、複数の異なる組成のガラス試料を形成するガラス形成部と、上記複数のガラス試料の各々について、上記被接合材料からなる基板との接触角を測定する接触角測定部と、上記ガラス製造条件と、上記接触角の測定結果とから、上記被接合材料を接合するに好ましいガラス接合材料の製造条件を抽出する演算部と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
かかる評価装置によると、ガラスの製造条件を指定することで、所定のガラス構成元素を異なる比率で含むガラス試料を被接合材料上に自動的に複数作製することができる。そして、本発明においては、各々のガラス試料（ガラス接合材料）と基板（被ガラス接合材料）との接合性を接触角により評価することを特徴とする。これにより、形成された異なる組成のガラス試料が各々ガラス接合材料として適した特性を有しているかどうかを、典型的には自動的に、測定および評価することができる。また、ガラス試料は、液体試料の採取から焼成、冷却に至るまでを自動的に行うことができるため、製造および評価における人為的なバラつきが抑えられ、より精確な評価を行うことが可能となる。
【００１０】
なお、特許文献３には、原料としての複数種の無機質微粉末を自動的に加熱して形成した多種類の試料をライブラリプレートに配置することで用意したライブラリを、自動的に分析することができるライブラリ分析装置が開示されている。この特許文献３には、試料としてセラミックス材料を生成する場合には、液状の原料をライブラリプレートに盛り付けることが開示されている。しかしながら、試料としてガラス材料を形成する場合には、粉末状の原料を用いるようにしている。また、高粘度の融液の均一な撹拌を実現し、発泡による突沸の影響を防ぐ目的で、秤量混合した粉末原料をライブラリプレートとしてのるつぼに入れて溶融し、融液をるつぼ内で冷却するか、あるいは、融液をるつぼから平板状のライブラリプレートに流し出して冷却することで、ガラスを形成しているのが実情であった。
【００１１】
これに対し、ここに開示されるガラス接合材料の評価装置では、ガラス原料を液体試料として用意し、被接合材料からなる基板上に供給して、基板上で液体試料を加熱および冷却することでガラス試料を形成するようにしている。すなわち、ガラス原料は液体試料として調製されるために、各成分の原子レベルでの均一な混合が可能であり、組成ムラが生じにくい。また原料粉末として例えば炭酸塩等を用いる場合でも、脱炭酸反応による発泡が液体試料の調製中に完了するため融液の状態での発泡を抑制でき、突沸などの問題も生じにくい。このため、るつぼではなく平板状（平滑な状態およびこれに窪みが設けられた状態を包含する）のライブラリプレート上でガラス原料の融解および固化の反応を行うことができる。その結果、融液をるつぼからライブラリプレートに流し出す手間を省略することができる。また、意図しない流し出し条件のバラつきによるガラス特性への影響を低減させることができる。さらに、融液を基板上でガラス固化させた状態でそのまま、ガラス試料（ガラス接合材料）と基板（被ガラス接合材料）との接合性を好適に評価することが可能とされる。
【００１２】
ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の好ましい一形態においては、上記液体試料は、ガラス原料を有機溶媒に溶解または分散させた溶液であることを特徴としている。かかる構成によると、ガラス原料は溶液中に均一に溶解または分散されるため、液体試料の配合時の採取量の精度が高まるとともに、得られるガラス試料は組成ムラの少ないものとすることができる。特にガラス原料が溶液中に均一に溶解される場合には、ガラス構成元素が原子またはイオンレベルで均一に混合されるため、特に組成ムラの少ないガラス試料を形成することができる。また、溶媒が有機溶媒であるために、加熱による融液の除去が容易に行われ、加熱の工程を短縮することが可能となる。
【００１３】
ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の好ましい一形態においては、上記基板上の所定の位置に供給される上記液体試料の合計量を１０μｌ〜１０００μｌの範囲とすることを特徴としている。上記の通り、かかる評価装置においては、基板上で液体試料を加熱してガラス試料を形成しているため、原料のロスが極めて少ない。そのため、液体試料の濃度にもよるが、上記のとおりの比較的少量の液体試料を用いることで評価に必要なガラス試料を形成することが可能とされる。これにより、例えば高価な添加元素を含む組成系のガラス試料であっても、ロスを少なくして評価を行うことが可能となる。
【００１４】
ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の好ましい一形態においては、上記基板は、金属またはセラミックスからなることを特徴としている。ガラス接合材料は、比較的高温となる環境下で接合または使用する用途で利用される。そのため、被接合材料としても、金属またはセラミックス等の耐熱性を有する材料を考慮するのが好ましい。かかる材料としては、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の固体電解質や支持体等に用いられるイットリア安定化ジルコニアに代表されるジルコニア系材料や、太陽電池およびＳＯＦＣ等のインターコネクタ等に用いられるステンレスに代表される鉄系合金、クロム系合金またはランタンクロマイト等が例示される。
【００１５】
ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の好ましい一形態においては、上記接触角測定部には、上記基板の表面を上方から撮像可能な撮像装置と、上記ガラス試料を上記基板の表面に沿う方向から測定可能で、かつ、所定の測定位置への移動および所定の測定方位への回転が可能とされている接触角測定装置とが備えられている。ここで撮像装置は、上記基板を上方から撮像した撮像データを上記演算部に送り、上記演算部は、上記撮像データから上記基板上に上記ガラス試料が形成されているガラス形成領域を各ガラス試料について特定するとともに、接触角測定対象であるガラス試料の接触角測定位置と上記接触角測定装置の測定位置および測定方位を算出し、上記接触角測定装置は、上記測定位置および上記測定方位にて上記接触角測定対象であるガラス試料の上記接触角測定位置における接触角を測定することを特徴としている。
【００１６】
ガラス試料と基板との接触角は、測定対象であるガラス試料の外表面が基板と接する任意の一点において、当該ガラス試料に接する面（以下、単に接面という。）と基板とのなす角度θとして定義される。そして、かかる接触角を正確に測定するためには、各ガラス試料をこの接面と基板表面とが交わる線上で観察し、測定する必要がある。これに対し、基板上に形成される各ガラス試料の量は典型的には等しくなるように設定され得るが、液体試料の供給形態には微細なバラつきが生じる可能性がある。また、各ガラス試料は組成が異なることから融液の粘性が異なり得る。そのため、基板上に形成されるガラス試料の形態は試料ごとに異なるのが実情である。さらに、基板上には複数のガラス試料が形成されているため、他のガラス試料の干渉を受ける場合は接触角の測定が不可能となる。そこで、上記の構成を有する接触角測定部によると、演算部において、形態が異なるガラス試料について各々適切な接触角測定位置と、接触角測定装置の測定位置および測定方位とを決定することが可能なため、各ガラス試料の接触角を正確に測定することが可能とされる。
【００１７】
ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の好ましい一形態においては、さらに、上記ガラス試料の各々についてＸ線回折分析をするＸ線回折分析部を備え、上記演算部は、上記Ｘ線回折分析の結果から上記ガラス接合材料の結晶化度を算出する機能を備えることを特徴としている。かかる構成によると、形成された各ガラス試料について自動的にＸ線回折分析を行うことができ、例えば、ガラス試料の内部構造を解析することが可能とされる。これにより、ガラス試料の結晶化の状態を評価することができ、例えば、被接合材料との接合界面において結晶化することのないガラス組成や熱処理条件等のガラス製造条件の評価を行うことが可能となる。また、ガラス接合材料の用途に応じたヒートサイクルによる結晶化の影響について評価することができる。
【００１８】
ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の好ましい一形態においては、さらに、上記ガラス試料の各々について蛍光Ｘ線分析をする蛍光Ｘ線分析部を備え、上記演算部は、上記蛍光Ｘ線分析の結果から上記ガラス製造条件により算出されるガラス接合材料の組成を補正する機能を備えることを特徴している。かかる構成によると、形成された各ガラス試料について自動的に蛍光Ｘ線分析を行うことができ、各ガラス試料の組成分析を自動で行うことが可能とされる。かかる構成により、例えば、揮発成分の有無やその量、さらには、ガラス組成ごとのガラス特性をより正確に評価することができる。
【００１９】
ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の好ましい一形態においては、さらに、上記複数のガラス試料の各々について、気泡の有無を判断する気泡検出部を備えることを特徴としている。高温での使用に供されるガラス接合材料においては、内部に気泡が含まれると、高温での気泡の膨張によりクラック等の発生が誘起されてガラス接合材料の強度が低下することが懸念される。かかる構成によると、所定のガラス製造条件あるいはヒートサイクルにおける気泡の発生の可能性について評価することができる。
【００２０】
ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の好ましい一形態においては、上記ガラス形成部には、局所加熱手段が備えられていることを特徴としている。ガラス特性に影響を与える要因としては、ガラス組成の設定以外にも、ガラスの加熱条件が挙げられる。かかる構成によると、基板上に複数形成されるガラス試料について、異なる熱処理方法で加熱処理を行うことができる。また、局所的な加熱が可能なため、基板全体を加熱せずに済むため、冷却条件の制御をより好適に行うことができる。これにより、ガラス試料の評価をより効率的に行うことができる。
【００２１】
ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の好ましい一形態においては、上記ガラス形成部には、上記混合されたガラス原料を電圧を印加したノズルからの噴霧により上記基板上の所定の位置に供給する手段が備えられていることを特徴とする。かかる構成によると、ノズルからの噴霧される液体試料が帯電されるため、例えば、基板を接地したり、電界を印加すること等で、液体試料を基板上に供給範囲を限定して供給することができる。これにより、所定の試料位置に限定した領域で液体試料を供給することが可能となり、例えば、隣接して供給される液体試料との混合（コンタミネーション）を防止することができる。
【００２２】
ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の好ましい一形態においては、上記ガラス形成部は、上記基板を冷却する冷却手段を備えることを特徴としている。かかる構成によると、ガラス結合材料を形成する際の様々な熱処理条件（冷却条件）やガラス結合材料の使用時の様々なヒートサイクルを反映させたガラス試料を形成することができる。したがって、より様々な目的、条件に応じたガラス接合材料の評価を詳細に行うことが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るガラス接合材料の評価装置の構成と作動態様を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る接触角測定部の構成を概念的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る蛍光Ｘ線分析部の構成を概念的に示す図である。
【図４】本発明に係るガラス接合材料の評価装置により作成される組成マップの一例を示す図である。
【図５】本発明に係るガラス接合材料の評価装置による評価フローを例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項（例えば、ガラス接合材料の評価装置を構成する各構成要素の特徴）以外の事項であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、評価装置を構成する各構成要素の作動方法および作動条件等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００２５】
図１〜３は、ここに開示されるガラス接合材料の評価装置（以下、単に「評価装置」と略して言う場合もある。）の構成の一部を概念的に示している。また、図５は、かかる評価装置により被接合材料を接合するガラス接合材料を評価する際のフローの一例を示した図である。以下、図５に示したフローに沿って、ここに開示される評価装置について詳しく説明する。この評価装置には、主要な構成要素として、制御部１０と、基板ホルダ１６と、ガラス形成部２０と、接触角測定部３６と、演算部１０とが備えられている。この図１の例では、演算部１０は制御部１０と共に同一の解析装置内に設置される場合を示しているが、制御部１０と演算部１０とはそれぞれ異なる装置に備えられ、相互にデータを送受信可能とされていても良い。
【００２６】
ステップＳ１０に示したように、制御部１０において、ガラス製造条件の設定を行う。制御部１０は、評価対象となるガラス接合材料のガラス製造条件を、複数種類設定が可能とされている。かかる制御部１０としては、所定の処理機能を備えるコンピュータ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等を好適に用いることができる。制御部１０において設定されるガラス製造条件としては、ガラス形成部２０の態様等にもよるため一概には言えないが、例えば、代表的な例として、ガラス形成に用いる液体試料２２に含まれているガラス構成元素とその濃度、各液体試料２２を混合する際の配合比率、混合された液体試料の攪拌条件、基板上への供給量、加熱雰囲気、昇温速度、加熱温度、加熱時間、冷却条件、ヒートサイクル条件等の条件が例示される。ここで、相互に組成の異なる複数の液体試料２２の配合比率を異ならせることにより、複数種類のガラス組成条件を設定するようにする。配合比率の設定は、所定のガラス構成元素の濃度を一定の間隔で変化させるようにすると、ガラス組成に起因する特性変化の傾向が評価しやすいために好ましい。制御部１０では、例えば、各液体試料２２に含まれているガラス構成元素とその濃度、混合された液体試料の基板上への供給量および設定された複数種類のガラス組成等の条件から、各液体試料２２の分取量を計算することができる。制御部１０で設定されたガラス製造条件および計算結果等の情報は、ガラス形成部２０に送られる。
【００２７】
次いで、ステップＳ２０に示したように、ガラス形成部２０において、制御部１０から送られたガラス製造条件等の情報に基づいてガラス試料を形成する。まずは、ステップＳ２２に示したように、基板１５と液体試料２２の用意を行う。
基板１５は、上記のガラス製造条件で製造されるガラス試料のための形成基板１５であって、評価対象であるガラス試料が接合の対象とする被接合材料によって構成される。被接合材料としては、このガラス製造条件下で大きく変質および劣化等を生じないものを対象とすることができる。例えば、軟化点の高いガラス材料や、セラミックス、半導体材料に代表される無機材料、ならびに各種の金属およびその合金あるいは金属間化合物等に代表される金属材料を考慮することができる。具体的には、ＳＯＦＣ、太陽電池、自動車インバータ素子に代表されるインバータ部材、パワーエレクトロニクス半導体素子に代表されるパワーエレクトロニクス部材を構成する各種の材料を対象とすることができる。かかる基板は、平板状のものを用いても良いし、例えば、目的に応じて所望の加工が施された基板を用いても良い。平板上の基板については、表面形状が平滑なものであっても良いし、例えば基板表面の所定の試料位置に窪み等が設けられていても良い。基板ホルダ１６は、この基板１５を保持する部材であり、例えば、基板１５表面における横方向（Ｘ方向）および縦方向（Ｙ方向）で基板１５を移動する機能が備えられていても良い。かかる基板ホルダ１６は、この評価装置の全体に共通して用いられる１つが備えられていても良いし、評価装置の全体に２以上の複数の基板ホルダ１６が設けられていても良い。複数の基板ホルダ１６は、例えば、評価装置の構成要素ごとに備えたり、あるいは、評価装置の一の構成要素と他の構成要素との間の移送のために備えるようにしても良い。
【００２８】
この評価装置においては、出発原料として液体試料２２を調製し、この液体試料２２からガラス試料を形成するようにしている。これは、出発原料として粉体原料を用いると、飛散させずに混合するのが容易でないこと、加熱中に高粘度の融液に気泡が発生しやすく突沸する可能性があること等の問題が発生し得るためである。これに対し、液体試料２２を用いることで、加熱前の段階で各ガラス構成元素を原子レベルで均一に混合することが可能であり、また、気泡発生の大きな原因である脱炭酸反応を比較的粘性の低い液体試料２２の段階で完了させることが可能となるからである。
【００２９】
かかる液体試料２２は、ガラス構成元素を含む化合物を溶媒に溶解または分散させることで用意することができる。ガラス構成元素を含む化合物としては、各ガラス構成元素の塩、錯体または酸化物を考慮することができる。具体的には、例えば、各ガラス構成元素の各種の塩化物、臭化物、ヨウ化物などのハロゲン化物や、水酸化物、硫化物、硫酸塩、硝酸塩、さらに、カリウム複合酸化物、アンモニウム複合酸化物、ナトリウム複合酸化物などの複合酸化物、これに加えて、酸化物等を用いることが例示される。溶媒としては、例えば、イオン交換水、純水等の水、各種アルコール等の有機溶媒、およびこれらの混合物等を考慮することができる。加熱時間の短縮の目的から、比較的揮発性の高い有機溶媒を単独で用いたり、水と混合して用いることが好ましい例として示される。
【００３０】
この液体試料２２において、ガラス構成元素を含む化合物は溶媒に溶解して溶液を形成していても良いし、溶媒中に分散して分散液またはスラリーを形成していても良い。また、液体試料２２は、単一のガラス構成元素が含まれる液をガラス構成元素の数だけ用意しても良いし、例えば、予め組成比を変更しない２以上の複数のガラス構成元素を所定の比で混合した液体試料２２を用意しても良い。ここに開示される評価装置の効果を発揮させるために、液体試料２２は、２種以上の複数種類を用意するようにする。この複数種類の液体試料２２の各々の構成については、所望の目的に応じて、１種のガラス構成元素を含む液体試料２２や、２以上の複数種のガラス構成元素を含む液体試料２２であって良く、またそれらが適宜組み合わせられて用意されていてもよい。なお、ガラス構成元素として高価な添加元素を含む場合は、高価な材料の廃棄ロスを最小限に抑えるために、かかる元素を単独で含む液体試料２２を用意すると良い。
【００３１】
その後、ステップＳ２４に示したように、制御部１０にて設定および算出されたガラス製造条件に基づき、予め用意しておいた上記の複数種類の液体試料２２を混合し、基板１５上の所定の位置に供給する。液体試料２２の混合は、ガラス形成部２０に備えられる公知の混合手段を用いて実施することができる。例えば、図１に例示したように、シリンジポンプ（図示せず）に連結されたチューブ２１により各液体試料２２を所定容量だけ分取し、混合部２３内で混合することができる。ここで、例えば混合部２３がスタティックミキサーを備えていることで、複数の液体試料２２をインラインで混合でき、かつ、気泡の混入を避けることができるので好適である。また、図示していないが、分注ピペットを利用して所定量の各液体試料２２を分取し、混合部２３内で混合するようにしても良い。混合の手段は、スタティックミキサー以外にも、例えば、攪拌や超音波照射等の手段による混合機能により実施してもよい。
【００３２】
なお、特に限定されるものではないが、ここに開示される評価装置によると、ガラス接合材料の評価を行うために要する液体試料２２の合計量を１０μｌ〜１０００μｌの範囲とすることができる。かかる液体試料２２に含有されるガラス構成元素の含有量は様々となるが、このような少ない量の液体試料２２から接合材料の評価を行うことができる。このことは、高価な添加元素を含むガラス接合材料の評価に際してロスの発生を低減できるという利点もある。
【００３３】
次いで、ガラス形成部２０に備えられた供給手段により、所定の配合比率で混合された液体試料２２を基板１５上の所定の位置に供給する。液体試料２２の供給手段については特に制限はないが、例えば、各種の静電噴霧装置２４等による供給手段を利用するのが好ましい例として示される。静電噴霧装置２４とは、試料溶液を噴霧ノズルから噴霧させる際に、ノズルに高電圧を印加する等して試料を正または負に帯電させた状態で、霧状の液滴として噴出させる装置である。かかる帯電した試料液滴は、例えば、逆電位に帯電された基板に引き寄せられたり、静電場の印加等により、拡散が抑制されて基板上に供給される。例えば、噴霧範囲を制御自在な静電噴霧装置の一例としては、特許文献４に開示される静電噴霧装置が例示される。かかる文献に記載の静電噴霧装置によると、液体試料２２の供給範囲および供給量が比較的詳細に制御できるために好ましい。その他、分注ピペットを用いた供給等の、他の供給手段も採用することもできる。
【００３４】
そして、ステップＳ２６に示したように、基板１５上に供給された液体試料２２の加熱を行う。このガラス形成部２０に備えられる加熱手段２６についても特に限定されることなく公知の各種の加熱装置等を採用することができる。この実施形態においては、加熱手段２６として、例えば高周波誘導コイルを用いた例を示している。基板上の全ての液体試料２２の加熱条件を揃え、加熱雰囲気や加熱温度の制御を正確に行うためには、密閉式の加熱装置を用いることが考慮される。また、トンネル式の加熱炉を採用すると、多数の基板１５を連続的に加熱でき、また、加熱温度を変化させやすい点で好ましい。さらに、基板上の液体試料２２の加熱条件を個々に変更する場合等には、例えば、レーザ加熱装置やセラミックス発熱体等による局所的な加熱を可能とする加熱手段２６を採用することが考慮される。
【００３５】
そして、ステップＳ２８に示したように、基板１５上に供給された液体試料２２の冷却を行う。かかる冷却は、例えば、空冷等による冷却で十分な場合もあるが、必要に応じて公知の冷却手段２８を用いることができる。例えば、冷却管を備えたクールプレートや、冷却気体を吹き付ける冷風発生装置、冷却マッフル装置等による冷却手段２８を利用して冷却を行っても良い。
なお、ガラス製造条件に、例えば、ガラス試料を高温まで加熱した後に冷却するといったヒートサイクルの工程が含まれている場合等には、基板１５はガラス形成部２０の加熱手段２６と冷却手段２８との間を適宜往復することも可能である。ヒートサイクルは、ガラス製造条件として必ずしも必要ではないが、繰り返し高温領域で使用され得るガラス接合材料の評価を可能とするめにガラス製造条件に含ませることもできる。これにより、ガラス形成部２０において、所定のガラス製造条件により製造されたガラス試料が形成される。
【００３６】
次いで、ステップＳ３０として示したように、形成されたガラス試料に対して所定の試験、分析等を行う。この試験、分析は、必要に応じて、制御部１０および演算部１０と情報を送受信しながら実施することができる。
ここに開示される評価装置は、接触角測定部を備えており、ステップＳ３６に示したように、少なくとも、基板とガラス試料との接触角の測定を行うようにしている。かかる接触角は、ガラス接合材料の特性を評価するための基本的な指標の一つである。この接触角は、例えば、測定対象であるガラス試料の外表面が基板と接する任意の一点において、当該ガラス試料に接する面（接面）と基板との為す角度により定義され、接面と基板とが交わる線に沿って、ガラス試料の外表面と基板とが接する点を観察することで計測することができる。
【００３７】
図２に例示したように、接触角測定部３６には、ガラス試料と基板との接触角を測定することのできる接触角測定装置が備えられている。
接触角測定装置としては、例えば、光学顕微鏡等が備えられ、人による観察および判断に基づき上記のとおりの接触角の測定を行い、その結果を演算部に送るようにしてもよい。あるいは、人による観察および判断に依ることなく、自動的に測定が可能な接触角測定装置が備えられていても良い。かかる自動的に測定が可能な接触角測定装置は、本質的には、ガラス試料を基板の表面に沿う方向から測定可能で、かつ、所定の測定位置への移動および所定の測定方位への回転が可能とされる撮像装置６５を備えている。撮像装置６５は、基板とガラス試料との接触状態を撮像装置６５により撮像データとして取り込み、この撮像データを解析装置に送信する。解析装置では、取りこまれた画像から自動的にガラス試料／基板１５間の境界を決定し、ガラス試料の外表面を検出することで、θ／２法、接線法あるいはカーブフィッティング法に基づき接触角を測定する。この解析装置は、接触角測定部に備えられていても良いし、演算部１０に備えられていても良い。
【００３８】
接触角測定の様子を図２を用いて説明する。図２に示した通り、ガラス試料は、組成の異なる複数のものが基板１５上の所定の位置６０にそれぞれ形成されるが、各ガラス試料の広がりの大きさや形状は試料ごとに異なってしまう。また、基板上には複数のガラス試料が形成されているため、測定対象であるガラス試料Ａと撮像装置６５との間に、他のガラス試料の干渉を受ける場合には接触角の測定が不可能となる。したがって、ガラス試料Ａについて正確に接触角を測定するに、ガラス試料Ａにおける接触角を測定する位置と、接触角測定のための撮像装置６５の位置とを適切に決定する必要がある。以下に、一実施形態としてのガラス試料における接触角を測定する位置（以下、単に「測定位置」という。）および画像を撮像する撮像装置６５の撮像位置（以下、単に「撮像位置」という。）の決定の仕方を説明する。
【００３９】
接触角の測定位置や撮像装置６５の撮像位置の決定の為に、まず、被評価物であるガラス試料を基板ごと上方（例えば、鉛直上方）より撮像して各ガラス試料の形態に関する情報を得る。この場合の撮像は、接触角測定に用いる撮像装置６５によって行っても良いし、接触角測定に用いる撮像装置６５とは別の撮像装置により行っても良い。この実施形態では、接触角測定部３６において基板１５の鉛直上方にラインスキャンカメラ（図示せず）を備えている。このスキャンカメラと基板１５とは、基板１５の横方向および縦方向がそれぞれ撮像範囲のＸ方向およびＹ方向となるように配置されており、基板１５上の所定の撮像範囲にわたって基板１５およびガラス試料を撮像する。この撮像データを画像解析することにより、基板１５上で各ガラス試料が実際に形成されている領域を試料形成位置として（Ｘ，Ｙ）座標軸系を利用して正確に把握することができる。また、ガラス試料Ａの試料形成領域の周縁部データ（Ｘ，Ｙ）６１についても得ることができる。
【００４０】
これらの試料形成位置データと、接触角の撮像装置６５の可動位置データとから、測定位置および撮像位置を正確に算出することができる。すなわち、接触角の撮像装置６５の可動位置から測定対象であるガラス試料Ａの形成領域に接する（すなわち、周縁部（Ｘ，Ｙ）６１においてのみ交わる）ように線を引いたとき、この線上に他のガラス試料の試料形成領域が重複しないような任意の線Ｍを接触角の測定ラインと決めることができる。そして、その測定ラインと測定対象のガラス試料Ａの形成領域との接する点を接触角の測定位置、その測定ラインと接触角の撮像装置６５の可動線とが交わる点を撮像装置６５の撮像位置とすることができる。
【００４１】
撮像装置６５は、例えば、基板１５の端部に沿ってＸ方向およびＹ方向に移動可能で、かつ基板１５表面を表面に沿って観察できるように設置することができる。また、撮像装置６５は、移動軸を中心にして基板に平行な面内で回転可能とすることができる。これにより、撮像装置６５は、撮像位置において測定ラインが観察方位と一致するように測定方位で、ガラス試料Ａの外表面と基板１５との接触角を正確に観察することが可能となる。
接触角測定装置は、この撮像データを解析装置または演算部に送り、例えば、カーブフィッティング法等に基づき解析することで、接面と基板１５とのなす角度θ（接触角）を自動的に算出することができる。
【００４２】
演算部１０においては、得られた接触角から、各ガラス試料と基板との濡れ性について評価する。例えば、接触角が３０°〜４０°程度の範囲で臨界値を設定し、接触角がこの臨界値と同じかこれよりも小さい場合に濡れ性が良い「良品」と評価し、この臨界値よりも接触角が大きい場合を濡れ性が悪い「不良品」と判断することができる。または、ガラス組成と、接触角との関係を示すマップを作製すること等も可能である。これにより、ガラス製造条件と、接触角との関係を評価することができる。
【００４３】
ガラス試料の評価は、接触角によるものに限定されない。例えば、ステップＳ３０の試験、分析として、ステップＳ３２に示したガラス化評価や、ステップＳ３４に示した蛍光Ｘ線分析や、ステップＳ３８に示した気泡発生評価等を行うことができる。
すなわち、ここに開示される評価装置は、例えば、上記の接触角測定部３６以外にも、ガラス接合材料の評価を行い得る任意の分析または測定手段を備えた測定部が設けられていても良い。かかる測定部としては、例えば、Ｘ線回折分析手段を備えるＸ線回折分析部、蛍光Ｘ線分析手段を備える蛍光Ｘ線分析部３４（図３参照）、ガラス化評価手段を備えるガラス化評価部、気泡発生評価手段を備える気泡発生評価部、レーザーラマン分光光度計等を備えるレーザーラマン分析部等が例示される。かかる分析または解析装置としては、特に限定されるものではないが、例えば、コンビナトリアル手法により目的の分析、測定を実施可能に構成されている装置を好ましく採用することができる。
【００４４】
例えば、Ｘ線回折分析部において、Ｘ線回折分析手段により形成された各ガラス試料のＸ線回折分析を自動的に行うことにより、ガラス試料の内部構造を解析することが可能となる。このＸ線回折分析データを演算部に送ることにより、例えば、ガラス試料の結晶化の状態を、ガラス組成や熱処理条件、ヒートサイクル等のガラス製造条件と併せて評価することができる。また、図３に例示したように、例えば蛍光Ｘ線分析部３４において、蛍光Ｘ線分析手段により各ガラス試料の組成分析を自動で行うことができ、制御部において設定した組成と、ガラス製造条件に従って形成されたガラス試料の組成との差を評価したり、ガラス組成ごとのガラス特性の評価をより正確に行うことができる。一方で、ガラス化評価部に備えられる気泡評価手段としては、例えば、レーザ照射装置と散乱光の検出装置とから構成されるものが例示され、ガラス試料内部の気泡の存在を散乱光の検出により確認することができる。これにより、例えば、気泡の発生し得るガラス製造条件等を評価することができる。
【００４５】
なお、測定手段は、ここに例示された手段に限定されることなく、その他の公知あるいはこれから開発される各種の測定手段であってよい。また、複数の測定機能が一つの測定手段に複合化された測定手段が備えられていても良い。
以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明を以下の実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
【００４６】
［ガラス接合材料の評価装置］
以下に説明する装置を用いて、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏの４成分からなるガラス接合材料の評価を行った。かかる評価装置としては、概略として、ガラス製造条件および評価手法等を設定可能な制御部と、基板を保持する基板ホルダと、制御部からの指示に基づいて液体試料の混合からガラス試料の形成までを行うガラス形成部と、ガラス化評価部、接触角測定部、蛍光Ｘ線分析部および気泡検出部を備える測定部と、測定部における測定結果から適切なガラス製造条件を抽出する演算部とを備えるものを用いた。この評価装置において、制御部と演算部とは同一のコンピュータに機能が設けられている。
【００４７】
［制御部］
制御部は、ガラス製造条件を入力し、これを解析するとともに、適切な信号等として出力可能な制御装置を備えている。この実施例においては、かかる制御装置としてＰＣが用いられている。制御部において、ガラス製造条件を設定した。ガラス組成は、上記の４成分を、モル比で、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３＝ＸおよびＫ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ＝Ｙとしてガラス形成成分の比Ｘおよびアルカリ成分の比Ｙを定義し、かかるＸを９，１０，１１，１２の４通り、Ｙを０．７〜１．４の間で０．１間隔の値の８通りで変化させるものとした。また、ガラス形成成分とアルカリ成分の割合は、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との合計のモル量（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）と、Ｋ２ＯとＮａ２Ｏとの合計のモル量（Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ）との比（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）：（Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ）が、１：１となるように設定した。これにより、表１に示したように、合計で４×８＝３２通りの組成のガラス試料を形成するように設定した。
なお、かかる組成は、上記の４種のガラス成分を含む液体試料を所定の調製濃度に調整し、この４種の液体試料を適切な割合で分取し、混合することで実現される。ここでは、４種のガラス成分を含む液体試料をそれぞれ１０ｍｍｏｌ／Ｌの所定の濃度に設定した。これにより、上記３２通りの各組成において混合される４種の液体試料の合計量が１００μｌとなるように、各液体試料の分取量が計算される。
【００４８】
その他の製造条件としては、加熱条件として、１００℃で４時間の加熱により液体試料を乾燥させ、その後、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で８００℃まで加熱した後、８００℃で１時間焼成し、次いでヒートサイクル試験を実施するよう設定した。ヒートサイクル試験は、８００℃の試料を３０℃／ｍｉｎの冷却速度で炉内が３００℃となるまで冷却した後、再度１０℃／ｍｉｎの昇温速度で８００℃まで加熱する操作を１サイクルとして、これを１００サイクル行うものとした。
【００４９】
［ガラス形成部］
基板としては、１０ｃｍ×１０ｃｍの寸法のイットリア安定化ジルコニアとステンレス（ＳＵＳ４３０）の平板を用い、一枚ずつ基板ホルダにセットした。
次いで、上記の４種のガラス成分を含む液体試料を調製し、ガラス形成部の液体試料ホルダに設置した。なお、液体試料の調製に際し、ＳｉＯ２源としてはＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４を、Ａｌ２Ｏ３源としてはＡｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏを、Ｋ２Ｏ源としてはＫＯＨを、Ｎａ２Ｏ源としてはＮａＯＨを用いた。これらの原料を上記で設定した所定の濃度となるようにイオン交換水に溶解させて水溶液として用いた。
【００５０】
これらの液体試料を、静電噴霧装置を利用して、接地した基板上の所定の試料位置に供給した。すなわち、各液体試料に接続された分岐チューブで、制御部において４種の液体試料ごとに算出された採取量に基づき液体試料を分取し、混合容器内で混合して、高電圧がかけられている主ノズルから２５μｌ／ｍｉｎで１分間噴霧させた。これと同時に、４本の補助ノズルから溶媒（イオン交換水）のみを主ノズルからの噴霧を四方で取り囲むようにそれぞれ２５μｌ／ｍｉｎで１分間噴霧させた。このときのノズル先端から基板までの距離は４５ｍｍとした。ノズルへの印加電圧は９０００Ｖとした。液体試料は、直径５ｍｍ程度の円形状の液だまりとなって基板上に供給された。この操作を、試料噴霧位置が基板の所定の試料位置に対応するよう基板を移動させながら、制御部で設定された３２通りの組成の液体試料を基板上に供給するまで繰り返し行った。なお、この実施例においては、試料位置は、基板上に６×６の碁盤の目状に設定されている。
【００５１】
その後、基板を加熱ゾーンの加熱炉内に移動させ、基板全体に対して制御部で設定された通りの加熱処理を施すことで、ガラス試料を形成した。なお、この実施例では基板上の全ての試料に対して同じ熱処理を施しているが、この加熱ゾーンには赤外線放射装置が備えられており、基板上の所定の試料位置ごとに異なる温度での加熱処理を施すことも可能である。なおヒートサイクルにおける冷却の工程では、基板を冷却ゾーンに移動させて冷却を行った。この冷却ゾーンは、冷却管内に水または冷媒を循環させることで冷却される冷却プレートを備えており、冷却速度に応じて所定の温度に保たれた冷却雰囲気に試料および基板が晒される。
以上のガラス試料の形成を、上記の２種類の基板について同条件で行った。
【００５２】
［評価部、演算部］
ヒートサイクル後、３０℃／ｍｉｎの冷却速度で室温（２５℃）まで冷却したガラス試料について、（１）ガラス化評価、（２）接触角測定、（３）蛍光Ｘ線分析および（４）気泡の有無を評価した。なおそれぞれの評価は、（１）ガラス化評価部、（２）気泡検出部、（３）接触角測定部および（４）蛍光Ｘ線分析部において行われ、各評価部において得られるデータは随時演算部に送られ、詳細な評価を実施するためにその場で利用されるとともに、評価結果の解析に用いられる。
【００５３】
（１）ガラス化評価部
上記で形成したガラス試料がガラス化しているかどうかの評価を行った。ガラス試料を基板ごとガラス評価部に移送し、まず、撮像装置により被評価物であるガラス試料を基板ごと鉛直上方より撮像した。この実施例では、評価部には撮像装置としてラインスキャンカメラが備えられている。撮像装置と基板とは、基板の横方向および縦方向がそれぞれ撮像範囲のＸ方向およびＹ方向となるように配置され、基板上の所定の撮像範囲にわたって基板とガラス試料とを撮像する。この撮像データを画像解析することにより、基板上で各ガラス試料が実際に形成されている領域を試料形成位置として（Ｘ，Ｙ）座標軸系を利用して正確に把握することができる。また、この試料形成位置と撮像データとを処理することで、試料形成位置において基板が透けて見えるか否か、すなわちガラス試料が失透しているか否かで、ガラスが形成されているかどうかの判断を行うことができる。
【００５４】
なお、ここで撮像装置としては、ラインスキャンカメラに限定されることなく通常の全景を一度に撮像するカメラであってよい。また、ガラス化評価部は、レーザ光をガラス試料に照射し、その反射光を検出する機能を備えるものであって、ガラス試料が形成されている領域にレーザ光を照射し、その反射および散乱の度合いから、ガラスが形成されているか失透しているかの判断を行うようにしても良い。
【００５５】
（２）気泡検出部
引き続き、ガラス化評価部と併設された気泡検出部において、各ガラス試料に気泡が含まれているかどうかの評価を行った。この実施例では、気泡検出部に気泡検出器としてスリットを備えた走査型のレーザ発振器と検出器とが備えられている。ここでは、測定対象となるガラス試料に対してスリット状のレーザ光をスキャンしながら照射し、ガラス試料のレーザ照射位置内部に気泡が存在した場合に発生される散乱光を検出する。検出された散乱光のデータはレーザ照射位置情報と共に演算部に送られ、演算部において各ガラス試料に気泡が残存しているかどうかを評価する。
なお、かかる手法とは別に、基板の表面に対して所定の入射角となるようにスリット光を照射しながら、この光の上流側オフセット位置から基板を撮像することでも気泡の有無を評価することができる。かかる手法によると、撮像された像は殆ど全面が暗領域として映し出されるものの、試料内に気泡が存在している場合はこの泡によって光が屈折または反射し、その屈折または反射光が明領域として検出されることになる。これによっても、各ガラス試料に気泡が残存しているかどうかを評価することができる。
【００５６】
（３）接触角測定部
次いで、ガラス試料を基板ごと接触角測定部に移送し、接触角測定装置によりガラス試料と基板との接触角を測定した。接触角測定の様子を図２に例示した。ガラス試料は、組成の異なる複数のものが基板１５上の所定の位置６０にそれぞれ形成されているが、各ガラス試料の広がりの大きさや形状は試料ごとに異なってしまう。そのため接触角測定装置は、基板１５の端部に沿ってＸ方向およびＹ方向に移動可能で、かつ基板１５表面を水平方向から観察できる位置に、移動軸を中心にして水平面内で回転可能な、撮像装置６５を備えている。この撮像装置６５は、測定対象のガラス試料Ａの外表面と基板１５とが接する測定位置を、当該測定位置における接面と基板表面とが交わる線上で観察した像を撮像する。そしてこの撮像データを演算部１０に送り、例えば、θ／２法、接線法あるいはカーブフィッティング法などに基づき解析することで、接面と基板１５とのなす角度θ（接触角）を自動的に算出することができる。なお、この場合の接触角の測定位置や撮像装置６５の撮像位置は、上記で取得した測定対象のガラス試料Ａの試料形成領域の周縁部データ（Ｘ，Ｙ）６１と、その他のガラス試料Ａの試料形成領域のデータと、撮像装置６５の可動位置データとから正確に算出することができる。すなわち、撮像装置６５の可動位置から測定対象のガラス試料Ａの形成領域に接するように線を引いたとき、この線上に他のガラス試料の形成領域が重複しないような任意の線Ｍを接触角の測定ラインとし、その測定ラインと測定対象のガラス試料Ａの形成領域との接する点を接触角の測定位置、その測定ラインと撮像装置６５の可動線とが交わる点を撮像装置６５の撮像位置とすることができる。そして撮像装置６５は、この測定ラインを観察方位と一致させることで、ガラス試料Ａの外表面と基板１５とが接する点を、その点における接面上で観察することができる。
【００５７】
（４）蛍光Ｘ線分析部
その後、ガラス試料を基板ごと図３に例示した蛍光Ｘ線分析部３４に移送し、蛍光Ｘ線分析手段により各ガラス試料と組成分析を行った。この実施例では、蛍光Ｘ線分析手段としてエネルギー分散型の蛍光Ｘ線分析装置が備えられており、試料室には基板ごとガラス試料が導入可能とされている。かかる蛍光Ｘ線分析によると、試料室内の一度の排気操作により基板上に形成された３２通りのガラス試料の分析を全て行うことができる。各ガラス試料の蛍光Ｘ線分析の結果は演算部に送られる。なお、蛍光Ｘ線分析装置は、エネルギー分散型のものに代えて、波長分散型の分析装置を用いるようにしても良い。
【００５８】
上記の制御部で設定されたデータと、評価部で得られたデータを基に、演算部においてガラス試料を評価した結果を表１および表２に示した。表１は、基板としてＹＳＺを用いた場合の結果を示し、表２は、ＳＵＳ４３０を用いた場合の結果を示している。なお、各評価結果を組成マップとしてグラフに示すことも可能である。
【００５９】
【表１】
0005926611.tif 000002
【００６０】
【表２】
0005926611.tif 000003
【００６１】
表１および表２において、ガラス化しない組成の試料については「×」として結果を示し、その他の試料についてはすべてガラス化したことを示している。そして、この実施例においては、形成された各ガラス試料がＳＯＦＣ用途のガラス接合材料として適しているかどうかの評価を行ったため、接触角θが３５°未満の、ＳＯＦＣ基板に対して濡れ性の良いガラス試料については「○」または「●」で示し、接触角θが３５°以上９０°未満のガラス試料については「△」または「▲」で示した。さらに、ガラス化したガラス試料のうち、気泡が発生していたものは黒塗りの記号（●または▲）とし、気泡が発生しなかったものについては白抜きの記号（○または△）として示した。これらの記号の説明を、下記の表３にまとめた。
また、蛍光Ｘ線測定の結果から、形成された各ガラス試料の組成は、制御手段で設定された組成とほぼ一致し、あらかじめ設定した閾値を超える組成のズレは確認されなかった。このことから、上記の手法により、目的の組成および製造条件によるガラス試料を好適に形成可能であること、また、この製造条件においてはヒートサイクルによって組成等に変化がもたらされないこと等が確認された。
【００６２】
【表３】
0005926611.tif 000004
【００６３】
表１および表２において、白抜きの丸印「○」で示された領域の組成を有するガラスが、ＳＯＦＣ用途のガラス接合材料として適していることが確認できた。例えば、この実施例では、Ｘ＝１１、Ｙ＝１．０で表されるガラス試料の組成を中心にして更なるガラス材料の組成および製造条件等の改良等を行えばよいことがわかる。
【００６４】
さらに、上記の水溶液からなる液体試料に代えて、溶媒としてアルコールを用いた液体試料によりガラス試料を形成し、上記と同じガラス評価装置により評価した。すなわち、上記と同じＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ、ＫＯＨおよびＮａＯＨをガラス原料として用い、２-（２−ｎ−ブトキシエトキシ）エタノールとエタノールとが体積比で４:１の割合で混合された混合溶媒に、各原料が４０〜６０ｍｍｏｌ／Ｌの所定の濃度となるように溶解させることで液体試料とした。基板には、上記と同じＹＳＺを用意した。
この液体試料を上記と同様の配合比率で混合し、印加電圧を８０００Ｖとしたノズルから静電噴霧することで、４００℃に加熱した接地基板上に供給した。静電噴霧では、液体試料を噴霧するノズルの周囲に上記の混合溶媒のみを噴霧するノズルを用意して同時に噴霧させることで、液体試料の液滴と溶媒の液滴とを反発させ、直径が３〜４ｍｍ程度のごく狭い範囲に試料を供給することができた。次いで、基板ごと７００〜１１００℃で５時間の熱処理を施すことで、基板上にガラス試料を形成した。
【００６５】
このようにして得られたガラス試料の組成を蛍光Ｘ線測定部３４で、接触角を接触角測定部３６で、気泡の有無を気泡評価部にて自動的に測定した。また、接触角と気泡の有無については、人の手により、光学顕微鏡による観察による評価も行った。
その結果、液体試料の溶媒として有機溶媒を用いた場合には、加熱による溶媒の除去時間を短縮してガラス試料を形成できることが確認された。また、ここに開示される評価装置による評価結果と、人の観察により得られた評価結果との間には、大きな差は見られなかった。
【００６６】
以上の評価に要した全時間は、従来の手作業に要する時間と比較して１００分の１以下であった。この実施例では、４成分系のガラスを評価する場合について例示しているが、含有元素数が多くなり組成系が複雑になるほど、ここに開示されるガラス接合材料の評価装置の効果がより一層明瞭となる。３成分系以上のガラスはもちろんのこと、例えば、６〜７成分系のガラスについての評価を行う場合には、検討すべき組成の数だけでも数百通りとなることが予想される。この評価装置によると、６〜７成分系のガラスについての評価を行う場合は、従来の手作業により実施する場合よりも１０００分の１以下の時間での評価が可能とされる。また、ライブラリとして形成されたガラス試料についても、正確な接触角の測定が可能となり、評価作業の効率がより一層高められた。また、ガラス試料の製造から評価に至るまでが機械的に処理されて実施されるため、人の作業による各種条件のバラつきが低減され、精度の良い結果を得ることができた。
【００６７】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、ここに開示される接合用ガラスの評価装置の評価対象は、上記のようなＳＯＦＣの基板材料に適用するガラス接合材料に限定されることなく、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：microelectromechanical system）のパッケージングに使用されるシリコンとの陽極接合用ガラス、高温動作が求められるＭＥＭＳの接着・封止材、さらには、ガラス同士またはガラスと金属の接着・封止に用いる低融点ガラス粉体(フリット)等の評価にも適用することができる。また、この評価装置は、評価の対象とするガラスの組成が上記のＳｉ−Ａｌ−Ｋ−Ｎａ系のものに限定されることはなく、他の種々の成分からなるガラスに適用することができる。また、形成されたガラス試料を評価するために、上記に具体的に開示された装置以外の、他の検査、分析または評価手段が備えられて良いことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１０  制御部、演算部
１５  基板
１６  基板ホルダ
２０  ガラス形成部
２１  チューブ
２２  液体試料
２３  混合部
２４  静電噴霧装置
２６  加熱手段
２８  冷却手段
３４  蛍光Ｘ線分析部
３６  接触角測定部
６５  撮像装置
【図１】
0005926611.tif 000005
【図２】
0005926611.tif 000006
【図３】
0005926611.tif 000007
【図４】
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【図５】
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