(57)【要約】【課題】熱膨張率が低いガラス基板同士の接合において、３００℃以上の耐熱性を有する接合部が備わっている画像表示装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】背面基板１１と背面基板１２に対向配置された前面基板を有する外囲器と、マトリックス状に形成される配線に接続する複数の表示素子とを備えた画像表示装置において、背面基板１１と前面基板１２との間の接合面に線膨張係数８０〜９０（×１０−７／Ｋ）、融点５００℃以上の金属材料または無機材料からなる壁面部材１３，１４を設け、その金属材料または無機材料上に厚さ１０〜２００μｍからなるＣｕ層２１，２２を供給し、Ｓｎまたは質量比でＳｎを５０％以下含有するＳｎ合金を接合材料とし両基板を接合することで、熱膨張率の差に起因する熱応力によるクラックを防止でき、また３００℃以上の耐熱性を有する接合部を形成することが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面基板、および、この背面基板に対向配置され接合された前面基板を有する外囲器と、上記外囲器内に設けられマトリックス状に形成される配線に接続された複数の表示素子と、を備えた画像表示装置において、
前記背面基板と前記前面基板との接合部は、
前記背面基板表面に形成される線膨張係数が８０〜９０（×１０−７／Ｋ）で、融点が５００℃以上である金属材料または無機材料からなる第１の側壁部材と、
前記第１の側壁部材の表面に形成され、厚さが１０〜２００μｍの第１のＣｕ層と、
前記第１のＣｕ層表面に形成され、厚さが１０〜１００μｍからなるＳｎ含有高融点接合層と、
前記Ｓｎ含有高融点接合層の表面に形成され、厚さが１０〜２００μｍの第２のＣｕ層と、
前記第２のＣｕ層の表面及び前記前面基板の間に形成される線膨張係数が８０〜９０（×１０−７／Ｋ）で、融点が５００℃以上である金属材料または無機材料からなる第２の側壁部材と、を含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記Ｓｎ含有高融点接合層が、Ｓｎを５０質量％以下含有するものであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記Ｓｎ含有高融点接合層が、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、及びＳｎ−Ａｇ−Ｃｕのいずれかを含む金属間化合物もしくは合金であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記線膨張係数が８０〜９０（×１０−７／Ｋ）、かつ融点が５００℃以上である金属材料または無機材料からなる第１あるいは第２の側壁部材が、Ｆｅ−Ｎｉ合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
背面基板、およびこの背面基板に対向配置された前面基板を有する外囲器と、上記外囲器内に設けられマトリックス状に形成される配線に接続された複数の表示素子と、を備えた画像表示装置の製造方法において、
前記背面基板および前記前面基板の端部に線膨張係数８０〜９０（×１０−７／Ｋ）、かつ融点５００℃以上である金属材料または無機材料からなる第１および第２の側壁部材を形成する工程と、
前記第１および第２の側壁部材表面に厚さ１０〜２００μｍの第１および第２のＣｕ層を形成する工程と、
前記第１および第２のＣｕ層の間に、Ｓｎ単独、もしくは、Ｓｎと金属間化合物もしくは高融点合金を形成する金属材料とＳｎとを配置し、３００℃以上４５０℃以下で接合する工程とを有することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向配置された基板と、これら基板間に設けられた複数の表示素子とを有する画像表示装置、およびこれを製造するための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代の軽量、薄型の平面型表示装置として、電子放出素子を多数並べ、蛍光面と対向配置させた表示装置の開発が進められている。電子放出素子としては、電界放出型あるいは表面伝導型の素子が想定される。通常、電子放出素子として電界放出型電子放出素子を用いた表示装置は、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）、また、電子放出素子として表面伝導型電子放出素子を用いた表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）と呼ばれている。
【０００３】
上記ＦＥＤは、所定の隙間を置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士を互いに接合することにより真空外囲器を構成している。前面基板の内面には蛍光体スクリーンが形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起して発光させる電子放出源として多数の電子放出素子が設けられる。また、背面基板および前面基板に加わる大気圧荷重を支えるために、これら基板の間には複数の支持部材が配設されている。
【０００４】
背面基板側の電位はほぼ０Ｖであり、蛍光面にはアノード電圧Ｖａが印加される。そして、蛍光体スクリーンを構成する赤、緑、青の蛍光体に電子放出素子から放出された電子ビームを照射し、蛍光体を発光させることによって画像を表示する。また、蛍光体スクリーンには高電圧が印加されるため、前面基板、背面基板、側壁、および支持部材用の板ガラスには、高歪点ガラスが使用されている。このようなＦＥＤでは、前面基板と背面基板との隙間を数ｍｍ以下に設定することができ、現在のテレビやコンピュータのディスプレイとして使用されている陰極線管（ＣＲＴ）と比較して、軽量化、薄型化を達成することができる。
【０００５】
この表示装置において、前記全面基板及び背面基板間を封止する接合用材料として、Ｉｎなどの接合材料を用いることが公知である（特許文献１、特許文献2参照）。
ところで、前述の表示装置は、電子ビームによって蛍光体を励起して発光させることから、表示装置の温度が上昇することとなり、接合部分において真空を維持する必要があることから、耐熱性の低い材料を用いた接合では、その信頼性に不安が残ることになる。
信頼性の高い接合のためには、３００℃以上の融点を有する接合材料を使用することが必要であり、一般に高融点接合材料として知られていたＰｂやＣｄなどの使用が検討されていたが、これらの材料は、その毒性から環境問題に影響を及ぼすおそれがあるため、これに代わる高融点の接合材料の実現が求められている。
【特許文献１】特開２００２−１８２５８５
【特許文献２】特開２００４−０１４４６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、熱膨張率が低いガラス基板同士の接合において、環境問題に影響を及ぼすことなく、３００℃以上の耐熱性を有する接合部を備えた画像表示装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、背面基板、および、この背面基板に対向配置され接合された前面基板を有する外囲器と、上記外囲器内に設けられマトリックス状に形成される配線に接続された複数の表示素子と、を備えた画像表示装置において、前記背面基板と前記前面基板との接合部は、前記背面基板表面に形成される線膨張係数が８０〜９０（×１０−７／Ｋ）で、融点が５００℃以上である金属材料または無機材料からなる第１の側壁部材と、前記第１の側壁部材の表面に形成され、厚さが１０〜２００μｍの第１のＣｕ層と、前記第１のＣｕ層表面に形成され、厚さが１０〜１００μｍからなるＳｎ含有高融点接合層と、前記Ｓｎ含有高融点接合層の表面に形成され、厚さが１０〜２００μｍの第２のＣｕ層と、前記第２のＣｕ層の表面及び前記前面基板の間に形成される線膨張係数が８０〜９０（×１０−７／Ｋ）で、融点が５００℃以上である金属材料または無機材料からなる第２の側壁部材とを含むことを特徴とする画像表示装置である。
【０００８】
前記第１の本発明において、前記Ｓｎ含有高融点接合層が、Ｓｎを５０質量％以下含有するものであることが好ましい。また、前記Ｓｎ含有高融点接合層が、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、及びＳｎ−Ａｇ−Ｃｕのいずれかを含む金属間化合物もしくは合金であることが好ましい。さらに、前記線膨張係数が８０〜９０（×１０−７／Ｋ）、かつ融点が５００℃以上である金属材料または無機材料からなる第１あるいは第２の側壁部材が、Ｆｅ−Ｎｉ合金であることが好ましい。
【０００９】
第２の本発明は、背面基板、およびこの背面基板に対向配置された前面基板を有する外囲器と、上記外囲器内に設けられマトリックス状に形成される配線に接続された複数の表示素子と、を備えた画像表示装置の製造方法において、
前記背面基板および前記前面基板の端部に線膨張係数８０〜９０（×１０−７／Ｋ）、かつ融点５００℃以上である金属材料または無機材料からなる第１および第２の側壁部材を形成する工程と、
前記第１および第２の側壁部材表面に厚さ１０〜２００μｍの第１および第２のＣｕ層を形成する工程と、
前記第１および第２のＣｕ層の間に、Ｓｎ単独、もしくは、Ｓｎと金属間化合物もしくは高融点合金を形成する金属材料とＳｎとを配置し、３００℃以上４５０℃以下で接合する工程とを有することを特徴とする画像表示装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱膨張率が低いガラス基板同士の接合において、環境問題に影響を及ぼすことなく、３００℃以上の耐熱性を有する接合部を備えた画像表示装置およびその製造方法を提供できる。また、これにより、良好な接合部が形成されるとともに、金属層の飛散の恐れもないことより、配線部分のショートを確実に防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［第１の実施の形態：画像表示装置］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、本実施の形態に係る画像表示装置の一例として、ＦＥＤについて説明する。
【００１２】
図１ないし図３に示すように、このＦＥＤは、絶縁基板としてそれぞれ矩形状のガラスからなる前面基板１１、および背面基板１２を備え、これらの基板は約１．０〜３．０ｍｍの隙間を置いて対向配置されている。前面基板１１および背面基板１２は、接合部４０を介して周縁部同士が接合され、内部が真空状態に維持された偏平な矩形状の真空外囲器１０を構成している。
【００１３】
前面基板１１および背面基板１２の周縁部は接合部４０により互いに結合されている。すなわち、前面基板１１の内面周縁部に位置した接合面と、背面基板１２の内面周縁部に位置した接合面には、枠体として機能する側壁部材１３、１４が配置され、前記側壁部材１３、１４上に設けられたＣｕ層２１、２２と、Ｓｎを主成分とする接合材料とが反応することによりＣｕＳｎ金属間化合物層のようなＳｎ含有高融点接合層が形成される。前記Ｃｕ層３１、３２および前記ＣｕＳｎ金属間化合物層が融合することにより接合層３４が構成され、さらには前記接合層３４および前記側壁部材１３、１４により接合部４０が構成されている。
【００１４】
真空外囲器１０の内部には、背面基板１２および前面基板１１に加わる大気圧荷重を支えるため、複数の支持部材１５が設けられている。これらの支持部材１５は、真空外囲器１０の短辺と平行な方向に延在しているとともに、長辺と平行な方向に所定の間隔を置いて配置されている。なお、支持部材１５の形状については特にこれに限定されるものではなく、柱状の支持部材を用いてもよい。
【００１５】
図３に示すように、背面基板１２の内面上には、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起する電子放出源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の電界放出型の電子放出素子が設けられている。これらの電子放出素子は、それぞれの画素毎に対応して複数列および複数行に配列され、表示素子として機能する。
【００１６】
このように蛍光体スクリーンには高電圧が印加されるため、前面基板１１、背面基板１２、および支持部材１５用の板ガラスには、高歪点ガラスが使用されている。
【００１７】
さらに前記接合部４０について詳細に説明する。
本実施の形態の接合部は、前記背面基板と前記前面基板とのそれぞれの表面に配置されている第１及び第２の側壁と、各側壁の表面に配置されている第１及び第２のＣｕ層と、この第１及び第２のＣｕ層の間に配置されている金属間化合物を含む接合層を有するものである。
【００１８】
前記第１及び第２の側壁部材１３，１４は、これによって、表示装置内部の真空空間と外部とを区分している。それ故、機械的強度および気密性を保持することができる材料および寸法を有することが好ましい。その材料としては、線膨張係数が８０〜９０（×１０−７／Ｋ）で、かつ融点が５００℃以上である金属材料または無機材料からなるものであることが好ましい。具体的には、Ｆｅ−Ｎｉ合金や、ガラス、セラミックスなどを用いることができる。前記前面基板１１及び背面基板１２は、それぞれガラスで形成されており、このガラスと側壁部材との接合は、フリットガラスなどの無機接着剤を用いて接合することができる。
この側壁材料として、線膨張率が８０〜９０（×１０−７／Ｋ）でない場合には、表示装置駆動中の温度上昇に伴い、前面基板及び背面基板と、側壁材料との膨張率の差によって熱歪みが発生し、表示装置にクラックが発生するおそれが生じるため、好ましくない。
【００１９】
前記第１及び第２の側壁部材１３，１４の表面には、それぞれ第１及び第２のＣｕ層２１，２２が配置されている。このＣｕ層材料としては、純粋なＣｕが好ましいが、不可避的に不純物を含んでいてもよい。また、これらのＣｕ層の厚さとしては、１０〜２００μｍの範囲が好ましい。この厚さが１０μｍを下回った場合、ＣｕＳｎ金属間化合物層を形成することが困難となる。一方、Ｃｕ層の厚さを、２００μｍを上回る範囲とした場合、Ｃｕ層の供給が困難となる、又は供給方法が著しく限定されるため、好ましくない。
【００２０】
前記第１及び第２のＣｕ層２１，２２の間に、Ｓｎ含有高融点接合層３３が配置される。
【００２１】
このＳｎ含有高融点接合層３３は、Ｓｎ（以下第１の金属成分という）と、Ｓｎと反応もしくは合金化する他の金属（以下第２の金属成分という）とを、反応もしくは合金化して形成された高融点の金属間化合物層もしくは高融点合金層である。Ｓｎと反応もしくは合金化する金属としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｆｅなどが挙げられる。これらの内でも、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ａｇ−Ｓｎの組み合わせが好ましい。その理由は、Ｓｎとの反応性が高く、反応層の成長速度が速いためである。
【００２２】
このＳｎ含有高融点接合層３３としては、具体的には、Ｓｎと他の金属とをＳｎの融点すなわち２３２℃以上の温度で加熱して反応、もしくは合金化させたものであり、生成する金属間化合物は、Ｃｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ、Ａｇ３Ｓｎなどの相である。これらの相の融点は、いずれも４００℃以上の温度であり、十分な耐熱性及び機械的強度を有している。
この層の厚さは、１０〜１００μｍの範囲であることが好ましい。この層の厚さが、１０μｍを下回った場合、第１及び第２のＣｕ層の接合が不完全となるおそれがあり、一方、１００μｍを上回るＣｕＳｎ金属間化合物接合層を形成するためには、長時間を要することになり、これに見合う効果を期待することもできず、実用的ではない。
なお、このＳｎ含有高融点接合層は、その製造方法によっては、前記Ｃｕ層との界面が判然としない場合もあるが、Ｓｎ元素を含む層の融点が４００℃以上であれば、この層が明確になっていなくとも差し支えない。
【００２３】
このＳｎ含有高融点接合層において、Ｓｎの含有率は、５０質量％以下とすることが好ましい。Ｓｎの含有率が５０質量％を越すと、接合層の融点が３００℃以下となる不具合が発生する可能性がある。
【００２４】
また、このＳｎ含有高融点接合層は、組成などの異なる複数の層からなっていてもよい。すなわち図４に示す様に、第１のＣｕ層２１と第２のＣｕ層２２の間に、Ｓｎ含有高融点接合層３３が存在するが、このＳｎ含有高融点接合層３３が、組成の異なる複数の層すなわち４３，４４，４５から構成されるようにしてもよい。
例えば、ＣｕとＳｎとを反応させた場合、η相（Ｃｕ６Ｓｎ５）、ε相（Ｃｕ３Ｓｎ）あるいはδ相（Ｃｕ４０．５Ｓｎ１１）のような金属間化合物が形成される。η相は、融点が４１５℃、ε相は、融点が６７６℃であり、接合後の耐熱性としては、十分な温度範囲にあり好ましい。
Ｓｎ含有高融点接合層をこのような複数の層で構成することにより、比較的短時間に、耐熱性のある接合を行うことが可能となる。
かかる金属間化合物においては、Ｓｎ質量比は２０％質量％以上５０質量％以下の範囲となる。Ｓｎが２０質量％未満、あるいは５０質量％を超えると金属間化合物が形成できない恐れがあるため、好ましくない。
また、Ｓｎの質量比が低い場合には、第２の金属成分として用いた高融点金属元素の拡散が促進され、より強度の高い接合層となる。そのためＳｎの質量比は５０質量％以下がより好ましい。
【００２５】
また、第２の金属成分としてＡｇを用いた場合には、Ａｇ３Ｓｎなどの金属間化合物が形成される。かかる金属間化合物を形成するため、Ｓｎ質量比は１０％以上３５％以下が好ましい。
【００２６】
さらに、第２の金属成分としてＡｇ及びＣｕを用いた場合には、Ａｇ3Ｓｎなどの組成を有する金属間化合物、または、η相（Ｃｕ６Ｓｎ５）、ε相（Ｃｕ３Ｓｎ）あるいはδ相（Ｃｕ４０．５Ｓｎ１１）などの組成を有する金属間化合物を形成し耐熱性を有する接合材となる。
【００２７】
上記金属間化合物は、構成元素の一部が、他元素により置換されていても構わない。例えば、Ａｇ3ＳｎにＣｕが置換した場合には（Ａｇ，Ｃｕ）３Ｓｎ、Ｃｕ３ＳｎにＡｇが置換した場合には（Ｃｕ，Ａｇ）３Ｓｎ、Ｃｕ４０．５Ｓｎ１１にＡｇが置換した場合には（Ｃｕ，Ａｇ）４０．５Ｓｎ１１のような結晶構造となる。
【００２８】
本実施の形態においては、前面基板と背面基板との間の接合部に備わったＦｅ−Ｎｉ合金またはガラス材料などの金属材料または無機材料上にあるＣｕからなる接合面と、Ｓｎまたは質量比でＳｎを５０％以上含有するＳｎ合金などの金属材料を用い接合することにより、３００℃以上の高温条件下でも接合を行うことが可能となる。また、熱膨張係数が異なるガラス基板と接合に用いられる金属材料とが直接反応せずに接合することができるため、熱応力によるクラックの発生を防止でき、良好な接合部が形成されるとともに、金属層の飛散の恐れもないことより、配線部分のショートを確実に防止する。
【００２９】
［第２の実施の形態：製造方法］
本実施の形態の画像表示装置の製造方法は、蛍光体層および画像表示素子を形成したガラスの前面基板および背面基板の端部周辺に側壁を形成し、前面基板および背面基板の側壁を接合して製造するものである。以下、この方法について、蛍光体および画像表示素子形成工程、側壁形成工程、および接合工程に区分して説明する。以下の説明においては、画像表示装置としてＦＥＤを例示して説明するが、蛍光体および画像表示素子形成工程以外の工程はＳＥＤにおいても同様に採用することができる。
【００３０】
（蛍光体および画像表示素子形成工程）
まず、前面基板となる板ガラスに蛍光体スクリーンを形成する。これは、前面基板と同じ大きさの板ガラスを準備し、この板ガラスにプロッターマシンで蛍光体層のストライプパターンを形成する。この蛍光体ストライプパターンが形成された板ガラスと、前面基板用の板ガラスとを位置決め治具に載せて露光台にセットすることにより、露光、現像して蛍光体スクリーンを生成する。
【００３１】
続いて、背面基板用の板ガラスに配線を形成する。例えば、平面基板面をＸ−Ｙ平面とした時、まず、たとえば、Ａｇペースト等によりそれぞれＸ方向に延びた複数本の配線を板ガラスの有効表示領域および周縁部に形成するとともに、それぞれＹ方向に延びた複数本の配線を板ガラスの周縁部のみに形成する。その後、配線に重ねて板ガラスの全面に絶縁層を形成する。ついで、有効表示領域において、絶縁層上にそれぞれＹ方向に延びた残りの配線を形成し、先に板ガラス周縁部のみに形成した配線と接続する。
【００３２】
続いて、背面基板用の板ガラスに電子放出素子を形成する。この場合、板ガラス上にマトリックス状の導電性カソード層を形成し、先に板ガラス周縁部のみに形成した配線と接続する。ここでマトリックス状とは、前述の配線に対応したＸ方向（横並び）及びＹ方向（縦並び）のに配列された状態をいう。
【００３３】
続いて、背面基板用の板ガラスに電子放出素子を形成する。この場合、板ガラス上にマトリックス状の導電性カソード層を形成し、この導電性カソード層上に、例えば熱酸化法、ＣＶＤ法、あるいはスパッタリング法により二酸化シリコン膜の絶縁膜を形成する。
【００３４】
そのあと、この絶縁膜上に、たとえばスパッタリング法や電子ビーム蒸着法によりモリブデンやニオブなどのゲート電極形成用の金属膜を形成する。つぎに、この金属膜上に、形成すべきゲート電極に対応した形状のレジストパターンをリソグラフィーにより形成する。このレジストパターンをマスクとして金属膜をウェットエッチング法またはドライエッチング法によりエッチングし、ゲート電極を形成する。
【００３５】
つぎに、レジストパターンおよびゲート電極をマスクとして絶縁膜をウェットエッチングまたはドライエッチング法によりエッチングして、キャビティを形成する。そして、レジストパターンを除去したあと、背面基板表面に対して所定角度傾斜した方向から電子ビーム蒸着を行うことにより、ゲート電極上に、たとえばアルミニウムやニッケルからなる剥離層を形成する。
【００３６】
このあと、背面基板１２表面に対して垂直な方向から、カソード形成用の材料として、たとえばモリブデンを電子ビーム蒸着法により蒸着する。これによって、各キャビティの内部に電子放出素子を形成する。続いて、剥離層をその上に形成された金属膜とともにリフトオフ法により除去する。
【００３７】
次いで、大気中で、背面基板上に複数の支持部材を低融点ガラス３０により接合する。
以上の工程によって、蛍光体と複数の画像表示素子が形成された前面基板および背面基板が作成される。
【００３８】
（側壁部材形成工程）
次いで、背面基板と前面基板の端部に、上記蛍光体層、画像表示素子を取り囲むように、側壁部材を配置し、固着する。側壁部材としては、線膨張係数が８０〜９０（×１０−７／Ｋ）で、かつ融点が５００℃以上である金属材料または無機材料からなるものであり、具体的には、Ｆｅ−Ｎｉ合金、ガラス、セラミックスなどの材料で形成されたものである。この部材は、フリットガラスのような無機接着剤で前面基板あるいは背面基板に固着される。
【００３９】
（接合工程）
次いで、前記工程によって形成された側壁部材の上面にＣｕ層を形成する。Ｃｕ層の形成は、側壁部材表面に化学メッキにより形成する方法、蒸着、スパッタリングなどの物理的手段によって成膜する方法、Ｃｕ箔を溶着して成膜する方法など、公知の成膜方法を採用することができる。
次いで、このＣｕ層表面に、Ｓｎ含有高融点接合層を形成する材料を配置する。この層は、Ｓｎと、他の金属で形成される高融点の金属間化合物もしくは高融点合金からなるものである。
この層を形成するには、次のような方法を採用することができる。
（１）  Ｃｕ層表面にＳｎ層を形成し、加熱してＳｎ含有高融点接合層を形成する方法。
（２）  Ｃｕ層表面に、Ｓｎおよび他の金属の層を形成し、加熱してＳｎ含有高融点接合層を形成する方法。
以下、これらの方法について説明する。
【００４０】
本実施の形態の第１の接合方法は、第１のＣｕ層の表面に、Ｓｎ膜を付与する工程と、前記Ｓｎ膜表面に第２のＣｕ層を密接させ、３００℃以上４５０℃以下で加熱して密着させ、接合する工程を有する接合方法である。接合温度はより好ましくは、３００℃以上４００℃以下である。接合温度がこれより低いと、接合層材料が十分反応もしくは合金化せず、耐熱性の改善が不十分である。一方、接合温度が上記範囲を超える場合、被接合部材に熱的にダメージを与える可能性が大きく、好ましくない。
【００４１】
この接合方法における接合工程において、第１のＣｕ層の表面に形成する接合層材料は、Ｓｎ箔を載置してもよいし、また、Ｓｎをスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング、電子ビーム蒸着法などの物理的薄膜形成技術を用いて付与してもよい。さらに、化学メッキ法を採用することもできる。
この方法においては、第１及び第２のＣｕの量が、Ｓｎの量より多量である必要がある。Ｓｎの量がＣｕ量より少量であると、未反応のＳｎが残存し、耐熱性が低下する可能性があり好ましくない。
【００４２】
上記接合工程において、加熱時間は、５分〜１時間となるように加熱すればより好ましい。加熱時間がこれより短いと十分金属間化合物あるいは合金形成に至らず、耐熱性が十分ではない。一方、上記範囲を超えて加熱しても、加熱時間増加に見合った耐熱性向上の効果が望めず、不経済である。
上記接合工程は、大気中雰囲気で行ってもよいが、酸化されやすい金属を含む接合材を用いた場合には、窒素のような非酸化性雰囲気で加熱を行うことが好ましい。さらには、水素を含有した還元性雰囲気で加熱を行うことがなお好ましい。
【００４３】
前記接合層の厚さは、１μｍ以上、５０μｍ以下の範囲であることが望ましい。複数層にわたって成層する場合、合計の膜厚を、上記範囲とすることが好ましい。接合層が１μｍより薄い場合には、良好な接合性を確保することが困難となり、また、５０μｍ以上の場合には、上記接合時間内において金属間化合物が完全に形成されない恐れがあるため、好ましくない。
【００４４】
本実施の形態の接合方法によれば、２７０℃以上の耐熱性を有する接合層が形成されるため、２７０℃の高温条件下においても接合層の耐熱性を維持することができる。また、接合層材料内部において、第１の被接合部材、または第２の被接合部材の構成元素が、接合層に固溶した相、または、接合層中の接合材構成元素と各被接合部層用材料構成元素とで構成される金属間化合物相等が生成してよい。その結果として、高温条件下においても機械的強度の良好な接合体を得ることができる。
【００４５】
上記本実施の形態の第２の接合方法は、第１のＣｕ層表面に、Ｓｎ（以下第１の金属成分という）およびこれと反応もしくは合金化する金属成分（以下第２の金属成分という）とをそれぞれ単独もしくは併用して膜を付与する工程と、その表面に第２のＣｕ層を密着させ、３００℃以上４５０℃以下で加熱して、接合する工程を有する接合方法である。接合温度はより好ましくは、３００℃以上４００℃以下である。接合温度がこれより低いと、接合層材料が十分反応もしくは合金化せず、耐熱性の改善が不十分である。一方、接合温度が上記範囲を超える場合、被接合部材に熱的にダメージを与える可能性が大きく、好ましくない。
すなわち、本実施の形態の接合方法は、第１のＣｕ層表面に、Ｓｎ膜と、Ｓｎより高い融点を有する金属材料膜とを、それぞれ少なくとも１層ずつ付与する工程と、前記工程で付与した金属材料の膜の表面に第２のＣｕ層を密着させて加圧しながら２５０℃以上４５０℃以下の温度で加熱することを特徴とする接合方法である。
【００４６】
この接合方法における接合工程において、第１のＣｕ層の表面に形成する接合層材料は、第１及び第２の金属成分の箔をそれぞれ載置してもよい。金属箔は、予め前加熱として、Ｃｕ層と反応させておいても構わない。その際、超音波はんだ付法を用いることにより、フラックスを使用せずとも、良好な接合状態を得ることが可能となる。また、これらの金属成分をスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング、電子ビーム蒸着法などの物理的薄膜形成技術を用いて付与してもよい。さらに、化学メッキ法を採用して膜を付与してもよい。
【００４７】
前記薄膜接合材の厚さは、１０μｍ以上、３００μｍ以下の範囲であることが望ましい。複数層にわたって薄膜化する場合、合計の膜厚を、上記範囲とすることが好ましい。接合材の厚さが１０１μｍより薄い場合には、良好な接合性を確保することが困難となり、また、３００μｍ以上の場合には、許容接合時間内において金属間化合物が完全に形成されない恐れがあるため、好ましくない。
【００４８】
上記接合工程において、加熱時間は、５分〜１時間となるように加熱すればよい。上記接合工程は、真空中で行うことを特徴とする。
【００４９】
上記実施の形態においては、２つのＣｕ層の一方の表面に接合層用材料を形成する例を示したが、接合層材料を第１のＣｕ層および第２のＣｕ層の双方の表面に形成してもよい。
この場合、２つの接合層材料は、同一組成の層であってもよいし、それぞれ異なる組成の層であってもよい。最終的にはんだ接合された後の接合層材料が、上記本実施の形態の接合層の組成となるように、各層の組成を調整することによって、本実施の形態のはんだ接合を形成することができる。
また、各基材表面に形成される薄膜の厚さは、それらの合計量が１０μｍ以上、３００μｍ以下の範囲となるよう、それぞれ設定することができる。
【００５０】
上記接合工程は、上記画像表示装置の外囲器内部を真空に保つ必要があることから、真空雰囲気中で行うことが好ましい。
【００５１】
［その他の変形例］
上記実施の形態では、表示素子として、ＦＥＤの例を示したが、ＳＥＤのような、真空空間を内蔵し、高温にさらされる表示デバイスにも本発明を適用することが可能である。
【実施例】
【００５２】
以下本発明について実施例で説明する。図４が本発明で作成する画像表示装置の外囲器の一部断面図である。
厚さ３ｍｍ、縦４０ｃｍ、横７５ｃｍの高歪点ガラスを用いて、前面基板１１を作成した。この基板表面に蛍光体スクリーンを作成し、次いで、その周縁端部に、フリットガラス４１を用いて、第１の壁面部材１３を固着した。壁面部材としては、Ｆｅ−Ｎｉ合金を用いた。次いで、この壁面部材１３の表面に、厚さ１００μｍの第１のＣｕ層２１を載置し、加熱してメタライズした。
一方、厚さ３ｍｍ、縦５０ｃｍ、横８５ｃｍの高歪点ガラスを用いて、背面基板１２を作成した。この背面基板１２の内面側表面に、画像表示素子を定法に従って作成し、次いで、その周縁端部にフリットガラス４２を用いて第２の壁面部材１４を固着した。壁面部材としては、Ｆｅ−Ｎｉ合金を用いた。この壁面部材１４の表面に、厚さ１００μｍの第２のＣｕ箔２２を載置し、加熱してメタライズした。
次いで、真空容器中で、第１の銅箔２１の表面に、厚さ１００μｍのＳｎ箔を載置し、その表面に前記背面基板１２上の第２のＣｕ層２２を密着させ、加圧して、４００℃で、３０分間加熱して、接合を行った。
その結果、図４に示す様に、Ｓｎ含有高融点接合層３３は、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５、及びＣｕ３Ｓｎ相の３層からなる複合層として得られた。この接合層の耐熱温度は、３００℃以上であった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の画像表示装置の外囲器の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の画像表示装置の内部を示すため、前面基板を取り去った斜視図である。
【図３】本発明の画像表示装置の外囲器の断面図である。
【図４】本発明の実施例の接合部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０…真空外囲器
１１…前面基板
１２…背面基板
１３…第１の側壁部材
１４…第２の側壁部材
２１…第１のＣｕ層
２２…第２のＣｕ層
３３…Ｓｎ含有高融点接合層
３４…接合層
４０…接合部
４１…フリットガラス
４２…フリットガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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