(57)【要約】【課題】本発明は、２枚のガラスパネル間を半田で封止した空間を高度に密閉したガラス封止体及びその封止方法を提供することを目的としている。【解決手段】本発明のガラス封止体は、二枚のガラス間に半田接合部を有するガラス封止体であって、半田接合部には、半田接合部の厚さ方向に貫通しかつ半田接合部を幅方向に分離する封止層が形成され、封止層は半田接合部をレーザ光で溶融した凝固部であり、封止層のボイドの面積占有率は半田接合層の面積占有率に対し０．５倍以下であることを特徴としている。また、本発明のガラス封止体は、二枚のガラス間に半田接合部を有するガラス封止体であって、半田接合部には、半田接合部の厚さ方向に貫通しかつ半田接合部を幅方向に分離する封止層が形成され、封止層は半田接合部をレーザ光で溶融した凝固部であり、封止層のボイドの面積占有率は７％以下であることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二枚のガラス間に半田接合部を有するガラス封止体であって、半田接合部には、半田接合部の厚さ方向に貫通しかつ半田接合部を幅方向に分離する封止層が形成され、封止層は半田接合部をレーザ光で溶融した凝固部であり、封止層のボイドの面積占有率は半田接合層の面積占有率に対し０．５倍以下であることを特徴とするガラス封止体。
【請求項２】
二枚のガラス間に半田接合部を有するガラス封止体であって、半田接合部には、半田接合部の厚さ方向に貫通しかつ半田接合部を幅方向に分離する封止層が形成され、封止層は半田接合部をレーザ光で溶融した凝固部であり、封止層のボイドの面積占有率は７％以下であることを特徴とするガラス封止体。
【請求項３】
二枚のガラス間に半田接合部を有するガラスパネル接合体を所定温度に加熱し、半田接合部の全周に沿ってレーザ光を一方のガラスパネルを介して半田接合部の厚さ方向に照射し、半田接合部の幅方向中央部近傍に厚さ方向に貫通するレーザ光により溶融した凝固部を形成し、この凝固部におけるボイドを減少させることを特徴とするガラス封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対のガラスパネルを気密封止する技術に係わり、ガラスパネルの外周部に密閉用半田を介在させて封止したガラス封止体及びその封止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二つの部材をシール材で接合した構造を有する気密封止体において、封止材として、樹脂、低融点ガラス、ろう材などが用いられている。このうち、ろう材はガスなどの発生がなく、また比較的低温で融解させることが可能であり、固化後の強度が高く良好なシール性を得やすいという特徴を有しており、電子部品などを中心に採用されている。ろう材を用いた封止方法としては、例えば特許文献１、２に示すようなものがある。
【０００３】
特許文献１は、セラミックス基板上に実装されたＬＳｉ等を熱伝導性のよい窒化アルミニウム等の材料からなるキャップで覆い、その内部空間にヘリウムガス等の熱伝導率の高いガスを充填し、ＬＳｉ等からの熱をガスを通じて冷却されたキャップに伝えて除去する構造の気密封止体において、基板とキャップ間の封止材料として半田を使用したものである。特許文献１によれば、ヘリウムガスの気密封止は、０．８気圧程度のヘリウムガス雰囲気中で基板と封止キャップを加熱し、半田を溶融して封止接合部を形成することにより行われ、これは従来技術と同様な方法を用いたもので、半田に微小な欠陥があると徐々にヘリウムガスが漏れて冷却性能が維持できなくなるという問題がある。そこで、封止接合部にレーザ等の高密度エネルギー光を照射する仕上げ処理を行い、接合部の半田を表裏（接合部幅方向）に貫通させることなく局部的に再溶融させ、再溶融部の結晶組織を緻密化するとともに半田内のボイドを除去することで完全に気密封止を行うと説明されている。
【０００４】
また、特許文献２には、有機ＥＬフラットディスプレイパネルの封止方法として、ガラス製の封止基板の表面にレジストをパターニングして溝を形成し、この溝に半田を流し込んで枠状の接合用半田層を形成し、ガラス製の画素基板を重ね合わせ、画素基板を介して半田層にレーザを照射して半田層の表面部分を溶融し、画素基板を半田層に固着する方法が開示されている。レーザは、ＹＡＧレーザ等が採用され、半田層の幅よりやや大きめのスポット径のものを用い、このスポットを半田層に沿ってスキャンすることで、半田層を加熱することが説明されている。この金属半田封止による封止は、非常に気密状態が高く、その後の大気中における使用状態においても水分が内部空間に侵入してくる可能性が低いとされている。  
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２１８０５７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５１４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えばプラズマディスプレイパネルのように、２枚のガラスパネル間の真空度を高度に維持しなければならないガラス封止体では、封止部の密封性能は極めて高くなければならない。封止材としては、真空度を低下させるガスが発生せず、比較的低温で溶融できる半田を用いることが好ましい。特許文献１は、ガラスパネルを封止するものではないが、半田を封止材として用いた場合の密封性の改善のためには、半田組織の緻密化とボイドの除去が重要であるとして、封止接合部にレーザ照射を行うことで解決できるとされている。この時、接合部の半田を表裏貫通させることなく局部的に再溶融させることが重要であるとも説明されているが、レーザを表裏が貫通する方向、即ち封止接合部の側面から照射しているため、レーザは封止接合部の表面だけが溶融されるように制御されなければならず、封止接合部の幅が狭いものに対しては適用することが難しい。
【０００７】
また、特許文献２は、２枚のガラスパネル間を半田を用いて封止するという点で対象とするガラス封止体に類似しており、また、金属半田封止による封止は、非常に気密状態が高いためその後の大気中における使用状態においても水分が内部空間に侵入してくる可能性が低い、とされているが、高真空を維持するような高度な密封性を要求されるものには対応できないと思われる。即ち、特許文献２においては、レーザはガラスを透過して接合用半田層の厚さ方向から照射されるが、接合用半田層の表面のみを溶融するように制御され、半田層の内部まで溶融するものではないため、特許文献１で説明されているような気密封止のための組織は形成されないからである。
【０００８】
本発明は、２枚のガラスパネル間を半田で封止した空間を高度に密閉したガラス封止体及びその封止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】
【０００９】
本発明者は、二枚のガラス間に半田接合部を有するガラス封止体における半田接合部の気密性能の向上に対しては、半田組織の緻密化は半田組成や封止半田層の形成プロセスで改善できるが、ボイドは溶融物に容易に生じかつ組織内に明瞭な空隙として存するため、ボイドを消滅或いは減少させるような技術が重要であると考え本発明に至った。
即ち、本発明のガラス封止体は、二枚のガラス間に半田接合部を有するガラス封止体であって、半田接合部には、半田接合部の厚さ方向に貫通しかつ半田接合部を幅方向に分離する封止層が形成され、封止層は半田接合部をレーザ光で溶融した凝固部であり、封止層のボイドの面積占有率は半田接合層の面積占有率に対し０．５倍以下であることを特徴としている。
また、本発明のガラス封止体は、二枚のガラス間に半田接合部を有するガラス封止体であって、半田接合部には、半田接合部の厚さ方向に貫通しかつ半田接合部を幅方向に分離する封止層が形成され、封止層は半田接合部をレーザ光で溶融した凝固部であり、封止層のボイドの面積占有率は７％以下であることを特徴としている。
また、本発明のガラス封止方法は、二枚のガラス間に半田接合部を有するガラスパネル接合体を所定温度に加熱し、半田接合部の全周に沿ってレーザ光を一方のガラスパネルを介して半田接合部の厚さ方向に照射し、半田接合部の幅方向中央部近傍に厚さ方向に貫通するレーザ光により溶融した凝固部を形成し、この凝固部におけるボイドを減少させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
上記本発明によれば、ガラス封止体における半田接合部において、半田接合部の幅方向の内部でボイドの繋がりを阻止するようにし、ボイドが幅方向に貫通する可能性を低くしたので、封止空間の密閉性を高度に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のガラス封止体１は、図１に示すように、表裏二枚のガラスパネル２、３が、周辺部に形成された半田封止部４により気密に接合された構造であり、半田封止部４の構造に特徴を有している。このガラス封止体１は、二枚のガラスパネル間に封止用の半田を溶融凝固させて半田接合部４ａを形成しガラスパネル接合体を得る一次処理と、本発明のガラス封止方法を用い前記半田接合部４ａ内に封止層４ｂを形成する二次処理を行って形成される。一次処理では公知の半田接合技術をとることができ、例えば、表裏二枚のガラスパネル間に線状半田を配設した後全体を加熱し、線状半田を溶融して半田接合部を形成する方法や、所定温度に加熱された一方のガラスパネルの周辺部に線状半田を配設し、半田鏝で溶融することにより半田接合部を形成し、次いで所定温度に加熱された他方のガラスパネルを前記半田接合部に押付けて二枚のガラスパネルを接合するという方法などをとることができる。
【００１２】
前記一次処理で形成された半田接合部４ａ内にボイドが存しないようにすることは難しい。これは、一次処理の方法によって違いはあるものの、一次処理後の半田接合部４ａのガラスパネルとの接合面を見ると、ほとんどの場合ボイドが観察されるからである。例えボイドが半田接合部４ａに存していても、局部的に孤立している限り封止性には影響はないが、小さなものでも多数のボイドが繋がって半田接合部の幅ｈ方向に貫通するようなものが存すると問題となる。本発明のガラス封止体１における半田封止部４は、半田接合部４ａ内で表裏のガラスパネルに達するとともに、半田接合部４ａを幅ｈ方向に分離するように形成され、かつ半田接合部４ａよりもボイドが少ない封止層４ｂを有しており、ボイドが幅方向に貫通しないようにされている。
【００１３】
本発明のガラス封止方法は、図２に示すように、前記一次処理で形成されたガラスパネル接合体を所定温度に加熱し、半田接合部４ａの全周に対し表側のガラスパネル２を介してレーザ５を照射し、半田接合部４ａを表面から裏面まで貫通して溶融して凝固し、この凝固部においてボイドを減少させるものである。レーザ５を照射すると、その部分の半田は瞬時に加熱されて溶融されるので、通常減圧状態にあるボイド内の気体を、その温度が上昇する前に大気圧により押し潰すのである。
【００１４】
レーザ５は連続出力のものでもパルス出力のものでもよく、ＬＤやＹＡＧなどを使用することができ、半田接合部４ａに沿って連続的に照射する。半田接合部４ａの厚さ方向接合面はガラスパネル２、３であり、レーザ光は透過されるので、半田接合部４ａを厚さｔ
方向に貫通した溶融部を得るように照射することは容易である。照射位置、スポット径は半田接合部の幅ｈや厚さｔに合わせて規定すればよく、幅ｈが狭い場合でも、スポット径を小さく絞ってエネルギー密度を高め、幅ｈ方向の中央部を狙って照射することで、溶融部を確実に厚さｔ方向を貫通するように形成することができる。レーザ５を半田接合部４ａの全周に照射した後では、半田接合部４ａの中にボイドが減少させられた凝固層が全周にわたって厚さｔを貫通して形成され、これが半田接合部４ａ内のボイドが幅方向に貫通して繋がるのを阻止し気密性を固める封止層４ｂとなる。
【００１５】
（実施例）
二枚のソーダガラス間に半田接合部を形成した２種類のガラス封止体サンプルを作成し、ボイドの状況と気密性の関係を調べた。サンプル１（比較例）は前述した一次処理のみを行ったもので、サンプル２（実施例）は一次処理の後に本発明の封止方法による二次処理を行ったものである。比較例、実施例における一次処理は共通仕様で行い、半田接合部の厚さｔは約４ｍｍ、幅ｈは４〜５ｍｍであった。実施例における二次処理は、ガラスパネル接合体を１５０℃に加熱し、出力２６ＷのＬＤレーザを用い、表側のガラスを介してスポット径２．５ｍｍで半田接合部の中央部を狙って照射した。照射時間は２秒とし、表面側と裏面側の両方にレーザ加熱による凝固層が形成されていることを確認した。表１にボイド残留状況とリークテスターで測定したリーク値を示す。実施例におけるボイド残留状況は凝固層のものである。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
ボイド発生状況については、表面側と裏面側の半田面をガラスを通して顕微鏡で観察した。面積占有率は、顕微鏡の視野（約４ｍｍ□）内にあるボイドの総面積を画像処理で検出し、視野面積に占める面積比率として算出した。リーク値は、リーク媒体に大気とＨｅを用いたテスターにおける両方の値を示した。ボイドの面積占有率については、半田接合部及び封止層の内部については測定することができないが、表面と裏面とでほぼ同様な値を示しており、内部においても同様であると思われる。封止層内のボイドを完全になくすことはできなかったが、半田接合部に比して０．２９〜０.４３と約１／３に減少しており、これにより密封性能が格段に向上していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のガラス封止体の概略構造を示す断面図である。
【図２】本発明のガラス封止方法を示す概念図である。
【符号の説明】
【００１９】
１          本発明のガラス封止体  
２          表面のガラスパネル
３          裏面のガラスパネル
４          半田封止部
４ａ        半田接合部
４ｂ        封止層
５          レーザ光
【図１】
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【図２】
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