(57)【要約】【課題】本発明の目的は、減圧条件下で気密に、充分な強度で封着することが出来る封着方法を提供することである。【解決手段】本発明の封着方法は、複数の部材を封着材料を用いて５００ｔｏｒｒ以下の減圧条件下で封着するにあたり、封着材料として低融点ガラス粉末とチタン酸鉛固溶体粉末とを使用することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部材を封着材料を用いて５００ｔｏｒｒ以下の減圧条件下で封着するにあたり、封着材料として低融点ガラス粉末とチタン酸鉛固溶体粉末とを使用することを特徴とする封着方法。
【請求項２】
該チタン酸鉛固溶体粉末が、質量％表示でＰｂＯ  ６０〜７３％、ＴｉＯ2  ７〜２３％、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯおよびＮｉＯからなる群より選ばれる１種以上  ０．５〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5およびＳｂ2Ｏ5からなる群より選ばれる１種以上  ２〜１８％、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯからなる群より選ばれる１種以上  ０〜７％の組成を含有してなることを特徴とする請求項１に記載の封着方法。
【請求項３】
体積％表示で、低融点ガラス粉末を５０〜８０％、チタン酸鉛固溶体粉末を２０〜５０％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の封着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示管、セラミックパッケージ等の電子部品の封着を真空中あるいは減圧下で行なうのに適した封着方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、蛍光表示管（ＶＦＤ）等の表示管やセラミックパッケージ等の電子部品は、内部が減圧状態で保たれている。
【０００３】
内部を減圧状態で保持するには、大気中あるいは窒素雰囲気等の常圧下で各部材を一旦封着した後に、排気管等を介して内部気体を強制排気して、排気管を封止する方法が採られるのが一般的である。
【０００４】
これらの封着に用いられる封着材料は、通常低融点ガラス粉末とセラミックス等の耐火物フィラー粉末とを均質に混合されたものであり、加熱されると低融点ガラス粉末が軟化流動して被封着物を封着することができる。封着材料は、必要に応じて仮焼きして固形状（タブレット）にしたり、ビークル中に分散させてペーストにしたりして用いられる。（例えば、特許文献１参照。）。なお、耐火物フィラーは、封着強度を高めたり、流動性を調整したりする目的で添加される。
【０００５】
ところで、近年の表示管、セラミックパッケージ等の電子部品の軽薄化や高機能化とともに、製造コスト削減のために省資源化や工程の簡略化がなされている。
【０００６】
そこで、これまで別々に行われてきた封着工程と排気工程とを同時に行なうことが検討されている。封着工程と排気工程を一つの工程にすることによって設備の小型化や製造時間の短縮が可能となるとともに、排気管などの付帯部品が不要となるため構造を簡略化することができる。
【特許文献１】特開２００２−３４８１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、封着工程と排気工程を同時に行なうために減圧条件下で封着を行なうと、封着材料が発泡し、封着しても気密性が得られないとともに、実用的な封着強度が得られないという問題点を有していた。
【０００８】
本発明の目的は、減圧条件下で気密に、充分な強度で封着することが出来る封着方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題に対して鋭意検討を行なった結果、封着時の発泡がガラス粉末と、耐火物フィラー粉末との反応によるものであることを突き止めた。
【００１０】
また、耐火物フィラーとしてチタン酸鉛固溶体を使用すると封着時の加熱の際にガラス粉末と反応しにくいため、減圧環境下であっても発泡しないことを見出し、本発明として提案するものである。
【００１１】
すなわち、本発明の封着方法は、複数の部材を封着材料を用いて５００ｔｏｒｒ以下の減圧条件下で封着するにあたり、封着材料として低融点ガラス粉末とチタン酸鉛固溶体粉末とを使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の封着方法は、封着材料として低融点ガラス粉末とチタン酸鉛固溶体粉末とを使用するため、５００ｔｏｒｒ以下の減圧条件下で封着しても封着材料が発泡せず、気密にしかも充分な強度で封止することが出来る。
【００１３】
したがって、封着工程と排気工程を１つの工程で行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
表示管やセラミックパッケージ等では、内部を減圧環境にする場合、通常５００ｔｏｒｒ以下であり、特に、ＣＲＴ、ＶＦＤ等の表示管では１ｔｏｒｒ以下の高い真空度が要求されるため、封着材料が、１ｔｏｒｒ以下、好ましくは０．１ｔｏｒｒ以下において発泡しなければ問題ない。そのため、封着材料にはチタン酸鉛固溶体粉末を使用することで、減圧環境で封着する際の発泡を抑制している。ちなみに、後述するように本発明者の実験によれば、チタン酸鉛粉末ではこのような効果は得られない。
【００１５】
本発明にチタン酸鉛固溶体粉末を使用するが、特に質量％表示で、ＰｂＯ  ６０〜７３％、ＴｉＯ2  ７〜２３％、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯおよびＮｉＯからなる群より選ばれる１種以上  ０．５〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5およびＳｂ2Ｏ5からなる群より選ばれる１種以上  ２〜１８％、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯからなる群より選ばれる１種以上  ０〜７％の組成を含有してなると、封着時の発泡を抑制する効果が大きいため好ましい。
【００１６】
ＰｂＯは、封着材料に用いられるフィラーの骨格を成す成分であり、６０％よりも少ないと、焼成時の固溶化反応が進みにくい傾向があり、７３％よりも多いと焼成時に溶け過ぎてしまいやすく、また、熱膨張係数が高くなりすぎ封着材料として適合しない傾向がある。
【００１７】
ＴｉＯ2は、ＰｂＯと同様に封着材料に用いられるフィラーの骨格を成す成分であり、７％よりも少ないと、焼成時の固溶化反応が進みにくくなる傾向があり、２３％よりも多いと封着材料に用いたときにガラスと反応しやすく発泡しやすくなる傾向がある。
【００１８】
Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯおよびＮｉＯは、封着材料に用いたときにガラスとの反応を抑える成分であり、その合量が０．５％よりも少ないと、封着材料に用いたときにガラスと反応し、発泡しやすくなる傾向があり、１０％よりも多いと熱膨張係数が高くなりすぎ封着材料として適合しない傾向がある。
【００１９】
Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5およびＳｂ2Ｏ5は、焼成時の固溶化反応が進みやすくすると共に封着材料に用いたときにガラスとの反応を抑える成分であり、その合量が２％よりも少ないと、封着材料に用いたときにガラスと反応しやすく発泡しやすくなる傾向があり、１８％よりも多いと熱膨張係数が高くなりすぎ封着材料として適合しない傾向がある。
【００２０】
ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯは、封着材料に用いたときにガラスとの反応による発泡を抑える成分であり、その合量が７％よりも多いと焼成時の固溶化反応が進みにくい傾向がある。
【００２１】
また、本発明において、低融点ガラスとしては各種のガラスが使用でき、例えばＰｂＯ系ガラス、具体的には質量％表示でＰｂＯ  ６０〜９０％、ＳｉＯ2  ０〜５％、Ａｌ2Ｏ3  ０〜５％、ＺｎＯ  ０〜１５％、ＣｕＯ  ０〜５％、Ｂｉ2Ｏ3  ０〜１２％、Ｆ2  ０〜５％、Ｆｅ2Ｏ3  ０〜５％、Ｖ2Ｏ5  ０〜５％の組成を有するＰｂＯ系ガラスを使用することが可能である。
【００２２】
他にも、Ｐ2Ｏ5−ＳｎＯ系、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−ＳｉＯ2系、ＢｉＯ−ＺｎＯ系、ＢｉＯ−ＳｎＯ系、ＢｉＯ−ＳｎＯ−ＺｎＯ系、Ｎａ2Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ2系、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3―Ａｌ2Ｏ3―ＳｉＯ2系等のガラスが使用可能である。
【００２３】
本発明で使用する封着材料は、体積％表示で、低融点ガラス粉末を５０〜８０％、チタン酸鉛固溶体粉末を２０〜５０％含有すると流動性や封着強度の点から好ましい。
【００２４】
低融点ガラス粉末が５０％よりも少ないと流動性が乏しくなり、充分に封着できない傾向があり、８０％よりも多いと、封着強度が充分に大きくなく、長期間にわたって使用すると封着部がリークするおそれがある。
【００２５】
一方、チタン酸鉛固溶体粉末が２０％よりも少ないと、充分な封着強度が得られにくく、５０％よりも多いと流動性が乏しくなる傾向がある。
【００２６】
耐火性フィラー粉末として、チタン酸鉛固溶体粉末のみを使用しても良いが、チタン酸鉛固溶体粉末の１０体積％までを他の耐火性フィラーに置換しても良い。コージエライト、ムライト、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、β石英固溶体等が使用可能である。
【００２７】
次に、本発明の封着方法について説明する。
【００２８】
まず、チタン酸鉛固溶体粉末を作製する。所望の組成となるように原料を調合した後、ボールミル、ハンマーミル、摩砕機等を用いて原料を均一に分散させるとともに、原料の粒径を細かく（平均粒径１〜４０μｍ程度）し、１１００〜１２５０℃で５〜２０時間焼成して、まず、チタン酸鉛固溶体を作製する。続いて、作製したチタン酸鉛固溶体をボールミル、ハンマーミル、摩砕機等を用いて平均粒径３〜２０μｍに粉砕して作製する。
【００２９】
使用するチタン酸鉛固溶体粉末は、質量％表示で、ＰｂＯ  ６０〜７３％、ＴｉＯ2  ７〜２３％、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯおよびＮｉＯからなる群より選ばれる１種以上  ０．５〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5およびＳｂ2Ｏ5からなる群より選ばれる１種以上  ２〜１８％、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯからなる群より選ばれる１種以上  ０〜７％の組成であることが好ましい。
【００３０】
次に、低融点ガラス粉末を用意する。所望の組成となるように原料を調合した後、溶融炉で溶融し、流し出して低融点ガラスを作製する。続いて、作製した低融点ガラスをボールミル、ハンマーミル、摩砕機等を用いて平均粒径５〜１５μｍに粉砕して作製する。
【００３１】
ＰｂＯ系、Ｐ2Ｏ5−ＳｎＯ系、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−ＳｉＯ2系、ＢｉＯ−ＺｎＯ系、ＢｉＯ−ＳｎＯ系、ＢｉＯ−ＳｎＯ−ＺｎＯ系、Ｎａ2Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ2系、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3―Ａｌ2Ｏ3―ＳｉＯ2系等のガラスが使用可能である。
【００３２】
体積％表示で、上記で作製したチタン酸鉛固溶体粉末を２０〜５０％と低融点ガラス粉末を５０〜８０％、必要に応じてその他の耐火性フィラー粉末としてコージエライト、ムライト、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、β石英固溶体等を添加し、均一に混合して封着材料とする。
【００３３】
得られた封着材料をこのまま使用しても良いが、取り扱いを容易にするためにタブレットにしたり、ペーストにしたりする。
【００３４】
タブレットの場合は、熱分解性の良好なビークルを封着材料に添加して平均粒径１００μｍ程度の顆粒を作製する。続いて、前記顆粒を金型に充填してプレス成形し、約２００〜３５０℃で仮焼成することによって、ビークル成分を揮発・燃焼させ、３３０〜４３０℃で焼結させて所望の形状のタブレットを作製する。
【００３５】
ペーストの場合は、封着材料をビークルに均一に分散されたペーストを作製する。
【００３６】
ビークルとしては、溶媒と樹脂の混合物または粘性の高い溶媒が単独で用いられる。溶媒として、ターピネオール、酢酸イソアミル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、２，４ジエチル−１，５ペンタンジオール（ＤＥＰＤ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等が使用可能であり、樹脂としては、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）、ニトロセルロース（ＮＣＬ）、ポリエチレングリコール誘導体（ＰＥＧＤ）、ポリビニルブチラール、エチルセルロース等が使用可能である。
【００３７】
タブレットの場合は、封着箇所に配設して４２０〜５５０℃で軟化流動させて所定部品を減圧環境下で封着する。
【００３８】
ペーストの場合は、所定部品の封着箇所にペーストを塗布し、２００〜３５０℃でペーストのビークルを揮発・燃焼させた後、４２０〜５５０℃で軟化流動させて所定部品を減圧環境下で封着する。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。
【００４０】
表１、２はチタン酸鉛固溶体粉末の組成と焼成条件を示し、表３はガラス粉末の組成と特性を示す。また、表４はビークルの組成を示し、表５、６は封着材料の評価を示す。
【００４１】
【表１】
2007009037.tif 000002
【００４２】
【表２】
2007009037.tif 000003
【００４３】
【表３】
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【００４４】
【表４】
2007009037.tif 000005
【００４５】
【表５】
2007009037.tif 000006
【００４６】
【表６】
2007009037.tif 000007
【００４７】
表１、２に記載の試料ａ〜ｎ（チタン酸鉛固溶体粉末）は次のように作製した。まず、リサージ、酸化チタン、酸化第二鉄、亜鉛華、マグネシア、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、五酸化アンチモン、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムを表中に示した組成となるように調合し、ボールミルにて乾式混合後、表中に記載の条件で焼成した。次いで、この焼成物をボールミルを用いて粉砕し、３５０メッシュの篩を通過させて平均粒径が約５μｍの試料を作製した。
【００４８】
表３は、本実施例において使用する試料Ａ〜Ｄ（低融点ガラス粉末）を示すものであり、次のように作製した。鉛丹、硼酸、珪石粉、アルミナ、亜鉛華、酸化第二銅、酸化ビスマス、フッ化鉛、炭酸バリウム、酸化第二鉄を表に示した組成になるように調合し、白金坩堝に入れ、電気炉において９００℃で１時間溶融したあと、薄板状に成形した。さらに得られた成形物をボールミルにて粉砕し、２００メッシュの篩を通過させて平均粒径が７μｍの試料を作製した。
【００４９】
転移点、屈伏点、熱膨張係数は、５φ×２０ｍｍの試料を用いて押棒式熱膨張係数測定装置を用いて測定し、転移点は２４０〜３５０℃、屈伏点は２７０〜３９０℃、熱膨張係数は１１０〜１４０×１０-7／℃であった。
【００５０】
表４は、本実施例において使用する試料あ〜え（ビークル）の組成を示すものである。
【００５１】
表５、６に記載の試料１〜１５（ペースト）は以下のように作製した。表中記載の材料を記載の割合で混合し、よく混練してペースト状にして作製した。
【００５２】
次に、得られた試料を窓板ガラスの上にスクリーン印刷したところ、各試料とも作業性が良好であった。その後、１００〜１５０℃において乾燥し、封着温度よりも５０℃低い温度において焼結してビークルを揮発・燃焼させた後、表中記載の雰囲気で封着実験を行なった。
【００５３】
封着後の状態は、封着剤の表面を観察し、気泡の痕が見られないものを「良好」とした。
【００５４】
表５、６から明らかなように、試料１〜１５は、５００ｔｏｒｒ以下の減圧条件でも問題なく（発泡することなく）封着できた。特に試料６は、０．０１ｔｏｒｒと真空度の高い環境においても問題なく封着することができた。
【００５５】
［比較例１］
リサージおよび酸化チタンを、質量％表示でＰｂＯ  ７３．６％、ＴｉＯ2  ２６．４％の組成になるように調合し、乾式混合した後、１１００℃で５時間焼成した。次いでこの焼成物を粉砕し、３５０メッシュの篩を通過させて平均粒子径約５μｍのチタン酸鉛粉末を作製した。
【００５６】
このチタン酸鉛粉末４０体積％と、実施例において使用した低融点ガラス粉末（試料Ａ）６０体積％を混合し、８倍量のビークル（試料あ）に均一に混合分散させて試料を作製した。
【００５７】
このようにして得られた試料は、スクリーン印刷時の作業性が良好で、また封着温度が４４０℃と低かったものの、１００ｔｏｒｒでの封着時に発泡が著しく、気密封着できなかった。そのため、５００ｔｏｒｒ以下において封着しても発泡するものと考えられる。
【００５８】
［比較例２］
珪石粉、アルミナ及び酸化マグネシウムを、質量％表示でＳｉＯ2  ５１．４％、Ａｌ2Ｏ3  ３４．９％、ＭｇＯ  １３．９％の組成になるように調合し、乾式混合した後、１３００℃で１０時間焼成した。次いでこの焼成物を粉砕し、３５０メッシュの篩を通過させて平均粒子径約５μｍのコージェライト粉末を作製した。
【００５９】
このコ-ジェライト粉末４０体積％と、実施例において使用した低融点ガラス粉末（試料Ｃ）６０体積％を混合し、８倍量のビークル（試料あ）に均一に混合分散させて試料を作製した。
【００６０】
このようにして得られた試料は、スクリーン印刷時の作業性が良好で、また封着温度３８０℃と低かったものの、１００ｔｏｒｒでの封着時に発泡が著しく、気密封着できなかった。そのため、５００ｔｏｒｒ以下において封着しても発泡するものと考えられる。