JP2011111365A - Opaque ceramic sintered body and operation panel using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、裏面に導体を直接印刷される不透光性セラミックス焼結体に関し、詳しくは、電子機器類の外面に操作用のボタンが配置された操作パネルとして用いられ、操作パネルの裏面には厚膜印刷された導体が形成され、この導体の密着強度を損なうことなく、かつ可視光線領域において優れた不透光性を有する不透光性セラミックス焼結体に関する。 The present invention relates to a translucent ceramic sintered body in which a conductor is directly printed on the back surface. More specifically, the present invention is used as an operation panel in which buttons for operation are arranged on the outer surface of electronic equipment, and on the back surface of the operation panel. Relates to a translucent ceramic sintered body in which a conductor printed with a thick film is formed, and does not impair the adhesion strength of the conductor and has excellent translucency in the visible light region.
電子機器類の操作板や計器用表示板といった操作パネルは、背景の色が白色系で、表示されているボタンや目盛りまたは指針が濃色系であることが多い。これらの操作パネルにおいては、電子機器をよりコンパクトに設計するために金属や樹脂からなる操作パネルの裏面に、基板上に導体を印刷した回路基板を貼付けて電子回路を形成することが行なわれている。また、部品点数をより少なくし、かつ製造コストを下げることが行なわれている。 In operation panels such as operation panels and instrument display boards for electronic devices, the background color is often white, and the displayed buttons, scales or pointers are often dark. In these operation panels, in order to design an electronic device more compactly, an electronic circuit is formed by pasting a circuit board on which a conductor is printed on a substrate on the back surface of an operation panel made of metal or resin. Yes. In addition, the number of parts is reduced and the manufacturing cost is reduced.
特許文献1には、Al2O3とNd2O3とからなる着色磁気組成物をモル比において、Al2O390〜99.7%、Nd2O310〜0.3%の範囲内とすることにより、高周波特性を特別に劣化させることなく濃青色に着色して光透過率を低下させることができるので、高周波低損失の遮光性磁気として有効であることが開示されている。
In
また、特許文献2には、SiO2を主成分として、0.05〜1.0重量%の炭素を含有した黒色系焼結石英において、アルミニウム含有量を1000重量ppm以下、炭素,ケイ素,アルミニウム以外の核形成剤の総量を100重量ppm以下とすることにより、赤外線加熱等の熱処理プロセスで光を吸収することができ、熱効率の高い、しかも耐薬品性に優れた黒色系焼結石英を得ることができることが開示されている。 Patent Document 2 discloses that black sintered quartz containing 0.05 to 1.0% by weight of carbon containing SiO 2 as a main component and having an aluminum content of 1000 ppm by weight or less and nucleation other than carbon, silicon, and aluminum. By making the total amount of the agent 100 ppm by weight or less, light can be absorbed by a heat treatment process such as infrared heating, and it is possible to obtain black sintered quartz having high thermal efficiency and excellent chemical resistance. It is disclosed.
そしてこれらの絶縁物であるセラミックスに直接、回路パターンを印刷することも行なわれており、操作パネルの背景となる回路パターンや配線などの構造物の隠蔽性を高めるために黒色系あるいは濃色系のものが一般に用いられている。 Circuit patterns are also printed directly on these ceramics, which are insulators, and black or dark colors are used to improve the concealment of structures such as circuit patterns and wiring that are the background of operation panels. Is generally used.
図5は従来の不透光性セラミックス焼結体を電子機器用の操作パネルとして用いたときの構成の一例を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるA−A’線での断面図である。 FIG. 5 shows an example of a configuration when a conventional light-transmitting ceramic sintered body is used as an operation panel for an electronic device, (a) is a plan view, and (b) is an A- It is sectional drawing in the A 'line.
図5に示す操作用パネル102は、焼結体101と、その裏面に直接印刷された導体103とから構成されている。そして、この操作パネル102には、裏面に形成された導体103を電気的にオンオフさせるためのスイッチの役目を備えたボタン121が取り付けられている。
An
そして、この様な電子機器用の操作パネル102には、例えば特許文献1および2に開示されたような着色された不透光性のセラミックスからなる焼結体101が用いられ、焼結体101に形成された貫通孔101dにボタン121が挿入され、ボタン121を図の左側から右側に押すことにより導体103間が電気的にオフされるようになっている(なお、図5(b)は電気的にオンの状態を示している)。
For such an
この操作パネル102は、パネルカバー(図示せず)に囲まれて電子機器の最も視認しやすい箇所に取り付けられことが多く、通常、操作パネル102の表面には、文字や図形が濃色系の色で表示され(図示せず)、操作パネル102(焼結体1)の貫通孔101dには操作用のボタン121が取り付けられている。そして、この操作パネル102の厚みが薄くても操作パネル102の色は黒色や濃色系であることから操作パネル102の裏面にある導体103やその他の構造物は外側からは透けて確認されないこと、回路パターンを操作パネル102の裏面に直接形成することから部品点数を削減できること、さらに、電子機器のコンパクト化が図れることなど利点が多い。
This
また、LED(発光素子)の分野では、反射率を高めたセラミックス材料の開発が盛んに行なわれており、特にコストの低減も大きな課題であることから、比較的安価な酸化アルミニウムを主成分とする高反射材料が採用されつつあり、例えば、特許文献3,4に開示されている。
Also, in the field of LEDs (light emitting elements), ceramic materials with increased reflectivity have been actively developed. Particularly, since cost reduction is a major issue, relatively inexpensive aluminum oxide is the main component. High reflective materials are being adopted, and are disclosed in
特許文献3には、半導体発光素子用の高反射白色セラミック基板が記載され、酸化アルミニウムとガラス質成分とからなり気孔率が5%とすること、または酸化アルミニウムとガラス質成分とからなり算術平均粗さ(Ra)が0.5μm以下とすること、または酸化アルミニウムとガラス質成分とからなり、酸化アルミウムの含有率が75〜85重量%で、ガラス質成分としてシリカ,カルシウム,マグネシウムおよびバリウムを含有し、酸化アルミニウムの平均結晶粒径が0.5μm以下とすることにより、450〜750nmの波長における光の反射率を90%以上としたことが開示されている。
また、特許文献4には、発光素子搭載部を取り囲む枠体を厚み0.8mm以上とし、アルミナ含有率が90〜99重量%、シリカ,カルシアおよびマグネシウムの酸化物合計含有量が1〜10重量%、好ましくは酸化亜鉛を含有することにより、波長400〜700nmの光の反射率を80%以上にできることが開示されている。 In Patent Document 4, the frame surrounding the light-emitting element mounting portion has a thickness of 0.8 mm or more, the alumina content is 90 to 99% by weight, and the total oxide content of silica, calcia and magnesium is 1 to 10% by weight. It is disclosed that the reflectance of light having a wavelength of 400 to 700 nm can be increased to 80% or more, preferably by containing zinc oxide.
これら特許文献3,4に開示された高反射材料は、酸化アルミニウムを主成分とし、シリカ,カルシアおよびマグネシウム等の酸化物を含有させたものであり、原料および製造コストがともに比較的安価なものなので、これらを用いることによってLEDを用いた装置のコストダウンに貢献できるというものである。なお、不透光性に関する記載はないものの高反射率を有するということは、透光性が低い材料であるといえる。
These highly reflective materials disclosed in
しかしながら、特許文献1,2に開示されたセラミックスは、濃青色または黒色であることから操作パネルとして用いたときに背景の隠蔽性は高いものの、操作パネルの表面に表示されるボタンや目盛りまたは指針は黒色系を用いることが多く操作パネルとこれらの表示体とに色差がなく確認しにくいことから、表示板用操作パネルとして不向きであった。
However, although the ceramics disclosed in
また、特許文献3に記載された高反射材料は、操作パネルに使用すると、炭酸バリウムが添加されていることから可視光範囲内の波長における光透過率は相当低いものとみられ、白色でありさらに背景の隠蔽性に優れるものの、バリウムを添加させていることから材料コストが高く、低コスト化の課題を解決できるものではなかった。
Moreover, when the highly reflective material described in
また、特許文献4に記載された高反射材料は、Al2O3,MgO,CaO,ZrO2およびSiO2を含むセラミック基板において波長350〜750nmでの反射率79.7〜81.6%が得られているものの、ZrO2を含むことから、基板内に透過した光が、アルミナ粒子間に介在する屈折率の異なるZrO2で散乱光を作り出し基板の表面への拡散反射光の増大につながり、さらにこの80%程度の反射率から、例えば、基板の厚みが0.635mmにおける透過率を推測しても10%以下になるものではなく、白色の操作パネルとして用いたときに背景の隠蔽性を満足できるものではなかった。また、比較的材料コストの高いジルコニアを添加させていることから、低コスト化の課題を解決できるものではなかった。 In addition, the highly reflective material described in Patent Document 4 has a reflectance of 79.7 to 81.6% at a wavelength of 350 to 750 nm in a ceramic substrate containing Al 2 O 3, MgO, CaO, ZrO 2 and SiO 2 . However, since it contains ZrO 2 , the light transmitted into the substrate creates scattered light with ZrO 2 having a different refractive index interposed between the alumina particles, leading to an increase in diffuse reflected light on the surface of the substrate. % Of the reflectance, for example, even if the transmittance at the substrate thickness of 0.635 mm is estimated, it does not become 10% or less. There wasn't. Further, since zirconia having a relatively high material cost is added, the problem of cost reduction cannot be solved.
このように、電子機器類の操作板や計器用表示板においては、白色で不透光性であるとともに、機械的強度や導体の密着強度ならびに低コストのいずれをも満足するセラミックス焼結体が求められていた。 As described above, in the operation panels and instrument display boards for electronic devices, there is a ceramic sintered body that is white and opaque and satisfies both mechanical strength, conductor adhesion strength, and low cost. It was sought after.
本発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、厚みが薄い白色のセラミックス焼結体であって、ボタンや目盛りまたは指針との見分けがし易くて、電子機器類の操作パネルとして用いたときに可視光範囲内の波長における光透過率が低く(不透光性に富み)、裏面に直接、スイッチ機能や抵抗体を厚膜印刷しても十分な導体の密着強度を有するとともに、機械的強度も高く、かつ材料および製造コストがともに安価な不透光性のセラミックス焼結体を提供することを目的とするものである。 The present invention has been devised to solve the above problems, and is a white ceramic sintered body having a small thickness, which can be easily distinguished from buttons, scales or pointers, and is used for operating electronic devices. When used as a panel, the light transmittance at wavelengths in the visible light range is low (exceeding translucency), and even with a switch function and thick film printed directly on the back, sufficient conductor adhesion strength The object of the present invention is to provide a translucent ceramic sintered body having high mechanical strength and low material and manufacturing costs.
本発明の不透光性セラミックス焼結体は、含有量が94質量%以上97質量%以下の酸化アルミニウムと、酸化珪素と、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも1種とを含む不透光性セラミックス焼結体であって、焼結体の内部の9.074×105μm2の断面積の部分において、円相当径0.8μm以上の気孔について見たときに、気孔率が2.5%以上4.5%以下であり、気孔数が7000個以上12950個以下であり、気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数が70%以上であって、かつ、前記焼結体の厚みが0.5mm以上0.8mm以下における波長500nmの全透過率が6.8%以上9.2%以下であることを特徴とするものである。 The translucent ceramic sintered body of the present invention is a translucent ceramic containing aluminum oxide having a content of 94% by mass to 97% by mass, silicon oxide, and at least one of calcium oxide and magnesium oxide. A sintered body having a cross-sectional area of 9.074 × 10 5 μm 2 inside the sintered body, the porosity is 2.5% or more and 4.5% or less when the pores having an equivalent circle diameter of 0.8 μm or more are viewed. Yes, the number of pores is 7000 or more and 12950 or less, the cumulative relative frequency of the equivalent circle diameter of 1.6 μm or less in the pore distribution is 70% or more, and the thickness of the sintered body is 0.5 mm or more and 0.8 mm or less The total transmittance at a wavelength of 500 nm is 6.8% or more and 9.2% or less.
また、本発明の不透光性セラミックス焼結体は、上記構成において、前記酸化珪素の含有量が1質量%以上3質量%以下であることを特徴とするものである。 Moreover, the translucent ceramic sintered body of the present invention is characterized in that, in the above structure, the content of the silicon oxide is 1% by mass or more and 3% by mass or less.
また、本発明の不透光性セラミックス焼結体は、上記いずれかの構成において、前記内部における平均気孔径が1.0μm以上1.95μm以下であることを特徴とするものである。 In addition, the translucent ceramic sintered body of the present invention is characterized in that, in any of the above-described configurations, the average pore diameter in the interior is 1.0 μm or more and 1.95 μm or less.
さらに本発明の操作パネルは、上記いずれかの構成不透光性セラミックスを用いたことを特徴とするものである。 Furthermore, the operation panel of the present invention is characterized by using any one of the above-described structurally opaque ceramics.
本発明の不透光性セラミックス焼結体によれば、含有量が94質量%以上97質量%以下の酸化アルミニウムと、酸化珪素と、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも1種とを含む不透光性セラミックス焼結体であって、焼結体の内部の9.074×105μm2の断面積の部分において、円相当径0.8μm以上の気孔について見たときに、気孔率が2.5%以上4.5%以下であり、気孔数が7000個以上12950個以下であり、気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数が70%以上であって、かつ、前記焼結体の厚みが0.5mm以上0.8mm以下における波長500nmの全透過率が6.8%以上9.2%以下であるものとしたことから、材料コストの高いバリウムを使用することなく、さらに焼成温度が1530℃以下での低い温度でも焼結性が高められ焼結体の機械的強度も高く、電子機器等の操作板や表示板の操作パネルとして用いても破損しにくい焼結体とすることができる。 According to the translucent ceramic sintered body of the present invention, the translucency containing aluminum oxide having a content of 94% by mass to 97% by mass, silicon oxide, and at least one of calcium oxide and magnesium oxide. When the pores with an equivalent circle diameter of 0.8 μm or more are seen in the cross-sectional area of 9.074 × 10 5 μm 2 inside the sintered ceramic, the porosity is 2.5% or more and 4.5% The number of pores is 7000 or more and 12950 or less, the cumulative relative frequency of the equivalent circle diameter 1.6 μm or less in the pore distribution is 70% or more, and the thickness of the sintered body is 0.5 mm or more and 0.8 Since the total transmittance at a wavelength of 500 nm at a wavelength of mm or less is 6.8% or more and 9.2% or less, sinterability can be achieved even at a low firing temperature of 1530 ° C or less without using high-cost barium. The mechanical strength of the sintered body The sintered body is also highly resistant and is not easily damaged even when used as an operation panel for an electronic device or an operation panel for a display panel.
また、材料の組成に酸化珪素が含まれることから、酸化珪素が粒界相を形成し、焼結体の表面に導体を形成するための厚膜ペーストを塗布して厚膜焼成したときに、酸化珪素からなる粒界相に導体が入り込むので、アンカー効果によって導体の密着強度を高めることができ、操作パネルの裏面に直接、回路パターンとなる導体を形成することができる。 In addition, since silicon oxide is included in the composition of the material, when silicon oxide forms a grain boundary phase, a thick film paste for forming a conductor on the surface of the sintered body is applied and fired thick, Since the conductor enters the grain boundary phase made of silicon oxide, the adhesion strength of the conductor can be increased by the anchor effect, and the conductor serving as the circuit pattern can be formed directly on the back surface of the operation panel.
さらに、焼結体の内部の9.074×105μm2の断面積の部分において、円相当径0.8μm以上の気孔について見たときに、気孔率が2.5%以上4.5%以下であり、気孔数が7000個以上12950個以下であり、気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数が70%以上であるものとしたことから、気孔率を高くすることなく気孔数を増やしたので、気孔径分布における円相当径1.6μm以下に気孔数のピークを持ってくることにより、粒界相と気孔との界面の面積を広くすることが可能となり、可視光領域の全域にわたって焼結体の表面のアルミナ粒子を透過した光も界面で拡散して反射するようにできるとともに、焼結体の厚みが0.5mm以上0.8mm以下において、裏面への波長500nmの全透過率が6.8%以上9.2%以下としたことから、焼結体の裏面に形成した導体や、または、配線等の背景が透けて見えることがなく、操作パネルとして用いたときには背景の隠蔽性が高めることができる。 Furthermore, in the portion of the cross-sectional area of 9.074 × 10 5 μm 2 inside the sintered body, the porosity is 2.5% or more and 4.5% or less when the pores with an equivalent circle diameter of 0.8 μm or more are seen, and the number of pores is Since the cumulative relative frequency of 7000 to 12950 and the equivalent circular diameter of 1.6 μm or less in the pore distribution was 70% or more, the number of pores was increased without increasing the porosity. By bringing the peak of the number of pores to a circle equivalent diameter of 1.6 μm or less in the distribution, it becomes possible to widen the area of the interface between the grain boundary phase and the pores, and the surface of the sintered body over the entire visible light region. The light transmitted through the alumina particles can be diffused and reflected at the interface, and when the thickness of the sintered body is 0.5 mm or more and 0.8 mm or less, the total transmittance at a wavelength of 500 nm to the back surface is 6.8% or more and 9.2% or less. From the back of the sintered body The background of conductors or wiring is not seen through, and when used as an operation panel, the background can be concealed.
また、本発明の不透光性セラミックス焼結体によれば、酸化珪素の含有量が1質量%以上3質量%以下であるときには、酸化珪素からなる粒界相とともにガラス相からなる粒界相を形成することができ、低い温度であっても十分に焼結することから、機械的強度が確保できるとともに不透光性セラミックス焼結体に対する厚膜の密着強度を強くすることができるという、上記の粒界相による効果をより効果的に得ることができる。 Moreover, according to the opaque ceramic sintered body of the present invention, when the content of silicon oxide is 1% by mass or more and 3% by mass or less, the grain boundary phase composed of a glass phase together with the grain boundary phase composed of silicon oxide. Since it can be sufficiently sintered even at a low temperature, the mechanical strength can be ensured and the adhesion strength of the thick film to the opaque ceramic sintered body can be increased. The effect by the grain boundary phase can be obtained more effectively.
さらに、本発明の不透光性セラミックス焼結体によれば、内部における平均気孔径が1.0μm以上1.95μm以下であるときには、特に紫外線領域に近い波長の光が、上記の焼結体の内部のアルミナ粒子と気孔との界面で拡散して反射することにより裏面への透過率を抑制する効果を良好に得られることから、焼結体の裏面に透過される光の透過率を減少させることができる。 Furthermore, according to the light-transmitting ceramic sintered body of the present invention, when the average pore diameter in the interior is 1.0 μm or more and 1.95 μm or less, light having a wavelength close to the ultraviolet region is particularly inside the sintered body. Since the effect of suppressing the transmittance to the back surface can be obtained by diffusing and reflecting at the interface between the alumina particles and the pores of the ceramic, the transmittance of the light transmitted to the back surface of the sintered body can be reduced. Can do.
従って、このような不透光性セラミックスを操作パネルとして用いれば、機械的強度および導体の密着強度も高く、さらに、背景の隠蔽性に優れるとともに、低コスト化も図れる。 Therefore, if such an opaque ceramic is used as an operation panel, the mechanical strength and the adhesion strength of the conductor are high, the background is well concealed, and the cost can be reduced.
以下、本発明の不透光性セラミックス焼結体の実施の形態の例を説明する。 Hereinafter, the example of embodiment of the translucent ceramic sintered compact of this invention is demonstrated.
図1は本発明の不透光性セラミックス焼結体を電子機器用の操作パネルとして用いたときの構成の一例を示す、(a)は平面図であり、(b)および(c)は(a)におけるA−A’線での断面図である。 FIG. 1 shows an example of a configuration when the translucent ceramic sintered body of the present invention is used as an operation panel for electronic equipment, (a) is a plan view, and (b) and (c) are ( It is sectional drawing in the AA 'line in a).
図1に示す不透光性セラミックス焼結体1(以下、単に焼結体1という)を用いた操作パネル2は、パネルカバー(図示せず)に囲まれて電子機器等の最も視認しやすい箇所に取り付けられことが多く、通常、操作パネル2の表面1aには、ボタンや目盛りまたは指針が濃色系の色で表示され(図示せず)、操作パネル2の貫通孔1dには操作用のボタン21が取り付けられている。ここでは、一例としてボタン21は導電性ゴムからなりスイッチ23と一体化させたものとしている。操作パネル2の裏面1bには厚膜印刷等によって導体3が直接形成され、図示したようなスイッチ機能の場合には貫通孔1dの両側に導体3が形成され、例えば図1(b)においては、スイッチ23によりオン状態となっていて、ボタン21を押すと図1(c)に示すように、導電性ゴムからなるスイッチ23が貫通孔1dの両側の導体3と離間しオフ状態となる。操作パネル2の表面1aは貫通孔1dに取り付けられたボタン21や目盛りまたは指針などの必要な表示以外の部分では、焼結体1の表面が露出している。また、裏面1bには、直接、導体3が形成され、さらにまた電子部品等が実装されている場合もある。
The operation panel 2 using the opaque ceramic sintered body 1 (hereinafter simply referred to as the sintered body 1) shown in FIG. 1 is surrounded by a panel cover (not shown) and is most easily visible such as an electronic device. The buttons, scales, or pointers are usually displayed in a dark color (not shown) on the
なお、ここで説明するボタン21を含むスイッチ23の構造は、本発明の構成をなすものではなく発明を説明するための一例に過ぎない。
Note that the structure of the
本発明の不透光性セラミックス焼結体1の組成は、酸化アルミニウムの含有量が94質量%以上97質量%以下で、酸化珪素と、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも1種とを含有している。さらに、不透光性セラミックス焼結体1の内部1cの9.074×105μm2の断面積の部分において、円相当径0.8μm以上の気孔分布における気孔率が2.5%以上4.5%以下の範囲であり、気孔数が7000個以上12950個以下の範囲であり、気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数が70%以上であって、かつ、前記焼結体1の厚みが0.5mm以上0.8mm以下において、波長500nmの全透過率が6.8%以上9.2%以下であることが必要である。
The composition of the translucent ceramic
図2は、本発明の不透光性セラミックス焼結体の内部の結晶の状態を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the state of crystals inside the translucent ceramic sintered body of the present invention.
図2に示す焼結体1の内部は、基本的には、アルミナ粒子4と、酸化珪素等からなるガラス相(粒界相)5と、気孔6と、アルミナ粒子4のガラス相5との界面7とを有している。
The inside of the
図3は、本発明の不透光性セラミックス焼結体の表面への入射光が透過、散乱する状態を示す概念図である。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which incident light to the surface of the translucent ceramic sintered body of the present invention is transmitted and scattered.
図3に示す焼結体1の表面1aへの入射光11が透過、散乱する状態を示す概念図では、表面1aへの入射光11は一部が表面1aで入射光11の角度に対し逆方向に同じ角度で反射される正反射光13aとなり、また、一部は表面1aであらゆる方向へ反射される拡散反射光13dとなる。残りはアルミナ粒子4または気孔6やガラス相(粒界相)5の中を透過する透過光12となる。透過光12は入射光11の延長線に沿って裏面1bまで透過し表面に放出される直線透過光12bと、アルミナ粒子4や気孔6やガラス相(粒界相)5等で屈折しつつアルミナ粒子4とガラス相5との界面7で拡散反射光13bと拡散透過光12cとになり、その拡散透過光12cの一部が焼結体1の裏面1bから放出される。また、透過光12は気孔6とガラス相5との界面8でも拡散反射光13cと拡散透過光12cとになり、これらの拡散透過光12cと直線透過光12bとの合計が全透過光12aとなって焼結体1の裏面1bから放出される。そして、以上の入射光11に対する焼結体1の厚みtにおける全透過光12aの比率が光の透過率となる。
In the conceptual diagram showing a state in which the incident light 11 to the
本発明の発光素子搭載用セラックス焼結体1は、主成分である酸化アルミニウムの含有量が94質量%以上97質量%以下の範囲内であることから、不可避不純物を除く酸化珪素と、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも1種との合計の含有量が残部の3質量%以上6質量%以下となり、これによって、材料コストの高いバリウムやジルコニウムを使用することなく、さらに通常の焼成温度より約40〜120℃も低い温度である1530℃以下の温度で焼成したとしても焼結性が十分高められることから、セラミックス焼結体の低コスト化が可能となる。
The ceramics sintered
また、電子機器等の操作板や表示板の操作パネルの基体として電子部品用基板に求められる曲げ強度や硬度といった機械的特性も満足できるとともに、酸化珪素が粒界相(ガラス相)5を形成し、焼結体1の裏面1bに導体3を形成するための厚膜ペーストを塗布して厚膜焼成したときに、酸化珪素からなる粒界相5に導体が入り込むので、アンカー効果によって導体3の密着強度を高めることができる。
In addition, it can satisfy the mechanical properties such as bending strength and hardness required for an electronic component substrate as a base for an operation panel of an electronic device or a display panel, and silicon oxide forms a grain boundary phase (glass phase) 5. When the thick film paste for forming the
さらに、焼結体1の内部1cの9.074×105μm2の断面積の部分において、円相当径0.8μm以上の気孔について見たときに、気孔率が2.5%以上4.5%以下であり、気孔数が7000個以上12950個以下であり、気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数が70%以上であって、かつ、焼結体1の厚みtが0.5mm以上0.8mm以下における波長500nmの全透過率が6.8%以上9.2%以下であるものとしたことから、気孔率を高くすることなく気孔数を増やしたので、気孔径分布における円相当径1.6μm以下に気孔数のピークを持ってくることができる。その結果、粒界相5と気孔6との界面8の面積を広くすることができるので、焼結体1の内部1aの粒界相5やアルミナ粒子4を透過した光(透過光12)を粒界相5とアルミナ粒子4または気孔6との界面7,8でも拡散して拡散反射光13b、13cとして反射させることができ、結果として焼結体1の裏面1bに放出される全透過光12a(直線透過光12b,拡散透過光12c)を大幅に減少させる効果がある。つまり、従来技術にあるような光の反射率を高めるため(または、遮光効果を高めるため)の散乱材としてバリウム等の高価なものを用いなくても、比較的安価な酸化アルミニウムと酸化珪素と、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも1種とを含有したものによって、可視光領域の中間的波長500nmの全透過率を、例えば厚みtが0.50mmの白色の焼結体1においても9.2%以下とすることができる。
Furthermore, in the portion of the cross-sectional area of 9.074 × 10 5 μm 2 in the interior 1c of the
ここで、焼結体1の内部1cとは、焼結体1の表面1aから裏面1bの厚みtの間のいずれの箇所も適用され、内部1cの9.074×105μm2の断面積の部分における気孔6の気孔数は、機械的特性と反射率との双方が最良となる9000個以上12950個以下であり、円相当径0.8μm以上の気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数が75%以上とすることがより好ましく、焼結温度を1450〜1530℃程度とし、焼結体がより均一に焼結されるように焼成炉内の温度バラツキを抑えるとともに、成形体の重ね枚数を少なくして昇温または降温の温度プロファイルの厳密な制御を行なうことによって、このような焼結体1を得ることができる。
Here, the inside 1c of the
また、本発明の不透光性セラミックス焼結体1を、電子機器等の操作板や表示板の操作パネル2として用いたときには、焼結体1の厚みtが0.5mm以上0.8mm以下の範囲のものに、裏面1bに導体3を形成し、表面1aに操作に関するボタンや目盛りまたは指針を表示し、さらに、貫通孔1dを形成し貫通孔1dに操作用のボタン21を備えたときに、例えば操作板として用いたとしても、通常の使用において破損のおそれもなく、また、導体3の密着強度も高く、さらに、裏面1bに形成した導体3を含む背景が背面照明下ではない一般的な室内照明下(照度が約300lxの3波長昼光色照明下)において表面1aに透けて見えるおそれもなく良好な隠蔽性を確保できる。
Further, when the opaque ceramic
なお、気孔6の平均気孔径,気孔数,気孔率および気孔分布の測定については、焼結体1の試料の表面1aを、例えば10μmの深さまで鏡面研磨加工し、倍率を100倍にした金属顕微鏡の画像をCCDカメラに取り込み、画像解析装置を用いて解析して数値化する。具体的には、画像解析のソフトウェアには(株)三谷商事製の型名Win ROOFを使用し、9.074×105μm2の断面積に対して、円相当径0.8μmを閾値として各測定値を算出すればよい。
For the measurement of the average pore diameter, the number of pores, the porosity and the pore distribution of the pores 6, the
また、光の透過率の測定は、分光光度計(例えば(株)島津製作所製の分光光度計 型名UV−315と付属の積分球ユニット 型名ISR−3100)を用い、光源に50Wハロゲンランプと重水素ランプとを使用し、波長範囲を200〜1000nmとし、測定範囲は拡散反射率(スリット20nm時7×9mm)として、マスクの使用はなしで、基準に硫酸バリウム粉体を用いて測定した。 The light transmittance is measured using a spectrophotometer (for example, a spectrophotometer model name UV-315 manufactured by Shimadzu Corporation and an integrating sphere unit model name ISR-3100), and a 50 W halogen lamp as a light source. And a deuterium lamp, the wavelength range was 200 to 1000 nm, the measurement range was diffuse reflectance (7 × 9 mm at 20 nm slit), and no mask was used, and measurement was performed using barium sulfate powder as a reference. .
また、本発明の不透光性セラミックス焼結体1は、酸化珪素の含有量が1質量%以上3質量%以下であることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the translucent
酸化珪素の含有量が1質量%以上3質量%以下であれば、図2に示すように、アルミナ粒子4を囲むようにガラス相5を十分に形成することができる。また、焼成温度が1530℃を下回るような低い温度であっても十分に焼結することから、機械的強度が確保できる。 If the content of silicon oxide is 1% by mass or more and 3% by mass or less, the glass phase 5 can be sufficiently formed so as to surround the alumina particles 4 as shown in FIG. Further, since the sintering is sufficiently performed even at a low temperature such that the firing temperature is lower than 1530 ° C., the mechanical strength can be ensured.
焼結体1を電子機器の操作板や表示板の操作パネル2として用いるときは、裏面1bには、回路パターンとなる導体3が形成されるが、導体3を厚膜ペーストを塗布して厚膜焼成して形成する場合には、金属を含むペーストが焼結体1の表面から表層に侵入して焼き付くことにより、印刷した導体3が強固に密着する。このときに、酸化珪素の含有量が1質量%未満であると、アルミナ粒子4の周りに十分なガラス相(粒界相)5が形成されないことから、導体3の食い込みが少なくなるので、導体の密着強度が低下することとなる。
When the
また、酸化珪素の含有量が3質量%を超えると、機械的強度(曲げ強度)が低下したり、硬度が低下したりすることとなる。さらに、ムライトなどの異常結晶が晶出するおそれがあり、これらの晶出物は電気的特性を低下させる原因になることがあるので、電子部品用基板としては問題となることもある。 Moreover, when content of silicon oxide exceeds 3 mass%, mechanical strength (bending strength) will fall or hardness will fall. Furthermore, abnormal crystals such as mullite may be crystallized, and these crystallized substances may cause a decrease in electrical characteristics, which may cause a problem as an electronic component substrate.
さらに、本発明の不透光性セラミックス焼結体1は、内部1cにおける平均気孔径が1.0μm以上1.95μm以下であることが好ましい。
Furthermore, the translucent ceramic
図3に示すように、焼結体1の表面1aに入射光11が入射すると、一部が表面1aで入射光11の角度に対し逆方向に同じ角度で反射される正反射光13aと、また、表面1aのあらゆる方向へ反射される拡散反射光13dとなって外部に反射され、また、残りの光はアルミナ粒子4または気孔6やガラス相(粒界相)5の中を透過する透過光12となる。透過光12は入射光11の延長線に沿って厚みtからなる焼結体1の裏面1bまで透過し表面に放出される直線透過光12bと、アルミナ粒子4や気孔6やガラス相(粒界相)5等で屈折しつつアルミナ粒子4とガラス相5との界面7で拡散反射光13bと拡散透過光12cとになり、その拡散透過光12cの一部が焼結体1の裏面1bから放出される。また、透過光12は気孔6とガラス相5との界面8でも拡散反射光13cと拡散透過光12cとになり、これらの拡散透過光12cと直線透過光12bとの合計が全透過光12aとなって焼結体1の裏面1bから放出される。そして、以上の厚みtからなる焼結体1への入射光11に対する全透過光12aの比率が光の透過率となる。
As shown in FIG. 3, when incident light 11 is incident on the
ここで、本発明の不透光性セラミックス焼結体1によれば、気孔6とガラス相5との界面8でもアルミナ粒子4とガラス相5との界面7と同様な拡散反射光13cが発生することにより、焼結体1の裏面1bへの拡散透過光12cを含む全透過光12aは著しく減少することから不透光性が向上するものと考えられる。
Here, according to the translucent ceramic
また、本発明の不透光性セラミックス焼結体1は、内部における平均気孔径が1.0μm以上1.95μm以下であることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the translucent ceramic
ここでさらに、気孔6の平均気孔径が1.0μm以上1.95μm以下の範囲内であれば、焼結体1の内部での拡散反射光13bおよび拡散反射光13cが好適に発生することから、直線透過光12bならびに拡散透過光12cは減少し、これらが合計された裏面1bへの全透過光12aは著しく減少するものと考えられる。
Further, if the average pore diameter of the pores 6 is in the range of 1.0 μm or more and 1.95 μm or less, the diffuse reflected light 13b and the diffuse reflected light 13c inside the
次に、本発明の不透光性セラミックス焼結体の製造方法の一例を説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the translucent ceramic sintered compact of this invention is demonstrated.
まず、焼結体1を製作するための、平均粒径が1.4〜1.8μm程度の酸化アルミニウム(Al2O3)の粉末と、酸化珪素(SiO2)と、酸化カルシウム(CaO)および酸化マグネシウム(MgO)の少なくとも1種の粉末とを準備し、各粉末の合計含有量が100質量%となるように秤量した混合粉末を水等の溶媒とともに回転ミルに投入して、高純度のアルミナボールを用いて混合する。次に、これにポリビニルアルコール,ポリエチレングリコールやアクリル樹脂またはブチラール樹脂等の成形用バインダーを、混合粉末100質量%に対して4〜8質量%程度添加し、混合してスラリーを得る。次に、このスラリーを用いてドクターブレード法,ロールコンパクション成形法あるいは押出成形法によりセラミックスのシートを形成し、次に、製品形状とするための金型や若しくはレーザ加工により生の成形体を製作する。ここでは、最終的に発光素子が搭載される焼結体1の単品でも良いが、量産性を考慮すれば多数個取りの成形体とするのがより好ましい。最後に、得られた成形体を、酸化雰囲気の焼成炉(例えば、プッシャー式トンネルキルンや、ローラー式トンネルキルンまたはバッチ炉)を用いて、最高温度が約1450〜1530℃となるように設定し焼成することにより本発明の焼結体1を製作することができる。
First, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder having an average particle diameter of about 1.4 to 1.8 μm, silicon oxide (SiO 2 ), calcium oxide (CaO), and magnesium oxide for manufacturing the
次に、本発明の操作パネルの製造方法の一例を説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the operation panel of this invention is demonstrated.
図1に示すように本発明の操作パネルは、最初に焼結体1の貫通孔1dと裏面1bとに厚膜ペースト(図示せず)を塗布し、次に、850℃程度の温度で焼成することにより導体3が形成される。次に表面に数字や文字或いは図形などのボタン21が形成された導電性ゴムなどからなるスイッチ22を準備し、焼結体1の2つの貫通孔1dの上に僅かに離間させて所望の方法により取り付ける。この取付方法は図示していないが、例えば、ボタン21の両端を操作パネル2の表面1aに絶縁性接着剤で接着し固定しても良い。
As shown in FIG. 1, in the operation panel of the present invention, a thick film paste (not shown) is first applied to the through
そして、図1(b)においては、ボタン21が押されていないときにスイッチ23が導体3と短絡し電気的にオンの状態であるが、図1(c)では、ボタン21を押すと裏面1b側の導体3とスイッチ23との間がはなれて電気的にオフ状態となる構造である。
In FIG. 1B, when the
本発明の焼結体1を、このような用途に用いると、白色の比較的に薄い厚み(厚みが0.5mm以上0.8mm以下)のセラミックス基板であっても、機械的強度(曲げ強度)が高く、操作パネル2としてボタン21などを押したりしても破損するおそれも少なく、さらに、裏面1bに形成された導体3が表面側から透けて見えることもなく、回路パターンを操作パネル102の裏面に直接形成することから使用する部品点数も少なくでき、背景の隠蔽性に優れ、かつ、導体3の密着強度も高く、さらに、低コスト化も図れる。
When the
以下、本発明の不透光性セラミックス焼結体の実施例を説明する。 Examples of the opaque ceramic sintered body of the present invention will be described below.
まず、本発明の不透光性セラミックス焼結体の製造方法の一例を説明する。 First, an example of the manufacturing method of the translucent ceramic sintered compact of this invention is demonstrated.
酸化アルミニウム(Al2O3)として平均粒径が1.6μm程度の粉末と、酸化珪素(SiO2)と、酸化カルシウム(CaO)および酸化マグネシウム(MgO)の少なくとも1種の粉末とを準備する。そして、各粉末の合計含有量が100質量%となるように秤量した混合粉末を水等の溶媒とともに回転ミルに投入して、高純度のアルミナボールで混合する。 As aluminum oxide (Al 2 O 3 ), a powder having an average particle diameter of about 1.6 μm, silicon oxide (SiO 2 ), and at least one powder of calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO) are prepared. Then, the mixed powder weighed so that the total content of each powder is 100% by mass is put into a rotary mill together with a solvent such as water and mixed with high-purity alumina balls.
次に、これにアクリル樹脂等の成形用バインダーを添加し、混合してスラリーを得る。ここで、成形用バインダーの添加量は混合粉末100質量%に対して4〜8質量%程度とする。この範囲内であれば、成形体の強度や可撓性に問題がなく、また、焼成時に成形用バインダーの脱脂が不十分となることによる不具合も発生しない。 Next, a molding binder such as an acrylic resin is added thereto and mixed to obtain a slurry. Here, the addition amount of the molding binder is about 4 to 8% by mass with respect to 100% by mass of the mixed powder. Within this range, there is no problem in the strength and flexibility of the molded article, and there is no problem due to insufficient degreasing of the molding binder during firing.
次に、この混合粉末と成形用バインダーとを混合したスラリーを公知のドクターブレード法でシート状に成形し、このシートを金型で製品形状の寸法に加工する。なお、シートの成形法は公知のロールコンパクション成形法や押出成形法であっても良く、また、得られたシートの製品形状への加工は、レーザ加工等による方法であっても何ら構わない。 Next, a slurry obtained by mixing the mixed powder and the molding binder is formed into a sheet shape by a known doctor blade method, and the sheet is processed into a product shape dimension by a mold. The sheet molding method may be a known roll compaction molding method or extrusion molding method, and the processing of the obtained sheet into a product shape may be a laser processing method or the like.
次に、この製品形状の成形体を焼結させるために、プッシャー式トンネルキルンにて表1に示す温度条件にて焼成を行ない、表1に示す様な、試料No.1〜23の不透光性セラミックス焼結体の試料を得た(焼結体の厚みは、それぞれの試料において0.45mm,0.50mm,0.60mm,0.80mmおよび0.85mmを各30個製作した。)
この得られた不透光性セラミックス焼結体の試料について、気孔率,気孔数,気孔分布の累積相対度数,曲げ強度,導体の密着強度および透過率の測定を以下の方法で行なった。
Next, in order to sinter the molded product having this product shape, firing was performed in a pusher-type tunnel kiln under the temperature conditions shown in Table 1, and sample Nos. As shown in Table 1 were obtained. Samples of 1 to 23 opaque translucent ceramics were obtained (the thicknesses of the sintered bodies were 30 each of 0.45 mm, 0.50 mm, 0.60 mm, 0.80 mm, and 0.85 mm). )
With respect to the obtained sample of the translucent ceramic sintered body, the porosity, the number of pores, the cumulative relative frequency of the pore distribution, the bending strength, the adhesion strength of the conductor and the transmittance were measured by the following methods.
不透光性セラミックス焼結体1の気孔率,気孔数および気孔分布における円相当径1.6μm以下の累積相対度数(以下、累積相対度数という)の測定は、各試料の表面を表面から10μmの深さまで鏡面研磨加工し、倍率が100倍の金属顕微鏡の画像をCCDカメラによって取り込み、画像解析装置を用いて数値化した。具体的には、金属顕微鏡には(株)キーエンス製のマイクロスコープ 型名VHX−500を用い、CCDカメラには(株)ニコン製のデジタルSIGHT 型名DS−2Mvを用いて、画像解析のソフトウェアには(株)三谷商事製の型名Win ROOFを使用して、9.074×105μm2の断面積に対して、円相当径0.8μmを閾値として各測定値を算出した。なお、測定数は各試料数1個で、1回毎の測定面積が2.2685×105μm2であり、計4箇所を測定して、測定総面積が9.074×105μm2の断面積に対する各データを求めた。
The measurement of cumulative relative frequency (hereinafter referred to as cumulative relative frequency) of the equivalent circle diameter of 1.6 μm or less in the porosity, the number of pores and the pore distribution of the opaque ceramic
また、各試料と同一組成、同一焼成条件で、JIS R 1601:2008に準拠して、予め長さが30mm,幅が10mmおよび厚みが0.8mmの焼結体を製作し、焼結体のスパンが20mmの中央部に、0.5mm/分の荷重を印加し、焼結体が破壊するまでの最大荷重を測定して、三点曲げ強度を算出した(図示せず)。なお、測定数は試料数10個について測定し、その平均値を求めた。 In addition, a sintered body having a length of 30 mm, a width of 10 mm and a thickness of 0.8 mm was manufactured in advance in accordance with JIS R 1601: 2008 under the same composition and the same firing conditions as each sample, and the span of the sintered body was Is applied to a central portion of 20 mm, a load of 0.5 mm / min is applied, the maximum load until the sintered body breaks is measured, and a three-point bending strength is calculated (not shown). The number of measurements was measured for 10 samples, and the average value was obtained.
次に、図4は、本発明の不透光性セラミックス焼結体の表面へ被着させた導体に対する密着強度の測定方法を示す断面図である。 Next, FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for measuring the adhesion strength to a conductor deposited on the surface of the translucent ceramic sintered body of the present invention.
図4に示す密着強度の測定方法は、被測定物である焼結体1の表面1aに、厚膜ペースト(図示せず)を印刷して焼成後の寸法が2mm角で厚みが10μmの銀パラジウム(田中貴金属工業(株)社製 型番TR4846)からなる導体3,33を形成し、約850℃で焼成した。次に、導体3,33の表面に、Sn−Pb(6:4半田)系で全体に対してAgを2質量%とした半田34を用い、フラックスは、ロジン系合成樹脂にケトンとアルコール系溶剤とを混合したもので、商品名がXA−100(タムラ化研(株)社製)を用い、225±5℃の温度でφ0.6mmのメッキ導線(銅線にSnメッキ)35を半田付けして、測定用試料を準備した。次に、このメッキ導線35を7.62mm/分の速度で引っ張り、導体3,33が焼結体1から剥離するときの強度を測定して、焼結体に対する導体の密着強度とした。この試験装置は、ダイ・シェアリング・テスタ(ANZA TECH社製 型番 520D)を使用した。また、測定数は試料数10個について測定し、その平均値を求めた。なお、メッキ銅線35が導体3,33から剥離した場合はデータから除外し、導体33が焼結体1から剥離したときのみのデータを導体3,33の密着強度とした。なお、このときの密着強度は厚みtが0.8mmの試料を測定した。
In the method for measuring the adhesion strength shown in FIG. 4, a thick film paste (not shown) is printed on the
次に、透過率の測定は、測定器(図示せず)は(株)島津製作所製の分光光度計 型名:UV−315と積分球ユニット 型名ISR−3100とを用い、光源に50Wハロゲンランプと重水素ランプとを使用し、波長範囲を200〜1000nmとし、測定範囲は拡散反射率(スリット20nm時7×9mm)としてフィルターやマスクの使用はなしで、反射率の基準として硫酸バリウム粉体を用いて測定した。なお、測定試料数は焼結体1の厚みが0.45mm,0.50mm,0.60mm,0.80mmおよび0.85mmのものを各1個について任意場所を1箇所測定した。
Next, the transmittance is measured using a spectrophotometer manufactured by Shimadzu Corp. Model name: UV-315 and integrating sphere unit model name ISR-3100, with a 50 W halogen light source. Using a lamp and a deuterium lamp, the wavelength range is 200 to 1000 nm, the measurement range is diffuse reflectance (7 x 9 mm at 20 nm slit), no filter or mask is used, and barium sulfate powder is used as the standard for reflectance It measured using. In addition, the number of measurement samples was measured at one arbitrary place for each of the
次に、操作パネルの背景の隠蔽性の評価を行なった(以下、図示せず)。操作パネル2、102の厚みはの0.45mm,0.50mm,0.60mm,0.80mmおよび、0.85mmで同一で、外径寸法が50mm角の焼結体1、101を準備し、裏面に導体の密着強度を測定したときと同様の回路パターンを形成したものを製作した。そして側面、上下面および背面を遮光面とした箱の前面に各試料を取付けた。操作パネルを取り付けた前面も、その周囲は遮光面とした。そして、上方から市販の蛍光灯((株)東芝製 ネオボールZ 3波長型昼光色)を照明として用い、試料である操作パネル2,102となる焼結体1,101の付近の照度が300lxとなるように照明を調節した。そして、試料を取り付けた位置から水平方向に約3mの距離をおいたところから目視(両眼視力が約1.0)にて焼結体1,101の裏面に形成された導体が透けて視認できるかどうかを確認した。なお、試料数は各1個とした。
Next, the background concealment of the operation panel was evaluated (hereinafter not shown). The
なお、試料No.2−1〜19−2は本発明の不透光性セラミックス焼結体の実施例であり、試料No.1−1,1−2および20−1〜23は本発明の範囲外である。 Sample No. 2-1 to 19-2 are examples of the opaque ceramic sintered body of the present invention. 1-1, 1-2 and 20-1-23 are outside the scope of the present invention.
また、各試料の総合評価は、曲げ強度が320MPa以上であって、かつ、導体3(33)の密着強度が19MPa以上であって、さらに、波長500nmにおける全透過率が9.2%以下であって、かつ、背景(導体)の輪郭が確認できなかったものを合格○とし、確認できたものは不合格×と評価した。この評価は微妙な判断に頼ることから、評価者は一人に限定し、かつ、試料番号はランダムな順番で1試料について3回判断し、○×の評価の多かった方をデータとし、これを、操作パネル1,102の背景の隠蔽性の評価とした。 The overall evaluation of each sample is that the bending strength is 320 MPa or more, the adhesion strength of the conductor 3 (33) is 19 MPa or more, and the total transmittance at a wavelength of 500 nm is 9.2% or less. And the thing which was not able to confirm the outline of a background (conductor) was set as the pass (circle), and the thing which was able to confirm was evaluated as unsatisfactory x. Since this evaluation relies on delicate judgments, the number of evaluators is limited to one person, and the sample number is determined three times for each sample in a random order. The background hiding property of the operation panel 1,102 was evaluated.
そして、いずれの評価も合格であって、さらに、低コスト化を含む全てを満足するものを総合評価が合格で○とし、いずれか1つ以上の項目を満足しないものを不合格で×とした。 And all the evaluations are acceptable, and further, those that satisfy all of the requirements including cost reduction are evaluated as “good” as “good”, and those that do not satisfy any one or more items as “bad” as “bad”. .
但し、焼結体1,101の厚みtが0.45mmの試料は本発明、本発明の範囲外の試料の多くが、波長500nmにおける全透過率が9.2%を超えるもの結果であったことから、操作パネルの背景の隠蔽性の評価が不合格であり総合評価への記載から除外した。 However, since the sample with a thickness t of 0.45 mm of the sintered body 1,101 was the result of the present invention, many samples outside the scope of the present invention had a total transmittance exceeding 9.2% at a wavelength of 500 nm. The evaluation of the hiding property of the background of the operation panel was rejected and excluded from the description in the comprehensive evaluation.
また、焼結体1,101の厚みtが0.80mmの試料は、本発明の実施例、本発明の範囲外の試料の全ての全透過率は9.2%以下であり、一部には6.2%程度のものもあり、操作パネルの背景の隠蔽性に優れるものの、生シートの成形においては、ドクターブレード法や押出成形法であれば乾燥時間を長くする必要があり、また、ロールコンパクション成形法であれば成形速度を遅くする必要があった。さらに、焼成においても焼成時間を長くするなど、厚みが0.8mmを超えると全透過率の低下の改善率に比べ製造コストが急激に高くなったことから、厚み0.85mmは総合評価を不合格とし、表2の総合評価への記載からは除外した。 Further, in the sample with the sintered body 1,101 having a thickness t of 0.80 mm, the total transmittance of all the samples outside the range of the examples of the present invention and the present invention is 9.2% or less, and partly 6.2% Although it is excellent, it has excellent concealment of the background of the operation panel, but in the raw sheet molding, it is necessary to lengthen the drying time if it is a doctor blade method or extrusion molding method, and roll compaction molding method If so, it was necessary to slow down the molding speed. In addition, when the thickness exceeds 0.8 mm, such as by increasing the firing time in firing, the manufacturing cost suddenly increased compared to the improvement rate of the decrease in total transmittance. This was excluded from the description in the comprehensive evaluation in Table 2.
得られた結果を表1および表2に示す。 The obtained results are shown in Tables 1 and 2.
表1,2に示す結果から分かるように、まず、本発明の範囲外の試料No.1−1および1−2は、酸化アルミニウムの含有量が93.5質量%と低く、第2成分である酸化珪素と、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも1種との合計の含有量が多いため、焼成温度が1530℃または1450℃のいずれも曲げ強度が320MPa未満であり総合評価は不合格であった。このことから、酸化アルミニウムの含有量が少なく、第2成分の合計の含有量が多過ぎることから、曲げ強度が他の試料に比べて低い値となったことが分かる。 As can be seen from the results shown in Tables 1 and 2, first, sample No. Since 1-1 and 1-2 have a low aluminum oxide content of 93.5% by mass and a large total content of silicon oxide as the second component and at least one of calcium oxide and magnesium oxide, The bending strength was less than 320 MPa at either 1530 ° C. or 1450 ° C., and the overall evaluation was unacceptable. From this, it can be seen that since the content of aluminum oxide is small and the total content of the second component is too large, the bending strength is lower than that of other samples.
本発明の範囲外の試料No.20−1および20−2は、酸化アルミニウムの含有量が97.5質量%と高く、第2成分である酸化珪素と、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの少なくとも1種との合計の含有量が少ないため、焼成温度が1530℃または1450℃のいずれも導体の密着強度が19MPa未満であり総合評価は不合格であった。これは酸化珪素の含有量が少なかったためであるが、他の第2成分の含有量が少ない場合には曲げ強度が低下することが考えられる。ちなみに、気孔数は12500,13500個と多く、いずれの厚みにおいても透過率は9.2%未満で操作パネルの隠蔽性は良好であった。これは、気孔数が増加することによって、気孔とガラス相との界面での拡散反射光の発生が増加し、直線透過光と拡散透過光とが減少した結果、全透過率も低い値となったことが考えられる。 Sample No. outside the scope of the present invention. 20-1 and 20-2 have a high aluminum oxide content of 97.5% by mass, and the total content of the second component silicon oxide and at least one of calcium oxide and magnesium oxide is low. At either 1530 ° C. or 1450 ° C., the adhesion strength of the conductor was less than 19 MPa, and the overall evaluation failed. This is because the content of silicon oxide is small, but it is considered that the bending strength decreases when the content of the other second component is small. Incidentally, the number of pores was as large as 12,500 and 13500, and the transmittance was less than 9.2% at any thickness, and the concealability of the operation panel was good. This is because the increase in the number of pores increases the generation of diffuse reflected light at the interface between the pores and the glass phase, resulting in a decrease in linear and diffuse transmitted light, resulting in a low total transmittance. It is possible that
次に本発明の範囲外の試料No.21−1および21−2は、酸化アルミニウムの含有量は96.0質量%で、その他の第2成分は酸化珪素のみであって酸化カルシウムと酸化マグネシウムとを含有していないものであるが、焼成温度が1530℃または1450℃のいずれにおいても気孔数が5480,5690個、気孔率も2.2,2.3%と低く、さらに、累積相対度数も67.5,68.0%と低かった。これは、粒成長を抑制する酸化カルシウムまたは酸化マグネシウムのいずれも添加されていなかったために、粒成長が進むとともに気孔が集まり、結果として累積相対度数が70%未満となって異常な気孔径の発生があることから、曲げ強度がやや低い結果となりその結果、曲げ強度が320MPa未満であり総合評価は不合格であった。 Next, sample No. In 21-1 and 21-2, the content of aluminum oxide is 96.0% by mass, and the other second component is only silicon oxide and does not contain calcium oxide and magnesium oxide. However, at 1530 ° C or 1450 ° C, the number of pores was 5480,5690, the porosity was as low as 2.2, 2.3%, and the cumulative relative frequency was as low as 67.5, 68.0%. This is because neither calcium oxide nor magnesium oxide, which suppresses grain growth, was added, and as the grain growth progressed, pores gathered, resulting in the generation of abnormal pore diameters with a cumulative relative frequency of less than 70%. As a result, the bending strength was slightly low, and as a result, the bending strength was less than 320 MPa, and the overall evaluation was unacceptable.
次に、本発明の範囲外の試料No.22は、酸化アルミニウムならびに第2成分の含有量は平均的な値で、焼成温度のみが1550℃と高くしたものであるが、気孔数が4570個、気孔率も2.2%と低く、さらに、累積相対度数も67.0%と低かった。これは、焼成温度が高かったために気泡が抜ける現象が進み、気孔率と気孔数とが減少して、気孔とガラス相との界面での拡散反射光の発生が少なく直線透過光ならびに拡散透過光が低くなり、特に厚みが0.50,0.60mmでの波長500nmにおける全透過率は9.2%を超え、操作パネルの背景の隠蔽性も悪く総合評価は不合格であった。このことから、酸化アルミニウムの含有率がもっとも一般的な96質量%で第2成分として酸化珪素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムを含む標準的な電子部品用セラミックス基板は焼成温度が1580〜1600℃であることから、本発明の範囲外の試料No.22よりも、さらに、全透過率は高いものであることが推測できる。 Next, a sample No. out of the scope of the present invention. 22 is the average content of aluminum oxide and second component, only the firing temperature is as high as 1550 ° C, but the number of pores is 4570, the porosity is as low as 2.2%, and it is cumulative The relative frequency was as low as 67.0%. This is because the phenomenon that bubbles are released due to the high firing temperature, the porosity and the number of pores are reduced, and the generation of diffuse reflected light at the interface between the pores and the glass phase is reduced, so that linear transmitted light and diffuse transmitted light are reduced. In particular, the total transmittance at a wavelength of 500 nm with thicknesses of 0.50 and 0.60 mm exceeded 9.2%, the background of the operation panel was poorly concealed, and the overall evaluation was unacceptable. Therefore, the standard ceramic substrate for electronic parts containing 96% by mass of the most common aluminum oxide and containing silicon oxide, calcium oxide and magnesium oxide as the second component has a firing temperature of 1580 to 1600 ° C. Therefore, sample no. It can be estimated that the total transmittance is higher than 22.
次に、本発明の範囲外の試料No.23は、酸化アルミニウムならびに第2成分の含有量は平均的な値で、焼成温度のみが1400℃と低くしたものであるが、気孔数が13500個と高く、気孔率も4.5%と高く、さらに、気孔径1.6μm以下の累積相対度数も78.1%と高かった。そして、波長500nmこれは、焼成温度が高かったために気泡が抜ける現象が進み、気孔率と気孔数が減少して、気孔とガラス相との界面での拡散反射光の発生が少なく直線透過光ならびに拡散透過光が低くなり、特に厚みが0.50,0.60mmでの500nmにおける全透過率は全ての厚みにおいて9.2%以下であり、操作パネルの背景の隠蔽性も良好であったが、曲げ強度が320MPa未満であり総合評価は不合格であった。従って、焼成温度が低すぎると不透光性は向上するものの、酸化アルミニウムの焼結性が不足することから機械的強度が低下するものと考えられる。 Next, a sample No. out of the scope of the present invention. No. 23 is the average content of aluminum oxide and the second component, and only the firing temperature is as low as 1400 ° C, but the number of pores is as high as 13500 and the porosity is as high as 4.5%. The cumulative relative frequency with a pore diameter of 1.6 μm or less was also high at 78.1%. The wavelength of 500 nm is that the firing temperature is high, and the phenomenon that bubbles escape is progressed, the porosity and the number of pores are reduced, and the generation of diffuse reflected light at the interface between the pores and the glass phase is small. Diffuse transmitted light is reduced, and the total transmittance at 500 nm, especially when the thickness is 0.50 or 0.60 mm, is 9.2% or less at all thicknesses, and the background of the operation panel is well concealed, but the bending strength is 320 MPa. The overall evaluation was rejected. Therefore, if the firing temperature is too low, the light-transmitting property is improved, but the sinterability of aluminum oxide is insufficient, so that the mechanical strength is considered to be lowered.
以上の結果より、本発明の範囲外の試料No.1−1,1−2および20−1〜21−2,22および23は、曲げ強度、導体33の密着強度および全透過率、操作パネル102の背景の隠蔽性の項目のうち1つ以上の項目を満足しないために、総合評価は不合格であった。
From the above results, the sample No. 1-1, 1-2 and 20-1 to 21-2, 22 and 23 are one or more of the items of bending strength, adhesion strength and total transmittance of the
これに対して、本発明の実施例の試料No.2−1〜19−2は、焼結体1の厚みtが0.50〜0.80mmにおいて波長500nmの光の全透過率を6.8〜9.2%の範囲内とすることができ、この焼結体1を操作パネル2として用いたときに、通常の照明下において焼結体1の背面の隠蔽性も良好な結果であり合格であった。
In contrast, the sample No. of the example of the present invention. 2-1 to 19-2 can make the total transmittance of light having a wavelength of 500 nm within the range of 6.8 to 9.2% when the thickness t of the
また、曲げ強度は320MPa以上で、導体3の密着強度も19MPa以上と良好な結果であった。また、この厚みの範囲内であって、さらに、焼成温度が1530℃以下であることから、従来のアルミナ含有率96質量%の電子部品用基板ならびに反射率(遮光性)を向上するために他の成分を添加したものに比べ、製造コストまたは材料コストが大幅に低コスト化が図れ総合評価は合格であった。
Further, the bending strength was 320 MPa or more and the adhesion strength of the
この中でも試料No.2−1〜11−2,15−1〜16−2および17−2は、内部1cの9.074×105μm2の断面積の部分における円相当径0.8μm以上の気孔の気孔数が9000個以上12950個以下であり、焼成温度が1530℃と1450℃のいずれにおいても、焼結体1の厚みtが0.50mm以上0.80mm以下の範囲で波長500nmにおける全透過率が全て9%以下という特に良い結果であった。このことから、円相当径0.8μm以上の気孔の気孔数のより好ましい範囲は9000個以上12950個以下であることが分かる。
Among these, sample no. 2-1 to 11-2, 15-1 to 16-2, and 17-2 have 9000 pores with an equivalent circle diameter of 0.8 μm or more in the cross-sectional area of 9.074 × 10 5 μm 2 in the interior 1c. In particular, the total transmittance at a wavelength of 500 nm is all 9% or less in the range where the thickness t of the
また、本発明において、酸化カルシウムと酸化マグネシウムとは、少なくとも1つが含有されていることが必須であるが、酸化珪素は焼結性と、厚膜印刷による導体の密着強度と、反射率とのいずれも満足させるための必須成分であり、特に好ましい範囲は1質量%以上3質量以下%であることが分かる。 Further, in the present invention, it is essential that at least one of calcium oxide and magnesium oxide is contained, but silicon oxide has sinterability, adhesion strength of a conductor by thick film printing, and reflectance. It is understood that all are essential components for satisfying, and a particularly preferable range is 1% by mass or more and 3% by mass or less.
次に、焼結体1,101の平均気孔径と波長250〜350nmの近紫外線領域における不透光性(全透過率)の確認をおこなった。 Next, the average pore diameter of the sintered bodies 1,101 and the opaqueness (total transmittance) in the near ultraviolet region having a wavelength of 250 to 350 nm were confirmed.
実施例1で製作した本発明の範囲外である試料No.21−1および23と、本発明の実施例である試料No.11−1,15−2および19−1のいずれも厚みが0.5mmの試料について、実施例1の測定方法で、平均気孔径と、波長250nmと350nmの全透過率の測定を行なった。 Sample No. manufactured in Example 1 is outside the scope of the present invention. 21-1 and 23, and sample No. For any of the samples 11-1, 15-2 and 19-1, a sample having a thickness of 0.5 mm was measured for the average pore diameter and the total transmittance at wavelengths of 250 nm and 350 nm by the measurement method of Example 1.
得られた結果を表3に示す。 The obtained results are shown in Table 3.
表3の結果から分かるように、平均気孔径が2.02μmと大きい本発明の範囲外の試料No.21−1は、波長350nmの全透過率は6.2%で波長250nmにおいては5.5%であった。また、平均気孔径が0.95μmと小さい試料No.23の場合の波長350nmの全透過率は5.4%で波長250nmにおいては5.2%である。 As can be seen from the results in Table 3, the sample pores outside the scope of the present invention having an average pore diameter as large as 2.02 μm. 21-1 had a total transmittance of 6.2% at a wavelength of 350 nm and 5.5% at a wavelength of 250 nm. In addition, Sample No. with an average pore size as small as 0.95 μm. In the case of 23, the total transmittance at a wavelength of 350 nm is 5.4% and is 5.2% at a wavelength of 250 nm.
これに対して、本発明の実施例の試料No.11−1,15−2および19−1は、平均気孔径が1.00〜1.95μmの範囲であり、波長350nmでの全透過率は6.0%以下で波長250nmにおいては5.0%以下と本発明の範囲外に比べて低くなっている。このことから、特に紫外線に近い領域での不透光性に優れていることが分かる。 In contrast, the sample No. of the example of the present invention. 11-1, 15-2 and 19-1 have an average pore diameter in the range of 1.00 to 1.95 μm, the total transmittance at a wavelength of 350 nm is 6.0% or less, and 5.0% or less at a wavelength of 250 nm. It is lower than the outside. From this, it can be seen that the non-translucency is particularly excellent in a region close to ultraviolet rays.
また、この結果における平均気孔径の作用は分からないものの、平均気孔径が1.00μm以上1.95μm以下の範囲であれば、近紫外線領域の不透光性の向上に寄与することが分かる。 Further, although the effect of the average pore diameter in this result is not known, it can be seen that if the average pore diameter is in the range of 1.00 μm or more and 1.95 μm or less, it contributes to the improvement of the translucency in the near ultraviolet region.
以上のように、本発明の不透光性セラミックス焼結体は、材料コストの高いバリウムやジルコニウムを使用することなく、さらに焼成温度が1530℃以下での低い温度でも焼結性が高められることから、セラミックス焼結体の低コスト化を図ることができ、曲げ強度が高く、セラミックス焼結体に直接、電極を厚膜印刷しても十分な導体の密着強度を有し、しかも焼結体の厚みが薄くても可視光領域の全域にわたる広い範囲の波長において透過率が低く、不透光性と機械的特性との双方を十分に満足することができる発光素子搭載用に好適なセラミックス焼結体が得られることが分かる。そして、その用途としては、電子機器類の操作板や表示板といった操作パネルの他にも、半導体製造装置に用いられるダミーウエハや、内視鏡のCCDカメラやLED照明の光源を収納する筐体とするようなものにも使用できる。 As described above, the translucent ceramic sintered body according to the present invention can improve the sinterability even at a low firing temperature of 1530 ° C. or less without using barium or zirconium with high material costs. Therefore, the cost of the ceramic sintered body can be reduced, the bending strength is high, and even if the electrode is directly printed on the ceramic sintered body with a thick film, the conductor has sufficient adhesive strength, and the sintered body Even if the thickness of the ceramic is small, the transmittance is low in a wide range of wavelengths over the entire visible light region, and ceramic firing suitable for mounting a light-emitting element that can sufficiently satisfy both the opaqueness and the mechanical characteristics is possible. It turns out that a ligation is obtained. As its application, in addition to operation panels such as operation panels and display panels of electronic devices, a dummy wafer used in a semiconductor manufacturing apparatus, a CCD camera for an endoscope, and a housing for storing a light source for LED illumination It can also be used for things like
1:不透光性セラミックス焼結体(焼結体)
1a:表面、1b:裏面、1c:内部、1d:貫通孔
2:操作パネル
3:導体
4:アルミナ粒子
5:ガラス相(粒界相)
6:気孔
7:界面(アルミナ粒子とガラス相との界面)
8:界面(気孔とガラス相との界面)
11:入射光
12:透過光
12a:全透過光、12b:直線透過光、12c:拡散透過光
13:反射光
13a:正反射光、13b:拡散反射光、13c:拡散反射光、13d:拡散反射光
21:ボタン
23:スイッチ
1: Translucent ceramic sintered body (sintered body)
1a: Front surface, 1b: Back surface, 1c: Inside, 1d: Through hole 2: Operation panel 3: Conductor 4: Alumina particles 5: Glass phase (grain boundary phase)
6: Pore 7: Interface (interface between alumina particles and glass phase)
8: Interface (interface between pores and glass phase)
11: Incident light
12: Transmitted light
12a: Total transmitted light, 12b: Linear transmitted light, 12c: Diffuse transmitted light
13: Reflected light
13a: Regular reflection light, 13b: Diffuse reflection light, 13c: Diffuse reflection light, 13d: Diffuse reflection light
21: Button
23: Switch
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