JP2015137186A - Sealing material, substrate with sealing material layer and manufacturing method therefor, and sealed body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、封着材料、封着材料層付き基板およびその製造方法、ならびに封着体に関する。 Embodiments described herein relate generally to a sealing material, a substrate with a sealing material layer, a method for manufacturing the same, and a sealing body.
有機ELディスプレイ(Organic Electro−Luminescence Display:OELD)、電界放出ディスプレイ(Field Emission Display:FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、液晶表示装置(LCD)等の平板型ディスプレイ装置(FPD)では、発光素子等の表示素子を形成した素子用基板と封止用基板とを対向配置し、これら2枚の基板間を封着したパッケージで表示素子を封止した構造が適用されている(特許文献1参照)。色素増感型太陽電池や有機薄膜太陽電池のような太陽電池においても、2枚の基板で太陽電池素子を封止したパッケージを適用することが検討されている(特許文献2参照)。 In a flat panel display device (FPD) such as an organic EL display (Organic Electro-Luminescence Display: OELD), a field emission display (Field Emission Display: FED), a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display device (LCD), etc., a light emitting element A structure in which an element substrate on which a display element is formed and a sealing substrate are opposed to each other and the display element is sealed with a package in which the two substrates are sealed is applied (see Patent Document 1). ). In solar cells such as dye-sensitized solar cells and organic thin-film solar cells, it has been studied to apply a package in which solar cell elements are sealed with two substrates (see Patent Document 2).
2枚の基板間を封着する封着材料として、例えば耐湿性等に優れるガラスフリットを用いた封着材料が知られている。上記封着材料は、ガラスフリットおよび低膨張充填材を有機バインダ等と混合することにより作製される。上記封着材料からなる封着層を2枚の基板間に形成し、熱処理により封着層を2枚の基板に固着させることにより2枚の基板間を封着することができる。 As a sealing material for sealing between two substrates, for example, a sealing material using a glass frit excellent in moisture resistance or the like is known. The sealing material is produced by mixing a glass frit and a low expansion filler with an organic binder or the like. A sealing layer made of the sealing material is formed between two substrates, and the two substrates can be sealed by fixing the sealing layer to the two substrates by heat treatment.
上記封着材料を用いて2枚の基板間を封着する場合、一方の基板上に封着材料を塗布した後、他方の基板を貼り合わせる前に、仮焼成が行われる。このときの仮焼成温度は400〜600℃程度であるため、加熱炉を用いて仮焼成を行った場合には有機EL(OEL)素子や色素増感型太陽電池素子等の電子素子部の特性が劣化してしまう。また、基板サイズが大きくなると、大型の加熱炉が別途必要になり、イニシャルコストやランニングコストが増大してしまう。そこで、封着材料にレーザ吸収材を含有させ、該レーザ吸収材を含む封着材料に局所的にレーザ光を照射して仮焼成を行う方法(レーザ仮焼成ともいう)が提案されている(特許文献3参照)。 In the case of sealing between two substrates using the sealing material, after the sealing material is applied on one substrate, temporary baking is performed before the other substrate is bonded. Since the temporary baking temperature at this time is about 400 to 600 ° C., the characteristics of electronic element parts such as an organic EL (OEL) element and a dye-sensitized solar cell element when temporary baking is performed using a heating furnace. Will deteriorate. Further, when the substrate size is increased, a large heating furnace is required separately, and the initial cost and running cost increase. Therefore, a method has been proposed in which a laser absorbing material is contained in the sealing material, and the sealing material containing the laser absorbing material is irradiated with laser light locally to perform temporary baking (also referred to as laser temporary baking) ( (See Patent Document 3).
しかしながら、従来の封着材料をレーザ仮焼成に使用した場合、レーザ仮焼成後の封着層の表面の平坦性が低下するといった問題や、封着層内部に気泡が発生するといった問題があった。これらの問題は、封着層による密封性の低下につながる。 However, when the conventional sealing material is used for laser temporary firing, there is a problem that the flatness of the surface of the sealing layer after laser preliminary firing is reduced, and there is a problem that bubbles are generated inside the sealing layer. . These problems lead to a decrease in sealing performance due to the sealing layer.
本発明が解決しようとする課題は、封着層による密封性の低下を抑制することである。 The problem to be solved by the present invention is to suppress a decrease in sealing performance due to the sealing layer.
本発明の封着材料は、ガラスフリットと有機バインダとを含み、電磁波の照射による仮焼成を行うことで基板と固着する封着材料層の形成に用いられる封着材料である。熱重量分析において、ガラスフリットのガラス転移温度となったときの有機バインダの残留量は50%未満である。 The sealing material of the present invention includes a glass frit and an organic binder, and is a sealing material used for forming a sealing material layer that is fixed to a substrate by performing preliminary firing by irradiation with electromagnetic waves. In thermogravimetric analysis, the residual amount of organic binder when the glass transition temperature of the glass frit is reached is less than 50%.
本発明の封着材料層付き基板は、基板と、基板上に塗布された本発明の封着材料の塗布層に対して電磁波の照射による仮焼成を行うことで基板に固着された封着材料層と、を具備する。 The substrate with the sealing material layer of the present invention is a sealing material fixed to the substrate by performing preliminary firing by irradiation of electromagnetic waves on the substrate and the coating layer of the sealing material of the present invention applied on the substrate. A layer.
本発明の封着材料層付き基板の製造方法は、本発明の封着材料を基板の封着領域上に枠状に塗布する第1の工程と、封着材料の塗布層に対して局所的に電磁波を照射し、前記有機バインダを除去しつつ前記塗布層の仮焼成を行うことにより封着材料層を前記基板に固着させる第2の工程と、を具備する。 The method for producing a substrate with a sealing material layer according to the present invention includes a first step of applying the sealing material according to the present invention in a frame shape on a sealing region of the substrate, and a local process with respect to the coating layer of the sealing material. A second step of fixing the sealing material layer to the substrate by irradiating an electromagnetic wave to the substrate and pre-baking the coating layer while removing the organic binder.
本発明の封着体は、第1の基板と、第1の基板と対向する第2の基板と、第1の基板上に塗布された本発明の封着材料の塗布層に対して電磁波の照射による仮焼成を行った後に本焼成を行うことにより第1の基板および第2の基板と固着させ、第1の基板と第2の基板との間に封着領域が設けられるように形成された封着層と、封着領域に設けられた電子素子部と、を具備する。 The sealing body of the present invention has a first substrate, a second substrate facing the first substrate, and an electromagnetic wave applied to the coating layer of the sealing material of the present invention coated on the first substrate. It is formed so as to be fixed to the first substrate and the second substrate by performing main firing after performing preliminary firing by irradiation, and to provide a sealing region between the first substrate and the second substrate. A sealing layer, and an electronic element portion provided in the sealing region.
(第1の実施形態)
本実施形態では、封着材料を用いた封着材料層付き基板について図面を参照して説明するとともに、封着材料層の形成に用いられる封着材料についても説明する。
(First embodiment)
In the present embodiment, a substrate with a sealing material layer using a sealing material will be described with reference to the drawings, and a sealing material used for forming the sealing material layer will also be described.
図1は封着材料層付き基板の製造方法を説明するための断面図である。まず、図1(A)に示すように、基板2およびペースト状の封着材料3aを用意し、基板2上に封着材料3aを塗布する。例えば、ディスペンサや、スクリーン印刷またはグラビア印刷等の印刷法を適用することにより封着材料3aを塗布することができる。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method for producing a substrate with a sealing material layer. First, as shown in FIG. 1A, a
なお、図1(A)では、便宜のため封着材料3aの断面を矩形としているが、これに限定されず、例えばテーパを有する形状や半円状等であってもよい。また、図1では、基板2上に塗布された封着材料3aの一部のみを拡大して図示しているが、封着材料3aは、例えば基板2上に枠状に形成される。
In FIG. 1A, the cross section of the
基板2は、製造時に照射される電磁波を透過する機能を有することが好ましい。基板2としては、例えばガラス基板を用いることができ、例えば各種公知の組成を有する無アルカリガラスやソーダライムガラス等を用いることができる。
It is preferable that the board |
封着材料3aは、少なくともガラスフリット7と有機バインダ8とを含む。例えば、ガラスフリット7と、有機バインダ8を溶剤に溶解させたビヒクルとを、撹拌翼を備えた回転式の混合機やロールミル、ボールミル等を用いて混練することにより、ペースト状の封着材料3を作製することができる。
The sealing
ペースト状の封着材料3の粘度は、基板2に塗布する装置に対応した粘度に合わせればよく、例えば有機バインダ8の割合やガラスフリット7の成分とビヒクルの割合により調整することができる。ペースト状の封着材料3には、消泡剤や分散剤のようにガラスペーストで公知の添加物を加えてもよい。これらの添加物も通常焼成時に消失する成分である。
The viscosity of the
上記封着材料3aを塗布した後、例えば120℃以上の温度で10分以上乾燥させることが好ましい。乾燥させることにより封着材料3a内の溶剤を除去することができる。封着材料3a内に溶剤が残留していると、その後の焼成工程で有機バインダ8等の消失すべき成分を十分に除去できないおそれがある。
After applying the sealing
塗布された封着材料3aの塗布層において、電磁波の照射による仮焼成によりガラスフリット7の少なくとも一部が溶融されつつ、有機バインダ8等の有機成分が分解・気化し除去される。このとき、ガラスフリット7がガラス転移温度(ガラス転移点ともいう)に達した際、すなわち、ガラスフリット7の溶融が開始する際に、有機バインダ8が多量に残留していると、ガラスフリット7が溶融した後に、多量の有機バインダ8が分解することになる。このため、封着材料層内に有機成分が残存し、気泡が発生しやすくなり、また封着材料層の平坦性が低下する。
In the applied layer of the applied
そこで、ガラスフリット7がガラス転移温度に達するまでに大部分が分解・気化する有機バインダ8を用いる。これにより、電磁波を照射した際に、ガラス転移温度に達する前までに、有機バインダ8を十分に分解・気化させつつ、ガラスフリット7を溶融することができる。よって、封着材料層における発泡が抑制され、封着材料層の平坦性を向上させることができる。なお、ガラスフリット7のガラス転移温度は、例えば示差熱分析(Differential Thermal Analysis:DTA)により求められる。一方、有機バインダ8の分解温度は、例えば熱重量分析(Thermogravimetric Analysis:TGA)により求められる。
Therefore, an
例えば、TGAにおいて、ガラスフリット7のガラス転移温度における有機バインダ8の残留量が50%未満となるガラスフリット7および有機バインダ8を用いることが好ましい。TGAにおいて、ガラスフリット7のガラス転移温度における残留量が50%未満である有機バインダ8とガラスフリット7を混合して用いることにより、ガラスフリット7を溶融させる際に有機バインダ8を十分に分解・気化させることが可能であり、電磁波の照射による仮焼成において発泡が低減され、仮焼成により作製される封着材料層の平坦性を高めることができる。有機バインダ8の残留量は、好ましくは30%未満であり、さらに好ましくは10%未満であり、最も好ましくは0%である。
For example, in TGA, it is preferable to use the glass frit 7 and the
封着材料層の平坦性は、例えば封着材料層の表面における平均算術粗さRa(JIS B0633:‘01)により表すことができる。例えば上記封着材料層の表面における平均算術粗さRaは、0.10μm未満、さらに好ましくは0.08μm未満とすることができる。平均算術粗さRaは、例えば表面粗さ輪郭形状測定機等を用いて求めることができる。 The flatness of the sealing material layer can be expressed by, for example, an average arithmetic roughness Ra (JIS B0633: '01) on the surface of the sealing material layer. For example, the average arithmetic roughness Ra on the surface of the sealing material layer can be less than 0.10 μm, and more preferably less than 0.08 μm. The average arithmetic roughness Ra can be obtained using, for example, a surface roughness profile measuring machine.
ガラスフリット7としては、例えば低融点ガラス等を用いることができ、低融点ガラスとしては、例えばビスマス系ガラスを用いることが好ましい。ビスマス系ガラスのガラスフリットは、70〜90質量%のBi2O3と、1〜20質量%のZnOと、2〜12質量%のB2O3と、を合わせて100質量%以下(基本的には合計量を100質量%とする)となるように含むことが好ましい。また、ビスマス系ガラスのガラスフリットは、75〜90質量%のBi2O3と、5〜15質量%のZnOと、3〜10質量%のB2O3と、を合わせて100質量%以下(基本的には合計量を100質量%とする)となるように含むことがより好ましく、さらには80〜90質量%のBi2O3と、6〜10質量%のZnOと、4〜8質量%のB2O3と、を合わせて100質量%以下(基本的には合計量を100質量%とする)となるように含むことがより好ましい。上記組成を有するビスマス系ガラスのガラスフリットは、ガラス転移点が低いため低温用の封着材料に適している。
As the
Bi2O3はガラスの網目を形成する成分である。Bi2O3の含有量が70質量%未満であると低融点ガラスの軟化点が高くなり、低温での封着が困難になる。Bi2O3の含有量が90質量%を超えるとガラス化しにくくなると共に、熱膨張係数が高くなりすぎる傾向がある。 Bi 2 O 3 is a component that forms a glass network. When the content of Bi 2 O 3 is less than 70% by mass, the softening point of the low-melting glass becomes high and sealing at a low temperature becomes difficult. When the content of Bi 2 O 3 exceeds 90% by mass, it becomes difficult to vitrify and the thermal expansion coefficient tends to be too high.
ZnOは熱膨張係数等を下げる成分である。ZnOの含有量が1質量%未満であるとガラス化が困難になる。ZnOの含有量が20質量%を超えると低融点ガラス成形時の安定性が低下し、失透が発生しやすくなる。 ZnO is a component that lowers the thermal expansion coefficient and the like. Vitrification becomes difficult when the content of ZnO is less than 1% by mass. When the content of ZnO exceeds 20% by mass, stability during low-melting glass molding is lowered, and devitrification is likely to occur.
B2O3はガラスの骨格を形成してガラス化が可能となる範囲を広げる成分である。B2O3の含有量が2質量%未満であるとガラス化が困難となり、12質量%を超えると軟化点が高くなりすぎて、封着時に荷重をかけたとしても低温で封着することが困難となる。 B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton and widens the range in which vitrification is possible. When the content of B 2 O 3 is less than 2% by mass, vitrification becomes difficult, and when it exceeds 12% by mass, the softening point becomes too high, and even if a load is applied during sealing, sealing is performed at a low temperature. It becomes difficult.
なお、上記ビスマス系ガラスのガラスフリットは、Al2O3、CeO2、SiO2、Ag2O、MoO3、Nb2O3、Ta2O5、Ga2O3、Sb2O3、Li2O、Na2O、K2O、Cs2O、CaO、SrO、BaO、WO3、P2O5、SnOx(xは1又は2である)等の任意成分を含有していてもよい。ただし、任意成分の含有量が多すぎるとガラスが不安定となって失透が発生したり、またガラス転移点や軟化点が上昇したりするおそれがあるため、任意成分の合計含有量は30質量%以下とすることが好ましい。この場合のガラス組成は基本成分と任意成分との合計量が基本的には100質量%となるように調整される。 The glass frit of the bismuth-based glass includes Al 2 O 3 , CeO 2 , SiO 2 , Ag 2 O, MoO 3 , Nb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Ga 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Li Even if it contains an optional component such as 2 O, Na 2 O, K 2 O, Cs 2 O, CaO, SrO, BaO, WO 3 , P 2 O 5 , SnO x (x is 1 or 2). Good. However, if the content of any component is too large, the glass becomes unstable and devitrification may occur, and the glass transition point and softening point may increase. Therefore, the total content of any component is 30. It is preferable to set it as mass% or less. The glass composition in this case is adjusted so that the total amount of the basic component and the optional component is basically 100% by mass.
また、ガラスフリット7に適用可能な低融点ガラスとしては、例えば錫−リン酸系ガラスが挙げられる。錫−リン酸系ガラスのガラスフリットは、20〜68質量%のSnOと、0.5〜5質量%のSnO2と、20〜40質量%のP2O5と、を合わせて100質量%以下(基本的には合計量を100質量%とする)となるように含むことが好ましい。また、錫−リン酸系ガラスのガラスフリットは、30〜65質量%のSnOと、1〜3.5質量%のSnO2と、25〜40質量%のP2O5と、を合わせて100質量%以下(基本的には合計量を100質量%とする)となるように含むことがより好ましい。上記組成を有する錫−リン酸系ガラスのガラスフリットは、ガラス転移点が低いため低温用の封着材料に適している。
Examples of the low melting point glass applicable to the
SnOはガラスを低融点化させるための成分である。SnOの含有量が20質量%未満であるとガラスの粘性が高くなって封着温度が高くなりすぎ、68質量%を超えるとガラス化しなくなる。 SnO is a component for lowering the melting point of glass. If the SnO content is less than 20% by mass, the viscosity of the glass becomes high and the sealing temperature becomes too high, and if it exceeds 68% by mass, it will not vitrify.
SnO2はガラスを安定化するための成分である。SnO2の含有量が0.5質量%未満であると封着作業時に軟化溶融したガラス中にSnO2が分離、析出し、流動性が損なわれて封着作業性が低下する。SnO2の含有量が5質量%を超えると低融点ガラスの溶融中からSnO2が析出しやすくなる。P2O5はガラス骨格を形成するための成分である。P2O5の含有量が20質量%未満であるとガラス化せず、その含有量が40質量%を超えるとリン酸塩ガラス特有の欠点である耐候性の悪化を引き起こすおそれがある。 SnO 2 is a component for stabilizing the glass. When the content of SnO 2 is less than 0.5% by mass, SnO 2 is separated and precipitated in the glass that has been softened and melted during the sealing operation, the fluidity is impaired and the sealing workability is lowered. If the content of SnO 2 exceeds 5% by mass, SnO 2 is likely to precipitate during melting of the low-melting glass. P 2 O 5 is a component for forming a glass skeleton. When the content of P 2 O 5 is less than 20% by mass, vitrification does not occur, and when the content exceeds 40% by mass, the weather resistance, which is a disadvantage specific to phosphate glass, may be deteriorated.
ここで、ガラスフリット中のSnO及びSnO2の割合(質量%)は以下のようにして求めることができる。まず、ガラスフリット(低融点ガラス粉末)を酸分解した後、ICP発光分光分析によりガラスフリット中に含有されているSn原子の総量を測定する。Sn2+(SnO)は、上記酸分解したガラスフリットからヨウ素滴定法により求めることができるため、そこで求められたSn2+の量をSn原子の総量から減じることによりSn4+(SnO2)を求めることができる。 Here, the ratio (mass%) of SnO and SnO 2 in the glass frit can be determined as follows. First, after the glass frit (low melting point glass powder) is acid-decomposed, the total amount of Sn atoms contained in the glass frit is measured by ICP emission spectroscopic analysis. Since Sn 2+ (SnO) can be obtained from the acid-decomposed glass frit by the iodometric titration method, Sn 4+ (SnO 2 ) is obtained by subtracting the amount of Sn 2+ obtained therefrom from the total amount of Sn atoms. Can do.
上記錫−リン酸系ガラスのガラスフリットは、SiO2等のガラスの骨格を形成する成分やZnO、B2O3、Al2O3、WO3、MoO3、Nb2O5、TiO2、ZrO2、Li2O、Na2O、K2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO等のガラスを安定化させる成分等を任意成分として含有していてもよい。ただし、任意成分の含有量が多すぎるとガラスが不安定となって失透が発生したり、またガラス転移点や軟化点が上昇したりするおそれがあるため、任意成分の合計含有量は30質量%以下とすることが好ましい。この場合のガラス組成は基本成分と任意成分との合計量が基本的には100質量%となるように調整される。 The glass frit of the tin-phosphate glass is composed of a glass skeleton such as SiO 2 , ZnO, B 2 O 3 , Al 2 O 3 , WO 3 , MoO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , Components such as ZrO 2 , Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Cs 2 O, MgO, CaO, SrO, and BaO may be optionally contained as optional components. However, if the content of any component is too large, the glass becomes unstable and devitrification may occur, and the glass transition point and softening point may increase. Therefore, the total content of any component is 30. It is preferable to set it as mass% or less. The glass composition in this case is adjusted so that the total amount of the basic component and the optional component is basically 100% by mass.
これ以外にも低融点ガラスとして、例えばバナジウム−テルル系ガラス等を用いることができる。バナジウム−テルル系ガラスのガラスフリットは、16〜80質量%のV2O5と、10〜60質量%のTeO2と、7〜40質量%のZnOと、4〜50質量%のBaOと、を合わせて100質量%以下(基本的には合計量を100質量%とする)となるように含むことが好ましい。また、バナジウム−テルル系ガラスのガラスフリットは、30〜60質量%のV2O5と、10〜40質量%のTeO2と、7〜20質量%のZnOと、15〜35質量%のBaOと、を合わせて100質量%以下(基本的には合計量を100質量%とする)となるように含むことが好ましい。上記組成を有するバナジウム−テルル系ガラスのガラスフリットは、ガラス転移点が低いため低温用の封着材料に適している。 In addition to this, as the low melting point glass, for example, vanadium-tellurium glass or the like can be used. The glass frit of the vanadium-tellurium-based glass is 16 to 80% by mass of V 2 O 5 , 10 to 60% by mass of TeO 2 , 7 to 40% by mass of ZnO, 4 to 50% by mass of BaO, Is preferably included so that the total amount is 100 mass% or less (basically, the total amount is 100 mass%). The glass frit of vanadium-tellurium-based glass is 30 to 60% by mass of V 2 O 5 , 10 to 40% by mass of TeO 2 , 7 to 20% by mass of ZnO, and 15 to 35% by mass of BaO. And the total amount is preferably 100% by mass or less (basically, the total amount is 100% by mass). A glass frit of vanadium-tellurium glass having the above composition is suitable for a low-temperature sealing material because of its low glass transition point.
有機バインダ8としては、例えばメチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、オキシエチルセルロース、ベンジルセルロース、プロピルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース系樹脂、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート等のアクリル系モノマーの1種以上を重合して得られるアクリル系樹脂、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート等の脂肪族ポリオレフィン系カーボネート樹脂等の有機樹脂が用いられる。溶剤としては、セルロース系樹脂の場合はターピネオール、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート等の溶剤が用いられ、アクリル系樹脂の場合はメチルエチルケトン、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート等の溶剤が用いられ、脂肪族ポリオレフィン系カーボネートの場合は、炭酸プロピレン、トリアセチン、クエン酸アセチルトリエチル等の溶剤が用いられる。
Examples of the
なお、本実施形態において、焼成の際に揮発や焼失により組成物から消失する溶剤や有機バインダ8等の添加材は、封着材料の構成成分から除かれる。焼成の際に揮発や焼失により組成物から消失する成分は、通常、塗布等により基板表面に封着材料層を形成するために、必須の添加物である。しかし、この消失する成分は、封着材料層を構成する成分ではないので、封着材料の構成成分とはせず、前述した封着材料の構成成分の組成割合も消失する成分を除いた構成割合としている。
In the present embodiment, the solvent and the additive such as the
さらに、図1(A)に示すように、封着材料3aは、低膨張充填材5と電磁波吸収材6とを含むことが好ましい。なお、必ずしも低膨張充填材5および電磁波吸収材6を含まなくてもよい。
Further, as shown in FIG. 1A, the sealing
低膨張充填材5は、線膨張係数を低減させる機能を有する。低膨張充填材5の線膨張係数は、ガラスフリット7よりも小さい。低膨張充填材5の含有量は、5〜40体積%であることが好ましい。低膨張充填材5の割合が5体積%未満であると、基板2と封着材料層との線膨張係数ミスマッチが大きくなりすぎ、クラックが発生しやすくなり、40体積%を超えると、封着材料層中のガラス量が少なくなり、十分な封着ができなくなるおそれがある。
The
ここで、基板に生じる残留応力σは下記の式(1)から求められる。 Here, the residual stress σ generated in the substrate is obtained from the following equation (1).
σ=E(|α2−α3|)ΔT/(1−ρ) …(1) σ = E (| α 2 −α 3 |) ΔT / (1-ρ) (1)
上記した式(1)において、Eは封着材料層や基板のヤング率を表し、ρは、封着材料層や基板2のポアソン比を表し、α2は基板の線膨張係数を表し、α3は封着材料層の線膨張係数を表し、ΔTは封着時の温度差(封着材料層の溶融温度(加工温度)から常温付近に冷却されるまでの温度差)を冷却時間で割った値を表す。
In the above formula (1), E represents the Young's modulus of the sealing material layer or the substrate, ρ represents the Poisson's ratio of the sealing material layer or the
式(1)からもわかるとおり、基板に生じる応力は、封着材料層の線膨張係数に依存する。よって、封着材料層の線膨張係数が高くなると基板や封着材料層に付加される応力が増大し、該応力に基づく歪みにより、基板または封着材料層のクラックや割れ等が起こりやすくなる。これに対し、低膨張充填材を添加することにより、封着材料層の熱膨張係数を低くできるため、基板や封着材料層に付加される応力を低減することができる。 As can be seen from Equation (1), the stress generated in the substrate depends on the linear expansion coefficient of the sealing material layer. Therefore, when the linear expansion coefficient of the sealing material layer increases, the stress applied to the substrate or the sealing material layer increases, and cracks or cracks of the substrate or the sealing material layer easily occur due to distortion based on the stress. . On the other hand, since the thermal expansion coefficient of the sealing material layer can be lowered by adding the low expansion filler, the stress applied to the substrate and the sealing material layer can be reduced.
低膨張充填材5としては、例えばコージェライトを用いることが好ましい。この他にも例えばシリカ、アルミナ、ジルコニア、珪酸ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、ムライト、ユークリプタイト、スポジュメン、リン酸ジルコニウム系化合物、石英固溶体、ソーダライムガラス、及び硼珪酸ガラスからなる群より選ばれる少なくとも1種を用いることができる。リン酸ジルコニウム系化合物としては、(ZrO)2P2O7、NaZr2(PO4)3、KZr2(PO4)3、Ca0.5Zr2(PO4)3、NbZr(PO4)3、Zr2(WO3)(PO4)2、及びこれらの複合化合物が挙げられる。
As the
電磁波吸収材6は、レーザ光等の電磁波を吸収する機能を有する。電磁波吸収材6を用いることにより、ガラスフリット7を溶融させやすくすることができる。電磁波吸収材6としては、例えば無機顔料を含むことが好ましく、無機顔料は遷移金属酸化物を含むことが好ましい。電磁波吸収材6としては、例えばFe、Cr、Mn、Co、Ni及びCuからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属、又は上記金属を含む酸化物等の化合物を用いることができる。なお、低膨張充填材5および電磁波吸収材6以外の無機充填材を封着材料3aに含ませてもよい。
The electromagnetic wave absorber 6 has a function of absorbing electromagnetic waves such as laser light. By using the electromagnetic wave absorber 6, the
次に、図1(B)に示すように、封着材料3aの塗布層の仮焼成を行う。塗布層の仮焼成では、塗布層に電磁波を照射することにより、有機バインダ8等が除去されつつ、ガラスフリット7の少なくとも一部が溶融する。前述したとおり、ガラスフリット7のガラス転移温度と有機バインダ8の分解温度との差が大きいガラスフリット7および有機バインダ8を用いてガラスフリット7のガラス転移温度と有機バインダ8の分解温度との差が一定以上の値にすることにより、電磁波の照射による仮焼成において発泡が低減され、仮焼成により作製される封着材料層の平坦性を高めることができる。ここでは、図1(B)に示すように、レーザ光9を照射する。なお、このときの加熱温度は、例えば放射温度計により測定することができる。
Next, as shown in FIG. 1B, the coating layer of the sealing
レーザ光9としては、例えば半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、YAGレーザ、HeNeレーザ等によるレーザ光を用いることができる。
As the
以上の工程により図1(C)に示すように、基板2に固着した封着材料層3を形成することができる。このとき、図1(C)に示すように、封着材料層3において、ガラスフリット7が溶融されてガラス領域4が形成されていてもよい。
Through the above steps, the sealing
上記製造方法により作製可能な封着材料層付き基板の例について説明する。図2(A)は本実施形態の封着材料層付き基板1の構造例を示す斜視図であり、図2(B)は図2(A)における線分X−Yの断面図である。
An example of a substrate with a sealing material layer that can be produced by the above production method will be described. 2A is a perspective view illustrating a structural example of the
封着材料層3は、図1(C)に示す封着材料層3に相当し、図2(A)および図2(B)に示すように、基板2上に枠状に設けられる。ここで、枠状とは、円状等のように曲線のみで形成される形状(ループ状ともいう)に限定されず、例えば四角形状等のように直線を含む多角形状や角丸四角形状等のように直線と曲線を含む形状も含む。また、封着材料層3以外の層を基板2に設けてもよい。例えば、基板2の封着材料層3に囲まれた領域にカラーフィルタ等の別の層を設けてもよい。
The sealing
以上のように、本実施形態では、DTAにおいて、ガラスフリットのガラス転移温度における残留量が一定量未満である有機バインダとガラスフリットを用いることにより電磁波の照射による封着材料層の発泡や平坦性の低下を抑制することができる。上記封着材料層が形成された基板を用いて作製された封着体では、封着層による密封性が高い。 As described above, in the present embodiment, in DTA, foaming and flatness of the sealing material layer due to irradiation of electromagnetic waves by using an organic binder and glass frit whose residual amount at the glass transition temperature of the glass frit is less than a certain amount. Can be suppressed. In the sealing body produced using the board | substrate with which the said sealing material layer was formed, the sealing performance by a sealing layer is high.
(第2の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態の封着材料層付き基板を用いて製造される封着体の一例について説明する。
(Second Embodiment)
This embodiment demonstrates an example of the sealing body manufactured using the board | substrate with the sealing material layer of 1st Embodiment.
本実施形態における封着体は、第1の基板と、第1の基板に対向する第2の基板と、第1の基板と第2の基板との間に封着領域が設けられるように形成された封着層と、封着領域に設けられた電子素子部と、を具備する。 The sealing body in the present embodiment is formed such that a sealing region is provided between the first substrate, the second substrate facing the first substrate, and the first substrate and the second substrate. And an electronic element portion provided in the sealing region.
さらに、本実施形態における封着体の一例として発光装置について説明する。 Furthermore, a light emitting device will be described as an example of a sealing body in the present embodiment.
図3は本実施形態における発光装置の構造例を示す断面図である。図3に示す発光装置10は、基板11と、基板11に設けられた素子形成層12と、基板11に対向する基板13と、基板13に設けられたカラーフィルタ層14と、基板11および基板13間を封着する封着層15と、を具備する。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the light emitting device according to this embodiment. 3 includes a
基板11としては、例えばソーダライムガラス基板や無アルカリガラス基板などのガラス基板等を用いることができる。なお、絶縁層が設けられた基板を基板11として用いてもよい。
As the
素子形成層12は、電子素子部に設けられ、封着層15付き基板11および基板13により封着された封着領域に設けられる。素子形成層12には、例えば電子素子として発光素子が設けられる。発光素子としては、例えば白色光を照射する有機EL素子を用いることができる。なお、絶縁層を介してトランジスタと発光素子との積層を素子形成層12に設けてもよい。このとき、トランジスタとしては、例えば電界効果トランジスタを用いることができる。トランジスタは、絶縁層に設けられた開口部により発光素子と電気的に接続される。このとき、トランジスタにより発光素子に供給する電流量を制御することにより発光素子の発光輝度を制御することができる。
The
基板13としては、例えば第1の実施形態における基板2を適用することができる。
As the
カラーフィルタ層14は、少なくとも三原色を含む複数のカラーフィルタからなる層である。各カラーフィルタは、上記封着領域に設けられる。カラーフィルタ層14は、基板13にそれぞれ設けられた赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタを少なくとも具備する。カラーフィルタ層14のカラーフィルタは、発光素子に重畳する。
The
封着層15は、基板11と基板13との間に封着領域が設けられるように形成される。封着層15は、例えば第1の実施形態に示す封着材料層3に対して本焼成を行い、封着材料層3の溶融および固化を行うことにより形成される。封着材料層3の本焼成を行い、封着層15を形成することにより、素子形成層12およびカラーフィルタ層14を封着することができる。本焼成は、例えばレーザ光等の電磁波を照射することにより行われる。
The
封着層15の厚さは、例えば6μm以上であることが好ましい。従来の塗り分け方式で形成された発光素子を有する発光装置の封着層の厚さが4〜5μm程度であるのに対し、本実施形態のように発光素子とカラーフィルタを組み合わせた方式では、封着層の厚さが6μm未満であると基板間の距離が必要以上に狭くなり、例えばニュートンリング等が発生する。よって、封着層15の厚さを6μm以上にすることにより、基板間の距離を一定以上に保持することができるため、発光状態を良好にすることができる。
The thickness of the
素子形成層12に設けられた発光素子は、水等の不純物により劣化しやすく、劣化により発光特性が著しく低下する。よって、封着層15により基板11および基板13間の領域を封着することにより、不純物の浸入を防止し、発光素子の劣化等を抑制することができる。
The light emitting element provided in the
図3に示す発光装置では、発光素子から射出した白色光が三原色のカラーフィルタに照射され、カラーフィルタを介して得られた光の混合光によって、三原色の組み合わせからなる様々な色の光を実現することができる。本実施形態の発光装置は、照明装置、表示装置等にも適用することができる。 In the light emitting device shown in FIG. 3, white light emitted from the light emitting element is irradiated to the color filters of the three primary colors, and light of various colors composed of combinations of the three primary colors is realized by the mixed light obtained through the color filters. can do. The light emitting device of this embodiment can also be applied to a lighting device, a display device, and the like.
なお、本実施形態では、封着体として発光装置の場合について説明したが、これに限定されず、例えばPDP、LCD等のFPD、色素増感型太陽電池のような太陽電池等も同様に第1の実施形態の封着材料層付き基板を用いて形成することができる。 In this embodiment, the case of the light emitting device as the sealing body has been described. However, the present invention is not limited to this. It can form using the board | substrate with the sealing material layer of 1 embodiment.
以上のように、本実施形態では、第1の実施形態の封着材料層付き基板を用いて発光装置等の封着体を構成することにより、封着層による密封性を高めることができるため、封着体の信頼性を向上させることができる。 As described above, in the present embodiment, since the sealing body such as a light emitting device is configured using the substrate with the sealing material layer of the first embodiment, the sealing performance by the sealing layer can be improved. The reliability of the sealing body can be improved.
本実施例では、実際に作製した封着材料層付き基板について説明する。 In this example, an actually manufactured substrate with a sealing material layer will be described.
<材料準備>
ガラスフリットとして、ビスマス系ガラスフリットであり、異なるガラス転移温度であるBi2O3−AおよびBi2O3−Bの2種類を用意し、有機バインダとして、異なる分解挙動を示すエチルセルロース(EC)系バインダおよびポリプロピレンカーボネート(PPC)系バインダの2種類を用意した。DTAにより上記Bi2O3−AおよびBi2O3−Bのガラス転移温度を求めたところ、Bi2O3−Aは355℃であり、Bi2O3−Bは345℃であった。
<Material preparation>
Two types of glass frit, bismuth glass frit and different glass transition temperatures, Bi 2 O 3 -A and Bi 2 O 3 -B, are prepared, and ethyl cellulose (EC) showing different decomposition behavior as an organic binder Two types of binders, a polypropylene binder (PPC) binder, were prepared. When the glass transition temperatures of the above Bi 2 O 3 -A and Bi 2 O 3 -B were determined by DTA, Bi 2 O 3 -A was 355 ° C, and Bi 2 O 3 -B was 345 ° C.
また、EC系バインダおよびPPC系バインダのTGAを行い、各バインダの分解挙動について調べた。TGAは、ティーエーインスツルメンツ株式会社製Q600を用いて行なった。このとき、測定セルとしてアルミニウム製セルを用い、測定サンプルの質量を5.0mgとした。また、測定温度範囲を50℃〜600℃とし、昇温レートを10℃/分とした。さらに、測定装置内部に流量100ml/分で窒素を供給し、測定装置内部を窒素雰囲気とした。DTAの結果について図4に示す。 In addition, TGA of EC binder and PPC binder was performed, and the decomposition behavior of each binder was examined. TGA was performed using Q600 manufactured by TA Instruments. At this time, an aluminum cell was used as the measurement cell, and the mass of the measurement sample was 5.0 mg. The measurement temperature range was 50 ° C. to 600 ° C., and the temperature increase rate was 10 ° C./min. Further, nitrogen was supplied into the measuring apparatus at a flow rate of 100 ml / min, and the inside of the measuring apparatus was made a nitrogen atmosphere. The results of DTA are shown in FIG.
図4(A)は、DTAによるバインダの分解挙動を示す図であり、横軸が温度であり、縦軸が樹脂の残留量である。図4(A)に示すように、PPC系バインダは250℃〜300℃の範囲で分解が顕著であり、EC系バインダは300℃〜400℃の範囲で分解が顕著であった。 FIG. 4A is a diagram showing the binder decomposition behavior by DTA, in which the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents the residual amount of resin. As shown in FIG. 4A, the PPC binder was significantly decomposed in the range of 250 ° C. to 300 ° C., and the EC binder was significantly decomposed in the range of 300 ° C. to 400 ° C.
さらに、図4(B)は、図4(A)における300℃〜400℃の範囲を拡大した図である。図4(B)に示す一点鎖線Tg(Bi2O3−B)は、Bi2O3−Bのガラス転移温度(345℃)を示し、一点鎖線Tg(Bi2O3−A)は、Bi2O3−Aのガラス転移温度(355℃)を示す。 Further, FIG. 4B is an enlarged view of the range of 300 ° C. to 400 ° C. in FIG. Figure 4 (B) a chain line shown in Tg (Bi 2 O 3 -B) is Bi 2 O 3 -B glass transition temperature (345 ° C.) indicates, the dashed line Tg (Bi 2 O 3 -A) is It shows a Bi 2 O 3 -A glass transition temperature (355 ° C.).
図4(B)に示すように、Bi2O3−Aのガラス転移温度である355℃では、EC系バインダの残留量が仕込み量(初期量)の50%未満になるまでバインダが分解されている。一方、Bi2O3−Bのガラス転移温度である345℃では、EC系バインダが仕込み量の50%以上残存している。このことは、仮焼成によりガラスフリットを溶融する際にバインダ成分の半分以上が残存してしまうことを示唆している。一方PPC系バインダでは、345℃および355℃ともにバインダが十分に除去されていることがわかる。 As shown in FIG. 4B, at 355 ° C., which is the glass transition temperature of Bi 2 O 3 -A, the binder is decomposed until the residual amount of EC binder becomes less than 50% of the charged amount (initial amount). ing. On the other hand, at 345 ° C., which is the glass transition temperature of Bi 2 O 3 —B, the EC binder remains at 50% or more of the charged amount. This suggests that more than half of the binder component remains when the glass frit is melted by temporary firing. On the other hand, in the PPC binder, it can be seen that the binder is sufficiently removed at both 345 ° C. and 355 ° C.
<サンプル作製>
上記ガラスフリットおよび有機バインダを用い、以下の手順でサンプル1、サンプル2、サンプル3、サンプル4の封着材料層付き基板を作製した。
<Sample preparation>
Using the glass frit and the organic binder, the substrates with the sealing material layers of
ガラスフリットと、コージェライト粉末からなる低膨張充填材と、遷移金属酸化物からなる電磁波吸収材とを用意した。上記材料と有機バインダとをライカイ機で粗混練を行い、次に3本ロールミルで精密混練を行った。その後粘度が一定の範囲の値になるように希釈することによりペースト状の封着材料を作製した。各サンプルの構成材料およびTGAにおけるガラスフリットの転移温度での有機バインダの残留量について表1に示す。表1からわかるとおり、ガラスフリットとしては、Bi2O3−AまたはBi2O3−Bを用い、有機バインダとしては、EC系バインダまたはPPC系バインダを用いた。さらに、サンプル1ないしサンプル4において、用いるガラスフリットおよび有機バインダの組み合わせを異ならせた。なお、表1においてCS−12は2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレートである。
A glass frit, a low expansion filler made of cordierite powder, and an electromagnetic wave absorber made of a transition metal oxide were prepared. The above materials and the organic binder were roughly kneaded with a raikai machine, and then precision kneaded with a three-roll mill. Then, a pasty sealing material was prepared by diluting the viscosity so as to be in a certain range. Table 1 shows the constituent materials of each sample and the residual amount of the organic binder at the glass frit transition temperature in TGA. As can be seen from Table 1, Bi 2 O 3 -A or Bi 2 O 3 -B was used as the glass frit, and an EC binder or PPC binder was used as the organic binder. Further, in
次に、作製した封着材料を、ガラス基板上に塗布することにより封着材料層を形成し、その後120℃で10分間乾燥させた。 Next, the produced sealing material was apply | coated on a glass substrate, the sealing material layer was formed, and it was made to dry for 10 minutes at 120 degreeC after that.
次に、ガラス基板に形成した封着材料層の仮焼成を行った。ここでは、波長808nm、出力6.9W、スポット径1.5mmのレーザ光(半導体レーザ)を5mm/sの走査速度で照射し、封着材料層の溶融および急冷固化を行った。このとき、放射温度計で測定した封着材料層の温度は650℃であった。 Next, the sealing material layer formed on the glass substrate was temporarily fired. Here, laser light (semiconductor laser) having a wavelength of 808 nm, an output of 6.9 W, and a spot diameter of 1.5 mm was irradiated at a scanning speed of 5 mm / s, and the sealing material layer was melted and rapidly solidified. At this time, the temperature of the sealing material layer measured with the radiation thermometer was 650 degreeC.
<サンプル観察>
封着材料層付き基板の断面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)により観察して発泡の有無を確認した。また、株式会社東京精密製SURFCOM1400Dを用いて封着材料層の算術平均粗さRaを求めた。観察結果を表2に示す。表2に示すように、サンプル1ないしサンプル3において、発泡が確認できなかったのに対し、サンプル4では、発泡が確認された。また、サンプル1ないしサンプル3の平均算術粗さRaは、サンプル4よりも高かった。このことから、TGAによるガラスフリットのガラス転移温度での有機バインダの残留量を50%未満にすることにより、発泡が抑制され、封着材料層の表面の平坦性を高めることができるため、該封着材料層を用いて封着層による密封性を高めることができることがわかる。
<Sample observation>
The cross section of the substrate with the sealing material layer was observed with a scanning electron microscope (SEM) to confirm the presence or absence of foaming. Moreover, arithmetic mean roughness Ra of the sealing material layer was calculated | required using Tokyo Seimitsu Co., Ltd. SURFCOM1400D. The observation results are shown in Table 2. As shown in Table 2, foaming was not confirmed in
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…封着材料層付き基板、2…基板、3…封着材料層、3a…封着材料、4…ガラス領域、5…低膨張充填材、6…電磁波吸収材、7…ガラスフリット、8…有機バインダ、9…レーザ光、10…発光装置、11…基板、12…素子形成層、13…基板、14…カラーフィルタ層、15…封着層。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
熱重量分析において、前記ガラスフリットのガラス転移温度になったときの前記有機バインダの残留量が50%未満である封着材料。 A sealing material that includes a glass frit and an organic binder, and is used for forming a sealing material layer that is fixed to the substrate by pre-baking by irradiation with electromagnetic waves,
A sealing material in which the residual amount of the organic binder is less than 50% when the glass transition temperature of the glass frit is reached in thermogravimetric analysis.
前記低膨張充填材の含有量は、5〜40体積%である請求項1または請求項2に記載の封着材料。 The sealing material includes a low expansion filler;
The sealing material according to claim 1 or 2, wherein the content of the low expansion filler is 5 to 40% by volume.
前記基板上に塗布された請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の封着材料の塗布層に対して電磁波の照射による仮焼成を行うことで前記基板に固着された封着材料層と、を具備する封着材料層付き基板。 A sealing member fixed to the substrate by subjecting the substrate and a coating layer of the sealing material according to any one of claims 1 to 5 applied on the substrate to provisional firing by irradiation of electromagnetic waves. A substrate with a sealing material layer comprising: a bonding material layer.
前記封着材料の塗布層に対して局所的に電磁波を照射し、前記有機バインダを除去しつつ前記塗布層の仮焼成を行うことにより封着材料層を前記基板に固着させる第2の工程と、を具備する封着材料層付き基板の製造方法。 A first step of applying the sealing material according to any one of claims 1 to 5 in a frame shape on a sealing region of a substrate;
A second step of fixing the sealing material layer to the substrate by locally irradiating the coating layer of the sealing material with electromagnetic waves and pre-baking the coating layer while removing the organic binder; The manufacturing method of the board | substrate with the sealing material layer which comprises these.
前記第1の基板と対向する第2の基板と、
前記第1の基板上に塗布された請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の封着材料の塗布層に対して電磁波の照射による仮焼成を行った後に本焼成を行うことにより前記第1の基板および前記第2の基板と固着させ、前記第1の基板と前記第2の基板との間に封着領域が設けられるように形成された封着層と、
前記封着領域に設けられた電子素子部と、を具備する封着体。 A first substrate;
A second substrate facing the first substrate;
By carrying out main baking after performing preliminary baking by irradiation of electromagnetic waves on the coating layer of the sealing material according to any one of claims 1 to 5 applied on the first substrate. A sealing layer that is fixed to the first substrate and the second substrate, and is formed so that a sealing region is provided between the first substrate and the second substrate;
And an electronic element portion provided in the sealing region.
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