JP3643494B2 - 電子機器の封着・封止方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器および電子機器の封着封止方法に係わり、特に、合金を構成要素として用い、封着・封止プロセスが必要とされる電子機器に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電極（または配線）材料として合金を用い、その製造工程中に、封着・封止プロセスが必要とされる電子機器、例えば、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）電子源アレイを用いたフラットディスプレイパネルにおいては、ＭＩＭ電子源アレイの電極材料として、アルミニウム（以下、単にＡｌと称する。）中に、ネオジウム（以下、単にＮｄと称する。）を２ｗｔ％含有させた合金（以下、単にＡｌ−Ｎｄ：２ｗｔ％合金と称する。）を使用し、フリットガラスを用いた封着を４００℃、加熱排気しながらの封止を３００℃で行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、Ａｌ−Ｎｄ：２ｗｔ％合金は３２０℃で、Ａｌ−Ｎｄ金属間化合物の析出による体積収縮が起こり、この体積収縮が、ガラス基板と電極を構成する合金との熱膨張係数の違いにより合金に加わる圧縮歪を緩和するように動作し、合金にヒロックが発生するのを抑止することができる。
そのため、前記したようなＭＩＭ電子源アレイを用いたフラットディスプレイパネルでは、４００℃の封着過程において、このＡｌ−Ｎｄ金属間化合物の析出による体積収縮が起こり、電極にヒロックが発生するのを抑止することができるが、３００℃の封止過程においては、このＡｌ−Ｎｄ金属間化合物の析出による体積収縮が起こらず、電極にヒロックが発生するのを抑止することができない。このように、従来の電極材料として合金を使用し、その製造工程中に、封着工程および封止工程を含む電子機器においては、封着・封止工程時に、電極にヒロックが発生するという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、電極材料として合金を使用し、その製造工程中に、封着工程および封止工程を含む電子機器において、電極に生じるヒロックの発生密度を少なくすることが可能となる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、その製造工程中に、封着工程および封止工程を含む電子機器の封着・封止方法において、封着・封止工程時に電極にヒロックが発生するのを防止することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかにする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、電極材料として合金を使用し、その製造工程中に、封着工程および封止工程を含む電子機器において、電極における、幅が１００ｎｍ、高さが３０ｎｍ以上の突起物の発生密度が、１００個／平方センチメートル以下であることを特徴とする。
また、本発明は、前記電子機器が、電子源アレイを有する一方の基板と、蛍光体を塗布した他方の基板と、枠部材とを有し、その内部が真空状態とされる電子機器であって、前記電極は、前記電子源アレイの電極であることを特徴とする。また、本発明は、前記電子機器が、金属（Ａ）−絶縁層−金属（Ｂ）の多層構造を有し、両金属間に電圧を印加することにより電子を放出する電子源アレイを有する一方の基板と、蛍光体を塗布した他方の基板と、枠部材とを有し、その内部が真空状態とされる電子機器であって、前記電極は、前記電子源アレイの多層構造の金属（Ｂ）であることを特徴とする。
また、本発明は、電極材料として合金を使用し、その製造工程中に、封着工程および封止工程を含む電子機器の封着・封止方法において、前記封着工程で使用される封着剤の溶融温度をＴ１、前記電極を構成する合金の金属間化合物析出温度をＴ２、前記封止工程における封止温度をＴ３とするとき、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ２−５０＞Ｔ３、もしくはＴ１−５０＞Ｔ３＞Ｔ２を満足する温度条件で、封着・封止を行うことを特徴とする。
また、本発明は、前記電子機器が、電子源アレイを有する一方の基板と、蛍光体を塗布した他方の基板と、枠部材と、前記一方の基板、他方の基板、および枠部材を封着剤を用いて封着した後、当該封着後の両基板間が真空状態に封止される電子機器であって、前記電極が、前記電子源アレイの電極であることを特徴とする。
また、本発明は、前記電子機器は、金属（Ａ）−絶縁層−金属（Ｂ）の多層構造を有し、両金属間に電圧を印加することにより電子を放出する電子源アレイを有する一方の基板と、蛍光体を塗布した他方の基板と、枠部材とを有し、前記一方の基板、他方の基板、および枠部材とを封着剤を用いて封着した後、当該封着後の両基板間が真空状態に封止される電子機器であって、前記電極が、前記電子源アレイの多層構造における金属（Ｂ）であることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明をＭＩＭ電子源アレイを用いたフラットディスプレイパネルに適用した実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１のＭＩＭ電子源アレイを用いたフラットディスプレイパネルを示す展開斜視図である。
同図に示すように、本願実施の形態のフラットディスプレイパネルは、ＭＩＭ電子源アレイが形成される電子源アレイ板１０３と、ストライプ状の蛍光体が形成される表示板１０５とが、枠ガラス１０４により対向配置されて構成される。また、電子源アレイ板１０３に形成された溝１０２にスペーサ１０１を配置し、これにより、電子源アレイ板１０３と表示板１０５との間を真空状態としたときに、大気圧によりフラットディスプレイパネルが破損されるのを防止している。
【０００６】
図２は、図１に示す電子源アレイ板１０３の概略構成を示す図である。
同図に示すように、図１に示すＭＩＭ電子源アレイ板１０３は、ソーダガラス等のガラス基板２０１上に形成されるＸ方向に延びるストライプ状の下部電極２０２と、下部電極２０２上に形成される電界緩和層２０３およびトンネル絶縁層２０４と、電界緩和層２０３およびトンネル絶縁層２０４上に形成されるＹ方向に延びるストライプ状のバス電極２０５と、バス電極２０５上に形成される上部電極２０６とで構成される。
ここで、下部電極２０２とバス電極２０５とは、互いに略直交するように形成され、下部電極２０２とバス電極２０５とが重なる領域内の一部に電子放出部２０７が形成される。
この電子放出部２０７は、バス電極２０５が除去され、上部電極２０６がトンネル絶縁層２０４を介して下部電極２０２と対向している。
ここで、下部電極２０２は、例えば、Ｎｄを２重量％含む厚さが３００ｎｍのＡｌで形成され、その断面が山形形状とされる。
電界緩和層２０３およびトンネル絶縁層２０４は、共に、Ａｌの陽極酸化膜（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）で形成されるが、その厚さは、電界緩和層２０３が１１０ｎｍ、トンネル絶縁層２０４が５．５ｎｍとされる。
また、バス電極２０５は、厚さが１５０ｎｍのＡｌと、厚さが４５ｎｍのモリブデン（以下、単に、Ｍｏと称する。）との多層膜で形成され、上部電極２０６は、厚さが１ｎｍのイリジウム（以下、単に、Ｉｒと称する。）と、厚さが２ｎｍの白金（以下、単に、Ｐｔと称する。）と、厚さが３ｎｍの金（以下、単に、Ａｕと称する。）との多層膜で形成される。
【０００７】
以下、図１に示す電子源アレイ板１０３の制作方法の概要を説明する。
初めに、９０ｍｍ×１１０ｍｍで厚さが３ｍｍのガラス基板２０１上に、金属スパッタ法により、Ｎｄが２重量％含まれたＡｌを３００ｎｍの厚さに蒸着する。
次に、フォトリソグラフィー技術によるウエットエッチイングにより、ピッチが０．１ｍｍ、幅が０．０６ｍｍである１５０本のＸ方向に延びるストライプ状の下部電極２０２を形成する。
次に、陽極酸化法により、各々の下部電極２０２の表面に酸化アルミニウムを形成し、電界緩和層２０３およびトンネル絶縁層２０４を形成する。
次に、スパッタ法により、Ａｌが１５０ｎｍ、Ｍｏが４５ｎｍの多層薄膜を形成し、フォトリソグラフィー技術とスパッタエッチング法により、下部電極２０２と略直交する方向に、ピッチが０．１ｍｍ、幅が０．０６ｍｍである６００本のＹ方向に延びるストライプ状のバス電極２０５で、電子放出部２０７の領域が除去されたバス電極２０５を形成する。
その後、スパッタ法により、Ｉｒが１ｎｍ、Ｐｔが２ｎｍ、Ａｕが３ｎｍの多層薄膜を形成し、フォトリソグラフィー技術とスパッタエッチング法により、下部電極２０２と略直交する方向に、ピッチが０．１ｍｍ、幅が０．０６ｍｍである６００本のＹ方向に延びるストライプ状の上部電極２０６と電子放出部２０７とを形成する。
これにより、ガラス基板上に１５０×６００個の微小電子源アレイ構造が作成される。
【０００８】
図３は、図１に示す表示板１０５の概略構成を示す図である。
同図に示すように、図１に示す表示板１０５は、ソーダガラス等のガラス基板３０１上に、Ｙ方向に延びるストライプ状の赤、緑、青の蛍光体３０２と、当該蛍光体３０２に形成されるメタルバック（Ａｌ膜）膜３０３とで構成される。
なお、蛍光体３０２のストライプピッチは０．１ｍｍである。
図１に示す電子源アレイ板１０３は、５５ｍｍ×７５ｍｍで厚さが３ｍｍのガラス基板３０１の表面に、赤、緑、青の蛍光体による繰り返しストライプパターン６００本（２００×３）を、フォトリソグラフィー技術により形成して、蛍光体３０２を形成し、その後、スパッタ法により、Ａｌの薄膜を形成してメタルバック膜３０３を形成する。
【０００９】
図４は、本実施の形態のフラットディスプレイパネルの封着・封止方法を説明するための図である。
以下、図４を用いて、本実施の形態のフラットディスプレイパネルの封着・封止方法を説明する。
初めに、前記方法により作成された電子源アレイ板１０３および表示板１０５と、外形寸法が５５ｍｍ×７５ｍｍで、一辺の幅が３ｍｍ、厚さが３ｍｍの枠ガラス１０４と排気管１０６とを、図４に示す配置で組み立て、ガラスペーストを用いて、３８０℃で１０分間熱処理することにより封着を行う。
この場合に、電子源アレイ板１０３および表示板１０５には、それぞれ位置合わせマーク（１０７ａ，１０７ｂ）が形成され、この位置合わせマーク（１０７ａ，１０７ｂ）が一致するように、電子源アレイ板１０３と表示板１０５とが位置決めされる。
また、電子源アレイ板１０３は、電子源アレイが上面に、表示板１０５は、ストライプ状の蛍光体３０２が下面になるように封着する。
さらに、電子源アレイ板１０３には、排気のために直径３ｍｍの穴１０８が形成される。
次に、封着終了後、排気管１０６から排気するとともに、全体を２５０℃で１時間加熱処理をした後、排気管１０６を封じることにより、封止を完了する。
完成したフラットディスプレイパネルの下部電極２０２と、上部電極２０６との間に電圧を印加することにより、電子放出部２０７から電子が放出され、この電子が、メタルバック（Ａｌ膜）膜３０３に印加される印加電圧により加速されて、ストライプ状の蛍光体３０２に入射し、表示板１０５の表示面に画像が表示される。
【００１０】
一般に、封着・封止工程時の熱処理により、ガラス基板と、電極（または配線）を構成する合金との熱膨張係数の違いにより、合金に圧縮歪が加わり、電極にヒロック（突起物）が生成される。
なお、本明細書において、ヒロックとは、原子間力顕微鏡で測定して、幅が１００ｎｍ、高さが３０ｎｍ以上の突起物を意味する。
本実施の形態において、下部電極２０２にヒロックが発生すると、このヒロックは、電界緩和層２０３あるいはトンネル絶縁層２０４を突き破って上部電極２０６に到達し、下部電極２０２と上部電極２０６とが、微小な導電路により短絡される場合がある。
そして、このような状態では、電子源アレイの特性が安定せず、また、このような状態で長時間使用すると、電界緩和層２０３あるいはトンネル絶縁層２０４の絶縁性が破壊されることになるので、電子源アレイの劣化を早めることになる。
特に、電子放出部２０７下のトンネル絶縁層２０４は膜厚が薄いので、前記ヒロックの影響が大きい。
【００１１】
前記したように、Ａｌ−Ｎｄ：２ｗｔ％合金は３２０℃で、Ａｌ−Ｎｄ金属間化合物の析出による体積収縮が起こり、この体積収縮が、ガラス基板と電極を構成する合金との熱膨張係数の違いにより合金に加わる圧縮歪を緩和するように動作し、ヒロックの発生を抑止することができる。
本実施の形態によれば、封着を、合金析出温度３２０℃よりも高い３８０℃の温度で行ったため、下部電極２０２に使用されるＡｌ−Ｎｄ：２ｗｔ％合金の、Ａｌ−Ｎｄ金属間化合物の析出による体積収縮が起こり、この体積収縮が、ガラス基板と合金との熱膨張係数の違いにより合金に加わる圧縮歪を緩和するように動作し、ヒロックの発生を抑止するので、下部電極２０２、特に、電子放出部２０７下の下部電極２０２にヒロックが発生するのを抑止することができる。
【００１２】
図５は、下部電極２０２に使用される合金の金属間化合物析出温度をＴ２、封止工程における封止温度をＴ３とするとき、（Ｔ２−Ｔ３）と、Ｔ３の温度で封止した時に発生するヒロック密度との関係の実験結果を示すグラフである。
この図５に示す実験結果から分かるように、（Ｔ２−Ｔ３）が５０℃以上の場合に、ヒロック発生密度を１００個／平方センチメートル以下に抑えることができる。
本実施の形態では、下部電極２０２に使用されるＡｌ−Ｎｄ：２ｗｔ％合金の、Ａｌ−Ｎｄ金属間化合物の析出温度３２０℃よりも７０℃低い温度で、封止のための熱処理を行ったので、電子放出部２０７にヒロックはほとんど発生しなかった。
［実施の形態２］
本実施の形態２のフラットディスプレイパネルは、溶融温度の高いフリットガラスを用いて、封着を４５０℃で、さらに封止を３５０℃で行った点で、前記実施の形態１と相違する。
また、本実施の形態２のフラットディスプレイパネルの構成は、前記図１ないし図３に示す前記実施の形態１のフラットディスプレイパネルと同一であるので、その詳細な説明は省略する。
以下、本実施の形態のフラットディスプレイパネルの封着・封止方法を説明する。
初めに、前記実施の形態１と同様の方法により作成された電子源アレイ板１０３および表示板１０５と、外形寸法が５５ｍｍ×７５ｍｍで、一辺の幅が３ｍｍ、厚さが３ｍｍである枠ガラス１０４と排気管１０６とを、図４に示す配置で組み立て、ガラスペーストを用いて、４５０℃で１０分間熱処理することにより封着を行う。
ここで、前記実施の形態１と同様、電子源アレイ板１０２には排気のために直径３ｍｍの１０８穴を形成する。
封着終了後、排気管１０６から排気するとともに、全体を３５０℃で１時間加熱処理をした後、排気管１０６を封じることにより、封止を完了する。
完成したフラットディスプレイパネルの下部電極２０２と、上部電極２０６との間に電圧を印加することにより、電子放出部２０７から電子が放出され、この電子が、メタルバック（Ａｌ膜）膜３０３に印加される印加電圧により加速されて、ストライプ状の蛍光体３０２に入射し、表示板１０５の表示面に画像が表示される。
【００１３】
本実施の形態では、下部電極２０２に使用されるＡｌ−Ｎｄ：２ｗｔ％合金の合金析出温度（３２０℃）よりも高い４５０℃と３５０℃との温度で、封着と封止とを行ったため、下部電極２０２に使用されるＡｌ−Ｎｄ：２ｗｔ％合金の、Ａｌ−Ｎｄ金属間化合物の析出による体積収縮が起こり、この体積収縮が、ガラス基板と合金との熱膨張係数の違いにより合金に加わる圧縮歪を緩和するように動作し、ヒロックの発生を抑止するので、下部電極２０２、特に、電子放出部２０７下の下部電極２０２にヒロックが発生するのを抑止することができる。
【００１４】
なお、本実施の形態において、ガラスペースト内のフリットガラスの溶融温度をＴ１、封止工程における封止温度をＴ３とするとき、Ｔ１−５０＞Ｔ３の条件を満足しなければならない。
これは、フリットガラスの溶融温度（Ｔ１）より５０℃以上低い温度で封止しなければ、フリットガラスの軟化によるリークが発生するという実験結果を根拠としている。
【００１５】
なお、前記各実施の形態では、本発明をＭＩＭ電子源アレイを用いたフラットディスプレイパネルに適用した実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、電極（あるいは配線）材料として合金を用い、封着・封止プロセスが必要なデバイスであれば適用可能であることは言うまでもない。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１６】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）本発明によれば、合金を構成要素として用い、封着・封止プロセスが必要な電子機器において、合金部分におけるヒロックの発生を抑止し、素子性能の劣化を防止することが可能となる。
（２）本発明によれば、ヒロック発生密度を、１００個／平方センチメートル以下に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のＭＩＭ電子源アレイを用いたフラットディスプレイパネルを示す展開斜視図である。
【図２】図１に示す電子源アレイ板の概略構成を示す図である。
【図３】図１に示す表示板の概略構成を示す図である。
【図４】本実施の形態のフラットディスプレイパネルの封着・封止方法を説明するための図である。
【図５】本実施の形態１の下部電極に使用される合金の金属間化合物析出温度をＴ２、封止工程における封止温度をＴ３とするとき、（Ｔ２−Ｔ３）と、Ｔ３の温度で封止した時に発生するヒロック密度との関係の実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１…スペーサ、１０２…溝、１０３…電子源アレイ板、１０４…枠ガラス、１０５…表示板、１０６…排気管、１０７ａ，１０７ｂ…位置合わせマーク、１０８…穴、２０１，３０１…ガラス基板、２０２…下部電極、２０３…電界緩和層、２０４…トンネル絶縁層、２０５…バス電極、２０６…上部電極、２０７…電子放出部、３０２…蛍光体、３０３…メタルバック（Ａｌ膜）膜。

Claims (4)

1. 電極材料として合金を使用し、その製造工程中に、封着工程および封止工程を含む電子機器の封着・封止方法において、
   前記封着工程で使用される封着剤の溶融温度をＴ１、前記電極を構成する合金の金属間化合物析出温度をＴ２、前記封止工程における封止温度をＴ３とするとき、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ２−５０＞Ｔ３を満足する温度条件で、封着・封止を行うことを特徴とする電子機器の封着・封止方法。
2. 電極材料として合金を使用し、その製造工程中に、封着工程および封止工程を含む電子機器の封着・封止方法において、
   前記封着工程で使用される封着剤の溶融温度をＴ１、前記電極を構成する合金の金属間化合物析出温度をＴ２、前記封止工程における封止温度をＴ３とするとき、Ｔ１−５０＞Ｔ３＞Ｔ２を満足する温度条件で、封着・封止を行うことを特徴とする電子機器の封着・封止方法。
3. 前記電子機器は、電子源アレイを有する一方の基板と、蛍光体を塗布した他方の基板と、枠部材と、前記一方の基板、他方の基板、および枠部材を封着剤を用いて封着した後、当該封着後の両基板間が真空状態に封止される電子機器であって、
   前記電極は、前記電子源アレイの電極であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器の封着・封止方法。
4. 前記電子機器は、金属（Ａ）−絶縁層−金属（Ｂ）の多層構造を有し、両金属間に電圧を印加することにより電子を放出する電子源アレイを有する一方の基板と、蛍光体を塗布した他方の基板と、枠部材とを有し、前記一方の基板、他方の基板、および枠部材とを封着剤を用いて封着した後、当該封着後の両基板間が真空状態に封止される電子機器であって、
   前記電極は、前記電子源アレイの多層構造における金属（Ｂ）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器の封着・封止方法。

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