JP4567041B2

JP4567041B2 - 車載用蛍光表示管及びその製造方法

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Publication number: JP4567041B2
Application number: JP2007254896A
Authority: JP
Inventors: 景太阿部; 貞夫高野; 祐介安岡
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: KR100993410B1; JP2009087662A; US8264139B2; CN101399145A; US20090085460A1; KR20090033037A; CN101399145B

Description

本発明は、例えばマトリクス状に構成されてスイッチング素子で選択される複数の陽極導体と各陽極導体を覆う蛍光体層とを有する回路基板が外囲器の内面に取り付けられ、外囲器内の電子源から放出された電子を、スイッチング素子で選択した陽極導体の蛍光体層に射突させて所望のグラフィック表示を行うアクティブマトリクス駆動タイプの車載用蛍光表示管に係り、特に陽極が作り込まれた回路基板が外囲器の基板に確実に固定され、かつ前記基板から剥離しにくい車載用蛍光表示管とその製造方法に関するものである。

下記特許文献１には、半導体チップが外囲器内でガラス基板上に接着されて一体化された蛍光表示管の構造例が開示されている。この発明は、蛍光表示管の外囲器の一部を構成するガラス基板の内面側に搭載され、ペーストで固定された半導体チップの接着状態を、半導体チップを剥がすことなく検査できるようにし、検査作業の効率化と生産性を高めることを目的としたものである。

図７及び図８に示すように、ガラス板１０上に形成されたアルミニウムからなる接地用の配線層２０のうち、半導体チップが搭載される部分には複数のスリット２１が設けられている。図７の例では平面視でＸ方向（横方向）及びＹ方向（縦方向）にスリット２１が設けられ、図８の例では同心円形のパターンでスリット２１が設けられている。

そして、図９（ａ）に示すように導電性ペースト４０を配線層２０上に塗布し、同図（ｂ）に示すように半導体チップ５０を上から押し付けることにより、導電性ペースト４０がつぶれ、半導体チップ５０とガラス基板１０が固着される。配線層２０が図７及び図８に示したようにスリット２１を有するパターンで形成されているので、蛍光表示管のガラス基板１０の裏面から見ると、導電性ペースト４０が一様につぶれているか否かの検査を半導体チップ５０を剥離することなく行うことができる。
特開平１１−２２４６２２号公報

前記特許文献１に記載の蛍光表示管では、ガラス基板１０に設けられたアルミニウムの配線層２０には複数のスリット２１が形成されているが、このスリット２１は、半導体チップ５０を配線層２０に電気的に接続するための導電性ペースト４０が一様につぶれて半導体チップ５０と配線層２０の間に行き渡っていることを確認するためのものである。すなわち、導電性ペースト４０による半導体チップ５０とガラス基板１０の固着強度について配線層２０が何らかの影響を及ぼすなどといった発想は同文献中には開示されていない。

本願発明者等は、前記特許文献１のようなスリットを有する配線層の上に半導体チップを固定する構造について研究を進めた結果、ガラス基板上面に設けられたアルミニウムの配線層に設けたスリットは目視検査を目的としており、更に前記配線と半導体チップ５０の間に厚さ約３０μｍの絶縁層が介在することもある。このような構造においては、半導体チップとガラス基板の固定は必ずしも確実ではなく、半導体チップがガラス基板から剥がれてしまうことがあることを見出すに至った。さらに、上記研究の過程で、配線層なしで半導体チップをガラス基板上に接着材料によって直接接着した場合には、接着材料とガラスの熱膨張係数の差異によってガラス基板が割れたり、半導体チップが剥がれたりする場合があることも判明した。本願発明者等はこれらの知見から、外囲器内のガラス基板上に半導体の回路基板を接着材料で固定する構造において、ガラス基板上にアルミニウム薄膜を何らかの特殊な構造で形成することにより、ガラス基板と回路基板の固定状態を確実にすることができるのではないかとの課題を得るに至った。

本発明は、このような従来の技術において本願発明者等が見出した課題を解決するためになされたものであり、発光表示部である陽極が作り込まれた半導体の回路基板を外囲器のガラス基板の内面に固定した構造の車載用蛍光表示管において、回路基板をガラス基板に確実に接着できる構造乃至製造方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載された車載用蛍光表示管は、ガラス基板を備えた外囲器と、複数の陽極導体と各陽極導体を制御する制御素子と各陽極導体に設けられた蛍光体層からなる陽極が形成されて前記外囲器の前記ガラス基板の内面に取り付けられた回路基板と、前記外囲器の内部において前記陽極の上方に設けられた電子源とを有し、前記制御素子で選択した前記陽極導体の前記蛍光体層に前記電子源からの電子を射突させて所望の表示を行う車載用蛍光表示管において、前記ガラス基板の内面に、アルミニウム面積比率が３０％〜６０％の範囲にあるアルミニウム薄膜が設けられ、前記アルミニウム薄膜の上にダイボンド材を介して前記回路基板が固定されており、前記ガラス基板の内面に設けられる前記アルミニウム薄膜は前記回路基板の外形よりも大きく形成され、前記アルミニウム薄膜の上面に前記アルミニウム薄膜よりも小さくかつ前記回路基板の外形よりも大きい開口部を有する絶縁層が形成され、前記絶縁層の前記開口部に形成された前記アルミニウム薄膜の上にダイボンド材を介して前記回路基板が固定され、前記回路基板と前記開口部内にある前記アルミニウム薄膜又は前記開口部内の前記ガラス基板の内面との間には絶縁層が形成されていないことを特徴としている。

請求項２に記載された車載用蛍光表示管は、請求項１記載の蛍光表示管において、前記アルミニウム薄膜のアルミニウム面積比率が４０％〜５０％の範囲にあることを特徴としている。

請求項３に記載された車載用蛍光表示管の製造方法は、ガラス基板を備えた外囲器と、複数の陽極導体と各陽極導体を制御する制御素子と各陽極導体に設けられた蛍光体層からなる陽極が形成されて前記外囲器の前記ガラス基板の内面に取り付けられた回路基板と、前記外囲器の内部において前記陽極の上方に設けられた電子源とを有し、前記制御素子で選択した前記陽極導体の前記蛍光体層に前記電子源からの電子を射突させて所望の表示を行う車載用蛍光表示管の製造方法において、前記ガラス基板の内面に、前記回路基板の外形よりも大きくなるようにアルミニウム面積比率が３０％〜６０％の範囲でアルミニウム薄膜を形成し、前記アルミニウム薄膜の上面に前記アルミニウム薄膜よりも小さくかつ前記回路基板の外形よりも大きい開口部を有する絶縁層を形成し、前記絶縁層の前記開口部に形成された前記アルミニウム薄膜の上にダイボンドペーストを平行な帯状体が所定間隔で形成されたストライプ状に印刷し、前記ダイボンドペーストの上に前記回路基板を載置して押圧することにより前記ダイボンドペーストを前記回路基板と前記アルミニウム薄膜の間で均一に広げ、前記ガラス基板を焼成することによって前記回路基板を前記ガラス基板上に固定することを特徴としている。

本発明に係る車載用蛍光表示管によれば、外囲器のガラス基板の内面に、アルミニウム面積比率が３０％〜６０％の範囲（より好ましくは４０％〜５０％の範囲）でアルミニウム薄膜を形成し、その上にダイボンドペーストを焼成して得られるダイボンド材を介して回路基板を固定したので、回路基板のガラス基板に対する付着強度が最適となり、ガラス基板が割れたり、回路基板が剥離したりする等の不都合が生じにくくなった。更に回路基板とアルミニウム又はガラス基板の間には絶縁層が無いため、ダイボンド材とアルミニウム又はガラス基板と半導体基板の接合が安定になる。

本発明に係る車載用蛍光表示管の製造方法によれば、外囲器のガラス基板の内面に、アルミニウム面積比率が３０％〜６０％の範囲（より好ましくは４０％〜５０％の範囲）でアルミニウム薄膜を形成し、その上にダイボンドペーストをストライプ状に印刷し、その上から回路基板を載置して押圧してから焼成することとしたので、ダイボンドペーストは回路基板とアルミニウム薄膜の間で均一に広がった状態で焼成されて回路基板をガラス基板上に最適の付着強度で確実に固定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は第１実施形態に係る蛍光表示管の断面図、図２は同蛍光表示管の製造工程において回路基板を接着する前のガラス基板の平面図、図３（ａ），（ｂ）は同蛍光表示管の一製造工程を示す平面図及び同平面図のＡ−Ａ’切断線における断面図、図４（ａ），（ｂ）は同蛍光表示管の一製造工程を示す平面図及び同平面図のＢ−Ｂ’切断線における断面図、図５は同蛍光表示管をステップ衝撃試験に供した結果を示す表図、図６は図５に示した実験結果から得られた同蛍光表示管におけるアルミニウム面積比率と限界となる加速度との関係を示す図である。

（１）構造
図１に示すように、本例の蛍光表示管１は、内部が高真空状態とされた略箱型の容器である外囲器２を有している。外囲器２は、絶縁性のガラス基板３と、ガラス板を組み合わせて下面側が開放された蓋状に構成され、前記ガラス基板３の内面側に封着される容器部４から構成されている。

図１に示すように、外囲器２の内部において、ガラス基板３の内面には、アルミニウム薄膜５が形成されている。このアルミニウム薄膜５は、後述するようにこの上に回路基板６をダイボンドペーストで接着する際に接着力を安定化して回路基板６の固着を確実にするための層であり、その目的のためには、以下に説明するように、アルミニウム薄膜５の構成に以下に説明するような条件を与える必要がある。

すなわち、図２に示すように、このアルミニウム薄膜５には多数の抜き部分７（アルミニウム薄膜５が形成されていない孔の部分）が一様に形成されており、図示の例では正方形の抜き部分７を有する格子状のパターンに形成されている。そして、アルミニウム面積比率（アルミニウム薄膜５が形成されている領域の全面積に対するアルミニウム部分の面積比率）は、３０〜６０％であることが必要である。図２に示した例では、アルミニウムの面積比率は（ａ）が７５％、（ｂ）が５０％、（ｃ）が３０％である。すなわち、（ａ）は本発明に含まれず、（ｂ）及び（ｃ）は本発明に含まれる構成例である。なお、このようなアルミニウムの面積比率についての条件は、回路基板６の剥がれが生じにくいという効果が得られる条件として実験で見出されたものであり、その詳細については後述する。

また、前記回路基板６が載置されるアルミニウム薄膜５の周縁部に、開口部１０ａを有する略枠状の絶縁層１０を積層して形成する。絶縁層１０は、前記開口部１０ａが前記回路基板６の位置決めに有用に作用するとともに、他の部品との絶縁をとり、併せて外光に対して遮光部材として作用する。ここで、前記絶縁層１０は、低融点ガラスに主として黒色の顔料を添加したペーストを焼成して作成することができる。

図１に示すように、前記アルミニウム薄膜５の上には回路基板６が接着材料としてのダイボンド材９を介して取り付けられている。
回路基板６は、矩形のシリコンウエハーからなり、その表面には発光表示部である陽極が作り込まれている。陽極は、回路基板６の上面にマトリクス状に配置構成された複数の陽極導体と、各陽極導体ごとに設けられて当該陽極導体のＯＮ／ＯＦＦを選択するスイッチング素子等の制御回路と、さらに各陽極導体を覆って設けられた蛍光体層８を有している。

ダイボンド材９を形成するためのダイボンドペーストは、Ａｇ等の導電性金属粒子と、ゲル化材と、オクタンジールから構成されており、アルミニウム薄膜５の格子状の開口部（抜き部分７）を埋めつつ、アルミニウム薄膜５の形成領域の全域にわたって一定の厚さで形成され、回路基板６を確実にガラス基板３に接着固定している。

図示しないが、前記外囲器２の内部には、回路基板６の陽極の上方に、電子源が設けられている。電子源はフィラメント状のものでも良いし、回路基板６と対面する容器部４の内面に面状に形成されたものでもよい。

以上の構成によれば、回路基板６に作り込まれた制御回路の制御素子に表示信号を入力して所望の陽極導体を選択し、当該陽極導体に相当する位置にある蛍光体層８に前記電子源からの電子を射突させれば、画素として選択された蛍光体層８の発光部分の発光時間が長く、輝度の高いスタティック駆動による所望のグラフィック表示を行うことができる。

（２）製造工程
次に、本例の蛍光表示管１の製造工程を、要部である回路基板６の接着工程を中心として説明する。
図３（ａ）に示すように、ガラス基板３の内面上には、３０％〜６０％のアルミニウム面積比率でアルミニウム薄膜５が形成されている。そのアルミニウム薄膜５乃至ガラス基板３の上面に、ダイボンドペースト９を印刷法によって所定パターンで塗布する。ここで形成するパターンは、アルミニウム薄膜５の格子パターンに沿う平行な帯状体を所定間隔で形成したストライプパターンである。

図３（ｂ）に示すように、蛍光体層８を有する回路基板６（マトリクス状の陽極導体や各陽極導体ごとに設けられた制御素子は同図中には現れない）を、ストライプ状のダイボンドペースト９の上方に配置して位置決めする。

図４に示すように、回路基板６をダイボンドペースト９に均一に押し付けてガラス基板３上に搭載すると、ストライプ状のダイボンドペースト９は回路基板６とガラス基板３の間で潰れて周囲に移動し、一様に広がる。ダイボンドペースト９は、アルミニウム薄膜５の格子状の開口部（抜き部分７）を埋めつつ、アルミニウム薄膜５の形成領域の全域にわたって一定の厚さとなり、回路基板６とガラス基板３の間を均一に埋めつくす。

内部に回路基板６を有する蛍光表示管１の製造において、ガラス基板３上に回路基板６を接着するためのダイボンドペースト９を設ける作業は、実際には大きなガラス板に蛍光表示管の部品サイズのガラス基板３を多数個取りし、後に切断されてガラス基板３となる各領域にダイボンドペースト９を次々と連続的に塗布する工程で行うが、このような作業はディスペンサーでは時間がかかり過ぎるため、印刷法で行うことが好ましい。ところが、回路基板６とガラス基板３（アルミニウム薄膜５）の間にダイボンドペースト９の均一な層を通常の印刷法で形成しようとしても、ペーストの吐出量の調整が難しいので実際には困難である。しかしながら、本例によれば、アルミニウム薄膜５が形成された回路基板６の接着領域に、ダイボンドペースト９を印刷法によって速やかにストライプパターンで印刷し、これを回路基板６でつぶすという工法を採用したので、回路基板６とガラス基板３の間に均一なダイボンドペースト９の層を容易に形成することができる。

ここで、このガラス基板３を大気雰囲気中にて４８０℃〜５００℃で焼成し、ダイボンドペーストを固化させて回路基板６をガラス基板３に固定する。

そして、さらに図示はしないが必要なその他の内部構造を構築した後、ガラス基板３の上面に容器部４を封着し、内部を排気しながら焼成して封止することにより、本例の蛍光表示管１が完成する。

（３）効果
先に述べたように、本発明におけるアルミニウム薄膜５の面積比率は３０％〜６０％の範囲にあることが条件であるが、回路基板６が剥がれにくいという本発明の効果が達成される当該数値範囲を見出した実験について説明する。

実験では、以上説明した本発明の蛍光表示管１の構造を有するが、アルミニウム薄膜５の面積比率の異なる複数種類の蛍光表示管１を供試体として製造した。具体的には、図５及び図６に示すように、アルミニウム薄膜５の面積比率が３０％、４０％、５０％、６０％、７５％の５種類であり、各種類を５個ずつ実験に供した。

実験はステップ衝撃試験であり、供試体の蛍光表示管１を実験装置のステージに回路基板６が下向きになるように取り付け、ステージを所定寸法上昇させて所定位置に位置決めして停止し、その後固定具を解除して蛍光表示管１を落下させ、所定の加速度による衝突の衝撃で回路基板６の剥離が生じるか否かを見るものである。

そして、このような衝撃試験を、一つの蛍光表示管１について、小さな加速度（６００Ｇ）から上限の２０００Ｇに至るまで１００Ｇずつ増加させながら連続して行っていき、回路基板６が剥離した時点での加速度を記録する。実験は１種類の蛍光表示管１について、５個の供試体を用意して行うので、生データとしては図５に示すように１種類の蛍光表示管１について５個の限界加速度データが得られるが、全体の傾向を見るため図６に示すように各種類の蛍光表示管１ごとに５個のデータを平均してグラフ化した。

実験の結果、アルミニウム薄膜５の面積比率が３０％から６０％の範囲において、衝撃加速度の平均が１４００Ｇ以上となり、この範囲であれば実用上必要な強度が得られることが判明した。例えば大きな衝撃が不定期に繰り返し加わる車載用の蛍光表示管１としては上記３０％から６０％の範囲は実用上必須の強度を確保するために必要であるが、さらに４０％から５０％の範囲であれば衝撃加速度の平均が１７００Ｇ以上となり、さらに好ましい。

実験の結果によれば、アルミニウム薄膜５の面積比率が大きい５０％〜７５％では、アルミニウム薄膜５の面積比率が大きいと固着強度が弱く、逆に小さいと固着強度が強くなるという傾向があるが、アルミニウム薄膜５の面積比率が小さい５０％未満の領域では、そのような傾向（図中破線で示す）から外れ、固着強度が低下している。その理由は、製造工程中で固着強度が強くなり過ぎてガラス基板３とダイボンドペースト９に微少なクラックが生じ、試供体完成時には固着強度が低下してしまうからであると考えられる。

図２に示す抜き部分の形状は、円形、楕円形、多角形いずれの形状であっても矩形の実施形態１と同じ効果がある。また、複数種類の形状の抜き部分が繰り返し連続してあらわれるパターンであってもよく、その場合にも実施形態１と同等の効果が得られる。

図１は第１実施形態に係る蛍光表示管の断面図である。図２は同蛍光表示管の製造工程において回路基板を接着する前のガラス基板の平面図である。図３（ａ），（ｂ）は同蛍光表示管の一製造工程を示す平面図及び同平面図のＡ−Ａ’切断線における断面図である。図４（ａ），（ｂ）は同蛍光表示管の一製造工程を示す平面図及び同平面図のＢ−Ｂ’切断線における断面図である。図５は同蛍光表示管をステップ衝撃試験に供した結果を示す表図である。図６は図５に示した実験結果から得られた同蛍光表示管におけるアルミニウム面積比率と限界となる加速度との関係を示す図である。特許文献１に開示された蛍光表示管用ガラス基板の平面図である。特許文献１に開示された蛍光表示管用ガラス基板の平面図である。特許文献１に開示された蛍光表示管用ガラス基板に半導体チップを搭載する様子を説明する図である。

符号の説明

１…蛍光表示管
２…外囲器
３…ガラス基板
４…容器部
５…アルミニウム薄膜
６…回路基板
７…抜き部分（孔）
８…蛍光体層
９…ダイボンド材（ダイボンドペースト）
１０…絶縁層

Claims

ガラス基板を備えた外囲器と、複数の陽極導体と各陽極導体を制御する制御素子と各陽極導体に設けられた蛍光体層からなる陽極が形成されて前記外囲器の前記ガラス基板の内面に取り付けられた回路基板と、前記外囲器の内部において前記陽極の上方に設けられた電子源とを有し、前記制御素子で選択した前記陽極導体の前記蛍光体層に前記電子源からの電子を射突させて所望の表示を行う車載用蛍光表示管において、
前記ガラス基板の内面に、アルミニウム面積比率が３０％〜６０％の範囲にあるアルミニウム薄膜が設けられ、前記アルミニウム薄膜の上にダイボンド材を介して前記回路基板が固定されており、
前記ガラス基板の内面に設けられる前記アルミニウム薄膜は前記回路基板の外形よりも大きく形成され、前記アルミニウム薄膜の上面に前記アルミニウム薄膜よりも小さくかつ前記回路基板の外形よりも大きい開口部を有する絶縁層が形成され、前記絶縁層の前記開口部に形成された前記アルミニウム薄膜の上にダイボンド材を介して前記回路基板が固定され、
前記回路基板と前記開口部内にある前記アルミニウム薄膜又は前記開口部内の前記ガラス基板の内面との間には絶縁層が形成されていないことを特徴とする車載用蛍光表示管。
前記アルミニウム薄膜のアルミニウム面積比率が４０％〜５０％の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の車載用蛍光表示管。
ガラス基板を備えた外囲器と、複数の陽極導体と各陽極導体を制御する制御素子と各陽極導体に設けられた蛍光体層からなる陽極が形成されて前記外囲器の前記ガラス基板の内面に取り付けられた回路基板と、前記外囲器の内部において前記陽極の上方に設けられた電子源とを有し、前記制御素子で選択した前記陽極導体の前記蛍光体層に前記電子源からの電子を射突させて所望の表示を行う車載用蛍光表示管の製造方法において、
前記ガラス基板の内面に、前記回路基板の外形よりも大きくなるようにアルミニウム面積比率が３０％〜６０％の範囲でアルミニウム薄膜を形成し、
前記アルミニウム薄膜の上面に前記アルミニウム薄膜よりも小さくかつ前記回路基板の外形よりも大きい開口部を有する絶縁層を形成し、
前記絶縁層の前記開口部に形成された前記アルミニウム薄膜の上にダイボンドペーストを平行な帯状体が所定間隔で形成されたストライプ状に印刷し、
前記ダイボンドペーストの上に前記回路基板を載置して押圧することにより前記ダイボンドペーストを前記回路基板と前記アルミニウム薄膜の間で均一に広げ、
前記ガラス基板を焼成することによって前記回路基板を前記ガラス基板上に固定することを特徴とする車載用蛍光表示管の製造方法。