JP5202134B2 - Lead-free low-temperature glass frit, lead-free low-temperature glass frit paste material, image display device and IC ceramic package using the same - Google Patents
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本発明は、低温で封着,被覆等に使用可能で、無鉛低融点ガラスと無鉛フィラーとを含む無鉛低温ガラスフリット、それを用いた無鉛低温ガラスフリットペースト材料,画像表示装置及びICセラミックスパッケージに関する。 The present invention relates to a lead-free low-temperature glass frit that can be used for sealing, coating and the like at a low temperature and includes a lead-free low-melting glass and a lead-free filler, a lead-free low-temperature glass frit paste material using the same, an image display device, and an IC ceramic package .
プラズマディスプレイパネル(PDP)等の前面板と背面板を気密封着される画像表示装置等では、低温ガラスフリットが使用される。その低温ガラスフリットは、500℃以下の低温で軟化,流動する低融点ガラスと、それを低熱膨張化するためのフィラーからなる。従来、このような低融点ガラスとして酸化鉛を主成分とするガラス、フィラーとしてチタン酸鉛等が使用されていた。 A low-temperature glass frit is used in an image display device or the like in which a front plate and a back plate are hermetically sealed, such as a plasma display panel (PDP). The low-temperature glass frit comprises a low-melting glass that softens and flows at a low temperature of 500 ° C. or lower and a filler for reducing the thermal expansion of the glass. Conventionally, glass mainly composed of lead oxide as such a low-melting glass and lead titanate as a filler have been used.
昨今、環境や安全の規制により、鉛を含む材料の使用が回避されている。無鉛低温ガラスフリットとして、特許文献1では酸化ビスマスを主成分とするガラス、特許文献2では酸化スズを主成分とするガラス組成物、特許文献3と特許文献4では酸化バナジウムを主成分とするガラスが提案されている。また、無鉛フィラーとしては、石英ガラス,コージェライト,β−ユークリプタイト,ケイ酸亜鉛,ジルコン,アルミナ等の粉末が組み合わせられている。
In recent years, the use of materials containing lead has been avoided due to environmental and safety regulations. As a lead-free low-temperature glass frit,
一般的には、低温ガラスフリットを用いて封着或いは被覆された部分は、低融点ガラス中にフィラーが均一に分散された状態となっている。フィラーが均一に分散された低温ガラスフリットとして、特許文献5や特許文献6が提案されている。
In general, a portion sealed or coated with a low-temperature glass frit is in a state where a filler is uniformly dispersed in a low-melting glass.
従来の無鉛低温ガラスフリットでは、有害な鉛を含まないことや熱膨張をコントロールすることは配慮されていたが、無鉛低融点ガラスに対して無鉛フィラーの比重と粒径を配慮した材料設計とはなっていなかった。また、従来の無鉛低温ガラスフリットにより気密封着或いは被覆された部分での無鉛フィラーの分散状態は、低融点ガラス中に均一に分散することを目標とはされてはいるが、その方法に関しては明確にはされていなかった。 Conventional lead-free low-temperature glass frit has been considered not to contain harmful lead and to control thermal expansion, but what is the material design considering the specific gravity and particle size of lead-free filler for lead-free low melting glass? It wasn't. In addition, the dispersion state of the lead-free filler in the portion hermetically sealed or coated with the conventional lead-free low-temperature glass frit is aimed to be uniformly dispersed in the low melting point glass. It was not clear.
従来の無鉛低温ガラスフリットでは、被封着材や被被覆材との熱膨張のマッチングを取るために、無鉛フィラーが含有され、その封着部や被覆部にはその無鉛フィラーが均一に分散されることが一般的である。無鉛フィラーの含有により効率的に低熱膨張化するためには、封着部や被覆部が破損しない範囲で無鉛フィラーの粒径を大きくした方がよい。これによれば、無鉛フィラーの含有量を少なくできるので、無鉛低温ガラスフリットの流動性を損なうことなく、低温で気密な封着や被覆が可能である。しかし、無鉛フィラーの粒径を大きくすると、被封着部にキズを付けたり、また被覆部の凹凸が大きくなったりする問題が発生する。 Conventional lead-free low-temperature glass frit contains lead-free filler in order to match thermal expansion with the material to be sealed and the material to be coated, and the lead-free filler is uniformly dispersed in the sealing part and covering part. In general. In order to efficiently reduce the thermal expansion by containing a lead-free filler, it is better to increase the particle size of the lead-free filler as long as the sealing portion and the covering portion are not damaged. According to this, since the content of the lead-free filler can be reduced, hermetic sealing and coating can be performed at a low temperature without impairing the fluidity of the lead-free low-temperature glass frit. However, when the particle size of the lead-free filler is increased, there arises a problem that the sealed portion is scratched and the unevenness of the covering portion is increased.
一方、無鉛フィラーの粒径を小さくすると、その含有量を増やす必要があり、無鉛低温ガラスフリットの流動性を損なうことになり、低温での気密封着や被覆がしにくくなる問題が発生する。 On the other hand, when the particle size of the lead-free filler is made small, it is necessary to increase the content thereof, the fluidity of the lead-free low-temperature glass frit is impaired, and there is a problem that it is difficult to hermetically seal and coat at low temperatures.
そこで、本発明の目的は、無鉛低融点ガラスに対する無鉛フィラーの比重,粒径,含有量を配慮し、封着部或いは被覆部の無鉛フィラーの分散状態を適切にコントロールした無鉛低温ガラスフリット、それを用いた無鉛低温ガラスフリットペースト材料,画像表示装置及びICセラミックスパッケージを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a lead-free low-temperature glass frit in which the specific gravity, particle size, and content of the lead-free filler with respect to the lead-free low-melting glass are taken into account, and the dispersion state of the lead-free filler in the sealing part or the covering part is appropriately controlled. An object of the present invention is to provide a lead-free low-temperature glass frit paste material, an image display device, and an IC ceramic package using the above.
すなわち、本発明の無鉛低温ガラスフリットは、500℃以下で封着,被覆する無鉛低温ガラスフリットにおいて、前記無鉛低温ガラスフリットは、無鉛低融点ガラス中に、前記無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーと、前記無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーとが分散し、前記無鉛低融点ガラスの比重より小さい前記無鉛フィラーの平均粒径が、前記無鉛低融点ガラスの比重より大きい前記無鉛フィラーの平均粒径より大きいことを特徴としている。 That is, lead-free low-temperature glass frit of the present invention, sealing at 500 ° C. or less, in the lead-free low-temperature glass frit coating, the lead-free low-temperature glass frit, a lead-free low-melting-point glass, smaller lead-free than the specific gravity of the lead-free low-melting-point glass The lead and the lead-free filler larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass are dispersed, and the average particle size of the lead-free filler smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass is larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass. It is characterized by being larger than the average particle size .
また、本発明の無鉛低温ガラスフリットは、無鉛低融点ガラスの含有量が60〜80体積%、無鉛フィラーの合計含有量が20〜40体積%であり、無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーの平均粒径が20μm以上、低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーの平均粒径が10μm以下であることを特徴とする。さらに、無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーの含有量が、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーの含有量より体積比で同等或いは多いことが好ましく、無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーの含有量が10〜30体積%、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーの含有量が5〜20体積%、残りが無鉛低融点ガラスであることが望ましい。 The lead-free low-temperature glass frit of the present invention has a lead-free low-melting glass content of 60 to 80% by volume and a total content of lead-free fillers of 20 to 40% by volume, which is smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass. The average particle size of the lead-free filler, which is 20 μm or more larger than the specific gravity of the low-melting glass, is 10 μm or less. Furthermore, it is preferable that the content of the lead-free filler smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass is equal to or larger in volume ratio than the content of the lead-free filler larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass. It is desirable that the content of the filler is 10 to 30% by volume, the content of the lead-free filler larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass is 5 to 20% by volume, and the remainder is the lead-free low-melting glass.
また、本発明の無鉛低温ガラスフリットにおいて、無鉛低融点ガラスの比重が3.0〜4.0であることを特徴としている。この無鉛低融点ガラスはリン酸系ガラスであり、バナジウムを主成分であることが好ましい。 The lead-free low-temperature glass frit of the present invention is characterized in that the specific gravity of the lead-free low-melting glass is 3.0 to 4.0. This lead-free low-melting glass is a phosphate glass, and preferably contains vanadium as a main component.
また、本発明の無鉛低温ガラスフリットペースト材料は、上記の無鉛低温ガラスフリットと、樹脂バインダーと、溶剤とを含むことを特徴としている。 Moreover, the lead-free low-temperature glass frit paste material of this invention is characterized by including said lead-free low-temperature glass frit, a resin binder, and a solvent.
また、本発明の画像表示装置は、前面板と背面板とを対向して、外周部分を低温ガラスフリットで気密に封着した画像表示装置において、前記低温ガラスフリットが、上記の無鉛低温ガラスフリットであることを特徴としている。 Further, the image display device of the present invention is an image display device in which a front plate and a back plate are opposed to each other and an outer peripheral portion is hermetically sealed with a low-temperature glass frit, wherein the low-temperature glass frit is the lead-free low-temperature glass frit described above. It is characterized by being.
また、本発明のICセラミックスパッケージは、配線とICチップを搭載したセラミックス基板をセラミックス蓋にて外周部分を低温ガラスフリットで気密に封着したICセラミックスパッケージにおいて、前記低温ガラスフリットが、請求項1ないし10のいずれか1項に記載の無鉛低温ガラスフリットであることを特徴としている。
The IC ceramic package of the present invention is an IC ceramic package in which a ceramic substrate on which wiring and an IC chip are mounted is hermetically sealed with a ceramic lid, and the low temperature glass frit is hermetically sealed with a low temperature glass frit. Or a lead-free low-temperature glass frit described in any one of
本発明によれば、環境負荷の低減を図るとともに500℃以下の低温ガラス封着や被覆ができ、しかも被封着部にキズを付けたり、被覆部の凹凸が大きくなったりすることがない、実用性の高い無鉛低温ガラスフリット、それを用いた無鉛低温ガラスフリットペースト材料,画像表示装置及びICセラミックスパッケージを提供できる。 According to the present invention, environmental load can be reduced and low-temperature glass sealing or coating at 500 ° C. or lower can be performed, and the sealed portion is not scratched or unevenness of the coated portion is not increased. A highly practical lead-free low-temperature glass frit, a lead-free low-temperature glass frit paste material using the same, an image display device, and an IC ceramic package can be provided.
本発明をさらに詳細に説明する。 The present invention will be described in further detail.
500℃以下で封着,被覆する無鉛低温ガラスフリットにおいて、無鉛低温ガラスフリットが無鉛低融点ガラスと、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーと小さい無鉛フィラーとを含むことにより、この無鉛低温ガラスフリットにより気密封着或いは被覆された部分での無鉛フィラー分散状態は、無鉛低融点ガラス中に均一に分散され、被封着部にキズを付けたり、被覆部の凹凸が大きくなったりすることはなくなる。しかし、無鉛フィラーが、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーだけで構成されると、低融点ガラス中でその無鉛フィラーが沈んでしまう傾向があり、表面の凹凸はないが、表面部にクラックが発生しやすいという問題が発生する。一方、無鉛フィラーが、無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーだけで構成されると、低融点ガラス中でその無鉛フィラーが浮いてしまう傾向があり、表面のクラック発生はないが、表面部の凹凸は大きいと言った問題が発生する。また、底部にクラックが発生することがある。さらに、表面の凹凸により被封着部をキズ付けたりすることがある。その上、表面部において無鉛フィラーが多く、無鉛低融点ガラスが少ないため、被封着部分との良好な接着性が得られないことがある。 In a lead-free low-temperature glass frit that is sealed and coated at 500 ° C. or less, the lead-free low-temperature glass frit includes a lead-free low-melting glass, a lead-free filler larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass, and a small lead-free filler. The lead-free filler dispersion state in the part hermetically sealed or coated by the frit is uniformly dispersed in the lead-free low-melting glass, so that the sealed part is scratched or the unevenness of the coated part becomes large. Disappear. However, if the lead-free filler is composed only of lead-free fillers that are larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass, the lead-free filler tends to sink in the low-melting glass and there are no surface irregularities, but there are cracks on the surface. The problem that it is easy to occur occurs. On the other hand, if the lead-free filler is composed only of lead-free fillers smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass, the lead-free filler tends to float in the low-melting glass and there is no surface cracking. The problem that the unevenness is large occurs. In addition, cracks may occur at the bottom. Furthermore, the sealed portion may be scratched by the unevenness of the surface. In addition, since there are many lead-free fillers and few lead-free low-melting glasses on the surface, good adhesion to the sealed portion may not be obtained.
さらに、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーと小さい無鉛フィラーは、平均粒径が異なり、好ましくは、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーの平均粒径を無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーの平均粒径より小さくすることによって、無鉛低融点ガラス中により均一に無鉛フィラーを分散させることができ、より信頼性の高い気密封着や被覆を可能とする。無鉛フィラーの好ましい平均粒径は、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーが10μm以下、低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーが20μm以上であった。 Furthermore, the lead-free filler larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass and the small lead-free filler have different average particle sizes, and preferably the average particle size of the lead-free filler larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass is smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass. By making it smaller than the average particle size of the lead-free filler, the lead-free filler can be dispersed more uniformly in the lead-free low-melting glass, and a more reliable hermetic seal and coating can be achieved. The preferable average particle diameter of the lead-free filler was 10 μm or less for the lead-free filler larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass, and 20 μm or more for the lead-free filler smaller than the specific gravity of the low-melting glass.
また、無鉛低融点ガラスの含有量が60〜80体積%、無鉛フィラーの合計含有量が20〜40体積%であることが好ましく、無鉛低融点ガラスの含有量が60体積%未満、無鉛フィラーの合計含有量が40体積%を超えると、焼成時の流動性が悪化し、熱収縮量や表面の凹凸が大きくなり、しかも良好な接着力が得られにくい。一方、無鉛低融点ガラスの含有量が80体積%を超え、無鉛フィラーの合計含有量が20体積%未満であると、無鉛低温ガラスフリットの熱膨張や流動性をコントロールしにくいと言った問題がある。さらに、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーの含有量が、無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーの含有量より体積比で少ないことが好ましく、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーの含有量が5〜20体積%、無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーの含有量が15〜30体積%、残部が無鉛低融点ガラスであることが望ましい。比重が大きい無鉛フィラーの含有量が、比重が小さい無鉛フィラーの含有量より多いと、熱収縮量や表面の凹凸が大きくなってしまう。 Moreover, it is preferable that content of lead-free low melting glass is 60 to 80% by volume, and total content of lead-free filler is 20 to 40% by volume. Content of lead-free low melting glass is less than 60% by volume, When the total content exceeds 40% by volume, the fluidity during firing deteriorates, the amount of heat shrinkage and surface irregularities increase, and it is difficult to obtain good adhesive strength. On the other hand, if the content of the lead-free low-melting glass exceeds 80% by volume and the total content of the lead-free filler is less than 20% by volume, it is difficult to control the thermal expansion and fluidity of the lead-free low-temperature glass frit. is there. Furthermore, it is preferable that the content of the lead-free filler larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass is smaller by volume than the content of the lead-free filler smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass. It is desirable that the content of the lead-free filler is 5 to 20% by volume, the specific gravity of the lead-free low-melting glass is less than the specific gravity of 15 to 30% by volume, and the balance is the lead-free low-melting glass. If the content of the lead-free filler having a large specific gravity is greater than the content of the lead-free filler having a small specific gravity, the amount of heat shrinkage and the surface unevenness will increase.
従来の低融点ガラスは、低温で軟化,流動するガラスほど比重は重くなる傾向がある。一方、熱膨張が小さい無鉛フィラーは、低融点ガラスに比べ比重は軽いと言った傾向がある。すなわち、低温で封着,被覆できる低温ガラスフリットほど、低融点ガラスとフィラーの比重差が大きくなる訳で、均一に分散しにくくなる。従来技術では、フィラーを均一に分散できないと、フリットを均一に低熱膨張化できなくなり、封着部や被封着材を破損したりする。これを改善するために、本発明では、低融点ガラスの比重に対してフィラーの比重をコントロールした。さらに比重でカバーできない点は、フィラーの粒径によって調整した。 Conventional low melting glass tends to become heavier as the glass softens and flows at a lower temperature. On the other hand, the lead-free filler having a small thermal expansion tends to be lighter in specific gravity than the low melting point glass. That is, the lower the glass frit that can be sealed and coated at a lower temperature, the greater the difference in specific gravity between the low-melting glass and the filler, and it becomes difficult to disperse uniformly. In the prior art, if the filler cannot be uniformly dispersed, the frit cannot be uniformly reduced in thermal expansion, and the sealing part and the sealing material are damaged. In order to improve this, in the present invention, the specific gravity of the filler was controlled with respect to the specific gravity of the low-melting glass. Furthermore, the point which cannot be covered with specific gravity was adjusted with the particle size of the filler.
本発明の無鉛低温ガラスフリットは、ペーストの形態として適用されることが一般的である。ペーストは所定量の無鉛低融点ガラス粉末と上記2種の無鉛フィラー粉末に、樹脂バインダーと溶剤を加え、均一に混合することによって作製される。通常は、このペーストをディスペンサー法や印刷法で所定の箇所に塗布し、乾燥後に焼成される。封着の場合には、被封着材と合わせ、さらに熱処理され、気密性の高いガラス封着部を得ることができる。 The lead-free low-temperature glass frit of the present invention is generally applied as a paste form. The paste is prepared by adding a resin binder and a solvent to a predetermined amount of lead-free low-melting glass powder and the above two lead-free filler powders and mixing them uniformly. Usually, this paste is applied to a predetermined location by a dispenser method or a printing method, and baked after drying. In the case of sealing, it is combined with the material to be sealed and further heat treated to obtain a highly airtight glass sealing part.
本発明の無鉛低温ガラスフリットは、無鉛低融点ガラスや無鉛フィラーの比重,粒径,含有量等を適切にコントロールするために、歩留まり良く、信頼性の高い封着部や被覆部を得ることができる。このため、プラズマディスプレイ等の画像表示装置,ICセラミックスパッケージ,バルブランプや蛍光管の照明装置等の低温気密封着,封止に有効に適用することができる。 The lead-free low-temperature glass frit of the present invention can obtain a high-yield and highly reliable sealing part or covering part in order to appropriately control the specific gravity, particle size, content, etc. of the lead-free low-melting glass or lead-free filler. it can. Therefore, the present invention can be effectively applied to low-temperature airtight sealing and sealing of image display devices such as plasma displays, IC ceramic packages, bulb lamps and fluorescent tube lighting devices.
画像表示装置では、前面板と背面板とを対向して、外周部分を本発明の無鉛低温ガラスフリットで気密封着される。ICセラミックスパッケージでは、配線やICチップを搭載したセラミックス基板をセラミックス蓋にて外周部分を本発明の無鉛低温ガラスフリットで気密封着される。 In the image display device, the front plate and the back plate are opposed to each other, and the outer peripheral portion is hermetically sealed with the lead-free low-temperature glass frit of the present invention. In an IC ceramic package, a ceramic substrate on which wiring and IC chips are mounted is hermetically sealed with a ceramic lid on the outer peripheral portion with the lead-free low-temperature glass frit of the present invention.
以下、実施形態に基づいて本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments.
〔第1の実施形態〕
検討した無鉛低融点ガラスを表1に示す。
[First Embodiment]
Table 1 shows the lead-free low-melting glass examined.
G1〜3は酸化バナジウムを主成分とするリン酸系低融点ガラス、G4は酸化スズを主成分とするリン酸系低融点ガラス、G5は酸化ビスマスを主成分とするホウ酸系低融点ガラスである。ガラスの比重は、アルキメデス法により測定した。ガラスの熱膨張係数は、4×4×20mmに加工したサンプルを用い、熱膨張計により熱膨張曲線を測定し、室温から300℃の範囲で算出した。なお、標準サンプルは石英ガラスを用い、換算した。ガラスの軟化点は、示差熱分析(DTA)を行い、DTAカーブの第二吸熱ピーク温度とした。表1の低融点ガラスは平均粒径が5〜10μmの範囲に入るように粉砕して用いた。 G1-3 is a phosphoric acid low melting glass mainly composed of vanadium oxide, G4 is a phosphoric acid low melting glass mainly composed of tin oxide, and G5 is a boric acid low melting glass mainly composed of bismuth oxide. is there. The specific gravity of the glass was measured by the Archimedes method. The thermal expansion coefficient of the glass was calculated in the range of room temperature to 300 ° C. using a sample processed to 4 × 4 × 20 mm, measuring the thermal expansion curve with a thermal dilatometer. The standard sample was converted using quartz glass. The softening point of the glass was subjected to differential thermal analysis (DTA) to obtain the second endothermic peak temperature of the DTA curve. The low melting point glass of Table 1 was used after being pulverized so that the average particle diameter was in the range of 5 to 10 μm.
無鉛フィラーとしては、表2に示すように、平均粒径がそれぞれ異なったF11〜13の石英ガラス,F21〜25のコージェライト,F31〜33のリン酸ジルコニウム,F41〜43のアルミナ,F51〜53の酸化ニオブを用いた。 As shown in Table 2, as lead-free fillers, F11 to 13 quartz glass having different average particle diameters, F21 to 25 cordierite, F31 to 33 zirconium phosphate, F41 to 43 alumina, F51 to 53 Niobium oxide was used.
表1の無鉛低融点ガラス粉末と表2の無鉛フィラー粉末、さらに樹脂バインダーと溶剤を用いて無鉛低温ガラスフリットペーストを作製した。樹脂バインダーとしては、エチルセルロース或いはニトロセルロース、溶剤としては、ブチルカルビトールアセテートを用いた。図1に示すように、この無鉛低温ガラスフリットペースト1を用いてディスペンサー法にて線幅5.0±0.2mm、長さ90〜95mmでガラス基板2上に3ライン塗布した。ガラス基板には100×50×1.8mmのプラズマディスプレイ用のパネルガラスを用いた。無鉛低温ガラスフリットペースト1を塗布したガラス基板2を150℃で30分乾燥させた後、460℃で1時間焼成した。焼成雰囲気は、それぞれの無鉛低融点ガラスに合わせ、大気中或いは窒素中とした。大気中で焼成できない、酸化スズを主成分とするリン酸系低融点ガラスG4のみ窒素中を用いた。
A lead-free low-temperature glass frit paste was prepared using the lead-free low melting glass powder of Table 1, the lead-free filler powder of Table 2, and a resin binder and solvent. Ethyl cellulose or nitrocellulose was used as the resin binder, and butyl carbitol acetate was used as the solvent. As shown in FIG. 1, the lead-free low-temperature
焼成後の塗布膜の熱収縮率,最大表面粗さ(Ry)、表面のクラック,ガラス基板のクラックの状況を評価した。熱収縮率は5mmの線幅に対しての収縮量から測定した。3ラインそれぞれ中央部1箇所ずつ測定して、その平均値を熱収縮率とした。最大表面粗さ(Ry)は、直針法の粗さ計により、長手方向20mmで測定した。これも同様に3ラインそれぞれ中央部1箇所ずつ測定して、その平均値を最大表面粗さ(Ry)とした。フリット表面のクラックは、表面からの光学顕微鏡やレーザ顕微鏡の観察によった。ガラス基板のクラックは、裏面からの目視,光学顕微鏡の観察によった。また、無鉛低温ガラスフリットペースト1を塗布,乾燥,焼成したガラス基板2を切断,研磨して、その断面をSEM観察することによって無鉛低融点ガラス中での無鉛フィラーの分散状態を評価した。
The thermal contraction rate, maximum surface roughness (Ry), cracks on the surface, and cracks on the glass substrate were evaluated. The thermal shrinkage was measured from the amount of shrinkage with respect to a line width of 5 mm. Each of the three lines was measured at one central portion, and the average value was defined as the heat shrinkage rate. The maximum surface roughness (Ry) was measured in a longitudinal direction of 20 mm with a straight needle method roughness meter. Similarly, each of the three lines was measured at one central portion, and the average value was defined as the maximum surface roughness (Ry). Cracks on the frit surface were observed with an optical microscope or laser microscope from the surface. The cracks in the glass substrate were determined by visual observation from the back surface and observation with an optical microscope. Further, the dispersion state of the lead-free filler in the lead-free low-melting glass was evaluated by cutting and polishing the
表3に、作製した無鉛低温ガラスフリットペーストと、その焼成条件、そして焼成後の評価結果を示す。 Table 3 shows the prepared lead-free low-temperature glass frit paste, firing conditions, and evaluation results after firing.
実施例9と比較例6は、酸化スズを主成分とするリン酸系ガラスG4を使用しているため、大気中での焼成が難しく、窒素中で焼成した。また、窒素中で焼成するため、樹脂バインダーとしてニトロセルロースを用いた。それ以外の実施例,比較例については、大気中で焼成できる低融点ガラスを使用したため、樹脂バインダーとしてエチルセルロース、焼成雰囲気は大気中とした。 In Example 9 and Comparative Example 6, since phosphoric acid glass G4 containing tin oxide as a main component was used, firing in the atmosphere was difficult, and firing was performed in nitrogen. Moreover, since it baked in nitrogen, nitrocellulose was used as a resin binder. In other examples and comparative examples, low melting point glass that can be fired in the air was used, so that ethyl cellulose was used as the resin binder, and the firing atmosphere was air.
実施例1〜3は、無鉛低融点ガラスとして酸化バナジウムを主成分とするリン酸系低融点ガラスG1、無鉛フィラーとしてG1ガラスより比重が小さい石英ガラスF11〜13と比重が大きいアルミナF41〜43を用いた。実施例4と5は、無鉛低融点ガラスとして酸化バナジウムを主成分とするリン酸系低融点ガラスG2、無鉛フィラーとしてG2ガラスより比重が小さいコージェライトF21,24と比重が大きいリン酸ジルコニウムF31,33を用いた。実施例6〜8は、無鉛低融点ガラスとして酸化バナジウムを主成分とするリン酸系低融点ガラスG3、無鉛フィラーとしてG3ガラスより比重が小さいコージェライトF22,23,25と比重が大きい酸化ニオブF51〜53を用いた。また、実施例9は、無鉛低融点ガラスとして酸化スズを主成分とするリン酸系低融点ガラスG4、無鉛フィラーとしてG4ガラスより比重が小さい石英ガラスF13と比重が大きいリン酸ジルコニウムF32を用いた。どの実施例においても、焼成後の状態は熱収縮率,最大表面粗さ,表面クラック及び基板クラックのすべてにおいて、良好な結果が得られ、無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーと大きい無鉛フィラーの両方を用いることが有効であることが分かった。焼成後のフィラー分散状態は、図2に示すように、無鉛低温ガラスフリット3中に、無鉛低融点ガラス4の比重より小さい無鉛フィラー5と大きい無鉛フィラー6が均一に分散されていた。これが良好な結果をもたらしたものと考えられる。
Examples 1 to 3 are phosphoric acid-based low-melting glass G1 mainly composed of vanadium oxide as a lead-free low-melting glass, quartz glasses F11 to 13 having a specific gravity smaller than that of G1 glass as lead-free filler, and alumina F41 to 43 having a large specific gravity. Using. Examples 4 and 5 are phosphoric acid-based low-melting glass G2 mainly composed of vanadium oxide as a lead-free low-melting glass, cordierite F21, 24 having a specific gravity smaller than that of G2 glass as a lead-free filler, and zirconium phosphate F31 having a large specific gravity. 33 was used. Examples 6-8 are phosphoric acid-based low-melting glass G3 mainly composed of vanadium oxide as a lead-free low-melting glass, and cordierite F22, 23, 25 having a specific gravity smaller than that of G3 glass as a lead-free filler, and niobium oxide F51 having a large specific gravity. ~ 53 was used. In Example 9, as a lead-free low-melting glass, a phosphoric acid-based low-melting glass G4 mainly composed of tin oxide was used, and as a lead-free filler, quartz glass F13 having a specific gravity smaller than that of G4 glass and zirconium phosphate F32 having a large specific gravity were used. . In all the examples, good results were obtained in all of the heat shrinkage ratio, maximum surface roughness, surface cracks, and substrate cracks after firing, and lead-free fillers smaller than the specific gravity of lead-free low melting glass and large lead-free fillers. It was found effective to use both. As shown in FIG. 2, the filler dispersion state after firing was such that lead-
一方、比較例1〜9では、無鉛フィラーの比重が無鉛低融点ガラスの比重より小さいか、大きいかのどちらか一方であり、良好な結果が得られなかった。比較例1〜3,6〜9は、無鉛フィラーの比重が無鉛低融点ガラスの比重より小さい場合で、ガラス基板にクラックが発生した。また、最大表面粗さが実施例1〜9に比べ大変大きくなっていた。さらに熱収縮率も実施例1〜9に比べると大きい。断面をSEM観察すると、図3に示すように無鉛低融点ガラス4の比重より小さい無鉛フィラー5は無鉛低温ガラスフリット3の上部に多く、底部に少なくなっており、これが原因で基板クラック7が発生したり、表面の粗さが大きくなったものと考えられる。比較例4と5では、無鉛フィラーの比重が無鉛低融点ガラスの比重より大きい場合で、フリットの表面部分にクラックが発生した。断面をSEM観察すると、図4に示すように、無鉛低融点ガラス4の比重より大きい無鉛フィラー6は無鉛低温ガラスフリット3の底部に多く、上部に少なくなっており、これが原因で表面クラック8が発生したものと考えられる。
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 9, the specific gravity of the lead-free filler was either smaller or larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass, and good results were not obtained. Comparative Examples 1 to 3 and 6 to 9 were cases where the specific gravity of the lead-free filler was smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass, and cracks occurred in the glass substrate. Moreover, the maximum surface roughness was very large compared with Examples 1-9. Furthermore, the heat shrinkage rate is also larger than in Examples 1-9. When the cross section is observed by SEM, as shown in FIG. 3, the lead-
また、実施例1〜9において、実施例3,5及び7〜9は、熱収縮率と最大表面粗さがともに小さくなる傾向があり、さらに良好な結果となっていた。実施例3,5,7〜9では、図2で示したように、無鉛低融点ガラス4の比重より小さい無鉛フィラー5の平均粒径が、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラー6の平均粒径より大きくなっている。これが熱収縮率と最大表面粗さをともに小さくする効果があるものと考えられる。
Further, in Examples 1 to 9, Examples 3, 5 and 7 to 9 had a tendency that both the heat shrinkage rate and the maximum surface roughness were small, and further favorable results were obtained. In Examples 3, 5, 7 to 9, as shown in FIG. 2, the average particle size of the lead-
さらに、表1の無鉛低融点ガラスG1〜4は、G5に比べると比重が大変小さいため、それを基準に比重の大きい無鉛フィラーと比重の小さい無鉛フィラーを選定しやすいといった利点がある。G5ガラスの場合は、比重が大変大きく、そのガラスより比重が小さい無鉛フィラーは選定しやすいが、一方比重が大きい無鉛フィラーの選定は難しい。無鉛フィラーの比重を配慮すると、無鉛低融点ガラスの比重は3.0〜4.0が好ましい範囲である。この範囲の無鉛低融点ガラスとしては、G1〜4ガラスのようなリン酸系低融点ガラスが有効である。さらに望ましくは、大気中で焼成できることから、G1〜3ガラスのような酸化バナジウムを主成分とするリン酸系低融点ガラスが特に有効である。 Furthermore, since the specific gravity of the lead-free low-melting glasses G1 to G4 in Table 1 is much smaller than that of G5, there is an advantage that it is easy to select a lead-free filler having a large specific gravity and a lead-free filler having a small specific gravity based on that. In the case of G5 glass, a lead-free filler having a very large specific gravity and a specific gravity smaller than that of the glass is easy to select, whereas a lead-free filler having a large specific gravity is difficult to select. Considering the specific gravity of the lead-free filler, the specific gravity of the lead-free low-melting glass is preferably in the range of 3.0 to 4.0. As the lead-free low-melting glass in this range, phosphoric acid-based low-melting glass such as G1-4 glass is effective. More desirably, phosphoric acid-based low-melting-point glass mainly composed of vanadium oxide such as G1 to 3 glass is particularly effective because it can be fired in the air.
〔第2の実施形態〕
次に、表1の無鉛低融点ガラスと表2の無鉛フィラーを用いて、それぞれの含有量について検討した。無鉛低融点ガラスとしては、酸化バナジウムを主成分とするリン酸系低融点ガラスG1、無鉛フィラーとしてG1ガラスより比重が小さい石英ガラスF13と比重が大きいアルミナF42を用いた。無鉛フィラーF13の平均粒径(20μm)は、F42の平均粒径(10μm)より大きく、上記実施例1の結果を反映した。樹脂バインダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカルビトールアセテートを用い、無鉛低温ガラスフリットペーストを作製した。このペーストを実施例1と同様にして、塗布,乾燥,焼成した。焼成は大気中430℃で1時間保持した。焼成後の評価も実施例1に準じて行った。
[Second Embodiment]
Next, each content was examined using the lead-free low melting point glass of Table 1 and the lead-free filler of Table 2. As the lead-free low-melting glass, phosphoric acid-based low-melting glass G1 containing vanadium oxide as a main component, quartz glass F13 having a specific gravity smaller than that of G1 glass and alumina F42 having a large specific gravity as lead-free fillers were used. The average particle size (20 μm) of the lead-free filler F13 is larger than the average particle size (10 μm) of F42, and the result of Example 1 is reflected. A lead-free low-temperature glass frit paste was prepared using ethyl cellulose as a resin binder and butyl carbitol acetate as a solvent. This paste was applied, dried and fired in the same manner as in Example 1. Firing was held at 430 ° C. in the air for 1 hour. Evaluation after firing was also performed according to Example 1.
表4に、作製した無鉛低温ガラスフリットとその評価結果を示す。 Table 4 shows the prepared lead-free low-temperature glass frit and the evaluation results.
実施例10〜19においては、焼成後の状態は熱収縮率,最大表面粗さ,表面クラック,基板クラック及び無鉛フィラーの分散状態のすべてにおいて、良好な結果が得られ、無鉛低融点ガラスの含有量が60〜80体積%、無鉛フィラーの合計含有量が20〜40体積%であることが好ましい組成範囲であることが分かった。一方、この組成範囲外の比較例10と11では、良好な結果が得られなかった。比較例10では、実施例10〜19に対して無鉛低融点ガラスの含有量が90体積%と多く、一方、無鉛フィラーの合計含有量が10体積%と少ないため、熱収縮率と最大表面粗さRyは良好な結果となってはいるが、無鉛フィラーによる低熱膨張化効果が不十分であり、フリットの表面やガラス基板にクラックが発生してしまった。比較例11では、実施例10〜19に対して無鉛低融点ガラスの含有量が50体積%と少なく、一方、無鉛フィラーの合計含有量が50体積%と多いため、フリットの表面やガラス基板にクラックは発生しないが、熱収縮率と最大表面粗さRyが非常に大きくなってしまった。また、無鉛フィラーの入れすぎによって、良好な流動性が得られず、接着性が乏しくなってしまう可能性が十分にある。 In Examples 10 to 19, good results were obtained in all the states of thermal shrinkage, maximum surface roughness, surface cracks, substrate cracks and lead-free filler after firing, and the inclusion of lead-free low-melting glass. It was found that the composition range is preferably such that the amount is 60 to 80% by volume and the total content of lead-free filler is 20 to 40% by volume. On the other hand, in Comparative Examples 10 and 11 outside this composition range, good results were not obtained. In Comparative Example 10, the content of lead-free low-melting glass is as high as 90% by volume with respect to Examples 10 to 19, while the total content of lead-free filler is as low as 10% by volume. Although the thickness Ry was a good result, the effect of reducing the thermal expansion by the lead-free filler was insufficient, and cracks occurred on the surface of the frit and the glass substrate. In Comparative Example 11, the content of lead-free low-melting glass is as small as 50% by volume compared to Examples 10 to 19, while the total content of lead-free filler is as large as 50% by volume. Although cracks did not occur, the heat shrinkage rate and the maximum surface roughness Ry became very large. In addition, if too much lead-free filler is added, there is a possibility that good fluidity cannot be obtained and adhesiveness becomes poor.
また、実施例10〜19において、実施例10,11,13〜15,17及び18は、実施例12,16及び19に比べると熱収縮率と最大表面粗さがともに小さくなる傾向があり、さらに良好な結果となっていた。実施例10,11,13〜15,17及び18では、無鉛低融点ガラスG1の比重より小さい無鉛フィラーF13の含有量が、無鉛低融点ガラスG1の比重より大きい無鉛フィラーF42の含有量より体積比で同等或いは多くなっており、これが熱収縮率と最大表面粗さに効果があったものと考えられる。さらに、好ましい組成範囲は、無鉛低融点ガラスG1の比重より小さい無鉛フィラーF13が10〜30体積%、無鉛低融点ガラスG1の比重より大きい無鉛フィラーF42が5〜20体積%、残部が無鉛低融点ガラスG1であった。 In Examples 10 to 19, Examples 10, 11, 13 to 15, 17 and 18 have a tendency that both the thermal contraction rate and the maximum surface roughness are smaller than those of Examples 12, 16 and 19, Even better results were obtained. In Examples 10, 11, 13 to 15, 17, and 18, the volume ratio of the lead-free filler F13 smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass G1 is larger than the content of the lead-free filler F42 larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass G1. It is considered that this was effective in heat shrinkage and maximum surface roughness. Further, preferable composition ranges are 10 to 30% by volume of the lead-free filler F13 smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass G1, 5 to 20% by volume of the lead-free filler F42 larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass G1, and the balance being the lead-free low melting point. It was glass G1.
〔第3の実施形態〕
本実施例では、表1の無鉛低融点ガラスと表2の無鉛フィラーを用いて、無鉛フィラーの粒径について検討した。無鉛低融点ガラスとしては、酸化バナジウムを主成分とするリン酸系低融点ガラスG3、無鉛フィラーとしてG3ガラスより比重が小さいコージェライトF21〜25と比重が大きい酸化ニオブF51〜54を用いた。上記実施例2の結果を反映して、無鉛低融点ガラスの含有量を70体積%、無鉛フィラーの合計含有量を30体積%とした。また、無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラー(コージェライト)の含有量を20体積%、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラー(酸化ニオブ)の含有量を10体積%と一定にした。樹脂バインダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカルビトールアセテートを用い、無鉛低温ガラスフリットペーストを作製した。このペーストを実施例1,2と同様にして、塗布,乾燥,焼成した。焼成は大気中480℃で1時間保持した。焼成後の評価も実施例1,2に準じて行った。
[Third Embodiment]
In this example, the particle size of the lead-free filler was examined using the lead-free low-melting glass shown in Table 1 and the lead-free filler shown in Table 2. As the lead-free low-melting glass, phosphoric acid-based low-melting glass G3 mainly composed of vanadium oxide, cordierite F21-25 having a specific gravity smaller than that of G3 glass and niobium oxide F51-54 having a large specific gravity as lead-free fillers were used. Reflecting the results of Example 2 above, the content of the lead-free low-melting glass was 70% by volume, and the total content of the lead-free filler was 30% by volume. Further, the content of lead-free filler (cordierite) smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass was made constant at 20% by volume, and the content of lead-free filler (niobium oxide) larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass was made constant at 10% by volume. A lead-free low-temperature glass frit paste was prepared using ethyl cellulose as a resin binder and butyl carbitol acetate as a solvent. This paste was applied, dried and fired in the same manner as in Examples 1 and 2. Firing was held at 480 ° C. in the air for 1 hour. Evaluation after firing was also performed according to Examples 1 and 2.
先ずは、無鉛低融点ガラスG3の比重より大きい無鉛フィラーF51(平均粒径1μm)を固定して、無鉛低融点ガラスG3の比重より小さい無鉛フィラーF21〜25(平均粒径5〜45μm)について検討し、無鉛低温ガラスフリットの熱収縮率と最大表面粗さRyを調べた。その結果を図5に示す。無鉛低融点ガラスより比重が小さい無鉛フィラーの平均粒径が増加するとともに熱収縮率,最大表面粗さともに減少し、平均粒径20μm以上で良好な結果となった。断面をSEM観察すると図2で示したように無鉛フィラーが無鉛低温ガラスフリット中に均一に分散されていた。
First, lead-free filler F51 (
次に、無鉛低融点ガラスG3の比重より小さい無鉛フィラーF24(平均粒径30μm)を固定して、無鉛低融点ガラスG3の比重より大きい無鉛フィラーF51〜54(平均粒径1〜20μm)について検討し、無鉛低温ガラスフリットの熱収縮率と最大表面粗さRyを調べた。その結果を図6に示す。無鉛低融点ガラスより比重が大きい無鉛フィラーの平均粒径が増加するとともに熱収縮率,最大表面粗さともに増加し、平均粒径10μm以下で良好な結果となった。断面をSEM観察すると図2で示したように無鉛フィラーが無鉛低温ガラスフリット中に均一に分散されていた。
Next, lead-free fillers F24 (
以上より、無鉛低温ガラスフリット中に均一に分散された無鉛フィラーの粒径は、無鉛低融点ガラスの比重より小さい前記無鉛フィラーの平均粒径が20μm以上、無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーの平均粒径が10μm以下であることが好ましい。 From the above, the particle size of the lead-free filler uniformly dispersed in the lead-free low-temperature glass frit is smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass, the average particle size of the lead-free filler is 20 μm or more, and larger than the specific gravity of the lead-free low-melting glass It is preferable that the average particle diameter of is 10 micrometers or less.
〔第4の実施形態〕
本実施例では、本発明の無鉛低温ガラスフリットをプラズマディスプレイパネルに適用した例を説明する。プラズマディスプレイパネルの断面図の概要を図7に示す。
[Fourth Embodiment]
In this embodiment, an example in which the lead-free low-temperature glass frit of the present invention is applied to a plasma display panel will be described. An outline of a cross-sectional view of the plasma display panel is shown in FIG.
プラズマディスプレイパネルでは、前面板10,背面板11が100〜150μmの間隙をもって対向させて配置され、各基板の間隙は隔壁12で維持されている。前面板10と背面板11の周縁部は封着フリット13で気密に封止され、パネル内部に希ガスが充填されている。隔壁12により区切られた微小空間(セル14)には、赤色,緑色,青色の蛍光体15,16,17がそれぞれ充填され、3色のセルで1画素を構成する。各画素は信号に応じ各色の光を発光する。
In the plasma display panel, the
前面板10,背面板11には、ガラス基板上に規則的に配列した電極が設けられている。前面板10の表示電極18と背面板11のアドレス電極19が対となり、この間に表示信号に応じて選択的に100〜200Vの電圧が印加され、電極間の放電により紫外線20を発生させて赤色,緑色,青色の各色の蛍光体15,16,17を発光させ、画像情報を表示する。表示電極18,アドレス電極19は、これら電極の保護と、放電時の壁電荷の制御等のために、誘電体層22,23で被覆される。
The
背面板11には、セル14を形成するために、アドレス電極19の誘電体層23の上に隔壁12が設けられる。この隔壁12はストライプ状或いはボックス状の構造体である。
また、コントラストを向上するために、隣接するセルの表示電極間にブラックマトリックス(黒帯)21が形成されることもある。
In the
Further, in order to improve contrast, a black matrix (black band) 21 may be formed between display electrodes of adjacent cells.
表示電極18,アドレス電極19としては、一般的には銀厚膜配線が使用される。表示電極18,アドレス電極19、及びブラックマトリックス21の形成は、スパッタリング法によっても可能であるが、価格低減のためには印刷法が有利である。誘電体層22,23は、一般的には印刷法で形成される。
As the
前面板10では、背面板11のアドレス電極19に直交するように、表示電極18やブラックマトリックス21を形成した後に、誘電体層22を全面に形成する。その誘電体層22の上には、放電より表示電極18等を保護するために、保護層24が形成される。一般的には、その保護層24には、MgOの蒸着膜が使用される。背面板11には、アドレス電極19,誘電体層23の上に隔壁12が設けられる。ガラス構造体よりなる隔壁は、少なくともガラス組成物とフィラーを含む構造材料よりなり、その構造材料を焼結した焼成体から構成される。隔壁12は、隔壁部に溝が切られた揮発性シートを貼り付け、その溝に隔壁用のペーストを流し込み、大気中500〜600℃で焼成することによって、シートを揮発させるとともに隔壁12を形成することができる。また、印刷法にて隔壁用ペーストを全面に塗布し、乾燥後にマスクして、サンドブラストや化学エッチングによって、不要な部分を除去し、大気中500〜600℃で焼成することにより隔壁12を形成することもできる。隔壁12で区切られたセル14内には、各色の蛍光体15,16,17のペーストをそれぞれ充填し、大気中450〜500℃で焼成することによって、蛍光体15,16,17をそれぞれ形成する。
In the
通常、別々に作製した前面板10と背面板11を対向させ、正確に位置合わせし、多数のクリップで挟み固定することにより、パネルごと周縁部を420〜500℃で排気,ガス置換するとともにガラス封着する。封着フリット13は、事前に前面板10或いは背面板11のどちらか一方の周縁部にディスペンサー法或いは印刷法により形成される。一般的には、封着フリット13は背面板11の方に形成される。また、封着フリット13は蛍光体15,16,17の焼成と同時に事前に仮焼成されることが一般的である。この方法を取ることによって、ガラス封着部の気泡を著しく低減でき、気密性の高い、すなわち信頼性の高いガラス封着部が得られる。ガラス封着は、加熱しながらセル14内部のガスを排気し、希ガスを封入し、パネルが完成する。
Usually, the
完成したパネルを点灯するには、表示電極18とアドレス電極19の交差する部位で電圧を印加して、セル14内の希ガスを放電させ、プラズマ状態とする。そして、セル14内の希ガスがプラズマ状態から元の状態に戻る際に発生する紫外線20を利用して、蛍光体15,16,17を発光させて、パネルを点灯させ、画像情報を表示する。各色を点灯させるときには、点灯させたいセル14の表示電極18とアドレス電極19との間でアドレス放電を行い、セル内に壁電荷を蓄積する。次に表示電極対に一定の電圧を印加することで、アドレス放電で壁電荷が蓄積されたセルのみ表示放電が起こり、紫外線20を発生させることによって、蛍光体を発光させる仕組みで画像情報の表示が行われる。
In order to light the completed panel, a voltage is applied at a portion where the
表5に示した無鉛低温ガラスフリットを封着フリットとして用い、図7で示したプラズマディスプレイパネルを作製した。 Using the lead-free low-temperature glass frit shown in Table 5 as a sealing frit, the plasma display panel shown in FIG. 7 was produced.
表5の無鉛低温ガラスフリットは、表1の無鉛低融点ガラスG2と、表2の無鉛フィラーF12,13,21,23,32,42,43,51のうちの2種を選定し、上記実施例1〜3と同様にして無鉛低温ガラスフリットペーストとして用いた。G2ガラスは酸化バナジウムを主成分とするリン酸系低融点ガラスである。封着フリットの熱膨張係数は、無鉛低融点ガラスと無鉛フィラーの混合比を調整して(65〜70)×10-7/℃とした。なお、前面板10と背面板11に使用されるガラス基板には、熱膨張係数が80〜85×10-7/℃の高歪点ガラスを使用し、封着フリット13に圧縮応力がかかるようにした。表5の実施例20と21の無鉛低温ガラスフリットは、上記実施例1〜3の結果を反映して、無鉛低融点ガラスG2の比重より小さい無鉛フィラーF13或いは23と大きい無鉛フィラーF42或いは51を用いた。比較例12の無鉛低温ガラスフリットは、無鉛低融点ガラスG2の比重より小さい無鉛フィラーF12と21を用いた。また、比較例13の無鉛低温ガラスフリットは、無鉛低融点ガラスG2の比重より大きい無鉛フィラーF32と43を用いた。
The lead-free low-temperature glass frit shown in Table 5 is selected from the lead-free low-melting glass G2 shown in Table 1 and the lead-free fillers F12, 13, 21, 23, 32, 42, 43, and 51 shown in Table 2 above. The lead-free low-temperature glass frit paste was used in the same manner as in Examples 1 to 3. G2 glass is a phosphoric acid-based low melting glass mainly composed of vanadium oxide. The thermal expansion coefficient of the sealing frit was set to (65 to 70) × 10 −7 / ° C. by adjusting the mixing ratio of the lead-free low melting point glass and the lead-free filler. The glass substrates used for the
表5の無鉛低温ガラスフリットペーストを背面板11の周縁部にディスペンサー法にて線幅3.5mmで塗布した。150℃で30分乾燥後、大気中480℃で30分仮焼成した。仮焼成後における無鉛低温ガラスフリットの熱収縮率、最大表面粗さRy、表面クラックを評価した。これら評価後に、この背面板11と前面板10と正確に対向させ、クリップで固定し、排気しながら450℃まで加熱し、3時間保持した後に希ガスを充填し、冷却した。封着評価は、封着の可否,気密性,前面板へのキズによった。また、作製したパネルは、点灯試験も実施した。
The lead-free low-temperature glass frit paste shown in Table 5 was applied to the peripheral portion of the
表6に表5の無鉛低温ガラスフリットのパネル搭載評価結果を示す。 Table 6 shows the results of panel mounting evaluation of the lead-free low-temperature glass frit shown in Table 5.
実施例20と21では、仮焼成工程及び封着工程において、何事も問題なく、気密にガラス封着できた。また、パネル点灯試験においても問題の発生はなかった。パネル点灯試験後にパネルを分解して、ガラス封着部の断面をSEM観察した。代表例として、実施例20の断面SEM観察結果を図8に示す。気泡25が若干観察されるものの、ガラス封着部の機密性が高いことが分かった。また、封着フリット13、すなわち無鉛低温ガラスフリット3中には、無鉛低融点ガラス4(G2)より比重が小さい無鉛フィラー5(F13)と比重が大きい無鉛フィラー6(F42)が均一に拡散されており、信頼性の高い気密封着を可能としている。
In Examples 20 and 21, the glass could be hermetically sealed without any problems in the preliminary firing step and the sealing step. There was no problem in the panel lighting test. The panel was disassembled after the panel lighting test, and the cross section of the glass sealing part was observed with an SEM. As a representative example, the cross-sectional SEM observation result of Example 20 is shown in FIG. Although some
一方、比較例12では、仮焼成工程において無鉛低温ガラスフリットの熱収縮率と最大表面粗さが大きく、封着工程において前面板をキズ付けていた。パネル点灯した結果、前面板のキズが表示電極の断線をもたらしていた。比較例13では、仮焼成工程において無鉛低温ガラスフリットの熱収縮率と最大表面粗さは良好であったが、フリット表面にクラックが発生していた。これを封着工程に持ち込んだところ、前面板と背面板を合わせ、クリップで固定した際に、フリット表面のクラックが進展し、フリットが剥離してしまった箇所があった。このため、封着することができず、封着評価及びパネル評価はできなかった。 On the other hand, in Comparative Example 12, the heat shrinkage rate and the maximum surface roughness of the lead-free low-temperature glass frit were large in the pre-baking process, and the front plate was scratched in the sealing process. As a result of lighting the panel, scratches on the front plate caused disconnection of the display electrodes. In Comparative Example 13, the thermal shrinkage ratio and the maximum surface roughness of the lead-free low-temperature glass frit were good in the pre-baking step, but cracks were generated on the frit surface. When this was brought into the sealing process, when the front plate and the back plate were combined and fixed with clips, cracks on the surface of the frit developed and the frit was peeled off. For this reason, sealing could not be performed, and sealing evaluation and panel evaluation could not be performed.
以上、本発明の無鉛低温ガラスフリットは、プラズマディスプレイパネルの低温ガラス封着に有効に適用できるものである。 As described above, the lead-free low-temperature glass frit of the present invention can be effectively applied to low-temperature glass sealing of plasma display panels.
〔第5の実施形態〕
本実施例では、本発明の無鉛低温ガラスフリットをICセラミックスパッケージに適用した例を説明する。ICセラミックスパッケージの断面図の概要を図9に示す。
[Fifth Embodiment]
In this embodiment, an example in which the lead-free low-temperature glass frit of the present invention is applied to an IC ceramic package will be described. An outline of a sectional view of the IC ceramic package is shown in FIG.
ICセラミックスパッケージでは、メタライズ26や端子27を形成した積層セラミックス基板28とセラミックスキャップ29を封着フリット13で周縁部を気密に封止されている。通常、ICセラミックスパッケージのガラス封着は、セラミックスキャップ29の周縁部に印刷法にて封着フリット13が塗布される。その際、封着フリットは、ペーストとして使用される。封着フリット13を塗布したセラミックスキャップ29を乾燥後、大気中450℃前後で仮焼成される。専用の固定ジグを用いて、封着フリット13を形成したセラミックスキャップ29と積層セラミックス基板28を対向させ、荷重をかけるとともに固定ジグごと不活性雰囲気中430℃以下でガラス封着される。
In the IC ceramic package, the peripheral portion is hermetically sealed with a sealing
本実施例では、アルミナ系セラミックスを用いたICパッケージで検討した。封着フリット13に使用した無鉛低温ガラスフリットは、表1の無鉛低融点ガラスG1及び表2の無鉛フィラーF13と52を適用した。配合組成は、酸化バナジウムを主成分とするリン酸系低融点ガラスであるG1ガラスが80体積%、そのG1ガラスより比重が小さい無鉛フィラーであるF13フィラーが12体積%、さらにG1ガラスより比重が大きい無鉛フィラーであるF52フィラーが8体積%とした。樹脂バインダーにはエチルセルロース、溶剤にはブチルカルビトールアセテートを用いて、無鉛低温ガラスフリットペーストを作製した。このペーストを印刷法にてアルミナ系セラミックスキャップ29に塗布し、150℃で30分乾燥した。その後、そのセラミックスキャップ29を大気中450℃で30分間仮焼成した。続いて、封着フリット13を形成したアルミナ系セラミックスキャップ29とアルミナ系積層セラミックス基板28を固定ジグで対向させ、荷重をかけて、アルゴンガス中420℃で30分間熱処理することによって、ガラス封着し、10個のICセラミックスパッケージを作製した。どのICセラミックスパッケージとも何事も問題なく、気密にガラス封着できた。また、作動試験を行い、問題のないことを確認した。作動試験のICセラミックスパッケージを分解して、ガラス封着部の断面をSEM観察した。その断面SEM観察結果を図10に示す。気泡25が若干観察されるものの、ガラス封着部の機密性が高いことが分かった。また、封着フリット13、すなわち無鉛低温ガラスフリット3中には、無鉛低融点ガラス4(G1)より比重が小さい無鉛フィラー5(F13)と比重が大きい無鉛フィラー6(F52)が均一に拡散されており、信頼性の高い気密封着を可能としている。
In this example, an IC package using alumina ceramics was studied. As the lead-free low-temperature glass frit used for the sealing
以上、本発明の無鉛低温ガラスフリットは、ICセラミックスパッケージの低温ガラス封着に有効に適用できるものである。 As described above, the lead-free low-temperature glass frit of the present invention can be effectively applied to low-temperature glass sealing of IC ceramic packages.
また、本発明の無鉛低温ガラスフリットは、プラズマディスプレイやICセラミックスパッケージ以外の各種電子デバイスへ幅広く応用展開可能である。 The lead-free low-temperature glass frit of the present invention can be widely applied to various electronic devices other than plasma displays and IC ceramic packages.
1 無鉛低温ガラスフリットペースト
2 ガラス基板
3 無鉛低温ガラスフリット
4 無鉛低融点ガラス
5 無鉛低融点ガラスより比重が小さい無鉛フィラー
6 無鉛低融点ガラスより比重が大きい無鉛フィラー
7 基板クラック
8 表面クラック
10 前面板
11 背面板
12 隔壁
13 封着フリット
14 セル
15,16,17 蛍光体
18 表示電極
19 アドレス電極
20 紫外線
21 ブラックマトリックス
22,23 誘電体層
24 保護層
25 気泡
26 メタライズ
27 端子
28 積層セラミックス基板
29 セラミックスキャップ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記無鉛低温ガラスフリットは、無鉛低融点ガラス中に、
前記無鉛低融点ガラスの比重より小さい無鉛フィラーと、
前記無鉛低融点ガラスの比重より大きい無鉛フィラーとが分散し、
前記無鉛低融点ガラスの比重より小さい前記無鉛フィラーの平均粒径が、前記無鉛低融点ガラスの比重より大きい前記無鉛フィラーの平均粒径より大きいことを特徴とする無鉛低温ガラスフリット。 In lead-free low-temperature glass frit that seals and coats below 500 ° C,
The lead-free low-temperature glass frit, a lead-free low-melting-point glass,
A lead-free filler smaller than the specific gravity of the lead-free low-melting glass;
Lead-free filler greater than the specific gravity of the lead-free low-melting glass is dispersed,
The lead-free low- temperature glass frit characterized in that an average particle diameter of the lead-free filler smaller than a specific gravity of the lead-free low melting glass is larger than an average particle diameter of the lead-free filler larger than a specific gravity of the lead-free low melting glass .
樹脂バインダーと、
溶剤と
を含むことを特徴とする無鉛低温ガラスフリットペースト材料。 Lead-free low-temperature glass frit according to any one of claims 1 to 8 ,
A resin binder,
A lead-free low-temperature glass frit paste material comprising a solvent.
前記低温ガラスフリットが、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の無鉛低温ガラスフリットであることを特徴とする画像表示装置。 In the image display device in which the front plate and the back plate are opposed to each other and the outer peripheral portion is hermetically sealed with a low-temperature glass frit,
9. The image display device according to claim 1, wherein the low-temperature glass frit is the lead-free low-temperature glass frit according to any one of claims 1 to 8 .
前記低温ガラスフリットが、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の無鉛低温ガラスフリットであることを特徴とするICセラミックスパッケージ。 In an IC ceramics package in which a ceramic substrate with wiring and IC chip mounted is hermetically sealed with a ceramic lid on the outer periphery with a low-temperature glass frit.
An IC ceramic package, wherein the low-temperature glass frit is the lead-free low-temperature glass frit according to any one of claims 1 to 8 .
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