JPH04357132A - 低融点封着用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低融点封着用組成物に関
し、より具体的にはＩＣ用セラミックパッケージや表示
デバイス等の電子部品を封着するのに好適な低融点封着
用組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣパッケージや表示デバイスの封着に
使用される封着材料には、ＩＣや水晶振動子等に悪影響
を及ぼさないように低温で封着できることや、熱膨張係
数がセラミックや窓板ガラスのそれに適合していること
が要求される。また特にＩＣパッケージ用の封着材料に
は、これらの条件の他に、機械的強度が高いこと、信号
電流がリークしないように絶縁特性が良好であること、
ＩＣ素子にα線が照射されるとソフトエラーが発生する
ため、α線を放出する物質を極力含まないこと等の条件
を満たす必要がある。

【０００３】従来より上記諸条件を満たすものとして、
ＰｂＯ−Ｂ２　Ｏ３　系、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３　−ＺｎＯ
系等の低融点ガラスや、これらのガラスに耐火性フィラ
ーを添加してなる封着材料が各種提案されている。例え
ば本発明者等の発明になる特開平２−２２９７３８号に
おいて、ＰｂＯ−Ｂ２　Ｏ３　系ガラスに、チタン酸鉛
系セラミック粉末と低膨張性セラミック粉末を添加して
なる封着材料が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ＰｂＯ−Ｂ２
　Ｏ３　系ガラスやＰｂＯ−Ｂ２　Ｏ３　−ＺｎＯ系ガ
ラスにおいて、Ｂ２　Ｏ３　の含有量が少ないほど転移
点が下がり、封着温度を低くできることが知られている
。しかしながらＢ２　Ｏ３　はガラスの安定化のために
一定量以上含有させる必要があるため、これらのガラス
を使用した封着材料においては低融点化に限界があり、
封着温度を４００℃以下にすることが困難である。それ
ゆえこれらの封着材料は熱に非常に敏感な素子、例えば
集積度の高いＩＣや特殊な水晶振動子を搭載したパッケ
ージやデバイスの封着には使用することができないとい
う問題を有している。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
ＩＣパッケージや表示デバイス等の封着材料に要求され
る諸特性を満足し、特に４００℃以下の温度で封着する
ことが可能である封着用組成物を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は種々の研究
を行った結果、ＰｂＯ−Ｂ２　Ｏ３　系ガラスにおいて
、Ｆｅ２　Ｏ３　がガラスの安定化に非常に効果があり
、このためＦｅ２　Ｏ３　を含有させることによってＢ
２　Ｏ３　の含有量を低減できることを見いだし、本発
明として提案するものである。

【０００７】即ち、本発明の低融点封着用組成物は、重
量百分率でＰｂＯ　　６５．０〜８５．０％、Ｂ２　Ｏ
３　１．０〜１１．０％、Ｆｅ２　Ｏ３　０．２〜１０
．０％、Ｂｉ２Ｏ３　＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ　　１．０〜１
５．０％、ＳｉＯ２　＋Ａｌ２　Ｏ３　０〜５．０％、
Ｖ２　Ｏ５　０〜５．０％、Ｆ２　０〜６．０％、Ｓｎ
Ｏ２　０〜５．０％からなることを特徴とする。

【０００８】また本発明の低融点封着用組成物は、重量
百分率でＰｂＯ　　６５．０〜８５．０％、Ｂ２　Ｏ３
　１．０〜１１．０％、Ｆｅ２　Ｏ３　０．２〜１０．
０％、Ｂｉ２　Ｏ３　＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ　　１．０〜１
５．０％、ＳｉＯ２　＋Ａｌ２　Ｏ３　０〜５．０％、
Ｖ２　Ｏ５　０〜５．０％、Ｆ２　０〜６．０％、Ｓｎ
Ｏ２　０〜５．０％の組成を有するガラス４５〜８０体
積％と、耐火性フィラー２０〜５５体積％からなること
を特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の低融点封着用組成物は、ＰｂＯ−Ｂ２
　Ｏ３　系ガラスのＢ２　Ｏ３　の一部をＦｅ２　Ｏ３
　で置換し、Ｂ２　Ｏ３　の含有量を少なくしたもので
ある。

【００１０】本発明の低融点封着用組成物において、ガ
ラス組成を上記のように限定した理由を以下に述べる。

【００１１】ＰｂＯの含有量は６５．０〜８５．０％、
好ましくは７０．０〜８３．０％である。ＰｂＯが６５
．０％より少ないとガラスの粘度が高くなって４００℃
以下の温度でガラスが十分に流動せず、８５．０％より
多いと封着時に結晶化が著しくなって流動しなくなる。

【００１２】Ｂ２　Ｏ３　の含有量は１．０〜１１．０
％、好ましくは２．０〜１０．０％である。Ｂ２　Ｏ３
　が１．０％より少ないとガラスが不安定となり、封着
時に結晶化が著しくなって流動せず、１１．０％より多
いとガラスの粘度が高くなって４００℃以下の温度で十
分に流動しなくなる。

【００１３】Ｆｅ２　Ｏ３　はガラスを安定化させる働
きがあり、その含有量は０．２〜１０．０％、好ましく
は０．５〜８．５％である。Ｆｅ２　Ｏ３　が０．２％
より少ないと上記した効果がなく、封着時に結晶化が著
しくなって流動しなくなり、１０．０％より多いとガラ
スの粘度が高くなって４００℃以下の温度で十分流動し
なくなる。

【００１４】Ｂｉ２　Ｏ３　、ＺｎＯ及びＣｕＯは、ガ
ラスの粘性を上げずに、ガラスを安定化させる成分であ
り、合量で１．０〜１５．０％含有する。Ｂｉ２　Ｏ３
　、ＺｎＯ、及びＣｕＯの合量が１．０％より少ないと
結晶化が著しくなって流動性が低下し、４００℃以下の
温度で封着できなくなる。また１５．０％より多い場合
も封着時に結晶の析出が著しくなり、流動性が低下する
。なおこれらの成分中、特にＢｉ２　Ｏ３　は上記した
効果が大きく、１．０〜１５．０％含有することが好ま
しい。またＺｎＯ及びＣｕＯの含有量はそれぞれ、０〜
１０．０％、０〜５．０％の範囲にあることが好ましい
。

【００１５】ＳｉＯ２　及びＡｌ２　Ｏ３　は失透を防
止する効果があり、その含有量は合量で０〜５．０％、
好ましくは０〜３．０％である。ＳｉＯ２　とＡｌ２　
Ｏ３　が合量で５％より多いとガラスの粘度が高くなっ
て流動性が悪くなる。

【００１６】Ｖ２　Ｏ５　はガラスの表面張力を下げて
流動性を向上させる成分であり、その含有量は０〜５．
０％、好ましくは０〜３．０％である。Ｖ２　Ｏ５　が
５．０％より多いとガラスの結晶化が著しくなって流動
しなくなる。

【００１７】Ｆ２　はガラスの封着温度を下げる働きが
あり、その含有量は０〜６．０％、好ましくは０〜４．
０％である。Ｆ２　が６．０％より多いと封着時に結晶
化が著しくなって流動し難くなる。

【００１８】ＳｎＯ２　はガラスを安定化するために０
〜５．０％、好ましくは０〜２．０％含有する。ＳｎＯ
２　が５．０％より多いとガラスの粘度が高くなって流
動し難くなる。

【００１９】なお上記成分以外にも、５％以下のＡｇ２
　Ｏ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｐ２　Ｏ５　、Ｃｏ２　Ｏ３　
や、３％以下のＭｏ２　Ｏ３　、Ｒｂ２　Ｏ、Ｃｓ２　
Ｏ、Ｎｂ２　Ｏ５　、Ｔａ２Ｏ３　、ＺｒＯ２　、Ｃｅ
Ｏ２　、ＮｉＯ、Ｃｒ２　Ｏ３　、Ｓｂ２　Ｏ３　、及
びＬａ２　Ｏ３等の希土類酸化物を他成分として含有さ
せることが可能である。

【００２０】以上のような組成を有するガラスは、ガラ
ス転移点が２４０〜３００℃と低く、しかもガラスとし
て安定しており、また良好な流動性を示すため、低温で
の封着が可能な封着用組成物である。しかし、３０〜２
５０℃における熱膨張係数が１１０〜１４０×１０−７
とアルミナ（７０×１０−７／℃）、窒化アルミニウム
（４５×１０−７／℃）、窓板ガラス（８５×１０−７
／℃）に比べて高いため、これらの材料を用いたＩＣパ
ッケージや表示デバイス等の封着を行うには熱膨張係数
を調節する必要がある。

【００２１】本発明の低融点封着用組成物は、先記した
範囲で耐火性フィラーを含有することにより、ＩＣパッ
ケージや表示デバイス等の封着に適した熱膨張係数を得
ることができる。耐火性フィラーとしては、チタン酸鉛
系セラミック、ウイレマイト系セラミック、β−ユーク
リプタイト、コーディエライト、ジルコン系セラミック
、酸化錫系セラミック、ムライト系セラミック、石英ガ
ラス、アルミナ、酸化チタン等の粉末を単独、又は組み
合わせて使用することが好ましい。

【００２２】本発明において、ガラスと耐火性フィラー
の混合割合を先記のように限定した理由を以下に示す。

【００２３】ガラスが４５％より少ない場合、即ち耐火
性フィラーが５５％より多い場合は流動性が悪くなって
４００℃以下の温度で封着できなくなる。一方、ガラス
が８０％より多い場合、即ち耐火性フィラーが２０％よ
り少ない場合は上記した効果が得られなくなる。

【００２４】次に本発明の低融点封着用組成物の製造方
法を述べる。まず所望の組成になるように各原料を調合
し、７００〜１０００℃で１〜２時間溶融した後、板状
に成形する。次にこの板状物をボールミル等により粉砕
した後、所定粒度に分級して粉末状のガラスとする。ま
た必要に応じて、このようにして得られたガラス粉末と
耐火性フィラーを所定の割合で混合する。

【００２５】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の低融点封着
用組成物を説明する。

【００２６】（実施例１）表１は、ＰｂＯ−Ｂ２　Ｏ３
　系ガラスにおけるＦｅ２　Ｏ３　の効果を説明するも
のであり、試料Ｎｏ．　ａは一般的なＰｂＯ−Ｂ２　Ｏ
３　系ガラス、試料Ｎｏ．　ｂは試料Ｎｏ．　ａの組成
からＢ２　Ｏ３　の含有量を４％を少なくしたＰｂＯ−
Ｂ２　Ｏ３　系ガラス、試料Ｎｏ．　ｃは試料Ｎｏ．　
ｂに２％のＦｅ２　Ｏ３　を添加した本発明の低融点封
着用組成物を示している。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１の試料は次のようにして調製した。

【００２９】表中の組成になるように原料粉末を調合、
混合し、白金坩堝に入れて９００℃で１時間溶融し、薄
板状に成形した後、粉砕し、２５０メッシュのステンレ
ス製篩を通過させて平均粒径が４μｍの試料を得た。

【００３０】表１から明らかなように、Ｂ２　Ｏ３　の
含有量を少なくした試料Ｎｏ．　ｂはガラス転移点が２
８５℃であり、試料Ｎｏ．　ａに比べて２０℃低下した
ものの、流動性及び安定性が不良であった。一方、Ｆｅ
２　Ｏ３　を添加した試料Ｎｏ．　ｃは、ガラス転移点
が２８７℃であり、試料Ｎｏ．　ｂと同等の低い値を示
し、しかも流動性が試料Ｎｏ．　ａより優れており、ま
た安定性が良好であった。

【００３１】これらの事実は、ガラス転移点を低くする
ためにＢ２　Ｏ３　の含有量を少なくしても、Ｆｅ２　
Ｏ３　を添加することによって良好な流動性及び安定性
が得られ、低温での封着が可能な封着用組成物が得られ
ることを示している。

【００３２】なお、ガラス転移点は示差熱分析計（ＤＴ
Ａ）により求めた。また流動性は、試料から外径２０ｍ
ｍ、高さ５ｍｍのボタンを作製した後、３８０℃、１０
分の条件で加熱し、このときのボタンの直径が２３ｍｍ
を超えるものを良、２０〜２３ｍｍのものを可、２０ｍ
ｍ未満のものを不可とした。安定性は、流動性試験後の
試料表面を目視で観察し、結晶が全く認められなかった
ものを良、認められたものを不可とした。

【００３３】（実施例２）表２は本発明におけるガラス
からなる低融点封着用組成物の実施例を示すものである
。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２から明らかなように、試料Ｎｏ．　Ａ
〜Ｆはガラス転移点が２４６〜２９５℃、熱膨張係数が
１１５〜１３２×１０−７／℃であり、すべて良好な流
動性を示した。

【００３６】なお、表２の各試料は、実施例１と同様に
して調製した。

【００３７】表３及び表４は、表２の各試料に耐火性フ
ィラーを混合して作製したＩＣパッケージ用の低融点封
着用組成物の実施例（試料Ｎｏ．　１〜９）を示すもの
である。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】表３及び表４から明らかなように、試料Ｎ
ｏ．　１〜９は、封着温度が３６０〜４００℃、抗折強
度が５９０〜６８０ｋｇ／ｃｍ２　、絶縁抵抗が１３．
２〜１４．８Ω・ｃｍ、α線放出量が０．１１〜０．２
５ｃｏｕｎｔ／ｃｍ２　・ｈｒと良好な値を示した。ま
た熱膨張係数は、試料Ｎｏ．　１〜６が６０〜７３×１
０−７／℃、試料Ｎｏ．　７〜９が５１〜５５×１０−
７／℃であり、それぞれアルミナ（７０×１０−７／℃
）、窒化アルミニウム（４５×１０−７／℃）に近似し
た値を示した。

【００４１】表５は、表２の試料に耐火性フィラーを混
合して作製した表示デバイス用の低融点封着用組成物の
実施例（試料Ｎｏ．　１０〜１２）を示すものである。

【００４２】

【表５】

【００４３】表５から明らかなように、試料Ｎｏ．　１
０〜１２は封着温度が３８０〜３９０℃と低く、また熱
膨張係数は７３〜７８×１０−７／℃であり、窓板ガラ
スのそれ（８５×１０−７／℃）に近似した値を示した
。

【００４４】これらの事実は、本発明の低融点封着用組
成物がＩＣパッケージや表示デバイスの封着材料に求め
られる諸条件を満足し、特に４００℃以下の低い温度で
封着できること、また耐火性フィラー粉末を適当量含有
することにより、熱膨張係数をアルミナ、窒化アルミニ
ウム、窓板ガラス等に適合するように調節できることを
示している。

【００４５】なお、熱膨張係数は、押棒式熱膨張測定装
置を用いて測定した。また各試料から作製した外径２０
ｍｍ、高さ５ｍｍのボタンを加熱して流動させ、その外
径が２１ｍｍ以上となった時の温度を封着温度とした。 抗折強度は試料を焼結した後、１０×１０×５０ｍｍの
角柱に成形し、３点荷重測定法によって求めた。絶縁抵
抗はメガオームメーターを用いて１５０℃における値を
測定し、α線放出量はＺｎＳシンチレーションカウンタ
ーを用いて測定した。

【００４６】また表３乃至表５に示した耐火性フィラー
は次のようにして作製した。

【００４７】チタン酸鉛系セラミックは、リサージ、酸
化チタン、炭酸カルシウムを重量％でＰｂＯ　　６５％
、ＴｉＯ２　３０％、ＣａＯ　　５％の組成になるよう
に調合し、混合後、１１００℃で５時間焼成し、次いで
この焼成物をアルミナボールにて粉砕し、３５０メッシ
ュのステンレス製篩を通過させ、平均粒径が５μｍの粉
末状とした。

【００４８】ウイレマイト系セラミックは、亜鉛華、光
学石粉、酸化アルミニウムを重量％でＺｎＯ　　７０％
、ＳｉＯ２　２５％、Ａｌ２　Ｏ３　５％の組成になる
ように調合し、混合後、１４４０℃で１５時間焼成し、
次いでこの焼成物を粉砕し、２５０メッシュのステンレ
ス製篩を通過したものを使用した。

【００４９】β−ユークリプタイトは、炭酸リチウム、
アルミナ、光学石粉をＬｉ２　Ｏ・Ａｌ２　Ｏ３　・２
ＳｉＯ２　の組成になるように調合し、混合後、１２５
０℃で５時間焼成し、次いでこの焼成物を粉砕し、２５
０メッシュのステンレス製篩を通過したものを使用した
。

【００５０】ジルコン系セラミックは次のようにして作
製した。まず、天然ジルコンサンドを一旦ソーダ分解し
、塩酸に溶解した後、濃縮結晶化を繰り返すことによっ
て、α線放出物質であるＵ、Ｔｈの極めて少ないオキシ
塩化ジルコニウムにし、アルカリ中和後、加熱して精製
ＺｒＯ２　を得た。さらにこの精製ＺｒＯ２　に高純度
珪石粉、酸化第二鉄を重量％でＺｒＯ２　６６％、Ｓｉ
Ｏ２　３２％、Ｆｅ２　Ｏ３　２％の組成になるように
調合し、混合後、１４００℃で１６時間焼成し、次いで
この焼成物を粉砕し、２５０メッシュのステンレス製篩
を通過したものを使用した。

【００５１】酸化錫系セラミックは、重量％でＳｎＯ２
　９３％、ＴｉＯ２　２％、ＭｎＯ２　５％の組成にな
るように調合し、混合後、１４００℃で１６時間焼成し
、次いでこの焼成物を粉砕し、２５０メッシュのステン
レス篩を通過したものを使用した。

【００５２】ムライト系セラミックは、酸化アルミニウ
ム、光学石粉を３Ａｌ２　Ｏ３　・２ＳｉＯ２　の組成
になるように調合し、混合後、１６００℃で１０時間焼
成し、次いでこの焼成物を粉砕し、２５０メッシュのス
テンレス製篩を通過したものを使用した。

【００５３】コーディエライトは、酸化マグネシウム、
酸化アルミニウム、光学石粉を２ＭｇＯ・２Ａｌ２　Ｏ
３　・５ＳｉＯ２　の割合になるように調合し、混合後
、１４００℃で１０時間焼成し、次いでこの焼成物を粉
砕し、２５０メッシュのステンレス製篩を通過したもの
を使用した。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の低融点封
着用組成物は、ＩＣパッケージや表示デバイス等の封着
材料に要求される諸特性を満足し、特に４００℃以下の
低い温度での封着が可能なものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量百分率でＰｂＯ　　６５．０〜８
   ５．０％、Ｂ２　Ｏ３　１．０〜１１．０％、Ｆｅ２　
   Ｏ３　０．２〜１０．０％、Ｂｉ２　Ｏ３　＋ＺｎＯ＋
   ＣｕＯ１．０〜１５．０％、ＳｉＯ２　＋Ａｌ２　Ｏ３
   　０〜５．０％、Ｖ２　Ｏ５　０〜５．０％、Ｆ２　０
   〜６．０％、ＳｎＯ２　０〜５．０％からなることを特
   徴とする低融点封着用組成物。
2. 【請求項２】　　重量百分率でＰｂＯ　　６５．０〜８
   ５．０％、Ｂ２　Ｏ３　１．０〜１１．０％、Ｆｅ２　
   Ｏ３　０．２〜１０．０％、Ｂｉ２　Ｏ３　＋ＺｎＯ＋
   ＣｕＯ１．０〜１５．０％、ＳｉＯ２　＋Ａｌ２　Ｏ３
   　０〜５．０％、Ｖ２　Ｏ５　０〜５．０％、Ｆ２　０
   〜６．０％、ＳｎＯ２　０〜５．０％の組成を有するガ
   ラス４５〜８０体積％と、耐火性フィラー２０〜５５体
   積％からなることを特徴とする低融点封着用組成物。