JPH05105480A

JPH05105480A - 封着用組成物

Info

Publication number: JPH05105480A
Application number: JP30254891A
Authority: JP
Inventors: Noboru Nakamura; 昇中村
Original assignee: Iwaki Glass Co Ltd
Current assignee: Iwaki Glass Co Ltd
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 1993-04-27

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体のパッケージを３８０℃程度の低温で封
着可能であり、特にアルミナからなるパッケージの封着
に好適な封着用組成物を提供する。【構成】重量％で、ＰｂＯ：７０〜８０％、Ｂ₂ Ｏ₃ ：
５〜１２％、ＺｎＯ：０〜５％、ＳｉＯ₂ ：０〜１％、
Ａｌ₂ Ｏ₃ ：０〜３％、ＳｎＯ₂ ：０〜１％、Ｂｉ₂ Ｏ
₃ ：３〜１２％、Ｖ₂ Ｏ₅ ：０．１〜１％、ＣｕＯ：
０．１〜５％、Ｆ：０．１〜３％の組成を有するガラス
粉末に、好ましくはチタン酸鉛固溶体、コーディエライ
ト、β−ユークリプタイトから選ばれた一種または二種
以上である耐火物フィラー粉末を２５〜４０容量％配合
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミナ等を使用した
半導体のパッケージの封着に好適な封着用組成物に関
し、特に低温で封着可能なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の表面は湿気や不純物に極めて敏
感なため、機械的保護だけでなく湿気等も考慮したパッ
ケージに収めて、機密的に封止するのが普通である。こ
のようなパッケージとしては、アルミナ質のものが多い
が、ガラスや樹脂のモールド品も用いられている。

【０００３】これらのパッケージを用いて半導体チップ
を封止する場合、半導体チップへの熱の影響を低減する
ために、できるだけ低温で封止することが必要とされ
る。近年、集積回路の高集積度化が進むにしたがって、
上記の要求は、ますます厳しくなり、アルミナ等からな
る半導体のパッケージを封着するために、400 ℃以下で
封着できる封着用組成物が望まれている。

【０００４】これらの封着用組成物としては、 1) エポ
キシ樹脂などの樹脂をマトリックスにして、これに熱膨
張率を下げ、強度を向上させる目的でシリカ等のセラミ
ックス粉末を混合し、樹脂を硬化させて接着するもの、
2)低融点のガラスフリットと、フィラーとの混合物
に、有機バインダーを添加し、焼成によってガラスフリ
ットを溶融し、有機バインダーを飛散させて接着するも
のなどが用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記 1) の封着用組成
物では、樹脂をマトリックスにしているため、アルミナ
等からなるパッケージとの間で熱膨張差を生じやすく、
それによって素子に変形、割れ、クラック等を生じやす
くなるという問題点があった。

【０００６】また、上記 2) の封着用組成物では、パッ
ケージとの間で熱膨張差は比較的小さく抑えられるが、
ガラスフリットを溶融させるために、高温に加熱する必
要があり、熱によって半導体チップに悪影響が及ぼされ
るという問題点があった。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、ガラスフリットを用いた封着用組成
物において、半導体のパッケージを400 ℃以下の低温で
封着できるようにした封着用組成物を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の封着用組成物は、重量％で、PbO ：70〜80
％、B₂O₃：5 〜12％、ZnO ：0 〜5 ％、SiO₂：0 〜1
％：Al₂O₃ ：0 〜3 ％、SnO₂：0 〜1 ％、Bi₂O₃ ：3 〜
12％、V₂O₅：0.1 〜1 ％、CuO ：0.1 〜5 ％、F ：0.1
〜3 ％の組成を有するガラス粉末に、耐火物フィラー粉
末を25〜40容量％含有させたことを特徴とする。

【０００９】以下、本発明について好ましい態様を挙げ
て詳細に説明する。

【００１０】本発明の封着用組成物は、特定の組成を有
するガラス粉末と、耐火物フィラー粉末とを含有させた
ものであって、例えば380 ℃程度の熱処理により、充分
流動し、特に、アルミナ等からなる半導体のパッケージ
を気密に封着することが可能なものである。

【００１１】以下に組成限定の理由を説明する。

【００１２】PbO が70％に満たない場合は、ガラスの粘
性が大きくなりすぎ、80％を超える場合には、ガラスの
結晶化傾向が大きくなり、ガラスが流動しなくなるので
好ましくない。

【００１３】B₂O₃が５％未満ではガラスの結晶化傾向が
大きくなり、12％を超える際には、ガラスの粘性が大き
くなる。

【００１４】ZnO はガラスの粘性をやや下げる効果を有
するが、５％を超えると、ガラスが結晶化しやすくなり
好ましくない。

【００１５】SiO₂、SnO₂は共にガラスの結晶化を抑える
作用を有するが、１％を超えるとガラスの粘性が大きく
なる。

【００１６】Al₂O₃ は、ガラスの化学的耐久性を向上さ
せるために配合するが、３％を超えると粘性が高くなり
すぎる。

【００１７】Bi₂O₃ は結晶化傾向の少ない安定したガラ
スにする作用を有し、３％に満たない場合は、ガラスの
結晶化傾向が大きくなり、PbO を主体とする結晶が析出
し、12％を超えると、粘性が大きくなると共に、Bi₂O₃
を主体とする結晶が析出し、ガラスが流動しなくなる。

【００１８】V₂O₅はガラスの結晶化傾向を抑制する効果
を有し、0.1 ％未満では、PbO を主体とする結晶が析出
し易くなり、１％を超えると、PbO-V₂O₅系の結晶が析出
し、ガラスが流動しなくなる。

【００１９】CuO はガラスを低融点化する効果を有する
が、0.1 ％未満ではその効果があらわれず、５％を超え
るとガラスの粘性が大きくなりすぎる。

【００２０】F もガラスを低融点化する効果を有する
が、0.1 ％未満ではその効果があらわれず、３％を超え
ると膨張係数が大きくなりすぎる。

【００２１】本発明において、上記組成は、重量％で、
PbO ：72〜78％、B₂O₃：8 〜11％、ZnO ：1 〜4 ％、Si
O₂：0.1 〜0.9 ％、Al₂O₃ ：0.1 〜2 ％、SnO₂：0.1 〜
0.9％、Bi₂O₃ ：4 〜11％、V₂O₅：0.1 〜1 ％、CuO ：
0.1 〜4 ％、F ：0.1 〜2.5％の組成のものがより好ま
しい。なお、以下の説明において、特に断わらない場
合、％は重量％を表わす。

【００２２】上記組成を有するガラス粉末の大きさは、
粒径１〜６μm 程度のものが好ましい。

【００２３】ガラス粉末は通常の方法で製造すればよ
い。すなわち、PbO 、B₂O₃、ZnO 、SiO₂、Al₂O₃ 、Sn
O₂、Bi₂O₃ 、V₂O₅、CuO 、F を上記割合を満足するよう
に配合し、加熱して溶融させた後、急冷してガラスブロ
ックを製造する。次いで、このガラスブロックを、例え
ばボールミル等を用いて粉砕してガラス粉末にする。

【００２４】本発明に用いる耐火物フィラー粉末は、例
えばチタン酸鉛固溶体、コーディエライト、β−ユーク
リプタイトから選ばれた一種又は二種以上である耐火物
フィラーの粉末を用いるのが好ましく、その粒径は、ガ
ラス粉末と同程度の粒径である１〜６μm 程度のものが
好ましく、その配合量は、ガラス粉末と耐火物フィラー
粉末との合計に対して25〜40容量％であるのが好まし
い。

【００２５】耐火物フィラー粉末は、封着用組成物の膨
張率を半導体のパッケージと整合させるとともに、強度
を向上させるために添加されるが、25容量％未満ではそ
の効果があらわれず、40容量％を超えると、ガラスの流
動性が著しく悪くなり、半導体のパッケージを気密的に
封着することができなくなる。

【００２６】ガラス粉末と、耐火物フィラー粉末との混
合方法は、どのような方法によってもよく、例えば、ガ
ラスブロックをボールミルで粉砕する際に、耐火物フィ
ラーを加えて、粉砕、混合を同時に行なってもよく、予
めそれぞれを所定の大きさの粉末とした後、混合しても
よい。

【００２７】このようにして製造された本発明の封着用
組成物は、従来の封着用組成物と同様な方法により、半
導体のパッケージの封着に用いることができる。すなわ
ち、例えば、封着用組成物と有機バインダーとを混合し
た後、半導体のパッケージの封着すべき部分に付着さ
せ、加熱して、封着用組成物を溶融させるとともに、有
機バインダーを飛散させることにより、パッケージを封
着する。本発明の封着用組成物は、380 ℃程度の熱処理
により充分流動するので、低温での封着が可能であり、
特に、アルミナからなる半導体のパッケージの封着に好
適である。

【００２８】

【作用】本発明の封着用組成物は、ガラスの組成を特定
したので、380 ℃程度の熱処理により充分流動する。

【００２９】また、耐火物フィラーを配合したので、封
着用組成物の熱膨張率を半導体パッケージと整合させ、
強度を向上させることができる。

【００３０】したがって、半導体のパッケージを400 ℃
以下で封着することが可能であり、特に、アルミナから
なる半導体のパッケージの封着に好適である。

【００３１】

【実施例】

実施例１〜６ PbO 、B₂O₃、ZnO 、SiO₂、Al₂O₃ 、SnO₂、Bi₂O₃ 、V
₂O₅、CuO 、F を、表１に示す割合で配合し、白金ルツ
ボに入れ、800 〜1000℃の電気炉中で、１時間加熱して
溶融させた後、急冷して板状に成形し、板状のガラスブ
ロックを得た。次いで、このガラスブロックを、ボール
ミルを用いて粒径１〜６μｍ程度まで粉砕してガラス粉
末を得た。

【００３２】得られたガラス粉末に、表１に示す耐火物
フィラーの、粒径１〜６μｍの粉末を、表１に示す割合
で混合し、封着用組成物を得た。これらを実施例１〜６
とする。

【００３３】実施例１〜６の封着用組成物の熱膨張係
数、軟化点、流動性をそれぞれ測定した。これらの結果
を表１に示す。

【００３４】なお、熱膨張係数は、示差膨張計により、
30℃〜転移点までの平均熱膨張係数を求め、軟化点は、
示差熱分析（ＤＴＡ法）により求めた。また、流動性
は、各粉末試料をその比重に相当するｇ数採取し、１
２．５ｍｍφの円柱状に加圧成形した。次いでこれを板
ガラス片の上に載置し、３８０℃で１０分間加熱して流
動させ、その直径を測定した。この直径が２０ｍｍ以上
のものを良好と判定した。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１中、ガラス組成の単位は重量％であ
り、耐火物フィラー（チタン酸鉛コーディエライト、β
−ユークリプタイト）の含有率は、ガラスと耐火物フィ
ラーとの合計に対する容量％である。

【００３７】表１の結果から、本発明のガラス組成を満
足し、耐火物フィラーを含有させた実施例１〜６の組成
物は、いずれも軟化点が311 〜318℃と低く、熱膨張係
数も小さく、流動性も良好であることがわかる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の封着用組
成物は、ガラスの組成を特定し、耐火物フィラーを配合
したので、半導体のパッケージを380 ℃程度の低温で、
封着することができ、半導体に悪影響を与えずに機密的
に封止して、素子の信頼性を向上させることができ、特
にアルミナを用いた半導体のパッケージの封着に好適で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０３Ｃ 14/00 6971−4Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、PbO ：70〜80％、B₂O₃：5 〜12
％、ZnO ：0 〜5 ％、SiO₂：0 〜1％、Al₂O₃ ：0 〜3
％、SnO₂：0 〜1 ％、Bi₂O₃ ：3 〜12％、V₂O₅：0.1 〜
1 ％、CuO ：0.1 〜5 ％、F ：0.1 〜3 ％の組成を有す
るガラス粉末に、耐火物フィラー粉末を25〜40容量％含
有させたことを特徴とする封着用組成物。
【請求項２】前記耐火物フィラーが、チタン酸鉛固溶
体、コーディエライト、β−ユークリプタイトから選ば
れた一種又は二種以上である請求項１の封着用組成物。