JPH0822763B2 - 低融点封着用組成物 - Google Patents
低融点封着用組成物Info
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Landscapes
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［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
は窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ムライト等
の低膨張のセラミックからなるICパッケージを機密封着
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。
は窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ムライト等
の低膨張のセラミックからなるICパッケージを機密封着
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。
［従来技術とその問題点］ 窒化アルミニウム等の低膨張セラミックからなるICパ
ッケージを気密封着するのに用いられる封着材に要求さ
れる主な特性としては、低膨張のセラミックの熱膨張係
数（30〜50×10-7/℃）に近似した熱膨張係数を有する
こと、封着後に衝撃を受けた際にクラック等が生じない
ように機械的強度が高いこと、パッケージ内に搭載する
IC素子を保護するためにできるだけ低温で封着できるこ
と等が掲げられる。
ッケージを気密封着するのに用いられる封着材に要求さ
れる主な特性としては、低膨張のセラミックの熱膨張係
数（30〜50×10-7/℃）に近似した熱膨張係数を有する
こと、封着後に衝撃を受けた際にクラック等が生じない
ように機械的強度が高いこと、パッケージ内に搭載する
IC素子を保護するためにできるだけ低温で封着できるこ
と等が掲げられる。
従来よりICパッケージの封着用として、PbO−B2O3系
あるいはPbO−B2O3−SiO2系ガラス粉末が用いられてい
るが、機械的強度、熱膨張係数において不十分な点があ
るため、近年これらのガラスに各種の低膨張フィラー粉
末を加えた封着材が数多く提案されている。
あるいはPbO−B2O3−SiO2系ガラス粉末が用いられてい
るが、機械的強度、熱膨張係数において不十分な点があ
るため、近年これらのガラスに各種の低膨張フィラー粉
末を加えた封着材が数多く提案されている。
先記したように低膨張セラミックパッケージの封着材
には、熱膨張係数が低膨張セラミックのそれに近似して
いることが要求され、一般に低膨張フィラーの粒径を大
きくしたり、添加量を多くすることによって封着材の熱
膨張係数を低くすることが可能であるが、一方低膨張フ
ィラーの粒径を大きくしたり、添加量を多くすると封着
材の流動性が悪くなり、低温で封着できなくなるという
問題が生じる。
には、熱膨張係数が低膨張セラミックのそれに近似して
いることが要求され、一般に低膨張フィラーの粒径を大
きくしたり、添加量を多くすることによって封着材の熱
膨張係数を低くすることが可能であるが、一方低膨張フ
ィラーの粒径を大きくしたり、添加量を多くすると封着
材の流動性が悪くなり、低温で封着できなくなるという
問題が生じる。
［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みなされたもので、熱膨張係数
が低膨張セラミックのそれに近似しており、機械的強度
が高く、また低温、具体的には450℃以下で封着可能で
あり、さらにICパッケージ封着材に要求されるその他の
特性、すなわちICパッケージの封着材には、信号電流が
リークしないように絶縁抵抗が高いこと、IC素子にα線
が照射されるとソフトエラーが発生するのでα線を放出
する物質を極力含まないこと、封着後のリード線錫メッ
キ工程でガラスに錫が付着するとリード線同士が電気的
につながるため、錫付着のないこと、すなわちメッキブ
リッジを起こさないこと等の特性も満足する低融点封着
用組成物を提供することを目的とするものである。
が低膨張セラミックのそれに近似しており、機械的強度
が高く、また低温、具体的には450℃以下で封着可能で
あり、さらにICパッケージ封着材に要求されるその他の
特性、すなわちICパッケージの封着材には、信号電流が
リークしないように絶縁抵抗が高いこと、IC素子にα線
が照射されるとソフトエラーが発生するのでα線を放出
する物質を極力含まないこと、封着後のリード線錫メッ
キ工程でガラスに錫が付着するとリード線同士が電気的
につながるため、錫付着のないこと、すなわちメッキブ
リッジを起こさないこと等の特性も満足する低融点封着
用組成物を提供することを目的とするものである。
［発明の構成］ 本発明は低融点ガラス粉末の組成と特定の低膨張フィ
ラー及びそれらの混合割合を限定することによって上記
目的を達成したものであり、すなわち本発明の低融点封
着用組成物は、屈伏点が350℃以下、熱膨張係数が130×
10-7/℃以下の非晶質のPbO−B2O3系低融点ガラス粉末と
とチタン酸鉛系セラミック粉末と低膨張性セラミック粉
末とから成り、これらの割合が重量比で PbO−B2O3系低融点ガラス粉末 45〜80％ チタン酸鉛系セラミック粉末 3〜53％ 低膨張性セラミック粉末 1〜45％ の範囲にあり、上記非晶質のPbO−B2O3系低融点ガラス
粉末は、重量比でPbO 78.0〜87.0％、B2O3 8.0〜15.0
％、ZnO 0.5〜3.0％、Bi2O3 1.0〜4.0％、V2O5 0.1〜1.
5％、SiO2 0〜1.0％、Al2O3 0〜2.0％から成り、上記チ
タン酸鉛系セラミック粉末は、重量比でPbO 60.0〜75.
0％、TiO2 10.0〜35.0％、Fe2O3 ０〜10.0％、WO3
０〜12.0％、CaO ０〜10％、Fe2O3＋WO3＋CaO 1.0〜2
0.0％から成る。
ラー及びそれらの混合割合を限定することによって上記
目的を達成したものであり、すなわち本発明の低融点封
着用組成物は、屈伏点が350℃以下、熱膨張係数が130×
10-7/℃以下の非晶質のPbO−B2O3系低融点ガラス粉末と
とチタン酸鉛系セラミック粉末と低膨張性セラミック粉
末とから成り、これらの割合が重量比で PbO−B2O3系低融点ガラス粉末 45〜80％ チタン酸鉛系セラミック粉末 3〜53％ 低膨張性セラミック粉末 1〜45％ の範囲にあり、上記非晶質のPbO−B2O3系低融点ガラス
粉末は、重量比でPbO 78.0〜87.0％、B2O3 8.0〜15.0
％、ZnO 0.5〜3.0％、Bi2O3 1.0〜4.0％、V2O5 0.1〜1.
5％、SiO2 0〜1.0％、Al2O3 0〜2.0％から成り、上記チ
タン酸鉛系セラミック粉末は、重量比でPbO 60.0〜75.
0％、TiO2 10.0〜35.0％、Fe2O3 ０〜10.0％、WO3
０〜12.0％、CaO ０〜10％、Fe2O3＋WO3＋CaO 1.0〜2
0.0％から成る。
本発明におけるPbO−B2O3系低融点ガラス粉末、チタ
ン酸鉛系セラミック粉末、低膨張性セラミック粉末の混
合比を上記のように限定したのは以下の理由による。
ン酸鉛系セラミック粉末、低膨張性セラミック粉末の混
合比を上記のように限定したのは以下の理由による。
すなわち低融点ガラス粉末が45％より少ない場合は封
着用組成物の流動性が悪くなり、450℃以下で封着でき
なくなる。80％より多い場合は熱膨張係数が大きくなり
すぎて耐熱衝撃強度が小さくなる。
着用組成物の流動性が悪くなり、450℃以下で封着でき
なくなる。80％より多い場合は熱膨張係数が大きくなり
すぎて耐熱衝撃強度が小さくなる。
本発明で用いるチタン酸鉛系セラミック粉末は、PbTi
O3結晶中にFe2O3、WO3またはCaOを固溶したものであ
り、各成分の含有量を上記範囲にすると通常のチタン酸
粉末よりも熱膨張係数を下げる効果が大きくなる。しか
しながらチタン酸鉛系セラミック粉末が３％より少ない
場合はこの効果が得られず、53％より多い場合はガラス
の流動性が悪くなり低温で封着できなくなる。
O3結晶中にFe2O3、WO3またはCaOを固溶したものであ
り、各成分の含有量を上記範囲にすると通常のチタン酸
粉末よりも熱膨張係数を下げる効果が大きくなる。しか
しながらチタン酸鉛系セラミック粉末が３％より少ない
場合はこの効果が得られず、53％より多い場合はガラス
の流動性が悪くなり低温で封着できなくなる。
また本発明で用いる低膨張性セラミック粉末は、ウイ
レマイト系セラミック粉末、β−ユークリプタイト粉
末、コーディエライト粉末、ジルコン系セラミック粉
末、スズ固溶体粉末の１者あるいは２者以上である。し
かしながら低膨張性セラミック粉末が１％より少ない場
合は、高い機械的強度が得られず、45％より多い場合は
チタン酸鉛系セラミック粉末の添加量が制限されるため
熱膨張係数が充分下がらなくなる。
レマイト系セラミック粉末、β−ユークリプタイト粉
末、コーディエライト粉末、ジルコン系セラミック粉
末、スズ固溶体粉末の１者あるいは２者以上である。し
かしながら低膨張性セラミック粉末が１％より少ない場
合は、高い機械的強度が得られず、45％より多い場合は
チタン酸鉛系セラミック粉末の添加量が制限されるため
熱膨張係数が充分下がらなくなる。
次に本発明で用いるPbO−B2O3系低融点ガラス粉末の
各組成を上記のように限定した理由を示す。
各組成を上記のように限定した理由を示す。
PbOが78.0％より少ない場合はガラスの粘性が大きく
なりすぎ、87.0％より多い場合はガラスが失透しやすく
なる。
なりすぎ、87.0％より多い場合はガラスが失透しやすく
なる。
B2O3が8.0％より少ない場合はガラスが失透しやすく
なり、15.0％より多い場合はガラスの粘性が大きくなり
すぎる。
なり、15.0％より多い場合はガラスの粘性が大きくなり
すぎる。
ZnOが0.5％より少ない場合はガラスが失透しやすくな
り、3.0％より多い場合はガラスの粘性が大きくなりす
ぎる。
り、3.0％より多い場合はガラスの粘性が大きくなりす
ぎる。
Bi2O3が1.0％より少ない場合はガラスが失透しやすく
なり、4.0％より多い場合はガラスの粘性が大きくなり
すぎる。
なり、4.0％より多い場合はガラスの粘性が大きくなり
すぎる。
V2O5はガラスを安定化させるのに効果があるが、0.1
％より少ない場合はその効果が得られず、1.5％より多
い場合はガラスが失透しやすくなる。
％より少ない場合はその効果が得られず、1.5％より多
い場合はガラスが失透しやすくなる。
SiO2及びAl2O3はガラスを安定化させるのに効果があ
るが、SiO2が1.0％、Al2O3が2.0％より多い場合は粘性
が大きくなりすぎる。
るが、SiO2が1.0％、Al2O3が2.0％より多い場合は粘性
が大きくなりすぎる。
尚、本発明の低融点ガラス粉末には上記したPbO、B2O
3、ZnO、Bi2O3、V2O5、SiO2、Al2O3以外にもPbF2、Sn
O2、BaO、TeO2等他成分を3.0％まで含有させることが可
能である。
3、ZnO、Bi2O3、V2O5、SiO2、Al2O3以外にもPbF2、Sn
O2、BaO、TeO2等他成分を3.0％まで含有させることが可
能である。
［実施例］ 以下本発明を実施例に基づいて説明する。
第１表のガラスＡ〜Ｄは本発明に用いる非晶質のPbO
−B2O3系低融点ガラス粉末の実施例である。
−B2O3系低融点ガラス粉末の実施例である。
第１表に示した低融点ガラス粉末は光明丹、硼酸、亜
鉛華、酸化ビスマス、五酸化バナジウム、珪石粉、水酸
化アルミニウム、フッ化鉛を第１表に示す組成になるよ
うに調合、混合し、白金ルツボに入れて電気炉で約900
℃、30分間溶融した後、薄板状に成型し、アルミナボー
ルミルで粉砕し150メッシュのステンレス篩を通過させ
たものを用いた。
鉛華、酸化ビスマス、五酸化バナジウム、珪石粉、水酸
化アルミニウム、フッ化鉛を第１表に示す組成になるよ
うに調合、混合し、白金ルツボに入れて電気炉で約900
℃、30分間溶融した後、薄板状に成型し、アルミナボー
ルミルで粉砕し150メッシュのステンレス篩を通過させ
たものを用いた。
各ガラスとも屈伏点が315℃以下であるため良好な封
着特性を有しており、また熱膨張係数が122×10-7/℃以
下であるため封着材としての熱膨張係数を低下させるこ
とが容易である。
着特性を有しており、また熱膨張係数が122×10-7/℃以
下であるため封着材としての熱膨張係数を低下させるこ
とが容易である。
第２表は上記のようにして得た低融点ガラス粉末にチ
タン酸鉛系セラミック粉末及び低膨張性セラミック粉末
としてウイレマイト系セラミック粉末、β−ユークリプ
タイト粉末、ジルコン系セラミック粉末あるいはスズ固
溶体粉末を混合した実施例を示すものである。
タン酸鉛系セラミック粉末及び低膨張性セラミック粉末
としてウイレマイト系セラミック粉末、β−ユークリプ
タイト粉末、ジルコン系セラミック粉末あるいはスズ固
溶体粉末を混合した実施例を示すものである。
以下に第２表に示したチタン酸鉛系セラミック粉末及
び各低膨張性セラミック粉末について以下に説明する。
び各低膨張性セラミック粉末について以下に説明する。
まず、本発明で用いるチタン酸鉛系セラミック粉末
は、先記したようにPbTiO3結晶中にFe2O3、WO3またはCa
Oを固溶したものであり、本実施例では次のように作製
した。リサージ、酸化チタン、炭酸カルシウムをPbO 70
％、TiO2 20％、CaO 10％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粉
砕後350メッシュのステンレス篩を通過させて平均粒径
が約５μの粉末状にした。
は、先記したようにPbTiO3結晶中にFe2O3、WO3またはCa
Oを固溶したものであり、本実施例では次のように作製
した。リサージ、酸化チタン、炭酸カルシウムをPbO 70
％、TiO2 20％、CaO 10％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粉
砕後350メッシュのステンレス篩を通過させて平均粒径
が約５μの粉末状にした。
ウイレマイト系セラミック粉末は、亜鉛華、光学石
粉、酸化アルミニウムを重量比でZrO2 70.0％、SiO2 2
5.0％、Al2O3 5.0％の組成になるように調合し、混合
後、1440℃で15時間焼成し、次いでアルミナボールミル
で粉砕し、250メッシュのステンレス篩を通過させたも
のを用いた。
粉、酸化アルミニウムを重量比でZrO2 70.0％、SiO2 2
5.0％、Al2O3 5.0％の組成になるように調合し、混合
後、1440℃で15時間焼成し、次いでアルミナボールミル
で粉砕し、250メッシュのステンレス篩を通過させたも
のを用いた。
β−ユークリプタイト粉末は、炭酸リチウム、アルミ
ナ、光学ガラス用石粉をLi2O・Al2O3・2SiO2の組成にな
るように調合し、混合後、1250℃で５時間焼成し、次い
でボールミルで粉砕し、250メッシュのステンレス篩を
通過させたものを用いた。
ナ、光学ガラス用石粉をLi2O・Al2O3・2SiO2の組成にな
るように調合し、混合後、1250℃で５時間焼成し、次い
でボールミルで粉砕し、250メッシュのステンレス篩を
通過させたものを用いた。
ジルコン系セラミック粉末は天然のジルコンサンドを
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、これに高純度珪石粉、酸化第２
鉄を重量比でZrO2 66％、SiO2 32％、Fe2O3 2％の組成
になるように調合し、混合した後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
レス篩を通過させたものを用いた。
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、これに高純度珪石粉、酸化第２
鉄を重量比でZrO2 66％、SiO2 32％、Fe2O3 2％の組成
になるように調合し、混合した後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
レス篩を通過させたものを用いた。
スズ固溶体は、重量比でSnO2 93％、TiO2 2％、MnO2
5％になるように酸化スズ、酸化チタン、二酸化マンガ
ンを調合、混合し、1400℃で16時間焼成後、粉砕し、25
0メッシュのステンレス篩を通過させたものを用いた。
5％になるように酸化スズ、酸化チタン、二酸化マンガ
ンを調合、混合し、1400℃で16時間焼成後、粉砕し、25
0メッシュのステンレス篩を通過させたものを用いた。
上記の低融点ガラス粉末、チタン酸鉛粉末及び低膨張
性セラミック粉末を第２表に示す割合に混合した後、所
定の形状に焼成し、これを用いて熱膨張係数、抗折強度
を測定したところ、熱膨張係数は40〜55×10-7/℃、抗
折強度は610kg/cm2以上であり、良好な特性を有してい
た。
性セラミック粉末を第２表に示す割合に混合した後、所
定の形状に焼成し、これを用いて熱膨張係数、抗折強度
を測定したところ、熱膨張係数は40〜55×10-7/℃、抗
折強度は610kg/cm2以上であり、良好な特性を有してい
た。
また上記の混合物を通常行われているようにビークル
を添加してペーストを作成し、熱膨張係数が44×10-7/
℃の窒化アルミニウムからなるパッケージに印刷して封
着し、封着温度を測定したところ440℃以下の低い温度
で封着できた。
を添加してペーストを作成し、熱膨張係数が44×10-7/
℃の窒化アルミニウムからなるパッケージに印刷して封
着し、封着温度を測定したところ440℃以下の低い温度
で封着できた。
さらに上記以外にICパッケージに要求される他の特
性、すなわち絶縁抵抗、α線放出量、錫付着の発生率に
ついても各々測定したところ、絶縁抵抗（対数値）は1
3.2以上、α線放出量は0.21count/cm2・hr以下、錫付着
の発生率は０％であり、各特性とも良好であった。
性、すなわち絶縁抵抗、α線放出量、錫付着の発生率に
ついても各々測定したところ、絶縁抵抗（対数値）は1
3.2以上、α線放出量は0.21count/cm2・hr以下、錫付着
の発生率は０％であり、各特性とも良好であった。
尚、熱膨張係数は押棒式熱膨張測定装置を用いて焼成
物について計測し、抗折強度は、焼成物を10×10×50mm
の角柱に成形し、周知の３点荷重測定法によって測定し
た。ま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、さらに錫付着の発生率は
28リードパッケージを作成し、このリードに錫メッキし
た後、ガラス表面を28倍の顕微鏡によって観察した結果
である。
物について計測し、抗折強度は、焼成物を10×10×50mm
の角柱に成形し、周知の３点荷重測定法によって測定し
た。ま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、さらに錫付着の発生率は
28リードパッケージを作成し、このリードに錫メッキし
た後、ガラス表面を28倍の顕微鏡によって観察した結果
である。
［発明の効果］ 以上のように本発明の低融点封着用組成物は、低膨張
セラミックからなるICパッケージを気密封着するのに適
しており、具体的には窒化アルミニウム、炭化珪素、窒
化珪素などの低膨張で高い熱伝導性を有するセラミック
からなるパッケージの封着材として好適である。
セラミックからなるICパッケージを気密封着するのに適
しており、具体的には窒化アルミニウム、炭化珪素、窒
化珪素などの低膨張で高い熱伝導性を有するセラミック
からなるパッケージの封着材として好適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/31
Claims (2)
- 【請求項１】屈伏点が350℃以下、熱膨張係数が130×10
-7/℃以下の非晶質のPbO−B2O3系低融点ガラス粉末とチ
タン酸鉛系セラミック粉末と低膨張セラミック粉末とか
ら成り、これらの割合が重量比で PbO−B2O3系低融点ガラス粉末 45〜80％ チタン酸鉛系セラミック粉末 3〜53％ 低膨張性セラミック粉末 1〜45％ の範囲にあり、上記非晶質のPbO−B2O3系低融点ガラス
粉末は、重量比でPbO 78.0〜87.0％、B2O3 8.0〜15.0
％、ZnO 0.5〜3.0％、Bi2O3 1.0〜4.0％、V2O5 0.1
〜1.5％、SiO2 ０〜1.0％、Al2O3 ０〜2.0％から成
り、上記チタン酸鉛系セラミック粉末は重量比でPbO 6
0.0〜75.0％、TiO2 10.0〜35.0％、Fe2O3 ０〜10.0
％、WO3 ０〜12.0％、CaO ０〜10％、Fe2O3＋WO3＋Ca
O 1.0〜20.0％から成る低融点封着用組成物。 - 【請求項２】低膨張性セラミック粉末が、ウイレマイト
系セラミック粉末、β−ユークリプタイト粉末、コーデ
ィエライト粉末、ジルコン系セラミック粉末、スズ固溶
体粉末の１者あるいは２者以上である特許請求の範囲第
１項記載の低融点封着用組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1050924A JPH0822763B2 (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 低融点封着用組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1050924A JPH0822763B2 (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 低融点封着用組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02229738A JPH02229738A (ja) | 1990-09-12 |
| JPH0822763B2 true JPH0822763B2 (ja) | 1996-03-06 |
Family
ID=12872353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1050924A Expired - Lifetime JPH0822763B2 (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 低融点封着用組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0822763B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112170997A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-05 | 西华大学 | Mct微波介质陶瓷与金属钎焊用玻璃钎料及其钎焊方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5945620B2 (ja) * | 1978-10-13 | 1984-11-07 | 日本電気硝子株式会社 | 低融点封着用組成物 |
| JPS5918132A (ja) * | 1982-07-23 | 1984-01-30 | Iwaki Glass Kk | 封着用硝子組成物 |
| JPH07102982B2 (ja) * | 1987-06-16 | 1995-11-08 | 日本電気硝子株式会社 | 低温封着用フリット |
-
1989
- 1989-03-01 JP JP1050924A patent/JPH0822763B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02229738A (ja) | 1990-09-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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