JPS5832088A - 銀−充填ガラス - 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】 本発明は、一般的にいえば銀−金属化に係る。

更に詳しくいえば、本発明は特に珪素半導体装置を基質
に結合するのに使用する銀−充填ガラス組成物に関する
。

銀−金属化組成物の起源は装飾エナメル化にあったが、
厚膜・・イブリッド電気回路機構における用途として早
くから使用されていた。初期の研究者の注意は、しかし
ながら、強力にセラミック基質に接着する組成物の設計
に集中されていた。いｈゆる”スコッチテーゾテスト１
が初期の接着力の基準であった。Ｋｎｏｘ　　の米国特
許第２．３１．！；　、！；１０号には、硼珪酸鉛ガラ
ス中に高含有率で酸化ビスマスを含むものが開示されて
いる。これは銀に対して広範に使用されているが他の貴
金属に対しては不十分であった。Ｈｏｆｆｍａｎの米国
特許第３．１Ｌｔ≠０．７１２号には、貴金属金属化組
成物の接着力、はんだ付は適性および伝導性を改善する
ためにバナジウム並びに銅酸化物を添加することが開示
されている。これら組成物は珪素一体化回路などの装置
を基質に接着するための媒体としてというよりもむしろ
伝導体として使用されていた。

この部類にあっては、金−ペースのインキもしくは予備
成形物が、良好々結合を達成するために低温金−珪素共
融混合物の利点を考慮すれば、最も一般的であった。か
かる結合の形成に要する金の量を減じるためにかなりの
努力が払われたにもかかわらず、その高価であることは
可能なあらゆる用途に使用することを可能としていない
。

銀−金糸には低温相はなく、これは固溶体の連続相であ
り、かつ銀−珪素系は共融点を有するが高温（ｇｏｏ℃
以上）である。従って５銀全ベースとする系は実際に鍋
それ自体が殆どもしくは１つたく関与しないような基本
的に異った結合機構を利用しなければならない。

かくして、珪素ダイ金銀金属化表面に付着させるために
金の予備成形物を使用する場合には、結合機構は一方で
は金−珪素共融混合物形成であわ、他方では固−液拡散
であって、ガラスが結合強度の主要な役割を演じる。こ
れは冶金学的結合よりも弱いので、熱伝導度並びに電気
伝導度は所定の値よりも低い。

この目的で純ガラス結合も使用されているが、予想され
るように伝導性元素なしでは前記両伝導度は損われる。

この用途において、銀ポリイミド組成物も知られている
。しかし、配合し州る銀の量が制限され、かつ特殊彦加
工が必要とされる（大量生産のためには、加工の均一性
が重要なコスト決定の要因となる）。最も大きなポリイ
ミド、もしくは任意の有機結合剤系の欠点はこれらがセ
ルディツプス（Ｃｅｒｄｉｐｓ　）などのように気密パ
ッケージとし得ないことである。というのは、これらは
吸湿性であシ、脱ガスできず、かつ一般的にはこれらパ
ッケージを形成する際に必要とされる高温に耐え得ない
からである。

本発明は珪素ダイと基質との間に、該基質が金属化され
ていようといまいと、強力な結合を与える銀−充填ガラ
スを提供するものであり、該銀−充填ガラスは調節し得
る熱並びに電気伝導度を有　□し、かつ気密パッケージ
状態で使用することができる。

本発明の一般的な目的は、珪素グイを基質に結合するた
めの改良された媒体を提供することにある。

本発明の他の目的は、通常の加工条件下で、珪素グイと
金属化されたもしくはその！まの基質との間に強力な結
合を形成するために使用される銀−充填ガラスを提供す
ることである。

本発明の更に別の目的は、珪素グイと基質とを結合する
ための銀−充填ガラスであって、金−ペース系よりも安
価で、他の銀もしくは非金属系よりも高い伝導性並びに
結合力を有し、気密パッケージ状態での用途に適した前
記銀−充填ガラスを提供することにある。

本発明の他の種々の目的並びに利点は以下の実施態様の
記載から明らかとなろう。また、本発明の新規な特徴は
、特に特許請求の範囲に関連して指摘されるであろう。

本発明において使用する銀粉末を選ぶに際し、球状並び
にフレーク状粉末両者が良好に機能することがわかった
。しかしフレーク状粉末の方が光沢よく、かつ一層高い
金属様外観の仕上りを与える。幾人かの研究者は銀導体
としてフレーク状のものを特定したが、これは結合媒体
というよりもむしろ電流搬送用１ワイヤー１としてであ
ったことは興味あることである。

本発明にとって満足な銀は、０．７〜／　ｍ’／　９　
　の範囲内の表面積と１２３−．２．７６９／ｃｃのタ
ッグ密度（粉末の密度）とを有するものである。

ガラスは第２に重要な成分であり、これはダイ−接着温
度、グ、２　ｊ−４ｊ　０℃において溶融状態であるよ
うに低融点を有することが必須である。この要件を満た
す選ばれた好ましいガラスは軟化温度３．２３；℃を有
し、かつ以下の組成を有する：ＺｎＯＯ，／　ｊ−ＯＪ
Ｏ％ ５ｉｎ２０．、！ｊ〜ノ、ｊ％ ８ｏ　　　　　残部 　３ このガラスは以下のような規格に合うように高純度アル
ミナツヤ−ミル内で粉砕され、フリット化される： 表面積　　　　　０．３〜０．Ａ　ｍ’／′９タップ密
度　　　　　２１ｇ〜３尾９７ｃｃ一般的に、３２３−
１７２３　℃の範囲内の軟化点および約／３ｐｐｍ／℃
以下の、好ましくはｇ〜／３ｐｐｍ／℃の範囲の熱膨張
係数を有するガラスを使用することができる。例えば、
ガラスは前記規準を満たす主な成分として酸化鉛よりも
むしろ酸化ビスマスと混合することができる。池方、こ
のようなガラスはいずれも、珪素に対する親和性のため
に、ナトリウムを含まないものであるべきである。

軟化点は、すべての有機物が焼却されることを保証する
ために少なくとも３２！；℃でなければならない。軟化
点が≠Ｊｊ℃よりも高い場合、ダイ接着温度においてガ
ラスは十分に流体とはならない。次に、ガラスを以下に
記載するような溶剤と混合しく固形分子０％）、３−ロ
ールミルで粉砕して７〜ｇμの粒径（Ｆ、Ｏ，Ｇ、）と
する。

当業者には、溶剤の選択が臨界的でないこと、および種
々の適当な溶剤を使用し得ることが理解されよう。この
場合選ばれた溶剤は エチルメタクリレート　　　　７２％ テルピネオール　　　　　　ｆど％ を含む。

次いで１．２！ニア！；−ど０：；２０の限界内にはい
るような、以下に議論する所定の銀ニガラス比で、銀を
ガラスペーストに添加する。溶剤を更に加えて（全）固
形物の割合が７Ｊ−−４才％となるように調節して、４
−ストまたはインキとする。この範囲外ではレオロジー
に係る問題を生じるので、一般には１０−４３％の範囲
内の固形分含有率であることが好ましい。

ペーストの用途は本質的に従来と同じである。

用途に応じて金属化されたもしくはそのままのフィルム
（セラミック）基質上の点、正方形もＬ＜は仕切られた
領域にペーストを適用する。点状に適用する場合は、該
点の大きさはダイよりも約２ｊ％大きい。ダイ接着は、
５０℃の乾燥炉により空気中で７５分間、次いでグ３０
℃で７５分間燃焼することにより行われる。試験のため
に、・！ツケーゾを４’３０〜ｊ、２Ｊ　１：の範囲内
の模擬（パツケージ）シールサイクルに付す。更に、該
ダイは公知のスクラビング法によって接着することがで
き、また熱時（ｈｏｔ−ｓｔａｇｅ　）振動結合法を利
用することもできる。

本発明の驚嘆すべき利点は、結合の機械的強度が銅含量
に比例することである。標準的ブツシュテスト（ｐｕｓ
ｈ　ｔｅｓｔ　）　（Ｍｌｌ、　５ｐｅｃ、　ｌｌ３Ｆ
３．方法２θ／９．／　）によれば銀ｊｊ−ＩＯ％の範
囲に対し２．２乙ｒ〜乙、ど０グに２（ｊ〜／ｊポンド
）であることがわかった。予想されるように、電気伝導
性も銀の含有量によって改良される。下限において、伝
、導度は市販のエポキ／系のもの、例えばＥＰＯ−ＴＥ
ＫＰ−１０に匹敵する値であり、かつ上限においてはそ
の約−倍の値である。

銀の含有率に伴う結合強度および伝導性両者の増大に関
連して、低銀、高ガラス組成物の利用性に関る問題が生
じる可能性がある。これに対する解答は、一般に意図す
る用途に依存する。更に詳しくいえば、ダイか機械的ス
クラビング手段によって接着される場合、極めて良好な
結合が２５〜４ｔｏ％の範囲の銀について達成される。

ある程度までダイをインキ（またはペースト）中に沈め
たいような状況の下では、高銀含有量であることが好ま
しい。極めて高い含有率の上限（例えば７５〜ｇｏ％）
においては、テストはインキがそのままの基質に適用す
ることができ、かつ支持体が、良好なる結果で、超音波
により結合し得ることを示している。ｇＯ％以上の銀を
使用することは一般には望まれないであろう。なんとな
れば、接着力は減少しはじめるからである。かくして、
例えば鉛のフレームとダイとを同時に接着するなどによ
りある加工工程を省略することを含めて、様々な可能性
がある。

１ 本明細書で記載し、かつ本発明の説明のために示された
部分、工程、材料並びＶζ部品の配列における種々の変
更が当業名には呵■止であるか、これらも特許請求の範
囲に規定した本発明の範囲に含まれるものと理解すべき
である。

２

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　、２０−♂０％の微粉化銀ニア！；−，２０％
   の低融点の微粉化ガラスフリット；適当な有機溶剤を含
   み、銀−充填ガラス金属波−スト中の固体の割合が約７
   ｊ〜ｇｊ受である、銀−充填ガラス金属化４−スト。
2. （２）銀が表面積０．７〜／、θｌｌ１ｊ／９およびタ
   ップ密度ノ、２３−〜λ、７！；９／ｃｃ　　を有する
   、特許請求の範囲第（１）項記載の金属化ペースト。
3. （３）前記ガラスフリットが３２Ｊ−４，２３℃の範囲
   の軟化温度およびｇ〜／３ｐｐｍ／℃の範囲の熱膨張係
   数を有する、特許請求の範囲第（１）項記載の金属化ペ
   ースト。
4. （４）前記ガラスフリットが０．３〜０、乙♂／９　の
   範囲内の表面積および２ｇ〜３．６９　／　ｃｃ　　の
   範囲内のタップ密度を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の金属化ペースト。
5. （５）前記ガラスフリットが本質的Ｋ ＰｂＯ９Ｊ−−７ｊ％ ＺｎＯＯ，／　３；−０，，２０％ ５Ｉ０２０．．２５〜２Ｊ％ Ｂ２Ｏ３残部 からなることを特徴とする特許ａ青求の範囲第（１）項
   記載の金属化ペースト。
6. （６）前記有機溶剤が エチルメタクリレート　　　　７．２％テルピネオール
   　　　　　　ｇｇ％ からなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の金属化ペースト。
7. （７）　　、２ｊ　−Ｉ　０％の、０．７〜／、Ｏｍ’
   ／９ｏ表面積およびｊ、、２．５′〜ノ、７３９／ｃｃ
   　　のタップ密度を肩する微粉化銀ニア！−２０％の、
   軟化点範囲３．２．ｔ−１，２、！ｔ　１：を有する微
   粉化ガラススリット；および銀−充填ガラス金属化波−
   スト中の固体含蓄？ニア！−４３％とするのに十分な鼠
   の適当な有機溶剤とを含む、珪素半導体装置をセ之ミッ
   ク基質に結合させるのに使用する銀−充填ガラス金属化
   に一スト。