JPS59116146A - シリコン半導体素子接着用ガラス - Google Patents
シリコン半導体素子接着用ガラスInfo
- Publication number
- JPS59116146A JPS59116146A JP57223976A JP22397682A JPS59116146A JP S59116146 A JPS59116146 A JP S59116146A JP 57223976 A JP57223976 A JP 57223976A JP 22397682 A JP22397682 A JP 22397682A JP S59116146 A JPS59116146 A JP S59116146A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glass
- silicon
- thermal expansion
- transition temperature
- silicon semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
- C03C8/24—Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions, i.e. for use as seals between dissimilar materials, e.g. glass and metal; Glass solders
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Die Bonding (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明はシリコン圧力センサなどの半導体素子と接着す
るガラスの組成に関する。
るガラスの組成に関する。
シリコン感圧素子など、残留応力をきらう半導体素子ベ
レットを基体などに固着する場合は特別な工夫を要する
。即ち基体とシリコンとの熱膨張を厳密に整合させる必
要がある。しかし一方この素子を被測定体に気密に取り
付けるために取付部が必要であり、そこにはステンレス
などの金属やガラスなどが使われる。これらの材料はシ
リコン素子と通常熱特性が整合しないので、取付部とベ
レットとの間にシリコンからなるベレットを設け、例え
ば第１図のような構造のものが使われていた。
レットを基体などに固着する場合は特別な工夫を要する
。即ち基体とシリコンとの熱膨張を厳密に整合させる必
要がある。しかし一方この素子を被測定体に気密に取り
付けるために取付部が必要であり、そこにはステンレス
などの金属やガラスなどが使われる。これらの材料はシ
リコン素子と通常熱特性が整合しないので、取付部とベ
レットとの間にシリコンからなるベレットを設け、例え
ば第１図のような構造のものが使われていた。
しかしこの構造では、（１）シリコンベレット１の材料
費、成形費を要し、（２）接着の工程が多いなどの欠点
があり、これに替るものとして、第２図のような、シリ
コンペレット１と熱的に整合し得るガラス４を直接ベレ
ット１と接着する方法が提案されている。このガラス材
料にはバイレックスなどの商品名で良く知られた硬質硼
珪酸ガラスが使われ、接着には鏡面研磨した素子とガラ
スの接着面を荷重下で圧接し、ガラスの転移温度以上で
加熱する圧接法が使われる。との圧接法は異質の接着層
の介在がないため、残留応力低減の目的には良く合うが
、通常入手できる上記ガラス材料はガラス転移温度が５
５０ ’０を上まわるために、接着に必要である。これ
は通常の半導体素子の電極や配線材料として使われるア
ルミニウムの融点以上であり、そのために他の電極材料
が必要になる。しか］〜霞】耐熱性で１〜かも半導体素
子用として適当な電極材料を得るのはきわめてむづかし
い実情である。
費、成形費を要し、（２）接着の工程が多いなどの欠点
があり、これに替るものとして、第２図のような、シリ
コンペレット１と熱的に整合し得るガラス４を直接ベレ
ット１と接着する方法が提案されている。このガラス材
料にはバイレックスなどの商品名で良く知られた硬質硼
珪酸ガラスが使われ、接着には鏡面研磨した素子とガラ
スの接着面を荷重下で圧接し、ガラスの転移温度以上で
加熱する圧接法が使われる。との圧接法は異質の接着層
の介在がないため、残留応力低減の目的には良く合うが
、通常入手できる上記ガラス材料はガラス転移温度が５
５０ ’０を上まわるために、接着に必要である。これ
は通常の半導体素子の電極や配線材料として使われるア
ルミニウムの融点以上であり、そのために他の電極材料
が必要になる。しか］〜霞】耐熱性で１〜かも半導体素
子用として適当な電極材料を得るのはきわめてむづかし
い実情である。
本発明の目的はシリコン半導体素子と熱膨張が整合し、
しかもアルミニウムの融点以下で圧接できるガラス拐料
を提供するにある。
しかもアルミニウムの融点以下で圧接できるガラス拐料
を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明にかかるガラス材料は熱膨張係数が３３〜３６
Ｘ １０ ／Ｃの範囲にあり、かつガラス転移温度が
５００°Ｃ以下という特性が必要である。シリコンの熱
膨張係数はほぼ３４Ｘ１０ ’／”Ｃである。そしてガ
ラスの熱膨張係数が上記の範囲の場合に、シリコン中の
残留応力が無視できる事がわかった。
Ｘ １０ ／Ｃの範囲にあり、かつガラス転移温度が
５００°Ｃ以下という特性が必要である。シリコンの熱
膨張係数はほぼ３４Ｘ１０ ’／”Ｃである。そしてガ
ラスの熱膨張係数が上記の範囲の場合に、シリコン中の
残留応力が無視できる事がわかった。
またガラスとシリコンの圧接には接着条件により多少の
変動はあるが通常ガラス転移温度より５０〜１００“０
高い熱処理が必要であり、その場合にもアルミニウム電
極の耐熱限界（６００’０以下）を越えない事から、上
記の転移温度の上限が決められる。
変動はあるが通常ガラス転移温度より５０〜１００“０
高い熱処理が必要であり、その場合にもアルミニウム電
極の耐熱限界（６００’０以下）を越えない事から、上
記の転移温度の上限が決められる。
これらの熱特性が実現でき、かつ通常の溶解法で品質の
良いガラスが得られる組成を探索した結果、５ｉ０２６
５〜７６ 、 Ｂ２Ｏ３１，５〜２５ 、 Ａｌ２Ｏ３
１〜３．５ 、 Ｎａ２Ｏ：２−４ 、 Ｋ２Ｏ０〜２
、 Ｌｉ２Ｏ０〜１ 、但しＮａ ２０ ＋に２Ｑ
＋Ｌｉ２ＯＱ 〜５ 、 Ｖ２Ｏ５０，１〜２ 、 Ｃ
ｕＯＯ〜２但しＶ２Ｏ５＋ Ｃｌｌ００．１〜２．５
、 ＰｂＯＯ〜５ ＋ ＡＳ２０３０〜０．５ 、５ｂ
２０２０〜０５各重量％の範囲が適当である事がわかっ
た。このガラスはいわゆるアルカリ硼珪酸ガラスの範囲
に属しており、このガラスの基本組成とガラス転移温度
や熱膨張係数との関係は公知である。またＡｌ ２０３
などの添加物とこれら熱特性や化学特性の関係も公知で
ある。しかしながら、これら公知の事実を基に上記熱特
性の条件を満すべくガラス組成を吟味しても、実用に耐
えるものは得られなかった。その最大の問題は高温粘性
の増大に−よる残留泡と化学的耐久性の低下であった。
良いガラスが得られる組成を探索した結果、５ｉ０２６
５〜７６ 、 Ｂ２Ｏ３１，５〜２５ 、 Ａｌ２Ｏ３
１〜３．５ 、 Ｎａ２Ｏ：２−４ 、 Ｋ２Ｏ０〜２
、 Ｌｉ２Ｏ０〜１ 、但しＮａ ２０ ＋に２Ｑ
＋Ｌｉ２ＯＱ 〜５ 、 Ｖ２Ｏ５０，１〜２ 、 Ｃ
ｕＯＯ〜２但しＶ２Ｏ５＋ Ｃｌｌ００．１〜２．５
、 ＰｂＯＯ〜５ ＋ ＡＳ２０３０〜０．５ 、５ｂ
２０２０〜０５各重量％の範囲が適当である事がわかっ
た。このガラスはいわゆるアルカリ硼珪酸ガラスの範囲
に属しており、このガラスの基本組成とガラス転移温度
や熱膨張係数との関係は公知である。またＡｌ ２０３
などの添加物とこれら熱特性や化学特性の関係も公知で
ある。しかしながら、これら公知の事実を基に上記熱特
性の条件を満すべくガラス組成を吟味しても、実用に耐
えるものは得られなかった。その最大の問題は高温粘性
の増大に−よる残留泡と化学的耐久性の低下であった。
より具体的に記すと、上記公知文献によれば、この種の
ガラスにおいて熱膨張を低く保ちつつ転移温度を低下さ
せるにはアルカリ分の濃度を低クシ、かつＢ２Ｏ３濃度
を高くする事が必要である。しかしこのような組成のガ
ラスは実用的な限界である１６００”Ｃで溶融しても残
留泡が多く残ったり、空気中で数日放置するだけで表面
が白色に風化するほど化学的耐久性が悪いものしか得ら
れない。この問題を克服するために基本組成や添加物を
吟味した結果、−上記の組成物を得た。５ｉ０２はガラ
スの基本成成であり、６５ｗｔチ以下では膨張係数が上
記範囲からはずれるか、又は化学的耐久性が劣る。また
７５ｗｔチ以上では浴融温度が高くなり、脱泡が困難に
なるｏ Ｂ２Ｏ３もガラスの基本成分であり、１５ｗｔ
％よりも低いとガラス転移温度を５００°Ｃ以下にする
事ができず、又２５ ｗｔ、％を越えるとガラスの化学
的耐久性が実用に耐えないほど悪くなる。
ガラスにおいて熱膨張を低く保ちつつ転移温度を低下さ
せるにはアルカリ分の濃度を低クシ、かつＢ２Ｏ３濃度
を高くする事が必要である。しかしこのような組成のガ
ラスは実用的な限界である１６００”Ｃで溶融しても残
留泡が多く残ったり、空気中で数日放置するだけで表面
が白色に風化するほど化学的耐久性が悪いものしか得ら
れない。この問題を克服するために基本組成や添加物を
吟味した結果、−上記の組成物を得た。５ｉ０２はガラ
スの基本成成であり、６５ｗｔチ以下では膨張係数が上
記範囲からはずれるか、又は化学的耐久性が劣る。また
７５ｗｔチ以上では浴融温度が高くなり、脱泡が困難に
なるｏ Ｂ２Ｏ３もガラスの基本成分であり、１５ｗｔ
％よりも低いとガラス転移温度を５００°Ｃ以下にする
事ができず、又２５ ｗｔ、％を越えるとガラスの化学
的耐久性が実用に耐えないほど悪くなる。
ＡＩ ２０３はガラスの化学的耐久性を向上させる準基
本成分であるが、添加量を増すとガラスの高温粘性を増
加させ、脱泡を困難にする。１ｗｔ％以上で効果がはっ
きりするが、濃度限界は３ｗｔ％である。
本成分であるが、添加量を増すとガラスの高温粘性を増
加させ、脱泡を困難にする。１ｗｔ％以上で効果がはっ
きりするが、濃度限界は３ｗｔ％である。
アルカリ酸化物もガラスの基本成分であり、ガラスの低
融化と化学的耐久性を向上させるが、熱膨張係数を増大
させる欠点がある。その効果はアルカリの種類によって
多少異なり、Ｎａ２Ｑを基準にするとに２０は熱膨張増
加傾向は少ないが、低融化能力が劣り、 Ｌｉ２Ｏは高
温粘性低下能が高いが化学的耐久性向上効果が小さい。
融化と化学的耐久性を向上させるが、熱膨張係数を増大
させる欠点がある。その効果はアルカリの種類によって
多少異なり、Ｎａ２Ｑを基準にするとに２０は熱膨張増
加傾向は少ないが、低融化能力が劣り、 Ｌｉ２Ｏは高
温粘性低下能が高いが化学的耐久性向上効果が小さい。
全アルカリ濃度は２〜ｓｗｔ％の範囲が適当であり、こ
れより低ければ化学的耐久性の低下、高ければ熱膨張の
範囲からはずれる。ガラスの高温粘性を下げ、脱泡を容
易にする必須成分として、Ｖ２Ｏ５の添加が本ガラスの
の特徴である。０．１ ｗｔ ’４以上でその効果が表
われるが、２ｗｔ％を越えるとガラスが分相性になり、
化学的耐久性を損なう。ＣｕＯも類似の効果があり、Ｖ
２Ｏ５の補助成分とし、て使用できる。ＰｂＯけガラス
の低融性と化学的耐久性を向上させる成分として添加が
好ましいが、５ｗｔ％を越えると熱膨張係数の増大など
の が生ずる。Ａｓ２Ｏ３，５ｂ２０３はいずれｌ消泡
剤として使われるもので０．２−０．５ ｗｔ ％が好
ましい。
れより低ければ化学的耐久性の低下、高ければ熱膨張の
範囲からはずれる。ガラスの高温粘性を下げ、脱泡を容
易にする必須成分として、Ｖ２Ｏ５の添加が本ガラスの
の特徴である。０．１ ｗｔ ’４以上でその効果が表
われるが、２ｗｔ％を越えるとガラスが分相性になり、
化学的耐久性を損なう。ＣｕＯも類似の効果があり、Ｖ
２Ｏ５の補助成分とし、て使用できる。ＰｂＯけガラス
の低融性と化学的耐久性を向上させる成分として添加が
好ましいが、５ｗｔ％を越えると熱膨張係数の増大など
の が生ずる。Ａｓ２Ｏ３，５ｂ２０３はいずれｌ消泡
剤として使われるもので０．２−０．５ ｗｔ ％が好
ましい。
これらのガラスは通常のガラス作成法で製造する事がで
きる。即ち、珪砂、硼酸、炭酸ソーダ、水酸化アルミニ
ウムや該当する金属酸化物を原料として調合、混合し、
電気炉やガス炉などを用い、１６００°０以下の溶融温
度で溶融、清澄される。また通常の方法で容易に成形、
加工ができる。
きる。即ち、珪砂、硼酸、炭酸ソーダ、水酸化アルミニ
ウムや該当する金属酸化物を原料として調合、混合し、
電気炉やガス炉などを用い、１６００°０以下の溶融温
度で溶融、清澄される。また通常の方法で容易に成形、
加工ができる。
シリコン素子との接着は次のような方法で行う。
即ち上記組成範囲のガラスをたとえば管状に成形し、そ
の一端を研麿しておく。この端に同じく接着面を鏡面研
磨したシリコンペレットを接触させ、荷重（５０ｇ ／
ｒｔｎｌ Ｊ以上が適当である）下でガラスの転移温度
より５０〜１００°Ｃ高い温度までたとえば電気炉中で
加熱すれば強固な接着が得られる。
の一端を研麿しておく。この端に同じく接着面を鏡面研
磨したシリコンペレットを接触させ、荷重（５０ｇ ／
ｒｔｎｌ Ｊ以上が適当である）下でガラスの転移温度
より５０〜１００°Ｃ高い温度までたとえば電気炉中で
加熱すれば強固な接着が得られる。
１発明の効果〕
本発明にかかるガラスはシリコンと熱膨張係数の整合が
良くとれ、しかもアルミニウムの耐熱限界より低い温ｍ
ｌでシリコンと接着できるので、圧力センサなどに用い
れば素子の残留歪の低限と低コスト化が達成できる。
良くとれ、しかもアルミニウムの耐熱限界より低い温ｍ
ｌでシリコンと接着できるので、圧力センサなどに用い
れば素子の残留歪の低限と低コスト化が達成できる。
衣−１に示す組成のカラスを作成した。ガラス原料は精
＃珪砂、硼酸、アルミナ、硝酸ソーダ、炭酸ソーダ、炭
酸カリ、鉛丹、炭酸リチウム及び酸化銅、五酸化バナジ
ウムなどである。溶融−計は約１ｋｇ、白金ルツボを用
い、酸素−都市ガスの炉中で１５００〜１６００°０で
溶融した。６時間溶融接ステンレス板上に流し出し、固
化後徐冷してガラス板を作成した。得られたガラスの熱
膨張率と転移温度を表−１に示した。得られたガラスを
一辺５朋の立方体に研麿し、鏡面仙麿したシリコン基板
（ｎ型３ （ｌｔｘ 、面方位＜１１１＞Ｉ＄３００μ
＞を、５ａｍ ｘ ５ ｍｍに切って上記ガラス立方体
の上にのせ、２ ｋｇの荷重下でガラス転移温度より５
０゛ｃ高い温度で１時間加熱した所、いずれも良好な接
着が得られた。尚これらのガラスは室内で１力月以上放
置しても変質しなかった。
＃珪砂、硼酸、アルミナ、硝酸ソーダ、炭酸ソーダ、炭
酸カリ、鉛丹、炭酸リチウム及び酸化銅、五酸化バナジ
ウムなどである。溶融−計は約１ｋｇ、白金ルツボを用
い、酸素−都市ガスの炉中で１５００〜１６００°０で
溶融した。６時間溶融接ステンレス板上に流し出し、固
化後徐冷してガラス板を作成した。得られたガラスの熱
膨張率と転移温度を表−１に示した。得られたガラスを
一辺５朋の立方体に研麿し、鏡面仙麿したシリコン基板
（ｎ型３ （ｌｔｘ 、面方位＜１１１＞Ｉ＄３００μ
＞を、５ａｍ ｘ ５ ｍｍに切って上記ガラス立方体
の上にのせ、２ ｋｇの荷重下でガラス転移温度より５
０゛ｃ高い温度で１時間加熱した所、いずれも良好な接
着が得られた。尚これらのガラスは室内で１力月以上放
置しても変質しなかった。
シリコンのピエゾ抵抗効果を利用した圧カセンサノヘレ
ットを用意した。この素子はアルミニウムにより電極が
増成されており、ペレットの大きさは８ｍｌ＋ＩＸ８”
、中央のダイヤフラムの径は１．５龍であった。衣−１
の６のガラスを選び、外径６１總、内径２朋長さ３０１
１１ｍの肉厚管を成形した。ガラスの端面及びシリコン
ペレットの接着面は鏡面研磨されている。ガラスの鋭面
部にシリコンペレットの接着面をのせ、１ｋｇの荷重を
のせて５３０°０で１０分間加熱した。刊ｔられた接着
体は１０ Ｔｏｒｒの真空度まで保持でき、アルミ配
線部も変質が認められなかった。またこうして得られた
圧力センサの初期値の変動や感度の直線性は良好であわ
、シリコン基体に金−シリコン共晶で接着した従来品と
差が認められなかった。
ットを用意した。この素子はアルミニウムにより電極が
増成されており、ペレットの大きさは８ｍｌ＋ＩＸ８”
、中央のダイヤフラムの径は１．５龍であった。衣−１
の６のガラスを選び、外径６１總、内径２朋長さ３０１
１１ｍの肉厚管を成形した。ガラスの端面及びシリコン
ペレットの接着面は鏡面研磨されている。ガラスの鋭面
部にシリコンペレットの接着面をのせ、１ｋｇの荷重を
のせて５３０°０で１０分間加熱した。刊ｔられた接着
体は１０ Ｔｏｒｒの真空度まで保持でき、アルミ配
線部も変質が認められなかった。またこうして得られた
圧力センサの初期値の変動や感度の直線性は良好であわ
、シリコン基体に金−シリコン共晶で接着した従来品と
差が認められなかった。
以下余白
第１図及び第２図はピエゾ抵抗効果を利用したシリコン
圧力センサの断面略図である。 １：シリコンベレット、２：シリコン基体、３：金属管
、４ニガラス管、５：９体、６：リード、７：電極。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名）
圧力センサの断面略図である。 １：シリコンベレット、２：シリコン基体、３：金属管
、４ニガラス管、５：９体、６：リード、７：電極。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ５ｉＯｚ６５〜７５ｗｔｑｌＤ、 Ｂ２Ｏ３１５〜２５
ｗｔ 、 Ａ１２０３１．０〜３．５ ｗｔ ％ 、
ＮａｚＯ２，０〜４．０％、 Ｋ２ＯＱ 〜２ ｗｔ
％ ＋Ｌｉ ２００〜１ ｗｔ％但しＮａ２Ｏとに２
０とＬｉ２Ｏとの和は２．０−５．Ｏｗｔ ％ 、 Ｖ
２Ｏ５０，１〜２ ｗｔ Ｚ 、 Ｃｕ００〜２ｗｔ％
。 但しＣｕＯとＶ２Ｏ５との和は０．１〜２．５ ｗｔ
％ 、 Ｐｂ００〜５ｗｔ％、 Ａｓ２Ｏ３０，２〜０
．５ ｗｔ％、 ５ｂ２０３０〜０．５ ｗｔ ９６の
組成範囲であって、平均熱膨張係数が３３〜３６×１０
”／’Ｏ，ガラス転移温度が５００℃以下であることを
特徴とするシリコン半導体素子接着用ガラス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57223976A JPS59116146A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | シリコン半導体素子接着用ガラス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57223976A JPS59116146A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | シリコン半導体素子接着用ガラス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59116146A true JPS59116146A (ja) | 1984-07-04 |
Family
ID=16806620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57223976A Pending JPS59116146A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | シリコン半導体素子接着用ガラス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59116146A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6343334A (ja) * | 1986-08-08 | 1988-02-24 | Nec Corp | 半導体素子の搭載方法 |
| JPH0969531A (ja) * | 1994-06-16 | 1997-03-11 | Anam Ind Co Inc | 半導体パッケージ用ダイアタッチ接着剤組成物 |
| DE102017204015A1 (de) | 2017-03-10 | 2018-09-13 | Schott Ag | Glasfritte, Emaille-Zusammensetzung und Verfahren zur Herstellung emaillierter Glaskeramikartikel sowie deren Verwendung |
-
1982
- 1982-12-22 JP JP57223976A patent/JPS59116146A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6343334A (ja) * | 1986-08-08 | 1988-02-24 | Nec Corp | 半導体素子の搭載方法 |
| JPH0969531A (ja) * | 1994-06-16 | 1997-03-11 | Anam Ind Co Inc | 半導体パッケージ用ダイアタッチ接着剤組成物 |
| DE102017204015A1 (de) | 2017-03-10 | 2018-09-13 | Schott Ag | Glasfritte, Emaille-Zusammensetzung und Verfahren zur Herstellung emaillierter Glaskeramikartikel sowie deren Verwendung |
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