JPS6118863B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6118863B2 JPS6118863B2 JP53092349A JP9234978A JPS6118863B2 JP S6118863 B2 JPS6118863 B2 JP S6118863B2 JP 53092349 A JP53092349 A JP 53092349A JP 9234978 A JP9234978 A JP 9234978A JP S6118863 B2 JPS6118863 B2 JP S6118863B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glass
- semiconductor device
- thermal expansion
- present
- silicon
- 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.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Description
本発明は、ZnO、B2O3およびSiO2の3成分で
構成される結晶質ガラス組成物を用いて少くとも
pn接合部分を被覆したガラスモールド積層型半
導体装置に関する。 第1図はガラスモールド積層型半導体装置(高
圧ダイオード)の断面図である。本ダイオードに
おいて、ペレツト11間をアルミニウムロー材1
2で接着し、シリコンスペーサ13を介して両端
にWあるいはMoの電極14が接続された構造を
整流部分と称する。15はリードであり、ガラス
16が上記した整流部分の外側に焼きつけられ、
整流部分をモールドしている。これら、上記した
構造から成る積層型高圧ダイオードに用いるため
のガラスは次の性質をもつことが要求される。 (1) シリコンペレツト間にAl(アルミニウム)
をろう材として用いているため、できるだけ低
い温度で焼き付けることが可能であること、そ
の場合の熱膨脹係数はシリコンおよびAlを含
めたシリコンブロツクの平均熱膨脹係数と同程
度であること。 (2) ガラス中の気泡が少なく、シリコンとのぬれ
性が良いこと。 (3) ガラス焼きつけ時に片寄つたり、流出してし
まうことがないよう、流動性が高くないこと。 現在、一般的に用いられているガラスで上記の
総ての要求を満すものは知られていない。そこ
で、従来、熱膨脹係数を下げてシリコンのそれに
近いものにするためには、ガラスの結晶化温度付
近で焼き付けるか、PbTiO3や石英粒等低膨脹係
数のフイラーをブレンドする方法が用いられてい
る。ガラスを結晶化させて低膨脹化する場合、一
般的にはAlの融点660.2℃よりも高い750〜770℃
程で焼成することになる。この場合、高圧ダイオ
ードはガラス中に発生する気泡23(第2図)に
よると思われる放電により逆特性不良となり易
い。さらに、第2図に示したようにろう材として
のAlが溶出21したり、シリコンペレツト間で
位置ずれ22を生じてシリコンブロツクが第2図
に示すごとき変形を起したりすることがある。ま
た、ガラスの低膨脹化をはかるためにPbTiO3あ
るいは石英粒をフイラーとしてブレンドした場合
は、シリコンとのぬれ性が悪くなるため、気泡が
発生し易い等の問題があつた。 本発明の目的は上記した問題点を改善したガラ
ス組成物でモールドした積層型半導体装置を提供
することにある。 表1は本発明になるガラス組成物および従来の
ガラス組成物の成分とその物性の一例を示す。こ
れらの中でNo1〜3は従来のガラス、No4〜8は
本発明になるガラスを示す。熱特性の測定は示
構成される結晶質ガラス組成物を用いて少くとも
pn接合部分を被覆したガラスモールド積層型半
導体装置に関する。 第1図はガラスモールド積層型半導体装置(高
圧ダイオード)の断面図である。本ダイオードに
おいて、ペレツト11間をアルミニウムロー材1
2で接着し、シリコンスペーサ13を介して両端
にWあるいはMoの電極14が接続された構造を
整流部分と称する。15はリードであり、ガラス
16が上記した整流部分の外側に焼きつけられ、
整流部分をモールドしている。これら、上記した
構造から成る積層型高圧ダイオードに用いるため
のガラスは次の性質をもつことが要求される。 (1) シリコンペレツト間にAl(アルミニウム)
をろう材として用いているため、できるだけ低
い温度で焼き付けることが可能であること、そ
の場合の熱膨脹係数はシリコンおよびAlを含
めたシリコンブロツクの平均熱膨脹係数と同程
度であること。 (2) ガラス中の気泡が少なく、シリコンとのぬれ
性が良いこと。 (3) ガラス焼きつけ時に片寄つたり、流出してし
まうことがないよう、流動性が高くないこと。 現在、一般的に用いられているガラスで上記の
総ての要求を満すものは知られていない。そこ
で、従来、熱膨脹係数を下げてシリコンのそれに
近いものにするためには、ガラスの結晶化温度付
近で焼き付けるか、PbTiO3や石英粒等低膨脹係
数のフイラーをブレンドする方法が用いられてい
る。ガラスを結晶化させて低膨脹化する場合、一
般的にはAlの融点660.2℃よりも高い750〜770℃
程で焼成することになる。この場合、高圧ダイオ
ードはガラス中に発生する気泡23(第2図)に
よると思われる放電により逆特性不良となり易
い。さらに、第2図に示したようにろう材として
のAlが溶出21したり、シリコンペレツト間で
位置ずれ22を生じてシリコンブロツクが第2図
に示すごとき変形を起したりすることがある。ま
た、ガラスの低膨脹化をはかるためにPbTiO3あ
るいは石英粒をフイラーとしてブレンドした場合
は、シリコンとのぬれ性が悪くなるため、気泡が
発生し易い等の問題があつた。 本発明の目的は上記した問題点を改善したガラ
ス組成物でモールドした積層型半導体装置を提供
することにある。 表1は本発明になるガラス組成物および従来の
ガラス組成物の成分とその物性の一例を示す。こ
れらの中でNo1〜3は従来のガラス、No4〜8は
本発明になるガラスを示す。熱特性の測定は示
【表】
【表】
差熱分析装置によつて行なつた。また、ガラスの
熱膨脹係数はステンレス ボート中に入れたガラ
ス粉を700℃10分および660℃10分で焼結させたも
のを長さ20mm、直径5mmに成形したものを試料と
して用いた。 表2はシリコンに対するガラスのぬれ性と流動
性を調べた結果を示すものであり、試料として4
mm立方に形成したガラス粉をシリコンウエハ上に
のせ、700℃10分間で焼結した際の形状の変化、
すなわち直径、高さおよびシリコンとの接触角を
求めたものである(フローボタン法)。 次に本発明になるガラス組成物を用いたガラス
モールド積層型半導体装置について説明する。 本発明になるガラス組成物は、従来より一般的
に使用されているガラス組成物よりも低い温度で
結晶化でき、熱膨脹係数をシリコンのそれにほぼ
等しいか、それ以下の値にまで低下させることが
できる特徴を有する。すなわち、表1に示した
No1およびNo2のガラスに比較してNo4〜8のガ
ラスは703〜716℃の低い温度で結晶化できる。例
え
熱膨脹係数はステンレス ボート中に入れたガラ
ス粉を700℃10分および660℃10分で焼結させたも
のを長さ20mm、直径5mmに成形したものを試料と
して用いた。 表2はシリコンに対するガラスのぬれ性と流動
性を調べた結果を示すものであり、試料として4
mm立方に形成したガラス粉をシリコンウエハ上に
のせ、700℃10分間で焼結した際の形状の変化、
すなわち直径、高さおよびシリコンとの接触角を
求めたものである(フローボタン法)。 次に本発明になるガラス組成物を用いたガラス
モールド積層型半導体装置について説明する。 本発明になるガラス組成物は、従来より一般的
に使用されているガラス組成物よりも低い温度で
結晶化でき、熱膨脹係数をシリコンのそれにほぼ
等しいか、それ以下の値にまで低下させることが
できる特徴を有する。すなわち、表1に示した
No1およびNo2のガラスに比較してNo4〜8のガ
ラスは703〜716℃の低い温度で結晶化できる。例
え
【表】
ば、No4〜8のガラスを660℃で焼成した場合の
熱膨脹係数34〜42×10-7/℃であり、低温で結晶
化でき、しかも熱膨脹係数の低いガラスであるこ
とがわかる。このことはガラス焼成時に、シリコ
ン ペレツト間に用いているAlの溶出等による
シリコン ブロツクの変形を少なくできる利点を
有することを意味する。 しかし、ZnO、B2O3、SiO2の3成分からなる
ガラスであつても、その組成比においてZnOの割
合が65wt%未満、B2O3の割合が25wt%を超える
と、例えば、No9およびNo10のガラスのように結
晶温度が高くなり、低膨脹化するためには、高温
を要するようになり、前記した問題点(1)項にあた
るため不適当である。高温で焼成したダイオード
のリーク電流は大きく、阻止電圧不足の原因とな
る。また、ZnOの割合が70wt%を超える場合
は、一般的にガラス化しない領域であるため、半
導体のパツシベーシヨン用ガラスとしては不適当
である。また、B2O3が20%未満であるとガラス
化しにくくなり、SiO2が8%未満であると、熱
膨脹係数が大きくなるので好ましくない。 さらに、表2からわかるように、No1〜3のガ
ラスは幅に対する高さの比が大きく、流動性の良
いものであるが、このようなガラスを積層型半導
体(ダイオード)のガラスモールドとして用いる
と、流動性が良すぎるため焼付時に流れ落ちた
り、一個所に集まつたりして、図2に示したよう
なシリコンブロツク変形の原因となり、不良素子
を作る例が多くなる。これに対してNo4〜8のガ
ラスは幅に対する高さの比はほぼ1に等しく、ほ
とんど変形せず焼成前の形状を良く保つている。
この理由の1つは表1で示した熱特性の中で軟化
温度と結晶化温度との差が小さいためと考えられ
る。 本発明になるガラスの組成比範囲を超えたNo9
およびNo10のガラスは幅に対する高さの比が大
きく、高圧ダイオードのような積層型半導体装置
のガラスモールド用としては不適当である。 一方、シリコンとぬれ性は表2中接触角の項目
で示した通り従来のガラスとあまり変らない。さ
らにNo4〜8のガラスの最も大きい利点はガラス
中に気泡がほとんど認められない点にある。従来
のガラスで最も気泡が少ないといわれているNo3
のガラスでも20μm程度の気泡が認められる。 次に第2図のようなシリコンブロツクを本発明
になるガラスでモールドした場合の熱膨脹差につ
いて測定した結果を第3図に示す。31はシリコ
ンブロツクの伸び、32,33はそれぞれ本発明
および従来のガラスの伸びを示す。シリコンブロ
ツクの伸び31のばらつき範囲はほとんどAlろ
う材によつて決定されるようで、平均的な熱膨脹
係数は大体38〜43×10-7/℃の範囲にある。32
は表1中No5のガラスを660〜700℃の温度で焼き
つけた場合の伸びを示すものであり、33は同じ
くNo1のガラスを焼きつけたものである。明らか
なように33で示す従来ガラスはシリコンブロツ
クの伸びより大きいが、32で示される本発明の
ガラスを焼きつけたものは、シリコンブロツクの
伸びと等しいかそれよりも小さい。例えば、本発
明になるガラスでモールドしたシリコンブロツク
とモールドを施さないシリコンブロツクの伸びの
差を示差熱膨脹法で調べると第4図のごとき結果
を得ることができる。ガラスの伸びがシリコンブ
ロツクよりも大きい場合は、側の伸びを見せる
ものであるが、本発明になるガラスはシリコンブ
ロツクの伸びよりも小さいため、側に伸びてい
る。例えば、ガラスの伸びが大きく、側に変化
を見せるものはその後のプロセスでガラスにクラ
ツクを生じたり、シリコンブロツクがはずれる等
問題が生じる。第4図で、の変化の大きい方は
700℃でガラスを焼きつけたものであり、の変
化の小さいものは、660℃で焼成したものであ
る。これらの結果から、Alの融点660.2℃に近い
温度で焼成しても、本発明になるガラスはシリコ
ンブロツクの伸びと同程度であることがわかる。
このことは、シリコンブロツクの変形を少なくす
るために、低温で焼き付けなければならない積層
型半導体装置においては特に有利である。 一方、本発明のガラス組成比を超えたNo9およ
びNo10のガラスの場合は熱膨脹が大きく、リー
ド線に半田メツキする際クラツクが発生して耐圧
低下の原因となり、歩留も悪い。
熱膨脹係数34〜42×10-7/℃であり、低温で結晶
化でき、しかも熱膨脹係数の低いガラスであるこ
とがわかる。このことはガラス焼成時に、シリコ
ン ペレツト間に用いているAlの溶出等による
シリコン ブロツクの変形を少なくできる利点を
有することを意味する。 しかし、ZnO、B2O3、SiO2の3成分からなる
ガラスであつても、その組成比においてZnOの割
合が65wt%未満、B2O3の割合が25wt%を超える
と、例えば、No9およびNo10のガラスのように結
晶温度が高くなり、低膨脹化するためには、高温
を要するようになり、前記した問題点(1)項にあた
るため不適当である。高温で焼成したダイオード
のリーク電流は大きく、阻止電圧不足の原因とな
る。また、ZnOの割合が70wt%を超える場合
は、一般的にガラス化しない領域であるため、半
導体のパツシベーシヨン用ガラスとしては不適当
である。また、B2O3が20%未満であるとガラス
化しにくくなり、SiO2が8%未満であると、熱
膨脹係数が大きくなるので好ましくない。 さらに、表2からわかるように、No1〜3のガ
ラスは幅に対する高さの比が大きく、流動性の良
いものであるが、このようなガラスを積層型半導
体(ダイオード)のガラスモールドとして用いる
と、流動性が良すぎるため焼付時に流れ落ちた
り、一個所に集まつたりして、図2に示したよう
なシリコンブロツク変形の原因となり、不良素子
を作る例が多くなる。これに対してNo4〜8のガ
ラスは幅に対する高さの比はほぼ1に等しく、ほ
とんど変形せず焼成前の形状を良く保つている。
この理由の1つは表1で示した熱特性の中で軟化
温度と結晶化温度との差が小さいためと考えられ
る。 本発明になるガラスの組成比範囲を超えたNo9
およびNo10のガラスは幅に対する高さの比が大
きく、高圧ダイオードのような積層型半導体装置
のガラスモールド用としては不適当である。 一方、シリコンとぬれ性は表2中接触角の項目
で示した通り従来のガラスとあまり変らない。さ
らにNo4〜8のガラスの最も大きい利点はガラス
中に気泡がほとんど認められない点にある。従来
のガラスで最も気泡が少ないといわれているNo3
のガラスでも20μm程度の気泡が認められる。 次に第2図のようなシリコンブロツクを本発明
になるガラスでモールドした場合の熱膨脹差につ
いて測定した結果を第3図に示す。31はシリコ
ンブロツクの伸び、32,33はそれぞれ本発明
および従来のガラスの伸びを示す。シリコンブロ
ツクの伸び31のばらつき範囲はほとんどAlろ
う材によつて決定されるようで、平均的な熱膨脹
係数は大体38〜43×10-7/℃の範囲にある。32
は表1中No5のガラスを660〜700℃の温度で焼き
つけた場合の伸びを示すものであり、33は同じ
くNo1のガラスを焼きつけたものである。明らか
なように33で示す従来ガラスはシリコンブロツ
クの伸びより大きいが、32で示される本発明の
ガラスを焼きつけたものは、シリコンブロツクの
伸びと等しいかそれよりも小さい。例えば、本発
明になるガラスでモールドしたシリコンブロツク
とモールドを施さないシリコンブロツクの伸びの
差を示差熱膨脹法で調べると第4図のごとき結果
を得ることができる。ガラスの伸びがシリコンブ
ロツクよりも大きい場合は、側の伸びを見せる
ものであるが、本発明になるガラスはシリコンブ
ロツクの伸びよりも小さいため、側に伸びてい
る。例えば、ガラスの伸びが大きく、側に変化
を見せるものはその後のプロセスでガラスにクラ
ツクを生じたり、シリコンブロツクがはずれる等
問題が生じる。第4図で、の変化の大きい方は
700℃でガラスを焼きつけたものであり、の変
化の小さいものは、660℃で焼成したものであ
る。これらの結果から、Alの融点660.2℃に近い
温度で焼成しても、本発明になるガラスはシリコ
ンブロツクの伸びと同程度であることがわかる。
このことは、シリコンブロツクの変形を少なくす
るために、低温で焼き付けなければならない積層
型半導体装置においては特に有利である。 一方、本発明のガラス組成比を超えたNo9およ
びNo10のガラスの場合は熱膨脹が大きく、リー
ド線に半田メツキする際クラツクが発生して耐圧
低下の原因となり、歩留も悪い。
【表】
次に本発明になるガラス組成物を用いた積層型
高圧ダイオードの電気的特性について述べる。 表3は本発明になるガラス組成物No4〜8およ
び従来より用いられているガラス組成物No1〜3
でモールドした積層型高圧ダイオードの阻止特性
を示す。本発明になるガラス組成物No4〜8の場
合は、従来より用いられているガラス組成物No1
〜3に比較して阻止電圧が高く、そのばらつきも
少ない。一方、順方向降下電圧F,V,Dは従来
のガラス組成物に較べ、本発明になるガラス組成
物の方が低い値を示している。順方向降下電圧
F,V,Dは従来、ガラスの焼きつけ温度が高く
なる程、高い値を示す傾向があつた。これは、ロ
ー材としてのAlがシリコンに拡散し不純物とし
て働くためと思われる。この点からも、比較的低
い温度で低膨脹化できる本発明になるガラスNo4
〜8は従来ガラスNo1〜3より有利である。さら
に、本発明になるガラスをモールドした高圧ダイ
オードの逆電流1μAおよび50μAにおける逆電
圧の差(阻止電圧差)は従来ガラスNo1〜3に比
較して小さく、ハードな逆特性をもつことが分
る。このようにハードな特性であることから、高
圧ダイオードのモールド用ガラスとして最適なも
のといえる。その他本発明になるガラスでモール
ドした高圧ダイオードは、高電圧印加時に発生す
るパルス性の電流雑音の発生率が少なく、信頼性
が高いという利点を有する。 さらに、本発明のガラスはフイラーを含まない
ので、フイラーの不均一分布に原因するストレス
不均一を生ずる(すなわち、局所的にストレスの
大きい個所が生ずる)ようなこともなくなる。 以上においては、本発明を積層型ダイオードに
適用した例について説明したが、本発明はその他
の積層型半導体装置−例えば第5図に示すよう
に、PNP素子を積層して構成したサージアブソー
バなどにも適用できることは容易に理解されるで
あろう。
高圧ダイオードの電気的特性について述べる。 表3は本発明になるガラス組成物No4〜8およ
び従来より用いられているガラス組成物No1〜3
でモールドした積層型高圧ダイオードの阻止特性
を示す。本発明になるガラス組成物No4〜8の場
合は、従来より用いられているガラス組成物No1
〜3に比較して阻止電圧が高く、そのばらつきも
少ない。一方、順方向降下電圧F,V,Dは従来
のガラス組成物に較べ、本発明になるガラス組成
物の方が低い値を示している。順方向降下電圧
F,V,Dは従来、ガラスの焼きつけ温度が高く
なる程、高い値を示す傾向があつた。これは、ロ
ー材としてのAlがシリコンに拡散し不純物とし
て働くためと思われる。この点からも、比較的低
い温度で低膨脹化できる本発明になるガラスNo4
〜8は従来ガラスNo1〜3より有利である。さら
に、本発明になるガラスをモールドした高圧ダイ
オードの逆電流1μAおよび50μAにおける逆電
圧の差(阻止電圧差)は従来ガラスNo1〜3に比
較して小さく、ハードな逆特性をもつことが分
る。このようにハードな特性であることから、高
圧ダイオードのモールド用ガラスとして最適なも
のといえる。その他本発明になるガラスでモール
ドした高圧ダイオードは、高電圧印加時に発生す
るパルス性の電流雑音の発生率が少なく、信頼性
が高いという利点を有する。 さらに、本発明のガラスはフイラーを含まない
ので、フイラーの不均一分布に原因するストレス
不均一を生ずる(すなわち、局所的にストレスの
大きい個所が生ずる)ようなこともなくなる。 以上においては、本発明を積層型ダイオードに
適用した例について説明したが、本発明はその他
の積層型半導体装置−例えば第5図に示すよう
に、PNP素子を積層して構成したサージアブソー
バなどにも適用できることは容易に理解されるで
あろう。
第1図はガラスモード積層型半導体装置の概略
断面図、第2図は従来装置の欠点を説明するため
の概略断面図、第3図、4図は本発明に用いるガ
ラスの熱膨脹特性を示す図、第5図は本発明を適
用し得る他の半導体装置例を示す概略断面図であ
る。 11……シリコンペレツト、12……アルミろ
う、13……スペーサ、14……電極、16……
ガラス。
断面図、第2図は従来装置の欠点を説明するため
の概略断面図、第3図、4図は本発明に用いるガ
ラスの熱膨脹特性を示す図、第5図は本発明を適
用し得る他の半導体装置例を示す概略断面図であ
る。 11……シリコンペレツト、12……アルミろ
う、13……スペーサ、14……電極、16……
ガラス。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 互いにろう付けされた複数の半導体ペレツト
よりなる半導体ブロツクと、その両端に配設され
た電極と、少なくとも前記半導体ブロツクの表面
に露出するPN接合を被覆するガラスとよりなる
ガラスモールド積層型半導体装置において、前記
ガラスの成分組成が重量比で65〜70%のZnO、20
〜25%のB2O3および8〜11%のSiO2であること
を特徴とするガラスモールド積層型半導体装置。 2 ガラスが結晶質であることを特徴とする第1
項記載のガラスモールド積層型半導体装置。 3 ガラスの熱膨脹係数が、これを660〜710℃で
焼成した場合に32〜42×10-7/℃の範囲にあるこ
とを特徴とする第1または2項記載のガラスモー
ルド積層型半導体装置。 4 ガラスの熱膨脹係数が、半導体ブロツクの平
均的熱膨脹係数とほぼ等しいか、小さいことを特
徴とする第1または2項記載のガラスモールド積
層型半導体装置。 5 半導体装置が高圧ダイオードであることを特
徴とする第1ないし4項のいずれかに記載のガラ
スモールド積層型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9234978A JPS5519829A (en) | 1978-07-28 | 1978-07-28 | Glass mold piling type semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9234978A JPS5519829A (en) | 1978-07-28 | 1978-07-28 | Glass mold piling type semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5519829A JPS5519829A (en) | 1980-02-12 |
| JPS6118863B2 true JPS6118863B2 (ja) | 1986-05-14 |
Family
ID=14051918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9234978A Granted JPS5519829A (en) | 1978-07-28 | 1978-07-28 | Glass mold piling type semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5519829A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH055151Y2 (ja) * | 1985-07-04 | 1993-02-10 |
-
1978
- 1978-07-28 JP JP9234978A patent/JPS5519829A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5519829A (en) | 1980-02-12 |
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