JPS6143299B2 - - Google Patents

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JPS6143299B2
JPS6143299B2 JP877379A JP877379A JPS6143299B2 JP S6143299 B2 JPS6143299 B2 JP S6143299B2 JP 877379 A JP877379 A JP 877379A JP 877379 A JP877379 A JP 877379A JP S6143299 B2 JPS6143299 B2 JP S6143299B2
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JP
Japan
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sio
glass
pbo
sealing
zno
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JP877379A
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JPS55104945A (en
Inventor
Yoshinori Kokubu
Jiro Chiba
Toshasu Kawaguchi
Nobuyoshi Ichimura
Takashi Iwai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Iwaki Glass Co Ltd
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Iwaki Glass Co Ltd
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Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd, Iwaki Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP877379A priority Critical patent/JPS55104945A/ja
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Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C8/00Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/24Fusion 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

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  • 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)
  • Sealing Material Composition (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、低温度の熱処理により主として半失
透状態で封着を達成する低融点ガラスの粉末と低
膨脹性耐火物フイラーの粉末とからなり、特に
IC用のアルミナ質パツケージ(アルミナ基板)
の封着に好適に用いられる封着用組成物に関す
る。 従来、ICのアルミナ質パツケージの封着に
は、PbO―B2O3―ZnO―SiO2系の結晶性低融点
ハンダガラス(フリツト)が用いられ、これは約
480℃の熱処理によりガラス化(流動化)した結
晶化(失透化)し、アルミナの熱膨脹係数に合致
する封着部を形成する。しかしながら、このタイ
プのハンダガラスは、比較的高温度の処理を要す
る難点がある。 本発明の主な目的は、400〜430℃の温度で10分
間以内の熱処理により、充分流動し、アルミナに
対して気密な封着を完成すること、アルミナに整
合する熱膨脹係数の封着部を与えること、耐熱
性、耐水性、耐酸性、絶縁性、誘電率等要求され
る各特性条件を充分満足できる封着用組成物を提
供することである。 本発明者は、PbO―B2O3―ZnO―SiO2系の特
定範囲の低融点ガラス粉末に、低膨脹性耐火物フ
イラーとして、重量%表示で、少くとも15.1%の
コージエライト粉末を混入することにより、前記
目的を達成することを見い出した。 本発明は、重量%表示で本質的に PbO 7.0〜86.0% B2O3 6.0〜15.0% ZnO 7.0〜12.0% SiO2 0.5〜3.0% Al2O3 0 〜3.0% RO 0 〜2.0% (ROはBaO,SrO,CaO,MgOのうちいずれか
1者又は2者以上) SnO2 0 〜 1.5% R2O 0 〜 1.0% (R2Oは、Li2O,Na2O,K2O,Rb2O,Cs2Oの
うちいずれか1者又は2者以上) の組成を有する低融点ガラス粉末と、重量%表示
で下記含有割合の低膨脹性耐火物フイラーの粉
末; コージエライト 15.1〜30% β―ユークリプタイト 0 〜30% β―スポジユーメン 0 〜30% ジルコン 0 〜50% チタン酸鉛 0 〜50% とからなる封着用組成物に関する。 前記低融点ガラスの組成限定の理由を説明す
る。 PbO<77%;ガラスの軟化点が高くなり低温で
の封着に適さない。PbO>86%;ガラス熱膨脹係
数が大きくなる。 B2O3<6%;ガラス熔解作業中に失透が生成
する。B2O3>15%;ガラスの軟化点が高くなり
低温での封着に適さない。 Zn<7%;ガラスの非失透傾向が強くなるが
軟化点が高くなり過ぎる。ZnO>12%;ガラスの
結晶化が速くなり過ぎ、また、ガラス熔解作業中
に失透が生成し易くなる。 SiO2<0.5%;ガラスの結晶化傾向が強くな
る。SiO2>3.0%;ガラスの軟化点が高くなり低
温での封着に適さない。 以上の必須成分の外に、3%までのAl2O3,1.5
%までのSnO2及び/又はBaO,CaO,MgO,
SrOのうちから選ばれる少くとも1種のアルカリ
土類金属酸化物を2.0%まで、SiO2と組合せて含
有させ、ガラスの結晶化傾向を調整することがで
きる。 また、Li2O,Na2O,K2O,Rb2O又はCs2Oか
ら選ばれるアルカリ金属酸化物は、1%以下含有
することにより、ガラスの軟化点を低下させ、封
着の際の熱処理条件をコントロールすることがで
きる。 必須成分に関し、より好ましい含有量の範囲は
重量%表示で次の通りである。 PbO 78.5〜85.0% B2O3 7.0〜13.0% ZnO 7.0〜11.0% SiO2 1.0〜2.5% 以上の組成を有するガラスは、400〜430℃の低
温度、10分以内の熱処理で充分流動し、通常、そ
の後結晶化し、あるいは添加成分の有無によつて
は非結晶化状態で気密なシールを達成するけれど
も、熱膨脹係数が比較的高く、アルミナの如き65
〜70×10-7-1(25〜400℃)の材料に整合的に
即ちマツチングして封着することができない。 本発明の封着用ガラス組成物においては、前記
ガラスの粉末に対して、低膨脹の無機耐火物の添
加剤いわゆる「フイラー」として、重量%で15.1
〜30%のコージエライトの粉末を混合する。15.1
%より少ないと、Al2O3との整合封着ができず、
30%を越えると組成物の流動性が減少するので好
ましくない。より好ましい添加割合は、重量%表
示で、15.1〜22%である。 コージエライト(菫青石、2MgO・2Al2O3
5SiO2)は、天然鉱物としても存在し入手できる
が、通常は熔融合成されたものが用いられる。即
ち化学量論的にMgO,Al2O3,SiO2を混合した原
料を1500℃又はそれ以上の高温で熔融ガラス化し
た後急冷し、粉砕したものを約1350℃で再加熱し
結晶化して製造する。 コージエライトは、10〜20×10-7-1(50〜
350℃)の熱膨脹係数を有すると共に、IC用アル
ミナパツケージのシールに用いるときには、要求
される電気的特性に関し、他の公知のフイラーの
中では最も適しているので、この目的のために
は、コージエライト単独の添加が望ましい。しか
し、コージエライトと共に他のフイラー即ち30%
までのβ―ユークリプタイト、30%までのβ―ス
ポジユーメン、50%までのジルコン又は50%まで
のチタン酸鉛を組成物に所定量以下混合してもよ
い。 β―ユークリプタイト(Li2O・Al2O3
2SiO2)、β―スポジユーメン(Li2O・Al2O3
4SiO2)、化学量論理的組成の原料配合物を1500
℃程度で熔融ガラス化し、冷却、粉砕した後900
℃で再加熱して製造する。 ジルコン(ZrO2・SiO2)は通常天然品が使用さ
れるが、ZrO2粉末とSiO2粉末とを固相反応によ
つて合成したものを用いることができる。 チタン酸鉛(PbO・TiO2)は、PbO粉末とTiO2
粉末の等モル混合物を1000〜1200℃の高温で焼成
し固相反応により合成し、得られた焼結体を微粉
砕して製造される。 これらのフイラーの熱膨脹係数は次の通りであ
る。
【表】 ユーメン
ジルコン 42〜48 〃 ( 〃 )
チタン酸鉛 −40〜−53 〃 ( 〃 )
次に本発明の封着用組成物の製造方法の一例を
説明する。 各成分原料例えば鉛丹、無水硼酸、酸化亜鉛、
珪砂を目標組成に従つて配合し混合してバツチを
調整し、バツチを白金るつぼに入れ電気炉中で
1000〜1250℃で1〜2時間加熱炉解する。熔融ガ
ラスを水砕し、又は板状に成形した後、ボールミ
ルで粒径1〜8μ程度まで粉砕する。 フイラーの混合は、ガラスの粉砕時ボールミル
中に所定量のフイラーを混入し、粉砕混合を同時
に行なつてもよく、前以つて1〜8μ程度に粉砕
したフイラーをガラス粉末に加えてミキサーで混
合してもよい。 本発明の封着用組成物は、主として、結晶化状
態で、アルミナパツケージの封着に用いられる
が、ガラス中の添加成分の調整により、非結晶化
状態でも使用することもでき、ソーダ石灰ガラス
例えばフロートガラス板あるいは金属材料の封着
にも使用できる。 実施例 表の上段に示す試料No.1〜No.7の組成のガラス
を前述の方法で製造し、その粉砕時に表に示す種
類のフイラーを表に示す量だけ加えて一緒に粉砕
混合し、封着用の粉末試料を調整し、下記の特性
値を測定した。尚、各試料において、ガラスの含
有量は、フイラーの残量になる。 ガラス転移点:Tg(℃) 各粉末試料1.0gを示差熱分析機のホルダーに
入れ、室温により10℃/minの昇温速度で温度を
上昇させ熱分析曲線を描き、その曲線に現われる
最初の吸熱開始温度を、転移点(℃)として、表
に示した。 熱膨脹係数:α(10-7・℃-1) 各粉末試料を棒状に圧縮成形した後、表に示す
各熱処理条件(400〜430℃,10分間)で、加熱し
て得た棒状試料の各々について、50℃〜ガラス転
移点間の熱膨脹係数を測定した。 IC封止用アルミナの場合、その熱膨脹係数は
65〜70×10-7-1(25〜400℃)の範囲内にあ
る。封着用組成物の熱処理後の熱膨脹係数は、ア
ルミナのそれに対して+2×10-7乃至−10×10-7
の範囲内にあると、アルミナとの整合性の要請を
満足する。従つて、各試料はアルミナとの整合性
を満たす。 流動性(フローボタン径) 封着用組成物としては、熱処理時、充分に軟化
流動し被封着面に充分濡れ、封着部の気密性を確
保することを要す。この流動性の測定のため、各
粉末試料を、その比重に相当するg数を採取し、
12.5mmφの円柱状に加圧成形した後、表に示した
熱処理条件で加熱し、そのフローボタン径を測定
した。 尚、アルミナとの封着に当つては、組成物のフ
ローボタン径は18mm以上であるのが好ましい。 体積抵抗率 ρ(ohm・cm) 各試料の熱処理品の150℃における体積抵抗
率:ρ(ohm・cm)を測定し、表にその常用対数
値(log ρ)を示した。 アルミナパツケージへの封着のためには、この
値は1010ohm・cm以上であるのが望ましい。 誘電率 各試料の熱処理品の20℃,1MHzにおける誘電
率(ε)を測定した。この値は、20以下であるこ
とが望ましい。 熱処理品の状態 各試料を熱処理したとき、熱処理品がガラス状
態を保つているものを「非晶質」とし、結晶化し
たものを「結晶化」として、表に示した。
【表】
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量%表示で本質的に PbO 77.0〜86.0% B2O3 6.0〜15.0% ZnO 7.0〜12.0% SiO2 0.5〜3.0% Al2O3 0 〜3.0% RO 0 〜2.0% (POはBaO,SrO,CaO,MgOのうちいずれか
    1者又は2者以上) SnO2 0 〜1.5% R2O 0 〜1.0% (R2Oは、Li2O,Na2O,K2O,Rb2O,Cs2Oの
    うちいずれか1者又は2者以上) の組成を有する低融点ガラス粉末と、重量%表示
    で下記含有割合の低膨脹性耐火物フイラーの粉
    末; コージエライト 15.1〜30% β―ユークリプタイト 0 〜30% β―スポジユーメン 0 〜30% ジルコン 0 〜50% チタン酸鉛 0 〜50% とからなる封着用組成物。 2 前記低融点ガラスにおいて、PbO,B2O3
    ZnO及びSiO2は、それぞれ、重量%表示で、 PbO 78.5〜85.0% B2O3 7.0〜13.0% ZnO 7.0〜11.0% SiO2 1.0〜2.5% の範囲内にある特許請求の範囲第1項記載の封着
    用組成物。 3 前記低融点ガラスにおいて、PbO,B2O3
    ZnO及びSiO2は、 PbO 80.0〜85.0% B2O3 7.0〜13.0% ZnO 7.0〜11.0% SiO2 1.0〜2.5% の範囲内にあり、前記低膨脹性耐火物フイラーと
    してはコージエライトが単独に用いられ、かつ重
    量%表示で、 低融点ガラス粉末 78 〜84.9% コージエライト粉末 15.1〜22 % の組成を有する特許請求の範囲第1項記載の封着
    用組成物。
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