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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Glas zur Einkapselung eines
Halbleiters, d. h. Glas zur hermetischen Einkapselung eines Elements,
wie einer Siliciumdiode, einer Emissionsdiode oder eines Heißleiters,
und eines Elektrodenmaterials, wie Molybdändraht, welches mit dem Element
elektrisch verbunden ist, wie auch eine Deckbeschichtung zur Einkapselung
eines Halbleiterrohrs, die unter Verwendung desselben hergestellt
wird.
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Hintergrundtechnik
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Ein
Diodenelement besitzt eine elektrische Stromflussrichtung, d. h.
eine positive Richtung und eine Richtung, in die kein elektrischer
Strom fließt,
d. h. eine negative Richtung, wenn eine Spannung daran angelegt
wird. Das heißt,
das Diodenelement besitzt eine Gleichschaltungswirkung.
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Die
Diode soll eine große
Menge eines elektrischen Stroms in die positive Richtung leiten
und soll keinen elektrischen Strom in die negative Richtung leiten.
Wenn eine Spannung in die negative Richtung angelegt wird, wird
eine maximale Spannung, der widerstanden werden kann, als Umkehrspannung
bezeichnet. Je höher
die Umkehrspannung ist, desto stärker
ist die Diode vorzuziehen. Eine geringe Menge an elektrischem Strom,
der, wenn eine Spannung in die negative Richtung angelegt wird,
fließt,
heißt
Leckstrom. Je kleiner der Leckstrom ist, desto stärker ist
die Diode vorzuziehen.
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Eine
Diode besteht aus einem Diodenelement und Elektroden und einer Leitung,
die daran eine Spannung anlegt. Im allgemeinen ist das Diodenelement
zwischen die Elektroden geschaltet. Um die elektrische Leitfähigkeit
des Elements und der Elektroden zu verstärken, kann ein Silberchip dazwischen
eingeschaltet werden.
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Ein
Diodenelement besitzt eine solche Struktur, dass eine P-Phase und
eine N-Phase miteinander an einem Punkt oder an mehreren Punkten
verbunden sind. Da ein Diodenelement aufgrund der Bewegungen positiver
Elektronenlücken
oder Elektronen funktioniert, sind P-N-verbundene Punkte besonders
wichtig. Die positiven Elektronenlücken und Elektronen innerhalb
des Diodenelements gegenüber
einer Haftung von Li, Na und K besonders empfindlich. Wenn die positiven
Elektronenlücken
oder Elektronen von diesen Komponenten, die an das Element anhaften,
adsorbiert oder abgestoßen
werden, wird das Muster der P-Phase und der N-Phase gestört. Daher
ist dies nicht bevorzugt, da die Gleichschaltungsfunktion der Diode
nicht erhalten werden kann oder ein Kurzschluss bei einer niedrigen
Umkehrspannung ausgelöst
wird.
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Dementsprechend
ist die Seite des Elements im allgemeinen mit einem SiN-Film, einem
Al2O3-Film oder
einem Glasfilm überzogen,
um den Halbleiter frei bzw. geschützt von Li, Na und K zu überziehen,
um die P-N-verbundenen Teile zu schützen. Des weiteren ist das überzogene
Element in einem Glasrohr eingekapselt.
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Da
herkömmlicherweise
ein Glasrohr, welches ein Diodenelement einkapselt und als Verpackung
fungiert, eine solche Struktur besitzt, dass die P-N-verbundene
Teile und die Oberfläche
des Glasrohrs nicht direkt miteinander in Kontakt treten, kann es
Li, Na und K enthalten. Diese Bestandteile sind nicht nur zur Erniedrigung
des Schmelzpunktes von dem Glas, um hiermit die Verschlechterung
eines Halb leiterelements bei hoher Temperatur zu verhindern, enthalten,
sondern auch um das Glas stark auszudehnen, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Glases an den des Weichglasdumet als Elektrodenmaterials anzupassen.
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In
letzter Zeit ist es versucht worden, einen Schutzfilm eines Diodenelements,
um das Verfahren zu vereinfachen und auch um die Kosten zu reduzieren,
wegzulassen. Das heißt,
es ist untersucht worden, dass die Einkapselung auf solche Weise
durchgeführt
wird, dass die innere Oberfläche
des Glasrohrs eng in Kontakt mit einem Diodenelement steht, wobei
dem Glasrohr selbst eine Schutzschichtfunktion verliehen wird. Bei
einer solchen Diode, da die Elektrode direkt mit der inneren Oberfläche des
Glasrohrs in Kontakt steht, wird Molybdän, welches einen ähnlichen
Wärmeausdehnungskoeffizient
wie das Glasrohr besitzt, als Elektrodenmaterial verwendet.
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Die
im vorhergehenden genannte Diode wird speziell wie folgt hergestellt.
Zuerst wird ein Diodenelement, welches keine Schutzschicht besitzt,
in ein Glasrohr auf eine solche Weise, dass das Element zwischen Molybdänelektroden
dazwischengefügt
ist, eingekapselt. Durch Erhöhung
einer Temperatur wird das Glas erweicht und verformt und die P-Nverbundene
Teile werden eng an der inneren Oberfläche des Glasrohres festgemacht.
Daher ist die Einkapselung des Diodenelements vollständig. Wenn
eine Atmosphäre
so gesteuert wird, dass an der Außenseite der Diode ein höherer Druck
angelegt ist als in der Umgebung des Diodenelements, kann die Anhaftung
weiter verbessert werden.
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Solch
ein Glasrohr muss das folgende erfüllen: (1) zur Verstärkung einer
Umkehrspannung, die einen Leckstrom reduziert, sind Li, Na und K
sind notwendigerweise enthalten; (2) um P-N-verbundene Teile davon abzuhalten,
wechselseitig zu diffundieren und dabei eine Umkehrspannung zu erniedrigen,
kann die Einkapselung bei niedriger Temperatur durchgeführt werden;
(3) ein Wärmeausdehnungskoeffizient,
der für
Molybdänelektroden
geeignet ist; (4) kein Gas wird zum Zeitpunkt der Einkapselung durch
das Glas erzeugt, um einen Leckstrom nicht zu vergrößern oder
eine Umkehrspannung nicht zu verringern; (5) das Glas besitzt einen hohen
Volumenwiderstand, so dass ein Leckstrom, auch wenn eine hohe Umkehrspannung
angelegt wird, bedeutend gering wird; und (6) um die Ausbeute im
Herstellungsverfahren einer Diode zu vergrößern, kann Glas mit großer Genauigkeit
in einer Röhrenform
geformt werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Glas zur Einkapselung
eines Halbleiters, das die oben beschriebenen Forderungen erfüllen kann,
bereitzustellen.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Überzug zur
Einkapselung eines Halbleiters der unter Verwendung des Glases hergestellt
wird, bereitzustellen.
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Diese
und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung wurden durch Glas
zur Einkapselung eines Halbleiters, welches:
SiO2 in
einer Menge von 20 bis 50 Gew.-%;
Al2O3 in einer Menge von 1 bis 12 Gew.-%;
B2O3 in einer Menge
von 6 bis 25 Gew.-%;
PbO in einer Menge von 30 bis 55 Gew.-%;
Cs2O in einer Menge von 0,5 bis 12 Gew.-%;
und
Li2O, Na2O
und K2O in einer Gesamtmenge von weniger
als 90 ppm,
jeweils auf das Gesamtgewicht des Glases bezogen, umfasst,
erfüllt.
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Ferner
wurden diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung durch
ein Deckbeschichtungsrohr zur Einkapselung eines Halbleiters, der
das oben genannte Glas umfasst, erfüllt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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In
der vorliegenden Erfindung wird der Grund, warum die Zusammensetzung
wie im vorhergehenden beschrieben definiert wird, im folgenden beschrieben.
Die Begriffe "%" und "Gew.-%" bedeuten hier und
im folgenden Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtglasmenge, es
sei denn es ist anders angegeben.
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SiO2 ist ein Bestandteil, um ein Glasgefüge zu bilden.
Sein Gehalt ist 20 bis 50%, vorzugsweise 31 bis 38%. Wenn der Gehalt
geringer als 31% ist, kann die Witterungsstabilität des Glases
verschlechtert sein. Wenn der Gehalt geringer als 20% ist, ist dies
nicht zu bevorzugen, da eine Erscheinungsverschlechterung des Glasrohrs,
wie Verfärbung,
stattfinden kann. Andererseits, wenn der Gehalt höher als
38% ist, kann das Glas gehärtet
sein. Wenn der Gehalt höher
als 50% ist, ist dies nicht zu bevorzugen, da die Einkapselungstemperatur
760°C überschreitet,
wobei die P-Nverbundenen Teile miteinander diffundiert sind, wobei
die Umkehrspannung verschlechtert wird.
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Al2O3 ist ein Bestandteil,
der die Witterungsstabilität
des Glases verbessert oder das Glas stabilisiert. Sein Gehalt ist
1 bis 12%, vorzugsweise 2,2 bis 8%. Wenn der Gehalt niedriger als
2,2% ist, kann das Glas eine Phasentrennung bewirken, so dass das
entstandene Glasrohr eine schlechte Form besitzt. Wenn der Gehalt
geringer als 1% ist, ist dies nicht zu bevorzugen, da die Rohrform
des Glases nicht erhalten werden kann. Andererseits, wenn der Gehalt
höher als
8% ist, kann das Glas gehärtet
sein. Des weiteren, wenn der Gehalt höher als 12% ist, ist dies nicht
zu bevorzugen, da die Einkapselungstemperatur 760°C überschreitet,
so dass die P-N-verbundenen Teile miteinander diffundiert sind,
wobei sich die Umkehrspannung verschlechtert.
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B2O3 ist ein Bestandteil
zur Bildung eines Glasgefüges.
Sein Gehalt ist 6 bis 25%, vorzugsweise 10 bis 18%. Wenn der Gehalt
geringer als 10% ist, kann das Glas gehärtet sein. Wenn der Gehalt
geringer als 6% ist, ist dies nicht zu bevorzugen, da die Einkapselungstemperatur
760°C überschreitet.
Andererseits, wenn der Gehalt höher
als 18% ist, kann das Glas in seiner Witterungsbeständigkeit
verschlechtert sein. Wenn der Gehalt höher als 25% ist, ist dies nicht
zu bevorzugen, da eine Erscheinungsverschlechterung eines Glasrohrs, wie
Verfärbung,
auftreten kann.
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PbO
ist ein Oxid zur Modifizierung von Glas und bildet zusammen mit
den das Glasgefüge
bildenden Bestandteilen Glas. PbO kann den elektrischen Widerstand
des Glases erhöhen
und Glas erweichen. Sein Gehalt ist 30 bis 55%, vorzugsweise 35
bis 48%. Wenn der Gehalt niedriger als 35% ist, kann das Glas gehärtet sein.
Wenn der Gehalt niedriger als 30% ist, ist dies nicht zu bevorzugen,
da die Einkapselungstemperatur höher
als 760°C
ist. Andererseits, wenn der Gehalt höher als 48% ist, können sich
während
der Formgebung Kristalle bilden, die Schwierigkeiten bei der Rohrbildung
machen. Wenn er 55% überschreitet,
ist es schwierig, Glas in eine Rohrform zu formen.
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Cs2O ist ein Bestandteil, der bei der Stabilisierung
von Glas wirksam ist, der eine Glastemperatur erniedrigt und der
den Wärmeausdehnungskoeffizienten
von Glas steuert.
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Sein
Gehalt ist 0,5 bis 12%, vorzugsweise 2,5 bis 8%. Wenn der Gehalt
niedriger als 2,5% ist, kann das Glas gehärtet sein und der Wärmeausdehnungskoeffizient
erniedrigt sein. Des weiteren kann das Glas instabil werden, wobei
die Liquidus-Viskosität
erniedrigt wird, was Schwierigkeiten bei der Rohrbildung bewirkt. Wenn
der Gehalt niedriger als 0,5% ist, ist dies nicht zu bevorzugen,
da die Einkapselungstemperatur 760°C überschreitet. Des weiteren
passt der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Glases nicht zu dem der Molybdänelektroden, wobei zum Zeitpunkt
der Einkapselung in dem Glasrohr Risse gebildet werden. Darüber hinaus
ist die Rohrbildung schwierig. Andererseits, wenn der Gehalt höher als
8% ist, kann der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Glases hoch werden. Wenn der Gehalt höher als 12% ist, ist dies nicht
zu bevorzugen, da der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Glases nicht zu dem der Molybdänelektroden passt und das Glas
instabil wird, so dass sich leicht Kristalle bilden und es schwierig
ist, die Rohrbildung durchzuführen.
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Wie
im vorhergehenden beschrieben, üben
Li2O, Na2O oder
K2O schlechte Wirkungen auf die P-N-verbundenen
Teile aus. Daher ist es wichtig, dass sie im Glas nicht wesentlich
enthalten sind. Der Gehalt muss insgesamt auf 90 ppm oder niedriger,
vorzugsweise 50 ppm oder niedriger begrenzt sein. Insbesondere,
da Na2O einen großen Einfluss ausübt, ist
es zweckmäßig, dass
der Na2O-Gehalt 30 ppm oder niedriger, vorzugsweise
10 ppm oder niedriger ist.
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Zusätzlich zu
den im vorhergehenden beschriebenen Bestandteilen können zum
Zweck der Steuerung der Viskositätseinstellung
des Glases und um die Witterungsstabilität, die Schmelzeigenschaften
und die transparent machenden Eigenschaften zu verbessern, Bestandteile,
wie ZrO2, TiO2,
P2O5, SO3, Sb2O3,
F und Cl, optional hinzugegeben werden.
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Das
Glas der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise einen Infrarotstrahlungsdurchlässigkeitskoeffizienten
(X), der durch die folgende Formel dargestellt wird: X
= (log10(a/b))/tvon 0,7 oder weniger;
worin
a: Durchlässigkeit
(%) bei 3846 cm–1,
b: Durchlässigkeit
(%) bei dem Minimalwert um 3560 cm–1,
t:
Dicke (mm) der zu bestimmenden Probe.
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Wenn
nach der Einkapselung aus einem Glasrohr Gas erzeugt wird, sind
zwischen dem Glas und den P-N-verbundenen Teilen Blasen vorhanden,
so dass diese nicht aneinander haften. Im Ergebnis wird ein Leckstrom
vergrößert oder
eine Umkehrspannung verringert. Das Gas in dem Glas umfasst hauptsächlich Wasser. Der
Wassergehalt ist dem Infrarotstrahlungsdurchlässigkeitskoeffizienten (X),
der durch die im vorhergehenden beschriebene Gleichung dargestellt
ist, proportional. Das Glas der vorliegenden Erfindung hat einen
Infrarotstrahlungsdurchlässigkeitskoeffizient
(X) von 0,7 oder geringer, zweckmäßigerweise 0,6 oder geringer
und vorzugsweise 0,4 oder geringer. Wenn der Infratrotstrahlungsdurchlässigkeitskoeffizient
0,4 oder geringer ist, kann die Erzeugung des Gases in der Nähe der P-N-verbundenen
Teile im wesentlichen vollständig
verhindert werden. Wenn der Koeffizient (X) größer als 0,4 ist, kann Gas erzeugt
werden. Wenn der Koeffizient (X) höher als 0,6 ist, kann die Ausbeute
einer Diode aufgrund der Erzeugung eines Gases verringert sein.
Wenn der Koeffizient (X) höher
als 0,7 ist, ist dies nicht zu bevorzugen, da weiter ein Gas erzeugt
wird.
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Um
einen Infrarotstrahlungsdurchlässigkeitskoeffizienten
zu verringern, d. h. um einen Wassergehalt im Glas zu verringern,
ist es wichtig, einen Rohstoff mit einem niedrigen Wassergehalt
zu verwenden. Des weiteren ist es auch wirksam, den Rohstoff zu
trocknen. Um in schmelzendem Glas eine trockene Atmosphäre herzustellen,
und des weiteren um einen Wasserpartialdruck im Glas zu reduzieren,
kann ein Hindurchperlenlassen eines Gases, wie getrockneter Luft,
Sauerstoff oder Stickstoff, durchgeführt werden. Es können auch Rohstoffe,
wie Carbonat, zur Erzeugung von CO2-Gas,
ein Nitrat zur Erzeugung von NOx-Gas und
ein Sulfat zur Erzeugung von SOx-Gas, einer
Charge hinzugegeben werden.
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Des
weiteren hat das Glas der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine
Temperatur von 760°C
oder geringer, wenn das Glas eine Viskosität von 106'3 Poise,
einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 40 × 10–7/°C bis 57 × 10–7/°C, einen
Volumenwiderstand von 1012 Ω·cm oder
höher bei
250°C und
eine Liquidus-Viskosität
von 104'5 Poise oder mehr besitzt. Die Begründung, warum
numerische Bereiche der jeweiligen Eigenschaften, wie im vorhergehenden
beschrieben sind, wird im folgenden beschrieben.
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Einkapselungstemperatur
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Wenn
P-N-verbundene Teile einer hohen Temperatur ausgesetzt sind, sind
sie miteinander diffundiert, wobei eine Umkehrspannung erniedrigt
wird. Daher wird die Einkapselung in ein Glasrohr vorzugsweise bei einer
so niedrig wie möglichen
Temperatur durchgeführt.
Genau genommen ist es vorzuziehen, dass die Temperatur des Glases
760°C oder
niedriger ist, wenn das Glas eine Viskosität von 106'3 Poise
(Einkapselungstemperatur) besitzt. Wenn die Einkapselungstemperatur
höher als
760°C ist,
ist dies nicht zu bevorzugen, da P-N-verbundene Teile miteinander
diffundiert sind, wobei die Umkehrspannung erniedrigt wird.
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Wärmeausdehnungskoeffizient
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Da
Molybdänelektroden
in einer Diode ohne Verwendung einer dünnen Schutzschicht verwendet
werden, besitzt das Glas zweckmäßigerweise
einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 40 × 10–7/°C bis 57 × 10–7/°C, vorzugsweise
von 45 × 10–7/°C bis 55 × 10–7/°C. Wenn der
Wärmeausdehnungskoeffizient
niedriger als 40 × 10–7/°C oder höher als
57 × 10–7/°C ist, werden
in einem Glasrohr Risse gebildet.
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Volumenwiderstand
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Man
sagt, dass Glas ein Isolationsprodukt ist. Das Glas lässt einen
elektrischen Strom jedoch nicht vollständig passieren. Dementsprechend
ist es erforderlich, dass ein Volumenwiderstand hoch ist, um eine Menge
eines Leckstroms so gering wie möglich
zu verringern. Das Glas neigt dazu, mit Erhöhung einer Temperatur einen
verringerten Volumenwiderstand zu besitzen. Das Glas hat zweckmäßigerweise
einen Volumenwiderstand von 1012 Ω·cm oder
höher,
vorzugsweise 1013 Ω·cm oder höher bei 250°C. Wenn der Volumenwiderstand
niedriger als 1012 Ω·cm ist, ist dies nicht zu
bevorzugen, da sich eine Menge des elektrischen Leckstroms vergrößert.
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Liquidus-Viskosität
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Eine
Liquidus-Viskosität
wird als Index bei der Erzeugung von Kristallen, wenn ein Glasrohr
gebildet wird, verwendet. Zweckmäßigerweise
besitzt das Glas eine Liquidus-Viskosität von 104,5 Poise
oder höher,
vorzugsweise von 105,0 Poise oder höher. Wenn
die Liquidus-Viskosität
niedriger als 105,0 Poise ist, können leicht Kristalle
beim Formen eines Glasrohrs erzeugt werden, so dass das Rohr eine
teilweise veränderte
Viskosität besitzt,
wobei Verformung des Rohrs ent steht oder ein Anteil, der fremde
Eigenschaften besitzt, die nicht erwünscht sind, gebildet wird.
Wenn die Liquidus-Viskosität geringer
als 104'5 Poise ist, ist dies nicht zu bevorzugen,
da kräftig
Kristalle abgeschieden werden, wobei das Rohr zerschnitten wird.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Deckbeschichtungsrohrs zur Einkapselung
eines Halbleiters, der das Glas der vorliegenden Erfindung umfasst,
wird im folgenden beschrieben.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Deckschichtrohrs auf industriellem
Niveau umfasst einen Formulierungs- und Mischschritt, worin ein
veredeltes Kristallpulver und ein Mineralstoff, einschließlich eines
glasbildenden Bestandteils, abgemessen und gemischt werden, wobei
ein Rohstoff, der in einen Ofen eingebracht wird, zubereitet wird;
einen Schmelzschritt, um den Rohstoff in geschmolzenes Glas umzuwandeln;
einen Formungsschritt, um das geschmolzene Glas zu einem Glasrohr
zu formen, und einen Verarbeitungsschritt, um das Rohr in eine bestimmte
Größe zu schneiden.
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Zuerst
werden die Rohstoffe des Glases zubereitet und gemischt. Die Rohstoffe
umfassen Mineralstoffe aus mehreren Bestandteilen, wie Oxide oder
Carbonate und Unreinheiten. Die Rohstoffe können unter Berücksichtigung
ihrer analytischen Daten zubereitet werden, und sind nicht besonders
beschränkt.
Die Rohstoffe werden nach Gewicht gemessen und durch einen geeigneten
Mixer, der der erforderlichen Menge entspricht, wie einem V-Mixer,
einem Locking-Mixer und einem Mixer, der mit Rührerblättern ausgestattet ist, gemischt.
So können
die Rohstoffe für
die Beladung erhalten werden.
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Anschließend werden
die so erhaltenen Rohstoffe in einen Schmelzofen eingetragen, so
dass die Rohmaterialien zu Glas umgewandelt werden können. Der
Schmelzofen umfasst einen Schmelzer, um die Rohstoffe des Glases
zu Glas zu schmelzen, eine Läuterwanne,
um Blasen, die in dem Glas eingeschlossen sind, aufsteigen zu lassen
und zu entfernen, einen Durchgang (Glasspeiser), worin die Viskosität des erhaltenen
raffinierten Glases auf eine zur Formung geeignete Viskosität erniedrigt
wird, und das sich ergebende Produkt wird in eine Formeinheit eingeführt. Als
Schmelzofen wird ein Ofen, dessen Oberfläche mit einem feuerfesten Stoff
oder Platin überzogen
ist, verwendet. Der Ofen wird mit einem Brenner oder durch Zuleiten
von elektrischem Strom zu dem Glas erhitzt. Wenn das Hindurchperlenlassen
durchgeführt
wird, wird eine Düse zum
Hindurchperlenlassen im Boden des Schmelzers installiert und ein
Gas kann in das geschmolzene Glas eingeführt werden. Die eingeführten Rohstoffe
werden in dem Schmelzer, der im allgemeinen eine Temperatur von
1300 bis 1600°C
besitzt, zu Glas umgewandelt, dann in die Läuterwanne, die eine Temperatur
von 1400 bis 1600°C
besitzt, eingeführt.
In der Läuterwanne
werden Blasen in dem Glas an die Oberfläche aufsteigen lassen, dann
werden die Blasen entfernt. Das Glas, das die Läuterwanne verlassen hat, verliert
an Hitze, wobei es, während
es sich zu einer Formungseinheit durch den Glasspeiser bewegt, eine
verringerte Temperatur besitzt, so dass das Glas eine Viskosität, die zur
Formung des Glases geeignet ist, besitzen kann, d. h. 104 bis 106 dPa·S.
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Anschließend wird
das Glas durch eine Formungseinheit zu einem Rohr geformt. Als Formverfahren können das
Dannerverfahren, Beroverfahren, Down-Draw-Verfahren und Up-Draw-Verfahren
verwendet werden.
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Danach
wird das Glasrohr auf eine bestimmte Größe geschnitten, um dadurch
ein Deckbeschichtungsrohr zur Einkapselung eines Halbleiters zu
erhalten. Das Schneideverfahren des Glasrohrs kann durch aufeinanderfolgendes
Schneiden der Rohre mit einem Diamantenglasschneider durchgeführt werden.
Ein Verfahren, wobei viele Glasrohre zur gleichen Zeit zerschnitten
werden, z. B. ein Verfahren, welches das Bündeln vieler Glasrohre und
Schneiden des erhaltenen Bündels
durch eine Diamantschleifscheibe umfasst, ist jedoch für eine Massenherstellung
geeignet. Daher wird ein solches Verfahren gewöhnlich verwendet.
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Als
nächstes
wird ein Einkapselungsverfahren für ein Halbleiterelement unter
Verwendung des Deckbeschichtungsrohrs der vorliegenden Erfindung
im folgenden beschrieben.
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Zuerst
werden in das Deckbeschichtungsrohr Elektrodenmaterialien, wie Molybdändrähte, eingesetzt, um
ein Halbleiterelement unter Verwendung einer Einspannvorrichtung
dazwischen festzuhalten. Danach wird das Ganze zum Erweichen und
Verformen des Deckbeschichtungsrohrs erhitzt, um eine hermetische
Einkapselung zu erhalten. Entsprechend eines solchen Verfahrens
können
kleine elektronische Teile, wie Siliciumdioden, lichtausstrahlende
Dioden und Heißleiter,
hergestellt werden.
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Das
Glas zur Einkapselung eines Halbleiters entsprechend der vorliegenden
Erfindung kann zusätzlich
zu der Verwendung als Glasrohr, z. B. als Pulverglas verwendet werden.
Wenn das Glaspulver verwendet wird, wird das Glas in einem Lösemittel,
wie Alkohol oder Wasser, unter Bildung einer Aufschlämmung dispergiert.
Die erhaltene Aufschlämmung
wird auf ein rotierendes Halbleiterelement getropft, so dass die
Aufschlämmung
sich um das Halbleiterelement herumlegt. Danach kann durch Brennen
die Einkapselung des Halbleiterelements erreicht werden.
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Beispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele beschrieben. Tabelle
1
Tabelle
2
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Die
Tabellen 1 und 2 zeigen Beispiele der vorliegenden Erfindung (Prüflinge Nr.
1 bis 8) und Vergleichsbeispiele (Prüflinge 9 und 10).
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Die
jeweiligen Prüflinge
wurden wie folgt zubereitet. Minimal reines Siliciumdioxidpulver,
Aluminiumoxid, Natriumpyroborat und Cäsiumoxid, die bezüglich ihrer
Li-, bzw. Na-, bzw. K-Gehalte kontrolliert worden sind, werden in
einer vorbestimmten Menge gemischt und in einem Schmelztiegel, ohne
dass eine alkalische Kontamination befürchtet werden muss, bei 1450°C 3 h lang
geschmolzen, wobei Sauerstoff hindurchperlen gelassen wurde (nur
Prüfling
8 wurde dem Hindurchperlenlassen nicht unterzogen). Anschließend wurde
das entstandene Produkt direkt der Rohrbildung unterzogen.
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Verschiedene
Eigenschaften der erhaltenen Prüflinge
wurden bewertet.
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Wie
aus den Tabellen ersichtlich wird, haben Prüflinge Nr. 1 bis 8, die Beispiele
der vorliegenden Erfindung sind, einen Wärmeausdehnungskoeffizent von
48,3 × 10–7/°C bis 54,7 × 10–7/°C, eine Einkapselungstemperatur
von 649 bis 702°C,
einen Volumenwiderstand von 1013,0 bis 1014,1 Ω·cm, eine
Liquidus-Viskosität von
105,0 bis 106,1 Poise
und eine erwünschte
Rohreigenschaft. Des weiteren wurden in den Prüflingen Nr. 1 bis 7, die einen
Infratrotstrahlungs-durchlässigkeitskoeffizenten
von 0,7 oder weniger besitzten, 30 Prüflinge im Hinblick auf die
Zahl der Blasen in den P-N-verbundenen Teilen bewertet. Als Ergebnis
wurde in keinem der Prüflinge
in den T-N-verbundenen Teilen Blasen beobachtet und keiner der Prüflinge wurde
als nicht wünschenswert
beurteilt.
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Andererseits
besitzt Prüfling
Nr. 9 einen zu großen
Wärmeausdehnungskoeffizient,
der nicht zu dem einer Molybdänelektrode
passt. Des weiteren enthielt Prüfling
Nr. 9 eine große
Menge an K2O, von dem befürchtet wurde,
dass es ein Element nach der Einkapselung abträglich beeinflusst. Prüfling Nr.
10 besaß eine niedrige
Liquidus-Viskosität
und erzeugte bei einer niedrigen Temperatur Kristalle. Des weiteren
wurde Prüfling Nr.
10 während
der Glasbildung stark deformiert, so dass er nicht in die Rohrform
geformt werden konnte. Daher konnte die Zahl der Blasen in den P-N-verbundenen
Teilen nicht bewertet werden.
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Die
Zusammensetzungen der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden durch
Berechnung der Zusammensetzungen, die zum Compoundieren verwendet
wurden, bestimmt. Li2O-, Na2O-
und K2O-Gehalte wurden
durch Atomabsorptionsanalyse nach chemischer Behandlung festgestellt.
K2O aus Prüfling Nr. 9 wurde jedoch durch
Chargenberechnung bestimmt.
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Ein
Infratrotstrahlungsdurchlässigkeitskoeffizient
(X) wurde durch Einsetzen der Durchlässigkeit a bei 3846 cm–1 und
der Durchlässigkeit
b bei dem geringsten Wert um 3560 cm–1,
die durch ein Infrarotspektrometer bestimmt wurde, in der folgenden
Gleichung, und dann Umwandlung des erhaltenen Werts auf eine Dicke
von 1 mm, erhalten. t stellt hier die Dicke (mm) eines Prüflings,
der zu bestimmen ist, dar. X = (log10 (a/b))/t
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Durch
Verarbeiten eines Prüflings
zu einem Zylinder, der einen Durchmesser von etwa 3 mm und eine Länge von
etwa 50 mm besitzt, und dann Messen eines durchschnittlichen linearen
Ausdehnungskoeffizienten in einem Temperaturbereich von 30 bis 380°C durch einen
Registrierdifferentialwärmeausdehnungsmeter
wird ein Wärmeausdehnungskoeffizient
erhalten.
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Die
Einkapselung wurde bei einer Temperatur, die einer Viskosität von 106'3 Poise entspricht, durchgeführt. Um
die Einkapselungstemperatur zu bestimmen, wird zuerst ein Glaserweichungspunkt
durch ein Faserverlängerungsverfahren
in Übereinstimmung
mit ASTM C-338, bestimmt und Temperaturen im Viskositätsbereich
von um 103 Poise wurden durch ein Platinballhochziehverfahren
bestimmt. Die erhaltenen Temperaturen und der Viskositätswert wurden
in die Formel nach Fulcher eingesetzt und die Temperaturen, die
106 Poise ergeben haben, wurden bestimmt.
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Der
Volumenwiderstand wurde bei 250°C
mit einem Verfahren entsprechend ASTM C-657 festgestellt.
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Die
Liquidus-Viskosität
wurde wie folgt festgestellt. Zuerst wurde Glaspulver mit einem
Teilchendurchmesser von etwa 0,1 mm in einen Platinbehälter, der
die Form eines Boots besitzt, der 100 h lang in einem Temperaturgradientofen
belassen wurde und dann herausgenommen wurde, gegeben. Der erhaltene
Prüfling wurde
mit einem Mikroskop betrachtet und eine Temperatur, bei der eine
Anfangsphase eines Kristalls auftrat (Liquidus-Temperatur) wurde
bestimmt. Dann wurde, bezogen auf das Verhältnis zwischen der Temperatur
des Glases und der Viskosität,
die zuvor gemessen wurde, eine Viskosität, die der Temperatur, bei
der eine Anfangsphase, bei der Kristalle auftreten (Liquidus-Viskosität), entspricht,
bestimmt.
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Die
Dielektrizitätskonstante
wurde wie folgt bestimmt:
Ein Prüfling mit einem Durchmesser
von 30 mm und einer Höhe
von 1 mm wurde hergestellt, dann wurde eine Elektrode daran festgemacht,
danach wurde die Dielektrizitätskonstante
bei 25°C
und 1 MHz unter Verwendung einer Impedanzanalysemessvorrichtung
bestimmt.
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Die
Rohreigenschaften wurden wie folgt festgestellt. Glas wurde einem
Rohrbildungsverfahren unterworfen, so dass ein Rohr mit einem äußeren Durchmesser
von 3,50 mm und einer Dicke von 0,85 mm bereitgestellt wurde. Dann
wurde das entstandene Rohr auf eine Länge von 2 mm geschnitten. Danach
wurde die Abwesenheit von Kristallen oder Blasen mit dem bloßen Auge
getestet. Danach wurden bei Durchlaufen eines Tests die Rohre, die
eine äußere-Durchmesser-innere-Durchmesser-Toleranz
von ±0,02,
erfüllen
bzw. nicht erfüllen,
mit "O" bzw. "X" dargestellt.
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Die
Zahl der Blasen in den P-N-verbundenen Teilen wurde wie folgt bewertet.
Ein Siliciumchip und Molybdänelektroden
wurden in einem Glasrohr eingekapselt, wobei 30 Bewertungs prüflinge zubereitet
wurden. Danach wurde das Innere der Prüflinge mit einem Mikroskop
mit einem Vergrößerungsfaktor
von 30, betrachtet und die Zahl der Prüflinge, bei denen Blasen in
den Siliciumchip-P-N-verbundenen-Teilen beobachtet wurden, wurden
gezählt.
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Wie
im vorhergehenden beschrieben, ist das Glas zur Einkapselung eines
Halbleiters der vorliegenden Erfindung als das Material eines Deckbeschichtungsrohrs
zur Einkapselung eines Halbleiters, der die beiden Funktionen, den
Schutz der Oberflächen
der P-N-verbundenen Teile und die Funktionen der Verpackung besitzt,
geeignet.
-
Des
weiteren kann ein Diodenelement unter Verwendung des Deckbeschichtungsrohrs
zur Einkapselung eines Halbleiters der vorliegenden Erfindung ohne
eine Schutzschicht zu bilden eingekapselt werden, so dass das Verfahren
zur Diodenherstellung vereinfacht werden kann und die Herstellungskosten
reduziert werden können.
