JP2001089188A - 低融点封着用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩＣパッケージ、表示デバイス、磁気ヘッド
等の電子部品の封着材料に要求される諸特性を満足し、
特に４００℃以下の温度で封着することが可能である封
着用組成物を提供する。 【解決手段】 重量百分率でＰｂＯ ６５．０〜８５．
０％、Ｂ₂ Ｏ₃ １．０〜１１．０％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ０．２
〜１０．０％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ １．０〜１５．０％、ＺｎＯ
０〜１０．０％、ＣｕＯ ０〜５．０％、ＳｉＯ₂ ＋
Ａｌ₂ Ｏ₃ ０〜５．０％、Ｖ₂ Ｏ₅ ０〜５．０％、Ｆ₂
０〜６．０％、ＳｎＯ₂ ０〜５．０％の組成を有するガ
ラス粉末４５〜８０体積％と、チタン酸鉛系セラミッ
ク、ウイレマイト系セラミック、β−ユークリプタイ
ト、コーディエライト、ジルコン系セラミック、酸化錫
系セラミック、ムライト系セラミック、石英ガラス、ア
ルミナ、酸化チタン等の耐火性フィラー２０〜５５体積
％からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低融点封着用組成物に関
し、より具体的にはＩＣ用セラミックパッケージ、表示
デバイス、磁気ヘッド等の電子部品を封着するのに好適
な低融点封着用組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣパッケージ、表示デバイス、磁気ヘ
ッド等の電子部品の封着に使用される封着材料には、Ｉ
Ｃや水晶振動子等に悪影響を及ぼさないように低温で封
着できることや、熱膨張係数が被封着物のそれに適合し
ていることが要求される。また特にＩＣパッケージ用の
封着材料には、これらの条件の他に、機械的強度が高い
こと、信号電流がリークしないように絶縁特性が良好で
あること、ＩＣ素子にα線が照射されるとソフトエラー
が発生するため、α線を放出する物質を極力含まないこ
と等の条件を満たす必要がある。

【０００３】従来より上記諸条件を満たすものとして、
ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 系、ＰｂＯ−Ｂ₂Ｏ₃ −ＺｎＯ系等の
低融点ガラスや、これらのガラスに耐火性フィラーを添
加してなる封着材料が各種提案されている。例えば本発
明者等の発明になる特開平２−２２９７３８号におい
て、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラスに、チタン酸鉛系セラミ
ック粉末と低膨張性セラミック粉末を添加してなる封着
材料が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ＰｂＯ−Ｂ₂
Ｏ₃ 系ガラスやＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −ＺｎＯ系ガラスにお
いて、Ｂ₂ Ｏ₃ の含有量が少ないほど転移点が下がり、
封着温度を低くできることが知られている。しかしなが
らＢ₂ Ｏ₃ はガラスの安定化のために一定量以上含有さ
せる必要があるため、これらのガラスを使用した封着材
料においては低融点化に限界があり、封着温度を４００
℃以下にすることが困難である。それゆえこれらの封着
材料は熱に非常に敏感な素子、例えば集積度の高いＩＣ
や特殊な水晶振動子を搭載したパッケージやデバイスの
封着には使用することができないという問題を有してい
る。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
ＩＣパッケージ、表示デバイス、磁気ヘッド等の電子部
品の封着材料に要求される諸特性を満足し、特に４００
℃以下の温度で封着することが可能である封着用組成物
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は種々の研究
を行った結果、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラスにおいて、Ｆ
ｅ₂ Ｏ₃ がガラスの安定化に非常に効果があり、このた
めＦｅ₂ Ｏ₃ を含有させることによってＢ₂ Ｏ₃ の含有
量を低減できることを見いだし、本発明として提案する
ものである。

【０００７】即ち、本発明の低融点封着用組成物は、重
量百分率でＰｂＯ ６５．０〜８５．０％、Ｂ₂ Ｏ₃
１．０〜１１．０％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ０．２〜１０．０％、
Ｂｉ₂Ｏ₃ １．０〜１５．０％、ＺｎＯ ０〜１０．０
％、ＣｕＯ ０〜５．０％、ＳｉＯ₂ ＋Ａｌ₂ Ｏ₃ ０〜
５．０％、Ｖ₂ Ｏ₅ ０〜５．０％、Ｆ₂ ０〜６．０％、
ＳｎＯ₂ ０〜５．０％の組成を有するガラスからなるこ
とを特徴とする。

【０００８】また本発明の低融点封着用組成物は、重量
百分率でＰｂＯ ６５．０〜８５．０％、Ｂ₂ Ｏ₃ １．
０〜１１．０％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ０．２〜１０．０％、Ｂｉ
₂ Ｏ ₃ １．０〜１５．０％、ＺｎＯ ０〜１０．０％、
ＣｕＯ ０〜５．０％、ＳｉＯ₂ ＋Ａｌ₂ Ｏ₃ ０〜５．
０％、Ｖ₂ Ｏ₅ ０〜５．０％、Ｆ₂ ０〜６．０％、Ｓｎ
Ｏ₂ ０〜５．０％の組成を有するガラス４５〜８０体積
％と、耐火性フィラー２０〜５５体積％からなることを
特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の低融点封着用組成物は、ＰｂＯ−Ｂ₂
Ｏ₃ 系ガラスのＢ₂ Ｏ₃ の一部をＦｅ₂ Ｏ₃ で置換し、
Ｂ₂ Ｏ₃ の含有量を少なくしたものである。

【００１０】本発明の低融点封着用組成物において、ガ
ラス組成を上記のように限定した理由を以下に述べる。

【００１１】ＰｂＯの含有量は６５．０〜８５．０％、
好ましくは７０．０〜８３．０％である。ＰｂＯが６
５．０％より少ないとガラスの粘度が高くなって４００
℃以下の温度でガラスが十分に流動せず、８５．０％よ
り多いと封着時に結晶化が著しくなって流動しなくな
る。

【００１２】Ｂ₂ Ｏ₃ の含有量は１．０〜１１．０％、
好ましくは２．０〜１０．０％である。Ｂ₂ Ｏ₃ が１．
０％より少ないとガラスが不安定となり、封着時に結晶
化が著しくなって流動せず、１１．０％より多いとガラ
スの粘度が高くなって４００℃以下の温度で十分に流動
しなくなる。

【００１３】Ｆｅ₂ Ｏ₃ はガラスを安定化させる働きが
あり、その含有量は０．２〜１０．０％、好ましくは
０．５〜８．５％である。Ｆｅ₂ Ｏ₃ が０．２％より少
ないと上記した効果がなく、封着時に結晶化が著しくな
って流動しなくなり、１０．０％より多いとガラスの粘
度が高くなって４００℃以下の温度で十分流動しなくな
る。

【００１４】Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＯ及びＣｕＯは、ガラス
の粘性を上げずに、ガラスを安定化させる成分である。
これらの成分中、特にＢｉ₂ Ｏ₃ は上記した効果が大き
く、１．０〜１５．０％含有する。ＺｎＯ及びＣｕＯの
含有量はそれぞれ、０〜１０．０％、０〜５．０％であ
る。またこれらの成分は合量で１．０〜１５．０％含有
することが好ましい。Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＯ、及びＣｕＯ
の合量が１．０％より少ないと結晶化が著しくなって流
動性が低下し、４００℃以下の温度で封着しにくくな
る。また１５．０％より多い場合も封着時に結晶の析出
が著しくなり、流動性が低下する。

【００１５】ＳｉＯ₂ 及びＡｌ₂ Ｏ₃ は失透を防止する
効果があり、その含有量は合量で０〜５．０％、好まし
くは０〜３．０％である。ＳｉＯ₂ とＡｌ₂ Ｏ₃ が合量
で５％より多いとガラスの粘度が高くなって流動性が悪
くなる。

【００１６】Ｖ₂ Ｏ₅ はガラスの表面張力を下げて流動
性を向上させる成分であり、その含有量は０〜５．０
％、好ましくは０〜３．０％である。Ｖ₂ Ｏ₅ が５．０
％より多いとガラスの結晶化が著しくなって流動しなく
なる。

【００１７】Ｆ₂ はガラスの封着温度を下げる働きがあ
り、その含有量は０〜６．０％、好ましくは０〜４．０
％である。Ｆ₂ が６．０％より多いと封着時に結晶化が
著しくなって流動し難くなる。

【００１８】ＳｎＯ₂ はガラスを安定化するために０〜
５．０％、好ましくは０〜２．０％含有する。ＳｎＯ₂
が５．０％より多いとガラスの粘度が高くなって流動し
難くなる。

【００１９】なお上記成分以外にも、５％以下のＡｇ₂
Ｏ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｐ₂ Ｏ₅ 、Ｃｏ₂ Ｏ₃ や、３％以
下のＭｏ₂ Ｏ₃ 、Ｒｂ₂ Ｏ、Ｃｓ₂ Ｏ、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、Ｔ
ａ₂Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、ＣｅＯ₂ 、ＮｉＯ、Ｃｒ₂ Ｏ₃ 、
Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、及びＬａ₂ Ｏ₃等の希土類酸化物を他成分
として含有させることが可能である。

【００２０】以上のような組成を有するガラスは、ガラ
ス転移点が２４０〜３００℃と低く、しかもガラスとし
て安定しており、また良好な流動性を示すため、低温で
の封着が可能な封着用組成物である。しかし、３０〜２
５０℃における熱膨張係数が１１０〜１４０×１０^-7と
アルミナ（７０×１０^-7／℃）、窒化アルミニウム（４
５×１０^-7／℃）、窓板ガラス（８５×１０^-7／℃）に
比べて高いため、これらの材料を用いたＩＣパッケージ
や表示デバイス等の封着を行うには熱膨張係数を調節す
る必要がある。

【００２１】本発明の低融点封着用組成物は、先記した
範囲で耐火性フィラーを含有することにより、ＩＣパッ
ケージや表示デバイス等の封着に適した熱膨張係数を得
ることができる。耐火性フィラーとしては、チタン酸鉛
系セラミック、ウイレマイト系セラミック、β−ユーク
リプタイト、コーディエライト、ジルコン系セラミッ
ク、酸化錫系セラミック、ムライト系セラミック、石英
ガラス、アルミナ、酸化チタン等の粉末を単独、又は組
み合わせて使用することが好ましい。

【００２２】本発明において、ガラスと耐火性フィラー
の混合割合を先記のように限定した理由を以下に示す。

【００２３】ガラスが４５％より少ない場合、即ち耐火
性フィラーが５５％より多い場合は流動性が悪くなって
４００℃以下の温度で封着できなくなる。一方、ガラス
が８０％より多い場合、即ち耐火性フィラーが２０％よ
り少ない場合は上記した効果が得られなくなる。

【００２４】次に本発明の低融点封着用組成物の製造方
法を述べる。まず所望の組成になるように各原料を調合
し、７００〜１０００℃で１〜２時間溶融した後、板状
に成形する。次にこの板状物をボールミル等により粉砕
した後、所定粒度に分級して粉末状のガラスとする。ま
た必要に応じて、このようにして得られたガラス粉末と
耐火性フィラーを所定の割合で混合する。

【００２５】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の低融点封着
用組成物を説明する。

【００２６】（実施例１）表１は、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 系
ガラスにおけるＦｅ₂ Ｏ₃ の効果を説明するものであ
り、試料No. ａは一般的なＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラス、
試料No. ｂは試料No. ａの組成からＢ₂ Ｏ₃ の含有量を
４％を少なくしたＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラス、試料No.
ｃは試料No. ｂに２％のＦｅ₂ Ｏ₃ を添加した本発明の
低融点封着用組成物を示している。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１の試料は次のようにして調製した。

【００２９】表中の組成になるように原料粉末を調合、
混合し、白金坩堝に入れて９００℃で１時間溶融し、薄
板状に成形した後、粉砕し、２５０メッシュのステンレ
ス製篩を通過させて平均粒径が４μｍの試料を得た。

【００３０】表１から明らかなように、Ｂ₂ Ｏ₃ の含有
量を少なくした試料No. ｂはガラス転移点が２８５℃で
あり、試料No. ａに比べて２０℃低下したものの、流動
性及び安定性が不良であった。一方、Ｆｅ₂ Ｏ₃ を添加
した試料No. ｃは、ガラス転移点が２８７℃であり、試
料No. ｂと同等の低い値を示し、しかも流動性が試料N
o. ａより優れており、また安定性が良好であった。

【００３１】これらの事実は、ガラス転移点を低くする
ためにＢ₂ Ｏ₃ の含有量を少なくしても、Ｆｅ₂ Ｏ₃ を
添加することによって良好な流動性及び安定性が得ら
れ、低温での封着が可能な封着用組成物が得られること
を示している。

【００３２】なお、ガラス転移点は示差熱分析計（ＤＴ
Ａ）により求めた。また流動性は、試料から外径２０ｍ
ｍ、高さ５ｍｍのボタンを作製した後、３８０℃、１０
分の条件で加熱し、このときのボタンの直径が２３ｍｍ
を超えるものを良、２０〜２３ｍｍのものを可、２０ｍ
ｍ未満のものを不可とした。安定性は、流動性試験後の
試料表面を目視で観察し、結晶が全く認められなかった
ものを良、認められたものを不可とした。

【００３３】（実施例２）表２は本発明におけるガラス
からなる低融点封着用組成物の実施例を示すものであ
る。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２から明らかなように、試料No. Ａ〜Ｆ
はガラス転移点が２４６〜２９５℃、熱膨張係数が１１
５〜１３２×１０^-7／℃であり、すべて良好な流動性を
示した。

【００３６】なお、表２の各試料は、実施例１と同様に
して調製した。

【００３７】表３及び表４は、表２の各試料に耐火性フ
ィラーを混合して作製したＩＣパッケージ用の低融点封
着用組成物の実施例（試料No. １〜９）を示すものであ
る。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】表３及び表４から明らかなように、試料N
o. １〜９は、封着温度が３６０〜４００℃、抗折強度
が５９０〜６８０ｋｇ／ｃｍ² 、絶縁抵抗が１３．２〜
１４．８Ω・ｃｍ、α線放出量が０．１１〜０．２５ｃ
ｏｕｎｔ／ｃｍ² ・ｈｒと良好な値を示した。また熱膨
張係数は、試料No. １〜６が６０〜７３×１０^-7／℃、
試料No. ７〜９が５１〜５５×１０^-7／℃であり、それ
ぞれアルミナ（７０×１０^-7／℃）、窒化アルミニウム
（４５×１０^-7／℃）に近似した値を示した。

【００４１】表５は、表２の試料に耐火性フィラーを混
合して作製した表示デバイス用の低融点封着用組成物の
実施例（試料No. １０〜１２）を示すものである。

【００４２】

【表５】

【００４３】表５から明らかなように、試料No. １０〜
１２は封着温度が３８０〜３９０℃と低く、また熱膨張
係数は７３〜７８×１０^-7／℃であり、窓板ガラスのそ
れ（８５×１０^-7／℃）に近似した値を示した。

【００４４】これらの事実は、本発明の低融点封着用組
成物がＩＣパッケージや表示デバイスの封着材料に求め
られる諸条件を満足し、特に４００℃以下の低い温度で
封着できること、また耐火性フィラー粉末を適当量含有
することにより、熱膨張係数をアルミナ、窒化アルミニ
ウム、窓板ガラス等に適合するように調節できることを
示している。

【００４５】なお、熱膨張係数は、押棒式熱膨張測定装
置を用いて測定した。また各試料から作製した外径２０
ｍｍ、高さ５ｍｍのボタンを加熱して流動させ、その外
径が２１ｍｍ以上となった時の温度を封着温度とした。
抗折強度は試料を焼結した後、１０×１０×５０ｍｍの
角柱に成形し、３点荷重測定法によって求めた。絶縁抵
抗はメガオームメーターを用いて１５０℃における値を
測定し、α線放出量はＺｎＳシンチレーションカウンタ
ーを用いて測定した。

【００４６】また表３乃至表５に示した耐火性フィラー
は次のようにして作製した。

【００４７】チタン酸鉛系セラミックは、リサージ、酸
化チタン、炭酸カルシウムを重量％でＰｂＯ ６５％、
ＴｉＯ₂ ３０％、ＣａＯ ５％の組成になるように調合
し、混合後、１１００℃で５時間焼成し、次いでこの焼
成物をアルミナボールにて粉砕し、３５０メッシュのス
テンレス製篩を通過させ、平均粒径が５μｍの粉末状と
した。

【００４８】ウイレマイト系セラミックは、亜鉛華、光
学石粉、酸化アルミニウムを重量％でＺｎＯ ７０％、
ＳｉＯ₂ ２５％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ５％の組成になるように調
合し、混合後、１４４０℃で１５時間焼成し、次いでこ
の焼成物を粉砕し、２５０メッシュのステンレス製篩を
通過したものを使用した。

【００４９】β−ユークリプタイトは、炭酸リチウム、
アルミナ、光学石粉をＬｉ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ
₂ の組成になるように調合し、混合後、１２５０℃で５
時間焼成し、次いでこの焼成物を粉砕し、２５０メッシ
ュのステンレス製篩を通過したものを使用した。

【００５０】ジルコン系セラミックは次のようにして作
製した。まず、天然ジルコンサンドを一旦ソーダ分解
し、塩酸に溶解した後、濃縮結晶化を繰り返すことによ
って、α線放出物質であるＵ、Ｔｈの極めて少ないオキ
シ塩化ジルコニウムにし、アルカリ中和後、加熱して精
製ＺｒＯ₂ を得た。さらにこの精製ＺｒＯ₂ に高純度珪
石粉、酸化第二鉄を重量％でＺｒＯ₂ ６６％、ＳｉＯ₂
３２％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ２％の組成になるように調合し、混
合後、１４００℃で１６時間焼成し、次いでこの焼成物
を粉砕し、２５０メッシュのステンレス製篩を通過した
ものを使用した。

【００５１】酸化錫系セラミックは、重量％でＳｎＯ₂
９３％、ＴｉＯ₂ ２％、ＭｎＯ₂ ５％の組成になるよう
に調合し、混合後、１４００℃で１６時間焼成し、次い
でこの焼成物を粉砕し、２５０メッシュのステンレス篩
を通過したものを使用した。

【００５２】ムライト系セラミックは、酸化アルミニウ
ム、光学石粉を３Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ の組成になる
ように調合し、混合後、１６００℃で１０時間焼成し、
次いでこの焼成物を粉砕し、２５０メッシュのステンレ
ス製篩を通過したものを使用した。

【００５３】コーディエライトは、酸化マグネシウム、
酸化アルミニウム、光学石粉を２ＭｇＯ・２Ａｌ₂ Ｏ₃
・５ＳｉＯ₂ の割合になるように調合し、混合後、１４
００℃で１０時間焼成し、次いでこの焼成物を粉砕し、
２５０メッシュのステンレス製篩を通過したものを使用
した。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の低融点封
着用組成物は、ＩＣパッケージ、表示デバイス、磁気ヘ
ッド等の電子部品の封着材料に要求される諸特性を満足
し、特に４００℃以下の低い温度での封着が可能なもの
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量百分率でＰｂＯ ６５．０〜８５．
   ０％、Ｂ₂ Ｏ₃ １．０〜１１．０％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ０．２
   〜１０．０％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ １．０〜１５．０％、ＺｎＯ
   ０〜１０．０％、ＣｕＯ ０〜５．０％、ＳｉＯ₂ ＋
   Ａｌ₂ Ｏ₃ ０〜５．０％、Ｖ₂ Ｏ₅ ０〜５．０％、Ｆ₂
   ０〜６．０％、ＳｎＯ₂ ０〜５．０％の組成を有するガ
   ラスからなることを特徴とする低融点封着用組成物。
2. 【請求項２】 重量百分率でＰｂＯ ６５．０〜８５．
   ０％、Ｂ₂ Ｏ₃ １．０〜１１．０％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ０．２
   〜１０．０％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ １．０〜１５．０％、ＺｎＯ
   ０〜１０．０％、ＣｕＯ ０〜５．０％、ＳｉＯ₂ ＋
   Ａｌ₂ Ｏ₃ ０〜５．０％、Ｖ₂ Ｏ₅ ０〜５．０％、Ｆ₂
   ０〜６．０％、ＳｎＯ₂ ０〜５．０％の組成を有するガ
   ラス４５〜８０体積％と、耐火性フィラー２０〜５５体
   積％からなることを特徴とする低融点封着用組成物。