JP2001097737A - 封着材料 - Google Patents

封着材料

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JP2001097737A JP2000268744A JP2000268744A JP2001097737A JP 2001097737 A JP2001097737 A JP 2001097737A JP 2000268744 A JP2000268744 A JP 2000268744A JP 2000268744 A JP2000268744 A JP 2000268744A JP 2001097737 A JP2001097737 A JP 2001097737A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有毒物質を含有せず、しかも荷重をかけるこ
となく330℃以下の温度でパッケージを封着すること
が可能な封着材料を提供する。 【解決手段】 低融点組成物粉末45〜90体積%と、
耐火性物質粉末10〜55体積%を混合してなり、該低
融点組成物粉末はモル%で、Ag2O 20〜40%、
AgI 0〜20%、P25 20〜45%、PbF2
+ZnF2+BiF 3 2〜25%、PbO+ZnO+C
uO 0〜35%、PbF2+ZnF2+BiF3+Pb
O+ZnO+CuO≦40%の組成を有してなることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は封着材料に関し、より具
体的には半導体集積回路、水晶振動子等の熱に弱い素子
を搭載したパッケージの気密封着に好適な封着材料に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路や水晶振動子等の素子を
搭載した高信頼性のパッケージの気密封着には、低融点
ガラスを用いた封着材料が使用される。
【0003】従来、封着材料としてPbO−B23系ガ
ラス粉末に、チタン酸鉛、ウイレマイト等の低膨張耐火
性物質粉末を添加したものが広く知られているが、この
系のガラスを用いた封着材料は、封着温度を400℃以
下にすることが困難であるため、素子によっては特性が
劣化してしまう場合がある。
【0004】近年このような事情から、より低い温度で
封着できる封着材料の開発が進められている。例えば特
表昭63−502583号には、PbO−V25−Bi
23系ガラスを使用した封着材料が開示され、また特開
昭63−315536号には、PbO−Tl2O−B2
3系ガラスを使用した封着材料が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記特表昭63−50
2583号に開示の封着材料は、封着温度を330℃程
度にまで低下させることが可能である。しかしながらこ
のような低い温度で封着するためには、封着時に金属ク
リップ等によって相当の荷重をかけなければならない。
一方特開昭63−315536号の封着材料について
も、封着温度を330℃程度にすることが可能である
が、毒性の強いTl2Oを多量含有するため、製造時や
封着作業時に粉塵の飛散を防ぐ設備を必要とする等、実
用上問題がある。
【0006】本発明の目的は、有毒物質を含有せず、し
かも荷重をかけることなく330℃以下の温度でパッケ
ージを封着することが可能な封着材料を提供することで
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の封着材料は、低
融点組成物粉末45〜90体積%と、耐火性物質粉末1
0〜55体積%を混合してなり、該低融点組成物粉末は
モル%で、Ag2O20〜40%、AgI 0〜20
%、P25 20〜45%、PbF2+ZnF2+BiF
3 2〜25%、PbO+ZnO+CuO 0〜35
%、PbF2+ZnF2+BiF3+PbO+ZnO+C
uO≦40%の組成を有してなることを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明の封着材料において、低融点組成物は非
晶質ガラス、結晶性ガラス及び結晶物の何れかの形態を
とる。非晶質ガラス及び結晶性ガラスは転移点が150
〜230℃と非常に低く、300〜330℃の加熱で十
分流動する。また結晶物は融点が非常に低く、300〜
330℃の加熱で再溶融して粘性の低い液体となる。な
お結晶物は、原料を一旦融液化し、次いで冷却して結晶
を析出させた後、これを粉砕したものである。
【0009】本発明の封着材料において、低融点組成物
の組成範囲を上記のように限定した理由を以下に述べ
る。
【0010】Ag2O及びAgIは、低融点組成物の主
成分であるとともに、水に非常に溶け難いために組成物
の化学耐久性を高める効果がある。Ag2Oが20%よ
り少ないと低融点組成物の粘性が高くなり、また化学耐
久性が低下する。一方Ag2Oが40%より多いとき、
或いはAgIが20%より多いときは融液化が困難にな
る。なお同様の目的で、さらにAgI以外のハロゲン化
銀を添加することができる。この場合、Ag2Oとハロ
ゲン化銀の合量は85%以下に制限される。
【0011】P25は、Ag2OやAgIとともに低融
点組成物の主成分である。P25が20%より少ないと
融液化が困難になり、45%より多いと低融点組成物の
粘性が高くなる。なお同様の目的で、さらにGeO2
WO3、MoO3を添加することができる。この場合、P
25、GeO2、WO3、MoO3の合量は50%以下に
制限される。
【0012】PbF2、ZnF2、BiF3、PbO、Z
nO、及びCuOは、低融点組成物の安定性の増大、化
学耐久性の改善、及び熱膨張係数の低減に効果がある。
これらの成分のうち、PbF2、ZnF2、BiF3の合
量が2%より少ないとその効果がない。またPbF2
ZnF2、BiF3の合量が25%より多いとき、或いは
PbO、ZnO、CuOの合量が35%より多いとき
は、低融点組成物の粘性が高くなる。またPbF2、Z
nF2、BiF3、PbO、ZnO、CuOの合量は40
%以下に制限される。なお同様の目的で、さらに上記以
外のPb、Zn、Bi、Cuの酸化物やハロゲン化物、
或いはBa,Sr、Ca、Mnの酸化物やハロゲン化物
を添加することができる。ただしこの場合も、Pb,B
a、Sr、Ca、Zn,Cu、Mn、Biの酸化物やハ
ロゲン化物の合量は40%以下に制限される。
【0013】また上記以外にも、P25の働きを補助す
る目的でTeO2、V25、B23、Nb25、Ta2
5、Fe23、SiO2、Al23を添加することができ
る。この場合、これらの成分は合量で25%以下に制限
される。
【0014】なお、本発明でいうハロゲン化物とは、フ
ッ化物、塩化物、臭化物又はヨウ化物のことであり、金
属元素が同じ場合、これらを使用することにより、酸化
物を使用する場合よりもさらにガラスの粘性を低下させ
ることができる。
【0015】ところで以上の組成を有する低融点組成物
は、30〜150℃(又は200℃)における熱膨張係
数が150〜220×10-7/℃と非常に高く、また機
械的強度が不十分である。このため封着の対象となるパ
ッケージに適合するように熱膨張係数を調整したり、機
械的強度を増大させる必要がある。
【0016】本発明の封着材料は、上記した低融点組成
物の粉末に、耐火性物質粉末を混合してなるために、封
着の対象となるパッケージに適した熱膨張係数が得ら
れ、また十分な機械的強度を有する。
【0017】耐火性物質のうち、主に熱膨張係数を低下
させるものとしては、NbZr(PO43やSr0.5
2312等のNaZr2(PO43型固溶体、チタン
酸鉛及びその固溶体、ウイレマイト、コージエライト、
ジルコン、酸化すず、β−ユークリプタイト、リン酸ジ
ルコニウム、五酸化ニオブ、石英ガラス、ムライト、チ
タン酸アルミニウム等を使用することができる。
【0018】また主に機械的強度を増大させるものとし
ては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、すず酸亜鉛、
マグネシア、石英、スピネル、ガーナイト等を使用する
ことができる。
【0019】なお、上記したような耐火性物質粉末は、
2種以上を混合して使用しても良い。
【0020】次に本発明の封着材料において、低融点組
成物粉末と耐火性物質粉末の混合割合を先記のように限
定した理由を以下に述べる。
【0021】低融点組成物粉末が90体積%より多い場
合、即ち耐火性物質粉末が10体積%より少ない場合は
上記した効果を得ることができない。一方、低融点組成
物粉末が45体積%より少ない場合、即ち耐火性物質粉
末が55体積%より多い場合は封着材料が流動しなくな
る。
【0022】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の封着材料を
説明する。
【0023】低融点組成物粉末として、次のようにして
調製した結晶性のガラス粉末を使用した。
【0024】モル%でAg2O 27%、AgI 5
%、P25 36%、ZnF2 5%、PbO 27%
の組成になるように、酸化銀、ヨウ化銀、正リン酸、リ
ン酸鉛、フッ化亜鉛を混合し、白金坩堝を用いて700
℃で2時間溶融した後、成形、粉砕し、250メッシュ
の篩を通過させて平均粒径7μmのガラス粉末とした。
このガラス粉末は330℃に加熱すると、流動した後に
結晶化し、またその熱膨張係数は205×10-7/℃で
あった。
【0025】耐火性物質粉末としては、ジルコン粉末を
使用した。
【0026】ジルコン粉末は、低α線タイプのジルコニ
ア、シリカ、及び酸化第二鉄をZrO2 65.9%、
SiO2 32.2%、Fe23 1.9%の組成にな
るように混合し、1450℃で16時間焼成した後、粉
砕し、平均粒径5μmの粉末としたものを使用した。
【0027】次にガラス粉末80体積%と、ジルコン粉
末20体積%を混合して試料を作製した。このようにし
て得られた試料は封着温度が330℃、30〜200℃
における熱膨張係数が170×10-7/℃であった。
【0028】この試料を用いて、銅をベースとする合金
(熱膨張係数 180×10-7/℃)からなるパッケー
ジを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【0029】なお転移点及び熱膨張係数は石英押棒式の
熱膨張計を用いて求めた。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明の封着材料
は、有毒物質を含まず、また荷重をかけることなく30
0〜330℃と極めて低い温度で封着することができる
ため、熱に敏感な半導体集積回路や水晶振動子等を搭載
したパッケージの封着に好適である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低融点組成物粉末45〜90体積%と、
    耐火性物質粉末10〜55体積%を混合してなり、該低
    融点組成物粉末はモル%で、Ag2O 20〜40%、
    AgI 0〜20%、P25 20〜45%、PbF2
    +ZnF2+BiF3 2〜25%、PbO+ZnO+C
    uO 0〜35%、PbF2+ZnF2+BiF3+Pb
    O+ZnO+CuO≦40%の組成を有してなることを
    特徴とする封着材料。
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