JP2012140259A - Method for producing sheath tube for sealing semiconductor and sheath tube for sealing semiconductor - Google Patents

Method for producing sheath tube for sealing semiconductor and sheath tube for sealing semiconductor Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a sheath tube for sealing a semiconductor where a semiconductor element is sealed at a low temperature and which is excellent in acid resistance.SOLUTION: The method for producing the sheath tube for sealing the semiconductor is characterized by including a step to produce a glass tube with SiO-BO-RO-based lead-free glass having a corresponding temperature to a viscosity of 10dPa s of 650°C or below and a content of BOof 15.5 mol% or more and a step to surface-treat the glass tube with an acidic solution having a pH value of 3-6 or an alkaline solution having a pH value of 8-12.

Description

本発明は、半導体封入用外套管の製造方法に関し、具体的にはシリコンダイオード、発光ダイオード、サーミスタ等の半導体素子の封入に用いられる半導体封入用外套管の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor encapsulating outer tube, and more specifically to a method for manufacturing a semiconductor enclosing outer tube used for encapsulating semiconductor elements such as silicon diodes, light emitting diodes, and thermistors.

サーミスタ、ダイオード、LED等の半導体素子は、気密封入が必要になる。従来、半導体素子を気密封入するための外套管は、鉛ガラス製のものが使用されてきたが、近年は特許文献1や特許文献2に紹介されるSiO−B−RO(Rはアルカリ金属元素)系の組成を有する無鉛ガラスで作製したものも提案されている。 Semiconductor elements such as thermistors, diodes, and LEDs need to be hermetically sealed. Conventionally, lead tubes made of lead glass have been used for hermetically sealing semiconductor elements. In recent years, SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O introduced in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 have been used. A product made of lead-free glass having a composition (R is an alkali metal element) has also been proposed.

半導体封入用外套管は、ガラス原料を溶融窯で溶融し、溶融ガラスを管状に成形した後、得られたガラス管を長さ約2mm程度に切断して、洗浄し、ビーズと呼ばれる短いガラス外套管を得ている。半導体封入部品の組み立ては、半導体素子とジュメット線等の金属線を外套管に挿入し、加熱することにより行われる。この加熱により、外套管端部でガラスが軟化して金属線を熔封し、半導体素子を管内に気密封入することができる。このようにして作製された半導体封入部品は、管外に露出した金属線の酸化膜を除去する目的で酸処理やメッキ処理等が行われる。   The outer tube for encapsulating a semiconductor is made by melting a glass raw material in a melting furnace, forming the molten glass into a tubular shape, then cutting the obtained glass tube into a length of about 2 mm, washing it, and cleaning it. Getting a tube. The assembly of the semiconductor encapsulated component is performed by inserting a semiconductor element and a metal wire such as a dumet wire into a mantle tube and heating. By this heating, the glass is softened at the end portion of the outer tube, the metal wire is sealed, and the semiconductor element can be hermetically sealed in the tube. The semiconductor encapsulated part thus manufactured is subjected to acid treatment, plating treatment, or the like for the purpose of removing the oxide film of the metal wire exposed outside the tube.

半導体封入用外套管を構成する半導体封入用ガラスには、(1)素子が劣化したり、金属の降伏点を越えて弾性を失うことによる金属線の接触不良が生じたりしないように、低温で封入できること、(2)金属線の熱膨張係数に整合した熱膨張係数を有すること、(3)ガラスと金属線の接着性が十分に高いこと、(4)体積抵抗が高いこと、(5)酸処理、メッキ処理等によって劣化しないように耐薬品性、特に耐酸性が十分に高いこと、等の特性が要求される。   The glass for semiconductor encapsulation that constitutes the outer tube for semiconductor encapsulation includes (1) low temperature so that the element does not deteriorate or the metal wire contact failure due to loss of elasticity beyond the yield point of the metal occurs. (2) It has a thermal expansion coefficient that matches the thermal expansion coefficient of the metal wire, (3) Adhesiveness between the glass and the metal wire is sufficiently high, (4) The volume resistance is high, (5) Characteristics such as sufficiently high chemical resistance, particularly acid resistance are required so as not to be deteriorated by acid treatment, plating treatment or the like.

特開平2002−37641号公報JP-A-2002-37641 米国特許第7102242号公報US Pat. No. 7,102,242

従来、外套管材質として鉛ガラスが採用されていた理由は、低融点化が容易であることによる。しかも鉛ガラスは、硫酸溶液に接するとガラス表面に硫酸に難溶性の硫酸鉛層が形成されるために耐硫酸性に優れている。それゆえ半導体素子封入後の酸処理やメッキ処理で外套管表面が劣化することがない。ところが、SiO−B−RO系の無鉛ガラスは、このような硫酸に難溶性の層が表面に形成されないことから、耐酸性が低いという欠点がある。耐酸性の低いガラスを酸処理やメッキ処理すると、ガラス表面が劣化して細かいクラックが生じる。ガラス表面にこのようなクラックが存在すると様々な汚れや水分が付着しやすく、素子の表面抵抗が下がって電気製品の不具合を生じることがある。ところが耐酸性を向上させるために、ガラス組成中のSiOなどのガラスの骨格成分の含有量を増やしたり、アルカリ金属成分の含有量を減らしたりすると、低温封入が困難になる。 Conventionally, the reason why lead glass has been adopted as a material for the outer tube is that it is easy to lower the melting point. Moreover, lead glass is excellent in sulfuric acid resistance because a lead sulfate layer hardly soluble in sulfuric acid is formed on the glass surface when it comes into contact with a sulfuric acid solution. Therefore, the outer tube surface is not deteriorated by the acid treatment or the plating treatment after the semiconductor element is sealed. However, the SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass has a drawback in that the acid resistance is low because a layer hardly soluble in sulfuric acid is not formed on the surface. When glass with low acid resistance is acid-treated or plated, the glass surface deteriorates and fine cracks are generated. If such a crack exists on the glass surface, various stains and moisture are likely to adhere to the surface of the glass, and the surface resistance of the device may be lowered, resulting in a malfunction of the electrical product. However, if the content of the skeletal component of the glass such as SiO 2 in the glass composition is increased or the content of the alkali metal component is decreased in order to improve acid resistance, low-temperature encapsulation becomes difficult.

本発明の課題は、低温で半導体素子を封入可能であり、しかも耐酸性に優れた半導体封入用外套管を製造する方法と、この方法によって作製された半導体封入用外套管を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a semiconductor encapsulation envelope capable of encapsulating a semiconductor element at a low temperature and excellent in acid resistance, and to provide a semiconductor encapsulation envelope manufactured by this method. .

本発明者等の検討の結果、Bを多量に含有する低粘性のSiO−B−RO系無鉛ガラスで作製した外套管を液体で表面処理して耐酸バリア層を形成することにより、上記課題を解決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。 Results of the study by the present inventors, oxidation barrier layer mantle tube manufactured in low viscosity SiO 2 -B 2 O 3 -R 2 O -based lead-free glass containing B 2 O 3 in a large amount and a surface treatment with a liquid It is found that the above-mentioned problems can be solved by forming the, and is proposed as the present invention.

本発明の半導体封入用外套管の製造方法は、SiO−B−RO系無鉛ガラスにてガラス管を作製する工程と、前記ガラス管を酸性溶液又はアルカリ性溶液で表面処理する工程とを含むことを特徴とする。「RO」とは、アルカリ金属酸化物であるLiO、NaO及び/又はKOを意味する。「無鉛」とは、ガラス原料として積極的に鉛原料を添加しないという意味であり、不純物等からの混入を完全に排除するものではない。より客観的には、ガラス中に含まれるPbOの含有量が、不純物を含めて0.1質量%以下であると定義することができる。「酸性溶液」とはpH6以下の溶液を意味し、「アルカリ性溶液」とはpH8以上の溶液を意味する。 The manufacturing method of the outer tube for semiconductor encapsulation of the present invention includes a step of producing a glass tube with SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass, and a surface treatment of the glass tube with an acidic solution or an alkaline solution. And a process. “R 2 O” means Li 2 O, Na 2 O and / or K 2 O which are alkali metal oxides. “Lead-free” means that a lead raw material is not actively added as a glass raw material, and does not completely exclude contamination from impurities. More objectively, it can be defined that the content of PbO contained in the glass is 0.1% by mass or less including impurities. “Acid solution” means a solution having a pH of 6 or less, and “alkaline solution” means a solution having a pH of 8 or more.

酸がガラスを劣化させるメカニズムは、次のように考えられる。まず酸性溶液中のプロトンがガラス中のアルカリ金属成分とイオン交換する。またガラスの網目構造を形成するSi成分が水和してガラス構造が弱められる。さらにB成分等のSi以外の網目構造成分が溶け出してSiのゲルができる。これが溶液中に拡散して新しい表面ができると、またイオン交換が始まるというものである。それゆえプロトンとガラス中のアルカリ金属成分とのイオン交換反応を抑制できれば、ガラスの耐酸性を向上させることができる。   The mechanism by which the acid degrades the glass is considered as follows. First, protons in the acidic solution ion exchange with the alkali metal component in the glass. Further, the Si component forming the glass network structure is hydrated and the glass structure is weakened. Further, a network component other than Si, such as B component, dissolves to form Si gel. When this diffuses into the solution and a new surface is created, ion exchange begins again. Therefore, if the ion exchange reaction between protons and the alkali metal component in the glass can be suppressed, the acid resistance of the glass can be improved.

そこで上記本発明では、表面処理によって、ガラス表面のアルカリ金属成分をプロトンとイオン交換し、アルカリ金属成分の含有量が少ないイオン交換層をガラス表面に形成しようというものである。このイオン交換層の存在によって、後の酸処理やメッキ処理でのイオン交換反応を起こし難くすることができる。   Therefore, in the present invention, an alkali exchange component on the glass surface is ion-exchanged with protons by surface treatment to form an ion exchange layer having a low alkali metal component content on the glass surface. The presence of this ion exchange layer makes it difficult to cause an ion exchange reaction in the subsequent acid treatment or plating treatment.

本発明の方法においてはSiO−B−RO系無鉛ガラスの10dPa・sの粘度に相当する温度が650℃以下であることが好ましい。ここで「10dPa・sの粘度に相当する温度」とは、以下の方法で求めた温度を意味する。まずASTM C338に準拠するファイバ法により軟化点を測定する。また白金球引き上げ法により作業点領域の粘度に相当する温度を求める。次にこれらの粘度と温度をFulcherの式に当てはめて、10dPa・sにおける温度を算出する。なお10dPa・sの粘度に相当する温度は、半導体素子を封入する温度に相当する。 In the method of the present invention, the temperature corresponding to the viscosity of 10 6 dPa · s of the SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass is preferably 650 ° C. or less. Here, “temperature corresponding to a viscosity of 10 6 dPa · s” means a temperature obtained by the following method. First, the softening point is measured by a fiber method conforming to ASTM C338. Further, a temperature corresponding to the viscosity of the working point region is obtained by a platinum ball pulling method. Next, these viscosities and temperatures are applied to the Fulcher equation to calculate the temperature at 10 6 dPa · s. Note that a temperature corresponding to a viscosity of 10 6 dPa · s corresponds to a temperature at which the semiconductor element is sealed.

本発明の方法においては、特にpH3〜6の酸性溶液、又はpH8〜12のアルカリ性溶液を用いて表面処理することが好ましい。   In the method of the present invention, the surface treatment is particularly preferably performed using an acidic solution having a pH of 3 to 6 or an alkaline solution having a pH of 8 to 12.

既述の通り、予めガラス表面をイオン交換しておくことにより、ガラス表面のアルカリ金属成分の含有量を減少させておくことができる。ところがイオン交換を必要以上に行うと、ガラス表面にSiを主成分とする硬い層が形成されてしまう。半導体素子封入時の熱処理によって外套管内面が軟化して表面積が減少し内径が縮小すると、この硬い層は軟化し難いことから、折り畳まれた状態となり易く、これが白いシワに見える。このシワは気密不良の原因となる。   As described above, the content of the alkali metal component on the glass surface can be reduced by previously ion-exchanging the glass surface. However, if ion exchange is performed more than necessary, a hard layer mainly composed of Si is formed on the glass surface. When the inner surface of the outer tube is softened by heat treatment at the time of encapsulating the semiconductor element, the surface area is reduced and the inner diameter is reduced, the hard layer is difficult to soften, so it is likely to be folded and looks like white wrinkles. This wrinkle causes poor airtightness.

このような場合に上記構成を採用すれば、過度のイオン交換反応を抑制し、ガラスの網目構造を破壊しない程度にアルカリを選択的に溶出させることが容易になる。また表面にSiを主成分とする硬い層が形成されにくくなり、素子封入のための熱処理を行っても外套管表面にシワが発生し難くなる。   Adopting the above configuration in such a case makes it easy to selectively elute alkali to the extent that excessive ion exchange reaction is suppressed and the network structure of the glass is not destroyed. Further, a hard layer containing Si as a main component is hardly formed on the surface, and wrinkles are hardly generated on the outer tube surface even when heat treatment for element encapsulation is performed.

本発明の方法においては、Bが15.5モル%以上の組成を有するSiO−B−RO系無鉛ガラスにてガラス管を作製することが好ましい。より具体的には、モル%で、SiO 46〜60%、Al 0〜6%、B 15.5〜30%、MgO 0〜10%、CaO 0〜10%、ZnO 0〜20%、LiO 0〜25%、NaO 0〜15%、KO 0〜7%、TiO 0〜8%含有するSiO−B−RO系無鉛ガラスにてガラス管を作製することが好ましい。 In the method of the present invention, it is preferable to prepare a glass tube with SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass having a composition of B 2 O 3 of 15.5 mol% or more. More specifically, in mol%, SiO 2 46~60%, Al 2 O 3 0~6%, B 2 O 3 15.5~30%, 0~10% MgO, CaO 0~10%, ZnO 0~20%, Li 2 O 0~25% , Na 2 O 0~15%, K 2 O 0~7%, SiO 2 -B 2 O 3 -R 2 O -based lead-free, containing TiO 2 0 to 8% It is preferable to produce a glass tube with glass.

SiO−B−RO系無鉛ガラスにおいて、Bは封入温度(10dPa・sの粘度に相当する温度)を低温化する効果がある。その反面、Bはガラスの耐酸性を低下させる成分である。よってBを多量に含有するSiO−B−RO系無鉛ガラスで半導体封入用外套管を作製する場合に本発明の方法を適用すれば、顕著な効果を享受することができる。 In the SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass, B 2 O 3 has an effect of lowering the sealing temperature (temperature corresponding to a viscosity of 10 6 dPa · s). On the other hand, B 2 O 3 is a component that lowers the acid resistance of the glass. Thus by applying the method of the present invention in the case of manufacturing a SiO 2 -B 2 O 3 -R 2 semiconductor encapsulating cannula with O-based lead-free glass containing B 2 O 3 in a large amount, enjoys a remarkable effect be able to.

本発明の半導体封入用外套管は、上記方法により作製されてなることを特徴とする。   The outer tube for semiconductor encapsulation of the present invention is manufactured by the above method.

上記方法により作製された外套管は、その表面にアルカリ含有量が少ないイオン交換層が形成され、この層が耐酸性バリア層として機能する。   The outer tube manufactured by the above method has an ion exchange layer with a low alkali content formed on the surface thereof, and this layer functions as an acid-resistant barrier layer.

本発明の方法を用いて作製した半導体封入用外套管は、低温で半導体素子を封入できる。また耐酸性に優れるため、素子封入後に酸処理を施しても、イオン交換による表面の微細なクラックが生じ難いことから信頼性の高い半導体封入部品を作製することができる。   A semiconductor encapsulating tube manufactured by using the method of the present invention can encapsulate a semiconductor element at a low temperature. Moreover, since it is excellent in acid resistance, even if an acid treatment is performed after element encapsulation, a highly reliable semiconductor encapsulated part can be produced because fine cracks on the surface due to ion exchange hardly occur.

本発明の方法は、10dPa・sの粘度に相当する温度が650℃以下であるSiO−B−RO系無鉛ガラスを用いてガラス管を作製する工程と、前記ガラス管を酸性溶液又はアルカリ性溶液で表面処理する工程とを含む。 The method of the present invention comprises a step of producing a glass tube using SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass having a temperature corresponding to a viscosity of 10 6 dPa · s of 650 ° C. or less, and the glass Surface treating the tube with an acidic or alkaline solution.

まず10dPa・sの粘度に相当する温度が650℃以下であるSiO−B−RO系無鉛ガラスを用いてガラス管を作製する工程について説明する。 First, a process for producing a glass tube using SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass having a temperature corresponding to a viscosity of 10 6 dPa · s of 650 ° C. or less will be described.

この工程において使用するSiO−B−RO系無鉛ガラスは、10dPa・sの粘度に相当する温度が620〜650℃、特に620〜635℃であることが好ましい。10dPa・sの粘度の温度は、概ね半導体素子の封入温度に相当する。それゆえ本発明の方法で作製される外套管は、650℃以下で半導体素子を封入することができる。なお10dPa・sの粘度の温度を650℃以下とするためには、LiOをアルカリ成分の中でも多く含有させること、Bを多量に含有すること等により達成することができる。 The SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass used in this step preferably has a temperature corresponding to a viscosity of 10 6 dPa · s of 620 to 650 ° C., particularly 620 to 635 ° C. The viscosity temperature of 10 6 dPa · s generally corresponds to the sealing temperature of the semiconductor element. Therefore, the outer tube manufactured by the method of the present invention can enclose the semiconductor element at 650 ° C. or lower. In addition, in order to make the temperature of the viscosity of 10 6 dPa · s to 650 ° C. or less, it can be achieved by containing a large amount of Li 2 O among alkali components, a large amount of B 2 O 3, and the like. .

上記SiO−B−RO系無鉛ガラスは、10dPa・sの粘度に相当する温度が1000℃以下、特に950〜965℃であることが好ましい。10dPa・sの粘度に相当する温度はガラスを溶融する温度である。それゆえ本発明に使用するSiO−B−RO系無鉛ガラスは、低温でエネルギー消費を抑えて溶融することができる。なお10dPa・sの粘度に相当する温度を1000℃以下とするためには、アルカリ金属酸化物やZnOを増量することにより達成することができる。特にこの温度を965℃以下にするにはZnOを7.4%以上とすることが望ましい。 The SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass preferably has a temperature corresponding to a viscosity of 10 2 dPa · s of 1000 ° C. or less, particularly 950 to 965 ° C. The temperature corresponding to a viscosity of 10 2 dPa · s is a temperature for melting the glass. Therefore, the SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass used in the present invention can be melted at a low temperature while suppressing energy consumption. In order to set the temperature corresponding to the viscosity of 10 2 dPa · s to 1000 ° C. or less, it can be achieved by increasing the amount of alkali metal oxide or ZnO. In particular, in order to make this temperature 965 ° C. or lower, it is desirable to make ZnO 7.4% or higher.

上記SiO−B−RO系無鉛ガラスは、ジュメットとシールするために、30℃〜380℃の範囲における熱膨張係数が85〜105×10−7/℃であることが好ましい。 The SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass preferably has a thermal expansion coefficient in the range of 30 ° C. to 380 ° C. of 85 to 105 × 10 −7 / ° C. in order to seal with dumet. .

上記SiO−B−RO系無鉛ガラスは、体積抵抗が極力高いことが好ましい。具体的には150℃における体積抵抗値が、Logρ(Ω・cm)で7以上、特に9以上、さらには10以上であることが望ましい。また200℃程度の高温でダイオード等を使用する場合には、250℃における体積抵抗値がLogρ(Ω・cm)で7以上あることが望ましい。なおガラスの体積抵抗が低いと、例えばダイオードの場合は電極間にわずかに電気が流れるようになり、あたかもダイオードに平行して抵抗体を設置したような回路を生じてしまう。 The SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass preferably has a volume resistance as high as possible. Specifically, the volume resistance value at 150 ° C. is preferably 7 or more, particularly 9 or more, and more preferably 10 or more in Logρ (Ω · cm). When a diode or the like is used at a high temperature of about 200 ° C., the volume resistance value at 250 ° C. is preferably 7 or more in Log ρ (Ω · cm). If the volume resistance of glass is low, for example, in the case of a diode, a slight amount of electricity flows between the electrodes, resulting in a circuit as if a resistor was installed in parallel with the diode.

10dPa・sの粘度に相当する温度が650℃以下であるSiO−B−RO系無鉛ガラスとしては、Bが15.5モル%以上の組成を有するSiO−B−RO系無鉛ガラス、より具体的には、モル%で、SiO 46〜60%、Al 0〜6%、B 15.5〜30%、MgO 0〜10%、CaO 0〜10%、ZnO 0〜20%、LiO 0〜25%、NaO 0〜15%、KO 0〜7%、TiO 0〜8%含有するSiO−B−RO系無鉛ガラスが好適に使用できる。なお上記組成は一例であり、この範囲に限定されるものではない。 As the SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass having a temperature corresponding to a viscosity of 10 6 dPa · s of 650 ° C. or less, SiO 2 having a composition of 25.5 mol% or more of B 2 O 3 is used. 2- B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass, more specifically, mol%, SiO 2 46-60%, Al 2 O 3 0-6%, B 2 O 3 15.5-30% , 0~10% MgO, CaO 0~10% , 0~20% ZnO, Li 2 O 0~25%, Na 2 O 0~15%, K 2 O 0~7%, TiO 2 0~8% content SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass can be suitably used. In addition, the said composition is an example and is not limited to this range.

ガラス組成を上記の範囲に限定した理由を以下に説明する。なお、以下の%表示は、特に断りがある場合を除き、モル%を指す。   The reason why the glass composition is limited to the above range will be described below. In addition, the following% display points out mol% unless there is particular notice.

SiOは、主成分でありガラスの安定化に重要な成分である。また耐酸性の向上に大きな効果がある。一方、SiOは封止温度を上昇させる成分でもある。SiOの含有量は46〜60%、好ましくは46〜59.9%、より好ましくは48.2〜57.9%、さらに好ましくは50.2〜53.7%である。SiOの含有量が少なすぎると上記した効果を享受し難くなる。逆にSiOの含有量が多すぎると低温封入が困難になる。 SiO 2 is a main component and an important component for stabilizing the glass. It also has a great effect on improving acid resistance. On the other hand, SiO 2 is also a component that raises the sealing temperature. The content of SiO 2 is 46 to 60%, preferably 46 to 59.9%, more preferably 48.2 to 57.9%, and further preferably 50.2 to 53.7%. When the content of SiO 2 is too small it becomes difficult to enjoy the effects described above. On the other hand, if the SiO 2 content is too large, low-temperature encapsulation becomes difficult.

Alは、Siを含有する結晶の析出を抑え、また耐水性を高める成分である。一方、Alはガラスの粘性を上昇させる成分でもある。Alの含有量は0〜6%、好ましくは0.1〜4%、さらに好ましくは0.4〜3%である。Alの含有量が少なすぎると上記した効果が得られなくなる。逆にAlの含有量が多すぎるとガラスの粘性が高くなり過ぎて成形性が低下し易くなる。また低温封入が困難になる。 Al 2 O 3 is a component that suppresses precipitation of crystals containing Si and increases water resistance. On the other hand, Al 2 O 3 is also a component that increases the viscosity of the glass. The content of Al 2 O 3 is 0 to 6%, preferably 0.1 to 4%, more preferably 0.4 to 3%. If the content of Al 2 O 3 is too small, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the content of Al 2 O 3 is too large, the viscosity of the glass becomes too high and the moldability tends to be lowered. Also, low temperature encapsulation becomes difficult.

は、ガラスを安定化させる成分であるとともに、ガラスの粘性を低下させる成分である。一方、Bは耐薬品性を低下させる成分でもある。Bの含有量は15.5〜30%、好ましくは15.8〜25%、さらに好ましくは16.1〜18.2%である。Bの含有量が少なすぎると上記した効果を享受し難くなる。逆にBの含有量が多すぎると耐酸性が悪くなる。 B 2 O 3 is a component that stabilizes the glass and lowers the viscosity of the glass. On the other hand, B 2 O 3 is also a component that lowers chemical resistance. The content of B 2 O 3 is 15.5 to 30%, preferably 15.8 to 25%, more preferably 16.1 to 18.2%. If the content of B 2 O 3 is too small it becomes difficult to enjoy the effects described above. On the other hand, when the content of B 2 O 3 is too large, the acid resistance is deteriorated.

アルカリ土類金属酸化物(MgO、CaO、SrO、BaO)はガラスを安定化させる効果が高い。その一方で、10dPa・sの粘度に相当する温度が650℃以下のガラスにおいては、アルカリ土類金属酸化物によるガラスの低温化効果は期待できず、むしろ封入温度を上昇させるおそれがある。このためアルカリ土類金属酸化物の総量は少ない方が好ましく、その含有量は合量で0〜10%、0〜8%、特に0〜6%であることが望ましい。なお各アルカリ土類金属酸化物成分については以下に述べる。 Alkaline earth metal oxides (MgO, CaO, SrO, BaO) have a high effect of stabilizing the glass. On the other hand, in a glass having a temperature corresponding to a viscosity of 10 6 dPa · s of 650 ° C. or lower, the effect of reducing the temperature of the glass by the alkaline earth metal oxide cannot be expected, and the encapsulation temperature may be increased. . For this reason, it is preferable that the total amount of the alkaline earth metal oxide is small, and the total content is preferably 0 to 10%, 0 to 8%, particularly preferably 0 to 6%. Each alkaline earth metal oxide component is described below.

MgOとCaOの含有量は、各々0〜10%、好ましくは各々0〜5%、さらに好ましくは各々0〜2%である。MgOやCaOの含有量が多すぎるとガラスの粘度が高くなり溶融が困難になる。なおCaOは上記したアルカリ土類金属酸化物共通の効果に加えて、耐薬品性を向上させる効果もある。   The contents of MgO and CaO are each 0 to 10%, preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 2%. When there is too much content of MgO or CaO, the viscosity of glass will become high and it will become difficult to fuse | melt. CaO has the effect of improving chemical resistance in addition to the effects common to the alkaline earth metal oxides described above.

ZnOはアルカリ金属酸化物に比べて膨張を上げずに、また耐酸性を劣化させずにガラスの粘性を低下させることができる成分である。ZnOの含有量は0〜20%、好ましくは1〜15%、さらに好ましくは2〜12%である。ZnOが多すぎるとガラスが失透し易くなる。   ZnO is a component that can lower the viscosity of the glass without increasing the expansion and without deteriorating the acid resistance as compared with the alkali metal oxide. The content of ZnO is 0 to 20%, preferably 1 to 15%, more preferably 2 to 12%. When there is too much ZnO, it will become easy to devitrify glass.

アルカリ金属酸化物(LiO、NaO、KO)は、ガラスの粘性を下げたり、膨張を上げたりする効果がある。特にLiOはガラスの粘性を低下させる効果が高いこと、及びイオン半径が小さくプロトンとイオン交換されてもガラスがあまり体積収縮しないことから、上記組成のガラスでは必須成分として使用することが好ましい。一方、アルカリ金属酸化物の総量が多すぎると、膨張が高くなりすぎてジュメット等の金属線との間でクラックを生じる。またガラスの耐酸性を悪化させる。それゆえアルカリ金属酸化物は合量で10〜30%、特に20〜30%、21〜28%であることが好ましい。なお各アルカリ金属酸化物成分については以下に述べる。 Alkali metal oxides (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O) have the effect of lowering the viscosity of the glass or increasing the expansion. In particular, Li 2 O is preferably used as an essential component in the glass having the above composition because the glass has a high effect of reducing the viscosity of the glass and the glass does not shrink much even when ion exchange is performed with a small ion radius. . On the other hand, if the total amount of the alkali metal oxide is too large, the expansion becomes too high and a crack is generated between the metal wires such as dumet. Moreover, the acid resistance of glass is deteriorated. Therefore, the total amount of alkali metal oxides is preferably 10 to 30%, particularly 20 to 30% and 21 to 28%. Each alkali metal oxide component will be described below.

LiOは上記したようにガラスの粘性を低下させる効果が大きく、イオン半径が小さいためガラス内の移動速度が大きく、またクラックを生じにくいため、本発明の効果を高めるためには極力多く導入することが望ましい。その含有量が多くなるとLiを含有する結晶を生じさせやすいが、アルカリの減少率を他のアルカリよりも緩和させる効果がありシワを改善できる。このためLiOの含有量は0〜25%、好ましくは0.1〜25%、より好ましくは4〜20%、特に好ましくは5〜19%、さらに好ましくは9〜19%である。LiOの含有量が少なすぎると上記した効果を享受し難くなる。一方、LiOの含有量が多すぎると失透し易くなる。 As described above, Li 2 O has a large effect of reducing the viscosity of the glass, and since the ion radius is small, the moving speed in the glass is large and cracks are not easily generated. Therefore, as much as possible is introduced to enhance the effect of the present invention. It is desirable to do. When the content is increased, crystals containing Li are likely to be produced, but there is an effect of relaxing the alkali reduction rate more than other alkalis and wrinkles can be improved. For this reason, the content of Li 2 O is 0 to 25%, preferably 0.1 to 25%, more preferably 4 to 20%, particularly preferably 5 to 19%, and further preferably 9 to 19%. When the Li 2 O content is too small it becomes difficult to enjoy the effects described above. On the other hand, easily devitrified when the content of Li 2 O is too large.

また上述の通り、LiOはガラスの粘度を下げる効果とクラックの発生を防止する効果が最も高いので、本発明ではアルカリ金属酸化物の総量に占めるLiOの割合を一定以上とすることが望ましい。LiOを含有させる場合、LiO/(LiO+NaO+KO)の値がモル%基準で0.05〜0.9、特に0.1〜0.9、さらには0.3〜0.8とすることが好ましい。なおこの値が大きすぎるとガラス中に結晶が生じる可能性がある。 Further, as described above, Li 2 O has the highest effect of lowering the viscosity of the glass and the effect of preventing the occurrence of cracks. Therefore, in the present invention, the proportion of Li 2 O in the total amount of the alkali metal oxide is set to a certain level or more. Is desirable. When Li 2 O is contained, the value of Li 2 O / (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is 0.05 to 0.9, particularly 0.1 to 0.9, and even 0.3 on a mol% basis. It is preferable to set it to -0.8. If this value is too large, crystals may be formed in the glass.

また封入温度の低温化の観点から、LiO/SiOの値をモル%基準で0.05〜0.5、特に0.1〜0.4、さらには0.15〜0.35とすることが好ましい。なおこの値が小さすぎると650℃での封入が難しくなり、逆に大きすぎるとガラス中に結晶を生じて失透するおそれがある。 Further, from the viewpoint of lowering the sealing temperature, the value of Li 2 O / SiO 2 is 0.05 to 0.5, particularly 0.1 to 0.4, more preferably 0.15 to 0.35 on a mol% basis. It is preferable to do. If this value is too small, encapsulation at 650 ° C. becomes difficult. Conversely, if the value is too large, crystals may form in the glass and cause devitrification.

NaOは上記したアルカリ金属共通の効果の他にガラスを安定化させて失透を防止する効果があり、ガラスの安定化を考慮して導入することが望ましい。NaOの含有量は0〜15%、好ましくは1〜15%、より好ましくは2〜13%、さらに好ましくは5〜11%である。NaOの含有量が少なすぎると上記した効果を享受し難くなる。一方、NaOの含有量が多すぎると、失透し易くなる。 Na 2 O has the effect of stabilizing the glass and preventing devitrification in addition to the effects common to the alkali metals described above, and it is desirable to introduce it in consideration of the stabilization of the glass. The content of Na 2 O is 0 to 15%, preferably 1 to 15%, more preferably 2 to 13%, and further preferably 5 to 11%. When the Na 2 O content is too small it becomes difficult to enjoy the effects described above. On the other hand, when the content of Na 2 O is too large, easily devitrified.

Oは上記したアルカリ金属共通の効果の他にガラスを安定化させ失透を防止する効果がある。その一方でKOはLiOに比較してクラックを生じさせ易い。またガラスの粘性を下げる効果が小さい。KOの含有量は0〜7%、好ましくは0.6〜3%、さらに好ましくは0.6〜2.3%である。KOの含有量が多すぎると失透し易くなる。 K 2 O has the effect of stabilizing the glass and preventing devitrification in addition to the effects common to the alkali metals described above. On the other hand, K 2 O tends to cause cracks compared to Li 2 O. In addition, the effect of reducing the viscosity of the glass is small. The content of K 2 O is 0 to 7%, preferably 0.6 to 3%, more preferably 0.6 to 2.3%. When the content of K 2 O is too large easily devitrified.

TiOは耐酸性を高めるために添加する成分である。その一方でTiOはガラスの耐失透性を悪化させやすいという特徴がある。このためTiOを過剰に含有させると金属や耐火物との接触によってガラスが容易に失透し、この失透物の影響によって得られるガラスの寸法精度が低下するという問題を引き起こす虞がある。TiOの含有量は0〜8%、好ましくは0.6〜5%、さらに好ましくは1.1〜5%、さらに好ましくは1.1〜4%である。 TiO 2 is a component added to increase acid resistance. On the other hand, TiO 2 has a feature that it tends to deteriorate the devitrification resistance of the glass. For this reason, if TiO 2 is contained excessively, the glass is easily devitrified by contact with a metal or a refractory, and there is a possibility that the dimensional accuracy of the glass obtained due to the influence of the devitrified material is lowered. The content of TiO 2 is 0 to 8%, preferably 0.6 to 5%, more preferably 1.1 to 5%, and still more preferably 1.1 to 4%.

また耐酸性を向上させるために、SiOとTiOの含有量を合量で48.5〜61%、特に51〜58%、さらには52.1〜56.5%とすることが好ましい。SiOとTiOの合量が少なすぎると耐酸性の向上に効果がない。SiOとTiOの合量が多すぎるとガラスが固くなって低温で封入しづらくなる。 In order to improve acid resistance, the total content of SiO 2 and TiO 2 is preferably 48.5 to 61%, particularly 51 to 58%, more preferably 52.1 to 56.5%. If the total amount of SiO 2 and TiO 2 is too small, there is no effect in improving acid resistance. If the total amount of SiO 2 and TiO 2 is too large, the glass becomes hard and difficult to encapsulate at low temperatures.

また上記成分以外にも、ガラスの特性を損なわない範囲で種々の成分を添加することができる。例えばCeOを清澄剤として添加可能である。この場合、CeOの含有量は0〜5%、特に0.1〜3%であることが好ましい。またガラスの粘性を低下させるためにFを0.5%まで、耐薬品性を向上させるためにBiを25%まで、Laを10%まで、ZrOを5%まで含有させることができる。ただしAs、Sb等環境上好ましくない成分は添加すべきでない。具体的にはAsやSbの含有量は0.1%以下に制限される。 In addition to the above components, various components can be added as long as the properties of the glass are not impaired. For example, CeO 2 can be added as a fining agent. In this case, the CeO 2 content is preferably 0 to 5%, particularly preferably 0.1 to 3%. Also, to reduce glass viscosity, F is up to 0.5%, Bi 2 O 3 is up to 25%, La 2 O 3 is up to 10%, and ZrO 2 is up to 5% to improve chemical resistance. Can be made. However, environmentally undesirable components such as As 2 O 3 and Sb 2 O 3 should not be added. Specifically, the content of As 2 O 3 or Sb 2 O 3 is limited to 0.1% or less.

SiO−B−RO系無鉛ガラスを用いたガラス管の作製を工業的規模で行う場合、例えば次のようにして行うことができる。なお以下の方法は例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。 When producing a glass tube using a SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass on an industrial scale, it can be performed, for example, as follows. In addition, the following method is an illustration and this invention is not limited to this.

まずガラス原料を調合混合する。原料は、酸化物や炭酸塩など複数の成分からなる鉱物や不純物からなっており、分析値を考慮して調合すればよく、原料は限定されない。これらを重量換算で計測し、Vミキサーやロッキングミキサー、攪拌羽根のついたミキサーなど規模に応じた適当な混合機で混合し、投入原料を得る。   First, glass raw materials are prepared and mixed. The raw materials are composed of minerals and impurities composed of a plurality of components such as oxides and carbonates, and may be prepared in consideration of the analytical values, and the raw materials are not limited. These are measured in terms of weight and mixed with an appropriate mixer according to the scale, such as a V mixer, a rocking mixer, or a mixer equipped with stirring blades, to obtain an input raw material.

次に原料をガラス溶融炉に投入し、ガラス化する。溶融炉は、ガラス原料を溶融しガラス化するための溶融槽と、ガラス中の泡を上昇除去するための清澄槽と、清澄されたガラスを成形に適当な粘度まで下げ、成形装置に導くための通路(フィーダー)とを有するものが一般的である。溶融炉は、耐火物や内部を白金で覆った炉が使用され、バーナーによる加熱やガラスへの電気通電によって加熱される。投入された原料は通常1100℃〜1600℃の溶解槽でガラス化され、さらに1100℃〜1400℃の清澄槽に入る。ここでガラス中の泡を浮上させて泡を除去する。清澄糟から出たガラスは、フィーダーを通って成形装置に移動するうちに温度が下がり、ガラスの成形に適した粘度10〜10dPa・sになる。 Next, the raw material is put into a glass melting furnace and vitrified. A melting furnace is used to melt a glass raw material into a vitrification tank, a clarification tank for ascending and removing bubbles in the glass, and lowering the clarified glass to a viscosity suitable for molding and leading it to a molding apparatus. It is common to have a passage (feeder). As the melting furnace, a refractory material or a furnace covered with platinum is used, and it is heated by heating with a burner or electric current to glass. The charged raw materials are usually vitrified in a melting tank at 1100 ° C. to 1600 ° C., and further enter a clarification tank at 1100 ° C. to 1400 ° C. Here, bubbles in the glass are lifted to remove the bubbles. The glass that comes out of the Kiyosumi pass is cooled to a viscosity of 10 4 to 10 6 dPa · s, which is suitable for glass molding, as it moves to the molding apparatus through the feeder.

次いで成形装置にてガラスを管状に成形する。成形法としてはダンナー法、ベロ法、ダウンドロー法、アップドロー法が適用可能である。   Next, the glass is formed into a tubular shape with a forming apparatus. As a molding method, a Danner method, a tongue method, a downdraw method, and an updraw method can be applied.

その後、ガラス管を所定の寸法に切断することにより、ビーズ状の半導体封入用外套管を得ることができる。ガラス管の切断加工は、管1本ずつをダイヤモンドカッターで切断することも可能であるが、大量生産に適した方法として、多数の管ガラスを1本に結束してからダイヤモンドホイールカッターで切断し、一度に多数の管ガラスを切断する方法が一般的に用いられている。   After that, the glass tube is cut into a predetermined size to obtain a bead-shaped semiconductor encapsulating outer tube. The glass tube can be cut one by one with a diamond cutter. However, as a method suitable for mass production, a large number of tube glasses are bound together and then cut with a diamond wheel cutter. A method of cutting a large number of tube glasses at a time is generally used.

次に、前記ガラス管を酸性溶液又はアルカリ性溶液で表面処理する工程について説明する。   Next, the process of surface-treating the glass tube with an acidic solution or an alkaline solution will be described.

この工程において処理液として使用する酸性溶液はpH6以下、アルカリ性溶液はpH8以上である。酸性溶液或いはアルカリ性溶液にてガラス表面を処理することにより、ガラス表面にイオン交換層が形成され、これがバリア層として機能する。   The acidic solution used as the treatment liquid in this step has a pH of 6 or less, and the alkaline solution has a pH of 8 or more. By treating the glass surface with an acidic solution or an alkaline solution, an ion exchange layer is formed on the glass surface, which functions as a barrier layer.

ただし処理液の酸性やアルカリ性が強すぎるとガラスの網目構造が破壊され、耐酸性の改善効果が失われたり、シワが発生したりする可能性がある。それゆえpH3〜6、特にpH4〜6の酸性溶液、或いはpH8〜14、特にpH8〜13、さらにはpH8〜12のアルカリ性溶液を使用することが好ましい。特に、弱アルカリ性溶液を使用することが望ましい。弱酸性溶液、或いは弱アルカリ性溶液でガラス表面を処理すれば、アルカリ金属成分の溶出速度を低下させることができる。その結果、ガラスの最表面からガラス内部までのアルカリ金属成分含有量の減少率が緩やかになり、最表面と内部との組成差に起因するシワの発生を効果的に抑制することができる。   However, if the treatment solution is too acidic or alkaline, the glass network structure may be destroyed, and the acid resistance improvement effect may be lost or wrinkles may occur. It is therefore preferable to use acidic solutions with a pH of 3-6, in particular pH 4-6, or alkaline solutions with a pH of 8-14, in particular of pH 8-13, more preferably of pH 8-12. In particular, it is desirable to use a weak alkaline solution. If the glass surface is treated with a weakly acidic solution or a weakly alkaline solution, the elution rate of the alkali metal component can be reduced. As a result, the rate of decrease in the content of alkali metal components from the outermost surface of the glass to the inside of the glass becomes gradual, and the generation of wrinkles due to the difference in composition between the outermost surface and the inside can be effectively suppressed.

この工程において使用する処理液の温度は限定されないが、40℃以上、特に60℃以上、さらには70℃以上であることが望ましい。処理液の温度が高いほど処理時間を短縮することができる。なお処理液の温度の上限は100℃であることが望ましい。処理液の温度が低いとバリア層として機能するイオン交換層を作製することが困難になる。一方、処理液の温度が高すぎると安定した処理を行なうことが難しくなる。   The temperature of the treatment liquid used in this step is not limited, but is preferably 40 ° C. or higher, particularly 60 ° C. or higher, and more preferably 70 ° C. or higher. The processing time can be shortened as the temperature of the processing liquid increases. The upper limit of the temperature of the treatment liquid is preferably 100 ° C. When the temperature of the treatment liquid is low, it is difficult to produce an ion exchange layer that functions as a barrier layer. On the other hand, if the temperature of the treatment liquid is too high, it is difficult to perform a stable treatment.

なお処理時間は短いほど生産効率が高く好ましいが、短時間すぎると安定した処理を行うことが難しくなる。それゆえ処理時間は、2分程度以上であることが望ましい。   Note that the shorter the processing time, the higher the production efficiency and the better. However, if the processing time is too short, it becomes difficult to perform a stable processing. Therefore, the processing time is desirably about 2 minutes or more.

上記処理液、処理条件にてガラス管を表面処理する方法として、例えば次のような方法を採用することができる。   As a method for surface-treating the glass tube with the above treatment liquid and treatment conditions, for example, the following method can be employed.

まず所定の寸法に成形、切断されたガラス管(ビーズ)を処理液に浸漬し、一定時間保持した後、処理液から引き上げる。処理液として使用する酸性溶液は、HCl、HSO、HNO、CHCOOH等の水溶液が使用可能である。アルカリ性溶液としては、NaOH、KOH、NHOH等の水溶液が使用可能である。またこれらの水溶液には、必要に応じて界面活性剤等の添加剤を含有させておくこともできる。具体的な処理条件を以下に例示する。
(1)弱アルカリ性溶液(70℃、pH10)に浸漬し、5分間揺動させる。次に界面活性剤入りのアルカリ性界面活性剤液(60℃、pH10)中で5分間超音波振動させる。続いてイオン交換水(室温)で5分間×5回洗浄する。
(2)弱酸性溶液(50℃、pH4)に5分浸漬する。次に界面活性剤入りのアルカリ性溶液(80℃、pH10)中に5分間浸漬する。続いてイオン交換水(室温)で5分間×3回洗浄する。
(3)界面活性剤入りのアルカリ性溶液(50℃、pH12)中に5分間浸漬する。その後、イオン交換水(50℃)で5分間×3回洗浄する。
First, a glass tube (bead) molded and cut to a predetermined size is immersed in a processing solution, held for a certain time, and then pulled up from the processing solution. As the acidic solution used as the treatment liquid, an aqueous solution such as HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 , and CH 3 COOH can be used. As the alkaline solution, an aqueous solution of NaOH, KOH, NH 4 OH or the like can be used. These aqueous solutions may contain additives such as surfactants as necessary. Specific processing conditions are exemplified below.
(1) Immerse in a weak alkaline solution (70 ° C., pH 10) and rock for 5 minutes. Next, ultrasonic vibration is performed for 5 minutes in an alkaline surfactant solution (60 ° C., pH 10) containing the surfactant. Subsequently, it is washed with ion-exchanged water (room temperature) for 5 minutes × 5 times.
(2) Immerse in a weakly acidic solution (50 ° C., pH 4) for 5 minutes. Next, it is immersed for 5 minutes in the alkaline solution (80 degreeC, pH10) containing surfactant. Subsequently, it is washed with ion exchange water (room temperature) for 5 minutes × 3 times.
(3) Immerse in an alkaline solution (50 ° C., pH 12) containing a surfactant for 5 minutes. Then, it is washed with ion exchange water (50 ° C.) for 5 minutes × 3 times.

その後、処理液から引き上げた外套管を乾燥することにより、本発明の半導体封入用外套管を得ることができる。なお乾燥温度は、ガラスが変形しない温度であればよく、たとえば歪点で処理することもできる。   Thereafter, the outer tube pulled up from the treatment liquid is dried to obtain the outer tube for semiconductor encapsulation of the present invention. The drying temperature may be a temperature at which the glass is not deformed, and for example, it can be processed at a strain point.

上記方法により作製された外套管は、その表面にアルカリ含有量が少ないイオン交換層が形成され、この層が耐酸性バリア層として機能する。このイオン交換層は、表面から内部に向かってアルカリ成分の含有量が徐々に減少し、Si成分の含有量が徐々に増加していることが望ましい。なおこれらの成分の含有量の変化は連続的であることがシワを防止する上で望ましい。   The outer tube manufactured by the above method has an ion exchange layer with a low alkali content formed on the surface thereof, and this layer functions as an acid-resistant barrier layer. In this ion exchange layer, it is desirable that the content of the alkali component gradually decreases from the surface toward the inside, and the content of the Si component gradually increases. In order to prevent wrinkles, it is desirable that the change in the content of these components is continuous.

イオン交換層(耐酸性バリア層)の厚みは耐酸性を発揮させるために1nm以上、特に10nm以上であることが望ましく、一方、シワを防止するために1μm以下にすることが望ましい。   The thickness of the ion exchange layer (acid-resistant barrier layer) is preferably 1 nm or more, particularly 10 nm or more in order to exhibit acid resistance, while it is preferably 1 μm or less in order to prevent wrinkles.

また最表面のNaOが、SIMSによるデプスロファイル分析でイオン交換層より内側のNaO測定強度を1とした場合の0.9倍以下、特に0.6倍以下、さらには0.3倍以下であることが望ましい。なおシワ防止の観点からはこの値が0.01倍以上、特に0.1倍以上、さらには0.2倍以上であることが望ましい。また最表面のLiOが、イオン交換層より内側のLiO測定強度を1とした場合の0.9倍以下、特に0.6倍以下、さらには0.3倍以下であることが望ましい。なおシワ防止の観点からはこの値が0.01倍以上、特に0.1倍以上、さらには0.2倍以上であることが望ましい。またガラスの最表面のSiOが、イオン交換層より内側のSiO測定強度を1とした場合の1.1倍以上、特に1.5倍以上、さらには2.0倍以上であることが望ましい。ここでイオン交換層より内側とは、Siやアルカリ金属成分のデプスプロファイルを二次イオン質量分析法(SIMS)で分析した時にその含有量が変化しなくなった深さよりも内側を意味する。この深さは、例えば表面から100nmの深さを基準とすることができる。なおイオン交換層の境界が判別し難い場合を考慮すれば、400nmの深さを基準とすることが好ましい。また、連続的に減少するアルカリ含有量が表面で濃くなる場合やCが検出される場合など表面が汚染されていると判断される場合は、Naのデプスプロファイルの最小値を表面とする。 Further, Na 2 O on the outermost surface is 0.9 times or less, particularly 0.6 times or less, more preferably 0.6 times or less when the measured intensity of Na 2 O inside the ion exchange layer is set to 1 in depth profile analysis by SIMS. It is desirable that it is 3 times or less. From the viewpoint of preventing wrinkles, this value is preferably 0.01 times or more, particularly 0.1 times or more, and more preferably 0.2 times or more. Further, the outermost surface Li 2 O should be 0.9 times or less, particularly 0.6 times or less, more preferably 0.3 times or less when the measured Li 2 O intensity inside the ion exchange layer is 1. desirable. From the viewpoint of preventing wrinkles, this value is preferably 0.01 times or more, particularly 0.1 times or more, and more preferably 0.2 times or more. Further, SiO 2 on the outermost surface of the glass should be 1.1 times or more, particularly 1.5 times or more, more preferably 2.0 times or more when the measured SiO 2 strength inside the ion exchange layer is 1. desirable. Here, the inside of the ion exchange layer means the inside of the depth at which the content does not change when the depth profile of Si or an alkali metal component is analyzed by secondary ion mass spectrometry (SIMS). This depth can be based on, for example, a depth of 100 nm from the surface. In consideration of the case where the boundary of the ion exchange layer is difficult to discriminate, it is preferable to use a depth of 400 nm as a reference. In addition, when it is determined that the surface is contaminated, for example, when the alkali content that decreases continuously increases on the surface or when C is detected, the minimum value of the depth profile of Na is defined as the surface.

次に本発明の方法を用いて作製した半導体封入用外套管を用いて半導体素子を封入する方法を述べる。   Next, a method for encapsulating a semiconductor element using a semiconductor encapsulating tube manufactured by the method of the present invention will be described.

まず外套管内で、ジュメット線などの金属線が半導体素子を両側から挟み込んだ状態となるように冶具を用いてセットする。その後、全体を650℃以下の温度に加熱し、外套管を軟化変形させて半導体素子を気密封入する。   First, in a mantle tube, a metal wire such as a jumet wire is set using a jig so that a semiconductor element is sandwiched from both sides. Thereafter, the whole is heated to a temperature of 650 ° C. or lower, and the outer tube is softened and deformed to hermetically seal the semiconductor element.

ところで上記方法により作製された半導体素子の気密封入体は、外部に露出した金属線端部の表面に熱処理の影響で酸化膜が形成されており、このままの状態では半田コーティング、Snメッキ、Niメッキ等を施すことができない。そのため気密封入体に酸処理を施して、金属線端部表面に形成された酸化膜を剥離することが行われる。酸処理としては、50℃の有機スルホン酸で5〜10分間処理したり、36N硫酸80質量%に過酸化水素(15%)を0.1質量%添加したもので80℃20秒間処理したり、36N硫酸5%で20〜80℃で1分間処理したりする方法が採用される。   By the way, in the hermetically sealed semiconductor device manufactured by the above method, an oxide film is formed on the surface of the end portion of the metal wire exposed to the outside due to the heat treatment. In this state, solder coating, Sn plating, Ni plating are performed. Etc. cannot be applied. Therefore, an acid treatment is performed on the hermetic seal and the oxide film formed on the end surface of the metal wire is peeled off. As acid treatment, it is treated with organic sulfonic acid at 50 ° C. for 5 to 10 minutes, or treated with 80% by mass of 36N sulfuric acid and 0.1% by mass of hydrogen peroxide (15%) and treated at 80 ° C. for 20 seconds. , 36N sulfuric acid 5% is used at 20 to 80 ° C. for 1 minute.

続いて、金属線の酸化膜が取り除かれた気密封入体を市水で洗浄した後、SnやNi硫酸メッキ、或いは半田ディップなどの工程を経て金属線端部が被覆することにより、シリコンダイオード、発光ダイオード、サーミスタなどの小型の電子部品を作製することができる。   Subsequently, the air-tight sealed body from which the oxide film of the metal wire is removed is washed with city water, and then the metal wire end portion is coated through a process such as Sn, Ni sulfate plating, or solder dipping, so that a silicon diode, Small electronic components such as light emitting diodes and thermistors can be manufactured.

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。なお本発明は、下記実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.

表1は、本発明で使用するSiO−B−RO系無鉛ガラスの組成例を示している。 Table 1 shows a composition example of the SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass used in the present invention.

各試料は次のようにして調製した。ます表中に記載のガラス組成となるように、ガラス原料を調合し、白金ポットを用いて1200℃で3時間溶融し、成形して各種の評価に供した。なおガラス原料としては、珪石粉、酸化アルミニウム、硼酸、酸化亜鉛、炭酸リチウム、硝酸ソーダ、炭酸カリウム、酸化チタン、酸化セリウム等を使用した。   Each sample was prepared as follows. First, glass raw materials were prepared so as to have the glass composition described in the table, melted at 1200 ° C. for 3 hours using a platinum pot, molded, and subjected to various evaluations. As the glass raw material, silica powder, aluminum oxide, boric acid, zinc oxide, lithium carbonate, sodium nitrate, potassium carbonate, titanium oxide, cerium oxide and the like were used.

次に得られた試料について、熱膨張係数、10dPa・sにおける温度を評価した。結果を表1に示す。 Next, the temperature at a coefficient of thermal expansion of 10 6 dPa · s was evaluated for the obtained sample. The results are shown in Table 1.

次に、本発明の方法を用いて、試料No.1及びNo.8のガラスからなる外套管試料を作製した。   Next, using the method of the present invention, Sample No. 1 and no. An outer tube sample made of 8 glasses was prepared.

次に得られた試料について、熱処理前後の耐酸性を評価した。熱処理は、半導体素子の封入を想定したものであり、表面処理後の試料をカーボン板に載せて、封入温度に保持した炉に8分間投入することにより行った。この熱処理により、試料の端面部分が軟化変形して丸みを帯び、また内径が1/3〜半分程度に収縮する。   Next, the acid resistance before and after heat treatment was evaluated for the obtained samples. The heat treatment was assumed to encapsulate the semiconductor element, and was performed by placing the surface-treated sample on a carbon plate and placing it in a furnace maintained at the encapsulation temperature for 8 minutes. By this heat treatment, the end surface portion of the sample is softened and deformed to be rounded, and the inner diameter contracts to about 1/3 to half.

なお表面処理は次の条件で行った。まず、1.4×0.9×φ1.5mmの寸法に成形したガラス管を、目開き1mmのステンレス製籠に入れ、界面活性剤入り水溶液(50℃、pH12)中に5分間浸漬した後、イオン交換水(50℃)で5分間×3回洗浄した。その後、ガラス管を乾燥機に投入し、200℃で乾燥させて試料とした。   The surface treatment was performed under the following conditions. First, a glass tube molded to a size of 1.4 × 0.9 × φ1.5 mm is placed in a stainless steel jar having an opening of 1 mm and immersed in an aqueous solution containing a surfactant (50 ° C., pH 12) for 5 minutes. And washed with ion exchange water (50 ° C.) for 5 minutes × 3 times. Thereafter, the glass tube was put into a dryer and dried at 200 ° C. to obtain a sample.

また比較のために、表面処理前のガラス管についても、同様の方法で耐酸性を評価した。結果を表2に示す。
For comparison, the acid resistance of the glass tube before the surface treatment was also evaluated by the same method. The results are shown in Table 2.

表2から明らかなように、本発明の方法で作製した外套管試料は、良好な耐酸性を有していた。また熱処理後の試料について、その表面を40倍の光学顕微鏡で観察したところ、シワは認められなかった。   As apparent from Table 2, the outer tube sample produced by the method of the present invention had good acid resistance. Moreover, about the sample after heat processing, when the surface was observed with the optical microscope of 40 time, a wrinkle was not recognized.

なお熱膨張係数は、直径約3mm、長さ約50mmの円柱状の測定試料を用いて、熱膨張計により30〜380℃の温度範囲における平均線熱膨張係数を測定した値である。   The thermal expansion coefficient is a value obtained by measuring an average linear thermal expansion coefficient in a temperature range of 30 to 380 ° C. with a thermal dilatometer using a cylindrical measurement sample having a diameter of about 3 mm and a length of about 50 mm.

封入温度は次のようにして求めた。まずASTM C338に準拠するファイバ法により軟化点を測定した。次に、白金球引き上げ法により作業点領域の粘度に相当する温度を求めた。最後に、これらの粘度と温度をFulcherの式に当てはめて、10dPa・sにおける温度を算出し、これを封入温度とした。10dPa・sにおける温度も同様に求めた。 The enclosure temperature was determined as follows. First, the softening point was measured by a fiber method conforming to ASTM C338. Next, a temperature corresponding to the viscosity of the working point region was determined by a platinum ball pulling method. Finally, these viscosities and temperatures were applied to the Fulcher equation to calculate the temperature at 10 6 dPa · s, which was used as the sealing temperature. The temperature at 10 2 dPa · s was determined in the same manner.

耐酸性は次のようにして評価した。まず試料を各3個、36N硫酸20質量%溶液に60秒間浸漬したのち、イオン交換水で60秒洗浄し、120℃で2時間以上乾燥させた。その後、試料表面を100倍の顕微鏡で観察し、ランダムに見た3箇所の表面におけるクラック数を合計し、1つ以下の場合を「○」、2つ以上の場合を「×」とした。   The acid resistance was evaluated as follows. First, three samples were each immersed in a 20% by mass solution of 36N sulfuric acid for 60 seconds, washed with ion-exchanged water for 60 seconds, and dried at 120 ° C. for 2 hours or more. Thereafter, the surface of the sample was observed with a 100-fold microscope, and the number of cracks at the three randomly viewed surfaces was totaled. The case where it was 1 or less was designated as “◯” and the case where it was 2 or more was designated as “X”.

次に、表面処理後の試料No.1について、外表面のSi、Na及びLiのデプスプロファイルを二次イオン質量分析法(SIMS)で調べたところ、約50nmの表面層が検出され、100nmの深さに対する表面部分の測定強度を1とした場合で、Siの場合で3倍、NaとLiが各々0.2倍であることが確認された。また各成分とも連続的に変化していることがわかった。   Next, the sample No. When the depth profile of Si, Na, and Li on the outer surface was examined by secondary ion mass spectrometry (SIMS), a surface layer of about 50 nm was detected, and the measured intensity of the surface portion with respect to a depth of 100 nm was 1 In the case of Si, it was confirmed that Na and Li were 0.2 times each. Moreover, it turned out that each component is changing continuously.

本発明の方法は、シリコンダイオード、発光ダイオード、サーミスタ、サージアブソーバー等の半導体素子の封入に用いられるガラス外套管の製造方法として好適である。   The method of the present invention is suitable as a method for producing a glass mantle used for enclosing semiconductor elements such as silicon diodes, light emitting diodes, thermistors, surge absorbers and the like.

Claims (6)

SiO−B−RO系無鉛ガラスにてガラス管を作製する工程と、前記ガラス管を酸性溶液又はアルカリ性溶液で表面処理する工程とを含むことを特徴とする半導体封入用外套管の製造方法。 A sheath for encapsulating a semiconductor, comprising: a step of producing a glass tube with SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass, and a step of surface-treating the glass tube with an acidic solution or an alkaline solution. A method of manufacturing a tube. SiO−B−RO系無鉛ガラスの10dPa・sの粘度に相当する温度が650℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体封入用外套管の製造方法。 The temperature corresponding to the viscosity of 10 6 dPa · s of the SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass is 650 ° C. or less, The manufacture of the outer tube for semiconductor encapsulation according to claim 1, Method. pH3〜6の酸性溶液、又はpH8〜12のアルカリ性溶液を用いて表面処理することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体封入用外套管の製造方法。 3. The method for producing an outer tube for semiconductor encapsulation according to claim 1, wherein the surface treatment is performed using an acidic solution having a pH of 3 to 6 or an alkaline solution having a pH of 8 to 12. が15.5モル%以上の組成を有するSiO−B−RO系無鉛ガラスにてガラス管を作製することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の半導体封入用外套管の製造方法。 The glass tube is made of SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O-based lead-free glass having a composition of B 2 O 3 of 15.5 mol% or more. The manufacturing method of the outer tube for semiconductor enclosure of description. モル%で、SiO 46〜60%、Al 0〜6%、B 15.5〜30%、MgO 0〜10%、CaO 0〜10%、ZnO 0〜20%、LiO 0〜25%、NaO 0〜15%、KO 0〜7%、TiO 0〜8%含有するSiO−B−RO系無鉛ガラスにてガラス管を作製することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の半導体封入用外套管の製造方法。 In mol%, SiO 2 46~60%, Al 2 O 3 0~6%, B 2 O 3 15.5~30%, 0~10% MgO, CaO 0~10%, 0~20% ZnO, Li The glass tube is made of SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O based lead-free glass containing 2 O 0 to 25%, Na 2 O 0 to 15%, K 2 O 0 to 7%, TiO 2 0 to 8%. The method for manufacturing a semiconductor encapsulating mantle according to claim 1, wherein the manufactured outer tube is manufactured. 請求項1〜5の何れかの方法により作製されてなることを特徴とする半導体封入用外套管。
An outer tube for semiconductor encapsulation, which is manufactured by the method according to claim 1.
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