JP2557326B2 - 封着材料 - Google Patents

封着材料

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JP2557326B2
JP2557326B2 JP1209874A JP20987489A JP2557326B2 JP 2557326 B2 JP2557326 B2 JP 2557326B2 JP 1209874 A JP1209874 A JP 1209874A JP 20987489 A JP20987489 A JP 20987489A JP 2557326 B2 JP2557326 B2 JP 2557326B2
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俊郎 山中
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は低融点ガラスとフィラーとを混合してなり、
ICセラミックパッケージ、螢光表示管、CRTバルブ等の
電子部品を封着するのに好適な封着材料に関するもので
ある。
[従来の技術] 従来よりICセラミックパッケージ等の電子部品を封着
する際に使用する低融点ガラスとしては、重量百分率で
PbO 40〜90%、B2O3 8〜15%からなるPbO−B2O3系ガラ
ス、PbO 65〜85%、ZnO 0.5〜15%、B2O3 7〜20%から
なるPbO−ZnO−B2O3系ガラス、PbO 40〜80%、B2O3 8〜
20%、SiO2 5〜45%からなるPbO−B2O3−SiO2系ガラ
ス、PbO 65〜80%、B2O3 5〜15%、ZnO 0〜10%、Bi2O3
1〜20%、SiO2 0.1〜5%からなるPbO−B2O3−ZnO−Bi
2O3−SiO2系ガラス等が知られている。一般にこれらの
低融点ガラスの熱膨張係数は約100×10-7/℃であり、こ
れらを熱膨張係数が40〜80×10-7/℃の被封着物と封着
すると低融点ガラスに大きな応力が生じ、クラックや割
れの原因となるためガラスに低膨張性のフィラーを混合
して熱膨張係数を被封着物のそれに合わした封着材料が
主に用いられている。
この低膨張性のフィラーとしては、各種の物質が存在
し、通常チタン酸鉛、ウイレマイト、コーディエライ
ト、β−ユークリプタイト、ジルコン、酸化錫、ムライ
ト、アルミナ、ジルコニア等のセラミックの微粉砕物が
使用され、その含有量が多くなるほど封着材料の熱膨張
係数は低下する。
[発明が解決しようとする問題点] 先記したようにフィラーの含有量を多くするほど封着
材料の熱膨張係数は低下するが、それに反比例して封着
材料の流動性が悪くなるという問題が生じる。封着材料
の流動性が悪くなるということは、被封着物を低温で短
時間に封着できなくなるということであり、各種用途に
要求される封着条件を満足できなくなる恐れが生じる。
すなわち、例えば半導体素子をICセラミックパッケー
ジに実装した後パッケージの封着を高温下で長時間かけ
て行うと半導体素子の特性劣化を招きやすく歩留りが悪
くなる等の問題が生じ、そのためできるだけ低い温度で
短時間に、具体的には430℃以下の温度で10分間以内に
封着できることが要求される。
本発明の目的は、フィラーの含有量を多くしても従来
のフィラーを用いた場合に比較して流動性の低下が抑制
されるため低温で短時間に封着可能な封着材料を提供す
ることである。
[問題点を解決するための手段] 本発明の封着材料は低融点ガラスとフィラーを混合し
てなる封着材料において、該フィラーの形状が球形であ
り、且つ平均粒径が3〜60μであることを特徴とする。
また本発明において用いるフィラーの製造方法として
は、大きく分けて溶融法と造粒法の2つの方法がある。
溶融法は、フィラー原料の微粉砕物を高温の雰囲気中を
通過させることによって溶融させて、表面張力で球状化
させた後、急冷する方法である。また造粒法は、仮焼し
たフィラー原料を球状になるように造粒した後、焼成す
る方法である。なおフィラーを球形にすることができる
のであれば、上記の方法に限定されることなる適用し得
る。
[作用] 低融点ガラスとフィラーを混合してなる封着材料が良
好に流動するためには加熱されて粘度の低くなったガラ
スの流れに乗ってフィラー粒子が滑らかに動くことが必
要である。しかしながら従来のフィラーは表面が角ばっ
た微粉砕物であり、そのためガラス中で動きにくく、そ
の結果フィラーの含有量が多くなると封着材料の流動性
が低下する。
それに対し本発明に用いるフィラーはその形状が球形
であるためガラス中で滑らかに動きやすく、含有量が多
くなっても封着材料の流動性の低下を招くことがない。
しかし、フィラーが球形であっても、平均粒径が60μ
以上になると封着材料の機械的強度を向上させる効果が
小さくなり、また平均粒径が3μ以下になるとガラスに
溶け込みやすくなって先記した形状が球形であることに
よる効果が得られず、かえって流動性が悪くなる。従っ
てフィラーが球形であることのメリットを生かすために
は、平均粒径が3〜60μの範囲にあることが必要であ
る。特に平均粒径を5〜25μの範囲に調整することによ
り、機械的強度が非常に高く、しかも極めて流動性のよ
い封着材料を得ることが可能になる。
尚、本発明のフィラーは、必ずしも真球である必要は
なく、表面が角ばっていない限り先記した作用が生じる
ので使用可能である。また本発明の封着材料は、流動性
を損なわない範囲で、従来のセラミック微粉砕物からな
るとフィラーを併用することも可能である。
[実施例] 以下本発明の封着材料を実施例に基づいて説明する。
実施例1 まず電気溶融したアルミナを高温の雰囲気中を通過さ
せることによって再溶融して球形にした後、急冷して平
均粒径が25μの球状アルミナフィラーを作製した。一方
比較のため電気溶融アルミナをボールミルで微粉砕して
平均粒径25μの粒子からなるアルミナフィラーを作製し
た。
次に先記のように作製した2種のアルミナフィラーの
各々を40体積%と低融点ガラス粉末(重量百分率でPbO
85.3%、B2O3 12.7%、SiO2 1.0%、Al2O3 1.0%、転移
点310℃、30〜250℃における熱膨張係数110×10-7/℃)
60体積%を混合し、この混合物の真比重に相当するグラ
ム数の試料を金型成形して外径20mm、高さ5mmのボタン
を作製し、このボタンを板ガラス(30〜250℃における
熱膨張係数80×10-7/℃)の上に載せて電気炉内で450
℃、10分間の条件で加熱した。
その結果、球状アルミナフィラーを混合した試料ボタ
ンは外径が26mm程度になるまで流動したが、一方ボール
ミルで粉砕したアルミナフィラーを混合した試料ボタン
は外径が21mm程度になるまでしか流動せず、従って球状
アルミナフィラーを用いる方が流動性に優れていること
がわかった。
実施例2 まずZrO2 65.8%、SiO2 32.3%、Fe2O3 1.9%になる
ようにジルコニア、シリカ、酸化第2鉄の各原料を配合
し、1450℃で5時間仮焼した後、平均粒径が3μ程度に
なるように微粉砕した。この微粉砕物にポリエチレング
リコールの10%溶液を添加してスラリー状にし、スプレ
ードライヤーによって平均粒径が12μの球状になるよう
に造粒した後、この造粒物を1450℃で16時間焼成するこ
とによって平均粒径が10μの球状のジルコンフィラーを
作製した。一方比較のため先記した微粉砕物をプレス成
形した後、1450℃で16時間加熱し、ボールミルで微粉砕
して平均粒径が10μのジルコンフィラーを作製した。
次に先記のように作製した2種のジルコンフィラーの
各々を40体積%と実施例1で用いた低融点ガラス粉末60
体積%を混合し、この混合物の真比重に相当するグラム
数の試料を金型成形して外径20mm、高さ5mmのボタンを
作製し、このボタンを実施例1で用いた板ガラスの上に
載せて電気炉内で450℃、10分間の条件で加熱した。
その結果、球状ジルコンフィラーを混合した試料ボタ
ンは、外径が28mm程度になるまで流動したが、一方ボー
ルミルで粉砕したジルコンフィラーを混合した試料ボタ
ンは外径が24mm程度になるまでしか流動せず、従って球
状ジルコンフィラーを用いる方が流動性に優れているこ
とがわかった。
実施例3 まず2MgO・2Al2O3・5SiO2の組成のガラスになるよう
にマグネシウム、アルミナ、シリカの各原料を配合し、
1550℃で5時間溶融、成形した後、平均粒径が5μ程度
になるように微粉砕した。この微粉砕物を約1800℃の高
温の雰囲気中を通過させることによって球状ガラスとし
た後、これを1000℃で10時間再加熱することにより結晶
化させて平均粒径が5μの球状のコーディエライトフィ
ラーを作製した。一方比較のため先記した微粉砕物を10
00℃で10時間加熱して結晶化させて平均粒径が5μのコ
ーディエライトフィラーを作製した。
次に先記のように作製した2種のコーディエラテトフ
ィラーの各々を40体積%と低融点ガラス粉末(重量百分
率でPbO 84.3%、ZnO 2.8%、B2O3 11.9%、SiO2 1.0
%、転移点300℃、30〜250℃における熱膨張係数112×1
0-7/℃)60体積%を混合し、この混合物の真比重に相当
するグラム数の試料を金型成形して外径20mm、高さ5mm
のボタンを作製し、このボタンを実施例1で用いた板ガ
ラスの上に載せて電気炉内で450℃、10分間の条件で加
熱した。
その結果、球状コーディエライトフィラーを混合した
試料ボタンは外径が27mm程度になるまで流動したが、一
方微粉砕物を結晶化させたコーディエライトフィラーを
混合した試料ボタンは外径が22mm程度になるまでした流
動せず、従って球状コーディエライトフィラーを用いる
方が流動性に優れていることがわかった。
実施例4 実施例1で用いた2種のアルミナフィラーの各々を25
体積%と結晶性低融点ガラス粉末(重量百分率でPbO 7
4.6%、B2O3 9.0%、ZnO 11.9%、SiO2 2%、BaO 2%、
ZrO2 0.5%、転移点320℃、30〜250℃における熱膨張係
数100×10-7/℃)75体積%を混合し、この混合物の真比
重に相当するグラム数の試料を金型成形して外径20mm、
高さ5mmのボタンを作製し、このボタンを実施例1で用
いた板ガラスの上に載せて電気炉内で450℃、30分間の
条件で加熱した。
その結果、球状アルミナフィラーを混合した試料ボタ
ンは外径が23mm程度になるまで流動したが、一方ボール
ミルで粉砕したアルミナフィラーを混合した試料ボタン
はほとんど流動せず、従って実施例1と同様球状アルミ
ナフィラーを用いる方が流動性に優れていることがわか
った。
[発明の効果] 以上のように本発明の封着材料は、フィラーの含有量
を多くしても、従来のフィラーを用いた場合に比較して
流動性の低下が抑制されるため低温で短時間に封着可能
であり、電子部品の封着材料として好適である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低融点ガラスとフィラーを混合してなる封
    着材料において、該フィラーの形状が球形であり、且つ
    平均粒径が3〜60μであることを特徴とする封着材料。
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