JP3144830B2 - 結晶化ガラス - Google Patents
結晶化ガラスInfo
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- JP3144830B2 JP3144830B2 JP15854491A JP15854491A JP3144830B2 JP 3144830 B2 JP3144830 B2 JP 3144830B2 JP 15854491 A JP15854491 A JP 15854491A JP 15854491 A JP15854491 A JP 15854491A JP 3144830 B2 JP3144830 B2 JP 3144830B2
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- crystallized glass
- glass
- pedestal
- silicon substrate
- silicon
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
- C03C10/0036—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基体と好
適に接合し得るシリコン接合用結晶化ガラス、この結晶
化ガラスからなるシリコン基体用台座、およびこの台座
を備えた半導体圧力センサ、さらに結晶化ガラス体とシ
リコン基体とが陽極接合してなる構造体に関する。
適に接合し得るシリコン接合用結晶化ガラス、この結晶
化ガラスからなるシリコン基体用台座、およびこの台座
を備えた半導体圧力センサ、さらに結晶化ガラス体とシ
リコン基体とが陽極接合してなる構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車産業やＦＡ機器産業では、気体や
液体の圧力や流量を測定して、燃料流量や油圧制御等を
行なう自動制御システムが広く採用されており、最近こ
のようなシステムのために半導体圧力センサが開発さ
れ、信頼性が高く、また小型化や低コスト化が可能なこ
とから急速にその応用範囲を拡げつつある。
液体の圧力や流量を測定して、燃料流量や油圧制御等を
行なう自動制御システムが広く採用されており、最近こ
のようなシステムのために半導体圧力センサが開発さ
れ、信頼性が高く、また小型化や低コスト化が可能なこ
とから急速にその応用範囲を拡げつつある。
【０００３】半導体圧力センサは、シリコン基体に応力
が加えられると歪を生じ、その比抵抗が変化するピエゾ
抵抗効果を利用して圧力変化を電圧変化又は電流変化に
置き代えて測定するものである。図１に半導体圧力セン
サの構造の１例を示す。感圧チップ１はシリコン基体か
らなり、中央部に肉薄のダイアフラム面（圧力検出部）
２を有している。感圧チップ１のシリコン基体の熱膨張
係数は３４×１０-7／℃である。ステム３には、通常、
熱膨脹係数が４６×１０-7／℃のコバールが使用され
る。そして感圧チップ１とステム３の間には、両者の熱
膨張の差を緩和するために、中央が穿孔された台座ガラ
ス４が接合されている。ステム３には、金ワイヤ７を介
して感圧チップ１に連結したリードピン６，６がガラス
によるハーメチックシールにて封止され、またステム３
とキャップ５との間の部分８は抵抗溶接にて封止されて
いるので、ステム３とキャップ５に囲まれた空間内の圧
力はその時の温度に対応した一定の圧力値を示す。
が加えられると歪を生じ、その比抵抗が変化するピエゾ
抵抗効果を利用して圧力変化を電圧変化又は電流変化に
置き代えて測定するものである。図１に半導体圧力セン
サの構造の１例を示す。感圧チップ１はシリコン基体か
らなり、中央部に肉薄のダイアフラム面（圧力検出部）
２を有している。感圧チップ１のシリコン基体の熱膨張
係数は３４×１０-7／℃である。ステム３には、通常、
熱膨脹係数が４６×１０-7／℃のコバールが使用され
る。そして感圧チップ１とステム３の間には、両者の熱
膨張の差を緩和するために、中央が穿孔された台座ガラ
ス４が接合されている。ステム３には、金ワイヤ７を介
して感圧チップ１に連結したリードピン６，６がガラス
によるハーメチックシールにて封止され、またステム３
とキャップ５との間の部分８は抵抗溶接にて封止されて
いるので、ステム３とキャップ５に囲まれた空間内の圧
力はその時の温度に対応した一定の圧力値を示す。
【０００４】このようにして作製された半導体圧力セン
サに矢印Ｐの方向から、被測定媒体の圧力が感圧チップ
１の肉薄ダイアフラム面２に加えられると、キャップ５
内の圧力との差に応じてダイアフラム面２が変形しゲー
ジ抵抗が変化する。この抵抗値の変化は起歪抵抗ゲージ
を含んで構成されるフルブリッジ回路等により検出さ
れ、微弱な圧力をも高感度に検出することができる。
サに矢印Ｐの方向から、被測定媒体の圧力が感圧チップ
１の肉薄ダイアフラム面２に加えられると、キャップ５
内の圧力との差に応じてダイアフラム面２が変形しゲー
ジ抵抗が変化する。この抵抗値の変化は起歪抵抗ゲージ
を含んで構成されるフルブリッジ回路等により検出さ
れ、微弱な圧力をも高感度に検出することができる。
【０００５】ところで感圧チップ１のシリコン基体と接
合される台座ガラス４は、シリコン基体と熱膨張係数が
近似するものが使用され、このような台座ガラスとし
て、例えば特公昭５７−２６４３１号公報には、重量％
表示で、５５〜６５％のＳｉＯ2 、１５〜２５％のＡｌ
2 Ｏ3 、２．５〜６．５％のＬｉ2 Ｏ、０〜４％のＺｒ
Ｏ2 、０〜５％のＦ、０〜７％のＴｉＯ2 を含有し、か
つβ−スポジュメンを析出結晶として含有する結晶化ガ
ラスが開示されている。また、結晶化ガラスではない
が、この種の台座ガラスとして重量％表示で、８０．５
％のＳｉＯ2 、２．２％のＡｌ2 Ｏ3 、３．８％のＮａ
2 Ｏ、１２．９％のＢ2 Ｏ3 、０．４％のＫ2 Ｏを含有
する市販の理化学機器用硬質ガラスが用いられる。
合される台座ガラス４は、シリコン基体と熱膨張係数が
近似するものが使用され、このような台座ガラスとし
て、例えば特公昭５７−２６４３１号公報には、重量％
表示で、５５〜６５％のＳｉＯ2 、１５〜２５％のＡｌ
2 Ｏ3 、２．５〜６．５％のＬｉ2 Ｏ、０〜４％のＺｒ
Ｏ2 、０〜５％のＦ、０〜７％のＴｉＯ2 を含有し、か
つβ−スポジュメンを析出結晶として含有する結晶化ガ
ラスが開示されている。また、結晶化ガラスではない
が、この種の台座ガラスとして重量％表示で、８０．５
％のＳｉＯ2 、２．２％のＡｌ2 Ｏ3 、３．８％のＮａ
2 Ｏ、１２．９％のＢ2 Ｏ3 、０．４％のＫ2 Ｏを含有
する市販の理化学機器用硬質ガラスが用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】最近感圧チップを構成
するシリコン基体に台座ガラスを接合するために、シリ
コン基体を陽極、台座ガラスを陰極として、両者間に圧
力をかけながら数百度の温度で数百ボルトの直流電圧を
印加することにより、接着剤を使用することなく、両者
を機密性よく接合する、いわゆる陽極接合が行なわれる
ようになってきているが、前記特公昭５７−２６４３１
号公報に記載の台座ガラスは、ナトリウムイオンなどの
可動性陽イオン（キャリアイオン）を含有していないの
で陽極接合を行なうことができない。そこで低融点ガラ
ス等の接着剤を用いた接合が行なわれるが、これら接着
剤には、熱膨張係数がシリコン基体と近似のものがな
く、通常シリコン基体よりも高い熱膨脹係数を有するの
で、シリコン基体の歪みを除去するのが困難であるとい
う欠点がある。すなわち、半導体圧力センサは、シリコ
ン基体に生じた歪みによって微弱な圧力変化を高感度に
検出するものであり、このようにシリコン基体と接着剤
の熱膨脹係数の差が大きい場合には、温度変化によって
出力電圧が大きく変動するという問題が生じ、複雑な温
度補償回路が必要とされるばかりでなく、高精度な測定
に対して大きな妨げとなる。
するシリコン基体に台座ガラスを接合するために、シリ
コン基体を陽極、台座ガラスを陰極として、両者間に圧
力をかけながら数百度の温度で数百ボルトの直流電圧を
印加することにより、接着剤を使用することなく、両者
を機密性よく接合する、いわゆる陽極接合が行なわれる
ようになってきているが、前記特公昭５７−２６４３１
号公報に記載の台座ガラスは、ナトリウムイオンなどの
可動性陽イオン（キャリアイオン）を含有していないの
で陽極接合を行なうことができない。そこで低融点ガラ
ス等の接着剤を用いた接合が行なわれるが、これら接着
剤には、熱膨張係数がシリコン基体と近似のものがな
く、通常シリコン基体よりも高い熱膨脹係数を有するの
で、シリコン基体の歪みを除去するのが困難であるとい
う欠点がある。すなわち、半導体圧力センサは、シリコ
ン基体に生じた歪みによって微弱な圧力変化を高感度に
検出するものであり、このようにシリコン基体と接着剤
の熱膨脹係数の差が大きい場合には、温度変化によって
出力電圧が大きく変動するという問題が生じ、複雑な温
度補償回路が必要とされるばかりでなく、高精度な測定
に対して大きな妨げとなる。
【０００７】また、前記市販の理化学機器用硬質ガラス
では、陽極接合は行なえるが、例えば曲げ強度で表され
る破壊強度はそれほど高いものではない。従って、自動
車の燃料制御用等の、振動の激しい状態で使用される半
導体圧力センサには使用することが困難である。
では、陽極接合は行なえるが、例えば曲げ強度で表され
る破壊強度はそれほど高いものではない。従って、自動
車の燃料制御用等の、振動の激しい状態で使用される半
導体圧力センサには使用することが困難である。
【０００８】従って本発明の第１の目的は、陽極接合に
よりシリコン基体と接合でき、シリコン基体との熱膨張
係数が近似し、破壊強度も実用上十分に高いシリコン接
合用結晶化ガラスを提供することにある。また本発明の
第２の目的は、上記第１の目的を達成する結晶化ガラス
からなるシリコン基体用台座を提供することにある。さ
らに本発明の第３の目的は、上記第２の目的を達成する
シリコン基体用台座を備えた半導体圧力センサを提供す
ることにある。その上本発明の第４の目的は、上記第１
の目的を達成する結晶化ガラスからなる結晶化ガラス体
と、シリコン基体とが陽極接合してなる構造体を提供す
ることにある。
よりシリコン基体と接合でき、シリコン基体との熱膨張
係数が近似し、破壊強度も実用上十分に高いシリコン接
合用結晶化ガラスを提供することにある。また本発明の
第２の目的は、上記第１の目的を達成する結晶化ガラス
からなるシリコン基体用台座を提供することにある。さ
らに本発明の第３の目的は、上記第２の目的を達成する
シリコン基体用台座を備えた半導体圧力センサを提供す
ることにある。その上本発明の第４の目的は、上記第１
の目的を達成する結晶化ガラスからなる結晶化ガラス体
と、シリコン基体とが陽極接合してなる構造体を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために種々研究を重ねた結果、必須成分とし
て、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｌｉ2 Ｏ、Ｐ2 Ｏ5 、Ｍｇ
Ｏ、Ｎａ2 ＯおよびＴｉＯ2 を、任意成分としてＺｎＯ
およびＺｒＯ2 を所定の割合で含有するガラスを熱処理
して得られた、β−石英固溶体結晶を析出結晶として含
有する結晶化ガラスが、(i) ナトリウムイオンを多く含
むので、シリコン基体と陽極接合が可能であり、(ii)熱
膨張係数を高くする成分であるＮａ2 Ｏを含むにも拘ら
ず、熱膨張係数を低くするβ−石英固溶体結晶を含むの
で、シリコン基体と熱膨張係数が近似し、(iii) 結晶化
ガラスであることから破壊強度も実用上十分に高いこと
を見い出し、これらの知見に基づき本発明を完成した。
達成するために種々研究を重ねた結果、必須成分とし
て、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｌｉ2 Ｏ、Ｐ2 Ｏ5 、Ｍｇ
Ｏ、Ｎａ2 ＯおよびＴｉＯ2 を、任意成分としてＺｎＯ
およびＺｒＯ2 を所定の割合で含有するガラスを熱処理
して得られた、β−石英固溶体結晶を析出結晶として含
有する結晶化ガラスが、(i) ナトリウムイオンを多く含
むので、シリコン基体と陽極接合が可能であり、(ii)熱
膨張係数を高くする成分であるＮａ2 Ｏを含むにも拘ら
ず、熱膨張係数を低くするβ−石英固溶体結晶を含むの
で、シリコン基体と熱膨張係数が近似し、(iii) 結晶化
ガラスであることから破壊強度も実用上十分に高いこと
を見い出し、これらの知見に基づき本発明を完成した。
【００１０】本発明の第１の目的を達成するシリコン接
合用結晶化ガラスは、β−石英固溶体結晶を析出結晶と
して含有し、熱膨張係数が２０×１０ -7 〜４０×１０ -7
／℃であることを特徴とするものである。このような特
性を有するガラス組成物は、重量％表示で、５０〜６２
％のＳｉＯ2、２２〜３０％のＡｌ2Ｏ3、２〜４．５％
のＬｉ2Ｏ、２〜７％のＰ2Ｏ5、０．５〜５％のＭｇ
Ｏ、１〜６％のＮａ2Ｏ、１〜５．５％のＴｉＯ2、０〜
２％のＺｎＯ、０〜３％のＺｒＯ2を含有するのが好ま
しい。また本発明の第２の目的を達成するシリコン基体
用台座は、上記結晶化ガラスからなることを特徴とす
る。さらに本発明の第３の目的を達成する半導体圧力セ
ンサは、上記シリコン基体用台座を備えたことを特徴と
する。その上本発明の第４の目的を達成する構造体は、
上記結晶化ガラスからなる結晶化ガラス体とシリコン基
体とが陽極接合により接合してなることを特徴とする。
合用結晶化ガラスは、β−石英固溶体結晶を析出結晶と
して含有し、熱膨張係数が２０×１０ -7 〜４０×１０ -7
／℃であることを特徴とするものである。このような特
性を有するガラス組成物は、重量％表示で、５０〜６２
％のＳｉＯ2、２２〜３０％のＡｌ2Ｏ3、２〜４．５％
のＬｉ2Ｏ、２〜７％のＰ2Ｏ5、０．５〜５％のＭｇ
Ｏ、１〜６％のＮａ2Ｏ、１〜５．５％のＴｉＯ2、０〜
２％のＺｎＯ、０〜３％のＺｒＯ2を含有するのが好ま
しい。また本発明の第２の目的を達成するシリコン基体
用台座は、上記結晶化ガラスからなることを特徴とす
る。さらに本発明の第３の目的を達成する半導体圧力セ
ンサは、上記シリコン基体用台座を備えたことを特徴と
する。その上本発明の第４の目的を達成する構造体は、
上記結晶化ガラスからなる結晶化ガラス体とシリコン基
体とが陽極接合により接合してなることを特徴とする。
【００１１】以下本発明を詳説する。本発明の結晶化ガ
ラスにおいて、各成分の組成の限定理由は以下の通りで
ある。ＳｉＯ2は熱処理によりβ−石英固溶体結晶を析
出させるための必須成分であり、またガラス骨格ともな
るものであるが、５０％未満ではβ−石英固溶体結晶の
析出量が少なく熱膨脹係数が大きくなり過ぎるばかりで
なく化学的耐久性が劣化し、６２％を超えると粘性が高
くなり過ぎて溶融が困難となる。従ってＳｉＯ2の割合
は、５０〜６２％に限定される。
ラスにおいて、各成分の組成の限定理由は以下の通りで
ある。ＳｉＯ2は熱処理によりβ−石英固溶体結晶を析
出させるための必須成分であり、またガラス骨格ともな
るものであるが、５０％未満ではβ−石英固溶体結晶の
析出量が少なく熱膨脹係数が大きくなり過ぎるばかりで
なく化学的耐久性が劣化し、６２％を超えると粘性が高
くなり過ぎて溶融が困難となる。従ってＳｉＯ2の割合
は、５０〜６２％に限定される。
【００１２】Ａｌ2 Ｏ3 は、熱膨脹係数の調節のための
必須成分であるが、２２％未満では分相傾向が増大する
ので均質なβ−石英固溶体結晶を析出させることができ
ず、３０％を超えると耐失透性が悪化する。従ってＡｌ
2 Ｏ3 の割合は、２２〜３０％に限定される。
必須成分であるが、２２％未満では分相傾向が増大する
ので均質なβ−石英固溶体結晶を析出させることができ
ず、３０％を超えると耐失透性が悪化する。従ってＡｌ
2 Ｏ3 の割合は、２２〜３０％に限定される。
【００１３】Ｌｉ2 Ｏは、熱処理により生じたβ−石英
固溶体結晶に固溶される成分であるが、２％未満ではβ
−石英固溶体結晶の析出量が少なく熱膨脹係数が大きく
なり過ぎ、４．５％を超えると逆に熱膨脹係数が小さく
なり過ぎる。従ってＬｉ2 Ｏの割合は、２〜４．５％に
限定される。
固溶体結晶に固溶される成分であるが、２％未満ではβ
−石英固溶体結晶の析出量が少なく熱膨脹係数が大きく
なり過ぎ、４．５％を超えると逆に熱膨脹係数が小さく
なり過ぎる。従ってＬｉ2 Ｏの割合は、２〜４．５％に
限定される。
【００１４】Ｐ2 Ｏ5 は、β−石英固溶体結晶に固溶さ
れる成分であり、ガラスの溶融性を向上させる効果があ
るため、２％以上含有することが好ましく、逆に７％超
えると、β−石英固溶体結晶の析出量が多くなり、熱膨
脹係数が小さくなり過ぎる。従ってＰ2 Ｏ5 の割合は、
２〜７％に限定される。
れる成分であり、ガラスの溶融性を向上させる効果があ
るため、２％以上含有することが好ましく、逆に７％超
えると、β−石英固溶体結晶の析出量が多くなり、熱膨
脹係数が小さくなり過ぎる。従ってＰ2 Ｏ5 の割合は、
２〜７％に限定される。
【００１５】ＭｇＯは、β−石英固溶体結晶に固溶され
る成分であるとともに、安定なガラスを得るため有効で
あるが、０．５％未満では溶融性が低下し、５％を超え
ると熱膨脹係数が大きくなり過ぎる。従ってＭｇＯの割
合は、０．５〜５％に限定される。
る成分であるとともに、安定なガラスを得るため有効で
あるが、０．５％未満では溶融性が低下し、５％を超え
ると熱膨脹係数が大きくなり過ぎる。従ってＭｇＯの割
合は、０．５〜５％に限定される。
【００１６】Ｎａ2 Ｏは陽極接合するのに必須な成分
で、添加量が大きいほど電気伝導度が大きくなり低温で
の陽極接合が可能になるが、６％を超えると熱膨張係数
が大きくなり過ぎる。また、１％未満では電気伝導度が
小さくなって陽極接合が困難になり、その上熱膨脹係数
が小さくなり過ぎるとともに溶融性が低下する。従っ
て、Ｎａ2 Ｏの割合は、１〜６％に限定される。
で、添加量が大きいほど電気伝導度が大きくなり低温で
の陽極接合が可能になるが、６％を超えると熱膨張係数
が大きくなり過ぎる。また、１％未満では電気伝導度が
小さくなって陽極接合が困難になり、その上熱膨脹係数
が小さくなり過ぎるとともに溶融性が低下する。従っ
て、Ｎａ2 Ｏの割合は、１〜６％に限定される。
【００１７】ＴｉＯ2 は、β−石英固溶体結晶の生成剤
としての作用を有するが、１％未満ではこの作用が小さ
く、均質な結晶化ガラスが得にくく、５．５％を超える
とガラスの耐失透性が悪化する。従ってＴｉＯ2 の割合
は、１〜５．５％に限定される。
としての作用を有するが、１％未満ではこの作用が小さ
く、均質な結晶化ガラスが得にくく、５．５％を超える
とガラスの耐失透性が悪化する。従ってＴｉＯ2 の割合
は、１〜５．５％に限定される。
【００１８】ＺｎＯは、必須成分ではないが、ＭｇＯと
同様に、β−石英固溶体結晶に固溶される成分であると
ともに安定なガラスを得るのに有効な成分である。その
上、熱膨脹係数を大きくするため、その値の調整のため
に有効であり、また、化学的耐久性を良化させる効果も
ある。しかしながら、２％を超えると表面結晶化を起こ
し易くなる。従ってＺｎＯの割合は、０〜２％に限定さ
れる。
同様に、β−石英固溶体結晶に固溶される成分であると
ともに安定なガラスを得るのに有効な成分である。その
上、熱膨脹係数を大きくするため、その値の調整のため
に有効であり、また、化学的耐久性を良化させる効果も
ある。しかしながら、２％を超えると表面結晶化を起こ
し易くなる。従ってＺｎＯの割合は、０〜２％に限定さ
れる。
【００１９】ＺｒＯ2 は、必須成分ではないが、ＴｉＯ
2 とともに用いることにより、β−石英固溶体結晶を生
成させる作用を大きくする。しかしながら、３％を超え
ると溶融が困難となり、未溶解物として残る。従ってＺ
ｒＯ2 の割合は、０〜３％に限定される。
2 とともに用いることにより、β−石英固溶体結晶を生
成させる作用を大きくする。しかしながら、３％を超え
ると溶融が困難となり、未溶解物として残る。従ってＺ
ｒＯ2 の割合は、０〜３％に限定される。
【００２０】さらに、これらの他に、熱膨脹係数の微調
節のためにＢ2 Ｏ3 やＢａＯ等を、また清澄のために、
Ａｓ2 Ｏ3やＳｂ2 Ｏ3 等を、結晶化ガラスの特性を悪
化させない程度含有できる。
節のためにＢ2 Ｏ3 やＢａＯ等を、また清澄のために、
Ａｓ2 Ｏ3やＳｂ2 Ｏ3 等を、結晶化ガラスの特性を悪
化させない程度含有できる。
【００２１】本発明の結晶化ガラスの製造例を示すと以
下の通りである。ガラス原料を調合し、白金製るつぼを
使用して１５５０〜１６５０℃で溶融した後、溶融ガラ
スをダクタイル鋳型に流し出し成形し、ガラス転移温度
付近に保持した電気炉内に入れて徐冷しガラスを得る。
次に、常温から５〜３０℃／hrの昇温速度で７００〜９
００℃まで加熱しその温度で１〜１０時間保持し熱処理
を行ない、β−石英固溶体結晶を成長させた後、電気炉
を断電し自然冷却する。
下の通りである。ガラス原料を調合し、白金製るつぼを
使用して１５５０〜１６５０℃で溶融した後、溶融ガラ
スをダクタイル鋳型に流し出し成形し、ガラス転移温度
付近に保持した電気炉内に入れて徐冷しガラスを得る。
次に、常温から５〜３０℃／hrの昇温速度で７００〜９
００℃まで加熱しその温度で１〜１０時間保持し熱処理
を行ない、β−石英固溶体結晶を成長させた後、電気炉
を断電し自然冷却する。
【００２２】このようにして得られた本発明の結晶化ガ
ラスは、ナトリウムイオンを多く含むので、シリコン基
体と陽極接合により接合できる。またこの結晶化ガラス
は、ナトリウムイオンを含むにも拘らず、β−石英固溶
体結晶を含むため、３０〜４００℃の温度域において熱
膨張係数が例えば２０×１０ -7 〜４０×１０ -7 ／℃であ
り、シリコン基体の熱膨張係数と近似の値を有する。さ
らにこの結晶化ガラスは実用上十分な破壊強度を有す
る。
ラスは、ナトリウムイオンを多く含むので、シリコン基
体と陽極接合により接合できる。またこの結晶化ガラス
は、ナトリウムイオンを含むにも拘らず、β−石英固溶
体結晶を含むため、３０〜４００℃の温度域において熱
膨張係数が例えば２０×１０ -7 〜４０×１０ -7 ／℃であ
り、シリコン基体の熱膨張係数と近似の値を有する。さ
らにこの結晶化ガラスは実用上十分な破壊強度を有す
る。
【００２３】従って、この結晶化ガラスは、シリコン基
体と接合するためのシリコン基体用台座として好ましく
用いられる。またシリコン基体からなる圧力検出部と、
この圧力検出部に接合された台座を備えた半導体圧力セ
ンサにおいて、前記台座として前記結晶化ガラスが好ま
しく用いられる。さらにこの結晶化ガラスからなる結晶
化ガラス体とシリコン基体とが陽極接合されてなる構造
体は、上記半導体圧力センサの熱膨張差緩和歪検知部と
しても好ましく用いられる。
体と接合するためのシリコン基体用台座として好ましく
用いられる。またシリコン基体からなる圧力検出部と、
この圧力検出部に接合された台座を備えた半導体圧力セ
ンサにおいて、前記台座として前記結晶化ガラスが好ま
しく用いられる。さらにこの結晶化ガラスからなる結晶
化ガラス体とシリコン基体とが陽極接合されてなる構造
体は、上記半導体圧力センサの熱膨張差緩和歪検知部と
しても好ましく用いられる。
【００２４】
【実施例】以下、実施例によって本発明を更に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
【００２５】（実施例１〜６）出発原料として通常使用
されている硅石粉、アルミナまたは水酸化アルミニウ
ム、炭酸リチウム、正リン酸、炭酸マグネシウム、炭酸
ソーダ、酸化チタン、亜鉛華、ジルコニア、酸化ヒ素、
ホウ酸および硝酸バリウムを適宜選択して用い、表１に
示すガラスが得られるように調合し、そのバッチを１０
０cc白金製るつぼを使って１５５０〜１６５０℃で約５
時間溶融し、脱泡、清澄した。この溶融ガラスをダクタ
イル鋳型に流し出し、ガラス転移温度付近に保持した電
気炉内に入れて徐冷しガラスを得た。次に、常温から５
〜３０℃／hrの昇温速度で７００〜９００℃まで加熱し
その温度で１〜１０時間保持し熱処理し、β−石英固溶
体結晶を成長させた。その後電気炉を断電し常温まで放
置した。得られた結晶化ガラスは淡褐色の透明性を示す
外観を呈し、主結晶はβ−石英であった。
されている硅石粉、アルミナまたは水酸化アルミニウ
ム、炭酸リチウム、正リン酸、炭酸マグネシウム、炭酸
ソーダ、酸化チタン、亜鉛華、ジルコニア、酸化ヒ素、
ホウ酸および硝酸バリウムを適宜選択して用い、表１に
示すガラスが得られるように調合し、そのバッチを１０
０cc白金製るつぼを使って１５５０〜１６５０℃で約５
時間溶融し、脱泡、清澄した。この溶融ガラスをダクタ
イル鋳型に流し出し、ガラス転移温度付近に保持した電
気炉内に入れて徐冷しガラスを得た。次に、常温から５
〜３０℃／hrの昇温速度で７００〜９００℃まで加熱し
その温度で１〜１０時間保持し熱処理し、β−石英固溶
体結晶を成長させた。その後電気炉を断電し常温まで放
置した。得られた結晶化ガラスは淡褐色の透明性を示す
外観を呈し、主結晶はβ−石英であった。
【００２６】この後、得られた実施例１〜６の結晶化ガ
ラスについて、３０℃から４００℃までの温度域の熱膨
脹係数、曲げ強度、体積抵抗率をそれぞれを測定した。
ラスについて、３０℃から４００℃までの温度域の熱膨
脹係数、曲げ強度、体積抵抗率をそれぞれを測定した。
【００２７】なお、熱膨脹係数は市販の差動トランス式
膨脹計（商品名：ＴＭＡ８１４１ＢＳ、（株）リガク
製）を用いて測定し、曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ １６０
１（１９８１）に基づき３点曲げ強度を測定した。ま
た、体積抵抗率は、市販の誘電体損測定装置（商品名：
ＴＲＳ−１０、（株）安藤電機製）を用いて測定した。
膨脹計（商品名：ＴＭＡ８１４１ＢＳ、（株）リガク
製）を用いて測定し、曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ １６０
１（１９８１）に基づき３点曲げ強度を測定した。ま
た、体積抵抗率は、市販の誘電体損測定装置（商品名：
ＴＲＳ−１０、（株）安藤電機製）を用いて測定した。
【００２８】これらの測定結果を表１および表２に示
す。
す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】表１および表２より、実施例１〜６の結晶
化ガラスは、熱膨脹係数が２７×１０ -7 〜３１×１０ -7
／℃と好ましい値を有しつつ、曲げ強度は１２０〜１４
０ＭＰａと優れていた。また、体積抵抗率は１．９４×
１０ 11 〜３．４×１０ 11 Ω・cmと絶縁性が低く、シリコ
ン基体との陽極接合が容易に行なえることが予測でき
た。そこで、実際にシリコン基体との陽極接合を行なっ
た。すなわち、実施例１〜６の結晶化ガラスを所定形状
に切り出し、シリコンと重ね合わせ、シリコンを陽極、
結晶化ガラスを陰極として、１５０℃、３００ボルトで
陽極接合した。この結果、気密性よく、また歪みなく、
実施例１〜６の結晶化ガラスとシリコンは接合された。
なお、実施例１〜６の結晶化ガラスは、特に絶縁性が低
いために、１５０℃という低温で陽極接合が行なえるこ
とがこの結果から判明した。また、実施例１〜６の結晶
化ガラスの外観は淡褐色の透明性を示すため、接合状態
を容易に観察することができた。
化ガラスは、熱膨脹係数が２７×１０ -7 〜３１×１０ -7
／℃と好ましい値を有しつつ、曲げ強度は１２０〜１４
０ＭＰａと優れていた。また、体積抵抗率は１．９４×
１０ 11 〜３．４×１０ 11 Ω・cmと絶縁性が低く、シリコ
ン基体との陽極接合が容易に行なえることが予測でき
た。そこで、実際にシリコン基体との陽極接合を行なっ
た。すなわち、実施例１〜６の結晶化ガラスを所定形状
に切り出し、シリコンと重ね合わせ、シリコンを陽極、
結晶化ガラスを陰極として、１５０℃、３００ボルトで
陽極接合した。この結果、気密性よく、また歪みなく、
実施例１〜６の結晶化ガラスとシリコンは接合された。
なお、実施例１〜６の結晶化ガラスは、特に絶縁性が低
いために、１５０℃という低温で陽極接合が行なえるこ
とがこの結果から判明した。また、実施例１〜６の結晶
化ガラスの外観は淡褐色の透明性を示すため、接合状態
を容易に観察することができた。
【００３２】（比較例）比較のため、前記従来技術の市
販の理化学機器用硬質ガラスについて、上記と同様の測
定を行なった。結果を表２に示す。その結果、実施例１
〜６の結晶化ガラスに比べ、曲げ強度が５０ＭＰａと著
しく劣り、また、体積抵抗率が１．４×１０16Ω・cmと
絶縁性が大きいため、陽極接合を行なうには高温・高電
圧が必要となることが予測できた。
販の理化学機器用硬質ガラスについて、上記と同様の測
定を行なった。結果を表２に示す。その結果、実施例１
〜６の結晶化ガラスに比べ、曲げ強度が５０ＭＰａと著
しく劣り、また、体積抵抗率が１．４×１０16Ω・cmと
絶縁性が大きいため、陽極接合を行なうには高温・高電
圧が必要となることが予測できた。
【００３３】（実施例７）前述の実施例１〜６で得られ
た結晶化ガラスを所定形状に切り出し加工して、シリコ
ン基体用台座を得た。この台座とシリコン基体の位置合
わせを行ない重ね合わせ、シリコンを陽極、結晶化ガラ
スを陰極として、１５０℃、３００ボルト陽極接合を行
なった。このようにして得られた素子を組み込んで、図
１に示すような半導体圧力センサを作成した。
た結晶化ガラスを所定形状に切り出し加工して、シリコ
ン基体用台座を得た。この台座とシリコン基体の位置合
わせを行ない重ね合わせ、シリコンを陽極、結晶化ガラ
スを陰極として、１５０℃、３００ボルト陽極接合を行
なった。このようにして得られた素子を組み込んで、図
１に示すような半導体圧力センサを作成した。
【００３４】実施例１〜６で得られた結晶化ガラスから
なるシリコン基体用台座を備えた半導体圧力センサは、
シリコン基体用台座がシリコン基体とステムとの間の熱
膨張係数の差を緩和するため、温度補償が容易であり、
測定精度も高く、また破壊強度も実用上十分であること
が判明した。
なるシリコン基体用台座を備えた半導体圧力センサは、
シリコン基体用台座がシリコン基体とステムとの間の熱
膨張係数の差を緩和するため、温度補償が容易であり、
測定精度も高く、また破壊強度も実用上十分であること
が判明した。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リコン基体との接合に陽極接合を行なうことができ、熱
膨脹係数がシリコン基体の熱膨脹係数と近似の値を有
し、破壊強度も実用上十分である結晶化ガラス、該結晶
化ガラスからなるシリコン基体用台座およびこの台座を
備えた半導体圧力センサが提供された。
リコン基体との接合に陽極接合を行なうことができ、熱
膨脹係数がシリコン基体の熱膨脹係数と近似の値を有
し、破壊強度も実用上十分である結晶化ガラス、該結晶
化ガラスからなるシリコン基体用台座およびこの台座を
備えた半導体圧力センサが提供された。
【図１】は、半導体圧力センサの構造を示す図である。
【符号の説明】 １…感圧チップ、２…ダイアフラム面（圧力検出部）、
３…ステム、４…台座ガラス、５…キャップ、６…リー
ドピン、７…金ワイヤ。
３…ステム、４…台座ガラス、５…キャップ、６…リー
ドピン、７…金ワイヤ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03C 10/04 C03C 3/097 C03C 3/105 G01L 9/04 101
Claims (8)
- 【請求項１】 重量％表示で、５０〜６２％のＳｉ
Ｏ2、２２〜３０％のＡｌ2Ｏ3、２〜４．５％のＬｉ
2Ｏ、２〜７％のＰ2Ｏ5、０．５〜５％のＭｇＯ、１〜
６％のＮａ2Ｏ、１〜５．５％のＴｉＯ2、０〜２％のＺ
ｎＯ、０〜３％のＺｒＯ2からなり、主結晶がβ−石英
固溶体であることを特徴とするシリコン基体台座用結晶
化ガラス。 - 【請求項２】 体積抵抗率が１．９〜３．４（×１０ 11
Ω・ｃｍ）であることを特徴とする請求項１に記載のシ
リコン基体台座用結晶化ガラス。 - 【請求項３】 熱膨張係数が２０×１０ -7 〜４０×１０
-7 （／℃）であることを特徴とする請求項１または２に
記載のシリコン基体台座用結晶化ガラス。 - 【請求項４】 前記熱膨張係数が２７×１０ -7 〜３１×
１０ -7 （／℃）であることを特徴とする請求項３に記載
のシリコン基体台座用結晶化ガラス。 - 【請求項５】 透明性を有することを特徴とする請求項
１〜４のいずれか１項に記載のシリコン基体台座用結晶
化ガラス。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載のシ
リコン基体台座用結晶化ガラスからなることを特徴とす
るシリコン基体台座。 - 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか１項に記載のシ
リコン基体台座用結晶化ガラスからなる結晶化ガラス体
と、シリコン基体とが陽極接合により接合してなること
を特徴とする構造体。 - 【請求項８】 シリコン基体からなる圧力検出部と、こ
の圧力検出部に接合された台座とを備えた半導体圧力セ
ンサにおいて、前記台座が、請求項６に記載のシリコン
基体台座からなることを特徴とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP15854491A JP3144830B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 結晶化ガラス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15854491A JP3144830B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 結晶化ガラス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH059039A JPH059039A (ja) | 1993-01-19 |
| JP3144830B2 true JP3144830B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=15674029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15854491A Expired - Lifetime JP3144830B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 結晶化ガラス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3144830B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019108751A1 (en) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | Corning Incorporated | Glasses with low excess modifier content |
| US10906834B2 (en) | 2017-11-29 | 2021-02-02 | Corning Incorporated | Ion-exchangeable mixed alkali aluminosilicate glasses |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3216741B2 (ja) * | 1993-02-25 | 2001-10-09 | 株式会社エヌ・ティ・ティ・データ | 画像符号化方式 |
| JP3153710B2 (ja) * | 1994-01-21 | 2001-04-09 | ホーヤ株式会社 | シリコン台座用ガラス及びシリコン基材型センサー |
| JP3401992B2 (ja) * | 1995-05-17 | 2003-04-28 | 株式会社デンソー | 半導体感歪センサ |
| DE19711939A1 (de) * | 1997-03-21 | 1998-09-24 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur Erfassung des Drucks und der Temperatur im Saugrohr einer Brennkraftmaschine |
| US6387318B1 (en) * | 1997-12-05 | 2002-05-14 | Alliedsignal, Inc. | Glass-ceramic pressure sensor support base and its fabrication |
| JP2000241274A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-09-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体圧力センサの部品、半導体圧力センサおよびその製造方法 |
| JP3762157B2 (ja) * | 1999-09-02 | 2006-04-05 | 旭テクノグラス株式会社 | 陽極接合用ガラス |
| JP4582679B2 (ja) * | 2001-04-24 | 2010-11-17 | Ａｇｃテクノグラス株式会社 | 陽極接合用結晶化ガラス |
| JP2004075441A (ja) * | 2002-08-14 | 2004-03-11 | Huzhou Daikyo Hari Seihin Yugenkoshi | Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系結晶性ガラス及び結晶化ガラス、ならびに該結晶性ガラス及び結晶化ガラスの製造方法 |
| US7176528B2 (en) * | 2003-02-18 | 2007-02-13 | Corning Incorporated | Glass-based SOI structures |
| JP4256309B2 (ja) | 2003-09-29 | 2009-04-22 | 株式会社東芝 | 超音波プローブおよび超音波診断装置 |
| KR101013223B1 (ko) | 2010-09-06 | 2011-02-10 | 주식회사 정관 | 음의 열팽창 계수를 가지는 결정화 유리 및 그 제조방법 |
| US10202303B2 (en) | 2012-10-04 | 2019-02-12 | Corning Incorporated | Compressively stressed laminated glass article via photosensitive glass and method of making the article |
| KR102173670B1 (ko) | 2012-10-04 | 2020-11-04 | 코닝 인코포레이티드 | 세라믹 상을 갖는 적층 유리 제품 및 이의 제조방법 |
| CN104936912A (zh) | 2012-10-04 | 2015-09-23 | 康宁股份有限公司 | 具有玻璃层和玻璃陶瓷层的制品以及该制品的制造方法 |
| US11136258B2 (en) * | 2017-10-31 | 2021-10-05 | Corning Incorporated | Peraluminous lithium aluminosilicates with high liquidus viscosity |
-
1991
- 1991-06-28 JP JP15854491A patent/JP3144830B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| WO2019108751A1 (en) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | Corning Incorporated | Glasses with low excess modifier content |
| US10633279B2 (en) | 2017-11-29 | 2020-04-28 | Corning Incorporated | Glasses with low excess modifier content |
| KR20200133206A (ko) * | 2017-11-29 | 2020-11-26 | 코닝 인코포레이티드 | 저과잉 개질제 함량을 갖는 유리 |
| US10906834B2 (en) | 2017-11-29 | 2021-02-02 | Corning Incorporated | Ion-exchangeable mixed alkali aluminosilicate glasses |
| US11577987B2 (en) | 2017-11-29 | 2023-02-14 | Corning Incorporated | Ion-exchangeable mixed alkali aluminosilicate glasses |
| US11767254B2 (en) | 2017-11-29 | 2023-09-26 | Corning Incorporated | Glasses with low excess modifier content |
| KR102651109B1 (ko) | 2017-11-29 | 2024-03-26 | 코닝 인코포레이티드 | 저과잉 개질제 함량을 갖는 유리 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH059039A (ja) | 1993-01-19 |
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