JP3151794B2 - 低融点封着用組成物 - Google Patents
低融点封着用組成物Info
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- 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
- C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
- C03C8/24—Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions, i.e. for use as seals between dissimilar materials, e.g. glass and metal; Glass solders
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Description
し、より詳しくはIC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。
部品の封着に使用される封着用組成物には、ICや水晶
振動子に悪影響を及ぼさないように低温で封着できるこ
と、熱膨張係数が被封着物のそれに適合していること、
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等の条件を満たすことが必要
である。またICパッケージ用の封着用組成物には、こ
れ以外にもα線を放出する物質を極力含まないことや、
パッケージの耐熱性を高めるために封着時に生じる残留
応力ができるだけ小さいことが要求される。
O−B2 O3 系、PbO−B2O3 −ZnO系、P
bO−B2 O3 −Bi2 O3 系等の低融点ガラス粉
末や、これらのガラス粉末に耐火性フィラー粉末を添加
してなる封着用組成物が広く用いられている。
B2 O3 −ZnO系、PbO−B2 O3 −Bi2
O3 系等のガラスにおいて、B2 O3 の含有量が少
ないほど軟化点が下が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、低融点化には限度があり、こ
れらのガラスを使用した従来の封着用組成物は、400
℃以下の温度で封着することが困難である。それゆえ熱
に非常に敏感な素子、例えば集積度の高いICを搭載し
たパッケージ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。
で封着できる封着用組成物の開発が進められている。例
えば本発明者等は特願平3−159982号において、
PbO−B2 O3 −Bi2 O3 系ガラスのB2 O
3 の一部をFe2 O3 で置換した低融点ガラス粉末
と、低膨張の耐火性フィラー粉末とを混合してなる低融
点封着用組成物を提案している。
を用いてパッケージを封着する場合、両者の間に残留応
力が生じるが、この残留応力は固着点(残留応力が生じ
始める温度)と室温との温度差に比例する。
成物は、固着点が高いために封着時に大きな残留応力が
生じる。このため該封着用組成物を用いて気密封着され
たパッケージは耐熱性が十分でなく、その後の回路基板
の組み立て工程等における熱衝撃によって気密不良が生
じ易いという問題を有している。
る諸特性を満足し、特に400℃以下の温度で封着で
き、しかも封着時の残留応力が小さい低融点封着用組成
物を提供することを目的とする。
を行った結果、PbO−B2 O3 −Bi2 O3 系ガ
ラスにおいて、CuOを必須成分として含有し、且つ、
Fe2 O3 の含有量を0.1%以下に抑えることによ
って上記目的が達成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。
量百分率で、PbO 65.0〜85.0%、B2 O
3 1.0〜7.5%、Bi2 O3 7.2〜20.0
%、CuO 0.2〜5.0%、ZnO 0〜11.0
%、SiO2 +Al2 O30〜3.0%、Fe2 O
3 0〜0.1%、V2 O5 0〜4.0%、SnO2
0〜5.0%、F2 0〜6.0%の組成を有するガラ
スからなることを特徴とする。
百分率で、PbO 65.0〜85.0%、B2 O3
1.0〜7.5%、Bi2 O3 7.2〜20.0%、
CuO 0.2〜5.0%、ZnO 0〜11.0%、
SiO2 +Al2 O3 0〜3.0%、Fe2 O3
0〜0.1%、V2 O5 0〜4.0%、SnO20〜
5.0%、F2 0〜6.0%の組成を有するガラス粉
末と、1種又は2種以上の耐火性フィラー粉末を混合し
てなり、これらの割合が体積百分率で、ガラス粉末45
〜80%、耐火性フィラー粉末20〜55%の範囲にあ
ることを特徴とする。
O3 −Bi2 O3 系ガラスにおいて、B2 O3 の
一部を、固着点を上げることなくガラスを安定化させる
効果のあるCuOで置換したものである。
ラスの組成を上記のように限定した理由を以下に述べ
る。
好ましくは67.0〜82.0%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、ガラ
スが十分に流動せず、85.0%より多いと封着時に結
晶化を起こして流動しなくなる。
好ましくは2.0〜7.5%である。B2 O3 が1.
0%より少ないと封着時に結晶化を起こして流動せず、
7.5%より多いと400℃以下の温度では流動し難く
なる。
定化させる効果があり、その含有量は7.2〜20.0
%、好ましくは7.2〜16.0%である。Bi2 O
3 が7.2%より少ないと上記した効果がなく、封着
時に結晶化が起こって流動しなくなる。一方20.0%
より多いとガラスの粘性が高くなって400℃以下の温
度で十分に流動しなくなる。
3 系ガラスにおいて、固着点を上げずにガラスを安定
化させ、失透を防止する効果があり、その含有量は0.
2〜5.0%、好ましくは0.2〜4.5%である。C
uOが0.2%より少ないと上記した効果がなく、固着
点が高くなって残留応力が大きくなり、またガラスが安
定しないために封着時に結晶化が起こって流動し難くな
る。一方5.0%より多い場合もガラスの粘性が高くな
って400℃以下の温度で流動し難くなる。
くは0〜10.0%である。ZnOはガラスを安定化さ
せ、且つ、耐水性を向上させる効果があるが、その含有
量が11.0%より多いとガラスが結晶化して十分に流
動しなくなる。
で0〜3.0%、好ましくは0〜1.6%である。これ
らの成分は結晶化を防止する効果があるが、合量で3.
0%より多いとガラスの粘性が高くなって、400℃以
下の温度で十分流動しなくなる。
る。Fe2 O3 はガラスを安定化させる効果が大きい
が、その含有量が0.1%より多いと固着点が高くなっ
て残留応力が大きくなる。
しくは0〜1.5%である。V2O5 はガラスの表面
張力を下げる効果があり、流動性を向上させるものであ
るが、その含有量が4.0%より多いと結晶化傾向が著
しくなって流動しなくなる。
しくは0〜1.5%である。SnO2 はガラスの結晶
化を防止する効果があるが、その含有量が5.0%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。
は0〜4.0%である。F2 はガラスの低融点化に効
果があるが、6.0%より多いと封着時に結晶化を起こ
して流動しなくなる。
記成分以外にも5.0%以下のAgO、SrO、Ba
O、P2 O5 、Co2 O3 、3.0%以下のMo2
O3、Rb2 O、Cs2 O、Nb2 O5 、Ta2
O3 、ZrO2 、NiO、Cr2 O3 、As2 O
3 、Sb2 O3 やLa2 O3 、CeO2 等の希土
類酸化物を他成分として含有することができる。
り、封着時に結晶を析出する傾向がないため流動性が良
く、またガラス転移点が約240〜280℃と低く、ガ
ラスの粘性も低いために、低温での封着に適した封着用
組成物である。しかし熱膨張係数が110〜140×1
0−7/℃であり、アルミナ(熱膨張係数70×10−
7/℃)、窒化アルミニウム(同45×10−7/℃)
に比べて高いため、これらの材料からなるセラミックパ
ッケージの封着を行うには熱膨張係数を低下させる必要
がある。一方、Al−Si合金(熱膨張係数160×1
0−7/℃)等の材料からなる金属製パッケージの封着
を行うには熱膨張係数を高くする必要がある。
範囲で1種以上の低膨張あるいは高膨張の耐火性フィラ
ーを使用することにより、所望の熱膨張係数に調整する
ことが可能である。
マイト系、酸化錫系、ジルコン系、チタン酸鉛系、及び
ムライト系のセラミック粉末や、β−ユークリプタイト
粉末、コーディエライト粉末を使用することが好まし
く、またこれらのフィラーの他にも石英ガラス粉末、ア
ルミナ粉末、酸化チタン粉末、五酸化ニオブ粉末等を使
用することができる。
鉛粉末、クリストバライト粉末、立方晶ジルコニア粉末
等を使用することが好ましい。
フィラー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。
耐火性フィラー粉末が55%より多い場合は流動性が悪
くなり、400℃以下の温度での封着が困難になる。一
方、ガラス粉末が80%より多い場合、即ち耐火性フィ
ラー粉末が20%より少ない場合は上記した効果が得ら
れなくなる。
低融点封着用組成物を説明する。
である。
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、350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。
Eは、ガラス転移点が248〜280℃、熱膨張係数が
112〜134×10−7/℃であり、すべて良好な流
動性を示した。
より求め、熱膨張係数は押棒式熱膨張測定装置を用いて
測定した。また流動性は、1cm3 に相当する重量の
試料を外径17mm、高さ5mmのボタンに成形した
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、20mm未満のものを不可とした。
末を混合して作製したアルミナパッケージ封着用の試料
を示すものである。
5は、封着温度が360〜390℃、抗折強度が570
〜610kg/cm2 、絶縁抵抗が12.8〜14.
3Ω・cm、α線放出量が0.11〜0.17coun
t/cm2 ・hr、残留応力が1500〜1800p
si、固着点が253〜290℃であり、パッケージ耐
熱試験では各試料とも気密不良が生じたパッケージは0
個であった。また熱膨張係数は65〜70×10−7/
℃であり、アルミナ(70×10−7/℃)に近似した
値を示した。
3 に置換した組成になるように、即ち重量百分率でP
bO 78.9%、B2 O3 6.5%、Bi2O3
8.7%、ZnO 2.8%、SiO2 1.0%、A
l2 O3 0.6%、Fe2 O3 1.5%の組成にな
るように原料粉末を調合、混合し、実施例と同様にして
平均粒径が4μmのガラス粉末を得た。このようにして
得られたガラス粉末は、転移点が272℃、熱膨張係数
が123×10−7/℃であり、流動性が良好であっ
た。
セラミック粉末及びジルコン系セラミック粉末を実施例
1の試料No.5と同じ割合になるように混合して試料
を得た。この試料について各特性を測定したところ、封
着温度が390℃、抗折強度が610kg/cm2 、
絶縁抵抗が13.6Ω・cm、α線放出量が0.18c
ount/cm2 ・hr、熱膨張係数が69×10−
7/℃であり、試料No.5とほぼ同等の値を示した。
しかしながら残留応力が2400psi、固着点が28
2℃であり、試料No.5と比べてそれぞれ900ps
i、及び16℃も高かった。またパッケージ耐熱試験で
は、40個のパッケージのうち8個が気密不良であっ
た。
作製した窒化アルミニウムパッケージ封着用の試料を示
すものである。
9は、封着温度が380〜400℃、抗折強度が610
〜670kg/cm2 、絶縁抵抗が12.9〜13.
7Ω・cm、α線放出量が0.09〜0.13coun
t/cm2 ・hr、残留応力が1900〜2800p
si、固着点が255〜283℃であり、パッケージ耐
熱試験では各試料とも気密不良のパッケージは0個であ
った。また熱膨張係数は51〜55×10−7/℃であ
り、窒化アルミニウム(45×10−7/℃)に近似し
た値を示した。
ミック粉末、酸化錫系セラミック粉末、及びチタン酸鉛
系セラミック粉末を、実施例2の試料No.9と同じ割
合になるように混合して試料を得た。このようにして得
られた試料は封着温度が400℃、抗折強度が640k
g/cm2 、絶縁抵抗が13.8Ω・cm、α線放出
量が0.13count/cm2 ・hr、熱膨張係数
が54×10−7/℃であり、試料No.9とほぼ同等
の値を示した。しかしながら残留応力が3600ps
i、固着点が282℃であり、試料No.9に比べてそ
れぞれ1200psi、及び14℃も高かった。またパ
ッケージ耐熱試験では、40個のパッケージのうち5個
が気密不良であった。
るようにビークルを添加してペースト状にし、試料N
o.1〜5をアルミナに、試料No.6〜9を窒化アル
ミニウムにそれぞれ印刷して測定した。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。残留応力は各試料をボタン状に成形し、先記流動
性試験と同様にして板ガラス上に流動させた後、光弾性
法によって測定した(なお板ガラスは、試料No.1〜
5には70×10−7/℃、試料No.6〜9には40
×10−7/℃の熱膨張係数をもつものをそれぞれ使用
した)。また残留応力を光弾性法により測定しながら加
熱して、試料から残留応力が消えた温度を固着点とし
た。パッケージ耐熱試験は、各試料を用いてアルミナま
たは窒化アルミニウム製のパッケージを40個ずつ作製
し、次いで各パッケージを280℃の半田槽に3回完全
に沈めた後、気密不良が生じた個数を示したもので、M
IL−STD−883Cに基づいて評価した。
粉末は次のようにして作製した。ウイレマイト系セラミ
ック粉末は、重量%でZnO 70%、SiO2 25
%、Al2 O3 5%の組成になるように原料粉末を調
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。
O2 93%、TiO2 2%、MnO2 5%の組成に
なるように原料粉末を調合し、混合後、1400℃で1
6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。
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%、S
iO2 32%、Fe2O3 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。
PbO 70%、TiO2 20%、CaO 10%の
組成になるように原料粉末を調合し、混合後、1100
℃で5時間焼成し、次いでこの焼成物を粉砕し、350
メッシュのステンレス製篩を通過したものを使用した。
・Al2 O3 ・2SiO2 の組成になるように原料
粉末を調合し、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 。
l2 O3 ・5SiO2 の割合になるように原料粉末
を調合し、混合後、1400℃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。
着用組成物は固着点が低いために残留応力が小さく、そ
れゆえこれを用いて封着したICパッケージは耐熱性に
優れている。しかも封着用組成物に要求される諸特性を
満足し、特に400℃以下の温度で封着でき、また耐火
性フィラー粉末を使用することによって所望の熱膨張係
数が得られるために、ICパッケージ等の電子部品の封
着に好適である。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量百分率で、PbO 65.0〜8
5.0%、B2 O31.0〜7.5%、Bi2 O3
7.2〜20.0%、CuO 0.2〜5.0%、Zn
O 0〜11.0%、SiO2 +Al2 O3 0〜
3.0%、Fe2O3 0〜0.1%、V2 O5 0〜
4.0%、SnO2 0〜5.0%、F20〜6.0%
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。 - 【請求項2】 重量百分率で、PbO 65.0〜8
5.0%、B2 O31.0〜7.5%、Bi2 O3
7.2〜20.0%、CuO 0.2〜5.0%、Zn
O 0〜11.0%、SiO2 +Al2 O3 0〜
3.0%、Fe2O3 0〜0.1%、V2 O5 0〜
4.0%、SnO2 0〜5.0%、F20〜6.0%
の組成を有するガラス粉末と、1種又は2種以上の耐火
性フィラー粉末を混合してなり、これらの割合が体積百
分率で、ガラス粉末45〜80%、耐火性フィラー粉末
20〜55%の範囲にあることを特徴とする低融点封着
用組成物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30108191A JP3151794B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 低融点封着用組成物 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30108191A JP3151794B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 低融点封着用組成物 |
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JPH05105477A JPH05105477A (ja) | 1993-04-27 |
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JP30108191A Expired - Lifetime JP3151794B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 低融点封着用組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
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CN1212993C (zh) * | 1998-03-17 | 2005-08-03 | 日本板硝子株式会社 | 双层玻璃 |
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-
1991
- 1991-10-21 JP JP30108191A patent/JP3151794B2/ja not_active Expired - Lifetime
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