JP3227733B2 - 高膨張性封着材料 - Google Patents
高膨張性封着材料Info
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- JP3227733B2 JP3227733B2 JP24670891A JP24670891A JP3227733B2 JP 3227733 B2 JP3227733 B2 JP 3227733B2 JP 24670891 A JP24670891 A JP 24670891A JP 24670891 A JP24670891 A JP 24670891A JP 3227733 B2 JP3227733 B2 JP 3227733B2
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- Japan
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- powder
- sealing material
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- cristobalite
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高膨張性封着材料に関
し、より詳しくは金属製のＩＣパッケージの気密封着に
好適な高膨張性封着材料に関するものである。
し、より詳しくは金属製のＩＣパッケージの気密封着に
好適な高膨張性封着材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣを実装するための高信頼性パッケー
ジには、アルミナセラミックが広く用いられている。こ
のアルミナセラミック製のパッケージにおいては、気密
封着を行うための材料として、低融点ガラスと、ウイレ
マイト、コージェライト、ジルコン、酸化すず等の低膨
張フィラーを混合してなる封着材料が用いられている。
これらの封着材料は、熱膨張係数がアルミナセラミック
に適合するように６０〜７０×１０-7／℃と低く、また
実装するＩＣチップに悪影響を与えないように５００℃
以下の温度で封着できるものである。
ジには、アルミナセラミックが広く用いられている。こ
のアルミナセラミック製のパッケージにおいては、気密
封着を行うための材料として、低融点ガラスと、ウイレ
マイト、コージェライト、ジルコン、酸化すず等の低膨
張フィラーを混合してなる封着材料が用いられている。
これらの封着材料は、熱膨張係数がアルミナセラミック
に適合するように６０〜７０×１０-7／℃と低く、また
実装するＩＣチップに悪影響を与えないように５００℃
以下の温度で封着できるものである。
【０００３】ところで近年、ＩＣの大型化に伴い、ＩＣ
から発生する熱を効率良く放散するために、より熱伝導
率の大きい材料を用いてパッケージを作製することが検
討されている。このようなものとして、例えばアルミニ
ウム、銅、及びこれらをベースとした合金を使用した金
属製パッケージが提案されている。
から発生する熱を効率良く放散するために、より熱伝導
率の大きい材料を用いてパッケージを作製することが検
討されている。このようなものとして、例えばアルミニ
ウム、銅、及びこれらをベースとした合金を使用した金
属製パッケージが提案されている。
【０００４】しかしながら、この金属製パッケージは熱
膨張係数が１４０〜２３０×１０-7／℃と高く、先記し
たようなアルミナセラミック製パッケージ用の封着材料
を使用することができない。
膨張係数が１４０〜２３０×１０-7／℃と高く、先記し
たようなアルミナセラミック製パッケージ用の封着材料
を使用することができない。
【０００５】一方、低融点の封着材料として知られてい
る低融点ガラスのなかには、１２０〜１８０×１０-7／
℃程度の高い熱膨張係数を有しているものが存在する。
しかしながら、このようなガラスはいずれも機械的強度
が非常に低く、ＩＣパッケージの封着材料としては実用
に耐えない。
る低融点ガラスのなかには、１２０〜１８０×１０-7／
℃程度の高い熱膨張係数を有しているものが存在する。
しかしながら、このようなガラスはいずれも機械的強度
が非常に低く、ＩＣパッケージの封着材料としては実用
に耐えない。
【０００６】また、ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 系、ＰｂＯ−Ｚｎ
Ｏ−Ｂ2 Ｏ3 系等の低融点ガラス粉末と、フッ化カルシ
ウム粉末やフッ化バリウム粉末を混合した高膨張の封着
材料が米国特許第４８１８７３０号において提案されて
いる。
Ｏ−Ｂ2 Ｏ3 系等の低融点ガラス粉末と、フッ化カルシ
ウム粉末やフッ化バリウム粉末を混合した高膨張の封着
材料が米国特許第４８１８７３０号において提案されて
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記米
国特許に開示の封着材料においても未だ機械的強度が不
十分である。
国特許に開示の封着材料においても未だ機械的強度が不
十分である。
【０００８】本発明の目的は、１２０〜２２０×１０-7
／℃程度の高い熱膨張係数を有し、また低温での封着が
可能であり、しかも機械的強度が高い封着材料を提供す
ることである。
／℃程度の高い熱膨張係数を有し、また低温での封着が
可能であり、しかも機械的強度が高い封着材料を提供す
ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は種々の研究を
行った結果、クリストバライト粉末やトリジマイト粉末
をフィラーとして使用することにより、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。
行った結果、クリストバライト粉末やトリジマイト粉末
をフィラーとして使用することにより、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。
【００１０】即ち、本発明の高膨張性封着材料は、体積
％で低融点ガラス粉末 ４５〜８０％、クリストバライ
ト粉末及び／又はトリジマイト粉末 ５〜５０％、セラ
ミック粉末 ０〜４０％を混合してなり、クリストバラ
イト粉末及びトリジマイト粉末は最大粒子径が４５μｍ
以下であり、かつ表面にＺｎＯからなる被膜が形成さ れ
てなることを特徴とする。
％で低融点ガラス粉末 ４５〜８０％、クリストバライ
ト粉末及び／又はトリジマイト粉末 ５〜５０％、セラ
ミック粉末 ０〜４０％を混合してなり、クリストバラ
イト粉末及びトリジマイト粉末は最大粒子径が４５μｍ
以下であり、かつ表面にＺｎＯからなる被膜が形成さ れ
てなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明の高膨張性封着材料は、低融点ガラス粉
末と、クリストバライト粉末及び／又はトリジマイト粉
末と、セラミック粉末とを混合してなり、３０〜２５０
℃において１２０〜２２０×１０-7／℃の熱膨張係数を
有し、また高い機械的強度を有するものである。
末と、クリストバライト粉末及び／又はトリジマイト粉
末と、セラミック粉末とを混合してなり、３０〜２５０
℃において１２０〜２２０×１０-7／℃の熱膨張係数を
有し、また高い機械的強度を有するものである。
【００１２】本発明の高膨張性封着材料において、クリ
ストバライト粉末やトリジマイト粉末は、３０〜２５０
℃における熱膨張係数がそれぞれ３４０×１０-7／℃、
３００×１０-7／℃と非常に高く、しかも機械的強度の
高いものである。
ストバライト粉末やトリジマイト粉末は、３０〜２５０
℃における熱膨張係数がそれぞれ３４０×１０-7／℃、
３００×１０-7／℃と非常に高く、しかも機械的強度の
高いものである。
【００１３】また本発明において、クリストバライト粉
末やトリジマイト粉末は最大粒子径が４５μｍ以下、好
ましくは３５μｍ以下のものを使用する。即ち、このよ
うな極めて熱膨張係数の高いフィラーを低融点ガラス粉
末と組み合わせて使用すると、フィラーと低融点ガラス
との熱膨張差が大きいために、封着後に低融点ガラス中
に極めて大きな熱応力が発生する。その結果、封着材料
に多数の微小クラックが生じ、気密封着が困難になる。
ところが使用するフィラーの粒子径を小さくすればする
ほどクラックが発生し難くなり、最大粒子径を４５μｍ
以下にすると、事実上、クラックの発生を防止すること
が可能になる。
末やトリジマイト粉末は最大粒子径が４５μｍ以下、好
ましくは３５μｍ以下のものを使用する。即ち、このよ
うな極めて熱膨張係数の高いフィラーを低融点ガラス粉
末と組み合わせて使用すると、フィラーと低融点ガラス
との熱膨張差が大きいために、封着後に低融点ガラス中
に極めて大きな熱応力が発生する。その結果、封着材料
に多数の微小クラックが生じ、気密封着が困難になる。
ところが使用するフィラーの粒子径を小さくすればする
ほどクラックが発生し難くなり、最大粒子径を４５μｍ
以下にすると、事実上、クラックの発生を防止すること
が可能になる。
【００１４】クリストバライト粉末及び／又はトリジマ
イト粉末の混合割合を上記のように限定した理由は、こ
れらのフィラーの割合が５体積％より少ないと熱膨張係
数の高い封着材料が得られなくなるとともに機械的強度
が低下し、一方これらのフィラーが５０体積％より多い
と封着材料の熱膨張係数が大きくなりすぎるためであ
る。
イト粉末の混合割合を上記のように限定した理由は、こ
れらのフィラーの割合が５体積％より少ないと熱膨張係
数の高い封着材料が得られなくなるとともに機械的強度
が低下し、一方これらのフィラーが５０体積％より多い
と封着材料の熱膨張係数が大きくなりすぎるためであ
る。
【００１５】またクリストバライト粉末及びトリジマイ
ト粉末の表面には、ＺｎＯからなる被膜が形成されてい
る。ＺｎＯ被膜を形成することにより、封着材料の流動
性が 改善される。なお、クリストバライト粉末及びトリ
ジマイト粉末の形状を球形すると、さらに流動性を改善
することが可能である。
ト粉末の表面には、ＺｎＯからなる被膜が形成されてい
る。ＺｎＯ被膜を形成することにより、封着材料の流動
性が 改善される。なお、クリストバライト粉末及びトリ
ジマイト粉末の形状を球形すると、さらに流動性を改善
することが可能である。
【００１６】本発明の高膨張性封着材料において、セラ
ミック粉末としてアルミナ、ジルコニア、マグネシア、
カルシア、すず酸亜鉛、すず酸カルシウム等の酸化物粉
末を４０体積％以下混合することができる。即ち、クリ
ストバライト粉末やトリジマイト粉末は、上記したよう
に熱膨張係数が極めて高いため、これらのフィラーのみ
を使用すると封着材料の熱膨張係数が高くなりすぎるこ
とがある。このような場合、上記したようなセラミック
粉末を１種又は２種以上混合することによって、所望の
熱膨張係数に調整することが可能である。
ミック粉末としてアルミナ、ジルコニア、マグネシア、
カルシア、すず酸亜鉛、すず酸カルシウム等の酸化物粉
末を４０体積％以下混合することができる。即ち、クリ
ストバライト粉末やトリジマイト粉末は、上記したよう
に熱膨張係数が極めて高いため、これらのフィラーのみ
を使用すると封着材料の熱膨張係数が高くなりすぎるこ
とがある。このような場合、上記したようなセラミック
粉末を１種又は２種以上混合することによって、所望の
熱膨張係数に調整することが可能である。
【００１７】セラミック粉末の混合割合を上記のように
限定した理由は、これらのフィラーを４０体積％より多
くするとクリストバライト粉末やトリジマイト粉末を添
加する余地が小さくなり、熱膨張係数の高い封着材料が
得られなくなることによる。
限定した理由は、これらのフィラーを４０体積％より多
くするとクリストバライト粉末やトリジマイト粉末を添
加する余地が小さくなり、熱膨張係数の高い封着材料が
得られなくなることによる。
【００１８】本発明の高膨張性封着材料において、使用
する低融点ガラス粉末としては、各種のガラスを使用す
ることが可能であるが、特に３５０℃以下の転移点を有
するものを使用することにより、封着温度を５００℃以
下にすることができる。このような低融点ガラスとして
は、ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 系、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ
3系、ＰｂＯ−ＰｂＦ2 −Ｂ2 Ｏ3 系、ＰｂＯ−Ｖ2 Ｏ5
系、ＰｂＯ−Ｖ2 Ｏ5 −ＴｅＯ2 系、ＰｂＯ−Ｖ2 Ｏ5
−Ｐ2 Ｏ5 系、ＰｂＯ−Ｂｉ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｔｅ
Ｏ2 系ガラス等を使用することができる。
する低融点ガラス粉末としては、各種のガラスを使用す
ることが可能であるが、特に３５０℃以下の転移点を有
するものを使用することにより、封着温度を５００℃以
下にすることができる。このような低融点ガラスとして
は、ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 系、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ
3系、ＰｂＯ−ＰｂＦ2 −Ｂ2 Ｏ3 系、ＰｂＯ−Ｖ2 Ｏ5
系、ＰｂＯ−Ｖ2 Ｏ5 −ＴｅＯ2 系、ＰｂＯ−Ｖ2 Ｏ5
−Ｐ2 Ｏ5 系、ＰｂＯ−Ｂｉ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｔｅ
Ｏ2 系ガラス等を使用することができる。
【００１９】低融点ガラス粉末の混合割合を上記のよう
に限定した理由は、低融点ガラス粉末が４５体積％より
少ないと封着材料の流動性が低下して、気密封着ができ
なくなり、８０体積％より多いと封着材料の機械的強度
が不十分になるためである。
に限定した理由は、低融点ガラス粉末が４５体積％より
少ないと封着材料の流動性が低下して、気密封着ができ
なくなり、８０体積％より多いと封着材料の機械的強度
が不十分になるためである。
【００２０】なお、本発明の高膨張性封着材料をペース
ト状にして使用する場合、良好な流動性を得るためにク
リストバライト粉末、トリジマイト粉末、及び各種セラ
ミック粉末の平均粒径を７μｍ以下に調節することが好
ましい。
ト状にして使用する場合、良好な流動性を得るためにク
リストバライト粉末、トリジマイト粉末、及び各種セラ
ミック粉末の平均粒径を７μｍ以下に調節することが好
ましい。
【００２１】
【実施例】（実施例） 低融点ガラス粉末は次のようにして調製した。
【００２２】重量％でＰｂＯ ７８．７％、Ｂ2 Ｏ3
６．０％、ＺｎＯ ２．８％、ＳｉＯ2 １．０％、Ｂｉ
2 Ｏ3 １０．０％、Ｆｅ2 Ｏ3 １．５％の組成になるよ
うに、鉛丹、硼酸、亜鉛華、珪石粉、酸化ビスマス、及
び酸化鉄を調合し、白金るつぼを用いて９００℃で１時
間溶融した後、水冷ローラーにより、薄板状に成形し
た。次いでこの成形物をボールミルにて粉砕し、２５０
メッシュの篩を通過させて低融点ガラス粉末を得た。こ
のガラスは転移点が２８５℃、３０〜２５０℃における
熱膨張係数が１２７×１０-7／℃であった。
６．０％、ＺｎＯ ２．８％、ＳｉＯ2 １．０％、Ｂｉ
2 Ｏ3 １０．０％、Ｆｅ2 Ｏ3 １．５％の組成になるよ
うに、鉛丹、硼酸、亜鉛華、珪石粉、酸化ビスマス、及
び酸化鉄を調合し、白金るつぼを用いて９００℃で１時
間溶融した後、水冷ローラーにより、薄板状に成形し
た。次いでこの成形物をボールミルにて粉砕し、２５０
メッシュの篩を通過させて低融点ガラス粉末を得た。こ
のガラスは転移点が２８５℃、３０〜２５０℃における
熱膨張係数が１２７×１０-7／℃であった。
【００２３】またフィラーとしては、クリストバライト
粉末及びアルミナ粉末を使用した。
粉末及びアルミナ粉末を使用した。
【００２４】クリストバライト粉末は次のようにして調
製した。まず、球形化された最大粒子径３５μｍ、平均
粒径７μｍの石英ガラス粉末を１４８０℃で１６時間焼
成してクリストバライト化した。なおクリストバライト
粉末は、流動性を改善するために、さらに平均粒径０．
１μｍのＺｎＯ微粒子を５体積％添加して乾式混合した
後、１０００℃で１時間熱処理し、表面にＺｎＯ被膜を
形成した。
製した。まず、球形化された最大粒子径３５μｍ、平均
粒径７μｍの石英ガラス粉末を１４８０℃で１６時間焼
成してクリストバライト化した。なおクリストバライト
粉末は、流動性を改善するために、さらに平均粒径０．
１μｍのＺｎＯ微粒子を５体積％添加して乾式混合した
後、１０００℃で１時間熱処理し、表面にＺｎＯ被膜を
形成した。
【００２５】アルミナ粉末は平均粒径約５μｍの市販品
を使用した。
を使用した。
【００２６】このようにして得られた低融点ガラス粉
末、クリストバライト粉末、及びアルミナ粉末をそれぞ
れ体積％で６０％、２０％、２０％の割合で混合して封
着材料を得た。
末、クリストバライト粉末、及びアルミナ粉末をそれぞ
れ体積％で６０％、２０％、２０％の割合で混合して封
着材料を得た。
【００２７】この封着材料は、３０〜２５０℃における
熱膨張係数が１５０×１０-7／℃、封着温度が４１０
℃、曲げ強度が６００ｋｇ／ｃｍ2 であり、誘電率が１
２．３であった。
熱膨張係数が１５０×１０-7／℃、封着温度が４１０
℃、曲げ強度が６００ｋｇ／ｃｍ2 であり、誘電率が１
２．３であった。
【００２８】さらにこの封着材料を用いて、Ａｌ ７０
重量％、Ｓｉ ３０重量％よりなり、１６０×１０-7／
℃の熱膨張係数を有する金属製パッケージ（１８リー
ド）の封着を行った。封着は、通常行われているように
ビークルを用いて封着材料をペースト化し、パッケージ
にスクリーン印刷した後、空気中、４１０℃で１０分間
熱処理した。このようにして得られた封着物は気密性の
高いものであった。
重量％、Ｓｉ ３０重量％よりなり、１６０×１０-7／
℃の熱膨張係数を有する金属製パッケージ（１８リー
ド）の封着を行った。封着は、通常行われているように
ビークルを用いて封着材料をペースト化し、パッケージ
にスクリーン印刷した後、空気中、４１０℃で１０分間
熱処理した。このようにして得られた封着物は気密性の
高いものであった。
【００２９】なお、熱膨張係数は、外径４ｍｍ、長さ５
０ｍｍに加熱成形した試料を用いて、石英押棒式熱膨張
計により測定し、曲げ強度は、封着材料を加熱して作製
したブロックから１０×１０×５０ｍｍの大きさに切り
出した試料を用いて３点曲げ試験により求めた。また誘
電率は、外径３５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板状に加熱
成形した試料を用いて、ＬＣＲメーター（２５℃、１Ｍ
Ｈｚ）によって測定した。
０ｍｍに加熱成形した試料を用いて、石英押棒式熱膨張
計により測定し、曲げ強度は、封着材料を加熱して作製
したブロックから１０×１０×５０ｍｍの大きさに切り
出した試料を用いて３点曲げ試験により求めた。また誘
電率は、外径３５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板状に加熱
成形した試料を用いて、ＬＣＲメーター（２５℃、１Ｍ
Ｈｚ）によって測定した。
【００３０】（比較例） 実施例１において使用した低融点ガラス粉末６０体積％
と、フッ化カルシウム粉末４０体積％を混合して封着材
料を得た。
と、フッ化カルシウム粉末４０体積％を混合して封着材
料を得た。
【００３１】この封着材料は、３０〜２５０℃における
熱膨張係数が１５０×１０ -7 ／℃、封着温度が４１０
℃、誘電率が１２．０であり、実施例１の封着材料とほ
ぼ同等の値を示した。またこの封着材料を用いて、実施
例１で使用した金属製パッケージを同様の方法で封着し
たところ、気密性の高い封着物が得られた。しかしなが
ら、機械的強度は４００ｋｇ／ｃｍ 2 であり、実施例１
の封着材料のそれに比べて２００ｋｇ／ｃｍ 2 も低かっ
た。
熱膨張係数が１５０×１０ -7 ／℃、封着温度が４１０
℃、誘電率が１２．０であり、実施例１の封着材料とほ
ぼ同等の値を示した。またこの封着材料を用いて、実施
例１で使用した金属製パッケージを同様の方法で封着し
たところ、気密性の高い封着物が得られた。しかしなが
ら、機械的強度は４００ｋｇ／ｃｍ 2 であり、実施例１
の封着材料のそれに比べて２００ｋｇ／ｃｍ 2 も低かっ
た。
【００３２】なお、フッ化カルシウム粉末は、原料粉末
を１０００℃で５時間焼成して粒成長させた後、ボール
ミルにて粉砕し、３５０メッシュの篩を通過させて、平
均粒 径５μｍの粉末としたものを使用した。
を１０００℃で５時間焼成して粒成長させた後、ボール
ミルにて粉砕し、３５０メッシュの篩を通過させて、平
均粒 径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の低融点高膨
張性封着材料は、熱膨張係数が１２０〜２２０×１０ -7
／℃と高く、また低温での封着が可能であり、しかも機
械的強度が高いため、金属製パッケージの気密封着に好
適である。
張性封着材料は、熱膨張係数が１２０〜２２０×１０ -7
／℃と高く、また低温での封着が可能であり、しかも機
械的強度が高いため、金属製パッケージの気密封着に好
適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０３Ｃ 14/00 Ｃ０３Ｃ 14/00
Claims (1)
- 【請求項１】 体積％で低融点ガラス粉末 ４５〜８０
％、クリストバライト粉末及び／又はトリジマイト粉末
５〜５０％、セラミック粉末 ０〜４０％を混合して
なり、クリストバライト粉末及びトリジマイト粉末は最
大粒子径が４５μｍ以下であり、かつ表面にＺｎＯから
なる被膜が形成されてなることを特徴とする高膨張性封
着材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24670891A JP3227733B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 高膨張性封着材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24670891A JP3227733B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 高膨張性封着材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0558673A JPH0558673A (ja) | 1993-03-09 |
| JP3227733B2 true JP3227733B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=17152460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24670891A Expired - Fee Related JP3227733B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 高膨張性封着材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3227733B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100917662B1 (ko) | 2007-12-26 | 2009-09-18 | 제일모직주식회사 | 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5545589B2 (ja) * | 2007-08-10 | 2014-07-09 | 日本電気硝子株式会社 | 封着材料の製造方法 |
| US10544058B1 (en) * | 2017-06-01 | 2020-01-28 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | High thermal expansion glass composites and uses thereof |
-
1991
- 1991-08-30 JP JP24670891A patent/JP3227733B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100917662B1 (ko) | 2007-12-26 | 2009-09-18 | 제일모직주식회사 | 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0558673A (ja) | 1993-03-09 |
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