JP3425750B2 - 封着材料 - Google Patents
封着材料Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は封着材料に関し、より具
体的には半導体集積回路、水晶振動子等の熱に弱い素子
を搭載したパッケージの気密封着に好適な封着材料に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】半導体集積回路や水晶振動子等の素子を
搭載した高信頼性のパッケージの気密封着には、低融点
ガラスを用いた封着材料が使用される。 【０００３】従来、封着材料としてＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3系ガ
ラス粉末に、チタン酸鉛、ウイレマイト等の低膨張耐火
性物質粉末を添加したものが広く知られているが、この
系のガラスを用いた封着材料は、封着温度を４００℃以
下にすることが困難であるため、素子によっては特性が
劣化してしまう場合がある。 【０００４】近年このような事情から、より低い温度で
封着できる封着材料の開発が進められている。例えば特
表昭６３−５０２５８３号には、ＰｂＯ−Ｖ2Ｏ5−Ｂｉ
2Ｏ3系ガラスを使用した封着材料が開示され、また特開
昭６３−３１５５３６号には、ＰｂＯ−Ｔｌ2Ｏ−Ｂ2Ｏ
3系ガラスを使用した封着材料が開示されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上記特表昭６３−５０
２５８３号に開示の封着材料は、封着温度を３３０℃程
度にまで低下させることが可能である。しかしながらこ
のような低い温度で封着するためには、封着時に金属ク
リップ等によって相当の荷重をかけなければならない。
一方特開昭６３−３１５５３６号の封着材料について
も、封着温度を３３０℃程度にすることが可能である
が、毒性の強いＴｌ2Ｏを多量含有するため、製造時や
封着作業時に粉塵の飛散を防ぐ設備を必要とする等、実
用上問題がある。 【０００６】本発明の目的は、有毒物質を含有せず、し
かも荷重をかけることなく３３０℃以下の温度でパッケ
ージを封着することが可能な封着材料を提供することで
ある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の封着材料は、低
融点組成物粉末４５〜９０体積％と、耐火性物質粉末１
０〜５５体積％を混合してなり、該低融点組成物粉末は
モル％で、Ａｇ2Ｏ２０〜４０％、ＡｇＩ ０〜２０
％、Ｐ2Ｏ5 ２０〜４５％、ＰｂＦ2＋ＺｎＦ2＋ＢｉＦ
3 ２〜２５％、ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ ０〜３５
％、ＰｂＦ2＋ＺｎＦ2＋ＢｉＦ3＋ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋Ｃ
ｕＯ≦４０％からなることを特徴とする。 【０００８】 【作用】本発明の封着材料において、低融点組成物は非
晶質ガラス、結晶性ガラス及び結晶物の何れかの形態を
とる。非晶質ガラス及び結晶性ガラスは転移点が１５０
〜２３０℃と非常に低く、３００〜３３０℃の加熱で十
分流動する。また結晶物は融点が非常に低く、３００〜
３３０℃の加熱で再溶融して粘性の低い液体となる。な
お結晶物は、原料を一旦融液化し、次いで冷却して結晶
を析出させた後、これを粉砕したものである。 【０００９】本発明の封着材料において、低融点組成物
の組成範囲を上記のように限定した理由を以下に述べ
る。 【００１０】Ａｇ2Ｏ及びＡｇＩは、低融点組成物の主
成分であるとともに、水に非常に溶け難いために組成物
の化学耐久性を高める効果がある。Ａｇ2Ｏが２０％よ
り少ないと低融点組成物の粘性が高くなり、また化学耐
久性が低下する。一方Ａｇ2Ｏが４０％より多いとき、
或いはＡｇＩが２０％より多いときは融液化が困難にな
る。 【００１１】Ｐ2Ｏ5は、Ａｇ2ＯやＡｇＩとともに低融
点組成物の主成分である。Ｐ2Ｏ5が２０％より少ないと
融液化が困難になり、４５％より多いと低融点組成物の
粘性が高くなる。 【００１２】ＰｂＦ2、ＺｎＦ2、ＢｉＦ3、ＰｂＯ、Ｚ
ｎＯ、及びＣｕＯは、低融点組成物の安定性の増大、化
学耐久性の改善、及び熱膨張係数の低減に効果がある。
これらの成分のうち、ＰｂＦ2、ＺｎＦ2、ＢｉＦ3の合
量が２％より少ないとその効果がない。またＰｂＦ2、
ＺｎＦ2、ＢｉＦ3の合量が２５％より多いとき、或いは
ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯの合量が３５％より多いとき
は、低融点組成物の粘性が高くなる。またＰｂＦ2、Ｚ
ｎＦ2、ＢｉＦ3、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯの合量は４０
％以下に制限される。 【００１３】 【００１４】 【００１５】ところで以上の組成を有する低融点組成物
は、３０〜１５０℃（又は２００℃）における熱膨張係
数が１５０〜２２０×１０-7／℃と非常に高く、また機
械的強度が不十分である。このため封着の対象となるパ
ッケージに適合するように熱膨張係数を調整したり、機
械的強度を増大させる必要がある。 【００１６】本発明の封着材料は、上記した低融点組成
物の粉末に、耐火性物質粉末を混合してなるために、封
着の対象となるパッケージに適した熱膨張係数が得ら
れ、また十分な機械的強度を有する。 【００１７】耐火性物質のうち、主に熱膨張係数を低下
させるものとしては、ＮｂＺｒ（ＰＯ4）3やＳｒ0.5Ｚ
ｒ2Ｐ3Ｏ12等のＮａＺｒ2（ＰＯ4）3型固溶体、チタン
酸鉛及びその固溶体、ウイレマイト、コージエライト、
ジルコン、酸化すず、β−ユークリプタイト、リン酸ジ
ルコニウム、五酸化ニオブ、石英ガラス、ムライト、チ
タン酸アルミニウム等を使用することができる。 【００１８】また主に機械的強度を増大させるものとし
ては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、すず酸亜鉛、
マグネシア、石英、スピネル、ガーナイト等を使用する
ことができる。 【００１９】なお、上記したような耐火性物質粉末は、
２種以上を混合して使用しても良い。 【００２０】次に本発明の封着材料において、低融点組
成物粉末と耐火性物質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。 【００２１】低融点組成物粉末が９０体積％より多い場
合、即ち耐火性物質粉末が１０体積％より少ない場合は
上記した効果を得ることができない。一方、低融点組成
物粉末が４５体積％より少ない場合、即ち耐火性物質粉
末が５５体積％より多い場合は封着材料が流動しなくな
る。 【００２２】 【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の封着材料を
説明する。 【００２３】低融点組成物粉末として、次のようにして
調製した結晶性のガラス粉末を使用した。 【００２４】モル％でＡｇ2Ｏ ２７％、ＡｇＩ ５
％、Ｐ2Ｏ5 ３６％、ＺｎＦ2 ５％、ＰｂＯ ２７％
の組成になるように、酸化銀、ヨウ化銀、正リン酸、リ
ン酸鉛、フッ化亜鉛を混合し、白金坩堝を用いて７００
℃で２時間溶融した後、成形、粉砕し、２５０メッシュ
の篩を通過させて平均粒径７μｍのガラス粉末とした。
このガラス粉末は３３０℃に加熱すると、流動した後に
結晶化し、またその熱膨張係数は２０５×１０-7／℃で
あった。 【００２５】耐火性物質粉末としては、ジルコン粉末を
使用した。 【００２６】ジルコン粉末は、低α線タイプのジルコニ
ア、シリカ、及び酸化第二鉄をＺｒＯ2 ６５．９％、
ＳｉＯ2 ３２．２％、Ｆｅ2Ｏ3 １．９％の組成にな
るように混合し、１４５０℃で１６時間焼成した後、粉
砕し、平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。 【００２７】次にガラス粉末８０体積％と、ジルコン粉
末２０体積％を混合して試料を作製した。このようにし
て得られた試料は封着温度が３３０℃、３０〜２００℃
における熱膨張係数が１７０×１０-7／℃であった。 【００２８】この試料を用いて、銅をベースとする合金
（熱膨張係数 １８０×１０-7／℃）からなるパッケー
ジを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。 【００２９】なお転移点及び熱膨張係数は石英押棒式の
熱膨張計を用いて求めた。 【００３０】 【発明の効果】以上説明したように本発明の封着材料
は、有毒物質を含まず、また荷重をかけることなく３０
０〜３３０℃と極めて低い温度で封着することができる
ため、熱に敏感な半導体集積回路や水晶振動子等を搭載
したパッケージの封着に好適である。
体的には半導体集積回路、水晶振動子等の熱に弱い素子
を搭載したパッケージの気密封着に好適な封着材料に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】半導体集積回路や水晶振動子等の素子を
搭載した高信頼性のパッケージの気密封着には、低融点
ガラスを用いた封着材料が使用される。 【０００３】従来、封着材料としてＰｂＯ−Ｂ2Ｏ3系ガ
ラス粉末に、チタン酸鉛、ウイレマイト等の低膨張耐火
性物質粉末を添加したものが広く知られているが、この
系のガラスを用いた封着材料は、封着温度を４００℃以
下にすることが困難であるため、素子によっては特性が
劣化してしまう場合がある。 【０００４】近年このような事情から、より低い温度で
封着できる封着材料の開発が進められている。例えば特
表昭６３−５０２５８３号には、ＰｂＯ−Ｖ2Ｏ5−Ｂｉ
2Ｏ3系ガラスを使用した封着材料が開示され、また特開
昭６３−３１５５３６号には、ＰｂＯ−Ｔｌ2Ｏ−Ｂ2Ｏ
3系ガラスを使用した封着材料が開示されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上記特表昭６３−５０
２５８３号に開示の封着材料は、封着温度を３３０℃程
度にまで低下させることが可能である。しかしながらこ
のような低い温度で封着するためには、封着時に金属ク
リップ等によって相当の荷重をかけなければならない。
一方特開昭６３−３１５５３６号の封着材料について
も、封着温度を３３０℃程度にすることが可能である
が、毒性の強いＴｌ2Ｏを多量含有するため、製造時や
封着作業時に粉塵の飛散を防ぐ設備を必要とする等、実
用上問題がある。 【０００６】本発明の目的は、有毒物質を含有せず、し
かも荷重をかけることなく３３０℃以下の温度でパッケ
ージを封着することが可能な封着材料を提供することで
ある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の封着材料は、低
融点組成物粉末４５〜９０体積％と、耐火性物質粉末１
０〜５５体積％を混合してなり、該低融点組成物粉末は
モル％で、Ａｇ2Ｏ２０〜４０％、ＡｇＩ ０〜２０
％、Ｐ2Ｏ5 ２０〜４５％、ＰｂＦ2＋ＺｎＦ2＋ＢｉＦ
3 ２〜２５％、ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ ０〜３５
％、ＰｂＦ2＋ＺｎＦ2＋ＢｉＦ3＋ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋Ｃ
ｕＯ≦４０％からなることを特徴とする。 【０００８】 【作用】本発明の封着材料において、低融点組成物は非
晶質ガラス、結晶性ガラス及び結晶物の何れかの形態を
とる。非晶質ガラス及び結晶性ガラスは転移点が１５０
〜２３０℃と非常に低く、３００〜３３０℃の加熱で十
分流動する。また結晶物は融点が非常に低く、３００〜
３３０℃の加熱で再溶融して粘性の低い液体となる。な
お結晶物は、原料を一旦融液化し、次いで冷却して結晶
を析出させた後、これを粉砕したものである。 【０００９】本発明の封着材料において、低融点組成物
の組成範囲を上記のように限定した理由を以下に述べ
る。 【００１０】Ａｇ2Ｏ及びＡｇＩは、低融点組成物の主
成分であるとともに、水に非常に溶け難いために組成物
の化学耐久性を高める効果がある。Ａｇ2Ｏが２０％よ
り少ないと低融点組成物の粘性が高くなり、また化学耐
久性が低下する。一方Ａｇ2Ｏが４０％より多いとき、
或いはＡｇＩが２０％より多いときは融液化が困難にな
る。 【００１１】Ｐ2Ｏ5は、Ａｇ2ＯやＡｇＩとともに低融
点組成物の主成分である。Ｐ2Ｏ5が２０％より少ないと
融液化が困難になり、４５％より多いと低融点組成物の
粘性が高くなる。 【００１２】ＰｂＦ2、ＺｎＦ2、ＢｉＦ3、ＰｂＯ、Ｚ
ｎＯ、及びＣｕＯは、低融点組成物の安定性の増大、化
学耐久性の改善、及び熱膨張係数の低減に効果がある。
これらの成分のうち、ＰｂＦ2、ＺｎＦ2、ＢｉＦ3の合
量が２％より少ないとその効果がない。またＰｂＦ2、
ＺｎＦ2、ＢｉＦ3の合量が２５％より多いとき、或いは
ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯの合量が３５％より多いとき
は、低融点組成物の粘性が高くなる。またＰｂＦ2、Ｚ
ｎＦ2、ＢｉＦ3、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯの合量は４０
％以下に制限される。 【００１３】 【００１４】 【００１５】ところで以上の組成を有する低融点組成物
は、３０〜１５０℃（又は２００℃）における熱膨張係
数が１５０〜２２０×１０-7／℃と非常に高く、また機
械的強度が不十分である。このため封着の対象となるパ
ッケージに適合するように熱膨張係数を調整したり、機
械的強度を増大させる必要がある。 【００１６】本発明の封着材料は、上記した低融点組成
物の粉末に、耐火性物質粉末を混合してなるために、封
着の対象となるパッケージに適した熱膨張係数が得ら
れ、また十分な機械的強度を有する。 【００１７】耐火性物質のうち、主に熱膨張係数を低下
させるものとしては、ＮｂＺｒ（ＰＯ4）3やＳｒ0.5Ｚ
ｒ2Ｐ3Ｏ12等のＮａＺｒ2（ＰＯ4）3型固溶体、チタン
酸鉛及びその固溶体、ウイレマイト、コージエライト、
ジルコン、酸化すず、β−ユークリプタイト、リン酸ジ
ルコニウム、五酸化ニオブ、石英ガラス、ムライト、チ
タン酸アルミニウム等を使用することができる。 【００１８】また主に機械的強度を増大させるものとし
ては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、すず酸亜鉛、
マグネシア、石英、スピネル、ガーナイト等を使用する
ことができる。 【００１９】なお、上記したような耐火性物質粉末は、
２種以上を混合して使用しても良い。 【００２０】次に本発明の封着材料において、低融点組
成物粉末と耐火性物質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。 【００２１】低融点組成物粉末が９０体積％より多い場
合、即ち耐火性物質粉末が１０体積％より少ない場合は
上記した効果を得ることができない。一方、低融点組成
物粉末が４５体積％より少ない場合、即ち耐火性物質粉
末が５５体積％より多い場合は封着材料が流動しなくな
る。 【００２２】 【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の封着材料を
説明する。 【００２３】低融点組成物粉末として、次のようにして
調製した結晶性のガラス粉末を使用した。 【００２４】モル％でＡｇ2Ｏ ２７％、ＡｇＩ ５
％、Ｐ2Ｏ5 ３６％、ＺｎＦ2 ５％、ＰｂＯ ２７％
の組成になるように、酸化銀、ヨウ化銀、正リン酸、リ
ン酸鉛、フッ化亜鉛を混合し、白金坩堝を用いて７００
℃で２時間溶融した後、成形、粉砕し、２５０メッシュ
の篩を通過させて平均粒径７μｍのガラス粉末とした。
このガラス粉末は３３０℃に加熱すると、流動した後に
結晶化し、またその熱膨張係数は２０５×１０-7／℃で
あった。 【００２５】耐火性物質粉末としては、ジルコン粉末を
使用した。 【００２６】ジルコン粉末は、低α線タイプのジルコニ
ア、シリカ、及び酸化第二鉄をＺｒＯ2 ６５．９％、
ＳｉＯ2 ３２．２％、Ｆｅ2Ｏ3 １．９％の組成にな
るように混合し、１４５０℃で１６時間焼成した後、粉
砕し、平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。 【００２７】次にガラス粉末８０体積％と、ジルコン粉
末２０体積％を混合して試料を作製した。このようにし
て得られた試料は封着温度が３３０℃、３０〜２００℃
における熱膨張係数が１７０×１０-7／℃であった。 【００２８】この試料を用いて、銅をベースとする合金
（熱膨張係数 １８０×１０-7／℃）からなるパッケー
ジを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。 【００２９】なお転移点及び熱膨張係数は石英押棒式の
熱膨張計を用いて求めた。 【００３０】 【発明の効果】以上説明したように本発明の封着材料
は、有毒物質を含まず、また荷重をかけることなく３０
０〜３３０℃と極めて低い温度で封着することができる
ため、熱に敏感な半導体集積回路や水晶振動子等を搭載
したパッケージの封着に好適である。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 低融点組成物粉末４５〜９０体積％と、
耐火性物質粉末１０〜５５体積％を混合してなり、該低
融点組成物粉末はモル％で、Ａｇ2Ｏ ２０〜４０％、
ＡｇＩ ０〜２０％、Ｐ2Ｏ5 ２０〜４５％、ＰｂＦ2
＋ＺｎＦ2＋ＢｉＦ3 ２〜２５％、ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋Ｃ
ｕＯ ０〜３５％、ＰｂＦ2＋ＺｎＦ2＋ＢｉＦ3＋Ｐｂ
Ｏ＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ≦４０％からなることを特徴とする
封着材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000268744A JP3425750B2 (ja) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | 封着材料 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3425750B2 true JP3425750B2 (ja) | 2003-07-14 |
Family
ID=18755476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP4029843B2 (ja) | 2004-01-19 | 2008-01-09 | 豊田合成株式会社 | 発光装置 |
| JP4008943B2 (ja) * | 2003-03-10 | 2007-11-14 | 豊田合成株式会社 | 固体素子デバイスの製造方法 |
| CN104178170A (zh) * | 2013-05-23 | 2014-12-03 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 氟铍磷酸玻璃上转换发光的荧光粉及其制备方法 |
| CN112299720B (zh) * | 2020-11-16 | 2022-04-12 | 成都光明光电有限责任公司 | 低温封接玻璃 |
-
2000
- 2000-09-05 JP JP2000268744A patent/JP3425750B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001097737A (ja) | 2001-04-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |