JP3425751B2 - Sealing material - Google Patents
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- JP3425751B2 JP3425751B2 JP2000268747A JP2000268747A JP3425751B2 JP 3425751 B2 JP3425751 B2 JP 3425751B2 JP 2000268747 A JP2000268747 A JP 2000268747A JP 2000268747 A JP2000268747 A JP 2000268747A JP 3425751 B2 JP3425751 B2 JP 3425751B2
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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、Ag2O5〜50%、AgI 30〜80
%、Ag2O+AgI≦85%、P2O5+GeO2+WO
3 10〜50%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5%より
少ないとき、或いはAgIが30%より少ないときは低
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50%より多いとき、或いはAgI
が80%より多いときは融液化が困難になる。またAg
2O及びAgIの合量は85%以下に制限される。
【0011】P2O5、GeO2、WO3は、Ag2OやA
gIとともに低融点組成物の主成分である。これらの成
分が合量で10%より少ないと融液化が困難になり、5
0%より多いと低融点組成物の粘性が高くなる。
【0012】
【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
調製した結晶物を使用した。
【0024】モル%でAg2O 30%、AgI 50
%、GeO2 20%の組成を有するように、酸化銀、
ヨウ化銀、酸化ゲルマニウムを混合し、白金坩堝を用い
て500℃、1時間溶融した。次いで、この融液を金型
上に流し出したところ、冷却中に結晶物となった。さら
にこの結晶物を粉砕し、250メッシュの篩を通過させ
て、平均粒径7μmの結晶物粉末を得た。この結晶物は
融点が300℃、30〜200℃における熱膨張係数が
150×10-7/℃であった。
【0025】また耐火性物質粉末としてはチタン酸鉛粉
末を使用した。
【0026】チタン酸鉛粉末は、リサージ及び酸化チタ
ンをPbO・TiO2の組成になるように配合し、12
00℃で5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】次いで結晶物粉末60体積%と、チタン酸
鉛粉末40体積%を混合して試料を得た。このようにし
て得られた試料は330℃で10分間加熱することによ
り、結晶物が再溶融し、被封着物を濡らした後、冷却中
に再び結晶が析出するものであり、30〜200℃にお
ける熱膨張係数が77×10-7/℃であった。
【0028】この試料を用いて、アルミナ(熱膨張係数
70×10-7/℃)製の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。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sealing material, and more specifically, to a hermetic sealing of a package mounted with a heat-sensitive element such as a semiconductor integrated circuit and a quartz oscillator. The present invention relates to a sealing material suitable for wearing. 2. Description of the Related Art A sealing material using low-melting glass is used for hermetic sealing of a highly reliable package on which elements such as a semiconductor integrated circuit and a quartz oscillator are mounted. Conventionally, as a sealing material, PbO-B 2 O 3 -based glass powder to which a low-expansion refractory substance powder such as lead titanate, willemite or the like is added is widely known. Since it is difficult to reduce the sealing temperature of the used sealing material to 400 ° C. or lower, the characteristics may be deteriorated depending on the element. [0004] Under these circumstances, development of a sealing material which can be sealed at a lower temperature has been advanced in recent years. For example, Kohyo Sho 63-502583, PbO-V 2 O 5 -Bi
A sealing material using 2 O 3 -based glass is disclosed, and JP-A-63-315536 discloses PbO-Tl 2 O-B 2 O.
Sealing materials using 3 based glass is disclosed. [0005] The above-mentioned Japanese Patent Publication No. Sho 63-50
The sealing material disclosed in No. 2583 can lower the sealing temperature to about 330 ° C. However, in order to seal at such a low temperature, a considerable load must be applied by a metal clip or the like at the time of sealing.
On the other hand, the sealing material of JP-A-63-315536 can also have a sealing temperature of about 330 ° C., but contains a large amount of highly toxic Tl 2 O. There is a practical problem, such as the need for equipment to prevent the scattering of dust. An object of the present invention is to provide a sealing material which does not contain a toxic substance and which can seal a package at a temperature of 330 ° C. or less without applying a load. The sealing material of the present invention comprises 45 to 90% by volume of a low melting point composition powder and 1 part of a refractory substance powder.
0 to 55% by volume, and the low melting point composition powder is in mol%, 5 to 50% of Ag2O, 30 to 80 of AgI.
%, Ag 2 O + AgI ≦ 85%, P 2 O 5 + GeO 2 + WO
Characterized by comprising the 3 10-50%. In the sealing material of the present invention, the low melting point composition takes any form of an amorphous glass, a crystalline glass, and a crystal. Amorphous glass and crystalline glass have a transition point of 150
It is very low at ~ 230 ° C and flows sufficiently when heated at 300-330 ° C. The crystalline material has a very low melting point,
It remelts by heating at 330 ° C. to become a low viscosity liquid. The crystalline material is obtained by first melting the raw material, then cooling it to precipitate a crystal, and then pulverizing the crystal. The reason why the composition range of the low melting point composition in the sealing material of the present invention is limited as described above will be described below. [0010] Ag 2 O and AgI are the main components of the low melting point composition, and are very insoluble in water, so that they have the effect of increasing the chemical durability of the composition. When the content of Ag 2 O is less than 5%, or when the content of AgI is less than 30%, the viscosity of the low melting point composition becomes high and the chemical durability is lowered. On the other hand, when Ag 2 O is more than 50% or when AgI
If it is more than 80%, it becomes difficult to melt. Also Ag
2 the total amount of O and AgI is Ru is limited to 85%. P 2 O 5 , GeO 2 and WO 3 are Ag 2 O and A
It is the main component of the low melting point composition together with gI. If the total amount of these components is less than 10%, it becomes difficult to melt, and
Viscous than 0% more low melting point composition that a high. By the way, the low melting point composition having the above composition has a very large thermal expansion coefficient at 30 to 150 ° C. (or 200 ° C.) of 150 to 220 × 10 −7 / ° C. High and insufficient mechanical strength. Therefore, it is necessary to adjust the coefficient of thermal expansion so as to be compatible with the package to be sealed or to increase the mechanical strength. The sealing material of the present invention is obtained by mixing a powder of the low melting point composition with a powder of a refractory substance, so that a thermal expansion coefficient suitable for a package to be sealed can be obtained. In addition, it has sufficient mechanical strength. Among the refractory materials, those which mainly lower the coefficient of thermal expansion include NbZr (PO 4 ) 3 and Sr 0.5 Z
NaZr 2 (PO 4 ) 3 type solid solution such as r 2 P 3 O 12 , lead titanate and its solid solution, willemite, cordierite,
Zircon, tin oxide, β-eucryptite, zirconium phosphate, niobium pentoxide, quartz glass, mullite, aluminum titanate and the like can be used. In addition, alumina, zirconia, titania, zinc stannate,
Magnesia, quartz, spinel, garnite and the like can be used. The refractory material powder as described above is
Two or more kinds may be used as a mixture. Next, the reason why the mixing ratio of the low melting point composition powder and the refractory substance powder in the sealing material of the present invention is limited as described above will be described below. When the low melting point composition powder is more than 90% by volume, that is, when the refractory substance powder is less than 10% by volume, the above effects cannot be obtained. On the other hand, when the low melting point composition powder is less than 45% by volume, that is, when the refractory substance powder is more than 55% by volume, the sealing material does not flow. EXAMPLES The sealing material of the present invention will be described below with reference to examples. Crystals prepared as follows were used as the low melting point composition powder. Ag 2 O 30% in mole%, AgI 50
%, A composition of 20% GeO 2 , silver oxide,
Silver iodide and germanium oxide were mixed and melted at 500 ° C. for 1 hour using a platinum crucible. Next, when the melt was poured out onto a mold, it turned into crystals during cooling. Further, this crystal was pulverized and passed through a 250-mesh sieve to obtain a crystal powder having an average particle diameter of 7 μm. This crystalline product had a melting point of 300 ° C. and a coefficient of thermal expansion at 30 to 200 ° C. of 150 × 10 −7 / ° C. As the refractory substance powder, a lead titanate powder was used. The lead titanate powder is prepared by mixing litharge and titanium oxide so as to have a composition of PbO.TiO 2.
After firing at 00 ° C. for 5 hours, the powder was pulverized to obtain a powder having an average particle size of 5 μm. Next, 60% by volume of the crystalline powder and 40% by volume of the lead titanate powder were mixed to obtain a sample. By heating the sample thus obtained at 330 ° C. for 10 minutes, the crystal re-melts, wets the sealed object, and then precipitates again during cooling. Was 77 × 10 −7 / ° C. When a package made of alumina (coefficient of thermal expansion: 70 × 10 −7 / ° C.) was sealed using this sample, a highly airtight sealed product was obtained. The transition point and the coefficient of thermal expansion were determined using a quartz push rod type thermal dilatometer. As described above, the sealing material of the present invention does not contain any toxic substances, and does not apply any load.
Since sealing can be performed at an extremely low temperature of 0 to 330 ° C., it is suitable for sealing a package on which a semiconductor integrated circuit or a crystal oscillator which is sensitive to heat is mounted.
Claims (1)
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 5〜50%、A
gI 30〜80%、Ag2O+AgI≦85%、P2O
5+GeO2+WO3 10〜50%からなることを特徴
とする封着材料。(57) [Claims 1] 45 to 90% by volume of a low melting point composition powder;
It is a mixture of 10 to 55 vol% refractory material powder, low melting point composition powder in mol%, Ag 2 O 5 to 50%, A
gI 30-80%, Ag 2 O + AgI ≦ 85%, P 2 O
5 + sealing material characterized in that it consists of GeO 2 + WO 3 10~50%.
Priority Applications (1)
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JP2000268747A JP3425751B2 (en) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | Sealing material |
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JP3336141A Division JPH05147974A (en) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | Seal bonding material |
Publications (2)
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---|---|
JP2001097738A JP2001097738A (en) | 2001-04-10 |
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