JPH0144656B2

JPH0144656B2 -

Info

Publication number: JPH0144656B2
Application number: JP4031182A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Seki; Akira Nakamura; Takashi Iwai
Original assignee: Iwaki Glass Co Ltd
Current assignee: Iwaki Glass Co Ltd
Priority date: 1982-03-16
Filing date: 1982-03-16
Publication date: 1989-09-28
Also published as: JPS58161943A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、低温度の熱処理により主として非失
透状態で封着を達成する低融点ガラスの粉末と低
膨脹性耐火物フイラーの粉末とからなり、特に
IC用のアルミナ質パツケージ（アルミナ基板）
の封着に好適に用いられる封着用ガラス組成物に
関する。ICのアルミナ質パツケージによる封止
はIC素子保護のため、できるだけ低温で封着す
る必要がある。この封着にはPbO−B₂O₃−SiO₂
系あるいは、PbO−B₂O₃−ZnO−SiO₂系の低融
点ハンダガラス（フリツト）が用いられ、封着温
度は430〜480℃である。本発明の主な目的は430℃以下（390〜430℃）
の温度で10分間以内の熱処理により、充分流動
し、金属リードワイヤ、アルミナに対して気密な
封着を完成すること。さらに金属リードワイヤ、
アルミナに整合する熱膨脹係数の封着部を与える
こと、耐熱性、耐水性、耐酸性、絶縁性、誘電率
等要求される諸特性条件を充分満足できる封着用
ガラス組成物を提供することである。本発明者は、PbO−B₂O₃−ZnO−SiO₂系に
V₂O₅、CuOを添加することにより、390〜430℃
の封着温度を達成した。さらに低膨脹性耐火物フ
イラーとして、重量％表示で、少くとも２％のコ
ージエライト粉末を混入することにより、前記目
的を達成することを見出した。本発明は、重量％表示で本質的に、 PbO 77.0〜86.0％ B₂O₃ 6.0〜15.0％ ZnO 0.5〜6.5％ SiO₂ 0.3〜3.0％ V₂O₅ 0.1〜3.0％ CuO 0.1〜4.0％ Al₂O₃ ０〜3.0％ P₂O₅ ０〜3.5％ SnO₂ ０〜1.5％ RO ０〜2.0％（ROはBaO、SrO、CaO、MgOのうち、いずれ
か１者又は２者以上） R₂O ０〜1.0％（R₂OはLi₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂Oのう
ち、いずれか１者又は２者以上）の組成を有する低融点ガラスを提供する。更にこ
の低融点ガラスの粉末と、重量％表示で下記含有
割合の低膨脹性耐火物フイラーの粉末；コージエライト 2.0〜35％ β−ユークリプタイト０〜35％ β−スポジユーメン０〜35％ジルコン０〜60％チタン酸鉛０〜60％とからなる封着用ガラス組成物が提供される。前記低融点ガラスの組成限定の理由を説明す
る。 PbO＜77％；ガラスの軟化点が高くなり低温で
の封着に適さない。PbO＞86％；ガラスの熱膨脹
係数が大きくなる。 B₂O₃＜６％；ガラス熔融解作業中に失透が生
成する。B₂O₃＞15％；ガラスの軟化点が高くな
り低温での封着に適さない。 ZnO＜0.5％；ガラスの軟化点が高くなりすぎ
る。ZnO＞6.5％；ガラスの結晶化が速くなりす
ぎ、また、ガラス熔解作業中に失透が生成し易く
なる。 SiO₂＜0.2％；ガラスの結晶化傾向が強くなる。
SiO₂＞3.0％；ガラスの軟化点が高くなり低温で
の封着に適さない。 V₂O₅＜0.1％；ガラスの流動性を向上させる効
果がない。V₂O₅＞3.0％；電気絶縁性、耐水性が
悪くなる。 CuO＜0.1％；ガラスの流動性を向上させる効
果がない。CuO＞4.0％；ガラスの結晶化傾向が
強くなる。以上の必須成分の外に、３％までのAl₂O₃、3.5
％までのP₂O₅、1.5％までのSnO₂及び／又は
BaO、SrO、CaO、MgOのうちから選ばれる少
くとも１種のアルカリ土類金属酸化物を2.0％ま
で、SiO₂と組み合せて含有させ、ガラスの結晶
化傾向を調整することができる。また、Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O又はCs₂Oか
ら選ばれるアルカリ金属酸化物は、１％以下含有
することにより、ガラスの軟化点を低下させ、封
着の際の熱処理条件をコントロールすることがで
きる。必須成分に関し、より好ましい含有量の範囲は
重量％表示で次の通りである。 PbO 80.0〜85.0％ B₂O₃ 7.0〜13.0％ ZnO 2.0〜6.0％ SiO₂ 0.5〜2.5％ V₂O₅ 0.3〜2.0％ CuO 0.3〜4.0％以上の組成を有するガラスは、390〜430℃の低
温度、10分以内の熱処理で充分流動し、そのまま
非結晶化状態で、あるいは添加成分によつては、
その後結晶化した後、気密なシールを達成するけ
れども、熱膨脹係数が比較的高く、アルミナの如
き65〜70×10^-7℃^-1（25〜400℃）の材料あるい
は、ソーダ、石灰、ガラスの如き約90×10^-7×℃
^−１（50〜350℃）の材料に整合的に即ちマツチン
グして封着することができない。本発明の封着用ガラス組成物においては、前記
の低融点ガラス粉末に対して、低膨脹の無機耐火
物の添加剤いわゆる「フイラー」として、重量％
で２〜35％のコージエライトの粉末を混合する。
２％より少ないと、添加の効果がなく、35％を越
えると組成物の流動性が減少するので好ましくな
い。より好ましい添加割合は、重量％で、３〜30
％である。コージエライト（菫青石、2MgO、2Al₂O₃、
5SiO₂）は、天然鉱物としても存在し入手できる
が、通常は化学量論的にMgO、Al₂O₃、SiO₂を
調合し、1300℃以上の温度で固相反応により合成
するか、又は1500℃以上で熔融後結晶化させたも
のを用いる。コージエライトは10〜20×10^-7℃^-1
（50〜350℃の熱膨脹係数）を有すると共に、IC
用アルミナパツケージのシールに用いるときに要
求される電気的特性に関し、他の公知のフイラー
の中では最も適しているので、この目的のために
は、コージエライト単独の添加が望ましい。しか
し、コージエライトと共に他のフイラー即ち35％
までのβ−ユークリプタイト、35％までのβ−ス
ポジウメン、60％までのジルコン又は60％までの
チタン酸鉛を組成物に混合してもよい。 β−ユークリプタイト（Li₂O、Al₂O₃、
2SiO₂）、β−スポジウメン（Li₂O、Al₂O₃、
4SiO₂）は、化学量論組成の原料配合物を1500℃
程度で溶融ガラス化し、冷却、粉砕した後900℃
で再加熱して製造する。ジルコン（ZrO₂、SiO₂）は通常天然品が使用
されるが、ZrO₂粉末とSiO₂粉末とを固相反応に
よつて合成したものを用いることができる。チタン酸鉛（PbO、TiO₂）は、PbO粉末と
TiO₂粉末の等モル混合物を1000〜1300℃の高温
で焼成し固相反応により合成し、得られた焼結体
を粉砕して製造される。これらのフイラーの熱膨脹係数は次の通りであ
る。 β−ユークリプタイト −60〜−80×10^-7℃^-1（50〜350℃）コージエライト８〜15 〃（〃）ジルコン 42〜48 〃（〃）チタン酸鉛 −40〜−53 〃（〃）次に本発明の封着用ガラス組成物の製造方法の
一例を説明する。各成分原料、例えば鉛丹、無水硼酸、酸化亜
鉛、珪砂、五酸化バナジウム、酸化第２銅を目標
組成に従つて配合し混合してバツチを調整し、バ
ツチを白金るつぼに入れ電気炉中で1000〜1250℃
で１〜２時間加熱熔解する。熔融ガラスを水砕
し、又は板状に成形した後、ボールミルで粒径１
〜8μ程度まで粉砕する。フイラーの混合は、ガラスの粉砕時ボールミル
中に所定量のフイラーを混入し、粉砕混合を同時
に行なつてもよく、前もつて１〜8μ程度に粉砕
したフイラーをガラス粉末に加えてミキサーで混
合してもよい。本発明の封着用ガラス組成は、主として非結晶
化状態で、アルミナパツケージの封着に用いられ
るが、ガラス中の添加成分の調整により結晶化状
態で使用することもでき、ソーダ石灰ガラス、例
えばフロートガラス板あるいは金属材料の封着に
も使用できる。実施例表の上段に示す試料No.１〜９の組成のガラスを
前述の方法で製造し、その粉砕時に表に示す種類
のフイラーを表に示す量だけ加えて一緒に粉砕混
合し、封着用の粉末試料を調整し、下記特性値を
測定した。尚、各試料において、ガラスの含有量
は、フイラーの残量になる。ガラス転移点：Tg（℃）各粉末試料0.1ｇを示差熱分析機のホルダーに
入れ、室温より10℃／minの昇温速度で温度を上
昇させ熱分析曲線を描き、その曲線に現われる最
初の吸熱開始温度を、転移点（℃）として表に示
した。熱膨脹係数：α（10^-7・℃^-1）各粉末試料を棒状に圧縮成形した後、表に示す
各熱処理条件（390〜430℃、10分間）で、加熱し
て得た棒状試料の各々について50℃〜ガラス転移
点間の熱膨脹係数を測定した。 IC封止用アルミナの場合、その熱膨脹係数は
65〜70×10^-7℃^-1（25〜400℃）の範囲内にある。
封着用ガラス組成物の熱処理後の熱膨脹係数は、
アルミナのそれに対して＋２×10^-7乃至−10×
10^-7の範囲内にあると、アルミナとの整合性の要
請を満足する。従つて、試料No.８を除いて、各試
料はアルミナとの整合性を満たす。一方、試料No.
８は、ソーダライムガラス（α≒90×10^-7℃^-1）
に対して適用されうる。流動性（フローボタン径）封着用ガラス組成物としては、熱処理時、充分
に軟化流動し被封着面に充分濡れ、封着部の気密
性を確保することを要す。この流動性の測定のた
め、各粉末試料を、その比重に相当するｇ数を採
取し、12.5mmφの円柱状に加圧成形した後、表に
示した熱処理条件で加熱し、そのフローボタン径
を測定した。尚、アルミナとの封着に当つては、組成物のフ
ローボタン径は18mm以上であるのが好ましい。体積抵抗率ρ（ohm・cm）各試料の熱処理品の150℃における体積抵抗
率：ρ（ohm・cm）を測定し、表にその常用対数
値（logρ）を示した。アルミナパツケージへの封着のためには、この
値は10¹⁰ohm・cm以上であるのが望ましい。誘電率各試料の熱処理品の20℃、1MHzにおける誘電
率（ε）を測定した。この値は、20以下であるこ
とが望ましい。熱処理品の状態各試料を熱処理したとき、熱処理品がガラス状
態を保つているものを「非晶質」とし、結晶化し
たものを「結晶化」として、表に示した。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１重量％表示で本質的に次の組成を有する低融
点ガラス。 PbO 77.0〜86.0％ B₂O₃ 6.0〜15.0％ ZnO 0.5〜6.5％ SiO₂ 0.2〜3.0％ V₂O₅ 0.1〜3.0％ CuO 0.1〜4.0％ Al₂O₃ ０〜3.0％ P₂O₅ ０〜3.5％ SnO₂ ０〜1.5％ RO ０〜2.0％（ROはBaO、SrO、CaO、MgOのうち、いずれ
か１者又は２者以上） R₂O ０〜1.0％（R₂OはLi₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂Oのう
ち、いずれか１者又は２者以上）２重量％表示で、本質的に、 PbO 77.0〜86.0％ B₂O₃ 6.0〜15.0％ ZnO 0.5〜6.5％ SiO₂ 0.2〜3.0％ V₂O₅ 0.1〜3.0％ CuO 0.1〜4.0％ Al₂O₃ ０〜3.0％ P₂O₅ ０〜3.5％ SnO₂ ０〜1.5％ RO ０〜2.0％（ROはBaO、SrO、CaO、MgOのうち、いずれ
か１者又は２者以上） R₂O ０〜1.0％（R₂OはLi₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O、Cs₂Oのう
ち、いずれか１者又は２者以上）の組成を有する低融点ガラス粉末と重量％表示で
下記含有割合の低膨脹性耐火物フイラーの粉末；コージエライト 2.0〜35％ β−ユークリプタイト０〜35％ β−スポジユーメン０〜35％ジルコン０〜60％チタン酸鉛０〜60％とからなる封着用ガラス組成物。３前記低融点ガラスにおいて、PbO、B₂O₃、
ZnO、SiO₂、V₂O₅及びCuOは、 PbO 80.0〜85.0％ B₂O₃ 7.0〜13.0％ ZnO 2.0〜6.0％ SiO₂ 0.5〜2.5％ V₂O₅ 0.3〜2.0％ CuO 0.3〜4.0％の範囲内にあり、前者低膨脹性耐火物フイラーと
してはコージエライトが単独に用いられ、かつ重
量％表示で、低融点ガラス粉末 70〜97％コージエライト粉末３〜30％の組成を有する特許請求の範囲第２項記載の封着
用ガラス組成物。