JPH0340939B2 - - Google Patents

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JPH0340939B2
JPH0340939B2 JP57502545A JP50254582A JPH0340939B2 JP H0340939 B2 JPH0340939 B2 JP H0340939B2 JP 57502545 A JP57502545 A JP 57502545A JP 50254582 A JP50254582 A JP 50254582A JP H0340939 B2 JPH0340939 B2 JP H0340939B2
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Description

請求の範囲 １ 所定のセラミツク膨張係数、降伏強さおよび
溶融温度を有するセラミツクベースと、 前記セラミツクベースの少なくとも一部分に接
着され、所定の箔降伏強さおよび溶融温度を有す
る延性箔と、 前記箔の少なくとも一部分に接着され、所定の
ダイ−ガラス膨張係数、降伏強さおよび軟化温度
を有するダイ−ガラス領域と、 前記ダイ−ガラス領域の少なくとも一部分に接
着され、所定のダイ膨張係数、降伏強さおよび融
点を有する半導体ダイと、を含み、 前記箔降伏強さが前記セラミツク、ダイ−ガラ
スおよびダイ降伏強さより弱く、前記ダイ−ガラ
ス膨張係数が前記セラミツク膨張係数とダイ膨張
係数との中間にあり、前記ダイ−ガラス軟化温度
が前記ダイ、箔およびセラミツク溶融温度より低
半導体デバイス。 ２ 所定の箔溶融温度および箔降伏強さを有する
延性箔をセラミツクベースの一部の上に置き、前
記箔の降伏強さをダイおよびベースの降伏強さよ
り低くした延性箔を使用する工程、 前記箔を熱および圧力によつて前記ベースに接
着させる工程、 所定のダイ−ガラス軟化温度、膨張係数および
降伏強さのダイ上にダイ−ガラス被覆を行い、前
記ダイ−ガラス軟化温度は前記箔溶融温度より低
く、前記ダイ−ガラス降伏強さは前記箔降伏強さ
より強くしたダイ−ガラス被覆を与える工程、 前記ダイおよび前記ベースの位置決めをし、前
記ダイ上のダイ−ガラス被覆が前記箔に接触する
ようする工程、 前記ダイ−ガラス軟化温度よりは高く前記箔溶
融温度より低い温度で前記ベースおよび前記ダイ
に対して一緒に熱および圧力を加え、前記箔と前
記ダイとの間に前記ダイ−ガラスをほゞ均等に、
空所が生じないように分布させる工程、を含む半
導体ダイをセラミツクベースに接着させる方法。 ３ 重量パーセントにて下記の範囲の成分を基本
的に含む封止ガラス材料を使用する前記請求の範
囲第２項記載の半導体ダイをセラミツクベースに
接着させる方法。 GeO2 ２〜10 SiO2 ０〜３ PbO 62〜72 PbF2 ０〜５ B2O3 ９〜12 Al2O3 ３〜６ ZnO ０〜５ V2O5 0.5〜２ CdO ０〜５ TiO2 ４〜８ ４ 重量パーセントにて下記の範囲の成分を基本
的に含む実質的にアルカリを含まない封止ガラス
材料を使用する前記請求の範囲第２項記載の半導
体ダイをセラミツクベースに接着させる方法。 SiO2 10〜15 PbO 45〜55 ZnO ８〜12 Al2O3 ２〜５ B2O3 25〜30 発明の背景 発明の分野 本発明は、一般的にはパツケージ内の電気デバ
イスを取り付けるための装置、方法および材料に
関するものであり、更に具体的に云うと半導体ダ
イをセラミツクベース（base）に接着させる
（bond）ための改良されたガラス組成、方法およ
び構造、およびこれらの材料、方法構造を利用し
た半導体デバイスに関する。 先行技術の説明 金属、セラミツクスおよびガラスは、半導体ダ
イなどの電気デバイスを保護外被内に包装するの
に一般に用いられている。この半導体ダイは例え
ばダイオード、抵抗又はトランジスタなどの個々
の素子、又はそのような素子の集合体のこともあ
り、又は何百又は何千という素子を含む集積回路
であることもある。パツケージ又は保護外被は１
個又はそれ以上の半導体ダイを含むことができ、
２本乃至100本又はそれ以上の外部電気導線を有
することもある。 セルデイツプ（cerdip）パツケージは、今日産
業界で広く用いられている半導体デバイスパツケ
ージの一般的な形式である。代表的な場合にはセ
ルデイツプは半導体ダイが接着しているアルミナ
セラミツクベース、同じくセラミツクベースに接
着している外部接触用リードフレーム、リードフ
レームをダイに結合させる相互接続部、およびダ
イと相互接続部の上の保護蓋（lid）を含む。半
導体ダイをパツケージベースに接着させるのに用
いられる代表的手段は有機層（例えば金属又はガ
ラス混入（loaded）エポキシ樹脂）、ガラス層
（低温接着および／又は封止ガラス）、又は金属
（例えば半導体ダイに蒸着され、セラミツクベー
ス上でスクリーニングされ、燃焼され、次に一緒
に合金されてダイをベースに固定する金属層）で
ある。熱又は熱と圧力が接着部を形成する一般的
な手段である。時にはこの接着部は、“洗浄
（scrubbed）”される。即ち、接着期間中にダイ
をベースと接触させて横方向に左右に動かし、よ
り均質な接着領域を作る。 ダイとベースとの間の接着領域の物理的特性が
極めて重要である。という訳は、それらの特性
は、ダイのうちの熱発生場所と熱を取り出すパツ
ケージベース外面との間の熱インピーダンスを決
定する上での重要な因子（factor）であるからで
ある。金属層接着は、伝道率の高い材料を用いて
いるので、一般に熱インピーダンスは低くなる。
しかし、金属接着層は高価な材料を用いており、
作り方もより複雑である。従つて、それらの層を
用いたデバイスは一層高価になる。ガラス接着層
は金属接着層より安価であるが、より高い熱イン
ピーダンスを示す。有機接着層はそれよりも更に
高い熱インピーダンスを示す。 金共晶（eutectic）金属層接着物で16ピンセル
デイツプパツケージベースに接着した64×64ミル
（1.6×1.6mm）のシリコン半導体ダイについて測
定したところ、接合−ケース熱インピーダンス
θJCは約20℃／ワツトであつた。金共晶接着部は
約２ミル（厚さ51μｍ）であつた。先行技術の厚
さ２〜３ミル（51−76μｍ）のガラス層接着部で
接着した同じチツプおよびベースに対するθJCは
30−40℃／ワツト又はそれ以上であつた。日本、
京都の京セラが製造し市販している接着／封止ガ
ラスDIP−３型を用いた。 先行技術のガラス層を更に薄くして、ガラス層
に接着したダイ−パツケージの組合せの熱インピ
ーダンスを低くしようとする試みは不成功に終つ
ている。シリコンおよびアルミナ基底部の熱膨張
および収縮の不整合によりダイに加えられる応力
はガラスの厚さによつて決まり、その応力はガラ
スの厚さが増すにつれて大きくなる。約２ミル
（51μｍ）以下の場合には、その応力はシリコン
半導体ダイの耐力（yieldstrengtn）を上廻り割
れが発生する。従つて、先行技術のガラス材料を
用いた場合には、より薄いガラス層は実用向きで
はなく、ガラス層を用いた半導体デバイスの改良
されたθJCは達成できなかつた。従つて、半導体
タイおよびその他の部品の改良されたガラス層接
着を達成し、ガラス層接着を用いて低い熱インピ
ーダンスを有する改良された電気デバイスを達成
するための手段（装置）、方法および材料に対す
る必要性が依然として存在する。 従つて、本発明の目的は、電気デバイス、特に
半導体ダイをパツケージに結合させるための改良
された接着および封止ガラス組成を提供すること
である。 本発明のもう１つの目的は、電気デバイスを中
間の延性箔に結合し、次にその延性箔をセラミツ
クパツケージベースに結合して熱不整合応力を減
少させる上での助けにするための改良された接着
および封止ガラス組成を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、中間の延性箔をセ
ラミツクパツケージベースに結合して熱膨張不整
合応力を更に減少させるための改良された接着お
よび封止ガラス組成を提供させることである。 本発明のもう１つの目的は、延性箔をセラミツ
クベースに接着するための改良された方法を提供
し、更にその箔が本質的にはアルミニウムである
方法を提供することである。 本発明のもう１つの目的は。半導体ダイをセラ
ミツクベースに付着させるための改良された方法
を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、中間ガラス層を用
いて、又は用いずにセラミツクベースに封止され
た中間延性箔を用いて半導体ダイをセラミツクベ
ースに付着し、次にその延性箔を別のガラス層を
用いて半導体ダイに封止するための改良された方
法を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、ガラス層で接着し
たダイを用い、先行技術より低い熱インピーダン
スを有する改良された半導体デバイスを提供する
ことである。 本発明の更にもう１つの目的は、応力軽減と熱
インピーダンスの低下とを同時に達成するため、
中間延性箔とともにガラス層に接着したダイを用
いて改良された半導体デバイスを提供することで
ある。 本発明の更にもう１つの目的は、ガラス接着お
よび封止層が先行技術で可能であつたそのような
層より薄い、ガラス層接着ダイ使用の改良された
半導体デバイスを提供することである。 発明の要約 上述した、およびその他の目的および利点は、
セラミツクベース、その中間に第１接着／封止ガ
ラス領域を用いて又は用いずにベースに接着され
た延性箔、箔に接触している第２接着／封止ガラ
ス領域、および第２接着／封止ガラスによつて箔
に接着された半導体ダイなどの電気デバイスを含
む改良された電気デバイスおよびパツケージ構造
が提供されている本発明によつて達成される。 更に、箔を箔の降伏強さ（耐力）を超える圧力
と熱を用いることによつてセラミツクベースに直
接に接着させる製造方法、又は別の実施例におい
ては、アルカリを殆んど含んでおらず、ガラス軟
化点よりは高いがベースおよび箔の溶融温度より
低い温度にまで加熱して接着させた第１接着／封
止ガラスを使用し、プラスチツク又は粘性流ガラ
スに十分な圧力を加えてセラミツクベースと箔の
間の空所（vaids）を殆んどなくすることによつ
て箔をベースに接着させる製造方法が提供されて
いる。ダイは、その軟化温度が第１ガラスの軟化
温度より低く、構造物はその他の材料の溶融温度
より低い異なる組成の第２接着／封止ガラスによ
つて箔に接着されている。加熱して第２ガラスを
軟化させ、ダイを“こすりつけ”（scrubbing）な
がら、又はその“こすりつけ”を行わずに圧力を
加えて、ダイと箔の間に第２ガラスをほゞ一様に
分配する。 更に、下記の組成範囲（重量比にて）を有する
第１接着／封止ガラス材料が提供されている。 SiO2 10〜15 PbO 45〜55 ZnO ８〜12 Al2O3 ２〜５ B2O3 25〜30 更に、下記の範囲組成（重量比にて）を有する
第２接着／封止ガラス材料が提供されている。 G2O2 ２〜10 SiO2 ０〜３ PbO 62〜72 PbF2 ０〜５ B2O3 ９〜12 Al2O3 ３〜６ ZnO ０〜５ V2O5 0.5〜２ CdO ０〜５ TiO2 ４〜８
【図面の簡単な説明】
第１図Ａは、半導体チツプを含むセルデイツプ
パツケージの平面図を簡略化した形で示す。内部
の詳細が見えるようにするためにパツケージの蓋
又は頂部は取り除かれている。 第１図Ｂは、蓋を含めた第１図Ａのセルデイツ
プパツケージの側面図を簡略化した形で示す。 第２図は、先行技術による第１図Ａ−Ｂのパツ
ケージの中央部分の拡大断面図を簡略化した形で
示す。 第３図は、本発明による第１図Ａ−Ｂのパツケ
ージの中央部分の拡大断面図を簡略化した形で示
す。 第４図は、本発明の代わりの実施例による第１
図Ａ−Ｂのパツケージの中央部分の拡大断面図を
簡略化した形で示す。 第５図は、ガラス厚さの関数としての熱インピ
ーダンスの曲線図形である。 図面の詳細説明 第１図Ａ−Ｂは、半導体ダイ用セルデイツプパ
ツケージとして描かれている場合の電気デバイス
１０の平面図および側面図を簡略化した形式で示
す。デバイス１０は、代表的な場合は高アルミナ
セラミツクで作られたベース１１、および基底部
１１上に横たわる内部部分１３を有する外部リー
ド１２を含む。ベース１１は凹所１５を含み、そ
の凹所１５には接続領域１７を有する半導体ダイ
１６が取り付けられている。代表的な場合には接
続領域１７は、ワイヤボンド（図示されていな
い）又は技術上周知の同様の手段によつてデバイ
スパツケージ１０の内部リード部分１３に電気的
に接続されている。そのようなデバイスの製造に
おいては、リード部分１２および１３を含むリー
ドフレームはベース１１上に取り付けられ、ダイ
１６は凹所１５内に結合され、リード部分１３と
接続領域１７の間にワイヤボンド（図示されてい
ない）が完成される。蓋１４は蓋密封剤
（sealant）１８によつてベース１１に付着され
る。 第２図は、先行技術による凹所１５付近におけ
るデバイス１０のベース１１の拡大断面図を簡略
化した形で示す。明確に判るようにするため金属
リード１２−１３は省いてある。凹所１５は底面
２３を有する。ダイ１６は厚さ２５の接着／封止
ガラス２１により凹所１５内に取り付けられてお
り、このガラス２１はダイ１６の面２２をベース
１１の面２３に結合させている。日本、京都の京
セラ社が製造しているDIP−３型ガラスは、市販
されている代表的な先行技術接着／封止ガラスで
ある。先行技術の接着ガラス２１の厚さ２５が２
ミル（51μｍ）より著しく薄くなると、ダイ割れ
が生じ、接着は失敗することが見出されている。
これは、半導体チツプとセラミツクベースの熱膨
張および収縮に差があるために生じる機械的応力
によつて起きる。例えば半導体が室温から500℃
までは１℃当たり23−45×10-7の範囲の線膨張係
数を有するシリコンであり、ベースが１℃当たり
約65×10-7の線膨張係数を有する高アルミナセラ
ミツク（代表的な場合には95％Al2O3）である場
合には、集合体がガラスが凝固する温度（約500
℃）以下に冷えるとセラミツクベースはシリコン
チツプ以上に収縮する。厚い、即ち約２ミル
（51μｍ）又はそれ以上のガラス領域を用いると、
収縮の差によつて発生する力は容易に吸収され、
応力はシリコンとガラスの降伏強さ（耐力）以下
に留つている。しかし、ガラス層の厚さが薄くな
り、同じ力がより薄いガラス領域を横切つて第一
近似で分配され、応力はガラスの厚さにほゞ反比
例して増大する。約２ミル（51μｍ）以下では、
ダイ１６とガラス領域２１との間の境界における
シリコン内の応力はシリコン破砕強さ（fracture
strength）を超えて、チツプの割れが生じる。 第３図は、第２図におけるのと同じベース１１
の横断面部分２０を示すが、先行技術のガラスは
本発明の手段（means）に置きかえられている。
ダイ１６は、本発明のダイ接着ガラス３１および
延性箔３２によつて凹所１５の面２３に接着され
ている。延性箔３２は凹所１５の面２３に接着さ
れた面３４を有する。ダイ接着ガラス領域３１は
ダイ１６の面２２を延性箔３２の面３３に接着さ
せている。ダイ接着ガラス３１は厚さ３５を有す
る。箔３２は厚さ３６を有する。 第４図は、本発明の別の実施例を示し、この場
合にも第２図および第３図におけるのと同じベー
ス１１の断面部分２０を示す。第４図において、
ダイ１６はダイ接着ガラス３１によつて延性箔３
２に接着されており、延性箔３２は箔接着ガラス
４１によつてベース１１の凹所１５の面２３に接
着されている。この応用例で用いられている“ダ
イ−ガラス”、“ダイ接着ガラス”又は“ダイ接
着／封止ガラス”という語は、ダイ１６と段性箔
３２との間に位置するガラス材料領域又はそれと
同等のものを意味することが意図されている。更
に、この応用例で用いられている“箔−ガラス”、
“箔接着ガラス”又は“箔接着／封止ガラス”と
いう語は、箔３２とベース１１との間に位置する
ガラス材料領域又はそれと同等のものを意味する
ことが意図されている。ガラス３１はダイ１６の
面２２を延性箔３２の面３３に接着されている。
ガラス４１は延性箔３２の面３４を凹所１５の面
２３に接着させている。延性箔３２は厚さ４６を
有する。箔接着ガラス４１は厚さ４７を有する。
箔接着ガラスの厚さ４７は代表的な場合にはダイ
接着ガラスの厚さ３５より薄い。 第５図は、第２図に示したダイ−ガラス−箔セ
ルデイツプベース構成を有し後述する本発明のダ
イガラス組成を用いた場合の、ダイガラス領域３
１の厚さの関数としての／ワツト当たりの摂氏温
度における熱インピーダンス測定値θJCの曲線固
形である。２ミル（51μｍ）のダイガラス領域の
ガラスの熱インピーダンスは約30℃／ワツトであ
り、これは同じ厚さの先行技術のガラスによつて
代表的な場合にえられる値に匹敵する点に気づく
であろう。しかし、延性層３２が存在する結果と
して、著しいダイ割れを生じることなくダイガラ
スの厚さ３５を１ミル（25μｍ）以下に薄くする
ことができる。そのような薄いダイ−ガラス層を
用いると、20℃／ワツトに近い熱インピーダンス
値が得られ、これは金属接着層の性能に匹敵する
箔ガラス領域４１の厚さ４７が0.1ミル（2.5μｍ）
程度又はそれ以下であつた第４図の別の実施例を
用いて上記に匹敵する、又はそれ以上の結果が得
られた。従つて、本発明は割れを生じることなし
に薄いガラスダイ接着部の使用を可能にし、それ
に対応する熱性能の改良が得られる。 下記はシリコン半導体ダイがアルミナセルデイ
ツプベースに接着されている本発明の方法の実施
例である。延性箔３２はベース１１の凹所１５内
に置かれており、第１の代わりの実施例では熱と
圧力だけを加えることによつて凹所１５の下面２
３に接着されており、第２の代わりの実施例では
箔３２と凹所面２３との間の箔接着／封止ガラス
４１とともに熱と圧力を加えることによつて凹所
１５の下面２３に接着させている。アルミニウム
は延性箔としてすぐれた結果を生じさせることが
見出されており、好ましい材料である。 延性箔は、接着部作業中に用いられその後の工
程期間中にパツケージがさらされる温度より高い
所定の溶融温度を有し、半導体ダイ、パツケージ
ベースおよびダイをパツケージベースに接着させ
るのに用いられるダイ−ガラスの降伏強さ（耐
力）より弱い所定の降伏強さを有する種類の材料
から選択しなければならない。有用と思われるそ
の他の材料には例えば延性アルミニウム合金、
金、銀、銅および延性はんだ合金がある。しか
し、アルミニウムは比較的高い融点（660℃）を
有し、同時に3000psi（21MPa）という比較的弱
い降伏強さを有しガラスにより接着するので、ア
ルミニウムは特に好ましい。 降伏強さ（耐力）をかなり超える圧力を加え
て、延性アルミニウム箔を直接にセラミツクベー
スに接着させる。550〜650℃の範囲の温度におけ
る約14000psi（97MPa）の圧力値が良い結果を生
じることが発見された。この圧力は、ベース１１
の面２３に延性箔を押しつける焼き入れ鋼工具に
よつて加えられた。焼き入れ鋼工具にふりかけた
窒化硼素細粉の薄層は、工具がアルミニウムに付
着するのを防ぐ。 上記の代わりとして、後述する特殊な組成を有
する薄い箔接着／封止ガラス４１によつて箔３２
をベース１１に接着させてもよい。取り扱いやす
さと接着性能との間の最善の妥協点を与えるもの
として２−５ミル（51−127μｍ）の範囲のアル
ミニウム箔の厚さが好ましいが、１〜10ミル（25
〜254μｍ）の範囲の厚さの箔もまた有用である。
約１ミル（25μｍ）以下ではアルミニウム箔をせ
ん断破損が起きる可能性が大となる。10ミル以上
の厚さも可能と考えるが、付加的箔の厚さは、接
着性をそれ以上改良することなく熱経路の長さを
増大させる。 箔接着／封止ガラス４１は、吹付け
（spraying）、塗装、スクリーニング、スピニング
（spinning）、又は技術上周知のその他の方法によ
つて適用できる。吹付け法によつてこのガラス箔
に適用するのが便利な技術であることが判つた。
有用な0.1ミル（2.5μｍ）程度の厚さの場合はご
く少量のガラスを必要とするだけであり、0.01ミ
ル（0.25μｍ）程度又はそれ以下のより薄い層が
好ましい。ガラス被覆したアルミニウム箔をベー
ス１１の凹所１５内に置き、箔−ガラスの軟化点
よりは高いが箔の溶融温度（660℃）又はセラミ
ツクベースの溶融温度（約2000℃）よりは低い温
度（例えば550−650℃）にまで加熱した。箔３２
の上側に鋼工具を押しつけて加圧し、ガラス４１
がほゞ一様な層に流し込むようにしてセラミツク
表面の空所および隙間を満たし、箔表面の不均等
性があればそれを調節した。14000psi（97MPa）
の圧力が便利なことが発見されたが、それよりか
なり低い圧力が有用と考えられる。アルミニウム
箔を用いた場合には、550〜650℃の範囲の軟化温
度を有する箔−ガラス組成を用いることが便利で
あることが見出され、610〜650℃の範囲が好まし
かつた。いづれにせよ、箔接着／封止ガラスは、
延性箔の溶融温度より低く、その後ダイを箔に接
着するに用いられるダイ−ガラス層の軟化温度よ
り高い軟化温度を有することが重要である。 一般的に云つてセラミツクベースに対するアル
ミニウム箔の直接的接着およびセラミツクベース
に対するアルミニウム箔のガラス接着はいずれも
満足な結果をもたらすことが発見された。セラミ
ツクベースに対する箔のガラス接着はより強力な
接着を生じさせ、同等又はより優れた熱特性を生
じさせた。 ダイ１６は、その軟化温度が箔接着／封止ガラ
ス４１の軟化温度より低く、１ミル（25μｍ）以
下の、できれば0.5ミル（13μｍ）以下のダイ−ガ
ラス接着部厚さができるのに十分な程小さい充填
剤（filler）粒子を有するダイ接着／封止ガラス
を用いて箔に接着される。そのようなガラス材料
の組成は後述する。約0.1ミル（2.5μｍ）ほど薄
いダイ−ガラス厚さが有用と考えられる。 ダイ接着／封止ガラス３１は吹付け、塗装、ス
クリーン印刷（screen printer）、スピニング、
又は技術上周知の他の方法によつてパツケージ又
は半導体ダイの上に適用してもよい。ウエーハを
個々のダイに分離する前にダイがそれから作られ
る半導体ウエーハにダイ−ガラスを適用すること
が好ましい。 ダイを箔に接着させるためには、代表的な場合
にはガラス被覆ダイを箔に接触するように置き、
熱と圧力を加えてガラスを軟化させ、それを箔に
接着させる。市販のダイ接着剤（ユニテツク８−
140）がこの目的に適していることが発見された。
他の市販のダイ接着剤も同様に役に立つと思われ
る。代表的な工程では、ダイ接着剤のヒータブロ
ツク温度を575℃に調節した。セルデイツプベー
スを約10−15秒間このヒータブロツク上に置き、
ベース温度をダイ−ガラスの軟化点（約530℃）
を超える値にまで高めた。64×64ミル（1.6×1.6
mm）のガラス被覆ダイをタイコレツト内で引き上
げて箔被覆ベース上に置き、70〜90グラスの力の
下で約２秒間その位置に保ち、次に約10秒間左右
に動かしてこすりつけ、延性箔の表面がダイ接
着／封止ガラスによつて確実に均等に濡れるよう
にして空所をなくし、ダイと箔との間にほゞ均一
なガラス接着領域を作る。 延性アルミニウム箔をセラミツク箔に接着させ
るのに適した有用な箔接着／封止ガラス材料が見
出されており、それは重量パーセントで下記の範
囲の成分組成を有する。 SiO2 10〜15 PbO 45〜55 ZnO ８〜12 Al2O3 ２〜５ B2O3 25〜30 溶融物（melt）は下記重量（ｇ）の粉末材料
を用いて調製した。 成 分 重量（ｇ） ケイ砂（SiO2） 34.6 ケイ酸鉛（85％PbO＋15％SiO2） 379.3 鉛丹（Pb3O4） 38.4 酸化亜鉛（ZnO） 75.0 水酸化アルミニウムAl（OH）3 40.2 ホウ酸（H3BO3） 350.3 上記の一群の混成分を直径および高さが３イン
チ（7.6cm）のプラチナるつぼに入れて溶融した。
るつぼを約80％満たし、実験室グローバー炉内に
降ろし、溶融およびその後の撹拌作業中1200℃に
保つた。るつぼに最初に入れた量を15分間溶融し
た後に、るつぼを取り出して更に材料を加え、る
つぼを更に炉内に戻した。この方法を約４回くり
返し、一度分の量の材料全部をるつぼ内に入れ
た。 材料を最後に付加してから30分後に、直径２イ
ンチ（5.4cm）のプロペラ羽根を有するプラチナ
撹拌機を溶融したガラス内に約１インチ（2.5cm）
漬し、溶融物を２時間90rpmで撹拌した。次に、
るつぼを炉から取り出し、ガラスを水中にそゝぎ
入れ“フリツト”の形のガラスを生産した。この
ガラスフリツトを水から取り出し、約100℃で乾
燥させた。このフリツトをボールミルで粉砕し、
400メツシユのステンレススチール製篩で篩分し
た。この篩分した湿り（wet）粉砕ガラス粉末を
６〜24時間更に粉砕するのが便利であることが見
出された。技術上周知の材料であるテルビネオー
ルを、湿式粉砕およびガラス適用のため液体とし
て用いた。ガラスは技術上周知の方法によつて適
用することができる。 上述した混合および溶融方法によつて作つたガ
ラス材料は、１c.c.当たり4.1ｇの密度、１℃当た
り（25〜300℃）52×10-7の膨張係数、および約
600℃の軟化／封止温度を有することが発見され
た。混合、溶融および冷却後に決定された組成は
重量パーセントにて下記の表に示している。 SiO2 12.2 PbO 48.0 ZnO 10.0 Al2O3 3.5 B2O3 26.5 下記のダイ接着および封止ガラス材料はシリコ
ン半導体ダイをアルミニウム延性箔に接着させる
のに有用なことが発見されており、重量パーセン
トで下記の範囲の組成からほゞ成り立つている。 GeO2 ２〜10 SiO2 ０〜３ PbO 62〜72 PbF2 ０〜５ B2O3 ９〜12 Al2O3 ３〜６ ZnO ０〜５ V2O5 0.5〜２ CdO ０〜５ TiO2 ４〜８ 上記の組成パーセントは、調製したガラスを砕
いてチタン酸鉛末で希釈した後の組成についての
ものである。 下記は上記に具体的に述べた範囲内の組成を有
するガラス材料の調製物の２つの例である。下記
の（グラムで示した）一度分の成分量はＲ−233
およびＲ−248として示してあるダイ接着／封止
ガラスを製造するのに用いられた。
【表】 各一度分の量を箔封止ガラスについて上述した
方法と同様な方法でプラチナるつぼ内で溶融し
た。原料を次第に追加し、グローバー炉内で1200
℃で溶融し、90rpmで２時間撹拌し、水のなかに
そそき込んでガラスフリツトを作り、次にボール
ミルで粉砕し、400メツシユのステンレススチー
ル製篩で篩分けして細粉を作つた。この細粉を粒
度8μｍ以下、比重約7.5の灰チタン石
（perovskite）相チタン酸塩20〜30容積パーセン
トと混合した。一部の場合には、ガラスフリツト
は、箔封止ガラスと同じ方法でテルピネオール担
体（carrier）を用いて湿式粉砕した。上述した
ように調製したダイ接着／封止ガラス材料は、20
〜30容積パーセントのチタン酸鉛と組み合わせた
場合には、下記の表のＲ−233およびＲ−248の項
目の下に列記したような（希釈後）最終的組成を
有していた。チタン酸鉛による希釈前には、Ｒ−
233ガラスは6.08ｇ／cm3の密度、87×10-7／℃の
熱膨張係数およびデユポン社製（900型）示差熱
分析器で測定した場合395℃の焼なまし点を有し
た。20容量パーセントのチタン酸鉛と混合した場
合には、Ｒ−233ガラスは530℃の軟化／封止温度
を有し、熱膨張は60×10-7／℃に低下した。成分
の混合比を変えることによつて、ガラス材料の最
終的組成を上述した一般的範囲内で変化させるこ
とができた。下記の特定的なガラス材料組成は有
用なことが発見された。
【表】
【表】 止温度
(℃)
上記の組成は重量パーセントで示されている。
Ｒ−233およびＲ−248の名称は実験確認番号であ
る。上記のダイ接着／封止ガラスはすべてセルデ
イツプパツケージ内において接着された延性アル
ミニウム箔にシリコン半導体ダイを接着させる上
で満足な結果を示すことが発見された。 従つて、延性箔、特にアルミニウムをセラミツ
クベースに封止するための改良された組成、半導
体ダイおよびその他の部品を箔、セラミツクベー
スおよび外被（enclosure）に封止するための改
良されたガラス組成、延性箔をセラミツクベース
に接着させるための改良された方法、半導体ダイ
をセラミツクベースに接着させるための改良され
た方法、ガラス接着／封止手段を用いて半導体ダ
イをセラミツクベースに接着させるための方法お
よび構造、およびデバイスがガラスダイ接着の先
行技術において得られる熱インピーダンスより低
い熱インピーダンスを有する場合にガラス接着ダ
イを用いる改良された半導体ダイが本発明によつ
て提供されていることが明らかになる。 上記に本発明を説明したが、本発明の精神およ
び範囲内において種々の変形を行いうることが当
業者には明らかであろう。例えば、シリコン以外
の材料の半導体ダイも、その融点又は分解温度が
ガラスの軟化温度を超えていれば使用できる。セ
ラミツク以外の他のベース材料も、その溶融又は
軟化温度が使用するガラスの軟化温度を超えてい
れば使用できる。アルミニウム以外の他の延性箔
も、その降伏強さ（耐力）が半導体ダイ、ベース
および使用するガラス材料の降伏強さより弱く、
その溶融温度が使用するガラスの軟化温度より高
ければ使用できる。そのような変更はすべて本発
明の精神および範囲のなかにあるものであること
が意図されている。
JP57502545A 1981-09-01 1982-07-26 半導体デバイス及び半導体ダイをセラミックベースに接着させる方法 Granted JPS58501372A (ja)

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