JPH0375240A - 封着材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は低融点ガラスとフィラーとを混合してなり、Ｉ
Ｃセラミックパッケージ、螢光表示管、ＣＲＴバルブ等
の電子部品を封着するのに好適な封着材料に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来よりＩＣセラミックパッケージ等の電子部品を封着
する際に使用する低融点ガラスとしては、重量百分率で
ＰｂＯ４Ｇ−９０％、Ｂ２Ｏ３３〜１５％からなるＰｂ
Ｏ−Ｂｓ０ａ系ガラス、Ｐｂ０８５〜８５％、Ｚｎ０Ｏ
，５〜！５％、Ｂ１１０３７〜２０％からなるＰｂＯ−
ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ，系ガラス、Ｐｂ０４Ｇ〜８０％、Ｂ２
Ｏ３３〜２０％、Ｓ１０．５〜４５％からなるＰｂＯ−
８２０３−ＳＩＯ２系ガラスが知られている。

一般にこれらの低融点ガラスの熱膨張係数は約１００Ｘ
ＩＧ−’／ｌであり、これらを熱膨張係数が４０〜５Ｏ
Ｘ１０−’／℃の被封着物と封着すると低融点ガラスに
大きな応力が生じ、クラックや割れの原因となるためガ
ラスに低膨張性のフィラーを混合して熱膨張係数を被封
着物のそれに合わした封着材料が主に用いられている。

この低膨張性のフィラーは、ガラスやセラミックの微粉
砕物であり、その含有量が多くなるほどあるいはその粒
径が大きくなるほど封着材料の熱膨張係数は低下し、そ
の材質としては通常チタン酸鉛、ウイレマイト、コーデ
ィエライト、β−ユ−クリブタイト、ジルコン、酸化錫
、ムライト、アルミナ、ジルコニア等が用いられる。

また上記した各種の物質以外にも低膨張性の物質が各種
存在し、その中には通常用いられるフィラーよりもさら
に優れた特性を有する物質もある。

例えば石英ガラスは、通常用いられるフィラーに比べて
誘電率（０が低く、そのため、近年半導体回路を用いた
電子部品は高い高速演算処理に対応すべく、それに用い
られる物質には低誘電率であることが要求されている背
景から好ましい特性を保有する物質である。また通常の
フィラーに比べてＺｒ４２０ａ等の酸化物結晶は封止材
料の熱膨張係数を低下させる効果が大であること、窒化
物は封止材料の機械的強度を向上させる効果が大である
こと等の特性を有している。

［発明が解決しようとする問題点］ 先記したようにフィラーの含有量を多くしたり、粒径を
大きくするほど封着材料の熱膨張係数は低下するが、そ
れに反比例して封着材料の流動性が悪くなり、低温で短
時間に封着できなくなる。また石英ガラス、ＺｒＷ２Ｏ
５等の酸化物結晶、窒化物は、通常用いられているフィ
ラーに比べて各々優れた特性を有するが、ガラスと相性
が悪いため実際にフィラーとしては使用し難く、使用し
たとしても少量に制限されるという問題がある。すなわ
ち石英ガラスはガラスに溶は込むとガラスの粘性を急激
に増大させ、その結果封止材料の流動性を悪くしやすく
、またＺｒ４２０ａ等の酸化物結晶はガラスに溶は込む
と結晶化させる傾向が大きく、その結果封止材料の流動
性を悪くしやすく、さらに窒化物は、ガラスと反応して
発泡しやすいといった問題を有している。

本発明の目的は、フィラーとして優れた特性を有するが
ガラスと相性の悪い物質、具体的には石英ガラス、酸化
物結晶、窒化物の形状及び表面を改良、改質することに
よってフィラーの含有量を多くしたり、あるいは粒径を
大きくしても流動性の低下が抑制されるため低温で短時
間に封着可能であり、しかも通常のフィラーを用いた封
着材料よりも低誘電率、高強度あるいは低膨張の特性を
有する封着材料を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の封着材料は低融点ガラスとフィラーを混合して
なる封着材料において、該フィラーの形状が球形であり
、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。

また本発明で用いるフィラーは、ガラスと相性が悪いた
めにそれ自体ではフィラーとして用いづらい物質であり
、石英ガラスやＺｒＷ２Ｏ６、Ｔａ１ＢＷＨＢＯ１１１
４Ｎ　Ｎｂ２Ｏ５等の酸化物結晶や５１３Ｎ４、ＡＩＮ
、ＢＮ等の窒化物から選択され、その平均粒径は３〜８
０μであり、また表面に被覆されるＺｎＯ被膜の膜厚は
０．Ｏ１〜１μである。

本発明のフィラーを製造する場合、まず溶融法あるいは
造粒法によってその形状を球形にする。

溶融法は、フィラー原料の微粉砕物を高温の雰囲気中を
通過させることによって溶融させて、表面張力で球状化
させた後、急冷する方法である。また造粒法は、仮焼し
たフィラー原料を球状になるように造粒した後、焼成す
る方法である。その後、その表面にＺｎＯからなる被膜
を形成するが、その方法としては、ＺｎＯの微粒子をフ
ィラーとよく混合した後、加熱することによってフィラ
ーの表面に固着する方法、例えばＺｎＮＯ３水溶液や亜
鉛アルコキシド溶液等の金属元素としてＺｎを含む液体
をフィラー表面に塗布し、乾燥後、加熱することによっ
てＺｎＯを生成させる方法、フィラーの表面に金属亜鉛
の層をメツキあるいはスパッタリングによって形成した
後、加熱してＺｎＯを生成させる方法がある。

［作用］ 低融点ガラスとフィラーを混合してなる封着材料が良好
に流動するためには加熱されて粘度の低くなったガラス
の流れに乗ってフィラー粒子が滑らかに動くことが必要
である。しかしながら従来のフィラーは表面が角ばった
微粉砕物であり、そのためガラス中で動きに＜＜、その
結果フィラーの含有量が多くなったり、粒径が大きくな
ると封着材料の流動性が低下する。それに対し本発明に
用いるフィラーはその形状が球形であるためガラス中で
滑らかに動きやすく、含有量が多くなったり、粒径が大
きくなっても封着材料の流動性の低下が抑制される。し
かしながら平均粒径が６０μ以上になると封着材料の機
械的強度を向上させる効果が小さくなり、また平均粒径
が３μ以下になるとガラスに溶は込みやすくなって先記
した形状が球形であることによる効果が得られず、逆に
流動性が悪くなる。

また本発明のフィラーの表面に形成されるＺｎＯはガラ
スと相性が良＜、シかも１０００〜！２００℃の比較的
低温で強固に被覆することが可能であり、これによって
被覆されたフィラーは、ガラスと混合されてもガラスの
流動性をあまり損なうことがなく、また発泡し難い特性
を有する。このＺｎＯからなる被膜の膜厚を０．０１〜
１μに限定したのは、０゜０１μ以下にするとＺｎＯを
被覆する効果が発揮されにり＜、一方１μ以上にしても
その効果はほとんど変化がなく、ＺｎＯ被膜処理のコス
トアップにつながるため好ましくないからである。

尚、本発明のフィラーは、必ずしも真球である必要はな
く、表面が角ぼっていない限り先記した作用が生じるの
で使用可能である。また本発明のフィラーは、従来のセ
ラミック微粉砕物からなるフィラーと併用することも可
能である。

［実施例コ 以下本発明の封着材料を実施例に基づいて説明する。

実施例工 まず石英の結晶粉末を高温の雰囲気中を通過させること
によって溶融して球形にした後、急冷して平均粒径が１
５μの球状石英ガラスフィラーを作製した。一方比較の
ため石英ガラス板をボールミルで微粉砕して平均粒径が
１５μの石英ガラスフィラーを作製した。

次に先記のように作製した２種の石英ガラスフィラー９
５体積％と平均粒径０．５μのＺｎＯ微粒微粒子種体積
乾式混合した後、１０００℃で１時間加熱したところ、
その表面にＯ０１μのＺｎＯ被膜を有する石英ガラスフ
ィラーが得られた。

その後これらＺｎＯ被膜を有する２種の石英ガラスフィ
ラーの各々を４０体積％と低融点ガラス粉末（重量百分
率でＰｂＯ８４，３％、Ｚｎ０　２．８％、Ｂ２０Ｇ　
１１．９％、Ｓ１０□ｉ、ｏ％、転移点３００℃、３０
〜２５０℃における熱膨張係数１１２Ｘ１０−’／℃）
　Ｇｏ体積％を混合し、この混合物の真比重に相当する
グラム数の試料を金型成形して外径２０ｎｖ１高さ５■
のボタンを作製し、このボタンを板ガラス（３０〜２５
０℃における熱膨張係数８０Ｘ１０’−’／”Ｃ）の上
に載せて電気炉内で４５０°Ｃ１１０分間の条件で加熱
した。

その結果、球状石英ガラスフィラーを混合した試料ボタ
ンは外径が２５＋ｓｍ程度になるまで流動したが、一方
ボールミルで微粉砕した石英ガラスフィラーを混合した
試料ボタンはほとんど流動せず、球状石英ガラスフィラ
ーを用いる方が流動性に優れていることがわかった。

実施例２ 実施例１と同様の方法によって平均粒径が１５μで表面
にＺｎＯ被膜を有する球状石英ガラスフィラーと被膜を
有さない球状石英ガラスフィラーを作製した。

次にこれら２種の球状石英ガラスフィラーの各々を４０
体積％と低融点ガラス粉末（重量百分率でＰｂ０７０．
０％、１１１ＱＯａ　１７．０％、ＺｎＯ３，０％、Ｓ
ｉｎ。

１０．０％、転移点４００℃、３０〜２５０℃における
熱膨張係数８１Ｘ１０−７／’Ｃ）　［ｉ０体積％を混
合し、この混合物の真比重に相当するグラム数の試料を
金型成形して外径２０ｍｍ、高さ５＋＋＋＋ａのボタン
を作製し、このボタンを板ガラス（３０〜２５０℃にお
ける熱膨張係数８０Ｘ１０−’／℃）　ノ上に載せて電
気炉内テ５３０℃、１０分間の条件で加熱した。

その結果、ＺｎＯ被膜を有する球状石英ガラスフィラー
を混合した試料ボタンは、外径が２３＋＋ｕｅ程度にな
るまで流動したが、一方ＺｎＯ被膜を有さない球状石英
ガラスフィラーを混合した試料ボタンはほとんど流動せ
ず、ＺｎＯ被膜を有するフィラーを用いる方が流動性に
優れていることがわかった。

［発明の効果コ 以上のよろに本発明の封着材料は、形状が球形であり、
またその表面にＺｎＯからなる被膜が形成されたフィラ
ーを用いるため、フィラーの含有量を多くしたり、ある
いは粒径を大きくしても流動性の低下が抑制されるため
低温で短時間に封着可能であり、また石英ガラス、酸化
物結晶、窒化物結晶を用いることによって通常のフィラ
ーを用いた封着材料よりも低誘電率、高強度あるいは低
膨張の特性を得ることが可能であり、電子部品の封着材
料として好適である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）低融点ガラスとフィラーを混合してなる封着材料
   において、該フィラーの形状が球形であり、表面にＺｎ
   Ｏからなる被膜が形成されてなることを特徴とする封着
   材料。
2. （２）フィラーが石英ガラス、酸化物結晶、窒化物結晶
   から選択される１種又は２種以上であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の封着材料。