JPH04114930A - 低融点封着用組成物 - 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］ 本発明は低融点封着用組成物、より具体的にはアルミナ
を使用したＩＣパッケージの気密封着に特に適した低融
点封着用組成物に関するものである。

［従来の技術］ ＩＣパッケージ用の封着材には、熱膨張係数がパッケー
ジのそれに近似し、且つ封着温度が低く、短時間で気密
封着でき、しかも機械的強度が高いことが必要とされる
。しかしながら低融点ガラス粉末にベータユークリプタ
イト、コージェライト、ウイレマイト等の低膨張セラミ
ック粉末をフィラーとして加えた従来の封着材は機械的
強度の点において満足できるものではなかった。

近年、ジルコン（ＺｒＯ２・ＳＩＯ□）をフィラーとし
て加えることにより、封着材の機械的強度が高まること
が見いだされ、これを用いた種々の封着材が提案されて
いる。例えば特公昭５１３−４９８６１号には、低融点
ガラス粉末とチタン酸鉛粉末と天然ジルコン粉末とから
なり、機械的強度や熱衝撃強度の大きい封着材が提案さ
れている。また特公平１−２７９８２号には、天然ジル
コンの有する欠点、即ちα線放出によるＩＣのソフトエ
ラーを防止するために、合成ジルコン粉末を用いた封着
材が提案されている。さらに特開昭６２−１９１４４２
号には、合成ジルコンの作製時にＦｅ２Ｏ３、ＭｎＯ２
、ＺｎＯのいづれか１種以」二を添加して反応を促進し
、未反応のＺｒＯ９に起因する流動性の低下を防止する
ことが開示されている。

［発明が解決しようとする問題点コ 一般にジルコン粉末は、封着材の機械的強度を高める効
果があると共に、化学的耐久性に優れ、しかも電気抵抗
が大きいので、フィラーとして優れたものである。しか
しながらその一方で、ガラスに対する流動性があまり良
くないという欠点を有しており、前記特開昭６２−１９
１４４２号の合成ジルコンにおいても未だ良好な流動性
が得られないのが現状である。この問題は特にＰｂ０−
Ｂｚ０３系ガラスに対して顕著であり、封着材の低融点
化の障害となっている。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、機械的強度が
高（、シかも良好な流動性を示す新規なフィラーを用い
たＩＣパッケージ用の封着材を提供することを目的とす
るものである。

口問題点を解決するための手段］ 本発明者等は種々の研究を行った結果、ガラスに対して
最も優れた流動性を示すウイレマイト（２ＺｎＯ・ＳＩ
Ｏ□）に着目し、ジルコンとウイレマイトの結晶からな
る焼結物をフィラーとして用いることにより、流動性が
良好で、しかも機械的強度の高い封着用組成物が得られ
ることを見い出し、本発明として提案するものである。

即ち、本発明の低融点封着用組成物は、低融点ガラス粉
末　５０〜８０％、ＺｒＯ２−ＺｎＯ−５ＩＯ２系セラ
ミック粉末５〜５０％、低膨張セラミック粉末０Ｎ４０
％からなり、前記ＺｒＯ９−ＺｎＯ−５ｉＯ９系セラミ
ック粉末は、重量百分率でＺｒＯ２８〜［ｉ５％、Ｚｎ
Ｏ７〜６５％、５ｈ０２２０〜３５％の範囲にあり、ジ
ルコン及びウイレマイトを主結晶とする焼結物であるこ
とを特徴とする。

また本発明において用いる低融点ガラス粉末は、重量百
分率でＰｂ０４０〜９０％、Ｂ２Ｏ３３〜１５％、ＳＩ
Ｏ□＋Ａｌ２０３０．５〜５％、ＺｎＯ０．５〜１５％
、Ｂ１２ｏ３＋Ｖ２０．＋ＣｕＯ０〜１０％、Ｆ　０〜
５％からなることを特徴とし、低膨張セラミック粉末は
ベータユークリプタイト、コージェライト、ウイレマイ
ト系セラミック、酸化すず、ムライトのいづれか１種ま
たは２種以上であることを特徴とする。

［作用］ 本発明において用いられるＺｒＯ２−ＺｎＯ−５１０２
系セラミック粉末は、ジルコン結晶とウイレマイト結晶
から構成されており、ジルコンの高い機械的強度と、ウ
イレマイトの良好な流動性を併せ持ったものである。し
かもジルコンとウイレマイトが同一粉末粒子中に存在す
るため、ジルコン粉末とウイレマイト粉末をフィラーと
して添加した封着材よりも、さらに良好な特性を示す。

これは流動性の悪いジルコン結晶とガラスの接触面積が
小さくなるため流動性がよくなり、またウイレマイト結
晶にジルコン結晶が近接して存在するので強度の低下が
起こらないためと考えられる。

ＺｒＯ□−ＺｎＯ−３ｉＯ□系セラミ・ツク粉末の作製
方法は、α線放出量の少ないＺｒＯ９粉末と、ＺｎＯ粉
末及びＳ１０゜粉末を混合して焼成し、これを微粉砕し
たものであり、ｚｒＯ□、ｚｎＯ及びＳ１０□の割合は
それぞれ重量百分率で８〜６５％、７〜６５％、２０〜
３５％である。この範囲外ではジルコン結晶またはウイ
レマイト結晶のどちらか一方が著しく多量番こ生成し、
また未反応の成分により流動性が損なわれ、上述した効
果を得ることができなくなる。

また本発明の低融点封着用組成物は、低膨張セラミック
粉末をＺｒＯ□−ＺｎＯ−８１０□系セラミ・ツク粉末
と併用することにより、熱膨張係数を一定番と保ちなが
ら封着温度を低下させることができる。低膨張セラミッ
ク粉末としては、ベータユークリプタイト、コージェラ
イト、ウイレマイト系セラミック、酸化ずず、ムライト
のいづれか１種または２種以」二を用いることか好まし
い。

本発明において低融点ガラス粉末、ＺｒＯ２−ＺｎＯ−
５１０゜系セラミック粉末、低膨張セラミック粉末の割
合を上記のように限定した理由を以下に述べる。

低融点ガラス粉末が５０％より少ないと流動性が悪くな
って４５０’Ｃ以下で封着できなくなり、８０％より多
いと熱膨張係数が大きくなり熱衝撃強度が小さ（なる。

ＺｒＯ２−ＺｎＯ−３Ｉ０２系セラミック粉末が５％よ
り少ないと十分な機械的強度が得られなくなり、５０％
より多いと流動性が悪くなる。低膨張セラミック粉末が
４０％より多いと流動性が悪くなる。

また本発明において用いる低融点ガラス粉末の各成分の
割合を上記のように限定した理由を以下に述べる。

ＰｂＯが４０％より少ないとガラスの粘性が増大し、９
０％より多いとガラスが失透しやすくなる。Ｂ２Ｏ３が
８％より少ないとガラスが失透しやすくなり、１５％よ
り多いとガラスの粘性が増大する。５ｉｎ２とＡｌ２Ｏ
３の合量が０．５％より少ないとガラスが失透しやすく
なり、３％より多いとガラスの粘性が増大する。ＺｎＯ
は熱膨張係数を大きくすることなく粘性を低くする効果
を有するが、０．５％より少ないとその効果がなく、１
５％より多いとガラスが失透しやすくなる。また旧。０
３、ｙ２０６、ＣｕＯを合量で１０％まで、Ｆを５％ま
で添加することによって、より軟化点の低いガラスを得
ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の低融点封着用組成物を実施例に基づいて
説明する。

第１表は本発明において用いる低融点ガラス粉末の実施
例を示している。

以　　下　　余　　白 第１表 れ、電気炉において８００℃で１時間溶融した後粉砕し
、２００メツシユのステンレス篩を通過させたものであ
る。

第２表は、本発明において用いるＺｒＯ□−ＺｎＯ−Ｓ
Ｉ０２系セラミック粉末の実施例を示している。

第２表 第１表に示した低融点ガラス粉末は、鉛丹、硼酸、珪石
粉、アルミナ、亜鉛華、酸化ビスマス、五酸化バナジウ
ム、酸化第２銅、フッ化鉛を表中に示す組成になるよう
に調合して白金るつぼに入第２表に示したＺｒＯ□−Ｚ
ｎＯ−ＳＩＯ□系セラミ・ツク粉末の作製方法を試料Ｎ
ｌａを例にとって説明する。

まずＺｒＯ□は、天然のジルコンサンドを一旦ソーダ分
解し、塩酸に溶解した後、濃縮結晶化を繰り返してＵｌ
Ｔｈの極めて少ないオキシ塩化シルコニラムにし、アル
カリ中和後、加熱して精製Ｚｒｏ２とした。次にこの精
製したＺｒＯ□、亜鉛華（ＺｎＯ）及び高純度珪石粉（
Ｓｉ０２）を表中に示す組成になるように調合し、乾式
混合後、１４５０°Ｃで１６時間焼成した。次いでこの
焼成物を粉砕し、２５０　メツシュのステンレス篩を通
過させた。このようにして得られた試料Ｎαａは、体積
百分率でジルコン結晶６０％、ウイレマイト結晶４０％
から構成されていた。

第３表は、第１表の低融点ガラス粉末、第２表のＺｒＯ
２−ＺｎＯ−８１０□系セラミック粉末及び各種の低膨
張セラミック粉末を混合した低融点封着用組成物の実施
例である。

以下余白 第３表の低融点封着用組成物は、低融点ガラス粉末、Ｚ
ｒＯ２−ＺｎＯ−５ＩＯ２系セラミック粉末、低膨張セ
ラミック粉末を表に示す割合に混合し、通常行われてい
るようにビークルを使用してペーストを作製した後、ア
ルミナセラミック（ｌＥｉｓｓＩパッケージ）に印刷し
て封着した。剪断強度は、アルミナセラミックの封着部
の長手方向へ剪断力を加えることによって破壊させるの
に必要な荷重の値を示したものである。

表から明らかなように、本発明の実施例である試料Ｎ［
１１〜１０は、封着温度が４００〜４２０°Ｃ１熱膨張
係数が６７〜７５Ｘ　１０−７／　’Ｃ１剪断強度が３
５０〜４１０ｋｇと良好な値を示した。

なお、比較のためにガラス、ジルコン及びウイレマイト
量が試料Ｎａ　１と同等になるように、ガラス八６０％
、ジルコン　２４％、ウイレマイト系セラミック　１６
％からなる試料を作製した。この試料を用いて上記と同
様にしてアルミナセラミックを封着したところ、封着温
度４３５°Ｃ１封着時間ＩＯ分、熱膨張係数７０ＸＩＯ
−７／”Ｃ１剪断強度４０７　ｋｇであり、試料Ｎα１
と比較すると熱膨張係数、剪断強度はほぼ同等の値を示
したものの、封着温度カ月５°Ｃも高かった。

また、流動性を比較するためにフローボタンテストを行
ったところ、本発明の実施例である試料Ｎα１が２３．
０ｍｍであったのに対して、比較のために作製した試料
は２１．０ｍｍであった。なおこのテス）・は外径２０
ｍｍのボタン状にプレス成形した試料を板ガラスの上に
載せて、ｌＯ°Ｃ／分の温度で４２０’Ｃまで加熱し、
１０分間保持した後のボタンの外径を測定したものであ
る。

これらの事実は本発明の低融点封着用組成物が諸特性に
優れ、特に流動性が良好であり、低温で封着できること
を示している。

なお、表中の低膨張セラミ・ツク粉末は次のようにして
作製した。

ベータユークリプタイトは、炭酸リチウム、アルミナ、
光学ガラス用石粉をＬ１２０・Ａ１゜０３・２Ｓ１０□
の組成になるように調合、混合した後、１２５０°Ｃで
５時間焼成したものを粉砕し、２５０メ・ンシュのステ
ンレス篩を通過したものを用いた。

コージェライトは、ガラスを結晶化させる方法で作製し
たものを用いた。すなわち２Ｍｇ０・２Ａｌ。０３・５
ＳＩＯ９の化学量論比になるようにマグネシア、アルミ
ナ及び光学ガラス用石粉を調合、混合し、白金るつぼ中
に１５８０°Ｃで４時間溶融して得たガラスを薄板状に
成形した後、１５０メツシユのステンレス篩を通過する
ように粉砕し、さらに１０００℃で１２時間加熱し、コ
ージェライトを結晶させた後、３５０メツシユのステン
レス篩を通過するように粉砕した。

ウイレマイト系セラミックは、重量％でＺｎＯ７０゜６
％、Ｓ１０□２４．７％、Ａ１゜０３４．７％になるよ
うに亜鉛華、光学ガラス用石粉、アルミナを調合、混合
し、Ｉ４４０°Ｃで１５時間焼成した後、粉砕し２５０
メツシユのステンレス篩を通過したものを用いた。

なお、ウイレマイト系セラミ・ツクは上記組成に限定さ
れるものではなく、重量％でＺｎＯ８８〜７５％、Ｓ１
０□　２３〜２８％、Ａｌ２Ｏ３０，１〜８％の範囲内
であれば使用可能である。

酸化すずは、重量％で５ｎＯ２９９％、ＺｎＯ１％にな
るように酸化すず、亜鉛華を調合、混合し、Ｉ４５０°
Ｃで１６時間焼成後、粉砕し、２５０メツシユのステン
レス篩を通過したものを用いた。

ムライトは電融ムライト（重量％でＡ１２０３７７．２
％、３１０２２２．８％）を粉砕し、２５０メツシユの
篩を通過したものを使用した。

比較例に用いたジルコンは、重量％でＺｒＯ２Ｇ４゜６
％、５Ｉ０２３１．６％、ＺｎＯ３，８％の組成になる
ように先記ＺｒＯ□−ＺｎＯ−３ＩＯ３系セラミック粉
末と同様の方法で作製した。

［効果コ 以上説明したように、本発明の低融点封着用組成物は諸
特性に優れ、特に流動性が良好であるためにより低温で
封着でき、それゆえＩＣパ・ソケージ用封着材として特
に適したものである。

特許出願人　　日本電気硝子株式会社 代表者　岸１）清作

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）体積百分率で、低融点ガラス粉末５０〜８０％、
   ＺｒＯ＿２−ＺｎＯ−ＳｉＯ＿２系セラミック粉末５〜
   ５０％、低膨張セラミック粉末０〜４０％からなり、前
   記ＺｒＯ＿２−ＺｎＯ−ＳｉＯ＿２系セラミック粉末は
   、重量百分率でＺｒＯ＿２８〜６５％、ＺｎＯ７〜６５
   ％、ＳｉＯ＿２２０〜３５％の範囲にあり、ジルコン及
   びウイレマイトを主結晶とする焼結物であることを特徴
   とする低融点封着用組成物。
2. （２）低融点ガラス粉末は、重量百分率でＰｂＯ４０〜
   ９０％、Ｂ＿２Ｏ＿３８〜１５％、ＳｉＯ＿２＋Ａｌ＿
   ２Ｏ＿３０．５〜５％、ＺｎＯ０．５〜１５％、Ｂｉ＿
   ２Ｏ＿３＋Ｖ＿２Ｏ＿５＋ＣｕＯ０〜１０％、Ｆ０〜５
   ％からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の低融点封着用組成物。
3. （３）低膨張セラミック粉末は、ベータユークリプタイ
   ト、コージェライト、ウイレマイト系セラミック、酸化
   すず、ムライトのいづれか１種または２種以上であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の低融点封着
   用組成物。