JPH04224178A - シーリングガラス組成物 - Google Patents
シーリングガラス組成物Info
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Classifications
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シーリングガラス組成
物、具体的にはセラミックを接合するためのシーリング
ガラス組成物に係わり、さらに具体的には400 ℃以
下の温度で焼成しても充分な接着力を発揮するセラミッ
ク接合に有用な組成物に係わる。 【0002】 【発明の背景】“ダイ”の別名で知られる半導体デバイ
スまたはチップは破損や破壊を防止するため完全密閉さ
れたセラミック容器でパッケージされる。この種のセラ
ミックパッケージはアルミナ,シリコンカーバイド,シ
リコンニトリドなどのようなセラミックで形成すること
ができる。広く採用されているパッケージ材料はアルミ
ナ(Al2 O3 )である。 【0003】上記のようなセラミックパッケージはパッ
ケージを構成している各セラミック部分の表にシーリン
グガラス組成物を塗布してから高温に加熱して接合する
ことにより密閉するのが一般的である。 【0004】セラミックパッケージとの関連で起こる問
題の1つとして、公知のシーリングガラス組成物の場合
、充分な接着力でセラミック各部を接合するには多くの
場合400 ℃以上の温度で焼成する必要があった。例
えば、広く使用されているホウ酸鉛系のシーリングガラ
スは所要の接着力を発生させるのに430 ℃での焼成
を必要とした。 【0005】ところが、最近の半導体ダイの多くは焼成
温度に対して極めて敏感であり、400 ℃以上の温度
を加えるとその有用性が悪影響を受ける。焼成温度に敏
感なダイとしては大規模ダイや微細な線形状を採用する
ダイが含まれる。後者の場合、間隔が1−2ミクロンの
Si−SiO2 −Siの線がダイ表面に設けられる。 接合のために高温で焼成すると線の組成物に初期融解が
起こり、その結果、線間に望ましくない接触が起こるた
めダイの有用性を破壊する結果を招き易い。 【0006】従って、このような高温で焼成しなくても
充分な接着力を得られるセラミックパッケージを提供で
きることが望まれる。 【0007】 【発明の概要】本発明はセラミックを接合するための新
規のシーリングガラス組成物を提供する。本発明のシー
リングガラス組成物は400 ℃以下の温度で焼成して
も充分な接着力を発生させてセラミックを接合すること
ができる。この組成物は重量%で18−70%の酸化鉛
,18−60%の酸化バナジウム,1−10%の酸化リ
ン,0.5 −5%の酸化ニオブ,0−30%の酸化ビ
スマス,及び1−15%の、酸化テルル及び酸化セレン
から成るグループのうちの少なくとも一方の酸化物を含
む。好ましい組成物は18−55%のPbO,18−5
5%のV2 O5 ,1−15%のTeO2 及び/ま
たはSeO2 ,0.7 −30%のBi2 O3 ,
1−5%のNb2 O5 及び3−5%のP2 O5
を含む。 【0008】シーリングガラス組成物はシーリングガラ
スペーストとして使用されるのが普通であるから、この
ようなペーストの製法も本発明の対象である。この製法
は上記シーリングガラス組成の混合物を調製し、このガ
ラス混合物をこれを融解するのに充分な温度に、かつ融
解に必要な時間にわたって加熱し、この融解したガラス
を急冷して固化させ、固化ガラスを粉砕してガラス粉末
にし、ガラス粉末を有機溶剤と充分に混合してガラスペ
ーストにするというものである。 【0009】本発明のもう1つの対象であるセラミック
面接合法は上記のようなガラス組成物から上記のように
調製されたシーリングガラスペーストを互いに接合すべ
きセラミック面の少なくとも一方に塗布してから、シー
リングガラスペースト及び接合すべきセラミック面を4
00 ℃以下の高温に加熱することによって接合を達成
し、次いで、接合されたセラミック面を冷却するという
ものである。 【0010】 【詳細な説明】 既に述べたように、本発明のシーリングガラス組成物は
重量%で18−70%の酸化鉛,18−60%の酸化バ
ナジウム,1−10%の酸化リン,0.5 −5%の酸
化ニオブ,0−30%の酸化ビスマス,及び1−15%
の酸化テルル及び/または酸化セレンを含む。好ましい
組成物は主として約18−55%のPbO,約3−5%
のP2 O5 ,約1−5%のNb2 O5 及び約1
−15%のTeO2 及び/またはSeO2 を含む。 Bi2 O3 を含める場合、その好ましい量は約0.
7−30%である。 【0011】基本的なガラス組成は酸化バナジウム(V
2 O5 )及び酸化鉛(PbO)である。組成物の望
ましい特性は他の成分を添加することに得られるが、添
加によって望ましい特性が確実に現れるためにはV2
O5 及びPbOを上記割合で含有させねばならない。 組成物の調合に際しては、PbO及びV2 O5 が他
の成分と相互作用することにより低い温度で有効に焼成
できる混合物を生成するようにPbO,V2 O5 及
びその他の添加成分の量を選択する。 【0012】ガラス組成物及び互いに接合すべきセラミ
ック各部の熱膨脹に著しいミスマッチが起こるのを回避
するようにガラスの熱膨脹を制御するため、ガラス混合
物に酸化ニオブ(Nb2 O5 )を含める。ただし、
酸化ニオブの量はガラス組成物の所要の低い焼成温度に
悪影響が及ばないように制御しなければならない。その
ためには酸化ニオブ量を0.5 −5重量%とするのが
極めて有効であると考えられる。 【0013】酸化リン(P2 O5 )はこれを含有す
るガラス組成物の融点を低下させるのに有用である。例
えば1−10%の酸化リンP2 O5 を添加すれば、
ガラスの焼成温度に悪影響を及ぼすことなく前記機能を
果す。 【0014】酸化テルル(TeO2 )及び酸化セレン
(SeO2)はいずれもガラス組成物の流動性を高めて
ガラスとセラミックとの反応を促進することにより有効
な接合を達成するように作用する。酸化テルル及び酸化
セレンは単独または組合わせて1−15%の含有量とな
るように使用すればよい。 【0015】酸化ビスマス(Bi2 O3 )はセラミ
ック基材に対する付着性を高める。酸化ビスマスは例え
ば金のような金属コーティングを施されているセラミッ
ク基材を接合する際の添加物として特に有用であり、そ
の理由は酸化ビスマスが金属コーティングの付着性を高
めるからである。金属コーティングのない基材について
は酸化ビスマス抜きでガラス組成物を調合してもよいが
、酸化ビスマスが含有されておればガラス組成物に汎用
性が与えられる。Bi2 O3 の好ましい量は0.7
−30%である。 【0016】 【実施例】下記の例は本発明の最も好ましい実施態様で
ある。 【0017】表1に重量%で示す下記の成分を混合物を
調製した。これらの酸化物を混合してからるつぼで90
0 ℃の温度に加熱した。1.5 時間加熱したのち、
この融解混合物を水中で急冷し、フリットガラスを得た
。このフリットガラスを6時間にわたって150 ℃で
固化させたのち、機械的な手段で325 メッシュ以下
に粉砕した。得られたガラス粉末を有機溶剤“TEXA
NOL”(商品名)と充分混合して粒子をコーティング
し、ガラスペーストを得た。 【0018】
表 1
成 分
重 量 % 酸化鉛
50.74 酸化バナ
ジウム 41
.34 酸化テルル
1.38
酸化ニオブ
1.84
五酸化リン
3.55
酸化ビスマス
1.15 【0019】比較的低い温度での焼成後、所期のセラミ
ック接合を達成するペーストの効果を評価するため、ペ
ーストを5部分に分けてアルミナ面に塗布し、各サンプ
ルを炉で毎分10℃の割合で350 ℃まで加熱し、1
0分間この温度に維持した。加熱の過程で有機溶剤を揮
発させた。上記の加熱ステップに続いてサンプルを室温
まで放冷した。0.4 平方インチ(2.6平方センチ
メートル)のサンプルの接着強度をテストし、接合セラ
ミック面の分離に要した引張力を表2に示す。 【0020】
表 2
サンプル 引
張力 psi(kg/cm2 )
1
33.0(2.31)
2
29.0(2.03)
3
31.0(
2.17) 4
37.4(2.62)
5
22.0(1.54)【0021】下記表3
に示すような別の組成物サンプルを調製した。ペースト
及びサンプルの調製は上記と同じであり、分離テストも
上記と同様に行われた。分離テストの結果は表4に示す
通りである。 【0022】
表 3
成 分
重 量 % 酸化鉛
5
0.37 酸化バナジウム
41.04
酸化セレン
1.28
五酸化リン
4.57
酸化ニオブ
1.65 酸化ビスマ
ス 1.1
0 【0023】
表 4
サンプル 引
張力 psi(kg/cm2 )
1
30.0(2.10)
2
15.5(1.09)
3
15.0(
1.05) 4
22.0(1.54)
5
24.0(1.68)【0024】上記の表
から明らかなように、本発明のシーリングガラス組成物
はセラミック面の、かつセラミック面に対する充分な接
合を可能にする。また、本発明では発明の範囲内で種々
の変更を加えることができる。例えば、ガラス組成物の
ペーストを形成する際には、種々の溶剤を使用できる。 商標TEXANOLの下で市販されいる2,2,4‐ト
リメトール‐1,3‐ペンタンジオール‐モノイソブチ
レートのようなエステルアルコールが好ましいが、他の
グリコールエステルまたはグリコールエーテルエステル
も使用できる。また、N‐ブタノールやテルピネオール
のようなアルコールも使用できる。さらにまた、当業者
には公知の樹脂、トリキソトロープ及び溶剤の既成混合
物も使用できる。また、本発明のシーリングガラス組成
物は多様なセラミック基材と併用できる。従って、本発
明の範囲は特許請求の範囲によってのみ制限される。
物、具体的にはセラミックを接合するためのシーリング
ガラス組成物に係わり、さらに具体的には400 ℃以
下の温度で焼成しても充分な接着力を発揮するセラミッ
ク接合に有用な組成物に係わる。 【0002】 【発明の背景】“ダイ”の別名で知られる半導体デバイ
スまたはチップは破損や破壊を防止するため完全密閉さ
れたセラミック容器でパッケージされる。この種のセラ
ミックパッケージはアルミナ,シリコンカーバイド,シ
リコンニトリドなどのようなセラミックで形成すること
ができる。広く採用されているパッケージ材料はアルミ
ナ(Al2 O3 )である。 【0003】上記のようなセラミックパッケージはパッ
ケージを構成している各セラミック部分の表にシーリン
グガラス組成物を塗布してから高温に加熱して接合する
ことにより密閉するのが一般的である。 【0004】セラミックパッケージとの関連で起こる問
題の1つとして、公知のシーリングガラス組成物の場合
、充分な接着力でセラミック各部を接合するには多くの
場合400 ℃以上の温度で焼成する必要があった。例
えば、広く使用されているホウ酸鉛系のシーリングガラ
スは所要の接着力を発生させるのに430 ℃での焼成
を必要とした。 【0005】ところが、最近の半導体ダイの多くは焼成
温度に対して極めて敏感であり、400 ℃以上の温度
を加えるとその有用性が悪影響を受ける。焼成温度に敏
感なダイとしては大規模ダイや微細な線形状を採用する
ダイが含まれる。後者の場合、間隔が1−2ミクロンの
Si−SiO2 −Siの線がダイ表面に設けられる。 接合のために高温で焼成すると線の組成物に初期融解が
起こり、その結果、線間に望ましくない接触が起こるた
めダイの有用性を破壊する結果を招き易い。 【0006】従って、このような高温で焼成しなくても
充分な接着力を得られるセラミックパッケージを提供で
きることが望まれる。 【0007】 【発明の概要】本発明はセラミックを接合するための新
規のシーリングガラス組成物を提供する。本発明のシー
リングガラス組成物は400 ℃以下の温度で焼成して
も充分な接着力を発生させてセラミックを接合すること
ができる。この組成物は重量%で18−70%の酸化鉛
,18−60%の酸化バナジウム,1−10%の酸化リ
ン,0.5 −5%の酸化ニオブ,0−30%の酸化ビ
スマス,及び1−15%の、酸化テルル及び酸化セレン
から成るグループのうちの少なくとも一方の酸化物を含
む。好ましい組成物は18−55%のPbO,18−5
5%のV2 O5 ,1−15%のTeO2 及び/ま
たはSeO2 ,0.7 −30%のBi2 O3 ,
1−5%のNb2 O5 及び3−5%のP2 O5
を含む。 【0008】シーリングガラス組成物はシーリングガラ
スペーストとして使用されるのが普通であるから、この
ようなペーストの製法も本発明の対象である。この製法
は上記シーリングガラス組成の混合物を調製し、このガ
ラス混合物をこれを融解するのに充分な温度に、かつ融
解に必要な時間にわたって加熱し、この融解したガラス
を急冷して固化させ、固化ガラスを粉砕してガラス粉末
にし、ガラス粉末を有機溶剤と充分に混合してガラスペ
ーストにするというものである。 【0009】本発明のもう1つの対象であるセラミック
面接合法は上記のようなガラス組成物から上記のように
調製されたシーリングガラスペーストを互いに接合すべ
きセラミック面の少なくとも一方に塗布してから、シー
リングガラスペースト及び接合すべきセラミック面を4
00 ℃以下の高温に加熱することによって接合を達成
し、次いで、接合されたセラミック面を冷却するという
ものである。 【0010】 【詳細な説明】 既に述べたように、本発明のシーリングガラス組成物は
重量%で18−70%の酸化鉛,18−60%の酸化バ
ナジウム,1−10%の酸化リン,0.5 −5%の酸
化ニオブ,0−30%の酸化ビスマス,及び1−15%
の酸化テルル及び/または酸化セレンを含む。好ましい
組成物は主として約18−55%のPbO,約3−5%
のP2 O5 ,約1−5%のNb2 O5 及び約1
−15%のTeO2 及び/またはSeO2 を含む。 Bi2 O3 を含める場合、その好ましい量は約0.
7−30%である。 【0011】基本的なガラス組成は酸化バナジウム(V
2 O5 )及び酸化鉛(PbO)である。組成物の望
ましい特性は他の成分を添加することに得られるが、添
加によって望ましい特性が確実に現れるためにはV2
O5 及びPbOを上記割合で含有させねばならない。 組成物の調合に際しては、PbO及びV2 O5 が他
の成分と相互作用することにより低い温度で有効に焼成
できる混合物を生成するようにPbO,V2 O5 及
びその他の添加成分の量を選択する。 【0012】ガラス組成物及び互いに接合すべきセラミ
ック各部の熱膨脹に著しいミスマッチが起こるのを回避
するようにガラスの熱膨脹を制御するため、ガラス混合
物に酸化ニオブ(Nb2 O5 )を含める。ただし、
酸化ニオブの量はガラス組成物の所要の低い焼成温度に
悪影響が及ばないように制御しなければならない。その
ためには酸化ニオブ量を0.5 −5重量%とするのが
極めて有効であると考えられる。 【0013】酸化リン(P2 O5 )はこれを含有す
るガラス組成物の融点を低下させるのに有用である。例
えば1−10%の酸化リンP2 O5 を添加すれば、
ガラスの焼成温度に悪影響を及ぼすことなく前記機能を
果す。 【0014】酸化テルル(TeO2 )及び酸化セレン
(SeO2)はいずれもガラス組成物の流動性を高めて
ガラスとセラミックとの反応を促進することにより有効
な接合を達成するように作用する。酸化テルル及び酸化
セレンは単独または組合わせて1−15%の含有量とな
るように使用すればよい。 【0015】酸化ビスマス(Bi2 O3 )はセラミ
ック基材に対する付着性を高める。酸化ビスマスは例え
ば金のような金属コーティングを施されているセラミッ
ク基材を接合する際の添加物として特に有用であり、そ
の理由は酸化ビスマスが金属コーティングの付着性を高
めるからである。金属コーティングのない基材について
は酸化ビスマス抜きでガラス組成物を調合してもよいが
、酸化ビスマスが含有されておればガラス組成物に汎用
性が与えられる。Bi2 O3 の好ましい量は0.7
−30%である。 【0016】 【実施例】下記の例は本発明の最も好ましい実施態様で
ある。 【0017】表1に重量%で示す下記の成分を混合物を
調製した。これらの酸化物を混合してからるつぼで90
0 ℃の温度に加熱した。1.5 時間加熱したのち、
この融解混合物を水中で急冷し、フリットガラスを得た
。このフリットガラスを6時間にわたって150 ℃で
固化させたのち、機械的な手段で325 メッシュ以下
に粉砕した。得られたガラス粉末を有機溶剤“TEXA
NOL”(商品名)と充分混合して粒子をコーティング
し、ガラスペーストを得た。 【0018】
表 1
成 分
重 量 % 酸化鉛
50.74 酸化バナ
ジウム 41
.34 酸化テルル
1.38
酸化ニオブ
1.84
五酸化リン
3.55
酸化ビスマス
1.15 【0019】比較的低い温度での焼成後、所期のセラミ
ック接合を達成するペーストの効果を評価するため、ペ
ーストを5部分に分けてアルミナ面に塗布し、各サンプ
ルを炉で毎分10℃の割合で350 ℃まで加熱し、1
0分間この温度に維持した。加熱の過程で有機溶剤を揮
発させた。上記の加熱ステップに続いてサンプルを室温
まで放冷した。0.4 平方インチ(2.6平方センチ
メートル)のサンプルの接着強度をテストし、接合セラ
ミック面の分離に要した引張力を表2に示す。 【0020】
表 2
サンプル 引
張力 psi(kg/cm2 )
1
33.0(2.31)
2
29.0(2.03)
3
31.0(
2.17) 4
37.4(2.62)
5
22.0(1.54)【0021】下記表3
に示すような別の組成物サンプルを調製した。ペースト
及びサンプルの調製は上記と同じであり、分離テストも
上記と同様に行われた。分離テストの結果は表4に示す
通りである。 【0022】
表 3
成 分
重 量 % 酸化鉛
5
0.37 酸化バナジウム
41.04
酸化セレン
1.28
五酸化リン
4.57
酸化ニオブ
1.65 酸化ビスマ
ス 1.1
0 【0023】
表 4
サンプル 引
張力 psi(kg/cm2 )
1
30.0(2.10)
2
15.5(1.09)
3
15.0(
1.05) 4
22.0(1.54)
5
24.0(1.68)【0024】上記の表
から明らかなように、本発明のシーリングガラス組成物
はセラミック面の、かつセラミック面に対する充分な接
合を可能にする。また、本発明では発明の範囲内で種々
の変更を加えることができる。例えば、ガラス組成物の
ペーストを形成する際には、種々の溶剤を使用できる。 商標TEXANOLの下で市販されいる2,2,4‐ト
リメトール‐1,3‐ペンタンジオール‐モノイソブチ
レートのようなエステルアルコールが好ましいが、他の
グリコールエステルまたはグリコールエーテルエステル
も使用できる。また、N‐ブタノールやテルピネオール
のようなアルコールも使用できる。さらにまた、当業者
には公知の樹脂、トリキソトロープ及び溶剤の既成混合
物も使用できる。また、本発明のシーリングガラス組成
物は多様なセラミック基材と併用できる。従って、本発
明の範囲は特許請求の範囲によってのみ制限される。
Claims (12)
- 【請求項1】 400 ℃以下の焼成温度で充分な接
着力を発揮できるセラミック面を接合するためのシーリ
ングガラス組成物であって、重量%で18−70%の酸
化鉛,18−60%の酸化バナジウム,1−10%の酸
化リン,0−30%の酸化ビスマス,1−15%の、酸
化テルル及び酸化セレンから成るグループのうちの少な
くとも一方の酸化物,及び0.5 −5%の酸化ニオブ
を含むことを特徴とするシーリングガラス組成物。 - 【請求項2】 酸化ビスマスが重量%で0.7 −3
0%であることを特徴とする請求項1記載のシーリング
ガラス組成物。 - 【請求項3】 酸化リンが5%またはそれ以下である
ことを特徴とする請求項1記載のシーリングガラス組成
物。 - 【請求項4】 約18−55%のPbO,約18−5
5%のV2 O5 ,約1−5%のNb2 O5 ,約
3−5%のP2 O5 ,約0.7 −30%のBi2
O3 ,及び約1−15%の、TeO2 及びSeO
2 から成るグループのうちの少なくとも一方の酸化物
を含むことを特徴とする請求項1記載のシーリングガラ
ス組成物。 - 【請求項5】 シーリングガラスペーストの製法であ
って、重量%で30−70%の酸化鉛,30−60%の
酸化バナジウム,1−10%の酸化リン,0−30%の
酸化ビスマス,0.5 −5%の酸化ニオブ,及び1−
15%の、酸化テルル及び酸化セレンから成るグループ
のうちの少なくとも一方の酸化物を含むガラス組成混合
物を調製し、前記ガラス混合物をその融解に充分な温度
に、かつ融解に充分な時間にわたって加熱し、このガラ
スを急冷して固化させ、前記固化したガラスを粉砕して
ガラス粉末にし、前記ガラス粉末を有機溶剤と充分に混
合してペーストにするステップから成ることを特徴とす
るシーリングガラスペーストの製法。 - 【請求項6】 前記シーリングガラス組成混合物が0
.7 −30%の酸化ビスマスを含むことを特徴とする
請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 前記シーリングガラス組成混合物が5
%またはそれ以下の酸化リンを含むことを特徴とする請
求項5記載の方法。 - 【請求項8】 前記シーリングガラス組成混合物が約
18−55%のPbO,約18−55%のV2 O5
,約1−5%のNb2 O5 ,約3−5%のP2 O
5 ,約0.7−30%のBi2 O3 ,及び約1−
15%の、TeO2 及びSeO2 から成るグループ
のうちの少なくとも一方の酸化物を含むことを特徴とす
る請求項5記載の方法。 - 【請求項9】 セラミック面を互いに接合する方法で
あって、重量%で30−70%の酸化鉛,30−60%
の酸化バナジウム,1−10%の酸化リン,0−30%
の酸化ビスマス,0.5 −5%の酸化ニオブ,及び1
−15%の、酸化テルル及び酸セレンから成るグループ
のうちの少なくとも一方の酸化物を含むシーリングガラ
ス組成物のペーストを形成し、前記ペーストを接合すべ
きセラミック面間に介在させ、前記セラミック面を40
0 ℃以下の高温に加熱することにより、充分な接着力
を発揮させながら接合し、前記接合面を冷却するステッ
プから成ることを特徴とする方法。 - 【請求項10】 前記シーリングガラス組成物が0.
7 −30%の酸化ビスマスを含むことを特徴とする請
求項9記載の方法。 - 【請求項11】 前記シーリングガラス組成物が5%
またはそれ以下の酸化リンを含むことを特徴とする請求
項9記載の方法。 - 【請求項12】 前記シーリングガラス組成物が
約18−55%のPbO,約18−55%のV2 O5
,約1−5%のNb2 O5 ,約3−5%のP2
O5 ,約0.7−30%のBi2 O3 ,及び約1
−15%の、TeO2 及びSeO2 から成るグルー
プのうちの少なくとも一方の酸化物を含むことを特徴と
する請求項9記載の方法。
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