JPH0428657B2

JPH0428657B2 -

Info

Publication number: JPH0428657B2
Application number: JP61032264A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Yamanaka; Ichiro Matsura; Fumio Yamaguchi
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1986-02-17
Publication date: 1992-05-14
Also published as: KR870007859A; DE3705038C2; DE3705038A1; US4774208A; JPS62191442A; KR910001103B1

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パツケージの気密封着
に特に適した低融点封着用組成物に関するもので
ある。従来技術近年、ICパツケージ用封着材としては、封着
温度が低く、且つ短時間で気密封着でき、高強度
のものが要望され、従来から非晶質の低融点ガラ
ス粉末にチタン酸鉛、ベータユークリプタイト、
コージエライト、ウイレマイト等の低膨張セラミ
ツク粉末をフイラーとして加えた封着材が多くみ
られる。しかしながら低融点ガラス粉末に低膨張
セラミツク粉末を混合するだけでは、機械的強度
がなお不十分であり、より機械的強度の大きい封
着材を得るためにさらに硅酸ジルコニウム
（ZrO₂・SiO₂）、いわゆるジルコンを共存させた
封着材が提案され、例えば特公昭56−49861号に
は、低融点ガラス粉末とチタン酸鉛粉末とジルコ
ン粉末とからなる低融点封着用組成物が示されて
いる。しかしながらこれによつて得られる封着材
は、機械的強度や熱衝撃強度は大きいが、α線放
出量が多く、しかも誘電率が大きいためメモリー
のような高密度のシリコン素子を搭載するパツケ
ージの封着には適していない。ジルコン粉末は、機械的強度の増大に効果があ
ると共に、化学的耐久性に優れ、電気抵抗も大き
くフイラーとして優れた特性を有するが、天然産
のジルコン粉末は、不純物としてＵ、Thを含み、
そのため放射性崩壊によりα線を放出するため高
密度のICに使用した場合、ソフトエラーを起こ
しやすくなる。このためＵ、Thを極力取り除き、
α線放出量を非常に少なくしたジルコン粉末を用
いた合成ジルコン粉末を不活性亜鉛物質粉末と共
に低融点ガラス粉末に混合する封着用組成物が、
特開昭60−204637号に開示されている。しかしな
がらこの封着用組成物も合成ジルコンを多量含有
させた場合流動性が悪く、熱膨張係数が大きくな
るという問題があつた。これはZrO₂とSiO₂を反
応させて合成する際に未反応のZrO₂が残存し、
これを低融点ガラス粉末と混合すると低融点ガラ
スの結晶化傾向を促進し、封着材の流動性を低下
させるためである。また従来より未反応のZrO₂
を含有しない合成ジルコン粉末を製造する場合、
ZrO₂とSiO₂との反応促進剤としてNaF、NaCl、
Na₂SO₄が用いられているが、NaF、NaCl、
Na₂SO₄を含有する合成ジルコンは、本発明のよ
うな電子部品の封着材に使用する合成ジルコンに
望まれる本質的にアルカリを含有しないこと、
低融点ガラス粉末と混合した場合流動性を低下
させない等の条件を満足するものではない。発明の目的本発明の目的は、450℃以下の低温度で短時間
に封着でき、機械的強度が大きくかつ熱膨張係数
が低くまたα線放出量が少ない新規な封着用組成
物を提供することである。発明の構成本発明の低融点封着用組成物は、非晶質の低融
点ガラス粉末、具体的には重量％でPbO 40〜90
％、B₂O₃ ８〜15％、SiO₂＋Al₂O₃ 0.5〜３％、
ZnO 0.5〜５％、Tl₂O ０〜40％からなる低融点
ガラス粉末50〜80％に合成ジルコン粉末２〜40
％と低膨張セラミツク粉末０〜45％を混合して
なり、該合成ジルコン粉末は、Fe₂O₃、MnO、
ZnOのいずれか１種又は２種以上を0.5〜７％含
有していることを特徴とする。本発明において用いられる合成ジルコン粉末
は、α線放出量の小さいZrO₂粉末とSiO₂粉末と
からジルコンを合成する場合、ZrO₂とSiO₂のみ
では反応が十分に進まないので反応促進剤として
Fe₂O₃、MnO、ZnOのいずれか１種又は２種以上
を含有させる。しかしながら、反応促進剤が0.5
％より少ない場合は、上記効果が得られず、また
７％より多い場合は、フイラーとしての特性、す
なわちガラスの流動性を良好にし、熱膨張係数を
低下するという特性が逆に低下する。また低膨張セラミツク粉末としては、チタン酸
鉛、ベータユークリプタイト、コージエライト、
ウイレマイト、ウイレマイト系セラミツクス、
SnO₂固溶体のいずれか１種又は２種以上が用い
られる。本発明の低融点ガラス粉末、合成ジルコン粉
末、低膨張セラミツク粉末の混合比を上記のよう
に限定した理由は以下のとおりである。低融点ガラス粉末が50％より少ない場合は、流
動性が悪くなり450℃以下で封着できなくなり、
80％より多い場合は、熱膨張係数が大きくなり熱
衝撃強度が小さくなる。合成ジルコン粉末が２％
より少ない場合は、十分な機械的強度が得られな
くなり、40％より多い場合は、流動性が悪くな
る。低膨張セラミツク粉末は、合成ジルコン粉末
と併用すると、熱膨張係数を一定に保ちながら封
着温度を低下させる効果があるが、45％より多い
場合は、流動性が悪くなる。また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は以下のとおりである。 PbOが40％より少ない場合は、ガラスの粘性が
増大し、90％より多い場合は、ガラスが失透し易
くなる。B₂O₃が８％より少ない場合は、ガラス
が失透し易くなり、15％より多い場合はガラスの
粘性が増大する。SiO₂とAl₂O₃の含量が0.5％より
少ない場合は、ガラスが失透し易くなり、３％よ
り多い場合は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比較的低く
する効果を有するが0.5％より少ない場合は上記
効果が得られず、５％より多い場合はガラスが失
透し易くなる。Tl₂Oは、PbOと置換して用いる
ことにより、PbO単独を用いる場合と比較してよ
り粘性の低いガラスを得ることができるが、40％
より多い場合はガラスの化学的耐久性が悪くな
る。さらにPbO，B₂O₃及びSiO₂とAl₂O₃の合量
が上記割合をはずれた場合、いずれも十分な流動
性が得られなくなる。尚、上記低融点ガラス粉末には、PbO，B₂O₃，
SiO₂，Al₂O₃，ZnO，Tl₂Oの成分以外にもCuO，
Bi₂O₃，SnO₂，BaO，Ｆ等の他成分を５％まで含
有させることができる。しかしながら５％を超え
るとガラスが失透し易くなるため好ましくない。実施例以下に本発明の実施例について説明する。第１表は、本発明における低融点ガラスの実施
例を示すものである。

【表】第１表に示した低融点ガラスは、鉛丹、硼酸、
硅石粉、アルミナ、亜鉛華、炭酸タリウム、フツ
化鉛、炭酸バリウム第１表に示す組成になるよう
に調合し、白金るつぼに入れて電気炉において
800℃で１時間溶融した後、薄板状に成形し、ア
ルミナボールミルで粉砕し、200メツシユのステ
ンレスふるいを通過したものを用いた。第２表は、本発明の合成ジルコン、すなわち
ZrO₂，SiO₂，Fe₂O₃，MnO，ZnOの各成分を混
合した実施例である。

【表】第２表に示した合成ジルコンの作製方法を合成
ジルコンＡを例にとつて以下に示す。まずZrO₂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Ｕ，Thの極めて少ないオキシ塩化ジル
コニウムにし、アルカリ中和後、加熱して精製
ZrO₂とした。次に精製したZrO₂、高純度硅石粉
（SiO₂）及び酸化第２鉄（Fe₂O₃）を第２表に示
す組成になるように調合し、乾式混合した後、
1400℃で16時間焼成した。焼成物は粉砕し、250
メツシユのステンレスふるいを通過させた。第３表は第１表の低融点ガラス粉末に第２表の
合成ジルコン粉末及び各種の低膨張セラミツク粉
末を混合した低融点封着用組成物の実施例であ
る。

【表】第３表のチタン酸鉛は、リサージ及び酸化チタ
ンをPbTiO₃の化学量論比になるように混合した
後、1150℃で２時間焼成し、粉砕後250メツシユ
のステンレスふるいを通過したものを用いた。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Li₂O・Al₂O₃・
2SiO₂の組成になるように調合、混合し1250℃で
５時間焼成したものを粉砕して250メツシユのス
テンレスふるいを通過したものを用いた。コージエライトは、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2MgO・
2Al₂O₃・5SiO₂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℃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
ステンレスふるいを通過するように粉砕し、さら
に1000℃で12時間加熱し、コージエライトを結晶
させた後、350メツシユを通過するように粉砕し
た。ウイレマイトは、亜鉛華、光学ガラス用石粉を
２ ZnO・SiO₂の組成になるように調合、混合
し、1400℃で16時間焼成したものを粉砕して250
メツシユのステンレスふるいを通過したものを用
いた。ウイレマイト系セラミツクは、重量％でZnO
70.6％，SiO₂ 24.7％，Al₂O₃ 4.7％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、1440℃で15時間焼成した後、粉砕し250メ
ツシユのステンレスふるいを通過したものを用い
た。尚、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ZnO 68〜75
％，SiO₂ 23〜28％，Al₂O₃ 0.1〜８％の範囲内で
あれば使用可能である。 SnO₂固溶体は、重量％でSnO₂ 93％，TiO₂ ２
％，MnO ５％になるように酸化すず、酸化チタ
ン、二酸化マンガンを調合、混合し、1400℃で16
時間焼成後、粉砕し、250メツシユのステンレス
ふるいを通過したものを用いた。第３表の低融点封着用組成物は、低融点ガラス
粉末、合成ジルコン粉末、低膨張セラミツク粉末
を第３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、アルミナセラミツク（16 SSIパツケージ）
に印刷して表記の条件で封着した。剪断強度は、
アルミナセラミツクの封着部の長手方向へ剪断力
を加えることによつて破壊させるのに必要な荷重
の値を示したもので実施例では300〜410Kgの高い
値が得られた。尚、比較のためガラスＡ 65.8％とウイレマイ
ト系セラミツク17.8％とFe₂O₃の代わりに融剤と
して硫酸ソーダを使用した合成ジルコン16.4％と
を混合し、ペーストを作製した後、アルミナセラ
ミツクに印刷して封着したところ封着温度450℃、
封着時間10分、熱膨張係数66.9×10^-7／℃、剪断
強度340Kgであり、本発明の実施品である第３表
の試料No.５と比較すると本発明の実施品の方が封
着温度が20℃、熱膨張係数が2.9×10^-7／℃低く、
また剪断強度が20Kg高い。これによりFe₂O₃を含
有する合成ジルコンを使用する封着材の方が
Fe₂O₃を含有しない合成ジルコンを使用する封着
材に比べ優れた特性を有することがわかる。発明の効果本発明の低融点封着用組成物は、450℃以下の
温度で10分以内に封着でき、機械的強度が大きく
かつ熱膨張係数が低くまたα線放出量が少ない封
着材が得られ、特にICパツケージ用に適してい
る。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で非晶質の低融点ガラス粉末50〜80
％、合成ジルコン粉末２〜40％、低膨張セラミツ
ク粉末０〜45％を混合してなり、該合成ジルコン
粉末は、Fe₂O₃、MnO、ZnOのいずれか１種又は
２種以上を0.5〜７％含有していることを特徴と
する低融点封着用組成物。２低融点ガラス粉末は、重量％でPbO 40〜90
％、B₂O₃ ８〜15％、SiO₂＋Al₂O₃ 0.5〜３％、
ZnO 0.5〜５％、Tl₂O ０〜40％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低膨張セラミツク粉末は、チタン酸鉛、ベー
タユークリプタイト、コージエライト、ウイレマ
イト、ウイレマイト系セラミツクス、SnO₂固溶
体のいずれか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項記載の低融点封着用
組成物。