JPH04349146A - 低融点高膨張性封着材料 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低融点高膨張性封着材料
に関し、より詳しくは金属製のＩＣパッケージの気密封
着に好適な低融点高膨張性封着材料に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣを実装するための高信頼性パッケー
ジには、アルミナセラミックが広く用いられている。こ
のアルミナセラミック製のパッケージにおいては、気密
封着を行うための材料として、低融点ガラスと、ウイレ
マイト、コージェライト、ジルコン、酸化すず等の低膨
張耐火性粉末とを混合してなる封着材料が用いられてい
る。これらの封着材料は、熱膨張係数がアルミナセラミ
ックに適合するように６０〜７０×１０−７／℃と低く
、また実装するＩＣチップに悪影響を与えないように５
００℃以下の温度で封着できるものである。

【０００３】ところで近年、ＩＣの大型化に伴い、ＩＣ
から発生する熱を効率良く放散するために、より熱伝導
率の大きい材料を用いてパッケージを作製することが検
討されている。このようなものとして、例えばアルミニ
ウム、銅、及びこれらをベースとした合金を使用した金
属製パッケージが提案されている。

【０００４】しかしながら、この金属製パッケージは熱
膨張係数が１４０〜２３０×１０−７／℃と大きく、先
記したようなアルミナセラミック製パッケージ用の封着
材料を使用することができない。

【０００５】一方、低融点の封着材料として知られてい
る低融点ガラスのなかには、１２０〜１８０×１０−７
／℃程度の高い熱膨張係数を有しているものが存在する
。 しかしながら、このようなガラスはいずれも機械的強度
が非常に低く、ＩＣパッケージの封着材料としては実用
に耐えない。

【０００６】このような事情から、ＰｂＯ−Ｂ２　Ｏ３
　系、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ２　Ｏ３　系等の低融点ガラ
ス粉末と、フッ化カルシウム粉末やフッ化バリウム粉末
を混合した高膨張の封着材料が米国特許第４８１８７３
０号において提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記米
国特許に開示の封着材料においても未だ機械的強度が不
十分である。

【０００８】本発明の目的は、金属製パッケージに適合
した熱膨張係数を有し、５００℃以下の温度で封着が可
能であり、しかも機械的強度が高い封着材料を提供する
ことである。

【０００９】

【課題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、フッ化物粉末よりも酸化物粉末の方が機
械的強度が高く、またヤング率も高いことから、低融点
ガラスと高膨張の酸化物粉末を混合することにより、上
記目的を達成することが可能であることを見いだし、本
発明として提案するものである。

【００１０】即ち、本発明の低融点高膨張性封着材料は
、転移点が３５０℃以下の低融点ガラス粉末４５〜９０
体積％と、３０〜２５０℃における熱膨張係数が１００
×１０−７／℃以上の高膨張耐火性酸化物粉末１０〜５
５体積％からなり、３０〜２５０℃における熱膨張係数
が１２０〜２２０×１０−７／℃であることを特徴とす
る。

【００１１】また本発明の低融点高膨性封着材料は、高
膨張耐火性酸化物粉末が、クリストバライト、二酸化テ
ルル、マグネシア、立方晶ジルコニアの群から選ばれる
１種以上であることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の低融点高膨張性封着材料は、１２０〜
２２０×１０−７／℃の熱膨張係数を有し、金属製パッ
ケージのそれと適合する。また転移点が３５０℃以下の
低融点ガラスを４５体積％以上使用するため、５００℃
以下の温度での封着が可能である。また高膨張耐火性酸
化物粉末を１０体積％以上含むため、機械的強度が高い
。

【００１３】本発明の低融点高膨張性封着材料において
使用する低融点ガラス粉末は、３５０℃以下の転移点を
有するものである。このような低融点ガラスとしては、
ＰｂＯ−Ｂ２　Ｏ３　系、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ２　Ｏ３
　系、ＰｂＯ−ＰｂＦ２　−Ｂ２　Ｏ３　系、ＰｂＯ−
Ｖ２　Ｏ５　系、ＰｂＯ−Ｖ２　Ｏ５　−ＴｅＯ２　系
、ＰｂＯ−Ｖ２　Ｏ５　−Ｐ２　Ｏ５　系ガラス等を使
用することができる。

【００１４】本発明において使用する高膨張耐火性酸化
物粉末は、熱膨張係数が７０×１０−７／℃以上、好ま
しくは１００×１０−７／℃以上であり、しかも機械的
強度が高いものである。このような粉末としては、クリ
ストバライト（ＳｉＯ２　・熱膨張係数３００×１０−
７／℃）、二酸化テルル（ＴｅＯ２　・同１３０×１０
−７／℃）、マグネシア（ＭｇＯ・同１３０×１０−７
／℃）、立方晶ジルコニア（ＺｒＯ２−ＣａＯ固溶体・
同１２０×１０−７／℃）等を単独、又は組み合わせて
使用することが好ましい。なお高膨張耐火性酸化物粉末
は、少なくとも５００℃までの加熱に対して安定（不活
性）な耐火性を有するものである。即ち、５００℃以下
の温度で分解したり、あるいはガラス中に溶け込んだり
すると、封着材料の機械的強度が低下する等、所望の特
性を得ることができなくなる。

【００１５】また本発明において、低融点ガラス粉末と
高膨張耐火性酸化物粉末の混合割合を上記のように限定
した理由を以下に述べる。

【００１６】低融点ガラス粉末が４５体積％より少ない
と、即ち高膨張耐火性酸化物粉末が５５体積％より多い
と封着材料の流動性が悪くなり、５００℃以下の温度で
気密封着を行うことが困難になる。一方、低融点ガラス
粉末が９０体積％より多いと、即ち高膨張耐火性酸化物
粉末が１０体積％より少ないと十分な機械的強度が得ら
れなくなる。

【００１７】なお、ＩＣパッケージの封着材料には、誘
電率が１５以下であることが望まれており、本発明にお
いても誘電率が１５以下となるように、使用する高膨張
耐火性酸化物粉末の種類やその混合割合を調節すること
が重要である。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の低融点高膨張性封着材料を実
施例に基づいて説明する。

【００１９】（実施例１）低融点ガラス粉末は次のよう
にして調製した。

【００２０】重量％でＰｂＯ　　８４．３％、Ｂ２　Ｏ
３　１１．９％、ＺｎＯ　　２．８％、ＳｉＯ２　１．
０％の組成になるように、鉛丹、硼酸、亜鉛華、及び珪
石粉を調合し、白金るつぼを用いて９００℃で１時間溶
融した後、水冷ローラーにより、薄板状に成形した。次
いでこの成形物をボールミルにて粉砕し、２５０メッシ
ュの篩を通過させて低融点ガラス粉末を得た。このガラ
スは転移点が３００℃、３０〜２５０℃における熱膨張
係数が１１２×１０−７／℃であった。

【００２１】また高膨張耐火性酸化物粉末としては、ク
リストバライト及び立方晶ジルコニアを使用した。

【００２２】クリストバライトは次のようにして作製し
た。まず、球形化された平均粒径１０μｍの石英ガラス
粉末を１４８０℃で１６時間焼成してクリストバライト
化した。なおクリストバライト粉末は、流動性を改善す
るために、さらに平均粒径０．１μｍのＺｎＯ微粒子を
５体積％添加して乾式混合した後、１０００℃で１時間
熱処理し、表面にＺｎＯ被膜を形成した。

【００２３】立方晶ジルコニアは次のようにして作製し
た。まず、低α線タイプのジルコニア原料及び炭酸カル
シウムをＺｒＯ２　８０ｍｏｌ％、ＣａＯ　　２０ｍｏ
ｌ％の割合になるように調合し、１５５０℃で１６時間
焼成した。その後、この焼成物をボールミルにて粉砕し
、３５０メッシュの篩を通過させて平均粒径５μｍの立
方晶ジルコニアを作製した。

【００２４】このようにして得られた低融点ガラス粉末
、クリストバライト、立方晶ジルコニアをそれぞれ体積
％で６０％、２０％、２０％の割合で混合して封着材料
を得た。

【００２５】得られた封着材料は、３０〜２５０℃にお
ける熱膨張係数が１５０×１０−７／℃、、封着温度が
４３０℃、曲げ強度が５７０ｋｇ／ｃｍ２　であり、誘
電率が１２．５であった。

【００２６】さらにこの封着材料を用いて、Ａｌ　　７
０重量％、Ｓｉ　　３０重量％よりなり、１６０×１０
−７／℃の熱膨張係数を有する金属製パッケージ（１８
リード）の封着を行った。封着は、通常行われているよ
うにビークルを用いて試料をペースト化し、パッケージ
にスクリーン印刷した後、空気中、４３０℃で１０分間
熱処理した。このようにして得られた封着物は気密性の
高いものであった。

【００２７】なお、熱膨張係数は、外径４ｍｍ、長さ５
０ｍｍに加熱成形した試料を用いて、石英押棒式熱膨張
計により測定し、曲げ強度は、封着材料を加熱して作製
したブロックから１０×１０×５０ｍｍの大きさに切り
出した試料を用いて３点曲げ試験により求めた。また誘
電率は、外径３５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板状に加熱
成形した試料を用いて、ＬＣＲメーター（２５℃、１Ｍ
Ｈｚ）によって測定した。

【００２８】（実施例２）低融点ガラス粉末は次のよう
にして調製した。

【００２９】重量％でＰｂＯ　　４１．９％、Ｖ２　Ｏ
５　４１．９％、ＴｅＯ２　１１．４％、Ａｌ２　Ｏ３
　２．５％、ＺｎＯ　　２．３％の組成になるように、
鉛丹、五酸化バナジウム、二酸化テルル、アルミナ、及
び亜鉛華を調合し、白金るつぼを用いて９００℃で１時
間溶融した後、水冷ローラーにより、薄板状に成形した
。次いでこの成形物をボールミルにて粉砕し、２５０メ
ッシュの篩を通過させて低融点ガラス粉末を得た。この
ガラスは転移点が２６３℃、３０〜２５０℃における熱
膨張係数が１３７×１０−７／℃であった。なお、この
ガラスの曲げ強度を測定したところ、２５０ｋｇ／ｃｍ
２　であった。

【００３０】また高膨張耐火性酸化物粉末としては、二
酸化テルル及びマグネシアを使用した。

【００３１】二酸化テルルは、原料粉末を５００℃で５
時間焼成して粒成長させた後、ボールミルにて粉砕し、
３５０メッシュの篩を通過させて、平均粒径５μｍの粉
末とした。

【００３２】マグネシアは、電融マグネシアを粉砕し、
３５０メッシュの篩を通過させて平均粒径５μｍの粉末
とした。

【００３３】このようにして得られた低融点ガラス粉末
、二酸化テルル、マグネシアをそれぞれ体積％で６０％
、２５％、１５％の割合で混合して封着材料を得た。

【００３４】得られた封着材料は、３０〜２５０℃にお
ける熱膨張係数が１４０×１０−７／℃、封着温度が３
６０℃、曲げ強度が５５０ｋｇ／ｃｍ２　であり、誘電
率が１４．５であった。またこの封着材料を用いて、実
施例１で使用した金属製パッケージを同様の方法で封着
したところ、気密性の高い封着物が得られた。

【００３５】（比較例）実施例１において使用した低融
点ガラス粉末６０体積％と、フッ化カルシウム粉末４０
体積％を混合して封着材料を得た。

【００３６】この封着材料は、３０〜２５０℃における
熱膨張係数が１５０×１０−７／℃、封着温度が４３０
℃であり、誘電率が１２．０と実施例１の封着材料とほ
ぼ同等の値を示した。またこの封着材料を用いて、実施
例１で使用した金属製パッケージを同様の方法で封着し
たところ、気密性の高い封着物が得られた。しかしなが
ら、機械的強度は４００ｋｇ／ｃｍ２　であり、実施例
１の封着材料のそれに比べて１７０ｋｇ／ｃｍ２　も低
かった。

【００３７】なお、フッ化カルシウム粉末は、原料粉末
を１０００℃で５時間焼成して粒成長させた後、ボール
ミルにて粉砕し、３５０メッシュの篩を通過させて、平
均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の低融点高膨
張性封着材料は、１２０〜２２０×１０−７／℃の熱膨
張係数を有し、５００℃以下の温度で封着が可能であり
、しかも機械的強度が高いため、金属製パッケージの気
密封着に好適である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　転移点が３５０℃以下の低融点ガラス
   粉末４５〜９０体積％と、３０〜２５０℃における熱膨
   張係数が７０×１０−７／℃以上の高膨張耐火性酸化物
   粉末１０〜５５体積％からなり、３０〜２５０℃におけ
   る熱膨張係数が１２０〜２２０×１０−７／℃であるこ
   とを特徴とする低融点高膨張性封着材料。
2. 【請求項２】　　高膨張耐火性酸化物粉末が、クリスト
   バライト、二酸化テルル、マグネシア、立方晶ジルコニ
   アの群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請
   求項１の低融点高膨張性封着材料。