JPH0742138B2 - 半導体をボンデイングするペ−スト - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、銀粉末と低融点のガラス粉末の混合物75〜85
重量%、及びガラス軟化点未満で熱分解する樹脂1〜10
重量%を含有する有機溶剤15〜25重量%から成り、その
際銀とガラスとの重量比が2:1〜9:1である、半導体、特
にシリコンから成る半導体をボンディングするペースト
に関する。
重量%、及びガラス軟化点未満で熱分解する樹脂1〜10
重量%を含有する有機溶剤15〜25重量%から成り、その
際銀とガラスとの重量比が2:1〜9:1である、半導体、特
にシリコンから成る半導体をボンディングするペースト
に関する。
従来の技術 半導体、特にシリコン半導体は、たいていの場合セラミ
ック基体と結合され、該基体は金属化されていてもよ
い。このためには最近では、微粉末化された銀及びガラ
ス粉末から成るペーストが、溶剤及び熱分解性の樹脂と
混合されて使用される。このペーストは、セラミック基
体に薄い層で施され、それに半導体を載せ、次いでその
アセンプリを400℃より高い温度に加熱される、その際
溶剤と樹脂は飛散し、ガラスは軟化しかつ銀粉末と一緒
にセラミック基体と半導体との間の固着結合を形成す
る。
ック基体と結合され、該基体は金属化されていてもよ
い。このためには最近では、微粉末化された銀及びガラ
ス粉末から成るペーストが、溶剤及び熱分解性の樹脂と
混合されて使用される。このペーストは、セラミック基
体に薄い層で施され、それに半導体を載せ、次いでその
アセンプリを400℃より高い温度に加熱される、その際
溶剤と樹脂は飛散し、ガラスは軟化しかつ銀粉末と一緒
にセラミック基体と半導体との間の固着結合を形成す
る。
ドイツ連邦共和国特許公開第3227815号明細書から、微
粉末化銀20〜95重量%と低融点のガラス粉末5〜80重量
%との混合物75〜85重量%及び有機溶剤15〜25重量%か
ら成る、セラミック基体にシリコン半導体をボンディン
グする金属化ペーストが公知である。該使用ガラスは、
主として酸化鉛95〜96重量%、酸化ケイ素0.25〜2.5重
量%、その残りの酸化ホウ素から成る。このガラスは32
5〜425℃の軟化点を有する。シリコンウエハとセラミッ
ク基体との結合は、425〜525℃、特に430℃で行われ
る。
粉末化銀20〜95重量%と低融点のガラス粉末5〜80重量
%との混合物75〜85重量%及び有機溶剤15〜25重量%か
ら成る、セラミック基体にシリコン半導体をボンディン
グする金属化ペーストが公知である。該使用ガラスは、
主として酸化鉛95〜96重量%、酸化ケイ素0.25〜2.5重
量%、その残りの酸化ホウ素から成る。このガラスは32
5〜425℃の軟化点を有する。シリコンウエハとセラミッ
ク基体との結合は、425〜525℃、特に430℃で行われ
る。
この結合法にとって重要なことは、基体に対する半導体
の接着強度が十分であること及び半導体内及び半導体と
セラミック基体との間に熱応力が発生することが回避さ
れることにある。これらの応力は、熱処理温度を低く保
つことができる程に、益々小さくなる。該応力は、特に
半導体ウエハが大きくかつセラミック基体が金めっきさ
れている際に生じる。これらの金層は一般にニッケル中
間層上に施されかつ430℃で既に金内への著しいニッケ
ル拡散が起こる。従って、430℃以上の作業温度はでき
るだけ避けるべきである。
の接着強度が十分であること及び半導体内及び半導体と
セラミック基体との間に熱応力が発生することが回避さ
れることにある。これらの応力は、熱処理温度を低く保
つことができる程に、益々小さくなる。該応力は、特に
半導体ウエハが大きくかつセラミック基体が金めっきさ
れている際に生じる。これらの金層は一般にニッケル中
間層上に施されかつ430℃で既に金内への著しいニッケ
ル拡散が起こる。従って、430℃以上の作業温度はでき
るだけ避けるべきである。
発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、できるだけ低い熱処理温度で半導体と
セラミック基体との間の最適な接着強度を提供する。銀
粉末と低融点のガラス粉末の混合物75〜85重量%、及び
ガラス軟化点未満で熱分解する樹脂1〜10重量%を含有
する有機溶剤15〜25重量%から成り、その際銀とガラス
との重量比が2:1〜9:1である、半導体、特にシリコンか
ら成る半導体をボンディングするペーストを提供するこ
とであった。
セラミック基体との間の最適な接着強度を提供する。銀
粉末と低融点のガラス粉末の混合物75〜85重量%、及び
ガラス軟化点未満で熱分解する樹脂1〜10重量%を含有
する有機溶剤15〜25重量%から成り、その際銀とガラス
との重量比が2:1〜9:1である、半導体、特にシリコンか
ら成る半導体をボンディングするペーストを提供するこ
とであった。
問題点を解決するための手段 前記課題は、冒頭に記載した形式のペーストにおいて、
第1番目の発明によれば、ガラス粉末が酸化鉛75〜85重
量%、酸化ホウ素8〜15重量%、酸化ケイ素0.75〜2.5
重量%、酸化銅0.5〜5.5重量%、及びその残りとしての
非揮発性フッ化金属から成り、その際フッ化金属の量
は、酸化銅Cu2Oとフッ化金属のフッ化物含量とのモル比
が1:0.25〜1:10であるように選択されており、かつ260
〜280℃の軟化温度を有することにより、並びに第2番
目の発明によれば、ガラス粉末が、酸化鉛75〜85重量
%、酸化ホウ素8〜15重量%、酸化ケイ素0.75〜2.5重
量%、酸化銅0.5〜5.5重量%、並びに酸化亜鉛10重量%
以下、酸化ビスマス5重量%以下及び酸化アルミニウム
3重量%以下から選択される成分の1種以上、及びその
残りとしての非揮発性フッ化金属から成り、その際フッ
化金属の量は、酸化銅Cu2Oとフッ化金属のフッ化物含量
とのモル比が1:0.25〜1:10であるように選択されてお
り、かつ260〜280℃の軟化温度を有することにより解決
される。
第1番目の発明によれば、ガラス粉末が酸化鉛75〜85重
量%、酸化ホウ素8〜15重量%、酸化ケイ素0.75〜2.5
重量%、酸化銅0.5〜5.5重量%、及びその残りとしての
非揮発性フッ化金属から成り、その際フッ化金属の量
は、酸化銅Cu2Oとフッ化金属のフッ化物含量とのモル比
が1:0.25〜1:10であるように選択されており、かつ260
〜280℃の軟化温度を有することにより、並びに第2番
目の発明によれば、ガラス粉末が、酸化鉛75〜85重量
%、酸化ホウ素8〜15重量%、酸化ケイ素0.75〜2.5重
量%、酸化銅0.5〜5.5重量%、並びに酸化亜鉛10重量%
以下、酸化ビスマス5重量%以下及び酸化アルミニウム
3重量%以下から選択される成分の1種以上、及びその
残りとしての非揮発性フッ化金属から成り、その際フッ
化金属の量は、酸化銅Cu2Oとフッ化金属のフッ化物含量
とのモル比が1:0.25〜1:10であるように選択されてお
り、かつ260〜280℃の軟化温度を有することにより解決
される。
ガラス粉末は、酸化鉛75〜85重量%、酸化ホウ素8〜15
重量%、酸化ケイ素0.75〜2.5重量%、酸化ビスマス1
〜5重量%、酸化銅0.5〜5.5重量%、並びに酸化亜鉛8
重量%以下及び酸化アルミニウム3重量%以下から成る
成分の両者又はいずれか一方、及びその残りのフッ化
鉛、フッ化銅及びフッ化亜鉛の1種以上から成り、その
際酸化銅とフッ化金属のフッ化物含量とのモル比が1:0.
25〜1:10であるのが有利である。
重量%、酸化ケイ素0.75〜2.5重量%、酸化ビスマス1
〜5重量%、酸化銅0.5〜5.5重量%、並びに酸化亜鉛8
重量%以下及び酸化アルミニウム3重量%以下から成る
成分の両者又はいずれか一方、及びその残りのフッ化
鉛、フッ化銅及びフッ化亜鉛の1種以上から成り、その
際酸化銅とフッ化金属のフッ化物含量とのモル比が1:0.
25〜1:10であるのが有利である。
銀粉末は球状又は板片状粒子もしくはその混合物の形で
存在することができる。該粉末は有利には比表面積0.3
〜1.3m2/g及びタップ密度2.4〜3.4g/cm3を有する。ガラ
ス成分としては、以下の組成を有するガラスが有利であ
ることが立証された。
存在することができる。該粉末は有利には比表面積0.3
〜1.3m2/g及びタップ密度2.4〜3.4g/cm3を有する。ガラ
ス成分としては、以下の組成を有するガラスが有利であ
ることが立証された。
a) PbO 77.9%、ZnO 7.2%、B2O3 8.2%、SiO2 0.9
%、Cu2O 2.2%、PbF2としてのフッ化物0.4%、Bi2O3
3.2%; b) PbO 79.2%、ZnO 5.5%、B2O3 9.2%、SiO2 0.9
%、Cu2O 1.4%、PbF2としてのF0.8、Bi2O3 3.0%; c) PbO 80.8%、ZnO 6.8%、B2O3 8.7%、SiO2 1.0
%、Cu2O 2.3%、PbF2としてのF 0.4%; d) PbO 81.6%、ZnO 3.1%、B2O3 11.5%、SiO2 1.0
%、Cu2O 2.1%、PbF2としてのF 0.7% 銀とガラスとの重量比は、2:1〜9:1、有利には3:1〜5:1
の範囲内にある。銀対ガラスの重量比は、特に4:1であ
るのが有利であることが立証された。使用ガラスは430
℃の温度で15分間の加熱時間で失透現象を示さない。
%、Cu2O 2.2%、PbF2としてのフッ化物0.4%、Bi2O3
3.2%; b) PbO 79.2%、ZnO 5.5%、B2O3 9.2%、SiO2 0.9
%、Cu2O 1.4%、PbF2としてのF0.8、Bi2O3 3.0%; c) PbO 80.8%、ZnO 6.8%、B2O3 8.7%、SiO2 1.0
%、Cu2O 2.3%、PbF2としてのF 0.4%; d) PbO 81.6%、ZnO 3.1%、B2O3 11.5%、SiO2 1.0
%、Cu2O 2.1%、PbF2としてのF 0.7% 銀とガラスとの重量比は、2:1〜9:1、有利には3:1〜5:1
の範囲内にある。銀対ガラスの重量比は、特に4:1であ
るのが有利であることが立証された。使用ガラスは430
℃の温度で15分間の加熱時間で失透現象を示さない。
セラミック基体上に銀/ガラスペーストを施すには、銀
粉末とガラス粉末の混合物を265℃未満の沸点を有する
有機溶剤中に懸濁させる。有機溶剤としては、例えばテ
レピン油、ジエチレングリコールエーテル(カルビトー
ル:Carbitole)もしくはそのエステル、又はエステルア
ルコール例えば2,2,4-トリメチル‐ペンタンジオール‐
1,3-モノイソブチレートを使用することができる。100
〜265℃の沸点を有する別の有機溶剤を使用することも
できる。
粉末とガラス粉末の混合物を265℃未満の沸点を有する
有機溶剤中に懸濁させる。有機溶剤としては、例えばテ
レピン油、ジエチレングリコールエーテル(カルビトー
ル:Carbitole)もしくはそのエステル、又はエステルア
ルコール例えば2,2,4-トリメチル‐ペンタンジオール‐
1,3-モノイソブチレートを使用することができる。100
〜265℃の沸点を有する別の有機溶剤を使用することも
できる。
使用ガラスの軟化点未満、即ち280℃未満で熱分解する
樹脂を、有機溶剤中に、一般に1〜10重量%の量で溶か
す。樹脂としては、例えばニトロセルロースを1〜2%
の量で、又はエチル‐又はブチルメタクリレートを6〜
10%の量で使用することができる。樹脂は有機ビヒクル
の粘度を高め、ひいてはペースト内での粉末の沈降を阻
止する。
樹脂を、有機溶剤中に、一般に1〜10重量%の量で溶か
す。樹脂としては、例えばニトロセルロースを1〜2%
の量で、又はエチル‐又はブチルメタクリレートを6〜
10%の量で使用することができる。樹脂は有機ビヒクル
の粘度を高め、ひいてはペースト内での粉末の沈降を阻
止する。
少量のペーストを例えば注入器を用いてセラミック基体
に小さな球の形で施しかつ半導体を押し付ける。
に小さな球の形で施しかつ半導体を押し付ける。
次いで、このアセンブリを慎重に75〜150℃で、溶剤が
完全に放出されるまで乾燥させる。次いで、400℃未
満、有利には380℃の温度に加熱する、この際に樹脂は
分解しかつセラミック基体と半導体との間の固定結合が
行われる。
完全に放出されるまで乾燥させる。次いで、400℃未
満、有利には380℃の温度に加熱する、この際に樹脂は
分解しかつセラミック基体と半導体との間の固定結合が
行われる。
球状のペースト塗布の代わりに、セラミック基体にペー
スト層を施し、その上に半導体を載せることもできる。
スト層を施し、その上に半導体を載せることもできる。
実施例 次に、実施例により本発明を詳細に説明する。
酸化鉛415g、フッ化鉛30g、酸化亜鉛30g、ホウ酸80g、
酸化ケイ素5g、酸化銅12g、酸化ビスマス8g及び水酸化
アルミニウム10gを混合しかつ白金坩堝中で1100℃で30
分間熔融させた。引き続き、該熔融物をステンレスロー
ルを介してキャストしかつ生成したガラス板片をセラミ
ックボールミル内で微粉末化した。このガラス粉末20g
を銀粉末(タップ密度g/cm3、比表面積m2/g)80gと混合
した。ニトロセルロース(分子量約2000)0.3gを溶かし
たブチルカルビトール30gを銀/ガラス粉末混合物に加
えかつこれをペーストに加工した。
酸化ケイ素5g、酸化銅12g、酸化ビスマス8g及び水酸化
アルミニウム10gを混合しかつ白金坩堝中で1100℃で30
分間熔融させた。引き続き、該熔融物をステンレスロー
ルを介してキャストしかつ生成したガラス板片をセラミ
ックボールミル内で微粉末化した。このガラス粉末20g
を銀粉末(タップ密度g/cm3、比表面積m2/g)80gと混合
した。ニトロセルロース(分子量約2000)0.3gを溶かし
たブチルカルビトール30gを銀/ガラス粉末混合物に加
えかつこれをペーストに加工した。
公知技術に基づく類似したペーストを、銀66.4%、ガラ
ス(ドイツ連邦共和国特許公開第3227815号明細書記載
に基づく組成物)16.6%、ニトロセルロース1%及びブ
チルカルビトール16%から製造した。該生成物はそのガ
ラス成分においてはほぼ本発明のペーストの組成に相当
する。
ス(ドイツ連邦共和国特許公開第3227815号明細書記載
に基づく組成物)16.6%、ニトロセルロース1%及びブ
チルカルビトール16%から製造した。該生成物はそのガ
ラス成分においてはほぼ本発明のペーストの組成に相当
する。
両者のペーストを、異なった背面被覆が施された同じ大
きさの半導体をセラミック基体に施すために使用した。
きさの半導体をセラミック基体に施すために使用した。
セラミック基体は、低い割合(それぞれ約2%)の酸化
ケイ素、二酸化チタン、酸化鉄及び酸化マンガンを有す
る酸化アルミニウム(約92%)から成っていた。結合は
それぞれ380℃及び430℃の熱処理温度で実施した。接着
強度は引張り試験で測定した。結果は以下の表にまとめ
て示す。
ケイ素、二酸化チタン、酸化鉄及び酸化マンガンを有す
る酸化アルミニウム(約92%)から成っていた。結合は
それぞれ380℃及び430℃の熱処理温度で実施した。接着
強度は引張り試験で測定した。結果は以下の表にまとめ
て示す。
銀ガラスから成る結合層の厚さは、総ての場合50〜70μ
m(2〜2.5ミル)であった。
m(2〜2.5ミル)であった。
接着強度値から、本発明によるペーストを用いて380℃
の温度で熱処理した際の接着強度はドイツ連邦共和国特
許公開第3227815号明細書に記載のペーストを用いて430
℃の温度で得られた強度と同じか又はそれ以上である。
の温度で熱処理した際の接着強度はドイツ連邦共和国特
許公開第3227815号明細書に記載のペーストを用いて430
℃の温度で得られた強度と同じか又はそれ以上である。
更に、本発明によるペーストを用いて380℃及び430℃で
熱処理した場合の接着強度はごく僅かに異なっているに
過ぎない。380℃の熱処理の際の半導体と基体との間の
熱応力は、430℃での熱処理とは異なり全く生じなかっ
た。
熱処理した場合の接着強度はごく僅かに異なっているに
過ぎない。380℃の熱処理の際の半導体と基体との間の
熱応力は、430℃での熱処理とは異なり全く生じなかっ
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レオニード・フインケルシユタイン アメリカ合衆国カリフオルニア・サン・フ ランシスコ・トウエンテイーセブンス・ア ヴエニユー 1643
Claims (3)
- 【請求項1】銀粉末と低融点のガラス粉末の混合物75〜
85重量%、及びガラス軟化点未満で熱分解する樹脂1〜
10重量%を含有する有機溶剤15〜25重量%から成り、そ
の際銀とガラスとの重量比が2:1〜9:1である、半導体を
セラミック基体にボンディングするペーストにおいて、
ガラス粉末が酸化鉛75〜85重量%、酸化ホウ素8〜15重
量%、酸化ケイ素0.75〜2.5重量%、酸化銅0.5〜5.5重
量%、及びその残りとしての非揮発性フッ化金属から成
り、その際フッ化金属の量は、酸化銅CuO2とフッ化金属
のフッ化物含量とのモル比が1:0.25〜1:10であるように
選択されており、かつ260〜280℃の軟化温度を有するこ
とを特徴とする、半導体をボンディングするペースト。 - 【請求項2】銀粉末と低融点のガラス粉末の混合物75〜
85重量%、及びガラス軟化点未満で熱分解する樹脂1〜
10重量%を含有する有機溶剤15〜25重量%から成り、そ
の際銀とガラスとの重量比が2:1〜9:1である、半導体を
セラミック基体にボンディングするペーストにおいて、
ガラス粉末が、酸化鉛75〜85重量%、酸化ホウ素8〜15
重量%、酸化ケイ素0.75〜2.5重量%、酸化銅0.5〜5.5
重量%、並びに酸化亜鉛10重量%以下、酸化ビスマス5
重量%以下及び酸化アルミニウム3重量%以下から選択
される成分の1種以上、及びその残りとしての非揮発性
フッ化金属から成り、その際フッ化金属の量は、酸化銅
Cu2Oとフッ化金属のフッ化物含量とのモル比が1:0.25〜
1:10であるように選択されており、かつ260〜280℃の軟
化温度を有することを特徴とする、半導体をボンディン
グするペースト。 - 【請求項3】ガラス粉末が、75〜85重量%、酸化ホウ素
8〜15重量%、酸化ケイ素0.75〜2.5重量%、酸化ビス
マス1〜5重量%、酸化銅0.5〜5.5重量%、並びに酸化
亜鉛8重量%以下及び酸化アルミニウム3重量%以下か
ら成る成分の両者又はいずれか一方、及びその残りのフ
ッ化鉛、フッ化銅及びフッ化亜鉛の1種以上から成り、
その際酸化銅とフッ化金属のフッ化物含量とのモル比が
1:0.25〜1:10である、特許請求の範囲第1項又は第2項
記載のペースト。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US776610 | 1985-09-16 | ||
US06/776,610 US4699888A (en) | 1985-09-16 | 1985-09-16 | Die/attach composition |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62119139A JPS62119139A (ja) | 1987-05-30 |
JPH0742138B2 true JPH0742138B2 (ja) | 1995-05-10 |
Family
ID=25107896
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61217868A Expired - Lifetime JPH0742138B2 (ja) | 1985-09-16 | 1986-09-16 | 半導体をボンデイングするペ−スト |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4699888A (ja) |
EP (1) | EP0215462B1 (ja) |
JP (1) | JPH0742138B2 (ja) |
DE (1) | DE3673589D1 (ja) |
Families Citing this family (21)
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---|---|---|---|---|
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GB8730196D0 (en) * | 1987-12-24 | 1988-02-03 | Johnson Matthey Plc | Silver-filled glass |
US4962068A (en) * | 1988-08-22 | 1990-10-09 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Oxide glasses having low glass transformation temperatures |
US4904415A (en) * | 1988-08-22 | 1990-02-27 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Oxide glasses having low glass transformation temperatures |
JPH02106954A (ja) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 電子装置 |
DE3905276C1 (ja) * | 1989-02-21 | 1990-05-03 | Demetron Gesellschaft Fuer Elektronik-Werkstoffe Mbh, 6450 Hanau, De | |
DE4013256C1 (en) * | 1990-04-26 | 1991-10-24 | Degussa Ag, 6000 Frankfurt, De | Solder paste for sticking electrical components on substrates - comprises mixt. of silver powder and low melting glass powder |
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DE4128804A1 (de) * | 1991-08-30 | 1993-03-04 | Demetron | Bleifreies, niedrigschmelzendes glas |
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