JPS58213682A - 低温封着組成物 - 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】 本発明は低温度の熱処理によυ高強度でかつ耐熱性に優
れた気密封着ができ、特にＩＣ用アルミナ質パッケージ
（アルミナ基板）の封着に好適に用いられる低温封着組
成物に関する。

ＸＣ技術の進歩に伴ない、ＩＣ封着用の封着組成物にも
棟々の改善が要望されている。すなわち、ＩＣの封着体
は機械的強度、耐熱ショック性、高絶縁性、耐水性及び
耐酸性に優れ、使・用時に回路への電気的悪影響を避け
るためα脚の放出量が少ないこと、及び訪電率が低いこ
とが要望されている。

これにともない、封着組成物に対し、か＼る特性金有し
、かつ低温度（例えは４５０℃〕で気密封着できるもの
が要望されている。

従来の低温封着組成物は、低融点硝子粉末と１〜２棟の
低膨張性耐火物フィラー粉末とから成る。特に封着強度
、　ｌｔＩ熱性等は低膨張性耐火物フィラーによる所が
太きい。従来より使用されているフィラーは、ジルコン
、チタ／ｆｌｌ鉛。

Ｌｉ２Ｏ−Ａ１２０３−８ｉＯ□系のセラミックス、コ
ージェライト等である。しかし、ジルコンを用いるもの
は比較的強度の大きい封着が可能であるが、イツトリア
、ウラニア、トリアなどの放射性不純物の分離が難しい
ため、α線放出量が大きく高集積ＩＣの封着には利用で
きない。またチタン酸鉛を用いるものは、誘電率が大き
く高周波で使用するＩＣの封着には利用できない。Ｌｉ
、０−Ａ１□０３−　ＳｉＯ□系のセラミックスやコー
ジェライト等を用いるものは、銹電率、α線放出賞など
に問題はないが、本質的な強度が弱く、封着強度が弱い
難点がある。

耐熱ショック性は、熱伝導率が太きく、かつ強度の強い
材料を用いることにより改善される。

上述のフィラーはいずれも熱伝導率が大き゛くなく、耐
熱ショック性について、改善の余地を残している。

本発明の目的は、α線の放出量が少なく、誘電率が低く
、電気的絶縁性１機械的強度及び耐熱ショック性に優れ
、低温で気密封層かできる低温封着組成物を提供するこ
とである。

本発明に、硝子転移点が３３５℃以下でアルカリ金属若
しくはハロゲン化物を含まないｐｂｏ−Ｂ２０３系あル
イはＰｂ０−Ｂ、０３−ＺｎＯ系の低融点硝子粉末と、
室温から３００℃までの熱膨張係数が３０　Ｘ　１０−
７℃−”以下の低膨張性劇大物フィラー粉末と、室温で
ヤング率が２．　Ｉ　Ｘ　１０’　ｋｙｌｃｒ１以上、
室温熱伝導率が７ｋｍｔ／ｍ−ｈｒ１℃以上の特性を持
つセラミックス粉末とからなり、餐童チ表示で該低融点
硝子粉末が７５〜５５％、該低膨張性耐火物フィラー粉
末が２４．０〜４４．７％、該セラミックス粉末７５Ｚ
　Ｏ，３〜２０％の範囲にある低融点封看組底物に関す
る。

本発明において、硝子粉末は転移点が３３５℃以上にな
ると、低温（例えは４５０℃）の封着ができない。また
、組成物にアルカリ金属又はハロゲン化物を含有すると
、封着後電気的絶縁性の劣化？引き起すので不適当であ
る。

か＼る硝子粉末は、態量チでＰｂＯ７５〜８５゜Ｂｚｏ
３５〜１５　、　　ＺｎＯ０〜１０ｊＳｉＯ２０〜４゜
Ａ１□０３０〜２．Ｂａ００〜２，５ｎＯ２０〜２゜Ｂ
ｉ２Ｏ３Ｑ　〜ｔＱ　、　ＣｕＯ（１〜４　、　Ｖ２Ｏ
５（１〜４の範囲のものがより好ましい。この組成範囲
の限定理由は次の通りである。ｐｂｏは少な過ぎると軟
化点が高くなり封着温度が高くなる。一方多過ぎると粉
末硝子の作成特に結晶化し易−くなると共に封着時の流
動性が悪くなり充分な封着強度が得られず、いずれも好
ましくない。Ｂ２Ｏ３は少な過ぎると、ＰｂＯの多過ぎ
る場合と同様の難点があり、多過ぎるとｐｂｏの少な過
ぎる場合と同様の難点がある。ＺｎＯ！ｄ、多過ぎると
ＰｂＯの多過ぎる場合゛と同様の難点がある。５ｉｎ２
゜Ａｌ２Ｏ３，ＢａＯ及びＳｎＯ２はざ５加することに
より耐酸性全向上することができるが、多過ぎると封着
温度か高くなり好ましくない。１３ｉ２０３．　ＣｕＯ
及びｖ２ｏ６ｕ、添加することによシ封漸温Ｋｋ下ける
効果があるが、多過ぎるとｐｂｏの多過ぎる場合と同様
の難点を生じるので好ましくない。

この硝子粉末に除重する低膨張性耐火物フィラー粉末は
、組成物の熱膨張係数２ｘｃのアルミナ質パッケージ等
の熱膨張係数である５５〜７５Ｘ１０−’℃−１に近づ
け、封着による熱応力を緩和する作用を有する。このフ
ィラー粉末の熱膨張係数が太き過ぎると、添加量？多く
する必要があるため、封着時に組成物の流動性が低下し
、気密性に優れた封着が得られない。

か＼る低膨張性耐火物フィラー粉末としてはコージェラ
イト、β−ユークリプタイトなどのＬｉ０−Ａ１２０３
−８ｉｎ２系セラミツクス、石英硝子などが例示される
。中でも、コージェライト。

β−ユークリプタイ）１１耐酸性に優れ、硝子粉末と反
応し難く、誘電率が低いのでより１好ましい。

また、これらに除却するセラミック・ス粉末は封着部の
強度を向上する作用を有する。このセラミックス粉末は
、室温でのヤング率が低過ぎても、熱伝導率が飲過き゛
ても、接層部の機械的強度及び耐熱ショック性が劣り好
ましくない。

また、このセラミックス粉末ｒ１、封着組成物の絶縁性
を保つために、室温での電気抵抗がＩ　Ｘ　１０”０間
以上であることが望ましい。か＼るセラミックス粉末は
、アルミナ、スピネル、酸化スズ、カルシア、マグネシ
ア等である。中でも、アルミナ、スピネル及び酸化スズ
は、封着部が水、　ＣＯ□を吸収して発泡する恐れがな
いのでより好ましい。

本発明による組成物は、容量チで、硝子粉末７５〜５５
．低膨張性耐火物フィラー粉末２４．０〜４４．７及び
セラミックス粉末０．３〜２０の範囲にある。この限定
理由は次の通りである。硝子粉末が多過きると、組成物
としての膨張係数が大きくなシ、アルミナ質の如き５５
〜７５　Ｘ　１０−’℃−１近くの膨張係数を有するも
のを封着した際、封着部に熱応力を生じ、耐熱ショック
性１機械的強度が低下するので好ましくない。一方、少
な過ぎると、封着時に組成物の流動性が悪、〈なり機械
的強度及び気密性が低下し好ましくない。

硝子粉末は上記範囲中７３〜５８％の範囲が特に好まし
い。

低膨張性耐火物フィラー粉末は、多過ぎると硝子粉末が
少な過ぎる場合と同一の難点を生じ、少な過ぎると硝子
粉末が多過ぎる場合と同一の難点を生じ好ましくない。

フィラー粉末は上記範囲中？８〜４１％の範囲が特に好
ましい。

セラミックス粉末は、多過ぎると硝子粉末が多過ぎる場
合と同一の難点を生じ、少な過ぎると封着部の耐熱ショ
ック性が低下し好ましくない。セラミックス粉末は、上
記範囲中０．５〜１０％の範囲がより好ましい。

本発明の低温封着組成物の製造方法の１例全説明する。

一酸化鉛、無水硼酸、亜鉛華、シリカ等の酸化物原料を
目標の組成に従って配合、混合しバッチを調整し、バッ
チを白金ルツボに入れ電気炉にて１０００〜１２５０℃
で１〜２時間加熱熔解する。熔融硝子全水砕し又は板状
に成形した後、ホールミルで粒径１〜８μｍ程度まで粉
砕することによシ硝子粉末ケ製造する。低膨張性耐火物
フィラー粉末、セラミックス粉末各々３２５メツシユパ
スと硝子粉末とを、目標とする組成開会に秤量した後、
ミキサーで混合し、本発明の低温封着組成物を得る。

実施例 表１の低融点硝子粉末？用い、表２に記載の６種類の封
着組成物を製造した。

これらの組成物について、膨張係数、流動性。

訪電率、α線放出量を測定し、更に該組Ｊｊｙ：Ｉ＃Ｉ
を用いてアルミナ質パッケージを封着し、封着強度及び
耐熱ンヨツク性を測定した。これらの測定結果を表２に
示す。

膨張係数は工Ｃ封止用のアルミナの場合、その熱鯵張係
数は６５〜７０Ｘ１０−’℃−１（２５〜４００℃）の
範囲内にある。低温封着組成物の熱膨張係数は、アルミ
ナのそれに対し＋２　Ｘ　Ｉ　Ｆ７〜−１０ＸＩＯ”−
７の範囲内にあると、アルミナとの整合性全満足する。

流動性は、各粉末試料ケその北東に相当するｖ数を採取
し、１２．５ｍｍ中の円柱状に加圧成形じた後、板硝子
片上にのせ、表の封着温度で１０分間熱処理した後、そ
りフロー直径を測定した。

アルミナとの封着に当っては、組成物のフロー直径は１
９ｎｖｎ以上であるのが好ましい。

誘電率は、ＩＭＨｚ・２５℃の条件下で測定した。この
値は２０以下であることが望ましい。

α線放出量は、粉末を軽く押して表１１］］を平らにし
た後に、この平面から放出されるα線の個数ｔカウント
した。この値ニ１．５カウント／　Ｃ，Ｉ！・ｈｒ以下
が望ましい。

封着強度及び耐熱ショック性は、表の封着組成物ケ用い
てアルミナ質パッケージ（１６ピンｓｓエタイプ、ピン
４２％、　Ｎｉ−Ｆｅ合金）の気密封層を実施した後、
封着強度についてはＭＩＬ　−８８３Ｂ　−２０２４の
トルク強度試験により、耐熱性はＭＩＬ−８８３Ｂ　−
１０１１−２−Ａによる熱衝撃テストヲ実施した。強度
試験は各２０ケのサンプルの最小値である。封着性試験
では、各々１００ケのサンプル？、ますＨｅリークテス
ターによりリークがないことを確認した後、前記試験を
行ない、試験後ＨｅリークテスターによシＩＸ　１０　
”　ｃｔ：／ｍｉｎ以上のリークがあるサンプルが１ケ
でも検出された場合、リークあり（耐熱ショック性不良
つとした。

尚、比較の為に従来品の組成物について同様の測定を行
い、その結果を表２に併記した。

衣　ｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）硝子転移点が３３５℃以下でアルカリ金属若しく
   はハロゲン化物を含まないＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系又はＰｂ
   ＯＢ２０３−ＺｎＯ系の低融点硝子粉末と、室温から３
   ００℃までの熱膨張係数が ３０Ｘ１０−７℃−１以下の低膨張性耐火物フィラー粉
   末と、室温でヤング率２．ｌＸ１０’幻／　Ｃａ以上及
   び熱伝導率７ｋｒ１１ｔ／ｍ、ｈｒ９℃以上の物性を有
   する一°ニラミックス粉末とから成り、容量係表示で該
   低融点硝子粉末が７５〜５５％、該低膨張性耐火物フィ
   ラー粉末が２４．０〜４４．７係、該セラミックス粉末
   が０３〜２００％の範囲にある低温封着組成物。
2. （２）前記、低膨張性耐火物フィラー粉末がコージェラ
   イト又はβ−ユークリプタイトの１種以上である特許請
   求の範囲第１項記載の低温封着組・酸物。
3. （３）前記セラミックス粉末が、アルミナ、スピネル、
   酸化スズの１程以上である特許請求の範囲第１項記載の
   低温封着組成物。