JPS5854103B2 - 低融点封着物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐酸性に優れ、かつ誘電率の小さい低融点封着
物に関するものである。

最近ＩＣ技術の発達に伴なって比較的低温で封着できる
。

いわゆるツルターガラスが注目されている。

現在一般に使用されているソルダーガラスは２種類に大
別される。

その一つは結晶性ガラスの粉末（以下これを結晶性フリ
ットという）で、加熱して軟化流動させ、更に加熱を続
けて結晶化させて封着するものである。

これは結晶化するに際して、長時間加熱する必要がある
ために、封着時間が長いこと、および封着後のフリット
の特性がその結晶化度によって著しく変化するので、封
着に際しては厳密な温度管理が必要であるなどの欠点を
有する。

もう一種類のソルダーガラスは、結晶化しない低融点ガ
ラスの粉末に、ベーターニークリープタイトやチタン酸
鉛などの結晶粉末（以下これをフィラーという）を混合
したもの（以下これを非晶質フリットという）である。

これは封着時間が短かく、封着後のフリットの特性も安
定しているので、結晶性フリットにかわって広く用いら
れはじめている。

非晶質フリットが低融点ガラス粉末にフィラーを混合す
るのは、一般に低融点ガラスの熱膨張係数は被封着材の
熱膨張係数にくらべて大きすぎて封着に適さないので、
フィラーによって熱膨張係数を好ましいものに調整する
ためである。

しかし熱膨張係数以外の特性もフィラーによって影響さ
れ、それがしばしば好ましくないことがあり問題となっ
ている。

たとえば酸に強く誘電率の大きいチタン酸鉛をフィラー
として用いた非晶質フリットは、酸には強いが、誘電率
が大きいため高周波回路用の部品の封着には不適当であ
り、また誘電率は小さいが酸に侵されやすいベーターユ
ークリプタイトを用いた場合には、フリットの誘電率は
小さいが、化学的耐久性が悪いなど、いずれの場合にも
一長一短があり、いまだ改善の余地が残されている。

そこで本発明者らはフィラーの性質を改善することによ
り、上記のような欠点のない非晶質フリットを得たので
以下詳細に説明する。

一般に電子部品封着用非晶質フリットには次のような特
性が要求される。

（１）被封着材の熱膨張係数とフリットの熱膨張係数と
がよく適合すること。

一般に被封着材はアルミナ・フォルステライトなどのセ
ラミックおよび４２合金やコバールなどの金属から成る
ので、具体的にはフリットの熱膨張係数は７５〜４５
Ｘ １０−７０Ｇ−１であること。

（２）封着温度でよく流動し、被封着材をよく濡らすこ
と。

（３）化学的耐久性（耐酸性）が良いこと。

（４）誘電率が小さいこと。

（５）機械的強度が大きいこと。

以上の特性から容易に推測されるようにフィラーは次の
ような特性を持たなければならない。

（１） 負の熱膨張性であること。

非晶質フリットを構成する低融点ガラスは、鉛−ホウ酸
系のガラスで、その熱膨張係数は１００ Ｘ １０−”
Ｃ−１以上と高い。

しかし、非晶質フリットは上記のごとく７５〜４５Ｘ１
０−７℃−１程度の熱膨張係数が要求される。

従ってフィラーは負の熱膨張係数を持たなければ実用上
使用できない。

（２）化学的耐久性（耐酸性）が良いこと。

（３）誘電率が小さいこと。

すでに述べたように、従来のチタン酸鉛やベーター・ユ
ークリプタイトを用いた非晶質フリットには一長一短が
あり、上記の要求を満たすことができなかった。

本発明者らは鋭意研究の結果、ベーター・ニークリープ
タイトを構成しているＬｉ２Ｏの一部をＭｇＯで置換し
て、ベーター・ニークリープタイト型結晶の新しいフィ
ラーを開発し、それを用いて上記要求を満たす非晶質フ
リットを得た。

本発明のフィラーは、（１−Ｘ）モルのＬｉ２０１Ｘモ
ルのＭｇＯ，１モルのＭ２Ｏ３そして２モルのＳｉＯ２
とから成り、Ｘが０．０１〜０．３５である化学組成を
もったベーター・ニークリープタイト型結晶構造の結晶
である。

この場合、Ｘが０．０１以下になると化学的耐久性が悪
くなり、０．３５以上になると熱膨張係数が正に近ずく
ので好ましくない。

上記ベーターユークリプタイト型結晶構造の結晶粉末に
加えられる低融点ガラス粉末は、重量優で、Ｂ２０３１
０〜１５．Ａ１２０３０〜５．ｐｂ。

７０−９０ 、 Ｚｎ００〜５ 、 ｐｂＦ２０〜１２
，５ｉ０２０．５〜５から成る。

以下実施例に基づいて説明する。

第１表は、本発明の非晶質フリットに用いられるフィラ
ーの実施例について、その化学組成および特性を示した
ものである。

これらのフィラーは、表の組成になるように、所定量の
炭酸リチウム、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム
およびケイ砂を十分混合し、るつぼ中で１２５０〜１３
５０℃、３〜５時間焼威したものを粉砕し、１５０メツ
シユの標準篩を通して得た。

参考のために本発明範囲外のフィラーおよび従来用いら
れているベーター・ユークリプタイトを併記した。

第１表に示した耐酸性の評価法は次のとおりである。

先ず、フィラーを粉砕し、３２メツシユの篩を通す、且
つ６０メツシユの節玉に残る粒度に調整し、各々その比
重に相当する重量をとり、表に示した条件で処理した後
、その重量減を百分率で表融点ガラスの実施例について
、その組成及び特性を示したものである。

これらのガラスは、第２表の組成となるように所定量の
鉛丹、ホウ酸、水酸化アルミニウム、亜鉛華、フッ化鉛
、ケイ砂を混合し、白金るつぼに入れ、８００〜９００
℃で約３０５＋間溶融したのち、板状に成形し、粉砕し
て１５０メツシユの標準篩を通して得た。

第３表は、本発明の非晶質フリットの実施例について、
その混合割合および特性を示したものである。

表中の流動径は、各フリットを、その比重に相当する重
量だけとり、外径２０ｍｒｔｔの円板状にプレス成形し
て試料とし、これをガラス板上にのせ、それぞれの封着
温度で１０分間加熱し、流動した試料の外径の平均値を
もって表わした。

耐酸性は、各フリットを、その封着温度で、アルミナセ
ラミック板上に融着し、これを、７０℃の７Ｎ−Ｈ２Ｓ
０４中に３０秒間浸した後、表面の酸による侵蝕状態を
目視により判定した。

表から明らかなように、本発明の非晶質フリットは、耐
酸性に優れ、誘電率が１５以下である。

特に、９〜１３の実施例は、ＩＣ用のアルミナセラミッ
ク容器と金属リードとの封着に適する。

ＩＣ用のアルミナセラミック容器と金属リードとの気密
封着に用いられるソルダーガラスには、次のような厳し
い条件が要求される。

（１）封着工程で、ＩＣの電気的特性を劣化させないよ
うにできるだけ低温（５００℃以下）で短時間に封着で
きること。

（２）セラミック（一般にはアルミナ）と金属リード線
（一般には４２合金、コバールなどの鉄ニツケル合金）
の熱膨張係数にできるだけ近い熱膨張係数を持つこと、
具体的には６５〜５０Ｘ１０−７°ｃ−１が望ましい。

（３）封着温度においてよく流動し、セラミックおよび
リード線をよく濡らすこと。

（４）封着後リード線をスズメッキする工程において酸
に侵されにくいこと。

通常メッキ液は硫酸酸性であるから耐硫酸性にすぐれて
いること。

（５）誘電率が小さいほうが望ましい。

これらの要求に対して、■Ｃ用結晶性フリットは、封着
温度が５００〜５５０℃と高いうえに封着時間も長い。

またすべてに述べたように、現在一般に用いられている
非晶質フリットはそれぞれ欠点を有しており、これらの
要求を同時に満たすことができなかった。

しかし本発明のフィラーを用いることにより、上記の問
題が解決された。

本発明による結晶粉末及び低融点ガラス粉末の混合割合
を、体積百分率で、結晶粉末３０〜５０係、低融点ガラ
ス粉末５０〜７０％に限定した理由は次のようである。

結晶粉末を３０％以下、従ってガラス粉末を７０ｆｂ以
上にすると非晶質フリットの熱膨張係数が大きくなりす
ぎ、結晶粉末を５０％以上、従ってガラス粉末を５０％
以下にするとフリットの流動性が悪くなるからである。

次に、ＩＣ封着の実施例について説明する。

先ず第３表の９に示す非晶質フリットにビークル（アク
リル樹脂のテルピネオール溶液）を適蟲な割合で加えて
十分に混合し封着材スラリーを作成する。

次に第１図に示すようにアルミナ２および２′の表面に
スラリー１をそれぞれ約０．３ ｍｒｔｔの厚さに塗布
し、乾燥後電気炉中３９０℃に１０分間保持して非晶質
フリットを焼結させる。

次にセラミックの中央に形成された空所３にＩＣ素子５
を収納し、第２図のごとくアルミナ２および２をはり合
せる。

ＩＣ素子５にはリード線４およびｌが接続されている。

次にこれを５℃／分の昇温速度で４６０’Ｃまで加熱し
、この温度に１０５＋間保持して気密封着を完了したの
ち、徐々に冷却する。

得られたパッケージのリード線にスズメッキをするため
、まず封着の際生成したリード線の酸化膜を７０°Ｃに
加熱した２０ダ硫酸で溶解除去し、続いて硫酸酸性スズ
メッキ溶中に１５分間保持した。

フリットの表面を実体顕微鏡で観察したところ酸に侵さ
れていないことが認められた。

さらにこのパッケージを、ＭＩ Ｌ−８ＴＤ−８８３、
方法１０１１−Ａで規定される熱衝撃にさらしたのち、
パッケージの気密性を調査するためヘリウムリークテス
トを行なった。

その結果、ヘリウムのリークは検出されず、このパッケ
ージは気密性も耐熱衝撃性もすぐれていることが認めら
れた。

以上述べたように本発明の非晶質フリットは、低温で封
着でき、好ましい熱膨張係数および誘電率を有し、かつ
耐酸性にすぐれており、従来使用されていた封着材を十
分に改善したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、封着材スラリーを塗布した。 ＩＣ用アルミナセラミック容器の断面図。 第２図は、気密封着を完了したものの断面図である。 １：封着材スラＩＪ−１２．２’：アルミナセラミック
容器、４，４’、リード線、５：ＩＣ素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（１−Ｘ）モルのＬｉ２Ｏ，ＸモルのＭｇ０，１モル
   のＡ１□０３そして２モルの８１０２から成り、Ｘが０
   ．０１〜０．３５である化学組成を有するベーターユー
   クリプタイト型結晶構造の結晶粉末と、低融点ガラスの
   粉末とから成り、前記低融点ガラス粉末を重量φでＢ２
   ０３１０〜１５．Ａｌ２０３０〜５゜ｐｂＯ７０〜９０
   ．Ｚｎ０Ｏ〜５．ｐｂＦ２０〜１２゜Ｓ １０２０．５
   〜５としたことを特徴とする低融点封着物。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において低融点ガ
   ラス粉末は屈伏点が３４５°Ｃ以下であり、結晶粉末と
   の混合が体積百分率で、 結晶粉末 ３０〜５０％ ガラス粉末 ５０〜９０％ である低融点封着物。