JPS63297239A - 半導体被覆用ガラス - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シリコンダイオードなどの半導体素子のＰＮ
接合部の表面の保護及び機械的強度付与のために半導体
素子全体をガラス層で被覆するのに好適な被覆用ガラス
に関するものである。

［従来の技術］ 半導体素子のＰＮ接合部の表面保護及び機械的強度付与
のための半導体被覆用ガラスとして要求される特性は次
のものがある。

■　接着温度が７５０℃以下で短時間で接着されること
が望ましく、かかる熱処理条件で良好な流動性を与える
ことが好ましい。

■　ガラスの線膨張はシリコン及び電極材料と適合する
ことが必須条件で３０〜５０Ｘ　１０−７ｉ℃（５０〜
３５０℃）の範囲にあることが好ましい。

■　ハンダディップ時に受ける熱衝撃に耐えること。

■　半導体素子の電気特性を維持すること。

即ち、逆電圧特性が極力大きいこと、漏れ電流が小さい
こと、電圧・電流特性がシャープであること、又波形異
常がないこと。

かかる被覆用ガラスとして、特開昭５３−１２１４８４
、特開昭５４−３４８８１．特開昭５４−７３８１８、
特開昭５５−１３９３５等にＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−９ｉＯ
２系のものが提案されている。

しかし゛ながら、かへる従来のガラスは上記要求特性の
内■〜■を満足するが、■については充分に満足してい
ない、即ち、逆電圧特性が大きいものは漏れ電流が大き
いか良品歩留が悪いという問題点があった。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明は、従来技術が有していた上記問題点を解決し、
特に電気特性の改善を図り半導体被覆用ガラスとして要
求される上記特性を全て満足するガラスの提供を目的と
する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、重量百分率で実質的に５０〜７０％のＺｎＯ
，１５〜３０のＢ２Ｏ３、３〜１２％のＳ　ｉ０２、０
．５〜１０％ノＺｒＯ２、３〜１２％ＰｂＯ、　ｏ〜２
％ノｃｅｏ２．０〜３％ｃ７）Ｓｂ２Ｏ３　、０〜３％
のＭｎ０２、０〜７．５％のＡｌ２Ｏ３、０〜５％のＴ
ｉＯ２、０〜５％のＳｎＯ２からなる半導体被覆用ガラ
ス及び重量百分率で実質的に５０〜７０％のＺｎ０，１
５〜３０のＢ２Ｏ３、３〜１２％のＳｉＯ２，０，５〜
１０％の２ｒ０２、３〜１２％ＰｂＯ、０〜２％のＣｅ
Ｏ２、θ〜３％ノ５ｂ２Ｏ３．０〜３％のＭｎＯ２、０
〜７．５％のＡｌ２Ｏ３、０〜５％のＴｉＯ２，０〜５
％のＳｎＯ２からなる半導体被覆用ガラス１００重量部
と核形成剤０．０５〜２．０重量部とからなり、該核形
成剤はＺｒＯ２＋　ＴｉＯ２＋　ＺｒＯ及びＺ　ｒ０２
・ＳｉＯ２から選ばれた少なくとも１種である半導体被
覆用ガラスを提供するものである０本発明、によるガラ
スは、半導体に被覆された際、一部が結晶化するもので
あり、その主結晶としてはａ　ＺｎＯ・Ｂ２Ｏ３，２Ｚ
ｎＯ・５ｉＯｚが析出する。

本願第１発明のガラス組成において、その限定理由は次
のとおりである。　ＺｎＯは５０％未満ではガラス化が
難しくなり、７０％を越えると失透速度が極めて速くな
るので、いずれも好ましくないａ　ＺｎＯは上記範囲中
５３〜８４％の範囲がより望まルい。

Ｂ２Ｏ３は１５％未満又は３０％を越えるとガラス化が
難しくなるので好ましくないｍ　Ｂ２Ｏ３は上記範囲中
１８〜２３％の範囲がより望ましい。

ＳｉＯ２は３％未満では膨張率が大きくなり過ぎると共
に、失透温度が下がり過ぎ、１２％を越えると被覆時の
温度が高くなり過ぎるのでいずれも好ましくない＊５ｔ
０２は上記範囲中５〜１０％の範囲がより望ましい。

Ｚ　ｒＯ＋は、逆電圧特性を大きくしかつ漏れ電流を小
さくするための必須成分であり、０．５％未満では添加
による効果が少なく、１０％を越えると流動性が低下し
、緻密な被覆を行うことが難しくなるのでいずれも好ま
しくない、　ＺｒＯ２は上記範囲中３〜６％範囲がより
望ましい。

、　　ｐｂｏは、軟化温度を下げ、低温度で被覆するた
めに添加するものであり、３％未満では添加による効果
が少なく、１２％を越えると膨張率が大きくなりシリコ
ンのそれとの差が大きくなって、クラックを生じるので
いずれも好ましくない、　ｐｂｏは上記範囲中５〜１０
％範囲がより望ましい。

ＣｅＯ２、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２　、５ｂ２Ｏ
３及びＡｌ２Ｏ３は必須成分ではないが、Ｚ　ｒ０２に
よる上記効果をより向上することができるので、一種以
上を添加することが望ましい、これら成分の添加量は、
多くなり過ぎると、次のような点で好ましくないので、
各成分の上記上限値を越えないようにすることが望まし
い。

ＣｅＯ２は２％を越えると逆もれ電流が大きくなる。

５ｂ２Ｏ３は３％を越えると揮散量が多く不安定となる
。

ＭｎＯ２は３％を越えると、ガラス不均質になり易く、
Ａｌ２Ｏ３は７．５％を越えると、粘度が高くなる。

Ｔ　ｉｏ２は５％を越えると、粘が高くなる。

ＳｎＯ２は５％を越えると、ガラス化が困難となる。

本願第１発明におけるガラスは以上の成分の総量が３７
重量％以上であればよく、残部３％についてはＦｅ２Ｏ
３，ＣｏＯ等の着色剤、ＡＳ２Ｏ３等の清澄剤を含有す
ることができる。

本願第２発明におけるガラスは、上記ガラス１００重量
部と該形成剤０．０５〜２．０重量部とからなる。この
核形成剤は、被覆後のガラスの結晶化を促進し膨張率を
半導体のそれに整合させるため添加するものである。そ
の添加量が０．０５％未満では、か翫る効果が少なく、
２％を越えると流動性が低下し緻密な被覆が行い難くな
るのでいずれも好ましくない。

かへる核形成剤としてはＺｒ（ｈ、　ＴｉＯ２，ＺｎＯ
。

Ｚ　ｒ０２・ＳｉＯ２が単独で使用し又は併用される。

以上の如き組成のガラスを製造する際には、通常のガラ
ス熔融法と同じく各元素の酸化物からなる又はそれらを
含む出発原料を所定の割合に調合し、白金製坩堝に入れ
て、１２Ｏ０〜１５００℃の温度で、３０分〜２時間熔
融する。

熔融ガラスは、例えば、水冷された金属ローラーの間に
注いで急冷され、フレーク状のガラスに成型される。

次にこのガラスはポール・ミル中で粉砕され、平均４〜
８ルの粒子にされ被覆作業に供される。被覆に際しては
、粉砕されたガラス粉末を、イオン交換水、エタノール
、ニトロセルロース、アミルアセテートもしくはブチル
カルピトール等の媒介物と混合してペースト状とし、注
射器等で、塗付される０次いで、被覆された積層型高圧
シリコン整流素子は乾燥後、適当な時間乾燥炉中で乾燥
し、媒介物を揮発させ、窒素雰囲気炉中で、ガラスを流
動化させ均一なガラスの被覆を完成させる。

本発明のガラスを使用する場合の熱処理条件は７００〜
７５０℃の範囲に於て、１０〜２Ｏ分間程度焼成する。

この場合、熱処理によってガラスは一担流動化し、均一
に被接着部分を濡らし次いで結晶化して硬化する。

結晶化されたガラスは特に膨張率が減少し、強度も向上
する。

［作用］ かかるＺ　ｒ０２添加成分によって良好な電気特性が得
られる理由は充分には明らかにされていないが、ガラス
中□でのイオン原子価の変化が前記の金属イオン内で起
こるために、熱処理中に半□導体物質を酸化し、半導体
素子とガラスとの付着結合力を増すものと考えられ、こ
れによって、半導体素子の保護、不動態化を強化するこ
とが、電気特性の向上に寄与していると考えられる。

ＰｂＯ，ＣｅＯ２，５ｂ２Ｏ３．　ＭｎＯ２，Ａｌ２Ｏ
３，ＴｉＯ２゜ＳｎＯ２は補助的にＺ　ｒ０２の性態を
高め、あるいは、ガラスの熔融性または化学的耐久性に
効果がある。

［実施例］ 常法に従って目標組成になるように各原料を調合し、１
２Ｏ０〜１５００℃の温度で０．５〜２時間熔融した０
次いでこの熔融ガラスをフレーク状にし、ボールミルに
て粉砕しガラス粉末を得た。

次いでこれに核形成剤を所定量添加した後常用されてい
るビヒクルを添加しペーストを得た。・このペーストを
積層型シリコンダイオードに塗布し乾燥後、窒素雰囲気
中で７００〜７５０℃の温度に１５分間保持しダイオー
ドにガラスを被覆した。このダイオードについて、ヒー
トショック性、逆電圧特性、漏れ電流特性を測定した。

これとは別にビヒクルを添加する前のガラスについて、
膨張率及び流動性を測定した。

これらのガラス組成（１０種類）を第１表の上段に、各
測定値を一同表の下段に示した。なお比較例を資料Ｎｏ
、１１〜１３に併記した。

同表より明らかなように本発明によるガラスは、逆電圧
特性が大きく漏れ電流が小さい上。

膨張率、流動性は従来品と同程度の特性を保有し半導体
被覆用ガラスとして優れていることが判る。

なお、同表中の測定値については次のようにして得られ
たものである。

膨張率は、理学電機社製熱膨張測定装置で測定した。流
動性は、ガラスの比重値に相当するグラム数の粉末をサ
ンプリングして、φ１５ｍｍの円柱状にプレスして、　
７２Ｏ℃で焼成し、焼成体の直径をノギスで測定した。

ヒートショックについては、これらガラスで被覆したシ
リコンダイオードを２５０℃〜３００℃に加熱したのち
、水温１０℃〜３０℃の水中に入れて、急激な温度変化
を゛与え、破壊するかどうかを観察した。

逆電圧特性は、これらのガラスで被覆したシリコンダイ
オードの順方向極性と逆方向に電圧を印加し、一定の電
流が流れ出す時の電圧値で評価した。電圧値は大きいほ
ど良好である。

漏れ電流特性については、これらのガラスで被覆したシ
リコンダイオードに、逆方向に一定の比較的高い電圧を
かけた時流れる電流値の大きさで評価した。電流値は小
さいほど良好である０以上の５特性をもって総合評価を
行った。

［発明の効果］ 第１表に掲げたガラス中にはすべてＺ　ｒ０２がガラス
組成として入っており、比較例のＺｒＯ２がガラス組成
に入っていない系に比較して、特に、逆電圧特性及び漏
れ電流特性において優れていることが判る。

本発明は、特に、ＺｒＯ２をガラス組成中に導入するこ
とにより、半導体被覆用ガラスとして、電気特性を向上
させたものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量百分率で実質的に５０〜７０％のＺｎＯ、１
   ５〜３０のＢ＿２Ｏ＿３、３〜１２％のＳｉＯ＿２、０
   ．５〜１０％のＺｒＯ＿２、３〜１２％ＰｂＯ、０〜２
   ％のＣｅＯ＿２、０〜３％のＳｂ＿２Ｏ＿３、０〜３％
   のＭｎＯ＿２、０〜７．５％のＡｌ＿２Ｏ＿３、０〜５
   ％のＴｉＯ＿２、０〜５％のＳｎＯ＿２からなる半導体
   被覆用ガラス。
2. （２）重量百分率で実質的に５０〜７０％のＺｎＯ、１
   ５〜３０％のＢ＿２Ｏ＿３、３〜１２％のＳｉＯ＿２、
   ０．５〜１０％のＺｒＯ＿２、３〜１２％ＰｂＯ、０〜
   ２％のＣｅＯ＿２、０〜３％のＳｂ＿２Ｏ＿３、０〜３
   ％のＭｎＯ＿２、０〜７．５％のＡｌ＿２Ｏ＿３、０〜
   ５％のＴｉＯ＿２、０〜５％のＳｎＯ＿２からなる半導
   体被覆用ガラス１００重量部と核形成剤０．０５〜２．
   ０重量部とからなり、該核形成剤はＺｒＯ＿２、ＴｉＯ
   ＿２、ＺｎＯ及びＺｒＯ＿２・ＳｉＯ＿２から選ばれた
   少なくとも１種である半導体被覆用ガラス。