KR910009953B1 - 저융점 분말 접착유리 조성물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저융점 분말 접착유리 조성물

본 발명은 전자부품의 접착용으로 사용되는 저융점분말 접착유리조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저열팽창성 세라믹 분말과 지르코니아·코디어라이트 복합체를 사용하므로써 반도체용의 세라믹패키지(ceramic package)에 있어서 캡과 베이스의 기밀접착시 접착강도와 저유전율 특성을 개선시킨 저융점 분말 유리의 조성물에 관한 것이다.

최근 들어와 반도체는 그 용량이 커져 고집적화하고 이에따라 IC칩의 크기도 커지고 있는 추세이나, 이에 반해 접착면적은 적어져가고 있는 경향을 보이고 있다.

또한 알루미나등을 소재로한 세라믹 기판을 이용한 반도체 패키지의 응용분야도 플라스틱패키지와는 달리 다이나믹한 분야에 주로 응용되고 있기 때문에 작은 면적에서 높은 강도를 이룰 수 있는 접착이 되어야 한다.

따라서, 이러한 용도로 사용되는 접착용 조성물은 세라믹(보통의 경우 알루미나기판) 기판을 이용한 IC패키지의 접착에 있어 요구되는 특성인 전기적특성, 화학적 내구성등의 기본 특성을 충분히 만족시키면서 특히 높은 접착강도와 낮은 유전율의 특성을 지니고 있어야 한다.

종래에 반도체용 세라믹패키지에 사용되는 접착용 조성물로서는 PbO-B₂O₃계의 저융점유리를 기본 메트릭스로하여 열팽창계수 및 기타의 성질을 개선할 목적으로 열팽창계수 40×10^-7/℃이하의 낮은 열팽창성을 보이는 저열팽창성 내화물 분말들, 예컨대, β-유크립타이트, 윌레마이트, 지르콘, 티탄산납, 코디어라이트 및 산화주석의 분말등이 필러로서 첨가된 복합계의 저융점 접착조성물이 사용되어 왔다.

그러나, 이들 필러들중에서 β-유크립타이트와 윌레마이트는 내산성이 약하여 반도체 패키지의 후처리 공정중 리드선의 도금공정에서 도금액에 침식당하기 쉬우며, 지르콘을 사용하면 강도는 높여주나 지르콘중에는 토리움 또는 우라늄등의 중금속 원소가 불순물로 함유되어 있을 가능성이 높아 방사선의 일종인 α-선의 방출율이 높기 때문에 IC회로의 오동작을 유발할 우려가 있다.

또한 티탄산납 또는 티탄산납과 윌레마이트의 혼합물질은 고유전율로 인해 고주파 영역의 전자부품에 사용하는데 문제가 있다.

이에 본 발명자들은 기존의 접착유리 조성물을 연구하던 끝에 PbO-B₂O₃계의 저융점 유리분말에 저열팽창성 세라믹 분말과 지르코니아·코디어라이트 복합체 분말을 혼합 사용하므로써 접착 강도가 크고 유전율이 낮은 저융점 접착유리 조성물을 발명하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 반도체용 세라믹패키지의 캡과 베이스의 접착에 필요한 전기적인 특성이나 화학적 내구성등을 충분히 만족시켜주면서 특히 높은 접착강도와 낮은 유전율의 특성을 나타내는 저융점 분말 접착유리 조성물을 제공하는데 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 저융점 유리분말과 내화물 필러로 이루어진 PbO-B₂O₃계 유리조성물에 있어서, PbO-B₂O₃계의 저융점 유리분말 65-85중량%와, 상온 내지 300℃에서의 열팽창 계수가 40×10^-7/℃이하인 저열팽창성 세라믹 분말 2-15중량% 및 지르코니아 5-50중량%와 코디어라이트 50-95중량%가 혼합되고 약 1300℃에서 4-20시간 고상반응시켜서 된 지르코니아·코디어라이트 복합체 분말 2-10중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 저융점 분말 접착유리 조성물이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 기존의 저융점 유리분말과 내화물 필러의 혼합 유리조성에 있어 내화물 필러로서 지르코니아·코디어라이트 복합체 분말을 사용하여 코디어라이트 분말 사용상의 문제인 기계적 강도가 낮은 점을 보완하여 지르코니아에 의해 코디어라이트에 지르콘으로서 이차상을 석출시킴으로서 기계적 강도를 향상시키고 유전특성도 향상시켜 줌과 동시에, 여기에 저열팽창성 세라믹분말을 혼합 사용하므로서 접착특성과 저유전율 특성이 개선되게 한 것이다.

본 발명에서 저열팽창성 세라믹 분말의 첨가량을 2-15%로 제한한 이유는 저열팽창성 세라믹 분말의 양이 15%가 넘으면 열팽창계수가 지나치게 작아지고, 유동성이 나빠지며, 2%이하인 경우에는 열팽창계수가 커지고 유동성이 필요 이상으로 좋아지기 때문이다.

또한 지르코니아·코디어라이트 복합체의 양이 10%보다 많아지면 유동성이 나빠지고 열팽창계수가 작아져 세라믹 기판과의 열적인 정합을 이루기 어렵고, 2%보다 적은 경우에는 강도 향상에 아무런 특성을 주지 못하기 때문에 반도체 패키지 재료인 알루미나의 열팽창계수인 60-70×10^-7/℃와의 열적인 정합을 이루기 위해서는 상기 조건의 조성비가 요구된다.

한편, 본 발명에 사용되는 저열팽창성 세라믹 분말로서는 β-유크립타이트, 지르콘, 용융석영유리, 티탄산연 β-스포두민 및 SnO₂분말 등이 사용될 수 있는데, 이들은 상온 내지 300℃에서의 열팽창계수가 40×10^-7/℃이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서 사용되는 지르코니아·코디어라이트 복합체 분말로서는 특별히 본 발명의 조성에 의해 제조된 것으로서, 중량비로 지르코니아 5-50%와, 코디어라이트 50-95%로 이루어진 복합체 화합물을 사용하는 것이 좋다.

또한, 저융점 유리분말은 산화납, 붕산, 산화아연, 실리카 및 알루미나 등의 산화물 원료를 소정량 뱃치식으로 혼합하여 백금도가니에서 약 1050℃에서 30분 이상 용융한 후, 얇은 판상으로 만들어 다시 분쇄하여 150메시체의 통과 분말을 사용한다.

저열팽창성 세라믹 분말은 각각의 화학양론대로 조합한 후, 각 조성의 세라믹 합성 온도에서 반응, 합성시킨 다음, 알루미나 볼밀에서 분쇄하여 체가름을 통해 입경 105㎛이하의 분말을 사용한다.

일례로 티탄산연의 경우에는 산화납과 티타니아분말을 몰비대로 조합한 후 1000-1300℃에서 고상반응으로 합성한 후 분쇄하여 사용한다.

본 발명에서 사용된 지르코니아·코디어라이트 복합체는 코디어라이트를 기본 매트릭스로 하여 지르코니아를 상기 조성비와 같이 첨가한 후 1300℃의 온도에서 4시간 이상, 좋기로는 4-20시간 동안 소성하여 지르콘을 이차상으로 분산 또는 석출시킨 후 분쇄하여 사용하였다.

이렇게 본 발명에서 사용한 내화물 필러는 본 발명의 조건에 따라 코디어라이트에 지르코니아를 첨가하여 지르콘상을 석출시킨 지르코니아·코디어라이트 복합체로서, 코디어라이트가 가지는 약점인 기계적 강도가 크게 향상되었으며, 아울러 열팽창계수 및 유전율도 낮게 해주기 때문에 본 발명의 전체 유리 조성물에 대해 물성개선의 효과를 나타내는 것이다.

다음 표 1은 지르코니아·코디어라이트 복합체 합성에 따른 조성예를 나타낸 것이다.

[표 1]

상기 공정을 거쳐 제조된 분말들을 적당량 조합하여 V형 혼합기에서 균질하게 혼합하게 되면 본 발명에 따른 저융점분말 접착유리 조성물이 제조된다.

본 발명에 따른 저융점 분말 접착유리조성물은 420℃이하의 낮은 온도에서의 열처리를 통하여 기밀 봉착이 가능하고, 기존의 물성인 전기특성, 화학내구성, 저 α-ray등 일반적인 특성을 만족시키면서 특히 높은 접착강도와 낮은 유전율을 갖는 접착물을 얻을 수 있어 반도체 IC의 알루미나 기판의 저착용으로 용융하는데 적합하다.

이하, 본 발명에 대한 실시예를 들어보면 다음과 같다.

[실시예 1 내지 6]

다음 표 2에 나타낸 조성비에 따라 저융점 유리분말과 저열팽창성 세라믹 분말 그리고 지르코니아·코디어라이트 복합체 분말을 조합한 후, 그 특성을 측정하였다.

사용된 저융점 유리분말은 중량비로 PbO 83%, B₂O₃11.5%, ZnO 3.0%, SiO₂1.0%, TiO₂1.0% 및 Al₂O₃0.5%의 조성비를 가진 유리를 사용하였으며, 이 유리의 전이점과 연화점은 각각 290℃ 및 325℃이었으며, 상온에서 300℃까지의 열팽창계수는 117×10^-7/℃이였다.

전이점 및 열팽창계수의 측정은 각 시료 50g을 몰드에 넣어 열처리한 후, 작은 원기둥 모양의 시편을 만들어 딜레로메타를 이용하여 측정하였다.

연화점의 측정은 시료 1.0g을 취하여 알루미나 셀에 넣어 시차미분석을 이용하여 상기와 같은 승온조건으로 측정하였다.

접착강도는 MIL-883B-2024에 의해 토크에 의한 비틀림 강도로서 측정하였다.

유전율은 두께 1mm의 시편을 만들어 LCR메타를 이용하여 25℃, 1MHz에서 측정하였다.

내산성은 8.3% HCI을 이용하여 25℃에서 5분간 침적하여 용출량을 측정하여 표면적당의 용출량으로 계산하였다.

[표 2]

Claims (1)

1. 저융점 유리분말과 내화성 필러로 이루어진 PbO-B₂O₃계의 유리조성물에 있어서, PbO-B₂O₃계 저융점 유리분말 65-85중량%와, 상온 내지 300℃에서의 열팽창 계수가 40×10^-7/℃이하인 저열팽창성 세라믹분말 2-15중량% 및 지르코니아 5-50중량%와 코디어라이트 50-95중량%가 혼합되고 약 1300℃온도에서 4-20시간 고상반응시켜서 된 지르코니아·코디어라이트 복합체 및 분말 2-20중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 저융점 분말 접착유리 조성물.