封着材料
【目的】 有毒物質を含有せず、しかも荷重をかけることなく３３０℃以下の温度でパッケージを封着することが可能な封着材料を得る。
【構成】 ガラス又は結晶物の粉末４５〜９０体積％と、耐火性物質粉末１０〜５５体積％を混合してなる。該ガラス又は結晶物の粉末はモル％で、 酸化銀、ハロゲン化銀、又はこれらの組み合わせ １５〜８５％、 Ｐ2 Ｏ5 、ＧｅＯ2 、ＷＯ3 、ＭｏＯ3 、又はこれらの組み合わせ ５〜５０％、 Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｂｉの酸化物若しくは ハロゲン化物、又はこれらの組み合わせ ０〜４０％、 ＴｅＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｆｅ2 Ｏ3 、 ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、又はこれらの組み合わせ ０〜２５％の組成を有してなる。
【構成】 ガラス又は結晶物の粉末４５〜９０体積％と、耐火性物質粉末１０〜５５体積％を混合してなる。該ガラス又は結晶物の粉末はモル％で、 酸化銀、ハロゲン化銀、又はこれらの組み合わせ １５〜８５％、 Ｐ2 Ｏ5 、ＧｅＯ2 、ＷＯ3 、ＭｏＯ3 、又はこれらの組み合わせ ５〜５０％、 Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｂｉの酸化物若しくは ハロゲン化物、又はこれらの組み合わせ ０〜４０％、 ＴｅＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｆｅ2 Ｏ3 、 ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、又はこれらの組み合わせ ０〜２５％の組成を有してなる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は封着材料に関し、より具体的には半導体集積回路、水晶振動子等の熱に弱い素子を搭載したパッケージの気密封着に好適な封着材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路や水晶振動子等の素子を搭載した高信頼性のパッケージの気密封着には、低融点ガラスを用いた封着材料が使用される。
【０００３】従来、封着材料としてＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラス粉末に、チタン酸鉛、ウイレマイト等の低膨張耐火性物質粉末を添加したものが広く知られているが、この系のガラスを用いた封着材料は、封着温度を４００℃以下にすることが困難であるため、素子によっては特性が劣化してしまう場合がある。
【０００４】近年このような事情から、より低い温度で封着できる封着材料の開発が進められている。例えば特表昭６３−５０２５８３号には、ＰｂＯ−Ｖ2 Ｏ5 −Ｂｉ2Ｏ3 系ガラスを使用した封着材料が開示され、また特開昭６３−３１５５３６号には、ＰｂＯ−Ｔｌ2 Ｏ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラスを使用した封着材料が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記特表昭６３−５０２５８３号に開示の封着材料は、封着温度を３３０℃程度にまで低下させることが可能である。しかしながらこのような低い温度で封着するためには、封着時に金属クリップ等によって相当の荷重をかけなければならない。一方特開昭６３−３１５５３６号の封着材料についても、封着温度を３３０℃程度にすることが可能であるが、毒性の強いＴｌ2 Ｏを多量含有するため、製造時や封着作業時に粉塵の飛散を防ぐ設備を必要とする等、実用上問題がある。
【０００６】本発明の目的は、有毒物質を含有せず、しかも荷重をかけることなく３３０℃以下の温度でパッケージを封着することが可能な封着材料を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の封着材料は、低融点組成物粉末４５〜９０体積％と、耐火性物質粉末１０〜５５体積％を混合してなり、該低融点組成物粉末はモル％で、 酸化銀、ハロゲン化銀、又はこれらの組み合わせ １５〜８５％、 Ｐ2 Ｏ5 、ＧｅＯ2 、ＷＯ3 、ＭｏＯ3 、又はこれらの組み合わせ ５〜５０％、 Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｂｉの酸化物若しくは ハロゲン化物、又はこれらの組み合わせ ０〜４０％、 ＴｅＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｆｅ2 Ｏ3 、 ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、又はこれらの組み合わせ ０〜２５％の組成を有してなることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明の封着材料において、低融点組成物は非晶質ガラス、結晶性ガラス及び結晶物の何れかの形態をとる。非晶質ガラス及び結晶性ガラスは転移点が１５０〜２３０℃と非常に低く、３００〜３３０℃の加熱で十分流動する。また結晶物は融点が非常に低く、３００〜３３０℃の加熱で再溶融して粘性の低い液体となる。なお結晶物は、原料を一旦融液化し、次いで冷却して結晶を析出させた後、これを粉砕したものである。
【０００９】本発明の封着材料において、低融点組成物の組成範囲を上記のように限定した理由を以下に述べる。
【００１０】酸化銀及びハロゲン化銀は、低融点組成物の主成分であるとともに、水に非常に溶け難いために組成物の化学耐久性を高める効果があり、その含有量は合量で１５〜８５％である。酸化銀やハロゲン化銀が合量で１５％より少ないと低融点組成物の粘性が高くなり、また化学耐久性が低下し、一方８５％より多いと融液化が困難になる。
【００１１】Ｐ2 Ｏ5 、ＧｅＯ2 、ＷＯ3 、及びＭｏＯ3 は、酸化銀又はハロゲン化銀とともに低融点組成物の主成分であり、その含有量は合量で５〜５０％である。これらの成分が合量で５％より少ないと融液化が困難になり、５０％より多いと低融点組成物の粘性が高くなる。
【００１２】Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、及びＢｉの酸化物又はハロゲン化物は、低融点組成物の安定性の増大、化学耐久性の改善、及び熱膨張係数の低減に効果があり、その含有量は合量で０〜４０％である。これらの成分が合量で４０％より多いと低融点組成物の粘性が高くなる。
【００１３】ＴｅＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、及びＡｌ2 Ｏ3 は、上記したＰ2 Ｏ5 、ＧｅＯ2 、ＷＯ3 、及びＭｏＯ3の働きを補助する成分であり、その含有量は０〜２５％である。これらの成分が合量で２５％より多いと低融点組成物の粘性が高くなる。
【００１４】なお、本発明でいうハロゲン化物とは、フッ化物、塩化物、臭化物又はヨウ化物のことであり、金属元素が同じ場合、これらを使用することにより、酸化物を使用する場合よりもさらにガラスの粘性を低下させることができる。
【００１５】また低融点組成物は、上記した各成分を適宜選択して作製されるが、特に好ましい組成範囲を有する組成物としては、Ａｇ2 Ｏ ２５〜５０％、Ｐ2 Ｏ5 ２５〜４５％、ＰｂＯ＋ＺｎＯ ５〜３０％、ＴｅＯ2 ０〜１０％からなる組成物、Ａｇ2 Ｏ ２０〜５０％、ＡｇＩ ５〜３０％、Ｐ2 Ｏ5 ２０〜５０％、ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ ０〜１５％からなる組成物、Ａｇ2 Ｏ ２０〜４０％、ＡｇＩ ０〜２０％、Ｐ2 Ｏ5 ２０〜４５％、ＰｂＦ2 ＋ＺｎＦ2 ＋ＢｉＦ3 ２〜２５％、ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ ０〜３５％からなる組成物（ただしＰｂＦ2 ＋ＺｎＦ2 ＋ＢｉＦ3 ＋ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ≦４０％）、あるいはＡｇ2 Ｏ５〜５０％、ＡｇＩ ３０〜８０％、Ｐ2 Ｏ5 ＋ＧｅＯ2 ＋ＷＯ3 １０〜５０％からなる組成物（ただしＡｇ2 Ｏ＋ＡｇＩ≦８５％）である。
【００１６】ところで以上のような組成を有する低融点組成物は、３０〜１５０℃（又は２００℃）における熱膨張係数が１５０〜２２０×１０-7／℃と非常に高く、また機械的強度が不十分である。このため封着の対象となるパッケージに適合するように熱膨張係数を調整したり、機械的強度を増大させる必要がある。
【００１７】本発明の封着材料は、上記した低融点組成物の粉末に、耐火性物質粉末を混合してなるために、封着の対象となるパッケージに適した熱膨張係数が得られ、また十分な機械的強度を有する。
【００１８】耐火性物質のうち、主に熱膨張係数を低下させるものとしては、ＮｂＺｒ（ＰＯ4 ）3 やＳｒ0.5 Ｚｒ2 Ｐ3 Ｏ12等のＮａＺｒ2 （ＰＯ4 ）3 型固溶体、チタン酸鉛及びその固溶体、ウイレマイト、コージエライト、ジルコン、酸化すず、β−ユークリプタイト、リン酸ジルコニウム、五酸化ニオブ、石英ガラス、ムライト、チタン酸アルミニウム等を使用することができる。
【００１９】また主に機械的強度を増大させるものとしては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、すず酸亜鉛、マグネシア、石英、スピネル、ガーナイト等を使用することができる。
【００２０】なお、上記したような耐火性物質粉末は、２種以上を混合して使用しても良い。
【００２１】次に本発明の封着材料において、低融点組成物粉末と耐火性物質粉末の混合割合を先記のように限定した理由を以下に述べる。
【００２２】低融点組成物粉末が９０体積％より多い場合、即ち耐火性物質粉末が１０体積％より少ない場合は上記した効果を得ることができない。一方、低融点組成物粉末が４５体積％より少ない場合、即ち耐火性物質粉末が５５体積％より多い場合は封着材料が流動しなくなる。
【００２３】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の封着材料を説明する。
【００２４】（実施例１）低融点組成物粉末として、次のようにして調製した非晶質のガラス粉末を使用した。
【００２５】モル％でＡｇ2 Ｏ ４５％、Ｐ2 Ｏ5４０％、ＺｎＯ １０％、ＴｅＯ2 ５％の組成になるように、酸化銀、正リン酸、リン酸亜鉛、二酸化テルルを混合し、白金坩堝を用いて８００℃で２時間溶融し、ガラス化した。次いでこの溶融ガラスを成形後、粉砕し、２５０メッシュの篩を通過させて、平均粒径が７μｍのガラス粉末とした。得られたガラス粉末は転移点が２２０℃、３０〜２００℃における熱膨張係数が１５５×１０-7／℃であった。
【００２６】また耐火性物質粉末としては、ＭｇＯを２重量％添加したＮｂＺｒ（ＰＯ4 ）3 セラミック粉末を使用した。
【００２７】ＮｂＺｒ（ＰＯ4 ）3 セラミック粉末は、五酸化ニオブ、低α線ジルコニア、リン酸二水素アンモニウム、マグネシアを混合し、１４５０℃で１６時間焼成した後、粉砕し、平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００２８】次いでガラス粉末６０体積％と、ＮｂＺｒ（ＰＯ4 ）3 セラミック粉末４０体積％を混合して試料を得た。このようにして得られた試料は封着温度が３３０℃、３０〜２００℃における熱膨張係数が７８×１０-7／℃、であった。
【００２９】この試料を用いてアルミナ（熱膨張係数 ７０×１０-7／℃）製のＩＣパッケージを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【００３０】なお転移点及び熱膨張係数は石英押棒式の熱膨張計を用いて求めた。
【００３１】（実施例２）低融点組成物粉末として、次のようにして調製した非晶質のガラス粉末を使用した。
【００３２】モル％でＡｇ2 Ｏ ４０％、ＡｇＩ ２０％、Ｐ2 Ｏ5 ３５％、ＣｕＯ ５％の組成になるように、酸化銀、ヨウ化銀、正リン酸、リン酸銅を混合し、白金坩堝を用いて７００℃で２時間溶融し、ガラス化した。次いでこの溶融ガラスを成形後、粉砕し、２５０メッシュの篩を通過させて平均粒径７μｍのガラス粉末とした。得られたガラス粉末は転移点が１５５℃、３０〜１５０℃における熱膨張係数が２１０×１０-7／℃であった。
【００３３】また耐火性物質粉末としては、Ｃａ0.3 Ｐｂ0.7 ＴｉＯ3 の組成の有するチタン酸鉛固溶体粉末を使用した。
【００３４】チタン酸鉛固溶体粉末は、Ｃａ0.3 Ｐｂ0.7ＴｉＯ3 の組成になるように炭酸カルシウム、リサージ、酸化チタンを混合し、１２００℃で５時間焼成した後、粉砕し、平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００３５】次にガラス粉末５５体積％と、チタン酸鉛固溶体粉末４５体積％を混合して試料を得た。このようにして得られた試料は封着温度が３００℃、３０〜１５０℃における熱膨張係数が７５×１０-7／℃であった。
【００３６】この試料を用いてアルミナ製のリッド型ＩＣパッケージを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【００３７】（実施例３）低融点組成物粉末として実施例２で作製した非晶質のガラス粉末を、耐火性物質粉末としてβ−ユークリプタイト粉末を使用し、体積％でそれぞれ５８％、４２％の割合で混合して試料を作製した。
【００３８】得られた試料は、封着温度が３００℃、３０〜１５０℃における熱膨張係数が１１０×１０-7／℃であった。
【００３９】この試料を用いてフォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 、熱膨張係数 １１０×１０-7／℃）製のパッケージを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【００４０】なおβ−ユークリプタイト粉末は、炭酸リチウム、アルミナ、シリカをＬｉ2Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の組成になるように混合し、１４００℃で１０時間焼成した後、粉砕して平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００４１】（実施例４）低融点組成物粉末として、次のようにして調製した結晶性のガラス粉末を使用した。
【００４２】モル％でＡｇ2 Ｏ ２７％、ＡｇＩ ５％、Ｐ2Ｏ5 ３６％、ＺｎＦ2 ５％、ＰｂＯ ２７％の組成になるように、酸化銀、ヨウ化銀、正リン酸、リン酸鉛、フッ化亜鉛を混合し、白金坩堝を用いて７００℃で２時間溶融した後、成形、粉砕し、２５０メッシュの篩を通過させて平均粒径７μｍのガラス粉末とした。このガラス粉末は３３０℃に加熱すると、流動した後に結晶化し、またその熱膨張係数は２０５×１０-7／℃であった。
【００４３】耐火性物質粉末としては、ジルコン粉末を使用した。
【００４４】ジルコン粉末は、低α線タイプのジルコニア、シリカ、及び酸化第二鉄をＺｒＯ2 ６５．９％、ＳｉＯ2 ３２．２％、Ｆｅ2 Ｏ3 １．９％の組成になるように混合し、１４５０℃で１６時間焼成した後、粉砕し、平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００４５】次にガラス粉末８０体積％と、ジルコン粉末２０体積％を混合して試料を作製した。このようにして得られた試料は封着温度が３３０℃、３０〜２００℃における熱膨張係数が１７０×１０-7／℃であった。
【００４６】この試料を用いて、銅をベースとする合金（熱膨張係数 １８０×１０-7／℃）からなるパッケージを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【００４７】（実施例５）低融点組成物粉末として、次のようにして調製した結晶物を使用した。
【００４８】モル％でＡｇ2 Ｏ ３０％、ＡｇＩ ５０％、ＧｅＯ2 ２０％の組成を有するように、酸化銀、ヨウ化銀、酸化ゲルマニウムを混合し、白金坩堝を用いて５００℃、１時間溶融した。次いで、この融液を金型上に流し出したところ、冷却中に結晶物となった。さらにこの結晶物を粉砕し、２５０メッシュの篩を通過させて、平均粒径７μｍの結晶物粉末を得た。この結晶物は融点が３００℃、３０〜２００℃における熱膨張係数が１５０×１０-7／℃であった。
【００４９】また耐火性物質粉末としてはチタン酸鉛粉末を使用した。
【００５０】チタン酸鉛粉末は、リサージ及び酸化チタンをＰｂＯ・ＴｉＯ2 の組成になるように配合し、１２００℃で５時間焼成した後、粉砕し、平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００５１】次いで結晶物粉末６０体積％と、チタン酸鉛粉末４０体積％を混合して試料を得た。このようにして得られた試料は３３０℃で１０分間加熱することにより、結晶物が再溶融し、被封着物を濡らした後、冷却中に再び結晶が析出するものであり、３０〜２００℃における熱膨張係数が７７×１０-7／℃であった。
【００５２】この試料を用いて、アルミナ製のパッケージを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように本発明の封着材料は、有毒物質を含まず、また荷重をかけることなく３００〜３３０℃と極めて低い温度で封着することができるため、熱に敏感な半導体集積回路や水晶振動子等を搭載したパッケージの封着に好適である。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は封着材料に関し、より具体的には半導体集積回路、水晶振動子等の熱に弱い素子を搭載したパッケージの気密封着に好適な封着材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路や水晶振動子等の素子を搭載した高信頼性のパッケージの気密封着には、低融点ガラスを用いた封着材料が使用される。
【０００３】従来、封着材料としてＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラス粉末に、チタン酸鉛、ウイレマイト等の低膨張耐火性物質粉末を添加したものが広く知られているが、この系のガラスを用いた封着材料は、封着温度を４００℃以下にすることが困難であるため、素子によっては特性が劣化してしまう場合がある。
【０００４】近年このような事情から、より低い温度で封着できる封着材料の開発が進められている。例えば特表昭６３−５０２５８３号には、ＰｂＯ−Ｖ2 Ｏ5 −Ｂｉ2Ｏ3 系ガラスを使用した封着材料が開示され、また特開昭６３−３１５５３６号には、ＰｂＯ−Ｔｌ2 Ｏ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラスを使用した封着材料が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記特表昭６３−５０２５８３号に開示の封着材料は、封着温度を３３０℃程度にまで低下させることが可能である。しかしながらこのような低い温度で封着するためには、封着時に金属クリップ等によって相当の荷重をかけなければならない。一方特開昭６３−３１５５３６号の封着材料についても、封着温度を３３０℃程度にすることが可能であるが、毒性の強いＴｌ2 Ｏを多量含有するため、製造時や封着作業時に粉塵の飛散を防ぐ設備を必要とする等、実用上問題がある。
【０００６】本発明の目的は、有毒物質を含有せず、しかも荷重をかけることなく３３０℃以下の温度でパッケージを封着することが可能な封着材料を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の封着材料は、低融点組成物粉末４５〜９０体積％と、耐火性物質粉末１０〜５５体積％を混合してなり、該低融点組成物粉末はモル％で、 酸化銀、ハロゲン化銀、又はこれらの組み合わせ １５〜８５％、 Ｐ2 Ｏ5 、ＧｅＯ2 、ＷＯ3 、ＭｏＯ3 、又はこれらの組み合わせ ５〜５０％、 Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｂｉの酸化物若しくは ハロゲン化物、又はこれらの組み合わせ ０〜４０％、 ＴｅＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｆｅ2 Ｏ3 、 ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、又はこれらの組み合わせ ０〜２５％の組成を有してなることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明の封着材料において、低融点組成物は非晶質ガラス、結晶性ガラス及び結晶物の何れかの形態をとる。非晶質ガラス及び結晶性ガラスは転移点が１５０〜２３０℃と非常に低く、３００〜３３０℃の加熱で十分流動する。また結晶物は融点が非常に低く、３００〜３３０℃の加熱で再溶融して粘性の低い液体となる。なお結晶物は、原料を一旦融液化し、次いで冷却して結晶を析出させた後、これを粉砕したものである。
【０００９】本発明の封着材料において、低融点組成物の組成範囲を上記のように限定した理由を以下に述べる。
【００１０】酸化銀及びハロゲン化銀は、低融点組成物の主成分であるとともに、水に非常に溶け難いために組成物の化学耐久性を高める効果があり、その含有量は合量で１５〜８５％である。酸化銀やハロゲン化銀が合量で１５％より少ないと低融点組成物の粘性が高くなり、また化学耐久性が低下し、一方８５％より多いと融液化が困難になる。
【００１１】Ｐ2 Ｏ5 、ＧｅＯ2 、ＷＯ3 、及びＭｏＯ3 は、酸化銀又はハロゲン化銀とともに低融点組成物の主成分であり、その含有量は合量で５〜５０％である。これらの成分が合量で５％より少ないと融液化が困難になり、５０％より多いと低融点組成物の粘性が高くなる。
【００１２】Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、及びＢｉの酸化物又はハロゲン化物は、低融点組成物の安定性の増大、化学耐久性の改善、及び熱膨張係数の低減に効果があり、その含有量は合量で０〜４０％である。これらの成分が合量で４０％より多いと低融点組成物の粘性が高くなる。
【００１３】ＴｅＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、及びＡｌ2 Ｏ3 は、上記したＰ2 Ｏ5 、ＧｅＯ2 、ＷＯ3 、及びＭｏＯ3の働きを補助する成分であり、その含有量は０〜２５％である。これらの成分が合量で２５％より多いと低融点組成物の粘性が高くなる。
【００１４】なお、本発明でいうハロゲン化物とは、フッ化物、塩化物、臭化物又はヨウ化物のことであり、金属元素が同じ場合、これらを使用することにより、酸化物を使用する場合よりもさらにガラスの粘性を低下させることができる。
【００１５】また低融点組成物は、上記した各成分を適宜選択して作製されるが、特に好ましい組成範囲を有する組成物としては、Ａｇ2 Ｏ ２５〜５０％、Ｐ2 Ｏ5 ２５〜４５％、ＰｂＯ＋ＺｎＯ ５〜３０％、ＴｅＯ2 ０〜１０％からなる組成物、Ａｇ2 Ｏ ２０〜５０％、ＡｇＩ ５〜３０％、Ｐ2 Ｏ5 ２０〜５０％、ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ ０〜１５％からなる組成物、Ａｇ2 Ｏ ２０〜４０％、ＡｇＩ ０〜２０％、Ｐ2 Ｏ5 ２０〜４５％、ＰｂＦ2 ＋ＺｎＦ2 ＋ＢｉＦ3 ２〜２５％、ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ ０〜３５％からなる組成物（ただしＰｂＦ2 ＋ＺｎＦ2 ＋ＢｉＦ3 ＋ＰｂＯ＋ＺｎＯ＋ＣｕＯ≦４０％）、あるいはＡｇ2 Ｏ５〜５０％、ＡｇＩ ３０〜８０％、Ｐ2 Ｏ5 ＋ＧｅＯ2 ＋ＷＯ3 １０〜５０％からなる組成物（ただしＡｇ2 Ｏ＋ＡｇＩ≦８５％）である。
【００１６】ところで以上のような組成を有する低融点組成物は、３０〜１５０℃（又は２００℃）における熱膨張係数が１５０〜２２０×１０-7／℃と非常に高く、また機械的強度が不十分である。このため封着の対象となるパッケージに適合するように熱膨張係数を調整したり、機械的強度を増大させる必要がある。
【００１７】本発明の封着材料は、上記した低融点組成物の粉末に、耐火性物質粉末を混合してなるために、封着の対象となるパッケージに適した熱膨張係数が得られ、また十分な機械的強度を有する。
【００１８】耐火性物質のうち、主に熱膨張係数を低下させるものとしては、ＮｂＺｒ（ＰＯ4 ）3 やＳｒ0.5 Ｚｒ2 Ｐ3 Ｏ12等のＮａＺｒ2 （ＰＯ4 ）3 型固溶体、チタン酸鉛及びその固溶体、ウイレマイト、コージエライト、ジルコン、酸化すず、β−ユークリプタイト、リン酸ジルコニウム、五酸化ニオブ、石英ガラス、ムライト、チタン酸アルミニウム等を使用することができる。
【００１９】また主に機械的強度を増大させるものとしては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、すず酸亜鉛、マグネシア、石英、スピネル、ガーナイト等を使用することができる。
【００２０】なお、上記したような耐火性物質粉末は、２種以上を混合して使用しても良い。
【００２１】次に本発明の封着材料において、低融点組成物粉末と耐火性物質粉末の混合割合を先記のように限定した理由を以下に述べる。
【００２２】低融点組成物粉末が９０体積％より多い場合、即ち耐火性物質粉末が１０体積％より少ない場合は上記した効果を得ることができない。一方、低融点組成物粉末が４５体積％より少ない場合、即ち耐火性物質粉末が５５体積％より多い場合は封着材料が流動しなくなる。
【００２３】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明の封着材料を説明する。
【００２４】（実施例１）低融点組成物粉末として、次のようにして調製した非晶質のガラス粉末を使用した。
【００２５】モル％でＡｇ2 Ｏ ４５％、Ｐ2 Ｏ5４０％、ＺｎＯ １０％、ＴｅＯ2 ５％の組成になるように、酸化銀、正リン酸、リン酸亜鉛、二酸化テルルを混合し、白金坩堝を用いて８００℃で２時間溶融し、ガラス化した。次いでこの溶融ガラスを成形後、粉砕し、２５０メッシュの篩を通過させて、平均粒径が７μｍのガラス粉末とした。得られたガラス粉末は転移点が２２０℃、３０〜２００℃における熱膨張係数が１５５×１０-7／℃であった。
【００２６】また耐火性物質粉末としては、ＭｇＯを２重量％添加したＮｂＺｒ（ＰＯ4 ）3 セラミック粉末を使用した。
【００２７】ＮｂＺｒ（ＰＯ4 ）3 セラミック粉末は、五酸化ニオブ、低α線ジルコニア、リン酸二水素アンモニウム、マグネシアを混合し、１４５０℃で１６時間焼成した後、粉砕し、平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００２８】次いでガラス粉末６０体積％と、ＮｂＺｒ（ＰＯ4 ）3 セラミック粉末４０体積％を混合して試料を得た。このようにして得られた試料は封着温度が３３０℃、３０〜２００℃における熱膨張係数が７８×１０-7／℃、であった。
【００２９】この試料を用いてアルミナ（熱膨張係数 ７０×１０-7／℃）製のＩＣパッケージを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【００３０】なお転移点及び熱膨張係数は石英押棒式の熱膨張計を用いて求めた。
【００３１】（実施例２）低融点組成物粉末として、次のようにして調製した非晶質のガラス粉末を使用した。
【００３２】モル％でＡｇ2 Ｏ ４０％、ＡｇＩ ２０％、Ｐ2 Ｏ5 ３５％、ＣｕＯ ５％の組成になるように、酸化銀、ヨウ化銀、正リン酸、リン酸銅を混合し、白金坩堝を用いて７００℃で２時間溶融し、ガラス化した。次いでこの溶融ガラスを成形後、粉砕し、２５０メッシュの篩を通過させて平均粒径７μｍのガラス粉末とした。得られたガラス粉末は転移点が１５５℃、３０〜１５０℃における熱膨張係数が２１０×１０-7／℃であった。
【００３３】また耐火性物質粉末としては、Ｃａ0.3 Ｐｂ0.7 ＴｉＯ3 の組成の有するチタン酸鉛固溶体粉末を使用した。
【００３４】チタン酸鉛固溶体粉末は、Ｃａ0.3 Ｐｂ0.7ＴｉＯ3 の組成になるように炭酸カルシウム、リサージ、酸化チタンを混合し、１２００℃で５時間焼成した後、粉砕し、平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００３５】次にガラス粉末５５体積％と、チタン酸鉛固溶体粉末４５体積％を混合して試料を得た。このようにして得られた試料は封着温度が３００℃、３０〜１５０℃における熱膨張係数が７５×１０-7／℃であった。
【００３６】この試料を用いてアルミナ製のリッド型ＩＣパッケージを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【００３７】（実施例３）低融点組成物粉末として実施例２で作製した非晶質のガラス粉末を、耐火性物質粉末としてβ−ユークリプタイト粉末を使用し、体積％でそれぞれ５８％、４２％の割合で混合して試料を作製した。
【００３８】得られた試料は、封着温度が３００℃、３０〜１５０℃における熱膨張係数が１１０×１０-7／℃であった。
【００３９】この試料を用いてフォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 、熱膨張係数 １１０×１０-7／℃）製のパッケージを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【００４０】なおβ−ユークリプタイト粉末は、炭酸リチウム、アルミナ、シリカをＬｉ2Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の組成になるように混合し、１４００℃で１０時間焼成した後、粉砕して平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００４１】（実施例４）低融点組成物粉末として、次のようにして調製した結晶性のガラス粉末を使用した。
【００４２】モル％でＡｇ2 Ｏ ２７％、ＡｇＩ ５％、Ｐ2Ｏ5 ３６％、ＺｎＦ2 ５％、ＰｂＯ ２７％の組成になるように、酸化銀、ヨウ化銀、正リン酸、リン酸鉛、フッ化亜鉛を混合し、白金坩堝を用いて７００℃で２時間溶融した後、成形、粉砕し、２５０メッシュの篩を通過させて平均粒径７μｍのガラス粉末とした。このガラス粉末は３３０℃に加熱すると、流動した後に結晶化し、またその熱膨張係数は２０５×１０-7／℃であった。
【００４３】耐火性物質粉末としては、ジルコン粉末を使用した。
【００４４】ジルコン粉末は、低α線タイプのジルコニア、シリカ、及び酸化第二鉄をＺｒＯ2 ６５．９％、ＳｉＯ2 ３２．２％、Ｆｅ2 Ｏ3 １．９％の組成になるように混合し、１４５０℃で１６時間焼成した後、粉砕し、平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００４５】次にガラス粉末８０体積％と、ジルコン粉末２０体積％を混合して試料を作製した。このようにして得られた試料は封着温度が３３０℃、３０〜２００℃における熱膨張係数が１７０×１０-7／℃であった。
【００４６】この試料を用いて、銅をベースとする合金（熱膨張係数 １８０×１０-7／℃）からなるパッケージを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【００４７】（実施例５）低融点組成物粉末として、次のようにして調製した結晶物を使用した。
【００４８】モル％でＡｇ2 Ｏ ３０％、ＡｇＩ ５０％、ＧｅＯ2 ２０％の組成を有するように、酸化銀、ヨウ化銀、酸化ゲルマニウムを混合し、白金坩堝を用いて５００℃、１時間溶融した。次いで、この融液を金型上に流し出したところ、冷却中に結晶物となった。さらにこの結晶物を粉砕し、２５０メッシュの篩を通過させて、平均粒径７μｍの結晶物粉末を得た。この結晶物は融点が３００℃、３０〜２００℃における熱膨張係数が１５０×１０-7／℃であった。
【００４９】また耐火性物質粉末としてはチタン酸鉛粉末を使用した。
【００５０】チタン酸鉛粉末は、リサージ及び酸化チタンをＰｂＯ・ＴｉＯ2 の組成になるように配合し、１２００℃で５時間焼成した後、粉砕し、平均粒径５μｍの粉末としたものを使用した。
【００５１】次いで結晶物粉末６０体積％と、チタン酸鉛粉末４０体積％を混合して試料を得た。このようにして得られた試料は３３０℃で１０分間加熱することにより、結晶物が再溶融し、被封着物を濡らした後、冷却中に再び結晶が析出するものであり、３０〜２００℃における熱膨張係数が７７×１０-7／℃であった。
【００５２】この試料を用いて、アルミナ製のパッケージを封着したところ、気密性の高い封着物が得られた。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように本発明の封着材料は、有毒物質を含まず、また荷重をかけることなく３００〜３３０℃と極めて低い温度で封着することができるため、熱に敏感な半導体集積回路や水晶振動子等を搭載したパッケージの封着に好適である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 低融点組成物粉末４５〜９０体積％と、耐火性物質粉末１０〜５５体積％を混合してなり、該低融点組成物粉末はモル％で、 酸化銀、ハロゲン化銀、又はこれらの組み合わせ １５〜８５％、 Ｐ2 Ｏ5 、ＧｅＯ2 、ＷＯ3 、ＭｏＯ3 、又はこれらの組み合わせ ５〜５０％、 Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｂｉの酸化物若しくは ハロゲン化物、又はこれらの組み合わせ ０〜４０％、 ＴｅＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｆｅ2 Ｏ3 、 ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、又はこれらの組み合わせ ０〜２５％の組成を有してなることを特徴とする封着材料。
【請求項１】 低融点組成物粉末４５〜９０体積％と、耐火性物質粉末１０〜５５体積％を混合してなり、該低融点組成物粉末はモル％で、 酸化銀、ハロゲン化銀、又はこれらの組み合わせ １５〜８５％、 Ｐ2 Ｏ5 、ＧｅＯ2 、ＷＯ3 、ＭｏＯ3 、又はこれらの組み合わせ ５〜５０％、 Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｂｉの酸化物若しくは ハロゲン化物、又はこれらの組み合わせ ０〜４０％、 ＴｅＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｆｅ2 Ｏ3 、 ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、又はこれらの組み合わせ ０〜２５％の組成を有してなることを特徴とする封着材料。
【公開番号】特開平５−１４７９７４
【公開日】平成５年（１９９３）６月１５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−３３６１４１
【出願日】平成３年（１９９１）１１月２５日
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【公開日】平成５年（１９９３）６月１５日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）１１月２５日
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
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