無鉛半導體密封用玻璃制造技術

本發明專利技術的技術課題在于，開創了一種易于實現外觀檢查自動化、且澄清性和半導體元件的封裝性優異的無鉛半導體密封用玻璃。本發明專利技術的無鉛半導體密封用玻璃的粘度為106dPa·s時的溫度在670℃以下，作為玻璃組成，CeO2的含量為0.01～6質量%，且Sb2O3的含量在0.1質量%以下。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及半導體密封用玻璃，具體而言，涉及用于封裝熱敏電阻、二極管、LED等半導體元件的玻璃。
技術介紹
熱敏電阻、二極管、LED等半導體元件需要氣密封裝。以往，為了對半導體元件進行氣密封裝，一直以來使用鉛玻璃，但近年來專利文獻1及專利文獻2等中所介紹的無鉛玻璃也已為人所知。這樣的半導體密封用玻璃是在熔融窯中將玻璃原料熔融，將熔融玻璃成型為管狀，然后將所得玻璃管切斷為約2mm的長度并清洗，制作被稱為有孔玻璃珠（beads）的短玻璃管，接著，通過檢查來剔除玻璃管的缺口和裂紋，再出貨。且在二極管的組裝中，為了進行端子處理，還需要將玻璃置于酸性鍍液或熔劑（flux）中。半導體密封用玻璃被要求具有如下性能：（1）能夠在不致使半導體元件劣化的低溫下實現封裝；（2）為確保高可靠性的粘合，具有不僅與半導體元件的熱膨脹系數，而且與向半導體元件輸入輸出信號的金屬線的熱膨脹系數匹配的熱膨脹系數；（3）玻璃與金屬線的粘合性足夠高；（4）體積電阻率高；（5）耐化學品性足夠強等。在先技術文獻專利文獻專利文獻1：日本特開2002-37641號公報專利文獻2：美國專利第6864197號公報
技術實現思路
專利技術要解決的課題以往，在進行半導體元件封裝時，通過在杜美絲（Dumet?wire）等金屬線上產生過量氧化膜，使該氧化膜向玻璃擴散，由此確保玻璃與金屬線的粘合性。此時，為了生成適度厚度的氧化膜，將調節封裝溫度和封裝時間，具體而言，將封裝溫度和封裝時間調節為使得氧化膜的色調為黑紅色。當氧化膜的色調為黑色時，將使得氧化膜從金屬線上剝離，不能正確進行封裝。另外，當氧化膜消失，呈現出金屬光澤時，玻璃與金屬的粘合性喪失，當然也不能正確進行封裝。此外，當玻璃管上出現隧道狀玻泡時，將有可能出現玻璃管內部與外部連通，導致氣密性差。因此，具有低溫可封裝性的半導體元件用玻璃，通常含有約0.8質量%的低溫下能夠發揮澄清效果的Sb2O3。但是，由于Sb2O3容易受到還原作用，并具有向玻璃供氧的作用，因此，存在Sb2O3本身被還原為金屬，在玻璃內部產生Sb金屬微粒的可能。此時，一旦玻璃與半導體元件接觸，被還原的Sb金屬微粒有可能對半導體元件的元件性能造成不良影響。此外，在玻璃有還原傾向的情況下，金屬線的氧化膜的擴散速度發生變化，有可能無法穩定地對半導體元件進行封裝。為了防止這樣的問題，以往，采用在低溫下進行長時間熔融，并添加硝酸鹽等氧化劑以消除玻璃的還原傾向。但是，硝酸鹽等氧化劑的環境負荷大，且Sb化合物本身也有可能造成環境負荷，因此，希望降低其含量。并且，近年，為了提高生產效率，半導體元件封裝所用的玻璃管要求外觀檢查的自動化。通過CCD相機等進行自動化外觀檢查的情況下，由于是從玻璃管的側面進行外觀觀察，因此，優選玻璃管著色或者發出熒光。因此，本專利技術的技術課題在于，開創一種易于實現外觀檢查自動化、且澄清性和半導體元件的封裝性優異的無鉛半導體密封用玻璃。解決課題的手段本專利技術人等進行了深入研究后，結果發現：在基本不含PbO的玻璃中，將Sb2O3的含量限制在0.1質量%以下，并引入CeO2，能夠解決上述技術課題。另外，盡管專利文獻2中記載了將CeO2用作澄清劑的技術方案，但其允許CeO2與Sb2O3的共存，且未對使用CeO2替代Sb2O3的效果進行任何說明。即，本專利技術的無鉛半導體密封用玻璃其特征在于，其粘度為106dPa·s時的溫度在670℃以下，作為玻璃組成，CeO2的含量為0.01～6質量%，且Sb2O3的含量在0.1質量%以下。本專利技術中的“無鉛”是指不將鉛原料作為玻璃原料主動添加，并非完全排除源于雜質等的混入。更具體而言，玻璃組成中的PbO的含量包括從雜質等混入在內被限制在1000ppm以下。在本專利技術中，優選包括SiO2-B2O3-R2O類玻璃，其中，R為堿金屬，并含有Li2O、Na2O和K2O中的2種以上作為R2O。在本專利技術中，“SiO2-B2O3-R2O類玻璃”是指SiO2、B2O3和R2O（堿金屬氧化物）作為必需成分含有的玻璃。根據上述構成，106dPa·s的粘度的溫度易于控制在670℃以下。在本專利技術中，優選為，作為玻璃組成，以質量%計含有SiO2?20～65%、Al2O3?0～10%、B2O3?10～40%、MgO?0～10%、CaO?0～10%、SrO?0～10%、BaO?0～10%、ZnO?0～35%、Li2O?0.2～10%、Na2O?0.5～17%、K2O?0～16%、TiO2?0～10%、ZrO2?0～5%、Bi2O3?0～25%、La2O30～10%。如果根據上述構成調節各成分的含量，即使不含Sb2O3，也能夠同時實現澄清性、低溫封裝性、和與金屬線的粘合性。在本專利技術中，優選為BaO的含量低于1質量%。根據上述結構，能夠易于增加引入玻璃組成中的CeO2的含量。本專利技術的半導體密封用外套管的特征在于，由上述玻璃制成。專利技術的效果由于本專利技術的無鉛半導體密封用玻璃含有CeO2，因此玻璃著色，且發出熒光。因此，由本專利技術的玻璃制成的半導體密封用外套管能夠實現利用機械進行外觀檢查的自動化。另外，本專利技術的無鉛半導體密封用玻璃中的CeO2還具有作為澄清劑的功能，因此，能夠削減Sb2O3的用量。因此具有優異的澄清性，且使用該玻璃制作的外套管能夠穩定封裝半導體元件。具體實施方式本專利技術的無鉛半導體密封用玻璃是粘度為106dPa·s時的溫度在670℃以下的玻璃。粘度106dPa·s時的溫度大致相當于半導體元件的封裝溫度。因此，本專利技術的玻璃能夠在670℃以下對半導體元件進行封裝。另外，為使粘度為106dPa·s時的溫度在670℃以下，優選為含有Li2O、Na2O、K2O中的兩種以上和B2O3作為必需成分的SiO2-B2O3-R2O類玻璃，其中，R為堿金屬。而且，本專利技術的玻璃除了粘度為106dPa·s時的溫度在670℃以下之外，還優選為相當于105dPa·s的粘度的溫度在800℃以下、優選為750℃以下、特別優選為730℃以下，還優選為相當于104dPa·s的粘度的溫度在870℃以下、優選為850℃以下、特別優選為800℃以下。另外，在本專利技術的玻璃中，CeO2為發揮澄清效果，用于實現產生著色或發出熒光的外套管的成分。另一方面，如果CeO2的引入量過量，CeO2本身將會從玻璃中重結晶而發生失透，對外套本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.01 JP 2010-1509711.一種無鉛半導體密封用玻璃，其特征在于，所述無鉛半導體密
封用玻璃的粘度為106dPa·s時的溫度在670℃以下，作為玻璃組成，
CeO2的含量為0.01～6質量%，且Sb2O3的含量在0.1質量%以下。
2.根據權利要求1所述的無鉛半導體密封用玻璃，其特征在于，
包括SiO2-B2O3-R2O類玻璃，并含有Li2O、Na2O和K2O中的2種以上
作為R2O，其中，R為堿金屬。
3.根據權利要求1或2所述的無鉛半導體密封用玻璃，其特征在
于，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：橋本幸市，
申請(專利權)人：日本電氣硝子株式會社，
類型：
國別省市：