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DE2628823C3 - Glaskeramischer Werkstoff zur Verkapselung von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Glaskeramischer Werkstoff zur Verkapselung von Halbleiterbauelementen

Info

Publication number
DE2628823C3
DE2628823C3 DE762628823A DE2628823A DE2628823C3 DE 2628823 C3 DE2628823 C3 DE 2628823C3 DE 762628823 A DE762628823 A DE 762628823A DE 2628823 A DE2628823 A DE 2628823A DE 2628823 C3 DE2628823 C3 DE 2628823C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ceramic material
glass
percent
semiconductor components
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE762628823A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2628823B2 (de
DE2628823A1 (de
Inventor
Kunigunde 7521 Hemmingen Boehringer
Stauros Dr.Rer.Nat. 7000 Stuttgart Smernos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent Deutschland AG
Original Assignee
Standard Elektrik Lorenz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Standard Elektrik Lorenz AG filed Critical Standard Elektrik Lorenz AG
Priority to DE762628823A priority Critical patent/DE2628823C3/de
Priority to AU26405/77A priority patent/AU2640577A/en
Publication of DE2628823A1 publication Critical patent/DE2628823A1/de
Publication of DE2628823B2 publication Critical patent/DE2628823B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2628823C3 publication Critical patent/DE2628823C3/de
Expired legal-status Critical Current

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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/291—Oxides or nitrides or carbides, e.g. ceramics, glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0054—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing PbO, SnO2, B2O3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/24—Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions, i.e. for use as seals between dissimilar materials, e.g. glass and metal; Glass solders
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Description

10
15
20
Die Erfindung betrifft einen glaskeramischen Werkstoff wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein derartiger glaskeramischer Werkstoff ist aus der τ-, DE-AS 15 96 949 bekannt.
Der Transformationspunkt, das ist die Temperatur, bei der die Eigenschaften eines Glases in die einer unterkühlten Flüssigkeit übergehen, der dort angegebenen Gläser liegt zwischen 327°C und 375°C. ;;>
Beim Transformationspunkt beträgt die Viskosität ungefähr 1011 Poise. Um einen glaskeramischen Werkstoff zum Löten oder zum Verkapseln von Halbleiterbauelementen verwenden zu können, ist eine Viskosität von ca. 105 bis IO7 Poise notwendig. Die Temperatur, bei r> der diese Viskosität erreicht wird, liegt erfahrungsgemäß 80° — 1000C über dem Transformationspunkt. Somit liegt die Temperatur, bei der die Verkapselung erfolgen kann, bei den obengenannten glaskeramischen We -kstoffen oberhalb von 400° C. ad
Werden golddrahtgebondete Halbleiterbauelemente bei Temperaturen oberhalb der eutektischen Temperatur einer Gold-Silizium-Legierung von 378°C mit einem glaskeramischen Werkstoff verkapselt, dann bilden Gold und Silizium ein in der Schmelze lösliches Eutektikum. Daher sind glaskeramische Werkstoffe, deren Verarbeitungstemperatur oberhalb der eutektischen Temperatur liegt, zur Verkapselung von golddrahtgebondeten Halbleiterbauelementen nicht geeignet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen glaskeramischen Werkstoff anzugeben, mit dem Verkapselungen von Halbleiterbauelementen bei Temperaturen unterhalb von 378° C ohne nennenswerte Änderung der elektrischen Kenndaten der Halbleiter möglich sind. v,
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mitteln.
Bei der Verarbeitungstemperatur des neuen glaskeramischen Werkstoffs bilden Gold und Silizium kein in der bn Glasschmelze lösliches Eutektikum. Die passive SiO2-Schicht des Halbleiterbauelements wird von der Schmelze des glaskeramischen Werkstoffs nicht angegriffen und die elektrischen Kennwerte des Halbleiterbauelements bleiben unverändert. «,5
Die Erfindung wird an Hand eines Beispiels näher erläutert.
Moi-%
PbO 46,6
PbF2 4,6
B2Oj 22,6
ZnO 21,6
SiO2 2,3
TI2O 2,3
Diese Substanzen werden gemischt und in einem Platintiegel bei Temperaturen zwischen 8000C und 11000C geschmolzen. Das Schmelzen erfolgt in Luftatmosphäre. Anstatt TI2O können auch andere Tl-Verbindungen, die sich in der Schmelze in TI2O umwandeln, verwendel werden. Nach dem Abkühlen wird die Substanz in eine pulverförmige Form gebracht.
Bei dem neuen glaskeramischen Werkstoff ist es besonders wichtig, daß annähernd folgende Molverhältnisse eingehalten werden
PbO: ZnO: B2O., = 2:1:1
PbF2: TI2O: SiO2 = 2:1:1
(PbO -f ZnO + B2O1): (PbF2: Tl2: SiO2) % ,(" ; J
Zur Erläuterung des Temperaturverhaltens des neuen glaskeramischen Werkstoffs wird die Meßkurve einer Differential Thermo-Analyse verwendet. Bei einer derartigen Messung wird eine Probe aus dem glaskeramischen Werkstoff linear um 10°C/min aufgeheizt und Abweichungen von der Aufheiztemperatur werden mittels zweier gegeneinander geschalteter Thermoelemente durch Differenzbildung festgestellt. Dabei ist ein Thermoelement in eine inerte Substanz, z. B. AI2O), eingebettet, während das andere Thermoelement von der Probe umgeben ist. Auftretende Spitzen in der Temperaturdifferenzkurve zeigen mit exothermer oder endothermer Wärmetönung verbundene Materialumwandlungen an.
Beim Transformationspunkt, der bei 260°C liegt, tritt eine erste exotherme Spitze auf. Auf diese Spitze folgt ein Temperaturbereich mit endothermer Wärmetönung, innerhalb dessen der glaskeramischc Werkstoff erweicht. Die exotherme Kristallisation beginnt bei 372°C und hat bei 385°C ihr Maximum.
Die Temperatur, bei der die Verkapselung von Halbleiterbauelementen vorgenommen werden kann, liegt, wie bereits erwähnt, 80—100°C über dem Transformationspunkt, d. h. sie liegt bei 3500C. Diese Temperaturen liegen unter der eutektischen Temperatur des Gold-Silizium-Eutektikums. Der, verglichen mit dem bekannten Glas, niedrige Transformationspunkt wird vorwiegend durch den Zusatz von TI erreicht.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die elektrischen Kennwerte der Halbleiterbauelemente durch die Verkapselung nur dann nicht verändert werden, wenn die in dem glaskeramischen Werkstoff enthaltenen Substanzen das angegebene Molverhältnis haben.
Hierzu Ϊ Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Glaskeramischer Werkstoff zur Verkapselung von Halbleiterbauelementen, in dem 1,5 bis 2,5 Gewichtsprozent SiO2, 7,5 bis 10 Gewichtsprozent B2O3, 70 bis 80 Gewichtsprozent PbO, 10 bis 15 Gewichtsprozent ZnO, 0,5 bis 24 Gewichtsprozent Fluor, abzüglich einer äquivalenten Menge Sauerstoff, enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich angenähert 2,3 Mol-Prozent TI2O enthalten sind, daß die Mol-Verhältnisse von PbO : ZnO : B2O3 angenähert 2:1:1 sind, daß die Molverhältnisse von PbF2: TI2O : SiO2 angenähert 2:1:1 sind und daß das Molverhältnis von
    (PbO + ZnO + B2Oj): (PbF2 + TI2O + SiO2)
    zwischen 8 :1 und 10:1 liegt.
    Als Ausgangsstoffe zur Herstellung des glaskeramischen Werkstoffs werden handelsübliche Substanzen mit der Reinheit p. a. in folgender Zusammensetzung verwendet:
DE762628823A 1976-06-26 1976-06-26 Glaskeramischer Werkstoff zur Verkapselung von Halbleiterbauelementen Expired DE2628823C3 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE762628823A DE2628823C3 (de) 1976-06-26 1976-06-26 Glaskeramischer Werkstoff zur Verkapselung von Halbleiterbauelementen
AU26405/77A AU2640577A (en) 1976-06-26 1977-06-23 A glass-ceramic material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE762628823A DE2628823C3 (de) 1976-06-26 1976-06-26 Glaskeramischer Werkstoff zur Verkapselung von Halbleiterbauelementen

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2628823A1 DE2628823A1 (de) 1977-12-29
DE2628823B2 DE2628823B2 (de) 1978-06-29
DE2628823C3 true DE2628823C3 (de) 1979-03-01

Family

ID=5981549

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE762628823A Expired DE2628823C3 (de) 1976-06-26 1976-06-26 Glaskeramischer Werkstoff zur Verkapselung von Halbleiterbauelementen

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AU (1) AU2640577A (de)
DE (1) DE2628823C3 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3442131A1 (de) * 1984-11-17 1986-05-22 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Verfahren zum einkapseln von mikroelektronischen halbleiter- und schichtschaltungen

Also Published As

Publication number Publication date
DE2628823B2 (de) 1978-06-29
AU2640577A (en) 1979-01-04
DE2628823A1 (de) 1977-12-29

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