[发明专利]无铅半导体密封用玻璃

说明书

技术领域

本发明涉及半导体密封用玻璃，具体而言，涉及用于封装热敏电阻、二极管、LED等半导体元件的玻璃。

背景技术

热敏电阻、二极管、LED等半导体元件需要气密封装。以往，为了对半导体元件进行气密封装，一直以来使用铅玻璃，但近年来专利文献1及专利文献2等中所介绍的无铅玻璃也已为人所知。这样的半导体密封用玻璃是在熔融窑中将玻璃原料熔融，将熔融玻璃成型为管状，然后将所得玻璃管切断为约2mm的长度并清洗，制作被称为有孔玻璃珠（beads）的短玻璃管，接着，通过检查来剔除玻璃管的缺口和裂纹，再出货。且在二极管的组装中，为了进行端子处理，还需要将玻璃置于酸性镀液或熔剂（flux）中。

半导体密封用玻璃被要求具有如下性能：（1）能够在不致使半导体元件劣化的低温下实现封装；（2）为确保高可靠性的粘合，具有不仅与半导体元件的热膨胀系数，而且与向半导体元件输入输出信号的金属线的热膨胀系数匹配的热膨胀系数；（3）玻璃与金属线的粘合性足够高；（4）体积电阻率高；（5）耐化学品性足够强等。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-37641号公报

专利文献2：美国专利第6864197号公报

发明内容

发明要解决的课题

以往，在进行半导体元件封装时，通过在杜美丝（Dumet wire）等金属线上产生过量氧化膜，使该氧化膜向玻璃扩散，由此确保玻璃与金属线的粘合性。此时，为了生成适度厚度的氧化膜，将调节封装温度和封装时间，具体而言，将封装温度和封装时间调节为使得氧化膜的色调为黑红色。当氧化膜的色调为黑色时，将使得氧化膜从金属线上剥离，不能正确进行封装。另外，当氧化膜消失，呈现出金属光泽时，玻璃与金属的粘合性丧失，当然也不能正确进行封装。

此外，当玻璃管上出现隧道状玻泡时，将有可能出现玻璃管内部与外部连通，导致气密性差。因此，具有低温可封装性的半导体元件用玻璃，通常含有约0.8质量%的低温下能够发挥澄清效果的Sb₂O₃。

但是，由于Sb₂O₃容易受到还原作用，并具有向玻璃供氧的作用，因此，存在Sb₂O₃本身被还原为金属，在玻璃内部产生Sb金属微粒的可能。此时，一旦玻璃与半导体元件接触，被还原的Sb金属微粒有可能对半导体元件的元件性能造成不良影响。此外，在玻璃有还原倾向的情况下，金属线的氧化膜的扩散速度发生变化，有可能无法稳定地对半导体元件进行封装。

为了防止这样的问题，以往，采用在低温下进行长时间熔融，并添加硝酸盐等氧化剂以消除玻璃的还原倾向。但是，硝酸盐等氧化剂的环境负荷大，且Sb化合物本身也有可能造成环境负荷，因此，希望降低其含量。

并且，近年，为了提高生产效率，半导体元件封装所用的玻璃管要求外观检查的自动化。通过CCD相机等进行自动化外观检查的情况下，由于是从玻璃管的侧面进行外观观察，因此，优选玻璃管着色或者发出荧光。

因此，本发明的技术课题在于，开创一种易于实现外观检查自动化、且澄清性和半导体元件的封装性优异的无铅半导体密封用玻璃。

解决课题的手段

本发明人等进行了深入研究后，结果发现：在基本不含PbO的玻璃中，将Sb₂O₃的含量限制在0.1质量%以下，并引入CeO₂，能够解决上述技术课题。

另外，尽管专利文献2中记载了将CeO₂用作澄清剂的技术方案，但其允许CeO₂与Sb₂O₃的共存，且未对使用CeO₂替代Sb₂O₃的效果进行任何说明。

即，本发明的无铅半导体密封用玻璃其特征在于，其粘度为10⁶dPa·s时的温度在670℃以下，作为玻璃组成，CeO₂的含量为0.01～6质量%，且Sb₂O₃的含量在0.1质量%以下。

本发明中的“无铅”是指不将铅原料作为玻璃原料主动添加，并非完全排除源于杂质等的混入。更具体而言，玻璃组成中的PbO的含量包括从杂质等混入在内被限制在1000ppm以下。