[发明专利]半导体封装用无铅玻璃和半导体封装用外套管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体封装用无铅玻璃，具体而言，涉及用于封装硅二极管、发光二极管、热敏电阻等半导体元件的半导体封装用无铅玻璃。

背景技术

热敏电阻、二极管、LED等半导体元件出于防止元件污染的目的需要气密封装。目前，用于气密封装半导体元件的外套管一直以来使用铅玻璃制品，但近年来，也提出了专利文献1、专利文献2等中所介绍的无铅玻璃制品。这样的半导体封装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之后，将所得玻璃管切断为长度约2mm左右并洗净，形成被称为有孔玻璃珠（beads）的短玻璃外套管并出货。半导体封装部件的装配则是通过将半导体元件和杜美丝等金属线插入外套管并加热来进行。通过该加热，外套管端部的玻璃软化，将金属线熔融封装，从而能够将半导体元件气密封装于外套管内。为了除去露到套管外的金属线的氧化膜，会对这样制成的半导体封装部件进行酸处理或镀敷处理等。

构成半导体封装用外套管的半导体封装用玻璃要求具有：（1）能够在不致使得半导体元件劣化的低温下封装；（2）具有与金属线的热膨胀系数匹配的热膨胀系数；（3）玻璃和金属线的粘合性足够高；（4）体积电阻率高；（5）耐化学品性特别是耐酸性足够高，不致因酸处理、镀敷处理等发生劣化等特性。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平2002-37641号公报

专利文献2：美国专利第7102242号公报

发明内容

发明要解决的课题

当半导体元件封装时的温度较高时，会出现元件劣化，或因超过金属的屈服点而失去弹性，从而导致金属线接触不良的问题。尽管为了改善这些问题，优选是降低玻璃的封装温度，但如果仅是通过减少SiO₂等玻璃骨架成分，或增加碱金属成分来改变组成，将导致玻璃耐酸性降低。如果对耐酸性不足的玻璃进行酸处理或者镀敷处理，玻璃表面会劣化，产生细小裂纹。一旦玻璃表面出现这样的裂纹，将容易导致附着各种污渍和水分，使得元件表面电阻降低，电气制品出现故障。且当玻璃的碱金属含量增加时，膨胀系数将变得与金属线的膨胀系数不匹配。

本发明的目的在于提供一种能够在低温下封装半导体元件、且耐酸性优异的半导体封装用无铅玻璃和半导体封装用外套管。

解决课题的手段

本发明者等在进行了深入研究后，结果发现：玻璃表面所产生的细微裂痕会在干燥后产生，裂痕深度止于几微米时对强度没有影响，因此，在酸处理中，玻璃表层的碱金属和酸的质子（H+）发生离子交换，玻璃表面的体积收缩，未发生离子交换的部分被拉伸以致产生裂痕。

基于上述见解，发明人发现：当作为玻璃成分中的碱金属以离子半径最小的Li₂O为主来使用时，能够抑制裂痕的产生，从而作为本发明提出。另外，尽管已知Li₂O会在含有B₂O₃的玻璃中发生分相，将使耐酸性恶化。而在本发明中，通过调节SiO₂量、Al₂O₃量和B₂O₃量防止了分相。

即，本发明的半导体封入用无铅玻璃，作为玻璃组成，以摩尔%计，含有SiO₂ 46～60%、Al₂O₃ 0～6%、B₂O₃ 13～30%、MgO 0～10%、CaO 0～10%、ZnO 0～20%、Li₂O 9～25%、Na₂O 0～15%、K₂O 0～7%、TiO₂ 0～8%，以摩尔比记，Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)在0.48～1.00的范围。在此，“无铅”是指作为玻璃原料不主动添加铅原料，并非完全排除来自杂质等的混入。更具体而言，“无铅”意为包括来自杂质等的混入在内，玻璃组成中的PbO含量仍在1000ppm以下。