DE2700273A1 - GRAY FILLING MATERIAL FOR A GLASS-CERAMIC MATERIAL - Google Patents

GRAY FILLING MATERIAL FOR A GLASS-CERAMIC MATERIAL

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DE2700273A1
DE2700273A1 DE19772700273 DE2700273A DE2700273A1 DE 2700273 A1 DE2700273 A1 DE 2700273A1 DE 19772700273 DE19772700273 DE 19772700273 DE 2700273 A DE2700273 A DE 2700273A DE 2700273 A1 DE2700273 A1 DE 2700273A1
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Description

STANDARD ELEKTRIK LOkENZSTANDARD ELECTRICAL LOCATION

AKTIENGESELLSCHAFTSHARED COMPANY

STUTTGART ^ 4/UUZ/JSTUTTGART ^ 4 / UUZ / J

S.Sinernos-3S.Sinernos-3

KÖRNIGES FÜ 1,1,14ATERIAL FÜR EIlJEN OLASKERAHISCHENGRAINY FOOT 1,1,14 MATERIAL FOR EIlJEN OLASCERAHIC

WERKSTOFFMATERIAL

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein körniges Füllmaterial für einen glaskeramischen Werkstoff wie i;i Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein derartiges Füllmaterini ist aus der DT-OS 25 33 687 bekannt. Air? Füllmaterial eignen sich auch zahlreiche andere Stoffe, wie z.B. die Erdalkali halogenide. The invention relates to a granular filler material for a glass ceramic material such as i; i generic term des Claim 1 stated. Such a filling material is known from DT-OS 25 33 687. Air? Suitable filler material There are also numerous other substances, such as the alkaline earth halides.

Durch die Beimischung eines Füllmaterials zu einem glaskeramischen Werkstoff kann der Ausdehnungskoeffizient des Glaslots verändert werden. Die in der DT-OS 25 33 C87 angegebenen Füllmaterialien, z.B. GiO9, haben einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten (SiU2:5.1O /K) und eignen sich daher zur Verkleinerung des Ausdehnungskoeffizienten des Glaslots.By adding a filler material to a glass-ceramic material, the expansion coefficient of the glass solder can be changed. The filling materials specified in DT-OS 25 33 C87, eg GiO 9 , have a low expansion coefficient (SiU2: 5.1O / K) and are therefore suitable for reducing the expansion coefficient of the glass solder.

Bei der Verwendung eines glaskeranischen Werkstoffs, z.B. bei der direkten VerUapseluntr eines liallJ ei terbauelementes mit einem Glaslot, ist es wichtig, daß die Ausdehnungskoeffizienten von Glaslot und Halbleitersubstrat angenähert gleich sind. Eine Differenz der Ausdehnungskoeffizienten von * 5«10 /K ist hierbei noch zulässig.When using a glass ceramic material, E.g. when directly encapsulating a line component With a glass solder, it is important that the coefficient of expansion of glass solder and semiconductor substrate are approximately the same. A difference in the expansion coefficients of * 5 «10 / K is still permissible.

Sm/Scho
10.12.1976Sm / Scho
December 10, 1976

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G.Smernos-3G.Smernos-3

Als Beispiel für ein Halbleiterbauelement dient im Folgenden ein golddrahtcjcbondeter Transistor, der auf einem Kupferstreifen auflegiert ist. Die Verkapselung eines solchen Transistors muß bei Temperaturen unterhalb 378 Cerfolgcn, weil oberhalb dieser Temperatur Gold und üilizium ein in der Glafilotr>chmelzeAs an example of a semiconductor component, im Following is a gold wire bonded transistor that is on is alloyed with a copper strip. The encapsulation such a transistor must be used at temperatures below 378 success because above this temperature gold and silicon in the Glafilotr> melt

lösliches Kutektikum bilden. L'in Glaslot, mit dem unterhalb von 378° C eine Ve
weiter unten angegeben.Form soluble cutectic. L'in glass solder, with which a Ve
given below.

halb von 378 C eine Verkapselung möglich ist, istencapsulation is possible halfway from 378 C

Nachteilig ist hierbei, daß die AusdehnungskoeffizientenThe disadvantage here is that the expansion coefficient

dieses Glaslots (100-12O.1O~ /K) und des Kupfers (160.10~7/K) sehr unterschiedlich sind. Dies kann zu Pissen in der Verkapselung führen. Deshalb muß entweder der Ausdehnungskoeffizient des Glaslots an den des Kupfers angepaßt werden oder es muß an Stelle des Kupfers ein anderes Trägermaterial gefunden werden. Für das Trägermaterial sind Legierungen bekannt (z.B. Fe/Ni/Co-Legierung mit einem hohen Fe-Anteil), deren Ausdehnungskoeffizienten relativ gut mit dem des Glaslots übereinstimmen. Diese Legierungen sind jedoch viel teurer als Kupfer und haben eine schlechte Wärmeleitfähigkeit.this glass solder (100-12O.1O ~ / K) and copper (160.10 ~ 7 / K) are very different. This can lead to pissing in the encapsulation. Therefore either the expansion coefficient of the glass solder has to be adapted to that of the copper or another carrier material has to be found in place of the copper. Alloys are known for the carrier material (eg Fe / Ni / Co alloy with a high Fe content), the expansion coefficients of which correspond relatively well to those of the glass solder. However, these alloys are much more expensive than copper and have poor thermal conductivity.

Wie bereits erwähnt, kann dor Ausdehnungskoeffizient eines Glaslots durch Beimischen eines Füllmaterials verändert werden.As already mentioned, the coefficient of expansion can be of a glass solder can be changed by adding a filler material.

Aufgabetask

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Füllmaterial anzugeben, das einem niedrigschmelzenden glaskeramischen Werkstoff beigemischt werden kann, und das den AuscOhnunaskoeffizienten des glaskeramischen Werkstoffs so ändert, daß er dem des HalhlpiternubFtrates anfepaftt ist.It is therefore the object of the invention to provide a filler material that is a low-melting glass ceramic Material can be added, and that the AuscOhnunas coefficient of the glass-ceramic material changes so that it is attached to that of the HalhlpiternubFtrates.

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S.Sniernos-3S.Sniernos-3

Lösungsolution

Eine Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Füllnmterials ist im Anspruch 4 beschrieben. In den übrigen Patentanspriichen sind vorteilhafte Weiterbildungen rios Füll— materials bzw. des Verfahrens zur Herstellung dieses FUllmaterials angegeben.A solution to this problem is given in claim 1. A method of making such a filler material is described in claim 4. In the other patent claims, advantageous developments of rios filling- materials or the process for the production of this filling material specified.

Vorteiladvantage

Durch das neue Füllmaterial kann der Ausdehnungskoeffizient des zur Verkapselung von Halbleiterbauelementen verwendeten glaskeramischen Werkstoffs dem Trägermaterial des HaIbleiterbauelenentes angepaßt werden.The expansion coefficient the glass-ceramic material used to encapsulate semiconductor components, the carrier material of the semiconductor components be adjusted.

Beschreibungdescription

Die Erfindung wird beispielsweise für die Verkapselung eines golddrahtgebondeten Transistors, der auf einen Kupferstreifen auflegiert ist, mit einoir Glaslot beschrieben, Das Glaslot besteht beispielsweise aus folcenden Lestandteilen (es sind die Molverhä'ltriisse aThe invention is for example for the encapsulation of a gold wire bonded transistor, which is on a Copper strip is alloyed, described with a glass solder, The glass solder consists for example of folcenden L components (they are the molar ratios a

PbO : ZnO : U3O3 - 2 : 1 :1;
PbF2 : Tl2O : SiO3 i 2 : 1 : 1;PbO: ZnO: U 3 O 3-2 : 1: 1;
PbF 2 : Tl 2 O: SiO 3 i 2: 1: 1;

(PbO + ZnO + B2O3) : (PbF3 + Tl3O + ^iO3) zwischen 0:1 und 10:1 .(PbO + ZnO + B 2 O3): (PbF 3 + Tl 3 O + ^ iO 3 ) between 0: 1 and 10: 1.

Da der Ausdehnungskoeffizient des Kupfers 160.10 /K und der des Glaslots 100-120.10 /K beträgt, muß der Ausdehnungskoeffizient des FUllmaterials größer als 160.10 /K sein, denn nur so kann erreicht werden, daß der resultierende Ausdehnungskoeffizient I60.I0 /K beträgt.Since the expansion coefficient of copper is 160.10 / K and that of glass solder 100-120.10 / K, the The expansion coefficient of the filling material must be greater than 160.10 / K, because this is the only way to ensure that the resulting expansion coefficient I60.I0 / K amounts to.

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S.Smernos-3S.Smernos-3

Es ist Voraussetzung für die Verwendbarkeit eines Füllmaterials in einem Glaslot, daß die Glaslotschmelze mit dem Füllmaterial in Vtfechselwirkung tritt. Die Art dieser Wechselwirkung ist gegenwärtig noch nicht vollkommen geklärt. Es wird jedoch vermutet, daß die Glaslotschmelze das Füllmaterial in geringem Maß« chemisch angreift. Es ist dabei zu beachten, daß die Glasschmelze bei dem Verkapseln keine Temperatur, die größer als die eutektische Temperatur einer Gold-Silizium-Leaierung ist, haben darf.It is a prerequisite for the usability of a filler material in a glass solder so that the glass solder melt interacts with the filler material. The kind this interaction is not yet complete clarified. However, it is believed that the glass solder melted the filler material is chemically attacked to a small extent. It should be noted that the glass melt during the encapsulation no temperature that is higher than the eutectic temperature of a gold-silicon lamination, may have.

Versuche mit bekannten Füllmaterialien haben bei diesen Temperaturen unbefriedigende Resultate ergeben.Tests with known filling materials have given unsatisfactory results at these temperatures.

Gute Ergebnisse hingegen wurden mit einem körnigen Füllmaterial, dessen Körner rrit einer ungefähr 1 |jm dicken SiO^-Schicht überzogen wird, erzielt. Als Füllmaterial wurde CaF0, dessen AusdehnungskoeffizientOn the other hand, good results have been obtained with a granular filler material, the grains of which are covered by an approximately 1 μm thick SiO ^ layer. CaF 0 , its coefficient of expansion, was used as the filler material

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180.10 /K ist, verwendet.-7
180.10 / K is used.

Zur Herstellung dieses neuen Füllmaterials werden die CaF2-Körner in eine Lösung cinnr sili"iumorganischen Verbindung getaucht. Siliziurnorganische Verbindungen sind u.a, aus Römpps Chemie-Lexikon, 7.Auflage, 1975, Franck'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, bekannt. Als Lösungsmittel kann ein organisches Lösungsmittel verwendet werden. Machiery as Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdunstet ist, werden die CaF^-Körner, die mit der siliziumorganischen Verbindung überzogen sind, erhitzt, wobei auf den CaFn-Körnern die gewünschte SiOo-Schicht entsteht.To produce this new filler material, the CaF 2 grains are immersed in a solution of an organosilicon compound. Organosilicon compounds are known, inter alia, from Römpps Chemie-Lexikon, 7th edition, 1975, Franck'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart An organic solvent can be used.Machiery as the solvent has evaporated at room temperature, the CaF ^ grains, which are coated with the organosilicon compound, are heated, whereby the desired SiOo layer is formed on the CaFn grains.

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Das gemahlene Glaslot wird mit den mit e.inor PiO„-Schicht überzogenen CaF2-Körnern so vermischt, daß das resultierende Gemenge 10 Gewichtsprozent Füllmaterial enthält. The ground glass solder is mixed with the CaF 2 grains coated with the e.inor PiO “layer in such a way that the resulting mixture contains 10 percent by weight of filler material.

Beim Aufschmelzen des mit dem Füllmaterial vermischten Glaslots reagiert die SiO^-Schicht auf den CaF2-Körnern mit der Glasschmelze. Der resultierende Ausdehnungskoeffizient ist angenähert gleich dem des Kupfers. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, daß das Fließverhalten des Glaslots durch das neue Füllmaterial nicht beeinflußt wird.When the glass solder mixed with the filler material melts, the SiO ^ layer on the CaF 2 grains reacts with the glass melt. The resulting expansion coefficient is approximately the same as that of copper. It is particularly advantageous here that the flow behavior of the glass solder is not influenced by the new filler material.

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Claims (7)

S.Smernos-3S.Smernos-3 Pa tentansprüchePatent claims ^j, Körniges Füllmaterial für einen glaskeramischen Werkstoff, insbesondere für ein niedrigschnelzendes Glaslot zur Verkapselung von Halbleitern, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner des Füllmaterials mit einer Oxidschicht überzogen sind, die mit dem glaskeramischen Werkstoff bei Temperaturen unterhalb 40O°C in Wechselwirkung tritt. ^ j, Grainy filler material for a glass-ceramic material, in particular for a low-melting glass solder for the encapsulation of semiconductors, characterized in that the grains of the filler material are coated with an oxide layer which interacts with the glass-ceramic material at temperatures below 40O ° C. 2. Körniges Füllmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial hochschmelzend ist.2. Granular filler material according to claim 1, characterized in that the filler material has a high melting point. 3. Körniges Füllmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht eine Metalloxidschicht ist.3. Granular material of claim 1, dadurc h GEK ennzeichnet that the oxide layer is a metal oxide layer. 4. Körniges Füllmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht eine SiO0-OcJu cht ist.4. Granular filler material according to claim 1, characterized in that the oxide layer is a SiO 0 -OcJu cht. 5. Verfahren zur Herstellung dos körnigen Füllmatorials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Füllmaterial in eine Lösung einer oxidbildenden Verbindung getaucht wird, daß man das Lösuncj-mithel bei Raumtemperatur verdunsten läßt und daß die mit der oxidbildenden Verbindung überzogenen Körner des Füllmaterials erhitzt v/erden, wobei an den Oberflächen dor Körner Oxidschichten entstehen.5. A method for producing dos granular Füllmatorials according to claim 1, characterized in that the granular filler material is immersed in a solution of an oxide-forming compound, that the Lösuncj-mithel evaporate at room temperature and that the coated with the oxide-forming compound grains of the filler material heated v / ground, whereby oxide layers arise on the surfaces of the grains. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial in eine Lösung einer Metalloxid bildenden Verbindung getaucht wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the filler material is immersed in a solution of a metal oxide-forming compound. 809827/0522809827/0522 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED C . Sr.iernos-3C. Sr.iernos-3 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmater LnI in eine siliziuirorqani sehe Lösunq qetaucht wird.7. The method according to claim 5, characterized in that the filling material LnI is immersed in a silicon see solution. 809827/0522809827/0522
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