JPH03237036A - アルミナパッケージ用薄板状硼けい酸ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、半導体素子や電気光学素子を封入するアルミ
ナパッケージに用いる薄板状ガラスに関シ、特にＥＦＲ
ＯＭを封入するアルミナパッケージのキャップとして適
したアルミナパッケージ用薄板状ガラスに関するもので
ある。

［従来の技術］ 紫外線でメモリを消去するＥＦＲＯＭのような半導体素
子やイメージセンサのような電気光学素子は、アルミナ
パッケージに収納される。このアルミナパッケージは光
を透過させるための窓を有し、板状硼けい酸ガラスで封
止されている。このアルミナパッケージの厚さは通常数
■であり、板状ガラスはＩ　ｍｍ以上の厚みを有してい
る。

近年アルミナパッケージを配線板に実装する技術が高度
化するとともに、アルミナパッケージの小型化、薄型化
が図られている。それに伴ってこれに使用される板状ガ
ラスの厚みも薄くしなければならず、より具体的には０
゜７■以下にすることが要求されている。

ところで、アルミナパッケージに要求される高い信頼性
を満すためには、これに使用される板状ガラスは十分な
強度を有しなければならない。薄型化の要求に応えるた
めに板状ガラスの厚みを薄くすると強度が低下してしま
いアルミナパッヶジの信頼性を保証することができなく
なる。たとえばアルミナパッケージの信頼性試験として
、ヘリウムガスによって５ｋｇ”ｆ／ｃＪの圧力をアル
ミナパッケージに加えて気密性を確認する試験がある。

板状ガラスの厚みが０．７ｍｍ以下になるとヘリウム加
圧によりガラスの破損が生じゃすくなる。

そのためアルミナパッケージのキャップとして厚みが０
．７ｍｍ以下の板状ガラスを用いることは不適当である
。例えば特公平１−１４１８５号にはＥＦＲＯＭパッケ
ージ用の紫外線透過アルミナ封着用ガラスが、また特開
昭６２−６５９５４号には固体撮像素子パッケージ用の
アルミナ封着ガラスが示されているが、これらのガラス
を厚さ０．７ｍｍ以下にしてアルミナパッケージのキャ
ップとして用いると、アルミナとの封着性は良好である
がヘリウム加圧試験で破損が生じパッケージの信頼性が
確保できない。

ところでガラスの強度を増加させる方法の一つとして化
学強化法が知られている。この方法はイオン交換処理と
呼ばれ、ガラス中にあるＮａ＋イオンをそれらよりイオ
ン半径の大きいアルカリイオン、たとえばに＋イオンに
起き換えることによりガラスの表面に圧縮応力層を設は
強度を増加させるものである。例えばＮａ＋イオンを含
有するガラスを溶融ＫＮＯ３中に浸漬すると、ガラス中
のＮａ”イオンと溶融ＫＮ○、中のに＋イオンの交換反
応が起こり、ガラス表面にイオン半径の大きいＫ“イオ
ンか侵入するためガラス表面に圧縮応力層か形成される
。

ガラスは引っ張り応力で破損するが１表面に形成された
圧縮応力層の応力値が高い程、引っ張り応力を緩和して
ガラスの強度を増加させる。

［発明の解決すべき課題］ 従ってこのような化学強化を施した板状ガラスをアルミ
ナパッケージのキャップとして用いることか考えられる
。従来、化学強化用として用いられているガラスは、熱
膨張係数がアルミナのそれ（約７０　Ｘ　１０−’／’
Ｃ）と整合しておらず１アルミナとの封着に適さない。

例えば特開昭６１−２５１５４１号及び特開平１−２３
９０３６号には板状ガラスの強化に化学強化を用いるこ
とが記載されている。しかしながら、これらに示されて
いるガラスは熱膨張係数が高すぎるためアルミナとの封
着には適さない。すなわちガラスの熱膨張係数がアルミ
ナのそれより大きすぎると封着後にガラスに引っ張り応
力が発生して破損の原因となるからである。

したがって１本発明の目的はアルミナとの良好な封着が
可能で、且つアルミナパッケージの高信頼性を維持する
ことが可能なアルミナパッケージ用薄板状硼けい酸ガラ
スを提供することである。

また本発明の他の目的は、化学強化を容易に行うことが
出来るアルミナパッケージ用薄板状硼けい酸ガラスを提
供することである。

［課題解決のための手段］ 本発明は、成分としてアルカリ金属酸化物を含むアルミ
ナパッケージ用薄板状硼けい酸ガラスにおいて、３０〜
３８０°Ｃの温度範囲における熱膨張係数が５０〜７５
Ｘ１０−７／℃であり、しかも該ガラスの表面において
、前記アルカリ金属酸化物の少なくとも一つの金属イオ
ンがそれよりイオン半径の大きな他のアルカリ金属イオ
ンによってイオン交換されており、これにより、２００
ｋｇ・ｆ　／　ｃ　ｍ　２以上の表面圧縮応力を有して
いることを特徴とするアルミナパッケージ用薄板状硼け
い酸ガラスである。

また本発明のアルミナパッケージ用薄板状ガラスは、好
ましくは厚みが０．７ｍｍ以下であることを特徴とし、
さらに波長２５３．７ｎｍの紫外線を厚さ１關で４０％
以上透過することを特徴とする。

本発明のガラスの熱膨張係数を５０〜７５Ｘ　１０−７
／℃に限定したのは、５０Ｘ１０−７／℃よりも小さい
とアルミナ側に大きな引っ張り応力が発生し。

アルミナの破損につながり、逆にガラスの熱膨張係数カ
フ　５　ｘ　１０−７／℃よりも大きいとガラス側に引
っ張り応力か発生し、ガラスが破損するからである。

しかし熱膨張係数が整合しているだけでは、ガラスの厚
みを０．７關以下にすると強度低下のためにヘリウム加
圧試験で破損が生じる。そこで５０〜７５ｘｌＯ−７／
℃の熱膨張係数を有するガラスにイオン交換処理を施し
１表面に２００　ｋｇ−ｆ　／　ｃＪ以上の圧縮応力層
を形成することで厚みが０．７＋ｗ以下でも十分な強度
を有するガラスが得られ、これをアルミナパッケージの
キャップに用いた場合高信頼性を維持することができる
。

さらに波長２５３．７ｎｍにおける紫外線透過率が厚さ
１　＋ｗで４０％以上にすることによってＥＰＲＯＭを
封入するアルミナパッケージのキャップとして良好に使
用することが可能である。

また本発明者等は、化学強化の容易なガラスを検討した
。一般にガラス中のＡ１１２０３が多くなると、イオン
交換が容易になって応力値の高い表面圧縮応力層を得や
すい。しかしながらＡｌ２Ｏ３はガラスの溶融を著しく
困難にするため多量に含有することは好ましくない。　
そこで融剤として１Σ＼ Ｂ２Ｏ３を加えたガラスとした。

アルカリ金属酸化物は熱膨張係数を調整するためにその
含有量を一定範囲におさえることが必要である。また、
アルカリ金属イオンのイオン交換処理を行いやすくする
ために、ガラス中に被交換イオンの量が多くなるように
、アルカリ金属酸化物である例えばＮａ、Ｏとに２０あ
るいは（Ｌｉ２０＋Ｎａ２０）とに２０の割合を制約す
ることでイオン交換処理を有効に実施できるようにした
。

すなわち本発明のアルミナパッケージ用薄板状ガラスの
組成は１重量百分率で５ｉＯ２５５〜６４％、ＡＮｚ０
，７〜２０％、Ｂ２０，１１〜１９％、Ｌｉ２００〜８
％、Ｎａ２０７〜２０％。

Ｋ２Ｏ０〜４％、　　ＲＯＯ，５〜７％（ただしＲはＭ
ｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａをあられす）からなり、実質的に
ＺｎＯを含有しないことを特徴とし、より好ましくは（
Ｌ　ｉ２０　＋　Ｎ　ａ　２０　）　／　（Ｌ　１２０
＋Ｎａ２Ｏ＋に２０）が０．７以上であることを特徴と
する。

各成分の含有量を上記のように限定した理由は以下のと
おりである。

ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分であり。

その含有量は５５〜６４％である。５５％より少ないと
熱膨張係数が大きくなりすぎるとともに耐候性が悪化し
、ヤケによるガラス表面の変質が起こりやすくなる。６
４％より多くなると熱膨張係数が小さくなりすぎるとと
もにガラスの溶融が困難になる。

八β２０３はイオン交換を促進するのに著しい効果があ
り、その含有量は７〜２０％である。７％より少ないと
その効果がなく、２０％より多くなるとガラスの溶融が
著しく困難になる。

８２０３は熱膨張係数を大きくすることなくガラスの溶
融を促進する融剤であり、その含有量は１１〜１９％で
ある。１１％より少ないと融剤としての効果がなく、ガ
ラスの溶融が困難になる。

１９％より多くなるとガラス溶融時にガラス表面からの
蒸発が多くなり、変質層を形成して均質なガラスが得難
くなるとともに耐候性が悪化する。

Ｌｉ２Ｑは熱膨張係数を調整するとともにガラスの溶融
を著しく促進する。Ｌｉ２ＯのＬｉ＋をＮａ＋イオンお
よびに＋イオンとイオン交換処理することで、ガラス表
面に圧縮応力層ができてガラスの強化を行うことができ
、その含有量は０〜８％である。８％より多いと、ガラ
ス溶融時にガラス表面からの蒸発が多くなり、均質なガ
ラスが得難く成型後のガラスの耐候性も悪化する。

Ｎａ２０は熱膨張係数を調整するとともにガラスの溶融
を促進する。さらにＮａ２０のＮａ＋イオンをイオン交
換処理によりに＋イオンと交換することでガラス表面に
圧縮応力層ができてガラスの強化を行うことができ、そ
の含有量は７〜２０％である。７％より少ないと熱膨張
係数が小さくなりすぎるとともイオン交換処理による強
化が著しく困難になる。２０％より多いと熱膨張係数が
大きくなりすぎる。

Ｋ２ＯはＮａ２Ｏと同様に熱膨張係数を調整するととも
にガラスの溶融を促進する。しかしながらに２０はガラ
ス中のＮａ＋イオンと溶融塩中のに＋イオンとの交換を
阻害するので４％以下にする。さらにイオン交換反応が
効率良く行われるためには、Ｌｉ２０．Ｎａ２０および
に２０の割合に２０／　（Ｌ　ｉ２０＋Ｎａ２０＋に２
０）が０．３未満すなわち（Ｌ　ｉ　２０＋Ｎａ２０）
　／　（Ｌ　ｉ　２０＋Ｎａ２Ｏ＋に２０）が０．７以
上であることが好ましい。

アルカリ土類金属酸化物ＲＯ（ＭｇＯ，ＣａＯ８ｒＯお
よびＢａｄ）は、ガラスの耐候性を向上させる成分であ
り、その含有量は０．５〜７％である。０．５％より少
ないと上記の効果がなく、７％より多いとイオン交換を
阻害する。

またＺｎＯはイオン交換による表面応力値を低下させる
ため含有しない方が良い。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

次表は１本発明の実施例（試料ＮＣＬ１〜８）及び比較
例（試料Ｎｏ、９〜１２）の組成と特性を示すものであ
る。

以下余白 表に示したＮｏ、　１〜１２の各試料は１次のようにし
て調製した。

まず表に示す組成になるようにガラス原料を調製し、白
金坩堝を用いて１５００℃で４時間溶融した。溶融後、
融液をカーボン板上に流し出し。

アニールして熱膨張係数の測定を行った。

また上記ガラス融液を２０　Ｘ　１０　Ｘｏ、３５ｍ１
１の薄板状に成形加工した後、ＫＮＯ３中に浸漬して表
の化学処理条件でイオン交換することによってその表面
に圧縮応力層を形成した。その後１表面応力計（東芝硝
子株式会社製ＦＳＸ−６０）を用いて表面応力を測定し
た。その値を表に示す。

次にこれらの薄板状ガラス周縁にフリットガラスを塗布
し１図面に示すようにアルミナ基板に封着した。図中で
、１は薄板状ガラス、２はフリットガラス、３はアルミ
ナ基板を各々示す。これらの試料についてヘリウム加圧
試験及び熱シヨツク試験を行った。その結果を表に示す
。

さらに上記融液を形成加工して２０Ｘ１０Ｘ１間の板状
ガラスを作製し、これらの波長２５３．７ｎｍにおける
紫外線透過率を測定した。その値も表に示す。

表から明らかなように１本発明の実施例であるＮｏ、　
１〜８の各試料は、熱膨張係数が６６．２〜７４．３Ｘ
１０−’／℃であるためアルミナとの封着性に優れてい
る。

またイオン交換により４５５０ｋｇ”ｆ／ｃ−以上の表
面圧縮応力層が形成された。このことからイオン交換処
理に適していることがわかる。

またヘリウム加圧試験、熱シヨツク試験ともに破損が起
こらず高い強度を示した。

さらにいずれも波長２５３．７ｎｍで８２％以上の高い
紫外線透過率を有していた。

一方イオン交換しなかった比較例であるＮ０９９の試料
及び５０ｋｇ−ｆ／ｃ−の表面圧縮応力層が形成された
Ｎｏ、　１０の試料は、いずれもヘリウム加圧試験で破
損が生じた。またＮｏ、　１１の試料は熱膨張係数が大
きすぎてアルミナのそれと整合しないため。

熱シヨツク試験で破損が生じた。さらにＮｏ、　１２の
試料はＺｎＯを含有するために充分な表面圧縮重　４ ５ 力値が得られず、ヘリウム加圧試験で破損が生じた。

尚２表中の熱膨張係数は示差熱膨張計で３０〜３８０℃
の温度範囲の平均熱膨張係数を測定したものである。

［発明の効果］ 以上のように、本発明のアルミナパッケージ用薄板状ガ
ラスは、アルミナとの封着性に優れている上に、厚さ０
．７ｍｍ以下でも充分な強度を有しているので、半導体
素子や電気光学素子を封入する高密度実装用薄型アルミ
ナパッケージのキャップ用ガラスに適しており１特にＥ
ＰＲＯＭ用薄型アルミナパッケージのキャップ用ガラス
として好適である。

【図面の簡単な説明】

図面は、薄板状ガラスをフリットガラスによって封着し
たアルミナ基板の断面図である。 １・・・薄板状ガラス、２・・・フリットガラス　３・
・手続補正書（自船 平成２年７０月３　日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、成分としてアルカリ金属酸化物を含むアルミナパッ
   ケージ用薄板状硼けい酸ガラスにおいて、３０〜３８０
   ℃の温度範囲における熱膨張係数が５０〜７５×１０＾
   −＾７／℃であり、しかも該ガラスの表面において、前
   記アルカリ金属酸化物の少なくとも一つの金属イオンが
   それよりイオン半径の大きな他のアルカリ金属イオンに
   よってイオン交換されており、これにより、２００ｋｇ
   ・ｆ／ｃｍ＾２以上の表面圧縮応力を有していることを
   特徴とするアルミナパッケージ用薄板状硼けい酸ガラス
   。 ２、０．７ｍｍ以下の厚みを有することを特徴とする請
   求項第１項のアルミナパッケージ用薄板状硼けい酸ガラ
   ス。 ３、波長２５３．７ｎｍの紫外線に対する厚み１ｍｍに
   おける紫外線透過率が４０％以上であることを特徴とす
   る請求項第１項のアルミナパッケージ用薄板状硼けい酸
   ガラス。 ４、重量比で、ＳｉＯ＿２５５〜６４％、Ａｌ＿２Ｏ＿
   ３７〜２０％、Ｂ＿２Ｏ＿３１１〜１９％、Ｌｉ＿２Ｏ
   ０〜８％、Ｎａ＿２Ｏ７〜２０％、Ｋ＿２Ｏ０〜４％、
   およびＲＯ０．５〜７％（ここで、ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓ
   ｒ、およびＢａを表す）からなり、実質的にＺｎＯを含
   有しないことを特徴とする請求項第１項のアルミナパッ
   ケージ用薄板状硼けい酸ガラス。 ５、上記Ｌｉ＿２Ｏ、Ｎａ＿２ＯおよびＫ＿２Ｏの重量
   比は、（Ｌｉ＿２Ｏ＋Ｎａ＿２Ｏ）／（ＬＩ＿２Ｏ＋Ｎ
   ａ＿２Ｏ＋Ｋ＿２Ｏ）が０．７以上となるように調整さ
   れていることを特徴とする請求項第４項のアルミナパッ
   ケージ用薄板状硼けい酸ガラス。