CN101585660A - 一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其中按质量百分含量包括以下组分：30－65％PbO，30－55％SiO₂，5－18％B₂O₃，1－10％Al₂O₃，0.5－2％Sb₂O₃，1－6％Bi₂O₃，0－3％PbF₂，0－2％CeO₂，0－2％As₂O₃，0－7％V₂O₅，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种铅硅铝系玻璃粉，它具有良好的化学稳定性和电学性能、与硅基片的膨胀系数匹配性好且具有较低的烧成温度，以及在烧成后不析出晶体，钝化层气密性好，适合应用于台面沟槽钝化工艺的三极管、可控硅以及硅半导体二极管等的钝化封装上。本发明的另一个目的是提供一种制备上述玻璃粉的方法。

Description

一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，本发明还涉及一种该玻璃粉的制备方法。

背景技术

由于半导体表面易受外界气氛的影响，为保持它的电气特性，使之长期稳定地工作，半导体元件(特别是PN结表面)除电极引线外，必须用绝缘材料完全密封。半导体元件免受外界影响的保护方法有多种多样，其中用钝化玻璃保护是目前国内外比较有效的先进方法，在半导体硅元件制作过程中被普遍地采用。因此，制备出一种具有良好的电学性能和可靠性、良好的化学稳定性、适宜的热膨胀性和较低烧成温度的铅硅铝系钝化玻璃材料，以提高半导体硅器件的稳定性、可靠性，能够适用于半导体硅器件的钝化保护和封装，将具有广泛的应用价值和广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种铅硅铝系玻璃粉，它具有良好的化学稳定性和电学性能、与硅基片的膨胀系数匹配性好且具有较低的烧成温度，以及在烧成后不析出晶体，钝化层气密性好，适合应用于台面沟槽钝化工艺的三极管、可控硅以及硅半导体二极管等的钝化封装上。

本发明的另一个目的是提供一种制备上述玻璃粉的方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其中按质量百分含量包括以下组分：

PbO      30-65％    SiO₂     30-55％

B₂O₃     5-18％     Al₂O₃    1-10％

Sb₂O₃    0.5-2％    Bi₂O₃    1-6％。

如上所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其中按质量百分含量其包括以下组分：

PbF₂     0-3％    CeO₂    0-2％

As₂O₃    0-2％    V₂O₅    0-7％。

如上所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其中还包括有质量百分含量为0-20％的低膨胀性添加剂。

如上所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其中低膨胀性添加剂为石英砂、钛酸铝(Al₂O₃·TiO₂)、钛酸铅(PbTiO₃)、堇青石中的一种或两种以上的混合物。

如上所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其中所述的低膨胀性添加剂粉体的最大粒径小于10μm。

如上所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其中所述玻璃粉的热膨胀系数为36-49×10^-7℃^-1，其烧成温度范围为700℃-800℃。

如上所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其中所述的玻璃粉能通过400目标准筛，其平均粒径为3.0±0.5μm。

一种制备半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉的方法，其中包括以下步骤：

a、将玻璃配方中各组份原料按质量百分比进行称量，充分混合均匀，得混合料；

b、将上述的混合料加入到氧化铝坩埚或白金坩埚中，再把坩埚置入高温电阻炉中，在1290-1400℃下熔解成均匀玻璃液；

c、使用耐热不锈钢水冷连续式辊轧机将玻璃液轧成0.5mm厚的碎薄玻璃片；

d、再将上述步骤c所得的碎薄玻璃片，以及低膨胀性的添加剂，按照一定的比例一起加入到刚玉罐球磨机中，进行混合球磨及粉碎，通过400目标准筛后，制得本发明所述的玻璃粉。

综上所述，本发明的有益效果：

本发明提供的铅硅铝系钝化封装用玻璃粉，具有良好的化学稳定性，优良的电学性能，抗电强度良好，较小的钝化层反向漏电电流，较低的热膨胀性，与晶体管硅片具有良好的匹配性且具有较低的烧成温度，其制备方法简便易行，钝化效果好，而且具有极低的碱金属离子含量和良好的工艺特性，具备较高的反向击穿电压和机械强度及抗热冲击能力。适用于硅半导体功率二极管的钝化及外形封装，硅晶片的台面钝化保护等领域。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述：

实施例1

按质量百分比称取以下各组分

PbO     45％     SiO₂     39.5％

B₂O₃    9.0％    Al₂O₃    3.0％

Sb₂O₃   0.5％    Bi₂O₃    3.0％。

将上述组分物料充分混合均匀，得混合料；将混合料加入到氧化铝坩埚或白金坩埚中，再把坩埚置入高温电阻炉中，在1290℃下熔解成均匀玻璃液；使用耐热不锈钢水冷连续式辊轧机将玻璃液轧成0.5mm厚的碎薄玻璃片；再将上述步骤所得的碎薄玻璃片加入到刚玉罐球磨机中，进行球磨粉碎后，通过400目标准筛，使其平均粒径为3.0±0.5μm，即得本发明所述的玻璃粉，其中所述玻璃粉的热膨胀系数为36-49×10^-7℃^-1，其烧成温度范围为700℃-800℃。

实施例2

按质量百分比称取以下各组分

PbO     43.5％   SiO₂     30％

B₂O₃    9.0％    Al₂O₃    3.0％

Sb₂O₃   0.5％    Bi₂O₃    3.0％

PbF₂    1.5％    CeO₂     0.5％

As₂O₃   2％      V₂O₅     7％

将上述组分物料充分混合均匀，得混合料；将混合料加入到氧化铝坩埚或白金坩埚中，再把坩埚置入高温电阻炉中，在1350℃下熔解成均匀玻璃液；使用耐热不锈钢水冷连续式辊轧机将玻璃液轧成0.5mm厚的碎薄玻璃片；再将上述步骤所得的碎薄玻璃片加入到刚玉罐球磨机中，进行球磨粉碎后，通过400目标准筛，使其平均粒径为3.0±0.5μm，即得本发明所述的玻璃粉，其中所述玻璃粉的热膨胀系数为36-49×10^-7℃^-1，其烧成温度范围为700℃-800℃。

实施例3

按质量百分比称取以下各组分

PbO     47％     SiO₂     35％

B₂O₃    8.0％    Al₂O₃    1.5％

Sb₂O₃   1.0％    Bi₂O₃    2.0％

V₂O₅    4.5％    CeO₂     1.0％。

将上述组分物料充分混合均匀，得混合料；将混合料加入到氧化铝坩埚或白金坩埚中，再把坩埚置入高温电阻炉中，在1380℃下熔解成均匀玻璃液；使用耐热不锈钢水冷连续式辊轧机将玻璃液轧成0.5mm厚的碎薄玻璃片；将上述步骤所得的碎薄玻璃片加入到刚玉罐球磨机中，再按质量含量为8％的添加量加入钛酸铝添加剂，该低膨胀性添加剂粉体的最大粒径小于10μm，一起进行混合球磨及粉碎后，通过400目标准筛，使其平均粒径为3.0±0.5μm，即得本发明所述的玻璃粉，其中所述玻璃粉的热膨胀系数为36-49×10^-7℃^-1，其烧成温度范围为700℃-800℃。

实施例4

按质量百分比称取以下各组分

PbO     36％      SiO₂     40％

B₂O₃    10.0％    Al₂O₃    1.5％

Sb₂O₃    2.0％    Bi₂O₃    5.0％

V₂O₅     3.5％    CeO₂     2.0％。

将上述组分物料充分混合均匀，得混合料；将混合料加入到氧化铝坩埚或白金坩埚中，再把坩埚置入高温电阻炉中，在1380℃下熔解成均匀玻璃液；使用耐热不锈钢水冷连续式辊轧机将玻璃液轧成0.5mm厚的碎薄玻璃片；将上述步骤所得的碎薄玻璃片加入到刚玉罐球磨机中，再按质量含量为20％的添加量加入堇青石添加剂，该低膨胀性添加剂粉体的最大粒径小于10μm，一起进行混合球磨及粉碎后，通过400目标准筛，使其平均粒径为3.0±0.5μm，即得本发明所述的玻璃粉，其中所述玻璃粉的热膨胀系数为36-49×10^-7℃^-1，其烧成温度范围为700℃-800℃。

对实施例1-4中的玻璃粉进行一些基本性能测试，其测试结果见表1：

表1  玻璃粉的基本性能表

玻璃粉性能	1	2	3	4
					转变温度Tg/℃	472	486	461	498
软化温度/℃	656	661	635	686
					烧成温度/℃	712	720	700	753
热膨胀系数(20-300℃)/×10-7℃-1	49	45	42	38
					化学稳定性	优良	优良	优良	优良
粒度(400目通过率)	100％	100％	100％	100％
					电学性能	良好	良好	良好	良好

Claims (8)

1、一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其特征在于按质量百分含量包括以下组分：

PbO    30-65％ SiO₂  30-55％

B₂O₃   5-18％  Al₂O₃ 1-10％

Sb₂O₃  0.5-2％ Bi₂O₃ 1-6％。

2、根据权利要求1所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其特征在于按质量百分含量其包括以下组分：

PbF₂  0-3％ CeO₂ 0-2％

As₂O₃ 0-2％ V₂O₅ 0-7％。

3、根据权利要求2所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其特征在于还包括有质量百分含量为0-20％的低膨胀性添加剂。

4、根据权利要求3所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其特征在于低膨胀性添加剂为石英砂、钛酸铝(Al₂O₃·TiO₂)、钛酸铅(PbTiO₃)、堇青石中的一种或两种以上的混合物。

5、根据权利要求4所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其特征在于所述的低膨胀性添加剂粉体的最大粒径小于10μm。

6、根据权利要求1、2、3或4所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其特征在于所述玻璃粉的热膨胀系数为36-49×10^-7℃^-1，其烧成温度范围为700℃-800℃。

7、根据权利要求5所述的一种半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉，其特征在于所述的玻璃粉能通过400目标准筛，其平均粒径为3.0±0.5μm。

8、一种制备权利要求1所述半导体钝化封装用铅硅铝系玻璃粉的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、将玻璃配方中各组份原料按质量百分比进行称量，充分混合均匀，得混合料；

b、将上述的混合料加入到氧化铝坩埚或白金坩埚中，再把坩埚置入高温电阻炉中，在1290-1400℃下熔解成均匀玻璃液；

c、使用耐热不锈钢水冷连续式辊轧机将玻璃液轧成0.5mm厚的碎薄玻璃片；

d、再将上述步骤c所得的碎薄玻璃片，以及低膨胀性的添加剂，按照一定的比例一起加入到刚玉罐球磨机中，进行混合球磨及粉碎，通过400目标准筛后，制得本发明所述的玻璃粉。