КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЛЕГКОПЛАВКОГО ПРИПОЕЧНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК C04B37/00 C03C8/24 

Изобретение относится к составам материалов, в частности к составу низкотемпературной стеклокомпозиции, используемой в электронной технике для герметизации корпусов интегральных схем (ИС). Снижение температуры спаивания композиции повышает стабильность электрических параметров интегральных схем (ИС), уменьшает коррозию металлических вводов и повышает выход годных приборов.

Известна композиция, включающая, мас. 50-55 легкоплавкого припоечного стекла (ЛПС); 38-42 титаната свинца и 6-9 силиката циркония, причем стекло, включающее РbО, В₂О₃ и SiО₂, дополнительно содержит Al₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.

PbO 84-86; B₂O₃ 12-14; SiO₂ 0,7-1,1; Al₂O₃ 0,5-1,2 [1]
Недостатком указанного материала является недостаточно низкая температура спаивания не менее 440^оС.

Известна также композиция, включающая 53-81,5 мас. стекла, содержащего, мас. В₂О₃ 12-14, SiO₂ 0,7-1,3; ZnO 0,1-2,0; ОРЗЭ 1,0-3,0; остальное РbО и 18,5-45 мас. наполнителя [2]
Однако температура спаивания композиции 400-420^оС также недостаточно низка.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является композиция, включающая, об. 50-65 порошка легкоплавкого стекла и 35-50 порошка наполнителя ( β -эвкриптита, циркона, титаната свинца и других материалов), причем порошок стекла содержит, мол. PbO 45-60; PbF₂ 0-8; B₂O₃ 25-32; ZnO 6-11; ВаО 0-5; SiO₂ 1-5; Al₂O₃ 0-4; Tl₂O 1-13 [3] что в пересчете на мас. составляет:PbO 55-75,3; PbF₂ 0-9,5; B₂O₃ 10-12,2; BaO 0-3,0; SiO₂ 0,7-1,0; Tl₂O 2,8-29,8; Аl₂O₃ 0-0,5.

Эти композиции позволяют спаивать корпуса интегральных схем (ИС) при температурах ниже 400^оС, что существенно улучшает параметры приборов. Снижение температуры спаивания данной стеклокомпозицией обеспечивается главным образом за счет содержания Tl₂O в составе стекла, входящего в данную композицию. Недостатком таллиевых стекол является их высокая токсичность в сочетании с большой летучестью, а также низкая влагостойкость. В связи с этим работа с таллиевыми составами стекол должна производиться в специально оборудованных для указанных целей помещениях при соблюдении строгих мер индивидуальной защиты.

Целью изобретения является снижение температуры спаивания, диэлектрической проницаемости, токсичности и повышение влагостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что композиция для легкоплавкого припоечного материала, содержащая 11,5-20,6 мас. кордиерита в качестве наполнителя и бесталлиевое легкоплавкое стекло, включающее В₂О₃, SiO₂, РbO, PbF₂, ZnO и Аl₂О₃, дополнительно содержит ТеО₂ при следующем соотношении компонентов, мас. В₂О₃ 10-13 SiO₂ 0,1-0,9 PbO 70-75 PbF₂ 5-10 Al₂O₃ 0,1-0,8 ZnO 0,1-1,3 TeO₂ 3,5-9,0
Таким образом, предлагается бесталлиевое легкоплавкое стекло, содержащее дополнительно TeO₂, которая существенно менее токсична, имеет относительно более высокую влагостойкость, повышает устойчивость к кристаллизации. При использовании TeO₂ в предложенной композиции удается снизить температуру герметизации до 385-395^оС.

В табл. 1 приведены конкретные составы и свойства легкоплавкого стекла для композиции в сравнении с прототипом.

В качестве наполнителя для снижения ТКЛР и диэлектрической проницаемости ε стеклокомпозиция содержит кордиерит в виде тонкодисперсного порошка (S≈3000 см²/г).

В табл. 2 приведены конкретные составы и свойства композиций.

В связи с ограниченным потреблением указанного состава для специальных приборов СВЧ-техники технология его производства является мелкосерийным и состоит в следующем: синтез ЛПС производится из химически чистых реактивов: Н₃ВО₃, SiO₂, Pb₃O₄, PbF₂, ZnO, и TeO₂ в корундовых тиглях в силитовой печи при температурах 800-900^оС. Перед отливкой стекломассу тщательно перемешивают с помощью кварцевой трубки, а затем гранулируют путем отливки на массивную металлическую плиту и прокатывания на ней металлическим валком. Полученную крошку стекла измельчают в барабане из высокосортной стали в планетарной мельнице до дисперсности 2000 см²/г. Затем к порошку ЛПС добавляют мелкодисперсный порошок кордиерита и смешивают в той же планетарной мельнице в течение 3-5 мин.

В полученную композицию добавляют раствор связующего до получения сметанообразной пасты, которую используют при нанесении на спаиваемые детали ИС. Герметизация корпусов производится путем нагревания сборки спаиваемых деталей до 385-395^оС и выдержки при этой температуре в течение ≈20 мин. Полученные изделия вакуумплотны и имеют необходимые диэлектрические параметры: tg δ ≈ 40 · 10^-4 и ε ≅ 13 в СВЧ-диапазоне.

Таким образом, предлагаемый припоечный материал обладает комплексом свойств, необходимых для герметизации микроволновых ИС СВЧ-техники при низкой температуре спаивания ≈390 ± 5^оС.

Использование: изобретение относится к составам материалов, в частности к составу низкотемпературной стеклокомпозиции, используемой в электронной технике для герметизации корпусов интегральных схем (ИС). Снижение температуры спаивания композиции повышает стабильность электрических параметров интегральных схем (ИС), уменьшает коррозию металлических вводов и повышает выход годных приборов. Сущность изобретения: композиция для легкоплавкого припоечного материала включает 11,5 - 20,6 мас.% кордиерита в качестве наполнителя и 79,4 - 88,5 мас.% легкоплавкого стекла. Стекло, включающее B₂O₃, SiO₂, Al₂O₃, PbO, PbF₂ и ZnO, дополнительно содержит TeO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%: B₂O₃ 10 - 13; SiO₂ 0,1 - 0,9; Al₂O₃ 0,1 - 0,8; PbO 70 - 75; PbF₂ 5 - 10; ZnO 0,1 - 1,3; TeO₂ 3,5 - 9. 2 табл.

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЛЕГКОПЛАВКОГО ПРИПОЕЧНОГО МАТЕРИАЛА, включающая кордиерит в качестве наполнителя и легкоплавкое стекло, содержащее B₂O₃, SiO₂, Al₂O₃, PbO, PbF₂, ZnO, отличающаяся тем, что она содержит 11,5 - 20,6 мас.% кордиерита и 79,4 - 88,5 мас.% легкоплавкого стекла, которое дополнительно содержит TeO₂ при следующем соотношении компонентов стекла, мас. %:
B₂O₃ - 10 - 13
SiO₂ - 0,1 - 0,9
Al₂O₃ - 0,1 - 0,8
PbO - 70 - 75
PbF₂ - 5 - 10
ZnO - 0,1 - 1,3
TeO₂ - 3,5 - 9,0