充银玻璃金属化糊剂

本发明涉及充银玻璃金属化糊剂，该糊剂特别适用于把半导体器件粘结到陶瓷基片上。

上述的申请及专利描述和要求保护一些充银玻璃配方（“糊剂”），这些配方适用于把硅半导体器件粘结到陶瓷基片上。这些糊剂能够有效地代替更贵重的金基底粘结配方。然而，尽管在上述的专利和申请中例举了银基底配方的一些优点，人们仍然希望有能提供更好性能的配方。

本发明的一个重要目的是提供属于上述种类的新型充银糊剂配方，它与所述早先的申请和专利中具体描述的糊剂相比提供了某些特殊的优点。根据本发明的一组最佳糊剂的特征是，它们可在比早先的专利和申请中具体例举的糊剂低得多的焙烧温度下使用。

本发明的另一目的是，以本发明和一个或多个早先申请为基础，更恰当地定义由早先描述的糊剂所表示的一些普通的概念。通过下文也将清楚地了解本发明的其它目的。

一般地说，本发明糊剂的基本组成是：

25%到95%的银颗粒，其颗粒的表面积至少为0.2m2/gm左右，最好是0.2-1.0m2/gm，其摇实密度至少为2.2gm/cc左右;

75%到5%的实质上无钠玻璃料，最好是高含量的硼酸铅玻璃料，其软化温度425℃以下，最好是在325℃到425℃的范围内，其热膨胀系数不高于约13ppm/℃，表面积至少为 0.3m2/gm左右，其摇实密度最高达3.6gm/cc;

一种有机液料，它的量足以使糊剂中固体物的百分数大约为75%到85%。

本发明打算在上面定义的广泛种类中提供两种特别新的最佳类型的糊剂，它们具有某些特殊和明显的优点。这些最佳实施方案的第一种包括上面指出的充银糊剂，其中的银成分是平均摇实密度至少有3gm/cc的片状粉末，最好平均摇实密度为3.2-4.0gm/cc的范围。业已发现，使用比上述的早先专利和申请中较高摇实密度银粉的糊剂，与其对应的基于片状银粉的、其摇实密度显著低于3gm/cc（比如2.8gm/cc）的糊剂相比，在使用时可得到较小的收缩率和焊缝破裂。

本发明的另外一种新的特别好的实施方案包括一种“低温”配方，也就是说能够给出使用更低焙烧温度的糊剂，所得到的粘结性能更好。一般来说，为了在半导体模片和陶瓷基片间获得最好的粘结性能，当使用上述专利和申请中具体描述的糊剂时，人们一直认为使用超过410℃左右的焙烧温度是必要的和所希望的。尽管这种焙烧温度对于多数的应用是足够的，但有某些应用，特别是在组件或元件（比如，所说的钎接，芯片支座、引线网阵等）的多层加工中，在这里，给出所要粘附强度的较低焙烧温度是特别突出的优点。例如，所指出的多层组件，与“陶瓷浸渍类”的器件相反，它包括一个用于后来与金/锡压片封接的镍和镀金的金属化密封环。通过镀金，在空气中的高焙烧温度（比如425℃或更高）可能激励在下面的镀镍，并使镍氧化，这样就使得金/锡压片很难涂湿，从而影响了要求的气密封接。本发明的低温度的配方可能有效地使用低得多的焙烧温度，比如从大约370℃到大约390℃，最好是大约370℃到375℃， 在消除使用较高焙烧温度引起缺点的同时，还提供了与高焙烧温度下所获得的等同粘附强度。结果使得可把该低温糊剂用到比如多层器件加工那样的一些应用。在这里使用高温可引起上述的缺点。

本发明的低温配方是根据一个偶然的发现，即玻璃的软化温度、片状银粉的摇实密度和表面积是相互有关的，并且对所获得的粘附强度可能有重要的和所希望的影响。通过适当地选择玻璃和片状银粉，以满足这三个条件的临界限度，就可以使得在获得要求的粘附强度的同时有效地减小焙烧温度。具体地说，业已发现，可把按照下面配方的糊剂用到多层组件的组装中，其焙烧温度大约为370℃到大约390℃到大约370℃到大约375℃，它不会有用其它要求高焙烧温度的类似糊剂时遇到的问题。该配方的要求是：玻璃料具有的软化优点范围为大约320℃到350℃;片状银粉具有的摇实密度为2.5-3.6gm/cc;片状银粉的表面积为0.7-0.9m2/gm。对于这个目的更为有利的是：玻璃料具有表面积大约为1.0m2/gm到2.5m2/gm，其摇实密度大约为2.0gm/cc到3.5gm/cc，尽管提供这种玻璃来满足指出的软化点的需要不是主要的。

图1表示把本发明的糊剂用于粘结目的情况。如图所示，把糊剂（14）用于粘结半导体，比如把一个硅模片（12）粘结到陶瓷基片（10）上。

图2为一曲线图，以图表示典型的粘附强度/焙烧温度的曲线，其中A为本发明的低温糊剂曲线，而B为一种大体上类似的糊剂的曲线。后者所用的玻璃料具有较高的软化温度，所用的片状银粉不满足低焙烧温度糊剂所要求的摇实密度和表面积的限度。

从本发明的更广的范围来说，可以把先前的专利和申请中所公开 的片状银粉或其它形状的粉末用来制造实用的糊剂。在早先申请中所公开的银粉的摇实密度至少是2.2gm/cc左右，具体公开的摇实密度为大约从2.2-2.8gm/cc。在这里可以有效地应用这种银粉，但根据其中的一个最佳实施方案，业已发现，用具有比早先公开的更高的摇实密度的片状银粉，可获得明显好的结果，即摇实密度至少为3.0gm/cc，最好为3.2-4.0gm/cc。更为有利的是，除了在低温糊剂的情况下，对玻璃软化温度、银粉摇实密度和表面积有具体的必须遵从的不同限度之外，片状银粉具有的表面积可为0.2-1.0m2/gm，而玻璃可具有：软化点温度为325℃到380℃的范围;热膨胀系数的范围为10-13ppm/℃;表面积范围为1.6-2.5m2/gm;摇振密度的范围是大约2.0-3.5gm/cc。

从本发明的最大范围来说，这种玻璃料的成分可以是我们早先的专利或申请中所公开的任何一个。例如，所指出的美国专利具体地例举了高含量的硼硅酸铅玻璃料的运用，这种玻璃料基本上是不含钠的，其所具有的软化温度、热膨胀系数、表面积和摇实密度属于上述本发明糊剂的广泛定义范围之中。在S·N.608，479中，我们也公开了高含量硼酸铅玻璃料，这种玻璃料基本上是不含二氧化硅和钠的。这里也可以使用这种玻璃料。然而，根据本发明的低温糊剂的实施方案，所用的玻璃应具有：软化温度大约为320℃到350℃，表面积大约为1.5-2.5m2/gm，摇实密度大约为2.0-3.5gm/cc。与这种玻璃一起使用的银是片状银粉，该片状银粉具有：摇实密度为2.5-3.6gm/cc，表面积为0.7-0.9m2/gm。

按照我们早先申请中所描述的那样把玻璃做成适合这里使用的玻 璃料。任何具有所指出特性的玻璃，特别是高含量硼酸铅无钠玻璃，都可用于本发明的目的。然而，最好是由PbO和B2O3组成的玻璃，通常含有70-95%的PbO和30-5%的B2O3。一种特别实用的玻璃含78%的PbO和22%的B2O3。

所用的有机液料是惰性的，很易进行配制和应用。该液料还应是易于挥发的，和/或烧掉后不留下任何不希望的残渣。使用含有少量热塑性聚合物的液料是特别有用的，比如溶解在脂族烃或醇里的丙烯酸酯或异丁烯酸酯聚合物。这些合适的液料包括上述我们的早先申请中所公开的那些。这包括甲基丙烯酸乙酯，实际的聚（甲基丙烯酸乙酯）和帖品醇的组合。然而最好是在“Texanol”中包含有聚合物（甲基丙烯酸乙酯）或类似的聚合物或树脂，该“Texanol”即是2，2，4-三甲基-1，3-戊烷二醇-异丁酸酯。一般这种聚合物或树脂将占有机液料重量的5-15%，与溶剂即帖品醇或“Texanol）一起构成了该糊剂液料的余量。

本发明的糊剂的制备和使用与我们上述早先申请中所描述的基本一样。本发明的典型应用是在按照美国专利3，497，774号制备电路组件中，用作粘结手段，这将被本技术领域的人员所认识，在该领域中，也在设想各种其它的应用。

现在通过参考下面实例进一步描述本发明：

实施例1

本实施例说明本发明的低温糊剂。把具有摇实密度为22.96gm/cc和表面积为0.8m2/gm的片状银粉末;和玻璃料（78%PbO和22%B2O3）（此玻璃料的软化点为330℃，表面积是1.2m2/gm，摇实密度为2.2gm/cc，热膨胀系数为11.3ppm/℃）一起加到含有聚甲基丙烯酸乙酯 和“Texanol”的液料中，它们的含量使得提供的糊剂含有66.4%片状银粉末，16.6玻璃（按重量计）;余量液料含有大约10%聚甲基丙烯酸乙酯。该糊剂具有的粘度为大约20KCPS，该粘度是在Brookfild    RVT粘度计上，用美国标准协会技术委员会（TC）的测量轴在25℃时以每分钟转动10次测量的。

在过去把半导体膜片粘合到合适的金属化多层陶瓷基片（即一引线网矩阵）时，发现该糊剂在峰值焙烧温度375℃上具有粘附强度大于20磅的张力。这比用相应的糊剂（用具有表面积为0.3-0.5m2/gm，摇实密度为3.0-4.0gm/cc的片状银粉末），在相同的焙烧温度下获得8磅张力的粘附强度好得多。在425℃的焙烧温度时，两种糊剂都将具有大于20磅张力的粘附强度。

图2用图解法表示本发明糊剂的粘附强度/温度曲线（曲线A）与基本相似的糊剂（曲线B）的比较，而后者是用一高软化点（370℃）的璃辣料制成的。可以看出，与由高软化点玻璃制成的糊剂相比较，曲线A在较低的温度下，以所要求的粘附强度展平了曲线。

实施例2

本实施例说明用高摇实密度片状银粉的本发明的另一个最佳实施方案。

糊剂由以下组分制备：片状银粉，其摇实密度为3.41gm/cc表面积为0.32m2/gm;表面积为2.42m2/gm的玻璃料（78%PbO和22%B2O3），摇实密度为1.96gm/cc，热膨胀系数为10.8ppm/℃，软化点温 度为360℃;以及实施例1中所用的液料。糊剂的配方是：68.8%的片状银粉，17.2%的玻璃和大约含有10%聚甲基丙烯酸乙酯的余量液料。用425℃的焙烧温度，该配方具有很好的模片粘附强度。

可在以上描述的本发明中进行各种修改。因此，在下面的权利要求中，规定了本发明的保护范围。