JP2006096575A - Method of manufacturing cover glass for semiconductor package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体パッケージ用カバーガラスの製造方法に関し、より具体的には、固体撮像素子を収納する半導体パッケージの前面に取り付けられ、固体撮像素子を保護すると共に透光窓として使用するのに適した半導体パッケージ用カバーガラスの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a cover glass for a semiconductor package, and more specifically, is attached to the front surface of a semiconductor package that houses a solid-state image sensor, and is suitable for protecting the solid-state image sensor and using it as a light-transmitting window. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor glass cover glass.
固体撮像素子の前面には、半導体素子の保護のため、平板状の透光面を有するカバーガラスが配設される。このカバーガラスは、アルミナ等のセラミック材料や金属材料、或いは樹脂材料で形成されたパッケージに、各種の有機樹脂や低融点ガラスからなる接着材を用いて封着され、パッケージの内部に収納された固体撮像素子を保護すると共に可視光線等の透光窓として機能する。 A cover glass having a flat light-transmitting surface is disposed on the front surface of the solid-state imaging device to protect the semiconductor device. This cover glass was sealed in a package formed of a ceramic material such as alumina, a metal material, or a resin material using adhesives made of various organic resins or low-melting glass, and stored inside the package. It protects the solid-state image sensor and functions as a transparent window for visible light and the like.
固体撮像素子として、現在多く用いられている光半導体には、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)がある。CCDは、高精細な画像を取り込むため、主にビデオカメラに搭載されていたが、近年、画像のデータ処理の利用が加速する中で、急激に利用範囲が拡大している。特にデジタルスチルカメラや携帯電話に搭載され、高精細な画像を電子情報データに変換するために多く用いられるようになってきている。またCMOSは、相補型金属酸化物半導体とも呼ばれ、CCDに比較して小型化が可能であり、消費電力も5分の1程度と少なく、さらにマイクロプロセッサの製造工程を利用できるため、設備投資に費用が嵩まず、安価に製造することができる等の利点があり、携帯電話や小型パソコンといった画像入力デバイスに搭載されることが多くなってきている。 Optical semiconductors that are widely used at present as solid-state imaging devices include a charge coupled device (CCD) and a complementary metal oxide semiconductor (CMOS). CCDs are mainly mounted on video cameras in order to capture high-definition images, but in recent years, the use range of images has been rapidly expanded as the use of image data processing has accelerated. In particular, they are mounted on digital still cameras and mobile phones, and are increasingly used to convert high-definition images into electronic information data. CMOS, also called complementary metal oxide semiconductor, can be downsized compared to a CCD, consumes less than 1/5 power, and can utilize the manufacturing process of a microprocessor. However, it is advantageous in that it is inexpensive and can be manufactured at low cost, and it is increasingly installed in image input devices such as mobile phones and small personal computers.
ところで固体撮像素子は、カバーガラスから放出されるα線によりソフトエラーを生じるため、カバーガラスには、α線を放出する放射性同位元素の少ないことが要求されている。放射性同位元素の中でも、特にウラン(U)とトリウム(Th)のα線放出量が多く、問題となりやすい。 By the way, since a solid-state imaging device generates a soft error due to α rays emitted from the cover glass, the cover glass is required to have a small amount of radioactive isotopes that emit α rays. Among radioisotopes, the amount of alpha rays emitted from uranium (U) and thorium (Th) is particularly large, which is likely to be a problem.
ガラス中のU、Thは、主にガラス原料や製造工程から混入する。そのためガラス原料としてU、Thの少ない高純度原料を使用したり、ガラスの溶融工程や加工工程において、U、Thが混入したり、ガラス表面に付着しないような試みがなされている。(例えば特許文献1、2)
ところで半導体パッケージ用カバーガラスの表面(両方の透光面)は、平坦で、透明であることが要求されるため、その表面には研磨加工が施される。この研磨加工には、研磨剤(CeO2)が使用されるが、CeO2は、不純物としてUやThを含有しており、これがカバーガラスに付着すると、カバーガラスからのα線放出量が多くなる。カバーガラスに付着したCeO2は、洗浄によって大部分が取り除かれるが、表面(透光面)以外の端部は切断面や荒ズリ面であるため、そこに固着したCeO2は、洗浄しても残存しやすく、完全に取り除くことは非常に困難である。 By the way, since the surface (both light-transmitting surfaces) of the cover glass for a semiconductor package is required to be flat and transparent, the surface is subjected to polishing. In this polishing process, an abrasive (CeO 2 ) is used, but CeO 2 contains U and Th as impurities, and if this adheres to the cover glass, the amount of α-rays emitted from the cover glass is large. Become. Most of the CeO 2 adhering to the cover glass is removed by washing, but since the end other than the surface (translucent surface) is a cut surface or a rough surface, the CeO 2 adhering thereto is washed. However, it is very difficult to remove them completely.
近年、固体撮像素子用カバーガラスには、益々平坦性の要求が高くなり、例えば表面粗さ(Ra)が1.0nm以下であることが望まれている。そのためカバーガラスの研磨時間を長くする必要が生じ、カバーガラスの端部に固着するCeO2量が増加する傾向にある。 In recent years, there is an increasing demand for flatness in cover glass for solid-state imaging devices, and for example, it is desired that the surface roughness (Ra) be 1.0 nm or less. Therefore, it is necessary to lengthen the polishing time of the cover glass, and the amount of CeO 2 adhering to the end portion of the cover glass tends to increase.
このような事情から、特許文献2では、カバーガラスの端部の凹凸部を酸処理、エッチングなどのよって事前に平滑化することにより、研磨中にCeO2が固着するのを防いだり、或いはカバーガラスを研磨した後、端部の表面層を酸処理、エッチング等により除去することが提案されている。 Under such circumstances, in Patent Document 2, the uneven portion at the end of the cover glass is smoothed in advance by acid treatment, etching, or the like, thereby preventing CeO 2 from being fixed during polishing, or covering the cover glass. After polishing the glass, it has been proposed to remove the surface layer at the end by acid treatment, etching or the like.
しかしながら現在、市販や試作されている固体撮像素子用カバーガラスは、縦1〜30mm、横1〜30mm、厚み0.3〜1.5mm程度のガラス小片であるため、研磨時の作業性が悪く、しかもこのようなカバーガラスを研磨するには、これを固定できる特別な研磨装置が必要となるため、生産コストが上昇するという問題がある。特にカバーガラスが、縦10mm以下、横10mm以下、厚み1.0mm以下の超小型薄肉になると、研磨効率が極端に低下するため問題が大きい。 However, since the cover glass for solid-state image sensors currently commercially available or prototyped is a glass piece having a length of 1 to 30 mm, a width of 1 to 30 mm, and a thickness of about 0.3 to 1.5 mm, workability during polishing is poor. Moreover, in order to polish such a cover glass, a special polishing apparatus capable of fixing the cover glass is required, which raises a problem of an increase in production cost. In particular, when the cover glass becomes ultra-small and thin with a length of 10 mm or less, a width of 10 mm or less, and a thickness of 1.0 mm or less, the polishing efficiency is extremely lowered, which is a serious problem.
さらにカバーガラスの表面を研磨した後、その端部をエッチングで除去すると、カバーガラスに固着していたCeO2がエッチング溶液に混入し、それが再度カバーガラスの一部に付着し、α線放出量を増加させる虞れもある。 Further, after polishing the surface of the cover glass, when the edge thereof is removed by etching, CeO 2 fixed to the cover glass is mixed into the etching solution, and it adheres to a part of the cover glass again, and emits α rays. There is also a risk of increasing the amount.
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、表面の研磨を容易に行うことができ、またUやThを含む研磨剤が表面に付着することに起因するカバーガラスのα線放出量の増大を防ぐことが可能な半導体パッケージ用カバーガラスの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can easily polish the surface, and the amount of α-ray emission from the cover glass caused by the adhesion of an abrasive containing U and Th to the surface. It aims at providing the manufacturing method of the cover glass for semiconductor packages which can prevent an increase.
上記技術的課題を解決するためになされた本発明の半導体パッケージ用カバーガラスの製造方法は、大板ガラスの表面を研磨加工した後、その周縁部を除去すると共に、内側部分を細断加工することによって、α線放出量が0.01c/cm2・hr以下のガラス小片を作製することを特徴とする。 The method for manufacturing a cover glass for a semiconductor package of the present invention, which has been made to solve the above technical problem, comprises polishing the surface of a large plate glass, then removing the peripheral portion thereof, and chopping the inner portion. In this way, a glass piece having an α-ray emission amount of 0.01 c / cm 2 · hr or less is produced.
本発明の半導体パッケージ用カバーガラスの製造方法によると、大板ガラスの表面(両方の透光面)を研磨加工するため、従来のようにカバーガラス(ガラス小片)を作製してから、表面を研磨するのに比べて、ハンドリング性に優れ、また特別な研磨装置が不要であるため、研磨コストの削減を図ることが可能である。 According to the method for manufacturing a cover glass for a semiconductor package of the present invention, since the surface of the large plate glass (both light-transmitting surfaces) is polished, the cover glass (glass piece) is produced as before, and then the surface is polished. Compared with this, the handling property is excellent and a special polishing apparatus is not required, so that the polishing cost can be reduced.
また通常、大板ガラスの表面を研磨すると、その周端部に固着した研磨剤は、洗浄しても取り除けないが、本発明では、後工程で、周縁部を除去するため、この部分がカバーガラス(製品)として使用されることはない。つまり本発明では、大板ガラスの周縁部を除く内側部分を細断加工して製品(カバーガラス)を作製するため、カバーガラスの表面や端部には研磨剤が残存せず、研磨剤中のU、Thに起因するα線放出量の増大を完全に防止することが可能となる。 Moreover, normally, when the surface of a large plate glass is polished, the abrasive fixed to the peripheral edge portion cannot be removed by washing, but in the present invention, this portion is a cover glass because the peripheral portion is removed in a later step. It is never used as a (product). In other words, in the present invention, since the inner portion excluding the peripheral portion of the large plate glass is shredded to produce a product (cover glass), no abrasive remains on the surface or end of the cover glass, It is possible to completely prevent an increase in the amount of α-ray emission due to U and Th.
本発明の半導体パッケージ用カバーガラスの製造方法は、大板ガラスの表面を研磨加工した後、その周縁部を除く内側部分を細断加工し、α線放出量が0.01c/cm2・hr以下のガラス小片を作製するものである。 In the method for producing a cover glass for a semiconductor package according to the present invention, after polishing the surface of a large plate glass, the inner portion excluding the peripheral portion is shredded, and the amount of α-ray emission is 0.01 c / cm 2 · hr or less The glass piece is made.
本発明においては、まず大板ガラスの表面を研磨加工する。使用する大板ガラスの面積が大きくなるほど、多数枚のカバーガラスを採取でき、生産性が向上するため好ましいが、面積が極端に大きくなると、精密な研磨加工が困難となる。よって大板ガラスの大きさは、縦50〜1000mm(好ましくは100〜700mm)、横50〜1500mm(好ましくは100〜700mm)が適当である。また研磨する前の大板ガラスの厚みは、ガラスの強度や加工性等を考慮すると、0.5〜2mmに設定するのが適当である。 In the present invention, the surface of the large plate glass is first polished. The larger the area of the large glass to be used, the more cover glass can be collected, which is preferable because productivity is improved. However, when the area becomes extremely large, precise polishing becomes difficult. Therefore, the size of the large plate glass is suitably 50 to 1000 mm (preferably 100 to 700 mm) and 50 to 1500 mm (preferably 100 to 700 mm). Further, the thickness of the large glass before polishing is suitably set to 0.5 to 2 mm in consideration of the strength and workability of the glass.
また本発明において、大板ガラスの周縁部の除去や内側部分の細断加工は、切断法によって行えば良い。切断法としては、大板ガラスの周縁部を切断機で切断したり、ダイヤモンドチップやレーザー光線などによってスクライブ線を形成してから折り割る方法が取られる。大板ガラスの細断加工は、碁盤目状に切断すれば良い。つまり大板ガラスを縦方向に所定間隔(例えば1〜30mmピッチ)で切断した後、さらに横方向に所定間隔(例えば1〜30mmピッチ)で切断すれば良い。また大板ガラスの周縁部は、できるだけ小さな幅で除去することが望ましい。つまり周縁部の幅が小さくなるほど、製品となる内側部分の面積が増えるからである。よって周縁部の幅は、1〜15mm、好ましくは3〜10mmが適当である。 In the present invention, the removal of the peripheral portion of the large glass and the shredding of the inner portion may be performed by a cutting method. As the cutting method, a method of cutting the peripheral edge portion of the large plate glass with a cutting machine or forming a scribe line with a diamond tip or a laser beam and then folding it is taken. What is necessary is just to cut | disconnect large plate glass in a grid shape. That is, the large glass sheet may be cut in the vertical direction at a predetermined interval (for example, 1 to 30 mm pitch), and further cut in the horizontal direction at a predetermined interval (for example, 1 to 30 mm pitch). Further, it is desirable to remove the peripheral edge portion of the large glass plate with the smallest possible width. That is, as the width of the peripheral edge portion decreases, the area of the inner portion that becomes the product increases. Therefore, the width of the peripheral edge is 1 to 15 mm, preferably 3 to 10 mm.
また大板ガラスの周縁部の除去は、内側部分を細断加工する前に行っても良いし、内側部分を細断加工する時に同時に行っても良い。つまり、予め大板ガラスの周縁部を除去(切断)してから、周縁部以外の部分(内側部分)を所定の寸法に細断加工しても良いし、或いは大板ガラスを細断加工する時に、内側部分のみを製品として使用し、周縁部を除去しても良い。尚、省資源化の観点から、周縁部は、ガラス原料(ガラスカレット)として再利用することが望ましい。 Further, the removal of the peripheral edge of the large glass may be performed before the inner portion is shredded, or may be performed at the same time when the inner portion is shredded. That is, after removing (cutting) the peripheral edge of the large plate glass in advance, a portion other than the peripheral portion (inner portion) may be shredded to a predetermined size, or when shredding the large glass, Only the inner part may be used as a product and the peripheral part may be removed. In addition, it is desirable to reuse a peripheral part as a glass raw material (glass cullet) from a viewpoint of resource saving.
また本発明の半導体パッケージ用カバーガラスは、α線放出量が0.01c/cm2・hr以下であるため、α線に起因する固体撮像素子のソフトエラーを抑えることができる。固体撮像素子は、高画素化、小型化に伴って、ますますα線に起因するソフトエラーが発生しやすくなっているため、カバーガラスのα線放出量は、0.005c/cm2・hr以下、さらには0.003c/cm2・hr以下にすることが好ましい。また、このような低α線を達成するためには、カバーガラスの製造に際し、放射性同位元素(U、Th等)の少ない高純度原料を使用したり、原料を溶融する溶融槽を、放射性同位元素の少ない耐火物や白金から形成する等の対策を採ることが望ましい。また、このようにカバーガラスのα線放出量を減少するためには、ガラス中のU量を5ppb以下、Th量を10ppb以下、さらにはU量を2ppb以下、Th量を8ppb以下にすることが望ましい。尚、Thのα線放出量は、Uのα線放出量の約1/10と言われており、ガラス中のThの許容量は、Uの許容量に比べて多くなる。 In addition, since the cover glass for a semiconductor package of the present invention has an α-ray emission amount of 0.01 c / cm 2 · hr or less, a soft error of the solid-state imaging device due to the α-ray can be suppressed. Since solid-state image sensors are becoming more susceptible to soft errors due to alpha rays as the number of pixels increases and the size is reduced, the alpha emission amount of the cover glass is 0.005 c / cm 2 · hr. In the following, it is more preferable to set it to 0.003 c / cm 2 · hr or less. In order to achieve such low α-rays, a high-purity raw material with little radioisotope (U, Th, etc.) is used in the production of the cover glass, or a melting tank for melting the raw material is used in a radioactive isotope. It is desirable to take measures such as forming from refractories with few elements and platinum. Further, in order to reduce the α-ray emission amount of the cover glass in this way, the U amount in the glass is 5 ppb or less, the Th amount is 10 ppb or less, the U amount is 2 ppb or less, and the Th amount is 8 ppb or less. Is desirable. The amount of α emitted from Th is said to be about 1/10 of the amount of α emitted from U, and the allowable amount of Th in the glass is larger than the allowable amount of U.
また本発明では、大板ガラスを細断加工することによって得られたガラス小片の端部を面取りすることが好ましい。その理由は、ガラスを細断加工した後の切断面は、非常に荒く、そこからガラスチップが発生し、カバーガラスの表面(透光面)を汚染したり、クラックやカケが発生しやすいからである。このカバーガラスの面取りは、エッチング処理法によって行うと、非常に滑らかな端面(R面)が得られるため好ましい。エッチング処理法としては、ガラス小片の少なくとも端部を、フッ酸またはこれと同等のガラスに対して侵食性を有する溶液、例えばHF−H2O系、HF−H2SO4(又はHCl、HNO3、CH3COOH)−H2O系、NH4F−H2O系等の各種溶液に浸漬する方法が採られる。 Moreover, in this invention, it is preferable to chamfer the edge part of the glass piece obtained by shredding large plate glass. The reason is that the cut surface after shredding the glass is very rough, and glass chips are generated from it, which easily contaminates the surface of the cover glass (translucent surface), and cracks and chips are likely to occur. It is. The chamfering of the cover glass is preferably performed by an etching method because a very smooth end surface (R surface) is obtained. As an etching treatment method, at least the end portion of the glass piece is subjected to a solution eroding with hydrofluoric acid or an equivalent glass such as HF-H 2 O, HF-H 2 SO 4 (or HCl, HNO). 3 , CH 3 COOH) —H 2 O system, NH 4 F—H 2 O system and the like.
また本発明の方法によると、大板ガラスの表面を長時間に亘って研磨しても、製品であるカバーガラスに研磨剤が残存することがない。そのため、例えばカバーガラスの透光面の表面粗さ(Ra)が1.0nm以下となるように長時間研磨しても、研磨剤中のU、Thに起因するα線放出の問題が発生することがない。カバーガラスは、透光面の表面粗さ(Ra)が小さくなるほど、透光面の散乱光に起因する素子の誤動作の発生率が低下し、また異物等を検知する画像検査の精度が向上するため、0.5nm以下、さらには0.3nm以下にすることが好ましい。尚、表面粗さ(Ra)は、表面平滑性の品位を表すものであり、JIS B0601−1994で定義された算術平均粗さ(arithmetical mean roughness)に基づく試験方法を適用することによって測定することができる。 Further, according to the method of the present invention, even if the surface of the large plate glass is polished for a long time, the abrasive does not remain on the cover glass as a product. Therefore, for example, even if polishing is performed for a long time so that the surface roughness (Ra) of the light-transmitting surface of the cover glass is 1.0 nm or less, a problem of α-ray emission due to U and Th in the polishing agent occurs. There is nothing. In the cover glass, as the surface roughness (Ra) of the light-transmitting surface decreases, the incidence of malfunction of the element due to scattered light on the light-transmitting surface decreases, and the accuracy of image inspection for detecting foreign matter and the like improves. For this reason, the thickness is preferably 0.5 nm or less, more preferably 0.3 nm or less. The surface roughness (Ra) represents the quality of the surface smoothness and is measured by applying a test method based on the arithmetic mean roughness defined in JIS B0601-1994. Can do.
また上記したようにCCDやCMOSに使用される半導体パッケージ用カバーガラスは、透光窓として使用されるため、ガラス内部に泡、脈理、結晶、白金ブツ等が存在しないことが要求される。また、この種のガラスは、長期に亘って表面品位が低下しないように耐候性に優れ、アルカリ溶出量が1.0mg以下(好ましくは0.1mg以下、より好ましくは0.05mg以下)であることが要求される。すなわちビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistant)等の機器は、屋外で使用されることがあるため、安定した耐候性を有し、屋外で過酷な環境下で使用されても表面品位が低下しないといった特性を併せ持つものでなければならない。そのため特にこの用途に使用されるカバーガラスには、アルカリ溶出量を少なくすることによって耐候性を向上することが望まれる。また、この種のガラスは、30〜380℃の温度範囲における平均熱膨張係数が30〜85×10-7/℃であり、有機樹脂や低融点ガラスからなる接着材を用いてアルミナパッケージ(約70×10-7/℃)や各種樹脂パッケージと封着しても、内部に歪みが発生せず、長期間に亘って良好な封着状態を保つことができることも要求される。カバーガラスの好ましい熱膨張係数は、35〜80×10-7/℃、より好ましい熱膨張係数は50〜75×10-7/℃である。 Further, as described above, the cover glass for a semiconductor package used for a CCD or CMOS is used as a light-transmitting window, so that it is required that bubbles, striae, crystals, platinum defects, etc. do not exist inside the glass. Further, this type of glass has excellent weather resistance so that the surface quality does not deteriorate over a long period of time, and the alkali elution amount is 1.0 mg or less (preferably 0.1 mg or less, more preferably 0.05 mg or less). Is required. That is, devices such as video cameras, digital still cameras, mobile phones, and PDAs (Personal Digital Assistants) may be used outdoors, so they have stable weather resistance and are used outdoors in harsh environments. However, the surface quality must not be deteriorated. Therefore, it is desired that the weather resistance be improved by reducing the alkali elution amount particularly in the cover glass used for this purpose. Further, this type of glass has an average coefficient of thermal expansion of 30 to 85 × 10 −7 / ° C. in a temperature range of 30 to 380 ° C., and an alumina package (about approx. 70 × 10 −7 / ° C.) and various resin packages, it is also required that a good sealing state can be maintained over a long period of time without distortion occurring. A preferable thermal expansion coefficient of the cover glass is 35 to 80 × 10 −7 / ° C., and a more preferable thermal expansion coefficient is 50 to 75 × 10 −7 / ° C.
このような要求特性を満足するため、質量%で、SiO2 58〜75%、Al2O3 0.5〜15%、B2O3 5〜25%、アルカリ金属酸化物 1〜20%、アルカリ土類金属酸化物 0〜20%、ZnO 0〜10%の基本組成を含有するカバーガラスを採用することが望ましい。 To satisfy such required properties, in mass%, SiO 2 58~75%, Al 2 O 3 0.5~15%, B 2 O 3 5~25%, alkali metal oxides 1-20%, It is desirable to employ a cover glass containing a basic composition of alkaline earth metal oxides 0-20% and ZnO 0-10%.
上記のガラスを構成する各成分の限定理由を以下に示す。 The reasons for limitation of each component constituting the above glass are shown below.
SiO2は、ガラスを構成する骨格となる主成分であり、ガラスの耐候性を向上するのに効果があるが、多くなりすぎると、ガラスの高温粘度が上昇し、溶融性が悪化する。よってSiO2の含有量は、58〜75%、好ましくは58〜72%、より好ましくは60〜70%、最も好ましくは60〜68.5%である。 SiO 2 is a main component serving as a skeleton constituting the glass, and is effective in improving the weather resistance of the glass. However, when the amount is too large, the high temperature viscosity of the glass is increased and the meltability is deteriorated. Therefore, the content of SiO 2 is 58 to 75%, preferably 58 to 72%, more preferably 60 to 70%, and most preferably 60 to 68.5%.
Al2O3もガラスの耐候性を向上する成分であるが、多くなりすぎると、ガラスの高温粘度が上昇し、溶融性が悪化する傾向がある。よってAl2O3の含有量は、0.5〜15%、好ましくは1.1〜12%、より好ましくは3.5〜12%、最も好ましくは6〜11%である。 Al 2 O 3 is also a component that improves the weather resistance of the glass, but if it is too much, the high-temperature viscosity of the glass tends to increase and the meltability tends to deteriorate. Therefore, the content of Al 2 O 3 is 0.5 to 15%, preferably 1.1 to 12%, more preferably 3.5 to 12%, and most preferably 6 to 11%.
B2O3は、融剤として働き、ガラスの粘性を下げ、溶融性を改善する成分である。しかしB2O3が多くなりすぎると、ガラスの耐候性が低下する傾向がある。よってB2O3の含有量は、5〜25%、好ましくは9〜20%、より好ましくは11〜18%、最も好ましくは12〜18%である。 B 2 O 3 is a component that acts as a flux, lowers the viscosity of the glass, and improves the meltability. However, if the amount of B 2 O 3 increases too much, the weather resistance of the glass tends to decrease. Therefore, the content of B 2 O 3 is 5 to 25%, preferably 9 to 20%, more preferably 11 to 18%, and most preferably 12 to 18%.
アルカリ金属酸化物(Na2O、K2O、Li2O)は、ガラスの粘性を下げ、溶融性を改善すると共に、熱膨張係数を効果的に調整する成分であるが、多量に含有すると、ガラスの耐候性が著しく悪化する。よってアルカリ金属酸化物の含有量は、1〜20%、好ましくは5〜18%、より好ましくは7〜13%である。 Alkali metal oxides (Na 2 O, K 2 O, Li 2 O) are components that lower the viscosity of the glass, improve the meltability, and effectively adjust the coefficient of thermal expansion. The weather resistance of the glass is significantly deteriorated. Therefore, the content of the alkali metal oxide is 1 to 20%, preferably 5 to 18%, more preferably 7 to 13%.
アルカリ土類金属酸化物(MgO、CaO、SrO、BaO)は、ガラスの耐候性を向上すると共に、ガラスの粘性を下げ、溶融性を改善する成分であるが、多くなりすぎると、ガラスが失透しやすくなると共に密度が上昇する傾向にある。よってアルカリ土類金属酸化物の含有量は0〜20%、好ましくは0.5〜18%、より好ましくは1〜18%である。 Alkaline earth metal oxides (MgO, CaO, SrO, BaO) are components that improve the weather resistance of the glass, lower the viscosity of the glass, and improve the meltability. It tends to be transparent and the density tends to increase. Therefore, the content of the alkaline earth metal oxide is 0 to 20%, preferably 0.5 to 18%, more preferably 1 to 18%.
特にCaOは、比較的容易に高純度原料を入手でき、ガラスの溶融性と耐候性を著しく改善する成分であり、0.5〜10%、さらには1〜8%含有させることが好ましい。またBaOとSrOは、密度を上昇させやすいため、ガラスの軽量化を考慮する場合は、これらの含有量を合量で13%以下、好ましくは10%以下、さらに好ましくは7%以下に規制すべきである。またBaOとSrOは、原料中に放射性同位元素を含みやすいため、各々3%以下、さらには1.4%以下に規制することが好ましい。 In particular, CaO is a component for which a high-purity raw material can be obtained relatively easily and the melting property and weather resistance of glass are remarkably improved, and is preferably contained in an amount of 0.5 to 10%, more preferably 1 to 8%. Moreover, since BaO and SrO tend to increase the density, when considering the weight reduction of the glass, the total content is restricted to 13% or less, preferably 10% or less, more preferably 7% or less. Should. Moreover, since BaO and SrO are easy to contain a radioisotope in a raw material, it is preferable to regulate each to 3% or less, and further 1.4% or less.
ZnOは、耐候性を向上する効果に優れ、またガラスの溶融性を改善し、溶融ガラスからB2O3やアルカリ金属酸化物が揮発するのを抑制するのに効果がある。特にAl2O3の含有量が3%以下の場合は、耐候性が著しく低下する傾向にあるため、ZnOを2%以上、さらには4.5%以上含有させることが好ましい。ただしZnOを多量に含有すると、ガラスが失透しやすくなり、また密度が上昇するため、10%以下、好ましくは9%以下、さらに好ましくは6%以下に抑えるべきである。 ZnO is excellent in the effect of improving the weather resistance, improves the meltability of the glass, and is effective in suppressing the volatilization of B 2 O 3 and alkali metal oxides from the molten glass. In particular, when the content of Al 2 O 3 is 3% or less, the weather resistance tends to be remarkably lowered, so that ZnO is preferably contained in an amount of 2% or more, more preferably 4.5% or more. However, if ZnO is contained in a large amount, the glass tends to be devitrified and the density increases, so it should be suppressed to 10% or less, preferably 9% or less, more preferably 6% or less.
さらに本発明では、上記成分以外にも、ガラスの特性を損なわない範囲で、P2O5、Y2O3、Nb2O3、La2O3等の成分を5%以下含有させたり、各種清澄剤を3%まで含有させることができる。清澄剤としては、Sb2O3、Sb2O5、F2、Cl2、C、SO3、SnO2、或いはAl、Si等の金属粉末の1種又は2種以上が使用できる。 Furthermore, in the present invention, in addition to the above components, components such as P 2 O 5 , Y 2 O 3 , Nb 2 O 3 , La 2 O 3 and the like are contained in an amount not exceeding 5%, Various fining agents can be contained up to 3%. As the fining agent, one or more of Sb 2 O 3 , Sb 2 O 5 , F 2 , Cl 2 , C, SO 3 , SnO 2 , or metal powders such as Al and Si can be used.
尚、As2O3は、幅広い温度域(1300〜1700℃程度)で清澄ガスを発生するため、従来よりこの種のガラスの清澄剤として広く用いられているが、原料中に放射性同位元素を含みやすい。よってAs2O3は実質的に含有しないようにすべきである。またPbO、CdOは環境負荷物質であるため、使用を避けるべきである。さらにSb2O3、Sb2O5も、As2O3と同様、清澄効果に優れた成分であるが、やはり環境負荷物質であるため、できるだけ使用量を少なくし、実質的に含有しないことが望ましい。 As 2 O 3 generates a clarified gas in a wide temperature range (about 1300 to 1700 ° C.), and has been widely used as a clarifier for this type of glass. Easy to include. Therefore, As 2 O 3 should be substantially not contained. PbO and CdO are environmentally hazardous substances and should be avoided. Furthermore, Sb 2 O 3 and Sb 2 O 5 are components with excellent clarification effects as well as As 2 O 3 , but they are also environmentally hazardous substances. Is desirable.
現実的な清澄剤の使用量としては、Sb2O3とSb2O5が合量で0.05〜2.0%、F2、Cl2、SO3、C、SnO2が合量で0.1〜3.0%(特にCl2 0.005〜1.0%、SnO2 0.01〜1.0%)の割合が好適である。 The actual amount of fining agent used is 0.05 to 2.0% of the total amount of Sb 2 O 3 and Sb 2 O 5 , and the total amount of F 2 , Cl 2 , SO 3 , C, and SnO 2. from 0.1 to 3.0% (particularly Cl 2 0.005~1.0%, SnO 2 0.01~1.0 %) proportion of is preferred.
本発明で使用する大板ガラスを作製する方法としては、大きく分けて2通りある。 There are roughly two methods for producing the large glass used in the present invention.
一つ目の方法は、ガラス原料を溶融槽で溶融し、脱泡・脈理除去を行って均質化した後、ガラス融液を型に入れて鋳込み成形し、或いはガラス融液を延板上に連続的に引き出し、所定の形状に成形する。次いで、得られたガラス成形体を徐冷し、これを一定の厚みに切り出した後、その表面に研磨加工を施すことによって所定の厚みの大板ガラスを形成する方法である。 The first method is to melt the glass raw material in a melting tank, homogenize it by defoaming and removing striae, and then cast the glass melt into a mold or cast the glass melt on a stretched plate. Are continuously drawn out and formed into a predetermined shape. Next, the obtained glass molded body is gradually cooled, cut into a constant thickness, and then subjected to polishing on the surface to form a large plate glass having a predetermined thickness.
二つ目の方法は、ガラス原料を溶融槽で溶融し、脱泡・脈理除去を行って均質化した後、ガラス融液をダウンドロー法やフロート法で所定の形状の大板ガラスを成形し、その表面を研磨する方法である。ダウンドロー法やフロート法によって成形した大板ガラスの表面は、表面平滑性に優れているため、研磨時間を短縮し、生産性を向上できるという利点がある。 The second method is to melt glass raw material in a melting tank, homogenize it by defoaming and striae removal, and then mold the glass melt into a large glass plate with a predetermined shape by the downdraw method or float method. The method of polishing the surface. Since the surface of the large glass formed by the downdraw method or the float method is excellent in surface smoothness, there is an advantage that the polishing time can be shortened and the productivity can be improved.
また本発明では、大板ガラスの表面を研磨した後、所定の寸法に細断加工するため、例えば縦10mm以下、横10mm以下、厚み1.0mm以下の超小型薄肉のカバーガラスであっても容易に生産することができる。特にカバーガラスの厚みは、特性に影響しやすく、厚みが大きくなるほど、透過率が低下し、また機器の軽量化、薄型化が困難となるため好ましくない。また厚みが薄くなりすぎると、実用強度が不足したり、大板ガラスのたわみが大きくなってハンドリングが困難となるため、0.05〜1.0mm、さらには0.1〜0.5mmであることが好ましい。 Further, in the present invention, the surface of the large glass is polished and then shredded into a predetermined size. For example, even an ultra-small thin cover glass having a length of 10 mm or less, a width of 10 mm or less, and a thickness of 1.0 mm or less can be easily obtained Can be produced. In particular, the thickness of the cover glass is not preferable because it easily affects the characteristics, and as the thickness increases, the transmittance decreases, and it becomes difficult to reduce the weight and thickness of the device. Also, if the thickness is too thin, the practical strength is insufficient, or the deflection of the large glass becomes large and handling becomes difficult, so that it is 0.05 to 1.0 mm, and further 0.1 to 0.5 mm. Is preferred.
次に本発明の半導体パッケージ用カバーガラスの製造方法の一例を説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the cover glass for semiconductor packages of this invention is demonstrated.
まず所望の組成を有するガラスとなるようにガラス原料調合物を準備する。ガラス原料は、U、Th等の不純物が少ない高純度原料を使用する。より具体的には、UとThの含有量が各々5ppb以下の高純度原料を使用する。次いでガラス原料を溶融槽に投入して溶融する。溶融槽としては、U、Thの含有量の少ない白金(白金ロジウム容器を含む)や耐火物(例えばアルミナ系耐火物、石英系耐火物)からなる容器が好ましい。次に、溶融ガラスの均質化(脱泡・脈理除去)を清澄槽で行う。この清澄槽も、U、Thの含有量の少ない白金や耐火物から作製すれば良い。 First, a glass raw material formulation is prepared so as to obtain a glass having a desired composition. As the glass raw material, a high-purity raw material with few impurities such as U and Th is used. More specifically, a high-purity raw material having U and Th contents of 5 ppb or less is used. Next, the glass raw material is charged into a melting tank and melted. As the melting tank, a container made of platinum (including a platinum rhodium container) or a refractory (for example, an alumina refractory or a quartz refractory) having a low U and Th content is preferable. Next, homogenization (defoaming and striae removal) of the molten glass is performed in a clarification tank. This clarification tank may also be made from platinum or refractory with a low U and Th content.
その後、均質化された溶融ガラスを、型枠に流し込み、鋳込み成形してガラス塊(ガラスインゴット)を作製する。次に、このガラスインゴットを切断機で所定の厚みに切断(スライス切断)し、複数枚の大板ガラスを作製する。この大板ガラスの厚みは、最終製品の厚みよりも若干大きくすれば良い。次に、大板ガラスの両面を研磨することによって平滑面とする。この研磨工程は、研磨剤(CeO2)を水等に分散させたスラリーを供給しながら行うため、大板ガラスの表面には、研磨剤が付着することになる。この研磨剤の大部分は、大板ガラスを洗浄することによって取り除くことができるが、大板ガラスの周端部は凹凸面であるため、洗浄した後も研磨剤が固着しやすい。 Thereafter, the homogenized molten glass is poured into a mold and cast to form a glass lump (glass ingot). Next, this glass ingot is cut into a predetermined thickness (slicing cutting) with a cutting machine to produce a plurality of large glass plates. The thickness of the large glass plate may be slightly larger than the thickness of the final product. Next, both sides of the large plate glass are polished to make a smooth surface. Since this polishing step is performed while supplying a slurry in which an abrasive (CeO 2 ) is dispersed in water or the like, the abrasive will adhere to the surface of the large glass plate. Most of the abrasive can be removed by washing the large glass, but the peripheral edge of the large glass is an uneven surface, so that the abrasive tends to adhere after washing.
その後、大板ガラスを切断機で所定の寸法に細断加工することによってガラス小片を作製する。この際、大板ガラスの周端部は除去し、周縁部以外の内側部分のみを細断加工して多数枚のガラス小片を作製する。次に各ガラス小片の周端部をエッチング処理して面取りを行った後、洗浄し、乾燥することによってカバーガラスを作製する。 Then, a small glass piece is produced by chopping large plate glass into a predetermined dimension with a cutting machine. At this time, the peripheral end portion of the large glass plate is removed, and only the inner portion other than the peripheral portion is shredded to produce a large number of glass pieces. Next, after chamfering the peripheral edge of each glass piece by etching, it is washed and dried to produce a cover glass.
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
図1は、本発明において細断加工される大板ガラス10を示す斜視図であり、縦200mm、横300mm、厚み0.5mmの大きさを有している。この大板ガラス10は、製品(カバーガラス)として使用される内側部分10aと、製品として使用されない周縁部10bから構成されている。 FIG. 1 is a perspective view showing a large glass 10 to be shredded in the present invention, and has a size of 200 mm in length, 300 mm in width, and 0.5 mm in thickness. This large glass 10 is comprised from the inner part 10a used as a product (cover glass), and the peripheral part 10b which is not used as a product.
次に、図1の大板ガラス10を作製する方法、及びこの大板ガラス10からカバーガラスを作製する方法について説明する。 Next, a method for producing the large glass 10 of FIG. 1 and a method for producing a cover glass from the large glass 10 will be described.
まず質量%で、SiO2 68%、Al2O3 5%、B2O3 10%、Na2O 12%、CaO 4%、ZnO 0.9%、Sb2O3 0.1%の組成となるように調製した高純度ガラス原料を、白金製容器内で1550℃、6時間の条件で溶融した後、白金製容器内で均質化したガラスを金型に流し込み、800×300×200mmに鋳込み成形した。こうして得られたガラスインゴットを、ワイヤーソー等を使用することによってスライス切断し、縦200mm、横300mm、厚み1.5mmの寸法を有する大板ガラスを複数枚作製した。次に、これらの大板ガラスの両面を、回転研磨加工機を用いて研磨加工することによって、図1に示すように、縦200mm、横300mm、厚み0.5mmの寸法を有し、両面の表面粗さ(Ra)を0.3nm以下の大板ガラス10を複数枚作製した。 First, by mass, SiO 2 68%, Al 2 O 3 5%, B 2 O 3 10%, Na 2 O 12%, CaO 4%, ZnO 0.9%, Sb 2 O 3 0.1% After the high-purity glass raw material prepared so as to be melted in a platinum container at 1550 ° C. for 6 hours, the glass homogenized in the platinum container is poured into a mold to make 800 × 300 × 200 mm Cast-molded. The glass ingot thus obtained was sliced and cut by using a wire saw or the like, and a plurality of large glass plates having dimensions of 200 mm in length, 300 mm in width, and 1.5 mm in thickness were produced. Next, by polishing both sides of these large glass plates using a rotary polishing processing machine, as shown in FIG. 1, they have dimensions of 200 mm in length, 300 mm in width, and 0.5 mm in thickness. A plurality of large glass plates 10 having a roughness (Ra) of 0.3 nm or less were produced.
次に図2に示すように、複数枚の大板ガラス10の間隙に仮止め接着剤11を充填し、固定することによって積層体12を作製してから基台13上に載置した。尚、大板ガラス10を積層する際には、間隔が一定(例えば0.2〜0.5mm程度)となるようにビーズ等の離間材を介在させても良い。また仮止め接着剤11としては、後工程で使用するエッチング溶液に侵食されないような耐酸性を有する樹脂(例えば松脂、コールタールピッチ等)を使用する。 Next, as shown in FIG. 2, a temporary bonding adhesive 11 was filled in a gap between a plurality of large glass plates 10 and fixed to prepare a laminated body 12, which was then placed on a base 13. In addition, when laminating the large glass 10, a spacing material such as a bead may be interposed so that the interval is constant (for example, about 0.2 to 0.5 mm). Further, as the temporary fixing adhesive 11, an acid-resistant resin (for example, pine resin, coal tar pitch, or the like) that is not eroded by an etching solution used in a subsequent process is used.
次に、図3に示すように、回転駆動軸14aに複数の回転する切断刃(幅2mm)14bを10mmピッチで備えたマルチブレード切断機14を使用して大板ガラス10の周縁部10bを除く内側部分10aを縦横方向に碁盤目状に細断加工した。尚、この細断加工は、まず大板ガラス10の縦方向(200mm)の両端(周縁部)の幅が各4mmとなるように設定し、内側部分10aを16枚に分割した。次に大板ガラス10の横方向(300mm)の両端(周縁部)の幅が各6mmとなるように設定し、内側部分10aを24枚に分割した。こうして10×10×0.5mmの寸法を有するガラス小片の積層体を384個作製した。 Next, as shown in FIG. 3, the peripheral edge portion 10 b of the large glass sheet 10 is removed using a multi-blade cutting machine 14 provided with a plurality of rotating cutting blades (width 2 mm) 14 b on a rotary drive shaft 14 a at a pitch of 10 mm. The inner portion 10a was cut into a grid pattern in the vertical and horizontal directions. In this shredding process, first, the width of both ends (peripheries) in the longitudinal direction (200 mm) of the large plate glass 10 was set to 4 mm, and the inner portion 10a was divided into 16 pieces. Next, it set so that the width | variety of the both ends (peripheral part) of the horizontal direction (300 mm) of the large plate glass 10 might be set to 6 mm, respectively, and the inner part 10a was divided | segmented into 24 sheets. In this way, 384 pieces of glass piece laminates having dimensions of 10 × 10 × 0.5 mm were produced.
次に、このガラス小片の積層体を角取りした後、フッ酸等のエッチング溶液に浸漬することによって、各ガラス小片の端部を面取加工(表面処理と糸面取り)してから、水洗浄によってエッチング溶液を除去した。その後、この積層体を溶媒(例えばアセトン、クロロホルム、パークロルエチレン等)に浸漬し、仮止め接着剤11を溶媒に溶かして各ガラス小片を分離してから、これらを洗浄、乾燥することによってカバーガラスを作製した。 Next, after chamfering the laminated body of glass pieces, the ends of each glass piece are chamfered (surface treatment and thread chamfering) by immersing in an etching solution such as hydrofluoric acid, and then washed with water. The etching solution was removed by Thereafter, the laminate is immersed in a solvent (for example, acetone, chloroform, perchlorethylene, etc.), the temporary adhesive 11 is dissolved in the solvent to separate the glass pieces, and then the glass pieces are washed and dried to cover them. Glass was produced.
こうして得られたカバーガラスは、縦10mm、横10mm、厚み0.5mmの寸法を有し、その周端部は滑らかな曲面(R面)であり、研磨剤の付着も全く認められなかった。またガラス中のU、Th量とα線放出量を測定したところ、U量が2ppb以下、Th量が2ppb以下であり、α線放出量が0.002c/cm2・hr以下であった。また熱膨張係数は66×10-7/℃であり、アルカリ溶出量は0.06mgであった。また102.5dPa・sの粘度に相当する温度が1350℃以下であるため溶融性に優れていた。 The cover glass thus obtained had dimensions of 10 mm in length, 10 mm in width, and 0.5 mm in thickness, and its peripheral end portion was a smooth curved surface (R surface), and no adhesion of abrasive was observed. Further, when the amounts of U and Th in the glass and the amount of α-ray emission were measured, the amount of U was 2 ppb or less, the amount of Th was 2 ppb or less, and the amount of α-ray emission was 0.002 c / cm 2 · hr or less. The thermal expansion coefficient was 66 × 10 −7 / ° C., and the alkali elution amount was 0.06 mg. Further, since the temperature corresponding to the viscosity of 10 2.5 dPa · s was 1350 ° C. or less, the meltability was excellent.
尚、上記の表面粗さ(Ra)は、触針式表面粗さ測定機タリステップ(tayler−Hobson社製)を用いて測定した。U、Thの含有量は、ICP−MASSにより測定し、α線放出量は、超低レベルα線測定装置(住友化学社製LACS−4000M)を用いて測定した。熱膨張係数は、ディラトメーターを用いて、30〜380℃の温度範囲における平均熱膨張係数を測定した。アルカリ溶出量は、JIS R3502に基づいて測定した。102.5Pa・s温度は、高温粘度である102.5ポイズに相当する温度を測定したものであり、この値が低いほど溶融性に優れていることになる。 In addition, said surface roughness (Ra) was measured using the stylus type surface roughness measuring machine Taly step (made by Taylor-Hobson). The contents of U and Th were measured by ICP-MASS, and the amount of α-ray emission was measured using an ultra-low level α-ray measuring apparatus (LACS-4000M manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.). The coefficient of thermal expansion was determined by measuring an average coefficient of thermal expansion in a temperature range of 30 to 380 ° C. using a dilatometer. The alkali elution amount was measured based on JIS R3502. The 10 2.5 Pa · s temperature is obtained by measuring a temperature corresponding to a high temperature viscosity of 10 2.5 poise, and the lower this value, the better the meltability.
本発明の製造方法によると、大板ガラスを研磨するため、生産性に優れ、しかもU、Thを含む研磨剤(CeO2)の付着を完全に防止することができるため、α線放出量の少ない半導体パッケージ用カバーガラスを安価に作製することが可能である。 According to the production method of the present invention, large glass is polished, so that the productivity is excellent, and adhesion of abrasives (CeO 2 ) containing U and Th can be completely prevented. A cover glass for a semiconductor package can be manufactured at low cost.
10 大板ガラス
10a 内側部分
10b 周縁部
11 仮止め接着剤
12 大板ガラスの積層体
13 基台
14 マルチブレード切断機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Large plate glass 10a Inner part 10b Peripheral part 11 Temporary fixing adhesive 12 Large plate glass laminated body 13 Base 14 Multiblade cutting machine
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WO2007051512A1 (en) * | 2005-11-03 | 2007-05-10 | Schott Ag | Method for producing cover glass for radiation-sensitive sensors and device for carrying out said method |
JP2017020982A (en) * | 2015-07-15 | 2017-01-26 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Thermal air flowmeter |
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