(57)【要約】【課題】簡便で低コストに半導体素子を所定の搭載位置に高精度で固定し、更に固定後の高温雰囲気の工程においても、搭載位置精度が劣化しないようにする。【解決手段】充鎮材と一般式がＭ２Ｏ・ｘＳｉＯ２・ｙＨ２Ｏ（但し、Ｍは周期率表第Ｉａ族に属するアルカリ金属，ｘ、ｙは整数）である水溶性珪酸塩が主成分であり、水以外の成分１００重量％に対して、水１５〜２００重量％を含む無機接着剤を用いて、半導体素子を基板上に固定する。【選択図】  図１
2004241540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分が充鎮材と水溶性珪酸塩であり、水を除く成分１００重量％に対して水１５〜２００重量％を含む無機接着剤を用いて、半導体素子を基板上に固定することを特徴とする半導体素子の固定方法。
【請求項２】
前記基板の固定面側に凹部を設け、その凹部に前記無機接着剤を塗布した後、前記凹部内に前記半導体素子を固定することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の固定方法。
【請求項３】
前記半導体素子側の固定面側あるいは前記基板側の固定面側の少なくともどちらか一方に複数の溝を設け、前記溝に前記無機接着剤を塗布することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の固定方法。
【請求項４】
前記無機接着剤が導電性であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の固定方法。
【請求項５】
前記凹部の深さが前記半導体素子の厚み以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の固定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の固定構造および固定方法に関するものであり、高位置精度および高耐熱を要する半導体素子の固定に利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＣＲＴなどの電子源として電子を放出する半導体素子が開発されている。このような半導体素子の基板への搭載手順の従来例を図４の（ａ）、（ｂ）で説明する。位置合わせマークを検出し認識するＣＣＤカメラと、このカメラの出力値から搭載位置を算出するコンピュータを備えた搭載装置に、基板２をセットし、基板２の位置合わせマーク１７を２箇所認識し、基板２の搭載位置を算出する。次に半導体素子１の位置合わせパターン１４を認識し、半導体素子１の中心位置を算出する。次に基板２の所定の位置に半導体素子１及び金属共晶材料や導電ペーストなどのロウ材１５を移動させて搭載する。特にエミッタエリア５が所定の位置、例えば基板２の中心位置に来るようにロウ材１５及び半導体素子１の位置を合わせる。この状態に基板２および半導体素子１を保持したまま、所定の温度に加熱する。所定の加熱処理が終了後、基板２及び半導体素子１を保持した状態で冷却する。冷却後、半導体素子１の周囲に無機接着剤１６を塗布する。そして、加熱後、冷却する。以上の手順により半導体素子１は、基板２の所望の位置に搭載される。ロウ材１５で半導体素子１を固定後に、半導体素子１の周囲に無機接着剤１６を塗布するのは、従来用いられている金属共晶材料や導電ペーストなどのロウ材１５のみで半導体素子１を固定していた場合、これらのロウ材１５は耐熱が低いため、電子銃のブラウン管への封止工程時の高温（６００℃程度）雰囲気により半導体素子１の固定位置がずれてしまうためである。このため、封止工程の温度より耐熱の高い無機接着剤１６を半導体素子１の周囲に塗布するとにより、高温雰囲気においても、半導体素子の位置ずれを防ぎ、高精度で基板に搭載している。
【０００３】
次に半導体素子を高精度で基板に搭載する必要性について図５で説明をする。半導体素子より放出された電子ビーム１３は、冷陰極構体９に対向して配置された数個のグリッド（図示せず）より形成される電子レンズ群１０により集束され、シャドウマスク１１を通過後、最終的にはパネル内面の蛍光面１２に照射し、所定の色を発色する。前記蛍光面１２の各色毎の画素を構成する蛍光体ドットの典型的なサイズはΦ１００μｍ程度で、電子ビーム１３の蛍光体でのスポット径は、蛍光面１２のドットを複数個同時に照射できるサイズになる。この理由は、前記電子ビーム１３が前記蛍光面１２をスキャンした場合に、蛍光体ドットを連続的に発光させるためである。
【０００４】
また、大型ブラウン管では、電子レンズの集束特性の劣化により、電子ビームのスポットが広がる傾向にあるため、スポット径をより一層微小化する必要があった。このため、前記電子レンズ群１０の各電極のＲ、Ｇ、Ｂ孔の中心軸の組み合わせ精度は極めて高精度にする必要がある。ここで半導体素子のように電子源の電子放出領域が非常に小さい場合は、蛍光体ドットに焦点される像は、電子放出領域の点光源としての像である。したがって、半導体素子の電子ビーム進行方向に垂直な面内での搭載位置精度は、そのまま、蛍光体ドットの位置精度に反映される。
【０００５】
また、電子ビーム進行方向に平行な面内での搭載位置精度、すなわち第１グリッドと半導体素子１の間隙は、電子レンズ設計上のパラメータになる。従って、この間隙が設計値と異なると、異なったレンズ特性となり、焦点がずれてしまう。以上の理由から、半導体素子１の搭載位置には、極めて高位置精度が要求される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２１３２００号公報（第２−４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとしている課題は、簡便で低コストに半導体素子を所定の搭載位置に±数μｍの高精度で固定することである。さらに固定後、電子銃のブラウン管への封止工程時の高温（６００℃程度）雰囲気後においても、搭載位置精度が劣化しないようにする必要がある。
【０００８】
従来例に記載したような固定方法は、まず半導体素子をロウ材で固定した後、さらに無機接着剤を塗布して加熱、冷却しなければならず、工程が多く、コストが高くなる。
【０００９】
本発明の目的は、以上のような問題点を解決し簡便で低コストであり、更に搭載精度の良い半導体素子の固定構造とその固定方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子の固定方法は、充鎮材と水溶性珪酸塩が主成分であり、水以外の成分１００重量％に対して、水１５〜２００重量％を含む無機接着剤を用いて、半導体素子を直接基板上に固定することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の半導体素子の固定方法は、主成分が充鎮材と水溶性珪酸塩であり、水を除く成分１００重量％に対して水１５〜２００重量％を含む無機接着剤を用いて、半導体素子を基板上に固定することを特徴とする半導体素子の固定方法である。前記水溶性珪酸塩とは、一般式がＭ２Ｏ・ｘＳｉＯ２・ｙＨ２Ｏ（但し、Ｍは周期率表第Ｉａ族に属するアルカリ金属，ｘ、ｙは整数）で表されるものであり、例えば珪酸ナトリウム水和物、珪酸リチウム水和物、珪酸カリウム水和物などである。前記無機接着剤を用いることにより、作業性が良く、半導体素子を高精度に搭載でき、更に接着強度が大きく、耐熱も高いという効果がある。
【００１２】
次に、本発明の請求項２に記載の半導体素子の固定方法は、前記基板の固定面側に凹部を設け、その凹部に前記無機接着剤を塗布した後、前記凹部内に前記半導体素子を固定することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の固定方法であり、前記半導体素子とグリッドの間隙距離を高精度に保持できるという効果がある。
【００１３】
次に、本発明の請求項３に記載の半導体素子の固定方法は、前記半導体素子側の固定面側あるいは前記基板側の固定面側の少なくともどちらか一方に複数の溝を設け、前記溝に前記無機接着剤を塗布することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の固定方法であり、溝を設けることで前記基板と前記半導体素子との接合面積が拡大し、その結果、前記半導体素子と前記基板との接合強度が向上し、且つ前記溝がダイボンドの際に無機接着剤中に巻き込まれたガスの抜け道として利用できる効果がある。
【００１４】
次に、本発明の請求項４に記載の半導体素子の固定方法は、前記無機接着剤が導電性であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の固定方法であり、前記半導体素子と前記基板間の導通手段を省略できるという効果がある。
【００１５】
次に、本発明の請求項５に記載の半導体素子の固定方法は、前記凹部の深さが前記半導体素子の厚み以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の固定方法であり、前記半導体素子とグリッドの間隙距離を高精度に保持できるという効果がある。
【００１６】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について図１と図２を用いて説明する。図１は、充填材としての銀（Ａｇ）と珪酸ナトリウム水和物が主成分である無機接着剤の水の混合比を変化させて、半導体素子（Ｓｉ）を基板（Ａｌ）に接着し、室温で乾燥後に９３℃で３時間硬化させたサンプル、及び、硬化後に６５０℃で１５分間の加熱試験を行ったサンプルのせん断応力を測定した結果である。
【００１７】
また、剥離強度を調べるために、図１中のサンプル番号▲１▼〜▲７▼について、６５０℃で１５分間の加熱試験後に超音波振動を用いた剥離試験を行った。その結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
2004241540.tif 000003
【００１９】
無機接着剤中の水以外の成分１００重量％に対して、水が１５重量％より少ないと、無機接着剤の粘度が高く、また無機接着剤表面が非常に乾き易いため、作業性に問題がある。また、硬化後、及び加熱試験後のせん断応力も非常に弱く、加熱試験後に行った超音波振動を用いた剥離試験において、半導体素子が基板から剥離した（図１及び表１のサンプル番号▲１▼を参照。）。
【００２０】
一方、無機接着剤中の水以外の成分１００重量％に対して、水が２００重量％より多いと、粘度が必要以上に低くなり、無機接着剤の充填材などの固形成分が直ぐに沈殿してしまい、実用性に問題がある。また、硬化後、および加熱試験後のせん断応力も弱く、加熱試験後に行った超音波振動を用いた剥離試験において、半導体素子が基板から剥離した（図１及び表１のサンプル番号▲６▼、▲７▼を参照。）。
【００２１】
無機接着剤中の水以外の成分１００重量％に対して、水が１５〜２００重量％であれば、粘度が適当であり作業性も非常に良い。また、硬化後のせん断応力が非常に強く、且つ加熱試験後においても十分なせん断応力を維持しており、加熱試験後の超音波振動を用いた剥離試験においても、まったく問題がなかった（図１及び表１のサンプル番号▲２▼〜▲５▼を参照。）。
【００２２】
以上の結果から、無機接着剤に混合する水の割合は、無機接着剤中の水以外の成分１００重量％に対して、１５〜２００重量％が最適であることがわかる。
【００２３】
水溶性珪酸塩としては、珪酸ナトリウム水和物に限定されることはなく、一般式がＭ２Ｏ・ｘＳｉＯ２・ｙＨ２Ｏ（但し、Ｍは周期率表第Ｉａ族に属するアルカリ金属，ｘ、ｙは整数）で表される、珪酸リチウム水和物、珪酸カリウム水和物などでも良い。また、充填材も、銀に限定されることはなく、例えば金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリカ（ＳｉＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、窒化硼素（ＢＮ）などでも良い。
【００２４】
図２は、充鎮材と水溶性珪酸塩が主成分であり、水以外の成分１００重量％に対して、水１５〜２００重量％を含む無機接着剤を用いて、半導体素子１を基板２に実装した断面図である。この実施の形態では、基板２に直接無機接着剤１６で半導体素子１を固定するものであり、無機接着剤１６のみで半導体素子１と基板２を接合しているので、簡単な作業で実現できる。この際、無機接着剤１６の充填材として金、銀、銅、ニッケル、アルミニウムなどの導電性の材料を用いることにより、無機接着剤１６が導電性になり、半導体素子１と基板２間を導通させることができ、固定後にワーヤーボンディング等で導通させる手間が省ける。
【００２５】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態を図３（ａ）に示す。図３（ａ）は、充鎮材と水溶性珪酸塩が主成分であり、水以外の成分１００重量％に対して、水１５〜２００重量％を含む無機接着剤を用いて、半導体素子１を基板２の凹部に実装した断面図である。この実施の形態では、基板２の接合面に凹部を設け、半導体素子１の固定面に溝を構成し、無機接着剤１６で固定するものであり、半導体素子１の溝部に無機接着剤１６が回り込み、その結果、半導体素子１と基板２の接合面積が広がり、接着強度が向上することになる。また前記溝が接着の際に無機接着剤１６中に巻き込まれたガスの抜け道として利用できる効果もある。前記溝は、基板２の固定面に形成しても同じ効果がある。
【００２６】
グリッド８は基板２上面を基準に固定されるが、図３（ｂ）の様に平坦な基板２上に半導体素子１を取り付けた場合、基板２上面と半導体素子１上面の高低差が大きくなり、グリッド８が電子銃のブラウン管への封止工程時における高温雰囲気下で、熱変形により塑性変形をおこす可能性がある。しかし、図３（ａ）の様に基板２の凹部内に半導体素子１が実装されていることにより、基板２上面と半導体素子１上面の高低差が小さくなり、グリッド８への負担が低減され、高温雰囲気下においてもグリッド８が塑性変形を起こすことはないため、半導体素子１とグリッド８の間隙距離を高精度に保持できる効果がある。また、基板２の凹部の深さは、半導体素子１の厚みと同等以下になっている。つまり、半導体素子１の上面が基板２の上面と同じか、あるいは若干高くなっている。前述のようにグリッド８は基板１上面を基準に固定されるが、半導体素子１上面が基板２上面より低いと、半導体素子１とグリッド８間の間隙距離精度は、基板２凹部の深さ精度、無機接着剤１６の厚さ精度、半導体素子１の厚さ精度の和により決定されてしまう。これらを高精度に制御するのは困難である。しかし、半導体素子１上面が基板２上面と同じか、あるいは若干高くなっていると、半導体素子１上面にグリッド８が押し当てられることになり、半導体素子１とグリッド８の間隙距離を高精度に保持できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明では、充鎮材と水溶性珪酸塩が主成分で、水以外の成分１００重量％に対して、水１５〜２００重量％を含む無機接着剤を半導体素子の固定に用いることにより、作業性が良く、半導体素子を高精度に固定することができる。また、高耐熱性であるので、電子銃のブラウン管への封止工程時の高温雰囲気後においても、接着強度および基板への搭載位置精度が劣化しない。また、無機接着剤のみで固定するため、作業が簡便に行え、低コストである。更には、前記半導体素子とグリッドの間隙距離を高精度に保持できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】せん断応力の無機接着剤への水混合比依存性を示す図
【図２】本発明の半導体素子固定部の概略構成図
【図３】本発明の半導体素子固定部の概略構成図
【図４】従来の半導体素子固定部を示す図
【図５】ブラウン管の概略説明部を示す図
【符号の説明】
１  半導体素子
２  基板
３  偏向ヨーク
４  排気管
５  エミッタエリア
６  端子
７  ブラウン管
８  グリッド
９    冷陰極構体
１０  電子レンズ
１１  シャドウマスク
１２  蛍光面
１３  電子ビーム
１４  位置合わせパターン
１５  ロウ材
１６  無機接着剤
１７  位置合わせマーク
【図１】
2004241540.tif 000004
【図２】
2004241540.tif 000005
【図３】
2004241540.tif 000006
【図４】
2004241540.tif 000007
【図５】
2004241540.tif 000008