(57)【要約】【課題】樹脂製の絶縁基体によって構成される半導体素子収納用中空パッケージにおいて、それを小型化、薄型化した場合でも、耐湿性、機械的強度、平坦度、成型性などの要求特性を満足できるようにすること。【解決手段】半導体素子３を収納するための凹部１ａを有する樹脂製の絶縁基体１と、絶縁基体１の凹部１ａを塞ぐ蓋体２とを有する半導体素子収納用中空パッケージ４において、樹脂製の絶縁基体１中に、鱗片状の無機充填材を埋入させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を収納するための凹部を有する樹脂製の絶縁基体と、前記絶縁基体の凹部を塞ぐ蓋体とを有する半導体素子収納用中空パッケージであって、前記樹脂製の絶縁基体中に、鱗片状の無機充填材が埋入されている半導体素子収納用中空パッケージ。
【請求項２】
前記鱗片状の無機充填材が、樹脂製の絶縁基体に０．１〜６０質量％埋入されている請求項１に記載の半導体素子収納用中空パッケージ。
【請求項３】
前記鱗片状の無機充填材の平均厚さが６μｍ以下であり、厚さに対する最大長さの比であるアスペクト比が３以上である請求項１または請求項２に記載の半導体素子収納用中空パッケージ。
【請求項４】
前記鱗片状の無機充填材の最大長さが１６０μｍ以下である請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体素子収納用中空パッケージ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体素子収納用中空パッケージの前記凹部に半導体素子を収納してなる半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を内部に収納するための半導体素子収納用中空パッケージ、特に耐湿性や、機械的強度、平坦度が要求される、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)、 ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)、 ＣＰＤ(Charge Priming Device)等の光学特性を有するような半導体素子収納用中空パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子収納用中空パッケージ、例えばＣＣＤ、ＭＯＳ、ＣＰＤ等の光学特性を有するような半導体素子収納用中空パッケージには、従来、セラミックス製の中空パッケージが使用されていたが、近年では廉価な樹脂製の中空パッケージが用いられるようになってきている。
【０００３】
この樹脂製の中空パッケージは一般的に、上面に半導体素子を収納するための凹部を有する樹脂製の絶縁基体と、前記絶縁基体の凹部の内側から外側にかけて導出する複数個のリード端子と、前記絶縁基体の凹部を塞ぐ蓋体とから構成されている。そして、絶縁基体の凹部底面に半導体素子を装着すると共に、この半導体素子の各電極をリード端子の一端にボンディングワイヤにより電気的に接続し、その後、絶縁基体の上面に、ガラス、樹脂、セラミック等からなる蓋体を接着剤によって固着し、絶縁基体の凹部内部に半導体素子を気密封止することによって半導体装置となる。
【０００４】
半導体素子については近年、高性能化、高集積化が進み、半導体素子収納用中空パッケージには小型化、薄型化や高放熱対応など様々な特性を要求されてきている。しかし、樹脂製の中空パッケージにおいては、小型化や薄型化にともない、絶縁基体に割れや反りなどが発生し半導体素子の特性を悪化させるという問題が生じている。特に光学特性を有する半導体装置では半導体素子とレンズの取り付け位置に精密な精度が要求されるが、上述のような従来一般的な樹脂製の中空パッケージではその要求を満足できなくなっている。
【０００５】
また、樹脂製の中空パッケージにおいては、時間経過に伴い絶縁基体外部から凹部内部に微量な水分等が浸入し、例えばボンディングワイヤに水分等が付着し酸化腐食が発生すると共に半導体素子の機能を低下させ、ついには使用不能の状態に陥ることもある。また、光学特性を有する半導体装置では、蓋体の内側に水分等が結露して光透過性を低下してしまうという問題もある。
【０００６】
これに対して、特許文献１には、樹脂製の中空パッケージの耐湿性を向上させるため、絶縁基体の凹部下方の樹脂中に耐湿板を埋設する技術が開示されている。また、特許文献２及び特許文献３には、絶縁基体中に吸湿材や充填材（フィラー）を埋入する技術が開示されている。
【０００７】
しかし、特許文献１のように絶縁基体中に耐湿板を埋設する技術では、絶縁基体を小型化、薄型化しようとすると、耐湿板部分を除いた樹脂部分の厚さが極めて薄い状態になり、成型時に樹脂の充填不良が多発したり、強度が低下したりするなどの問題が発生し、機械的強度や平坦度が低下する。
【０００８】
また、特許文献２及び特許文献３のように絶縁基体中に吸湿材や充填材を埋設する技術では、絶縁基体の小型化、薄型化にともない、吸湿材や充填材の埋入量が減少するので、十分な耐湿性が得られない。一方、吸湿材や充填材の埋入量を過剰に増加させると、樹脂の流動性が低下して、成型時に樹脂の充填不良が多発したり、強度が低下したりするなどの問題が発生し、機械的強度や平坦度が低下する。
【０００９】
このように、中空パッケージの小型化、薄型化が要求されるなか、中空パッケージに必要な耐湿性、機械的強度、平坦度、成型性などの要求特性を満足する樹脂製の中空パッケージは未だ提供されていない。
【特許文献１】特開平４−１６２４６２号公報
【特許文献２】特開平６−２３２２９２号公報
【特許文献３】特開平７−２２１２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、樹脂製の絶縁基体によって構成される半導体素子収納用中空パッケージにおいて、それを小型化、薄型化した場合でも、耐湿性、機械的強度、平坦度、成型性などの要求特性を満足できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、半導体素子収納用中空パッケージを構成する樹脂製の絶縁基体中に、鱗片状の無機充填材を埋入することによって、上記課題を解決したものである。
【００１２】
すなわち、本発明の半導体素子収納用中空パッケージは、半導体素子を装着するための凹部を有する樹脂製の絶縁基体と、前記絶縁基体の凹部を塞ぐ蓋体とを有する半導体素子収納用中空パッケージであって、前記樹脂製の絶縁基体中に、鱗片状の無機充填材が埋入されていることを特徴とするものである。
【００１３】
鱗片状の無機充填材は鱗状の薄片からなっており、樹脂製の絶縁基体中に埋入された状態では１枚の薄片が単独で存在する場合（１次粒子として存在する場合）と、複数の薄片が層状に積層されて存在する場合（２次粒子として存在する場合）とがあるが、いずれの場合も、その幾何学的形状に起因してパッケージの水平方向に一定に配向された状態で存在する。したがって、パッケージに外圧が負荷されても、球状の充填材が埋入されている場合と比較すると、パッケージの厚み方向に対しての強度が増す。また層を成している各薄片がそれぞれ僅かにずれることにより柔軟性が向上する。さらにはパッケージの厚み方向に対してバリア性、等方補強性、応力分散性も向上する。
【００１４】
本発明において、絶縁基体中に埋入する鱗片状の無機充填材としては、流動性、成形性の点から、例えば結晶シリカ、合成シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、チタン酸塩、ガラス粉体、天然マイカ、合成マイカ、天然スメクタイト、合成スメクタイトが好ましく、合成シリカがより好ましい。
【００１５】
この鱗片状の無機充填材のより具体的な形状としては、その平均厚さが６μｍより大きいと流動性、成形性が悪くなるので、平均厚さは６μｍ以下が好ましい。より好ましくは３μｍ以下、さらに好ましく１μｍ以下である。また、アスペクト比（厚さに対する最大長さの比）は３未満であると同様に流動性が悪くなるので３以上が好ましく、３０以上がよりより好ましい。さらに、最大長さは１６０μｍより大きいと同様に流動性が悪くなるので１６０μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。
【００１６】
また、この鱗片状の無機充填材の絶縁基体への埋入量は、絶縁基体に対して０．１質量％未満では絶縁基体の凹部中への外部からの水分等の浸入を阻止できず、６０質量％を超えると無機充填材の流動が悪くなって所望する特性が得られないことがある。したがって、０．１〜６０質量％が好ましく、１０〜４０重量％がより好ましい。
【００１７】
なお、本発明において、絶縁基体は、熱硬化樹脂として一般的に用いられるエポキシ樹脂等を用いて成型される。必要に応じて添加剤として硬化材、硬化促進剤、離型剤、カップリング充填材、改質剤等を配合してもよい。
【００１８】
そして、上述した本発明の半導体素子収納用樹脂製中空パッケージの凹部底面に半導体素子を装着し、絶縁基体側の電極部分と半導体素子の電極部分とを電気的に接続し、凹部を蓋体で封止することにより半導体装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、樹脂製の絶縁基体中に鱗片状の無機充填材を埋入させたことで、絶縁基体の外部から凹部内に大気中に含まれる水分等が入り込もうとしても、鱗片状の無機充填材がその水分等を効率的に阻止できる。
【００２０】
また、絶縁基体の機械的強度が大きくなり、その平坦度や成型性も良好であり、凹部内に収納した半導体素子の機能を劣化させずに、半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００２１】
そして、半導体素子収納用中空パッケージを小型化、薄型化した場合でも上記と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は本発明の半導体素子収納用中空パッケージの一実施例を示し、（ａ）は通常タイプ、（ｂ）は薄型タイプの例である。図１において、１は絶縁基体、２は蓋体であり、この絶縁基体１と蓋体２とで半導体素子３を収納するためのパッケージ４が構成される。
【００２４】
絶縁基体１はその上面中央部に半導体素子３を収納するための凹部１ａを有し、この凹部１ａ底面には半導体素子３が樹脂製接着剤を介して接着固定される。また、絶縁基体１には、凹部１ａの内側から外側にかけて導出する複数個のリード端子５が埋設されており、このリード端子５の一端に半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ６により電気的に接続される。そして、絶縁基体１の上面に、ガラス、樹脂、セラミック等からなる蓋体２を接着剤で固着することによって半導体装置となる。
【００２５】
前記絶縁基体１は、硬化材、難燃化材、硬化促進剤、顔料、カップリング材、離型材等に加え、鱗片状の無機充填材を配合したエポキシ樹脂等の組成物を例えばタブレット状に成形し、このタブレット状の組成物を所定の金型内に充填し、金型温度１８０℃、トランスファ圧１５ＭＰａで１．５分間加圧の条件の下で成型を行い、ポストキュアして作製される。
【００２６】
実施例では、まず鱗片状の無機充填材として、二酸化珪素シリカ（鱗片状シリカフィラー）、商品名：サンラブリー、旭硝子エスアイテック（株）製）を用い、この鱗片状のシリカの配合量を表１に示すように、絶縁基体に対して０．０５〜７０質量％の範囲で変化させた。また、比較例では球状のシリカフィラーを配合した。
【表１】
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【００２７】
表２に、表１の各配合組成物のスパイラルフロー値と成型体の曲げ強さ及び耐湿性の評価結果を示す。
【００２８】
スパイラルフロー値はＥＭＭＩ−６６に準じた方法で測定した。成型体の曲げ強さはＪＩＳ  Ｋ７１７１に従って測定した。試験片の大きさは１２７×１２．７×４ｍｍとした。成型体の耐湿性の評価はＪＥＩＴＡ  ＥＩＡＪ  ＥＤ４７０１あるいはＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３を参考に実施した。すなわち、半導体素子収納用中空パッケージからなる半導体装置を市販の高温高湿槽に入れ、温度６０℃、湿度８５％で１０００ｈ曝露し、その後、実体顕微鏡を用いて目視にて蓋体等に結露が観察され光透過性が極めて悪いと確認できるサンプルをＮＧ、光透過性が良好なサンプルをＯＫとした。なお、耐湿性は、図１（ａ）に示す通常タイプのパッケージ形状（縦１０×横１０×厚さ２ｍｍ）にて評価した。
【００２９】
評価の結果、表２に示すように、サンプルＮｏ．１〜６の実施例ではサンプルＮｏ．７の比較例に比べ、全般的に良好な特性が得られた。特に、サンプルＮｏ．２〜５の実施例は、成型体の曲げ強さ、耐湿性共に良好であり、しかも。スパイラルフロー値も良好で流動性も良好であった。一方、サンプルＮｏ．１の実施例は、鱗片状のシリカの配合量が０．０５質量％と少なかったため、その機能が十分には発揮されず、曲げ強さが他の実施例に比べ劣っていた。また、サンプルＮｏ．６の実施例は、鱗片状のシリカの配合量が７０質量％と多かったため、スパイラルフロー値が小さく流動性が十分ではなかった。
【００３０】
以上の結果から、鱗片状の無機充填材の配合量は０．１〜６０質量％が好ましいと言える。ただし、この範囲外のサンプルＮｏ．１及びＮｏ．６の実施例であっても、使用条件や成型条件が厳しくない環境下では使用可能である。
【表２】
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【００３１】
次に、鱗片状の無機充填材の配合量を、好ましい範囲である０．１〜６０質量％の範囲内である４０質量％とし、表３に示すように、５種の鱗片状の無機充填材を用いてサンプルを作製し物性評価を行った。併せて、無機充填材として球状のシリカフィラーを用いた比較例のサンプルも作製し物性評価を行った。
【表３】
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【００３２】
表４にその物性評価結果を示す。
【表４】
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【００３３】
表４において、スパイラルフロー、曲げ強さ及び耐湿性の評価は、先に表２において説明した方法で行った。成型収縮率は、［（金型寸法−成型寸法）／金型寸法］×１００で算出した。表面平坦度はＪＩＳ  Ｂ０６０１に準拠して、市販の表面粗さ計を用い、中心線平均粗さ（Ｒａ）を測定した。なお、成型収縮率、表面平坦度及び耐湿性は、サンプルＮｏ．１２においては図１（ｂ）に示す薄型タイプのパッケージ形状（縦１０×横１０×厚さ１．３ｍｍ）にて評価し、その他は図１（ａ）に示す通常タイプのパッケージ形状（縦１０×横１０×厚さ２ｍｍ）にて評価した。
【００３４】
表４に示すように、本発明の実施例はいずれも比較例と比べ、曲げ強さ、成型収縮率、表面平坦度、スパイラルフロー、耐湿性共に同等以上であった。すなわち、球状の無機充填材よりも鱗片状の無機充填材を使用した方が、曲げ強さ、成型収縮率、表面平坦度、耐湿性が向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の半導体素子収納用中空パッケージの一実施例を示す断面図であり、（ａ）は通常タイプ、（ｂ）は薄型タイプを示す。
【符号の説明】
【００３６】
１  絶縁基体
２  蓋体
３  半導体素子
４  半導体素子収納用中空パッケージ
５  リード端子
６  ボンディングワイヤ
【図１】
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