(57)【要約】【課題】  熱可塑性の樹脂組成物により電子部品を封止する場合においても、電子部品と封止樹脂層の密着耐久性が高い電子部品封止成形品を提供することを目的とする。【解決手段】  電子部品に密着し、エラストマーを含有して、−４０℃〜＋１５０℃における引張弾性率が５ＧＰａ以下であり、引張伸びが３％以上である封止樹脂層を用いることにより、電子部品との線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生する応力を低減でき、電子部品との間に生じる剥離を抑制することができる。また、熱的な伸縮による疲労に対する密着耐久性の向上を図ることができる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品に密着し、エラストマーを含有して、−４０℃〜＋１５０℃における引張弾性率が５ＧＰａ以下であり、引張伸びが３％以上である封止樹脂層を有する電子部品封止成形品。
【請求項２】
電子部品に密着し、エラストマーを含有して、−４０℃〜＋１５０℃における引張弾性率が５ＧＰａ以下であり、引張伸びが３％以上である第一の封止樹脂層と、前記第一の封止樹脂層を覆い、熱可塑性樹脂を含有して、前記第一の封止樹脂層よりも弾性率および強度が大きい第二の封止樹脂層とを有することを特徴とする電子部品封止成形品。
【請求項３】
エラストマーが、オレフィン系エラストマー又はポリアミド系エラストマーであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品封止成形品。
【請求項４】
樹脂がポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）及びポリフタルアミド（ＰＰＡ）の少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子部品封止成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を樹脂封止した成形品に関するものであり、詳しくは電子部品と封止樹脂の密着耐久性が高い電子部品封止成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等からなる電子部品の封止成形品は、リードフレーム上に半導体素子を搭載し、半導体素子とリードフレーム間を金やアルミニウム等からなるワイヤーをボンディングし、これらを封止材で封止成形することによって製造されている。
【０００３】
封止材としては、エポキシ系樹脂あるいはフェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂が、電子部品との密着性が高く、耐熱性や耐薬品性が良好なことから広く使用されてきた。
【０００４】
しかしながら、熱硬化性樹脂は、硬化反応に1〜２分程度必要とするため、封止工程能力の低下の一因なっており、また、熱可塑性樹脂の様に加熱による可逆的な溶融と固化を繰り返せないため、一旦硬化させてしまうと埋立て処分あるいは焼却処分するほか無く、リサイクル性に乏しいという問題があった。
【０００５】
そこで、数十秒程度の固化により封止工程能力の向上が図れ、かつ加熱により再利用が可能であることから、熱可塑性樹脂組成物による半導体の封止が検討されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７９２３号公報（００１４〜００２９段、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂に比べ、電子部品及びリードフレーム等に対して密着性が低いため、剥離部分から水分が侵入し耐湿性に問題があった。従来技術では、充填材を配合して線膨張係数を小さくし、電子部品との線膨張係数の差異に基づき、加熱あるいは冷却により発生する応力を低減することにより密着耐久性を得ていたが、その効果は十分ではなかった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、熱可塑性の樹脂組成物により電子部品を封止する場合においても、電子部品と封止材の密着耐久性が高い電子部品封止成形品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電子部品封止成形品は、電子部品に密着し、エラストマーを含有して、−４０℃〜＋１５０℃における引張弾性率が５ＧＰａ以下であり、引張伸びが３％以上である封止樹脂層を有するものである。
【００１０】
また、電子部品に密着し、エラストマーを含有して、−４０℃〜＋１５０℃における引張弾性率が５ＧＰａ以下であり、引張伸びが３％以上である第一の封止樹脂層と、前記第一の封止樹脂層を覆い、熱可塑性樹脂を含有して、前記第一の封止樹脂層よりも弾性率および強度が大きい第二の封止樹脂層とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、弾性率が低く、引張伸びが大きい熱可塑性樹脂層を電子部品に密着させるように構成したので、熱可塑性樹脂層と電子部品の線膨張係数差に基づく応力の発生を緩和でき、熱的な伸縮による疲労に対する密着耐久性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１における電子部品封止成形品５０の構成を示す側断面図である。図１において、半導体素子１は、内部で発生する熱を放熱するために銅等の高熱伝導部材２上に配置され、外部との電気的接続のためのリードフレーム３、４とボンディングワイヤー５、６を介して結線されている。高熱伝導部材２はリードフレームを兼ねることもある。
【００１３】
封止用樹脂層７は、熱可塑性樹脂にエラストマーを含有する封止材からなる。熱可塑性樹脂は、ＰＰＳ及びＰＰＡの少なくとも一つを用いる。エラストマーは、ＰＰＳ及びＰＰＡとの相溶性の観点から、エチレン・α−オレフィン共重合体等のオレフィン系エラストマーやポリアミド系エラストマーを用いることが好ましい。また、封止用樹脂層７の封止材は、無機充填材として繊維状強化材及び無機フィラーを単独もしくは混合して含有してもよい。
【００１４】
電子部品封止成形品５０は、半導体素子１、高熱伝導部材２、リードフレーム３、４、及びボンディングワイヤー５、６等の電子部品を射出成形法により封止用樹脂層７により封止成形してなるものである。電子部品は、射出成形機に設けられた金型の上型と下型とが組み合わされることによって形成されるキャビティ内に、リードフレーム３、４の一部が上型と下型に挟み込まれて位置決めされて配置される。
【００１５】
封止用樹脂層７用の封止材は、射出成形機のシリンダー内で３２０℃から３４０℃で溶融され、射出成形機の溶融樹脂射出口であるノズルから金型内のキャビティまでを結ぶスプルー、ランナー及びゲートを通過してキャビティまで到達する。封止材は、電子部品を密着、被覆した後、１２０℃から１５０℃の加圧水、油、あるいはヒーターで温度調節された金型により冷却、固化される。封止材の固化により封止は完了し、封止用樹脂層７で封止された電子部品封止成形品５０が形成される。
【００１６】
封止用樹脂層７の弾性率と引張伸びは、熱可塑性樹脂に配合されるエラストマーの種類及び配合量によって変化する。無機充填材を添加する場合は、充填材の種類、形状及び配合量にも影響される。また、弾性率が同じで引張伸びの異なる封止用樹脂層を形成することも可能である。
【００１７】
封止用樹脂層７に配合されるエラストマーの配合量は、封止用樹脂層７中、２〜６重量％であることが好ましい。エラストマーの配合量が、２重量％より少ないと封止用樹脂層７と、電子部品との線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生する応力を緩和する能力が不充分になる。６重量％より多いと、耐熱性に問題が生じる。
【００１８】
封止用樹脂層７に配合される無機充填材の配合量は、封止用樹脂層７中、繊維状強化材単独の場合は、４０重量％以下、無機フィラー単独の場合は、６０重量％以下が好ましい。繊維状強化材の配合量が４０重量％あるいは無機フィラーの配合量が６０重量％より多いと、弾性率の増加あるいは引張伸びの減少が著しい。また、繊維状強化材と無機フィラーの混合の場合は、６０重量％以下であることが好ましい。配合量の合計が６０重量％より多いと、弾性率の増加あるいは引張伸びの減少が著しくなるばかりでなく、封止成形時の樹脂の流動性に問題が生じる。
【００１９】
封止用樹脂層７に配合される熱可塑性樹脂の配合量は、封止用樹脂層７中、３４重量％以上９８重量％以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂の配合量が３４重量％より少ないと、無機充填材の配合量が多くなり、弾性率の増加あるいは引張伸びの減少が著しくなるばかりでなく、封止成形時の樹脂の流動性に問題が生じる。９８重量％より多いとエラストマーの配合量が少なくなり、封止用樹脂層７と電子部品の線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生する応力を緩和する能力が不充分になる。
【００２０】
上述の封止用樹脂層７は、−４０℃〜＋１５０℃における引張弾性率が５ＧＰａ以下で、かつ引張伸びが３％以上を示す。どちらか一方でも満足できないと、電子部品封止成形品５０において、電子部品との線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生する応力及び熱的な伸縮による疲労に耐えることができず、密着を維持できなくなる。
【００２１】
弾性率が５ＧＰａより高いと、熱的な伸縮による疲労に伴い密着強度の低下が早くなり、電子部品の線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生する応力に対して密着を維持できなくなるまでの時間が短くなる。５ＧＰａ以下で、好ましくは、４ＧＰａ以下であれば、電子部品の線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生する応力を低減する効果が高くなる。
【００２２】
引張伸びが３％より低いと、引張伸びが熱的な伸縮による疲労により減少し、電子部品の線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生するひずみに対して密着を維持できなくなるまでの時間が短くなる。３％以上で、好ましくは、４％以上であれば、引張伸びが熱的な伸縮による疲労で減少し、電子部品の線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生するひずみに対して密着を維持できなくなるまでの時間が長くなる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態１では、封止材としての熱可塑性樹脂にエラストマーを含有し、−４０℃〜＋１５０℃における引張弾性率が５ＧＰａ以下で、引張伸びが３％以上である封止用樹脂層７を用いたので、電子部品との線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生する応力を低減でき、電子部品との間に生じる剥離を抑制することができる。また、熱的な伸縮による疲労に対する密着耐久性の向上を図ることができる。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態１の電子部品封止成形品においては、封止材に封止用樹脂層７を一層で用いたが、実施の形態２では、組成の異なる二層の封止用樹脂層を用いた場合について示す。
【００２５】
図２は、本実施の形態２における電子部品封止成形品５１の構成を示す側断面図である。実施の形態１の構成と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。半導体素子１等の電子部品は、第１の封止樹脂層である封止用樹脂層８で覆われ、さらに、その外側を第２の封止樹脂層である封止用樹脂層９で覆われている。
【００２６】
封止用樹脂層８及び封止用樹脂層９は、全体として、熱可塑性樹脂とエラストマーを含有する封止材からなる。封止用樹脂層８は、エラストマーが配合されている必要はあるが、封止用樹脂層９は、エラストマーが配合されている必要はない。例えば、封止用樹脂層８をエラストマー単独で形成し、封止用樹脂層９を熱可塑性樹脂単独、もしくは熱可塑性樹脂と無機充填材で形成してもよい。
【００２７】
封止用樹脂層８及び封止用樹脂層９においても、熱可塑性樹脂は、ＰＰＳ及びＰＰＡの少なくとも一つを用いる。エラストマーは、ＰＰＳ及びＰＰＡとの相溶性の観点から、エチレン・α−オレフィン共重合体等のオレフィン系エラストマーやポリアミド系エラストマーを用いることが好ましい。また、無機充填材として繊維状強化材及び無機フィラーを単独もしくは混合して含有してもよい。
【００２８】
封止用樹脂層８用の封止材は、エラストマー単独の場合は２００℃程度で、エラストマーと熱可塑性樹脂との複合材の場合は３２０℃から３４０℃で、ポッティング及びディップ等により電子部品を被覆する。さらに、封止用樹脂層８の外側を封止用樹脂層９で、実施の形態１と同様に金型及び射出成形機を用いて覆うことにより封止し、電子部品封止成形品５１が形成される。
【００２９】
電子部品封止成形品５１においては封止用樹脂層を二層で用いることから、電子部品と接触する封止用樹脂層８は、より密着耐久性の向上を考慮した組成で配合できる。また、電子部品と接触しない封止用樹脂層９は、耐熱性、剛性及び強度を考慮した組成で配合できる。
【００３０】
封止用樹脂層８に配合されるエラストマーの配合量は、封止用樹脂層８中、２重量％以上であることが好ましい。エラストマーの配合量が、２重量％より少ないと封止用樹脂層８と電子部品との線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生する応力を緩和する能力が不充分になる。
【００３１】
封止用樹脂層８に配合される熱可塑性樹脂の配合量は、封止用樹脂層８中、９８重量％以下であることが好ましい。９８重量％より多いとエラストマーの配合量が少なくなり、封止用樹脂層８と電子部品の線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生する応力を緩和する能力が不充分になる。
【００３２】
封止用樹脂層９に配合されるエラストマーの配合量は、封止用樹脂層９中、６重量％以下であることが好ましい。エラストマーの配合量が、６重量％より多いと、耐熱性に問題が生じる。
【００３３】
封止用樹脂層９に配合される熱可塑性樹脂の配合量は、封止用樹脂層９中、３４重量％以上であることが好ましい。熱可塑性樹脂の配合量が３４重量％より少ないと、無機充填材の配合量が多くなり、弾性率の増加あるいは引張伸びの減少が著しくなるばかりでなく、封止成形時の樹脂の流動性に問題が生じる。
【００３４】
封止用樹脂層８及び封止用樹脂層９に配合される無機充填材の配合量は、各封止用樹脂層中、繊維状強化材単独の場合は、４０重量％以下、無機フィラー単独の場合は、６０重量％以下が好ましい。繊維状強化材の配合量が４０重量％あるいは無機フィラーの配合量が６０重量％より多いと、弾性率の増加あるいは引張伸びの減少が著しい。また、繊維状強化材と無機フィラーの混合の場合は、６０重量％以下であることが好ましい。配合量の合計が６０重量％より多いと、弾性率の増加あるいは引張伸びの減少が著しくなるばかりでなく、封止成形時の樹脂の流動性に問題が生じる。
【００３５】
上述の封止用樹脂層８においても、−４０℃〜＋１５０℃における引張弾性率が５ＧＰａ以下で、かつ引張伸びが３％以上を示し、実施の形態１と同様の効果を示す。また、封止用樹脂層８では、密着耐久性の向上に特化した組成配合を選択することができ、例えば、１ＧＰａ以下の弾性率を有し３００％以上の引張伸びの有するエラストマーを単独で用いれば、引張伸びが熱的な伸縮による疲労で減少し、電子部品の線膨張係数差に基づき、加熱あるいは冷却により発生するひずみに対して密着を維持できなくなるまでの時間が長くなるだけでなく、電子部品との密着強度が向上するという効果も加わる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態２では、封止材としての熱可塑性樹脂にエラストマーを含有し、電子部品と接触する一層目には、−４０℃〜＋１５０℃における引張弾性率が５ＧＰａ以下で、引張伸びが３％以上である封止用樹脂層８を用い、二層目には、一層目に比べ耐熱性、剛性及び強度の高い封止用樹脂層９を用いたので、電子部品と接触する封止用樹脂層を密着耐久性に特化した組成配合で選択できることから、さらに密着耐久性の向上を図ることができ、密着耐久性において信頼性の高い封止樹脂成形品を得ることができる。
【００３７】
なお、上述の実施の形態において、無機充填材として配合される繊維状強化材には、ガラス繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、炭化珪素繊維、窒化ホウ素繊維、窒化珪素繊維、チタン酸カリウム繊維、酸化亜鉛繊維などが挙げられる。
【００３８】
また、無機充填材として配合される無機フィラーには、シリカ、ガラスビーズ、炭化珪素、窒化ホウ素、ワラストナイト、セリサイト、カオリン、クレー、ベントナイト、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、アルミナ、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄などが挙げられる。
【００３９】
また、本発明では上記の成分以外にも、成形性、機械的特性を損なわない範囲で、公知の樹脂用添加剤を加えてもよい。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明の実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、これらは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において用いられた評価及び物性の測定は以下に示す方法で行った。
【００４１】
（１）弾性率及び引張り伸び
図３に示す形状の小型ダンベル片１０（長さ：Ａ＝７５ｍｍ、両端の幅：Ｂ＝１０ｍｍ、平行部の長さ：Ｃ＝１０ｍｍ、平行部の幅：Ｄ＝５ｍｍ、胴の丸みの半径：Ｅ＝１２．５ｍｍ、厚み：Ｆ＝２ｍｍ、）を射出成形で作製し、試験片１０とした。ＪＩＳ  Ｋ７１１３に準拠し、万能試験機（島津製作所製、オートグラフＡＧ５００Ｄ）を用いて、室温にて引張試験（チャック間距離３０ｍｍ、試験速度1ｍｍ／ｍｉｎ、）を行った。得られた応力−ひずみ曲線での、荷重１００Ｎから２００Ｎの範囲の傾きから弾性率を求めた（単位：ＧＰａ）。また、標点間距離Ｇを２４ｍｍとして破断時の伸びから引張伸びを求めた（単位：％）。
【００４２】
（２）温度サイクル試験
図４及び図５に示すように、半導体素子１１（縦：５ｍｍ、横：５ｍｍ、厚さ：０．５ｍｍ）をリードフレームと放熱板を兼用する銅製の高熱伝導部材１２（放熱部１２ａの厚さ：２ｍｍ、リードフレーム部１２ｂの厚さ：０．６ｍｍ）に配置し、他のリードフレーム１３、１４とはアルミワイヤー１５、１６（直径：０．４ｍｍ）でボンディングしてある電子部品を封止用樹脂層７で封止した封止成形品５２、封止用樹脂層８及び封止用樹脂層９で封止した封止成形品５３等、を試験品（縦：１７ｍｍ、横：１５ｍｍ、厚さ：５ｍｍ）とした。
【００４３】
試験品を、−４０℃と１５０℃の各槽内にそれぞれ３０分間放置し、これを１サイクルとして１０００サイクル実施した。温度サイクル試験後に超音波探傷器を用いて、電子部品と封止用樹脂層間における界面剥離の発生の有無を評価した。
【００４４】
実施例１〜８、比較例１〜１０
熱可塑性樹脂、エラストマー、繊維状強化材及び無機フィラーを図６及び図７に示す配合比（重量％）で混合した封止用樹脂層７用の封止材を、熱可塑性樹脂がＰＰＳの場合は３２０℃で、ＰＰＡの場合は３４０℃で溶融し、電子部品を挟み込んだ金型に注入して、封止成形品を成形した。また、封止材として市販されている出光興産製のＰＰＳ（Ｖ１７０Ｎ３）及び大日本インキ化学工業製のＰＰＳ（ＥＣ−１０Ａ２）を用いて封止成形品を成形し、それぞれ比較例９及び比較例１０とした。
【００４５】
実施例１〜８及び比較例１〜１０に係る試験片の弾性率と引張り伸び、及び試験品の温度サイクル試験後の界面剥離についての評価結果を図６及び図７に示す。図６に示す配合比（重量％）から成る実施例１〜８は、いずれも引張弾性率が５ＧＰａ以下で、かつ引張伸びが３％以上を満たし、電子部品と封止用樹脂層７間には界面剥離は認められなかった。
【００４６】
本発明の実施例に比べ、図７に示す配合比（重量％）から成る比較例１〜８及び市販品から成る比較例９及び比較例１０は、いずれも引張弾性率が５ＧＰａ以下で、かつ引張伸びが３％以上の要件を満たさず、電子部品と封止用樹脂層間には界面剥離が認められた。
【００４７】
実施例９〜１２
熱可塑性樹脂、エラストマー、繊維状強化材及び無機フィラーを図８に示す配合比（重量％）で混合した封止用樹脂層８及び封止用樹脂層９を用いた。封止用樹脂層８が、エラストマーのみの場合は２１０℃で、ＰＰＳとの複合材の場合は３２０℃で、又はＰＰＡとの複合材の場合は３４０℃で溶融し、ポッティングにより電子部品を封止用樹脂層８で覆い、一層目を成形した。
【００４８】
次に、封止用樹脂層９が、ＰＰＳとの複合材の場合は３２０℃で、ＰＰＡとの複合材の場合は３４０℃で溶融し、封止用樹脂層８で覆われ、固化した電子部品を挟み込んだ金型に封止用樹脂層９の封止材を注入して、二層目を成形し封止成形品５３を得た。
【００４９】
実施例９〜１２に係る試験片の弾性率と引張り伸び、及び試験品の温度サイクル試験後の界面剥離についての評価結果を図８に示す。図８に示す配合比（重量％）から成る実施例９〜１２は、電子部品と接触する一層目の封止用樹脂層８が、いずれも引張弾性率が５ＧＰａ以下で、かつ引張伸びが３％以上を満たし、電子部品と封止用樹脂層８間には界面剥離は認められなかった。封止用樹脂層８の要件具備が、封止用樹脂層９が本件請求項記載の要件を具備するか否かにかかわらず、密着耐久性の向上に効果的であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る電子部品封止成形品の実施の形態１の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明に係る電子部品封止成形品の実施の形態２の構成を示す側断面図である。
【図３】本発明に係る電子部品封止成形品の評価に用いた小型ダンベル試験片の概略図である。
【図４】本発明に係る電子部品封止成形品の実施例１〜８で用いた試験品の正面図及び側面図である。
【図５】本発明に係る電子部品封止成形品の実施例９〜１２で用いた試験品の正面図及び側面図である。
【図６】本発明に係る電子部品封止成形品の実施例１〜８における成形品の特性を評価した結果を示す図である。
【図７】本発明に係る電子部品封止成形品の比較例１〜１０における成形品の特性を評価した結果を示す図である。
【図８】本発明に係る電子部品封止成形品の実施例９〜１２における成形品の特性を評価した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
７、８、９  封止用樹脂層
５０、５１、５２、５３  封止成形品
【図１】
2008041754.tif 000003
【図２】
2008041754.tif 000004
【図３】
2008041754.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008041754.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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