(57)【要約】【課題】水分の浸入を有効に防止した耐湿性の優れた気密封止方式の半導体パッケージ及びそれを用いた半導体装置を提供する。【解決手段】半導体パッケージは、エポキシ樹脂と硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物であって、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有するエポキシ樹脂および／または繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有する硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物を用いて成形された箱型中空樹脂成形体からなる。半導体装置は、前記半導体パッケージの中空底部に、半導体素子が装着され気密封止されてなる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂と硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物であって、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有するエポキシ樹脂および／または繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有する硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物を用いて成形された箱型中空樹脂成形体からなる半導体パッケージ。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂組成物が、繰り返し構造単位中にナフタレン環を有するエポキシ樹脂および／または繰り返し構造単位中にナフタレン環を有する硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物である請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記エポキシ樹脂組成物が、１−ブタノールを媒体として測定した密度が２．１０ｇ／ｃｍ３未満で、吸湿率が３％以上、かつ平均粒径が０．１μｍ以上、３μｍ未満のシリカを全組成物基準で１ないし８０重量％含有している請求項１または２に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
箱型中空樹脂成形体のチップマウント部から該成形体の底部までの距離が０．５ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
箱型中空樹脂成形体の底部に蒸気不透過性の板状体からなる耐湿層が形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体パッケージの中空底部に、半導体素子が装着され気密封止されてなることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージに関するものであって、より詳しくは、耐湿性が改良された箱型中空樹脂成形体からなる半導体パッケージ及びそれを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子は、周囲の温度や湿度の変化、あるいは微細なゴミやほこりに影響され、その特性が微妙に変化してしまうことや、機械的振動や衝撃によって破損し易いことなどの理由で、半導体素子が封止されたパッケージとして使用に供されている。
【０００３】
パッケージ方式としては、大別して気密封止方式と樹脂封止方式とに分けられ、気密封止方式では、一般的にはパッケージ材質にセラミックスおよび樹脂が用いられている。樹脂の場合は箱型樹脂成形体が半導体パッケージとして用いられ、その内部中央に設けられたリードフレームのアイランドに接着剤によって固着された半導体素子は、インサート成形によって樹脂成形体に封入され両端がパッケージの内外部に露出したリードのうちインナーリードとボンディングワイヤーによって連結されている。また樹脂成形体の上面開口部は透明あるいは不透明な合成樹脂板、ガラス板などの蓋材を接着剤によって固着し、気密封止を行うものであるが、このような封止手段を講じても、時間の経過に伴ないパッケージ内部に微量の水分が浸入し、半導体素子の機能を低下せしめ、やがては使用不能の状態となってしまうという問題点があった。
【０００４】
そこで、水分の浸入経路として考えられる蓋の接着部、あるいはリードフレームの樹脂封入部について入念な密封手段が施されているが、依然として経時による水分の浸入を防止することができず、その対策に苦慮しているのが現実である。
【０００５】
この問題に対して末次らは、１−ブタノールを媒体として測定した密度が２．１０ｇ／ｃｍ３未満で、吸湿率が３％以上、かつ、平均粒径が０．１μｍ以上、３μｍ未満のシリカを全組成物基準で１ないし８０重量％含有させることを特徴とするエポキシ樹脂組成物により成形された半導体パッケージを用いて半導体素子を気密封止することにより著しく耐湿性を改善するという発明を開示している。（特許文献１参照）
【０００６】
また片山らは、半導体パッケージに対する水分の浸入は、パッケージの下面、すなわち、箱型樹脂成形体の底面から成形体を透過してくる水分が主たるものであるという知見を得、この知見をもとに気密封止された半導体パッケージの箱型中空樹脂成形体底部の樹脂内部にアルミニウム、銅、鉄の金属およびそれらの合金からなる群より選ばれた蒸気不透過性の板状体からなる耐湿板の層を形成するという発明を開示している。（特許文献２参照）
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−４９３３３号公報
【特許文献２】
特許第３０８０２３６号明細書
【０００８】
しかし、昨今においては半導体パッケージの薄型化への要求が強く、結果としてパッケージ樹脂組成層の厚みが薄くなることから、上記の発明をさらに発展させ、水分の侵入防止を確実なものにすることが望まれる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、水分の浸入を有効に防止した耐湿性のすぐれた気密封止方式の半導体パッケージ及びそれを用いた半導体装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために達成されたものであって、その特徴とするところは、箱型中空樹脂成形体を成形するための樹脂組成物に、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有するエポキシ樹脂および／または繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有する硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物を用いることである。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、エポキシ樹脂と硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物であって、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有するエポキシ樹脂および／または繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有する硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物を用いて成形された箱型中空樹脂成形体からなる半導体パッケージが提供される。
【００１２】
前記エポキシ樹脂組成物が、繰り返し構造単位中にナフタレン環を有するエポキシ樹脂および／または繰り返し構造単位中にナフタレン環を有する硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物である半導体パッケージは、本発明の好ましい態様である。
【００１３】
前記エポキシ樹脂組成物が、１−ブタノールを媒体として測定した密度が２．１０ｇ／ｃｍ３未満で、吸湿率が３％以上、かつ、平均粒径が０．１μｍ以上、３μｍ未満のシリカを全組成物基準で１ないし８０重量％含有しているものであることは、本発明の好ましい態様である。
【００１４】
箱型中空樹脂成形体のチップマウント部から該成形体の底部までの距離が０．５ｍｍ以下である半導体パッケージであることは、本発明の好ましい態様である。
【００１５】
箱型中空樹脂成形体の底部に蒸気不透過性の板状体からなる耐湿層が形成されていることは、本発明の好ましい態様である。
【００１６】
また本発明により、前記半導体パッケージの中空底部に、半導体素子が装着され気密封止されてなる半導体装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体パッケージに用いる箱型樹脂成形体成形のためのエポキシ樹脂組成物について説明する。
エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と硬化剤を含むものであって、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有するエポキシ樹脂および／または繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有する硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物である。この様なエポキシ樹脂としては、例えばナフタレン骨格含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有エポキシ樹脂、ビフェニル骨格含有エポキシ樹脂、アラルキル骨格含有エポキシ樹脂、テルペン骨格含有エポキシ樹脂等を用いることができるが、耐湿性の改善効果に優れることや成形性に優れることなどの点からナフタレン骨格含有エポキシ樹脂が好ましい。
【００１８】
また、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有する硬化剤を用いる場合には、エポキシ樹脂としては、上記のエポキシ樹脂以外のフェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等を、１種単独であるいは２種以上を混合して使用することができるが、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有する上記のエポキシ樹脂を用いた方が耐湿性に優れるため好ましい。
【００１９】
繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有する硬化剤としては、例えばナフタレン骨格含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、ビフェニル骨格含有フェノール樹脂、アラルキル骨格含有フェノール樹脂、テルペン骨格含有フェノール樹脂等を用いることができるが、耐湿性の改善効果に優れることや成形性に優れることなどの点からナフタレン骨格含有フェノール樹脂が好ましい。
【００２０】
また、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有するエポキシ樹脂を用いる場合には、硬化剤としては、上記の硬化剤以外のフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等を、１種単独であるいは２種以上を混合して使用することができるが、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外に２つ以上の環状構造を有する硬化剤を用いた方が耐湿性に優れるため好ましい。これらの硬化剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基に対して０．５ないし１．５当量、好ましくは０．８ないし１．２当量の割合で配合される。
【００２１】
本発明では前記エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進するため、硬化促進剤が用いられることが好ましい。硬化促進剤の具体例としては、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾールアジン等のイミダゾール類；トリフェニルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン等の有機ホスフィン類；１，８−ジアザシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下ＤＢＵという。）フェノール塩、フェノールノボラック塩、炭酸塩等のＤＢＵ誘導体；式Ａｒ−ＮＨ−ＣＯ−ＮＲ２、Ａｒ−（ＮＨ−ＣＯ−ＮＲ２）２（Ａｒは置換または非置換のアリール基、Ｒは同一または異なっていてもよい置換または非置換のアルキル基。）で表される尿素誘導体があげられる。硬化促進剤は、エポキシ樹脂１００重量部に対して、０．１〜２０重量部の割合で配合されることが好ましく、さらには０．１〜１０重量部の割合で配合されることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明で用いるエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、自体公知のエポキシ樹脂用配合剤を添加することができる。これらの配合剤としては、シリカ、アルミナ、ガラス繊維、カーボン繊維、ガラスビーズ、マイカ、クレー、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウムなどの無機充填剤、酸化アンチモン、テトラブロムビスフェノールＡのようなハロゲン化多価フェノール、フェロセン誘導体、リン化合物などの難燃化剤、ワックス類、ステアリン酸などの脂肪酸およびその金属塩などの離型剤、シランカップリング剤、顔料などを例示することができる。
【００２３】
これらの配合剤は、通常、全組成物基準で、無機充填剤は１ないし９０重量％、難燃化剤は１ないし１０重量％、離型剤は０．０５ないし１重量％、シランカップリング剤は０．１ないし４重量％、顔料は０．０１ないし１重量％程度の割合で配合される。
【００２４】
また特開平６−４９３３３号公報に示される様に、無機充填剤として１−ブタノールを媒体として測定した密度が２．１０ｇ／ｃｍ３未満で、吸湿率が３％以上、かつ、平均粒径が０．１μｍ以上、３μｍ未満のシリカ（各物性の測定方法は特開平６−４９３３３号公報に記載の通り。以下同様。）をエポキシ樹脂組成物中に１ないし８０重量％、好ましくは、５ないし６５重量％の割合で配合することにより半導体パッケージの耐湿性は更に改良される。
【００２５】
上述のエポキシ樹脂組成物は加熱２本ロール、２軸押し出し機等公知の装置および条件を用いて、加熱混練して製造される。
【００２６】
本発明で用いるエポキシ樹脂組成物によって成形される半導体パッケージの一例を示す図１において、１はエポキシ樹脂と硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物であって、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有するエポキシ樹脂および／または繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有する硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物を用いて成形された箱型中空樹脂成形体、２は４２アロイ、銅合金などからなるリードフレーム、３は半導体チップを固着するためのチップマウント部、４は半導体装置を密封するための蓋接着部であり、密封効果をよりすぐれたものとするために段部を設けてある。
【００２７】
ｂは箱型中空樹脂成形体のチップマウント部から該成形体の底部までの距離で、正確には箱型中空樹脂成形体のチップマウント部から該成形体の底部までの最短距離であり、通常２ｍｍ以下であるが、好ましくは０．５ｍｍ以下、更に好ましくは０．３ｍｍ以下である。０．５ｍｍ以下であるとエポキシ樹脂と硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物であって、繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有するエポキシ樹脂および／または繰り返し構造単位中にエポキシ基以外の環状構造を２つ以上有する硬化剤を含むエポキシ樹脂組成物を用いたことによる耐湿性改良の効果が大きい。
【００２８】
５は４２アロイ、銅合金などの蒸気不透過性物質からなる耐湿層であり、特許第３０８０２３６号明細書に示されるように、半導体パッケージの箱型中空樹脂成形体底部の樹脂内部に蒸気不透過性の板状体からなる耐湿層がインサート形成されていることにより半導体パッケージの耐湿性は更に改良される。
【００２９】
耐湿層の厚みは、通常０．１ないし１０００μｍ、好ましくは１ないし５００μｍのものが用いられ、その大きさは、箱型樹脂成形体の底面と略同程度の大きさのものであることが好ましい。
【００３０】
また、耐湿層は、本発明で用いるエポキシ樹脂組成物によって成形される半導体パッケージの別の例を示す図２のように、その片面が箱型樹脂成形体の底面から露出していても構わない。
【００３１】
半導体パッケージの成形条件は、エポキシ樹脂組成物の種類によっても異なるが、通常、圧力が１０ないし５００ｋｇ／ｃｍ２、温度が１５０ないし２００℃、時間が１ないし５分間の条件で加圧加熱してトランスファー成形或いは射出成形することが好ましい。耐湿層をリードフレームとともにインサート成形することにより、箱型樹脂成形体内の底部に耐湿層を高い精度をもって固定することができ、しかも、あとで耐湿層を接着する方法に比べて、作業工程が簡略化されるばかりでなく確実な固着が達成される。
【００３２】
図３は、半導体パッケージのチップマウント部に半導体素子７を固着し、該素子とリードフレーム２をボンディングワイヤ６で連結した後、蓋材８を樹脂成形体の蓋接着部４にエポキシ系、イミド系、あるいはアクリル系の接着剤で接着せしめ、気密封止された半導体装置を示す断面図である。ボンディグワイヤーとしては、通常、金やアルミニウムが使用され、また蓋材としては、石英ガラス板、サファイヤ板、透明アルミナ板、透明プラスチック板などの透明蓋材、着色ガラス板、セラミックス板、着色プラスチック板などの半透明ないし不透明蓋材が使用される。
【００３３】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
（実施例）
以下に示す組成のものを、加熱２本ロールを用いて１２０℃にて溶融混練し、粒径約２ｍｍ以下に粉砕することによってエポキシ樹脂組成物を得た。次にこのエポキシ樹脂組成物を、プレスを用いて常温で圧縮成形することにより、トランスファー成形用タブレットを得た。
そして厚さ１５０μｍの４２アロイ製のリードフレーム、および厚さ１５０μｍの銅合金製耐湿層をトランスファー成形機金型内の所定の位置にインサートした。次いで上記のトランスファー成形用タブレットを用いて、温度１８０℃、圧力８０ｋｇ／ｃｍ２、時間２分間の条件でインサート成形した後、温度１８０℃、時間３時間で後硬化を行なって図１（ａ＝１０ｍｍ、ｂ＝０．５ｍｍ）に示すような箱型中空樹脂成形体を得た。
【００３４】
＜エポキシ樹脂組成物の組成（単位重量％）＞
ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂（日本化薬（株）製ＮＣ７３００Ｌ、エポキシ当量２３０）・・・７
ブロム化エポキシ樹脂（難燃化剤、日本化薬（株）製ＢＲＥＮ−Ｓ、エポキシ当量２８５）・・・２
ナフタレン骨格含有フェノール樹脂（硬化剤、日本化薬（株）製カヤハード（登録商標）ＮＨＮ、水酸基当量１４０）・・・５
シリカ（密度２．２０ｇ／ｃｍ３、吸湿率０．０２％、平均粒径１８μｍ、球状）・・・７６
三酸化アンチモン（難燃化剤）・・・０．４
カーボンブラック（顔料）・・・０．５
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（シランカップリング剤）・・・０．５
２−メチルイミダゾール（硬化促進剤）・・・０．５
カルナバワックス（離型剤）・・・０．１
シリカ（密度１．６８ｇ／ｃｍ３、吸湿率１３．７％、平均粒径１μｍ、不定形）・・・８
【００３５】
次に透明ガラス板製蓋材を上記箱型中空樹脂成形体の蓋接着部にエポキシ樹脂接着剤（協立化学社製８７２３Ｋ８Ｌ）で接着した。この気密封止されたパッケージを、温度１２１℃、湿度１００％ＲＨ、ゲージ圧力１ｋｇ／ｃｍ２の条件でプレッシャークッカー試験にかけ、２時間毎にとり出して常温下でガラス蓋の内側に結露が認められるかどうかを調べた。その結果、結露は１２時間までは認められず、１４時間後にはじめて認められた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の箱型中空成形体からなる半導体パッケージを用いることにより、耐湿性の改良された気密封止されてなる半導体装置を提供することができる。特に箱型中空樹脂成形体のチップマウント部から該成形体の底部までの距離が０．５ｍｍ以下である場合においてその効果が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気密封止された半導体パッケージの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の気密封止された半導体パッケージの別の例を示す断面図である。
【図３】図１のパッケージを用いて気密封止された半導体パッケージの完成状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  箱型中空樹脂成形体
２  リードフレーム
３  チップマウント部
４  蓋接着部
５  耐湿層
６  ボンディングワイヤー
７  半導体素子
８  蓋材
９  接着層
ａ  箱型中空樹脂成形体の幅（奥行きも同じ長さ）
ｂ  チップマウント部から箱型中空樹脂成形体底面までの距離
【図１】
2004335972.tif 000002
【図２】
2004335972.tif 000003
【図３】
2004335972.tif 000004