(57)【要約】【課題】  パッケージ本体の防湿能を向上させる手段を提供すること。【解決手段】パッケージを形成する樹脂に添加配合される吸湿材として見掛密度が、１．５g／ｃｍ３以下のものを使用する。さらに、吸湿材は、見掛密度または粒径の異なる２種類以上の吸湿材を配合したものとする。これによって、配合する吸湿材量を増大する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸湿材を含有せしめてなる半導体素子収納用パッケージにおいて、
吸湿材の見掛密度が、１．５g／ｃｍ３以下である半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】
吸湿材を含有せしめてなる半導体素子収納用パッケージにおいて、
吸湿材が、見掛密度の異なる２種類以上の吸湿材から構成されている半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】
吸湿材を含有せしめてなる半導体素子収納用パッケージにおいて、
吸湿材が、粒径の異なる２種類以上の吸湿材から構成されている半導体素子収納用パッケージ。
【請求項４】
吸湿材の粒径は０．1〜２００μｍの範囲とし、且つ、少なくとも２種類の吸湿材の平均粒径差が５μｍ以上である請求項３に記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項５】
吸湿材の見掛密度が１．５g／ｃｍ３以下である請求項２から４の何れかに記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項６】
吸湿材が半導体素子収納用パッケージの樹脂基材に対して５０重量％を超えて配合されている請求項１から５の何れかに記載の半導体素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は半導体素子を収納するためのパッケージ、特に、ＣＣＤ，ＭＯＳ，ＣＰＤなどの固体撮像素子、ＥＰＲＯＭなどの光を利用するメモリのような光学特性を有する半導体素子収納用の箱形の中空パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子収納用の箱形の中空パッケージは、その内部に形成されたダイパッドに半導体素子が固着され、ボンディングワイヤーによりリードに接続されており、そして、パッケージの開口部はガラスあるいは透明なプラスチック製のリッド（蓋）が気密シール用の接着剤層により接着されて気密シールされている。
【０００３】
半導体素子の機能は、微細なゴミ、埃に大きく影響され易く、ゴミ、埃のない雰囲気とするのが不可欠である。また、半導体素子とレンズの取付には半導体装置を基準に行なわれるため、中空パッケージの寸法精度と平坦度は非常に高いレベルを要求される。それとともに、パッケージ内部に微量でも水分が浸入すると、半導体素子の機能が低下し、ついには、使用不能の状態に至る場合もある。特に透明な蓋材の内側に水分が結露して光透過率を低下させてしまうという重大な問題がある。
【０００４】
樹脂製中空パッケージの場合、多くはエポキシ樹脂からなる。ところが、樹脂本来の耐湿特性には限界があり、さらに効率的に湿気の浸入を防止することが可能な高度な特性を有するパッケージ素材並びに半導体装置が求められていた。
【０００５】
この中空パッケージへの水分の浸入を防ぐために、下記特許文献に開示されているように、従来から多くの手法が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１にはパッケージ内に吸湿材を封入することが、特許文献２にはパッケージの封止用キャップの接着用樹脂に吸湿材を含有させることが、特許文献３には中空パッケージにガス吸着剤を入れることが、特許文献４にはパッケージ内に乾燥剤を装入することが、また、特許文献５には、撮像素子の封止用接着剤に無定形シリカを充填材として使用することが、特許文献６にはパッケージの封止用キャップも接着剤用樹脂を撥水層と吸水層の２層で構成させることが記載され、さらに、特許文献７には、特許文献２に記載のパッケージの封止用キャップの接着用樹脂に吸湿材を含有させるに際しての組成を特定したものが開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献８には、中空パッケージの本体の構成材にシリカゲル、ゼオライト等の無機物を含む吸湿材を含有させたものが開示されている。
【０００８】
上記各特許文献に記載の吸湿材を用いて半導体素子収納用パッケージ内への湿分の浸入を防止するための手段の中で、特許文献８に記載のパッケージ本体の構成材に吸湿材を含有させることが最も効果的である。
【特許文献１】特開昭５３−７５８６０号公報
【特許文献２】実開昭５９−６８４２号公報
【特許文献３】特開昭６２−２２１１３７号公報
【特許文献４】特開平２−２０１９６０号公報
【特許文献５】特開平３−６００５６号公報
【特許文献６】特開平４−８５８５９号公報
【特許文献７】特許第２７４６８２６号公報
【特許文献８】特許第２７５０２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このパッケージ本体の構成材に吸湿材を含有させてパッケージ内への湿分の浸入の防止に際しては、構成材に含有させる吸湿材をより多く樹脂に埋入させることにより、水分の通過を長期間に渡り有効に阻止できる。
【００１０】
ところが、前記特許文献８に記載の発明においては、吸湿材を多量に埋入させることにより、金型にて樹脂を成形する際に樹脂の流れ性(流動性)が悪くなり、成形体が得られない。そのため、湿分の浸入防止に機能する吸湿材は５０重量％以下しか含有させることができず、この吸湿材の量的制限がパッケージ本体の防湿能そのものの限界となり、これが、湿分による収納半導体素子の性能低下をもたらす結果を招いている。
【００１１】
本願発明の第１の課題は、パッケージ本体の防湿能を向上させる手段を提供することにある。
【００１２】
本願発明の他の課題は、パッケージ本体の防湿能を向上させつつ、パッケージ本体の成形性を向上させる手段を提供することにある。
【００１３】
本願発明のさらに他の課題は、湿分の浸入による性能劣化の少ない半導体装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明は、パッケージ本体の吸湿能は、樹脂に添加配合される吸湿材の見掛密度に強く依存するという知見に基づいて完成した。
【００１５】
即ち、吸湿材の見掛密度を１．５g／ｃｍ３以下とすることにより、吸湿率が１．０重量％以上となり、半導体素子収納用パッケージとして十分な防湿能を示す。
【００１６】
また、本願発明は、吸湿材を含有するパッケージ本体成形用樹脂の流動成形性は、樹脂に添加配合される吸湿材の粒径及び見掛密度の調整を行うことによって維持され、これによってパッケージ本体の成形性を維持しつつ多量の吸湿材を配合できるという知見に基づいて完成した。
【００１７】
パッケージ本体の成形樹脂に配合される吸湿材が粗粒の場合、少量の場合はさほどでもないが、それが増量すれば、樹脂の流動成形性は極端に劣化する。また、微粒の場合は、樹脂中に均一に分散している場合には、その配合量が樹脂の成形性に与える影響は粗粒ほどでもないが、増量すると吸湿材の微粒子が樹脂成形体中に偏在し、パッケージ本体の品質を維持することはできなくなる。
【００１８】
ところが、吸湿材として粒径の異なる２種類以上の吸湿材を混合して用いた場合には、配合した粗粒子の間に微粒子が介在し、充填量を増大するとともに、粗粒子の間に存在する微粒子が、配合吸湿材の配合によって低下する樹脂の成形性の低下を緩和する機能を果たす。
【００１９】
吸湿材として見掛密度の異なる２種類以上の吸湿材を混合して用いた場合も同様に、樹脂の成形性の低下を緩和する機能を果たす。
【００２０】
その結果、半導体素子収納用の箱形の中空パッケージを構成する樹脂組成物中に吸湿材を９０重量％程度まで配合することを可能とする。吸湿材を高充填化することにより、樹脂のエポキシ成分占有率が減少することで、水分の浸入経路が少なくなり、水分浸入速度を低速化させる効果も望まれる。
【００２１】
しかしながら、樹脂成形体そのものの幾分かの強度の劣化は、吸湿材の混入量の増大とともに免れることはできず、その点から十分な機械的強度を維持するためには、7０重量％までの配合が望ましい。
【００２２】
吸湿材を多量に埋入させることで防湿効果は向上するが、中空パッケージ形状が大きい場合や特殊形状である場合等、流動性を十分に確保する必要性がある場合には、吸湿材以外に樹脂の流動性を維持するシリカ等の無機充填剤を添加し、それを含めて、粒度分布調整を行うことも可能である。
【００２３】
粒径の異なる２種類以上の吸湿材を混合する場合、その粒径は０．1〜２００μｍの範囲から選択し、且つ、それぞれの平均粒径差を５μｍ以上とするのがよい。粒径が２００μｍを超えると成形に際して金型のゲートに吸湿材が詰まり、樹脂が所定型内に流れなくなり、成形体が得られなくなる場合がある。また、粒径が０．1μｍ以下の場合は、粒子が偏在し好ましくない。
【００２４】
また、見掛密度の異なる２種類以上の吸湿材を混合する場合、それぞれの見掛密度を１．５g／ｃｍ３以下とすることによってその吸湿効果は著しくなる。
【００２５】
吸湿材としては、シリカゲル、ゼオライトを含む多孔質構造のものを使用する。しかしながら、この無機質の吸湿材の中でも、ゼオライトを適用することにより、ゼオライトに含まれるアルミナにより、熱伝導率の向上が期待される。また、シリカゲル、ゼオライト等の無機吸湿材は多孔質構造であり、樹脂成分が多孔質部に入り込むことにより、樹脂と吸湿材のロック効果が見込める。また、実装時のリフロー処理中における高温環境下においても、樹脂と吸湿材から亀裂、剥れ等の発生を防ぐことも可能となる。
【００２６】
また、本願発明に使用する吸湿材は、単一材の使用に限られない。したがって、その吸湿材の粒径及び見掛密度に応じて配合することで、上記規定の吸湿材の構成は簡単に得られる。
【発明の効果】
【００２７】
本願発明によって、従来より防湿能の高いパッケージを得ることができる。
【００２８】
そして、吸湿材の粒径及び見掛密度の調整を行うことによって、樹脂の流動成形性と成形体の特性に影響を与えることなく、任意に含有する吸湿材の量を、任意に調整できる。
【００２９】
その結果、パッケージ本体中に含まれる吸湿材の含量を９０重量％程度まで増大でき、パッケージ内の湿分を長期にわたって少なくすることができ、収納された半導体素子を品質の劣化なく長く維持できる。
【００３０】
また吸湿材が樹脂組成物中に５０重量％を超える範囲で埋入されることで、樹脂全体の比重が小さくなり、ひいては中空パッケージ並びに半導体装置の大幅な軽量化が達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本願発明を実施例に基づいて実施の形態を説明する。
【実施例】
【００３２】
図１は、本願発明を適用した中空パッケージの例を示す。同図において、箱型の中空パッケージ１０は、凹部１ａを有する絶縁基体１とガラスや透明プラスチックなどの蓋体４と半導体素子５とその外部との電気的接続を行うリードフレーム２とからなる。半導体素子５は、樹脂製接着剤３を介して凹部１ａの底部に固定する。リードフレーム２は、中空パッケージ１０のトランスファー成形時に一体成形され、中空パッケージ１０内の内部リード部２ａと外部リード部２ｂとからなる。中空パッケージ１０の凹部１ａ底面に配置された半導体素子５はボンディングワイヤー６を介してリードフレーム２の内部リード部２ａと連結されている。
【００３３】
絶縁基体１は、硬化剤、難燃化剤、シリカ、反応促進剤、顔料、カップリング剤、離型剤及び吸湿材を配合したエポキシ樹脂組成物をトランスファー成形機にて１８０℃、１５ＭＰａ加圧下、１．５分の条件下で成形を行い、ポストキュアして製作される。
【００３４】
中空パッケージに高い防湿能を保有させるためには、絶縁基体、つまりエポキシ樹脂成形体の吸湿率が１．０重量％以上あることが好ましい。そこで、エポキシ樹脂成形体に１．０重量％以上の特性を保有させる手法として、吸湿材をより多量に配合することが望まれる。
【００３５】
見掛密度の異なる吸湿材を使用し、エポキシ樹脂組成物に全組成物基準で５５重量％配合し、トランスファー成形により、円板状の樹脂成形片を得、吸湿率を測定した。
【００３６】
表１は、使用した５種類の吸湿材と測定した吸湿率の結果を示す。同表において、サンプルＮｏ．１は吸湿材として通常シリカを使用した比較例で、サンプルＮｏ．２〜５は吸湿材としてゼオライトを使用した本願発明の実施例である。
【００３７】
各サンプルの見掛密度は、JIS規格K 6220-1:2001 の7.7項に準じて測定した値である。また、吸湿率は、上記の通りエポキシ樹脂組成物をトランスファー成形して得られた円板状の樹脂成形片を使用して樹脂組成物の吸湿率として算出した。即ち、十分に乾燥した樹脂成形片を市販のプレッシャークッカー試験機に入れ、温度１２１℃、湿度１００％の湿熱環境で２０時間曝露し、重量増加量を測定し、吸湿率とした。
【表１】
2005085792.tif 000002
評価の結果、中空パッケージが高い防湿能を保有できるとされるエポキシ樹脂成形体の吸湿率１．０重量％を満足した吸湿材は、見掛密度が１．５ｇ／ｃｍ３以下であることが確認された。好ましくは１．０ｇ／ｃｍ３以下にすることにより確実にエポキシ樹脂成形体の吸湿率が１．０重量％を満足することが可能となり、中空パッケージの防湿安定性を満足することが可能となる。
【００３８】
ここで表１で吸湿性に優れた結果が得られた吸湿材（ゼオライト）の見掛密度１．５ｇ／ｃｍ３以下において、実際に、図１に示す形状の中空パッケージ体への成形を試み、その成形性を評価した。しかし、その成形性は必ずしも良好とは言えなかった。
【００３９】
そこで、成形性の向上を図る目的で、異なる見掛密度を有する吸湿材を２種類組合せ、評価を実施した。評価では表１に示したサンプルＮｏ．２〜５の見掛密度１．５ｇ／ｃｍ３以下である４種類の吸湿材を使用し、全ての組合せで吸湿材を５５重量％配合し、それぞれにおける流動成形性と吸湿率の確認を行った。スパイラルフロー値は、一般的に成形時の樹脂重要指標とされるもので、スパイラルフロー値が７０ｃｍ以上を成形安定性が確保できるエポキシ樹脂組成物である、７０ｃｍ未満を成形安定性が確保できないエポキシ樹脂組成物であると判断した。スパイラルフロー値は、ＥＭＭＩ１−６６に準じて測定した。
【００４０】
表２は評価を実施した６種類のサンプル（サンプルＮｏ．６〜１１）の吸湿材の組合せとその特性、及びスパイラルフロー値と吸湿率の評価結果を示す。
【表２】
2005085792.tif 000003
表２において、各サンプルは以下の通りのものである。
【００４１】
サンプルＮｏ．６：表１のサンプルＮｏ．２で使用した見掛密度１．５ｇ／ｃｍ３  とサンプルＮｏ．３で使用した見掛密度１．０ｇ／ｃｍ３  の２種類のゼオライトを配合したもの
サンプルＮｏ．７：サンプルＮｏ．２で使用した見掛密度１．５ｇ／ｃｍ３  とサンプルＮｏ．４で使用した見掛密度０．５ｇ／ｃｍ３  の２種類のゼオライトを配合したもの
サンプルＮｏ．８：サンプルＮｏ．２で使用した見掛密度１．５ｇ／ｃｍ３  とサンプルＮｏ．５で使用した見掛密度０．３ｇ／ｃｍ３  の２種類のゼオライトを配合したもの
サンプルＮｏ．９：サンプルＮｏ．３で使用した見掛密度１．０ｇ／ｃｍ３  とサンプルＮｏ．４で使用した見掛密度０．５ｇ／ｃｍ３  の２種類のゼオライトを配合したもの
サンプルＮｏ．１０：サンプルＮｏ．３で使用した見掛密度１．０ｇ／ｃｍ３  とサンプルＮｏ．５で使用した見掛密度０．３ｇ／ｃｍ３  の２種類のゼオライトを配合したもの
サンプルＮｏ．１１：サンプルＮｏ．４で使用した見掛密度０．５ｇ／ｃｍ３  とサンプルＮｏ．５で使用した見掛密度０．３ｇ／ｃｍ３  の２種類のゼオライトを配合したもの
上記各サンプルとも全組成物基準で合計５５重量％となるようにエポキシ樹脂組成物に配合し、トランスファー成形機にて図１に示す形状の中空パッケージ体に成形した。
【００４２】
評価の結果、異なる見掛密度を有する２種類の吸湿材を配合したサンプルＮｏ．６〜１１の全てにおいて７０ｃｍ以上のスパイラルフロー値が得られ、流動成形性の良好なエポキシ樹脂組成物が得られた。よって１．５ｇ／ｃｍ３以下の２種類の見掛密度を有する吸湿材を配合することにより、高い流動成形性及び吸湿率を得られることが確認された。
【００４３】
上記実施例では、２種類の異なる見掛密度を有する吸湿材を配合させ、エポキシ樹脂組成物の評価を実施したが、この種類は２種類に限定されるものではなく、更に異なる見掛密度を有する吸湿材を追加し、３種類以上配合しても構わない。
【００４４】
更に流動安定性を高めるために吸湿材の粒径に着目し、粒径の相違に伴うスパイラルフロー値への影響を評価した。この評価では、見掛密度は１．０ｇ／ｃｍ３とし、その条件下で粒径の異なる２種類の吸湿材を配合し、スパイラルフロー値を確認した。表３は実施した異なる粒径を有する４種類の組合せとその特性、及びスパイラルフロー値の評価結果を示す。
【表３】
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表３に示す各サンプルの吸湿材はゼオライトを使用したものであり、各サンプルについて全組成物基準で合計５５重量％となるようにエポキシ樹脂組成物に配合し、トランスファー成形機にて図１に示す形状の中空パッケージ体に成形した。なお、表３における粒径差の欄は、配合した２種類の吸湿材の平均粒径の差を示す。
【００４５】
評価の結果、２種類の吸湿材に粒径の差を全く発生させなかったサンプルＮｏ．１３では、スパイラルフロー値が極端に低下し、中空パッケージの成形性の低下が推測される。また、平均粒径差が５μｍ以上である吸湿材を配合することにより、高い流動安定性が確保できることが確認された。なお、粒径の異なる吸湿材を３種類以上配合する場合においても、少なくとも２種類以上の吸湿材の平均粒径差を５μｍ以上とすることにより、流動安定性が確保される。
【００４６】
以上の結果より、中空パッケージの防湿性を確保しつつ、且つ流動安定性を確保する手法として、吸湿材の粒径及び見掛密度の調整を行うことによって、樹脂の流動性と成形体の特性に影響を与えることなく、任意に含有する吸湿材の量を、任意に調整でき、９０重量％程度まで増大が可能となる。
【００４７】
また、中空パッケージの防湿性をサンプルＮｏ．１２、１４、１５で実施した。評価方法は以下の通りで実施した。
【００４８】
得られたエポキシ樹脂組成物で成形した中空パッケージにエポキシ樹脂接着剤(２２４７Ｄ；スリーボンド製)でガラス製蓋材を用いて気密封止して中空樹脂成形体を得た。こうして気密シールした箱体の中空部に浸入する水分量を測定することにより組成物の耐湿性を評価した。測定は、箱体を十分乾燥の後、高温高湿槽に入れ、温度６０℃、湿度９０％ＲＨの湿熱環境で所定時間曝露した。次に温度２５℃、湿度５０％ＲＨの常温常湿下に１５分放置し、中空部内の水分が結露するかどうかを調べた。結露が見られないものを良品とした。
【００４９】
その結果、サンプルＮｏ．１２、１４、１５の何れにおいても、１５００時間以上でも中空部内に水分の結露が発生せず、中空パッケージの防湿性が確認され、固体撮像素子や光学特性を有する素子において高い信頼性を確保する有効な手段である事が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本願発明は、半導体素子を収納するための箱型の中空パッケージ用として好適な耐湿性と成形性に優れたエポキシ樹脂組成物及び該樹脂組成物からなる半導体素子収納用中空パッケージに特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本願発明を適用した中空パッケージの例を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１０    箱型の中空パッケージ
１   絶縁基体
１ａ  凹部
２  リードフレーム
２a  内部リード部      ２b  外部リード部
３  樹脂製接着剤
４  蓋体
５  半導体素子
６  ボンディングワイヤー
【図１】
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