(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームや半導体素子に対する密着性を有する半導体封止用樹脂組成物において
極性基の結合により前記リードフレームや半導体素子の表面の水酸基との密着性を高める密着性付与剤と、
ポリフェニレンサルファイドを有し、１５０℃〜２００℃における線膨張係数が４．５×１０−５［１／  ℃］  以下であって、含まれるシリカ粒の粒径が10μm未満であり、シリカは６９重量％〜７５重量％であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
【請求項２】
リードフレームや半導体素子に対する密着性を有する半導体封止用樹脂組成物において
極性基の結合により前記リードフレームや半導体素子の表面の水酸基との密着性を高める密着性付与剤と、
ポリフェニレンサルファイドを有し、固化後、流動方向の線膨張係数と前記流動方向の法線方向の線膨張係数との比が０．５５以上であって、含まれるシリカ粒の粒径が10μm未満であり、シリカは６９重量％〜７５重量％であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
【請求項３】
固化後の曲げ強度が７４ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２のいずれか記載の半導体封止用樹脂組成物。
【請求項４】
前記密着性付与剤が酸無水酸リン系ゴム成分であり、別に加えられている熱可塑性樹脂の重量比の２８％以下の重量比で添加されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか記載の半導体封止用樹脂組成物。
【請求項５】
繊維材料が混入していることを特徴とする請求項１または２のいずれか記載の半導体封止用樹脂組成物。
【請求項６】
熱硬化性材料が混入していることを特徴とする請求項１または２のいずれか記載の半導体封止用樹脂組成物。
【請求項７】
半導体素子と、
この半導体素子を封止する請求項１乃至６のいずれか記載の半導体封止用樹脂組成物にて形成されたパッケージと、
一端が封止された前記半導体素子と電気的に接続される導通部材と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
半導体素子と導通部材とを電気的に接続する工程と、
前記半導体素子を樹脂によって封止する工程、
とを備える半導体装置の製造方法において、
前記樹脂として請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体素子を樹脂で封止した半導体装置に関し、特にパッケージのリサイクル性の高いものに関する。また、リードフレームなどのキャリア部材への密着性が高い熱可塑性樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、リードフレーム上に半導体素子を搭載した後、この半導体素子を熱硬化性樹脂で封止して形成される半導体装置が存在する。
このような半導体装置は、たとえば以下のようにして形成される。
【０００３】
金型に設けられた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半導体素子を搭載したリードフレームを配置する。この半導体素子はリードフレームと例えばボンディングワイヤによって電気的に接続されている。キャビティ内に向けて設けられている射出口( ゲート) から、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂などを注入し、このエポキシ樹脂を加熱してこのエポキシ樹脂を固化して、半導体素子とリードフレームとを一体的に保持させる。このように、半導体装置の製造に際しては、流動性や密着性が良好であることなどの観点から熱硬化性樹脂が広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱硬化性樹脂を硬化する場合、樹脂の硬化反応の所要時間として平均６０秒程度が必要とされ、半導体装置の生産性の低下の一因となっている。また、樹脂の流動性が高すぎるため、バリが発生し易い。また、熱硬化性樹脂は一旦熱処理してしまうと、元の流動性を再現できないため、再利用性が無い。したがって、使われなくなった半導体装置は、埋立て処分か焼却処分されるしかない。
【０００５】
そこで、硬化工程の所要時間を短縮させるために熱硬化性樹脂に代えて熱可塑性樹脂を用いる方法が考えられる。熱可塑性樹脂を用いた場合の硬化反応の所要時間は約１０秒程度と見積もられる。熱可塑性樹脂ならば、熱処理することで流動性を再現することが出来るので、再利用性があるという利点もある。
【０００６】
しかし、熱硬化性樹脂に比べると、リードフレームなどに対する密着性が低いため、リードフレームと樹脂との境界面から水分や油分などが侵入する場合が考えられるという耐湿性の問題があり、従来は使用されていなかった。
【０００７】
本発明は、熱可塑性の樹脂組成物により半導体素子やリードフレームを封止する場合においても、熱硬化性樹脂製の半導体装置に劣らない性能を有する半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、リードフレームや半導体素子やリードフレームなどに対する密着性が高い熱可塑性の樹脂組成物を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、再利用可能な半導体装置を提供することである。本発明は再使用可能な半導体封止用樹脂組成物を提供する。半導体装置のパッケージは本発明の半導体封止用樹脂組成物によって成形される。本発明の半導体封止用樹脂組成物は流動性も粘着性も優れており、硬化反応が可逆的なので、再利用性を有している。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、リードフレームや半導体素子に対する密着性を有する半導体封止用樹脂組成物において極性基の結合により前記リードフレームや半導体素子の表面の水酸基との密着性を高める密着性付与剤と、ポリフェニレンサルファイドを有し、１５０℃〜２００℃における線膨張係数が４．５×１０−５［１／  ℃］  以下であって、含まれるシリカ粒の粒径が10μm未満であり、シリカは６９重量％〜７５重量％であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物である。
また、本発明は、リードフレームや半導体素子に対する密着性を有する半導体封止用樹脂組成物において極性基の結合により前記リードフレームや半導体素子の表面の水酸基との密着性を高める密着性付与剤と、ポリフェニレンサルファイドを有し、固化後、流動方向の線膨張係数と前記流動方向の法線方向の線膨張係数との比が０．５５以上であって、含まれるシリカ粒の粒径が10μm未満であり、シリカは６９重量％〜７５重量％であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物である。
【００１０】
これらの封止用樹脂組成物は、実装時の変形や欠損を防ぐ観点から、曲げ強度が７４ＭＰａ以上であることが好ましい。
また、これらの封止用樹脂組成物は、非常に過酷な高温高湿環境に耐えられるように、他部材との密着性を高める密着性付与剤の重量比が熱可塑性樹脂の重量比に対しておよそ０．２８以下の割合で添加されていることが好ましい。
【００１１】
また、これらの封止用樹脂組成物は、流動方向による線膨張係数のばらつきを抑えるために、直径が平均１０μｍ以下のシリカを含有させることが好ましい。
これらの封止用樹脂組成物は、繊維材料が添加される場合がある。
【００１２】
また、これらの封止用樹脂組成物は、熱硬化性材料が添加される場合がある。本発明の半導体装置は、半導体素子と、この半導体素子を封止する上記いずれかの封止用樹脂組成物にて形成されたパッケージと、封止された前記半導体素子を電気的に接続するための導通部材と、を具備する半導体装置である。
【００１３】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子と導通部材とを電気的に接続する工程と、前記半導体素子を上記した封止用樹脂組成物によって封止する工程、とを備える半導体装置の製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
図１(a) 、(b) に本発明の第１の実施の形態に係るトランジスタ装置１０の構成を示す。このトランジスタ装置１０は、内部で発生する熱を効率良く発散するために、銅などの良導体からなる導通部材たるリードフレーム１１のベッド部１２がパッケージ２０から露出するように構成されている。パッケージ２０は後述するリードフレーム１１やボンディングワイヤ１５や半導体素子１４を一体的に保持して成形されている。パッケージ２０は封止用樹脂組成物が固化されて成形されたものである。放熱の問題がないときは、ベッド部１２はパッケージ２０の外部に露出している必要はない。
【００１５】
リードフレーム１１は、半導体素子が載置される平板状のベッド部１２と、このベッド部１２の端部に突接したリード部１３と、を有しており、前記ベッド部１２には、ベッド部１２とパッケージ２０とが摺動しないようにするため、長手方向に凹凸構造の係留部１２ａが設けられている。
【００１６】
ベッド部１２には半導体素子１４が載置されている。半導体素子１４にはポリイミドを被膜している。ポリイミドを被膜しておくことにより、耐湿性をさらに良好に維持出来るようになる。また、機械的強度も補強されるので耐衝撃性も向上できる。
【００１７】
リード部１３にほぼ平行に他のリード１６、１７が設けられ、これらリード１６, １７のそれぞれのパッケージ２０内の端部１６ａ、１７ａは半導体素子１４上に設けられる端子部とそれぞれボンディングワイヤ１５で結線されている。ボンディングワイヤは金やアルミなど金属の良導体で構成されており、太さは直径２００μｍ程度である。
【００１８】
半導体封止用樹脂組成物は熱可塑性材料である。熱硬化性材料は実質的には混入されていない。本発明の半導体封止用樹脂組成物は産業廃棄物を減らすために再利用可能に構成されている。好ましくは、実質的にはガラスファイバーなどの繊維状のフィラーは含まれない。シリカなどの粒状のフィラーは混練される場合もあるが、７５重量％を超える場合は混練作業が困難になる場合がある。
【００１９】
パッケージ２０を構成する封止用樹脂組成物には密着性を高めるための密着性付与剤が添加されている。この密着性付与剤として、酸無水酸リン系ゴム成分などが用いられる。例えばこの密着性付与剤として極性基に−ＣＯＨを有しているアクリル酸と無水マレイン酸の共重合体を用いた場合、Ｃｕや42alloy などからなるリードフレームは、表面に−ＯＨ基を付着している状態にあるため、これに接する極性基との相互作用によりH-COOH結合が生じ、密着性が向上する。このように密着性付与剤としては、極性基とリードフレーム表面の水酸基とが結合を生じて密着性が高まるような材料を選択することが好ましい。
【００２０】
封止用樹脂組成物にはフィラーとしてシリカ粒子を添加している。細粒状のフィラーは線膨張係数の絶対値を低くするばかりでなく、線膨張係数の異方性をも低減することが出来る。線膨張係数の異方性は後述するように樹脂の密着性に大きく関わる。フィラーのなかでも、シリカの細粒を用いることが好ましいものとなっている。本実施形態ではシリカを粒径１０μｍ程度以下の大きさの細粒に加工して樹脂に添加している。他のフィラーとしてはシリケート粒子、セラミクス粒子、マイカ粒子などが使用可能である。フィラーは不活性で等方的形状であることが好ましい。
【００２１】
なお、従来、半導体装置の機械的強度を増すために樹脂の中に繊維材を混入していたが、外観形状が異方的である繊維材は線膨張係数の異方性を助長するため、添加していない。特に、ガラス繊維は、ソーダガラス成分からＮａイオンやＣｌイオンが溶け出すので半導体装置の寿命を減退させる原因となる。また、リサイクルを行う場合、封止用樹脂組成物を混錬する工程が必要であり、この混錬工程で繊維がちぎれてしまい、強度が維持できないという問題がある。
【００２２】
ここで用いた封止用樹脂組成物は熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド( 以下PPS と称する) を熱可塑性成分とした樹脂である。パッケージ２０は不透明化のために黒色に着色された封止用樹脂組成物を射出成形法によって成形固化したものである。成形条件は、金型温度１３０[ ℃] 、樹脂溶融温度３３０[ ℃] 、成形金型に設けられたゲート通過時の樹脂の想定粘度( 実際には測定不能) ３００[Pa ・s]、保圧１２０[ ＭＰａ] である。半導体素子１４を導通部材であるリードフレーム１１とをボンディングワイヤ１５によって電気的に接続し、これらを成形金型に設けられたキャビティ内に配置して、キャビティ内に樹脂を充填する。その後、封止用樹脂組成物が冷却されることで固化が生じ、半導体装置が形成される。
【００２３】
上述の封止用樹脂組成物を用いて成形した半導体装置の物理的特性について以下に詳述する。
パッケージ２０には密着性付与剤が添加された熱可塑性樹脂組成物を用いた。一般的には、密着性付与剤を添加するとパッケージ２０の機械的強度が低下する傾向が認められている。この機械的強度が低すぎる場合には、リードを引っ張った際にパッケージ２０に欠けが生じる場合がある。
【００２４】
半導体装置１０をリード引張り試験に供した。リード引張り試験は、素子側の厚さ０．５ｍｍ×幅２．０ｍｍ×長さ２．５ｍｍ、そこからさらに延設される厚さ０．５ｍｍ×幅１．０ｍｍ×長さ１８ｍｍの２パートから構成されるリード部の、端部から５乃至６ｍｍパッケージ寄りの部位を万力で保持し、長さ１９ｍｍ×厚さ４．５ｍｍ×幅１５ｍｍのパッケージの端部から１０ｍｍリード部寄りの部位を万力で保持し、クロスヘッドによって１０[mm/min]の速度でリードが切断あるいは抜ける状態まで引張り、そのときの引張り強度を測定する試験である。この時、リードはパッケージのベッド部１２側から３．０ｍｍ離間した位置に突設されている。試験装置は( 株) オリエンテック製万能引張試験機UCT-2.5Tである。この試験に供した試料のうち、パッケージの曲げ強度が７４ＭＰａ以上の試料にはパッケージに欠けが生じなかった。したがって、一般的な半導体装置の場合、密着性付与剤の添加量としてはパッケージの曲げ強度が７４[ ＭＰａ] 以上となる量が許容される。実験により、封止用樹脂組成物中における密着性付与剤の重量比と熱可塑性樹脂の重量比との比（密着性付与剤(wt%) ／熱可塑性樹脂(wt%) ）および熱可塑性樹脂の機械的強度の関係は図２に示される通りとなった。組成比が０．２８までは曲げ強度７４[ ＭＰａ] を保っており、これよりも大きくなると曲げ強度は減少していく。したがって、両者の重量比の比の上限は０．２８付近である。このときの半導体封止用樹脂組成物の組成は、６９重量％〜７５重量％のシリカ粒と、２５重量％〜３１重量％の熱可塑性樹脂組成物と、からなる半導体封止用樹脂組成物であり、さらに密着性を付与することを目的として、熱可塑性樹脂組成物は、極性基の結合により他部材との密着性を高める密着性付与剤が、別に加えられている熱可塑性樹脂の重量比の約２８％以下の重量比で添加されている半導体封止用樹脂組成物となっている。
【００２５】
半導体装置１０を温度サイクルテスト( 以下ＴＣＴと称する) に供した結果を図３に示す。このTCT においては半導体装置に対して−６５℃( ３０分) 〜室温( ２５℃：５分) 〜１５０℃( ３０分) の温度サイクルを繰り返し与えて耐性を評価する。温度を変化させる際は急峻な温度変化を与える。所定回数の温度サイクルを与えた後、試験前の電気特性との比較を行う。このとき計数した電気特性の変動率が絶対値で所定数値( 例えば５%)を超過した場合は不良と判断する。
【００２６】
樹脂は低温時の線膨張係数が小さいので、−６５℃の状態においてもリードフレームや半導体素子などに対する密着性が劣化しづらい。一方、高温時の線膨張係数は低温時に比して大きいため、高温時における線膨張係数がある一定の範囲以上に設定された封止用樹脂組成物の場合には、リードフレーム１１とパッケージ２０との界面に剥離が生じはじめ、密着性が劣化することがある。したがって、密着性劣化に影響を与える高温時の線膨張係数が、パッケージ２０を構成する樹脂に関する重要なパラメータとなる。
【００２７】
さて、封止用樹脂組成物の熱可塑性成分であるＰＰＳなどの熱可塑性樹脂のガラス転移温度は約１００℃付近にあるため、封止用樹脂組成物の線膨張係数の変曲点も、約１００℃付近に存在するとみられる。しかし、この変曲点の温度的位置は明確に規定できるものではなく、安定して線膨張係数が把握できる温度は１５０℃辺りからである。一方、さらに温度が上昇していくと熱可塑性樹脂の曲げ弾性率は急激に低下していく。線膨張係数の測定は、所定の大きさの試験片に測定プローブを突き当てることにより試験片を伸縮させ、この伸縮の状態に基づいて計測している。熱可塑性樹脂の場合には、２００℃を超えると弾性率が低下しすぎて測定プローブが試験片にめり込んでしまう場合があるため、微妙な伸縮の変化を計測できなくなってくる。したがって、パッケージ２０を構成する熱可塑性封止用樹脂組成物に適当な線膨張係数を規定できる温度的範囲は２００℃までと見込まれる。これらの問題を考慮すると、パッケージ２０を構成する封止用樹脂組成物の線膨張係数を規定するに適当な範囲は、１５０℃〜２００℃であることが分かる。
【００２８】
この考察を基に、高温度領域( １５０℃〜２００℃) における線膨張係数の絶対値が6.4 ×１０-5 [1/℃] 以下の封止用樹脂組成物を用いて成形した半導体装置に対してＴＣＴを行ったところ、線膨張係数の絶対値が4.75×１０-5[1/ ℃] 超える値を有する樹脂の場合に不良が発生しやすいことが、図３から判断できた。２．５×１０-5 [1/℃] 以上の封止用樹脂組成物において不良が発生しないことを実験で確認した。
【００２９】
表１に半導体封止用樹脂組成物に添加する密着性付与剤とＰＰＳとの重量比を変えた複数の試料をTCT に供した結果を示す。このTCT はJIS C 7021:A-4やJIS C 7022:A-4などの規格に準拠した方法である。ここでは各条件毎に１０個の同等品を１ロットとしている。１００サイクル毎に３００サイクルまで各試料の電気特性を測定しており、この電気特性の変動率の絶対値が５％を超えたものについて不良と判断している。シリカ細粒や密着性付与剤の充填量を変えた７つの試料について確認を行った。試料は３．８ｍｍ×３．８ｍｍの半導体素子をリードフレームに搭載して封止用樹脂組成物で一体に成形した成形品( グループＡ) 及び６．５ｍｍ×６．５ｍｍの半導体素子をリードフレームに搭載して封止用樹脂組成物で一体に成形した成形品( グループＢ) を用いる。
【００３０】
【表１】
0004212147.tif 000002
【００３１】
表１では半導体素子が大きくなるほど、不良率が高くなっている。したがって、少なくともサンプル１及びサンプル２の試料について、密着性が低すぎたことが分かる。ただし、密着性付与剤の添加量に変化が無いにもかかわらずサンプル２において、グループＡに対してグループＢは不良率が増大しており、その他のサンプルにおいては不良が発生していない。
【００３２】
このときの各サンプルの線膨張係数を測定した結果も表１に併せて示してある。実験を積み重ねた結果、樹脂を流動させた方向の線膨張係数αと、この方向に直行する方向の線膨張係数βとの比α／β( 以下、係数比と称する) が０．５５以上のものについて不良が発生しないことを確認した。本実施の形態においてはα／βをパラメータとして確認を行ったが、β／αをパラメータとした場合にこの値が０．５５以上のものについても、同様の効果を奏するものである。両者の比が１に近ければ良い。
【００３３】
表１に示す熱可塑性封止用樹脂組成物には、３０〜７５重量％のシリカが添加されている。しかしながら、シリカの添加量は０％でも構わない。表１に示されたサンプルは比較のためにあげられた例であるにすぎない。シリカの添加量が７５％を超えると硬くなりすぎて混練が困難になる場合がある。
【００３４】
さて、一般的には、フィラーはパッケージの機械的強度を向上させるために添加される。これは表１からも読み取れる。ガラスファイバーなどの繊維状の材料はシリカなどの粒状のフィラーよりも、この効果が大きい。それ故、サンプル１や２においては、シリカの量は抑えられている。シリカの混合量が３０重量％のサンプル１及び２において、線膨張係数比は低い。しかし、シリカの混合量が７５重量％のサンプル７においても、他のサンプルに比して線膨張係数比が低い。したがって、シリカの混合量は材料の線膨張係数比の増加に関して直接的影響力が無い。表１の場合、ガラスファイバーが線膨張係数比に関して直接的影響力を持っていることが読み取れる。
【００３５】
また、シリカそれ自身には粘着性が無く、樹脂にはわずかながら粘着性がある。ガラスファイバーを添加することによってパッケージの曲げ強度は増加しているが、この状態では、リードフレームが膨張収縮したときなどに応じて変形することも容易ではなくなる。サンプル１及び２におけるＰＰＳの混合量は、粘着性を向上させるために、他のサンプルよりも多めに設定されている。仮にサンプル１において、シリカの添加量がこれよりも多い場合、またはＰＰＳの添加量がこれよりも少ない場合は、テストによる不良発生率は増加する。電気特性の変動率が絶対値で５% を超過した場合は不良と判断した。ＰＣＴはEIAJ SD-121:18やEIAJ IC-121:18に準拠している。
【００３６】
【表２】
0004212147.tif 000003
【００３７】
表２から、これまで検討して得られた条件が適正であることが確認できたとともに、密着性付与剤が添加されていなければ、比較的長期信頼性が低いということも確認された。
【００３８】
半導体装置に用いる樹脂は、線膨張係数が高温度領域１５０℃〜２００℃のとき4.75×１０-5[1/ ℃] 以下に設定されたものであることが耐湿性の観点から好ましい。
【００３９】
さらには、この封止用樹脂組成物の線膨張係数の係数比は０．５５以上であることが好ましいことが確認された。前記係数比は１．０を超えても良いが、１．０に近いほどよい。このため、従来、半導体装置の機械的強度を補強するために添加されていた繊維材は、添加されないことが望ましい。
【００４０】
また、強度上の問題を生じない程度に耐湿性の長期信頼性を確保したい場合は、他の部材との密着性を高めるための密着性付与剤を樹脂材料に対して０．２８の割合を上限として添加することが好ましいことも確認された。これによって、曲げ強度７４[ ＭＰａ] 以上の樹脂を得ることが出来、半導体装置の製造に適した樹脂となる。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
図４に本発明の第２の実施の形態に係るＣＣＤ（Charge Coupled Device ）装置１０Ｂの構成を示す。
【００４２】
このＣＣＤ装置１０Ｂは、封止用樹脂組成物製の中空パッケージ２０Ｂの中空部に１．８mm×３．０mmのCCD 素子１５B が設けられ、このCCD 素子１５B の受光面側が光学ガラス１７Ｂで構成される自由空間となっている。CCD 素子１５B 非受光面側はリードフレームのベッド部１２Ｂと結合されて閉じられている。
【００４３】
リードは中空パッケージ２０Ｂによって保持されており、インナーリード部１３ＢとＣＣＤ素子１５Ｂとは直径２５μｍ程度のボンディングワイヤ１６Ｂで電気的に接続される。ボンディングワイヤは金やアルミなどの良導体で構成されている。アウターリード部１４Ｂは中空パッケージ２０Ｂの外側にあり、他の装置とＣＣＤ素子１５Ｂとを電気的に接続されるために設けられる。
【００４４】
中空パッケージ２０Ｂは不透明化のために黒色に着色された封止用樹脂組成物を射出成形法によって成形したものである。成形条件は、金型温度１５５[ ℃] 樹脂溶融温度３４０[ ℃] 、成形用金型に設けられたゲート通過時の樹脂の想定粘度( 実際には測定不能) ３００[Pa ・s]、保圧１２０[ ＭＰａ] である。
【００４５】
中空パッケージ２０Ｂを構成する樹脂の物性は前述の理由により、線膨張係数が高温度領域１５０℃〜２００℃のとき4.75×１０-5[1/ ℃] 以下に設定されたものであり、この封止用樹脂組成物の線膨張係数の係数比は０．５５以上であり、また、強度上の問題を生じない程度に耐湿性の長期信頼性を確保するために、他の部材との密着性を高めるための密着性付与剤を樹脂の重量比に対して０．２８の割合を上限として添加されており、曲げ強度７４[ ＭＰａ] 以上の熱可塑性樹脂である。また、従来、半導体装置の機械的強度を補強するために添加されていた繊維材は添加されていない。
【００４６】
ここで、表３に封止用樹脂組成物に添加する密着性付与剤の添加量を変化させた６種類( 各３個) のＣＣＤ装置をTCT および高温高湿放置試験に供した結果を示す。このＴＣＴにおいては−６５℃( ３０分) 〜１５０℃( ３０分) の温度サイクルを１サイクルとして１５０サイクル後に各試料の電気特性を測定しており、この電気特性の変動率の絶対値が５％を超えたものについて不良と判断している。また、高温高湿放置試験については温度６０℃、湿度９０％の炉の中に試料を放置して試料内部に生じる結露を目視により確認する。放置時間１５０Ｈと４００Ｈの時点でそれぞれ目視を行い、内部結露が発生していなければ密着性良好( ○) と判断する。逆に、目視の結果、結露が確認された場合は密着性不良( ×) と判断する。
【００４７】
【表３】
0004212147.tif 000004
【００４８】
表３から、これまで検討して得られた樹脂の条件が適正であることが確認できたとともに、非常に過酷な条件に長時間さらされる場合は密着性付与剤が添加されていなければ耐湿性を維持しがたいということが再度確認された。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
図５に本発明の第３の実施の形態に係るIOU(Integrated Optical Unit)１０Ｃを示す。
【００５０】
このIOU １０Ｃは、熱可塑性樹脂としてPPS を利用した本発明の樹脂材料製の中空パッケージ２０C の中空部に、レーザ光Ｌを発光する０．３mm×０．８mmの半導体レーザ１３C やこのレーザ光Ｌが光ディスクなどの記録媒体によって変調されて戻ってくる反射光Ｌ’を受光する３．８mm×６．０mmのフォトディテクタ１４Ｃなどの素子が銅材製のベッド部１２Ｃ上に配置された状態で設けられ、光Ｌ, Ｌ’の出射口/ 入射口に光学ガラスが配置されて構成されている。ベッド部１２C 上にはＩＣ(Integrated Circuit)などが設けられていても良い。中空パッケージの外側には外部からの電流を内部へと導電するリード１１Ｃがその一端を埋没されて設けられており、この埋没部分とベッド部１２C 上の素子とがボンディングワイヤ１５Ｃで電気的に接続されている。ボンディングワイヤ１５Ｃは例えば金属製で直径２５μｍ程度である。
【００５１】
放熱板１２C 上に配置される素子の動作が外部から進入する光によって乱されないように、中空パッケージ２０Ｃを構成する封止用樹脂組成物は黒色に着色され、不透明化している。成形条件は、金型温度１５５℃、樹脂溶融温度３４０℃、成形用金型に設けられたゲート通過時の樹脂の想定粘度３００[Pa ・s]、保圧１２０[ ＭＰａ] とした。
【００５２】
中空パッケージ２０Ｃを構成する樹脂の物性は前述の理由により、線膨張係数が高温度領域１５０℃〜２００℃のとき4.75×１０-5[1/ ℃] 以下に設定されたものであり、この樹脂の線膨張係数の係数比は０．５５以上であり、また、強度上の問題を生じない程度に耐湿性の長期信頼性を確保するために、他の部材との密着性を高めるための密着性付与剤を樹脂材料に対して０．２８の割合を上限として添加されており、曲げ強度７４[ ＭＰａ] 以上の熱可塑性樹脂である。また、従来、半導体装置の機械的強度を補強するために添加されていた繊維材は添加されていない。
【００５３】
このようなIOU １０Ｃは、例えば光ディスク装置に搭載される光ヘッド装置の発光ユニットに用いられる。樹脂によるパッケージは金属によるパッケージに比してコストや製造速度などの点で生産性が良好であることから、レーザ光によって光ディスクを再生または記録する光ディスク装置に搭載される光ヘッド装置などの応用製品の生産性の向上にも寄与することが出来る。
【００５４】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、熱可塑性樹脂としてＰＰＳを用いているが、ＬＣＰ（液晶ポリマー）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン），ＰＥＮ（ポリエーテルニトリル），ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）など、他の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂を用いることによっても同様の特性を得ることが出来る。
【００５５】
また、半導体素子としては演算に供されるものや発光に供されるもの、受光に供されるもの、増幅に供されるもの、記憶に供されるものなど、あらゆる用途の半導体素子に対して用いることが可能である。
【００５６】
また、樹脂には他部材との密着性を高めるための密着性付与剤が添加されているが、製品サイクルが比較的短いパーソナルコンピュータや電卓や時計や体温計などの電子機器に組み込まれる半導体装置のパッケージとしては、密着性付与剤を混入させる必要が無い場合もあり、密着性付与剤を添加しなくても所望の動作や信頼性が補償される。一方、パワーエレクトロニクスなど過酷な環境下で用いられる装置の場合は、密着性付与剤が添加された樹脂を用いることが好ましい。
【００５７】
また、樹脂は、曲げ強度が７４[ ＭＰａ] 以上のものを用いているが、用途や製品寿命や実装環境などを考慮して、この範囲を満たさない熱可塑性樹脂を用いる場合もある。このような場合でも、最低限度として、熱可塑性樹脂の流動方向とこの流動方向の法線方向との線膨張係数の比が０．５５以上であることが満たされていれば、半導体装置に適用することが可能である。
【００５８】
また、導通部材としてリードフレームを示したが、はんだボールによるフリップチップ接続などの場合にも対応可能である。
以上、本発明によれば線膨張係数が１５０℃〜２００℃のとき４．５×１０-5[1/ ℃] 以下である樹脂あるいは、流動方向の線膨張係数と前記流動方向の法線方向の線膨張係数との比が０．５５以上である樹脂あるいは、６９重量％〜７５重量％のシリカ粒と２５重量％〜３１重量％の熱可塑性樹脂組成物とからなる樹脂組成物を半導体封止用に用いるので、耐湿性の高い半導体装置を製造することに適する。
【００５９】
また、本発明によれば、樹脂の他部材との密着性を高める密着性付与剤が樹脂に対して０．２８以下の割合で添加されている熱可塑性樹脂あるいは、曲げ強度が７４[ ＭＰａ] 以上である樹脂なので、機械的強度が比較的高く維持した耐湿性の高い半導体装置を製造することに適している。
【００６０】
また、本発明によれば、上記に併せて直径１０μｍ以下のシリカの細粒を含有する樹脂で、線膨張係数の比が１．０に近づくので、より耐湿性の高い半導体装置を製造することに適する。
【００６１】
仮に熱硬化性樹脂や繊維材料が混入した場合であっても、その樹脂が全体として本発明の条件に適合している場合、所期の効果を奏する。すなわち、熱硬化性樹脂の混入が、本発明の封止用材料の熱可塑性質を熱硬化性質に変質させない限りにおいては、混入が許される。また、繊維材料が混入しても、本発明の封止用材料の流動方向およびその法線方向の線膨張係数比が本発明の範囲内にあれば、混入が許される。
【００６２】
また、本発明によれば、半導体素子と導通部材とを上記の熱可塑性の樹脂で封止したので、耐湿性や機械的強度を良好に維持したまま、リサイクル可能な半導体装置を提供できる。
【００６３】
本文中、信頼性評価時に測定する電気特性としては、トランジスタの場合、電流値Iceo( ベース開放時コレクタエミッタ間逆電流) を指標にして測定している。しかしながら、試験によってはVcbo( エミッタ開放時のコレクタベース間逆電圧) 、Vceo( ベース開放時のコレクタエミッタ間逆電圧) 、またはVebo( コレクタ開放時のエミッタベース間逆電圧) など、電圧のパラメータの方が影響を受け易いことが分かっており、これらを基準にした場合、封止用樹脂組成物に対する要求仕様は厳しくなるものと思われる。逆に、電流値Iceoよりも試験の影響が少ない電気特性をパラメータにおいた場合、封止用樹脂組成物に対する要求仕様は緩やかになる。
【００６４】
本文中、封止用樹脂組成物の曲げ強度の測定はJIS 規格K-7171に基づいて実施しており、長さ127 ｍｍ×幅12.6ｍｍ×厚さ3.2 ｍｍの射出成形品を温度２３℃、湿度５０％Ｒｈの環境に１日放置した試験片を用い、同じく２３℃、湿度５０％Ｒｈの環境の下で、( 株) オリエンテック製試験機ABM/RTA-500 を用いて、圧子半径５ｍｍ、支点間距離５０ｍｍ、試験速度２．０[mm/min]の条件で測定した。この射出成形品の長さ方向が樹脂の流動方向となる。流動方向の両端部を自由支持して中央部を押圧することで、測定を行っている。
【００６５】
本文中、封止用樹脂組成物の線膨張係数の測定はJIS 規格K-7197に基づいて実施しており、前記曲げ強度の測定に用いた成形装置のゲート部から８０ｍｍ離間した位置から切り出した７ｍｍ×１２ｍｍ×３．２ｍｍの試験片を用い、大気中にて、直径２．５乃至３．０ｍｍの石英棒を検出棒として備えたセイコー電子工業( 株) 製「 熱・応力・歪み測定装置TMA-120C」 を用いて測定した。温度校正は無し、長さ校正には直径５ｍｍ×長さ１０ｍｍのアルミ柱を使用した。任意抽出の３個のサンプルの平均値を記載している。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、半導体装置の信頼性を保ったままで製造速度が向上する。また、従来の半導体装置に比して、リサイクル性がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a)は第１の発明の実施の形態に係る半導体装置を示す正面図、(b) は側面図。
【図２】 PPSと密着性付与剤との重量比の比と曲げ強度との関係を示すグラフ。
【図３】熱可塑性樹脂の熱膨張係数と不良発生率との関係を示すグラフ。
【図４】第２の発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図。
【図５】第３の発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図。
【符号の説明】
１０…半導体装置、１１…リードフレーム、１４…半導体素子、２０…パッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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