JP2000228467A - 半導体封止用樹脂組成物及び半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体封止用樹脂組成物及び半導体装置とその製造方法

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semiconductor
resin
adhesion
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正樹 安達
Megumi Yamamura
恵 山村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】リサイクル性が良好な半導体装置を提供するこ
と。 【解決手段】半導体素子１４を封止しているパッケージ
２０を構成する樹脂として熱可塑性樹脂を用いる。この
熱可塑性樹脂はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）
を主成分としており、１５０〜２００℃における線膨張
係数が２．５〜４．５×１０−５［１／℃］であり、線
膨張係数の係数比が０．５５以上である。密着性を高め
るための密着性付与剤はＰＰＳに対して０．２８の組成
比となつている。

Description

【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
熱処埋してしまうと、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
所要時間ほ約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】また、樹脂の線膨張係数が大きいことから
固化後に半導体素子に応力が加わり、素子にクラックが
生じてしまう問題もあった。
【０００８】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などに対
して密着性が高く、なお且つ半導体素子に対してクラッ
クなどが発生しない信頼性の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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は，熱可塑性樹脂を主成分とし、線膨張係数
が１５０℃〜２００℃のとき４．７５×１０−５［１／
℃］以下で、８０℃〜１３０℃における線膨張係数が
６．０×１０−５［１／℃］以下の樹脂材料である。
【００１０】また、本発明は、熱可塑性樹脂を主成分と
し、流動方向の線膨張係数と前記流動方向の法線方向の
線膨張係数の比が０．５５以上の樹脂材料である。
【００１１】また、本発明は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
４．７５×１０−５［１／℃］以下で、８０℃〜２００
℃における線膨張係数が６．０×１０−５［１／℃］以
下であり、固化後の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の比が０．５５以上の樹脂材
料である。
【００１２】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。
【００１３】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。
【００１４】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。
【００１５】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。
【００１６】また、これらの封止用樹脂組成物は連続し
て発生する熱疲労において、素子にクラックが発生しな
いようにするため、線膨張係数が８０〜１３０℃の範囲
で６．０×１０−５［１／℃］の場合、曲げ弾性率は
７．２ＧＰａ以下であることが好ましい。
【００１７】さらに熱可塑性であり、固化後の２５〜８
０℃の線膨張と８０〜１２５℃の線膨張を加えた数値と
曲げ弾性率の積が２５ＭＰａ以下であることが好まし
い。
【００１８】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。
【００１９】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。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１の（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。
【００２１】リードフレーム１１は、半導体素子が載置
される平板状のべッド部１２と、このべッド部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。
【００２２】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。さらに、ポリイ
ミドを被膜することでリードフレームの線膨張と樹脂の
線膨張の差を緩和させて密着性を保持する効果がある。
【００２３】リード部１３にほぼ平行に他のリード１
６、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。
【００２４】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。
【００２５】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−０Ｈ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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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１５５［℃］、樹脂溶融温度３５０
［℃］、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）１００［Ｐａ・ｓ］、保圧
６０［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。
【００２９】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
を引つ張った際にパッケージ２０に欠けが生じる場合が
ある。
【００３０】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１
０ｍｍ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７４［ＭＰａ］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堝合、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、６５重量％〜７５重量％のシ
リカ粒と、２５重量％〜３５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。
【００３１】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Ｔ
ＣＴ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。
【００３２】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。
【００３３】図４は熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂にお
ける温度とひずみとの関係を示すグラフである。
【００３４】封止用樹脂組成物の熱可塑性成分であるＰ
ＰＳのガラス転移点温度は約９０℃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９０℃付近
に存在する。
【００３５】このために変曲点を含む８０℃〜１００℃
範囲の線膨張係数は安定していないものの他の温度範囲
に比べて大きい傾向にある。
【００３６】この温度付近の線膨張係数が大きいことは
素子に応力を与えることに繋がる。例えば熱疲労テスト
（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｆａｔｉｇｕｅ Ｔｅｓｔ）（以下
「ＴＦＴ」と称する）は素子に通電して素子自体を発熱
させる。この時の上昇温度は約１００℃であり、室温を
２５℃とした場合約１２５℃まで温度を上げる。１分間
温度を上げたままの状態にし、通電を止め、さらに３分
後に通電をする。
【００３７】所定回数の熱疲労サイクルを与えた後、試
験前の電気特性との比較を行う。この時計数した電気特
性の変動率が絶対値で所定数値（例えば１５０％）を超
過した場合は不良と判断する。ＴＦＴの不良は、素子に
繰り返し応力が加わりクラックを発生させる場合があ
る。パッケージ内に発生する熱応力は次式で表せること
が知られている。
【００３８】σ＝∫Ｅ・αｄｔ ここでσは応力、Ｅは曲げ弾性率、αは線膨張係数であ
る。よって８０℃〜１３０℃付近の線膨張係数と曲げ弾
性率も半導体の信頼性に大きく影響を与える。
【００３９】よって、ＴＦＴを実施する半導体は８０℃
〜１２５℃付近の線膨張係数と、曲げ弾性率を適正化す
る必要があるとともに、ＴＣＴのために１５０℃〜２０
０℃の線膨張係数を適正化する必要がある。
【００４０】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／℃］を超える
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。
【００４１】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。
【００４２】
【表１】
【００４３】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。
【００４４】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１．８２以下のものについ
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。
【００４５】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＜なり
すぎて混練が困難になる場合がある。
【００４６】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。
【００４７】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Ｅ
ｌＡＪ ＩＣ−１２１：１８に準拠している。
【００４８】
【表２】
【００４９】表２に半導体封止用樹脂組成物に添加され
た密着性付与剤とＰＰＳとの重量比を変えた複数の試料
をＴＣＴとＴＦＴに供した結果を示す。このＴＦＴはＪ
ＩＳＣ７０２１：Ｂ−６やＪＩＳＣ７０２２：Ｂ−２な
どの規格に準拠した方法である。ここでは各条件毎に１
０個の同等品を１ロットとしている。１０００サイクル
毎に１００００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５０％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８つの試料について確認を行
った。
【００５０】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。
【００５１】表３では８０℃〜１３０℃の温度領域の線
膨張係数が６．０×１０−５［１／℃］を超えるとＴＦ
Ｔでの不良が多くなっている。
【００５２】
【表３】
【００５３】表３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。
【００５４】表３はＴＦＴを１５０００サイクルまで延
ばした場合の結果も記した。表３には曲げ弾性率とパッ
ケージ内に発生する熱応力値σの計算値も入れた。表３
のように熱応力値σが２５ＭＰａ以上の樹脂ではグルー
プＡの素子でクラックが発生し不良となった。
【００５５】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。
【００５６】さらに、ＴＦＴのような熱疲労が生じる半
導体装置に用いる樹脂は、線膨張係数がガラス転移点温
度付近８０℃〜１３０℃のとき６．０×１０−５［１／
℃］以下に設定されたものであることが素子クラック発
生の観点から好ましい。
【００５７】さらに言えば、熱応力値σが２５ＭＰａ以
下の樹脂はＴＦＴを１５０００サイクルまで延長しても
グループＡ，Ｂの素子において素子クラック発生がなく
好ましい。
【００５８】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。
【００５９】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。
【００６０】＜第２の実施の形態＞図５に本発明の第２
の実施の形態に係るＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌ
ｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）装置１０Ｂの構成を示す。
【００６１】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の被受光面側
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。
【００６２】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１
５Ｂ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１
４Ｂ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。
【００６３】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。
【００６４】中空パッケージ２０Ｂを構成する樹脂の物
性は前述の埋由により、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。
【００６５】
【表４】
【００６６】ここで、表４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およぴ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。
【００６７】表４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。
【００６８】＜第３の実施形態＞図６に本発明の第３の
実施の形態に係るＩＯＵ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｕｎｉｔ）１０Ｃを示す。
【００６９】このＩＯＵ１０Ｃ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。べッ
ド部１２Ｃ上にはＩＣ（ｌｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒ
ｃｕｉｔ）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
没部分とべッド部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。
【００７０】放熱板１２Ｃ上に配置される素了の動作が
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１５
５℃、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。
【００７１】中空パッケージ２０Ｃを構成する樹脂の物
性は前述の埋由により、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。
【００７２】このようなＩＯＵ１０Ｃ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。
【００７３】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。
【００７４】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。
【００７５】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ビ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。
【００７６】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。
【００７７】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０．５
５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。
【００７８】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。
【００７９】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合有する樹脂で、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。
【００８０】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。
【００８１】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。
【００８２】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。
【００８３】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１２７ｍｍ×幅１２．６ｍｍ×厚さ３．２ｍｍ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／Ｒ
ＴＡ−５００を用いて、圧子半径５ｍｍ、支点間距離５
０ｍｍ、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。
【００８４】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×１２ｍ
ｍ×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・応力・歪み測定装置ＴＭＡ−１２
０Ｃ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。
【００８５】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形実施可能であるのは勿論である。
【００８６】
【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】熱可塑性樹脂とエポキシ樹脂における温度とひ
ずみとの関係を示すグラフ。
【図５】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６】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

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】熱可塑性であり、１５０℃〜２００℃にお
    ける線膨張係数が ４．７５×１０−５［１／℃］以
    下であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
  2. 【請求項２】熱可塑性であり、８０℃〜１３０℃におけ
    る線膨張係数が６．０×１０−５［１／℃］以下である
    ことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
  3. 【請求項３】熱可塑性であり、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以上であることを特徴とする半導体封止用樹脂
    組成物。
  4. 【請求項４】ポリフェニレンサルファイドを有し、１５
    ０℃〜２００℃における線膨張係数が４．７５×１０
    −５［１／℃］以下であり、８０℃〜１３０℃における
    線膨張係数が６．０×１０−５［１／℃］以下であり、
    固化後の流動方向の線膨張係数と前記流動方向の法線方
    向の線膨張係数の比が０．５５以上であることを特徴と
    する半導体封止用樹脂組成物。
  5. 【請求項５】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乃至４いずれか記載の半導体
    封止用樹脂組成物。
  6. 【請求項６】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こと
    を特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の半導体封止
    用樹脂組成物。
  7. 【請求項７】平均直径１０μｍ以下のシリカ粒を合有す
    ることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の半導
    体封止用樹脂組成物。
  8. 【請求項８】繊維材料が混入していることを特徴とする
    請求項１乃至４いずれか記載の半導体封止用樹脂組成
    物。
  9. 【請求項９】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乃至４いずれか記載の半導体封止用樹脂組
    成物。
  10. 【請求項１０】熱可塑性であり、固化後の２５〜８０℃
    の線膨張と８０〜１２５℃の線膨張を加えた数値と曲げ
    弾性率の積が２５ＭＰａ以下であることを特徴とする請
    求項１乃至４いずれか記載の半導体封止用樹脂組成物。
  11. 【請求項１１】半導体素子と、この半導体素子を封止す
    る請求項１乃至１０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。
  12. 【請求項１２】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１０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。
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