JP2008141052A - 電子パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】金属体に電子素子を固定した実装体を、エポキシ樹脂よりなるモールド樹脂にて封止してなる電子パッケージにおいて、２００℃まで信頼性を保証できるようにする。
【解決手段】金属よりなる金属体１０、１１およびこの金属体１０、１１に接合された半導体素子２０を有する実装体５０と、実装体５０を封止するエポキシ樹脂よりなるモールド樹脂６０と、実装体５０とモールド樹脂６０との間に介在しこれら両者５０、６０の接着性を確保する樹脂よりなるプライマー７０とを備え、モールド樹脂６０およびプライマー７０のガラス転移温度を２００℃以上としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属体に電子素子を接合したものを、エポキシ樹脂よりなるモールド樹脂にて封止してなる電子パッケージに関する。
従来よりこの種の電子パッケージとしては、金属よりなる金属体およびこの金属体に接合された半導体素子などの電子素子を有する実装体に対して、これをモールド樹脂で封止してなるものが、一般に知られている。
ここでモールド樹脂としては、たとえば特許文献１に記載されているようなエポキシ樹脂よりなるものが一般的である。また、この種の電子パッケージでは、一般に、実装体の表面に、モールド樹脂との接着性を確保する樹脂よりなるプライマーを塗布した後、これを、モールド樹脂で封止するようにしている。
この種の電子パッケージは、自動車などに搭載されるが、近年、パッケージの小型化に伴う放熱性の低下、パワー半導体素子などに代表される電子素子の性能向上に伴う発熱の増大化、また、搭載環境の高温化などから、より高温にて信頼性を確保することが要望されている。
特開２００６−２９９２４６号公報
ところで、本発明者の検討によれば、従来の電子パッケージにおいては、１５０℃程度までは信頼性が確保できているが、２００℃ではモールド樹脂の接着力が低下することがわかった（後述の図２参照）。モールド樹脂の接着力が低下すると、モールド樹脂による実装体の封止が不十分となり、信頼性を確保できなくなる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、金属体に電子素子を固定した実装体を、エポキシ樹脂よりなるモールド樹脂にて封止してなる電子パッケージにおいて、２００℃まで信頼性を保証できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、金属よりなる金属体（１０、１１）およびこの金属体（１０、１１）に接合された電子素子（２０）を有する実装体（５０）と、実装体（５０）を封止するエポキシ樹脂よりなるモールド樹脂（６０）と、実装体（５０）とモールド樹脂（６０）との間に介在しこれら両者（５０、６０）の接着性を確保する樹脂よりなるプライマー（７０）とを備え、モールド樹脂（６０）およびプライマー（７０）のガラス転移温度を２００℃以上としたことを特徴とする。
それによれば、実装体（５０）を被覆して封止するプライマー（７０）およびモールド樹脂（６０）が２００℃までガラス転移せず変質しないため、２００℃まで信頼性を保証することができる。
また、この場合、金属体（１０、１１）を、電子素子（２０）が接合部材（３０）を介して搭載される金属ブロック（１０）と、電子素子（２０）とボンディングワイヤ（４０）により電気的に接続された金属製のリード（１１）とにより構成し、実装体（５０）を、金属ブロック（１０）、リード（１１）、電子素子（２０）およびボンディングワイヤ（４０）を含んでなるものとしてもよい。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電子パッケージ１００の概略断面構成を示す図である。
金属ブロック１０は、Ｃｕ（銅）やＮｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）などの金属よりなるもので、本実施形態では、矩形板形状をなすものである。この金属体ブロック１０の一面には、電子素子２０としての半導体素子２０が搭載されている。
この半導体素子２０は、たとえばＳｉ（シリコン）やＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）などの半導体よりなるもので、公知の半導体プロセスにより、トランジスタ素子などが形成されたものである。
ここで、半導体素子２０は接合部材３０を介して金属ブロック１０に接合され、固定されている。この接合部材３０としては、はんだや導電性接着剤などの導電性接合部材、あるいはエポキシ樹脂などよりなる接着剤などが挙げられる。
そして、半導体素子２０の近傍には、ＣｕやＮｉなどの金属よりなるリード１１が設けられており、このリード１１と半導体素子２０とは、ボンディングワイヤ４０により接合され、電気的に導通している。ここで、ボンディングワイヤ４０は、Ａｕやアルミニウムなどよりなるもので、通常のワイヤボンディングにより形成される。
ここで、本実施形態では、金属ブロック１０およびリード１１により金属体１０、１１が構成されており、これら金属ブロック１０、リード１１、電子素子としての半導体素子２０、接合部材３０およびボンディングワイヤ４０により、実装体５０が構成されている。そして、この実装体５０はモールド樹脂６０により封止されている。
つまり、実装体５０は、本電子パッケージ１００おいて、モールド樹脂６０の内部に封止されている部分に相当する。なお、リード１１の一部は、モールド樹脂６０から突出しており、電子パッケージ１００と外部との信号のやりとりを行うべく、図示しない外部配線などに電気的に接続されるようになっている。
ここで、実装体５０とモールド樹脂６０との界面には、ポリアミドやポリイミドなどの樹脂よりなるプライマー７０が介在しており、このプライマー７０により、実装体５０とモールド樹脂６０との接着性が確保されている。
このような電子パッケージ１００は、従来一般と同様の方法で製造することができる。すなわち、上記実装体５０を組み付け、塗布やディップなどにより実装体５０の表面をプライマー７０で被覆した後、これを樹脂成型用の金型に設置して、トランスファーモールド成形を行い、モールド樹脂６０にて実装体５０を封止することによって、本電子パッケージ１００が製造される。
こうして、製造された本実施形態の電子パッケージ１００は、金属よりなる金属体１０、１１およびこの金属体１０、１１に接合された半導体素子２０を有する実装体５０と、実装体５０を封止するエポキシ樹脂よりなるモールド樹脂６０と、実装体６０とモールド樹脂６０との間に介在しこれら両者５０、６０の接着性を確保する樹脂よりなるプライマー７０とを備えて構成されている。
ここにおいて、本実施形態では、モールド樹脂６０は、エポキシ樹脂よりなるものであり、そのガラス転移温度が２００℃以上のものである。さらに、プライマー７０もガラス転移温度が２００℃以上のものである。
これは、半導体素子２０の発熱や使用環境などにより、電子パッケージ１００の温度が２００℃以上の高温となっても、モールド樹脂６０の接着力を確保し、パッケージ信頼性を保証するための構成である。
ちなみに、従来では、モールド樹脂６０およびプライマー７０がともにガラス転移温度が２００℃以上のものはなかった。本発明者は、樹脂よりなるモールド樹脂６０およびプライマー７０が、ガラス転移温度を超えてガラス化してしまうと、モールド樹脂６０が本来有する封止機能、および、プライマー７０が本来有する接着機能が損なわれることに着目した。
そこで、本実施形態では、モールド樹脂６０およびプライマー７０のガラス転移温度を、従来よりも高くして２００℃以上としている。そうすれば、電子パッケージ１００の温度が２００℃以上の高温となっても、モールド樹脂６０およびプライマー７０が変質することがなくなり、本来の機能を発揮することができるため、２００℃までパッケージ信頼性を保証できる。
具体的に、モールド樹脂６０やプライマー７０のガラス転移温度を向上させる方法としては、従来より知られている種々の方法を採用できる。
エポキシ樹脂よりなるモールド樹脂６０としては、たとえば、エポキシ官能基数が３つ以上の多官能エポキシを用いたり、主剤同士を架橋させる硬化剤自身に架橋構造を導入して架橋密度を増大させたり、樹脂の架橋構造内にＳｉ−Ｏなどの無機構造を導入したハイブリッドエポキシとしたり、アミド変性／イミド変性の材料を採用すれば、ガラス転移温度が２００℃以上のモールド樹脂６０を実現することができる。
また、プライマー７０としては、たとえば、組成内に芳香族アミド構造や芳香族イミド構造を有する材料を用いれば、ガラス転移温度が２００℃以上のプライマー７０を実現することができる。
そして、このようにモールド樹脂６０のガラス転移温度およびプライマー７０のガラス転移温度をともに、２００℃以上とすることで、２００℃まで電子パッケージ１００の信頼性を保証できることを、本発明者は実験的に確認している。
ただし、モールド樹脂６０およびプライマー７０の両方が２００℃以上のガラス転移温度を持つことが必須であり、どちらか一方のみが２００℃以上で他方が２００℃未満の場合には、２００℃までの信頼性は得られない。
このように、本実施形態では、モールド樹脂６０およびプライマー７０におけるガラス転移温度に着目したことが、独自の工夫点である。次に、本実施形態の電子パッケージ１００による具体的な効果について、一例を挙げておく。
本具体例では、金属体として、Ｎｉよりなるものを用い、その金属体の表面にプライマー７０を塗布した後、これをモールド樹脂６０で封止した。ここでは、モールド樹脂６０のガラス転移温度は２８０℃、プライマー７０のガラス転移温度は２９０℃とした。また、比較例として、従来の一般的なモールド樹脂（ガラス転移温度：１７０℃）およびプライマー（ガラス転移温度：２３０℃）の組合せについても調査した。
そして、これら本実施形態のサンプルおよび比較例のサンプルについて、環境温度（単位：℃）を変えていったときの、モールド樹脂の接着力（単位：ＭＰａ）を調査した。図２は比較例の調査結果を示す図であり、図３は本実施形態の調査結果を示す図である。なお、図３には、図２に示される比較例の結果の近似線を破線にて並記してある。
図２、図３に示されるように、モールド樹脂やプライマーのガラス転移温度を超えたあたりから、モールド樹脂の接着力が低下していくことがわかる。そして、図２に示される比較例では、２００℃の環境温度では、接着力は信頼性を保証できないレベルまで低下している。
しかし、図３に示される本実施形態では２００℃以上の環境温度であっても、信頼性を保証し得るレベルの接着力が保持されている。なお、上記図３に示される例は、あくまで本実施形態の一例であり、これ以外にも、モールド樹脂６０およびプライマー７０のガラス転移温度を共に２００℃以上とすることにより、２００℃まで信頼性を保証できることを確認している。
また、モールド樹脂６０およびプライマー７０のガラス転移温度については、信頼性を保証する温度としての２００℃よりも多少余裕を持たせて高めとした方が好ましいと考えられる。そのことを考慮すれば、２００℃まで信頼性を保証するためのより好ましいモールド樹脂６０およびプライマー７０のガラス転移温度としては、２５０℃以上にすることが望ましいと考えられる。
（他の実施形態）
なお、電子素子としては、上述した半導体素子２０に限定されるものではなく、金属体１０に固定できるサイズや形状を有するものであれば、たとえば、電子素子としては、コンデンサや抵抗素子などであってもよい。また、複数個の電子素子が金属体に固定されたものであってもよい。
また、実装体としては、金属体およびこの金属体に接合された電子素子を有するものであればよい。たとえば、上記実施形態の実装体５０において、ボンディングワイヤ４０およびリード１１が無い構造とした場合には、金属ブロック１０の一部をモールド樹脂６０から露出させ、その露出部にて外部と電気的に導通させるようにすればよい。
また、プライマーは、実装体のうちモールド樹脂で封止される部位の表面のすべてを被覆するものでなくてもよく、場合によっては、当該部位の一部の表面にプライマーを設けるようにしてもよい。
本発明の実施形態に係る電子パッケージの概略断面図である。 比較例における環境温度とモールド樹脂の接着力との関係についての調査結果を示す図である。 実施形態における環境温度とモールド樹脂の接着力との関係についての調査結果を示す図である。
符号の説明
１０…金属体としての金属ブロック、１１…金属体としてのリード、
２０…電子素子としての半導体素子、３０…接合部材、
４０…ボンディングワイヤ、５０…実装体、６０…モールド樹脂、
７０…プライマー。

Claims (2)

  1. 金属よりなる金属体（１０、１１）およびこの金属体（１０、１１）に接合された電子素子（２０）を有する実装体（５０）と、
    前記実装体（５０）を封止するエポキシ樹脂よりなるモールド樹脂（６０）と、
    前記実装体（６０）と前記モールド樹脂（６０）との間に介在し、これら前記実装体（５０）と前記モールド樹脂（６０）との接着性を確保する樹脂よりなるプライマー（７０）とを備え、
    前記モールド樹脂（６０）および前記プライマー（７０）のガラス転移温度が、２００℃以上であることを特徴とする電子パッケージ。
  2. 前記金属体（１０、１１）は、前記電子素子（２０）が接合部材（３０）を介して搭載される金属ブロック（１０）と、前記電子素子（２０）と前記ボンディングワイヤ（４０）により電気的に接続された金属製のリード（１１）とを備えるものであり、
    前記実装体（５０）は、前記金属ブロック（１０）、前記リード（１１）、前記電子素子（２０）および前記ボンディングワイヤ（４０）を含んでなるものであることを特徴とする請求項１に記載の電子パッケージ。
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