JP2816882B2 - 電子部品封止用成形体 - Google Patents

電子部品封止用成形体

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体パツケージなどの封止特性、特に封止
剤の流れ性をコントロールし、かつブローホールの発生
を抑制するようにした電気・電子部品(以下、単に電子
部品という)用封止部材及び封止方法に関する。
(従来の技術) 一般に半導体パツケージは、表面に導体が形成された
基板上にシリコン等の半導体素子を搭載し、ワイヤボン
デイングした後蓋部材と基板を接着剤によつて接合する
ことにより内部の半導体素子を気密封止した構造を成し
ている。従来用いられる接着剤としてはガラス、ハン
ダ、樹脂が知られている。これらの中で特に熱硬化性の
エポキシ樹脂が主流を成している。
次に、半導体チツプが搭載された基板と蓋部材との接
着方法は、従来蓋部材の周辺面あるいは蓋部材が当接す
るパツケージ上面のいずれか一面(あるいは両面)に予
めエポキシ樹脂を溶融させて低粘度状態にしたものを、
主にスクリーン印刷によつて塗布してあり、蓋をする場
合には蓋部材を所定位置に静置した後、加熱、圧着して
接合する方法が広く行われている。
又半導体素子に紫外線を照射して記憶信号を消去する
PROM(Program Read Only Memory)や撮像装置としての
電荷結合デバイス(Charge Coupled Device,以下CCDと
略称する)などではキヤビテイ内に収容された半導体素
子に光をあてる必要があり蓋部材には透光性の優れるガ
ラスが使用されている。この場合、特にCCDでは均質な
画像を得る為にガラス表面に透光性を阻害する埃の付着
や汚れがあつてはならない。
スクリーン印刷によつてエポキシ樹脂が塗布されたパ
ツケージ上面あるいは蓋部材を加圧熱処理して一体化す
る封止方法においては、蓋部材に塗布する場合、塗布工
程の途中で透光性を有する蓋部材の所定個所外に飛着し
やすい。特にCCDの場合撮像性能の低下を招く結果とな
る。又パツケージ側の所定個所に予め塗布する場合、半
導体素子のマウントやワイヤボンデイング時の熱により
塗布された接着剤が反応硬化したり、流れ去つたりす
る。又ワイヤボンデイング時の機械的振動により剥離、
割れ、欠けが生じたり、ワイヤボンデイング後の化学洗
浄により接着剤が洗い流されるおそれがある。
次に封止時に溶融した接着剤が半導体装置内あるいは
接続リード、スルーホール内に流れ出して接続不良が生
じるなどの問題がある。又流れを抑制しようとすると、
封止時の密着性が低下する恐れがある。
従つてパツケージ上面あるいは蓋部材に予めスクリー
ン印刷によつて接着剤を塗布する方法で前記問題点をす
べて解決することは極めて困難である。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は半導体装置などにおける封止剤の流れ
性をコントロールし、半導体装置内あるいは接続リード
への流れを抑制して接続不良が生じることのない電子部
品用封止部材及び特に透光性を有する蓋部材に飛着した
り割れ、欠け、流失せずに、気密裡に蓋部材とパツケー
ジを一体接合する封止方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明はエポキシ樹脂100重量部に熱可塑性樹脂を25
重量部以下、平均粒径が0.01〜5μmの無機充填材を10
〜180重量部、硬化剤を配合して成る接着剤組成物を未
硬化状態で0.01〜10mm厚みのフイルムないしシートに成
形した後、該フイルムないしシートを半導体チツプを収
容するキヤビテイの周辺形状にほぼ適合した形に打ち抜
いて得られる半導体素子を搭載する基板と蓋部材の接着
部に用いられる電子部品封止用成形体、並びに、 上記成形体を蓋部材又はパツケージの所定個所に静置
した後、蓋部材をパツケージに接着せしめることを特徴
とする電子部品における蓋部材の封止方法に係る。
本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、ビスフエ
ノールA型エポキシ樹脂〔油化シエルエポキシ(株)
製)、エピコート828,834,1001,1002,1003,1004,1005,1
007,1010,1100L等〕、臭素化ビスフエノールA型エポキ
シ樹脂〔油化シエルエポキシ(株)製、エピコート505
0,5051,5051H等〕、o−クレゾールノボラツク型エポキ
シ樹脂〔住友化学(株)製、ESCN−220L,ESCN−220F,ES
CN−220H,ESCN−220HH等〕、臭素化ノボラツク型エポキ
シ樹脂〔日本化薬(株)製、BREN−S等〕、フエノール
ノボラツク型エポキシ樹脂〔住友化学(株)製、ESPN−
180等〕及びこれらを変性したエポキシ樹脂が挙げられ
る。これらのエポキシ樹脂は併用することも可能であ
る。
本発明で用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリアミ
ド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹
脂、ポリエステル系樹脂、シリコン系樹脂、フエノキシ
樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ABS系
樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、アイオノマー系樹
脂、メタクリル系樹脂、ポリフエニレンオキサイド系樹
脂、塩素化ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂或いはエラ
ストマー、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴ
ム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプ
レンゴム、シリコンゴム、ノルボルネンポリマーなどの
ゴムが例示できる。
本発明で用いる熱可塑性樹脂の配合量はエポキシ樹脂
100部(重量部、以下同様)に対して25部以下とする。2
5部を越えると硬化物の架橋密度が小さくなり、耐熱、
耐湿信頼性が低下してしまう。
本発明に用いられる無機充填材としてはマイカ、シリ
カ、ガラス繊維、ガラスフレーク、ガラス粉、炭素繊
維、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン及び酸化亜鉛
等が例示される。無機充填材の配合量はエポキシ樹脂10
0部に対して、10〜180部である。配合量が10部よりも少
ないと封止剤の溶融粘度が低くなるため、封止時に半導
体装置内部に存在する空気の膨張によりブローホール
(風穴現象)が生じ易くなり、180部を越えると封止剤
の溶融粘度が高くなるため、流動性に欠け密着できなく
なる。又無機充填材の平均粒径が0.01μ未満であると配
合物のチクソ性が非常に高くなり流動性に欠け密着でき
なくなる。又平均粒径が5μを越えると封止剤の溶融粘
度が低くなるためにブローホールが生じ易くなる。
本発明において硬化剤の例として、アミン系硬化剤、
酸無水物系硬化剤、フエノール樹脂系硬化剤、触媒系硬
化剤等、エポキシ樹脂と硬化反応可能な硬化剤であれば
特に限定はない。
アミン類の具体例としては、ジエチレントリアミン、
トリエチレンテトラミン、ビス(ヘキサメチレン)トリ
アミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、メンセン
ジアミン、イソホロンジアミン、メタキシリレンジアミ
ン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8−テトラ
スピロ〔5.5〕ウンデカン、メタフエニレンジアミン、
ジアミノジフエニルメタン、ジアミノジフエニルスルホ
ン、4,4′−メチレンビス(2−クロロアニリン)及び
これとエポキシ樹脂とのアダクト等を、酸無水物の具体
例としては、無水フタル酸、無水トリメツト酸、無水ピ
ロメリツト酸、無水ベンゾフエノンテトラカルボン酸、
無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒ
ドロ無水フタル酸、無水メチルナジツク酸、無水メチル
シクロヘキセンテトラカルボン酸、テトラクロロ無水フ
タル酸、テトラブロモ無水フタル酸等を、フエノール類
の具体例としては、フエノール、o−クレゾールノボラ
ツク、フエノールノボラツク、フエノールアラルキル等
を挙げることができる。触媒系硬化剤としては例えばベ
ンジルジメチルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミ
ノメチル)フエノール、ピペリジン、ピリジン、ピコリ
ン等の3級アミンや、2−エチル−4−メチルイミダゾ
ールで代表されるイミダゾール類、その他1,8−ジアザ
ビシクロ〔5.4.0〕ウンデセン、BF3等のルイス酸、ジシ
アンジアミド、アミンイミド、有機酸ヒドラジド等、ま
たこれらを組合せた混合物や、塩、錯体等に変性したも
の等を挙げることができる。硬化剤の配合量は通常触媒
系硬化剤の場合はエポキシ樹脂100重量部に対し1〜10
重量部、その他の場合はエポキシ基に対して当量比で0.
5〜2の範囲とするのが好ましい。
本発明において必要に応じて配合剤、添加剤として充
填材、難燃材、補強材、滑材、分散材、界面活性材、顔
料、染料、カツプリング剤等が用いられる。充填材とし
ては無機充填材以外のアラミド繊維、ナイロン繊維等の
有機充填材、難燃材としては三酸化アンチモン、水酸化
アルミニウム、赤リン、ハロゲン化合物など、滑材、分
散材、界面活性剤としてはワツクス、ステアリン酸亜
鉛、シリコンオイルなど、顔料及び染料としてはカーボ
ンブラツク、ベンガラ、チタン白、シアニンブルーな
ど、カツプリング剤としてはシランカツプリング剤、チ
タンカツプリング剤などを例示できる。
エポキシ樹脂にこれらの硬化剤、配合材、添加剤等を
溶融混合する手段としては、混練押出機、加熱攪拌槽、
ニーダー、バンバリーミキサー、ロール等が例示され
る。
本発明において、エポキシ樹脂組成物を実質上未硬化
状態でフイルムないしシート(以後、単にシートとい
う)に成形する方法として、シートダイを装着した押出
機による押出成形、カレンダーロールにより材料を圧延
しシート化する方法の他に、コーテイング機を用いて溶
液コーテイング、熱溶融コーテイング等の方法により離
型性基材の上にシートを形成することも可能である。
いずれの方法を用いても、適宜、ガラス繊維の不織布
或いはガラスクロス等の繊維状の基材を供給することに
より、前記エポキシ樹脂混合物を基材に含浸或いはラミ
ネートした複合シートに成形することも可能である。前
記の方法で得た実質上未硬化状態のエポキシ樹脂混合物
のシートを更に打抜金型又はトムソン刃型又は彫刻刃型
等の抜型を用いて、打抜プレス等の打抜機で打抜き、所
要の形状を有するエポキシ樹脂成形体を得る。ここで実
質上未硬化状態とは架橋が一部進行しているが完結して
いない状態を意味する。シートの厚みについては0.01mm
未満の場合、打抜時の衝撃に耐えられない。又、たとえ
打抜けたとしても成形品の強度は非常に小さく取扱い上
困難である。一方厚みが10mmを越えると精度良い打抜き
が困難となる。打抜においてシートをガラス転移温度以
上、軟化温度未満に保つことが肝要である。これは実質
上未硬化状態でシート状に成形された前記エポキシ樹脂
混合物の材料強度が、ガラス転移温度未満では打抜加工
に耐えるに十分でなく、又軟化温度以上では材料の抜型
に粘着したり打抜後の形状保持が不可能である等、打抜
加工に適さないためである。このため本発明において用
いられる打抜機には、熱盤又は恒温槽などエポキシ樹脂
混合物のシートをガラス転移温度以上、軟化温度未満
の、打抜きに適した温度に温調する装置が装備されてい
ることが好ましい。又打抜金型を用いて打抜く場合に
は、打抜金型も温調する必要がある。尚、例えば押出機
によつてシートを成形する場合、押出されたシートが冷
却引取ロール等により軟化温度以下に冷却された後、ガ
ラス転移温度以下に冷却される前に、押出成形と連続し
て打抜加工を行うことも可能で、この場合は特にシート
の温調装置を打抜機に装備する必要はない。
このようにして、半導体を収容するキヤビデイの周辺
形状に適合した形に打ち抜かれたエポキシ樹脂成形体
を、蓋部材あるいはパツケージの所定個所に静置し、加
圧下加熱することによつて気密封止することができる。
(発明の効果) 本発明の電子部品封止用成形体によれば、充填材の配
合量と平均粒径をコントロールすることにより、気密封
止に好適な成形体が提供される。
本発明のエポキシ樹脂成形体によれば、より小型で微
細な形状、寸法の接着性熱硬化性成形体を割れ、欠けな
く成形することができる。又、本発明の方法によつて得
られた成形体は、パーツフイーダーやロボツト等の自動
化機器で取扱うのに十分な強度を持つているため、工程
の自動化、コスト低減に優れた効果を発揮する。又本発
明の方法によつて得られた成形体は、搬送時の取扱いや
振動に対しても強いため、破損することがなく、摩耗に
よる粉を発生することも少ないので、被着体である部品
等を汚損することが少ない。
一方、本発明の接着性エポキシ樹脂成形体によれば、
接着剤、封止剤の量的管理(=体積)、被接着物或いは
被封止物の位置決め(=形状)、及びロボツト等の自動
化への適応(固型、高強度)が可能であり、接着、封止
による組立が非常に容易になる。又エポキシ系樹脂を主
成分とする為、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性、電気特
性、接着性、密着性等も優れたものとなる。
(実 施 例) 以下に実施例及び比較例を挙げて説明する。尚、単に
部とあるは重量部を示す。
実施例及び比較例 エポキシ樹脂(ビスフエノールA型エポキシ樹脂、エ
ピコート1001、油化シエルエポキシ社製)100部に硬化
剤として芳香族ジアミン(ジアミノジフエニルメタン)
を11部、ポリエステル系熱可塑性樹脂(バイロンRV30P:
東洋紡績社製)を25部、充填材としてシリカ微粉末を第
1表に示す割合で配合して成る組成物を、100℃に調整
された混練押出機にて溶融混合し、約3mm大のペレツト
化したエポキシ樹脂混合物を得た。これを更にリツプ長
200mmのTダイを装着したシリンダー口径50mmの押出機
を用いて、まず厚み0.2mm、幅155mmの実質上未硬化状態
のシートを得た。
次にこのシートを打抜プレスに供給し、打抜金型で打
ち抜き、割れや変形を伴うことなく所要のエポキシ樹脂
成形体を得た。この打抜プレスには打抜金型を含む部分
を含む恒温槽が装備されており、内部温度を40℃に設定
し、打抜金型及び材料シートを予熱した後打ち抜いた。
打ち抜かれた成形体の寸法、形状は外寸21mm×16mm,線
幅3mmの枠形状であり厚みは0.2mmである。
このエポキシ樹脂成形体を、半導体パツケージのセラ
ミツク基板上の所定の位置に静置し、更に蓋部材を載置
する。接着面同士の位置合わせを行つた後クリツプを用
いて、接着面と垂直方向に約1.5kgの圧力を加えて圧着
する。その後150℃に設定したオーブン中で1時間加熱
して第1表の試料1〜23を得た。
かくして得られた各試料について初期封止のグロスリ
ークテスト及び流れ性の評価を行つた。各試料のそれぞ
れ10ケずつの半導体装置を125±5℃に温度設定したフ
ロリナート中に60秒間浸漬し、封止面からの気泡の発生
を目視により判断し良品率をパーセントで評価した。
プレツシヤークツカーテストは各試料の半導体パツケ
ージをプレツシヤークツカーテスト(PCT)装置に入れ
て121℃、2.1気圧の飽和水蒸気雰囲気の条件下で50時間
置き、乾燥後グロスリークテストを行つて良品率を決定
した。
接着剤の封止時の流れ性については、加熱溶融した接
着剤が半導体装置のスルーホール内に殆ど流れ込まない
ものについて「○印」、やや流れているものについて
「△印」、流れ込みすぎて使用に供しないものについて
「×印」として評価した。結果を第1表に示す。
第1表から明らかなとおり試料番号5〜7、10〜12、
15〜17は本発明の範囲内のものであり、封止時の流れ抑
制効果、初期封止の良品率、PCT後の良品率のいずれも
が優れていることを示している。
試料1,2,3においては、充填材が少なすぎて、封止時
の粘度が低すぎ素子を内蔵する空隙間のガスの熱膨張に
よるブローホール(風穴現象)が発生し又流れ性も大き
かつた。試料4においては初期封止、PCT後の良品率は
良好であるが、流れ性が大きすぎて、使用には供し得な
かつた。試料8においては、充填材の平均粒径が大き
く、封止時の粘度が低すぎブローホールが発生した。試
料9,14においては、充填材の平均粒径が非常に小さいた
め、配合物のチクソ性が高くなり、流動性に欠け封止時
に密着できなかつた。試料13においては、封止時の粘度
が低くやや流れ性が大きかつた。試料18においては初期
封止、PCT後の良品率は良好であるが、やや流れ性が大
きく使用には供し得なかつた。試料19,20においては配
合物の封止時の粘度が高くなり、もはや密着できなかつ
た。試料21〜23において見かけ上の流れ抑制効果は良好
であるが、完全に密着しておらず初期封止性は非常に低
かつた。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エポキシ樹脂100重量部に熱可塑性樹脂を2
    5重量部以下、平均粒径が0.01〜5μmの無機充填材を1
    0〜180重量部、硬化剤を配合して成る接着剤組成物を未
    硬化状態で0.01〜10mm厚みのフイルムないしシートに成
    形した後、該フイルムないしシートを半導体チツプを収
    容するキヤビテイの周辺形状にほぼ適合した形に打ち抜
    いて得られる半導体素子を搭載する基板と蓋部材の接着
    部に用いられる電子部品封止用成形体。
  2. 【請求項2】請求項1記載の成形体を蓋部材又はパツケ
    ージの所定個所に静置した後、蓋部材をパツケージに接
    着せしめることを特徴とする電子部品における蓋部材の
    封止方法。
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