JP2837747B2 - 耐湿性を改良した半導体素子用中空パッケージ - Google Patents

耐湿性を改良した半導体素子用中空パッケージ

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JP2837747B2 JP2200002A JP20000290A JP2837747B2 JP 2837747 B2 JP2837747 B2 JP 2837747B2 JP 2200002 A JP2200002 A JP 2200002A JP 20000290 A JP20000290 A JP 20000290A JP 2837747 B2 JP2837747 B2 JP 2837747B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体素子用の中空パッケージに関するも
のであって、より詳細には、パッケージ本体を内部が熱
硬化性樹脂からなる構造体とし、それに隣接する外面を
熱可塑性樹脂で一体成形した、耐湿性の改良された半導
体素子用の中空パッケージに関する。
(従来の技術及びその問題点) IC、LSIなどの半導体素子は、周囲の温度や湿度の変
化、あるいは微細なゴミやほこりに影響され、その特性
が微妙に変化してしまうことや、機械的振動や衝撃によ
って破損し易いことなどの理由で半導体素子を封止した
パッケージとして使用に供されている。
パッケージ方式としては、大別して気密封止方式と樹
脂封止方式とに分けられ、気密封止方式では、一般的に
はセラミックスが用いられているが、熱硬化性樹脂を用
いることも試みられている。すなわち、箱形樹脂成形体
の中央部に設けられたリードフレームのアイランドに接
着剤によって固着された半導体素子は、インサート成形
によって樹脂成形体内に封入され、その両端がパッケー
ジの内側と外側に開放されたリードフレームとボンディ
ングワイヤーによって連結されている。また樹脂成形体
の上面は透明あるいは不透明な合成樹脂板、ガラス板、
セラミックス、金属などの蓋材を接着剤によって固着
し、気密封止を行うものであるが、このような封止手段
を講じても、時間の経過に伴ないパッケージ内部に微量
の水分が浸入し、半導体素子の機能を低下せしめ、やが
ては使用不能の状態となってしまうという問題点があっ
た。
そこで、水分の浸入経路として考えられる蓋の接着
部、あるいはリードフレームの封入部について入念な密
封手段を施こしても、依然として経時による水分の浸入
を防止することができず、その対策に苦慮しているのが
現実である。
本発明者らは、気密封止された中空パッケージに微量
の水分が浸入する原因を究明するべく研究を重ねてき
た。そのなかで、中空パッケージに対する水分の浸入経
路は、当初、蓋材の接着部やリードフレームの封止部か
らのものが想定されたため、その方面からの究明を行う
べくくり返し試験を行ったところ、全く意外なことに、
前記蓋材の接着部やリードフレームの封止部からの水分
の浸入に対しては、種々の対策が取られていることか
ら、この部分からの水分の浸入はさほど問題とはなら
ず、中空パッケージに対する水分に浸入は、パッケージ
の下面、すなわち、箱型樹脂成形体の底面から熱硬化性
樹脂の成形体の壁面を通して浸入してくるものが最も多
く、表面積の関係上、その側面からの浸入も僅かながら
認められるという知見を得た。
なお、中空パッケージに対する水分の浸入状況は下記
の方法によって試験した。
リードフレームをインサート成形したプラスチック中
空パッケージと、その底面に0.1mm厚のアルミニウム板
を接着したパッケージとにそれぞれガラス蓋を接着して
中空部を封じ込めたサンプルを作成した。次いでそれら
サンプルをプレッシャークッカーテスト(PCT:121℃、
2気圧)にかけ、中空部に浸入した微量水分によって内
部に曇りが発生する迄の時間を求め、底部と、それ以外
のどちらからの水分の浸入が多いかを判定した。
(発明の目的) そこで、本発明の目的は、パッケージの樹脂成形体を
透過して浸入する水分を効率的に防止した中空パッケー
ジを提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、前記目的を達成するために提案されたもの
であって、その特徴とするところは、熱硬化性樹脂から
成形された中空パッケージの外面を熱可塑性樹脂の水分
透過率の極めて低い構造物でカバーする点にある。
すなわち、本発明によれば、 半導体素子を気密封入するための中空パッケージにお
いて、熱硬化性樹脂で成形した、蓋接着部および半導体
チップボンディング部を有する内部構造体と、それに隣
接する外面を熱可塑性樹脂からなる外部構造体としたこ
とを特徴とする半導体素子用中空パッケージが提供され
る。
さらに本発明によれば、熱硬化性樹脂としてエポキシ
樹脂、熱可塑性樹脂としてポリフェニレンサルファイド
(PPS)、ポリフェニレンオキサイド(PPO)および液晶
ポリマー(芳香族ポリエステル;エコノール、ベクト
ラ等)から選択されたものを使用した場合に一層耐湿
性のすぐれた半導体素子用中空パッケージが提供され
る。
(発明の好適な態様の説明) 本発明の半導体素子用中空パッケージは、蓋接着部、
半導体チップボンディング部、およびリードフレームの
封入部などのすぐれた接着性が求められる部分、すなわ
ち、従来より熱硬化性樹脂で成形されていた中空パッケ
ージ部分はそのまま熱硬化性樹脂を使用し、リードフレ
ームをインサートして射出成形するかトランスファー成
形することにより一体成形されるものであるが、本発明
の特徴は、そのパッケージの上部、つまり蓋材の面を除
いた外面全体を水分透過率のきわめて低い熱可塑性樹脂
の層で遮蔽することにある。
本発明の中空パッケージの構造は、パッケージ内への
水分の浸入割合が、パッケージを構成する熱硬化性樹脂
の層を透過してなされるものが多いという本発明者らに
よって得られた知見を基に導かれたものである。パッケ
ージ内層を構成する熱硬化性樹脂としては、ビスフェノ
ールA型、ノボラック型、グリシジルアミン型などのエ
ポキシ樹脂、ポリアミノビスマレイミド、ポリピロメリ
ットイミドなどのポリイミド樹脂、フェノール樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などが例示され
るが、これらの樹脂のなかではエポキシ樹脂が耐湿性、
接着性の点で最も好ましく使用される。
また、前記熱硬化性樹脂の側面および底面を遮蔽する
目的で使用される水分透過率のきわめて低い熱可塑性樹
脂としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテ
ルサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエ
ーテルエーテルケトン、ポリ4−メチルペンテン−1、
ポリカーボネート、ポリスチレン、液晶ポリマー(たと
えば、日本エコノール社の「エコノール」、ポリプラ
スチック社の「ベクトラ」など)などが例示される
が、これらの中ではポリフェニレンサルファイド(PP
S)、ポリフェニレンオキサイド(PPO)および液晶ポリ
マー(たとえば、エコノール、ベクトラ等の芳香族
ポリエステル)が最も好ましく使用される。
本発明の半導体素子用中空パッケージの断面の一例を
示す第1図において、パッケージ中央部分に設けた凹陥
部2は半導体チップボンディング部であり、この部分に
半導体チップが固着される。
リードフレーム4はインサート成形によってパッケー
ジ中に封入一体化され、その端部をパッケージの内面お
よび外面に開放状態で伸びている。さらにその上面に
は、蓋材を接着剤で接着するための接着部が設けられて
いる。
かくの如く成形された熱硬化性樹脂による中空パッケ
ージは、そのままでは、成形体内を水分が比較的速く透
過して、最も成形体の薄い部分、すなわち半導体チップ
ボンディング部に真先に浸入し、半導体チップの作動安
定性を阻害し、ひいてはパッケージ全体を作動不能に至
らしめることになる。
そこで、本発明の重要な技術的特徴は、この熱硬化性
樹脂からなる中空パッケージを、蓋が接着される上面を
除いた外面全体を、前記した水分透過率の極めて低い熱
可塑性合成樹脂で遮蔽することにある。
この蒸気不透過率の熱可塑性合成樹脂からなる遮蔽層
を設ける方法としては、リードフレームをインサート成
形した熱硬化性樹脂からなるパッケージを予め金型内に
インサートし、その外面に熱可塑性樹脂を射出成形する
ことによって第1図に示される外層が熱可塑性樹脂から
なり、内層が熱硬化性樹脂からなり、かつ、リードフレ
ームがインサート成形によって封入一体化された半導体
素子用中空パッケージがえられる。
インサート成形の条件は、熱硬化性樹脂の場合と熱可
塑性樹脂の場合でそれぞれ異るが、通常熱硬化性樹脂の
場合、圧力が10ないし500kg/cm2、温度が150ないし250
℃、時間が1ないし5分であり、後段の熱可塑性樹脂の
場合、圧力が100ないし1000kg/cm2、温度が200ないし30
0℃、時間が1ないし3分程度での加圧加熱が好まし
い。
また、熱硬化性樹脂中空パッケージの外層として形成
される熱可塑性樹脂の厚みは、樹脂の種類によっても異
なるが、通常50ないし200μmのものが好適な水分透過
率が極めて低い遮蔽層としての機能を発現する。
前記熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂には、必要に応
じて自体公知の配合剤、たとえば安定剤、酸化防止剤、
難燃剤、着色剤、充填剤などが配合されるが、なかでも
充填剤として、シリカ、アルミナなどの無機充填剤を配
合することが好ましい。
この際、熱可塑性樹脂からなる外層5は、その開放端
を熱硬化性樹脂からなる中空パッケージの上端面よりも
突出して形成することにより、蓋接着部3との間に段部
が形成され、パッケージの密封度が一層向上した半導体
素子用中空パッケージがえられることになる。
第2図は、中空パッケージのチップボンディング部に
半導体素子(チップ)7を接着し、該素子とリードフレ
ーム2をボンディングワイヤー6で連結した後、蓋材8
を熱硬化性樹脂からなる蓋材接着部3において、エポキ
シ系、イミド系、およびアクリル系などの接着剤で接着
せしめ、気密封止された半導体素子用の中空パッケージ
の完成品としたものの一例を示す断面図である。
ボンディングワイヤーとしては、通常金線ないしアル
ミ線が使用され、また蓋材としては、石英ガラス板、サ
ファイア板、透明アルミナ板、透明プラスチック板など
の透明蓋材、着色ガラス板、セラミツク板、金属板、着
色プラスチック板などの半透明ないし不透明蓋材が使用
される。
かくして、本発明によれば、蓋材およびリードフレー
ムと堅固な接着が求められる部分は、それらと接着性の
すぐれた熱硬化性樹脂で構成し、本発明者らの実験では
はじめて究明された水分の透過し易いパッケージ底面お
よび側面を、蒸気不透過性の熱可塑性樹脂で遮蔽するこ
とにより、全体として一体化された耐湿性の改良された
半導体素子用中空パッケージが得られるものである。
(実施例) 以下、実施例および比較例によって、本発明を詳細に
説明する。
実施例1 後述する比較例と同一の方法で成形したリードフレー
ムインサートエポキシ樹脂製中空パッケージを金型内に
セツトし、図1に示す様にその外側をポリフェニレンサ
ルファイド(ポリプラスチック社製1140A1)で包む様に
インサート成形し二重構造の中空パッケージ体を得た。
なおこのときの成形温度は350℃、射出圧力は800kg/c
m2、金型温度は160℃であり、PPSの厚みは1mmであっ
た。
さらにガラス板を比較例と同一の方法で接着シールし
た。
実施例2 比較例と同一の方法で成形したリードフレームインサ
ートエポキシ樹脂製中空パッケージを金型内にセツト
し、図1に示す様にその外側を芳香族ポリエステル液晶
ポリマー(ポリプラスチック社製ベクトラA130)で包む
様にインサート成形し二重構造の中空パッケージ体を得
た。なおこの時の成形温度は290℃、射出圧力は400kg/c
m2、金型温度は120℃であり、ベクトラA130の厚みは0.5
mmであった。
さらにガラス板を比較例と同一の方法で接着シールし
た。
比較例 42アロイ製リードフレームを下記エポキシ樹脂成形材
料Aでインサート成形(160℃×3分トランスファー成
形)した後、180℃×4時間のポストキュアーを行な
い、中空プラスチックパッケージ体を得た(底面厚み0.
8mm)。
引続きコーニング社製♯7059ガラス板(0.7mm厚)の
周辺部に下記エポキシ接着剤Bを塗布し、パッケージ体
に熱圧着(130℃×2時間、3.5kg/cm2圧)して中空部を
シールしたパッケージを得た。
得られたシール済みパッケージをプレッシャークッカ
ーテスト(PCT:121℃、2気圧)に所定時間かけ、取出
し後120℃ホットプレートにガラス面を下にして15秒放
置し、ただちに25℃の放熱ブロックにガラス面を10秒押
し付け内部に結露(浸入した水分による)が発生してい
るか否かを目視で判定した。この結露が生じる迄のPCT
時間を測定した。
エポキシ成形材料A(部は重量部) 日本化薬(株)製 o−クレゾールノボラックエポキシ EOCN−103S 100 部 日本化薬(株)製 フェノールノボラック樹脂 PN80 45 部 日本化薬(株)製 Br化ノボラックエポキシBREN 26.4部 龍森(株)製 溶融シリカ ヒューズレックス RD−8 516 部 和光試薬 スレアリン酸 3 部 和光試薬 Sb2O3 4.6部 信越化学(株)製 シランカップリング剤 KBM−403 3 部 四国化成(株)製 イミダゾール 2E4UZ 1 部 旭カーボン(株)製 カーボンブラック HS−5 1 部 上記配合物を100℃でロール混練し、冷却粉砕した。
エポキシ接着剤B(部は重量部) 三井石油化学(株)製 ビスフェノールA型エポキシ樹脂 R−140 100 部 新日本理化(株)製 酸無水物系硬化剤 MH−700 85 部 和光試薬 N,N−ベンジルジメチルアミン 0.2部 龍森(株)製 ヒューズレックスX 200 部
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明の半導体素子用中空パッケージ
の一例を示す断面図であり、第1図は中間段階、第2図
は完成時の状態を示す。 図中、1……熱硬化性樹脂 2……半導体チップボンディング部 3……蓋材接着部 4……リードフレーム 5……熱可塑性樹脂 6……ボンディングワイヤー 7……半導体素子 8……蓋材 9……接着層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−164051(JP,A) 特開 昭64−73747(JP,A) 特開 昭63−152156(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/08 H01L 23/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子を気密封入するための中空パッ
    ケージにおいて、熱硬化性樹脂で成形した、蓋接着部お
    よび半導体チップボンディング部を有する内部構造体
    と、それに隣接する外面を熱可塑性樹脂からなる外部構
    造体としたことを特徴とする半導体素子用中空パッケー
    ジ。
  2. 【請求項2】熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項
    (1)記載の半導体素子用中空パッケージ。
  3. 【請求項3】熱可塑性樹脂がポリフェニレンサルファイ
    ド、ポリフェニレンオキサイド、液晶ポリマーから選ば
    れたものである請求項(1)記載の半導体素子用中空パ
    ッケージ。
JP2200002A 1990-07-28 1990-07-28 耐湿性を改良した半導体素子用中空パッケージ Expired - Lifetime JP2837747B2 (ja)

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