JP3656690B2 - 電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板上に配置された電子素子をエポキシ樹脂にて樹脂封入して形成する電子部品の製造方法に関し、特に半導体素子をエポキシ樹脂で樹脂封入する半導体封止装置に適用して好適である。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子部品として、回路基板上に配置した半導体素子を樹脂封入したものがある。この電子部品は、回路基板に形成された電極と半導体素子とをワイヤボンディングによって電気的に接続したのちに、樹脂封入したものであり、様々な用途で用いられている。
【0003】
このような電子部品を車載用という厳しい環境下で適用する場合、耐環境という側面から回路基板や封止樹脂材料の種類が限定される。このような、耐環境という側面を考慮して、特開平5−3218号公報には、無水マレイン酸とジアミノシロキサンから誘導されるビスマレイミド及び1,2−ポリブタジエンのエポキシ化物を必須条件とする熱硬化樹脂組成物を封止材料として用いることによって、封止材料の耐久性を向上させるということが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に示されるような封止材料は入手困難であり、またコスト高であるということから、封止材料として一般的に用いられるエポキシ樹脂を用いて厳しい環境においても耐え得るようにすることが望まれる。
また、耐熱性という観点から回路基板としてセラミック基板を用いた場合、セラミック基板とエポキシ樹脂は線膨張率に差があることから、セラミック基板とエポキシ樹脂の界面で応力が発生し、この応力によってエポキシ樹脂が剥離してしまうという問題がある。
【0005】
また、セラミック基板が固く反り難いということから、セラミック基板とエポキシ樹脂の界面のうち、エポキシ樹脂の周部分(以下、エッジ部分という)に特に剪断応力が集中し易く、このエッジ部分において剥離が発生し易くなってしまう。
本発明は、上記問題に鑑みたもので、セラミック基板上に配置された電子素子をエポキシ樹脂によって樹脂封止する場合において、エポキシ樹脂の耐久性があり、かつエポキシ樹脂の剥離が防げる電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
請求項1に記載の発明においては、樹脂の線膨張係数αがα≦20(ppm/℃)であり、かつ樹脂の弾性率Eと線膨張係数αの関係がEα1.7 ≦1000{(ppm/℃)1.7 GPa}を満たす樹脂物性を有するエポキシ樹脂(6)を用い、フィレット角θがθ≦50°になるように樹脂封止を行うことを特徴としている。
【0007】
このように、樹脂の線膨張係数αがα≦20(ppm/℃)であり、かつ樹脂の弾性率Eと線膨張係数αの関係がEα1.7 ≦1000{(ppm/℃)1.7 GPa}を満たす樹脂物性を有するエポキシ樹脂(6)で樹脂封止を行うことにより、耐久性上問題のない電子部品を製造することができ、フィレット角θがθ≦50°になるように樹脂封止することにより、エポキシ樹脂(6)がセラミック基板(1)から剥離しないようにすることができる。
【0008】
これにより、エポキシ樹脂の耐久性があり、かつエポキシ樹脂の剥離が防げるようにすることができる。請求項2に記載の発明においては、フィレット角θをθ≧35°にすることを特徴としている。このように、フィレット角θをθ≧35°にすることによって、エポキシ樹脂(6)の面積を所定の範囲内にしつつ、ワイヤ(5)がエポキシ樹脂(6)から露出しないようにすることができる。
【0009】
請求項3に記載の発明においては、フィレット角θをθ≦45°にすることを特徴としている。
なお、請求項3に示すように、エポキシ樹脂(6)の物性の変化を考慮すると、より好ましくはフィレット角θをθ≦45°にすると良い。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
図1に、本発明を半導体封止装置に適用した実施形態を示す。以下、この図に基づき半導体封止装置の製造方法について説明する。
まず、セラミック基板(回路基板)1上に接着剤(例えば、Agペースト)2を印刷し、この接着剤2を用いて半導体素子3を固定する。そして、ワイヤボンディングを行い、半導体素子3の上面側に形成された電極とセラミック基板1に設けられた電極4aとをAuワイヤ5にて電気的に接続する。
【0011】
次に、ディスペンサを用いて半導体素子3上からエポキシ樹脂6をディスペンス塗布し、半導体素子3及びAuワイヤ5をエポキシ樹脂6によって樹脂封止する。これにより、半導体素子3及びAuワイヤ5が外気に触れないようにする。これにより半導体封止装置が完成する。
このとき、エポキシ樹脂6には、線膨張係数αがα≦20(ppm/℃)であり、かつ弾性率Eと線膨張係数αの関係がEα1.7 ≦1000{(ppm/℃)1.7 GPa}である樹脂物性のものを用いている。なお、このような樹脂物性のエポキシ樹脂6を用いた理由の詳細は後述する。
【0012】
なお、上記セラミック基板1のうち樹脂封止されない部分にも電極4bが設けられており、電気配線4を通じて電極4bから外部との電気的接続がとれるようになっている。また、電気配線4はセラミック基板1の内部に設けられており、セラミック基板1とエポキシ樹脂6のエッジ部分の接触面積が大きくなるようにしている。
【0013】
また、このように形成された半導体封止装置におけるエポキシ樹脂6のエッジ部分の拡大図を図1(b)に示す。
図1(b)に示すように、エポキシ樹脂6のエッジ部分におけるフィレット角θ(エッジ部分のセラミック基板1に対する角度)θが、35〜50°の範囲になるようにしている。
【0014】
このフィレット角θは、エポキシ樹脂6の樹脂物性によって決定されるものであるため、エポキシ樹脂6の物性が上記フィレット角θに沿うようなものを選択する。なお、フィレット角θの選択理由についての詳細は後述する。具体的には、エポキシ樹脂6に含まれるフィラーは、粒子形状が大きなものと小さなもの2種類から構成されている。このフィラーを構成する大きな粒子と小さな粒子の割合を変化させることによってフィレット角θが上記範囲になるようにする。なお、上記線膨張係数αや弾性率Eの特性は、エポキシ樹脂6内のフィラーの含有率によって決定されるため、フィラーの含有率は変えないで、フィラーを構成する大きな粒子と小さな粒子の割合を変化させる。
【0015】
次に、線膨張係数αや弾性率Eの特性の選択理由について説明する。まず、半導体封止装置の耐久評価データを図2に示す。この耐久評価データは、図1の半導体封止装置のエポキシ樹脂6の線膨張係数αと弾性率Eの樹脂物性を変化させてたときにおいて、半導体封止装置に−40〜150℃の温度の冷熱サイクル実験を施した時に不良が発生するかを示すものである。但し、図2における縦軸はα1.7 Eで示してあり、線膨張係数αと弾性率Eとの積の関係で表している。
【0016】
この図に示すように、線膨張係数αが、α>20(ppm/℃)の場合や線膨張係数αと弾性率Eの関係α1.7 Eが、α1.7 E>1000{(ppm/℃)1.7 GPa}である場合(例えば、図中の点b)には、不良が発生している。そして、線膨張係数αが、α≦20(ppm/℃)であり、かつ線膨張係数αと弾性率Eの関係α1.7 Eが、α1.7 E≦1000{(ppm/℃)1.7 GPa}である場合(例えば、図中の点a)には、不良が発生していないことが分かる。このため、冷熱サイクル実験の結果がより、半導体封止装置の耐久性を確保するためには、線膨張係数αが、α≦20(ppm/℃)であり、かつ線膨張係数αと弾性率Eの関係α1.7 Eが、α1.7 E≦1000{(ppm/℃)1.7 GPa}であることが条件であるといえる。なお、この線膨張係数αと弾性率Eの関係を共に満たす範囲を領域Aとし、その他の範囲を領域Bとして図中に示す。
【0017】
続いて、フィレット角θの選択理由について説明する。図3に、図1に示す半導体封止装置のフィレット角θを変化させた時におけるエポキシ樹脂6のエッジ部分における剪断応力P(kgf/mm2 )の変化を示す。なお、図3に、エポキシ樹脂6の物性が図2の領域Aに属するものである場合の結果を実線で示す。また、参考として、エポキシ樹脂6の物性が図2の領域Bに属するものである場合の結果を点線で示す。
【0018】
図3に示すように、エポキシ樹脂6のフィレット角θとエポキシ樹脂6のエッジ部分における剪断応力Pは所定の比例関係にあり、フィレット角θが小さくなるほど剪断応力Pが小さくなる。そして、剪断応力Pの大小はエポキシ樹脂6の剥離に関係しており、剪断応力Pが大きい程エポキシ樹脂6の剥離が発生し易い。すなわち、剪断応力Pが大きくなると、半導体封止装置におけるセラミック基板1とエポキシ樹脂6の界面の接合が熱変化に耐えきれないため、エポキシ樹脂6がセラミック基板1から剥離してしまうのである。
【0019】
そして、実験によって、剪断応力Pが約0.9kgf/mm2 を超える場合にエポキシ樹脂6がセラミック基板1から剥離するという結果が得られた。従って、フィレット角θを剪断応力Pが約0.9kgf/mm2 以下になるような角度、すなわちエポキシ樹脂6の物性が図2の領域Aに属するものである場合には、θ≦50°にすればエポキシ樹脂6の剥離が発生しない。但し、エポキシ樹脂6の物性が領域Aに属するものである場合においても物性の変化によって剥離が防止できるフィレット角θが多少変化すると考えられるため、フィレット角θを45°以下にすることが好ましい。
【0020】
また、図に示すように、エポキシ樹脂6の物性が領域Aに属するものはフィレット角θをθ≦50°にすると剥離が発生しない。しかしながら、このようにフィレット角θを小さくすると、エポキシ樹脂6が剥離するという問題を解決できても新たな不都合が発生する場合がある。
すなわち、上述したように、エポキシ樹脂6におけるエッジ部分の角度が小さい程、セラミック基板1とエポキシ樹脂6間の剥離防止に対して有効である。しかしながら、フィレット角θを小さくする場合において、エポキシ樹脂6の厚さh1を所定の厚さにするにはエポキシ樹脂6の面積を大きくする必要性が生じ、またエポキシ樹脂6を所定面積内にするにはエポキシ樹脂6の厚さh1を薄する必要性が生じてしまう。これらの場合、半導体封止装置全体の面積が大きくなるという不都合やAuワイヤ5の露出や耐久性悪化という不都合が新たに発生する。
【0021】
従って、フィレット角θの角度は上記新たな不具合が発生しない程度にする必要がある。
ここで、図4(a)に半導体装置の封止領域とAuワイヤ5の関係図を示す。この図に示すように、エポキシ樹脂6のエッジ部分からAuワイヤ5の高さh2(例えば、0.8mm)になるまでの距離を距離Lとし、エポキシ樹脂6のエッジ部分から半導体素子3の端部までの距離を距離Sとすると、半導体封止装置の面積の観点から距離Sが所定値以下であり、Auワイヤ5の露出の観点から距離L>距離Sであることが条件とされる。
【0022】
また、図4(b)にエポキシ樹脂6の物性を変化させたときのフィレット角θと距離Sの関係を示す。図4(b)に示すように、フィレット角θと距離Sとの関係はエポキシ樹脂6の物性によって変化するが、概ね一定の変化を示す。
そして、上記条件において、距離Sが満たす条件を例えば2.5mm以下とすると、Auワイヤ5の高さh2が例えば0.8mmである場合に前記条件を満たす為には、フィレット角θがθ≧35°を満たす必要がある。また、距離L>距離Sである必要があるが、この条件は距離Lに対してフィレット角θを適宜変更すればよい。
【0023】
このように、エポキシ樹脂6の耐久性とセラミック基板1からの剥離を考慮すると、エポキシ樹脂6の線膨張係数αが、α≦20(ppm/℃)であり、エポキシ樹脂6の線膨張係数αと弾性率Eの関係α1.7 Eが、α1.7 E≦1000{(ppm/℃)1.7 GPa}であることと、フィレット角θがθ≦50°(より好ましくは45°)であることが条件とされる。
【0024】
また、エポキシ樹脂6の面積やAuワイヤ5の露出を考慮すると、フィレット角θがθ≧35°であることが条件とされる。
従って、本実施形態に示すように、エポキシ樹脂6の線膨張係数αが、α≦20(ppm/℃)で、かつエポキシ樹脂6の線膨張係数αと弾性率Eの関係α1.7 Eが、α1.7 E≦1000{(ppm/℃)1.7 GPa}であるという関係を満たし、さらにフィレット角θが35°≦θ≦50°という関係を満たすエポキシ樹脂6を選択することにより、耐久性上の問題がなく、エポキシ樹脂6の剥離がなく、半導体封止装置の面積が大きくなく、Auワイヤ5の露出がないような半導体封止装置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、半導体封止装置の断面図であり、(b)は(a)のエッジ部分を拡大した説明図である。
【図2】樹脂の線膨張係数αと、弾性率Eにおけるα−α1.7 E特性図である。
【図3】樹脂のフィレット角θと樹脂のエッジ部の剪断応力Pにおける特性図である。
【図4】(a)は、半導体封止装置の断面説明図であり、(b)はフィレット角θと距離Sの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
1…セラミック基板、2…接着剤、3…半導体素子、4…電気配線、
4a、4b…電極、5…Auワイヤ、6…エポキシ樹脂。
Claims (3)
- 表面に第1電極(4a)が形成されたセラミック基板(1)上に電子素子(3)を装着し、前記電子素子(3)に形成された第2電極と前記第1電極(4a)とをワイヤ(5)で接続したのち、前記電子素子(3)と前記ワイヤ(5)とが外気に触れないようにエポキシ樹脂(6)にて樹脂封止する電子部品の製造方法において、
前記エポキシ樹脂(6)として、樹脂の線膨張係数αがα≦20(ppm/℃)であり、かつ樹脂の弾性率Eと前記線膨張係数αの関係がα 1.7 E≦1000{(ppm/℃) 1.7 GPa}を満たす樹脂物性を有するものを用いると共に、前記エポキシ樹脂(6)のエッジ部分が前記セラミック基板(1)に対して成すフィレット角θをθ≦50°にして前記樹脂封止を行うことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 前記フィレット角θを35°≦θ≦50°にすることを特徴とする請求項1に記載の電子部品の製造方法。
- 前記フィレット角θを35°≦θ≦45°にすることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子部品の製造方法。
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