JP4055871B2 - 混成集積回路装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気部品ケース並びにこれを用いた電気部品、混成集積回路装置及び半導体装置に関するものである。特に、素子が実装された混成集積回路基板、素子が実装されたプリント基板、半導体素子、又は電気部品がケーシングされる場合、高温雰囲気下におけるこれら封入素子の信頼性を高めたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、合成樹脂ケースに電気素子（水晶発振器、ソレノイド、トランス等）、混成集積回路基板、半導体素子及びプリント基板等の電気素子を封入した電気部品は、電気機器の小型化・軽量化・高性能化に加えて、ＰＬ法施行に伴う安全性向上の要求が高まっている。従来の樹脂封止電気部品は、その生産性やコスト等の点から、ケース材として熱可塑性樹脂、例えば、常温環境での使用温度限定であれば、ポリプロピレン樹脂、芳香族ポリカーボネイト、ポリアルキレンテレフタレート、高温（１００〜１５０℃）使用環境であれば、ガラス強化ポエチレンテレフタレート等が用いられている。
【０００３】
図１乃至図４は、混成集積回路基板を封入した例であり、図面の斜線部分で示されたケースと混成集積回路基板とでケース内に空間が形成されている。また、図５及び図６は、半導体チップや電気素子が中に実装できるように、上下２つのケースで空間が形成されているものである。
【０００４】
ところが、最近は、この使用温度の拡大、即ち、耐熱性向上の要求に加え、前述の安全性向上の面から難燃性（ＵＬ９４ Ｖ−０）も重要な性能の一つになっている。しかしながら、難燃剤を使用した樹脂組成分のケースを用いた電気部品が高温環境で使用された場合、その電気部品の電気特性を著しく低下させるという問題があった。
【０００５】
例えば、電気素子（水晶発振器、ソレノイド、トランス等）、混成集積回路基板、半導体素子及びプリント基板等の電気素子には、ＣｕやＡｌ等の金属からなる基板や配線、Ｃｕ等からなるリードを固定する半田、金属細線等が用いられる。これらは、後述するハロゲン化合物のガスにより腐食が発生し、配線の劣化、断線、半田不良、金属細線の接続劣化等を引き起こす。
【０００６】
一例として、金属基板、特に、Ａｌ基板を用いる場合、表面に絶縁樹脂を被覆し、その上にＣｕ配線を形成し、半田等で電気素子を固着する図１に示すような混成集積回路装置がある。一般には、Ａｌ基板の上には、絶縁樹脂があるため、前記ハロゲン化合物のガスが発生してもこの膜の遮蔽効果により、金属基板を腐食することはないが、図１に示す混成集積回路装置の金属細線のように、配線を金属細線を介して直接金属基板に設置することがある。これは配線と基板が電極となり、この間の絶縁層とにより容量が発生して、回路特性を悪化させる要因となるが、配線と基板を同電位とすることにより、容量をなくすようにしている。
【０００７】
また、安定したグランド線とするために用いる場合もある。つまり前記絶縁樹脂を除去し、金属基板を露出させるため、前記ハロゲン化合物のガスがこの露出部を介して基板を腐食させたり、金属細線の接続部分を劣化させたり、更には、基板と絶縁樹脂の接着性を劣化させたりする問題があった。
【０００８】
図５及び図６に示す混成集積回路装置のように、ベアの半導体チップをケース内の空間に配置させると、前記ハロゲン化合物のガスにより色々な箇所で思わぬ劣化が生じることはいうまでもない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、難燃剤を使用した樹脂組成分のケース内に実装された電子部品、同混成集積回路装置又は半導体装置が高温環境で使用された場合、前記電子部品、混成集積回路装置又は半導体装置の絶縁樹脂を除去した金属基板、リード、金属細線又は半田等が難燃剤から発生するハロゲン化合物のガスにより、その電気部品、同混成集積回路装置又は半導体装置の電気特性を著しく低下させるという問題があった。
【００１０】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、本発明の目的は、難燃剤を使用した樹脂組成分のケースから発生するハロゲン化合物のガスによる金属の腐食に起因する、配線の劣化、断線、半田不良、金属細線の接続劣化等の発生を防止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子部品を収納する空間を有する電子部品ケースにおいて、前記ケースは、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成するものである。
【００１２】
本発明は、少なくとも一方の表面が絶縁性を有する混成集積回路基板上に設けられた導電路に受動素子および／又は能動素子が接続された混成集積回路装置において、前記混成集積回路基板の一方の面と当接して前記素子を収納する空間を有するケースが設けられ、難燃剤を使用した樹脂組成分から成る前記ケースは、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成され、前記難燃剤から前記空間に発生するハロゲン化合物のガスを前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で吸着し、前記導電路、前記受動素子および／又は能動素子の腐食および劣化を防止することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、少なくとも一方の表面が絶縁性を有する２枚の混成集積回路基板上に夫々設けられた導電路に受動素子および／又は能動素子が接続され、この素子の実装面が対向して配置される混成集積回路装置において、前記混成集積回路基板の実装面の夫々と当接して前記素子を収納する空間を有する枠体が設けられ、難燃剤を使用した樹脂組成分から成る前記枠体は、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成され、前記難燃剤から前記空間に発生するハロゲン化合物のガスを前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で吸着し、前記導電路、前記受動素子および／又は能動素子の腐食および劣化を防止することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、半導体素子の固着領域を有する第１のケースと、前記第１のケースとの組合せにより前記半導体素子の実装空間を形成する第２のケ一スと、前記第１のケ一スに固着された半導体素子と、前記第１のケースと前記２のケースとで形成される半導体素子封止ケースから外部へ延伸されるリ一ドと、前記リ一ドと前記半導体素子を電気的に接続する手段とを少なくとも有する半導体装置において、前記第１のケース及び前記第２のケ一スは難燃剤を使用した樹脂組成分から成り、前記第１のケース及び前記第２のケ一スの少なくとも一方が、ハロゲンガス吸着機能を有する低発性ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成され、前記難燃剤から前記実装空間に発生するハロゲン化合物のガスを前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で吸着し、前記半導体素子、前記接続する手段の腐食および劣化を防止することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明は、電気部品の高温時における電気的特性の信頼性低下が、電子部品、混成集積回路装置又は半導体装置のケース又は枠体等の材料として用いられている難燃性樹脂から発生するハロゲン化合物のガスに起因することを発見し、この性能低下がハロゲンガス吸着剤を用いることにより、前記電気的特性の信頼性低下を防止することができることを知見し、本発明に到達したものである。
【００１７】
本発明は、電子部品、混成集積回路装置又は半導体装置のケース又は枠体等として用いられている難燃性樹脂組成分から発生するハロゲン化合物のガスによる金属の腐食に起因する、配線の劣化、断線、半田不良、金属細線の接続劣化等の発生を防止するために、電子部品を収納する空間を有する電子部品ケースにおいては、前記ケースを、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成するものである。
【００１８】
同様に、少なくとも一方の表面が絶縁性を有する混成集積回路基板上に設けられた導電路に受動素子および／又は能動素子が接続された混成集積回路装置においては、前記混成集積回路基板の一方の面と当接して前記素子を収納する空間を有するケースをハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成するものである。
【００１９】
同様に、少なくとも一方の表面が絶縁性を有する２枚の混成集積回路基板上に夫々設けられた導電路に受動素子および／又は能動素子が接続され、この素子の実装面が対向して配置される混成集積回路装置においては、前記混成集積回路基板の実装面の夫々と当接して前記素子を収納する空間を有する枠体をハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成するものである。
【００２０】
同様に、半導体素子の固着領域を有する第１のケースと、前記第１のケースとの組合せにより前記半導体素子の実装空間を形成する第２のケースと、前記第１のケースに固着された半導体素子と、前記第１のケースと前記第２のケースとで形成される半導体素子封止ケースから外部へ延伸されるリードと、前記リードと前記半導体素子を電気的に接続する手段とを少なくとも有する半導体装置においては、前記第１のケース及び前記第２のケースの少なくとも一方を、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成するものである。
【００２１】
【実施例】
本発明等は、電気部品の高温時における電気的特性の信頼性低下が電子部品、混成集積回路装置又は半導体装置のケース又は枠体等の材料として用いられている難燃性樹脂から発生するハロゲン化合物のガスに起因することを発見し、この性能低下がハロゲンガス吸着剤を用いることにより、前記電気的特性の信頼性低下を防止することができることを知見し、本発明に到達したものである。
【００２２】
特に、熱可塑性ポリエステル樹脂の難燃化には、難燃剤として、デカブロモジフェニル、デカブロモジフェニルエーテル、オクタブロモジフェニル、臭素化ビスフェノールＡのポリカーボネイトオリゴマー、臭素化ビスフェノールＡ系エポシキ樹脂、臭素化ポリスチレン、リン酸エステル等が用いられる。また、この難燃剤は、三酸化アンチモン、アンチモン酸ソーダの如き難燃助剤と併用される。
【００２３】
これら難燃剤及び難燃助剤を用いることにより、熱可塑性ポリエステル樹脂を難燃化できることは公知であるが、高温雰囲気下で使用される電気部品の場合、難燃剤により起因する、ハロゲン化合物等の腐食性のあるガスが発生して、電気的特性が低下させ、信頼性を低下させる主原因になるという欠点があった。
【００２４】
本発明等の検討により、この欠点を補うためにハロゲン吸着剤であるハイドロタルサイト類化合物を併用することで、このガスの発生を抑えることが可能であることが判明した。このハイドロタルサイト類化合物の特徴は、酸を吸着する特殊なメカニズムにある。本質的に陰イオン交換性を有し、ハロゲンイオンをその結晶構造の中に取り込み不活性化する。ハロゲン系難燃剤とハイドロタルサイト類化合物を併用すると、ハロゲン系難燃剤が外部からの熱等のエネルギー要因に対して安定化する。
【００２５】
このハイドロタルサイト類化合物を樹脂成分の内、０．０１重量％〜１０．０重量％配合することでハロゲン吸着効果を生むことができるが、この低ガス化を実現し、かつ他の物性維持を考慮すると、０．１重量％〜２．０重量％配合することが望ましい。ハイドロタルサイト類化合物の種類としては、下記式〔I 〕、〔II〕、〔III 〕及び〔IV〕で示される物質が好ましい。
【００２６】
【化１】
Ｍｇ6 Ａｌ2 （ＯＨ）16ＣＯ3 ・ＸＨ2 Ｏ 〔I 〕
【００２７】
【化２】
Ｍｇ4.5 Ａｌ2 （ＯＨ）13ＣＯ3 ・３．５Ｈ2 Ｏ 〔II〕
【００２８】
【化３】
Ｍｇ0.7 Ａｌ0.3 Ｏ1.15 〔III 〕
【００２９】
【化４】
Ｍｇ4.5 Ａｌ2 （ＯＨ）11（ＣＯ3 ）0.8 Ｏ0.2 〔IV〕
【００３０】
配合法は、従来の公知の方法を用いることができる。すなわち、他の添加剤、例えば可塑剤、酸化防止剤、充填剤、ガラス繊維等の強化剤、核剤、紫外線防止剤等と難燃剤、難燃助剤、ハイドロタルサイト類化合物、熱可塑性ポリエステルとをブレンドするか、自動供給機を介して押し出し機へ供給し、溶融混合する方法で配合することができる。また、本発明の目的を損なわない範囲での他の樹脂を配合することもできる。
【００３１】
次に、実際に用いる構造について図１から図６を参照して説明する。
図１に於いて、まず１０は、混成集積回路基板で、この上には接着性の絶縁樹脂１１を介して導電手段１２が貼着されている。
混成集積回路基板１０は、例えばＡｌ、Ｃｕ及び鉄等が用いられ、金属基板では前者の２つが一般的である。またＡｌは、基板表面を酸化処理して絶縁膜を形成しても良い。また前者の金属材料の他には、セラミック基板（アルミナ基板、ベリリア基板等）、樹脂から成る基板例えばプリント基板等を採用しても良い。前記接着性の樹脂は、ポリイミドやエポキシ等でなり、厚さは２０〜１００μｍ程度である。また熱伝導性を付加するためにシリカ等のフィラーが入っているものでも良い。更には導電手段１２は、１０〜１００μｍ程度の銅箔で、ホットプレスで貼り合わされる。
【００３２】
また、この導電手段１２は、チップ等の固着用のランド１２ａ、ワイヤーボンディング用のパッド１２ｂ、外部リード固着用のパッド（図面上では省略する。）、等であり、この導電手段には、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子、トランジスタ、ダイオードまたは半導体ＩＣ等の能動素子が電気的に接続されている。
【００３３】
符号１４は、前記能動素子であり、ランド１２ａに半田１３を介してヒートシンクが固着され、このヒートシンクの上に能動素子が半田を介して固着されていても良い。また所定の回路の実現のために、能動素子表面の電極とパッド１２ｂとがワイヤ（金属細線）１５を介してボンディング接続されている。
【００３４】
また、抵抗素子１６が実装されている。この抵抗素子１６は、印刷抵抗、Ｎｉ膜抵抗、Ｓｉチップ抵抗（Ｓｉ基板から成る抵抗基板、この上のＳｉ酸化膜、更にこの上に実装されている抵抗膜および抵抗膜の上に被着された電極より構成されている。）等からなる。また図１では省略したが、受動素子としてチップコンデンサ、ソレノイド、水晶発進素子等が考えられる。
【００３５】
更には、混成集積回路基板１０のパッドには外部リード１７が固着され、保護すべき素子を密閉空間内に取り組むためにケース２０により封止される。また外部リード１７の機械的強度を向上させるために、図面上の網線で示した部分に樹脂が注入される。
【００３６】
ケース２０は、混成集積回路基板１０の３側辺或いは３周辺と当接し、密閉空間２１と外部リード１７の固着領域２２とを分けるために、区画壁２３が形成されている。つまり箱として例えれば、箱の側面が符号２４、紙面に対して表裏に配置される対向する２側面、および側面２４と対向する区画壁２３および上面でケースを構成する。
【００３７】
この空間は、以下の２つの意味で従来より大きな働きをする。１つは、能動素子１４，抵抗素子１６を直接樹脂封止することで、例えばトランスファーモールドのような封止では、熱膨張係数の違いから発生する歪みが素子に加わるが、中空構造であるため、この歪みを抑制できる特徴を有する。ただしケース内の素子の劣化を考慮して、樹脂が部分的に塗布（ポッティング）される場合もある。
【００３８】
また、２つ目としては、トランスファモールドされた素子が破裂したり、発火をしたりする場合があるが、中空構造であるため、素子が破裂しても空間内に留まり、発火しても空間内に煙は留まる。従って破裂や発火による外部への影響がないことである。
【００３９】
以上、前述したように２つの目的をもってケースを取り付けた場合でも、従来例では、高難燃化剤を使用した場合、ハロゲンガスにより中の素子が劣化するが、本発明のケースでは、ハロゲンガス吸着剤が配合されているために、このガスの発生を抑制でき、前記劣化を防止できる。
【００４０】
本発明の特徴は、前述したようにハロゲンガスの発生が抑制できるために電気素子の腐食や劣化を防止できるとともに、混成集積回路基板の上に設けられたＣｕ配線、金属配線、この金属配線と配線との電気的接続、配線と電気的に接続去れている素子、素子を固着させるための半田等の腐食、劣化、これに伴う回路の誤動作を防止できる。
【００４１】
また配線と基板との容量を無くすため、また配線と混成集積回路基板との電気的接続を行っている。このためには、絶縁樹脂１１に開口部を設けるが、本発明では、この開口部を介してハロゲンガスが侵入その結果発生する混成集積回路基板自身の腐食を防止でき、また開口部近傍の混成集積回路基板と絶縁性樹脂の接着性も劣化することなく良好な状態で維持できる特徴を有する。
【００４２】
図４は、図１と実質的に同じ構造であり、ケースとなる側面の当接部が混成集積回路基板の内側にも設けられるものである。また外部リード１７がケース２０の上面延在されるため、上面の一部が開口されている。
【００４３】
次に、２枚の混成集積回路基板を用いた混成集積回路装置について、図２、図３を用いて説明する。各混成集積回路基板３０，３１は、図１と全く同じ構造であるので、混成集積回路基板に実装される構成要素の説明は省略する。
【００４４】
本発明の特徴は、図１の如きケースで封止していないことにあり、枠体３２で構成されることにある。枠体３２は、混成集積回路基板の３側辺に沿ってスペーサの如く形成され、符号３３で示す枠体の側面のみ、図１の符号２３のように基板の内側に当接されている。
【００４５】
また、図２では、２枚の混成集積回路基板回路の実装空間を別々に形成するため、枠体と一体で成る遮蔽手段３４が設けられている。この遮蔽手段は、特に設けなくとも実施できるため、点線で示している。
【００４６】
図３は、図２と実質同じであるが、２枚の基板の電気的接続をフレキシブル基板３５で行っているため、左側の枠体側面が内側で当接されている。
両図面とも網線で示されている部分は、リードの固着強度を増すために樹脂が注入されている。
【００４７】
以上この枠体にハロゲンガス吸着機能を持たせることで、実装空間内の腐食、劣化を防止できるものである。
【００４８】
次に、図５及び図６で半導体装置に転用したものを説明する。上下に形成される第１のケース５０，第２のケース５１は、嵌合或いは接着により実装空間を形成するもので、この実装空間に半導体チップ５３が実装されるものである。またこの両ケース５１，５２の間にはリード５２が設けられ、半導体チップ５３とリード５２とは金属細線５４にて電気的に接続されている。また実装空間を形成するために、図５では第１のケース５０、第２のケース５１が凹んで形成されている。
【００４９】
また、図６では、第２のケース５１が凹んでいるが、逆に第１のケース５０だけが凹んでいてもよい。
本実施例では、第１のケース５０、第２のケース５１のどちらかにハロゲンガス吸着機能を持たせてもよい。しかし、両者に持たせる方が良い。また半導体チップ５３は、ベアチップであるためハロゲンガス等が発生すれば、腐食劣化が顕著であるが、ハロゲンガス吸着機能を持たせるために半導体装置の劣化を防止できる。
【００５０】
なお、前記図１〜図６に示した実施例においては、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂からなるケースを用いることにより、装置内部から発生するハロゲンガスが吸着されて装置の劣化を防止することができるが、更に、ハロゲンガスの吸着機能を向上するために、前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂からなるケースの内部表面を凹凸加工又は発泡加工することにより、ハロゲンガスの吸着機能を向上することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、ハロゲンガス吸着機能を有した低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂を採用した電気部品ケースを採用すれば、使用温度範囲を拡大してもハロゲンバスの発生が抑制でき、このケースに実装された電気部品の劣化、特に電気的特性の劣化を防止できる。
【００５２】
また、図１乃至図４のように混成集積回路装置に用いるケースや枠体に用いることで、混成集積回路基板の上に形成される構成要素の劣化も防止できる。特に、素子の劣化、配線の腐食や断線、金属細線とＣｕ細線の接続の劣化等が抑制できる。
【００５３】
また、金属基板を用いた混成集積回路装置は、放熱性に優れている点が重要な点であり、前記基板がより高温になってもハロゲンガスの発生が抑制できることから更に高温度の使用を実現する。
【００５４】
更に、図５や図６に示すように、半導体装置にも展開できる。特にベアチップとして高温度になるパワー素子、例えばパワーＭＯＳ、ＩＧＢＴ、大信号用のＢｉｐトランジスタが実装されても、ケースからのハロゲンガス発生が抑制できるため、素子劣化を抑制しつつ駆動電流の増大が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の樹脂ケースを用いた混成集積回路装置の断面図である。
【図２】 本発明の樹脂で形成された枠体を用いた混成集積回路装置の断面図である。
【図３】 本発明の樹脂で形成された枠体を用いた混成集積回路装置の断面図である。
【図４】 本発明の樹脂ケースを用いた混成集積回路装置の断面図である。
【図５】 本発明の樹脂ケースを用いた半導体装置の断面図である。
【図６】 本発明の樹脂ケースを用いた半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ 混成集積回路基板
１１ 絶縁樹脂
１２ 導電手段
１２ａ 固着用のランド
１２ｂ ワイヤーボンディング用のパッド
１３ 半田
１４ 能動素子
１５ ワイヤ（金属細線）
１６ 抵抗素子
１７ 外部リード
２０ ケース
２１ 密閉空間
２２ 固着領域
２３ 区画壁
２４ 箱の側面
３０ 混成集積回路基板
３１ 混成集積回路基板
３２ 枠体
３３ 枠体の側辺
３４ 遮蔽手段
３５ フレキシブル基板
５０ 第１のケース
５１ 第２のケース
５２ リード
５３ 半導体チップ
５４ 金属細線
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気部品ケース並びにこれを用いた電気部品、混成集積回路装置及び半導体装置に関するものである。特に、素子が実装された混成集積回路基板、素子が実装されたプリント基板、半導体素子、又は電気部品がケーシングされる場合、高温雰囲気下におけるこれら封入素子の信頼性を高めたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、合成樹脂ケースに電気素子（水晶発振器、ソレノイド、トランス等）、混成集積回路基板、半導体素子及びプリント基板等の電気素子を封入した電気部品は、電気機器の小型化・軽量化・高性能化に加えて、ＰＬ法施行に伴う安全性向上の要求が高まっている。従来の樹脂封止電気部品は、その生産性やコスト等の点から、ケース材として熱可塑性樹脂、例えば、常温環境での使用温度限定であれば、ポリプロピレン樹脂、芳香族ポリカーボネイト、ポリアルキレンテレフタレート、高温（１００〜１５０℃）使用環境であれば、ガラス強化ポエチレンテレフタレート等が用いられている。
【０００３】
図１乃至図４は、混成集積回路基板を封入した例であり、図面の斜線部分で示されたケースと混成集積回路基板とでケース内に空間が形成されている。また、図５及び図６は、半導体チップや電気素子が中に実装できるように、上下２つのケースで空間が形成されているものである。
【０００４】
ところが、最近は、この使用温度の拡大、即ち、耐熱性向上の要求に加え、前述の安全性向上の面から難燃性（ＵＬ９４ Ｖ−０）も重要な性能の一つになっている。しかしながら、難燃剤を使用した樹脂組成分のケースを用いた電気部品が高温環境で使用された場合、その電気部品の電気特性を著しく低下させるという問題があった。
【０００５】
例えば、電気素子（水晶発振器、ソレノイド、トランス等）、混成集積回路基板、半導体素子及びプリント基板等の電気素子には、ＣｕやＡｌ等の金属からなる基板や配線、Ｃｕ等からなるリードを固定する半田、金属細線等が用いられる。これらは、後述するハロゲン化合物のガスにより腐食が発生し、配線の劣化、断線、半田不良、金属細線の接続劣化等を引き起こす。
【０００６】
一例として、金属基板、特に、Ａｌ基板を用いる場合、表面に絶縁樹脂を被覆し、その上にＣｕ配線を形成し、半田等で電気素子を固着する図１に示すような混成集積回路装置がある。一般には、Ａｌ基板の上には、絶縁樹脂があるため、前記ハロゲン化合物のガスが発生してもこの膜の遮蔽効果により、金属基板を腐食することはないが、図１に示す混成集積回路装置の金属細線のように、配線を金属細線を介して直接金属基板に設置することがある。これは配線と基板が電極となり、この間の絶縁層とにより容量が発生して、回路特性を悪化させる要因となるが、配線と基板を同電位とすることにより、容量をなくすようにしている。
【０００７】
また、安定したグランド線とするために用いる場合もある。つまり前記絶縁樹脂を除去し、金属基板を露出させるため、前記ハロゲン化合物のガスがこの露出部を介して基板を腐食させたり、金属細線の接続部分を劣化させたり、更には、基板と絶縁樹脂の接着性を劣化させたりする問題があった。
【０００８】
図５及び図６に示す混成集積回路装置のように、ベアの半導体チップをケース内の空間に配置させると、前記ハロゲン化合物のガスにより色々な箇所で思わぬ劣化が生じることはいうまでもない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、難燃剤を使用した樹脂組成分のケース内に実装された電子部品、同混成集積回路装置又は半導体装置が高温環境で使用された場合、前記電子部品、混成集積回路装置又は半導体装置の絶縁樹脂を除去した金属基板、リード、金属細線又は半田等が難燃剤から発生するハロゲン化合物のガスにより、その電気部品、同混成集積回路装置又は半導体装置の電気特性を著しく低下させるという問題があった。
【００１０】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、本発明の目的は、難燃剤を使用した樹脂組成分のケースから発生するハロゲン化合物のガスによる金属の腐食に起因する、配線の劣化、断線、半田不良、金属細線の接続劣化等の発生を防止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子部品を収納する空間を有する電子部品ケースにおいて、前記ケースは、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成するものである。
【００１２】
本発明は、少なくとも一方の表面が絶縁性を有する混成集積回路基板上に設けられた導電路に受動素子および／又は能動素子が接続された混成集積回路装置において、前記混成集積回路基板の一方の面と当接して前記素子を収納する空間を有するケースが設けられ、難燃剤を使用した樹脂組成分から成る前記ケースは、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成され、前記難燃剤から前記空間に発生するハロゲン化合物のガスを前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で吸着し、前記導電路、前記受動素子および／又は能動素子の腐食および劣化を防止することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、少なくとも一方の表面が絶縁性を有する２枚の混成集積回路基板上に夫々設けられた導電路に受動素子および／又は能動素子が接続され、この素子の実装面が対向して配置される混成集積回路装置において、前記混成集積回路基板の実装面の夫々と当接して前記素子を収納する空間を有する枠体が設けられ、難燃剤を使用した樹脂組成分から成る前記枠体は、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成され、前記難燃剤から前記空間に発生するハロゲン化合物のガスを前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で吸着し、前記導電路、前記受動素子および／又は能動素子の腐食および劣化を防止することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、半導体素子の固着領域を有する第１のケースと、前記第１のケースとの組合せにより前記半導体素子の実装空間を形成する第２のケ一スと、前記第１のケ一スに固着された半導体素子と、前記第１のケースと前記２のケースとで形成される半導体素子封止ケースから外部へ延伸されるリ一ドと、前記リ一ドと前記半導体素子を電気的に接続する手段とを少なくとも有する半導体装置において、前記第１のケース及び前記第２のケ一スは難燃剤を使用した樹脂組成分から成り、前記第１のケース及び前記第２のケ一スの少なくとも一方が、ハロゲンガス吸着機能を有する低発性ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成され、前記難燃剤から前記実装空間に発生するハロゲン化合物のガスを前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で吸着し、前記半導体素子、前記接続する手段の腐食および劣化を防止することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明は、電気部品の高温時における電気的特性の信頼性低下が、電子部品、混成集積回路装置又は半導体装置のケース又は枠体等の材料として用いられている難燃性樹脂から発生するハロゲン化合物のガスに起因することを発見し、この性能低下がハロゲンガス吸着剤を用いることにより、前記電気的特性の信頼性低下を防止することができることを知見し、本発明に到達したものである。
【００１７】
本発明は、電子部品、混成集積回路装置又は半導体装置のケース又は枠体等として用いられている難燃性樹脂組成分から発生するハロゲン化合物のガスによる金属の腐食に起因する、配線の劣化、断線、半田不良、金属細線の接続劣化等の発生を防止するために、電子部品を収納する空間を有する電子部品ケースにおいては、前記ケースを、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成するものである。
【００１８】
同様に、少なくとも一方の表面が絶縁性を有する混成集積回路基板上に設けられた導電路に受動素子および／又は能動素子が接続された混成集積回路装置においては、前記混成集積回路基板の一方の面と当接して前記素子を収納する空間を有するケースをハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成するものである。
【００１９】
同様に、少なくとも一方の表面が絶縁性を有する２枚の混成集積回路基板上に夫々設けられた導電路に受動素子および／又は能動素子が接続され、この素子の実装面が対向して配置される混成集積回路装置においては、前記混成集積回路基板の実装面の夫々と当接して前記素子を収納する空間を有する枠体をハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成するものである。
【００２０】
同様に、半導体素子の固着領域を有する第１のケースと、前記第１のケースとの組合せにより前記半導体素子の実装空間を形成する第２のケースと、前記第１のケースに固着された半導体素子と、前記第１のケースと前記第２のケースとで形成される半導体素子封止ケースから外部へ延伸されるリードと、前記リードと前記半導体素子を電気的に接続する手段とを少なくとも有する半導体装置においては、前記第１のケース及び前記第２のケースの少なくとも一方を、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成するものである。
【００２１】
【実施例】
本発明等は、電気部品の高温時における電気的特性の信頼性低下が電子部品、混成集積回路装置又は半導体装置のケース又は枠体等の材料として用いられている難燃性樹脂から発生するハロゲン化合物のガスに起因することを発見し、この性能低下がハロゲンガス吸着剤を用いることにより、前記電気的特性の信頼性低下を防止することができることを知見し、本発明に到達したものである。
【００２２】
特に、熱可塑性ポリエステル樹脂の難燃化には、難燃剤として、デカブロモジフェニル、デカブロモジフェニルエーテル、オクタブロモジフェニル、臭素化ビスフェノールＡのポリカーボネイトオリゴマー、臭素化ビスフェノールＡ系エポシキ樹脂、臭素化ポリスチレン、リン酸エステル等が用いられる。また、この難燃剤は、三酸化アンチモン、アンチモン酸ソーダの如き難燃助剤と併用される。
【００２３】
これら難燃剤及び難燃助剤を用いることにより、熱可塑性ポリエステル樹脂を難燃化できることは公知であるが、高温雰囲気下で使用される電気部品の場合、難燃剤により起因する、ハロゲン化合物等の腐食性のあるガスが発生して、電気的特性が低下させ、信頼性を低下させる主原因になるという欠点があった。
【００２４】
本発明等の検討により、この欠点を補うためにハロゲン吸着剤であるハイドロタルサイト類化合物を併用することで、このガスの発生を抑えることが可能であることが判明した。このハイドロタルサイト類化合物の特徴は、酸を吸着する特殊なメカニズムにある。本質的に陰イオン交換性を有し、ハロゲンイオンをその結晶構造の中に取り込み不活性化する。ハロゲン系難燃剤とハイドロタルサイト類化合物を併用すると、ハロゲン系難燃剤が外部からの熱等のエネルギー要因に対して安定化する。
【００２５】
このハイドロタルサイト類化合物を樹脂成分の内、０．０１重量％〜１０．０重量％配合することでハロゲン吸着効果を生むことができるが、この低ガス化を実現し、かつ他の物性維持を考慮すると、０．１重量％〜２．０重量％配合することが望ましい。ハイドロタルサイト類化合物の種類としては、下記式〔I 〕、〔II〕、〔III 〕及び〔IV〕で示される物質が好ましい。
【００２６】
【化１】
Ｍｇ6 Ａｌ2 （ＯＨ）16ＣＯ3 ・ＸＨ2 Ｏ 〔I 〕
【００２７】
【化２】
Ｍｇ4.5 Ａｌ2 （ＯＨ）13ＣＯ3 ・３．５Ｈ2 Ｏ 〔II〕
【００２８】
【化３】
Ｍｇ0.7 Ａｌ0.3 Ｏ1.15 〔III 〕
【００２９】
【化４】
Ｍｇ4.5 Ａｌ2 （ＯＨ）11（ＣＯ3 ）0.8 Ｏ0.2 〔IV〕
【００３０】
配合法は、従来の公知の方法を用いることができる。すなわち、他の添加剤、例えば可塑剤、酸化防止剤、充填剤、ガラス繊維等の強化剤、核剤、紫外線防止剤等と難燃剤、難燃助剤、ハイドロタルサイト類化合物、熱可塑性ポリエステルとをブレンドするか、自動供給機を介して押し出し機へ供給し、溶融混合する方法で配合することができる。また、本発明の目的を損なわない範囲での他の樹脂を配合することもできる。
【００３１】
次に、実際に用いる構造について図１から図６を参照して説明する。
図１に於いて、まず１０は、混成集積回路基板で、この上には接着性の絶縁樹脂１１を介して導電手段１２が貼着されている。
混成集積回路基板１０は、例えばＡｌ、Ｃｕ及び鉄等が用いられ、金属基板では前者の２つが一般的である。またＡｌは、基板表面を酸化処理して絶縁膜を形成しても良い。また前者の金属材料の他には、セラミック基板（アルミナ基板、ベリリア基板等）、樹脂から成る基板例えばプリント基板等を採用しても良い。前記接着性の樹脂は、ポリイミドやエポキシ等でなり、厚さは２０〜１００μｍ程度である。また熱伝導性を付加するためにシリカ等のフィラーが入っているものでも良い。更には導電手段１２は、１０〜１００μｍ程度の銅箔で、ホットプレスで貼り合わされる。
【００３２】
また、この導電手段１２は、チップ等の固着用のランド１２ａ、ワイヤーボンディング用のパッド１２ｂ、外部リード固着用のパッド（図面上では省略する。）、等であり、この導電手段には、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子、トランジスタ、ダイオードまたは半導体ＩＣ等の能動素子が電気的に接続されている。
【００３３】
符号１４は、前記能動素子であり、ランド１２ａに半田１３を介してヒートシンクが固着され、このヒートシンクの上に能動素子が半田を介して固着されていても良い。また所定の回路の実現のために、能動素子表面の電極とパッド１２ｂとがワイヤ（金属細線）１５を介してボンディング接続されている。
【００３４】
また、抵抗素子１６が実装されている。この抵抗素子１６は、印刷抵抗、Ｎｉ膜抵抗、Ｓｉチップ抵抗（Ｓｉ基板から成る抵抗基板、この上のＳｉ酸化膜、更にこの上に実装されている抵抗膜および抵抗膜の上に被着された電極より構成されている。）等からなる。また図１では省略したが、受動素子としてチップコンデンサ、ソレノイド、水晶発進素子等が考えられる。
【００３５】
更には、混成集積回路基板１０のパッドには外部リード１７が固着され、保護すべき素子を密閉空間内に取り組むためにケース２０により封止される。また外部リード１７の機械的強度を向上させるために、図面上の網線で示した部分に樹脂が注入される。
【００３６】
ケース２０は、混成集積回路基板１０の３側辺或いは３周辺と当接し、密閉空間２１と外部リード１７の固着領域２２とを分けるために、区画壁２３が形成されている。つまり箱として例えれば、箱の側面が符号２４、紙面に対して表裏に配置される対向する２側面、および側面２４と対向する区画壁２３および上面でケースを構成する。
【００３７】
この空間は、以下の２つの意味で従来より大きな働きをする。１つは、能動素子１４，抵抗素子１６を直接樹脂封止することで、例えばトランスファーモールドのような封止では、熱膨張係数の違いから発生する歪みが素子に加わるが、中空構造であるため、この歪みを抑制できる特徴を有する。ただしケース内の素子の劣化を考慮して、樹脂が部分的に塗布（ポッティング）される場合もある。
【００３８】
また、２つ目としては、トランスファモールドされた素子が破裂したり、発火をしたりする場合があるが、中空構造であるため、素子が破裂しても空間内に留まり、発火しても空間内に煙は留まる。従って破裂や発火による外部への影響がないことである。
【００３９】
以上、前述したように２つの目的をもってケースを取り付けた場合でも、従来例では、高難燃化剤を使用した場合、ハロゲンガスにより中の素子が劣化するが、本発明のケースでは、ハロゲンガス吸着剤が配合されているために、このガスの発生を抑制でき、前記劣化を防止できる。
【００４０】
本発明の特徴は、前述したようにハロゲンガスの発生が抑制できるために電気素子の腐食や劣化を防止できるとともに、混成集積回路基板の上に設けられたＣｕ配線、金属配線、この金属配線と配線との電気的接続、配線と電気的に接続去れている素子、素子を固着させるための半田等の腐食、劣化、これに伴う回路の誤動作を防止できる。
【００４１】
また配線と基板との容量を無くすため、また配線と混成集積回路基板との電気的接続を行っている。このためには、絶縁樹脂１１に開口部を設けるが、本発明では、この開口部を介してハロゲンガスが侵入その結果発生する混成集積回路基板自身の腐食を防止でき、また開口部近傍の混成集積回路基板と絶縁性樹脂の接着性も劣化することなく良好な状態で維持できる特徴を有する。
【００４２】
図４は、図１と実質的に同じ構造であり、ケースとなる側面の当接部が混成集積回路基板の内側にも設けられるものである。また外部リード１７がケース２０の上面延在されるため、上面の一部が開口されている。
【００４３】
次に、２枚の混成集積回路基板を用いた混成集積回路装置について、図２、図３を用いて説明する。各混成集積回路基板３０，３１は、図１と全く同じ構造であるので、混成集積回路基板に実装される構成要素の説明は省略する。
【００４４】
本発明の特徴は、図１の如きケースで封止していないことにあり、枠体３２で構成されることにある。枠体３２は、混成集積回路基板の３側辺に沿ってスペーサの如く形成され、符号３３で示す枠体の側面のみ、図１の符号２３のように基板の内側に当接されている。
【００４５】
また、図２では、２枚の混成集積回路基板回路の実装空間を別々に形成するため、枠体と一体で成る遮蔽手段３４が設けられている。この遮蔽手段は、特に設けなくとも実施できるため、点線で示している。
【００４６】
図３は、図２と実質同じであるが、２枚の基板の電気的接続をフレキシブル基板３５で行っているため、左側の枠体側面が内側で当接されている。
両図面とも網線で示されている部分は、リードの固着強度を増すために樹脂が注入されている。
【００４７】
以上この枠体にハロゲンガス吸着機能を持たせることで、実装空間内の腐食、劣化を防止できるものである。
【００４８】
次に、図５及び図６で半導体装置に転用したものを説明する。上下に形成される第１のケース５０，第２のケース５１は、嵌合或いは接着により実装空間を形成するもので、この実装空間に半導体チップ５３が実装されるものである。またこの両ケース５１，５２の間にはリード５２が設けられ、半導体チップ５３とリード５２とは金属細線５４にて電気的に接続されている。また実装空間を形成するために、図５では第１のケース５０、第２のケース５１が凹んで形成されている。
【００４９】
また、図６では、第２のケース５１が凹んでいるが、逆に第１のケース５０だけが凹んでいてもよい。
本実施例では、第１のケース５０、第２のケース５１のどちらかにハロゲンガス吸着機能を持たせてもよい。しかし、両者に持たせる方が良い。また半導体チップ５３は、ベアチップであるためハロゲンガス等が発生すれば、腐食劣化が顕著であるが、ハロゲンガス吸着機能を持たせるために半導体装置の劣化を防止できる。
【００５０】
なお、前記図１〜図６に示した実施例においては、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂からなるケースを用いることにより、装置内部から発生するハロゲンガスが吸着されて装置の劣化を防止することができるが、更に、ハロゲンガスの吸着機能を向上するために、前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂からなるケースの内部表面を凹凸加工又は発泡加工することにより、ハロゲンガスの吸着機能を向上することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、ハロゲンガス吸着機能を有した低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂を採用した電気部品ケースを採用すれば、使用温度範囲を拡大してもハロゲンバスの発生が抑制でき、このケースに実装された電気部品の劣化、特に電気的特性の劣化を防止できる。
【００５２】
また、図１乃至図４のように混成集積回路装置に用いるケースや枠体に用いることで、混成集積回路基板の上に形成される構成要素の劣化も防止できる。特に、素子の劣化、配線の腐食や断線、金属細線とＣｕ細線の接続の劣化等が抑制できる。
【００５３】
また、金属基板を用いた混成集積回路装置は、放熱性に優れている点が重要な点であり、前記基板がより高温になってもハロゲンガスの発生が抑制できることから更に高温度の使用を実現する。
【００５４】
更に、図５や図６に示すように、半導体装置にも展開できる。特にベアチップとして高温度になるパワー素子、例えばパワーＭＯＳ、ＩＧＢＴ、大信号用のＢｉｐトランジスタが実装されても、ケースからのハロゲンガス発生が抑制できるため、素子劣化を抑制しつつ駆動電流の増大が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の樹脂ケースを用いた混成集積回路装置の断面図である。
【図２】 本発明の樹脂で形成された枠体を用いた混成集積回路装置の断面図である。
【図３】 本発明の樹脂で形成された枠体を用いた混成集積回路装置の断面図である。
【図４】 本発明の樹脂ケースを用いた混成集積回路装置の断面図である。
【図５】 本発明の樹脂ケースを用いた半導体装置の断面図である。
【図６】 本発明の樹脂ケースを用いた半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ 混成集積回路基板
１１ 絶縁樹脂
１２ 導電手段
１２ａ 固着用のランド
１２ｂ ワイヤーボンディング用のパッド
１３ 半田
１４ 能動素子
１５ ワイヤ（金属細線）
１６ 抵抗素子
１７ 外部リード
２０ ケース
２１ 密閉空間
２２ 固着領域
２３ 区画壁
２４ 箱の側面
３０ 混成集積回路基板
３１ 混成集積回路基板
３２ 枠体
３３ 枠体の側辺
３４ 遮蔽手段
３５ フレキシブル基板
５０ 第１のケース
５１ 第２のケース
５２ リード
５３ 半導体チップ
５４ 金属細線
Claims (4)
- 少なくとも一方の表面が絶縁性を有する混成集積回路基板上に設けられた導電路に受動素子および／又は能動素子が接続された混成集積回路装置において、前記混成集積回路基板の一方の面と当接して前記素子を収納する空間を有するケースが設けられ、難燃剤を使用した樹脂組成分から成る前記ケースは、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成され、前記難燃剤から前記空間に発生して出たハロゲン化合物のガスを前記ケースの内部表面の前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で吸着し、前記混成集積回路基板、前記導電路、前記受動素子および／又は能動素子の腐食および劣化を防止することを特徴とする混成集積回路装置。
- 前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂は、ハイドロタルサイト類化合物を樹脂成分の内、０．０１重量％〜１０．０重量％配合することを特徴とする前記請求項１記載の混成集積回路装置。
- 少なくとも一方の表面が絶縁性を有する２枚の混成集積回路基板上に夫々設けられた導電路に受動素子および／又は能動素子が接続され、この素子の実装面が対向して配置される混成集積回路装置において、前記混成集積回路基板の実装面の夫々と当接して前記素子を収納する空間を有する枠体が設けられ、難燃剤を使用した樹脂組成分から成る前記枠体は、ハロゲンガス吸着機能を有する低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で構成され、前記難燃剤から前記空間に発生して出たハロゲン化合物のガスを前記枠体の内部表面の前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂で吸着し、前記混成集積回路基板、前記導電路、前記受動素子および／又は能動素子の腐食および劣化を防止することを特徴とする混成集積回路装置。
- 前記低発生ガス熱可塑性ポリエステル樹脂は、ハイドロタルサイト類化合物を樹脂成分の内、０．０１重量％〜１０．０重量％配合することを特徴とする前記請求項３記載の混成集積回路装置。
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