JP4570384B2

JP4570384B2 - 樹脂接着剤および電子部品収納用パッケージ

Info

Publication number: JP4570384B2
Application number: JP2004095509A
Authority: JP
Inventors: 洋二小林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005281422A

Description

本発明は、電子部品収納用パッケージ等に用いられる樹脂接着剤に関する。

近年、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の電子部品を収納するための電子部品収納用パッケージを作製するに際して、その部材を接合する接合材として鉛を含むガラスや半田を使用せずに樹脂接着剤等を用いるという鉛フリー化が進んでいる。

従来、上面に電子部品の搭載部が形成されたセラミックスからなる基体と、基体の上面に搭載部を囲むとともに間にリード端子を挟んで鉛が含まれた低融点ガラスで接合されたセラミックスからなる枠体からなる電子部品収納用パッケージが知られていたが、そのような電子部品収納用パッケージを、基体および枠体部分全てをエポキシ樹脂を用いてトランスファーモールド成形することにより形成するものがある。

しかしながら、この場合、エポキシ樹脂の熱伝導率が悪く、内部に収納される電子部品の放熱が不充分で画像が劣化するという問題点があった。

そこで、基体および枠体を従来のセラミックスで構成し、リードフレームのリード端子を間に挟んで基体と枠体を接合する接合材としてシリコーン樹脂やエポキシ樹脂を用いる電子部品収納用パッケージが提案されている。
特許第3238340号公報特許第3308381号公報

しかしながら、上記従来の接合材としてシリコーン樹脂を用いた電子部品収納用パッケージでは、電子部品の発熱による各部材の熱膨張差による応力を接合材が吸収するものの、接合材として高粘度のシリコーン樹脂を用いた場合、リード端子と基体および枠体の隙間にシリコーン樹脂が流れ込まずに隙間を埋めることができなかった。また、接合材として低粘度のシリコーン樹脂を用いた場合、基体上をシリコーン樹脂が流れ、電子部品のダイボンドエリアまでシリコーン樹脂が流れ込むという問題点を有していた。

さらに、シリコーン樹脂の硬化物は分子が大きいため、リード端子を挟んで、基体と枠体とを接合して硬化し電子部品収納用パッケージを組み立てた後に電子部品を収容搭載し、枠体上に蓋体を取着して電子装置とした場合に、電子装置内部にシリコーン樹脂を通じて水分が侵入しやすく、電子部品を劣化させやすいという問題点を有していた。

また、接合材として、その接合材が半硬化状態のままで部材を取り扱うことができるＢステージが得られない酸無水物系硬化剤を含んだエポキシ樹脂を用いた電子部品収納用パッケージの場合、エポキシ樹脂を通して電子装置内部に水分が侵入しにくいため、電子部品の劣化は発生し難くなる。しかし、接合材が半硬化状態であるＢステージが得られない程に接合材の粘度が低くなるため、組み立て時のエポキシ樹脂を硬化させる熱により、基体上をエポキシ樹脂が流れ、電子部品ダイボンドエリアまでエポキシ樹脂が流れ込んでしまうという問題点を有していた。また、Ｂステージが得られないために、組立作業をエポキシ樹脂が未硬化の粘着性を持っている状態で行なうことになり、作業性も悪かった。

また、接合材としてＢステージが得られるアミン系硬化剤やフェノール樹脂系硬化剤を含んだエポキシ樹脂を用いた電子部品収納用パッケージでは、基体の上面外周部に枠状にエポキシ樹脂を塗布し、枠体の下面全面にエポキシ樹脂を塗布し、両者を仮乾燥することでエポキシ樹脂が半硬化状態とされたＢステージが得られ、リード端子を挟んで、基体と枠体とを接合してエポキシ樹脂を加熱硬化することで、電子部品収納用パッケージを組み立てることができるので、生産性を向上させることが可能となる。

しかしながら、Ｂステージが得られる硬化剤を使用して硬化したエポキシ樹脂は、酸無水物系硬化剤を使用して硬化したエポキシ樹脂に比べエポキシ樹脂を通して透過する水分が多く、電子部品収納用パッケージを組み立てた後に電子部品を収容搭載し、枠体上に蓋体を取着して電子装置とした場合に、電子装置内部にエポキシ樹脂を通して水分が侵入し、電子部品を劣化させやすいという問題点を有していた。

従って、本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、電子部品収納用パッケージ等の接合材として用いた場合に特に水分に対して高い封止性を有し、電子部品を劣化させにくく、高い生産性が得られる樹脂接着剤を提供することにある。

本発明の樹脂接着剤は、常温で液状のエポキシ樹脂と酸無水物系硬化剤と無機粉体充填材とを含んでおり、該無機紛体充填材は、平均粒径５乃至６μｍの球状の合成石英粒子および平均粒径0.5乃至0.9μｍの破砕石英粒子からなり、前記合成石英粒子は、粒径12乃至24μｍのものを前記合成石英粒子全量の６乃至10質量％、粒径1.5乃至３μｍのものを前
記合成石英粒子全量の18乃至22質量％含むことを特徴とする。

また、本発明の樹脂接着剤は、上記構成において好ましくは、無機紛体充填材は比表面積が1.8乃至2.2ｍ^２／ｇであることを特徴とする。

また、本発明の電子部品収納用パッケージは、上面に電子部品の搭載部が形成された基体と、該基体の上面に前記搭載部を囲むとともに間にリード端子を挟んで樹脂接着剤によって接合された枠体とを具備しており、前記樹脂接着剤が上記の樹脂接着剤であることを特徴とする。

本発明の樹脂接着剤によれば、常温で液状のエポキシ樹脂と酸無水物系硬化剤と無機粉
体充填材とを含んでおり、その無機紛体充填材は、平均粒径５〜６μｍの球状の合成石英粒子および平均粒径0.5〜0.9μｍの破砕石英粒子からなり、合成石英粒子は、粒径12〜24μｍのものを合成石英粒子全量の６〜10質量％、粒径1.5〜３μｍのものを合成石英粒子
全量の18〜22質量％含むことにより、基体上面に樹脂接着剤を塗布した基体および枠体下面に樹脂接着剤を塗布した枠体を加熱乾燥することにより、半硬化状態で粘着性のない樹脂接着剤が塗布された擬似Ｂステージの基体および枠体が得られ、基体および枠体の取り扱いが容易となる。その結果、リード端子を挟んで基体と枠体とを重ね合わせて樹脂接着剤を介して接着することにより電子部品収納用パッケージを作製するのが作業性良く行なえ、生産性が向上する。

また、本発明の樹脂接着剤は、基体と枠体との間の隙間および接合部でリード端子間の隙間を埋める流動性が得られるため、高い封止性を得ることができる。

本発明の樹脂接着剤は、好ましくは、無機粉体充填材は比表面積が1.8〜2.2ｍ^２／ｇであることから、リード端子と基体および枠体との隙間やリード端子同士の間の隙間に樹脂接着剤が良好に流れ込むこととなり、高い封止性が得られる。

本発明の電子部品収納用パッケージは、上面に電子部品の搭載部が形成された基体と、基体の上面に搭載部を囲むとともに間にリード端子を挟んで上記本発明の樹脂接着剤によって接合された枠体とを具備していることから、枠体の上面に蓋体を取着して電子装置と成した場合、電子装置内部に樹脂接着剤を通して水分が侵入しにくくなり、電子部品が劣化しにくいものとなる。

本発明の樹脂接着剤および電子部品収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は、本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示し、上面に電子部品が搭載される搭載部が形成された四角平板状のセラミックスから成る基体１と、この基体１の上面に搭載部を囲むとともに間にリード端子２を挟んで樹脂接着剤４によって接合された枠体３とを具備している。

樹脂接着剤４に主成分として含まれるエポキシ樹脂としては、水分の侵入を低減する観点および接合強度を高める観点から、緻密な３次元網目構造を有するもので熱硬化性のものが好ましく、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ変性エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、特殊ノボラック型エポキシ樹脂、フェノール誘導体エポキシ樹脂およびビスフェノール骨格型エポキシ樹脂等が使用される。なお、複数種類のエポキシ樹脂を混合して用いてもよい。

また、本発明の樹脂接着剤４は、高い封止性を得るためには、高い流動性を有する低粘度のエポキシ樹脂が好ましく、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂または、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等が好ましく、さらに水分の侵入を低減するためにフェノールノボラック型多官能エポキシを併用することが好ましい。

次に、エポキシ樹脂を硬化させるための硬化剤としては、水分の侵入を低減した硬化物を得るためおよび常温（15〜35℃）で液状を保つためには酸無水物系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、フェノール樹脂系硬化剤等が使用できるが、擬似Ｂステージが得られるような低粘度の樹脂接着剤４とするためには液状の酸無水物系硬化剤を用いる。さらに、擬似Ｂステージが得られるとともに、エポキシ樹脂の硬化速度を速めるためには、イミダゾール系硬化剤を併用することが好ましい。

無機粉体充填材（以下、フィラーともいう）は、エポキシ樹脂に配合することで、エポキシ樹脂の熱膨張係数を小さくすることができ、その結果、樹脂接着剤４と、基体１、リード端子２および枠体３との熱膨張差を低減して、樹脂接着剤４の各部材への密着性を改善することができる。エポキシ樹脂の熱膨張係数は、セラミックス等から成る基体１や枠体３、および鉄−ニッケル−コバルト合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）、42アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）等から成るリード端子２の熱膨張係数に比べて大きいため、樹脂接着剤４の熱膨張係数を基体１、枠体３およびリード端子２の熱膨張係数に近づけるためには、低熱膨張係数のフィラーを使用する必要があり、具体的にはフィラーとしては合成石英粒子および破砕石英粒子を用いる。

また、フィラーは、エポキシ樹脂の流動性やチキソ性を調整することで、電子部品収納用パッケージの接合材として樹脂接着剤４を使用した場合、リード端子２と基体１および枠体３との隙間やリード端子２同士の間の隙間に樹脂接着剤４が流れ込み、隙間を埋め易くすることで、封止性を高めることもできる。フィラーの形状としては、樹脂接着剤４の粘度を低く保ちながら満遍なく充填するためには、球状が好ましい。

また、樹脂接着剤４の流動性について、リード端子２と基体１および枠体３との隙間やリード端子２同士の間の隙間に樹脂接着剤４が良好に流れ込むとともに基体１の上面のダイボンドエリアに流れ込まないようなものとするためには、フィラーは、平均粒径５〜６μｍの球状の合成石英粒子および平均粒径0.5乃至0.9μｍの破砕石英粒子からなり、合成石英粒子は、粒径12〜24μｍのものを合成石英粒子全量の６〜10質量％、粒径1.5〜３μ
ｍのものを合成石英粒子全量の18〜22質量％含む必要がある。

球状の石英粒子について、粒径12〜24μｍのものが合成石英粒子全量の６質量％未満では、相対的に小粒径の比率が増加するため、樹脂接着剤４の粘度が高くなり流動性が悪化する不都合があり、10質量％を超えると、大粒径のフィラーが多くなることにより、樹脂接着剤４が流れすぎることで、隙間を埋めにくくなり気密不良が発生する点で不都合がある。粒径1.5〜３μｍのものが合成石英粒子全量の18質量％未満では、相対的に大粒径の
比率が増加することにより、樹脂接着剤４が流れすぎることで、隙間を埋めにくくなり気密不良が発生する点で不都合があり、22質量％を超えると、小粒径のフィラーが多くなることにより樹脂接着剤４の流動性が悪化する不都合がある。

また、樹脂接着剤４の流動性に悪影響を与えないでチキソ性を付与するためには、フィラーに含まれる破砕石英粒子の平均粒径は0.5〜0.9μｍとすることが重要である。破砕石英粒子の平均粒径が0.5μｍ未満では、分子間力により凝集した２次粒子の状態を１次粒子に分散させることが困難になり結果として大きな２次粒子としての挙動を示すためチキソ性が小さくなり、隙間を埋めにくくなり気密不良が発生しやすくなる点で不都合があり、0.9μｍを超えると、１次粒子としてのチキソ性付与効果が小さくなり、気密不良が発生しやすくなる点で不都合がある。

さらに、フィラーの比表面積を1.8〜2.2ｍ^２／ｇとすることによって、リード端子２と基体１および枠体３との隙間やリード端子２同士の間の隙間に樹脂接着剤４が最も良好に流れ込むこととなり、高い封止性が得られる。フィラーの比表面積が1.8ｍ^２／ｇ未満では、エポキシ樹脂とフィラー表面のすべりが良くエポキシ樹脂内でフィラーが沈殿しやすい傾向があり取り扱い時に定期的に攪拌が必要となり、2.2ｍ^２／ｇを超えると、エポキシ樹脂とフィラー表面のすべりが悪く樹脂接着剤４の粘度が高くなるので、作業性が悪くなる傾向がある。

フィラーに含まれる破砕石英粒子は、球状石英として固体石英粒子を製造した後に粉砕機により粉砕し、0.5〜0.9μｍのメッシュパスにより特定粒径を選別することにより製造することができる。また、破砕石英粒子の粒径は、規定の大きさの開口径を持った微細な網を通過するフィラーの量を測定することによるメッシュパス法により測定規定することができる。

球状の合成石英粒子は１μｍ刻みで狙いの粒径に対して粒状に成形した異なる粒度分布のフィラーを特定の比率で混合し作製する。

また、フィラーの比表面積は、一定質量のフィラーの表面に吸着するガスの量を測定することによって測定する、ガス吸着法によって測定できる。

次に、本発明の電子部品収納用パッケージについて説明する。
なお、図１において、リード端子２は、基体１の一対の辺の外側で下方に向かって折り曲げられているが、まっすぐ水平に突き出すように設けられていてもよい。

基体１および枠体３は絶縁体から成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），ムライト質焼結体，ステアタイト質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックス等から成る。基体１および枠体３は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等を従来周知の比率で配合し、この原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤を添加混合して泥漿物を作り、この泥漿物を従来周知のスプレードライ法を用いて顆粒化し、この顆粒を所定の形状のプレス金型によりプレス成形した後、約1500℃の高温で焼成することによって製作される。

リード端子２は、鉄−ニッケル−コバルト合金や42アロイ等の金属から成り、これら金属の板材を、外周部に枠を有するリードフレームとなるように、従来周知のスタンピング金型で打ち抜かれる。また、リード端子２の外周部は曲げ金型でＬ字状等に折り曲げ加工して形成されても良い。

また、リード端子２は、打ち抜き成型された後にその表面に２μｍ程度の厚みのニッケルめっき層およびその上に0.05μｍ程度の厚みの金めっき層を順次被着させておくことが好ましい。これらめっき層を被着させることにより、電子部品とリード端子２とを金線やアルミニウム線によるワイヤボンディング（図示せず）によって電気的に接続することが容易になるとともに、リード端子２の電子部品収納用パッケージの外側の部位が外部電子回路基板の配線導体（図示せず）に半田接合される際にその接合が容易になる。

そして、樹脂接着剤４をスクリーン印刷法またはディスペンス法等の方法で塗布し仮乾燥した基体１の上面にリード端子２を載置し、トンネル式の雰囲気炉またはオーブン等で80℃に加熱することで、樹脂接着剤４を溶融させ、リード端子２を樹脂接着剤４にリード端子２の表面のみが露出するように埋め込み、樹脂接着剤４が半硬化し擬似Ｂステージ化することで、リード端子２付きの基体１とする。

次に、樹脂接着剤４をスクリーン印刷法またはディスペンス法等の方法で枠体３の下面周囲に塗布し乾燥した枠体３を、リード端子２付きの基体１の上面に、リード端子２を挟むようにして載置し、トンネル式の雰囲気炉またはオーブン等で150℃に加熱することで樹脂接着剤４を溶融させ、基体１、枠体３およびリード端子２を密着させ、引き続き150℃で30分保持することで樹脂接着剤４を熱硬化させ、基体１、枠体３およびリード端子２を強固に接合する。

最後に、リード端子２のフレームとの連結部を打ち抜き金型等を用いて切断して電子部品収納用パッケージが完成する。

なお、上記の製造工程は一例であり、予めリード端子２と基体１と接合して、その後枠体３を重ねるのではなく、リード端子２と基体１と枠体３とを一度に組み立てても良い。

また、樹脂接着剤４は、基体１および枠体３の一方のみに塗布してあっても良く、また、樹脂接着剤４を離型性の良い樹脂シート上で均一厚みに塗り広げて半硬化し、適切な形状に金型等で打ち抜くことによりプレフォームを作製し、このプレフォームを基体１とリード端子２との間およびリード端子２と枠体３のと間の少なくとも一方に挟んで組み立てても良い。また、リード端子２とプレフォームとを、予めプレフォームを加熱することによって溶融させて接合しておき、それらを基体１と枠体３とで挟んで組み立てても良い。

本発明の樹脂接着剤４および電子部品収納用パッケージの実施例について以下に説明する。

ガラスビーカーにビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート825」)、ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート806」）およびフェノールノボラック型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート152」）を表１の比率で投入し、そこへ球状の合成石英粒子（（株）龍森製「合成球状石英フィラーＰＬＲシリーズ」）および破砕石英粒子（(株)日本アエロジル製「アエロジル」）を加え、遠心攪拌機（（株）シンキー製「Ｓ500」）にて２分間遠心攪拌を行ない、均一に混練した。次に、主硬化剤である酸無水物系硬化剤（ジャパンエポキシレジン（株）製「エピキュアＹＨ300」）および促進剤としてイミダゾール系硬化剤（四国化成工業(株)製「２ＰＨＺ」）を添加し、再度遠心攪拌機にて２分間攪拌し均一な樹脂接着剤４を得た。

こうして得られた樹脂接着剤４をＪＩＳ規定の16Ｇの吐出針を取り付けたシリンジに注入し、セラミック基体１上に設置したリード端子２上に塗布し、80℃４時間の乾燥を行なって、半硬化の擬似Ｂステージとし、流動性確認サンプルを作製した。

流動性は、リード端子２間の隙間と基体１とリード端子２との隙間の両方の隙間に樹脂接着剤４が埋まるか否かで判断し両方の隙間が埋まる状態を○（良好）とし、どちらかの隙間が埋まらない状態を×（不良）とした。

その後、上記リード端子２付きの基体１の上に、樹脂接着剤４をスクリーン印刷法またはディスペンス法等の方法で枠体３の下面周囲に塗布し乾燥した枠体３を、リード端子２付きの基体１の上面に、リード端子２を挟むようにして載置し、オーブンで樹脂接着剤４の硬化条件である、150℃で30分加熱し、樹脂接着剤４を硬化することで、電子部品収納用パッケージを作製した。しかる後、リークテストを行なうことで、気密性が保たれているか否かを確認した。

リークテストは、MIL-Standard 883に従い、ヘリウムガスの吹き付けリーク測定法によって行なった。ヘリウムガスの吹き付けリーク測定法とは、へリウムリーク試験機（（株）ＵＬＶＡＣ製「HELIUM LEAK DETECTOR HELIOT、MODEL-305」）の吹き付けリーク測定用の冶具の上に、上記サンプルを枠体３が冶具に密着するように載置し、ヘリウムガスをサンプルの周りから吹き付けることによって、サンプルの外部から内部に通過するヘリウムガスの量をヘリウムリーク試験機で測定する方法のことであり、これによって、封着する前の段階で電子部品収納用パッケージの気密性が保たれているか否かが判定できる。

ヘリウムガスのリーク量が１×10^−９Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃ以下を○（良好）とし、１×10^−９Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃを超えたものを×（不良）とした。

それぞれの結果を表２、表３に示す。

なお、本発明は上述の最良の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、基体１および枠体３は、本例ではセラミックを使用して説明しているが、セラミックである必要は無く、絶縁性の物質、例えば、エンジニアリングプラスチックや、表面を絶縁処理した金属等でも良い。

本発明の樹脂接着剤を用いた電子部品収納用パッケージの実施例を示す。

符号の説明

１・・・・・・基体
２・・・・・・リード端子
３・・・・・・枠体
４・・・・・・樹脂接着剤

Claims

常温で液状のエポキシ樹脂と酸無水物系硬化剤と無機粉体充填材とを含んでおり、該無機紛体充填材は、平均粒径５乃至６μｍの球状の合成石英粒子および平均粒径０．５乃至０．９μｍの破砕石英粒子からなり、前記合成石英粒子は、粒径１２乃至２４μｍのものを前記合成石英粒子全量の６乃至１０質量％、粒径１．５乃至３μｍのものを前記合成石英粒子全量の１８乃至２２質量％含むことを特徴とする樹脂接着剤。
前記無機紛体充填材は比表面積が１．８乃至２．２ｍ^２／ｇであることを特徴とする請求項１記載の樹脂接着剤。
上面に電子部品の搭載部が形成された基体と、該基体の上面に前記搭載部を囲むとともに間にリード端子を挟んで樹脂接着剤によって接合された枠体とを具備しており、前記樹脂接着剤が請求項１または請求項２記載の樹脂接着剤であることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。