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封止樹脂内の応力緩和とは?課題と対策・製品を解説

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組立・パッケージングにおける封止樹脂内の応力緩和とは?
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組立・パッケージングにおける封止樹脂内の応力緩和
組立・パッケージングにおける封止樹脂内の応力緩和とは?
パワーデバイスやパワーモジュールにおいて、半導体チップやリードフレームなどの部品を保護するために封止樹脂が使用されます。この封止樹脂は、製造工程や使用環境における温度変化や機械的負荷によって、内部に応力が発生します。応力緩和とは、この封止樹脂内に発生する過剰な応力を低減し、デバイスの信頼性向上や長寿命化を図る技術・プロセスを指します。
課題
熱膨張差による応力集中
半導体チップ、リードフレーム、封止樹脂の熱膨張係数の違いにより、温度変化時に各材料間で応力が発生し、チップやワイヤボンドにダメージを与える可能性があります。
封止樹脂の硬化収縮
封止樹脂が液状から固化する際に体積収縮が生じ、これが内部に応力として蓄積され、デバイスに悪影響を及ぼすことがあります。
外部からの機械的負荷
輸送中や実装時の衝撃、振動など、外部からの機械的な力が封止樹脂に伝わり、応力として内部に影響を与えることがあります。
長期信頼性の低下
封止樹脂内の応力が蓄積・解放されることで、クラックの発生、ワイヤボンドの剥離、チップの破損などを引き起こし、デバイスの長期信頼性を著しく低下させます。
対策
低弾性率封止材の採用
熱膨張差や硬化収縮による応力を吸収しやすい、柔軟性のある封止樹脂材料を選択します。
応力緩和構造の設計
封止樹脂の充填形状や、チップ周辺の構造を工夫することで、応力の集中を避ける設計を行います。
最適化された硬化プロセス
封止樹脂の硬化温度や時間を精密に制御することで、硬化収縮による応力の発生を最小限に抑えます。
応力解析シミュレーション
設計段階で封止樹脂内の応力分布をシミュレーションし、問題箇所を事前に特定・改善します。
対策に役立つ製品例
低弾性率エポキシ樹脂
熱膨張係数の差による応力を低減し、チップへのダメージを軽減する柔軟性を持つ封止材です。
応力分散設計用モデリングソフトウェア
封止樹脂内の応力分布を可視化し、最適な構造設計を支援する解析ツールです。
精密温度制御硬化装置
封止樹脂の硬化プロセスを厳密に管理し、収縮応力の発生を抑制する装置です。
高機能フィラー配合封止材
特定のフィラーを配合することで、封止材自体の熱膨張係数を調整し、応力を緩和する材料です。
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