JP3820674B2 - Resin-sealed electronic device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、樹脂封止型電子装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10に示すように、シリコンチップ等の電子部品41をリードフレーム40の上に搭載し、電子部品41を一次封止樹脂42にてモールドしてICパッケージ体43とするとともに、このICパッケージ体43をエポキシ等の二次封止樹脂44にてモールドすることが行われている。つまり、ICパッケージ体43を更に二次成形(トランスファー成形、ポッティング成形)することが行われている。
【0003】
この樹脂封止型電子装置においては、硬化収縮応力あるいは硬化後の熱応力により電子部品41が過大な応力を受け、その機能が低下するおそれがある。つまり、図10に示すように、ICパッケージ体43が二次封止樹脂44にて覆われている状態から図11に示すように高温になったり図12に示すように低温になった場合を考える。一次封止樹脂42の熱膨張率をαM とし二次封止樹脂44の熱膨張率をαE としたときαE >αM を満足する場合、図11の如く高温になると、二次封止樹脂44はICパッケージ体43から離れる方向に膨張する。また、図12の如く低温になると、二次封止樹脂44はICパッケージ体43を圧迫する方向に収縮する。このように、温度変化によりICパッケージ体43に応力が加わることになる。
【0004】
そこで、応力緩和のために、エポキシ等の二次封止樹脂自身の低応力化を図ったり、二次封止樹脂のボリュームを減らすといった構造的工夫が行われているが、製品のフレキシビリティ、その他の部位の信頼性確保といった点から限界があった。
【0005】
一方、2つの部材間に生じる応力を低減する一手法として2つの部材間にゴムを挟み込むことが一般的に行われている。
この手法を樹脂封止型電子装置において用いようとすると、一次封止樹脂42と二次封止樹脂44との間にゴムを介在させることとなり、この場合、本来ゴムは非圧縮性物質(ポアソン比がほぼ0.5)のため、ICパッケージ体43を二次封止樹脂44で完全に覆う樹脂封止型電子装置においては、変形空隙のない構造であるので、応力緩和の効果が現れない。即ち、二次封止樹脂44はその硬化時に収縮力を発生するとともに硬化後の冷熱サイクルを受けた時に多大な応力を発生するが、ゴム材において外部からの応力を分散させる効果があるのはゴムが変形しうる空隙が確保されている場合に限られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、一次封止樹脂と二次封止樹脂間に加わる応力を緩和して信頼性の高い樹脂封止型電子装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、一次封止樹脂と二次封止樹脂との間に配置される応力緩衝用コーティング膜として、母材として弾性体(例えばゴム)を用いるとともに、この母材中に気体を封止した中空球フィラーを混入させることにより容積が変化する気泡を散在させたものを用いたことを特徴としている。
【0008】
よって、温度変化等によって一次封止樹脂と二次封止樹脂との間に応力が加わった際に、応力緩衝用コーティング膜における母材である弾性体が変形して、散在した気泡の容積が変化する。この気泡の容積変化にて一次封止樹脂と二次封止樹脂との間の応力が吸収され、半導体チップ等の電子部品に加わる応力が緩和される。
【0009】
つまり、温度変化等により一次と二次の封止樹脂の間に応力が加わった際において、応力緩衝用コーティング膜中の気泡が変形代(潰し代)になって応力緩和が図られる。また、請求項2に記載のように、前記中空球フィラーは、前記応力緩衝用コーティング膜の内側に存在する。
【0010】
請求項3に記載の発明によれば、第1工程により、基材の上に配置された電子部品が一次封止樹脂にてモールドされる。そして、第2工程により、一次封止樹脂の表面が、母材としての弾性体中に気体を封止した中空球フィラーを混入させることにより容積が変化する気泡を散在させた応力緩衝用コーティング膜にてコーティングされる。さらに、第3工程により、前記応力緩衝用コーティング膜の外周側において前記基材および電子部品が二次封止樹脂にてモールドされる。
【0011】
その結果、請求項1に記載の樹脂封止型電子装置が製造される。
ここで、請求項4に記載のように、前記第2工程において、液状弾性素材に中空球フィラーを混入させた溶液を、前記一次封止樹脂の表面にコーティングすると、実用上好ましいものになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図1には、本実施形態における樹脂封止型電子装置の断面図を示す。本装置は、ガソリンエンジンの点火コイルおよび点火回路を樹脂モールドしたものである。
【0013】
図1において、基材としてのリードフレーム1の上には電子部品としてのシリコンチップ2が搭載され、ボンディグワイヤ3にてシリコンチップ2とリードフレーム1aとが電気的に接続されている。このボンディグワイヤ3とシリコンチップ2とは一次封止樹脂4にてモールドされている。このようしてICパッケージ体(モールド体)5が構成されている。
【0014】
なお、シリコンチップ2以外にも、アルミナ基板を用いた回路基板(プリント基板)をリードフレーム1上に搭載したパッケージ体に具体化してもよい。
一方、樹脂封止型電子装置の筐体(ハウジング)6の内部における下部には点火コイル7が配置されるとともに、同じく筐体6の内部における点火コイル7の上方には前述のICパッケージ体5が配置されている。筐体6の内部には二次封止樹脂8が充填され、点火コイル7および前述のICパッケージ体5が二次封止樹脂8にてモールドされている。二次封止樹脂8には注型エポキシ樹脂を用いている。この注型エポキシにおいては、硬化収縮応力や硬化後の熱応力によりICパッケージ体5が過大な応力を受け、その機能が低下するおそれがある。これについては図10〜図12を用いて説明したのでここでは説明は省略するが、要は図11の如く高温になると、二次封止樹脂8はICパッケージ体5から離れる方向に膨張し、図12の如く低温になると、二次封止樹脂8はICパッケージ体5を圧迫する方向に収縮する。このように、温度変化によりICパッケージ体5に応力が加わることになる。
【0015】
そこで、図1に示すように、一次封止樹脂4と二次封止樹脂8との間には、両封止樹脂間に加わる応力を緩和するための応力緩衝用コーティング膜9が配置されている。応力緩衝用コーティング膜9は、図2に示すように、母材として弾性体、本実施形態ではゴム10を用いるとともに、この母材中に気泡11を散在させたものを用いている。応力緩衝用コーティング膜9の膜厚は、0.5mm程度である。
【0016】
この応力緩衝用コーティング膜9は、図10〜図12において緩衝領域となり、ICパッケージ体5の熱的変形および二次封止樹脂8の熱的変形に伴いその体積が変化する。
【0017】
つまり、各部の熱的変形は拘束のない場合には定変位量だけ変形することから、例えば緩衝領域が全くその変形に拘束を与えないなら、一次封止樹脂4と二次封止樹脂8との熱膨張率の不整合による熱応力は発生しない。これを満足させる緩和層としては体積変化できることが必要となる。
【0018】
即ち、図3に示すように、応力緩衝用コーティング膜9が無い場合には、特性線P1にて示す如くICパッケージ体5には歪み量δに比例した力Fが加わるが、応力緩衝用コーティング膜9を設けることにより気泡11が潰れ代となり、特性線P2にて示す如く所定の歪み量δ1までは殆ど力FがICパッケージ体5に加わらない。
【0019】
また、図1に示すように、リードフレーム1aは筐体6を貫通するリード端子12に接続され、リード端子12にて外部からの接続が行われるようになっている。また、リードフレーム1は点火コイル7のリード端子7aと接続されている。そして、リード端子12を介してシリコンチップ2に形成された回路にバッテリ電圧が供給され、所定の点火タイミングにて点火コイル7により高電圧を生成して点火プラグに高電圧を供給するようになっている。
【0020】
次に、製造方法を説明する。
図4に示すように、リードフレーム1の上にシリコンチップ2を搭載し、ワイヤ3にてシリコンチップ2とリードフレーム1aとをボンディングする。そして、ボンディグワイヤ3とシリコンチップ2とを一次封止樹脂4にてモールドして、ICパッケージ体5とする。
【0021】
引き続き、図5に示すように、ICパッケージ体5を応力緩衝用コーティング膜9にて被覆する。応力緩衝用コーティング膜9によるコーティグ処理は、図6に示す3つの工程よりなる。
【0022】
まず、液状弾性素材である液状シリコーン樹脂を用意するとともに、図7に示す中空球フィラー(カプセル)20を用意する。中空球フィラー20は、その径Dが80μm程度の微粒体である。液状シリコーン樹脂としては、例えば、東レ社製CY52ー227を用い、また、中空球フィラー20としては、例えば、日本フィライト社製DU−80を用いる。そして、液状シリコーン樹脂と適量の中空球フィラー20とを混合させる。ここで、液状シリコーン樹脂に対する中空球フィラー20の混合比は、40vol%程度とする。
【0023】
そして、液状シリコーン樹脂に中空球フィラー20を混入させた溶液中にICパッケージ体5をディッピングして一次封止樹脂4の表面にコーティングする(図6に示す塗膜工程)。引き続き、150℃、20分間の加熱にて硬化させる(図6に示す熱硬化工程)。その結果、液状シリコーン樹脂に中空球フィラー20が分散した状態のまま固化される。なお、応力緩衝用コーティング膜9においてゴム10中に気泡11が散在することは応力緩衝用コーティング膜9の断面写真により確認している。
【0024】
このように中空球フィラー20を液状樹脂に混合させ塗膜することにより下記のような効果を奏する。
(1)中空球フィラー20の添加量を調整することにより、応力緩衝用コーティング膜9中の気泡11の総量を調整でき、適切な応力緩和が可能となる。
【0025】
このように、中空球フィラー20の含有率、粒径を選択することにより、目的とする塗膜の体積変化率を設定でき、材料混合により応力緩和効果を容易にコントロールできる。
(2)液状樹脂を用いた塗膜であるため(例えばディッピング法により塗膜するため)、ICパッケージ体5のリード端子1aの部分等も完全にコーティングすることができる。つまり、ディッピング法ではなく図8に示すように弾性を有するキャップ材30にてICパッケージ体5を覆う場合には、ICパッケージ体5のリード端子1aの部分はキャップ材30にて覆いにくい部分となるが、ディッピング法を用いればリード端子1aの部分も完全に覆うことができる。このことは、その後の二次成形時液状樹脂ポッティングを例えば真空注入する場合、コーティング膜9の内部に樹脂が浸入することなく緩衝効果が確保できる。
【0026】
このように、塗膜される構造物は、必要部位を塗膜形成することができる。
(3)液状樹脂を用いた塗膜であるため(例えばディッピング法により塗膜するため)、角部を有するICパッケージ体5においてもその角部になだらかな曲面をもたせて成形できる。このことから、応力集中が緩和でき、二次ポッティング材のクラック発生を抑制することができる。
【0027】
このように、塗膜される構造物は、その形状によらなず塗膜形成することができる。
(4)塗膜中の気泡11は単独で存在するため、後工程での例えばエポキシ含浸等の工程においても気泡11が埋まることはない。
【0028】
なお、ディップ材は特に液状シリコーン樹脂である必要はなく、液状柔エポキシ剤(例えば、セメンダイン社製EPー001)でもよい。このようにすると、二次ポッティング材がエポキシの場合、共材のためその化学的密着性が確保でき、熱伝導及び応力分散の観点から更に優れたものとなる。
【0029】
製造工程の説明に戻り、ICパッケージ体5を応力緩衝用コーティング膜9にてコーティングした後において、図1に示すように、筐体6内に点火コイル7を装着するとともに、ICパッケージ体5を配置する。さらに、液状のエポキシ樹脂8を筐体6内に充填して硬化(固化)させる。
【0030】
なお、応力緩衝用コーティング膜9のコーティングはディップ以外にもスプレー、キャスティング、リキッドインジェクションモールド等にて行ってもよい。次に、図9を用いてエポキシ樹脂8の硬化収縮応力の低減効果について説明する。
【0031】
まず、図9(a)に示すように、応力緩衝用コーティング膜9のない場合には、ICパッケージ体5において受ける応力により発生する表面歪εは、−200μsである。ここで、表面歪εとは、単位長さの材料が20℃から150℃に温度変化した際の材料の長さの変化量を指す。即ち、20℃において長さLであったものが150℃において長さL’に変化した場合においては、
ε=(L−L’)/L
にて定義されるものである。
【0032】
また、図9(b)に示すように、中空球フィラーを含有しないシリコーンゴム35を厚さ0.5mm塗膜した場合には、上記表面歪εは、−120μsとなる。
【0033】
さらに、図9(c)に示すように、中空球フィラーを含有したシリコーンゴム(コーティング膜9)を厚さ0.5mm塗膜した場合には、上記表面歪εは、0〜−10μsとなる。
【0034】
このように、通常上記液状シリコーン樹脂を硬化してなる硬化物は、ゴム弾性を示すが、その機械的性質は非弾性変形、非圧縮性変形をもつことになるが、応力緩和層としてのゴム弾性体は体積変化が求められるが、その非圧縮性により応力緩和性が十分発揮できないが、気泡11を散在することにより応力を緩和することができようになる。つまり、シリコーンゴム等の非圧縮性物質を緩衝層として使用するに際し、気体を封止した中空球フィラー20を混入させることにより、そのゴム弾性を残しつつ、緩衝層として圧縮性をもたせることにより応力緩和層として優れたものとなる。
【0035】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
(イ)一次封止樹脂4と二次封止樹脂8との間に配置される応力緩衝用コーティング膜9として、母材としてゴム10を用いるとともに、この母材中に気泡11を散在させたものを用いたので、温度変化等によって一次封止樹脂4と二次封止樹脂8との間に応力が加わった際に、応力緩衝用コーティング膜9における母材であるゴム10が変形して、散在した気泡11の容積が変化する。この気泡11の容積変化にて一次封止樹脂4と二次封止樹脂8の間の応力が吸収され、シリコンチップ2に加わる応力が緩和される。つまり、温度変化等により一次と二次の封止樹脂4,8との間に応力が加わった際において、応力緩衝用コーティング膜9中の気泡11が変形代(潰し代)になって応力緩和が図られる。
(ロ)リードフレーム1の上に配置されたシリコンチップ2を一次封止樹脂4にてモールドし、一次封止樹脂4の表面を、母材としてのゴム10中に気泡11を散在させた応力緩衝用コーティング膜9にてコーティングし、さらに、応力緩衝用コーティング膜9の外周側においてリードフレーム1およびシリコンチップ2を二次封止樹脂8にてモールドするようにした。その結果、上記(イ)の樹脂封止型電子装置が得られる。
(ハ)応力緩衝用コーティング膜9の成膜工程として、液状弾性素材に中空球フィラー20を混入させた溶液を、一次封止樹脂4の表面にコーティングすると、前述したように実用上好ましいものになる。
【0036】
なお、封止樹脂の硬化は加熱を用いたが、紫外線照射等の手法により行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態における樹脂封止型電子装置の断面図。
【図2】 応力緩衝用コーティング膜の断面図。
【図3】 歪み量と力との関係を示す図。
【図4】 樹脂封止型電子装置の製造工程を説明するための断面図。
【図5】 樹脂封止型電子装置の製造工程を説明するための断面図。
【図6】 樹脂封止型電子装置の製造工程を説明するための工程図。
【図7】 中空球フィラーの断面図。
【図8】 比較のための樹脂封止型電子装置の断面図。
【図9】 封止樹脂により加わる応力を説明するための断面図。
【図10】 封止樹脂により加わる応力を説明するための断面図。
【図11】 封止樹脂により加わる応力を説明するための断面図。
【図12】 封止樹脂により加わる応力を説明するための断面図。
【符号の説明】
1…リードフレーム、2…シリコンチップ、4…一次封止樹脂、8…二次封止樹脂、9…応力緩衝用コーティング膜、10…ゴム、11…気泡[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a resin-sealed electronic device and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 10, an
[0003]
In this resin-encapsulated electronic device, the
[0004]
Therefore, in order to relieve stress, structural contrivances such as reducing the stress of the secondary sealing resin itself such as epoxy and reducing the volume of the secondary sealing resin have been performed, but the flexibility of the product, There was a limit in terms of ensuring the reliability of other parts.
[0005]
On the other hand, as a technique for reducing stress generated between two members, it is generally performed to sandwich rubber between the two members.
If this method is used in a resin-sealed electronic device, rubber is interposed between the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable resin-encapsulated electronic device by relieving stress applied between a primary sealing resin and a secondary sealing resin.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0008]
Therefore, when a stress is applied between the primary sealing resin and the secondary sealing resin due to a temperature change or the like, the elastic body, which is a base material in the stress buffer coating film, is deformed, and the volume of scattered bubbles is reduced. Change. Due to the volume change of the bubbles, the stress between the primary sealing resin and the secondary sealing resin is absorbed, and the stress applied to the electronic component such as a semiconductor chip is relieved.
[0009]
That is, when a stress is applied between the primary and secondary sealing resins due to a temperature change or the like, the bubbles in the stress buffer coating film become a deformation allowance (squeeze allowance), and stress relaxation is achieved. According to a second aspect of the present invention, the hollow sphere filler is present inside the stress buffer coating film.
[0010]
According to invention of
[0011]
As a result, the resin-sealed electronic device according to
Here, as described in
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a resin-encapsulated electronic device according to this embodiment. In this apparatus, an ignition coil and an ignition circuit of a gasoline engine are resin-molded.
[0013]
In FIG. 1, a
[0014]
In addition to the
On the other hand, an
[0015]
Therefore, as shown in FIG. 1, a stress
[0016]
The stress
[0017]
That is, since the thermal deformation of each part is deformed by a constant displacement amount when there is no constraint, for example, if the buffer region does not constrain the deformation at all, the
[0018]
That is, as shown in FIG. 3, when there is no stress
[0019]
As shown in FIG. 1, the
[0020]
Next, a manufacturing method will be described.
As shown in FIG. 4, the
[0021]
Subsequently, as shown in FIG. 5, the
[0022]
First, a liquid silicone resin, which is a liquid elastic material, is prepared, and a hollow sphere filler (capsule) 20 shown in FIG. 7 is prepared. The
[0023]
Then, the
[0024]
Thus, the following effects are produced by mixing the
(1) By adjusting the addition amount of the
[0025]
Thus, the volume change rate of the target coating film can be set by selecting the content rate and particle size of the
(2) Since it is a coating film using a liquid resin (for example, coating by a dipping method), the
[0026]
As described above, the structure to be coated can form a coating on a necessary portion.
(3) Since it is a coating film using a liquid resin (for example, for coating by a dipping method), the
[0027]
Thus, the structure to be coated can form a coating regardless of its shape.
(4) Since the air bubbles 11 in the coating film exist alone, the air bubbles 11 are not buried in a subsequent process such as epoxy impregnation.
[0028]
Note that the dip material does not need to be a liquid silicone resin, and may be a liquid soft epoxy agent (for example, EP-001 manufactured by Cementine Co.). In this case, when the secondary potting material is epoxy, its chemical adhesion can be ensured because it is a co-material, which is further excellent from the viewpoint of heat conduction and stress distribution.
[0029]
Returning to the description of the manufacturing process, after the
[0030]
The stress
[0031]
First, as shown in FIG. 9A, in the case where the stress
ε = (L−L ′) / L
As defined in.
[0032]
Further, as shown in FIG. 9B, when the
[0033]
Furthermore, as shown in FIG. 9 (c), when a silicone rubber (coating film 9) containing a hollow sphere filler is applied to a thickness of 0.5 mm, the surface strain ε is 0 to −10 μs. .
[0034]
As described above, a cured product obtained by curing the above liquid silicone resin usually exhibits rubber elasticity, but its mechanical properties are inelastic deformation and incompressible deformation, but rubber as a stress relaxation layer. Although the elastic body is required to change in volume, the stress relaxation property cannot be sufficiently exhibited due to its incompressibility, but the stress can be relaxed by scattering the
[0035]
Thus, the present embodiment has the following features.
(A) As the stress
(B) Stress in which the
(C) As a film forming step of the stress
[0036]
In addition, although hardening was used for hardening of sealing resin, you may carry out by methods, such as ultraviolet irradiation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a resin-encapsulated electronic device according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a stress buffer coating film.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between strain and force.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of a resin-encapsulated electronic device.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of a resin-encapsulated electronic device.
FIG. 6 is a process diagram for explaining a manufacturing process of a resin-encapsulated electronic device.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a hollow sphere filler.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a resin-sealed electronic device for comparison.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the stress applied by the sealing resin.
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining stress applied by a sealing resin.
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a stress applied by a sealing resin.
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the stress applied by the sealing resin.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記一次封止樹脂によりモールドされた前記基材および電子部品をモールドする二次封止樹脂と、
前記一次封止樹脂と二次封止樹脂との間に配置され、両封止樹脂間に加わる応力を緩和するための応力緩衝用コーティング膜と、
を備えた樹脂封止型電子装置において、
前記応力緩衝用コーティング膜として、母材として弾性体を用いるとともに、この母材中に気体を封止した中空球フィラーを混入させることにより容積が変化する気泡を散在させたものを用いたことを特徴とする樹脂封止型電子装置。A primary sealing resin for molding an electronic component disposed on a substrate;
A secondary sealing resin for molding the base material and the electronic component molded by the primary sealing resin;
A stress buffering coating film that is disposed between the primary sealing resin and the secondary sealing resin, and relieves stress applied between the two sealing resins;
In a resin-encapsulated electronic device comprising:
As the stress buffer coating film, an elastic body is used as a base material, and a material in which bubbles whose volume is changed is mixed by mixing a hollow sphere filler sealed with gas in the base material is used. A resin-sealed electronic device.
前記一次封止樹脂の表面を、母材としての弾性体中に気体を封止した中空球フィラーを混入させることにより容積が変化する気泡を散在させた応力緩衝用コーティング膜にてコーティングする第2工程と、The surface of the primary sealing resin is coated with a stress buffer coating film in which air bubbles whose volume changes are scattered by mixing a hollow sphere filler in which gas is sealed in an elastic body as a base material. Process,
前記応力緩衝用コーティング膜の外周側において前記基材および電子部品を二次封止樹脂にてモールドする第3工程と、A third step of molding the base material and the electronic component with a secondary sealing resin on the outer peripheral side of the stress buffer coating film;
を備えたことを特徴とする樹脂封止型電子装置の製造方法。A method for manufacturing a resin-encapsulated electronic device, comprising:
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