(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の上に配置された電子部品をモールドする一次封止樹脂と、
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。
【請求項２】
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請求項１記載の樹脂封止型電子装置。
【請求項３】
基材の上に配置された電子部品を一次封止樹脂にてモールドする第１工程と、
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、
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、
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。
【請求項４】
前記第２工程は、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ものである請求項３記載の樹脂封止型電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
0003820674.tif 000002
【図２】
0003820674.tif 000003
【図３】
0003820674.tif 000004
【図４】
0003820674.tif 000005
【図５】
0003820674.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003820674.tif 000008
【図８】
0003820674.tif 000009
【図９】
0003820674.tif 000010
【図１０】
0003820674.tif 000011
【図１１】
0003820674.tif 000012
【図１２】
0003820674.tif 000013