JPS63104455A - 封止樹脂充填用フイラ−及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、樹脂封１Ｆ型半導体装置に用いられる封止樹
脂充填用フィラーに関１６ｂの（市る。

（従来の技術） 一般に半導体素子を外部環境や機械的外ツノ等から守る
ために、例えば樹脂封止型パック−−ジ等の樹脂による
対重方法か広く用いられている。前記樹脂封止型パック
−−ジ等の村山樹脂には、半導体素子に対する物理的特
性、熱的特性及び樹脂成型性等において優れた物性をも
たせるために、対車樹脂充填用フィラー（以下、甲にノ
イシーという）と称される種々の充１１亘八りか配合さ
れ−Ｃいる。

従来、このような分野の技１＋Ｆｉとしくは、１！Ｉ聞
昭６１−２．９１５９号公報に記載されるしのかあっ／
ｌ−＋ｌｌモトぞの構成を図を用いて説明りる。

第２図は、従来のフィラーか配合８れた樹脂により封止
された樹脂封止型半導体装置の一構成例を示す断面図−
Ｃある。

この半導体装置の素子搭載部１の上には、半導体素子２
か樹脂ペースト３等により固着されており、この半導体
索子２は、外部導出リート４の内方端部と金属細線５に
より、電気的に接続されている。前記素子搭載部１、半
導体素子２、金属細線５及び外部導出リード４の内方端
部は、樹脂部材６により封止されており、この樹脂部材
６は、例えばエポキシ樹脂７にシリカ（Ｓｉ　Ｏ２）等
の無機質のフィラー８か配合されて成るものである。

このフィラー８は球状を成しており、数μｍから数百μ
ｍ程度の粒径のものか樹脂７内にほぼ一様に分布し、樹
脂重量の５０〜８０％程度の割合で配合されている。

前記フィラー８は、例えば樹脂部材６の物理的、熱的特
性を向−トさせ、半導体素子２に対する封止特性を最適
化するために、樹脂７に配合されたものである。即ち、
半導体素子２の動作時の発熱及び周囲環境の温度変化等
によって樹脂部材６から半導体素子２に作用する熱応力
を低減するために、フィラー８を配合することにより樹
脂部材６の熱膨張係数を半導体索子２のそれに極力近づ
けようとしたものである。同時に、半導体素子２からの
発熱を、有効に外部に伝達して放熱することも目的とし
ている。

また、前記フィラー８が球状を成しているのは、次の理
由による。即ち、５ｉ０２等のフィラーは通常多角形状
を有しており、このフィラーを使用しても、半導体索子
２の１法が小さく、配線パターンか約３μｍ以上の比較
的集積１哀の低い場合には、何ら問題かなかった。とこ
ろか、近年の２Ｆ　＞９体素子２の高集積化に伴い超大
規模集積回路（以下、ＶＬＳＩという）か主流になりつ
つある現在においては、半導体素子２の寸法は大きくな
って５ｍｍ角を超え、配線パターンは３μｍからり一ブ
ミクロン化に移行している。ぞのために、樹脂部材６の
熱膨張等により、前記多角形状のフィラーの角部が及ぼ
す応力は、微細化した半導体素子２の活性領域に対して
相対的に大きくなり、半導体索子２の電気的特性を損な
ったり、配線パターン等の断線を引き起こすようになっ
た。それ故、フィラーの形状を多角形から球状に変えた
ものでおる。

以上のように構成される球状のフィラー８の製造方法に
ついて説明する。

先ず、例えば天然の５ｉ０２等の塊を粉砕機等により粉
々に砕き、多角形状の細かい粒とする。

この細かい粒をふるい等にかけ、数μｍから数百μｍ程
度の所定の大きさのものを選別する。

次に、選別された５ｉ０２粒を、その融点以上に加熱さ
れた高温炉内の上部から散布、落下させる。

散布、落下された５ｉ０２粒は、落下途中に加熱溶融さ
れて球状となって高温炉の下部に設けられた冷却装置に
達し、そこで冷却されて球状のフィラー８となるっ （発明が解決しようとする問題点） しかしなから、上記構成のフィラー８及びその製造り法
においては、次のような問題点かあった。

（１）フィラー８を充填することにより、樹脂部材６の
熱膨張係数を小さくし、半導体素子２の熱膨張係数とほ
ぼ同等とするが、接触面積の小さい球状のフィラー８を
用いているために、（６・１脂７との接着力が弱い。即
ら、フィラー８を樹脂７に充填したときの温度変化、フ
ィラー８か充填された樹脂７をモールド成型したときの
温度変化、及び半導体装置実装後の温度変化等のために
、樹脂７とフィラー８の接着面は、両者の熱膨張係数の
相違により剥離し易い。このため、フィラー８が樹脂７
の熱膨張を機械的に抑制し、樹脂部材６の熱膨張係数を
小さくする効果か薄くなる。

（２）上記（１）の理由により、樹脂７とフィラー８の
接着面か剥離し易いために、樹脂部材６に水分等が侵入
し、半導体素子２の配線部や金属細線５を腐食させるお
それがおる。また、樹脂部材６の強度も損なわれる。

（３）Ｓｉ、ｏ２等の塊を粉砕することにより粒状とす
るので、所定寸法のフィラー８を得るのが難しく、粒径
のばらつきも大きくなる。また、粉砕後の選別作業に手
間を要すると共に、歩留りも悪くなる。

（４）フィラー８の粒径のばらつきか大きい場合には、
樹脂部材６の熱膨張係数が均一にならないおそれかある
。

本発明は、前記従来技術かもっていた問題点として、球
状のフィラー８か樹脂部材６の熱膨張係数を半導体素子
２の熱膨張係数とほぼ同等にするのか難しい点、樹脂部
材６に水分等が侵入したり、その強度を損なうおそれか
ある点及び所定寸法のフィラー８を製造するのが難しく
、手間を要する点について解決した封止樹脂充填用フィ
ラー及びその製造方法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 第１の発明は、前記問題点を解決するために、半導体素
子を樹脂封止する樹脂部材中に充填される無機質から成
る封止樹脂充填用フィラーにおいて、前記フィラーを、
断面周縁か曲線形状で、かつ両端部が曲面形状を成す短
繊維で形成したものである。

また、第２の発明は、封止樹脂充填用フィラーの製造方
法において、 無機質から成る繊維を所定の長さに裁断して短繊維化す
る工程と、前記裁断されて成る短繊維にその融点以上の
温度で加熱溶融処理を１１ない、該短繊維の両端部に曲
面を形成刃る工程と、前記両端部に曲面が形成された短
繊維をその凝固点以下に冷却して凝固させる工程とを順
次施すようにしたものである。

（作　用） 第１の発明によれば、以上のように封１１樹脂充填用フ
ィラーを構成したのＣ１両端部か曲面を成すことにより
周囲全面が曲面を形成刃る月＋ｌ−樹脂充填用フィラー
の外面１；ＬＳＶＩＳＩ等の微細化した半導体素子活性
領域に対し、過大な応、／Ｊの発生を防止する働きをす
る。さらに、知識紺形状は、その長さ方向に封止樹脂に
対する十分な接触面を有して封止樹脂との接着力を強め
ることにより、封止樹脂の熱膨張を抑制する働ぎをする
と同時に、水分等の侵入を防止し、封止樹脂を補強する
働きをする。

また、第２の発明の製造方法において、所定長さに繊維
を裁断する工程は、簡単な作業により所定寸法のフィラ
ーを容易に得ることを可能とすると共に、寸法のばらつ
きを小さくする働きをする。

また、短繊維を１１０熱溶融する工程は、短繊維の両端
裁断部に曲面を形成する働きをすると同時に、短繊維の
断面周縁に角部を有する場合にあっては、その角部を滑
らかな曲線とする働きをする。したがって、前記問題点
を除去できるのである。

（実施例） 第１図は、第１の発明の実施例を示す封止樹脂充填用フ
ィラーか充填された樹脂により封止された樹脂封止型半
導体装置の断面図である。

この半導体装置は素子搭載部１１を有しており、この素
子搭載部１１上には、半導体索子１２がＡ、−３ｉ共晶
や樹脂ペースト１３等により固着されている。半導体素
子１２の外部導出電極は、金属細線１４により外部導出
リード１５の内方端部１６と電気的に接続されている。

前記素子搭載部１１、半導体素子１２、金属細線１４及
び外部導出リード１５の内方端部１６は、フィラー１７
が充填されたエポキシ等の樹脂１８から成る樹脂部材１
９により封止されてい−〇　− る。

前記フィラー１７は、例えばＳｉＯ２や）フルミナ（八
で２０３）等から成り、その艮ざか数μｍから数十μｍ
程度、断面が直径数μｍ程麿のはぽ円形の短繊維状のも
ので、その両端部は曲面を形成している。このフィラー
１７か、樹脂重量の５０へ・８０％程度の割合で樹脂１
８の中に配合され、均一に分布されて樹脂部材１９が形
成されている。

このように構成されるフィラー１７は、その周囲全面が
曲面により形成されているので、ＶＬＳＴ等の半導体素
子１２の微細化した活性領域に接触しても過大な応力を
及ぼすことはなく、その電気的特性を損なったり、配線
パターン等の断線を引き起こすことはない。加えて、短
繊維状のフィラー１７は、樹脂１８に対する十分な接触
面積を有しているので、強い接着力をもつと共に、強化
繊維として補強材の役割も成す。それ故、樹脂１８が半
導体素子１２の発熱や周囲からの加熱により熱膨張する
ときにおっても、フィラー１７はその広い接触面積によ
り樹脂１８から剥離することなく、樹脂１８の熱膨張を
機械的に抑制し、樹脂部材１９の実質的な熱膨張係数を
半導体素子１２の熱膨張係数にほぼ等しいものとする。

また、ノイラー１７は一様な断面寸法を有し、その長さ
も数μｍから数十μｍ程度でほぼ均等に樹脂１８中に分
布しているので、樹脂部材１９の熱膨張係数や伝熱特性
を均一なものとする効果もある。

さらに、ｌフィラー１フは剥離を防止して、樹脂部材１
９への水分等の侵入を妨げ、半導体素子１２の配線部や
金属細線１４の腐食を防ぐと共に、強化繊維として樹脂
部ｖＪ１９を補強し、外力に対する強度を増大しでいる
。

このように本実施例のフィラー１７は、樹脂１８との剥
離を防き゛、樹脂部材１９の熱膨張係数を的確かつ均等
に半導体素子１２の熱膨張係数に近づけ、しかも水分等
の侵入を防止すると共に樹脂部材１９の強度を増大させ
ることにより、半導体素子１２の信頼性の高い樹脂封止
を可能としている。

次に、第２の発明の実施例であるフィラーの製造方法に
ついて説明する。

この製造方法は、前記第１図のフィラー１７を得るだめ
に、第１〜・第３１１程により構成されている。

（Ａ）第１工程 ５１０２やＩ！Ｌｆ１２０３等から成る無機質の繊維、
例えば強化プラスチックの製造に用いられる直径数μｍ
程度のカラス繊維を用意し、これを裁断機等で所定の寸
法、例えば数μｍから数十μｍ程度の長さになるように
裁断する。

（Ｂ）第２工程 前記裁断されて短繊維となったカラス繊維を、高温炉内
の上部からスプレッダ等により吹き込むか、又は散布し
なか１う落−ドさＵ、炉内の高温に触れさせる。このと
き、炉内温石はカラス繊維の融点以上、例えば１８００
’Ｃ稈度とイ【るように調整する。

また、カラス繊維の物＝１１口こ合わけて加熱時間、即
ちカラス繊維を落下さＣる畠さを調整し、例えば加熱時
間を長く必要とするものについては、ぞの落下高さを高
くする。

落下されたガラス繊Ｉｆｆ：　ｔ、、ｉ、所定温］衰Ｃ
°゛所定時間加熱され、その裁断された両端部は溶融し
く曲面状の端部に変化する。

（Ｃ）第３工程 前記落下中に両端部が曲面を形成したガラス繊維は、高
温炉の下部に達する。高温炉下部には冷却装置、例えば
水槽等を設置し−Ｃおき、落下したガラス繊維を凝固点
以下に冷却してその形状を保ち、両端部か曲面を成す短
繊維のフィラー１７を得る。

以上のような製造工程によれば、所定直径を右するカラ
ス繊維等を裁断機により切断するので、容易な作業で所
定寸法の短繊維を得ることかできると同時に、そのばら
つきも小さくなり、歩留りも良くなる。また、この短繊
維を高温炉内にて落下Ｃ５ｔ！、その両端部に曲面を形
成することにより周囲全面か曲面となったフィラー１７
を得ることができる。

なお、第１、第２の発明のフィラー及びその製造方法は
、手記実施例に限定されず、種々の変形か可能−（ある
。例えは、フィラー１７は、第１図のモール１〜樹脂１
８に対する充填用に限定されず、半導体素子の表面のみ
を覆うような封止樹脂の充填用にも用いることができる
。また、フィラー１７の長さは数μｍから故−１μｍと
したが、これに限定されず、必要に応じて例えば数μ…
から数百μｍの範囲の長さのフィラーどじでもよいし、
一定の長さのみを有するフィラーとしでもよい。さらに
、ガラス繊維等を加熱溶融する方法は、高温炉内に落下
させる方法のみならず、水平方向に移動させてもよい（
〕、また一定時間炉内に静止させて７ＪＩ］熱溶融させ
てもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、第１の発明の封止樹脂充填
用フィラーによれば、短繊維状の両端部に曲面を形成し
たので、微細化した半導体素子の活性領域に対する過大
な応力の発生を防止する効果かある。さらに、短繊維形
状は、封止樹脂との間に」−分な接触面を有してその接
石刀を強化するので、封止樹脂の熱膨張係数を半導体素
子の熱膨張係数に的確に近づけると同時に、水分の浸入
を防止し、封りＩｌ樹脂の強度を高める効果がある。そ
れ故、信頼性の高い封止樹脂部材を構成し、確実に半導
体素子を保護することかできる。

また、第２の発明の製造方法によれば、繊維を裁断して
χ０繊維とし、これをυ［１熱溶融しく両端部に曲面を
形成することとしたので、簡単かつ短時間の作業により
、寸法精度に優れ、両端部に的確に曲面か形成されたフ
ィラーを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の実施例を示す封止樹脂充填用フィ
ラーが充填された樹脂により封止された樹脂封止型半導
体装置の断面図、第２図は従来の封止樹脂充填用フィラ
ー充填の樹脂により封止された樹脂封止型半導体装置の
断面図である。 １２・・・・・・半導体素子、１４・・・・・・金属細
線、１５・・・・・・外部導出リード、１７・・・・・
・封止樹脂充填用フィラー、１８・・・・・・樹脂、１
９・・・・・・樹脂部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子を樹脂封止する樹脂部材中に充填される
   無機質から成る封止樹脂充填用フィラーにおいて、 前記フィラーは、断面周縁が曲線形状で、かつ両端部が
   曲面形状を成す短繊維で形成したことを特徴とする封止
   樹脂充填用フィラー。 ２、無機質から成る繊維を所定の長さに裁断して短繊維
   化する工程と、 前記裁断されて成る短繊維にその融点以上の温度で加熱
   溶融処理を行ない、該短繊維の両端部に曲面を形成する
   工程と、 前記両端部に曲面が形成された短繊維をその凝固点以下
   に冷却して凝固させる工程とを有することを特徴とする
   封止樹脂充填用フィラーの製造方法。