JP2000223623A

JP2000223623A - 回路基板の実装構造

Info

Publication number: JP2000223623A
Application number: JP1885299A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamakawa; 裕之山川; Takashi Nagasaka; 長坂　　崇
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】一面上に半導体チップをワイヤボンド実装し
且つ該実装部を実装部封止樹脂で封止してなる回路基板
を、注入樹脂を用いてケース内に封入、固定した回路基
板の実装構造において、各樹脂にかかる熱応力によりワ
イヤが断線するのを防止する。【解決手段】回路基板１は、樹脂やセラミック等の基
板２の一面上にワイヤ５を用いて半導体チップ３をワイ
ヤボンド実装し、この実装部をエポキシ樹脂等からなる
実装部封止樹脂６にて包み込むように封止してなる。回
路基板１は樹脂等からなるケース８に収納し、回路基板
１とケース８との間に、可撓性エポキシ樹脂等からなる
注入樹脂９を充填し回路基板１をケース８に固定する。
実装部封止樹脂６の弾性率は注入樹脂９の弾性率よりも
大きいものとしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一面上に半導体素
子をワイヤボンド実装し且つ該実装部を第１の樹脂で封
止してなる回路基板を、第２の樹脂を用いてケース内に
封入、固定した回路基板の実装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の実装構造を図３に示す。
回路基板Ｊ１は、樹脂やセラミック等からなる基板Ｊ２
の一面上に半導体素子Ｊ３を接着剤Ｊ４を用いて搭載
し、該一面上に設けられた電極部（図示せず）と半導体
素子Ｊ３とをワイヤボンディングにより形成されたワイ
ヤＪ５を用いて電気的に結線し、これら半導体素子Ｊ３
及びワイヤＪ５からなるワイヤボンド実装部をシリコン
ゲルまたはシリコンゴム等の封止樹脂（第１の樹脂）Ｊ
６にて包み込むように封止した構造を有する。

【０００３】そして、この回路基板Ｊ１を樹脂等からな
るケースＪ７に収納し、回路基板Ｊ１とケースＪ７との
間にエポキシ樹脂等の注入樹脂（第２の樹脂）Ｊ８を注
入充填することにより、回路基板Ｊ１をケースＪ７に固
定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の検討によれば、上記図３に示す実装構造におい
て、温度変化により上記各樹脂Ｊ６、Ｊ８及びケースＪ
７に熱応力（熱ストレス）が加わった時、ワイヤＪ５が
断線するという問題が発生することがわかった。図４
は、図３に示す従来実装構造における熱応力印加時の変
形の様子を模式的に示す説明図である。

【０００５】図４に示す様に、ケースＪ７及び注入樹脂
Ｊ８は、室温時（実線）に比べて高温時（一点鎖線）で
は膨張し、低温時（破線）では収縮する。そして、注入
樹脂Ｊ８には図中の各矢印で示す様に、熱応力が発生
し、回路基板Ｊ１から封止樹脂Ｊ６を引き離そうとする
力Ｆが加わる。ここで、従来構造では、封止樹脂Ｊ６は
注入樹脂Ｊ８よりも柔らかいため変形し、ワイヤＪ５に
は引張り、圧縮の力が作用し断線を生じせしめる。

【０００６】本発明は上記問題に鑑み、一面上に半導体
素子をワイヤボンド実装し且つ該実装部を第１の樹脂で
封止してなる回路基板を、第２の樹脂を用いてケース内
に封入、固定した回路基板の実装構造において、各樹脂
にかかる熱応力によりワイヤが断線するのを防止するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明においては、回路基板（１）の
ワイヤボンド実装部を封止する第１の樹脂（６）の弾性
率を、該回路基板とケース（８）との間に充填され該回
路基板を該ケースに固定する第２の樹脂（９）の弾性率
よりも大きくしたことを特徴としている。

【０００８】それによって、ワイヤボンド実装部を封止
する第１の樹脂（６）を第２の樹脂（９）よりも硬くで
きるから、熱応力によってケース（８）及び該第２の樹
脂が変形しても、該第１の樹脂の変形を抑制でき、ワイ
ヤ（５）が断線するのを防止することができる。また、
本発明者は、第１の樹脂（６）の弾性率を第２の樹脂
（９）の弾性率よりも１桁以上大きくすること（請求項
２の発明）によって、例えば車両に搭載される回路基板
のように、現状において最も温度条件（例えば−４０℃
〜１２５℃）の厳しいと考えられる用途に対しても、ワ
イヤ（５）が断線するのを防止できることを実験的に確
認している。

【０００９】ここで、第１の樹脂（６）の弾性率として
は、変形を抑制するために１ＧＰａ以上の硬い樹脂を用
いることが好ましい。なお、上記した括弧内の符号は、
後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に本発明の実施形態に係る回路
基板の実装構造の模式的断面構造を示す。本実施形態は
ＳＩＰ（シングルインラインパッケージ）構造のもので
ある。回路基板１は、回路パターンが形成された樹脂ま
たはセラミック等からなる基板２を有し、この基板２の
一面上には、半導体チップ（半導体素子）３がフェイス
アップでダイマウントペースト（接着剤）４を用いて接
着されている。

【００１１】基板２の一面には図示しない基板上電極
（電極部）が形成されており、半導体チップ３の図示し
ない電極部と上記基板上電極とは、ワイヤボンディング
等により形成された金やアルミ等のワイヤ５により結線
されている。これら半導体チップ３及びワイヤ５はワイ
ヤボンド実装部として構成されており、この実装部は、
実装部封止樹脂（第１の樹脂）６により封止されてい
る。

【００１２】また、基板２の一面上には表面実装部品７
が搭載され、表面実装部品７は上記基板上電極に電気的
に接続されている。この回路基板１は、樹脂等からなる
ケース８内に収納され、回路基板１とケース８との間に
注入、充填された注入樹脂（第２の樹脂）９によって、
ケース８に固定されている。また、回路基板１における
ケース８の開口部８ａ側の端部には、回路基板１に対し
て外部から信号を入出力するためのリードピン１０が接
続されている。

【００１３】このリードピン１０は、例えば図１の紙面
垂直方向に一列に複数個配置されており、図示しない配
線基板に接続されることにより、該配線基板に本ＳＩＰ
が搭載されるようになっている。ここで、本実施形態に
おいては、実装部封止樹脂（第１の樹脂）６の弾性率
を、注入樹脂（第２の樹脂）９の弾性率よりも大きくし
た独自の構成としている。具体的には、実装部封止樹脂
６を、その弾性率が１ＧＰａ以上の硬い樹脂とし、注入
樹脂９を、その弾性率が実装部封止樹脂６の弾性率より
も１／１０以下である柔らかいものとする。

【００１４】各樹脂の弾性率の調整は、架橋密度を変化
させたり、材質を異ならせる等により行うことができ
る。例えば、実装部封止樹脂６としては、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等を用いることがで
き、注入樹脂９としては、シリコンゴム（またはシリコ
ンゲル）、可撓性を持たせたエポキシ樹脂（可撓性エポ
キシ樹脂）、ウレタン樹脂等を用いることができる。

【００１５】かかる構成を有する本実施形態のＳＩＰ構
造は、基板２の一面上にフェイスアップで半導体チップ
３をダイマウントペースト４を用いて接着し、ワイヤボ
ンディングを行ってワイヤ５を介して上記基板上電極へ
接続した後、ワイヤボンド実装部全体を覆うように、実
装部封止樹脂６でコーティングし、さらに表面実装部品
７及びリードピン１０が取り付けられた回路基板１を、
ケース８内に開口部８ａから閉塞部８ｂに向かって挿入
し、注入樹脂９で充填、封止することにより、形成され
る。

【００１６】そして、本実施形態によれば、ワイヤボン
ド実装部を封止する実装部封止樹脂６が注入樹脂９より
も硬いため、熱応力によってケース８及び注入樹脂９が
変形しても、実装部封止樹脂６の変形が抑制され、ワイ
ヤ５が断線するのを防止することができる。この効果の
具体例を図２に示す。図２は、図１に示す本実施形態と
比較例としての上記図３に示す従来のＳＩＰ構造とを、
−４０℃と１２５℃とを各３０分繰り返す冷熱サイクル
に供し、何サイクルでワイヤが断線するかを調べたもの
である。なお、図中、樹脂Ａは本実施形態では実装部封
止樹脂６、比較例では封止樹脂Ｊ６のことであり、樹脂
Ｂは本実施形態では注入樹脂９、比較例では注入樹脂Ｊ
８のことであり、Ｅは弾性率（単位：ＧＰａ）である。

【００１７】図２に示す様に、ワイヤボンド実装部をシ
リコンゴム（封止樹脂Ｊ６）、回路基板全体を可撓性エ
ポキシ樹脂（注入樹脂Ｊ８）で覆った従来構造（比較
例）では、２５０サイクルにてワイヤＪ５が断線した。
これは、上述の図４に示したように、冷熱サイクルの際
に発生する熱応力によってケースＪ７及び注入樹脂Ｊ８
が膨張・収縮し、この膨張・収縮によりワイヤボンド実
装部を封止する封止樹脂Ｊ６が変形するためである。

【００１８】このときケースＪ７における膨張・収縮の
度合は、特にケースＪ７の剛性の弱い開口部Ｊ７ａで大
きく、ケースＪ７の剛性の強い奥側（開口部Ｊ７ａとは
反対の閉塞部Ｊ７ｂ側）で小さいため、注入樹脂Ｊ８自
体は、ケースＪ７の奥側の方が大きな熱応力を受け、ケ
ースＪ７の奥になるほど回路基板Ｊ１から封止樹脂Ｊ６
を引き離そうとする力Ｆが大きくなる。実際に、上記具
体例においても、主としてケースＪ７の奥側のワイヤＪ
５が断線した。

【００１９】これに対して、図２に示す様に、本実施形
態において実装部封止樹脂６を弾性率が７．０ＧＰａで
あるエポキシ樹脂、注入樹脂９を弾性率が０．２ＧＰａ
である可撓性エポキシ樹脂とした例では、２０００サイ
クル以上でもワイヤ５の断線は発生しなかった。このこ
とは、実装部封止樹脂６の弾性率を注入樹脂９の弾性率
よりも１桁以上大きくしたものを上記冷熱サイクル試験
に供した場合においても、ほぼ同様な傾向であった。

【００２０】つまり、実装部封止樹脂６の弾性率を注入
樹脂９の弾性率よりも１桁以上大きくすれば、例えば車
両搭載用のＳＩＰのように、現状において最も温度条件
（例えば−４０℃〜１２５℃）の厳しいと考えられるも
のに対しても、ワイヤ５が断線するのを防止できる。な
お、本発明者等の検討では、少なくとも実装部封止樹脂
６の弾性率が注入樹脂９の弾性率よりも大きければ、上
記冷熱サイクル試験において、従来構造（比較例）より
も多いサイクル数までワイヤ５が断線しない。

【００２１】ところで、ワイヤボンド実装部の位置やケ
ースの厚みを変えることでワイヤに加わる応力を抑える
ことも可能であるが、回路基板の構成や実装構造全体の
体格等を変更しなければならない。本実施形態によれ
ば、そのような制約条件に関係なく、ワイヤボンド実装
部を封止する樹脂の弾性率をケースに注入する樹脂の弾
性率より大きくすることで、ケースが変形してもワイヤ
に応力が加わらないように封止部の変形を抑えることが
でき、高信頼性の構造が実現できる。

【００２２】なお、例えば、上記実施形態においてケー
ス８の開口部８ａにリードピン１０が取出し可能な状態
で蓋をした形態、つまり、ケース８内を密封した形態で
あってもよい。特に、この密封形態においても、第２の
樹脂の充填状態が隙間のある状態のときには、その隙間
部分に位置するケースの部分が剛性が弱くなり、上記図
４で述べたケースの開口部側と奥側との熱応力の関係が
生じ、より断線しやすい部分が出てくると考えられる。
このような場合にも、本発明では断線防止が可能であ
る。

【００２３】また、本発明は、第１の樹脂で封止された
ワイヤボンド実装部を有する回路基板（ハイブリッドＩ
Ｃ等）をケースに収納し、これを第２の樹脂を注入して
固定するようにした実装構造ならば、適用可能であり、
このような構造ならば上記ＳＩＰ以外に、ＤＩＰ等のパ
ッケージ形態でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る回路基板の実装構造の
模式的断面図である。

【図２】上記実施形態の効果の一例を示す図表である。

【図３】従来の回路基板の実装構造の模式的断面図であ
る。

【図４】図３の実装構造における熱応力印加による変形
の様子を示す説明図である。

【符号の説明】

１…回路基板、３…半導体チップ、５…ワイヤ、６…実
装部封止樹脂、８…ケース、９…注入樹脂。

フロントページの続きＦターム(参考） 4M109 AA02 BA04 CA02 EA02 EA10 EA11 EA12 EC04 ED02 EE02 GA02 5E336 AA04 AA09 BB15 BB18 BC34 CC43 EE05 EE08 GG01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一面上にワイヤ（５）により互いに電気
的に接続された電極部及び半導体素子（３）を有し、こ
れら電極部、半導体素子及びワイヤが第１の樹脂（６）
にて包み込むように封止されてなる回路基板（１）と、前記回路基板を収納するケース（８）と、前記回路基板と前記ケースとの間に充填され前記回路基
板を前記ケースに固定する第２の樹脂（９）とを備え、前記第１の樹脂の弾性率が前記第２の樹脂の弾性率より
も大きいことを特徴とする回路基板の実装構造。
【請求項２】前記第１の樹脂（６）の弾性率が前記第
２の樹脂（９）の弾性率よりも１桁以上大きいことを特
徴とする請求項１に記載の回路基板の実装構造。
【請求項３】前記第１の樹脂（６）の弾性率が１ＧＰ
ａ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載
の回路基板の実装構造。