JP2002502110A - 熱力学的封入剤部分が熱静力学的封入剤部分より優位に占めている電子ディバイス - Google Patents

熱力学的封入剤部分が熱静力学的封入剤部分より優位に占めている電子ディバイス

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リチャード エル． ジャコブス
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Abstract

(57)【要約】 接点を有する回路板および所定の物理的形状を有する集積回路チップを含んで成る電子ディバイスにして、該チップは該接点に高温はんだ付け関係で電気的に接続されているリード線を具え、該チップは該チップに適合し、接着している保護組成物を有し、該組成物は熱静力学的結晶性ポリマー鎖部分と熱力学的ポリマー鎖部分とを有する樹脂を含んで成り、該熱力学的ポリマー鎖部分は、それらが該熱静力学的結晶性ポリマー鎖部分に優先して高温はんだ接続熱を膨張的に吸収するそのような割合で存在している、そのような電子ディバイスと、その製造方法。かくして、該保護組成物は、はんだ付けサイクルを通じて該チップの物理的形状に対して適合し、接着したままになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） １．技術分野 本発明は、電気部品が一緒にはんだ付けされているタイプの電子ディバイス（
デバイス）に関する。本発明は、さらに、１つまたは２つ以上の電気部品が、は
んだ付け操作が行われる前に、環境遮蔽性封入剤（encapsulant）で保護されて いるそのようなディバイスに関する。本発明は、かくして、電子ディバイスにし
て、１つまたは２つ以上の集積回路チップとキャリアーアセンブリーとを、それ
らの電気的リード線をそのディバイスの他の回路部品に接続された、または接続
可能な接点にはんだで接続することにより、含んでいるそのような電子ディバイ
スに関する。本発明は、特に、典型的には上記アセンブリー上の封入剤をはんだ
の熱に対する曝露による分解から保護しつつ、電気的リード線を上記接点に結合
する、加熱された流動性のはんだを用いてそのようなディバイスを製造すること
に関する。
【０００２】 ２．関連技術 電子ディバイスは、本発明では、集積回路チップ（ＩＣ）と、回路板と一般に
称される支持体とを含めて、その集積回路チップのための支持体との組み合わせ
を意味する。電子ディバイスは、一般に、ＩＣを支持体としてのキャリアーに接
合して含む構造物から成る。ＩＣは、それ自体をキャリアーにＩＣ／キャリアー
アセンブリーとして電気的に接続する導電性の入りおよび出（Ｉ／Ｏ）リード線
を具える。ＩＣは、フリップ−チップ、ボール−グリッド・アレイ、チップ−オ
ン−ボード・アセンブリーまたはテープ−オートメーテッド−接合ＩＣに限定す
ることなくそれらを含めて、多数の標準的な半導体ディバイスのいずれであって
もよい。ＩＣは、これを導電性の入りおよび出リード線を対で具えるキャリアー
（またはリード線フレーム）に接合させることができる。キャリアーは、典型的
には、ＦＲ４エポキシ樹脂ボード、ビス−マレイミド樹脂回路板、銅鉛フレーム
、コーバー（Kovar）鉛フレーム、可撓性回路部品または窒化アルミニウム系セ ラミックのような各種セラミック基板より構成される。キャリアーは、典型的に
はピッチの細かい導電性の薄層状リード線を含む。ＩＣをキャリアーに接合させ
る材料は、一部のものは熱伝導性または導電性の充填材を含んでいる、いかなる
適当な熱硬化性または熱可塑性ポリマーのような有機材料であることもできるし
、或いは無機材料であって、はんだ、はんだペースト、一部は内部に熱伝導性ま
たは導電性の成分を含んでいるガラスより構成されていることもできる。ＩＣと
キャリアーの集成後、そのＩＣは、金またはアルミニウムワイヤーを利用するか
、またはグリッドアレイにはんだ付けされ、または接合された突起状チップを利
用するワイヤーボンディング法を用いてキャリアーに電気的に接続される。ＩＣ
とキャリアーとが機械的におよび電気的に集成されると、そのＩＣ・キャリアー
アセンブリーは、電子ディバイス中で最終的に使用するのに適切な封入剤で封入
することにより環境から保護される。この電子ディバイスを造る際に、封入アセ
ンブリーのリード線はそのディバイスの回路部品に接続されたディバイス接点と
並置され、次いではんだにそれら並置された接点とリード線を漬けるか、さもな
ければはんだをそれら並置接点／リード線の上に流すことによりはんだ付けして
導電性接続部を形成する。剥離、軟化、増大した粘着性または明白な粘つきによ
る封入剤の分解で顕現するように、封入剤が溶融はんだと直接接触した状態で、
或いはその溶融はんだの熱に曝露されることにより溶融はんだと間接的に接触し
た状態で、２０〜１２０秒の加熱に耐えないと、その電子ディバイスは環境問題
に直面し、また致命的な汚染にさらされる可能性がある。
【０００３】 （発明の概要） 従って、本発明の１つの目的は、はんだ付けサイクル中にはんだ熱の曝露に耐
え得る改良された電子ディバイスを提供することである。もう１つの目的は、は
んだ付けサイクルに対して抵抗性がある封入剤により、環境による損傷から保護
されている封入部品が組み込まれている電子ディバイスを製造する方法を提供す
ることである。それらの部品封入剤が、はんだ付け温度サイクルに分解なしに耐
えるように、熱力学的ポリマー（thermodynamic polymer）部分が熱静力学的ポ リマー（thermostatic polymer）部分より優位を占めているそのようなディバイ
スと方法を提供することが、さらにもう１つの目的である。さらにまたもう１つ
の目的は、はんだ熱に対する曝露中に発生する熱流束を取り込むに十分な熱溜め
を内部に含む本体（mass）を、キャリアーを有する前記ＩＣアセンブリーに提供
することである。それら熱溜めが、内部エネルギーの形ではなく、十分なマス容
量（mass capacity）が存在するポリマー鎖をランダム化することで熱流束を取 り込むことによって機能し、しかもそれら熱溜めが、熱流束の強さを、封入剤が
結合破壊と分解に耐えるのを可能にし、同時にはんだ浸漬プロセス中および室温
への降温中に封入剤アセンブリー全体の一体性を保持すべく、十分な応力を低下
させるのを可能にするのに十分な期間保存するように機能する構造を提供するこ
とが、さらにもう１つの目的である。１つのさらなる目的は、封入ＩＣ／キャリ
アーアセンブリー全体を、はんだ付けされるべき主回路部品に、本発明の電子デ
ィバイスを形成するように、例えばそのアセンブリーをして流動はんだ上を横断
、移動させて、熱安定性の、封入されかつ気密封止された集積回路構造を保持し
ながら、その主回路部品とのはんだ接点を作ることにより取り付けることである
。
【０００４】 以後明らかにされることになる本発明の上記のおよび他の目的は、キャリアー
の接点と、高温はんだの存在下で実質的に変わらない所定の物理的形状を有する
集積回路チップのリード線とを相互に電気的に接続するために高温はんだ付けサ
イクルに挿通し；そして、この高温はんだ付けサイクルの進行中に、そのはんだ
と加熱接触している上記チップの周りに、そのチップに適合し、接着して保護組
成物を保持する工程を含む電子ディバイスの製造方法にして、その保護組成物が
上記はんだの熱により膨張を受ける樹脂を含んで成り；その樹脂は結晶性熱静力
学的ポリマー鎖部分と熱力学的非晶質ポリマー鎖部分とを有し；ポリマー鎖部分
全体に対する上記熱力学的ポリマー鎖部分の割合が、はんだ熱の存在下で、上記
樹脂の膨張を、上記熱静力学的ポリマー鎖部分を同時には膨張させずに、上記チ
ップに対する上記保護組成物の適合性と接着性を、上記高温はんだ付けサイクル
を通じて維持するように吸収するのに十分な割合である上記の方法において実現
される。本発明は、さらに、上記方法の製品、さらに一般的には、接点を有する
キャリアーおよび所定の物理的形状を有する集積回路チップを含んで成る電子デ
ィバイスにして、上記チップは上記接点に高温はんだ付け関係で電気的に接続さ
れているリード線を具え、そのチップはそのチップに適合し、接着している保護
組成物を有し、その組成物は熱静力学的結晶性ポリマー鎖部分と熱力学的非晶質
ポリマー鎖部分とを有する樹脂を含んで成り、その熱力学的非晶質ポリマー鎖部
分は、その熱静力学的ポリマー鎖部分が、はんだ熱の接触後も、それらの原適用
場所で上記チップに対して適合し、かつ接着したままとなっているそのような相
対的割合で存在している、上記の電子ディバイスを提供する。
【０００５】 さらに特定の面から見ると、本発明は、上記の方法において、脂肪族ジイソシ
アネートプレポリマーおよび脂肪族ジイソシアネートと反応する（reacted；反 応した）オリゴマーから形成されている第一反応性成分と、脂肪族または芳香族
ジアミンおよびオリゴマーから形成されている第二反応性成分とから形成されて
いる樹脂を選択するものである。ここで、上記オリゴマーは、約１００〜２０，
０００ダルトンの分子量を有する、ほぼ二番目〜十五番目毎の鎖中炭素原子上で
置換されている、上記樹脂中に三次元のねじれおよび螺旋構造をアタクチック、
シンジオタクチックまたはアイソタクチックの配置で生成させるのに有効なほぼ
直鎖のポリマー部分を含んで成るものである。
【０００６】 この態様および類似の態様において、前記方法は、典型的には、さらに、前記
第一反応性成分プレポリマーの脂肪族ジイソシアネートをメチレンジシクロヘキ
サンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートおよびヘキサメチレンジイ
ソシアネートから選択すること、この場合そのプレポリマーは３〜５０重量％の
上記ジイソシアネートを含んで成ること；上記プレポリマーを、上記第一反応性
成分に対して５〜１５重量％の量で存在するメチレンジシクロヘキサンジイソシ
アネート、イソホロンジイソシアネートまたはヘキサメチレンジイソシアネート
から成る脂肪族ジイソシアネートと反応させること；上記アミンとして脂肪族ジ
アミンを選択すること；上記脂肪族ジアミンとして、ジアミノアルカン、または
アルキル、アルコイル、アリール、アロイル若しくは脂環式基で置換されたジア
ミノアルカンから成る第一または第二脂肪族ジアミンを選択すること；または上
記脂肪族ジアミンを、具体的には、エチレンジアミン、ピペラジン、ｎ−アミノ
エチルピペラジン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ピペラジ
ン系環状化合物、１，３−ビス（アミノエチル）シクロヘキサン、１，４−ジア
ミノシクロヘキサン、ｍ−キシレンジアミン、それらの同族体およびアミノキャ
ップ基付き低分子量ポリオールから選択することをさらに含む。但し、好ましく
は、その脂肪族ジアミンは約２０００ダルトンより小さい分子量を有し、そして
上記第二反応性成分に対して約１０重量％より少ない量で存在している。
【０００７】 本発明は、さらに、前記脂肪族ジアミンと共に、またはそれに代えて、二官能
性または多官能性を有し、分子量が約２０００ダルトンより小さい第一または第
二芳香族アミン、例えば３，５−ジエチル−２，４−トルエンジアミン、ジ−（
３，５−メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン、メチレン−ビス−オルトク
ロロアニリン、メチレンジアニリン、メチレン−ビス−メチルアントラニレート
、ｍ−フェニルジアミン、トリメチレングリコール−ジ−ｐ−アミノ安息香酸エ
ステルまたはアミンキャップ基付きポリオールのような芳香族ジアミンを使用す
ることも企図するものである。
【０００８】 前記方法は、典型的には、オリゴマーとして、重合した線状、環状または分枝
鎖状のアルカン類および同アルケン類、並びにアルケン類若しくはアルカン類と
それぞれ重合したアルカン類若しくはアルケン類、またはアルキン類、例えば、
約４０００ダルトンより小さい分子量を有する、ポリ塩化ビニル、エチレンポリ
マー、プロピレンポリマー、ジエン、エチレン−プロピレンポリマー、ポリイソ
プレン、天然ゴム、ポリブチレンポリマー、スチレンブタジエンポリマーおよび
ハロゲン化ポリマーを、好ましくは上記オリゴマーとしての１，３−ブタジエン
のポリマーを含めて、エチレン、プロピレン、ブチレン、ビニル、アリル、塩素
化ビニル、ジエンモノマー、オリゴマーおよびポリマーのホモポリマーおよびコ
ポリマーを用いるものである。
【０００９】 本発明の電子ディバイスは、典型的には、前記樹脂として、脂肪族ジイソシア
ネートプレポリマーおよび脂肪族ジイソシアネートと反応する（反応した）オリ
ゴマーから形成されている第一反応性成分と、脂肪族または芳香族ジアミンおよ
びオリゴマーから形成されている第二反応性成分との重合生成物とを用いるもの
であり；この場合上記オリゴマーは、約１００〜２０，０００ダルトンの分子量
を有する、ほぼ二番目〜十五番目毎の鎖中炭素原子上で置換されている、その樹
脂中に三次元のねじれおよび螺旋構造をアタクチック、シンジオタクチックまた
はアイソタクチックの配置で生成させるのに有効なほぼ直鎖のポリマー部分を含
んで成り；上記第一反応性成分プレポリマーの脂肪族ジイソシアネートはメチレ
ンジシクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートおよびヘキ
サメチレンジイソシアネートから成り、ここでそのプレポリマーは３〜５０重量
％の上記ジイソシアネートを含み、またそのプレポリマーは上記第一反応性成分
に対して５〜１５重量％の量で存在するメチレンジシクロヘキサンジイソシアネ
ート、イソホロンジイソシアネートまたはヘキサメチレンジイソシアネートと反
応せしめられたものであり；上記アミンは第一または第二脂肪族または芳香族ジ
アミンから成り；上記オリゴマーは、重合した線状、環状または分枝鎖状のアル
カン類および同アルケン類、並びにアルケン類若しくはアルカン類とそれぞれ重
合したアルカン類若しくはアルケン類、またはアルキン類、例えば、約４０００
ダルトンより小さい分子量を有する、ポリ塩化ビニル、エチレンポリマー、プロ
ピレンポリマー、ジエン、エチレン−プロピレンポリマー、ポリイソプレン、天
然ゴム、ポリブチレンポリマー、スチレンブタジエンポリマーまたはハロゲン化
ポリマー、好ましくは上記オリゴマーとしての１，３−ブタジエンのポリマーの
ような、エチレン、プロピレン、ブチレン、ビニル、アリル、塩素化ビニル、ジ
エンモノマー、オリゴマーおよびポリマーのホモポリマーおよびコポリマーから
成る。
【００１０】 本発明を添付図面と共にさらに説明することとする。
【００１１】 （詳細な説明） 本発明による満足な電子ディバイスは、封入剤組成物を使いものにならなくす
るはんだ熱による分解に抵抗するために、２つの性質を有する。即ち、第一は、
封入剤において、その封入剤を、その下にある、寸法が本質的にほとんど変化し
ない、例えばＩＣチップより構成される基板から分離させずに熱曝露に対して動
的に応答する能力であり（これには、そのように応答する十分な熱力学的ポリマ
ー部分と、その基板上の封入剤の物理的強さと接着力を保持する十分な熱静力学
的ポリマー部分とが必要とされる）、そして第二は、はんだ付けサイクルの温度
条件下でそのサイクル時間にポリマーの化学結合の耐切断性である。これらの必
要条件は次の実施例に見いだされる。
【００１２】実施例１ 次の実施例を参照して本発明をさらに説明することとする。この実施例におい
ては、封入剤樹脂は電子部品に適用され、そしてはんだ付けサイクルにおけるよ
うなはんだ熱による分解に対する抵抗性について評価される。二成分型ポリマー
前駆体組成物は次のようにして調製された：
【００１３】パートＡ 工程１： 容器に２８．００グラムのメチレンジシクロヘキサン−４，４’−ジイソシア
ネートを入れ、続いて６２．００グラムの、ＭＷ２４００の、二官能性のヒドロ
キシル末端基付きポリブタジエン樹脂（R45HT、Elfアトケム社［Elf Atochem］ ）を入れた。両物質を混合し、そして３１０゜Ｆ（１５４．４℃）に昇温し、１
時間加熱して擬似プレポリマーを製造した。
【００１４】 工程２： 工程１のプレポリマー反応が完了し、そのプレポリマーを室温まで冷却したら
、１０．００グラムのメチレンジシクロヘキサン−４，４’−ジイソシアネート
（デスモジュール［Desmodur］Ｗ、モーベイ・ケミカル社［Mobay Chemical］）
および１．００グラムのＡ１８７シラン（ユニオン・カーバイド社［Union Carb
ide］）を加えた。この混合物を完全にブレンドし、次いで気泡が消失するまで ５mmHgの減圧下で１５分間脱気した。得られたポリマーパートＡを５０ccの二重
カートリッジの一方の側の中に包装した。
【００１５】パートＢ 工程１： ８３．００グラムの、MW２８００の、二官能性のヒドロキシル末端基付きポリ
ブタジエン樹脂（R45HT、Elfアトケム社、北米）をカップの中に秤取し、続いて
１５．０グラムのジエチルトルエンジアミン（エタキュアー［Ethacure］１００
、エチル・コーポレーション［Ethyl Corporation］）、１．００グラムのラベ ン（Raven）４３０カーボン（コロンビアン・ケミカル社［Colombian Chemical ］）、０．２００グラムのフルオラド（Fluorad）ＦＣ４３０（３Ｍ社［3M Comp
any］）および０．１２５グラムのコスカット（Coscat）８３（コサン・ケミカ ル社［Cosan Chemical］）を秤取した。この混合物を混合し、２１２゜Ｆ（１０
０℃）で１５分間加熱してその系を脱水し、気泡が消失するまで５mmHgの減圧下
で脱気し、次いで上記５０ccの二重カートリッジの他方の側の中に包装した。
【００１６】 熱力学的優位性についての組成分析 以上の試薬は、得られるウレタンポリマーに、熱弾性の式に基づいて、全組成
物中に十分な非晶質／ゴム状相部分を与えるものである。この組成物の試薬は、
ほとんど正確に等しい化学当量数のメチレンジシクロヘキサン−４，４’−ジイ
ソシアネートが全組成物中でジエチルトルエンジアミン（エタキュアー１００、
エチル・コーポレーション）の全化学当量と完全に反応する場合、微分反応性（
differential reactivity）を有する。このプロセスにおいて、熱静力学的部分 を形成している結晶性／ガラス状ハードセグメントの大きなドメインには、非晶
質ブタジエンオリゴマーの前に生成する時間があり、またその非晶質液体マトリ
ックス内の残りのメチレンジシクロヘキサン−４，４’−ジイソシアネートプレ
ポリマーには反応する機会がある。次いで、そのブタジエンオリゴマーおよび残
りのメチレンジシクロヘキサン−４，４’−ジイソシアネートプレポリマーは、
これら非晶質セグメントを結合して上記結晶性／ガラス状ハードセグメントに組
み込む。次の割合に留意されたい：
【００１７】 ハードセグメント物質 ＥＷ 当量 重量 …ジエチルトルエンジアミン ８９ ０．１６９ １５．０ｇ …メチレンジシクロヘキサン −４，４’−ジイソシアネート １３１ ０．１６９ ２２．１ｇ …Ａ１８７シラン １．０ｇ …ラベン４３０カーボン １．０ｇ …フルオラドＦＣ４３０ ０．２ｇ 結晶性／ガラス相の合計 ３９．３ｇ
【００１８】 非晶質セグメント物質 ＥＷ 当量 重量 …メチレンジシクロヘキサン −４，４’−ジイソシアネート （38.0g−22.1g＝15.9g） １３１ ０．１６９ １５．９ｇ …ヒドロキシル末端基付き ポリブタジエン樹脂、R45HT （62.0g＋83.0g＝145g） １４５．０ｇ …コスカット８３ ０．１ｇ 非晶質相の合計 １６１．０ｇ 組成物の合計 ２００．３ｇ
【００１９】 明白なように、非晶質相の合計は（１６１．０ｇ／２００．３ｇ）１００＝８
０．３パーセントである。これは、この組成物の熱弾性が２３２℃（４５０゜Ｆ
）のはんだ浸漬温度に対するある温度偏位についてのその組成物の内部応力を全
て緩和するのに必要であると予想される熱力学的部分の７４パーセントと言う優
位量よりも多い。かくして、以下において詳細に述べられるこの組成物の実験上
の挙動は、後に示される熱弾性の式により予測される。
【００２０】 混合 パートＡおよびＢを、静的ミキサーの末口（ノズル）を通して、空気の作用で
、３つのタイプの基板、即ちポリエチレンボード、０．６４ミルのアルミナボー
ドおよび０．０６ｍｍのＦＲ４ボードの上に並列で分配した。ＦＲ４の試料およ
びアルミナの試料は、まず、その基板を約１００℃に加熱し、次いで上記物質を
、各基板上に、ｘｙテーブルディスペンサーを用いて６０℃で分配することによ
って作成された。２８ｍｍ×５３ｍｍの長方形の上記試料を作成するのに用いら
れた電子プログラムは４ｍｍ／秒の速度で流された。分配混合物の流動は卓越し
たもので、約２８ミルと言う低いクラウン高さが達成されることが直ちに観察さ
れた。
【００２１】 樹脂の完全硬化後、上記試料を４時間の加圧加熱処理に供した。この場合、性
能を近づける便法がJEDEC（下記を参照されたい）による最高曝露レベルで用い られた。試料は続いて８５℃、８５％相対湿度で７日間保持された。この予備コ
ンディショニングは、JEDEC試験法Ａ１１２、レベル１の最高レベルを満足する ものである。
【００２２】 上記の加圧処理およびJEDECレベル１処理が施された試料に対して幾つかの試 験、即ちはんだポットテスト（Solder Pot Test）（２２０〜２３０℃）、ＩＲ リフロー試験（２５℃から２２８℃まで３．５℃／秒で昇温し、次いで２５℃ま
で３．５℃／秒で降温する）、および熱機械的分析（ＴＭＡ）を行った。アルミ
ナおよびFR4の両試料は、上記はんだポットテストで曝露２０秒後にいずれの基 板からも視認できる分解または離層が認められず、このテストに合格した。アル
ミナおよびFR4の両試料は、上記はんだリフローテストで視認できる分解または 離層の徴候は認められず、このテストに合格した。
【００２３】 この実施例の物質付着グロブ（glob）は、かくして、大きな２８ｍｍ×５３ｍ
ｍ試料でJEDEC試験法Ａ１１２の最高レベル（レベル１）に効果的に耐える。
【００２４】 この実施例のポリマーは、また、はんだ熱の下で分解が無く、かつ切断も無い
と言う２つの基準も満足する。その樹脂成分の分析はこの結果を説明している。
即ち、樹脂中の熱力学的部分対熱静力学的部分の割合に関し、本実施例の樹脂は
約７４％の非晶質熱力学的部分と、これに相関して２６％の結晶性熱静力学的部
分を含んでいる。これらの部分は一緒に結合し、そして最も近いまたは接触して
いるはんだの熱をして、樹脂を弱化させずに、または非力学的または熱静力学的
結晶性部分を膨張またはシフト（shift）させずに、即ち勿論全く膨張しないか 、僅かしか膨張しないキャリアーに対する接着性を失わせずにシフトする熱力学
的部分を膨張させるように機能する。非膨張性のキャリアーに接着した膨張性の
樹脂の接着にそのとき内在する応力は、かくして、その樹脂封入剤の熱力学的部
分中にあって、熱静力学的部分中にはない応力を吸収することによって緩和され
る。この結果は、勿論、熱力学的部分が十分に存在していさえすれば得ることが
できる。その特定の割合は含まれる樹脂によって変わるが、本実施例の樹脂は約
８０％の熱力学的部分と、従って約２０％の熱静力学的部分とを含む。本実施例
の樹脂のタイプに関しては、十分な量の熱力学的部分（本明細書では、熱溜めと
称されるときもある）は、理論的には約７４％であると思われる。他の樹脂では
、特にあまり厳しくない用途には、その熱力学的部分は５０％程度の低割合であ
ることができる。
【００２５】 いかなる特定の理論にも縛られることを望むものではないが、これら結果の１
つの説明として、本実施例の樹脂は、それが封入剤として利用されるとき、そし
てその結晶性または熱静力学的部分およびその化学的構成の、封入剤として上首
尾の樹脂であることを意味するはんだポット中で２０秒を越える時間耐える十分
な結合破壊抵抗性により、応力の十分な内部緩和を可能にする十分な熱溜めとな
る熱力学的樹脂部分の割合を有すると考えられる。これらの試料は分解、即ち軟
化、増大した粘着性または粘つきを示さなかった。この上首尾の試験結果は、そ
の樹脂の結合が破壊されておらず、従ってそのポリマー鎖は切断されておらず、
それによって熱分解が無いことおよび結合破壊抵抗性を持つと言う要件を満たし
ていることを示している。２８ミルと言う達成されたクラウン高さは、多分スマ
ートカードを除けば、あらゆる商業用途に求められる要件を満たす。さらに、そ
の加工処理時間は、連続するグロブ処理の適用（globbing application）間の時
間間隔が数秒である自動式適用に対して十分に長い。前記樹脂中における非晶質
のゴム状または熱力学的相または部分の最低割合、即ち最低パーセントは、下記
において詳細に述べられるウレタンで、純粋な結晶性相および非晶質相の密度、
膨張率、弾性率および熱容量を考慮に入れて計算することができる。これらの値
は次のとおり近似させることができる：
【００２６】 ρ＝０．９グラム／ｃｃ：混合した結晶性および非晶質相について； Ｃｐ＝０．１１４カロリー／ｇｍ℃：上記ウレタン樹脂について；
【００２７】 Ｃｖ＝０．０５：結晶性相対ゴム状相の質量比の推定値に基づく。ここで、 本発明者は、Ｃｖは結晶性相に関係し、またＣｐ−Ｃｖはゴム状相に 関係すると判断する；
【００２８】 ∃＝７８６／０．１０（ポンド／平方インチ）（歪みの単位は無単位である ことを記憶しておくこと）； ∃c＝５０００／０．１０（ポンド／平方インチ）（歪みの単位は無単位であ ることを記憶しておくこと）； 注：これは類似の純結晶系に基づく推定値である。
【００２９】 α＝１００ppm／℃：全組成物について。本発明者は： ゴム状相について、αr＝１５０ppm／℃ 結晶性相について、αc＝５０ppm／℃ であると推定する；
【００３０】 Ｔ1＝２３２℃；Ｔ0＝２０℃；＝２１２℃； Ｃ＝９４．１４カロリー／ｃｍ／psi とした場合、
【００３１】
【数１】
【００３２】 である。従って、
【００３３】
【数２】
【００３４】 である。総容積についてのＶ1は、Ｖ1＝Ｖ0＋ΔＶであるから、
【００３５】
【数３】
【００３６】 である。即ち、非晶質のゴム状セグメントは、偏位中に封入剤内の全内部応力を
緩和するには、最低７４％でなければならない。
【００３７】 この式は、非晶質ゴム状相のΔＶは、前記の∃、αr、αc、ρ、ＣｐおよびＣ
ｖの固有の熱力学的性質を持つエラストマーでは、最低で質量の７４％でなけれ
ばならない（または、結晶性相は最大で質量の２６％でなければならない）、即
ちゴム状非晶質相の体積分率は、非晶質相の質量がはんだへの熱偏位に対する膨
張力を相殺するために、結晶性相の少なくとも２．８５倍でなければならないこ
とを予測させるものである。
【００３８】
【数４】
【００３９】 色々なタイプのＩＣ／キャリアー保護 集積回路は、歴史的に、その回路に機械的保護と気密封止を与えるために種々
の材料で封入されてきた。機械的保護の理由は明白である。気密封止を与える理
由は、敏感なＩＣおよびワイヤー接続部に運び込まれる可能性のある湿気や塩の
侵入を低下させるか、または防止することである。導電性のイオンは、それらが
たとえ痕跡量であっても、回路部品を破壊する。一般に、商業的には、必要な機
械的保護と気密封止を達成するために、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂および
シリコーン樹脂のような、（カチオンおよびアニオンを重量で百万部当たり約２
部以下のレベルでしか含んでいない）極端にきれいな樹脂状またはポリマー材料
が用いられてきた。
【００４０】 集積回路の封止は図面で説明されている。図面において、集積回路アセンブリ
ー１０は半導体ディバイス部品１２を含み、この半導体ディバイス部品は基板１
４に接着剤１６で接合されている。ディバイス部品１２はリード線１８、２２を
具え、それらリード線は接触パッド２４、２６にそれぞれ電気的に接続されてい
る。アセンブリー１０は封入樹脂２８で封入されており、その封入樹脂は、封入
剤が熱膨張すると応力が大きくなる可能性のある場合、シリコン半導体ディバイ
ス部品１２の角において、電気的リード線１８、２２（および、図示されないが
、あるとすればそのディバイス部品から延びている支持脚）、並びに多分それら
ディバイス部品、リード線、そして勿論封入樹脂２８のいずれとも異なる膨張特
性を有する別の材料である基板１４上に接合して含むそのシリコーン半導体ディ
バイス部品に接合されている。アセンブリー１０はその上に電気導体のアレイ３
２を具え、そのアレイはキャリアー３６上の同様のアレイ３４と位置が整合され
、そして流動はんだまたは他の手段で一緒にはんだ付けされている。ここで、ア
センブリー１０はキャリアー３６に脚３８、４２で取り付けられている。接触ア
レイ３２、３４の界面にはんだを付着させる過程で、アセンブリー１０は、必然
的に、はんだ自体でないにしても、実施されるはんだ付けのタイプに依存して、
おおよそで若干の時間、例えば２０〜１２０秒間溶融はんだの熱に曝露される。
封入樹脂２８が熱破壊性、即ちはんだ温度で熱的に不安定であると、ディバイス
部品１２の保護は不首尾となる。十分に耐熱性の封入樹脂２８は、耐熱性であっ
ても、その樹脂が、後記で説明されるように、リード線１８、２２またはそれら
の接続を破壊するか、またはアセンブリー１０をゆがめるように膨張するならば
、問題である。
【００４１】 気密封止を作り出すプロセスは、電子部品の寿命を保つために必要である。し
かし、商業的に入手できる封入剤とＩＣチップアセンブリーとの線膨張率（ＣＬ
Ｅ）における僅かな不適合が、実質的なそりまたは離層がそのギャングアセンブ
リー内に起こる前に、その埋封の大きさを制限する。
【００４２】 樹脂の純度とＣＬＥの整合が、封入部品を持つ電子ディバイスが好適なものと
なるために満たさなければならない唯２つの基準である。部品リード線をその電
子ディバイスの接点にはんだ付けする必要が、流動はんだ付けのような自動化は
んだ付け系の過酷さに封入剤および部品が耐えなければならないことが材料の選
択で考慮すべき重要な点であることを要求しているのである。ＩＣ／キャリアー
アセンブリーの封入剤樹脂部分に関し、そのＩＣ／キャリアーに接着されたまま
の硬化封入剤構造物は、はんだ付けプロセスに曝露されたときに分解して熱可塑
性となったり、或いはその構成成分に戻ったりするようなことがあってはならな
い。さらに、封入剤樹脂は、湿分、またははんだ付けプロセスに曝露されたとき
に沸騰したり、ガスを抜いたり、或いは膨張したりする他の溶媒を実質的な量で
含んでいるべきでない。封入剤樹脂は、さらに、はんだ付けプロセスに曝露され
たときに、その封入剤内に存在しているかもしれないどんな少量の水も速やかに
出て行くことができるような構造を有しているべきである。
【００４３】 熱静力学的樹脂をこの樹脂が優位を占めるように用いてのＣＬＥ値合わせ 樹脂封入剤、ＩＣ、存在するワイヤーおよびキャリアーまたは基板のＣＬＥ値
合わせは不要であって、それは、実際には、電子ディバイスの設計では逆効果を
招く。封入材料の選択に対して取られた歴史的な方法は、主として、熱流束を取
り込むとき、即ち投入熱エネルギーがほぼ最低のエネルギー状態から原子を取り
出し、それらをその最低エネルギー状態より高いあるエネルギーに状態に入れ、
それによって原子間距離を大きくするとき、膨張のフック原理（フックの法則）
に実質的に従う結晶性またはガラス状エポキシ樹脂または同アクリレート樹脂構
造のものを利用するものであった。このＣＬＥ値合わせ法の下では、硬化した封
入剤は、基板のＣＬＥを可能な限り狭い範囲で合わせる構造を有し、かくして一
方におけるＩＣ、基板または埋封ワイヤーと他方における封入剤との間の応力を
最小限に抑える。
【００４４】 エポキシ樹脂およびアクリレート樹脂封入剤は、典型的には、ＩＣとキャリア
ー基板の両者に関して調整されたＣＬＥを達成するために変性される。ディバイ
スアセンブリーの色々な部分は、しかし、ＣＬＥがわずかに異なることは不可避
であり、従って封入剤ＣＬＥとアセンブリーの平均ＣＬＥとの最良の適合点を見
つけるように折り合いを付けなければならない。かくして、封入剤樹脂を含めて
個々の部品の完全な一致は達成されない。
【００４５】 ＣＬＥがほとんど完全に一致している場合でも、室温から流動性はんだ温度ま
で非常に大きい温度偏位があると、ＩＣ構造の重要な部分に歪みが加えられる。
例えば、ＩＣと基板との間の接合線（bondline）に歪みが加わる可能性があり、
その結果、そのアセンブリーが流動はんだに供されたとき、多分剥離状態になる
だろう。または、壊れやすいワイヤーの結合または他の回路部品には温度偏位中
に歪みが掛かるであろう。さらに重要なことには、内部歪みではなく内部応力は
、ワイヤー接続部の剥離または破壊を引き起こす。従って、それらＣＬＥを精密
に調整することが必ずしもはんだ付け時に損傷を防ぐ十分な戦略とはならない。
【００４６】 さらに、シリコンＩＣ、それらＩＣが取り付けられる基板および金またはアル
ミニウムワイヤーの相互接続部のＣＬＥは、全て、生地のエポキシ系、アクリル
系またはシリコーン系材料のいずれのＣＬＥと比較しても非常に小さい。例えば
、キャリアーまたは基板は２〜２０ppm／℃の範囲のＣＬＥを有することができ る。他方、無充填エポキシ樹脂またはアクリレート樹脂は８０〜１５０ppm／℃ の範囲のＣＬＥを有する。シリコーンゴムは生地のままでは上記より相当に高い
ＣＬＥさえ持っている。従って、これらのエポキシ樹脂またはアクリレート樹脂
組成物は、一般的には、封入剤組成物とＩＣ／基板アセンブリーとに全くよい適
合を達成するためには、低ＣＬＥ（２〜１０ppm／℃）の鉱物質系充填材を混合 することで変性することが必要である。変性エポキシ樹脂および同アクリレート
樹脂については、そのＣＬＥまたは歪みの不適合を数ppm／℃以内まで最小化す ることができる。それでもなお、ＩＣ／封入剤間または基板／封入剤間およびワ
イヤー／封入剤間の微分応力は非常に大きい可能性がある。これは、その変性エ
ポキシ樹脂およびアクリレート樹脂のモジュラス自体が一般に非常に大きいから
である。ＩＣ、基板またはワイヤーと封入剤との間の微分応力は、硬質の非エラ
ストマー性材料では、ＣＬＥ不一致の度合いを封入剤のモジュラスに乗じたその
積でほとんど近似せしめられる。ＩＣ、基板およびワイヤーの低ＣＬＥを合わせ
る目的で調合しようとするとき、これら封入剤樹脂のＣＬＥを低下させるための
充填材の混合にはそれらのモジュラスをさらに高いレベルまで増加させるという
意図しない副作用があるために、戻りを減らすと言う状況が生まれる。これは、
ポリマー鎖間のボイド領域間に、マクロスケール乃至ナノスケールで存在する鉱
物質充填材の粒子によって明確化することができる。その効果は、局在化応力を
必要なときに緩和するために、ポリマー鎖が伸張し、収縮しまたは順応する能力
を低下させることである。
【００４７】 全てではないが、ＩＣアセンブリーは不適合ＣＬＥ問題で実質的な影響を受け
る。内部応力が掛かると言う問題は、１００×１００平方ミルまでの小部品アセ
ンブリーでは最小限に抑えることができる。それより大きい、１０００×１００
０平方ミルまでのＩＣアセンブリーには、しかし、はんだ付け中に微分応力に耐
える限られた能力しかない。
【００４８】 熱力学的樹脂をこの樹脂が優位を占めるように用いた場合のＣＬＥ値不適合 封入剤とＩＣ／基板／ワイヤアセンブリーとのＣＬＥを合わせることは本来困
難なことであるので、本発明はモジュラスが低いエラストマー性材料を選択する
。エラストマーをそれが低モジュラスであることから選ぶのは、そのＣＬＥが非
常に高く、２００〜３００ppm／℃のオーダーであると言う自然の帰結である。 封入剤／ＩＣ、封入剤／基板または封入剤／ワイヤーの各界面における歪みが大
きいかもしれないが、そうだとしても、これら領域中の応力は低モジュラスを有
するエラストマーを用いることによって、それを最小限に抑えることが可能であ
る。この方法を選択することには、非接触（空気−硬化した）表面領域が形状設
計の一部として最大化されるとき、局在化応力を緩和することができる点で、少
ないと言っても、もう１つの明白な利点がある。
【００４９】 シリコーンゴムは封入剤として考えられてきた主要エラストマー材料である。
シリコーンゴムは、ＩＣチップの角または接続ワイヤーに沿った部分のようなＩ
Ｃの高応力領域における局在化応力を緩和する能力を有する。シリコーンゴムは
しかし極性が十分に高く、シリコーンが有効な封入電子ディバイスとは相容れな
い水および塩を吸収するという点で問題である。
【００５０】 電子ディバイス用封入剤の追加の基準に加工性がある。即ち、封入剤はＩＣ／
基板／ワイヤーアセンブリーを機械的保護と機密性のために、適正に被覆する流
動性の液体でなければならない。適所に流入した後、封入剤は続いて硬化しなけ
ればならない。ＩＣの封入は、通常、ＩＣがキャリアー上に配置され、分配ステ
ーションの下で位置合わせされる生産ライン方式で成し遂げられる。少量の封入
剤が単一のグロブにおいてか、または１つの流れをリボンパターンに配置するか
、或いは複数のドットより成るグリッドを四角若しくは十字パターンで配置する
ことのいずれかによって分配される。このパターンは、各ドットまたは流れにつ
いて、その分配量を、上記ステーションの下にある多軸テーブルの偏移に時間が
合わされたプログラム済み分配速度により調整することによって、または分配ノ
ズルの位置を位置合わせステーションに対して変えることによって生じさせるこ
とができる。
【００５１】 ＩＣの良質な封入を実現する主要な点は、封入剤の流動性と関係がある。この
流動には次の３つの条件が求められる：
【００５２】 １．ＩＣの寸法に近似した四角または矩形の形状を生じさせるために、分配物
の流動は十分に制御可能でなければならない；
【００５３】 ２．分配物は、グロブ、流れまたはドットが、取り込みまたは条痕なしに一緒
に融合するように十分な流動性を有していなければならない；および
【００５４】 ３．分配物の流動は、封入パターンが水平な表面を有する（即ち、そのクラウ
ンに対する半径が最小である）ように、十分に一様でなければならない。
【００５５】 封入剤がＩＣアセンブリーの上に分配されると、それは硬化されなければなら
ない。封入剤は即時硬化が可能であるか、またはそのＩＣアセンブリーが次の生
産ステーションに移動されるとき、それにつれて位置が変動するのを防ぐように
、直ちにゲル化することができる。硬化は、潜硬化剤を含む熱的に硬化されるか
または光硬化される一液型樹脂、または化学的に反応せしめられ、そして熱的に
硬化される二液型樹脂／硬化剤系を伴う熱硬化プロセスによることができる。
【００５６】 ＩＣアセンブリーが封入され、完全に硬化されると、そのＩＣアセンブリーと
そのキャリアーはテストに供され、次いで１年以下の期間貯蔵された後、より大
きい回路部品に貼り付けられ、はんだ付けされる。エレクトロニクス機器の製造
は、その大部分が環境湿度の高い東南アジアで行われている。高湿度は、封入Ｉ
Ｃ／アセンブリーを使用するエレクトロニクスの質と寿命を制限する。貯蔵中に
封入剤とＩＣの中に相当量の湿分が吸収、保持されるならば、その湿分ははんだ
プロセス中に沸騰を起こす可能性がある。連行湿分が痕跡量であっても、湿分が
過熱水蒸気に変わるとき、ＩＣ／アセンブリー内に大破壊を引き起こすことがあ
り得る。痕跡量の水が核となって水蒸気を生成させている諸領域で封入剤が亀裂
を起こしている場合、「ポプコーン形成」と呼ばれる状態が生じ得る。応力がそ
のＩＣ構造内に持ち込まれることがあり、その場合はＩＣと基板との間に剥離が
生ずる可能性があり、またワイヤーの結合に応力が加わって破壊を起こすことさ
えあり得る。
【００５７】 例として挙げたこれらの非常に大きい応力がはんだ付けプロセスに由来するも
のではないかもしれないが、たとえそうだとしても、気密封止の破壊は、それが
どのようなものであっても、製品寿命を短くする可能性がある。従って、選ばれ
た封入剤がどんなものであっても、それを予め調湿された状態を用いて試験し、
次いではんだ付け条件に付すことが推奨される。IPC SM 786A、パラグラフ4.152
により定められている工業規格が、封入ＩＣ構造物を評価するための種々の予備
調湿レベルと試験規格を定めている。最も厳しいレベルであるレベル１は、約８
５％相対湿度における無限貯蔵寿命に相当する。
【００５８】 これらの基準を心に留めて、本発明は、これら基準の全てを満たすエラストマ
ー、具体的にはウレタン繰返単位を有する樹脂で封入されたＩＣアセンブリーを
有する電子ディバイスを提供するものである。ここで、上記ウレタン繰返単位は
、熱力学的部分、即ち非晶質部分が熱静力学的部分、即ち結晶性部分より実質的
に優位な量で存在するそのような様式で重合されており、この場合これら部分の
それぞれの本体は、前者が投入熱を封入剤と基板との間の接合を歪ませることな
く吸収することができ、後者が必要な強さを与え、そしてそれら全体がはんだ付
けの熱曝露による破壊に抵抗して、上記のプロセス中にその一体性を保つように
一緒に結合されている。
【００５９】 理想的なエラストマー 理想的なエラストマーは、はんだ付けプロセスに耐えるための、ＩＣ／アセン
ブリーと共に使用されるべき封入剤を選ぶ良好な基礎であるから、本発明の方法
は理想的なエラストマーの決定とそのエラストマーを実際の材料とどう近づける
かを必要とする。理想的なエラストマーとは、本発明では、ＩＣ／アセンブリー
に機械的保護を与えるべく十分に高いモジュラスを有し、高容量のエントロピー
的およびエンタルピー的「熱溜め（thermal well）」を含むエラストマーと定義
されるものである。エントロピー的熱溜めは、形態内に結晶性および／またはガ
ラス相をある一定の最低レベルで含みまたは分散させることによってその本体が
ある最小限の機械的保護を維持する必要があることを考慮しても、エントロピー
的特性が関係する可能性があるのと同じくらい、与えられる封入剤の内部構造に
関係がある。
【００６０】 本発明においては、特定の温度偏位に対して総内部応力を緩和できるようにす
るのに必要な何らかの特定組成について必要とされるある規定された質量レベル
のエントロピー的熱溜めが存在する。この組成は下記の熱可塑性の式によるジオ
メトリー（geometry）とは無関係である。
【００６１】 エントロピー特性は定容熱容量Ｃｖより小さい定圧熱容量Ｃｐに関係付けられ
る。この場合、ある最小量の機械的保護が必要であることを考慮して、Ｃｐの値
は最大化され、一方Ｃｖの値は最小化される。エラストマーの理想的状態は、数
学的には、理想気体の法則ＰＶ＝ｎＲＴにより気体の理想状態に関係する。ここ
で、（ＰＶ）項は、熱流束をして、事実上結合の振動、回転、そして最終的には
結合破壊と言う破壊効果である封入剤構造の内部エネルギーに移動せしめるのを
可能にすると言うよりは、むしろ熱流束を取り込むことができるエントロピー的
エネルギー溜め容量（entropic energy well capacity）に関係がある。
【００６２】 結晶性またはガラス状構造は、ほぼ最低のエネルギー状態から原子を取り出し
、それらをその最低エネルギー状態より高いあるエネルギーに状態に入れ、それ
によって原子間距離を大きくするその熱エネルギーに基づいて熱流束を取り込む
とき、膨張のフック原理に従う。この内部エネルギー溜めも、力を、封入剤内の
結晶性またはガラス状形態の微分膨張の力を打ち消す封入剤構造に移動させる。
これらのいわゆる寛容の力（forces of forgiveness）が最小限の内部応力しか 掛からないようになし、そして局在化応力を放散させるその能力を与える。この
熱溜めと寛容の力は熱力学的に完全に可逆性となるべく動力学的に十分に応答性
であって、温度が周囲条件まで下がった後も機械的または熱的ヒステリシスを残
すことなく、またその結合は弱められたり、戻されたり或いは破壊されたりする
ことなく、はんだ付けプロセスに完全に耐える。
【００６３】 エラストマーと熱溜め 熱溜めは熱容量に関係する。２つのタイプの熱溜めを述べることができる。即
ち、エンタルピー的熱溜めとエントロピー的熱溜めである。エンタルピー的熱溜
めは温度上昇を許するが、これらの熱溜めが在する結合を破壊から保護する。エ
ントロピー的熱溜めはランダム化プロセスを通じて熱を吸収することができる。
エンタルピー的熱溜めは共役構造によって与えられるものである。共役構造は、
このタイプの構造によってエネルギーが共鳴の形で吸収され得るので、非共役構
造以上にさらなる安定性を与える。共鳴プロセスは余分の熱を吸収することがで
き、このことが結合の破壊前に封入剤のはんだ中における滞留時間を延ばす。他
方、エントロピー的熱溜めはエントロピー的構造、ゴムの性質および熱力学の第
二法則と関係がある。何らかの反応を生起させるのに有効な自由エネルギー（Ｆ 2 −Ｆ1）は、エンタルピー変化（Ｈ2−Ｈ1）から、そのプロセスの（平均）温度
量をエントロピー変化（Ｓ2−Ｓ1）に乗じたものを差し引いた値に等しいことが
思い出されるであろう。反応が進行して平衡に至るには、自由エネルギーの変化
は負でなければならない。その瞬間については、その反応は、（エンタルピー変
化だけを伴い、エントロピー変化は受けない）反応が平衡に向かって進行するそ
のような様式で起こると想定する。この反応系のエンタルピー変化は、ある系が
進行するためには負となることを必要とするものである。従って、その系からは
熱が放出されなければならないし、またその反応は発熱反応でなければならない
。これは、ゴム状ポリマーを含む全ての化学的系に関するギブスの自由エネルギ
ーの式を述べるものである。ゴム状ポリマーは、しかし、エントロピー因子によ
って特徴付けられものであって、エンタルピー因子によっては特徴付けられない
。
【００６４】 ゴム状ポリマーは、それが室温にあって、その封入剤には応力が存在しない状
態（Ｓ0）において始まると考えることができる。封入剤は、加熱時の密度低下 によって、またそのＩＣの角におけるポリマー鎖の伸張によって応力が生じせし
められる半加熱状態（Ｓ1）まで加熱される。これらポリマーのストランドはそ のゴム状ポリマー封入剤上での微分膨張の仕事として伸張状態になるか、または
応力が加えられた状態になる。
【００６５】 ポリマーは半加熱、応力印加状態（Ｓ1）からそれより高温の温度状態（Ｓ2）
へと移行すると、それにつれてポリマーは加熱され続ける。この移行中に、ゴム
が平行に向かうにつれて熱が放出される。（この説明の目的には、エンタルピー
的特性は重要でないと想定する。）その平衡はポリマー鎖のランダム化と関連付
けられる。次いで、封入剤とＩＣ／基板は冷え、状態（Ｓ0）と変わらない状態 （Ｓ3）に戻る。
【００６６】 ギブスの自由エネルギー式の符号を解釈すると、ゴム状ポリマーには、エント
ロピー量が総体として負であって、−Ｔ（Ｓ2−Ｓ1）と示される限り、平衡状態
（Ｓ2）に向かって進む自然な傾向がある。従って、状態（Ｓ2）のエントロピー
（ランダム性）は初期状態（Ｓ1）のエントロピー（秩序）より大きくなければ ならない。これは、つまり、伸張ゴムバンドが緩和状態に戻ると、それにつれて
そのゴムバンドが回復に向かう方向である（これは平衡に向かって進む方向と同
じ方向である）。
【００６７】 かくして、エラストマーまたはゴムの封入剤は、それがはんだ浴から取り出さ
れて状態（Ｓ2）から状態（Ｓ3）まで冷えるとき、それにつれて熱を放散させる
駆動力を有する。
【００６８】 この説明における以上の熱力学的基礎は、電子ディバイスの製造において、本
質的に全てエントロピー的特性を有するゴム状ポリマーである封入剤を用いると
きに、特にそのエラストマー性封入剤が、それが接合される基板とその封入剤が
封入するＩＣとによって部分的に束縛される場合に、何が起こるかを数学的に示
すのを可能にする。さらに、重要なことは、封入剤がその周囲から熱を吸収する
ときに何が起こるかと言うことである。ゴム状封入剤は、ランダム化プロセス中
のそのポリマーのコンホーマンス（conformance）に因り接合界面に生じた応力 を緩和させることを示すことができる。応力を緩和する能力は、エントロピー的
熱溜めを持つ封入剤を設計することと関係がある。
【００６９】 熱静力学的／結晶性相および熱力学的／ゴム状相の別々の熱力学的パラメーター
に基づく熱溜めの数学的基礎 断面積Ａおよび長さＬ0を有する円筒形状部Ｖ0の封入剤に基づく材料系を想定
する。この円筒体は、フックの弾性原理に従うかまたはほとんど従う厳密に結晶
性のまたはガラス状の材料を含んでいる。面積Ａの一端に、同じ断面積Ａおよび
ある他の長さΔＬを有する第二の円筒体ΔＶを取り付ける。この円筒体はエント
ロピーの法則に厳密に従う厳密に非晶質の材料を含み、熱溜めとして機能するも
のである。この第二円筒体ΔＶは、Ｖ0が１である（Ｖ0＝１）場合、第一円筒体
Ｖ0と、次式：
【００７０】
【数５】
【００７１】 により関係付けられる。熱溜めΔＶを円筒体Ｖ1内で連続的に増加している分子 レベルにおいて作用するようにさせることによって、この問題の数学的処理を単
純化する。従って、この新しい系においては、結晶性形態と関連付けられる初期
容積Ｖ0および非晶質のゴム状形態と関連付けられる容積ΔＶを有する、総容積 Ｖ1の唯１個の円筒体が存在することになる。
【００７２】 チップと基板とを面積Ａの壁に含むあるＩＣアセンブリーに、封入剤をある参
照温度Ｔ0で取り付ける。それら基板、ＩＣおよび封入剤の間の膨張および収縮 の不適合に因る全ての内部応力が最小限に抑えられ、２５℃の参照温度において
は取るに足らない量であると見なす。この円筒体内において、一般的な容積Ｖ1 の封入剤上に生み出される力を考える。熱流束が結晶性の容積Ｖ0に侵入して、 ある長さｘ・ΔＬの結晶性容積Ｖ0にある一定の膨張を引き起こす。その容積Δ Ｖは熱変化で応力が加わった状態になり、そしてある大きさの長さ変化（１−ｘ
）・ΔＬを打ち消す容積変化ΔＶと関連付けられる内部適合力（internal confo
rming force）と適合する。総合すると、膨張の機械的力とエントロピー的寛容 力または同適合力に起因して、長さΔＬにはある種の変化が存在する。Ａがある
温度変化に対して一定である限り、
【００７３】
【数６】
【００７４】 である。この円筒体内では、単位面積Ａを横切って膨張する容積Ｖ1によりなさ れる仕事を考察することが必要であり、この場合：
【００７５】
【数７】
【００７６】 である。これは歪みと関連付けられる機械的な力であるから、面Ａを横断して加
えられる力は材料塊の伸張時に生ずる力と同じ、即ち：
【００７７】
【数８】
【００７８】 であると見なす。ここで、Ｆ／Ａは応力のもう１つの表現であって、他の方法に
より歪みに関係付けられる異なる条件下で測定することができる。応力の歪みに
対する関係は、次の関係式：
【００７９】
【数９】
【００８０】 で表される結晶性相の弾性率∃cであり、従って
【００８１】
【数１０】
【００８２】 である。しかし、結晶性相の微分歪みｄＬは、測定可能なパラメーター、即ち、
【００８３】
【数１１】
【００８４】 で表すことが望ましい。ここで、αcは基板／ＩＣアセンブリーと封入剤との間 の微分線膨張率であり、ｄＴは微分温度変化である。問題は提示されているので
、結晶性相の膨張率の平方は基板と接触している面に存在する。熱弾性の式は、
ｘ軸におけるコンホーマンスはＩＣ／基板アセンブリーと接触しているいかなる
ｙｚ面上でもコンホーマンスを可能にすることを語っていると思われる。故に、
【００８５】
【数１２】
【００８６】 である。この式は、次のように、即ち
【００８７】
【数１３】
【００８８】 と書き直される。ここで、∃cは結晶性相を表す。
【００８９】 同時に、性質がエントロピー的である付近の分子によって熱が吸収される。こ
の熱は長さの変化にコンホーマンスの力（寛容の力）を乗じたものの関数として
表すことができる。即ち：
【００９０】
【数１４】
【００９１】 である。この寛容の力は、温度変化に対する微分力をその微分温度変化に乗じた
ものとして表すことができる。即ち、
【００９２】
【数１５】
【００９３】 である。円筒体の内部全体に作用する寛容の力と関連付けられる、長さの変化を
引き起こすエネルギー変化は、次式：
【００９４】
【数１６】
【００９５】 である。ある一定の圧力Ｐと長さＬにおける温度変化に対するこの力の微分は、
次式：
【００９６】
【数１７】
【００９７】 によるケルビンの法則（Kelvin's Law）で表現し直すことができる。ゴム状セグ
メントに対しては、この表現は、フローリー（Flory）によれば、次式：
【００９８】
【数１８】
【００９９】 でさらに正確に表される。ここで、吸収された熱は定圧、定長条件と関連付けら
れる微分寛容力(∂ｆ／∂Ｔ)P,Lを引き起こす。しかし、熱がこの容積内での分 子鎖のランダム化によって吸収されるために、温度変化に対して力の変化(∂ｆ ／∂Ｔ)P,Lが生ずることが示され、そしてこのランダム化は定圧における熱容量
Ｃｐとそれより小さい定容における熱容量との間の差として表すことができる。
故に、
【０１００】
【数１９】
【０１０１】 である。上記の式は、質量を質量密度ρ、面積Ａおよび容積Ｖ0として表す場合 、次のとおり：
【０１０２】
【数２０】
【０１０３】 固有質量項で表すことができる。しかし、
【外１】 は膨張率αrを表現し直したものである。故に、上記の式は
【０１０４】
【数２１】
【０１０５】 と書き直すことができる。上記の式はこの系の熱容量の全てがゴムセグメントに
よるとするものであることに留意されたい。従って、弾性モジュラスは全て結晶
性セグメントによるものとしなければならない。これらの値の近似法として、系
全体の弾性率に信頼性がある限り、その系全体の熱容量をその計算において使用
できると仮定することができる。ここでも、これは近似の目的だけからなされて
おり、この系の完全に正確な数学的表現を考案するものでは決してない。
【０１０６】 また、寛容の力は、その力がある種の他の力を許容するように作用していない
ならば発生し得ないと考えることが必要である。これは自然の基本的な様相であ
ろうし、ここでは確かに当てはまると思われる。結晶性セグメントは、多分、寛
容の力を引き起こすのに必要な熱偏位中に歪みを引き起こしているだろう。これ
をどうすれば系を乱すことなく測定することができるだろうか。この系の数学的
処理の展開では、自由空間に封入剤の寛容の力があるとは考えられない。このよ
うな力は、その封入剤が取り付けられているときに生じ得るだけである。その取
り付け物がＩＣ／基板アセンブリーである。
【０１０７】 寛容の力は、機械的力をある微分温度変化（ｄＴ）で小さくする寛容のエネル
ギーと関連付けられる。これらの力は、
【０１０８】
【数２２】
【０１０９】 である場合に、独立に作用すると考えることができるだろう。簡単にするために
、しかし、長さの変化ｄＬを相互依存項として取り扱い、また各変化を熱力学的
変化として取り扱う。従って、仕事のエネルギーを、Ａを横断する熱流束が一時
的に存在しない場合に、
【０１１０】
【数２３】
【０１１１】 であるとき、かつ
【０１１２】
【数２４】
【０１１３】 であるときは断熱変化であるかのように取り扱う。故に、結晶状態により生み出
される仕事のエネルギーは、コンホーマンスのエントロピー的力（寛容の力）に
よって完全に相殺され、従ってバリヤーを横断する熱はゼロである。書き直すと
、次のとおりである：
【０１１４】
【数２５】
【０１１５】 これは、勿論、理想的な系であり、そして参照温度Ｔ0から偏位温度Ｔ1までの
いかなる温度偏位についてもこの理想を達成することが望まれる。従って、封入
剤本体は、結晶性形態Ｖ0と混合されて総形態Ｖ1を構成するある最低容積の熱力
学的形態ΔＶを有しなければならない。
【０１１６】 故に、容積Ｖ1についてその機械的エネルギーと熱力学的エネルギーとを合わ せたものの表現は：
【０１１７】
【数２６】
【０１１８】 として表される。この式は共通項で割ることによって簡単にすることができる。
即ち、
【０１１９】
【数２７】
【０１２０】 である。今度は、ＣｐおよびＣｖを別の項として置くことにする。即ち、
【０１２１】
【数２８】
【０１２２】 である。その密度項はゴム相と関連付けられるものである。しかし、ここでは、
さしあたり、この密度項をして系全体を記述できるようにする。
【０１２３】 項Ｌ0乃至Ｌを一般化し、そして積分の基礎となすように項を書き直すと：
【０１２４】
【数２９】
【０１２５】 である。これを参照温度Ｔ0から偏位温度Ｔ1まで積分すると、
【０１２６】
【数３０】
【０１２７】 である。しかし、本発明者は自由裁量でＬ0＝１と設定した。従って、
【０１２８】
【数３１】
【０１２９】 である。前記円筒体の面積は自由裁量で一定に保たれているから、その容積変化
は、任意の容積Ｖ0、並びに内部の力を最小化するのを可能にする十分な質量を 有することが求められる原長Ｌ0、および平衡にされるべき内部エネルギーに対 して任意の長さ変化（Ｌ1−Ｌ0）として表される。上記式は、しかし、容積が取
り扱われることを語っている。それが容積膨張率を与えるものであるからである
。従って、正確な数学的表現は：
【０１３０】
【数３２】
【０１３１】 となる。上記式の形が正しいことを保証するために単位をチェックすると、
【０１３２】
【数３３】
【０１３３】 である。ここで、９４．１４ポンド−ｃｍ／カロリーが熱の単位に対する仕事の
単位の変換係数である。上記式を書き直すと、
【０１３４】
【数３４】
【０１３５】 である。簡単にするために単位の上に線を引いて消すと、
【０１３６】
【数３５】
【０１３７】 となる。この式は変換係数９４．１４ポンド−ｃｍ／カロリーを用いる場合正し
い形のものであることが証明されている。従って、特定の熱偏位について内部応
力が掛かっていない非晶質／結晶性ブレンドの熱弾性の式は：
【０１３８】
【数３６】
【０１３９】 である。この一般式を定量的に解釈すると、次のとおりである：
【０１４０】 ……結晶性領域の大きさ（mass）Ｖ0が増すとき、それにつれて相対的熱溜めの 大きさΔＶは増大しなければならない。
【０１４１】 ……温度偏位Ｔ1が大きくなるとき、それにつれて相対的熱溜めの大きさΔＶは 増大しなければならない。
【０１４２】 ……Ｖ1の密度ρが大きくなるとき、それにつれて相対的熱溜めの大きさΔＶは 減少することがあり得る。
【０１４３】 ……Ｖ1のエントロピー的熱容量Ｃｖ−Ｃｐ＝Ｒが大きくなるとき、それにつれ て相対的熱溜めの大きさΔＶは減少することがあり得る。
【０１４４】 ……結晶性相の弾性率∃cが増大するとき、それにつれて相対的熱溜めの大きさ ΔＶは、発現した力を補償するように増大しなけれがならない。
【０１４５】 ……容積膨張率αrおよびαc 2の係数が増大するとき、それにつれて相対的熱溜 めの大きさΔＶは増大しなけれがならないが、この場合その増大はαcの増大に 対して幾何級数的に敏感である。
【０１４６】 従って、理想的なエラストマーは、ある偏位についての内部応力を除くために
、ある一定の、最小限の、非晶質の大きさΔＶを有していなければならないこと
が証明される。但し、最小限の非晶質含有量は必要条件であるが、十分条件では
ない。はんだ浸漬温度で結合破壊に耐える能力を有しない他の材料は、十分な非
晶質含有量を有していることができるが、それでもなお、理想的な封入剤の条件
を満たしてはいないのである。即ち、エラストマーは、結合エネルギーが十分に
高く、そのため熱溜めの存在にも係わらず、結合の破壊が起こらない結合を有す
ることが基本的なことである。
【０１４７】 熱溜めは―微分ＣＬＥがＩＣ／アセンブリーに対して考慮されているならばで
あるが―内部エネルギーが、内部応力を最小限に抑え、しかもそれら応力をＩＣ
／アセンブリー界面において最小限に抑えるように再分布されるようにする。
【０１４８】 前記実施例１の組成物に上記分析を適用すると、それはその実施例に示された
値を与える。
【０１４９】 高耐熱性を有するエポキシ樹脂系 本発明のウレタン系封入剤と封入に用いられた在来の材料との適性を対比し、
そして本発明で述べられる熱力学的ドメインの割合が本発明の電子ディバイスに
おいて示される結果に必要とされるものであることを証明するために、公知の高
耐熱性、低ＣＬＥエポキシ樹脂を使用して実施例１と同様の実験を行った。この
実験において、原料物質成分はイオン性汚染物が十分には含まれないように選ば
れた。
【０１５０】パートＡ ２８．００グラムのクオートレックス（Quatrex）２０１０エポキシド（ダウ ・ケミカル社［Dow Chemical］）、３０．００グラムのＰＹ３２２エポキシト゛（ チバ・ガイギー社［Ciba Geigy］）、０．６グラムのイソシアナトトリメチレン
トリメトキシシラン（Ｙ９０３０、ユニオン・カーバイド社）、１．００グラム
のエイロシル（Aerosil；アエロジル）Ｒ２０２シリカ（デグッサ社［Degussa］
）およびノバサイト（Novacite）Ｌ２０７Ａシリカ（マルバーン・ケミカル社［
Malvern Chemical］）をブレンドした。これらの物質を混合し、そして２００゜
Ｆに昇温して１時間加熱し、次いで気泡が消失するまで５mmHgの減圧下で約１５
分間脱気した。得られたポリマーパートＡを５０ccの二重カートリッジの一方の
側の中に包装した。
【０１５１】パートＢ ２６．００グラムのノニルフェニル（アルドリッチ・ケミカル社［Aldrich Ch
emical］）、１２．００グラムのｎ−エチルアミノピペラジン（テキサコ・ケミ
カル社［Texaco Chemical］）、０．６グラムのＹ９０３０シラン（ユニオン・ カーバイド社）、１．００グラムのエイロシルＲ２０２（デグッサ社）および６
０グラムのノバサイトＬ−２０７Ａシリカ（マルバーン・ケミカル社）をブレン
ドした。これらの物質を混合し、そして２００゜Ｆに昇温して１時間加熱し、次
いで気泡が消失するまで５mmHgの減圧下で約１５分間脱気した。得られたポリマ
ーパートＢを５０ccの二重カートリッジの一方の側の中に包装した。
【０１５２】 パートＡとパートＢとの混合物 パートＡおよびＢを、静的ミキサーの末口（ノズル）を通して、空気の作用で
、グロブ中の銅クラッドボードおよびＢＴ（ビスマレイミド）ボードの上に並列
で分配した。この分配は困難であった。作業時間は１０分を越えた。全試料グロ
ブを１００℃の炉に６０分間入れて置き、次いで取り出した。それらの硬度を７
８ショアＤにおいて測定した。硬化したグロブの表面に極く僅かな気泡が認めら
れた。
【０１５３】 液滴材料を上記炉の中に２００℃で３０分間入れて置いた。室温まで降温した
後、僅かな条痕が見られたが、気泡は認められなかった。銅クラッドボードとＢ
Ｔボード上の試料を、次に、２つの雰囲気を代表する圧力釜中に１時間曝露した
。銅クラッドボードとＢＴボード上のグロブ試料をはんだ浴中に１５秒間入れて
置いた。分解または気泡の発生は認められなかったが、１５秒より長く、２分以
下の時間曝露した後にそれらグロブがＢＴボードから剥離した。
【０１５４】 エポキシ樹脂組成物の、結晶性および非晶質部分の含有量に関する再規定：パートＡ …クオートレックス ２０１０エポキシド ・・結晶性／ガラス状 ２８．００グラム …ＰＹ３２２エポキシド （チバ・ガイギー社） ・・結晶性／ガラス状 ３０．００グラム …イソシアナトトリメチレン トリメトキシシラン ・・結晶性／ガラス状 ０．６グラム …エイロシルＲ２０２シリカ ・・結晶性／ガラス状 １．００グラム …ノバサイトＬ２０７Ａシリカ ・・結晶性／ガラス状 ６０．００グラム
【０１５５】パートＢ …ノニルフェノール ・・結晶性／ガラス状 ２６．００グラム …Ｎ−エチルアミノピペラジン ・・結晶性／ガラス状 １２．００グラム …Ｙ９０３０シラン ・・結晶性／ガラス状 ０．６グラム …エイロシルＲ２０２ ・・結晶性／ガラス状 １．００グラム …ノバサイトＬ−２０７Ａ ・・結晶性／ガラス状 ６０．００グラム
【０１５６】 この組成物は本質的に完全に結晶性／ガラス状で、熱静力学的なものである。
【０１５７】結論 実施例１の方法での試験は、これらのグロブは、湿度の予備調節なしでは、印
刷回路板の硬質基板に取り付けけられないとき、１５秒より長く、２分以下の時
間はんだ浴条件に耐えることができることを示した。これらの同じ試料は、しか
し、１５秒程度の短い曝露時間の銅クラッドボードおよびＢＴボードからの剥離
に関しての性能が貧弱であることを示す。
【０１５８】 ＢＴボードおよび銅クラッドボード上の試料は分解しなかったが、ＢＴおよび
銅クラッドの両ボード上での１５秒間のはんだ浸漬後に剥離した。この封入剤材
料は、明らかに、十分な結合破壊抵抗性を有するが、硬質基板上に配置したとき
、内部応力の印加および剥離の発生を防ぐ熱溜めの容量が不十分である。この組
成物は、熱力学的パラメーターおよび前記の熱弾性の式によれば、理論的に１８
２パーセントの非晶質相を有することが求められた。その非晶質相はゼロパーセ
ントで、１００パーセント結晶性であった…熱力学的パラメーターの値に基づい
て必要な１８２パーセントと言う不合理な値からはるかに隔たる。しかして、前
記の熱弾性式はその挙動を正しく予測している。
【０１５９】 銅クラッドボードおよびＢＴボード上の上記エポキシド樹脂封入剤のグロブは
、商業的に入手できる、高度に温度抵抗性の鉱物質充填エポキシ樹脂封入剤を代
表するものであって、それらの性能は、この封入剤が応力を内部的に緩和する能
力を有することも望まれる場合に、基板とその封入剤との膨張率を一致させよう
とすることは誤った考えであることを証明している。
【０１６０】 エポキシ樹脂封入剤の非晶質相と結晶性相との接近 調度前に述べたように、上記エポキシ樹脂の構造は、はんだの浸漬中にそりと
離層に抵抗するに十分な熱力学的組成または熱溜めを有することができなかった
。前記の一般式の適用により、その熱力学的組成は、ここに示されるとおり、不
合理なものであるが、１００パーセントを越えなければならなかったことが分か
る。その組成は本質的に１００パーセント結晶性相またはガラス相を有する。
【０１６１】 ρ＝２．７７グラム／ｃｃ：混合した結晶性相および非晶質相について； Ｃｐ＝０．２：アブレスチック（Ablestic）熱パッドに基づくエポキシ樹脂に
ついて；
【０１６２】 Ｃｖ＝０．１：結晶性相対ゴム状相の質量比の推定値に基づく。ここで、 本発明者は、Ｃｖは結晶性相に関係し、またＣｐ−Ｃｖはゴム状相に 関係すると判断する；
【０１６３】 ∃c＝４１７２／０．０１（ポンド／平方インチ）（歪みの単位は無単位であ ることを記憶しておくこと）；これは類似の純結晶系に基づく推定値であ る；
【０１６４】 αr＝１９６ppm／℃：ゴム状相について； αc＝５４ppm／℃：結晶性相について；
【０１６５】 Ｔ1＝２３２℃；Ｔ0＝２０℃；＝２１２℃； Ｃ＝９４．１４カロリー／ｃｍ／psi
【０１６６】
【数３７】
【０１６７】 この場合、値ΔＶは 単位の値を超えた。従って、
【０１６８】
【数３８】
【０１６９】 である。総容積についてのＶ1は、Ｖ1＝Ｖ0＋ΔＶであるから、
【０１７０】
【数３９】
【０１７１】 である。非晶質のゴム状相ΔＶは、はんだへの熱偏位に対する膨張の力を相殺す
るために、上記の∃、αr、αc、ρ、ＣｐおよびＣｖと言う固有の熱力学的性質
を有する組成物の総容積または質量の最低１８２％でなければならない。これは
不合理であって、それはこのエポキシ樹脂組成物中に非晶質の物質が十分に存在
しないこと、そして実際は存在することができないことを指摘するものである。
このことは、上記の式が、この材料は、はんだ浸漬に実質的な内部応力を有する
ことなく耐えることはできないと言うことを予測していることを確証するもので
ある。これは、ＩＣ／アセンブリーのこの組成物で封入されたときの離層によっ
て確証された。
【０１７２】 シリコーン樹脂 シリコーン樹脂は内部応力を低下させる十分な熱溜めを有しそうな候補材料で
あるが、シリコーン樹脂はそれらに湿分および塩の移行を抑制する能力がないこ
とによって制限を受けるために、それらは電子ディバイス用途に使用可能な候補
材料とはならない。従って、ポリウレタン類が熱溜めを含みそうな主たる候補材
料として目立つもので、よってこれらの実行可能な材料について説明を続けるこ
とにする。
【０１７３】 熱流束と、熱溜めのある一定時間内での熱吸収能との関係 封入剤体に流入してくる熱を有する（この場合、その熱の流動は層（ｘi）を 横断する熱の流動の変化に関してフーリエの法則［Fourier's Law］に関係する ）そのような封入剤体を想像することができるが、その封入剤体はある熱伝導率
Ｋijを有し、その系の温度は上昇する。これは、その系の本体の内部エネルギー
を増大させる（(ρＣｖ（ｄＴ／ｄｔ)；但し、ρはその本体の密度である）。こ
の系は時間に対して歪みの変化を受ける。その歪みは、平均温度Ｔを持つある温
度範囲にわたるモジュラスの熱係数βijによる応力に関係付けられる。この場合
、この系による熱の発生Ｑは存在しない。これは熱弾性の結合式の１つである。 1
【０１７４】 1 ジョン Ｈ．ラウ（John H. Lau）著「ミクロ電子工学における熱応力と歪み（
Thermal Stress and Strain in Microelectronics）」、バン・ノストランド・ レインホールド社（Van Nostrand Reinhold）、ニュー・ヨーク（New York）、 １９９３年、第４頁。
【０１７５】 即ち、
【数４０】
【０１７６】 である。ほとんどの弾性結晶性材料またはガラス状材料で、モジュラスの熱係数
βijは弾性率Ｅを膨張率αに乗じたものに比例し、そして次式：
【０１７７】
【数４１】
【０１７８】 によってポアソン比νに関係付けられる。定温、定圧において実質的に容積変化
（ｄＶ／ｄＬ)T,Pしないゴム材料では、ポアソン比は０．５に近い。従って、
【０１７９】
【数４２】
【０１８０】 である。ここで、αは温度の上昇に対して収縮性である。故に、ゴム状封入剤に
ついては、結合熱流動式は：
【０１８１】
【数４３】
【０１８２】 とさらに正確に書くことができる。従って、有効な封入剤樹脂は可能な最大の熱
溜め―モジュラスの熱係数と結合された時間に対する歪みの可能な最大変化率―
を有することになる。この因子が、そのポリマーが状態（Ｓ1）の状態（Ｓ2）へ
の転移を行うとき、それにつれてポリマーが順応するかまたは収縮する可能な最
大の能力を生み出すことになる。このエラストマーは、それを全て最低の動力学
的制限で成し遂げなければならない。従って、初期には界面にほとんどまたは全
く歪みを持たない封入剤が用いられることになる。言い換えると、エラストマー
性封入剤は、ランダムに分散し、緩和されているポリマー鎖を有し、かつ室温―
この温度は、一般的には、室温は封入剤／ＩＣアセンブリーの加工処理温度と本
質的に同じであるので、都合がよい―で架橋するのである。はんだ付けプロセス
から加熱が生ずるので、微分歪みは、一般式：
【０１８３】
【数４４】
【０１８４】 に因り、局在化領域で増すことになる。歪み（ΔＬ）が実質的な程度まで生ずる
封入剤／ＩＣアセンブリー内の典型的な空間は、そのＩＣの角にある。この局在
化領域では、本発明者はエラストマーを選択しているので、その封入剤は伸張、
圧縮または順応が可能である。それでは、エラストマーを利用することによって
何が得られるのだろうか。ＩＣの角で生成せしめられる局在化歪み（伸張、圧縮
または再順応）は、封入剤の他の部分によって緩和され得る。その非接触（空気
硬化）表面はそのように緩和される特定の自由度を有する。従って、局在化歪み
がＩＣの角に生ずるとき、その封入剤の緩和部分は、一部の歪みを獲得してその
局在化領域中の過度の歪みを緩和することができる。比較すると、非エラストマ
ー性封入剤は、それらの性質がフック原理に従う（正の膨張率を有する）結晶性
またはガラス状の構造に本質的に基づくので、その界面における僅かなＣＬＥの
不適合を調節することはできない。
【０１８５】 本発明では、エラストマー性の封入剤樹脂は、その直鎖構造密度が、熱可塑性
をもたらすことなく最大となるように設計される。また、この設計は状態（Ｓ2 ）と状態（Ｓ1）とのエントロピー間の差を最大にする。状態（Ｓ1）は樹脂の最
も高次の規則（ordered）状態であり、また状態（Ｓ2）はランダム状態であり、
その両状態間での転移が熱を吸収し、熱溜めとして機能する。最も理想的なエラ
ストマーの場合でも、その規則状態は、各線状ポリマー鎖がその最大両末端間（
end-to-end）長さまで延ばされるときに生ずる折り畳み鎖構造で代表される。こ
の折り畳み鎖構造が、ポリマー鎖内で配列することの制限状態になると言うこと
が分かる。あらゆるエラストマーで、理想的なエラストマーを含んでいてさえも
、その最も高次の規則状態はこの構造に制限される。状態（Ｓ1）に設計し得る 配列の量には制限があるから、エラストマーを状態（Ｓ2）のランダム性が最大 になるように設計することに集中しなければならない。本発明者は、状態（Ｓ2 ）中のポリマー鎖のランダム性を最大にすることは、全ての可能なランダム状態
の平均両末端間距離を最小限に押さえることに関係することを分かっている。
【０１８６】 これまでは、熱力学的因子全体に注意が向けられていた。しかし、動力学的因
子が実寿命に関して考慮しなければならない重要な点である。最小の平均両末端
間鎖距離をもたらすランダム状態の最大数が、実際に達成可能かどうかを考慮し
なければならないのである。動力学的因子は系設計の選択肢を限定するかもしれ
ない。言い換えると、回転に対する障壁を克服してこれらの状態を達成すること
によって応答的に（動力学的に）作用するエラストマーの能力が、最重要な点で
あるのである。従って、回転障壁を克服するに際して時間依存性の欠如を最小限
に抑えるエラストマーを設計することが、有効なエントロピー的熱溜めに必要と
される。
【０１８７】 本発明において、その包括的目標は、封入ＩＣ／アセンブリーがはんだ付けプ
ロセスに耐えるように、封入剤にエンタルピー的およびエントロピー的な熱溜め
特性を十分に与えることである。最終的には、はんだ付け中に系に導入される熱
の量は、そのエントロピー的およびエンタルピー的熱溜めを無効にしてしまう可
能性があるだろう。その時点では、吸収された熱は内部エネルギーおよび潜在的
に破壊性の分子振動に変換された状態になる。このタイプのエネルギーが、結局
は結合を破壊する。しかし、一方では、熱溜めは、結合が破壊されて、そのエネ
ルギーをゴム状封入剤のランダム性とコンホーマンスに移動させる前に、役割を
果たしてその時間を遅らせている。もし、系が正しく設計されていれば、はんだ
付けプロセスは完了せしめられ、そしてその系は何らかの結合破壊が起こる前に
冷却されることになる。次いで、そのＩＣ／アセンブリーと封入剤エラストマー
は室温に戻り；その界面における微分歪みが緩和され、そしてそのゴム状封入剤
の熱力学的可逆性がその熱を周囲に放出し、同時にそのポリマー鎖はそれらの初
期ランダムコンホメーションを可能な限り狭く達成する。
【０１８８】 次は、内部歪みではなく内部応力を考察する。結局は、界面に応力が掛かるこ
とが、実は、ＩＣ／アセンブリーを破壊するのである。界面におけるこれら応力
は微分歪みΔＬをそのエラストマーのモジュラスに乗じたその積に関係する。内
部応力を最小限に抑えるには、内部歪みに対するのと同じ影響が係わる。結晶性
またはガラス状の、フック原理に従う特性を有するエポキシ樹脂またはアクリレ
ート樹脂のような、ＣＬＥが合っている高モジュラスの樹脂状ポリマーを選ぶよ
りもゴム状エラストマーを選ぶことの方が良好な戦略であることが多い。ゴム状
エラストマーのあまり明らかになっていない利点の１つは、加熱中に発生する応
力がＩＣの角に、またはそのワイヤー接続部に沿って局在したままにはならない
ことである。ゴム状エラストマーは、応力をそのエラストマー性封入剤全体に及
ぶコンホーマンスとランダム化で平均化することによって、これらの局在化領域
中でその応力を緩和することができるのである。従って、例えば、非接触表面の
大きいかさはもっと極端な局在化応力を自由に応力緩和することができる。その
ように応力緩和するとき、これらの領域は、また、その熱溜めプロセスがすっか
り消尽されるまで、ある種のランダム化状態を達成している。最適の封入剤処方
をＩＣ／アセンブリーの回路部品の精巧さとその形状の膨張性に基づいて選択す
ることにより、はんだ付け処理中に生ずる内部応力の程度を調節することができ
る。他方、非エラストマー性の封入剤では同程度の制御はできない。
【０１８９】 封入剤ポリマーは十分にエラストマー性であって、かつその応答時間が温度偏
位中および室温への復帰偏位中に応力緩和を実現すべく十分に速いことが、最も
重要である。この特性は低ヒステリシス性として記述することができる。この場
合は、しかし、このヒステリシス性は束縛されたエラストマー内に蓄えられた熱
の量に関係する。その束縛エラストマーが、ゴムが（力の歪み係数に関係付けら
れる）定温で歪みが加えられる典型的な場合でなく、（力の温度係数に関係付け
られる）幾何形状的束縛環境の中で温度がサイクルされるからである。
【０１９０】 ポリマー内にゴム特性を生み出す最良の方法は、その構造をゴムがそのランダ
ム状態にある間は最小両末端間鎖距離を有するように設計することである。その
ゴムは、それが緩和されるとき―そのゴムには外部の力は適用されていない―最
もランダムな状態にある。このポリマーのゴム状特性は、そのゴムにそれを伸張
するか、またはそれを収縮させるかのいずれかによって外部の力が加えられると
きに経験されるものである。ポリマーが伸張されると、そのポリマー鎖はその外
部の力に適応することが必要とされる程度まで引き伸ばされる。伸張（または変
形、どちらの変形作用が起ころうと）は、そのランダム配向ポリマー鎖をしてあ
る程度の折り畳み構造を達成するようにさせる。一般に、ポリマーの両末端間距
離は、そのポリマーが状態（Ｓ1）に達するように急速に加熱され、応力が加え られていると増大する。このポリマーは、それが熱コンホーマンスの状態（Ｓ2 ）まで加熱し続け、エネルギーを吸収するとランダム化する。次いで、そのポリ
マーは、はんだの浸漬プロセス後に、いずれは室温での新しいランダム状態（Ｓ 3 ）に到達する。それは、ゴム状ポリマー内のバネとしての復元力を考察するに は単純に過ぎ、全く不正確である。実際には、その復元力はポリマー鎖の配置の
原ランダム度に由来する。全てがゴム状のポリマーである場合、その復元力はポ
リマー鎖が外部力の解放時に多数のランダム状態にある確率に完全に関係する。
ゴム状ポリマーのこの異常な挙動を明確にする１つの方法は、緩和されたポリマ
ー鎖内の平均両末端間距離を考察することである。ポリマーの緩和状態の可能な
全ランダム配置の平均両末端間距離が小さい場合は、制限折り畳み鎖構造に至る
ランダム両末端間距離の平均の伸びが大きい。伸び量の大きい平均ポリマー鎖両
末端間の伸びは、そのゴム状ポリマーの巨視的伸び特性と熱溜めの大きさに関係
する。この考えは単純に過ぎるが、ゴム状ポリマーの性質を述べることに対して
は大いに役立つものである。
【０１９１】 ゴム状ポリマーの伸び特性の大きさに対するポリマー鎖の両末端間距離の影響 ポリマーの伸び特性は、その最も伸びた（規則）状態におけるポリマー鎖の両
末端間距離と、それより短い、その緩和（ランダム）状態におけるポリマー鎖の
両末端間距離との差に関係する。緩和状態のポリマーは酔歩構造を有する。この
構造は、酔っぱらいが（二次元）歩道を歩行する道筋の数を考察することによっ
て明確にすることができる。酔っぱらいは長距離歩行をしている可能性があるが
、その場合その全距離は彼の平均ストライドを彼が取った歩数に乗ずることによ
って計算される。しかし、実際には、その酔っぱらいの有効歩行距離を決めるに
は、彼が出発した場所と彼が歩行を終えた場所を知ることだけが必要とされる。
これらの考えはポリマーの平均鎖長とその緩和状態における両末端間距離とに関
係する。さらに完全には、このプロセスは三次元に拡張することができ、二次元
の場合とは違ってポリマーの空間中での酔歩として記述される。ここで、１つの
基本的な考えは、酔歩はランダム構造に関係し、ランダム構造は緩和状態の一次
元ポリマーに関係すると言うことである。
【０１９２】 １つの一般的なポリマーのタイプについてその最も規則的な構造を考えると、
それは折り畳み直線路である（但し、最もありふれたケースは除く）。ありふれ
たケースでは、sp炭素−炭素（または、ポリマー鎖の他の原子構造）は完全に直
鎖である。
【０１９３】 両末端間距離の計算 両末端間距離とは、ポリマー鎖の２つの末端間の平均距離のことである。この
両末端間距離は、鎖中結合距離の和および次の２点、即ち１）ランダムポリマー
鎖は三次元内で任意のコンホメーションに屈曲できること；および２）規則的ポ
リマー鎖が二次元の折り畳み構造を有していることを考慮に入れることによって
決定される。空間内ランダムポリマー鎖の有効両末端間距離を決定するには、各
ランダムステップベクトル１の１x、１yおよび１z成分を可能なコンホメーショ ン毎に決定しなければならない。次いで、これらのランダムステップの成分の総
和を求め、そして可能な各コンホメーションについて正味の両末端間偏位ベクト
ルを決定しなければならない。次に、可能なコンホメーション毎のベクトルの大
きさを合計し、そして全コンホメーションについて平均の両末端間の大きさを決
定しなければならない。
【０１９４】 規則的ポリマー鎖の有効両末端間距離を決定するには、折り畳み鎖のコンホメ
ーションだけを考慮する必要があることを除けば、同じ計算法が適切である。こ
の単一コンホメーションだけについて、各折り畳み鎖セグメントのベクトルの１ x および１y成分を決定しなければならない。次いで、これらベクトルの成分を加
算しなければならない。１yベクトルの和の大きさはゼロであろう。ｘ軸に沿う 両末端間鎖の伸びを決定するためには、１xベクトル成分の大きさを合計しなけ ればならない。
【０１９５】 各タイプのポリマーは、１つの程度または別の程度で捩れるのを助長する鎖中
結合を有する。例えば、数個の（水素以外の）置換基を含むか、または全く含ま
ない炭素−炭素結合は二次元内にある折り畳み炭素−炭素構造から捩れるのを特
に助長することはない。しかし、炭素−炭素結合がメチルまたはそれより大きい
アルキル基のようなより大きい置換基を含んでいるならば、置換基を有する各炭
素−炭素結合は二次元平面から捩れるように強いられて、さらに複雑な三次元コ
ンホメーションとなる。これは、炭素（Ｃ1）の置換基が炭素（Ｃ2）中のメチレ
ン架橋置換基を妨害するほど十分に嵩高であるからである。鎖中炭素−炭素結合
の捩れだけがアルキル基のような嵩高の置換基相互の立体的オーバーラップを少
なくする。二次元の長い非晶質セグメントに対する置換基の影響を調べるために
、例えば、分子量が共に１０００であるポリ−オキシ−エチレンオキシドポリエ
ーテルソフトセグメントを有するポリウレタンとポリ−オキシ−プロピレンオキ
シドポリエーテルセグメントを有するポリウレタンとの類似した構造を比較する
ことにしよう。ポリ−オキシ−エチレンオキシドポリエーテルソフトセグメント
はアルキル置換基を有しないから、このオリゴマーを二次元折り畳みコンホメー
ション以外の他の構造で存在させるようにするものは全く存在しない。即ち、こ
の構造は三次元のコンホメーションは有することができるが、そのオリゴマー鎖
が多量の三次元構造を有する可能性は比較的低い。これと比較すると、ポリ−オ
キシ−プロピレンオキシドポリエーテルは、炭素Ｃ1のメチル置換基が炭素Ｃ2の
鎖中メチレン置換基と接触するのを回避できるようにするために、３番目の炭素
−炭素鎖中結合毎に１２０度のオーダーで捩れることを必要とする置換基を有す
る。ここで、酔歩概念に戻ると、ランダム状態にあるポリ−オキシ−エチレンオ
キシドポリエーテルソフトセグメントはポリ−オキシ−プロピレンオキシドポリ
エーテル構造より、後者がより多くの三次元歩行を取っているために、一層長い
両末端間距離を有する。ポリマー鎖が三次元歩行を取るとき、そのコンホメーシ
ョンの捩れはアイソタクチック、シンジオタクチック、或いはアタクチックのい
ずれの配置でも取ることができる。言い換えると、そのポリマー鎖は右回りまた
は左回りで捩れることもできるし、捩れて互い違いのある種パターンとなること
もできるし、或いはランダム捩れ状態となることもできるのである。これらケー
スの全てにおいて、捩れが組み合わされると、捩れが全くないとした場合より短
い両末端間距離がもたらされる。
【０１９６】 両末端間ポリマー鎖距離に及ぼすsp、sp2およびsp3鎖中結合混成の影響： 色々な混成状態を持つポリマーのランダム構造： sp炭素−炭素結合、sp2炭素−炭素結合またはsp3炭素−炭素結合（または鎖中
非炭素原子）を有するポリマーは、酔歩するとして明確化することができる。sp
混成構造の酔歩構造は明白なケースである。それは厳密に線状で、それは空間に
１８０度の直線に伸びる通路を作ることに基づく。この状態はランダム構造と規
則構造との間で変化しない。従って、そのような構造にはエントロピー的熱溜め
は全く存在しない。
【０１９７】 sp2混成結合を有するポリマーは、空間内の各鎖中原子の所で１２０度回転す ることによって、酔歩を行うとして明確化することができる。シス−およびトラ
ンス−sp2二重結合構造は密な螺旋構造に巻かれ、それらの炭素−炭素単結合が 捩られることによって最低の両末端間距離を達成することができる。sp2構造に は、他の全ての中間二次元構造および三次元コンホメーションが可能である。
【０１９８】 四面体結合角（１０９度）を持つsp3混成結合を有するポリマーは、定量的に 明確化することができる。鎖中炭素−炭素結合が平面から多く捩れていればいる
ほど、両末端間距離は最小になる可能性が大きくなることが分かる。炭素−炭素
鎖中結合が平面から捩れている程度が少なくなればなるほど、両末端間距離は最
大になる可能性が大きくなる。従って、嵩高の置換基は、ポリマーのゴム特性を
決定するに当たって重要な役割を果たす。適切な最良のケースはポリマー鎖に置
換基を有せず、極く僅かのゴム特性しか現れないポリエチレンである。
【０１９９】 非晶質相中に置換基が存在しないポリ−オキシ−エチレンエーテルポリオール
から合成されたポリウレタンのもう１つのケースを考察しよう。最も単純なケー
スはポリ−オキシ−エチレンエーテルのポリウレタンと同様である。モデルを作
ると、ポリ−オキシ−エチレンエーテルがそれらのエーテル酸素に電子対を有し
ていることは容易に分かる。各電子対は各付随エーテル酸素基の周りに電子に富
む微小環境を創り出す。従って、それらエーテル酸素は相互の分離を最大化する
ことを望み、またそれら電子対は鎖中の連続する各エーテル酸素に関して反対方
向に向くことを望む。このような分離と配向は、折り畳み鎖構造が確立されるこ
とを必要とし、そしてこれが可能な最も線状の構造である。
【０２００】 鎖中の数原子毎に１個の置換基が、より短い両末端間距離とより大きなランダ
ム構造をもたらすに至る捩れを促進する。例えば、原子３個の鎖中プロピレン単
位の各々につき１個のメチル置換基を有するポリ−オキシ−プロピレン単位から
構成されるポリエーテルポリウレタンは、捩れたコンホメーション構造をもたら
す。ポリエーテルポリウレタンは相当のゴム特性を有する。（１，３’−ブタジ
エンの重合に由来する）ある種のペンダントビニル構造を有するオリゴマー性の
ソフトセグメントに基づくポリブタジエンポリウレタンは、相当のゴム特性を有
する。また、ジメチルシリコーンポリマーに由来するシリコーンポリマー（交互
ケイ素−酸素鎖中結合を有し、ジメチル置換基が他の鎖員毎に存在している）も
、相当のゴム特性を有する。
【０２０１】 色々な混成状態を持つポリマーの規則的構造： 例えば、単配位結合に沿った炭素−炭素二重結合構造のような共役sp2混成構 造についてその最大両末端間距離を考察する。その最大伸びで隣接炭素に対して
１２０度の結合角を持つトランス−折り畳み構造がもたらされることになる。シ
ス−二重結合したコンホメーションでの最大両末端間距離は、隣接炭素結合間に
おいて１２０度の結合角で折り畳まれ、その両末端間距離はトランス二重結合構
造の場合より幾らか短くなる。sp3混成構造の最大両末端間距離は、隣接鎖中結 合間において１０９度の結合角で折り畳まれる。
【０２０２】 急速コンホメーション変化に対する共鳴を決定するに当たっての嵩高性因子 加熱されると、ＩＣ／アセンブリーの封入剤とある特定の局在化領域との間の
界面は微分膨張を受ける。最低モジュラスの材料（封入剤）は、ＩＣ、ワイヤー
および基板のそれぞれの表面に内部応力が発生するとき、歪みが生じ始める。そ
のポリマー鎖は一層規則性の高い状態になり、その初期ランダム構造の一部が状
態（Ｓ1）において折り畳み構造を示し始める。加熱プロセスが継続すると、そ れにつれて、増大した局在化応力を緩和するために、さらに高いポリマー鎖の規
則性と一層よく折り畳まれた構造が生み出される。加熱プロセスが継続すると、
それにつれてポリマー鎖はランダム化され、折り畳み構造が（Ｓ1）の局在化応 力と順応している状態（Ｓ2）において失われる。この場合も、そのポリマー鎖 は、はんだ浸漬が完了され、状態（Ｓ3）を達成した後に室温まで冷える。この プロセスは次のように考えたくなる。即ち、加熱プロセスが継続すると、それに
つれて、増大した局在化応力を緩和するために、さらに高いポリマー鎖の規則性
とさらによく折り畳まれた構造が生み出される。これは、エネルギーが上に向か
って流れ、または平衡から逸れると言うのと同じことであるので、正しくない。
【０２０３】 上記構造がコンホメーション変化する能力はこれらの新しい構造の各々を達成
する際に乗り越えなければならないエネルギーの丘に関係する。言い換えると、
回転に対する障壁はタイムリーに克服されなければならない。これらの回転障壁
は、主として、互いを通り越して捩れている隣接した置換基の立体障壁によって
生み出される。ポリマーの熱溜めとして機能する能力は、これらの回転障壁を克
服するポリマー鎖とその置換基の設計に関係する。
【０２０４】 伸張ゴムの復元力 ゴムの異常な挙動を典型的に示している古典的な実験によれば、かくして、次
のことが確認される。即ち、ゴムバンドをかぎから吊し、そのゴムバンドが伸張
状態で吊り下がっているようにそれに数グラムの小さいおもりを取り付ける。次
いで、そのゴムバンドを加熱する。加熱されると、ゴムバンドは収縮する。他の
事実上全ての材料が実際熱により膨張作用を示すとき、何が加熱によるこの異常
な収縮の原因であろうか。第一に、ゴムバンドはあらゆる方向にランダムなコン
ホメーションで伸びている、本質的に三次元の長い連鎖を有する。しかし、ゴム
バンドが伸張されるとき、それら連鎖内でランダムコンホメーションで伸びるよ
りもさらに多くの連鎖が、加熱された封入剤中の状態（Ｓ1）に相当する伸びた ゴムバンドの長軸に沿って配向された状態になる。このプロセスで、ゴムバンド
はある規則性度を達成する。あるゴムバンドの伸張されたポリイソプレン炭素−
炭素構造のポリマー鎖は、状態（Ｓ1）では折り畳み構造となっている。この折 り畳み鎖構造は、それらが破断前の局限伸びに近い伸びを達成しているので、結
合の回転に対してはある種の障壁を有している。（ゴムバンドが加硫される）天
然ゴムのポリ−シス−イソプレンは、ペンダントメチル基を有する鎖中メチレン
基を幾つか含んでいる。これらのメチル基は、ある鎖中不飽和と共に、回転に対
して僅かな障壁となる。完全な折り畳み構造を達成するに当たって、その折り畳
みシート構造と回転に対する障壁とを明確化する最も簡単な手段は、ポリ−シス
−イソプレンのニューマン投影を調べる方法である。
【０２０５】 加熱されたときには、歪みが加えられたポリマー鎖および継続する加熱に応答
して、回転に対するある特定の固有の障壁が克服され、そして状態（Ｓ2）に相 当する多くの新しいコンホメーションが封入剤中に可能になる。これらの新しい
コンホメーション状態が多数であることが、これらの多数の新しいコンホメーシ
ョンを達成する可能性を生み出す。形成される新しい状態の増加した可能性、お
よびこれらの新しい状態がゴムバンドの短軸に向いたコンホメーション構造を有
すると言うその増加した可能性が、そのゴムバンドの収縮または必要な場合はコ
ンホーマンスの駆動力になる。ゴムバンドを加熱することによって生み出される
コンホメーションの数は、シス−ポリイソプレンポリマー中の置換基の数を考え
ると、数千の倍率で増加される。次いで、室温まで降温されると、新しいランダ
ム状態の組が達成される（Ｓ3）。その構成成分が嵩高であればあるほど、回転 に対する障壁は大きくなる。しかし、第一に障壁となる置換基は捩れた構造を生
み出していると言うことを思い出さなければならない。
【０２０６】 状態（Ｓ2）のランダム化ポリマー鎖の最小化された両末端間距離が復元力を 生み出す唯一のケースではない。封入剤の加熱は、回転に対する障壁が克服され
て、多くの新しいランダム状態が形成されるために、そのポリマー鎖が一層ラン
ダム化された構造を達成するのを可能にする。従って、どのコンホメーション障
壁もその全てを克服することが、封入剤がその最大温度偏位に達するとき、状態
（Ｓ2）のランダム性の可能性を増大させる。
【０２０７】 ゴム状封入剤内での応力緩和の潜在性が強調されてきた。このタイプの応力緩
和はエポキシ樹脂やアクリレート樹脂のような樹脂状ポリマーでは有効でない。
その架橋プロセスが、それらポリマーを、エラストマーのような主として二官能
性にするのではなく、主として四官能性にするからである。それらポリマーはフ
ック原理に従う性質を持つガラスタイプの構造を有する。
【０２０８】 ポリウレタンは熱安定性を欠き、そのために従来から批判されていた。この理
由から、ポリウレタンはＩＣ／アセンブリーの封入剤の本格的な候補としては考
えられてはいなかった。本発明は、ＩＣ／アセンブリーを封入するのに特別のウ
レタン系ポリマー構造を利用するものである。本発明は（前記の）理想的なエラ
ストマーの実際上の要件を満たすものである。
【０２０９】 ポリウレタンエラストマーにおける熱静力学的／結晶性またはガラス状ドメイン
または同部分および熱力学的／非晶質ドメインまたは同部分の創出 ポリウレタン構造は、ガラス（ハード）相と非晶質（ソフト）相とを同じ組成
物中に組み込んでゴムの性質とフック原理に従う性質との組み合わせを与えるこ
とができるので、他のポリマーとは形態学的に異なる。
【０２１０】 ガラス相はポリマー鎖の密接充填によって特徴付けられる。連鎖充填は、水素
結合、イオン相互作用、イオン−双極子相互作用、双極子／双極子相互作用およ
びファンデルワールス力のような引力系の分子間力によって助長され、また規則
的な分子構造によっても充填を生じさせることができる。尿素結合およびウレタ
ン結合は規則的な構造と強い水素結合をもたらし、そのためこれら結合の周りに
密な充填が生じ得る。親成分のイソシアネートおよび芳香族アミンに対して鎖中
隣接基として導入される芳香族環の間での、およびそれらの規則的構造の間での
相互作用も充填を助長する。脂肪族の環構造も、ある程度は、尿素結合およびイ
ソシアネート結合の周りへの充填を可能にする。
【０２１１】 非晶質相は充填の欠如および連鎖構造間に存在する相当のボイド空間によって
特徴付けられる。鎖中炭素−炭素（または他の鎖中）結合内に捩れが生ずると、
それにつれてランダムなゆるい螺旋が各連鎖の長さに沿って生じ、そして連鎖間
捩れおよび螺旋が生じ得る。
【０２１２】 硬度と比較的高いモジュラスはＩＣ／アセンブリーに機械的保護を与えること
と関連するものであるが、それらの性質はガラス相によって与えられる。ガラス
相はイソシアネートおよび鎖延長剤を正しく選択することによって作り出される
。低いモジュラスは内部応力を最小限に抑えることと関連するものであるが、そ
のような性質は非晶質相によって与えられる。非晶質相は、最適の非晶質オリゴ
マーを選択し、これらをガラス相に結合されているイソシアネートと反応させる
ことによって作り出すことができる。ガラス状セグメントと非晶質セグメントと
の間の分化の程度が、各々のセグメントがその目的をいかに効果的に達成するか
と言う実質的な役割を果たす。本発明者の経験によれば、高度に分化したガラス
／非晶質構造（例Ａ）が、ガラス相に由来する機械的保護と非晶質相に由来する
低モジュラスとの組み合わせを達成するためのガラス／非晶質構造（例Ｂ）を拡
散させるのに優れている。
【０２１３】 非晶質ポリマー鎖の最大伸びを達成するための合成設計の利用 非晶質相のエントロピー的熱溜めの容量を最大化するためには、規則状態とラ
ンダム状態との平均両末端間距離の間の差を最大にする構造を設計することが必
要である。ポリウレタンの非晶質相内にはポリマーのランダム部分と規則的部分
とが存在する。従って、ポリウレタンの最大伸びが最も有利な非晶質オリゴマー
を選択することによって達成されるようにする必要がある。
【０２１４】 高度に分化したガラス／非晶質構造は、最大伸びを達成するためのガラス／非
晶質構造を拡散させるのに優れていることが確認された。高度に分化した構造は
、混合境界物質に対する相分離物質の容積が最大になっているガラス相および非
晶質相のドメインまたは部分をもたらす。拡散構造は、混合境界物質に対する相
分離物質の容積が最大になっているガラス相および非晶質相のドメインをもたら
す。非晶質相の熱溜め容量を最大にするためには、混合境界物質に対する相分離
物質の容積割合を最大にし、かくしてガラス状境界環境からの妨害を最小限に抑
える構造を設計する必要がある。
【０２１５】 非晶質ポリマー鎖の最大伸びを実現するために、（１）非晶質オリゴマーの流
体マトリックスを、発達しているガラス状ドメインが最小限でしか溶けないよう
に設計し、そして（２）ガラス相と非晶質相との間に微分反応性をもたらすよう
にする。ガラス状ドメインの発達は、それらが非晶質セグメントに結合して入り
込む前に、生長しきった状態になるようにすることが望ましい。これが最も分離
したガラス状／非晶質構造の分化を促進する。
【０２１６】 ポリウレタン処方の主要反応体（イソシアネートプレポリマー、鎖延長剤およ
び非晶質オリゴマー）は、反応の場ではどちらかと言えば中性の非極性物質とし
て働き始め、そしてそれより極性が大きい結合を生成させる独特の能力を有する
。そのイソシアネート基自体は非極性である。イソシアネートが親成分の脂肪族
または芳香族構造を持っていれば、そのイソシアネートの総合特性は非極性であ
る。このイソシアネートはある種の誘発極性を有している可能性がある。従って
、それは極性特性と非極性特性とを有するものの中間にあると考えることができ
る。そのオリゴマー基と鎖延長剤とは極性特性から非極性特性までの範囲に及ぶ
ことができる。
【０２１７】 反応がイソシアネート基と、鎖延長剤およびオリゴマーの活性水素基との間で
進行するとき、初めの成分より極性がはるかに大きいウレタン基または尿素基が
生成せしめられる。従って、形成されるべき第一のウレタンまたは尿素相は極性
が親マトリックスの成分より実質的に大きい。これらの極性物質はその非晶質マ
トリックスとしての液体内にガラス状ドメインを創生するための核形成部位を作
り出す。
【０２１８】 非晶質オリゴマーおよびイソシアネート中に全く溶けない（またはほとんど溶
けない）ガラス形成性鎖延長剤は、これを選択すべきではない。このような設計
戦略は、最終生成物に反応混合物の発現熱履歴に基づいて不調和を生み出す可能
性がある。しかし、非晶質オリゴマーよりも実質的に大きい極性特性を持つガラ
ス形成性鎖延長剤は、これを選択することができる。次いで、ガラス状ドメイン
が形成されるとき、生成ウレタンまたは尿素鎖延長結合の極性特性はそれらの極
性を大きくし、そのためそのガラス状ドメインは今にも不溶性または非混和性と
なる瀬戸際にあるが、その非晶質相の十分な相溶性がそのガラス状ドメインに結
合して行くのを可能にしている。相分離はこの設計によって促進される。ポリ尿
素はポリウレタンより極性が大きい。従って、親二官能性または多官能性アミン
から鎖延長剤を選択することが有利である。
【０２１９】 鎖延長剤を非晶質オリゴマーよりイソシアネートと速く反応するように設計す
るならば、そのイソシアネート／鎖延長剤のガラス状セグメントには、非晶質オ
リゴマー−マトリックス流体内にかなり大きな生長しきったドメインを生成させ
るチャンスがある。次いで、その非晶質オリゴマーが反応し、ガラス状ドメイン
を一緒に結合させて高度に分化されたガラス状および非晶質形態を形成する。一
般に、イソシアネートの２つの群である芳香族イソシアネートと脂肪族イソシア
ネートとは実質的に異なる反応性を有する。即ち、芳香族イソシアネートは脂肪
族イソシアネートより実質的に速く反応する。封入剤材料用のイソシアネートと
反応するのに有効な活性水素基には、一般に、１）脂肪族アミン、２）芳香族ア
ミンおよび３）第一および第二ヒドロキシル基を有する脂肪族オリゴマーと言う
３つの群がある。これら２つの群のイソシアネートおよびこれら３つの群の活性
水素保有物質の反応性は次のようにランク付けすることができる（反応の最も速
い組み合わせから最も遅い組み合わせ；但し、これらの区分内には若干のオーバ
ーラップがある）：
【０２２０】 １．芳香族イソシアネートと脂肪族アミン ２．芳香族イソシアネートと芳香族アミン ３．芳香族イソシアネートと脂肪族ヒドロキシル ４．脂肪族イソシアネートと脂肪族アミン ５．脂肪族イソシアネートと芳香族アミン ６．脂肪族イソシアネートと脂肪族ヒドロキシル
【０２２１】 芳香族イソシアネート／脂肪族アミンと脂肪族イソシアネート／脂肪族ヒドロ
キシルとの間の反応性の違いは非常にはっきりしており、従ってこの組み合わせ
群の微分反応性を用いることによって相分離を容易に促進することができる。し
かし、（後に記載されるが）熱不安定性と言う理由から、可能であるならば、芳
香族イソシアネートの使用は避けたいものである。従って、どちらかといえば、
ガラス状ドメインを作り出すための脂肪族イソシアネート／脂肪族アミンの反応
、または脂肪族イソシアネート／芳香族アミンの反応を可能な限り多く選択する
ことになろう。芳香族イソシアネートと脂肪族ヒドロキシルとの反応による結合
の形成は、総じて避けたいものである。
【０２２２】 方法のある組み合わせが十分な微分反応性をもたらすことが見いだされた。即
ち、（チキソトロープとしても機能する）親反応体としての芳香族イソシアネー
ト／脂肪族アミンを選択すること、またはガラス状ドメインの形成を完了させる
ための親反応体としての芳香族イソシアネート／脂肪族アミンを選択することに
よりガラス状ドメインの発生種を入れることである。次いで、脂肪族アミンおよ
びヒドロキシル基保有オリゴマーを選択することによって、非晶質ポリマー鎖を
そのガラス状ドメインに結合させることができる。親反応体のこれらの組み合わ
せについて最適の化学量論比を選ぶことで、微分反応性は最大になる。
【０２２３】 非晶質ポリマーの長さは、その非晶質ポリマー鎖の最大伸び特性を達成するに
当たって重要な役割を果たす。一般に、非晶質オリゴマー鎖の平均鎖長は、少な
くとも３００ダルトンであることが必要であり；そしてその鎖長が架橋結合間ま
たはガラス状ドメイン間で少なくとも１０００ダルトンであることがさらに良好
である。機械的保護を実現するには、十分なモジュラスを与えるのが望ましい。
他方、封入剤内に応力を最小限でしか生み出さないようにするためには、モジュ
ラスは最小限に抑えたい。この性質の組み合わせを達成する１つの手段は、ガラ
ス状ドメインを生成させるのに、芳香族イソシアネートと脂肪族アミンとの反応
の組み合わせ、または芳香族イソシアネートと芳香族アミンとの反応の組み合わ
せを選択することである。この組み合わせが極めて硬いガラス状セグメントを生
成させる。次いで、脂肪族イソシアネートと脂肪族ヒドロキシル化合物との組み
合わせを選択すると、低モジュラスの非晶質セグメントが生成される。
【０２２４】 エンタルピー的熱溜めの提供 芳香族イソシアネート、芳香族アミンおよびポリブタジエン構造が、エンタル
ピー的熱溜めをもたらすことができる共役二重結合構造を与える。
【０２２５】 ポリウレタンにおける最小限の内部応力の生成 ポリウレタンは、全体の形態学的構造、特に非晶質セグメントのモジュラスを
最小限に抑えることによって、ＩＣ／アセンブリーに関してその色々な界面にお
いて最小限の応力しか生み出されないように設計することができる。脂肪族イソ
シアネートと脂肪族ヒドロキシル化合物との組み合わせを選択すると、低モジュ
ラスの非晶質セグメントが生成せしめられる。
【０２２６】 ポリウレタンにおける局在化応力の消散 ポリウレタンにおける局在化応力の消散は、色々な非晶質セグメントをガラス
状ドメインを通じて確実、十分に統合することにより成し遂げられる。それ故、
ガラス状ドメインは、自ら再整列し、そしてはんだ付けプロセスの熱偏位中に作
り出される一時的な内部応力に順応する能力を有しなければならない。
【０２２７】 ポリウレタンにおける熱力学的可逆性の最大化並びに機械的および熱的ヒステリ
シスの最小化 置換基の嵩高さとそれら相互の近接具合が、それらポリマー鎖をして応力にタ
イムリーに順応させるに当たって重要な役割を果たす。そのように順応させるこ
とにより、ポリウレタンの熱力学的可逆性を最大化することができ、またポリウ
レタン中の機械的および熱的ヒステリシスを最小限に抑えることができる。ポリ
ブタジエンオリゴマーのセグメントはビニル置換基を有し、そのビニル置換基は
鎖中炭素約１０〜１５個毎に存在している。このビニル基は若干嵩高であって、
この置換基とポリマー鎖との間の立体障害を最小化するのに必要なとおりに鎖中
炭素結合を捩らせ、かつ再コンホメーション化せしめる。
【０２２８】 ポリウレタンへのはんだ付けプロセスに耐え得る十分に大きい強さの結合の提供 ウレタンポリマー鎖ははんだ付け中に結合破壊、分解および戻りに耐える、鎖
延長および架橋の十分に強い結合を有することが必要である。従って、鎖中に最
大数の強い結合を形成し、かつ鎖中の弱い結合（弱いリンク）を最小限に抑える
ことが望まれる。１つの良い戦略は、強い結合を与えるポリウレタンの非晶質セ
グメントを選択することである。１，３−ブタジエンモノマーから誘導される直
鎖の炭化水素鎖オリゴマーまたはヒドロキシル末端基付き炭化水素鎖オリゴマー
が、はんだ付けの昇温条件下で、ポリ−オキシ−プロピレンオキシドエーテルオ
リゴマー、ポリ−オキシ−エチレンオキシドエーテルポリオール（カーボワック
ス［Carbowaxes］）、ポリテトラメチレンオキシドエーテルポリオール、または
エチレングリコールアジペート、同アゼレート、同ブチルアジペートまたはカプ
ロラクトン類のようなポリエステルのポリオールのような酸素原子を含むオリゴ
マーより実質的に良好な結合破壊抵抗性をもたらすことが見いだされた。理論で
縛られることは望むものではないが、これらポリオールのはんだ付け処理温度に
耐える能力は、一部は、最弱連鎖リンクの固有結合強さと関係があると考えられ
る。ポリエーテルポリオールの場合は、その弱いリンクがはんだ付けプロセス中
のエーテル結合の戻りに関係があると考えられる。
【０２２９】 さらに、これら各種結合の一般的な結合強さは、熱分解に対するポリマーの安
定性に関係すると考えられる。例えば、C-C、C-H、C=C結合を含んでいる炭素鎖 は、それに伴われる高い結合エネルギー（結合破壊に耐える能力）の故に、戻り
に対する抵抗性が非常に高い。例えば、C-C、C-H、C=C結合の結合エネルギーは 、それぞれ８０、９８および１４５キロカロリー／モルである。他方、エーテル
結合は、６６キロカロリー／モルしか必要としないC-N結合がそうであるように 、必要とされる破壊エネルギーが上記のC-C、C-H、C=C結合の場合より少ない。 はんだプロセスに対して最も熱安定性の高いウレタンエラストマーは、C-O-Cエ ーテル結合を避けているものである。
【０２３０】 相互間反応がはんだ付けプロセスの熱による破壊に耐え得るウレタンまたは尿
素結合を生成させるそのようなイソシアネートと活性水素要素もまた選択される
べきである。ポリウレタン結合をヒドロキシル官能性の非晶質オリゴマーの遅い
反応から形成する場合に最良の微分反応性が生ずることを考慮すれば、できるだ
け多くのポリ尿素結合を生成させることがベストである。
【０２３１】 さらに、ウレタンエラストマーは、鎖延長剤のガラス状セグメント、並びに（
芳香族および脂肪族の）第一アミン類、（芳香族および脂肪族の）第二アミン類
、グアニン類、（アミジン類）、アミド類、第一ヒドロキシル基、第二ヒドロキ
シル基および第三ヒドロキシル基に、そのそれぞれの順序で、基づく活性水素基
を有するオリゴマー性非晶質セグメントを用いて合成されるべきである。結合強
さに基づいて、ポリウレタンの鎖延長ではなくポリ尿素の鎖延長をもたらすには
、全てのアミノ反応体とイソシアネートとを用いるのが好ましい。（このことは
、ガラス相と非晶質相の微分反応性と最大分化のために非晶質オリゴマーで第一
ヒドロキシル基を用いることとは相容れない。）好ましいポリマーは、実際は、
ポリウレタンと公称されているポリ尿素またはポリ尿素／ポリウレタンの組み合
わせである。しかし、実際に考慮すべきもう１つの点は、そのポリマー系の反応
性を、そのポリマー系を連続的または間欠的方法で混合し、分散させることがで
きるそのような程度まで遅くすることが必要であると言うことである。従って、
１）芳香族の第一または第二アミン、および２）第一および第二ヒドロキシル活
性水素オリゴマーの２つの群から遅い方の反応体が選ばれるべきである。
【０２３２】 ポリ尿素結合のはんだ付けの熱による破壊に対する抵抗性に関する最適の結果
にとっての、反応性成分のランクのこれら組み合わせは次のとおりである：
【０２３３】 ａ）最も安定な結合は、脂肪族イソシアネートと芳香族または脂肪族アミンと
の反応により生成せしめられるポリ尿素である。
【０２３４】 ｂ）機械的保護のための硬度を与えるために芳香族イソシアネートを使用しな
ければならない場合、尿素結合を生成させる芳香族または脂肪族アミンの量を化
学量論的量とすることが最良である。
【０２３５】 この選択順序の理論または基礎は、イソシアネートの親部分からの尿素結合に
誘導電子作用をもたらすことによって、ポリ尿素結合の破壊抵抗性が最良に改善
されると言うことにある。言い換えると、脂肪族イソシアネートは電子の誘導を
効果的なものにするが、これに対して芳香族イソシアネートは尿素結合から電子
を引き抜くのである。この選択の理論または基礎は、脂肪族または電子供与性基
はポリ尿素のカルボニル基上の陽性特性を減らして、そのカルボニル基を隣接ア
ミノ結合による結合破壊に対して安定化することにある。次に、そのポリ尿素結
合の結合破壊抵抗性は、芳香族アミンである活性水素部分の親基を選択すること
により改善することができる。芳香族アミンはその芳香族基の共鳴と関連したエ
ンタルピー的熱溜めをもたらす。
【０２３６】 芳香族イソシアネートをヒドロキシル基保有部分と反応させてウレタン結合を
生成させることは避けるべきである。（微分反応性のためのような）ウレタン結
合を形成することが必要である場合は、脂肪族イソシアネートをより遅く反応す
るヒドロキシル基との反応のために選択して、ウレタン結合を生成させるように
するのが好ましい。理論で縛られることは望むものではないが、この脂肪族イソ
シアネートの電子供与作用は、そのウレタン結合のカルボニル基を安定化する助
けになると考えられる。他方、芳香族イソシアネート上の芳香族置換基は、ウレ
タン結合のカルボニル基に対する電子引き抜き作用がアンバランスであるために
ウレタンを不安定にする。ポリ尿素結合はポリウレタン結合の場合のような電子
の不均衡を被らない。従って、たとえ２個の隣接芳香族基が尿素結合に対して電
子不活性化をもたらしても、それらは電子的に均衡のとれた様式でそのように作
用して、そのウレタン基の一方の側に対する電子の強い転位が回避される。
【０２３７】 原料物質の選択 全ての原料物質は、まず、金属、金属の塩のようなイオン性成分のレベル及び
それら成分の移行傾向について選別処理を受けなければならない。一部の物質は
これらの汚染物質を１００ppmより高いレベルで含むように選ぶことができるけ れども、全体的な選択は、汚染物質が２０ppm未満、理想的には２ppm未満でなけ
ればならない、そのようなものでなければならない。
【０２３８】 脂肪族イソシアネートプレポリマー 脂肪族イソシアネートプレポリマー成分は、メチレンジシクロヘキサンジイソ
シアネート、イソホロンジイソシアネートおよびヘキサメチレンジイソシアネー
トから選ばれるのが好ましく、そしてそれは３〜５０％の量で、好ましくは２５
〜３５％の量で存在する。
【０２３９】 工程２の付加反応用脂肪族イソシアネート 工程２の付加反応が行われる脂肪族イソシアネートは、５〜１５％の範囲の量
の、メチレンジシクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート
およびヘキサメチレンジイソシアネートから選ばれるのが好ましい。
【０２４０】 工程２の付加反応用芳香族イソシアネート 工程２の付加反応が行われる芳香族イソシアネートは、ジフェニルメタンジイ
ソシアネート、トルエンジイソシアネートおよびナフタレンジイソシアネートか
ら選ばれるのが好ましく、そしてそれは１〜２５％の量で存在する。
【０２４１】 鎖延長剤 ガラス状セグメントのドメインの形成種を与える目的から脂肪族アミン系鎖延
長剤が使用される。このことがその目的であるならば、それら鎖延長剤は諸目的
を阻止するために化学的チキソトロープを作り出すためにも使用することができ
る。脂肪族アミン系鎖延長剤は、二官能性または多官能性を有する、分子量が好
ましくは２０００ダルトン以下、さらに好ましくは５００ダルトン以下である第
一または第二アミンから選ばれるのが好ましい。このアミンは、さらに、ジアミ
ノアルカン、またはアルキル、アルコキシ、アリール、アロイル若しくは脂環式
基で置換されたジアミノアルカン、即ちエチレンジアミン、ピペラジン、ｎ−ア
ミノエチルピペラジン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、この
同族系列の、ピペラジン環式化合物、１，３−ビス（アミノエチル）シクロヘキ
サン、１，４−ジアミノシクロヘキサン、ｍ−キシレンジアミンを含めて高級ア
ミン類であるのが好ましい。この群に、ジェファミン（Jeffamine）Ｄ２３０、 ジェファミンＴ４０３、ジェファミンＤ２０００およびジェファミンＴ３０００
のような、低分子量ポリオールのアミンキャップ基付きのものからのアミンがあ
る。これらのアミンは、一般的には、低レベルで、好ましくはパートＢの成分に
対して１０重量％より低いレベルで、理想的にはパートＢの成分に対して３重量
％未満の重量で存在する。
【０２４２】 脂肪族アミン系鎖延長剤は、ガラス状セグメントのドメインの形成種を与える
目的のために、そしてガラス状セグメントのドメインを作るために用いられる。
しかし、芳香族アミンを鎖延長剤として選択するのが好ましい。これには、二官
能性または多官能性を有する、分子量が好ましくは２０００ダルトン以下、さら
に好ましくは５００ダルトン以下である第一または第二芳香族アミンの群のもの
がある。さらに、芳香族アミンは、３，５−ジエチル−２，４−トルエンジアミ
ン（エタキュアー１００、エチル・コーポレーション）、ジ−（３，５−メチル
チオ）−２，４−トルエンジアミン（エタキュアー３００、エチル・コーポレー
ション）、メチレン−ビス−オルトクロロアニリン、メチレンジアニリン、アミ
キュアー（Amicure）１０１、メチレン−ビス−メチルアントラニレート、ｍ− フェニレンジアミン、トリメチレングリコール−ジ−ｐ−アミノ安息香酸エステ
ル（ポラキュアー［Polacure］、エア・プロダクツ社［Air Products］）、ポラ
ミン（Polamine）６５０、ポラミン１０００およびポラミン２０００（エア・プ
ロダクツ社）のような芳香族アミンキャップ基付きポリオールであるのが好まし
い。
【０２４３】 非晶質オリゴマー 非晶質オリゴマーは、前記のプレポリマーや擬似プレポリマーを製造し、そし
てパートＢの成分を介して前記ポリマーに非晶質セグメントを与えるために必要
なものである。さらに、その非晶質セグメントは、三級官能基はあまり好ましく
ないが、好ましくは一級官能基であって、二級官能基でもよいそのような官能基
を有する官能性ポリマーから選ばれるのが好ましく、この場合その官能基は活性
水素保有官能基の群から構成され、その活性水素保有官能基には、ヒドロキシル
基、第一および第二アミノ基、カルボキシレート類、第一、第二または第三炭素
保有アミド類、アミジン類、ウレタン類および尿素類が含まれる。さらに、非晶
質セグメントは、連鎖の分枝に由来する連鎖の絡み合いを生じせしめることなく
、再順応し得る最大の能力を有する本質的に直鎖の構造から選ばれるのが好まし
い。しかし、僅かな分枝は前記ポリマーに全体的な架橋一体性をもたらすのを助
長する。さらに、非晶質セグメントは分子量が１００〜１０，０００ダルトンで
ある官能性ポリマーから選ばれるのが好ましいが、その分子量は１０００〜２０
００ダルトンであるのが好ましい。その炭化水素は線状の、環状の、または分枝
したアルカン類、アルケン類、並びにアルキン類と混合されたアルカン類および
アルケン類から構成されていることができる。その連鎖は、理想的には、平均し
て二番目〜１５番目の炭素毎に置換基を有する鎖中炭素を含んでいるが、分枝間
の距離がもっと長いとそれは三次元の捩れ及び螺旋をアタクチック、シンジオタ
クチックまたはアイソタクチックの配置として生成させ得る。アルケン類は非共
役構造のものでもよいし、或いはシスか、トランスのいずれかである共役構造の
ものでもよく、そしてそれらアルケン類はアルキル、ビニル、ハロゲン化アルキ
ルまたは同ビニルである置換基を有しているのが好ましいが、それら置換基はア
セテート、アクリレート、ニトリル、アミド等々のような他の置換基であること
もできる。これらの置換基はエチレン、プロピレン、ブチレン、ビニル、アリル
、塩素化ビニル、ジエンモノマー、オリゴマーおよびポリマーの単独重合または
それらの中での共重合から誘導することができる。これらのホモポリマーおよび
コポリマーとして、ポリ塩化ビニル、エチレンポリマー、プロピレンポリマー、
ジエン、エチレンおよびプロピレンポリマー、天然ゴムを含めてポリイソプレン
、ポリブチレンポリマー、スチレンブタジエンポリマー、ビトン（Viton）やハ イパロン（Hypalon）のようなハロゲン化ポリマーおよびそれらのラテックスの ような組み合わせを挙げることができる。
【０２４４】 さらに、非晶質セグメントは１，３−ブタジエンモノマーに由来するポリブタ
ジエン樹脂から選ばれるのがさらに好ましい。これらのポリブタジエンは分子量
が２０，０００ダルトン以下、好ましくは１０００〜４０００ダルトンのもので
あることができる。これらのブタジエンポリマーは、１，３−ブタジエンモノマ
ーの１，２−付加に由来するビニル付加反応生成部分のみならず、１，３−ブタ
ジエンモノマーの１位の部位と３位の部位の不飽和結合の共役を介しての重合の
延長によるシス−およびトランスの鎖中付加生成部分の組み合わせを有している
のが好ましい。さらに一般的には、本発明者は、R45HTおよびR45M（Elfアトケム
社、並びに低分子量ポリブタジエンであるR-20LM（Elfアトケム社）を含めて、 商業的に入手可能な多数のポリブタジエンから選択する。これらのポリブタジエ
ンは、典型的には、ペンダントビニル基を不飽和基サイドの約２０％以内でラン
ダムに分散して含み、同時にトランス不飽和対シス不飽和の比が約３：１となっ
ている。加えて、本発明者は、これらの商業的に入手可能なポリマーの、ビニル
シクロヘキシル部分を含めて、低分子量の副反応生成物を最小限の量で一時的に
含んでいる変種を好んで利用する。さらに、これらのポリブタジエンは、エポキ
シ、エステル、ポリエステル、エーテルまたはポリエーテル付加体を形成するこ
とによって、或いはスチレン、ポリスチレン、アクリロニトリル、アクリルアミ
ド、アクリレート、ジビニルベンゼン、またハロゲンやニトリルのような他の官
能基等々のようなビニル付加置換基を形成することによって変性することができ
る。これらの非晶質オリゴマー（またはそれらが組み合わされるもう一方のポリ
ウレタン若しくはポリ尿素）は、パートＡの組成物中に３０〜９５重量％、好ま
しくは５０〜７０重量％の範囲で存在することができる。それらはパートＢ成分
中に２５〜９７重量％、好ましくは７０〜９０重量％の範囲で存在することがで
きる。
【０２４５】 シラン 特に、シリコン、金属およびガラスに対する接着性が望まれる。接着性を高め
るためにパートＡまたはパートＢにシラン系カップリング剤を入れることができ
る。しかし、それぞれのシラノール類に加水分解することができるシリルエーテ
ル基を有し、かつパートＡと相溶性があるイソシアナトまたはオキシラン官能基
を有するシラン系カップリング剤を選択するのが好ましい。イソシアナトまたは
オキシラン官能基には、イソシアナト−ｎ−プロピル−トリエトキシシラン、２
，３，４−エポキシ−シクロヘキシル−エチル−トリメトキシシランまたはオキ
シラン−ｎ−プロピル−トリエトキシシランがある。パートＢの試薬と相溶性が
あるシランに、ビス（２−ヒドロキシエチル）−３−アミノプロピルトリエトキ
シシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノ−プロ
ピルトリエトキシシラン、ｎ−２−アミノ−エチル−３−アミノプロピルトリメ
トキシシランおよびグリシドプロピルトリメトキシシランがある。
【０２４６】 カーボンブラック カーボンブラックは、一般的には、多くは隠し回路部品（hide circuitry）に
対して表面改善機能（cosmetic function）を与え、またときにはその回路部品 に紫外線が浸透するのを防ぐために必要なものである。この目的のためのカーボ
ンブラックの選択は、その系のイオン汚染を回避するように注意してなされる必
要がある。ラベン・ブラック（コロンビアン・ケミカル社）のような、含有酸性
度が低いと共に、イオン性汚染物質の含有イオンレベルが低いカーボンブラック
が好ましい。
【０２４７】 触媒 ある種特定の組成物では、反応促進剤を存在させることが望ましい。これらは
ウレタンまたは尿素の形成反応を確実に完了させるのに役立つ。しかし、それら
のレベルは、その混合物の粘度上昇が加工処理中に問題にならないように、十分
な加工処理時間を保証するのに有効な最低レベルに保たれる。従って、パートＢ
側には、活性水素物質とイソシアネートとの反応用の有機金属系またはアミン系
促進剤のような反応促進剤が含められることになる。アミン系促進剤の群には、
トリエチレンジアミン（ダブコ［Dabco］、Ｍ＆Ｔケミカル社［M & T Chemical ］）のような第三アミンがある。有機金属系促進剤の群には、ウイトコ（Witco ）ＵＬ−６、即ちジブチルスズジラウレートのような有機スズ化合物、フェニル
水銀プロピオネートのような有機水銀化合物、有機ビスマス化合物、例えばコス
カット８３（コサン・ケミカル社）若しくはビスマス２４％のノーデックス・ヌ
−クストラ（Noudex Nu-xtra）のような化合物、または有機鉛化合物があり、そ
してそれら促進剤はパートＢに重量で０．００１〜５％、好ましくは０．１〜０
．５％の範囲の量で含められる。
【０２４８】 流れ調整剤 ウレタンパートＡおよびパートＢ試薬の流動が、静的または機械的混合チャン
バー内でその混合流れ全ての密な混合を保証すべく、最大の混合適合性を有する
ことを保証することが重要である。その適合性を高める１つの手段は、混合流れ
の粘度とレオロジーをできるだけよく合わせることである。そのような適合性を
達成する１つの手段は、特にその混合された流れを基板とＩＣとの上にドット若
しくはリボン流によるか、またはグロブの形のいずれかで乗せるときに、これら
流れの濡れを改善する流れ調整剤を選択することである。また、できるだけ低い
（クラウンの半径を最小化する）断面形（profile）をもたらすために、ＩＣ／ アセンブリー上に混合流れの濡れをもたらすことも重要である。
【０２４９】 酸化防止剤 ポリブタジエン樹脂およびそれらの誘導体は酸化性環境で脆化する。従って、
封入剤を酸化に対して保護することが必要である。酸化に対する保護は、非常に
多数の無機および有機物質の内のどれかを用いて実現することができる。従って
、それは、ｄ，ｌ−α−トコフェロール、ｄ，ｌ−α−トコフェリルアセテート
、アスコルビン酸、β−カロテン、チヌビン（Tinuvin）Ｐまたはチヌビン３２ ７（チバ・ガイギー社）、シアノックス（Cyanox）２２４６（アメリカン・シア
ナミド社［American Cyanamide］）、ブチル化ヒドロキシアニソールおよびＢＨ
Ｔ、並びにイオン性塩を導入または形成せず、また系の相溶性と溶解性を増進さ
せる上記と同様の物質を含めて、良好な溶解性と有効性を有する有機酸化防止剤
化合物から選ばれる。
【０２５０】 本発明は、かくして、はんだ付けサイクル中のはんだ熱への曝露に耐えること
ができる改善された電子ディバイス、部品がはんだ付けサイクルに抵抗性のある
封入剤により環境による損傷から保護されている封入部品を含む電子ディバイス
を製造する方法を提供し、そしてそれらの部品封入剤が、分解せずにはんだ付け
温度サイクルに耐えるように、熱力学的ポリマー部分をそれが熱静電力学的ポリ
マー部分より優位を占めるように有するそのような電子ディバイスと方法を提供
する。本発明は、さらに、本体が、その内部に、はんだ熱への曝露中に生成する
熱流束を取り込むに十分な熱溜めを含んでいるキャリアー、およびその熱溜めが
、その熱流束を内部エネルギーの形ではなくポリマー鎖をランダム化することで
取り込むことによって機能し、十分なマス容量が存在し、かつその熱溜めが、そ
の封入剤をして結合破壊と分解に耐えせしめるに十分な期間、その熱流束の強さ
を保存し、同時にはんだ浸漬プロセス中および室温への降温中にその封入剤アセ
ンブリー全体の一体性を維持すべく、十分な応力を低下させるように機能する樹
脂構造を具えるＩＣアセンブリーを提供する。さらに、本発明は、封入ＩＣ／キ
ャリアーアセンブリー全体をはんだ付けされるべき主回路部品に、そのアセンブ
リーを、本発明の電子ディバイスを形成するように、熱安定性の、封入され、気
密封止された集積回路構造を維持しながら、流動はんだの上を通過させて主回路
部品とのはんだ接触部を作ることによって取り付ける方法を提供する。かくして
、前記の本発明の目的は満たされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による電子ディバイスの垂直断面図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年８月４日（２０００．８．４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＵ，ＣＺ，ＩＤ，ＩＬ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＵ，ＳＧ，ＵＳ，ＶＮ，ＹＵ Ｆターム(参考） 4J034 CA14 CA15 CA16 CA17 CB03 CB04 CB05 CB07 CC03 CC12 CC23 CC26 CC29 CC34 CC45 CC52 CC61 CC62 CC65 CC67 CD06 CD08 CD13 GA06 GA33 HA01 HA07 HA15 HC03 HC12 HC13 HC17 HC22 HC46 HC52 HC61 HC64 HC67 HC71 HC73 JA42 MA22 QA05 RA14 4M109 AA01 BA04 EA11 EB02 EB04 EB19 EC04 EC05 EE02

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回路板接点と、高温はんだの存在下で実質的に変わらない所
    定の物理的形状を有する集積回路チップのリード線とを相互に電気的に接続する
    ために高温はんだ付けサイクルに挿通し；そして、該高温はんだ付けサイクルの
    進行中に、該はんだと加熱接触している該チップの周りに、該チップに適合して
    接着した保護組成物を保持する工程を含む電子ディバイスの製造方法であって、
    該保護組成物が該はんだの熱により膨張を受ける樹脂から成り；該樹脂は熱静力
    学的結晶性ポリマー鎖部分と熱力学的非晶質ポリマー鎖部分とを有し；ポリマー
    鎖部分全体に対する該熱力学的ポリマー鎖部分の割合は、はんだ熱の存在下で、
    該樹脂の膨張を、該熱静力学的ポリマー鎖部分を同等の時間幅では膨張させずに
    、該チップに対する該保護組成物の適合性と接着性を該高温はんだ付けサイクル
    を通じて維持するように吸収するのに十分な割合である、上記の方法。
  2. 【請求項２】 脂肪族ジイソシアネートのプレポリマーおよび脂肪族ジイソ
    シアネートと反応したオリゴマーから形成されている第一反応性成分と、脂肪族
    または芳香族ジアミンおよびオリゴマーから形成されている第二反応性成分とか
    ら形成されている樹脂を選択することを含み、ここで該オリゴマーは、約１００
    〜２０，０００ダルトンの分子量を有する、ほぼ二番目〜十五番目毎の鎖中炭素
    原子上で置換されている、該樹脂中に三次元のねじれおよび螺旋構造をアタクチ
    ック、シンジオタクチックまたはアイソタクチック配置で生成させるのに有効な
    ほぼ直鎖のポリマー部分を含んで成るものである、請求項１による方法。
  3. 【請求項３】 前記第一反応性成分プレポリマーの脂肪族ジイソシアネート
    をメチレンジシクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートお
    よびヘキサメチレンジイソシアネートから選択することも含み、ここで該プレポ
    リマーは３〜５０重量％の該ジイソシアネートを含む、請求項２による方法。
  4. 【請求項４】 前記プレポリマーを、前記第一反応性成分に対して５〜１５
    重量％の量で存在する、メチレンジシクロヘキサンジイソシアネート、イソホロ
    ンジイソシアネートまたはヘキサメチレンジイソシアネートから成る脂肪族ジイ
    ソシアネートと反応させる工程も含む、請求項３による方法。
  5. 【請求項５】 前記アミンとして脂肪族ジアミンを選択することも含む、請
    求項２による方法。
  6. 【請求項６】 前記脂肪族ジアミンとして、ジアミノアルカン、またはアル
    キル、アルコイル、アリール、アロイル若しくは脂環式基で置換されたジアミノ
    アルカンから成る第一または第二脂肪族ジアミンを選択することも含む、請求項
    ５による方法。
  7. 【請求項７】 前記脂肪族ジアミンを、エチレンジアミン、ピペラジン、ｎ
    −アミノエチルピペラジン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、
    ピペラジン系環状化合物、１，３−ビス（アミノエチル）シクロヘキサン、１，
    ４−ジアミノシクロヘキサン、ｍ−キシレンジアミン、それらの同族体およびア
    ミノキャップ基付き低分子量ポリオールから選択することも含む、請求項６によ
    る方法。
  8. 【請求項８】 前記脂肪族ジアミンとして、約２０００ダルトンより小さい
    分子量を有するジアミンを選択することも含み、ここで該ジアミンは前記第二反
    応性成分に対して約１０重量％より小さい量で存在している、請求項７による方
    法。
  9. 【請求項９】 前記アミンとして芳香族ジアミンを選択することも含む、請
    求項２による方法。
  10. 【請求項１０】 前記芳香族ジアミンとして、二官能性または多官能性を有
    し、分子量が約２０００ダルトンより小さい第一または第二芳香族アミンを選択
    することも含む、請求項９による方法。
  11. 【請求項１１】 前記芳香族ジアミンとして、３，５−ジエチル−２，４−
    トルエンジアミン、ジ−（３，５−メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン、
    メチレン−ビス−オルトクロロアニリン、メチレンジアニリン、メチレン−ビス
    −メチルアントラニレート、ｍ−フェニルジアミン、トリメチレングリコール−
    ジ−ｐ−アミノ安息香酸エステルまたはアミンキャップ基付きポリオールを選択
    することも含む、請求項１０による方法。
  12. 【請求項１２】 前記オリゴマーとして、重合した線状、環状または分枝鎖
    状のアルカン類および同アルケン類、並びにアルケン類若しくはアルカン類とそ
    れぞれ重合したアルカン類若しくはアルケン類、またはアルキン類を選択するこ
    とを含む、請求項２による方法。
  13. 【請求項１３】 前記オリゴマーとして、エチレン、プロピレン、ブチレン
    、ビニル、アリル、塩素化ビニル、ジエン系モノマー、オリゴマーおよびポリマ
    ーのホモポリマーおよびコポリマーを選択することも含む、請求項１２による方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記オリゴマーとして、ポリ塩化ビニル、エチレンポリマ
    ー、プロピレンポリマー、ジエン、エチレン−プロピレンポリマー、ポリイソプ
    レン、天然ゴム、ポリブチレンポリマー、スチレンブタジエンポリマーおよびハ
    ロゲン化ポリマーを選択することも含む、請求項１３による方法。
  15. 【請求項１５】 前記オリゴマーとして１，３−ブタジエンのポリマーを選
    択することを含み、ここで該ポリマーは約４０００ダルトンより小さい分子量を
    有するものである、請求項１４による方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１の方法の生成物。
  17. 【請求項１７】 請求項２の方法の生成物。
  18. 【請求項１８】 請求項４の方法の生成物。
  19. 【請求項１９】 請求項８の方法の生成物。
  20. 【請求項２０】 請求項１１の方法の生成物。
  21. 【請求項２１】 請求項１５の方法の生成物。
  22. 【請求項２２】 接点を有する回路板および所定の物理的形状を有する集積
    回路チップを含む電子ディバイスであって、該チップは該接点に高温はんだ付け
    関係で電気的に接続されるリード線を具え；該チップは、該チップに適合し接着
    している保護組成物を有し；該組成物は熱静力学的結晶性ポリマー鎖部分と熱力
    学的非晶質ポリマー鎖部分とを有する樹脂を含み；該熱力学的非晶質ポリマー鎖
    部分は、はんだ熱の接触後も該熱静力学的ポリマー鎖部分がそれらの原適用場所
    で該チップに対して適合しかつ接着したままとなっているような相対的割合で、
    存在している、上記の電子ディバイス。
  23. 【請求項２３】 前記樹脂が、脂肪族ジイソシアネートのプレポリマーおよ
    び脂肪族ジイソシアネートと反応したオリゴマーから形成されている第一反応性
    成分と、脂肪族または芳香族のジアミンおよびオリゴマーから形成されている第
    二反応性成分との重合生成物であり、ここで該オリゴマーは約１００〜２０，０
    ００ダルトンの分子量を有する、ほぼ二番目〜十五番目毎の鎖中炭素原子上で置
    換されている、該樹脂中に三次元のねじれおよび螺旋構造をアタクチック、シン
    ジオタクチックまたはアイソタクチックの配置で生成させるのに有効なほぼ直鎖
    のポリマー部分を含んで成るものである、請求項２２による電子ディバイス。
  24. 【請求項２４】 前記第一反応性成分プレポリマーの脂肪族ジイソシアネー
    トがメチレンジシクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート
    およびヘキサメチレンジイソシアネートを含み、ここで該プレポリマーは３〜５
    ０重量％の該ジイソシアネートを含み、そして該プレポリマーは該第一反応性成
    分に対して５〜１５重量％の量で存在するメチレンジシクロヘキサンジイソシア
    ネート、イソホロンジイソシアネートまたはヘキサメチレンジイソシアネートと
    反応せしめられている、請求項２３による電子ディバイス。
  25. 【請求項２５】 前記アミンが第一または第二脂肪族または芳香族ジアミン
    を含む、請求項２４による電子ディバイス。
  26. 【請求項２６】 前記オリゴマーが、重合した線状、環状または分枝鎖状の
    アルカン類および同アルケン類、並びにアルケン類若しくはアルカン類とそれぞ
    れ重合したアルカン類若しくはアルケン類、またはアルキン類を含む、請求項２
    ５による電子ディバイス。
  27. 【請求項２７】 前記オリゴマーが、エチレン、プロピレン、ブチレン、ビ
    ニル、アリル、塩素化ビニル、またはジエン系モノマー、オリゴマーおよびポリ
    マーのホモポリマーおよびコポリマーを含む、請求項２６による電子ディバイス
    。
  28. 【請求項２８】 前記オリゴマーが、ポリ塩化ビニル、エチレンポリマー、
    プロピレンポリマー、ジエン、エチレン−プロピレンポリマー、ポリイソプレン
    、天然ゴム、ポリブチレンポリマー、スチレンブタジエンポリマーまたはハロゲ
    ン化ポリマーを含む、請求項２７による電子ディバイス。
  29. 【請求項２９】 前記オリゴマーが該オリゴマーとしての１，３−ブタジエ
    ンのポリマーを含み、ここで該ポリマーは約４０００ダルトンより小さい分子量
    を有するものである、請求項２８による電子ディバイス。
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