JPH0196047A - 電子アセンブリ基板用セメント組成物 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は硬化状態で熱安定性及び誘電定数を改良するセ
メント組成物に関する。

本発明の硬化したセメント組成物は電子パッケージ応用
のためのセラミックに代るもの特に、電子アセンブリの
ための基板として特に適している。

Ｂ、従来技術 種々のセラミック材料が電子アセンブリ、特に大規模及
び超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）のための基板として市
販されている。セラミックはこれ等の目的に適している
が、それは熱安定性が優れ、誘電定数が低いためである
。しかしながら、セラミックの使用は完全に満足すべき
ものではない。

それはセラミックが比較的高価であり、製造の温度及び
圧力に関して、比較的過酷な条件を必要とするからであ
る。

他の方法として、マクロな欠点のない（ＭＤＦ）セメン
トと呼ばれるあるセメント組成物が電子パッケージ応用
でセラミック↓こ置換できることが研究の結果わかって
いるが、それはセメント組成物がセラミックと比較して
、比較的低コストで、処理が容易であるからである。し
かしながら、このようなセメントは電子アセンブリのた
めの基板にとって重要な性質である熱安定性が貧弱で誘
電定数が比較的高いという観点からみて成功していえる
とは云えない。従って、セメントをセラミックの適切な
代替物として実現するためには、セメントの熱的安定性
及び誘電定数特性を改良することが必要である。

Ｃ９発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、標準の、マクロな欠陥のないセメント
の熱安定性及び誘電定数を著しく改良することにある。

本発明に従えば、従来の標準のセメントの処理の相対的
容易さが保存される。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明はセメント、水、及びシラノールで終端するポリ
シロキサンを、硬化状態にある時に熱安定性及び誘電定
数を改良するに十分な量含むセメント組成物を与える。

さらに本発明はセメント、水、及びシラノール終端ポリ
シロキサンから得られる硬化セメント組成物を与える。

シラノール終端ポリシロキサンは組成の熱安定性及び誘
電定数を改良するのに十分な量加えられる。

本発明は又基板がセメント、水、及びシラノール終端ポ
リシロキサンから得られた硬化セメント組成物である。

集積回路モジュールを与える。ポリシロキサンは組成の
熱安定性及び誘電定数を改良するのに十分な量使用され
る。

本発明の集積回路モジュールは、他の部品の外に、基板
の少なくとも１つの主表面に所望の電気回路パターン及
び入／出力ピンのための手段を有する。

Ｅ、実施例 本発明に関連して使用するポリシロキサンはシラノール
端基を含む。一般に本発明に使用するポリシロキサンは
２５°Ｃで約２５センチ灸４門こ４人トーク又 乃至約１０００センチ矢←守−すの粘度、並びに約５０
０乃至約２６０００のＭυを有する。本発明に従って使
用される好ましいポリシロキサンは、２５℃で約２５及
至約７５センチ！の粘度を示し、最も好ましいポリシロ
キサンは２５°Ｃストークス で約５０センチ左≠ヰ１→の粘度を示す。

さらに本発明に従って使用される好ましいポリシロキサ
ンはシラノール端基を有するポリジメチル・シロキサン
である。シラノール終端ポリジメチル・シロキサンは商
標ＰＳ−３４０としてペトラーク・システム社（Ｐｅｔ
ｒａｒｃｈ　　Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｉｎｃ、）から販売さ
れている。このみトーク人 材料は２５℃で約５０センチキーキ：尭の粘度、約１３
００のＭυ、約１７００のＭυ及び約２２００のＭωを
有する。

シラノール終端ポリシロキサンはこれを有さないセメン
ト組成と比較して硬化状態でセメント組成の熱安定性を
改良し、又その誘電定数を減少するに十分な量使用され
る。

シラノール終端ポリシロキサンは使用するセメント約１
００部に対して好ましくは約５乃至約１５重量％、最も
好ましくは約１０重量％の量使用される。

組成のセメントの部分は電気的に絶縁特性を示すマクロ
な欠陥のないセメント組成を与えるのに使用されるのに
適したセメントのうち任意のものでよい。このようなセ
メントの例はボートランド（Ｐｏｒｔｌａｎｄ）セメン
ト及び高濃度アルミナ・セメントである。しかしながら
、ボートランド（Ｐｏｒｔｌａｎｄ）セメン１へに通常
含まれている酸化鉄の量（たとえば約５％）からみて、
このようなセメントは酸化鉄が電気的性質に与える悪影
響によって特に好ましいものではない。さらに高アルミ
ナ・セメントはボートランド（Ｐｏｒｔｌａｎｄ）セメ
ントと比較して高い（約２０％以上の）強さ特性を有す
る。

従って、本発明に関連して使用される好ましいセメント
は比較的多量のアルミナ及び比較的少量（たとえば約０
．１％）のＦｅ２Ｏ，を含むアルミナ・セメントである
。特に適切な高アルミナ・セメントは約６５重量％乃至
８０重量％のＡＱ２０１、約１５乃至３０重量％のＣａ
Ｏを有し、約０．１乃至５重量％のＳ　ｉ　Ｏ２、Ｍｇ
Ｏ及びＦｅ２Ｏ，の形の不純物を含む。

さらに、約３００ｐｐｍのナトリウム、約３００ｐｐｍ
のクロム、約５０ＰＰｍのガリウム、約３０ｐｐｍのバ
ナジウム、約３０ｐｐｍのマンガン、約３０ｐｐｍのチ
タン及び約３ｐｐｍの銅のような他の金属の根跡量を含
む。

本発明の目的に適した市販の高濃度アルミナ・セメント
は約７０重量％のＡＱ２０１、約２５重量％のＣａＯ及
び約５重量％の種々の鉱物性不純物を含む５ＥＣＡＲ−
７１である。

本発明に従って使用される組成は又硬化剤としての水を
含む。通常セメンｌ−１００重量部について約１５乃至
５重量部の水が使用される。最も好ましくは１００重量
部のセメントについて約１０重量部の水を使用する。さ
らに、本発明の最も好ましい態様では、シラノール終端
ポリシロキサンと水の総量はセメント１００重量部につ
いて約１０及至約３０重量部であり、さらに最も好まし
くは約２０重量部である。

本発明の組成はシラノール終端ポリシロキサンと水を機
械もしくは超音波によって適当な表面活性剤とともに乳
化にすることによって調整される。

適切な表面活性剤はＩＣＩアメリカス社（ＩＣＩＡｍｒ
ｉｃａｓ　　Ｉｎｃ、）から商標ＢＲＩＪ−７２及びＢ
ＲＩ　Ｊ−７６として市販されている極性終端ポリオキ
シアルキレンを含む。表面活性剤は通常エマルジョンの
約１−５重量％及び好ましくは約３重量％使用される。

結果のエマルジョンは次にセメントと混合され、ローラ
もしくき抽出器によってすり応力を与えてアグロメレー
トされたセメント粒子のデフロキュレーション（解凝固
）が行われる。

セメント、シラノール終端ポリシロキサンと水にすり応
力を与えてペースト状の組成にした後。

このような組成物を例えば略室温でモールドすることに
よって、所望の形状にモールドし、次に約７０℃乃至約
９０℃の温度、好ましくは約８０℃の温度及び約８０％
乃至約ｌＯＯ％、好ましくは約９５％の相対温度のよう
な比較的マイルドな条件で硬化する。この硬化は約１２
時間乃至約１６８時間、好ましくは約７２時間かけて行
われる。

本発明に従うシラノール終端ポリシロキサンの存在はセ
メントの熱安定性を著しく改良するだけでなくその誘電
定数を著しく減少することが発見された。他方ビニール
・アルコールとビニール・アセテートのコポリマのよう
な炭素をバックボーンとする合成ポリマを加えるとセメ
ントの熱安定性を実際に減少することがわかっている。

セメントの熱安定性の増加及び誘電定数の減少はセメン
トのマトリックスに結合剤を含ませることによっても達
成される。結合剤は有機官能性チタネートもしくは有機
官能性シランのどちらでもよい。好ましい２次的カテゴ
リーには第４ピロホスフアト・チタネート及びアルコオ
キシシランがある。

結合剤はシロキサン−水エマルジョンの調装の前、後も
しくはこれと同時に追加できる。使用する時のチタネー
トの量は通常全組成の約０．１乃至約１．０重量％であ
る。シランの量は通常全組成の約１乃至約２ｏ重量％で
ある。

チタネート及びシランとしては、ケンリッチ・ペトロケ
ミカルズ社（Ｋｅｎｒｉｃｈ　　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉ
ｃａｌｓ　　Ｉｎｃ、）から商標ＬＩＣＡ−３８Ｊとし
て市販されている第４メタクリレート官能アミン附化体
が使用できる。

さらに、劣化が生ずる前の２５０℃を超える。

一般に約２９０℃乃至約３００℃の温度でも得られる熱
安定性の増強によって、本発明のセメントは集積回路の
基板に使用できる。たとえば電子回路モジュールの１つ
の製造方法には通常約２１５℃の気相のはんだリフロー
温度が含まれている。

上述のことから明らかなように、本発明の組成ははんだ
の適用と両立できる。さらに、本発明の組成を硬化する
際の比較的マイルドな条件は完成部品に存在するワイア
・ピンもしくは他のデリケートな材料とも両立可能であ
る。

集積回路モジュールのための基板として使用される時の
セメント組成には基板を回路カードもしくはボートに接
続するコネクタを与える手段を与えることができる。た
とえば基板は入／出力ピンもしくは類似の構造体が挿入
できる予じめ形成された開孔を含み、ピンを基板の一表
面から突出さして１回路カードもしくは回路ボードへ挿
入可能にできる。さらにもし望まれるならば、基板はピ
ンに代すカードもしくはボ°−ドに接続するための、表
面に取付けたコネクタを使用できる。

ピンもしくは類似の構造体はストップサイドと呼ばれる
他の表面かられずかに突出するか、円鉄状の開孔中のく
ぼんだところにわずかに頭部を出してトップサイド上の
回路と接触でき、この回路が基板のトップサイド上に、
取付けられる集積回路チップと接続するようにすること
ができる。

モジョールのピンもしくは類似の構造体はこの技術分野
でよくしられた入／出力媒介物のうち任意のものでよく
、ここでは詳細に説明されない。

適切なピンの例は金めつきピン、銅めっきピン、固体銅
ピン、ニッケル合金、銅合金及び怨めつきピン、クリッ
プ及び鉛のフレームである。

基板のトップサイド上には基板上にアセンブルされる集
積回路に接続される所望の電気回路が存在できる。回路
は通常の技術の任意のもので形成できる。１つのこのよ
うな組合せはこの分野で知られているスクリーン・オン
金属回路である。

シリコンもしくは多結晶シリコン・チップのような集積
回路チップをはんだ結合によって基板上に取付けること
ができる。

集積回路モジュールの配列体の例は米国特許第４２３３
６２０号に見出される。

次に実施例を示すがこれは本発明を限定するものではな
いことに注意されたい。

実施例１ 高濃度のアルミナ・セメントである５ＥＣＡＲ−７１約
１００重量部、水約１０重量部、２５℃スト−ゲス で約５０センチ弁←守冨乎の粘度、約１３００のＭｎ、
約１７００のＭυ及び約２２０ｏＭωを有するシラノー
ル終端ポリジメチル・シロキサン約１０重量部、及びポ
リオキシアルキレン表面活性剤ＢＲＩＪ−７２約０．６
重量部を含む組成は次のようにして調製される。

ポリシロキサン−水−ＢＲＩＪ−７２混合物を８０℃に
加熱し約２−５分かけて超音波により乳化にし、安定な
乳化にする。次にこの安定な乳化物をモルタル（乳鉢）
中のセメントに加え、均一になる迄混合する。次に結果
のペーストを２−３分かけてローラ間を通してすり応力
を加える。このずり応力を加えたペーストを室温、約３
５１゜５及至７００−３ｋｇ／ｃｄの圧力でダイ中で成
形する。この部品を約８０℃の温度、９５％の相対温度
で約７２時間かけて硬化する。

硬化したセメント組成は劣化の始まる前に約２９０℃及
至約３００℃で熱安定性を示した。この値はポリシロキ
ロキサンが存在しない同じセメントに対する２３５℃以
下に対して改良を示している。さらに熱安定性のテスト
は約５５０℃迄加熱した時の重量の損失にわずか約８％
であり、これに対してポリシロキサンを含まないセメン
トの場合は約２０％である。

ＩＭＨ２、約５０％の相対温度で測定した硬化組成の電
気的特性は次の通りである。

誘電定数＝８．５ 誘電填＝０．０４ 固有抵抗＝５Ｘ１０１０オームーロ 他方、シロキサンを含まないセメントの誘電定数は約１
５、誘電填は約０．０８、固有抵抗は５×１０７オーム
ー１である。

さらに本発明のポリシロキサンで変性したセメントの電
気的性能は高湿度でも影害を受けない。

実施例２ エマルジョン化の前に約０．３重量部のチタネート結合
剤ＬＩＣＡ−３８Ｊを水に加えた点を除き実施例１を繰
した。

硬化組成の性質は次の通りである。

誘電定数＝ＩＭＨｚ及び相対湿度５０％で３゜誘伝填＝
　Ｉ　Ｍ　Ｈｚ及び相対湿度５０％で０．０５５０℃迄
の重量損失＝８％ 熱安定性＝３２０℃ 実施例３ 安定なエマルジョンに混合する前に約１６重量部のテト
ラエトキシ・シランをモルタル中のセメントに加え均一
になる迄混合する点を除き、実施例１を繰返した。

硬化組成の性質は次の通りである。

誘電定数＝ＩＭＨｚ及び相対湿度５０％で９５５０℃迄
の重量損失＝１５％ 熱安定性＝２６０’Ｃ Ｆ０発明の効果 本発明に従い、標準のマクロな欠陥のないセメントの熱
安定性及び誘電定数が著しく改良される。

出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　セメント、水、及び硬化した状態で組成の熱安定性を
   増大し、誘電定数を減少するに十分な量のシラノール終
   端ポリシロキサンを含むセメント組成物。