JPH02175760A - 包封電子デバイス製品および包封方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は高分子包封剤により包封された電子デバイスに
関する。更に詳細には、本発明はシリコンゲルにより包
封された電子デバイスに関する。

［従来の技術］ シリコン樹脂はその比較的熱安定性、誘電特性、化学的
安定性および耐大気劣化性により、多方面に使用されて
いる。米国特許第４５６４５Ｅ３２号明細書には、電子
デバイス（特に、混成集積回路）用の包封剤としてシリ
コン樹脂を使用することが開示されている。混成集積回
路は、半導体チップ（通常はシリコンチップ）をセラミ
ック基板上の回路パターンのポンディングパッド領域に
接続するものである。米国特許第４５６４５６２号明細
書に開示された発明は、金および窒化タンタル表面への
樹脂の接着力を高めるために、樹脂中で特定の添加剤を
使用している。この添加剤は時には、回路パターンとし
て使用されている金属類である。

ワイヤボンディングは集積回路チップと基板を接続する
ための常用技術である。これは、チップから基板まで弧
状に延びる繊細なワイヤの形成工程を含む。米国特許第
４５８４５Ｅ３２号明細書に開示されているようなシリ
コン樹脂は硬化中の不可避的な熱応力により繊細な接続
ワイヤを断線させる傾向があるので、ワイヤボンディン
グされたチップで使用する場合、時には信頼できないこ
ともあることが発見された。シリコンゲル（ビニルおよ
び水素化物反応性官能基を何するポリジメチルシロキサ
ンまたはポリメチルフェニルシロキサンのような白金で
触媒されたシリコン樹脂）は接続ワイヤを断線すること
な（包封するのに十分な弾性を有するが、硬化後も比較
的軟質なゴム様またはゼリー様の稠度を保持する。この
特性は多（の目的に好適であるが、比較的粗雑な取り扱
いを受けた場合に精密なシリコンチップを保護すること
はできない。特に、例えば、硬い物体の角が衝突した場
合、裂けたり、あるいは、割れたりしやすい。更に、混
成集積回路基板を洗浄するのに使用されるフレオン（デ
ュポン社の登録商標）のような溶剤に対する耐性が不↑
・分である。電子デバイス用のシリコンゲル包封剤に関
する一層完全な論考は“アトパンシス　イン　ポリマー
　サイエンス”、Ｖｏｌ、８４．１９８８．　　ｐ、８
４〜ｐ。

７８におけるシー・ピー・ウオンの「電子部品の包封に
おけるポリマーの応用」と題する論文に開示されている
。

デバイス包封の別の方法は、チップまたはそのリード線
と物理的に接触しない、プラスチックまたはセラミマク
のような硬質材料からなるパッケージを含む。このよう
なパッケージは粗雑な取り扱いに伴う苛酷さには耐えら
れるが、シリコン樹脂のように電子デバイスの素子を包
封することはできＣ１そのため、衝撃などに対する保護
効果の点では劣る。プラスチックのような多（の材料は
電気的特性が不適当なのでチップを包封することはでき
ない。エポキシ樹脂のようなその他の材料は製作中の熱
応力により繊細なボンディングワイヤを断線することが
あるので包封剤としては使用できない。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、電子デバイスの周囲を流動して該デバイスを包
封することができ、適当な接着特性、電気的特性、耐熱
性、耐溶剤性および耐衝撃性を何し、更に、粗雑な取り
扱いにも耐えうる１・分に硬い外表面を有する包封剤の
提供が強く望まれている。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、白金触媒を有するシリコンゲル（ビニ
ルおよび水素化物官能基を何するポリジメチルシロキサ
ンおよび／またはポリメチルフェニルシロキサン）１５
〜３０ｗｔ％、二酸化ケイ素５０〜８０ｗｔ％および水
素化ケイ素組成物５〜２０ｗｔ％からなる材料により電
子デバイスを包封する。未岐化状態では、この材料は粘
稠であり、従来のシリコンゲルと同様な方法で電子デバ
イス上を流動させることができる。しかし、後で詳細に
説明するように、硬化されると、その外面は非常に硬質
になるが、その構造体は熱応力（特に、ボンディングワ
イヤ上の熱応力）を吸収するのに十分な弾性を維持して
いる。更に、硬化後も樹脂は衝撃吸収性を与えるほど十
分な弾性を有する。従って、シリコンゲル包封剤と硬質
パッケージ包封剤の双方の最良の特性が得られる。特に
、本発明者が知る限りでは、従来の他の材料では得られ
なかった独特な機械的特性に加えて、耐溶剤性およびセ
ラミック、金および銅に対する接着性などの特性が得ら
れる。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

米国特許第４５ＥＩ４５Ｂ２号明細書には金サーマルパ
ッドに接着することができ、しかも、デバイスの洗浄に
使用される溶剤に対して耐性マあるシリコン樹脂の必要
性が若１−詳細に記載されている。前記特許明細書には
、不適当な接着特性を有する材料で包封されたデバイス
が例示されている。

本明細書に添付された図面は、前記のような欠点を有し
ない、本発明により包封された代表的な電子デバイス１
０を示している。図示されたデバイスはセラミック基板
１２上に実装されたシリコンチップ１１からなる混成集
積回路である。基板の表面には回路パターンを画成する
金属層１３が形成されている。金属層１３は複数個のポ
ンディングパッド１４を有する。ポンディングパッド１
４は金属ワイヤ１５により半導体チップに接続される。

本発明によれば、半導体チップ、金属ワイヤ１５、ポン
ディングパッド１４および金属層１３の少なくとも−・
部分の全露出面がシリコンゲル１７により被覆される。

包封剤は最初塗布された状態では粘調であり、チップ１
１および金属ワイヤ１５の周囲を流動してチップや金属
ワイヤヲ包封することができる。その後、硬化させるこ
とにより包封剤１７を固化させる。しかし、外表面組織
が砂質になる間、その組性は、緩衝器を構成し、かつ、
示差熱膨張および被包封素子のヤング率により発生され
た応力を吸収するのに１−分な可撓性を維持するような
ものである。特に、約１５０℃で硬化中、熱応力により
金属ワイヤ１５が一本たりとも断線されないことが重要
である。

本発明によれば、樹脂１７は、白金触媒を何するシリコ
ンゲル（ビニルおよび水素化物官能基を何するポリジメ
チルシロキサンおよび／またはポリメチルフェニルシロ
キサン）１５〜３０ｗｔ％。

二酸化ケイ素５０〜８０ｖｔ％および水素化ケイ素組成
物５〜２０ｗｔ％からなる材料から構成されている。増
量剤として機能する二酸化ケイ素は少量のヒユームドシ
リカを含む粉末溶融シリカが好ましい。水素化ケイ素は
シリコンゲルマトリックス中の架橋密度を増大させるこ
とにより、その硬度を高める。二酸化ケイ素は包封剤の
耐溶剤性を改善する。二酸化ケイ素および水素化ケイ素
の双方とも包封剤の接着特性を高める。

表Ｉの組成物を調製し、テストした。表Ｉに示された組
成物の全てについて、電気的または機械的不良なしに１
５０℃で２時間硬化させることにより包封を行った。し
かし、硬化温度は必須要件ではないと思われる。使用さ
れたシリコンゲルは全ての組成物において、米国ミシガ
ン州のミツドランドに所在するダウ・コーニング社から
市販されている、ポリジメチルシロキサンとポリメチル
フェニルシロキサンシリコンゲルからなるＤＣ３−４９
３９であった。これはシリコンの他に少量の白金触媒を
含宵する。全ての組成物において、水素化ケイ素はポリ
メチルヒドロシロキサンを使用した。しかし、当業者に
より認められるように、その他の水素化ケイ素組成物も
当然使用できる。

使用されたポリメチルヒドロシロキサンハ米国ペンシル
ベニア州のブリストルに所在するグイナミット・ノーベ
アし社のペトラルブチ　デイビジョンから、”ｐ、ｓ、
ｉｔｓ”または”Ｐ、８．１２３”という商品コードで
市販されている組成物である。公知なように、長い硬化
時間に耐えられれば１２０℃程度の低い硬化温度も使用
できる。また、２００℃程度の高い硬化温度も使用でき
る。

この場合、硬化時間は若Ｔ短くなる。全ての完成組成物
のシａアーＤ硬度は、ＡＳＴＭ法により測定して、約３
０であり、それ自体が、例えば、引裂きまたは顕著な変
形を起こすことなく、ねじ廻しの先端による手動の鋭い
突きに耐えることができる。全ての組成物について、フ
レオンＴＭＣ中で３０〜６０分間煮沸することにより接
着性をテストした。フレオンＴＭＣはフレオンＴＦ（ｕ
録商標）、塩化メチレンおよび安定剤を含有する、デュ
ポン社から市販されている製品である。この条件下で全
ての組成物は膨潤することなく接着性を示した。

表Ｉの実施例４の材料で包封された集積回路チップにつ
いて行われた比較温度サイクルテストの結果を表■に示
す。表■では“Ｅｘ４”で示されている。比較テストは
、フレイン（Ｆｕｒａｎｅ）エポキシ“グロップトップ
（ｇｌｏｐ　ｔｏｐ）”　（米国カリフォルニア州、ロ
スアンジェルスに所在するフレイン社から市販されてい
るエポキシである）、ハイツル（Ｈｙｓｏ　ｌエポキシ
グロップトップ（米国カリフォルニア州、オンタリオに
所在するハイツル社から市販されているエポキシである
）およびシリコングロップトップ（米国ミシガン州、ミ
ツドランドに所在するダウ・コーニング社から市販され
ているシリコン樹脂である）で被覆されたチップにより
行った。本発明者の知る限りでは、比較テスト用に選択
されたこれら３種類の包封剤は、この目的に現在利用さ
れているもののうち最良のものである。

（以下余白） 表２ 各テストは熱応力により断線しやすい多数のポンディン
グワイヤを含む集積回路チップの包封剤について行った
。ワイヤが一本でも断線し・たら不良品とする。各温度
サイクルは４５分間で一４０℃から１３０℃まで上昇し
、そして、再び一４０℃に戻す周期からなり、最高温度
および最低温度で２０分間の休止時間を置いた。各欄の
最初の数７は不良品数を示し、二番目の数字は検体数を
示す。例えば、１００サイクルの場合、フレイン包封剤
の１３３検体のうち不良品が２個発生した。

１５０サイクルでは、残りの１３１検体のうち更に９個
の不良品が発生した。９５０サイクルでは、Ｅｘ４の包
封剤の２２検体のうち不良品は１個しか発生しなかった
。この事実は、ワイヤポンディングされた集積回路に関
して、本発明の包封剤は従来の包封剤よりも極限温度に
対して−・層良好な耐性を有することを示している。

前記の仕様は本発明を例証するために示されたものであ
る。本発明にもとることなく、様々な変更を為し得るこ
とは当業者に自明である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、電子デバイスの
周囲を流動して該デバイスを包封することができ、適当
な接着特性、電気的特性、耐熱性耐溶剤性および耐′＃
撃性を何し、更に、粗雑な取り扱いにも耐えうる１−分
に硬い外表面を有する包封剤が得られる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の代表的な実施例による包封電子デバ
イスの断面図である。 電子デバイス ／θ 出願人：アメリカン　テレフォン　アンドテレグラフ　
カムバニ− セラミック基板

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）包封剤が、白金触媒を有するシリコンゲル（ビニ
   ルおよび水素化物官能基を有するポリジメチルシロキサ
   ンおよび／またはポリメチルフェニルシロキサン）１５
   〜３０ｗｔ％、二酸化ケイ素５０〜８０ｗｔ％および水
   素化ケイ素組成物５〜２０ｗｔ％からなることを特徴と
   する、シリコン樹脂を含む材料により包封された電子デ
   バイスからなる製品。
2. （２）水素化ケイ素組成物はポリメチルヒドロシロキサ
   ンであることを特徴とする請求項１記載の製品。
3. （３）二酸化ケイ素は溶融シリカとヒュームドシリカの
   混合物であることを特徴とする請求項２記載の製品。
4. （４）シリコンゲルはダウコーニング３−４９３９樹脂
   として知られている組成物であることを特徴とする請求
   項３記載の製品。
5. （５）電子デバイスは、基板上に実装され、そして、電
   子的導体により基板に接続された半導体チップからなり
   、包封剤および基板は一緒になって半導体チップと電子
   的導体を包封することを特徴とする請求項１記載の製品
   。
6. （６）白金触媒を有するシリコンゲル１５〜３０ｗｔ％
   を二酸化ケイ素５０〜８０ｗｔ％および水素化ケイ素組
   成物５〜２０ｗｔ％と混合し、ワイヤボンディングされ
   た集積回路を該混合物で被覆し、そして、１２０℃〜２
   ００℃の温度で該混合物を固化させるのに十分な時間に
   わたって加熱することにより該混合物を硬化させる工程
   からなることを特徴とするワイヤボンディングされた集
   積回路の包封方法。
7. （７）水素化ケイ素組成物はポリメチルヒドロシロキサ
   ンであることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. （８）二酸化ケイ素は溶融シリカとヒュームドシリカの
   混合物であることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. （９）シリコン樹脂はダウコーニング３−４９３９樹脂
   として知られている組成物であることを特徴とする請求
   項８記載の方法。
10. （１０）シリコンゲルはポリジメチルシロキサンおよび
    ポリメチルフェニルシロキサンからなる群から選択され
    、かつ、ビニルおよび水素化物官能基を有することを特
    徴とする請求項６記載の方法。