JPH03225943A - 混成集積回路装置 - 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、混成集積回路装置に係り、特に、当該混成集
積回路装置において半導体素子等を封止するに適した封
止構造に関する。

（従来技術） 従来、この種の混成集積回路装置においては、抵抗体や
配線パターンを印刷焼成した厚膜回路基板を、半導体素
子、コンデンサ等の電子部品をハンダ付けした状態にて
、ケーシング内に収容した上で、同ケーシング内にエポ
キシ樹脂材料をポツティングしてエポキシ樹脂層として
硬化させ、半導体の封止構造とするようにしたものがあ
る。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような構成においては、上述のエポキシ
樹脂層は、可撓性を有し、かつ低コストでありながら耐
久性をも有し、特性のバランスに優れるため、半導体の
封止にあたり広く採用されている。しかし、このエポキ
シ樹脂層が、高温高湿度（例えば、８５℃８５％ＲＨ）
の環境の中に長時間保持された場合、同エポキシ樹脂層
の形成材料自体が、吸湿し易く加水分解を起こすために
、有機酸や塩素イオン等のイオン性不純物の発生を招く
。

然るに、上述のエポキシ樹脂層が、厚膜回路基板、抵抗
体、配線パターン、電子部分の各表面と接触しているた
め、上述のように加水分解で生じたイオン性不純物が、
抵抗体のトリム部に侵入してその抵抗値を変動させ、配
線パターンの形成材料（Ａｇ導体材料）に侵入して同配
線パターンを腐食所縁させるという不具合を招く。また
、上述のエポキシ樹脂層の熱収縮特性が大きいため、こ
のエポキシ樹脂層のヒートサイクル下での熱収縮により
、同エポキシ樹脂層が、厚膜回路基板上の半導体素子や
電子部品を引っ張ることとなり、その結果、半導体素子
や電子部品の厚膜回路基板に対するハンダ付は部分に破
損が生じ部品はがれを招くおそれがある。

また、上述のエポキシ樹脂層の加水分解に対処するにあ
たっては、同エポキシ樹脂層に代えて、シリコーン樹脂
材料からなるシリコーン樹脂層を採用することも考えら
れるが、シリコーン樹脂材料のコストが高く、得策でな
い。また、部品はがれという不具合に対しては、シリコ
ーン樹脂層でもってしても効果がない。

そこで、本発明は、以上のようなことに対処すべく、混
成集積回路装置において、エポキシ樹脂材料を封止材料
としてそのまま採用し、かつこのエポキシ樹脂材料の欠
点をシリコーンゲルにより解消して、信頼性の高い封止
構造を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） かかる課題の解決にあたり、本発明の構成上の特徴は、
混成集積回路装置のケーシング内に収容した回路基板、
その半導体素子、抵抗体及び配線パターンを、前記ケー
シング内にて合成樹脂材料からなる樹脂層でもって封止
するようにした封止構造において、前記回路基板の前記
半導体素子及び配線パターンを含む表面部分と前記樹脂
層との間にシリコーンゲルでもってシリコーンゲル膜を
形成し、かつこのシリコーンゲル膜の膜厚を１０（μｍ
）〜５００（μｍ）の範囲内の値とするようにしたこと
にある。

（作用効果） このように構成した本発明においては、前記シリコーン
ゲル膜が、１０（μｍ）〜５００（μｍ）の範囲内の膜
厚でもって、前記樹脂層と前記回路基板の前記半導体素
子及び配線パターンを含む表面部分との間に形成される
ので、前記樹脂層からその加水分解に伴いイオン性不純
物が生じても、このイオン性不純物が、前記シリコーン
ゲル膜によりその１０（μｌ１１）〜５００（μｍ）の
範囲内の膜厚との関連で、前記半導体素子、配線パター
ンから所望の耐湿寿命の確保に必要な時間の間確実に侵
入阻止されることとなる。従って、前記配線パターンが
、上述の時間の間、前記イオン性不純物から確実に遮断
されて、腐食することなく本来の配線機能を発揮し得る
。また、前記抵抗体も同様にイオン性不純物から確実に
遮断されてその本来の抵抗値を、変動を伴うことなく、
維持し得る。

また、前記樹脂層が熱収縮作用を繰返しても、前記シリ
コーンゲル膜が、そのゲル特性により、前記樹脂層と前
記半導体素子、抵抗体及び配線パターンとの間で応力的
な緩衝作用を果たすので、前記樹脂層の熱収縮による前
記半導体等に対する引っ張り力が前記シリコーンゲル膜
により緩和される。従って、前記半導体素子等の前記回
路基板からの部品はがれという問題が生じることもない
。

また、前記シリコーンゲル膜が存在せず前記樹脂層が前
記回路基板に直接密着する部分では、この密着部分にお
いて前記樹脂層の接着力が強力に作用するので、前記回
路基板に対し前記ケーシングから外方への引っ張り力が
作用しても、同回路基板が前記ケーシング内に適正に保
持され得る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図は、本発明がシングルインラインパッケージ型（以下
、ＳＩＰ型という）厚膜集積回路装置に適用された例を
示している。この厚膜集積回路装置は、偏平長方形状の
ケーシング１０を備えており、このケーシング１０の左
右側壁１１゜１２の各内面にはその長手方向に沿い案内
溝１３が、第１図及び第３図に示すように、断面コ字状
に穿設されている。かかる場合、案内溝１３の幅Ｗ（第
３図参照）は、０．８〜１．３（ｍｍ）の範囲内の値に
定められている。なお、ケーシング１０はＰＢＴ樹脂材
料により形成されている。

このケーシング１０内には、アルミナ基板からなる厚膜
回路基板２０が、第１図〜第３図に示すごとく、その両
側縁部２１，２２をケーシング１０の開口部１４から案
内溝１３内に遊嵌して収容されており、この厚膜回路基
板２０の板厚ｔ（第３図参照）は、０．７〜０．９（Ｉ
ｉｌ！１３の範囲内の値に設定されている。但し、板厚
ｔは、ケーシング１０の案内溝１３の＠Ｗよりも、０．
１−０．４（ｍｍ）の範囲内の値だけ小さくなっている
。

また、この厚膜回路基板２０は、その表面上に、ペース
ト状抵抗材料からなる抵抗体２４．及びペースト状Ａｇ
導体材料からなる配線パターン２５を印刷焼成してなり
、半田マスクを兼ねるガラス保護膜によって被覆されて
いる。また、厚膜回路基板２０の表面には、半導体素子
２６及び各コンデンサ２７が、その各端子にてハンダ付
けされており、この厚膜回路基板２０の前縁部２８には
、複数のリードビン２９〜２９が、その各基端部にて、
嵌着されている。

シリコンゲルからなる膜３０（以下、シリコンゲル膜３
０という）は、第１図及び第２図に示すごとく、厚膜回
路基板２０の前縁部２８（第１図及び第２図にて符号Ｄ
＋により示す領域に相当する）を除く残余の表面部分（
第１図及び第２図にて符号Ｄ２により示す領域に相当す
る）に、半導体素子２６、各コンデンサ２７をも含めて
被覆するように薄膜状にコーティングされており、この
シリコンゲル膜３０の膜厚Ｓは、５０（μｌ１ｌ）〜５
００（μｍ）の範囲内の値に設定されている。

エポキシ樹脂層４０は、エビビス型エポキシ樹脂と脂肪
族ポリアミンとからなる可撓性エポキシ樹脂材料でもっ
て、第２図に示すごとく、ケーシング１０内の残余の空
所部分を占めるように形成されているもので、このエポ
キシ樹脂Ｎ４０は、ケーシング１０の内表面と密着する
と共に、シリコンゲル膜３０の外表面、厚膜回路基板２
０の前縁部２８の表面及び各リードビン２９の基端部表
面に密着している。

ところで、このように構成した厚膜集積回路装置の製造
方法は、以下の工程による。

（１）まず、ケーシング１０を準備するとともに、上述
のように抵抗体２４、配線パターン２５、ガラス保護膜
、半導体素子２６及び各コンデンサ２７を備えた厚膜回
路基板２０を準備する。

（２）このような厚膜回路基板２０の前縁部２８を除く
残余の部分全体をディッピング方式によりシリコーンゲ
ル内に浸漬させて一度にシリコーンゲル膜３０を塗布形
成する。

即ち、粘度２５０〜１０００（ＣＰ）のシリコーンゲル
の中に、厚膜回路基板２０を（その前縁部２８を除く）
ゆっくり浸漬してゆく。しかして、厚膜回路基板２０を
各リードビン２９の基端部から２（■）の部分でシリコ
ーンゲル中に浸漬させた上で阿厚膜回路基板２０をシリ
コーンゲル中から引き上げる。

ついで、このように引き上げた厚膜回路基板２０に付着
したシリコーンゲルを硬化炉内にて１５０（’Ｃ）にて
３０（分）間離化させる。その結果、５０（μｌｎ）〜
２００（μｍ）の膜厚をもつシリコーンゲル膜３０が厚
膜回路基板２ｏの前縁部を除く残余の部分全体に簡単に
形成できる。

（３）然る後、シリコーンゲルｆｆ１３０を形成した厚
膜回路基板２０をケーシング１０内にその案内溝１３に
沿わせて嵌装した上、上述の可撓性エポキシ樹脂材料を
ケーシング１０内にポツティングし硬化させてエポキシ
樹脂層４０を形成する。これにより、厚膜集積回路装置
の製造が完了する。

ここで、上述のような構成及び製造方法を採用した根拠
について説明する。

（１）シリコーンゲル膜３０の厚膜Ｓについて。

一般に、膜厚Ｓのシリコーンゲル膜３０内を拡散するエ
ポキシ樹脂層４０からの加水分解によるイオン量はＳ２
に反比例する。従って、シリコーンゲル膜３０の膜厚Ｓ
が厚い程、耐久寿命が長くなると予測される。そこで、
環境条件の厳しい車載用半導体素子に要求される品質要
求時間として、８５　（℃）８５　（％Ｒ旧旧聞囲気下
３０００時間以上の寿命をもつための最低品質のシリコ
ーンゲル膜の膜厚を実験的に求めてみたところ、第４図
に示す特性曲線Ωが得られた。これにより、シリコーン
０− ゲル膜の膜厚Ｓが１０（μｍ）以上であればよいことが
確認できた。

また、厚膜回路基板２０にシリコーンゲル膜３０を塗布
形成した後に同厚膜回路基板２０をケーシング１０内に
嵌装することとなるため、シリコーンゲル膜３ｏの膜厚
Ｓが厚過ぎると、厚膜回路基板２０の両側縁部２１，２
２をケーシング１０の案内溝１３内に遊嵌することがで
きない。従って、厚膜回路基板２０が嵌装不良となった
り、シリコーンゲル膜３０が、案内溝１３によりはぎ取
られて、エポキシ樹脂材料のポツティングの後も、部分
的に表面にまで露出してしまうという事態が生じる。

これに対しては、案内溝１３の幅Ｗを広くすればよいが
、かかる場合には、厚膜回路基板２０のケーシング１０
内での位置決め精度で低下してしまうため、得策ではな
い。そこで、厚膜回路基板２０のケーシング１０内での
位置決め精度を所望の値に維持するに必要なシリコーン
ゲル膜３０の膜厚Ｓを、案内溝１３と厚膜回路基板２０
の寸法１１ 関係を考慮して検討したところ、 次の結果が得ら れた（表−１参照） （表−１） 即ち、　（表−１）により、シリコーンゲル膜３０の膜
厚Ｓは、５００（μｍ）以下でなければならないことが
確認できた。但し、　（表−１）における良好との判定
基準は、第５図に示すごとく、シリコーンゲル膜３０の
一部がエポキシ樹脂層４０から露出しない場合とした。

一方、　（表−１）における不良との判定基準は、第６
図に示すごとく、シリコーンゲル膜３０の一部がエポキ
シ樹脂層４０から外方へ突出する場合とした。

以上のことから、シリコーンゲル膜３０の膜厚１２− ８は、１０　（μｍ）　〜５００　（μｃ）　ｃＱ範囲
にあればよいことが分か。。本実施例では、シリコーン
ゲル膜３０の膜厚Ｓは、５０　（μｍ）　〜５００　（
μｍ）の範囲内の値数、１０　（μｍ）　−５００（μ
ｍ）の範囲を充足している。

（２）シリコーンゲル膜３０の塗布形成領域を厚膜回路
基板２０の前縁部２８以外の部分に限った根拠について
。

厚膜回路基板２０において半導体素子等の電子部品の実
装及び抵抗体等の印刷焼成回路網の形成がなされる領域
（第１図及び第２図にて符号Ｄ２参照）は、その配線密
度も高く、エポキシ樹脂層４０の加水分解による影響を
最も敏感に受は易い。

一方、厚膜回路基板２０の前縁部２８（第１図及び第２
図にて符号Ｄ１参照）の領域は、配線間隔も広く、上述
の加水分解による不純物イオンの影響を受けにくい。

従って、厚膜回路基板２０の前縁部２８にまでシリコー
ンゲル膜を塗布形成する必要性に乏しい。

また、厚膜回路基板２０の前縁部２８以外の部分−１５
＝ 全体にシリコーンゲル膜を形成することとすれば、上述
のディッピング方式を採用することができる。

また、厚膜集積回路装置をプリント基板Ｐに実施するに
あたっては、厚膜回路基板２０の各リードビン２９を第
７図及び第８図のようにクリンチｑにより折り曲げるこ
ととなる。かかる場合、ケーシング１０の内部から厚膜
回路基板２０をプリント基板Ｐ側へ引き抜くようにクリ
ンチｑによる折曲力が作用するため、この折曲力に打ち
勝って厚膜回路基板２０をケーシング１０内に適正に保
持する保持力が必要となる。

ところで、厚膜集積回路装置においては、上述の保持力
は、エポキシ樹脂層４０と厚膜回路基板２０との間の接
着力により生じるのが通常である。

しかし、シリコーンゲル膜でもって厚膜回路基板２０全
体をコーティングした後にエポキシ樹脂材料のボッティ
ングによりエポキシ樹脂層を形成した場合、このエポキ
シ樹脂層とシリコーンゲル膜との間の接着力が、同シリ
コーンゲル膜のゲル特性との関係で著しく低下してしま
う。

１４ そこで、上述の保持力を確保するために、各リードビン
２９の基端部と厚膜回路基板２０の前縁部２８を、シリ
コーンゲル膜でコーティングすることなく、エポキシ樹
脂材料のポツティングにより形成されるエポキシ樹脂Ｎ
５０でもって直接封止することとした。かかる場合、シ
リコーンゲル膜３０が厚膜回路基板２０上のすべての電
子部品及び印刷焼成素子を完全に被覆する状態も確保で
きるので、エポキシ樹脂Ｎ４０とシリコーンゲル膜３０
との間に、応力上の緩衝層がシリコーンゲル膜３０のゲ
ル特性との関連で形成される。従って、ヒートサイクル
試験において、厚膜回路基板２０からの部品はがれを確
実に防止できる（第８図参照）。このことは、シリコー
ンゲル膜３０がバリヤ層として機能し厚膜集積回路装置
の耐湿寿命を著しく向上させ得ることを意味する。

因みに、半導体素子のみをシリコンゲルでコーティング
した場合の厚膜集積回路装置（以下、第１回路装置とい
う）と本実施例の厚膜集積回路装置（以下、第２回路装
置　という）を、８５（℃）１５− ８５（％ＲＨ）の恒温恒湿槽にて通電試験を行ってみた
ところ、第１回路装置では、２０００時間の経過時に、
厚膜回路基板の配線パターンの構成材料（Ａｇ導体材料
）が腐食して同配線パターンの断線不良を生じ、かつ厚
膜回路基板の抵抗体が、抵抗値ドリフトによる特性変動
不良を生じていた。

一方、第２回路装置では、３０００時間の経過時でも、
第１回路装置でみられたような不具合は全く発生せず、
また、第２回路装置の分解調査をもってしても同様であ
った。

さらに、第１及び第２の回路装置を、−４Ｏ（℃）〜１
．２５（’Ｃ）の温度を繰返す温度サイクル試験に付し
たところ、第１回路装置では、２０００サイクル終了時
に、厚膜回路基板とコンデンサとのハンダ付は部分が破
壊したのに対し、第２回路装置では、３０００サイクル
終了時でも、第１回路装置にいうような破壊は全く生じ
なかった。

また、第２回路装置についてのみ、第７図及び第８図に
示すようなプリント基板Ｐへの実装時に、クリンチｑに
よる厚膜回路基板２０の引抜き強度１６− を調べてみたところ、エポキシ樹脂層４０と厚膜回路基
板２０の前縁部２８との間の強い接着力及びエポキシ樹
脂層４０とシリコーンゲル膜３０との間の緩衝応力が有
効に相互作用的に発揮されて第８図の状態にて厚膜回路
基板２０をケーシング１０内に適正に保持できた。

なお、本発明の実施にあたっては、前記実施例にて述べ
たようなディッピング方式によることなく、シリコーン
ゲルを厚膜回路基板２０の前縁部２８以外の部分にコー
ティングするようにすれば、膜厚Ｓを１０（μｍ）〜５
００（μｍ）の範囲内の値にすることを前提に、前記実
施例と同様のシリコーンゲル膜による作用効果を実現で
きる。かかる場合、シリコーンゲルのコーティングは、
厚膜回路基板２０の前縁部２８のみならず同厚膜回路基
板２０の両側縁部２１，２２及び後縁部２４をも除く範
囲に限定してもよい。また、さらに、シリコーンゲルの
コーティングは、厚膜回路基板２０の裏面をも除くよう
にしてコーティングしてもよい。

１７− また、本発明の実施にあたっては、ボッティング材料と
して、可撓性エポキシ樹脂材料に限ることなく、例えば
、ウレタン樹脂材料を採用して実施してもよい。

また、本発明の実施にあたっては、厚膜集積回路装置に
限ることなく、薄膜集積回路装置、即ち一般的に、ＳＩ
Ｐ型混成集積回路装置に本発明を適用して実施してもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した厚膜集積回路装置の一実施例
をしめす部分破断平面図、第２図は同断面図、第３図は
第１図にて３−３線に沿う新面図、第４図は膜厚Ｓと耐
湿寿命との関係を示すグラフ、第５図及び第６図はシリ
コーンゲル膜の膜厚の判断基準を示す説明図、並びに第
７図及び第８図は厚膜集積回路装置のプリント基板に対
する実装説明図である。 符　　号　　の　　説　　明 １０・・・ケーシング、２０・・・厚膜回路基板、２４
・・・抵抗体、２５・・・配線パターン、２１８− ６ ・半導体素子、 ３０　・ シリコーンゲル 膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 混成集積回路のケーシング内に収容した回路基板、その
   半導体素子、抵抗体及び配線パターンを、前記ケーシン
   グ内にて合成樹脂材料からなる樹脂層でもつて封止する
   ようにした封止構造において、前記回路基板の前記半導
   体素子及び配線パターンを含む表面部分と前記樹脂層と
   の間にシリコーンゲルでもつてシリコーンゲル膜を形成
   し、かつこのシリコーンゲル膜の膜厚を１０（μｍ）〜
   ５００（μｍ）の範囲内の値にするようにしたことを特
   徴とする混成集積回路装置のための封止構造。