JPH0691169B2 - 封止枠形成用樹脂組成物及びそれにより形成された封止枠を有する半導体素子搭載用回路基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体素子を搭載し、この半導体素子に対して
封止用樹脂をポッティングさせることにより、当該半導
体素子の封止を行う直接実装方式に使用するための回路
基板の封止枠形成用の樹脂組成物及びそれにより形成さ
れた封止枠を有する半導体素子搭載用回路基板に関する
ものである。

（従来の技術） 電子時計あるいは電卓等の半導体素子を使用した各種の
電子機器では、その小型化及び薄型化が商品としての付
加価値を高めるための重要な要素となっているため、こ
れらの電子機器に組込まれる回路基板に対して、できる
だけ厚さを薄くできる封止構造の開発が望まれている。
従来のこのような封止構造として採用されているもの
は、半導体素子を回路基板に直接ダイボンディングし、
半導体素子とパッドの回路基板のパターンとの間を金線
等のワイヤーによってボンディングして、さらにこれら
の上をエポキシ樹脂等の液状樹脂によってポッティング
封止するものである。

この封止構造においては、エポキシ樹脂等の液状樹脂に
よって半導体素子をできる限り薄く封止すること、及び
液状樹脂の周囲への広がりを防止することが重要であ
り、この点に関し種々な提案がなされている。

すなわち、従来のポッティング封止した液状樹脂の周囲
への広がりを防止する構造としては、回路基板の半導体
素子搭載部の周囲に封止枠を設ける構造が採用されてい
る。この封止枠を形成する方式としては、 （イ）熱可塑性及び熱硬化性樹脂等から成形した枠状体
（封止枠）を回路基板上に接着する方法 （ロ）スクリーン印刷等の方法により枠状体を形成し、
その後硬化させる方法 とがあるが、枠形状の変化への対応が容易であること、
生産性が高いことなどの理由から上記（ロ）の方法が採
用される傾向にある。

上記（ロ）のスクリーン印刷等の方法により枠状体を形
成し、その後硬化させる方法においては、シリコン樹脂
等の撥水性を有する樹脂を使用する場合と、通常のソル
ダーレジストインクを使用する場合とに大別される。

シリコン樹脂等の撥水性を有する樹脂からなる枠状体
は、実公昭49−43873号、特開昭53−2078号、特開昭53
−2079号、特開昭55−138240号公報において提案されて
いるように、その撥水作用により非常に優れた封止効果
を示すが、これらの発明または考案により得られる封止
枠は、次のような重大な問題がある。

第一は、これらの発明または考案におけるシリコン樹脂
等の撥水性を有する樹脂をスクリーン印刷等の方法によ
り回路基板の所定の位置に枠形成し、その後硬化させる
工程において、シリコン樹脂等の撥水性を有する樹脂中
の低分子量のモノマーあるいはオリゴマーが浸み出すこ
とは絶対に避けられないことである。この硬化中に浸み
出した低分子量のモノマーあるいはオリゴマーは、それ
自体も当然撥水性を有するものであり、これらのものが
浸み出している部分に対しては、ポッティング封止され
る液状樹脂がはじかれてしまい、その部分は封止されな
い状態になるのである。

第二は、これらの発明あるいは考案におけるシリコン樹
脂等の撥水性を有する樹脂は、樹脂そのものの引裂強度
が小さくしかも接着力も一般的に小さいため、回路基板
から剥がれ易く、欠落した封止枠の一部からポッティン
グ封止した液状樹脂が流れ出してしまい、良好な封止が
行われない。

第三は、ポッティング封止した液状樹脂が封止枠と大き
な接触角を保持したままで硬化するため、硬化後の樹脂
厚を薄くすることができない。

このように、シリコン樹脂等の撥水性を有する樹脂から
なる枠状体の場合は、封止効果そのものは極めて高い
が、逆に、ポッティング封止した液状樹脂が充分に広が
りきらない状態や、接触角が大きくなり、硬化後の樹脂
厚を薄くすることができないなど重大な問題を有してお
り、実用化されるには到っていない。

また、通常のソルダーレジストインク等の非撥水性の樹
脂からなる枠状体は、実開昭55−25381号、実開昭57−2
658号、実開昭57−178450号、実開昭57−200038号公報
において提案されているように、ポッティング封止され
るエポキシ樹脂等の液状樹脂との親和性が高いので、ポ
ッティング封止した液状樹脂は封止枠内に完全に広が
り、しかも、ポッティング封止した液状樹脂と封止枠と
の接触角は非常に小さいので、ポッティング封止した液
状樹脂が盛り上がることがなく、硬化後の樹脂厚を薄く
できるなどの利点がある。しかしながら、これらの考案
により得られる封止枠は、次のような重大な問題があ
る。

これら非撥水性の樹脂からなる枠状体の封止効果は、ポ
ッティング封止されるエポキシ樹脂等の液状樹脂を封止
枠との親和性が高いため、専ら封止枠の高さにのみ支配
される。これに対して、従来の考案におけるソルダーレ
ジストインク等のエポキシ樹脂は、通常20〜30μｍの膜
形成には適しているが、本発明において対象としている
半導体素子搭載用回路基板の半導体素子の周囲に形成す
る封止枠のように、限られた幅で、しかもある程度の高
さを要求される用途には本質的に適していないという欠
点がある。つまり、従来の樹脂により枠形成した場合に
は、だれを生じ回路基板を汚染すること、だれにより封
止枠高さが減少し、ポッティング封止される液状樹脂が
封止枠を越えて流れ出し、ボンディングワイヤーが露出
することなど、半導体素子搭載用回路基板としての信頼
性に関する重大な問題点を有しており、実用化されるに
は到っていない。

本発明は、以上のような封止枠を有する半導体素子搭載
用回路基板における各種問題点を解決すべくなされたも
ので、その目的とするところは、ポッティング封止され
るエポキシ樹脂等の液状樹脂が半導体素子搭載部を囲む
封止枠内部全面に広がり、しかも封止枠を越えて流出し
ないような封止枠を簡単な構成によって提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の発明者が鋭意研
究を重ねた結果、次に示す封止枠用樹脂組成物及びそれ
により形成された封止枠を有する半導体素子搭載用回路
基板が、従来のものに比べ格段に優れていることを見出
した。

すなわち、本発明は、エポキシ樹脂、硬化剤、充填剤及
びチキソ剤を含む組成物であって、Ｂ型粘度計における
温度25℃、ずり速度1sec^-1の粘度が200〜500PSで、かつ
（Ｂ型粘度計によるずり速度1sec^-1の粘度）／（Ｂ型粘
度計によるずり速度100sec^-1の粘度）で示すチキソトロ
ピック指数が20〜60であることを特徴とする半導体素子
搭載用回路基板の封止枠形成用樹脂組成物およびそれに
より形成された封止枠を有する半導体素子搭載用回路基
板である。

次に、本発明に係る封止枠形成用樹脂組成物について詳
細に説明する。

本発明のエポキシ樹脂としては、例えばビスフェノール
Ａ、ビスフェノールＦ、フェノールノボラック樹脂、ク
レゾールノボラック樹脂等の多価フェノール類のグリシ
ジルエーテル、ブタンジオール、ポリプロピレングリコ
ール等の多価アルコール類のグリシジルエーテル、フタ
ル酸、テトラヒドロフタル酸等のカルボン酸類のグリシ
ジルエステル等のグリシジル型エポキシ樹脂や、分子内
のオルフィン結合を過酢酸等でエポキシ化して得られる
脂環型エポキシ樹脂などが挙げられる。

硬化剤としては、ジエチルアミノプロピルアミン、メタ
フェニレンジアミン等のアミン系化合物、無水フタル
酸、テトラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物系化合物、
ダイマー酸とポリアミンとの縮合により生成するポリア
ミド系化合物、２−エチル−４−メチルイミダゾール、
２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル
−５−ヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール
化合物、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラ
ック樹脂等の多価フェノール化合物、三フッ化ホウ素−
アミンコンプレックス、ジシアンジアミドおよびその誘
導体、有機酸ヒドラジッドなどが挙げられる。これらの
硬化剤は、前述のエポキシ樹脂の種類、および使用条件
に応じて適宜選択するものである。

充填剤としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、
水酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコ
ニウム、炭酸カルシウム、タルク、酸化チタン、沈降性
硫酸バリウム、マイカ等が挙げられる。

チキソ剤としては、シリカ、酸化マグネシウム等の無機
質の微粉末、ステアリン酸アルミニウム、オクタン酸ア
ルミニウム等の金属石けん、有機ベントナイトなどが挙
げられる。これらのチキソ剤は、本発明の封止枠形成用
樹脂組成物のチキソトロピック指数に大きな影響をもつ
ものであり重要な構成成分である。

本発明の封止枠形成用樹脂言組成物は、前記エポキシ樹
脂、硬化剤、充填剤およびチキソ剤を含む組成物である
が、その他必要に応じて、有機溶剤、着色剤、消泡剤な
どを適宜配合することができる。

有機溶剤としては、例えばｉ−ブチルアルコール、ｎ−
ブチルアルコール、メチルイソブチルカルビトール、オ
キシトール、メチル−ｎ−ブチルケトン、シクロヘキサ
ノンなどがある。これらの有機溶剤は、本発明の封止枠
形成用樹脂組成物の粘度を調整する目的で必要に応じて
配合するものである。着色剤としては無機および有機の
顔料、分散染料などが、また、消泡剤としてはシリコー
ンオイルなどが使用できる。

本発明の封止枠形成用樹脂組成物は、スクリーン印刷あ
るいはスタンプ印刷等の印刷法により枠状体を形成する
のに適した特性を有するものである。つまり、Ｂ型粘度
計における温度25℃、ずり速度1sec^-1の粘度が200〜500
PSで、かつ（Ｂ型粘度計によるずり速度1sec^-1の粘度）
／（Ｂ型粘度計によるずり速度100sec^-1の粘度）で示す
チキソトロピック指数が20〜60であることを特徴とする
ものである。

本発明の封止枠形成用樹脂組成物は、非ニュートン性流
体であるため、その粘度を限定する場合は粘度計の種類
および測定条件を規定する必要がある。粘度の測定にＢ
型粘度計を使用し、測定条件として、温度25℃、ずり速
度1sec^-1と規定したとき、本発明の封止枠形成用樹脂組
成物は200〜500PSの粘度を有するものである。粘度が20
0PS未満の場合は、スクリーン印刷において版裏へ樹脂
が回り込み、にじに等が発生し易くなること、逆に、粘
度が500PSを越えるとスクリーンのメッシュからの樹脂
の出が悪くなり、かすれ等が発生し易くなることなどの
理由により、粘度は200〜500PSが印刷法に適したものと
なる。本発明の封止枠形成用樹脂組成物を使用して、ス
クリーン印刷法により成形される封止枠は、通常のソル
ダーレジストの印刷における膜厚よりも、かなり厚くす
ることが一般的であるため、封止枠形成用樹脂組成物の
粘度は、300〜400PSとすることが、より好ましい。

つぎに、スクリーン印刷特性と大きな関係があるチキソ
トロピック指数を（Ｂ型粘度計によるずり速度1sec^-1の
粘度）／（Ｂ型粘度計によるずり速度100sec^-1の粘度）
で規定すると、本発明の封止枠形成用樹脂組成物は20〜
60のチキソトロピック指数を有するものである。チキソ
トロピック指数が20未満の場合は、スクリーン印刷等に
より形成された固定形状にダレを生じ易いこと、およ
び、粘度が比較的高い場合には、スクリーン印刷時の版
離れ性が悪いことなどの問題点がある。逆に、チキソト
ロピック指数が60を越える場合は、スクリーン印刷時に
スキージあるいはスクレッパー等で樹脂を移動させると
き、スキージあるいはスクレッパーから樹脂が流れ落ち
ず、いわゆる空刷りの状態となってしまうこと、などの
理由により、チキソトロピック指数は20〜60が望ましい
範囲となる。本発明の封止枠形成用樹脂組成物を使用し
て、スクリーン印刷法により形成される封止枠は、通常
のソルダーレジストの印刷における膜厚よりも、かなり
厚くすることが一般的であること、更に、封止枠の高さ
の制限が厳しい場合には、封止枠表面の凹凸をできる限
り小さくすることが必要となるため、チキソトロピック
指数としては、30〜40の範囲がより望ましい。

本発明の封止枠形成用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬
化剤、充填剤およびチキソ剤を含む組成物であり、所定
範囲の粘度およびチキソトロピック指数を有するもので
あり、いわゆる一液型、二液型などの区別には関係しな
いものである。即ち、二液型の場合でも、混合して使用
する状態における粘度およびチキソトロピック指数が所
定の範囲にあるものは全て本発明の封止枠形成用樹脂組
成物に含まれるものである。

次に、前記封止枠形成用樹脂組成物により形成された封
止枠を有する半導体素子搭載用回路基板についてより詳
細に説明する。

本発明における半導体素子搭載用回路基板（１）は、IC
・LSI等の能動部品を直接搭載することのできる回路基
板を総称するものであり、材質はガラスエポキシ樹脂、
ポリイミドフィルム等の有機質基板、アルミナ等のセラ
ミック基板あるいはアルミ等の金属基板何れでもよく、
特に限定するものではない。

この半導体素子搭載用回路基板（１）の半導体素子搭載
部は基板に対して凹部を形成したものでも、あるいは形
成していないものでも全く関係はない。

本発明の封止枠（５）は、エポキシ樹脂、硬化剤充填剤
及びチキソ剤を含みＢ型粘度計における温度25℃、ずり
速度1sec^-1の粘度が200〜500PSで、かつ（Ｂ型粘度計に
よるずり速度1sec^-1の粘度）／（Ｂ型粘度計によるずり
速度100sec^-1の粘度）で示すチキソトロピック指数が20
〜60の組成物により形成されてなることが特徴である。

この封止枠（５）の主要構成成分であるエポキシ樹脂お
よび硬化剤は、回路基板との接着性が良く、表面硬度も
高いので一定の固定形状を有するものとしての封止枠を
形成する成分としては最適なものである。また、他の一
つの主要構成成分である充填剤は、組成物としての粘度
を高くするため、スクリーン印刷等により枠状に塗布し
てから硬化するまでの間のだれを抑える効果があり、封
止枠としての一定の固定形状を保持するために重要なも
のである。

さらに、本発明の封止枠は前記エポキシ樹脂、硬化剤及
び充填剤以外にもチキソ剤を含むものである。このチキ
ソ剤は、組成物としてのチキソトロピック指数を大きく
するため、スクリーン印刷等により枠状に塗布した状態
を保持する効果が大きく、本発明の封止枠形成用樹脂組
成物の大きな特徴となっている。

本発明の封止枠形成用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬
化剤、充填剤及びチキソ剤を含み、かつ粘度及びチキソ
トロピック指数が特定の範囲に限定されるものである。
ここで、組成物の粘度を200〜500PSに限定した理由は主
としてスクリーン印刷等により封止枠を形成する際の印
刷適性によるものであり、組成物のチキソトロピック指
数を20〜60に限定した理由は主としてスクリーン印刷等
により封止枠を形成してから硬化するまでの間の形状保
持性によるものである。

本発明の封止枠形成用樹脂組成物を通常のスクリーン印
刷法等の方法により、半導体素子搭載用回路基板（１）
の半導体素子搭載部の周囲に形成した封止枠（５）は、
組成物の印刷適性及び硬化時の形状保持性が優れている
ため、100μｍ以上の封止枠高さであっても、極めて簡
単に得ることができる。

（実施例） 次に本発明を実施例により具体的に説明する。

まず、本発明の封止枠形成用樹脂組成物の配合例を説明
するが、本発明は以下の配合例に限定されるものではな
い。以下の配合例において「％」とあるのは全て「重量
％」を意味する。

配合例１ フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量18
0）54％にノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量107）5.5％、２−エチル−４−メチルイミダゾール３
％、酸化チタン18％、タルク4.5％、シリカ微粉末4.5
％、メチルイソブチカルビトール10.5％を混合し、ホモ
ディスパーにより予備混合したのち、三本ロールミルに
より混練した。

配合例２ フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量18
0）35％、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ
当量190）３％に、ジアミノジフェニルメタン８％、タ
ルク33％、シリカ微粉末３％、メチルイソブチルカルビ
トール18％を混合し、ホモディスパーにより予備混合し
たのち、三本ロールミルにより混練した。

配合例３ フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量18
0）45％に１−ベンジル−２−メチルイミダゾール７
％、結晶シリカ粉末21％、シリカ微粉末４％、メチルイ
ソブチルカルビトール23％を混合し、ホモディスパーに
より予備混合したのち、三本ロールミルにより混練し
た。

配合例４ ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量190）3
4％、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エポキシ当量1
70）33％に２−エチル−４−メチルイミダゾール３％、
溶融シリカ27％、酸化マグネシウム微粉末３％を混合
し、ホモディスパーにより予備混合したのち、三本ロー
ルミルにより混練した。

配合例５ 脂還型エポキシ樹脂（エポキシ当量135）25％にヘキサ
ヒドロ無水フタル酸23％、１−ベンジル−２−メチルイ
ミダゾール0.3％、溶融シリカ48.8％、シリカ微粉末３
％を混合し、ホモディスパーにより予備混合したのち、
三本ロールミルにより混練した。

上記、各配合例において得られた組成物のＢ型粘度計に
よる温度25℃、ずり速度1sec^-1の粘度及び（Ｂ型粘度計
によるずり速度1sec^-1の粘度）／（Ｂ型粘度計によるず
り速度100sec^-1の粘度）で示すテキソトロピック指数は
次のようである。

次に、封止枠形成用樹脂組成物として前記配合例１の組
成物により、本発明の封止枠を形成する一実施例を、よ
り具体的に説明するが、本発明の封止枠は以下の実施例
に限定されるものではない。

まず、前記配合例１の組成物を、通常のスクリーン印刷
法により半導体素子搭載用回路基板の半導体素子搭載部
の周囲に枠状に塗布する。

このとき、ステンレススクリーン（メッシュオープニン
グ178μｍ 乳剤厚200μｍ）を用いて、外形10mm角、幅
0.8mmの枠形状を印刷したとき、版裏への樹脂の回り込
みによるにじみの発生や、スクリーンメッシュからの樹
脂の出が悪いことによるかすれの発生や、印刷時および
版離れ時に起こるだれの発生は皆無であった。

つぎに、前記スクリーン印刷により形成された封止枠を
有する半導体素子搭載用回路基板を温度140℃の熱風炉
に15分間入れ、封止枠形成用樹脂を硬化させた。

このとき、封止枠形成用樹脂は加熱により低粘化する
が、樹脂そのものの形状保持性が高いため、だれ等の発
生はなく印刷時の封止枠の固定形状が保持される。その
結果、前記ステンレススクリーンを用いて印刷され形成
された封止枠は、幅が約1.0mm、高さが約0.2mmの断面が
半円形の形状となった。

このようにして形成された封止枠（５）を有する半導体
素子搭載用回路基板の半導体素子搭載部に半導体素子
（６）をダイボンディングし、半導体素子（６）のパッ
ドと回路基板のパターン（２）との間を金ワイヤ（７）
によってワイヤーボンディングした後、封止枠（５）の
内部へ液状のエポキシ樹脂をポッティング封止し、加熱
により硬化させた。このとき、液状のエポキシ樹脂と封
止枠との親和性が高いので、シリコン樹脂等の撥水性樹
脂により形成された封止枠におけるような液状のエポキ
シ樹脂の盛り上り現象は起らず、第２図に示すように、
封止枠内の液状のエポキシ樹脂はフラットな形状で硬化
する。また、本発明の封止枠形成用樹脂組成物を使用し
て形成された封止枠は、印刷により形成された形状がそ
のまま保持されるため、封止枠の高さの均一性が高いの
で、封止枠内にポッティング封止される液状のエポキシ
樹脂量に多少の変動があっても、封止枠を越えて流れ出
ることはない。

（発明の効果） 以上のように本発明の封止枠形成用樹脂組成物を使用し
て形成した封止枠を有する半導体素子搭載用回路基板
は、当該組成物の印刷特性及び硬化時の形状保持性が、
封止枠のような大きな印刷厚さが要求される用途に対し
てよく適合していること、その結果として、だれ等がな
く安定した高さの封止枠が形成されるため、封止樹脂に
よる封止が完全に行なわれること、ポッティング封止さ
れる液状樹脂が盛り上らないため、封止後の厚みを薄く
することができること、スクリーン印刷等の方法が採用
できるので安価であることなど、多くの効果があり産業
上極めて有用である。

その上、本発明の封止枠形成用樹脂組成物を使用して、
半導体素子搭載用回路基板の所定の位置にスクリーン印
刷等により封止枠を形成し硬化させた後、再びその封止
枠の上に重ねて印刷して、封止枠の高さを更に高くする
ことも、本発明の組成物の特性により可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の封止枠形成用樹脂組成物を使用して形
成した封止枠を有する半導体素子搭載用回路基板を示す
部分拡大断面図、第２図は本発明の封止枠形成用樹脂組
成物を使用して形成した封止枠を有する半導体素子搭載
用回路基板に半導体素子を実装したのち、液状樹脂によ
りポッティング封止した状態を示す部分拡大断面図であ
る。 符号の説明 １……基板、２……導体パターン、３……ソルダーレジ
スト、４……ダイパッド、５……封止枠、６……半導体
素子、７……ワイヤー、８……封止樹脂

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂、硬化剤、充填剤及びチキソ
   剤を含む組成物であって、Ｂ型粘度計における温度25
   ℃、ずり速度1sec^-1の粘度が200〜500PSで、かつ（Ｂ型
   粘度計によるずり速度1sec^-1の粘度）／（Ｂ型粘度計に
   よるずり速度100sec^-1の粘度）で示すチキソトロピック
   指数が20〜60であることを特徴とする半導体素子搭載用
   回路基板の封止枠形成用樹脂組成物。
2. 【請求項２】半導体素子搭載用回路基板の半導体素子搭
   載部の周囲に形成された封止枠が、エポキシ樹脂、硬化
   剤、充填剤及びチキソ剤を含み、Ｂ型粘度計における温
   度25℃、ずり速度1sec^-1の粘度が200〜500PSで、かつ
   （Ｂ型粘度計によるずり速度1sec^-1の粘度）／（Ｂ型粘
   度計によるずり速度100sec^-1の粘度）で示すチキソトロ
   ピック指数が20〜60の組成物により形成されてなること
   を特徴とする封止枠を有する半導体素子搭載用回路基
   板。