JPH09136957A - カプセル化材ならびにカプセル化された電子回路パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

カプセル化材ならびにカプセル化された電子回路パッケージ及びその製造方法

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JPH09136957A
JPH09136957A JP8244424A JP24442496A JPH09136957A JP H09136957 A JPH09136957 A JP H09136957A JP 8244424 A JP8244424 A JP 8244424A JP 24442496 A JP24442496 A JP 24442496A JP H09136957 A JPH09136957 A JP H09136957A
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cyanate ester
encapsulating material
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Konstantinos I Papathomas
コンスタンティノス・アイ・パパトマス
Stephen Joseph Fuerniss
ステファン・ジョーゼフ・ファーニス
Deborah Lynn Dittrich
デボラ・リン・ディットリヒ
David Wei Wang
デービッド・ウェイ・ワン
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  • Epoxy Resins (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱応力の問題がなく大量生産できる電子パッ
ケージ・アセンブリを提供する。 【解決手段】 薄型の集積回路チップ・パッケージが有
機(例えばエポキシ樹脂)基板、例えばプリント回路板
または回路カードにはんだ付けされ、集積回路チップ・
パッケージの突出しているリード線とこれらのリード
(及び基板上のそれぞれの導体)を実質的に覆うはんだ
が、紫外線で硬化されたカプセル化材(例えばポリマー
樹脂)で実質的に覆われて、はんだ・リード接続の補強
を提供する電子パッケージ・アセンブリが提供される。
カプセル化材は、はんだと、リードのはんだで覆われて
いない部分とを実質的に囲むように、はんだリフローと
固化の後にはんだとリードの接合部の周りに塗布され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は薄型の電子回路パッ
ケージ構造、とりわけ低重量の携帯装置に用いるかかる
パッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】一つまたは複数の電子パッケージをその
上に表面装着した様々な有機基板(例えばエポキシ樹脂
または類似物質からなるプリント回路板)を利用した電
子パッケージ・アセンブリが知られている。これらの電
子パッケージは少なくとも1個の半導体デバイス(集積
回路チップ)をその中に有する比較的平板なハウジング
部品を含む。この半導体デバイスは、そこから突出する
様々なリード線(例えば銅線)と電気的に接続される。
当技術分野で周知の1つの第1段パッケージはデュアル
・インライン・パッケージ(DIP)である。このよう
な集積回路チップ・パッケージ中に埋め込まれた集積回
路チップは、システム全体に対してさまざまな機能(例
えば記憶、論理、接続)を提供する。これらのパッケー
ジから突出するリード線は、有機基板の上面に回路を形
成する導体パッド(例えば銅)または類似物とそれぞれ
電気的に結合される。リード線と導体の各対間の個々の
接続を行うために様々なはんだ組成物が用いられる。
【0003】最近、比較的薄い構造の絶縁ハウジングを
含む、比較的薄型の集積回路チップ・パッケージが開発
された。そのようなパッケージは、当技術分野ではTS
OP(Thin Small Outline Package)と呼ばれる。この
ようなデバイスは、薄く、それぞれの有機基板上で最小
の高さを占め、さらに周知の(例えばはんだ)技術を用
いて基板のそれぞれの回路(例えば導体パッド)に表面
装着することができる。これらの比較的新しいパッケー
ジはその半導体デバイスとして記憶、論理及び接続した
集積回路チップを含む。重要なことは、これらの最近開
発されたパッケージは、コンパクトで低い外形を保証し
ながら、そのような機能を提供することができ、それを
使用した最終製品のスペースの実質的な節減をもたら
す。これらの表面実装TSOPは、基板とその上に装着
されたチップの特に薄いトータル・パッケージとするこ
とができる。その結果得られる、PCMCIAカードに
よって例示されるパッケージは、携帯用コンピュータ、
娯楽システム及び遠隔通信用送受信機に好ましい。
【0004】「PCMCIA」は国際パーソナル・コン
ピュータ・メモリ・カード協会の略称である。PCMC
IAカードは、DRAM、SPAM、ROM及びPRO
Mを含むメモリ・カード、モデム・ファックス・カー
ド、ミニハード・ドライブ・カード、ターミナル・エミ
ュレータ・カード及びそれらの類似品として用いられる
「クレジット・カード」型周辺機器である。これらはP
CMCIA標準に基づいて組み立てられる。PCMCI
A標準は、PCMCIAカードの電気的、機械的及びイ
ンターフェース要件を設定するものである。
【0005】PCMCIAカードの小さなサイズは、携
帯用コンピュータのフォーム・ファクタの要求に合致す
るものである。これらの小さなカードはプラスチック製
クレジット・カードと同程度の寸法であるが数倍厚い
(タイプI PCMCIAカードは厚さ3.3mm、タ
イプII PCMCIAカードは厚さ5mm)。本明細
書では、タイプI及びタイプIIはPCMCIAの形状
及びはめ合いのタイプの標準に関連し、表面装着デバイ
スの取付け方法には関連しないことに留意されたい。P
CMCIAカードは、例えばR.C.アルフォード(Alfor
d)の「Under TheHood; The PCMCIA Redefines Portabi
lity」、Byte Magazine, 1992年12月、pp.237-242、ケ
ン・ウェルツェン(Ken Ueltzen)の「Pushing The Pac
kaging Envelope」、Circuit Assembly, 1992年3月, p
p.32-35、及びリチャード・ナス(Richard Nass)の「I
C-Card Spec Adapts I/O To Memory Card Slot」、Elec
tronicDesign, 1992年1月22日、pp.45-57に記載されて
いる。
【0006】タイプIのPCMCIAカード自体は頂部
カバーから底部カバーまでの厚さが3.3mm、頂部カ
バーと底部カバーは合計でちょうど0.4mmの厚さで
ある。このため、両面装着のプリント回路カードで厚さ
2.9mmのものが収容できる。
【0007】タイプIのカードの高さの限界3.3mm
から、TSOP ICチップなど特別に設計された低い
高さのICチップの使用と共に、薄型(low profile)
技術、例えばテープ自動ボンディング(TAB)あるい
はカード・オン・ボード(COB)パッケージング技術
の使用が必要となる。高さ1.2mm(0.047イン
チ)のTSOP ICチップは、両面タイプI PCM
CIAカードに特に望ましい。薄型のためPCMCIA
プリント回路カードの両面への装着が可能である。
【0008】代替ICチップ技術では高さがちょうど
0.5mm(0.020インチ)のペーパーTSOP
(PTSOP)が用いられ、これによって単一のPCM
CIAカード・パッケージ中に2枚のプリント回路カー
ドを担持させることができる。TSOP ICチップの
リード・ピッチは0.5mm(0.019インチ)であ
る。メモリ用プリント回路カードには、リード・ピッチ
が0.019〜0.025インチのICチップが、プリ
ント回路カード当たり約1000のはんだ接合によって
装着される。
【0009】TSOPパッケージ及び類似の薄型パッケ
ージを比較的厚い形状(例えば厚さ約0.050インチ
以上)の有機基板(特に、エポキシ樹脂またはパーフル
オロカーボン誘導体)上に表面装着すると、はんだとリ
ード線の接合部に比較的大きな熱応力がかかり、その熱
応力がそのような接合部に悪影響を与えて、それを分離
させる可能性がある。このようにして分離が生ずると、
リード線とはんだの間の接続が断たれ、そのためパッケ
ージ全体が動作不能になる。このような熱応力はパッケ
ージの動作中に有機基板の熱膨張係数(CTE)と他の
様々な要素(例えばリード線、はんだ及びパッケージ・
ハウジング)の熱膨張係数(CTE)の差が比較的大き
いために生じる。この差はより厚い多層有機基板(例え
ば信号面、電力面または接地面として機能するいくつか
の導電層をその中に含むもの)を用いるほど顕著であ
る。多層基板は単一のパッケージ、特に複数の多機能集
積回路チップを含むパッケージ内で付加的な機能を提供
するために、コンピュータ、エレクトロニクス及び電話
業界でしばしば望まれる。
【0010】TSOP型パッケージのような電子パッケ
ージを有機基板,特に多層基板上で有効に使用できるよ
うにする電子パッケージ・アセンブリが明らかに求めら
れている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主目的は、電
子パッケージ・アセンブリ技術を向上させることであ
る。
【0012】本発明の他の目的は、前述の熱応力の問題
を未然に防ぐ電子パッケージ・アセンブリを提供するこ
とである。
【0013】本発明の他の目的は、比較的大規模に生産
できることによっていくつかの利益(例えばより低いコ
スト)をもたらす前記パッケージを提供することであ
る。
【0014】本発明の他の目的は、電子回路パッケージ
中において前記の熱応力を防止するのに有用な、エポキ
シ樹脂またはシアネート単量体、光開始剤及び粒子状シ
リカの分散相から形成された光重合樹脂を提供すること
である。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、その表面上に位置する複数の電気導体を有する表面
を含む一つの有機基板と、基板表面の上または上方に位
置する絶縁性集積回路チップ・ハウジングを含み、そこ
から突出する複数のリード線を含む側面を含む、電子パ
ッケージと、一つのそのようなリード線とそれに対応す
る導体とからなるそれぞれの対を実質的にカバーする個
々の量のはんだと、これらの量のはんだ上に位置し、電
子パッケージ・アセンブリの動作中にリード線とはんだ
の電気的接続の切断を実質的に防ぐためにハンダを実質
的に覆うカプセル化材とを備える電子パッケージ・アセ
ンブリが提供される。
【0016】本発明によれば、カプセル化材組成物も開
示される。カプセル化材組成物は、エポキシ樹脂または
シアネート単量体と、光開始剤と、粒子状シリカの分散
相とを含有する。ポリマーがエポキシ樹脂である場合、
それは複数の反応性1,2エポキシ基を有するものであ
る。エポキシ樹脂は、モノマー、ポリマー、飽和、不飽
和、脂肪族、脂環式、芳香族及び複素環式のエポキシド
からなる群から選ばれ、あるいは、置換基が水酸基、エ
ーテル残基、ハロゲン原子及びそれらの組合せからなる
群から選ばれた置換エポキシド、あるいはエポキシポリ
エーテルである。
【0017】あるいは、樹脂は2個以上のOCN基を有
し環状三量体化によって硬化できるシアネートエステル
から形成される。
【0018】光開始剤は、BF4 -、PF6 -、AsF6 -
たはSbF6 -アニオンとの「オニウム」塩からなる群か
ら選ばれたオニウム塩のようなアリールジアゾニウム光
開始剤である。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明によれば、PCMCIA
(TSOP)中のはんだ接合に対し十分なチキソトロピ
ーを有するカプセル化材、ならびにそのようなデバイス
の頑丈さを強化する方法を提供する。
【0020】未硬化のカプセル化材は、脂環式エポキシ
樹脂、またはシアン酸エステル・モノマーあるいはプレ
ポリマーとモノマーの組合せと、シリカ充填剤及び適切
な光開始剤からなる組成物である。光開始剤としては、
ユニオン・カーバイド社のCyracure UVI
6974光開始剤のようなヘキサフロロアンチモン酸ト
リアリールスルホニウムが好ましい。典型的な脂環式エ
ポキシドには、3,4−エポキシシクロヘキサンカルボ
ン酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(ユニオン
・カーバイド社のERL 4221)、アジピン酸ビス
(3,4−エポキシシクロヘキシル)(ユニオン・カー
バイド社のERL−4299)、及びビニルシクロヘキサン
ジエポキシド(ユニオン・カーバイド社の4206)があ
る。シリカは溶融シリカまたはアモルファス・シリカが
好ましい。この組成物ははんだ接合を熱サイクルの影響
から保護する。
【0021】このカプセル化材が有用である電子パッケ
ージ構造を添付の図1〜4に示す。図1には本発明の好
ましい実施形態による電子パッケージ・アセンブリ10
の部分図が示されている。パッケージ・アセンブリ10
は、有機基板11と、基板11上で基板11の回路15
に電気的に接続できる位置にくるように設計された集積
回路チップ電子パッケージ13とを含む。回路15は例
示的に、基板11の平坦な上面19上に位置する複数の
電気導体17として示されている。集積回路チップ・パ
ッケージ13は、その側面から突出する複数のリード線
21を含めて、各リード線21が基板11上でそれぞれ
一つまたは複数の導体17に電気的に接続できる位置に
くるように設計されていることを理解されたい。例示の
ため、少数の導体17のみが示してある。さらに、各リ
ード線は適切なランド(図示せず)を有するメッキされ
たスルーホールを含めて、基板11の一部となる他の導
体に接続することができ、そのメッキされたスルーホー
ルは様々な内部導体(例えば図3に示すような信号面、
電力面または接地面23)に電気的に結合される。この
ようなメッキされたスルーホール、ランド及び他の導体
は、典型的には導電性材料(例えば銅、クロム−銅−ク
ロム等)を含み、平坦な表面19のような表面上、また
は基板11内に当技術分野で周知の手順に従って設けら
れる。従ってこれ以上の説明は必要でないと考える。
【0022】有機基板11は、好ましくは少なくともそ
の平坦な上面19上に位置する回路15を有する多層プ
リント回路板であり、この回路板は既知の組成の誘電体
25(図2〜4をも参照)からなる。この誘電体は、当
業界でFR−4材料と呼ばれる、ガラス繊維で強化した
エポキシ樹脂であることが好ましい。あるいは、この誘
電体はフルオロカーボン樹脂、または熱硬化性樹脂で含
浸させた織布もしくは不織布アラミド構造でもよい。本
発明の一実施例では、基板11は複数の個別導電層、例
えば8〜10の個別導電層を含むことができる。本発明
は導電層のこの数に限定されるものではなく、他の数
(より多いまたはより少ない)にすることもできる。
【0023】集積回路チップ・パッケージ13は既知の
プラスチック材料製の電気絶縁性集積回路チップ・ハウ
ジング31を含む。集積回路チップ・ハウジング31の
好ましい形状は、図1、2及び4に示すように、実質的
に直方体であり全体で4つの側面33、34、35及び
36を有する。本発明の一実施例では、集積回路チップ
・ハウジング31は、約19mm(約0.750イン
チ)の長さ(図1中の寸法「L」)とわずか約7.6m
m(約0.300インチ)の幅(図1中の寸法「W」)
を有する。各側面または対応する側面の対は、そこから
突出する複数のリード線21を含む。
【0024】TSOP構造においてもう一つ重要なこと
であるが、集積回路チップ・ハウジング31は、図3に
寸法「T」で表されるわずか約0.76〜12.7mm
(約0.030〜0.050インチ)の厚さを有する。
さらに、集積回路チップ・ハウジング31は表面19上
の回路15から約0.025〜0.076mm(約0.
001〜0.003インチ)のギャップ(図3に寸法
「S」で表す)の所に位置することができる。したがっ
てこの実施形態ではこの比較的平板なパッケージは、基
板11の回路17を含む上面から全体の高さがわずか約
0.84〜1.35mm(約0.033〜0.053イ
ンチ)であることがわかる。図2に小さなギャップが示
されているが、本発明はパッケージ13のプラスチック
・ハウジングが表面19または回路15あるいはその両
方の上面上に直接(底を外側にして)存在するアセンブ
リにも適用できる。
【0025】平板なパッケージ集積回路チップ・ハウジ
ング31は、4個の側面33、34、35及び36に加
えて、比較的平坦な上面37及び下面38をも含む。
【0026】集積回路チップ・パッケージ13はさら
に、プラスチック集積回路チップ・ハウジング31内に
位置する半導体デバイス(シリコン・チップ)を含む。
この半導体デバイスは、例示的に番号41で表し、図3
に破線で示してある。デバイス41はそれぞれのリード
線21(図3には一つだけが示してある)にワイヤ・ボ
ンディングまたは類似物によって電気的に接続すること
が好ましく、そのようなワイヤは番号43で表し図3に
破線で示してある。図3のデバイス41とワイヤ43は
例示のために示したものであり、本発明をこの図の位
置、接続または相対寸法に限定するものではないことを
理解されたい。このようなパッケージにおいて、突出す
る各リード線21は内部でリード・フレームまたは類似
物(図示せず)に結合され、ここに示したような形でハ
ウジングのそれぞれの側面から個別に突出する。したが
って、これらのリード線はそれぞれ、パッケージ・ハウ
ジングから下方にたれ下がって基板11上に位置する端
部51を含む、特に図3に示すような曲がった形状であ
ることが好ましい。前述のように、各リード線21は、
基板11のそれぞれの導体17に電気的に結合されるよ
うに設計されている。本発明の各リード線21は銅であ
ることが好ましく、わずか約0.25mm(約0.01
0インチ)の厚みを有し、これらのリード線は集積回路
チップ・ハウジング31のそれぞれの側面(図3の3
4)からわずか約0.64mm(約0.025インチ)
の距離だけ突出する。
【0027】リード線21とそれぞれの導体17との間
の健全な電気的接続を保証するために、一定量のはんだ
53を塗布して、リード線と導体の各対を実質的に覆
う。すなわち単一のはんだ塊を塗布して、1本のリード
線と、リード線21が電気的に結合されるそれぞれの導
体の少なくとも一部分を実質的に覆う。本発明の一実施
例では、各はんだ塊は63:37(スズ:鉛)はんだか
らなる。他のはんだ組成も利用できることを理解された
い。図3には一つの塊のはんだ53だけが示されている
が、他の導体−リード線対実施形態を覆うために別の塊
が設けられることも理解されたい。そのようなはんだ
は、まぎらわしいので図1には示していない。したがっ
て図1に示した実施形態において、合計16の個々のハ
ンダ塊が提供されることを理解されたい。好ましい形態
では、パッケージ13を基板11上に位置決めする前
に、はんだ53をそれぞれの導体17の部位にぺースト
として塗布する。スクリーン印刷操作がしばしばまた好
んで用いられ、それに続いて、各リード線21がそれぞ
れのはんだぺースト部位と合うようにパッケージを並べ
る。次いでパッケージと基板のサブアセンブリを熱空気
オーブン(炉)内に置き、例えば炉内を通過させ、所定
の温度に加熱して、はんだペーストをそれぞれのリード
線上にリフローさせる。その結果、はんだはほぼ図3に
示すような形状になる。スズ:鉛、63:37のはんだ
を使用する場合、リフローを達成するための好ましい温
度は約185℃である。この温度はパッケージまたは基
板組成に悪影響を与えない。図3に示すようなはんだ5
3の形状は、はんだが実質的にピン21を覆い、ほとん
ど完全にピンを囲んでいることを示す。さらにはんだ5
3が基板11上の導体17の少なくとも一部分を覆うこ
とも示されている。導体17がランドまたは類似の要素
(これは次に基板11内を延びるメッキされたスルーホ
ールに電気的に結合することができる)の形状である場
合、はんだ53はこのランド導体の全部でないとしても
大きな部分を覆う。
【0028】図に示すように、一定量のカプセル化材6
1を集積回路チップ・ハウジング31の対向する側面3
3及び34に、これらの側面と突き合わせになりはんだ
53を実質的に覆うように付着する。カプセル化材61
は、図3に示すように、リード線と導体の組合せの対ご
とにはんだ53塊の全体を実質的に囲む。図1でははん
だを露出させてアセンブリを図示するため、カプセル化
材61は示されていないことに留意されたい。しかし図
2にはカプセル化材61は示されている。カプセル化材
61は、はんだリフロー・プロセス(及びはんだの固
化)工程の後に、重合していない形、例えば液状で適当
な光開始剤または光触媒と共に提供される。好ましい実
施形態では、カプセル化材61は少なくとも1本のシリ
ンジ、吸込みポンプまたは他のディスペンサ手段を用い
て塗布する。このカプセル化材の塗布は、基板11及び
その上に位置する集積回路チップ電子パッケージ31を
所定の時間予加熱した後に行う。集積回路チップ・パッ
ケージ31が定位置にはんだ付けされた基板11を例え
ば65〜85℃で1〜2時間加熱して、その中の水分を
除去する。この加熱の目的は、基板11の一部を形成す
る誘電体中に集まる好ましくない水分を除外するためで
ある。この加熱を達成するために熱空気オーブンを用い
ることが好ましい。続いて、基板11がこの予加熱工程
からのかなりの熱を保持している間にカプセル化材61
を塗布する。カプセル化材の塗布後に、パッケージとカ
プセル化材を装着した回路板を紫外線照射源の下に置
き、紫外線照射にかけて、カプセル化材61の重合化、
すなわち光重合化を実行する。
【0029】本発明で使用されるカプセル化材として
は、高分子樹脂、特にエポキシもしくはシアネートまた
はその組合せが好ましい。このカプセル化材はリード線
を覆うのに適したチキソトロピーと低ストレスを特徴と
する流動性の液状のエポキシまたはシアネート物質であ
り、この両方の特徴はここに記載する型式のパッケージ
構造と共に使用するのに好ましいものである。適切に紫
外線硬化を行うと、カプセル化材は低い熱膨張と高いガ
ラス転位温度を示し、(例えば熱サイクル中の)増強さ
れた保護を保証する。そのようなカプセル化材は約26
〜39ppm/℃の線熱膨張係数及び100〜160℃
のガラス転位温度を有する。本発明は上述のカプセル化
材の使用に限定されるものではなく、他の紫外線硬化可
能なカプセル化材も本発明で首尾よく使用できる。
【0030】上述の型式のカプセル化材をアセンブリ1
0上の指定された場所に塗布すると、そのようなパッケ
ージ・アセンブリ、とりわけ上述の低プロフィルのパッ
ケージ・アセンブリの動作寿命を著しく増長させる働き
があることが判明した。例えばカプセル化材のないパッ
ケージ・アセンブリに比べて動作寿命が約2〜5倍に延
びた。このようなカプセル化材は、リード線とはんだの
結合を強化して、それらの間の接続を破壊してパッケー
ジ・アセンブリ10の少なくとも一部を動作不能にする
可能性のあるはんだとリード要素との分離を顕著に実質
的に防止することが証明された。より具体的には、この
カプセル化材は、基板及び様々なパッケージ要素(例え
ば内部シリコン・チップ)によって熱が発生するパッケ
ージ・アセンブリの動作中にそのような保護を提供す
る。
【0031】例として、以下に本発明の一実施形態で用
いられる様々な要素の熱膨張係数(CTE)の顕著な差
を示す。 CTE 要素 (×10-6in/in/℃) 有機基板(FR−4) 10〜21 リード線(銅合金) 45 プラスチック製ハウジングに封入したICチップ 7 はんだ 28 カプセル化材 26〜39
【0032】カプセル化材11によって与えられるその
ような保護が無いと、こうした大きく異なる膨張係数
が、はんだリード接合の割れまたは類似の変形をもたら
し、そのような割れがその障害を引き起こす可能性があ
る。ここに定義したタイプのカプセル化材をここに記載
した方法で使用すると、カプセル化材を使用しないアセ
ンブリよりも長い寿命をもつはるかに改善されたパッケ
ージ・アセンブリが得られる。
【0033】図3ではカプセル化材61は集積回路チッ
プ・ハウジング31の側面34の底部から少し離れて存
在する(したがってその間にギャップを形成する)が、
これは本発明を制限するものではない。すなわち、本明
細書の教示によれば、図3に示したように集積回路チッ
プ・ハウジング31がギャップでもって隔置されている
と仮定して、カプセル化材61を集積回路チップ・ハウ
ジング31の下部表面の一部またはすべてに塗布するこ
とも可能である。そのようなカプセル化材の部分的位置
が図3に輪郭で示し番号63で表してある。
【0034】図4では、集積回路チップ・ハウジング3
1の4つの側面33、34、35及び36はすべてその
付近に位置するカプセル化材61を有する。前述のよう
に、これらの側面のうち二つだけ(例えば33と34)
がそこから突出する導電性リード線を含んでもよい。し
かしカプセル化材をパッケージ・ハウジングのこの外周
全体(4側面のすべて)の周りに追加すると、前述のリ
ードはんだ接合が更に強化(補強)されることが判って
いる。そのようにさらなる補強が得られるのは、操作中
にパッケージのハウジングの線膨張に対して紫外線で硬
化されたカプセル化材が対抗できるからであると考えら
れる。カプセル化材を頂部表面37に設ける必要はな
い。
【0035】未硬化のカプセル化材は、脂環式エポキシ
樹脂、シリカ充填剤及び適当な光開始剤からなる組成物
である。好ましい光開始剤は、ユニオン・カーバイド社
のCyracure UVI 6974光開始剤のよう
なヘキサフルオロアンチモン酸トリアリールスルホニウ
ムである。
【0036】典型的な脂環式エポキシには、3,4−エ
ポキシシクロヘキサンカルボン酸3,4−エポキシシク
ロヘキシルメチル(ユニオン・カーバイドERL 422
1)、アジピン酸ビス(3,4−エポキシシクロヘキシ
ル)(ユニオン・カーバイドERL−4299)、及びビニ
ルシクロヘキサンジエポキシド(ユニオン・カーバイド
4206)が含まれる。所望により脂環式エポキシドの混合
物を使用することもできる。
【0037】本発明で使用される硬化させて架橋網目に
することができるポリエポキシド含有組成物は、複数の
反応性1,2−エポキシ基を有する有機物質を含む。こ
れらのポリエポキシド物質は、モノマーでもポリマーで
も、飽和でも不飽和でも、脂肪族、脂環式、芳香族また
は複素環式でもよく、所望によりエポキシ基以外の置換
基、例えば水酸基、エーテル残基、ハロゲン原子などで
置換したものでもよい。
【0038】本発明の実施にしたがって使用できる広く
使用されているポリエポキシドのクラスは、エピクロロ
ヒドリン、エピブロモヒドリン、エピヨードヒドリンな
どのエピハロヒドリンを多価フェノールまたは多価アル
コールと反応させて得られるエポキシポリエーテルを包
含する。さらに、フェノール環は水酸基以外に他の置換
基、例えば1〜4個の炭素原子を含む低級アルキル基、
例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチ
ル、第二級ブチル及び第三級ブチル基、ならびにハロゲ
ン原子、すなわちフッ素、塩素、臭素またはヨウ素など
を含むことができる。
【0039】二価フェノールの例示的で網羅的ではない
リストには、4,4'−ジヒドロキシジフェニルメチル
メタン(ビスフェノールA)、2,4'−ジヒドロキシ
ジフェニルメチルメタン、3、3'−ジヒドロキシジフ
ェニルジエチルメタン、3,4'−ジヒドロキシジフェ
ニルメチルプロピルメタン、2,3'−ジヒドロキシジ
フェニルエチルフェニルメタン、4,4'−ジヒドロキ
シジフェニルプロピルフェニルメタン、4,4'−ジヒ
ドロキシジフェニルブチルフェニルメタン、2,2'−
ジヒドロキシジフェニルジトリルメタン、4,4'−ジ
ヒドロキシジフェニルトリルメチルメタンなどが含まれ
る。
【0040】エピハロヒドリンと反応してエポキシポリ
エーテルを提供することのできる他の多価フェノール
は、レゾルシノール、ハイドロキノン、置換ハイドロキ
ノン、例えばp−t−ブチルヒドロキノンなど、米国特
許第2754285号に開示されているようなインダノ
ール類、及びヒドロキシルアリール基の核炭素原子に炭
素−炭素結合によって付いた長さが少なくとも炭素原子
6個の脂肪族の鎖で分離された二つのヒドロキシルアリ
ール基を有する多価フェノールなどの化合物である。そ
のようなグリシジルエーテルはすべて米国特許第253
8072号に記載の方法によって調製することができ
る。
【0041】エピハロヒドリンと反応してエポキシポリ
エーテルを提供することのできる多価アルコールには、
エチレングリコール、ペンタンジオール、ビス(4−ヒ
ドロキシシクロヘキシル)ジメチルメタン、1,4−ジ
メチロールベンゼン、グリセロール、1,2,6−ヘキ
サントリオール、トリメチロールプロパン、マニトー
ル、ソルビトール、エリスリトール、ペンタエリスリト
ール、その二量体、三量体及び高級重合体、例えばポリ
エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリ
グリセロール、ジペンタエリスリトールなど、さらに、
ポリアリールアルコール、ポリビニルアルコール、2,
2'−ジヒドロキシジエチルスルフィド、2,2',3,
3'−テトラヒドロキシジプロピルスルフィドなどの多
価チオエーテル、モノチオグリセロール、ジチオグリセ
ロールなどのメルカプトアルコール、モノステアリン、
ペンタエリスリトールモノアセテートのような多価アル
コールの部分エステル、及びグリセロール、ソルビトー
ル、ペンタエリスリトールなどのモノクロロヒドリンの
ようなハロゲン化多価アルコールがある。
【0042】エポキシ化ノボラックは、好ましくは水酸
化ナトリウムなどの塩基性触媒の存在下でエピクロロヒ
ドリンなどのエピハロヒドリンを、例えばホルムアルデ
ヒドなどのアルデヒドと、例えばフェノール、クレゾー
ルなどの一価フェノールまたは例えばビスフェノールA
などの多価フェノールとの樹脂縮合物と反応させると得
られる。
【0043】そのようなエポキシ組成物に関する総合的
開示は、A.メイ(May)及びY.タナカ(Tanaka)の論文
「Epoxy resins」, Chemistry and Technology, Marcel
Decker, Inc., New York (1973)、及びC. A.メイ(Ma
y)の論文「Resins for Aerospace」, R. W. Phehlein
編Applied Polymer Science, ACS Symposium Series 28
5,American Chemical Society (1985)、p.559に出てい
る。
【0044】そのようなエポキシ樹脂として特に適した
ものとしては、例えばレゾルシノール、カテコール、ヒ
ドロキノン、ビフェノール、ビフェノールA,ビスフェ
ノールK、テトラブロモビスフェノールA、フェノール
アルデヒトノボラック樹脂、アルキル置換フェノールア
ルデヒトノボラック樹脂、アルキル置換フェノールホル
ムアルデヒト樹脂、フェノールヒドロキシベンズアルデ
ヒト樹脂、クレゾールヒドロキシベンズアルデヒト樹
脂、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂、ジシクロペ
ンタジエン置換フェノール樹脂、ビスフェノールF、テ
トラメチルビフェノール、テトラメチルテトラブロモビ
フェノール、テトラメチルトリブロモビフェノール、テ
トラクロロビスフェノールA、その組合せなどのジグリ
シジルエーテルが含まれる。
【0045】また本発明で使用できるエポキシド化合物
として適したものとして、米国特許第4594291号
に開示されている部分的に伸長された(partially adva
nced)エポキシ樹脂もある。
【0046】またエポキシド化合物として適したものと
して、例えば脂肪族ジオール、ポリエーテルジオール、
ポリエーテルテトラオール及びそれらの組合せなど1分
子当たり平均1個を超える脂肪族水酸基を有する化合物
のグリシジルエーテルもある。また、例えばジヒドロキ
シフェノール、ビフェノール、ビスフェノール、ハロゲ
ン化ビスフェノール、アルキル化ビスフェノール、トリ
スフェノール、フェノールアルデヒドノボラック樹脂、
ハロゲン化フェノールアルデヒドノボラック樹脂、アル
キル化フェノールアルデヒドノボラック樹脂、ハイドロ
カーボンフェノール樹脂、ハイドロカーボンハロゲン化
フェノール樹脂、ハイドロカーボンアルキル化樹脂、ま
たはその任意の組合せの、エチレンオキサイド、プロピ
レンオキサイド、あるいはブチレンオキサイド付加物な
ど、1分子当たり平均1個を超える芳香族水酸基を含む
化合物のアルキレンオキシド付加物もある。
【0047】エポキシとフェノールまたはカルボン酸
(または無水物)あるいはその両方の間の反応は広範囲
に研究されており、これらの周知のクラスまたは反応物
を記載した多くの特許が発行されている。例えば米国特
許第2216099号、第3377406号、第354
7885号、第2633458号、第3477990号
第3694407号、第2658885号、第3547
881号、第3738862号、カナダ特許第8931
91号、ドイツ特許第2206218号及び、H.リー
(Lee)、K.ネヴィル(Neville)著「Handbook of Epox
y Resins」、 Mc Graw Hill, NY (1967)を参照のこと。
【0048】この目的に用いられる、市販のエポキシ樹
脂は、EPONシリーズ(シェル化学),Araldi
teシリーズ(チバガイギー)、DERシリーズ(ダウ
ケミカル)、Epiclonシリーズ(大日本インキ化
学工業)である。
【0049】好ましい脂環式エポキシ樹脂は、1分子当
たり1個を超える1,2−エポキシ基を含む非グリシジ
ルエーテルエポキシドである。これらは、一般的に、シ
クロオレフィンのような不飽和芳香族ハイドロカーボン
化合物を過酸化水素または過酢酸や過安息香酸などの過
酸を使用してエポキシ化することによって調製される。
そのような非グリシジルエーテル脂環式エポキシ樹脂
は、エポキシド基が環の一部をなし、または環構造に結
合している。これらのエポキシ樹脂はエステル結合を含
んでもよい。適切な非グリシジルエーテル脂環式エポキ
シ樹脂は次の構造を有する。
【化1】 は飽和の環構造、RはCHOCH2、O(CH)nCHO
CH2及びOC(CH32CHOCH2基からなる群から
選ばれ、nは1〜5、R'は水素、メチル、エチル、プ
ロピル、ブチル及びベンジル基からなる群から選ばれ、
R"はCH2OOC及びCH2OOC(CH24COO基
からなる群から選ばれる。
【0050】適切な非グリシジルエーテル脂環式エポキ
シドの例としては、3,4−エポキシシクロヘキサンカ
ルボン酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、その
1つが環構造の一部である2個のエポキシド基を含むビ
ニルシクロヘキサンジオキシド、3,4−エポキシシク
ロヘキサンカルボン酸3,4−エポキシ−6−メチルシ
クロヘキシルメチル及びジシクロペンタジエンジオキシ
ドがある。
【0051】他の好ましい脂環式エポキシ樹脂には、
1,2−ビス(2,3−エポキシシクロペンチルオキ
シ)−エタン、2,3−エポキシシクロペンチルグリシ
ジルエーテル、シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸
ジグリシジル、3,4−エポキシシクロヘキシルグリシ
ジルエーテル、ビス−(2,3−エポキシシクロペンチ
ル)エーテル、ビス−(3,4−エポキシシクロペンチ
ル)エーテル、5(6)−グリシジル−2−(1,2−
エポキシエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、シ
クロヘキサ−1,3−ジエンジオキシド、3',4'−エ
ポキシ−6'−メチルシクロヘキサンカルボン酸3,4
−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチルのような
グリシジルエーテルが含まれる。1,2−エポキシ基が
様々なヘテロ原子または官能基に結合しているエポキシ
樹脂も適している。そのような化合物には、たとえば4
−アミノフェノールのN,N,O−トリグリシジル誘導
体、3−アミノフェノールのN,N,O−トリグリシジ
ル誘導体、サリチル酸のグリシジルエーテルまたはグリ
シジルエステル、N−グリシジル−N'−(2−グリシ
ジルオキシプロピル)−5,5−ジメチルヒダントイン
あるいは2−グリシジル−1,3−ビス−(5,5−ジ
メチル−1−グリシジルヒダントイン−3−イル)−プ
ロパンが含まれる。脂環式エポキシ樹脂の混合物も適し
ている。
【0052】好ましい脂環式エポキシ樹脂には、ユニオ
ン・カーバイド社からERL−4221の名称で市販されて
いる3,4−エポキシシクロヘキサンカルボン酸3,4
−エポキシシクロヘキシルメチル(分類名 7−オキサ
ビシクロ(4.10)ヘプタン−3−カルボン酸7−オ
キサビシクロ(4.1)ヘプト−3−イルメチルエステ
ル)及びユニオン・カーバイド社からERL−4299
の名称で市販の、アジピン酸ビス(3,4−エポキクロ
ヘキシル)と混合した3,4−エポキシシクロヘキサン
カルボン酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチルが含
まれる。
【0053】脂環式エポキシ樹脂は約50〜500、好
ましくは約50〜250のエポキシ当量を含むことが好
ましい。脂環式エポキシ樹脂は、25℃で約1000c
ps(センチポイズ)以下の粘度、好ましくは、約5〜
900cps、より好ましくは約300〜600cp
s、最も好ましくは約300〜450cpsの粘度を有
する。脂環式エポキシ樹脂は、約200〜700、好ま
しくは200〜500の分子量を有し、またエポキシド
1個当たり50〜500、好ましくは50〜300の分
子量を有する。
【0054】カチオン重合可能なシアネート単量体と、
プレポリマー及びその混合物と、全体の割れ特性を強化
するための有効量の改質剤と、光分解によってすくなく
とも一つの配位部位を開放することができ、有機金属錯
体中の金属カチオンが周期律表IVB、VB、VIB、V
IIB及びVIIIB族の元素から選ばれる重合開始剤とし
て触媒的有効量の有機金属錯塩とを含む光誘導重合可能
なシアン酸エステル組成物及びこれらの組成物の製造方
法、ならびに電子部品のはんだ接続をカプセル化する際
のその使用も開示される。
【0055】本発明に従って使用できるシアン酸エステ
ルは2個以上のOCN基を有し、環状三量体化によって
硬化可能である。シアン酸エステルは単量体でも、また
はあまり好ましくはないがオリゴマーを含む重合体でも
よく、以下の基を含む物質によって代表される。
【化2】 上式でAは、単結合、C(CH3)H、SO2、O、C
(CF22、CH2OCH2、S、C(=O)、OC(=
O)、S(=O)、OP(=O)O、OP(=O)(=
O)O、鎖上のO、S、Nなどのヘテロ原子によって中
断されたCH2やC(CH32のような二価アルキレン
基である。Rは、水素、ハロゲン及び1〜9個の炭素原
子を含むアルキル基が運ばれ、nは0〜4の整数であ
る。
【0056】本発明において使用できる特定のシアン酸
エステルは入手可能で周知であり、参照によりその開示
を本明細書に合体する、米国特許第4195132号、
第3681292号、第4740584号、第4745
215号、第4477629号及び第4546131
号、欧州特許出願EPO147548/82号、ドイツ
公開特許出願第2611796号で論じられているもの
が含まれる。
【0057】適切な多官能性シアネートは、周知の方法
で、例えば米国特許第3553244号、第37403
48号及び第3755402号に例示されているよう
に、対応する多価フェノールを、トリエチルアミンのよ
うな第三級アミンの存在下でハロゲン化シアネートに反
応させて調製する。
【0058】フェノール反応物は、1個または複数の反
応性水酸基を含む任意の芳香族化合物でよい。フェノー
ル性反応物は次式のジまたはトリポリヒドロキシ化合物
であることが好ましい。
【化3】 上式で、aとbは独立に0、1、2または3であり、少
なくとも一つのaは0でない。nは0〜約8の範囲であ
り、好ましくは0〜3である。各Rは独立に、非干渉性
のアルキル、アリール、アルカリール、ヘテロ原子、複
素環式、カルボニルオキシ、カルボキシ、ならびに水
素、C1-6アルキル、C1-6アリール、C1- 6アルコキ
シ、ハロゲン、マレイミド、プロパルギルエーテル、グ
リシジルエーテルなど類似の環置換基から選ばれる。A
は多価結合部分であり、例えば芳香族、脂肪族、脂環
式、多環式及びヘテロ原子とすることができる。結合部
分Aの例には、−O−、−SO2−、−CO−、−OC
OO−、−S−、C1-12−ジシクロペンタジエニル、ア
ラルキル、アリール、脂環式及び直接結合がある。
【0059】シアネートの例は次のとおりである。シア
ナトベンゼン、1,3−及び1,4−ジシアナトベンゼ
ン、2−t−ブチル−1,4−ジシアナトベンゼン、
2,4−ジメチル−1,3−ジシアナトベンゼン、2,
5−ジ−t−ブチル−1,4−ジシアナトベンゼン、テ
トラメチル−1,4−ジシアナトベンゼン、4−クロロ
−1,3−ジシアナトベンゼン、1,3,5−トリシア
ナトベンゼン、2,2'−または4,4'−ジシアナトビ
フェニル、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'
−ジシアナトビフェニル、1,3−、1,4−、1,5
−、1,6−、1,8−、2,6−または2,7−ジシ
アナトナフタレン、1,3,6−トリシアナトナフタレ
ン、ビス(4−シアナトフェニル)メタン、ビス(3−
クロロ−4−シアナトフェニル)メタン、2,2−ビス
(4−シアナトフェニル)プロパン、2,2−ビス
(3,5−ジクロロ−4−シアナトフェニル)プロパ
ン、2,2−ビス(3,5−ジブロモ−4−シアナトフ
ェニル)プロパン、ビス(4−シアナトフェニル)エー
テル、ビス(pーシアノフェノキシフェノキシ)ベンゼ
ン、ジ(4−シアナトフェニル)ケトン、ビス(4−シ
アナトフェニル)チオエーテル、ビス(4−シアナトフ
ェニル)スルホン、亜硫酸トリス(4−シアナトフェニ
ル)、硝酸トリス(4−シアナトフェニル)である。ま
た、米国特許第3962184号に開示されているよう
なフェノール樹脂から誘導されたシアン酸エステル、米
国特許4022755号に記載のノボラックから誘導さ
れたシアネート化ノボラック、米国特許第402691
3号に記載のビスフェノール型ポリカーボネートオリゴ
マーから誘導されたシアネート化ビスフェノール型ポリ
カーボネートオリゴマー、米国特許第3595900号
に記載のシアナト末端ポリアリーレンエーテル、米国特
許第4740584号に記載のオルソ置換ジシアン酸エ
ステル、米国特許第4709008号に記載のジまたは
トリシアネートの混合物、米国特許第4528366号
のダウケミカルのXU7178のような多環式脂肪族二
残基を含む多環芳香族シアネート、米国特許第3733
349号に記載されているフロロカーボンシアネート、
及び米国特許第4195132号及び第4116946
号に教示された他の新しいシアネート組成物の使用も有
用である。これらの開示を参照により本明細書に合体す
る。これらの組成物に関する議論は、ボーガン(Boga
n)他の「Unique Polyaromatic Cyanate Ester for Low
Dielectric Printed Circuit Boards」、SAMPE Journa
l, Vol.24, No.6 Nov./Dec. 1988に出ている。好ましい
多官能性シアン酸エステルは、チバガイギーからAro
cy L−10の商標で入手できるビスフェノールAD
ジシアネート(4,4'−エチリデンビスフェノールジ
シアネート)及びチバガイギーからRTX−366とし
て市販されているビスフェノールMジシアネートであ
る。
【0060】他の適切なシアン酸エステル樹脂として
は、チバガイギーからREX−378、REX−37
9、Arocy B−10、B−30、B−40S、B
−50、Arocy M−10、M−20、M−30、
M−40S、M−50、Arocy F−40S及びF
−10として市販されている製品がある。
【0061】幾つかのクラスのカチオン性光開始剤が見
つかっており、エポキシと組み合わせた使用が、G. E.
グリーン(Green)、B. P.スターク(Stark)及びS. A.
ザーヒル(Zahir)によってMacromol. Chem. C21, 187
(1981/82)のJ. Macromol. Sci. Revs.に記載されてい
る。しかし、これらの開始剤の大多数はあまりにも速度
が遅く実用上の価値はない。商業的に最も重要な触媒
は、アリールジアゾニウム、トリフェニルスルホニウム
及びジフェニルヨードニウム塩であり、ごく最近見つか
った化合物が、低求核性のアニオンを有するジアリール
ヨードシル及びトリアリールスルホキソニウム塩であ
る。これらは照射によって、対応するルイス酸BF3
BF5等またはブレンステッド酸HB4、HPF6、HA
sF6を遊離することが知られている。
【0062】光開始剤としてのアリールジアゾニウム塩
の有効性は、これらの塩のカチオン部分またはアニオン
部分の構造に依存する。それらのスペクトル感度は、ア
リールジアゾニウム化合物のアリール部分の構造を改変
することによって変えることができる。このクラスの光
開始剤は、エポキシ樹脂の十分な硬化を達成するため
に、一般的に照射後に熱処理工程を必要とする。しかし
光分解過程での窒素の発生、低い熱安定性、及び固有の
水分感受性など幾つかの欠点のために、エポキシ硬化の
多くの実用的応用例において光開始剤としてのアリール
ジアゾニウム塩の使用が制限されている。
【0063】クリヴェロ(Crivello)は「Developments
in Polymer Photochemistry 2」(N.S.Allen編),P1.
Applied Science Publ., London, 1981で、光化学反応
によって誘導された1つのアリール結合のホモリシス分
解が第一の反応過程であり、次いで適切なドナーからの
水素の引き抜きと、それに続くプロトンの損失によって
ブレンステッド酸HXを生ずると仮定した。この強いブ
レンステッド酸HXは、まず最初の過程としてオキシラ
ン基をプロトン化し、次いで開環重合が行われる。一般
的に先述の順序に従って、速い重合速度を有するものと
して、アニオンBF4 -、PF6 -、AsF6 -またはSbF
6 -との「オニウム」塩のみが使用できる。脂環式エポキ
シはグリシジルエーテル及びグリシジルエステルよりも
高い反応性を示す。今までに報告された例のほとんど
は、D. M.アレン(Allen)がJ. Photog. Sci. 2461 (19
76)に、また、H.カーチス(Curtis)、E.アーヴィング
(Irving)、B.F.G.ジョンソン(Johnson)がChem. Bri
t. 22,327 (1986)に記載しているような一酸化炭素、オ
レフィン、炭素環などの光活性(photo labile)な配位
子を有する有機金属錯体を含む。
【0064】有機金属カルボニル化合物、メタロセン及
びアルミニウム錯体のような多数の有機金属化合物が、
エポキシ官能化高分子の重合における光開始剤として作
用できる。K.マイヤー(Meier)とH.ヅヴァイフェル(Z
weifel)はJ. Imag. Sci., 30,174 (1986)に低求核性の
アニオンを有する鉄アレーン塩を記載している。これら
の化合物が光分解すると、エポキシ樹脂を比較的容易に
重合することができるルイス酸が生じる。
【0065】不溶性網目構造の形成には露光過程後に熱
活性化過程が必要である。高解像度の結像システムが生
成される。鉄アレーン塩は一般的ににN. A. Nesmeyanov
他によってDokl. Akad. Nauk SSSR 149,615 (1963)報告
された方法によってフェロセンから調製される。
【0066】シアン酸エステル樹脂は、米国特許第40
94852号に記載されているように、多官能性シアネ
ートモノマーから作られる。一般的に、より低い硬化温
度及び早い硬化時間を達成するために触媒を使用する。
有効な熱活性化触媒には、酸、塩基、塩、窒素及びリン
化合物、すなわちAlCl3、BF3、FeCl3、Ti
Cl4、ZnCl2、SnCl4のようなルイス酸、HC
l、H3PO4のようなブレンステッド酸、フェノール、
p−ニトロフェノール、ピロカテコール、ジヒドロキシ
ナフタレンのような芳香族ヒドロキシ化合物、水酸化ナ
トリウム、ナトリウムメトキシド、ナトリウムフェノキ
シド、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチ
ルアミン、ジアザビシクロ−2,2,2−オクタン、キ
ノリン、イソキノリン、テトラヒドロキノリン、塩化テ
トラエチルアンモニウム、ピリジン−Nーオキサイド、
トリブチルホスフィン、オクタン酸亜鉛、オクタン酸ス
ズ、ナフトエ酸亜鉛ならびにその混合物のような様々な
他の化合物がある。米国特許第3694410号は芳香
族多官能性シアネートからトリアジンを形成するための
触媒として、1〜6個またはそれ以上のキレート環を有
する金属イオンのイオン性または非イオン性キレートの
使用を開示している。同様に米国特許第4528366
号は、C6−C20カルボン酸のコバルト塩、特にオクタ
ン酸コバルト及びナフトエ酸コバルトがトリアジンの形
成に有用な触媒であることを教示している。米国特許第
4604452号及び第4608434号は、金属カル
ボキシレートのアルコール溶液が加熱によるトリアジン
の形成に有効な触媒組成であることを開示している。有
機金属コバルト化合物は、アセチレンの三量体化(米国
特許第4183864号)及びアセチレンとニトリルの
共三量体化(米国特許第4328343号)の触媒とし
て使用されている。金属カルボニル錯体を用いた、アリ
ールイソシアネートの光触媒三量体化は、E.マルテリ
(Martelli)、C.ペリツィ(Pellizzi)及びG.プレディ
エリ(Predieri)によってJ. Molec. Catalysis 22, 89
-91(1983)に開示されている。有機金属錯体カチオンと
カチオン感受性物質のイオン塩を含むエネルギー重合可
能な組成物及びその硬化が、欧州特許第109851
号、第094914号、及び第094915号に教示さ
れている。米国特許第4554346号はシアン酸エス
テル化合物からの光硬化樹脂を開示している。この発明
者等は、多官能性シアン酸エステルと、水酸基とラジカ
ル重合可能な不飽和二重結合とを有する少なくとも一つ
の化合物を、シアナート基と水酸基の比が1:0.1か
ら1:2の範囲になるような量で混合し、またラジカル
重合光開始剤を含む混合物を高温で使用している。これ
らの物質はシアネート単独の直接重合で得られるものと
同じポリトリアジン物質をもたらさないと予想される。
【0067】本発明で有用な有機金属化合物は、文献に
記載のように当業者に周知の方法で調製できる。Inorg.
Chem. 17,1003 (1978)、Chem. Ber. 102, 2449 (196
9)、J. Organomet. Chem. 135,373 (1977)、Inorg. Che
m. 18,553 (1979)にその例が出ており、欧州特許第10
9851号、第094914号、及び第094915号
にこれらの方法が開示されている。
【0068】硬化剤は、全組成物の0.01〜20重量
%、好ましくは0.1〜10重量%の範囲の量を使用す
る。
【0069】約0.5〜3%,好ましくは約1.2〜
1.6%の量の界面活性剤を使って、充填剤とエポキシ
樹脂の混合を容易にすることができる。適当な界面活性
剤にはロームアンドハース社のTriton X−10
0のような非イオン型の界面活性剤が含まれる。これら
の界面活性剤はオクチルフェノールまたはノニルフェノ
ールとエチレンオキサイドの反応によって調製される。
上述の一連の化合物の生成物にはオクチルフェノール系
列とノニルフェノール系列が含まれる。
【0070】この組成物には、任意選択で他の硬化促進
剤または加速剤、及び可塑剤、エラストマー、充填剤、
顔料、離型剤または他の樹脂などその他の各種物質を含
めることができる。
【0071】本発明に使用される表面処理剤は、例えば
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラ
ン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメ
チルジメトキシシラン、3−アミノプロピルエトキシシ
ラン、3−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラ
ン、3−グリシドオキシプロピルメチルジメトキシシラ
ンがある。使用される表面処理剤の量は、樹脂100部
に対して好ましくは1〜20部、より好ましくは3〜1
5部である。
【0072】デバイスから周囲への熱伝導を改善するた
めに、熱伝導性かつ電気絶縁性の充填剤を用いることが
できる。そのような充填剤には、酸化アルミニウム、9
2%アルミナ、96%アルミナ、窒化アルミニウム、窒
化シリコン、シリコンカーバイド、酸化ベリリウム、窒
化ホウ素及び高圧またはプラズマCVDによるダイアモ
ンド粉末が含まれる。
【0073】本発明の組成物は、約25〜60重量パー
セント、好ましくは約50〜60重量パーセントのバイ
ンダ、及びそれに対応して約40〜75重量パーセン
ト、好ましくは約50〜60重量パーセントの充填剤を
含む。これらの量は組成物中のバインダと充填剤の合計
量に対するものである。バインダがポリエポキシドを含
む時には、本発明で使用する組成物は硬化剤をも含む。
【0074】シリカは溶融シリカまたはアモルファス・
シリカが好ましい。充填剤の粒子サイズは31ミクロン
以下、好ましくは約0.5ミクロン〜31ミクロン、最
も好ましくは約0.7〜20ミクロンである。これは未
硬化の物質が重合前に容易に流動するために、また組成
物が集積回路チップ・ハウジング31の下でハウジング
31と基板11の間を流れるために必要である。さらに
シリカ充填剤は、信頼性の問題の一因となるイオン性化
合物またはイオン性不純物を実質的に含んでいてはなら
ない。
【0075】本発明の組成物は、約25〜60重量パー
セント、好ましくは50〜60重量パーセントの液状ま
たは流動性の有機樹脂と、残部の熱膨張係数を低減でき
る適当な充填剤を含む。
【0076】硬化は、エポキシド、シリカ及び光開始剤
に対して、例えば約0.5重量パーセントから約5重量
パーセントの有効量の適切な光開始剤の存在下で実施さ
れる。そのような光開始剤の一つは、アンチモン酸トリ
アリールスルホニウム(CAS登録番号89452−3
7−9及び71449−78−0)のプロピレンカーボ
ネートに溶かした50重量パーセント溶液である。その
ような光開始剤の1つにユニオン・カーバイド社のCyra
cure UVI-6974がある。
【0077】
【実施例】ユニオン・カーバイドのERL 4221
3,4−エポキシシクロヘキサンカルボン酸3,4−エ
ポキシシクロヘキシルメチル、Novacup L33
7シリカ、及びユニオン・カーバイドのCyracur
e UVI−6974アンチモン酸トリアリールスルホ
ニウム塩のプロピレンカーボネート溶液(アンチモン酸
トリアリールスルホニウムとプロピレンカーボネートの
合計に対して50重量パーセントのアンチモン酸トリア
リールスルホニウムを含む)を用いて一連の試験を実施
した。
【0078】実施例1 等量のNovacup L337シリカ充填剤とユニオ
ン・カーバイドのERL 4221脂環式エポキシ樹脂
を様々な量(0、0.25、0.5、1.25、及び5
%)のユニオン・カーバイドCyracure UVI
−6974光開始剤と混合した。その混合物をアルミニ
ウムのサンプル・ホルダに加えて処理した。処理は、U
V照射時間0〜2分、保持時間0〜280分、ベーキン
グ60〜100℃で10分の様々な条件で行った。未硬
化の樹脂をメチルエチルケトンで除去した後の硬化物質
の厚さを記録した。
【0079】その結果、紫外照射が必要なことが判明し
た。ベーキングだけで硬化した物質はなかった。0.5
%の光開始剤を用いた場合に最大の厚さが得られた。ベ
ーキング温度が高いほど厚さが大きくなった。低温ベー
キング後の硬化物質は、薄いが可撓性はより大きかっ
た。
【0080】実施例2 硬化物の厚さを最適化し、各種パラメータの影響を決定
するために、以下の統計的に設計した試験を実施した。
Novacup L337シリカ25gを100mlの
プラスチック製ビーカに秤り取って「マスタ」混合物を
調製した。これにユニオン・カーバイドのERL 42
21脂環式エポキシ樹脂25gを加えた。これをガラス
製の攪拌棒を用いて滑らかな粘稠度になるまで手で混合
した。この混合物を20gの二つの部分に分けた。一方
のビーカにユニオン・カーバイドCyracure U
VI−6974(プロピレンカーボネート中に光開始剤
50%を含む混合物)0.24gを加えた。他方のビー
カにCyracure UVI−6974 2.0gを
加えた。それぞれの混合物の一部分を30×30×4m
mのアルミニウム・キャップ8個に加えた。それぞれの
キャップを5mW/cm2の水銀ランプで下記の時間露
光した。キャップは表に記載したように処理した。ベー
キングはFisher IsotempまたはBlue
Mオーブン中でまずオーブンの温度を上げ、次いでキ
ャップを記載された時間挿入して行った。処理後硬化し
た物質をキャップから取り出し、メチルエチルケトン中
で洗浄した。これによって下部の未硬化物質は除去さ
れ、樹脂の上の部分だけが硬化する。硬化物質の厚さを
Federal model 6918−R2 ベンチ
・マイクロメータで測定し、数回の測定の平均を取っ
た。
【表1】 表1 試験 開始剤 露光 保持時間 ベーク温度 ベーク時間 硬化物厚さ (%) (秒)(時間) (℃) (分) (ミル) 1 0.5 30 0 80 10 23.8 2 0.5 30 2 120 10 111.1 3 0.5 180 0 120 20 100.3 4 0.5 180 2 80 20 46.9 5 5.0 30 0 120 20 38.4 6 5.0 30 2 80 20 28.8 7 5.0 180 0 80 10 37.7,38.5 8 5.0 180 2 120 10 49.4 9 5.0 180 2 120 20 60.8 10 5.0 180 0 80 20 45.2,35.8 11 5.0 30 2 80 10 28.7,24.5 12 5.0 30 0 120 10 33.5 13 0.5 180 2 80 10 42.2,45.6 14 0.5 180 0 120 10 72.1 15 0.5 30 2 120 20 143.8 16 0.5 30 0 80 20 39.0
【0081】実施例3 Epon1007 1gとERL−4221 9gをガ
ラス・ビーカに入れてホット・プレート上で加熱して樹
脂混合物を調製した。ホット・プレートはEpon10
07が溶解するまで140℃〜150℃に3時間保持し
た。熱い間にエチル・バイオレット染料0.01g、次
いでNovacup L337シリカ15gを加えて攪
拌棒で混合した。暗青色の混合物は冷却した時に粘性で
あった。その混合物を回路形成したテスト基板上のリー
ド線に攪拌棒で塗布した。基板を5mW/cm2水銀ラ
ンプの下で2分間露光し、次いで120℃で5分間ベー
キングした。その表面が硬化した。その基板を数回冷凍
室中で−70℃に冷却し、室温まで温めた。塗布した物
質の発泡部分で割目が認められたが、その他の所では保
全性と接着性が良好であった。
【0082】開始剤0.5〜5重量%、UV照射30〜
180秒、保持時間0〜2時間、ベーク温度80〜12
0℃、ベーク時間10〜20分で16組の試験を行っ
た。0.58〜3.65mm(23.0〜143.8ミ
ル)の硬化厚さが得られた。このデータのR二乗解析を
実施した。開始剤濃度(有意レベル0.021046)
及びベーク温度(有意レベル0.0079883)が最
も重要な変数であることがわかった。
【0083】実施例4 チバガイギーのArocy L10 10g、Moon
ey Chemicalsの8%オクタン酸亜鉛の10
%鉱油溶液0.1g、及びチバガイギーのIrgacu
re261 0.15gを混合して均質な溶液を調製し
た。Novacup L337シリカ15gを加えて攪
拌棒で混合した。
【0084】Arocy L10 5g、MR283−
250 5g、オクタン酸亜鉛0.1g及びIrgac
ure261 0.15gを加えて別の混合物を調製し
た。この溶液にNovacup L337シリカ17g
を加えて攪拌棒で混合した。
【0085】添加後に各サンプルを1時間ロールミル処
理し、真空にしてトラップされている空気を除去した。
これらの混合物のコーティング(2ミル)を最初130
℃で15分ベークし、300秒(350W Oriel
Lamp)露光し、150℃で15分間ベークした。
得られた硬化フィルムは良好な品質を有し,90度曲げ
テストで割目は認められない。
【0086】この組成物ははんだ継手を熱サイクルの作
用から保護する。
【0087】以上、カプセル化材を利用してアセンブリ
のパッケージ要素とこのパッケージがその上に位置する
基板との間に形成された電気接続を補強した、改良され
た電子パッケージ・アセンブリについて図示し説明し
た。上述のように、そのようなパッケージ・アセンブリ
は(カプセル化材または類似物質を含有しない)保護の
ないパッケージに比べて著しく長い動作寿命を示した。
ここで定義したパッケージ・アセンブリは、大量生産技
術を用いて製造でき、従って利益を享受できる。本発明
を薄型パッケージ(全厚がわずか0.76〜12.7m
m(0.030〜0.050インチ))に関して定義し
てきたが、この教示は当技術分野で周知のものの多くを
含めてより高いプロフィルのパッケージにも容易に適合
できる。
【0088】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【0089】(1)エポキシ樹脂またはシアン酸エステ
ル単量体と、光開始剤と粒子状シリカの分散相との光重
合生成物を含むカプセル化材。 (2)前記エポキシ樹脂が、複数の反応性1,2−エポ
キシ基を有するものである上記(1)に記載のカプセル
化材。 (3)前記エポキシ樹脂が置換エポキシドであり、置換
基が水酸基、エーテル残基、ハロゲン原子及びその組合
せからなる群から選ばれたものである、上記(2)に記
載のカプセル化材。 (4)前記エポキシ樹脂が、エピクロロヒドリン、エピ
ブロモヒドリン及びエピヨードヒドリンから成る群から
選ばれたエピハロヒドリンを多価フェノールまたは多価
アルコールと反応させて得られるエポキシポリエーテル
である上記(2)に記載のカプセル化材。 (5)前記多価フェノールまたは多価アルコールが、1
〜4個の炭素原子を含む低級アルキル基及びハロゲン原
子から成る群から選ばれた置換基を有するものである、
上記(4)に記載のカプセル化材。 (6)前記シアン酸エステルが2個以上のOCN基を有
し、環状三量体化によって硬化できるものである、上記
(1)に記載のカプセル化材。 (7)前記光開始剤がアリールジアゾニウム光開始剤で
ある上記(1)に記載のカプセル化材。 (8)前記光開始剤が、BF4 -、PF6 -、AsF6 -また
はSbF6 -アニオンとの「オニウム」塩から成る群から
選ばれたオニウム塩である、上記(7)に記載のカプセ
ル化材。 (9)a.エポキシ樹脂またはシアン酸エステル単量体
と、有効量の光開始剤と、分散シリカとを含む組成物を
形成する工程と、 b.前記組成物をはんだ接合に接触して供給する工程
と、 c.前記組成物を光硬化する工程とを含む、集積回路チ
ップとそのチップ用の基板との間のはんだ接合をカプセ
ル化する方法。 (10)前記組成物を光硬化する工程後、さらに熱硬化
する工程を含む、上記(9)に記載の方法。 (11)前記エポキシ樹脂が、複数の反応性1,2−エ
ポキシ基を有するものである上記(9)に記載の方法。 (12)前記エポキシ樹脂が置換エポキシドであり、置
換基が水酸基、エーテル残基、ハロゲン原子及びその組
合せからなる群から選ばれたものである、上記(11)
に記載の方法。 (13)前記エポキシ樹脂が、エピクロロヒドリン、エ
ピブロモヒドリン及びエピヨードヒドリンから成る群か
ら選ばれたエピハロヒドリンを多価フェノールまたは多
価アルコールと反応させて得られるエポキシポリエーテ
ルである、上記(11)に記載の方法。 (14)前記多価フェノールまたは多価アルコールが、
1〜4個の炭素原子を含む低級アルキル基及びハロゲン
原子から成る群から選ばれた置換基を有するものであ
る、上記(13)に記載の方法。 (15)前記シアン酸エステルが二つ以上のOCN基を
有し、環状三量体化によって硬化できるものである、上
記(9)に記載の方法。 (16)前記光開始剤がアリールジアゾニウム光開始剤
である上記(9)に記載の方法。 (17)前記光開始剤が、BF4 -、PF6 -、AsF6 -
たはSbF6 -アニオンとの「オニウム」塩から成る群か
ら選ばれたオニウム塩である、上記(9)に記載の方
法。 (18)集積回路チップと、そのチップ用の基板と、そ
れらの間にあって脂環式エポキシドの光重合生成物及び
粒子状シリカの分散相を含むはんだ接合のカプセル化材
を有するはんだ接合とを含む製造物。 (19)カチオン重合可能なシアン酸エステル単量体、
プレポリマーまたはその混合物と、全体の割れ特性を強
化するのに有効な量の改質剤と、充填剤と、光分解によ
って少なくとも1つの配位部位を開放することのできる
重合開始剤としての触媒有効量の有機金属錯塩とを含
み、前記有機金属錯体中の金属カチオンが周期律表IVB
族、VB族、VIB族、VIIB族及びVIIIB族の元素から
選ばれたものである、光誘導重合可能シアン酸エステル
組成物。 (20)カチオン重合可能なシアネート単量体と、プレ
ポリマー及びその混合物と、全体の割れ特性を強化する
のに有効な量の改善剤と、光分解によって少なくとも一
つの配位部位を開放することのできる重合開始剤として
の触媒量の有機金属錯塩を含み、有機金属錯体中の金属
カチオンが周期律表IVB族、VB族、VIB族、VIIB族
及びVIIIB族の元素から選ばれたものである光誘導重合
可能シアン酸エステル組成物を提供する方法。 (21)a.少なくとも1つのシアン酸エステル単量体
と、 b.触媒有効量の有機金属化合物と、 c.充填剤との重合生成物を含む、リード線保護組成
物。
【図面の簡単な説明】
【図1】カプセル化材を添加する前の、本発明の一実施
例による電子パッケージ・アセンブリの部分透視図であ
る。
【図2】カプセル化材をその両面及びこれらの面から突
出するリード線(図示せず)に付加した図1と同様の透
視図である。
【図3】本発明のパッケージの一つの面がそこから突出
しているリード線の上にカプセル化材を有することを示
す、図1及び図2よりもずっと拡大した部分立面図であ
る。
【図4】本発明のパッケージ・ハウジングの全周囲(4
側面)のカプセル化材を示す図1及び図2と同様の透視
図である。
【符号の説明】 10 パッケージ・アセンブリ 11 基板 13 集積回路チップ・パッケージ 15 回路 17 導体 19 上面 21 リード線 23 接地面 31 集積回路チップ・ハウジング 33 側面 34 側面 35 側面 36 側面 37 上面 38 下面 41 半導体デバイス 43 ワイヤ 51 端末 53 はんだ 61 カプセル化材 63 カプセル化材
フロントページの続き (72)発明者 ステファン・ジョーゼフ・ファーニス アメリカ合衆国13760 ニューヨーク州エ ンディコット ボスウェル・ヒル・ロード 766 (72)発明者 デボラ・リン・ディットリヒ アメリカ合衆国13732 ニューヨーク州ア パラチントベイ・ロード 91 (72)発明者 デービッド・ウェイ・ワン アメリカ合衆国12590 ニューヨーク州ウ ォッピンガーズ・フォールズ デニム・ド ライブ 8

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エポキシ樹脂またはシアン酸エステル単量
    体と、光開始剤と粒子状シリカの分散相との光重合生成
    物を含むカプセル化材。
  2. 【請求項2】前記エポキシ樹脂が、複数の反応性1,2
    −エポキシ基を有するものである請求項1に記載のカプ
    セル化材。
  3. 【請求項3】前記エポキシ樹脂が置換エポキシドであ
    り、置換基が水酸基、エーテル残基、ハロゲン原子及び
    その組合せからなる群から選ばれたものである、請求項
    2に記載のカプセル化材。
  4. 【請求項4】前記エポキシ樹脂が、エピクロロヒドリ
    ン、エピブロモヒドリン及びエピヨードヒドリンから成
    る群から選ばれたエピハロヒドリンを多価フェノールま
    たは多価アルコールと反応させて得られるエポキシポリ
    エーテルである請求項2に記載のカプセル化材。
  5. 【請求項5】前記多価フェノールまたは多価アルコール
    が、1〜4個の炭素原子を含む低級アルキル基及びハロ
    ゲン原子から成る群から選ばれた置換基を有するもので
    ある、請求項4に記載のカプセル化材。
  6. 【請求項6】前記シアン酸エステルが2個以上のOCN
    基を有し、環状三量体化によって硬化できるものであ
    る、請求項1に記載のカプセル化材。
  7. 【請求項7】前記光開始剤がアリールジアゾニウム光開
    始剤である請求項1に記載のカプセル化材。
  8. 【請求項8】前記光開始剤が、BF4 -、PF6 -、AsF
    6 -またはSbF6 -アニオンとの「オニウム」塩から成る
    群から選ばれたオニウム塩である、請求項7に記載のカ
    プセル化材。
  9. 【請求項9】a.エポキシ樹脂またはシアン酸エステル
    単量体と、有効量の光開始剤と、分散シリカとを含む組
    成物を形成する工程と、 b.前記組成物をはんだ接合に接触して供給する工程
    と、 c.前記組成物を光硬化する工程とを含む、集積回路チ
    ップとそのチップ用の基板との間のはんだ接合をカプセ
    ル化する方法。
  10. 【請求項10】前記組成物を光硬化する工程後、さらに
    熱硬化する工程を含む、請求項9に記載の方法。
  11. 【請求項11】前記エポキシ樹脂が、複数の反応性1,
    2−エポキシ基を有するものである請求項9に記載の方
    法。
  12. 【請求項12】前記エポキシ樹脂が置換エポキシドであ
    り、置換基が水酸基、エーテル残基、ハロゲン原子及び
    その組合せからなる群から選ばれたものである、請求項
    11に記載の方法。
  13. 【請求項13】前記エポキシ樹脂が、エピクロロヒドリ
    ン、エピブロモヒドリン及びエピヨードヒドリンから成
    る群から選ばれたエピハロヒドリンを多価フェノールま
    たは多価アルコールと反応させて得られるエポキシポリ
    エーテルである、請求項11に記載の方法。
  14. 【請求項14】前記多価フェノールまたは多価アルコー
    ルが、1〜4個の炭素原子を含む低級アルキル基及びハ
    ロゲン原子から成る群から選ばれた置換基を有するもの
    である、請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項15】前記シアン酸エステルが二つ以上のOC
    N基を有し、環状三量体化によって硬化できるものであ
    る、請求項9に記載の方法。
  16. 【請求項16】前記光開始剤がアリールジアゾニウム光
    開始剤である請求項9に記載の方法。
  17. 【請求項17】前記光開始剤が、BF4 -、PF6 -、As
    6 -またはSbF6 -アニオンとの「オニウム」塩から成
    る群から選ばれたオニウム塩である、請求項9に記載の
    方法。
  18. 【請求項18】集積回路チップと、そのチップ用の基板
    と、それらの間にあって脂環式エポキシドの光重合生成
    物及び粒子状シリカの分散相を含むはんだ接合のカプセ
    ル化材を有するはんだ接合とを含む製造物。
  19. 【請求項19】カチオン重合可能なシアン酸エステル単
    量体、プレポリマーまたはその混合物と、全体の割れ特
    性を強化するのに有効な量の改質剤と、充填剤と、光分
    解によって少なくとも1つの配位部位を開放することの
    できる重合開始剤としての触媒有効量の有機金属錯塩と
    を含み、前記有機金属錯体中の金属カチオンが周期律表
    IVB族、VB族、VIB族、VIIB族及びVIIIB族の元素
    から選ばれたものである、光誘導重合可能シアン酸エス
    テル組成物。
  20. 【請求項20】カチオン重合可能なシアネート単量体
    と、プレポリマー及びその混合物と、全体の割れ特性を
    強化するのに有効な量の改善剤と、光分解によって少な
    くとも一つの配位部位を開放することのできる重合開始
    剤としての触媒量の有機金属錯塩を含み、有機金属錯体
    中の金属カチオンが周期律表IVB族、VB族、VIB族、
    VIIB族及びVIIIB族の元素から選ばれたものである光
    誘導重合可能シアン酸エステル組成物を提供する方法。
  21. 【請求項21】a.少なくとも1つのシアン酸エステル
    単量体と、 b.触媒有効量の有機金属化合物と、 c.充填剤との重合生成物を含む、リード線保護組成
    物。
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