JPH0590448A

JPH0590448A - 混成集積回路

Info

Publication number: JPH0590448A
Application number: JP3249703A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Sakamoto; 則明坂本; Yuusuke Igarashi; 優助五十嵐; Susumu Ota; 晋太田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】シリコーンゲルを充填し耐湿処理が施された
混成集積回路のヒートサイクル時に生じるシリコーンゲ
ルの流動による回路素子と導電路とを接続するワイヤ線
の断線を防止する。【構成】二枚の基板（１）（２）上に搭載された所望
の回路素子（５）を密封部材（８）で密封封止し、混成
集積回路内に充填されたシリコーンゲル（９）と分離さ
せ、密封部材（８）内に中空層（１５）を残して回路素
子（５）をシリコーン樹脂膜で被服する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は混成集積回路に関し、特
に外部環境化で使用される混成集積回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、外部環境化で使用される代表的
な混成集積回路の断面図である。二枚の混成集積回路基
板（３０）（３１）上にはチップ状のＬＳ１，ＶＬＳ
Ｉ，パワートランジスタ及びチップ抵抗等の回路素子
（３２）が所望の導電路（図示しない）上に固着搭載さ
れている。それら二枚の基板（３０）（３１）は枠状の
ケース材（３３）により所定の間隔離間するように配置
して固着一体化される。

【０００３】一方、ＬＳＩ及びＶＬＳＩチップ等の回路
素子（３２）と導電路とを接続するワイヤ線は細いため
にエポキシ樹脂（３４）によって密封封止される。とこ
ろで、外部環境化で使用される混成集積回路では耐湿性
を向上させるために両基板（３０）（３１）間とケース
材（３３）とで形成される空間内にシリコーンゲル（３
５）を充填して、基板（３０）（３１）上の回路パター
ン及び回路素子を水湿から保護している。

【０００４】シリコーンゲル（３５）を両基板（３０）
（３１）間に充填すると、ヒートサイクル時にシリコー
ンゲル（３５）が流動して、内圧が高くなりＬＳＩ及び
ＶＬＳＩ等を接続する細線ワイヤ線が断線する恐れがあ
るが、前述したようにエポキシ樹脂（３４）で密封封止
することにより解決される。また、かかるエポキシ樹脂
の熱膨張係数は基板の熱膨張係数と略同一となるように
調整されているために、基板とエポキシ樹脂との密着性
が良く、水分が浸入しにくくなり、耐湿信頼性が向上す
る。本出願人は、エポキシ樹脂と基板の両者の熱膨張係
数を合せることに関して既に出願済である（特願平３−
１１８８１２号参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したように従来の
混成集積回路ではヒートサイクル時に発生するシリコー
ンゲルの流動によるワイヤ線の断線防止をすることがで
きる。しかし、エポキシ樹脂の封止剤と基板の熱膨張係
数をマッチングさせることで、両者の密着性が向上する
反面、エポキシ樹脂とベアチップとの熱膨張係数の差が
著しく異なるために、温度変化（温度サイクル）によ
り、封止剤とベアチップとの接着部に繰返し応力が加わ
り、ベアチップ表面でのワイヤボンディング部のネック
切れあるいは電極から剥離するという不良が発生する問
題がある。

【０００６】かかる、不良は本発明者の実験によると、
ベアチップのコーナ部に集中し、また、ワイヤ断線不良
となった周辺でチップ表面と封止剤の界面が剥離すると
いうことが判明した。これは、冷熱サイクルを繰返すこ
とで、最大応力がコーナ部に加わる。従ってそのコーナ
部で剥離が生じ、接着力でおさえられていたせん断方向
の否がワイヤボンディング部に加わり、断線するものと
考えられている。

【０００７】これを図４のＡ及びＢに基づいて説明す
る。図４のＡは、熱衝撃によってエポキシ樹脂とチップ
との熱膨張係数の差によるせん断方向への応力が加わっ
ているが、エポキシ樹脂がチップと接着しているため
に、せん断方向の動きを抑制している。それに対して、
図４のＢは、熱衝撃を繰返すことによって、最大応力が
加わるチップコーナ部でエポキシ樹脂が剥離し（斜線領
域）、せん断方向の否がワイヤのボンディング部に加わ
り、最終的に断線に至るものである。

【０００８】また、図５は、チップサイズの大きさを異
ならしめてワイヤ断線不良実験を行った結果である。実
験条件として、アルミニウム基板上に形成された銅箔上
にベアチップをＡｇペーストを介して固着搭載し、ベア
チップと銅箔とをＡｌワイヤ線でボンディングし、ベア
チップとワイヤ線をエポキシ樹脂で封止したものを−５
５℃／５ｍｉｎ〜１５０℃／５ｍｉｎ（液相）の熱衝撃
試験を行った。図５において、（Ａ）はチップサイズが
５．４７×８．０５、（Ｂ）はチップサイズが５．１６
×６．２であり、夫々１０個のチップが用いられた。

【０００９】図５からわかるように、チップサイズが小
さい（Ｂ）は２０００サイクル時で不良が発生し、チッ
プサイズが大きい（Ａ）は５００サイクル時で不良が発
生している。チップサイズがある程度小さいものはワイ
ヤ曲線不良の発生率は２０００サイクル時でも低いため
外部環境化で使用され、且つ環境条件が厳しい車載用あ
るいはインバータエアコンの室外機用の混成集積回路と
しても用いることは可能である。

【００１０】しかし、チップサイズが比較的大きいもの
は５００サイクルで不良が発生し、前述したように外部
環境化で使用される混成集積回路としては信頼性が著し
く低いために実用できないということが確認された。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を鑑みて為されたものであり、複数の回路素子が搭載さ
れた第１および第２の混成集積回路基板と、前記両基板
上に搭載された回路素子を相対向するように配置するケ
ース材と、前記両基板と前記ケース材とで形成された空
間内に充填されたシリコーン樹脂層とを具備し、前記両
基板の少なくとも一方の基板上に搭載された所望のチッ
プ状の回路素子のみを密封部材により密封し、前記密封
部材内に配置されたチップ状の回路素子をシリコーン樹
脂で被覆し、前記密封部材内の上層に空間層を形成した
ことを特徴とする。

【００１２】また、このような混成集積回路であって、
前記チップ状の回路素子上には熱膨張係数の低い絶縁樹
脂膜が形成されることを特徴とする。また、このような
混成集積回路であって、前記両基板はアルミニウム基板
を用いたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】この様に本発明の混成集積回路では、チップ状
の回路素子上に熱膨張係数の低い絶縁樹脂膜が形成され
ているため、絶縁樹脂膜とチップ状素子との熱膨張係数
の差が著しく緩和されるとともにワイヤ線の固着強度を
補強することができる。その結果、絶縁樹脂膜とチップ
状素子との界面での温度変化（温度サイクル）による剥
離が抑制される。またチップ素子上の電極と接続される
ワイヤ線のネック部は絶縁樹脂膜によって補強される構
造となるため、温度サイクルによるせん断力がワイヤ線
のネック部に生じたとしても断線する恐れはない。

【００１４】また、本発明ではチップ状の回路素子が密
封部材によって密封される構造となるために、ヒートサ
イクル時に発生するシリコーンゲルの流動による内圧が
高くなってもチップ状の回路素子と導電路を接続するワ
イヤ線の断線を防止できる。また、本発明では、密封部
材内に配置されたチップ状の回路素子はシリコーン樹脂
膜で被覆されるため耐防水性が低下することはない。

【００１５】さらに、本発明では、密封部材内には空間
層が形成されているために、ヒートサイクル時にチップ
状の回路素子を被覆するシリコーン樹脂膜が流動したと
しても、上述したように密封部材内に空間部が形成され
ているためにシリコーンゲルの内圧が高くなる恐れがな
く、ワイヤ線の断線がない。

【００１６】

【実施例】以下に、図１及び図２に示した実施例に基づ
いて、本発明の混成集積回路を説明する。図１は本発明
の混成集積回路の断面図であり、（１）（２）は混成集
積回路基板、（３）（４）は導電路、（５）はチップ状
の回路素子、（７）はケース材、（８）は密封部材、
（９）はシリコーン樹脂層、（１０）は絶縁樹脂膜、
（１１）はシリコーン樹脂膜である。

【００１７】混成集積回路基板（１）（２）は、例えば
アルミニウム基板等の金属基板が用いられる。かかるア
ルミニウム基板表面には周知の陽極酸化技術により酸化
アルミニウム膜が形成されている。この両基板（１）
（２）の一主面にはエポキシ樹脂等の絶縁樹脂層（図示
しない）を介して所望形状の導電路（３）（４）が形成
される。かかる、導電路（３）（４）は銅箔により形成
され、例えば前述した絶縁樹脂層と銅箔とがクラッド状
に一体化された材料を夫々の基板（１）（２）上に貼着
し、所定のエッチング技術によってパターン化される。

【００１８】図１からでは明らかにされてないが、導電
路（３）（４）は基板（１）（２）の略全面の領域に形
成されており、所定の位置に回路素子を固着するパッド
が形成され、かかるパッドの周辺近傍には複数の導電路
（３）（４）が延在形成されている。各パッド上には複
数の回路素子（５）が固着搭載される。例えば、トラン
ジスタ、チップ抵抗等の回路素子及びＬＳＩ，ＶＬＳＩ
等のチップ状の回路素子（５）がＡｇペースト等の接着
剤を介してパッド上に固着される。一方、ＬＳＩ，ＶＬ
ＳＩ等の回路素子（５）上の電極と導電路（３）（４）
との接続は約２０〜４０μ径の細線のＡｌワイヤ線（６
Ａ）により又、パワートランジスタ等のパワー系の回路
素子は約２００〜３００μ径のＡｌワイヤ線（６Ｂ）に
より、超音波ボンディング等の接続手段を用いて電気的
に接続される。

【００１９】両基板（１）（２）上に搭載されたＬＳＩ
チップ、トランジスタチップおよびチップ抵抗等の回路
素子（５）はエポキシ樹脂（１２）によって被覆され
る。また、両基板（１）（２）の周端部には外部回路と
接続を行うために外部リード端子（１３）（１４）が固
着されている。ところで、いずれか一方の基板上に搭載
された比較的大きいチップサイズのＶＬＳＩ等のメモリ
ーチップは、前述したエポキシ樹脂（１２）によって被
覆されず、上面に絶縁樹脂薄膜（１０）（以下樹脂薄膜
という）が形成される。かかる、樹脂薄膜（１０）の熱
膨張係数は低く調整されている。即ち、樹脂薄膜（１
０）の熱膨張係数は、回路素子（５）の熱膨張係数と略
同一かあるいは近似した値にまで低く設定されている。
回路素子（５）の熱膨張係数は約３〜４×１０^-6／℃と
比較的低いために、本実施例で用いられる樹脂薄膜（１
０）の熱膨張係数はシリカ等のフィラーを高密度充填し
約１０×１０^-6／℃に調整されている。

【００２０】本発明に用いられる樹脂薄膜（１０）につ
いて、更に述べると、樹脂薄膜（１０）は前述したよう
に、回路素子（５）上に薄く形成する必要があるために
溶剤性のフェノール硬化系エポキシ樹脂が用いられる。
溶剤性のフェノール硬化系樹脂は液状であるためにフィ
ラーが高密度充填されているにもかかわらず約１００μ
〜５００μ程度の膜厚の樹脂薄膜（１０）を回路素子上
に容易に形成することができる。回路素子（５）上に樹
脂薄膜（１０）を形成する場合、前述したように樹脂が
溶剤性であるために、回路素子（５）の大きさに対応し
た適量の樹脂をボッティングし、加熱処理するだけで形
成できる。即ち、回路素子（５）上の略全面には前述し
た樹脂薄膜（１０）が形成されるために、ワイヤ線のネ
ック部は樹脂薄膜（１０）によって補強されることにな
る。

【００２１】本実施例では、樹脂薄膜（１０）の樹脂材
料として、溶剤性のフェノール硬化性樹脂を用いたが、
その他の材料として酸無水物硬化系エポキシ樹脂あるい
はアミン硬化系エポキシ樹脂を用いることができる。し
かし、それらの中でフェノール系硬化樹脂が一番耐湿性
が優れているため本実施例ではフェノール硬化系を用い
た。

【００２２】ところで、前述した樹脂は回路素子（５）
表面に直接コーティングされるために耐湿信頼性を確保
する必要があるために高純度化された樹脂が用いられて
いる。本実施例で用いられた樹脂は硬化物中の不純物イ
オン濃度が非常に低く（Ｃｌ ^-１０ｐｐｍ，Ｎａ⁺２〜３
ｐｐｍ）、ＬＳＩ用のトランスファーモールド樹脂と同
レベルまで高純度化されている。従って、回路素子
（５）との密着性が良く、水分が浸入しにくいため、高
い耐湿信頼性が得られる。また、α線によるソフトエラ
ーを発生しやすいＤＲＡＭ等のチップ状回路素子を実装
する場合であっても問題はない。

【００２３】このように、回路素子（５）上に低い熱膨
張率を有する樹脂薄膜（１０）を形成することにより、
回路素子（５）と樹脂薄膜（１０）との熱膨張係数がマ
ッチングされるため、冷熱サイクル時においても素子
（５）と樹脂薄膜（１０）との界面が剥離しない。従っ
て、厳しい冷熱サイクル条件下でせん断力が回路素子
（５）のコーナ部に加わったとしても、前述したように
回路素子（５）と樹脂薄膜（１０）の界面が剥離せず、
又ワイヤ線（６Ａ）のネック部が樹脂薄膜（１０）によ
って補強されているために、ワイヤ線（６Ａ）の固着強
度が増加し、従来のようなヒートサイクル時におけるワ
イヤ線断線不良を著しく抑制することができる。

【００２４】一方、樹脂薄膜（１０）が形成された比較
的大型の回路素子（５）は密封部材（８）により、完全
に密封される。かかる、密封部材（８）は、例えばエポ
キシ樹脂等の絶縁樹脂により箱状に形成され、その上面
に穴（８Ａ）が形成されている。密封部材（８）と基板
との接着は、例えば接着剤、接着テープ等の周知の接着
手段を用いて接着すれば足りる。

【００２５】大型の回路素子（５）を密封部材（８）で
密封した後、前述した穴（８Ａ）からシリコーン樹脂を
所定量だけ流し込み、シリコーン樹脂膜（１１）が形成
される。かかる、シリコーン樹脂膜（１１）は回路素子
（５）及びワイヤ線（６Ａ）を被覆するとともに密封部
材（８）内の周辺の導電路（４）も被覆する。即ち、密
封部材（８）内はシリコーン樹脂膜（１１）と中空層
（１５）が形成されることになる。シリコーン樹脂膜
（１１）を形成した後、穴（８Ａ）はテープ等の封止手
段を用いて封止される。

【００２６】所定の回路素子（５）が搭載された両基板
（１）（２）は枠状のケース材（７）により、所定間隔
だけ離間され固着一体化される。両基板（１）（２）と
ケース材（７）で形成された空間領域内にはシリコーン
樹脂がケース材（７）の孔（７Ａ）より充填されシリコ
ーン樹脂層（９）が形成される。かかる、シリコーン樹
脂層（９）により混成集積回路の耐防水性が図られる。

【００２７】ところで、図５はシリコーンゲルを全充填
したもの（Ａ）と半充填（中空層を形成したもの）した
もの（Ｂ）のヒートサイクルによるワイヤ線の断線不良
率を測定した結果である。ヒートサイクル条件として、
−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分（気相）で行い、
また共にアルミニウム基板上に５．１６×６．２サイズ
のベアチップを搭載し４０μ径のＡｌ線でワイヤーボン
ディングされている。

【００２８】図５から、明らかな様に、（Ａ）の全充填
のものは約３００サイクル時点で不良が発生しているの
に対し、（Ｂ）の半充填のものでは約１５００サイクル
時点でも不良が発生していない。即ち、中空層を設ける
ことにより、ヒートサイクル時にシリコーンゲルが流動
したとしても中空層により、流動性が緩和され内圧が高
くならないからである。

【００２９】従って、本発明に依れば、ヒートサイクル
時にシリコーン樹脂層（９）が流動したとしても、ＬＳ
Ｉ，トランジスタ等の比較的小型化の回路素子（５）は
エポキシ樹脂（１２）によって被覆されているためにワ
イヤ線が断線することはない。また、ＶＬＳＩ等の比較
的大型の回路素子（５）は密封部材（８）により密封さ
れているためにシリコーン樹脂層（９）の流動による影
響は全くなく、密封部材（８）内に形成されたシリコー
ン樹脂膜（１１）もヒートサイクル時に流動するもの
の、前述したように密封部材（８）内には中空層が形成
されているためワイヤ線が断線することはない。

【００３０】

【発明の効果】以上に詳述した如く、本発明に依れば、
耐湿性が要求される混成集積回路上に比較的大型のチッ
プ状の回路素子を実装したとしても、冷熱サイクル時に
回路素子と導体とを接続するワイヤ線を断線させること
なく耐湿性を向上させることができる。その結果、本発
明を用いることで、極めて高信頼性の混成集積回路を提
供することができる。

【００３１】また、前述したように、大型のチップ状の
回路素子をダイボンドできるために厳しい環境化で使用
できる混成集積回路の高密度実装化を実況できる。その
結果、高密度且つ極めて小型化された耐湿性の優れた混
成集積回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を説明する混成集積回路の断面図
である。

【図２】図２はワイヤ線の断線不良率を示す特性図であ
る。

【図３】図３は従来の混成集積回路を示す断面図であ
る。

【図４】図４は熱衝撃がワイヤ線のネック部に加わると
きの説明図である。

【図５】図５はワイヤ線の断線不良率を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

（１）（２）混成集積回路基板（３）（４）導電路（５）回路素子（７）ケース材（８）密封部材（９）シリコーン樹脂層（１０）絶縁樹脂膜（１１）シリコーン樹脂膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の回路素子が搭載された第１および
第２の混成集積回路基板と、前記両基板上に搭載された
回路素子を相対向するように配置するケース材と、前記
両基板と前記ケース材とで形成された空間内に充填され
たシリコーン樹脂層とを具備し、前記両基板の少なくと
も一方の基板上に搭載された所望のチップ状の回路素子
のみを密封部材により密封し、前記密封部材内に配置さ
れたチップ状の回路素子をシリコーン樹脂で被覆し、前
記密封部材内の上層に中空層を形成したことを特徴とす
る混成集積回路。
【請求項２】前記チップ状の回路素子上面には熱膨張
係数の低い絶縁樹脂膜が形成されていることを特徴とす
る請求項１記載の混成集積回路。
【請求項３】前記両基板はアルミニウム基板を用いた
ことを特徴とする請求項１記載の混成集積回路。