JPH03245558A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH03245558A
JPH03245558A JP2246822A JP24682290A JPH03245558A JP H03245558 A JPH03245558 A JP H03245558A JP 2246822 A JP2246822 A JP 2246822A JP 24682290 A JP24682290 A JP 24682290A JP H03245558 A JPH03245558 A JP H03245558A
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semiconductor device
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太佐男 曽我
Mamoru Sawahata
沢畠 守
Takaya Suzuki
誉也 鈴木
Masatake Nametake
正剛 行武
Fumio Nakano
文雄 中野
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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation

Abstract

PURPOSE:To improve a semiconductor device in resistance to thermal fatigue by a method wherein a semiconductor chip is surrounded with a hardened body which contains granules of thermosetting resin, inorganic material, and rubber- like elastic material excluding its heat dissipating surface on the other side of the board. CONSTITUTION:An Si chip 3 is mounted on a glass board 1. Solder bumps 10 connect the glass board 1 with the electrode terminals of the chip 3 opposed to the board 1. A resin coating 11 is formed of, at least, the hardened body of resin composition filled into a gap around the solder bumps 10. The resin composition concerned contains first granules of thermosetting resin and inorganic material whose thermal expansion coefficient is smaller than that of the thermosetting resin concerned and second granules of rubber-like elastic material, and the hardened body is made to cover the peripheral part of the Si chip 3 is excluding the heat dissipating surface of the Si chip 3 on the other side of the board 1 and the surface of the glass board 1 confronting the Si chip 3.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明、半導体チップの電極端子をCCB法(Cont
rolled Co11apse Bonding法)
により基板上の電極端子に接合した後、樹脂により被覆
してなる構造の半導体装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides electrode terminals of semiconductor chips using the CCB method (Cont
rolled Co11apse Bonding method)
The present invention relates to a semiconductor device having a structure in which the semiconductor device is bonded to an electrode terminal on a substrate and then covered with a resin.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

このような構造の半導体装置の具体的な一例として、第
1図に示す要部断面構造図のように、液晶表示素子の形
成されたガラス基板上に、その液晶表示素子を駆動する
半導体チップを載置して一体形成したものが知られてい
る。即ち、ガラス基板1の上面に形成された電極端子2
と、シリコン半導体からなる半導体チップ(以下、Si
チップと称する)3の下面に形成された電極端子4とを
対向配置し、これらの電極端子2,4間をCCB法によ
り形成されるはんだバンプ5によって接合し、次にシリ
コンゲル等の如き柔軟性を有する樹脂6を、ガラス基板
1とSiチップ3の空隙部に充填し、さらに、Siチッ
プ3の上及び側面を炭酸カルシウムを混入したビスフェ
ニール型の低膨張エポキシ系樹脂7により被覆した構造
となっている。
As a specific example of a semiconductor device having such a structure, as shown in the cross-sectional structural diagram of main parts shown in FIG. 1, a semiconductor chip for driving the liquid crystal display element is mounted on a glass substrate on which a liquid crystal display element is formed. It is known that they are mounted and formed integrally. That is, the electrode terminal 2 formed on the upper surface of the glass substrate 1
and a semiconductor chip made of silicon semiconductor (hereinafter referred to as Si
The electrode terminals 4 formed on the lower surface of the chip (referred to as a chip) 3 are arranged to face each other, and the electrode terminals 2 and 4 are joined by a solder bump 5 formed by the CCB method, and then a flexible material such as silicon gel or the like is used. A structure in which the void between the glass substrate 1 and the Si chip 3 is filled with a resin 6 having the properties of hydration, and the top and side surfaces of the Si chip 3 are further covered with a bisphenyl-type low-expansion epoxy resin 7 mixed with calcium carbonate. It becomes.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、上述構造の半導体装置について、40℃←→
100℃の温度条件で温度サイクル試験を行ったところ
、被覆のないもの(以下、裸チップと称する)よりも耐
熱疲労性がかなり劣るという結果が得られた。そこで、
その原因を実験等により検討した結果、次に述べるよう
な欠点があることが判った。
However, for the semiconductor device with the above structure, the temperature at 40°C←→
When a temperature cycle test was conducted under a temperature condition of 100° C., the result was that the thermal fatigue resistance was considerably inferior to that of a chip without a coating (hereinafter referred to as a bare chip). Therefore,
As a result of examining the cause through experiments and the like, it was found that there are the following drawbacks.

即ち、炭酸カルシウム粉をエポキシ樹脂に混入すると、
膨張係数が大きく下がるが、Siチップやガラス基板に
比較するとまだ大である。
That is, when calcium carbonate powder is mixed into epoxy resin,
Although the expansion coefficient is greatly reduced, it is still large compared to Si chips and glass substrates.

しかも、炭酸カルシウムの混入率を増すと樹脂の流動性
と柔軟性が低下し、必ずしも耐熱疲労性は向上しない。
Moreover, increasing the mixing ratio of calcium carbonate reduces the fluidity and flexibility of the resin, and does not necessarily improve the thermal fatigue resistance.

また、半導体チップの放熱を改善するのも耐熱疲労性を
向上させる点で重要である。
Furthermore, improving heat dissipation of semiconductor chips is also important in terms of improving thermal fatigue resistance.

本発明の目的は、対向する電極端子間を接続する導電体
を介して半導体チップが基板上に載置され、チップと基
板の空隙部に樹脂が充填されてなる構造の半導体装置の
耐熱疲労性を向上させることにある。
An object of the present invention is to improve thermal fatigue resistance of a semiconductor device having a structure in which a semiconductor chip is placed on a substrate via a conductor connecting opposing electrode terminals, and a resin is filled in the gap between the chip and the substrate. The aim is to improve

【課題を解決するための手段〕[Means to solve problems]

本発明は、半導体チップと、この半導体チップが載置さ
れる基板と、この基板と前記半導体チップとの対向する
電極端子間を接続してなる導電体と、少なくとも前記導
電体周囲の空隙部に充填された樹脂組成物の硬化物とを
含んでなる半導体装置において、前記樹脂組成物は、熱
硬化性樹脂と、この樹脂よりも小さい熱膨張係数を有す
る無機材料からなる第1の粉流体及びゴム状弾性材料か
らなる第2の粉流体とを含み、この硬化物は、前記半導
体チップの反基板側表面の放熱面を除き前記半導体チッ
プの外周部とこれに対向する前記基板の表面とを包囲さ
せることによって、耐熱疲労性を向上させようとするも
のである。
The present invention provides a semiconductor chip, a substrate on which the semiconductor chip is mounted, a conductor connecting opposing electrode terminals of the substrate and the semiconductor chip, and at least a gap around the conductor. In a semiconductor device comprising a cured product of a filled resin composition, the resin composition comprises a thermosetting resin, a first powder fluid made of an inorganic material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the resin, and and a second powder fluid made of a rubber-like elastic material, and this cured product covers the outer peripheral portion of the semiconductor chip and the surface of the substrate opposite thereto, excluding the heat dissipation surface on the opposite surface of the semiconductor chip. By enclosing it, thermal fatigue resistance is improved.

つまり、無機材料からなる第1の粉流体を混入すること
によって、樹脂組成物の熱膨張係数が十分低減され、ま
たゴム状弾性体からなる第2の粉流体を混入することに
よって、樹脂組成物の流動性と柔軟性が増加する。流動
性が増加すると、樹脂組成物の充填工程において半導体
チップと基板との空隙部に樹脂組成物が侵入しやすくな
り、導電体、チップ、基板との密着性が向上して耐熱疲
労性が向上するとともに、作業性を良くする。また、樹
脂組成物の柔軟性の増加は、導電体とチップ及び基板の
接合部の応力集中を緩和し、耐熱疲労性を向上させる。
In other words, by mixing the first powder fluid made of an inorganic material, the coefficient of thermal expansion of the resin composition is sufficiently reduced, and by mixing the second powder fluid made of a rubber-like elastic material, the resin composition liquidity and flexibility will increase. Increased fluidity makes it easier for the resin composition to penetrate into the gap between the semiconductor chip and the substrate during the resin composition filling process, improving adhesion between the conductor, chip, and substrate, and improving thermal fatigue resistance. At the same time, it improves workability. Furthermore, the increased flexibility of the resin composition alleviates stress concentration at the joints between the conductor, the chip, and the substrate, and improves thermal fatigue resistance.

さらに、チップ上面の放熱面を除いて樹脂により被覆す
るようにしたことから、樹脂被覆による断熱作用が軽減
され、耐熱疲労の影響因子の1つである半導体チップの
温度上昇が抑制される。
Furthermore, since the heat dissipation surface on the upper surface of the chip is covered with resin, the heat insulating effect of the resin coating is reduced, and the temperature rise of the semiconductor chip, which is one of the factors influencing thermal fatigue resistance, is suppressed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.

まず、本発明の一実施例の被覆樹脂材料について説明す
る。エポキシ樹脂の熱膨張係数αROは約100XIO
−@/’Cであり、半導体チップ、例えばSiチップの
熱膨張係数asi;3X10−”/’Cや、基板、例え
ばガラス基板のソーダガラスの熱膨張係数a a ; 
9.33 X IP’ / ’Cに比べて大きい。一般
に、耐熱疲労性を向上させるには、熱膨張係数が半導体
チップや基板のそれに近い被覆樹脂を適用することが望
ましい。
First, a coating resin material according to an embodiment of the present invention will be explained. The coefficient of thermal expansion αRO of epoxy resin is approximately 100XIO
-@/'C, the thermal expansion coefficient asi of a semiconductor chip, such as a Si chip; 3X10-''/'C, and the thermal expansion coefficient a of a substrate, such as a glass substrate, soda glass;
9.33 X IP'/' Larger than C. Generally, in order to improve thermal fatigue resistance, it is desirable to use a coating resin whose coefficient of thermal expansion is close to that of the semiconductor chip or substrate.

そこで、エポキシ樹脂に炭酸カルシウムや石英粉等の如
き、熱膨張係数の小さな無機材料(以下、低膨張化材と
称する)を混入して低膨張化するようにしている。例え
ば、体積にして50%の石英粉を混入すると、熱膨張係
数αRは約25X10−@/℃に低下する。しかし、混
入率を高くするにしたがって樹脂の粘度が高くなり、流
動性が低下する。流動性が低下すると、被覆工程におい
ては、はんだバンプ周囲の空隙部に樹脂が侵入しにくく
なって、空隙部が残ったり、基板との密着性が低したり
、被覆の作業性が低下するという問題が生ずる。この結
果、逆に耐熱疲労性及び耐湿性が低下してしまうことが
ある。また、混入率を高くすると樹脂の柔軟性が低下し
て、基板との接着部に応力が集中するため、この応力に
よりガラス等の基板が破損されてしまうことがある。
Therefore, an inorganic material with a small coefficient of thermal expansion (hereinafter referred to as a low-expansion material), such as calcium carbonate or quartz powder, is mixed into the epoxy resin to reduce the expansion. For example, when 50% by volume of quartz powder is mixed, the coefficient of thermal expansion αR decreases to about 25×10 −@/°C. However, as the mixing rate increases, the viscosity of the resin increases and fluidity decreases. When fluidity decreases, it becomes difficult for the resin to penetrate into the voids around the solder bumps during the coating process, resulting in voids remaining, poor adhesion to the board, and reduced coating workability. A problem arises. As a result, thermal fatigue resistance and moisture resistance may be adversely reduced. Furthermore, when the mixing rate is increased, the flexibility of the resin decreases and stress is concentrated at the bonded portion with the substrate, which may damage the substrate such as glass.

したがって、単に低膨張化材を混入して低膨張化するだ
けでは、耐熱疲労性の向上に一定の限度があるため、さ
らにその流動性及び柔軟性を改善する必要がある。
Therefore, there is a certain limit to improving thermal fatigue resistance by simply mixing a low-expansion material to lower the expansion, so it is necessary to further improve the fluidity and flexibility.

そこで、本発明は低膨張化材に加えて粒状の弾性材料、
例えばポリブタジェンやシリコン等のゴム粒子を分散混
入し、これによって柔軟性及び流動性を向上させようと
するものである。つまり、被覆樹脂内のゴム粒子は応力
緩衝材とし作用するので柔軟性が向上して応力集中や歪
が緩和されることから、これによって耐熱疲労性を向上
させようとするものである。また、粒状のゴム粒子の作
用によって流動性を向上させようとするものである。し
かし、後述するように、ゴム粒子の混入率にも最適な範
囲がある。例えば、粒径1μmレベルのポリブタジェン
(CTBN  1300X9)からなるゴム粒子を混入
した場合、エポキシ樹脂(以下、重量部または単に部と
称し、例えば20部以上と表現する)にすると、ゴム粒
子の分散が不均一になってしまうとともに、ポリブタジ
ェンの熱膨張係数αPBは約80X10’″@/℃と大
きいので、混入後の被覆樹脂の熱膨張係数αRが大とな
ってしまい、耐熱疲労性を低下させる原因となるのであ
る。また、流動性向上の効果にあっても、飽和現象があ
るので大幅向上は期待できない。
Therefore, in addition to the low expansion material, the present invention includes a granular elastic material,
For example, rubber particles such as polybutadiene or silicone are dispersed and mixed in to improve flexibility and fluidity. In other words, the rubber particles in the coating resin act as a stress buffer, improving flexibility and relieving stress concentration and strain, thereby improving thermal fatigue resistance. Further, it is intended to improve fluidity through the action of granular rubber particles. However, as will be described later, there is an optimum range for the mixing ratio of rubber particles. For example, when rubber particles made of polybutadiene (CTBN 1300 In addition, since the thermal expansion coefficient αPB of polybutadiene is large at approximately 80 x 10'''@/℃, the thermal expansion coefficient αR of the coating resin becomes large after mixing, which causes a decrease in thermal fatigue resistance. Furthermore, even if there is an effect of improving fluidity, a significant improvement cannot be expected because of the saturation phenomenon.

これらのことを、樹脂材料の実施例を用いて行った実験
結果に基づいて説明する。第1表に、エポキシ樹脂(E
P−828)を主材料とし1粒径約1μmの石英粉を低
膨張化材とし、粒径約1μmのポリブタジェンの均一な
ゴム粒子を緩衝材とし、それらの混入率の異なる種々の
樹脂により被覆した半導体装置を試料として、前述と同
一の温度サイクル試験を行った判定結果を示す。なお、
基板、半導体チップ及びはんだバンブは第1図図示と同
一構成のものとし、判定は、樹脂被覆を施さない裸チッ
プのものに比較して、早いサイクルにて故障に至った試
料を不合格としてX印で示し。
These matters will be explained based on the results of experiments conducted using examples of resin materials. Table 1 shows epoxy resin (E
P-828) as the main material, quartz powder with a grain size of approximately 1 μm as a low expansion material, uniform rubber particles of polybutadiene with a grain size of approximately 1 μm as a buffer material, and covered with various resins with different mixing ratios. The results of the same temperature cycle test as described above are shown below using a semiconductor device as a sample. In addition,
The substrate, semiconductor chip, and solder bumps have the same configuration as shown in Figure 1, and the judgment is that samples that fail in an earlier cycle than those of bare chips without resin coating are rejected. Indicated by a mark.

合格したものについては故障率を基準に、優れている順
に0、Δ印で示した。故障率の一例として。
Those that passed were marked with 0 and Δ marks in descending order of excellence based on failure rate. As an example of failure rate.

第2図(A)に石英粉の混入率を35体積%に固定し、
ポリブタジェンゴム粒子の混入率を変化させた場合を、
第2図(B)にポリブタジェンゴム粒子の混入率を10
部に固定し、石英粉の混入率を変化させた場合を、それ
ぞれ示す。
In Figure 2 (A), the mixing rate of quartz powder is fixed at 35% by volume,
When the mixing rate of polybutadiene rubber particles is changed,
In Figure 2 (B), the mixing rate of polybutadiene rubber particles is 10
The graph shows the cases where the quartz powder is fixed at a certain area and the mixing rate of quartz powder is varied.

なお、第2図(A)、(B)図中実線で示したものは、
1サイクル71時間の温度サイクル試験を900サイク
ル行った例であり、図中点線で示したものは同様に50
0サイクルの例である。また、被覆樹脂には硬化温度を
低くするための添加剤、例えば硬化促進剤としてイミダ
シル(2部4MH2)を5重量%、硬化剤としてジシア
ンジアミドを10重量%、シランカップリング剤(A−
187)を2重量%等を混入し、硬化温度130℃、硬
化温度1時間として基板の熱的影響を避けるようにした
In addition, what is shown by solid lines in Figures 2 (A) and (B) is
This is an example in which a temperature cycle test of 71 hours per cycle was carried out for 900 cycles, and the dotted line in the figure shows a temperature cycle test of 50 cycles.
This is an example of 0 cycles. The coating resin also contains additives to lower the curing temperature, such as 5% by weight of imidasil (2 parts 4MH2) as a curing accelerator, 10% by weight of dicyandiamide as a curing agent, and a silane coupling agent (A-
187), and the curing temperature was set at 130° C. for 1 hour to avoid thermal effects on the substrate.

第1表に示す判定結果から、低膨張化剤と緩衝剤の混入
効果について考察する・。まず、ポリブタジェンの混入
率が0部、即ち石英粉のみを混入した試料は、全て裸チ
ップのものより悪い判定結果となっているが、樹脂被覆
された試料相互間で定量的に比較すると、石英粉の混入
率を高めるにしたがい熱疲労寿命が増大されるというこ
とを実験で確認している。但し、石英粉の混入により流
動性が低下して、Siチップ3下側とはんだバンプ5の
周囲への浸透が悪くなるので、この点からみて、石英粉
の混入率は60体積%が限界である。
Based on the judgment results shown in Table 1, we will discuss the effect of mixing the low expansion agent and buffering agent. First, samples with a polybutadiene content of 0 parts, that is, samples mixed with only quartz powder, all had worse judgment results than those with bare chips, but when comparing quantitatively between resin-coated samples, quartz powder It has been confirmed through experiments that the thermal fatigue life increases as the powder content increases. However, the mixing of quartz powder reduces fluidity and impairs penetration into the lower side of the Si chip 3 and around the solder bumps 5, so from this point of view, the maximum mixing rate of quartz powder is 60% by volume. be.

一方、ポリブタジェンは若干混入するだけで、第2図(
A)に示すように、急激に故障率が低下されており、緩
衝材及び流動化材としての効果が顕著に表れ、耐熱疲労
性において裸チップよりも優れた特性が得られた。但し
、ポリブタジェン混入率を高くすると、前述したように
、その分散が不均一となり、耐熱疲労性が低下する。
On the other hand, polybutadiene is only slightly mixed, as shown in Figure 2 (
As shown in A), the failure rate was rapidly reduced, the effect as a buffering material and fluidizing material was remarkable, and properties superior to bare chips in terms of thermal fatigue resistance were obtained. However, if the polybutadiene mixing ratio is increased, the dispersion becomes non-uniform as described above, and the thermal fatigue resistance decreases.

これらのこと及び第1表から、石英粉の混入率は30〜
55体積%、ポリブタジェンゴム粒子の混入率は1〜2
0部の範囲に選定することにより、裸チップよりも優れ
た耐熱疲労性のものとすることができる。例えば、石英
粉50体積%、ポリブタジェン5部を混入したものの耐
熱疲労性(寿命)は、裸チップの3倍以上であり、信頼
性が大幅に向上された。
From these facts and Table 1, the mixing rate of quartz powder is 30~
55% by volume, the mixing rate of polybutadiene rubber particles is 1-2
By selecting the amount within the range of 0 parts, it is possible to obtain a chip with better thermal fatigue resistance than a bare chip. For example, the thermal fatigue resistance (life) of a chip mixed with 50% by volume of quartz powder and 5 parts of polybutadiene was more than three times that of a bare chip, and the reliability was significantly improved.

なお、低膨張化材としては石英の他、炭酸カルシウム、
炭化シリコン、窒化シリコン、または酸化ベリリウム混
入の炭化シリコン等の如き、いわゆる熱膨張係数の小さ
な無機材料が適用可能であり、同一の効果が得られる。
In addition to quartz, low-expansion materials include calcium carbonate,
Inorganic materials having a small coefficient of thermal expansion, such as silicon carbide, silicon nitride, or silicon carbide mixed with beryllium oxide, can be used, and the same effect can be obtained.

この低膨張化材の粒径にあっても、上記実施例の1μm
に限られるものではない。
Even if the particle size of this low expansion material is 1 μm as in the above example,
It is not limited to.

また、弾性材としてはポリブタジェンゴム粒子の他、シ
リコンゴム粒子等の如き、いわゆる弾性の大きなゴム粒
子が適用可能であり、その粒径にあっても、1μmに限
られるものではない。
Further, as the elastic material, in addition to polybutadiene rubber particles, so-called highly elastic rubber particles such as silicone rubber particles can be used, and the particle size thereof is not limited to 1 μm.

次に、樹脂被覆の形状について説明する。Next, the shape of the resin coating will be explained.

前述したように、石英粉等の低膨張化材を混入しても、
エポキシ樹脂の熱膨張係数αRはソーダガラスや半導体
チップに比べてまだ大きな値である。そして、それらの
部材間の熱膨張量の差により生ずる応力によって半導体
チップ、はんだバンプ、ガラス基板、又はそれら部材の
接続部が破損されるのである。実験によると、はんだバ
ンプと半導体チップとの接続部が、繰返し応力に対して
最も弱いことが判った。
As mentioned above, even if low expansion materials such as quartz powder are mixed in,
The coefficient of thermal expansion αR of epoxy resin is still larger than that of soda glass or semiconductor chips. The semiconductor chip, solder bumps, glass substrate, or connection portions of these members are damaged due to stress caused by the difference in the amount of thermal expansion between these members. Experiments have shown that the connection between the solder bump and the semiconductor chip is the most vulnerable to repeated stress.

そこで、その接続部に発生する応力を低減することがで
きる樹脂被覆の形状、即ち、半導体チップ上面の被覆厚
みと、半導体チップ周辺部の被覆幅について、有限要素
法により求めた。
Therefore, the shape of the resin coating that can reduce the stress generated at the connection part, that is, the coating thickness on the upper surface of the semiconductor chip and the coating width around the semiconductor chip, was determined using the finite element method.

即ち、半導体チップ上面の被覆厚みtm+とじたとき、
はんだバンプと半導体チップの接続部にかかる最大応力
(破損に関係する引張応力)を求め、第3図(A)に裸
チップにおける最大引張応力に対する比率として示した
。なお、第3図(B)、(C)に示すように、ガラス基
板1、半導体チップ3は6mn角のSiチップ、はんだ
チップ5は球欠体形状のものとし、樹脂被覆7は全体@
Lを15m角一定としたものをモデルとし、図示矢印9
の方向の最大応力を求めたものである。矢印9の位置に
おける応力は、温度が室温(20℃)から100℃に変
化したときは引張応力となり、室温(20℃)から−4
0”Cに変化したときは圧縮応力になる。また、樹脂は
エポキシ樹脂に石英粉のみを混入した流動性の劣るもの
とし、基板1とチップ3のとの間に空隙8が生じたもの
をモデルとした。
That is, when the coating thickness tm + the top surface of the semiconductor chip is closed,
The maximum stress (tensile stress related to breakage) applied to the connection between the solder bump and the semiconductor chip was determined, and is shown in FIG. 3(A) as a ratio to the maximum tensile stress in the bare chip. As shown in FIGS. 3(B) and 3(C), the glass substrate 1, the semiconductor chip 3 is a 6 mm square Si chip, the solder chip 5 is in the shape of a truncated ball, and the resin coating 7 is entirely @
The model is one in which L is constant at 15 m square, and arrow 9 in the diagram
The maximum stress in the direction of is calculated. The stress at the position of arrow 9 becomes tensile stress when the temperature changes from room temperature (20°C) to 100°C, and from room temperature (20°C) to -4°C.
When the temperature changes to 0"C, the stress becomes compressive. In addition, the resin is made of an epoxy resin mixed with only quartz powder, which has poor fluidity, and a void 8 is created between the substrate 1 and the chip 3. modeled.

第3図(A)から明らかなように、被覆厚みtが増すに
つれて、半導体チップ3とはんだバンプ5の接続部にか
かる最大引張応力が大きくなることから、被覆厚みtは
薄いほどよいということになる。また、放熱の面でも薄
いほうがよいされているが、機械的保護及び耐湿性保持
から許容最小厚みが制限されることがあり、tは1±0
.5+wの範囲で選定することが望ましい。しかし、機
械的保護及び耐湿性について考慮しなくてよい場合は、
半導体チップ3の上面を全体に渡って被覆する必要はな
いのは明らかである。
As is clear from FIG. 3(A), as the coating thickness t increases, the maximum tensile stress applied to the connection between the semiconductor chip 3 and the solder bumps 5 increases, so the thinner the coating thickness t, the better. Become. In addition, it is said that thinner is better in terms of heat dissipation, but the minimum allowable thickness may be limited due to mechanical protection and moisture resistance, and t is 1 ± 0.
.. It is desirable to select within the range of 5+w. However, if mechanical protection and moisture resistance do not have to be considered,
It is clear that it is not necessary to cover the entire upper surface of the semiconductor chip 3.

一方、第4図(A)に半導体チップの周辺に形成される
樹脂被覆の幅と、前記接続部にかかる最大応力との関係
を示す。なお、モデルは第4図(B)、(C)に示すよ
うに第3図(B)、(C)と同様のものであり、被覆厚
みtを1.5叫一定、半導体チップ3の幅を28、半導
体チップ端縁から被覆外縁までの寸法、即ち半導体チッ
プ周辺領域に形成される被覆の幅をQとした。
On the other hand, FIG. 4A shows the relationship between the width of the resin coating formed around the semiconductor chip and the maximum stress applied to the connection portion. The model shown in FIGS. 4(B) and (C) is the same as that in FIG. 28, and Q is the dimension from the edge of the semiconductor chip to the outer edge of the coating, that is, the width of the coating formed in the peripheral area of the semiconductor chip.

第4図(A)に示すように、ρ/aが増すにつれて最大
引張応力が現象する傾向にある。このことは、周辺域の
被覆IWΩが広くなると、被覆@Qの中心(図示E、B
’)より内側の被覆が温度上昇時に内側方向に伸び、こ
れによって半導体チップ3に対して圧縮方向に応力が作
用すると考えられる。なお、このことは計算によって確
認している。
As shown in FIG. 4(A), the maximum tensile stress tends to increase as ρ/a increases. This means that when the coverage IWΩ in the peripheral region becomes wider, the center of the coverage @Q (shown E, B
') It is thought that the inner coating expands inward when the temperature rises, and this causes stress to act on the semiconductor chip 3 in the compressive direction. This fact has been confirmed through calculation.

したがって、Q / aを大にすれば最大引張応力を減
少することができる。即ち、被覆樹脂の熱膨張係数が大
であっても、被覆形状を適切なものとすることにより、
裸チップのものより耐熱疲労性を向上させることができ
る。しかし、Q / a≧3.0以上にしても、最大引
張応力の低減効果が小さくなる反面、ガラス基板1と樹
脂被覆7との接合部のガラス破損が起こりやすくなるこ
と、及び樹脂被覆14全体の面積的制限を考慮すると、
Q / aは2〜3が望ましい範囲である。因に、最適
な形状の一例を示せば、半導体チップ上面の被覆厚みt
は0.5m+、u/aは2となる。
Therefore, the maximum tensile stress can be reduced by increasing Q/a. In other words, even if the thermal expansion coefficient of the coating resin is large, by making the coating shape appropriate,
Thermal fatigue resistance can be improved compared to bare chips. However, even if Q/a≧3.0 or more, the effect of reducing the maximum tensile stress will be reduced, but on the other hand, glass breakage will easily occur at the joint between the glass substrate 1 and the resin coating 7, and the entire resin coating 14 will be damaged. Considering the area limitation of
Q/a is preferably in the range of 2 to 3. Incidentally, to give an example of the optimal shape, the coating thickness t on the top surface of the semiconductor chip
is 0.5m+, and u/a is 2.

次に、はんだバンプの形状について説明する。Next, the shape of the solder bump will be explained.

上述した被覆樹脂材料及び被覆形状についての実施例で
は、はんだバンプの形状が球欠体の場合として説明した
が、樹脂の変形に追従できるはんだバンプ形状、又はは
んだバンプにかかる応力を低減できる形状にすれば、耐
熱疲労性は飛躍的に向上される筈である。
In the above-mentioned examples regarding the coating resin material and the coating shape, the solder bump shape was described as a rounded part, but the solder bump shape could be a shape that can follow the deformation of the resin or a shape that can reduce the stress applied to the solder bump. If so, the thermal fatigue resistance should be dramatically improved.

そこで、はんだバンプの形状を第5図(A)〜(D)に
示す形状に形成し、熱疲労寿命と機械的強度とを実験的
に求めた。なお、第5図(A)〜(D)に示すはんだバ
ンプは全て同一体積とし、CCB法において半導体チッ
プと基板との間隙寸法を変えることによって、はんだバ
ンプの高さ及び中央部の径すを変えた。
Therefore, the shapes of solder bumps were formed as shown in FIGS. 5(A) to 5(D), and the thermal fatigue life and mechanical strength were experimentally determined. The solder bumps shown in FIGS. 5(A) to 5(D) all have the same volume, and by changing the gap size between the semiconductor chip and the substrate in the CCB method, the height and center diameter of the solder bumps can be adjusted. changed.

第6図は上述のように形成されたはんだバンプを有する
裸チップに対し、縦横の強制歪を与えたとき、熱疲労寿
命及び機械的強度がどのようになるかを示した線図であ
る。同図において、横軸にはんだバンプの中央の径すと
端子径Cの比b / cをとり、縦軸に第5図(D)に
示す球欠体型の熱疲労寿命を1とし、これに対する各形
状の熱疲労寿命を比で示すとともに、同様に圧縮強度又
は引張強度からなる機械的強度の比で示した。
FIG. 6 is a diagram showing how the thermal fatigue life and mechanical strength change when vertical and horizontal forced strain is applied to a bare chip having solder bumps formed as described above. In the same figure, the ratio b/c of the center diameter of the solder bump to the terminal diameter C is plotted on the horizontal axis, and the thermal fatigue life of the ball-cut type shown in FIG. 5 (D) is plotted as 1 on the vertical axis. The thermal fatigue life of each shape is shown as a ratio, and also as a ratio of mechanical strength consisting of compressive strength or tensile strength.

第6図図示曲線(I)に示すように、熱疲労寿命特性は
、b / cが大になるほど、即ち球欠体形状になるほ
ど急激に悪くなることが判る。このことは、はんだバン
プ内の応力分布がその形状によて大きく異なっているた
めである。即ち、第5図(A)、(B)に示したb/c
<1のいわゆるつづみ型のはんだバンプにかかる応力を
有限要素法により求めたところ、第7図(A)に示す分
布となることが判った。同図において、矢印は各区、画
領域における応力の方向とその大きさを表しており、応
力はほぼ一様に分布していることが判る。
As shown in the curve (I) in FIG. 6, it can be seen that the thermal fatigue life characteristics deteriorate rapidly as b/c increases, that is, as the shape becomes a truncated sphere. This is because the stress distribution within the solder bump varies greatly depending on its shape. That is, b/c shown in FIGS. 5(A) and (B)
When the stress applied to the so-called Tsume-type solder bump with <1 was determined by the finite element method, it was found that the stress was distributed as shown in FIG. 7(A). In the figure, arrows indicate the direction and magnitude of stress in each section or area, and it can be seen that the stress is distributed almost uniformly.

これに対し、第5図(D)に示したb / c > 1
の球欠体型のはんだバンプの場合は、第7図(B)に示
す応力分布となり1両端の接合界面部に応力が集中し、
この部分から熱疲労破断が発生する。
On the other hand, b/c > 1 shown in Fig. 5(D)
In the case of a spherical solder bump, the stress distribution is shown in Figure 7 (B), with stress concentrated at the bonding interface at both ends.
Thermal fatigue fracture occurs from this part.

また、はんだバンプの高さが大になるつづみ型ものにあ
っては、一定量の変形に対して歪は相対的に小さくなる
ことから、熱疲労寿命が向上されるのである。しかし、
b / cをさらに小さくした極端なつづみ型にすると
、応力が中央部に集中するようになるのと、第6図図中
曲線(II)で示す機械的強度が低下するので、はんだ
バンプが破断してしまうことから、熱疲労寿命の増大が
おさえられてしまう。
In addition, in the case of a solder bump type in which the height of the solder bump is large, the strain becomes relatively small for a certain amount of deformation, so the thermal fatigue life is improved. but,
If b/c is made even smaller to make the solder bump shape more extreme, the stress will be concentrated in the center and the mechanical strength shown by curve (II) in Figure 6 will decrease, so the solder bumps will be Since it breaks, the increase in thermal fatigue life is suppressed.

従って、はんだバンプの形状は少なくともb/C=1の
円柱型とし、好ましくは0.5≦b/cく1の範囲のつ
づみ型とするのがよい。
Therefore, the shape of the solder bump should be at least a cylindrical shape with b/C=1, preferably a cylindrical shape with 0.5≦b/c×1.

ところで、上述は裸チップのものであるが、樹脂被覆を
施したものの場合は、樹脂の熱膨張係数が大であること
から、はんだバンプの形状としては大きな変形量に対し
て追従できるものが望ましい。この点についても、つづ
み型は高さが大きいことから、前述したように、一定変
形量に対し相対的に歪が小さくなるので望ましいことに
なる。
By the way, the above description is of a bare chip, but in the case of a resin-coated chip, since the coefficient of thermal expansion of the resin is large, it is desirable that the shape of the solder bump can follow a large amount of deformation. . Regarding this point as well, the tsume type is desirable because it has a large height and, as mentioned above, the strain is relatively small for a given amount of deformation.

例えば、第8図(A)に示すように、はんだバンプ10
はつづみ型′のものとし、低膨張化エポキシ樹脂からな
る樹脂被覆11を施した場合、はんだバンプ10に作用
する変形応力は、同図(B)の矢印12.13に示す縦
・横方向に作用する。
For example, as shown in FIG. 8(A), solder bumps 10
When the solder bump 10 is made of a hatsuzumi type and is coated with a resin coating 11 made of a low-expansion epoxy resin, the deformation stress acting on the solder bump 10 is in the vertical and horizontal directions shown by arrows 12 and 13 in FIG. It acts on

第8図(A)、(B)図示のものにおいて、ガラス基板
1の熱膨張係数をα、、Siチップ3の熱膨張係数をα
□、樹脂被覆11の熱膨張係数をαR1横方向最大変形
量をΔQx、縦方向最大変形量をΔQy、siチップ3
の1辺を28、はんだバンプ10の高さをh、せん断歪
をY、軸方向歪をε、温度変化量をΔT、定数をに1.
 k2. A、合計歪をE、熱疲労寿命をI’Lとする
と、次式(1)〜(5)が成立する。
In the case shown in FIGS. 8(A) and 8(B), the thermal expansion coefficient of the glass substrate 1 is α, and the thermal expansion coefficient of the Si chip 3 is α.
□, the thermal expansion coefficient of the resin coating 11 is αR1, the maximum lateral deformation is ΔQx, the maximum vertical deformation is ΔQy, si chip 3
, the height of the solder bump 10 is h, the shear strain is Y, the axial strain is ε, the temperature change is ΔT, and the constant is 1.
k2. When A, the total strain is E, and the thermal fatigue life is I'L, the following equations (1) to (5) hold true.

ΔQx=a  (αx  asi)  ΔT     
 −(1)Δfiff=hαRΔT         
 ・・・(2)これらの式から、はんだバンプの高さh
が大であれば、樹脂被覆の熱膨張によって生ずる八ΩX
ΔQx=a (αx asi) ΔT
−(1)Δfiff=hαRΔT
...(2) From these equations, the height h of the solder bump
If is large, 8ΩX caused by thermal expansion of the resin coating
.

ΔQ!に対し、歪γ、Eは小さくなる。ΔQ! On the other hand, the strains γ and E become smaller.

したがって、つづみ型のはんだバンプとすることにより
、はんだバンプ高さhが大であることから歪が小さくな
り、しかも応力集中が緩和されることから、はんだバン
プと半導体チップとの接合部の破損が低減されて、耐熱
疲労性が著るしく向上するという効果がある。
Therefore, by using a string-shaped solder bump, the solder bump height h is large, so the strain is small, and the stress concentration is alleviated, resulting in damage to the joint between the solder bump and the semiconductor chip. This has the effect of significantly improving thermal fatigue resistance.

なお、はんだの熱膨張係数は約25X10’″6/℃程
度であり、低膨張化エポキシ樹脂と同等であることから
、はんだバンプ自体が樹脂被覆によって拘束されること
は少ない。
Note that the thermal expansion coefficient of the solder is approximately 25×10′″6/° C., which is equivalent to that of a low-expansion epoxy resin, so that the solder bump itself is rarely restrained by the resin coating.

以上、本発明の被覆樹脂材料及びはんだバンプ形状をそ
れぞれ個別に適用した基本構成例について説明したが、
それらを組み合わせることによって、−層耐熱疲労特性
に優れたものとすることができることは言うまでもない
The basic configuration examples in which the coating resin material and the solder bump shape of the present invention are applied individually have been described above.
It goes without saying that by combining them, it is possible to obtain excellent -layer heat fatigue resistance.

なお、半導体チップの半導体素子が形成されている面は
、はんだバンプが接合されている面であるが、一般にこ
の面には5in2又はポリイミドなどの薄膜により保護
されている。しかし、はんだバンプが接合される部分は
それらの薄膜が形成されていないため、耐湿性の問題に
ついて考察する。一般に知られているD I P (D
ual InlinePackage )型の樹脂モー
ルド半導体装置にあっては、リードフレームのタブ上に
Siチップが接続され、素子側の端子はアルミニウム(
A Q )線を超音波ボンディング法により接続し、そ
の全体を樹脂モールドした構造となっている。ところが
、リード線と樹脂の界面を伝わって水分が侵入し、さら
にAQ線にまで伝わってAQ線を腐食したり、AQ線と
素子の接合界面を腐食させて断線等の故障が発生してい
た。
Note that the surface of the semiconductor chip on which the semiconductor element is formed is the surface to which the solder bumps are bonded, and this surface is generally protected by a thin film of 5in2 or polyimide. However, since these thin films are not formed in the areas where the solder bumps are bonded, we will consider the issue of moisture resistance. The commonly known D I P (D
In a resin-molded semiconductor device of the ual InlinePackage) type, the Si chip is connected to the tab of the lead frame, and the terminals on the element side are made of aluminum (
AQ) wires are connected by ultrasonic bonding, and the entire structure is molded with resin. However, moisture intrudes through the interface between the lead wire and the resin, and further reaches the AQ wire, corroding the AQ wire, or corroding the bonding interface between the AQ wire and the element, causing failures such as disconnection. .

しかし、本発明に係るCCB法により形成された構造の
樹脂被覆されたものによれば、樹脂被覆部分に上記DI
Pのリードの如き引出し線が無いこと、半導体チップ周
囲の被覆幅が大きいのでガラス基板と樹脂の界面から水
分は侵入しにくいこと、及びはんだ(P’b−5%Sn
、Pb−60%Sn)はAQ線に沈入で耐食性に優れて
いることなどから、総じて耐湿性に優れていると言うこ
とができる。
However, according to the resin-coated structure formed by the CCB method according to the present invention, the resin-coated portion has the above-mentioned DI.
There are no lead wires such as P's leads, the coating width around the semiconductor chip is large, making it difficult for moisture to enter from the interface between the glass substrate and the resin, and the solder (P'b-5%Sn
, Pb-60%Sn) has excellent corrosion resistance due to precipitation in the AQ line, so it can be said that it has excellent moisture resistance overall.

さらに、厳しく耐湿性を要求される場合には、第9図に
示すように、柔軟なシリコンゲル14を半導体チップ3
の下に充填する2液被覆法が有効である。シリコンゲル
14は柔軟なことからはんだバンプ5表面、ガラス基板
1表面及び半導体チップ3表面との馴じみが良く、水分
の侵入を阻止することができる。しかし、シリコンゲル
14の熱膨張係数は約100×10′″6/℃と大きい
ので、はんだバンプ5の表面を薄く被覆する程度が望ま
しい。また、樹脂被覆11とガラス基板1との界面に防
湿効果を有するアクリル樹脂膜15を予め薄くコーティ
ングしておくと、ガラス割れを防止することができる。
Furthermore, if moisture resistance is strictly required, as shown in FIG.
A two-liquid coating method in which the liquid is filled under the liquid is effective. Since the silicone gel 14 is flexible, it fits well with the surfaces of the solder bumps 5, the glass substrate 1, and the semiconductor chip 3, and can prevent moisture from entering. However, since the coefficient of thermal expansion of the silicone gel 14 is as large as approximately 100 x 10''6/°C, it is desirable that the surface of the solder bump 5 be coated thinly. If the acrylic resin film 15, which is effective, is thinly coated in advance, glass breakage can be prevented.

次に、第10図に示した一実施例装置により、はんだバ
ンプ形状を所望のつづみ型に形成する方法について説明
する。
Next, a method of forming a solder bump shape into a desired string shape using the apparatus of the embodiment shown in FIG. 10 will be described.

第10図に示す装置は、ガラス基板1に半導体チップ3
をCCB法により接合する装置である。
The device shown in FIG. 10 has a semiconductor chip 3 on a glass substrate 1.
This is a device that joins materials using the CCB method.

また、ガラス基板1は液晶表示装置の表示素子16の基
板を兼ねているものの例である。
Further, the glass substrate 1 is an example of one that also serves as a substrate for a display element 16 of a liquid crystal display device.

本製法は、ソーダガラス等のガラス基板1は急激に加熱
すると割れる恐れがあり、また液晶の表示素子16等に
対する熱影響を軽減するため、半導体チップ3を予熱し
た後、ガラス基板1を透過させて赤外線をはんだバンプ
5に一定時間照射して溶融させ、そして半導体チップ3
とガラス基板1の間隔を引き伸して、はんだバンプ5の
形状を所望形状に形成しようとすることにある。
In this manufacturing method, the glass substrate 1 made of soda glass or the like may break if heated rapidly, and in order to reduce the heat effect on the liquid crystal display element 16, etc., the semiconductor chip 3 is preheated, and then the glass substrate 1 is allowed to pass through the glass substrate 1. The solder bumps 5 are irradiated with infrared rays for a certain period of time to melt them, and then the semiconductor chip 3 is
The purpose is to extend the distance between the glass substrate 1 and the glass substrate 1 to form the solder bumps 5 into a desired shape.

第10図に示すように、予め蒸着法等により電極端子面
にはんだが盛られた半導体チップ3を、その電極端子面
を上側にして予熱板21上に載置する。その半導体チッ
プ3の上にガラス基板1を対向する電極端子の位置を合
わせて載置する。液晶の許容温度は最大130℃である
ことから、予熱板21とは熱的に遮へいするようにして
いる。
As shown in FIG. 10, a semiconductor chip 3 whose electrode terminal surfaces are coated with solder in advance by vapor deposition or the like is placed on a preheating plate 21 with its electrode terminal surfaces facing upward. The glass substrate 1 is placed on the semiconductor chip 3 with the opposing electrode terminals aligned. Since the maximum permissible temperature of the liquid crystal is 130° C., it is designed to be thermally shielded from the preheating plate 21.

はんだの組成は耐熱疲労性に優れたPb−5%Sn(融
点約310℃)とし、電極端子上のはんだに予めロジン
系フラックスを塗布した。
The composition of the solder was Pb-5% Sn (melting point: about 310° C.), which has excellent thermal fatigue resistance, and rosin-based flux was applied to the solder on the electrode terminals in advance.

接合工程を第11図に示したはんだバンプ5の実測温度
の時間変化曲線を参照しながら説明する。
The bonding process will be explained with reference to the time change curve of the measured temperature of the solder bump 5 shown in FIG.

まず、予熱ヒータ22により半導体チップ3側から接合
部全体を100℃程度に予熱する。しかる後、赤外線ラ
ンプ23によりはんだバンプ5部に赤外線を照射する。
First, the entire joint portion is preheated to about 100° C. from the semiconductor chip 3 side using the preheater 22 . Thereafter, the infrared lamp 23 irradiates the solder bump 5 with infrared rays.

次に、はんだが溶融すると同時にチップ吸引装置!24
を駆動して、基板1と半導体チップ3の間隔を所定間隔
25に引伸ばす。
Next, as soon as the solder melts, a chip suction device is installed! 24
is driven to extend the distance between the substrate 1 and the semiconductor chip 3 to a predetermined distance 25.

これと同時に、赤外線ランプ23、予熱ヒータ22を切
り、冷却管26に冷却水を通して冷却し、はんだバンプ
を凝固させるようにする。なお、はんだの溶融時間は約
15秒であり、その間にチップ吸引装置24が作動して
初期間隔27から所定間隔25に引伸ばされる。この引
伸ばしに要する時間は約1秒程度である。また、はんだ
バンプ5の形状は、予熱板21の突起高さ28を調整す
ることにより変えることができる。
At the same time, the infrared lamp 23 and preheater 22 are turned off, and cooling water is passed through the cooling pipe 26 to cool the solder bump and solidify it. The melting time of the solder is approximately 15 seconds, during which time the chip suction device 24 is operated to expand the initial distance 27 to the predetermined distance 25. The time required for this stretching is about 1 second. Further, the shape of the solder bump 5 can be changed by adjusting the protrusion height 28 of the preheating plate 21.

なお、はんだ組成は、上記のものに代えて、Pb−60
%Sn(融点191℃)を用いてもよく、その場合低融
点でCCB接合可能であることから、熱影響を避けたい
基板等の場合には好適である。
Note that the solder composition is Pb-60 instead of the above.
%Sn (melting point: 191° C.) may be used, and in that case, CCB bonding is possible at a low melting point, so it is suitable for substrates where it is desired to avoid thermal effects.

また、アルミナ基板等のように赤外線を透過しないもの
には適用することはできず1周知の方法(特開昭50−
131647号公報)の如く、半導体チップ側から加熱
溶融させるようにしなければならない。
In addition, it cannot be applied to materials that do not transmit infrared rays, such as alumina substrates, and the well-known method
131647), the semiconductor chip must be heated and melted from the side.

上述の製法は、上面に電極膜の形成されたガラス基板に
、半導体チップをCCB接合してなる構造のものに適用
した実施例であるが、以下に述べる構造を有する半導体
装置にも適用可能であり、同様の効果を得ることができ
る。
The above manufacturing method is an example in which it is applied to a structure in which a semiconductor chip is CCB bonded to a glass substrate on which an electrode film is formed, but it can also be applied to a semiconductor device having the structure described below. Yes, you can get the same effect.

第12図に本発明にかかる基本構成例の構造図を示す。FIG. 12 shows a structural diagram of an example of the basic configuration according to the present invention.

本図は、スルーホールピン型の低膨張多層プリント基板
31にかかるものであり、同図(A)は断面構造図、(
B)は半導体チップ3の下面図、(C)は多層プリント
基板31の下面図である。図に示すように、電極端子数
の多い半導体チップ(例えば超LSIにあっては端子数
が200個以上にも達する)の場合、ワイヤボンギイン
グ方式で基板の端子と接続することは困難である。した
がって、CCB法による接合構造が好適であり、上記製
法を適用することによって、耐熱疲労性に優れた信頼性
の高いものとすることができる。
This figure shows a through-hole pin type low-expansion multilayer printed circuit board 31, and (A) is a cross-sectional structural diagram, (
B) is a bottom view of the semiconductor chip 3, and (C) is a bottom view of the multilayer printed circuit board 31. As shown in the figure, in the case of semiconductor chips with a large number of electrode terminals (for example, the number of terminals reaches 200 or more in VLSI), it is difficult to connect them to the terminals of the board using the wire bonding method. . Therefore, a bonded structure based on the CCB method is suitable, and by applying the above manufacturing method, a highly reliable structure with excellent thermal fatigue resistance can be obtained.

なお、多層プリント基板31としては、ガラスもしくは
セラミック材料からなる単一基板、又はガラス繊維含有
エポキシ、ガラス繊維含有ポリイミドもしくは高弾性率
高強力繊維を含有するエポキシ又はポリイミド多層基板
等が知られている。
As the multilayer printed circuit board 31, a single substrate made of glass or ceramic material, a glass fiber-containing epoxy, a glass fiber-containing polyimide, or an epoxy or polyimide multilayer substrate containing high elastic modulus and high strength fibers are known. .

なお、高弾性率高張力繊維の具体例としては、ケブラー
(米国デュポン社製)が知られている。また、多層セラ
ミック基板等にも適用可能なことは言うまでもない。
Note that Kevlar (manufactured by DuPont, USA) is known as a specific example of the high elastic modulus and high tensile strength fiber. It goes without saying that it is also applicable to multilayer ceramic substrates and the like.

第13図は本発明の好適な一実施例を示す断面構造図で
ある。本実施例は、第12図図示例のものに放熱フィン
33をはんだ34により取付けたものである6本実施例
のようなスルーホール型の場合、半導体チップの発熱量
が大きく、しかも基板側からの放熱が効果的でない場合
に、半導体チップ上面からの放熱を良くする効果がある
。つまり、半導体チップ3の上面にCr−Cu−Auを
メタライズし、はんだ34ははんだバンプ5よりも一段
低融点のはんだを用いる。例えば、はんだバンプ5がP
b−5%Snであれば、はんだ34はPb−60%Sn
、5n−3,5%Ag(融点約220℃)、Au−20
%Sn(融点280’C)等を用いる。また、半導体チ
ップ3から要求される放熱特性が緩やかな場合には、第
14図に示すように、放熱フィン33を樹脂接着とすれ
ば、被覆樹脂により一度で接合させることができ、製作
工程が簡単化される。
FIG. 13 is a cross-sectional structural diagram showing a preferred embodiment of the present invention. In this embodiment, heat dissipation fins 33 are attached to the example shown in FIG. This has the effect of improving heat radiation from the top surface of the semiconductor chip when heat radiation from the top surface of the semiconductor chip is not effective. That is, Cr--Cu--Au is metallized on the upper surface of the semiconductor chip 3, and the solder 34 has a melting point one level lower than that of the solder bumps 5. For example, if the solder bump 5 is P
If it is Pb-5%Sn, the solder 34 is Pb-60%Sn.
, 5n-3,5%Ag (melting point approximately 220°C), Au-20
%Sn (melting point 280'C) or the like is used. Furthermore, if the heat dissipation characteristics required by the semiconductor chip 3 are moderate, as shown in FIG. 14, if the heat dissipation fins 33 are bonded with resin, they can be bonded at once with the coating resin, and the manufacturing process can be simplified. Simplified.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、対向する電極端
子間を接続する導電体を介して半導体チップが基板上に
載置され、チップと基板の空隙部に樹脂が充填されてな
る耐衝撃、耐振動等に優れた半導体装置の耐熱疲労性を
向上させることができるという効果がある。
As explained above, according to the present invention, a semiconductor chip is placed on a substrate via a conductor that connects opposing electrode terminals, and the gap between the chip and the substrate is filled with resin. This has the effect of improving the thermal fatigue resistance of a semiconductor device having excellent vibration resistance and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来例の断面構造図、第2図(A)。 (B)はそれぞれ本発明にかかる樹脂材料の一実施例に
よる故障率を示す線図、第3図(A)は被覆厚と応力と
の関係の一例を示す線図であり、同図(B)、(C)は
その説明図、第4図(A)は半導体チップ幅に対する被
覆幅と応力との関係の一例を示す線図であり、同図(B
)t’ (C)はその説明図、第5図ははんだバンプの
形状図、第6図ははんだバンプ形状と熱疲労寿命及び機
械的強度との関係を示す線図、第7図(A)、(B)は
はんだバンプの応力分布図、第8図(A)は本発明にか
かるはんだバンプの一実施例の断面構造図、同図(B)
は説明図、第9図は本発明にかかる樹脂被覆の他の実施
例の断面構造図、第10図は本発明にかるCCBC合接
による製造装置の構成図、第11図は第10図図示例の
動作説明のためのはんだバンプ温度を示す線図、第12
図(A)〜(C)、第13図及び第14図はそれぞれ本
発明の好適な実施例の構造図である。 1・・・ガラス基板、2・・・電極端子、3・・・半導
体チップ、5・・・はんだバンプ、7,11・・・被覆
樹脂、1o・・・はんだバンプ、15・・・アクリル樹
脂膜。 31・・・多層プリント基板。
FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram of a conventional example, and FIG. 2 (A). (B) is a diagram showing the failure rate according to one embodiment of the resin material according to the present invention, and FIG. 3 (A) is a diagram showing an example of the relationship between coating thickness and stress. ), (C) are explanatory diagrams thereof, and FIG.
)t' (C) is an explanatory diagram thereof, Figure 5 is a diagram of the shape of the solder bump, Figure 6 is a diagram showing the relationship between the shape of the solder bump, thermal fatigue life and mechanical strength, Figure 7 (A) , (B) is a stress distribution diagram of a solder bump, FIG. 8 (A) is a cross-sectional structure diagram of an embodiment of a solder bump according to the present invention, and FIG.
is an explanatory diagram, FIG. 9 is a cross-sectional structural diagram of another embodiment of the resin coating according to the present invention, FIG. 10 is a configuration diagram of a manufacturing apparatus by CCBC joining according to the present invention, and FIG. Diagram showing solder bump temperature for illustrative operation explanation, 12th
Figures (A) to (C), Figures 13 and 14 are structural diagrams of preferred embodiments of the present invention, respectively. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Glass substrate, 2...Electrode terminal, 3...Semiconductor chip, 5...Solder bump, 7, 11...Coating resin, 1o...Solder bump, 15...Acrylic resin film. 31...Multilayer printed circuit board.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体チップと、この半導体チップが載置される基
板と、この基板と前記半導体チップとの対向する電極端
子間を接続してなる導電体と、少なくとも前記導電体周
囲の空隙部に充填された樹脂組成物の硬化物とを含んで
なる半導体装置において、前記樹脂組成物は、熱硬化性
樹脂と、この樹脂よりも小さい熱膨張係数を有する無機
材料からなる第1の粉流体及びゴム状弾性材料からなる
第2の粉流体とを含み、この硬化物は、前記半導体チッ
プの反基板側表面の放熱面を除き前記半導体チップの外
周部とこれに対向する前記基板の表面とを包囲してなる
ことを特徴とする半導体装置。 2、特許請求の範囲第1項において、第1の粉流体の混
入率を30乃至55体積%とし、第2の粉流体の混入率
を1乃至20重量部としたことを特徴とする半導体装置
。 3、特許請求の範囲第1項又は第2項のいずれかにおい
て、前記樹脂はエポキシ樹脂であり、前記第1の粉流体
は石英、炭化シリコン、窒化シリコン、炭酸カルシウム
、及び酸化ベリリウムの混入された炭化シリコンの少な
くとも1つからなり、前記第2の粉流体はポリブタジエ
ンゴム及びシリコンゴムの少なくとも1つからなること
を特徴とする半導体装置。 4、特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれかにおい
て、前記基板はガラス若しくはセラミック材料からなる
単一基板、またはガラス繊維含有エポキシ、ガラス繊維
含有ポリイミド若しくは高弾性率高強力繊維を含有する
エポキシまたはポリイミドであることを特徴とする半導
体装置。 5、特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれかにおい
て、前記基板がスルーホールピン型の多層基板であり、
前記半導体チップの電極端子がこの半導体チップの前記
基板側面の全面にわたって形成されてなることを特徴と
する半導体装置。
[Claims] 1. A semiconductor chip, a substrate on which the semiconductor chip is mounted, a conductor connecting opposing electrode terminals of the substrate and the semiconductor chip, and at least a portion around the conductor. and a cured product of a resin composition filled in the voids of the semiconductor device, wherein the resin composition includes a first resin composition made of a thermosetting resin and an inorganic material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the resin. and a second powder fluid made of a rubber-like elastic material. 1. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device surrounds the surface of the semiconductor device. 2. A semiconductor device according to claim 1, characterized in that the mixing ratio of the first powder fluid is 30 to 55% by volume, and the mixing ratio of the second powder fluid is 1 to 20 parts by weight. . 3. In either claim 1 or 2, the resin is an epoxy resin, and the first powder fluid is mixed with quartz, silicon carbide, silicon nitride, calcium carbonate, and beryllium oxide. The second powder fluid is made of at least one of polybutadiene rubber and silicone rubber. 4. In any one of claims 1 to 3, the substrate is a single substrate made of glass or ceramic material, or contains glass fiber-containing epoxy, glass fiber-containing polyimide, or high elastic modulus high strength fiber. A semiconductor device characterized by being made of epoxy or polyimide. 5. In any one of claims 1 to 3, the substrate is a through-hole pin type multilayer substrate,
A semiconductor device characterized in that electrode terminals of the semiconductor chip are formed over the entire side surface of the substrate of the semiconductor chip.
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